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檢查裝置、檢查方法和設(shè)備制造方法與流程

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檢查裝置、檢查方法和設(shè)備制造方法與制造工藝

本申請(qǐng)要求于2014年7月9日提交的EP申請(qǐng)14176391的權(quán)益,其內(nèi)容通過參考整體結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及例如可在通過光刻技術(shù)的設(shè)備制造中使用的檢查裝置和相關(guān)聯(lián)的檢查方法。本發(fā)明還涉及制造設(shè)備的方法以及在實(shí)施這些方法中有用的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。



背景技術(shù):

光刻裝置是在襯底上、通常在襯底的目標(biāo)部分上施加期望圖案的機(jī)器。光刻裝置例如可用于集成電路(IC)的制造。在這種情況下,圖案化設(shè)備(備選地被稱為掩模或掩模版)可用于生成將形成在IC的各自層上的電路圖案。該圖案可以轉(zhuǎn)印到襯底(例如,硅晶片)上的目標(biāo)部分(例如,包括管芯的部分、一個(gè)管芯或多個(gè)管芯)。圖案的轉(zhuǎn)印通常經(jīng)由成像轉(zhuǎn)印到襯底上設(shè)置的輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。通常,單個(gè)襯底將包含連續(xù)圖案化的相鄰目標(biāo)部分的網(wǎng)絡(luò)。已知光刻裝置包括所謂的步進(jìn)器以及所謂的掃描器,在步進(jìn)器中通過一次在目標(biāo)部分上曝光整個(gè)圖案來(lái)輻射每個(gè)目標(biāo)部分,在掃描器中通過在給定方向(“掃描”方向)上通過輻射束掃描圖案、同時(shí)與該方向平行或反平行地同步掃描襯底來(lái)輻射每個(gè)目標(biāo)部分。還可以通過將圖案壓印到襯底上來(lái)將圖案從圖案化設(shè)備轉(zhuǎn)印到襯底。

在光刻工藝中,期望頻繁地對(duì)所創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量,例如用于工藝控制或驗(yàn)證。用于進(jìn)行這些測(cè)量的各種工具是已知的,包括掃描電子顯微鏡,其通常用于測(cè)量電路尺寸(CD),并且包括特殊工具來(lái)測(cè)量光刻裝置的套刻精度(在形成于不同圖案化步驟中的圖案之間、例如在設(shè)備中的兩個(gè)層之間的對(duì)準(zhǔn)的精度)和離焦。近來(lái),已經(jīng)開發(fā)了各種形式的散射儀以便于在光刻領(lǐng)域中使用。這些設(shè)備將輻射束引導(dǎo)到目標(biāo)上并且測(cè)量散射輻射的一個(gè)或多個(gè)特性—例如,作為波長(zhǎng)函數(shù)的反射的單個(gè)角度處的強(qiáng)度、作為反射角度函數(shù)的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)處的強(qiáng)度或者作為反射角度函數(shù)的極化—以得到可以確定感興趣目標(biāo)的特性的“光譜”。感興趣特性的確定可以通過各種技術(shù)來(lái)執(zhí)行:例如,通過諸如嚴(yán)格耦合波分析或有限元法之類的迭代方法重構(gòu)目標(biāo)結(jié)構(gòu);庫(kù)搜索;以及主成分分析。

用于確定結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法和裝置例如在WO 20120126718中公開。還在US20110027704A1、US2006033921A和US2010201963A1中公開了方法和散射儀。由這種散射儀使用的目標(biāo)是相對(duì)較大的光柵,例如40μm*40μm,并且測(cè)量束生成小于光柵(即,光柵是欠填充的)的照射點(diǎn)。除了散射測(cè)量以確定在一個(gè)圖案化步驟中制作的結(jié)構(gòu)的參數(shù),方法和裝置還可用于執(zhí)行基于衍射的套刻精度測(cè)量。

使用衍射級(jí)的暗場(chǎng)圖像檢測(cè)的基于衍射的套刻精度度量能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)較小目標(biāo)的套刻精度測(cè)量。這些目標(biāo)可以小于照射點(diǎn),并且可以通過晶片上的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來(lái)環(huán)繞。多個(gè)目標(biāo)可以在一個(gè)圖像中測(cè)量。可以在國(guó)際專利申請(qǐng)US2010328655 A1和US2011069292 A1中找到暗場(chǎng)成像度量的示例,這些文獻(xiàn)通過參考整體結(jié)合于此。在已公布的專利公開US20110027704A、US20110043791A、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、US20130271740A和WO2013178422A1中描述了其它的技術(shù)開發(fā)。這些目標(biāo)可以小于照射點(diǎn),并且可以被晶片上的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)環(huán)繞。使用組合光柵目標(biāo),可以在一個(gè)圖像中測(cè)量多個(gè)光柵。已經(jīng)開發(fā)了類似的技術(shù)用于使用經(jīng)修改的小目標(biāo)來(lái)測(cè)量聚焦量和劑量。分別在文獻(xiàn)WO201482938A1和US2014/0139814A1中公開了確定光刻裝置的劑量和聚焦量的方法。所有提到的申請(qǐng)的內(nèi)容也通過參考結(jié)合于此。

因此,在已知的基于強(qiáng)度的散射儀中,通過測(cè)量由適當(dāng)目標(biāo)衍射的輻射的強(qiáng)度來(lái)推斷諸如套刻精度、CD和聚焦量之類的感興趣參數(shù)。例如,在使用暗場(chǎng)成像的基于衍射的度量中,通過以使得分開地得到-1衍射級(jí)強(qiáng)度和+1衍射級(jí)強(qiáng)度的這種方式測(cè)量目標(biāo)來(lái)得到結(jié)果。針對(duì)給定光柵比較這些強(qiáng)度,提供了對(duì)目標(biāo)中的不對(duì)稱性的測(cè)量。然后,根據(jù)目標(biāo)的形式(其被具體設(shè)計(jì)為具有對(duì)感興趣參數(shù)敏感的不對(duì)稱性),可以將所測(cè)量的不對(duì)稱性轉(zhuǎn)換為套刻精度、聚焦量或劑量的測(cè)量。

已知示例和方法僅使用不相干光源測(cè)量散射輻射的強(qiáng)度。目標(biāo)的重構(gòu)是不適定反問題,這不能在不具有關(guān)于目標(biāo)的先驗(yàn)信息的情況下解決。為了在使用當(dāng)前檢查裝置時(shí)解決不適定反問題,需要相對(duì)較大的目標(biāo)結(jié)構(gòu)以用于感興趣參數(shù)的提取。類似地,具有小目標(biāo)的已知暗場(chǎng)成像度量?jī)H測(cè)量不同衍射級(jí)的強(qiáng)度,并且測(cè)量不期望地對(duì)工藝引起的變化敏感。也就是說(shuō),測(cè)量不能在由于感興趣參數(shù)引起的不對(duì)稱性和由工藝變化引起的不對(duì)稱性或其他變化之間進(jìn)行區(qū)分。

在US2012243004A1中,提出采用上述類型的散射儀來(lái)執(zhí)行相干傅里葉散射測(cè)量。本修改的目的是得到衍射光譜的相位信息以及強(qiáng)度信息。相位信息的可用性允許更確信的重構(gòu)。US2012243004A1中公開的方法需要捕獲和比較多個(gè)衍射光譜以得到相位信息。因此,這帶來(lái)產(chǎn)量的損失,也就是說(shuō),在給定時(shí)間中可以進(jìn)行較少的測(cè)量。在大容量制造環(huán)境中,產(chǎn)量以及精度應(yīng)該被最大化。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的在于提供一種光學(xué)檢查裝置和度量方法,其可以得到并利用來(lái)自衍射光譜的相位信息,同時(shí)更適合用于大容量制造環(huán)境。

在第一方面中,本發(fā)明提供了用于測(cè)量目標(biāo)結(jié)構(gòu)的特性的檢查裝置,該裝置包括輻射源以及與光學(xué)系統(tǒng)組合的圖像檢測(cè)器,光學(xué)系統(tǒng)限定以下束路徑:

–照射路徑,用于接收來(lái)自輻射源的輻射、形成具有所選照射輪廓的照射輻射的束并將所述照射輻射聚集在襯底上的目標(biāo)上;

–收集路徑,用于收集來(lái)自所述目標(biāo)的衍射輻射并將衍射輻射的所選部分傳遞至圖像檢測(cè)器;以及

–參考路徑,用于接收來(lái)自輻射源的輻射并將參考輻射的束傳遞至圖像檢測(cè)器以便干涉衍射輻射,

其中,圖像檢測(cè)器包括用于捕獲二維圖像的像素的陣列的圖像檢測(cè)器,

其中,所述照射路徑和所述參考路徑中的至少一項(xiàng)包括用于偏移參考輻射的光學(xué)頻率的設(shè)備,使得圖像檢測(cè)器處的輻射的強(qiáng)度包括時(shí)變分量,該時(shí)變分量具有與衍射輻射與參考輻射的頻率之間的差值相對(duì)應(yīng)的特征頻率,

并且其中,所述圖像檢測(cè)器包括可參考所述特征頻率操作的鎖定圖像檢測(cè)器以針對(duì)每個(gè)像素記錄表示所述時(shí)變分量的幅度和相位的信息。

在一些實(shí)施例中,裝置包括處理器,用于處理所記錄的幅度和相位信息以計(jì)算目標(biāo)的特性的測(cè)量值。

在一些實(shí)施例中,該裝置可操作用于計(jì)算針對(duì)多個(gè)目標(biāo)的不對(duì)稱性的測(cè)量值。處理器可進(jìn)一步被配置為使用目標(biāo)的所述測(cè)量值和已知特性來(lái)計(jì)算用于形成目標(biāo)的光刻工藝的性能參數(shù)。性能參數(shù)例如可以是套刻精度、聚焦量和劑量中的一個(gè)。

鎖定圖像檢測(cè)器可以位于收集路徑的光瞳面或圖像面中。

在另一方面中,本發(fā)明提供了一種用于測(cè)量目標(biāo)結(jié)構(gòu)的特性的方法,該方法包括以下步驟:

(a)利用從輻射源發(fā)射且具有所選照射輪廓的照射輻射來(lái)照射襯底上的目標(biāo);

(b)收集來(lái)自所述目標(biāo)的衍射輻射并將衍射輻射的所選部分傳遞至圖像檢測(cè)器,圖像檢測(cè)器包括用于捕獲二維圖像的像素的陣列;

(c)將從輻射源發(fā)射的參考輻射的束傳遞至圖像檢測(cè)器以干涉衍射輻射,

其中,步驟(a)和(c)包括在參考輻射和照射輻射之間引入光學(xué)頻率偏移,使得圖像檢測(cè)器處的輻射的強(qiáng)度包括時(shí)變分量,該時(shí)變分量具有對(duì)應(yīng)于頻率偏移的特征頻率;并且其中,步驟(b)包括在特征頻率處操作圖像檢測(cè)器作為鎖定圖像檢測(cè)器,以記錄表示時(shí)變分量的幅度和相位的二維圖像。

本發(fā)明還提供了一種制造設(shè)備的方法,其中,通過光刻工藝在一系列襯底上形成設(shè)備特征和度量目標(biāo),其中,一個(gè)或多個(gè)被處理襯底上的度量目標(biāo)的特性通過根據(jù)上述本發(fā)明的方法或檢查裝置來(lái)測(cè)量,并且其中,使用所測(cè)量的特性來(lái)調(diào)整光刻工藝的參數(shù)以用于其它襯底的處理。

在其他方面中,本發(fā)明提供了計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品,該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包含用于實(shí)施一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的方法步驟的機(jī)器可讀指令的一個(gè)或多個(gè)序列。計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可以包括存儲(chǔ)在非暫態(tài)機(jī)器可讀介質(zhì)中的所述指令。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在參照附圖僅通過示例描述本發(fā)明的實(shí)施例,其中對(duì)應(yīng)的參考標(biāo)號(hào)表示對(duì)應(yīng)的部分,其中:

圖1示出了光刻裝置;

圖2示出了光刻單元或簇;

圖3(a)是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括鎖定圖像檢測(cè)器的檢查裝置的示意圖,圖3(b)是針對(duì)給定方向的照射的入射光線和衍射光線的細(xì)節(jié);

圖4示出了圖3(a)的裝置中的鎖定圖像檢測(cè)器的操作的原理;

圖5(a)和圖5(b)示出了在不同的照射模式中使用圖3(a)的裝置得到衍射圖案的幅度分量和相位分量;

圖6示出了用于從圖5(a)或圖5(b)所示類型的衍射圖案中重構(gòu)結(jié)構(gòu)的示例性處理;

圖7(a)和圖7(b)示出了分別用于根據(jù)圖5(a)或圖5(b)所示類型的衍射光譜確定套刻精度或其他性能參數(shù)的示例性處理;

圖8(a)是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的包括鎖定圖像檢測(cè)器的檢查裝置的示意圖,其適于具有小目標(biāo)的暗場(chǎng)成像度量;

圖8(b)示出了當(dāng)使用圖8(a)的裝置執(zhí)行測(cè)量時(shí)襯底上的測(cè)量點(diǎn)的概況和復(fù)合目標(biāo);

圖8(c)示出了在圖8的裝置中得到的圖8(b)的目標(biāo)的幅度圖像和相位圖像;

圖9示出了用于使用圖8(a)的裝置中的暗場(chǎng)成像確定套刻精度或其他性能參數(shù)的示例性處理;

圖10(a)是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的包括鎖定圖像檢測(cè)器的檢查裝置的示意圖,其適于具有小目標(biāo)的暗場(chǎng)成像度量,圖10(b)是用于給定方向的照射的入射光線和衍射光線的細(xì)節(jié);以及

圖11示出了檢查裝置,其中使用鎖定成像檢測(cè)器來(lái)執(zhí)行橢圓偏振或偏振測(cè)量。

具體實(shí)施方式

圖1示意性示出了光刻裝置。該裝置包括:

-照射系統(tǒng)(照射器)IL,被配置為調(diào)節(jié)輻射束B(例如,UV輻射或DUV輻射);

-支撐結(jié)構(gòu)(例如,掩模臺(tái))MT,被構(gòu)造為支撐圖案化設(shè)備(例如,掩模)MA并且連接至第一定位器PM,第一定位器PM被配置為精確地根據(jù)特定參數(shù)定位圖案化設(shè)備;

-襯底臺(tái)(例如,晶片臺(tái))WT,被構(gòu)造為保持襯底(例如,抗蝕劑涂覆晶片)W并且連接至第二定位器PW,第二定位器PW被配置為精確地根據(jù)特定參數(shù)定位襯底;以及

-投影系統(tǒng)(例如,折射投影透鏡系統(tǒng))PL,被配置為將通過圖案化設(shè)備MA給予輻射束B的圖案投影到襯底W的目標(biāo)部分C(例如,包括一個(gè)或多個(gè)管芯)上。

照射系統(tǒng)可以包括各種類型的光學(xué)部件,諸如折射、反射、磁、電磁、靜電或其他類型的光學(xué)部件或者任何它們的組合,用于引導(dǎo)、成形或控制輻射。

支撐結(jié)構(gòu)支撐、即承載圖案化設(shè)備的重量。其以根據(jù)圖案化設(shè)備的定向、光刻裝置的設(shè)計(jì)和其他條件(諸如圖案化設(shè)備是否保持在真空環(huán)境中)的方式來(lái)保持圖案化設(shè)備。支撐結(jié)構(gòu)可以使用機(jī)械、真空、靜電或其他夾鉗技術(shù)來(lái)保持圖案化設(shè)備。支撐結(jié)構(gòu)可以是框架或臺(tái),例如其可以根據(jù)需要固定或可移動(dòng)。支撐結(jié)構(gòu)可以確保圖案化設(shè)備例如相對(duì)于投影系統(tǒng)處于期望位置。本文對(duì)術(shù)語(yǔ)“掩模版”或“掩?!钡娜魏问褂每梢耘c更一般的術(shù)語(yǔ)“圖案化設(shè)備”同義地來(lái)考慮。

本文使用的術(shù)語(yǔ)“圖案化設(shè)備”應(yīng)該廣義地解釋為是指可用于為輻射束在其截面中給予圖案的任何設(shè)備,諸如以在襯底的目標(biāo)部分中創(chuàng)建圖案。應(yīng)該注意,給予輻射束的圖案可以不精確地對(duì)應(yīng)于襯底的目標(biāo)部分中的期望圖案,例如如果圖案包括相移特征或者所謂的輔助特征時(shí)。通常,給予輻射束的圖案將對(duì)應(yīng)于設(shè)備中在目標(biāo)部分中創(chuàng)建的特定功能層,諸如集成電路。

圖案化設(shè)備可以是透射型或反射型的。圖案化設(shè)備的示例包括掩模、可編程反射鏡陣列和可編程LCD面板。在光刻中已知掩模,并且包括諸如二元、交替相移和衰減相移的掩模類型以及各種混合掩模類型。

本文使用的術(shù)語(yǔ)“投影系統(tǒng)”應(yīng)該廣義地解釋為包括任何類型的投影系統(tǒng),包括折射、反射、折反射、磁、電磁和靜電光學(xué)系統(tǒng)或者任何它們的組合,適當(dāng)?shù)馗鶕?jù)所使用的曝光輻射或者其他因素(諸如浸液的使用或真空的使用)。本文對(duì)術(shù)語(yǔ)“投影透鏡”的任何使用可以與更一般的術(shù)語(yǔ)“投影系統(tǒng)”同義地來(lái)考慮。

如本文所示,裝置是透射型的(例如,采用透射掩模)。備選地,裝置可以是反射型(例如,采用上面所述類型的可編程反射鏡陣列或者采用反射掩模)。

光刻裝置可以是具有兩個(gè)(雙級(jí))或更多襯底臺(tái)(和/或兩個(gè)或多個(gè)掩模臺(tái))的類型。在這種“多級(jí)”機(jī)器中,可以并行地使用附加臺(tái),或者可以在一個(gè)或多個(gè)臺(tái)上執(zhí)行預(yù)備步驟,而將一個(gè)或多個(gè)其他臺(tái)用于曝光。

光刻裝置還可以是如下類型的:其中襯底的至少一部分可以被具有相對(duì)較大折射率的液體(例如,水)覆蓋以填充投影系統(tǒng)與襯底之間的空間。浸液還可以應(yīng)用于光刻裝置中的其他空間,例如掩模和投影系統(tǒng)之間。本領(lǐng)域中已知浸沒技術(shù)用于增加投影系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。

參照?qǐng)D1,照射器IL接收來(lái)自輻射源SO的輻射束。源和光刻裝置可以是分開的實(shí)體,例如當(dāng)源是準(zhǔn)分子激光器時(shí)。在這種情況下,可以不考慮將源形成光刻裝置的一部分,并且利用例如包括適當(dāng)?shù)亩ㄏ蚍瓷溏R和/或擴(kuò)束器的光束傳遞系統(tǒng)BD,將輻射束從源SO傳輸至照射器IL。在其他情況下,源可以是光刻裝置的集成部分,例如當(dāng)源是汞燈時(shí)。根據(jù)需要,源SO和照射器IL與光束傳遞系統(tǒng)BD一起可以被稱為輻射系統(tǒng)。

照射器IL可以包括用于調(diào)整輻射束的角強(qiáng)度分布的調(diào)整器AD。此外,照射器IL可以包括各種其他部件,諸如積分器IN和冷凝器CO。照射器可用于調(diào)節(jié)輻射束,以在其截面中具有期望的均勻性和強(qiáng)度分布。

輻射束B入射到保持在支撐結(jié)構(gòu)(例如,掩模臺(tái)MT)上的圖案化設(shè)備(例如,掩模MA)上,并且通過圖案化設(shè)備進(jìn)行圖案化。在穿過掩模MA后,輻射束B經(jīng)過投影系統(tǒng)PL,投影系統(tǒng)PL將束聚焦在襯底W的目標(biāo)部分C上。利用第二定位器PW和位置傳感器IF(例如,干涉測(cè)量設(shè)備、線性編碼器、2D編碼器或電容傳感器),可以精確地移動(dòng)襯底臺(tái)WT,例如以在輻射束B的路徑中定位不同的目標(biāo)部分C。類似地,第一定位器PW和另一位置傳感器(其在圖1中沒有明確示出)可以用于相對(duì)于輻射束B的路徑精確地定位掩模MA,例如在從掩模庫(kù)中機(jī)械取回之后或者在掃描期間。通常,掩模臺(tái)MT的移動(dòng)可以利用形成第一定位器PW的部分的長(zhǎng)行程模塊(粗定位)和短行程模塊(細(xì)定位)來(lái)實(shí)現(xiàn)。類似地,使用形成第二定位器PW的部分的長(zhǎng)行程模塊和短行程模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)襯底臺(tái)WT的移動(dòng)。在步進(jìn)機(jī)(與掃描器相對(duì))的情況下,掩模臺(tái)MT可以僅連接至短行程致動(dòng)器,或者可以固定。掩模MA和襯底W可以使用掩模對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記M1、M2以及襯底對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記P1、P2來(lái)對(duì)準(zhǔn)。盡管襯底對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記被示為占用專用的目標(biāo)部分,但它們可以位于目標(biāo)部分之間的空間中(這些被稱為劃線對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記)。類似地,在掩模MA上設(shè)置多于一個(gè)管芯的情況下,掩模對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記可位于管芯之間。

所示裝置可用于步進(jìn)模式或掃描模式。在步進(jìn)模式中,曝光場(chǎng)的最大尺寸限制單個(gè)靜態(tài)曝光中成像的目標(biāo)部分C的大小。在掃描模式中,掩模臺(tái)MT和襯底臺(tái)WT被同時(shí)掃描,而給予輻射束的圖案被投影到目標(biāo)部分C上(即,單個(gè)動(dòng)態(tài)曝光)。襯底臺(tái)WT相對(duì)于掩模臺(tái)MT的速度和方向可以通過投影系統(tǒng)PL的放大(縮小)和圖像逆轉(zhuǎn)特性來(lái)確定。在掃描模式中,曝光場(chǎng)的最大尺寸限制單個(gè)動(dòng)態(tài)曝光中的目標(biāo)部分的寬度(在非掃描方向上),而掃描運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)度確定目標(biāo)部分的高度(在掃描方向上)。

在另一模式中,掩模臺(tái)MT被保持基本靜止保持可編程圖案化設(shè)備,并且襯底臺(tái)WT被移動(dòng)或掃描,同時(shí)給予輻射束的圖案被投影到目標(biāo)部分C上。在該模式中,通常采用脈沖輻射源,并且在襯底臺(tái)WT的每次移動(dòng)之后或者在掃描期間的連續(xù)輻射脈沖之間,可編程圖案化設(shè)備根據(jù)需要進(jìn)行更新。該操作模式可以容易地施加于無(wú)掩模光刻,其利用可編程圖案化設(shè)備,諸如上述類型的可編程反射鏡陣列。

還可以采用上述使用模式或者完全不同的使用模式的組合和/或變形。

如圖2所示,光刻裝置LA形成光刻單元LC的一部分,有時(shí)也稱為光刻單元或簇,其還包括用于執(zhí)行對(duì)襯底的預(yù)曝光工藝和曝光后工藝的裝置。傳統(tǒng)地,這些包括用于沉積抗蝕劑層的旋涂器SC、用于對(duì)經(jīng)曝光的抗蝕劑進(jìn)行顯影的顯影劑DE、激冷板CH和烘烤板BK。襯底處理器或者機(jī)器人RO從輸入/輸出端口I/O1、I/O2拾取襯底,在不同的處理裝置之間移動(dòng)它們,然后傳遞至光刻裝置的進(jìn)料臺(tái)LB。這些設(shè)備(通常統(tǒng)稱為軌跡)受軌跡控制單元TCU的控制,TCU本身被管理控制系統(tǒng)SCS控制,SCS還經(jīng)由光刻控制單元LACU來(lái)控制光刻裝置。因此,不同的裝置可以被操作用于最大化產(chǎn)量和處理效率。

為了正確且一致地曝光由光刻裝置曝光的襯底,期望檢查經(jīng)曝光的襯底以測(cè)量特性,諸如后續(xù)層之間的套刻誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等。如果檢測(cè)到誤差,則可以對(duì)后續(xù)襯底的曝光進(jìn)行調(diào)整,尤其是在不久后且足夠快地可以檢查到相同批次的其他襯底仍然將被曝光的情況下。此外,可以剝離或重做已經(jīng)曝光的襯底—以提高產(chǎn)量—或丟棄,從而避免對(duì)已知故障的襯底執(zhí)行曝光。在只有襯底的一些目標(biāo)部分故障的情況下,可以僅對(duì)良好的那些目標(biāo)部分執(zhí)行進(jìn)一步的曝光。

檢查裝置用于確定襯底的特性,具體地,確定不同襯底或同一襯底的不同層的特性如何根據(jù)層而變化。

檢查裝置可集成到光刻裝置LA或光刻單元LC中,或者可以為單獨(dú)的設(shè)備。為了能夠?qū)崿F(xiàn)最快速的測(cè)量,期望檢查裝置在曝光之后立刻在經(jīng)曝光的抗蝕劑層中測(cè)量特性。然而,抗蝕劑中的潛像具有非常低的對(duì)比度—在抗蝕劑被曝光給輻射的部分與未曝光給輻射的部分之間僅存在非常小的折射率的差值—不是所有的檢查裝置都具有足夠的靈敏度來(lái)進(jìn)行潛像的有用測(cè)量。因此,可以在曝光后烘烤步驟(PEB)之后進(jìn)行測(cè)量,并且增加抗蝕劑的曝光部分和未曝光部分之間的對(duì)比度,PEB通常是在經(jīng)曝光的襯底上執(zhí)行的第一個(gè)步驟。在該階段中,抗蝕劑中的圖像可以稱為是半潛的。還可以對(duì)經(jīng)顯影的抗蝕劑圖像進(jìn)行測(cè)量—在該點(diǎn)處,去除抗蝕劑的曝光或未曝光部分—或者在諸如蝕刻的圖案轉(zhuǎn)印步驟之后。后者的可能性限制了用于重做故障襯底的可能性但是仍然可以提供有用的信息。

用于基于散射測(cè)量度量的外差干涉系統(tǒng)

本文公開了經(jīng)修改的檢查裝置和相關(guān)聯(lián)的方法,其中,鎖定圖像檢測(cè)器用于使用外差干涉技術(shù)來(lái)執(zhí)行散射測(cè)量和/或暗場(chǎng)成像。經(jīng)修改的裝置提供散射目標(biāo)的全場(chǎng)衍射圖案,包括幅度和相位,而不僅是強(qiáng)度測(cè)量??梢葬槍?duì)諸如CD(臨界尺寸)之類的參數(shù)來(lái)得到目標(biāo)形狀信息,并且裝置還可用于獲取相位信息以改進(jìn)套刻精度、聚焦量或劑量的測(cè)量。

注意,類似的參考標(biāo)號(hào)在附圖中表示類似的部件。

圖3(a)以簡(jiǎn)化形式示出了實(shí)施外差干涉技術(shù)的檢查裝置100。在圖3(b)中更詳細(xì)地示出了光柵目標(biāo)T和衍射光線。裝置100包括輻射源102和相關(guān)聯(lián)的透鏡104、面對(duì)目標(biāo)T的物鏡106、第一移頻器108、第二移頻器110以及鎖定圖像檢測(cè)器112。這些部件被配置在有效限定四個(gè)束路徑的光學(xué)系統(tǒng)中。在圖3(a)中,以不同的線格式來(lái)表示跟隨這些路徑中的每一個(gè)路徑的光線。如在已知裝置中那樣,存在用于照射目標(biāo)的照射路徑(實(shí)線)和用于收集衍射輻射并傳遞至檢測(cè)器112的收集路徑(虛線)。此外,在該裝置中設(shè)置有包括第一移頻器108的第一參考路徑(點(diǎn)線)以及包括第二移頻器110的第二參考路徑(點(diǎn)劃線)。頻率源114為移頻器108和110以及鎖定圖像檢測(cè)器112提供參考頻率。處理單元PU接收來(lái)自鎖定圖像檢測(cè)器112的圖像數(shù)據(jù)。

在該示例中,圖像檢測(cè)器112位于與物鏡106的光瞳面共軛的平面中。在這種平面中,找到目標(biāo)T的衍射光譜的一部分。在其他示例中,如以下所述,鎖定圖像檢測(cè)器112處于目標(biāo)T的圖像平面中。在本說(shuō)明書中,軸u和v定義為表示與光瞳面共軛的平面中的位置,而軸x和y定義為表示圖像平面中的位置。如已知裝置中那樣,鎖定圖像檢測(cè)器112可以為光瞳面中的任何位置傳遞強(qiáng)度值(u,v)。然而,附加地,為鎖定檢測(cè)器提供頻移參考束和適當(dāng)?shù)膮⒖碱l率意味著在該示例中圖像檢測(cè)器可以為每個(gè)位置分開地提供幅度值A(chǔ)(u,v)和相位值

可以在許多不同的布局中實(shí)施所提到的束路徑,并且僅為了說(shuō)明設(shè)計(jì)的原理,這里示意性示出了反射鏡116a、116b、116c、118a、118b、120、122以及分束器(BS)124、126的特定結(jié)構(gòu)。附圖中沒有示出可包括在實(shí)際系統(tǒng)中的多種部件,例如包括透鏡或其他聚焦元件。它們可以容易從已知裝置中得到,并且不需要詳細(xì)描述。還可以提供用于不同功能(例如,聚焦或不同類型的測(cè)量)的附加束路徑。

輻射源102可以是單色相干光源(例如,窄線寬激光器)。通過使用相干光源,該裝置變得不太對(duì)光學(xué)路徑長(zhǎng)度的差敏感并且干涉測(cè)量變得可行。相干光源(和附加部件,諸如光學(xué)濾波器)可以用于圖3的光學(xué)配置中,假設(shè)路徑長(zhǎng)度差可忽略。

在照射路徑中,可以限定期望的照射輪廓。作為其簡(jiǎn)單實(shí)施方式,適當(dāng)形式的孔板128被置于分束器126與反射鏡120之間。由于孔板在與物鏡106的光瞳面共軛的平面中限定了空間強(qiáng)度分布,所以效果是選擇照射輻射撞擊到襯底上的角度的范圍。在所示示例中,孔板128具有給定形式以選擇離軸照射模式??梢酝ㄟ^使用不同的孔來(lái)實(shí)現(xiàn)照射的其他模式。期望剩余的光瞳面為暗,因?yàn)槠谕丈淠J酵馊魏尾恍枰墓鈱⒏缮嫫谕臏y(cè)量信號(hào)。

如圖3(b)所示,在襯底W與物鏡106的光學(xué)軸O正交的情況下放置光柵目標(biāo)T。從偏離軸O的角度撞擊到目標(biāo)T上的照射光線I引發(fā)零級(jí)光線(線0)和兩個(gè)第一級(jí)光線(線+1和-1)。應(yīng)該記得,在過填充的小目標(biāo)光柵的情況下,這些光線僅僅是許多并行光線中的一個(gè),它們覆蓋襯底的區(qū)域,包括度量目標(biāo)T和其他特征。在提供組合光柵目標(biāo)的情況下,目標(biāo)內(nèi)每個(gè)對(duì)應(yīng)的光柵都將引起其自身的衍射光譜。由于板128中的孔具有有限寬度(需要允許有用量的光),所以入射光線I實(shí)際上將占用一些角度,并且衍射光線0和+1/-1將在一定程度上擴(kuò)展。根據(jù)小目標(biāo)的點(diǎn)擴(kuò)展功能,每個(gè)級(jí)+1和-1都將進(jìn)一步在角度范圍上擴(kuò)展,而不是所示的單個(gè)理想光線。注意,光柵間距和照射角度可以設(shè)計(jì)或調(diào)整,使得進(jìn)入物鏡的第一級(jí)光線緊密地與中心光軸對(duì)準(zhǔn)。圖3(b)中示出的+1級(jí)光線一定程度上偏離軸,僅為了使其能夠更容易地在示圖中被區(qū)分。

場(chǎng)闌130可以設(shè)置在反射鏡122和116c之間。在該示例中,場(chǎng)闌130用于阻擋零級(jí)衍射束。其位于與收集路徑中的物鏡106的背光瞳面共軛的平面中,物鏡106的背光瞳面在下文中可以稱為“收集光瞳”或“檢測(cè)光瞳”。然后,在暗場(chǎng)模式中檢測(cè)衍射光譜(不與其他示例中描述的暗場(chǎng)成像模式混淆)。

圖3所示特定形式的孔板128和場(chǎng)闌130僅僅是示例。在其他示例中,使用目標(biāo)的軸上照射,并且具有離軸孔的孔徑光闌用于基本僅將一個(gè)第一級(jí)的衍射光傳遞至傳感器。在又一些實(shí)施例中,代替第一級(jí)束或者除第一級(jí)束之外,可以在測(cè)量中使用第二級(jí)束、第三級(jí)束和更高級(jí)的束(圖3中未示出)。為了使照射適用于這些不同類型的測(cè)量,孔板128可以包括形成在盤周圍的多個(gè)孔圖案,該盤旋轉(zhuǎn)以將期望圖案置于適當(dāng)位置。備選地或附加地,可以設(shè)置和交換板128的集合以實(shí)現(xiàn)相同的效果。還可以使用諸如可變形反射鏡陣列或透射型空間光調(diào)制器的可編程照射設(shè)備。移動(dòng)反射鏡或棱鏡可用作調(diào)整照射模式的另一方式。

如所提到的,檢測(cè)器112在本裝置中是相位敏感鎖定圖像檢測(cè)器。鎖定檢測(cè)通常已知為可通過“標(biāo)記”包含信息的信號(hào)的一部分來(lái)執(zhí)行窄帶(由此為低噪聲)檢測(cè)的技術(shù)。通過在所選頻率ωD處(例如遠(yuǎn)離噪聲頻率)調(diào)制信號(hào)來(lái)標(biāo)記感興趣的信號(hào)。鎖定傳感器在所選頻率ωD處被鎖定以記錄感興趣的信號(hào)并忽略其他信號(hào)或噪聲。在本裝置中,使用包括像素的二維陣列的相位敏感鎖定圖像檢測(cè)器,每個(gè)像素都提供鎖定傳感器功能。相對(duì)頻率偏移被施加于衍射束和參考束中的輻射。這些束頻率之間的拍頻被用作用于鎖定圖像檢測(cè)器的鎖定頻率。以這種方式,該裝置可用于執(zhí)行外差干涉測(cè)量以得到幅度和相位信息。

圖4示出了在頻率ωD處鎖定的鎖定圖像檢測(cè)器112的操作的原理。如在已知裝置中那樣,圖像傳感器132包括光檢測(cè)像素的二維陣列。陣列的軸被標(biāo)記為u和v,其中p(x,y)表示傳感器的位置(u,v)處的像素。圓形136表示收集光學(xué)路徑的光瞳,在其中(在圖3的示例中)將找到目標(biāo)T的衍射光譜。

圖4中的示圖示出了在像素p(u,v)處記錄的照射強(qiáng)度I(t)的時(shí)間演化。傳統(tǒng)的圖像檢測(cè)器將簡(jiǎn)單地針對(duì)曝光間隔對(duì)該強(qiáng)度進(jìn)行積分,并且輸出每個(gè)像素的單個(gè)強(qiáng)度。然而,在鎖定圖像檢測(cè)器中,在參考頻率(1/ωD)的周期內(nèi)的間隔處,每個(gè)像素p(u,v)處的輻射被獨(dú)立地采樣多次(ds1、ds2、ds3、ds4)。對(duì)于本示例來(lái)說(shuō),假設(shè)每個(gè)周期具有四個(gè)采樣點(diǎn),它們相隔90°。假設(shè)強(qiáng)度波形I(t)包含與參考頻率ωD同步的正弦分量,則這將給出用于所示樣本ds1-ds4的不同值。樣本ds1-ds4可以在多個(gè)周期上進(jìn)行積分以得到信號(hào)s1、s2、s3、s4。以這種方式,不與參考頻率同步的強(qiáng)度波形的頻率分量將被求平均,并且四個(gè)值s1-s4允許計(jì)算同步分量的相位和幅度。例如,可以通過以下公式來(lái)計(jì)算同步分量的幅度A、相位和dc偏移B:

以及

該分量的強(qiáng)度可以計(jì)算為I=A2。

圖像傳感器132例如可以是自適應(yīng)CMOS圖像傳感器。注意,單光子雪崩二極管(SPAD)、CCD或任何其他適當(dāng)?shù)膫鞲衅饕部梢杂米鳈z測(cè)器。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠?qū)⒁阎逆i定方法和/或相位敏感檢測(cè)方法適于如本文所述那樣檢測(cè)幅度和相位圖像。雖然圖3示出了從鎖定圖像檢測(cè)器112中得到的幅度和相位值,但設(shè)計(jì)選擇是在檢測(cè)器本身中計(jì)算這些值還是在處理單元PU中計(jì)算這些值。實(shí)際上,如果處理單元PU接收原始采樣ds1-ds4或者從鎖定圖像檢測(cè)器接收積分值s1-s4,然后根據(jù)需要執(zhí)行幅度、相位、強(qiáng)度的計(jì)算,這樣可能是便利的。還注意,不需要以值A(chǔ)和的形式來(lái)表示幅度和相位信息??梢酝ㄟ^一對(duì)分量矢量U和V來(lái)表示用于每個(gè)像素的幅度和相位信息。通過根據(jù)已知關(guān)系將幅度和相位表示為復(fù)數(shù)來(lái)容易進(jìn)行這些表達(dá)形式之間的轉(zhuǎn)換:

返回到圖3,裝置100包括移頻器108、110來(lái)使得鎖定檢測(cè)能夠用于外差干涉技術(shù)以及用于改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)化函數(shù)。可以選擇移頻器的數(shù)量和頻率調(diào)制技術(shù)來(lái)匹配應(yīng)用要求。移頻器例如可以是電光調(diào)制器、光纖調(diào)制器、磁光調(diào)制器、基于塞曼效應(yīng)的調(diào)制器和/或優(yōu)選為聲光調(diào)制器。為了方便,移頻器108、110可以是聲光調(diào)制器(AOM)。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的,AOM通過在晶體中設(shè)置聲波來(lái)進(jìn)行操作。這些波在晶體內(nèi)形成一種移動(dòng)的布拉格光柵,其中移動(dòng)的速度通過驅(qū)動(dòng)頻率來(lái)確定。聚焦在布拉格結(jié)構(gòu)中的AOM上(以滿足布拉格條件)的入射光(頻率ω)主要衍射到第一級(jí)輸出束和零級(jí)輸出束中,它們通過聲布拉格角度的兩倍來(lái)分離。AOM內(nèi)的“光柵”的運(yùn)動(dòng)還引起第一級(jí)輸出束的頻率發(fā)生ω+mΔω的頻率偏移,其中m=1對(duì)應(yīng)于第一級(jí)衍射,以及Δω對(duì)應(yīng)于調(diào)制頻率。對(duì)于第一級(jí)衍射光來(lái)說(shuō),頻率的頻率偏移等于AOM的調(diào)制頻率??梢栽诓煌{(diào)制頻率下通過頻率源114來(lái)驅(qū)動(dòng)移頻器(AOM)108、110,使得例如Δω1可以為30kHz、Δω2可以為100kHz。這種頻率中的小偏移不對(duì)散射/衍射效應(yīng)產(chǎn)生影響。精確的頻率和相位是不重要的,只要鎖定圖像檢測(cè)器從與AOM相同的頻率源接收其參考信號(hào)即可。

使用頻率偏移Δω1,檢查裝置100實(shí)施一種外差干涉技術(shù),并因而允許在檢測(cè)器112處測(cè)量衍射圖案的幅度和相位而不是僅測(cè)量強(qiáng)度。

例如,在N.Kumar等人的“Phase retrieval between overlapping orders in coherent Fourier scatterometry using scanning”(Journal of the European Optical Society-Rapid publications,Europe,v 8,Jul.2013,ISSN 1990-2573)中描述了出于這種目的獲取相位信息的先前方法。Kumar參考文獻(xiàn)包括在上面提到的專利申請(qǐng)US2012243004A中描述的工作?;谕獠罡缮娴呐渲美缭贕.E.Sommargren Applied Optics(Vol.20,Issue 4,pp.610-618(1981))和M.Pitter等人的Opticas Letter(Vol.29,No.11,June 1(2004))中公開。在US 5923423A中公開了用于檢測(cè)和分析晶片表面缺陷的外差散射儀。如已經(jīng)提到的,這些已知方法通常要求多個(gè)測(cè)量和掃描移動(dòng)來(lái)得到相位信息,因此不能很好地適合于大容量制造的檢查。在M.Pitter等人的“CMOS cameras for phase sensitive imaging”(Institute of Biophysics,Imaging and Optical Science University of Nottingham,UK,http://www.physics.ox.ac.uk/lcfi/FastImSem/Pitter.pdf,)中公開了相位敏感成像的相位敏感檢測(cè)技術(shù)和應(yīng)用示例。根據(jù)本申請(qǐng),類似于Pitter所公開的鎖定圖像檢測(cè)器被應(yīng)用于基于散射測(cè)量和/或衍射的度量以用于光刻工藝的參數(shù)的測(cè)量。

在圖3的檢查裝置100中,由輻射源102發(fā)射的輻射束通過分束器124和126分裂成三束(照射束、第一參考束和第二參考束),并且每一束都跟隨特定的光學(xué)路徑。

照射束跟隨的照射路徑和收集路徑類似于已知散射儀的照射路徑和收集路徑。然而,在本示例中,輻射源102發(fā)射頻率ω的單色輻射。頻率ω的照射束通過孔徑128給出期望的輪廓并且經(jīng)由物鏡106聚焦在襯底W上。物鏡106具有大數(shù)值孔徑(NA),優(yōu)選為至少0.9且更優(yōu)選為至少0.95。使用浸沒技術(shù),散射儀甚至可具有超過1的數(shù)值孔徑的透鏡。入射輻射(也為頻率ω)通過襯底W上的目標(biāo)衍射到衍射光譜中。至少0級(jí)且任選較高級(jí)的束被物鏡106收集并且引導(dǎo)回到反射鏡122。反射鏡122經(jīng)由場(chǎng)闌120和反射鏡116c引導(dǎo)經(jīng)散射/衍射的輻射到鎖定圖像檢測(cè)器112。被檢測(cè)器112檢測(cè)的信號(hào)輸出至處理器和控制器PU并且用于計(jì)算中,該計(jì)算將取決于被執(zhí)行的測(cè)量的特定類型。

為了使得收集光瞳適用于不同類型的測(cè)量,場(chǎng)闌130可以包括形成在盤周圍的多個(gè)孔圖案,該盤旋轉(zhuǎn)以將期望圖案置于適當(dāng)位置。備選地或附加地,可提供和交換場(chǎng)闌130的集合以實(shí)現(xiàn)相同的效果。還可以使用可編程場(chǎng)闌設(shè)備,諸如可變形反射鏡陣列或透射型空間光調(diào)制器。移動(dòng)反射鏡或棱鏡可用作調(diào)整收集/成像模式的另一方式。在本說(shuō)明書和權(quán)利要求書中對(duì)場(chǎng)闌的參考可解釋為包括允許選擇在收集路徑中傳送的目標(biāo)的衍射光譜的期望部分的任何設(shè)備。

回想在該示例中,檢測(cè)器112對(duì)物鏡的背光瞳面進(jìn)行“再成像”。光瞳面是輻射的徑向位置限定入射角度并且角度位置限定輻射的方位角的平面。檢測(cè)器112還可以位于背投影光瞳面中,背投影光瞳面位于透鏡系統(tǒng)106的焦距處。只有衍射光譜的所選部分被入射到檢測(cè)器上。這些部分取決于:(i)照射的所選方向;(ii)衍射級(jí)的角度擴(kuò)展,這取決于與照射波長(zhǎng)λ相關(guān)的目標(biāo)光柵的周期性;以及(iii)由場(chǎng)闌130對(duì)光譜的部分的選擇。對(duì)于基于衍射的度量來(lái)說(shuō),假設(shè)至少一個(gè)較高級(jí)包括在所選部分中(例如,+1和/或-1級(jí))。然而,僅通過包括0級(jí)就可以進(jìn)行散射測(cè)量,并且不排除具有這種配置的實(shí)施例。在本說(shuō)明書中,從圖3開始,為了方便將使用術(shù)語(yǔ)“衍射圖案”或“衍射光譜”。除非上下文另有要求,否則不包括或排除特定部分的衍射光譜。假設(shè)使用本公開的基于外差干涉技術(shù)的檢查裝置。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地將教導(dǎo)適于不同類型的散射儀,或者甚至其他類型的測(cè)量?jī)x器。

為了實(shí)施外差干涉技術(shù),跟隨第一參考路徑的第一參考束經(jīng)由反射鏡116a引導(dǎo)至移頻器(AOM)108。第一參考束的頻率通過AOM偏移到頻率ω+Δω1,然后經(jīng)頻移的第一參考束(即,第一級(jí)衍射束)通過反射鏡116b、116c引導(dǎo)至檢測(cè)器112。

跟隨第二參考路徑的附加第二參考束經(jīng)由分束器124和126被引導(dǎo)至移頻器(AOM)110。第二參考束的頻率通過AOM偏移至(不同的)頻率ω+Δω2。然后,通過反射鏡118a、118b將經(jīng)頻移的第二參考束(即,第一級(jí)衍射束)引導(dǎo)至反射鏡120。從反射鏡120,經(jīng)頻移的第二參考束跟隨與照射束相同的光學(xué)路徑。頻率ω+Δω2處的經(jīng)頻移的第二參考束由此經(jīng)由顯微鏡物鏡106聚焦到襯底W上、反射回并引導(dǎo)至檢測(cè)器112。第二參考束與照射束的不同在于,其不具有特定的照射輪廓。

在該結(jié)構(gòu)中,頻率ω處的衍射束、頻率ω+Δω1處的第一參考束和頻率ω+Δω2處的第二參考束在檢測(cè)器112處重疊,在檢測(cè)器處創(chuàng)建干涉圖案。

由于頻率偏移,這些干涉束建立特性和“拍”頻。三個(gè)干涉束生成具有以下四個(gè)拍頻的信號(hào):Δω1、Δω2、Δω2-Δω1、Δω2+Δω1。使用參照?qǐng)D4描述的原理,可以使用鎖定圖像檢測(cè)器獨(dú)立地檢測(cè)它們。

從以下信息信號(hào)中的任意一個(gè),可以根據(jù)需要獨(dú)立地獲取與測(cè)量的散射信號(hào)相關(guān)聯(lián)并且在通過干涉信號(hào)(通過將鎖定參考頻率ωD設(shè)置為Δω1、Δω2或Δω2-Δω1中的所選一個(gè))生成的信號(hào)中進(jìn)行編碼的信息:

·鎖定在頻率Δω1處的信號(hào):相對(duì)于第一參考束,每個(gè)像素p(u,v)處的測(cè)量信號(hào)的幅度、相位和強(qiáng)度(即,目標(biāo)T的衍射光譜的所選部分)。假設(shè)參考束橫跨檢測(cè)光譜具有恒定或至少良好限定的相位,則該拍頻處的信號(hào)的相位直接表示從該目標(biāo)T衍射的光學(xué)信號(hào)的相位??梢栽诿總€(gè)像素處獨(dú)立地檢測(cè)該相位。

·鎖定在頻率Δω2處的信號(hào):相對(duì)于第二參考束,測(cè)量信號(hào)的幅度、相位和強(qiáng)度。在應(yīng)用中,該信號(hào)不需要用于遠(yuǎn)場(chǎng)衍射測(cè)量。然而,其可用于其他目的,例如包括基于上面提到的Kumar等人的教導(dǎo)的聚焦估計(jì)。針對(duì)該教導(dǎo),Kumar等人的內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。

·鎖定在頻率Δω2-Δω1處的信號(hào):可以得到參考信號(hào)并用于強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化。

可以忽略Δω2+Δω1處的信號(hào)。

原理上,單個(gè)鎖定圖像檢測(cè)器可以在任何給定時(shí)刻處僅獲取這些信號(hào)中的一個(gè)信號(hào)。為了獲取這些信息信號(hào)中的多于一個(gè)的信號(hào),檢測(cè)器112可以在感興趣的每個(gè)頻率處順序頻率鎖定以一個(gè)接一個(gè)地記錄感興趣的信號(hào)。備選地,也可以并行使用多個(gè)檢測(cè)器,以同時(shí)得到不同的信息信號(hào)。備選地,為了同時(shí)區(qū)分多個(gè)頻率分量,在單個(gè)鎖定圖像檢測(cè)器112中實(shí)施多于四個(gè)的采樣和積分電路。

在詳細(xì)介紹了裝置的形式和功能后,現(xiàn)在將描述裝置的實(shí)際應(yīng)用和各種信息信號(hào),并且現(xiàn)在將描述裝置和方法的可選示例。

在光學(xué)度量中對(duì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用

參考上面提到的最后一個(gè)信息信號(hào),處理單元PU使用強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化信息來(lái)補(bǔ)償輻射源102的強(qiáng)度的變化,使得對(duì)于目標(biāo)特性的變化,它們不成為錯(cuò)誤。與已知散射儀中的標(biāo)準(zhǔn)化參考束跟隨的路徑相比,本示例中的第二參考束跟隨穿過光學(xué)系統(tǒng)的如下路徑,該路徑幾乎與實(shí)際測(cè)量中使用的照射路徑和收集路徑跟隨的路徑相同。因此,該信號(hào)允許測(cè)量結(jié)果更精確的標(biāo)準(zhǔn)化。通過應(yīng)用特定的頻率偏移和鎖定檢測(cè),確保第二參考束可以跟隨與衍射輻射的照射和檢測(cè)相同的路徑,而不影響第一信息信號(hào)。相反,盡管它們跟隨相同路徑并且使用相同的檢測(cè)器(不同于已知裝置),但衍射信號(hào)不影響強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量。

強(qiáng)度圖像I(u,v)可充分用于標(biāo)準(zhǔn)化的目的,不過當(dāng)然相位信息可根據(jù)期望來(lái)獲取。

對(duì)基于衍射的度量/散射測(cè)量的應(yīng)用

如已知的,可以執(zhí)行散射測(cè)量和基于衍射的度量的方法很多,并且這里僅描述一些示例以示出一般可用的新技術(shù)的應(yīng)用。以下公開的示例的共同點(diǎn)是利用相位信息捕獲衍射輻射。換句話說(shuō),捕獲的圖像具有可認(rèn)為是復(fù)數(shù)或矢量的像素值而不是簡(jiǎn)單的每個(gè)像素的標(biāo)量值。由于矢量表示周期函數(shù)的相位信息,所以它們還可以被稱為“相量”。

利用光瞳圖像檢測(cè)的應(yīng)用示例

圖5(a)和圖5(b)示出了對(duì)應(yīng)于兩個(gè)照射模式得到的衍射圖案圖像的示例,它們可以形成在檢測(cè)器112上并被檢測(cè)器112檢測(cè)到。在附圖每個(gè)部分的中心處,示出了目標(biāo)光柵138,在該示例中其通過度量裝置的照射束形成的照射點(diǎn)140欠填充。圖中未示出,該光柵138可以是形成復(fù)合目標(biāo)的組件光柵的較大集合光柵的部分。光柵是一維的,其在X方向上具有周期性。還將提供Y方向光柵,和/或具有斜線或二維周期性的光柵。

圖5(a)和圖5(b)的示例示出了鎖定檢測(cè)器112在例如等于Δω1的頻率處被鎖定的情況的操作。在這種情況下,如上所解釋的,檢測(cè)器112可以僅“看到”在頻率Δω1處的信息信號(hào),其通過由目標(biāo)T衍射的頻率ω處的束與頻率ω+Δω1處的第一參考束(其基本直接來(lái)自于照射源)之間的干涉生成。在每幅圖的左側(cè)示出了通過給定形式的孔板128提供的照射輪廓。檢測(cè)器112允許光學(xué)場(chǎng)的相位和幅度A的測(cè)量值以及(如果期望的話)檢測(cè)信號(hào)的強(qiáng)度I。為了示出通過檢測(cè)器112相關(guān)聯(lián)的幅度和相位的分離,在圖的每個(gè)部分的右手側(cè)處表示兩個(gè)分離的檢測(cè)圖像。圖像142-A和142-分別捕獲檢測(cè)信號(hào)的幅度和相位。將復(fù)雜的像素值示為兩個(gè)不同的圖像僅是示例性的。它們可以處理為兩個(gè)獨(dú)立的圖像或者認(rèn)為是具有復(fù)雜像素值的單個(gè)圖像(類似于數(shù)字彩色照片中的不同顏色通道)。如上所述,還可以計(jì)算強(qiáng)度圖像,但是這在圖中未示出。此外,如上所述,可以通過電場(chǎng)的一對(duì)正交分量矢量Ex和Ey來(lái)間接地表示幅度和相位分量。A和的值的表達(dá)是選擇問題。此外,不存在為什么不應(yīng)該使用強(qiáng)度和相位(I和)來(lái)代替幅度和相位的原因。

在圖5(a)中,照射輪廓限定遠(yuǎn)離光軸的單片照射144(I)。這是圖3中示出的示例。由于場(chǎng)闌130的動(dòng)作,只有+1級(jí)衍射信號(hào)可見,標(biāo)為144(+1)。通過場(chǎng)闌130阻擋其他衍射級(jí)(包括在144(0)處以點(diǎn)線表示的0級(jí)),或者甚至不進(jìn)入物鏡(例如,圖3(b)中看到的-1級(jí)以及高于第一級(jí)的級(jí))??梢岳秒x軸照射圖案的使用以根據(jù)具有如下間距的衍射光柵(套刻目標(biāo))得到清楚的第一級(jí)信號(hào),該間距是在使用傳統(tǒng)的圓形對(duì)稱照射孔徑時(shí)可以成像的最小間距的一半。然而,通常需要獲得-1級(jí)衍射信號(hào)以用于比較。因此,這種配置要求在不同的條件下測(cè)量目標(biāo)兩次,同時(shí)旋轉(zhuǎn)目標(biāo)或改變照射模式或成像模式以分別得到-1和+1衍射級(jí)。

在圖5(b)的示例中,從圖3的檢查裝置100中去除場(chǎng)闌130,并且通過圖5(b)的分段孔徑光闌128來(lái)代替圖5(a)的孔徑光闌128。這種類型的孔徑具有標(biāo)為a和b的兩個(gè)照射象限,這兩個(gè)照射象限在照射光瞳中彼此在直徑上相對(duì)且其間具有暗象限。因此,在檢測(cè)圖像142-A和142-中可見標(biāo)為a0和b0的零級(jí)反射以及標(biāo)為a-1、a+1、b-1和b+1的第一級(jí)衍射信號(hào)。由于照射孔徑的其他象限是暗的,并且更一般地由于照射圖案具有180°旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性,所以衍射級(jí)a-1和b+1在檢測(cè)圖像中是“自由的”,表示它們不與來(lái)自照射孔徑的其他部分的零級(jí)或更高級(jí)信號(hào)重疊。可以利用分段照射圖案的這種特性來(lái)從具有如下間距的衍射光柵(套刻目標(biāo))中得到清楚的第一級(jí)信號(hào),該間距是在使用傳統(tǒng)的圓形對(duì)稱照射孔徑時(shí)可成像的最小間距的一半。同時(shí),可以從同一(復(fù)雜)圖像的不同區(qū)域中提取兩個(gè)相對(duì)的第一級(jí)信號(hào),使得不需要進(jìn)行分開的測(cè)量。在已知申請(qǐng)US20100201963中描述了可針對(duì)散射測(cè)量利用的該衍射圖案和模式,其中進(jìn)一步的示例如下。

目標(biāo)重構(gòu)處理的應(yīng)用示例

使用上面結(jié)合目標(biāo)結(jié)構(gòu)(諸如目標(biāo)T)的建模及其衍射特性描述的檢查裝置,可以多種方式來(lái)執(zhí)行目標(biāo)的形狀和其他參數(shù)的測(cè)量。在由圖6表示的這種處理的示例中,計(jì)算基于目標(biāo)結(jié)構(gòu)(第一候選結(jié)構(gòu))的第一估計(jì)值的衍射圖案并與觀察到的衍射圖案進(jìn)行比較。然后,模型的參數(shù)系統(tǒng)地變化并且在一系列迭代中重新計(jì)算衍射,以生成新候選結(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)最適合的方案。然而,通過傳統(tǒng)的散射儀,僅可以比較建模的衍射圖案與觀察到的圖案之間的強(qiáng)度,利用圖3的裝置可以比較幅度和相位(或強(qiáng)度和相位)。在以下討論中,輻射和相位(或強(qiáng)度和相位)將簡(jiǎn)稱為“幅度/強(qiáng)度和相位”。如上所述,該措辭還可以理解為涵蓋備選形式的表達(dá)。

更詳細(xì)地參照?qǐng)D6,對(duì)于該描述來(lái)說(shuō)可以假設(shè)目標(biāo)僅在一個(gè)方向上是周期性的(1D結(jié)構(gòu))。實(shí)際上,其可以在2個(gè)方向上是周期性的(2維結(jié)構(gòu)),并且可以相應(yīng)地適應(yīng)處理。

602:使用諸如上述的散射儀來(lái)測(cè)量目標(biāo)的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射圖案,包括相位信息。該測(cè)量的衍射圖案被轉(zhuǎn)發(fā)至諸如計(jì)算機(jī)的計(jì)算系統(tǒng)。計(jì)算系統(tǒng)可以是上面提及的處理單元PU,或者其可以是獨(dú)立的裝置。因此獲取相關(guān)聯(lián)光學(xué)場(chǎng)的衍射信號(hào)強(qiáng)度(I)和/或幅度(A)和相位

603:建立“模型配方”,其根據(jù)多個(gè)參數(shù)ai(a1、a2、a3等等)來(lái)限定目標(biāo)結(jié)構(gòu)的參數(shù)化模型。例如在1D周期性結(jié)構(gòu)中,這些參數(shù)可以表示側(cè)壁的角度、特征的高度或深度、特征的寬度。目標(biāo)材料和下面層的特性也可以通過參數(shù)來(lái)表示,諸如折射率(在特定波長(zhǎng)下存在于散射測(cè)量輻射束)。重要地,雖然目標(biāo)結(jié)構(gòu)可以通過描述其形狀和材料特性的許多參數(shù)來(lái)限定,但模型配方將限定這些參數(shù)中的一些具有固定值而其他參數(shù)可變或者“浮置”參數(shù)來(lái)用于以下處理步驟的目的。先前的申請(qǐng)公開了可以進(jìn)行固定參數(shù)和浮置參數(shù)之間的選擇的處理。此外,這些先前的申請(qǐng)介紹了可允許改變參數(shù)而無(wú)需完全獨(dú)立的浮置參數(shù)的方式。為了描述圖6的目的,僅可變參數(shù)被認(rèn)為是參數(shù)pi

604:針對(duì)浮置參數(shù)(即,a1(0),a2(0),a3(0)等),通過設(shè)置初始值ai(0)來(lái)估計(jì)模型目標(biāo)結(jié)構(gòu)。如在配方中限定的,每個(gè)浮置參數(shù)都將在特定的預(yù)定范圍內(nèi)生成。

606:表示估計(jì)的目標(biāo)結(jié)構(gòu)的參數(shù)(包括形狀以及模型的不同元件的光學(xué)特性)被用于計(jì)算散射特性,例如使用嚴(yán)格的光學(xué)衍射方法(諸如RCWA)或者麥克斯韋方程的任何其他求解程序。這給出了估計(jì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)的估計(jì)或模型衍射圖案。盡管在現(xiàn)有應(yīng)用中可以將建模的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射圖案轉(zhuǎn)換為簡(jiǎn)單的強(qiáng)度值,但在本申請(qǐng)中的步驟606保持幅度/強(qiáng)度和相位的單獨(dú)值或者矢量Ex、Ey,由此以任何方便的形式來(lái)表示幅度/強(qiáng)度和相位。

608、610:然后比較測(cè)量的衍射圖案(幅度/強(qiáng)度和相位)與模型衍射圖案,并且使用它們的相似性和差異性來(lái)計(jì)算用于模型目標(biāo)結(jié)構(gòu)的“評(píng)價(jià)函數(shù)”。對(duì)于該步驟來(lái)說(shuō),考慮可以各種方式來(lái)表示步驟602和606中得到的幅度/強(qiáng)度和相位,其通常將便于針對(duì)兩個(gè)步驟選擇相同形式的表述。否則,步驟608中的比較可以解決一些預(yù)轉(zhuǎn)換。

612:假設(shè)評(píng)價(jià)函數(shù)表示模型需要在其精確表示實(shí)際目標(biāo)結(jié)構(gòu)之前進(jìn)行改進(jìn),估計(jì)新參數(shù)a1(1)、a2(1)、a3(1)等并且迭代反饋到步驟506中。重復(fù)步驟606-612。

為了幫助搜索,步驟606中的計(jì)算可以進(jìn)一步生成評(píng)價(jià)函數(shù)的偏導(dǎo)數(shù),表示在參數(shù)空間的該特定區(qū)域中,利用其增加或減小參數(shù)的敏感性將增加或減小評(píng)價(jià)函數(shù)。評(píng)價(jià)函數(shù)的計(jì)算以及導(dǎo)數(shù)的使用在本領(lǐng)域中是公知的,并且這里將不再詳細(xì)描述。

614:當(dāng)評(píng)價(jià)函數(shù)表示該迭代處理收斂于具有期望精度的解時(shí),當(dāng)前估計(jì)的參數(shù)被報(bào)告作為實(shí)際目標(biāo)結(jié)構(gòu)的測(cè)量值。

該迭代處理的計(jì)算時(shí)間主要通過所使用的前向衍射模型來(lái)確定,即,使用嚴(yán)格的光學(xué)衍射理論、根據(jù)估計(jì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)來(lái)計(jì)算估計(jì)模型衍射圖案。如果需要更多參數(shù),則具有更大的自由度。計(jì)算時(shí)間原則上隨著多個(gè)自由度的冪增加。可以各種形式來(lái)表示在606中計(jì)算的估計(jì)或模型衍射圖案。如果以與步驟602中生成的測(cè)量圖案相同的形式表示所計(jì)算圖案,則比較被簡(jiǎn)化。例如,建模的光瞳圖案可以容易地與由圖3的裝置測(cè)量的光瞳圖案比較。例如,在WO2012126718中進(jìn)一步詳細(xì)描述用于確定結(jié)構(gòu)參數(shù)的處理。

可以期望幅度/強(qiáng)度和相位的比較以提高迭代處理的魯棒性,原因在于存在可以區(qū)分不同模型參數(shù)的效果的更多信息??梢愿鶕?jù)減小的計(jì)算負(fù)擔(dān)(例如,所需的更少的迭代和/或更少的可變參數(shù))和/或根據(jù)最終結(jié)果的較大精度來(lái)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)的性能。上面提到的現(xiàn)有申請(qǐng)US2012243004A1提供了在目標(biāo)重構(gòu)中使用相位信息的更詳細(xì)說(shuō)明。

流程圖中未示出的另一方法使用預(yù)計(jì)算的衍射圖案的庫(kù)來(lái)代替在進(jìn)行每個(gè)測(cè)量時(shí)計(jì)算模型。感興趣參數(shù)的測(cè)量通過搜索庫(kù)中與觀察到的衍射圖案最匹配的圖案、然后查找用于已被用于生成庫(kù)圖案的形狀和其他參數(shù)值來(lái)得到??梢酝ㄟ^使用幅度/強(qiáng)度圖像和相位圖像作為用于找到庫(kù)中的最佳匹配圖案的標(biāo)準(zhǔn),來(lái)使得庫(kù)搜索更有鑒別力。還可以使用庫(kù)搜索后跟迭代修改的組合來(lái)實(shí)施混合方法。

利用鎖定圖像檢測(cè)器112與拍頻Δω1同步執(zhí)行上述測(cè)量。如上所述,通過將鎖定頻率設(shè)置為Δω2-Δω1,可以在處理期間方便的時(shí)間執(zhí)行用于強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化的測(cè)量。備選地,可以與Δω1處的測(cè)量并行地操作具有鎖定頻率Δω2-Δω1的獨(dú)立檢測(cè)分支。在圖6的方法中可以在適當(dāng)階段處將標(biāo)準(zhǔn)化施加于測(cè)量的衍射圖案,即在步驟602和608之間的某個(gè)時(shí)間處。在從衍射圖案中提取關(guān)鍵參數(shù)用于與模型進(jìn)行比較的示例中,在提取關(guān)鍵參數(shù)之前,通常將對(duì)原始幅度/強(qiáng)度數(shù)據(jù)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化。

應(yīng)用示例:光瞳面中基于衍射的套刻

參照?qǐng)D7(a)和圖7(b),上面提到的其他現(xiàn)有申請(qǐng)公開了如何可通過簡(jiǎn)單地觀察衍射圖案中的不對(duì)稱性來(lái)測(cè)量光刻工藝的各種性能參數(shù)。例如,根據(jù)由檢測(cè)器112測(cè)量的目標(biāo)138,可以從圖5(a)或圖5(b)的衍射圖案中推斷套刻精度測(cè)量。套刻目標(biāo)中的光柵138包括在襯底上的第一層和第二層中形成在彼此頂部上的兩個(gè)光柵。還可以利用其他特殊形成的目標(biāo)來(lái)使用不對(duì)稱性,以測(cè)量除套刻精度之外的參數(shù),例如測(cè)量光刻工藝的聚焦量或劑量性能。這些技術(shù)涉及光柵線的一側(cè)或另一側(cè)上的精細(xì)特征,以這種方式,非理想的聚焦量或劑量設(shè)置導(dǎo)致每條線中的不對(duì)稱形狀。套刻的另一形式是由多個(gè)圖案化處理進(jìn)行的交錯(cuò)線之間的套刻。在套刻精度度量的示例中描述的本技術(shù)可以容易地適用于所有這些類型的度量??梢酝ㄟ^比較從一對(duì)衍射圖案圖像(如圖5(a))或者從使用檢測(cè)器112捕獲的相同衍射圖案內(nèi)的不同區(qū)域(圖5(b))提取的+1和-1級(jí)的強(qiáng)度來(lái)獲取用于光柵138(例如)的不對(duì)稱信號(hào)。

圖7(a)示出了可用于圖5(a)所示情況的示例性處理,其中在兩個(gè)獨(dú)立的測(cè)量中在檢測(cè)器112處記錄衍射光譜的相對(duì)部分(例如,+1級(jí)和-1級(jí))。在步驟701中,襯底(例如,半導(dǎo)體晶片)通過圖2的光刻單元進(jìn)行處理一次或多次,以創(chuàng)建包括套刻目標(biāo)138的結(jié)構(gòu)。在702中,使用圖3的度量裝置,利用圖5(a)左手側(cè)的孔板128,得到圖5(a)右手側(cè)的+1級(jí)衍射圖案。在703中,例如通過旋轉(zhuǎn)目標(biāo)或改變照射模式來(lái)得到-1級(jí)衍射圖案。

在步驟704中,在步驟S2和S3中得到的衍射圖案內(nèi)任選地識(shí)別感興趣的區(qū)域(ROI),從中將測(cè)量強(qiáng)度等級(jí)。是否需要該步驟取決于衍射圖案是否可包含在其中找到所選衍射級(jí)的區(qū)域144(+1)等外的噪聲。

對(duì)于每個(gè)衍射級(jí)識(shí)別ROI并測(cè)量其強(qiáng)度,隨后可以確定光柵結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性,因此確定套刻誤差(或其他參數(shù))。這在步驟705中通過圖像處理器和控制器PU來(lái)進(jìn)行,其將針對(duì)目標(biāo)138的+1和-1級(jí)得到的幅度/強(qiáng)度值(和任選地相位)比較以識(shí)別它們強(qiáng)度中的任何差值。在步驟705中計(jì)算幅度/強(qiáng)度差值以得到針對(duì)每個(gè)光柵的不對(duì)稱性的測(cè)量。在步驟706中,根據(jù)不對(duì)稱性測(cè)量以及光柵的套刻偏差的知識(shí),處理器計(jì)算目標(biāo)T附近的套刻誤差。

現(xiàn)在,雖然衍射光譜的不對(duì)稱性的測(cè)量是在完美實(shí)施的工藝中測(cè)量套刻精度,但實(shí)際上,在頂部或底部光柵特征中的諸如工藝引入的不對(duì)稱性的其他因素會(huì)不期望地影響結(jié)果。材料和形狀的其他變化會(huì)類似地減小從不對(duì)稱性測(cè)量推斷的套刻測(cè)量的精度。來(lái)自鎖定圖像檢測(cè)器112的除幅度/強(qiáng)度信息之外的相位信息的可用性可被用于提高精度而不需要進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)量。兩個(gè)衍射圖案的相位圖像142-可以在步驟705中進(jìn)行比較,以得到關(guān)于觀察到的不對(duì)稱性的類型(原因)的附加信息。備選地或另外地,在步驟705中比較幅度或強(qiáng)度之后,來(lái)自相位圖像的信息可用于在步驟706中執(zhí)行的感興趣參數(shù)的計(jì)算中計(jì)算校正。備選地或另外地,在步驟705中的比較之前,可應(yīng)用相位信息來(lái)計(jì)算測(cè)量的幅度或強(qiáng)度中的校正。在特定應(yīng)用中,相位信息可應(yīng)用于計(jì)算用于捕獲圖像的聚焦校正??蓱?yīng)用這些聚焦校正例如以更精確地限定步驟704中的ROI,或者以另一方式來(lái)更加精確地提取期望的衍射級(jí)。

圖7(b)非常類似于圖7(a)并且是在圖5(b)中所示情況下執(zhí)行的等效處理的示例?;叵胍幌?,使用圖3的度量裝置,例如利用圖5(b)的孔板128,在一個(gè)測(cè)量中但在(復(fù)雜)圖像的不同部分處記錄+1和-1衍射級(jí)。因此,通過單個(gè)步驟702’來(lái)替代步驟702和703,其中同時(shí)記錄+1和-1衍射級(jí)。然后,在步驟704’中,在步驟702’中得到的衍射圖案內(nèi)仔細(xì)識(shí)別兩個(gè)感興趣區(qū)域(ROI),以提取衍射圖案的所選相對(duì)部分(在該示例中為+1和-1衍射級(jí)),從中將測(cè)量強(qiáng)度等級(jí)(任選為相位)。針對(duì)每個(gè)衍射級(jí)識(shí)別ROI并測(cè)量其幅度/強(qiáng)度(任選為相位)后,然后可以在步驟705’和706’中確定光柵結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性,并因此確定諸如套刻誤差之類的感興趣參數(shù)??梢栽诓襟E704’、705’和/或706’中使用相位信息來(lái)提高精度,如圖7(a)所說(shuō)明的。應(yīng)用示例:暗場(chǎng)成像度量

如在簡(jiǎn)介中所提到的,用于基于衍射的度量的另一類型的檢查裝置采用暗場(chǎng)成像來(lái)代替光瞳圖像檢測(cè)。實(shí)際上,如參考的現(xiàn)有應(yīng)用所示,用于暗場(chǎng)成像功能和光瞳面成像的光學(xué)系統(tǒng)可以共享許多部件,并且兩種類型的裝置可以有用地在單個(gè)商用裝置中進(jìn)行組合。暗場(chǎng)成像功能和光瞳成像功能可以通過將束分裂為不同分支來(lái)提供,如現(xiàn)有應(yīng)用所示。備選地,可提供可移動(dòng)部件來(lái)將光學(xué)系統(tǒng)的單個(gè)分支轉(zhuǎn)換為一個(gè)形式來(lái)代替另一個(gè)。為了簡(jiǎn)化,以下示例僅具有暗場(chǎng)成像功能。再次,實(shí)際產(chǎn)品中的光學(xué)系統(tǒng)可包括許多輔助部件,諸如透鏡和偏振器。為了簡(jiǎn)化在附圖中沒有示出這些部件。

圖8(a)示出了適于執(zhí)行暗場(chǎng)成像并結(jié)合鎖定圖像檢測(cè)器和移頻器以實(shí)施外差干涉技術(shù)的檢查裝置800。光學(xué)配置通常與圖3的配置相同,并且相同的參考標(biāo)號(hào)用于等效部件。這里僅描述不同之處。與圖3的裝置的主要不同在于提供成像透鏡802(或透鏡系統(tǒng))。通過光學(xué)系統(tǒng)802來(lái)聚焦從該目標(biāo)T散射的輻射和參考束以在鎖定圖像檢測(cè)器112上形成襯底W上的目標(biāo)T的圖像。也就是說(shuō),檢測(cè)器112現(xiàn)在位于與目標(biāo)的平面共軛的平面中,而不是與物鏡106的光瞳面共軛的平面。該平面中的坐標(biāo)標(biāo)為x和y,而不是u和v。如從參考中已知的,采用暗場(chǎng)成像操作模式允許使用更小的目標(biāo),并且允許同時(shí)進(jìn)行從多個(gè)小目標(biāo)的測(cè)量。這可以帶來(lái)以下優(yōu)點(diǎn):其使用襯底上的較少空間,并且對(duì)于大容量制造的度量應(yīng)用中可以保持高測(cè)量生產(chǎn)力。

圖8(b)示出了根據(jù)已知實(shí)踐的形成在襯底上的復(fù)合目標(biāo)。復(fù)合目標(biāo)包括緊密定位在一起的四個(gè)光柵842-845,使得它們都將位于照射點(diǎn)840內(nèi)。成像透鏡802在檢測(cè)器112上提供其中將聚焦目標(biāo)T的圖像的圖像平面。只有衍射光譜中所選的一個(gè)第一級(jí)有助于圖像的形成,而其他被物鏡的孔徑或場(chǎng)闌130排除。從而,每個(gè)“圖像”都不是可決定光柵線的傳統(tǒng)圖像。(為了形成傳統(tǒng)圖像,要求至少兩個(gè)衍射級(jí)干涉)。相反,當(dāng)鎖定圖像檢測(cè)器112與拍頻Δω1同步時(shí),每個(gè)光柵都呈現(xiàn)為光的片段,其強(qiáng)度取決于衍射到衍射光譜的所選部分中的能量。

在專用于套刻精度測(cè)量的示例中,光柵842-845本身是套刻光柵,其包括在形成于襯底W上的半導(dǎo)體器件的不同層中圖案化的套刻光柵。光柵842-845可以具有不同偏差的套刻偏移,以利于形成復(fù)合光柵的不同部分的層之間的套刻精度的測(cè)量。光柵842-845還可以在它們的定向方向上不同,如圖所示,從而在X方向和Y方向上衍射進(jìn)入的輻射。在一個(gè)示例中,光柵842和844是分別具有+d和-d的偏差的X方向光柵。光柵843和845是分別具有偏移+d和-d的Y方向光柵。已知目標(biāo)設(shè)計(jì)和偏差方案的許多變化并且根據(jù)期望來(lái)應(yīng)用。雖然示出了四個(gè)光柵,但另一實(shí)施例可要求更大的矩陣來(lái)得到期望的精度??梢赃m應(yīng)目標(biāo),使得它們不對(duì)稱性的測(cè)量可用于得到除套刻精度之外的參數(shù)的測(cè)量,這在上面已經(jīng)提到。這些參數(shù)的示例是光刻工藝中的聚焦量和劑量。

圖8(c)示出了在圖8(a)的裝置中使用圖8(b)的目標(biāo)和圖8(c)中示出的孔板128通過檢測(cè)器112檢測(cè)的幅度圖像(846-A)和相位圖像(846-)的示例。深色矩形表示檢測(cè)器112上的圖像的場(chǎng),其中襯底上的照射點(diǎn)140被成像到對(duì)應(yīng)的圓形區(qū)域850中。在該區(qū)域內(nèi),矩形區(qū)域852-855表示小目標(biāo)光柵842-845的“圖像”。如果光柵位于產(chǎn)品區(qū)域中,則還可以在該圖像場(chǎng)的外圍中可見產(chǎn)品特征。圖像處理器和控制器PU使用模式識(shí)別來(lái)處理這些圖像846-A和846-以識(shí)別光柵842-845的獨(dú)立圖像852-855。一旦識(shí)別了光柵的獨(dú)立圖像,就可以從上述用于每個(gè)光柵的測(cè)量信號(hào)中獲取諸如光學(xué)場(chǎng)的平均強(qiáng)度以及相位和幅度之類的特性。測(cè)量的強(qiáng)度/幅度和/或相位可以在利用不同的目標(biāo)定向或成像模式或照射模式得到的圖像之間進(jìn)行比較,以得到每個(gè)光柵中的不對(duì)稱性的測(cè)量。通過比較用于不同的偏差光柵的不對(duì)稱性,處理單元PU或獨(dú)立的計(jì)算機(jī)可以計(jì)算光刻工藝的套刻或參數(shù)的測(cè)量值。

例如,通過比較用于給定光柵的測(cè)量信號(hào)得到根據(jù)已知實(shí)踐的套刻測(cè)量結(jié)果,以推斷光柵中的不對(duì)稱性,并且可以將套刻光柵中的不對(duì)稱性用作套刻誤差的指示。

圖9示出了使用上述裝置和目標(biāo)測(cè)量套刻精度的基本方法。在該示例中,該方法基于申請(qǐng)US2011027704中描述的方法,其使用圖3和圖4的裝置。原理上,通過光柵的不對(duì)稱性來(lái)測(cè)量包含圖8(b)的組件光柵的兩個(gè)層之間的套刻誤差,如通過比較+1級(jí)和1級(jí)暗場(chǎng)圖像中的強(qiáng)度來(lái)揭示的那樣。在步驟910中,襯底(例如,半導(dǎo)體晶片)通過圖2的光刻單元處理一次或多次,以創(chuàng)建形成度量目標(biāo)的包括套刻光柵842-845的結(jié)構(gòu)。

在920中,使用圖8的度量裝置,并且利用與拍頻Δω1同步的鎖定圖像檢測(cè)器112,僅使用一個(gè)第一級(jí)衍射束(即-1)來(lái)得到光柵842-845的(復(fù)雜)圖像。然后,通過改變照射模式或改變成像模式,或者通過在度量裝置的視場(chǎng)中將襯底W旋轉(zhuǎn)180°,可以得到使用另一個(gè)第一級(jí)衍射束(+1)的光柵的第二(復(fù)雜)圖像(步驟930)。從而,在第二圖像中捕獲用于每個(gè)光柵的+1衍射輻射。設(shè)計(jì)選擇的問題是是否可以在每個(gè)圖像中捕獲所有光柵842-845,以及是否需要移動(dòng)裝置或襯底以捕獲獨(dú)立圖像中的光柵。在任一情況下,假設(shè)經(jīng)由鎖定圖像檢測(cè)器112捕獲所有組件光柵的第一圖像和第二圖像。

在步驟940中,在每個(gè)組件光柵的圖像內(nèi)仔細(xì)識(shí)別感興趣區(qū)域(ROI,參見圖8(c)),從中將測(cè)量強(qiáng)度等級(jí)。這么做是因?yàn)?,特別是在對(duì)應(yīng)光柵圖像的邊緣周圍,強(qiáng)度值通??梢愿叨纫蕾囉诠に囎兓?,諸如抗蝕劑厚度、組成、線形狀以及邊緣效應(yīng)。

針對(duì)每個(gè)對(duì)應(yīng)的光柵識(shí)別ROI并測(cè)量其橫跨ROI的強(qiáng)度,然后可以確定光柵結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性,并由此確定套刻誤差。如現(xiàn)有申請(qǐng)所描述的,這通過圖像處理器和控制器PU在步驟950中進(jìn)行,其將針對(duì)每個(gè)圖像852-855的+1和-1級(jí)得到的幅度/強(qiáng)度值和/或相位值進(jìn)行比較以識(shí)別它們強(qiáng)度中的任何差異。在步驟950中計(jì)算強(qiáng)度差以得到針對(duì)每個(gè)光柵的不對(duì)稱性的測(cè)量。在步驟960中,根據(jù)不對(duì)稱性測(cè)量以及根據(jù)光柵的套刻偏差的知識(shí),處理器計(jì)算目標(biāo)T附近的套刻誤差(或其他感興趣的參數(shù))。

以類似于圖7所解釋的方式,通過鎖定圖像檢測(cè)器112得到的相位信息可以與幅度和/或強(qiáng)度信息組合來(lái)提高計(jì)算感興趣的參數(shù)的測(cè)量的精度。

相位信息還允許光瞳面中“過濾”信號(hào)的建模。在圖像平面中測(cè)量的信號(hào)可以經(jīng)傅里葉過濾,然后可以建模光瞳面中的“過濾”信號(hào)??梢酝ㄟ^圖像處理器和控制器PU來(lái)執(zhí)行建模。例如在目標(biāo)結(jié)構(gòu)接近產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的情況下或者在感興趣區(qū)域外的不均質(zhì)的情況下,光瞳面中過濾信號(hào)的重構(gòu)提高了測(cè)量質(zhì)量。相位信息可用于在數(shù)據(jù)后處理期間計(jì)算地推斷和抵消聚焦誤差。然后,進(jìn)一步提高了測(cè)量質(zhì)量。

圖10(a)示出了暗場(chǎng)成像檢查裝置的另一示例。圖10(a)的示例類似于圖8的示例,但是修改為同時(shí)捕獲鎖定圖像檢測(cè)器的不同部分上的+1和-1級(jí)圖像。這種修改基于在公開的專利申請(qǐng)US2011102753A1中所描述的發(fā)明,其內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。

在該結(jié)構(gòu)中,選擇修改的孔板128以僅在照射光瞳的中心處提供照射。如圖10(b)所示,這表示入射光線I垂直入射到目標(biāo)T上,導(dǎo)致第一級(jí)衍射束在光軸O的任一側(cè)為徑向,而零級(jí)束沿著收集路徑并沿著光軸O行進(jìn)。修改的場(chǎng)闌130過濾掉所有束,除了第一級(jí)衍射束。

通過場(chǎng)闌130的每個(gè)+1和-1衍射級(jí)隨后可以通過對(duì)應(yīng)的光楔1010來(lái)偏離。這允許將兩個(gè)第一級(jí)衍射束相互分離,使得它們創(chuàng)建“復(fù)視覺”效應(yīng)。因此,在檢測(cè)器上的不同位置處捕獲衍射光譜的相對(duì)部分,并且可以獨(dú)立地提取和處理。以這種方式,僅要求單個(gè)成像步驟來(lái)得到不對(duì)稱性測(cè)量。圖10(a)的裝置包括光楔1010,它們沿著x軸對(duì)準(zhǔn)以在x方向上分離+1和-1衍射級(jí)。備選地,光楔1010可以沿著y軸對(duì)準(zhǔn)以在y方向上分離+1和-1衍射級(jí),或者可使用四個(gè)光楔1010的集合,其中一個(gè)光楔1010沿著x軸對(duì)準(zhǔn),其他沿著y軸對(duì)準(zhǔn),在x方向和y方向上分離+1和-1衍射級(jí)。

以與上面用于圖6的處理所描述的相同方式,通過將鎖定頻率設(shè)置為Δω2-Δω1,在方便的時(shí)間執(zhí)行強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)化。

變形例

代替偏移參考束的頻率或者除偏移參考束的頻率之外,用于獲取衍射圖案的照射路徑還可以包括移頻器。在衍射信號(hào)和參考束被頻率偏移的情況下,所得到的拍頻值(例如通過頻移的照射束與頻移的第一參考束之間的干涉生成)然后可以減小到較低值,甚至幾赫茲。較低的頻率可以允許使用對(duì)于其采集頻率具有更寬松規(guī)范的圖像傳感器。然而,這種較低的采集頻率可能不太適合用于不要求這種高測(cè)量產(chǎn)量的應(yīng)用。

在圖8的裝置中,通過放置在反射鏡116c之后且在檢測(cè)器112之前的成像透鏡802,第一參考束被聚焦在檢測(cè)器112上。相比之下,在圖10(a)的裝置中,第一參考束通過放置在成像透鏡802之后且在檢測(cè)器112之前的反射鏡116c而被引導(dǎo)至檢測(cè)器112。根據(jù)應(yīng)用,任意配置都可以在實(shí)際儀器中實(shí)施。

注意,在圖3、圖8和圖10的裝置中,可以在第一參考路徑的某處放置衰減設(shè)備(未示出)(例如,中性密度濾光片),以調(diào)整經(jīng)頻移的第一參考束的強(qiáng)度來(lái)與特定情況下的衍射信號(hào)的強(qiáng)度兼容。可以使得衰減程度可變。例如,通過機(jī)動(dòng)化中性密度濾光輪。

可以通過分析由0級(jí)衍射束和第一級(jí)衍射束之間的干涉創(chuàng)建的干涉圖案來(lái)實(shí)現(xiàn)聚焦校正。

圖11示出了利用同步的鎖定圖像檢測(cè)器使用偏振的調(diào)制以執(zhí)行偏振和橢偏測(cè)量。這可以是單獨(dú)的儀器,但是還可以是使用圖3、圖8或圖10的檢查裝置100執(zhí)行的操作的任選模式??梢酝ㄟ^偏振元件1103來(lái)偏振由輻射源1102生成的照射束。調(diào)制元件1104周期性地在高頻下調(diào)制照射束的偏振狀態(tài)。該調(diào)制元件例如可以放置在偏振元件1103之后。調(diào)制元件可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)偏振元件(例如,旋轉(zhuǎn)偏振器、EOM等)。然后,照射束用于經(jīng)由光學(xué)部件1105和顯微鏡物鏡1106照射目標(biāo)T。由于照射束的偏振在偏振旋轉(zhuǎn)元件的頻率下進(jìn)行旋轉(zhuǎn),所以從目標(biāo)衍射的光(其經(jīng)由光學(xué)部件1107引導(dǎo)至鎖定檢測(cè)器1112)還包含在相同頻率下改變的強(qiáng)度和/或偏振的時(shí)變分量。通過將固定分析器1108引入到檢查裝置100中,例如在鎖定檢測(cè)器1112之前,通過在旋轉(zhuǎn)頻率下鎖定檢測(cè)器1112,可以提取信號(hào)的幅度和相位。然后,可以使用所測(cè)量的信號(hào)的幅度和相位來(lái)提取目標(biāo)的偏振測(cè)量參數(shù)。在該示例中,復(fù)雜的圖像數(shù)據(jù)例如可表示偏振矢量的幅度和角度。

設(shè)置還可以與固定偏振器和旋轉(zhuǎn)分析器一起工作。代替旋轉(zhuǎn)偏振器,可以使用電光調(diào)制器。

總結(jié)

本文公開的方法和相關(guān)聯(lián)的檢查裝置能夠?qū)崿F(xiàn)以下一個(gè)或多個(gè)優(yōu)勢(shì)。

通過實(shí)施相位敏感外差干涉技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)散射目標(biāo)的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射圖案的測(cè)量。例如,遠(yuǎn)場(chǎng)衍射圖案的測(cè)量允許獲取衍射信號(hào)強(qiáng)度以及相關(guān)聯(lián)的光學(xué)場(chǎng)的幅度和相位。這開啟了基于所測(cè)量的散射目標(biāo)的復(fù)雜遠(yuǎn)場(chǎng)衍射圖案執(zhí)行完整的目標(biāo)重構(gòu)的可能性。例如,然后將可以增加重構(gòu)處理的精度(例如,CD重構(gòu)或完整的目標(biāo)重構(gòu))。

基于強(qiáng)度的散射儀要求較大的目標(biāo)以便從所測(cè)量的光強(qiáng)度中獲取臨界的度量參數(shù)(例如,CD、套刻精度和聚焦量)。本文公開的技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)全場(chǎng)測(cè)量,利于解決不適定逆散射問題??梢詡鬟f對(duì)逆問題(對(duì)散射目標(biāo)的散射場(chǎng))的良好限定且更精確的解決方案。這能夠顯著降低在晶片上放置度量目標(biāo)所需的空間。

在測(cè)量不對(duì)稱性并且被特殊目標(biāo)直接用于計(jì)算感興趣的測(cè)量參數(shù)而不執(zhí)行重構(gòu)的示例中,相位信息的可用性允許所計(jì)算的測(cè)量對(duì)形狀或處理的其他參數(shù)的變化不敏感。相位信息可在感興趣參數(shù)的計(jì)算內(nèi)使用,或者可用于向計(jì)算值施加校正。

提供高分辨率和精確測(cè)量的能力是度量中的主要挑戰(zhàn)。度量系統(tǒng)經(jīng)受許多噪聲源(例如,光學(xué)噪聲源、電噪聲源、機(jī)械噪聲源)。用于噪聲降低的一般方法是使用參考檢測(cè)器(例如,光電二極管)來(lái)檢測(cè)強(qiáng)度波動(dòng)(傳遞參考信號(hào)),然后使用參考信號(hào)來(lái)降低測(cè)量的感興趣信號(hào)中的噪聲。然而,與感興趣信號(hào)的路徑相比,這種一般方法的性能由于參考路徑的光學(xué)、電和機(jī)械部件的差異而受到限制。上面公開的第二參考束的提供允許同一束路徑被用于參考路徑以及感興趣的信號(hào)這兩者。一個(gè)檢測(cè)器可以利用適當(dāng)?shù)念l率參考來(lái)測(cè)量感興趣的信號(hào)和參考信號(hào)這兩者。此外,通過基于外差干涉技術(shù)進(jìn)行測(cè)量,可以去除DC噪聲源。

當(dāng)耦合至較高功率“本地振蕩器”(即,第一參考束)時(shí),基于外差干涉技術(shù)的度量裝置允許顯著減小曝光劑量(即,用于目標(biāo)照射的低光學(xué)強(qiáng)度)并實(shí)現(xiàn)相同的SNR(信噪比)。這可以例如用于得到改進(jìn)的SNR而不增加光學(xué)劑量和/或積分時(shí)間。這將允許通過增加參考束的功率來(lái)測(cè)量暗晶片(低散射晶片)。如上所述,機(jī)動(dòng)化ND濾光片可被添加以使得參考束的強(qiáng)度可調(diào)。

盡管在本文中特別參考了檢查裝置在IC制造中的使用,但應(yīng)該理解,本文描述的檢查裝置可具有其他應(yīng)用,諸如集成光學(xué)系統(tǒng)的制造、用于磁域存儲(chǔ)器的引導(dǎo)和檢測(cè)圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭等。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解,在這些備選應(yīng)用的上下文中,本文使用的任何術(shù)語(yǔ)“晶片”或“管芯”可考慮為分別與更一般的術(shù)語(yǔ)“襯底”或“目標(biāo)部分”同義。本文提及的襯底可以在曝光之前或之后例如在軌跡(通常將抗蝕劑層應(yīng)用于襯底并顯影曝光的抗蝕劑的工具)、度量工具和/或檢查工具中被處理。在可應(yīng)用的情況下,本公開可以應(yīng)用于這些和其他襯底處理工具。此外,襯底可以被處理多于一次,例如以便創(chuàng)建多層IC,使得本文使用的術(shù)語(yǔ)襯底還可以表示已經(jīng)包含多個(gè)處理層的襯底。

盡管上面具體參考本發(fā)明實(shí)施例在光學(xué)光刻的上下文中的使用,但應(yīng)該理解,本發(fā)明可以用于其他應(yīng)用,例如壓印光刻,并且在上下文允許的情況下不限于光學(xué)光刻。在壓印光刻中,圖案化設(shè)備中的拓?fù)湎薅ㄔ谝r底上創(chuàng)建的圖案。圖案化設(shè)備的拓?fù)淇梢园磯旱教峁┙o襯底的抗蝕劑層中,由此通過施加電磁輻射、熱、壓力或它們的組合來(lái)固化抗蝕劑。使圖案化設(shè)備從抗蝕劑移開,從而在抗蝕劑固化之后在其中留下圖案。

本文使用的術(shù)語(yǔ)“輻射”和“束”涵蓋所有類型的電磁輻射,包括紫外(UV)輻射(例如,具有約365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波長(zhǎng))和極紫外(EUV)輻射(例如,具有5nm-20nm范圍內(nèi)的波長(zhǎng)),以及粒子束,諸如離子束或電子束。

在上下文允許的情況下,術(shù)語(yǔ)“透鏡”可以是指各種類型的光學(xué)部件的任何一個(gè)或組合,包括折射、反射、磁、電磁和靜電的光學(xué)部件。

雖然上面描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例,但應(yīng)該理解,可以除所描述之外的方式實(shí)踐本發(fā)明。此外,可以包含描述上述方法的機(jī)器可讀指令的一個(gè)或多個(gè)序列的計(jì)算機(jī)程序或者其中存儲(chǔ)有這種計(jì)算機(jī)程序的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)(例如,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁盤或光盤)的形式來(lái)實(shí)施裝置的一部分。

上面的描述是示例性的而非限制性的。因此,本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解,在不背離下面闡述的權(quán)利要求的范圍的情況下,可以對(duì)所述本發(fā)明進(jìn)行修改。

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