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TWI609250B - 度量衡方法、度量衡裝置及元件製造方法 - Google Patents

度量衡方法、度量衡裝置及元件製造方法 Download PDF

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Publication number
TWI609250B
TWI609250B TW105109263A TW105109263A TWI609250B TW I609250 B TWI609250 B TW I609250B TW 105109263 A TW105109263 A TW 105109263A TW 105109263 A TW105109263 A TW 105109263A TW I609250 B TWI609250 B TW I609250B
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TW
Taiwan
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substrate
radiation
periodic structure
spectrum
target
Prior art date
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TW105109263A
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English (en)
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TW201702750A (zh
Inventor
李察 昆塔尼哈
瑟希 丹尼路克
Original Assignee
Ａｓｍｌ荷蘭公司
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Publication date
Application filed by Ａｓｍｌ荷蘭公司 filed Critical Ａｓｍｌ荷蘭公司
Publication of TW201702750A publication Critical patent/TW201702750A/zh
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Description

度量衡方法、度量衡裝置及元件製造方法
本發明係關於用於可用於(例如)藉由微影技術進行元件製造之度量衡方法及裝置，且係關於使用微影技術來製造元件之方法。將量測臨界尺寸(線寬)之方法描述為此度量衡之特定應用。亦描述量測諸如疊對之不對稱性相關參數之方法。
微影設備為將所要圖案施加至基板上(通常施加至基板之目標部分上)之機器。微影裝置可用於(例如)積體電路(IC)之製造中。在彼情況下，圖案化元件(其替代地被稱作光罩或比例光罩)可用以產生待形成於IC之個別層上之電路圖案。可將此圖案轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，包括晶粒之部分、一個晶粒或若干晶粒)上。
在微影程序中，頻繁地需要進行所產生結構之量測，例如以用於程序控制及驗證。用於進行此等量測之各種工具為吾人所知，包括常常用以量測臨界尺寸(CD)之掃描電子顯微鏡(SEM)。其他特殊化工具係用以量測與不對稱性相關之參數。此等參數中之一者為疊對(元件中之兩個層之對準準確度)。近來，已開發供微影領域中使用的各種形式之散射計。此等元件將輻射光束導向至目標上且量測散射輻射之一或多個屬性--例如，依據波長而變化的在單一反射角下之強度；依據反射角而變化的在一或多個波長下之強度；或依據反射角而變化 的偏振--以獲得可供判定目標之所關注屬性之「光譜(spectrum)」。可藉由各種技術來執行所關注屬性之判定：例如，藉由諸如嚴密耦合波分析或有限元素方法之反覆途徑而進行的目標結構之重新建構；庫搜尋；及主成份分析。相比於SEM技術，可在大比例或甚至所有產品單元上以高得多的產出率使用光學散射計。
由習知散射計使用之目標為相對大(例如，40微米乘40微米)光柵，且量測光束產生小於光柵之光點(亦即，光柵填充不足)。為了將目標之大小縮減(例如)至10微米乘10微米或更小，(例如)因此可將其定位於產品特徵當中而非切割道中，已提議所謂「小目標」度量衡，其中使光柵小於量測光點(亦即，光柵填充過度)。此等目標可小於照明光點且可由晶圓上之產品結構環繞。通常小目標係用於可自光柵結構中之不對稱性之量測導出的疊對及其他效能參數之量測。藉由將目標置放於產品特徵當中(「晶粒內目標」)，有望增加量測之準確度。(例如)因為晶粒內目標以與產品特徵更相似之方式受程序變化影響，所以預期改良準確度，且可需要較少內插以判定在實際特徵位點處之程序變化之效應。疊對目標之此等光學量測已在改良大量生產中之疊對效能方面極成功。
然而，隨著技術開發，效能規範變得愈來愈嚴厲。此外，小目標技術尚未經開發用於諸如線寬或臨界尺寸(CD)之其他參數的量測。當前方法之一另外侷限性在於其以比實際產品特徵之典型尺寸大得多之光學波長製成。一特定所關注參數為線寬(CD)，且尚未設計用於CD量測之合適小目標方法。
作為光學度量衡方法之替代例，亦已考慮使用X射線以量測半導體元件中之疊對。一種技術被稱為透射小角X射線或T-SAXS。US 2007224518A(Yokhin等人，Jordan Valley)中揭示應用於疊對之量測的T-SAXS裝置，且彼申請案之內容係以引用方式併入本文中。 Lemaillet等人在「Intercomparison between optical and X-ray scatterometry measurements of FinFET structures」(Proc.of SPIE，2013年，8681)中論述使用T-SAXS之剖面(CD)量測。T-SAXS使用波長小於1奈米之X射線，且因此，用於T-SAXS之目標可由類產品特徵製成。令人遺憾的是，T-SAXS信號傾向於極弱，尤其在目標大小小時。因此，量測傾向於在高容量製造中使用方面太耗時。T-SAXS裝置可用以量測足夠小而被考慮用於在產品特徵當中置放的目標。令人遺憾的是，小目標大小需要小光點大小且因此需要更長量測時間。
吾人已知在掠入射處使用X射線(GI-XRS)及極紫外線(EUV)輻射之反射量測術技術係用於量測基板上之膜及層堆疊之屬性。在一般反射量測術領域內，可應用測角及/或光譜技術。在測角術中，量測具有不同入射角之經反射光束之變化。另一方面，光譜反射量測術量測在給定角度下反射之波長之光譜(使用寬頻帶輻射)。舉例而言，EUV反射量測術已在供用於EUV微影中之比例光罩(圖案化元件)之製造之前用於光罩基底之檢測。舉例而言，S Danylyuk等人已在「Multi-angle spectroscopic EUV reflectometry for analysis of thin films and interfaces」(Phys.Status Solidi C 12，3，第318至322頁(2015年))中描述關於此等技術之研究。然而，此等量測不同於週期性結構中之CD之量測。此外，特別鑒於所涉及之極淺掠入射角，此等已知技術中無一者適合於對諸如晶粒內光柵之小目標之度量衡。
本發明旨在提供小目標度量衡之替代方法，而克服上文所描述之光學及X射線方法之缺點中之一或多者。特定地需要量測(例如)半導體基板上之產品區域內之部位處之參數，同時改良可供執行此等量測之速度，且同時適應於藉由當前及未來微影技術製造之特徵之較小尺寸。
在一第一態樣中，本發明提供一種量測藉由一微影程序製造之一結構之一屬性之方法，該方法包含：(a)運用一輻射光束沿著一輻照方向來輻照一週期性結構，該週期性結構已藉由該微影程序而在一基板上形成且在至少一第一方向上具有一週期性，該輻射包含在1奈米至100奈米之範圍內之複數個波長，該輻照方向與平行於該基板之一方向所成角度大於2°；(b)偵測由該週期性結構反射之輻射之一光譜；及(c)處理表示該經偵測光譜之信號以判定該週期性結構之一屬性。
本發明人已認識到，極紫外線(EUV)波帶中之輻射提供針對具有週期性結構之形式的小度量衡目標之CD及其他屬性之度量衡的特定優點。相比於通常實踐之光學散射量測，EUV射線將不受到底層特徵強影響，且結果週期性結構自身之模型化可更準確。相比於X射線，存在將EUV輻射聚焦至較精細光點而不具有功率之不當損耗之潛力。相比於X射線，存在使用高得多的入射角之潛力。另外，藉由提供用於目標之照明及偵測之合適EUV光學系統，EUV輻射可形成為足夠小光點以用於晶粒內度量衡，即使在該光點係藉由掠入射而伸長時。為了獲得用於CD度量衡之足夠資訊，可量測橫越EUV波長範圍之光譜屬性。
對自1奈米至100奈米或自1奈米至150奈米之波長範圍之參考不意欲意謂裝置或方法應使用橫越彼整個波範圍之波長，或甚至能夠進行此操作。一個別實施可選擇運用僅遍及該範圍之一子集之波長而工作。適當範圍將取決於合適源之可用性，及待量測之結構之尺寸。
視情況，該方法經執行使得輻照方向處於由第一方向及垂直於基板之方向界定之平面外部，以便在自基板檢視時相對於第一方向界定非零方位角。可使用已經判定以最佳化量測之準確度之方位角來執 行本文所揭示之方法。方位角可(例如)大於15度、30度、45度，甚至視需要高達八十度。非零方位角可藉由使用在其他量測技術中被稱作圓錐形安裝台之某物來達成。
本發明者已認識到，藉由在EUV反射量測術中將圓錐形安裝台用於CD度量衡，方位角經選擇成使得週期性結構在一或多個非零繞射階中之繞射效率相比於將比針對零方位角之輻照方向之狀況更大。取決於目標結構及材料，對於其結構之量測重要的處於零繞射階及/或較高繞射階中之光譜信號可在一方位角下極弱，但在另一方位角下較強。
在一實施例中，舉例而言，方位角可經選擇為使得週期性結構在一繞射階中之繞射效率為零方位角之繞射效率的兩倍以上，視情況五倍以上或十倍以上。替代地或另外，方位角可經選擇為使得相比於將為針對零方位角之輻照方向之狀況，週期性結構在複數個非零繞射階中之繞射效率更大。
在一項實施例中，使用不同極角重複步驟(a)及(b)且其中在步驟(c)中使用表示使用複數個不同極角偵測到之散射輻射的信號以判定週期性結構之屬性。
本發明進一步提供一種供用於量測一微影程序之效能之度量衡裝置，該裝置包含：一輻照系統，其用於產生一輻射光束，該輻射包含在1奈米至I00奈米之範圍內之複數個波長；一基板支撐件，其可與該輻照系統一起操作以用於運用輻射沿著一輻照方向來輻照形成於該基板上之一週期性結構，該輻照方向與平行於該基板之一方向所成角度大於2°；及一偵測系統，其用於偵測由該週期性結構反射之輻射之一光譜。
在一特定實施中，該基板支撐件經調適以自一經自動化晶圓處置器收納半導體晶圓(例如，300毫米晶圓)。
在本發明之一第二態樣中，提供一種量測藉由一微影程序製造之一結構之一屬性之方法，該方法包含：(a)運用一輻射光束沿著一輻照方向來輻照一週期性結構，該週期性結構已藉由該微影程序而在一基板上形成且在至少一第一方向上具有一週期性，該輻射包含在1奈米至100奈米之範圍內之複數個波長，該輻照方向與平行於該基板之一方向所成角度大於2°；(b)偵測由該週期性結構繞射之輻射之一光譜，該非零繞射階係由該週期性結構散佈成該光譜；及(c)處理表示該經偵測光譜之信號以判定該週期性結構之一屬性。
在又一態樣中，本發明提供一種元件製造方法，其包含：使用一微影程序將一圖案自一圖案化元件轉印至一基板上，該圖案界定至少一個週期性結構；量測該週期性結構之一或多個屬性以判定該微影程序之一或多個參數之一值；及根據該經量測屬性在該微影程序之後續操作中應用一校正，其中量測該週期性結構之該等屬性之該步驟包括藉由根據上文所闡述的本發明之該第一態樣或該第二態樣之一方法來量測一屬性。
下文參看隨附圖式來詳細地描述本發明之另外特徵及優點，以及本發明之各種實施例之結構及操作。應注意，本發明不限於本文所描述之特定實施例。本文僅出於說明性目的而呈現此等實施例。基於本文所含有之教示，額外實施例對於熟習相關技術者將顯而易見。
200‧‧‧微影工具/裝置
202‧‧‧量測站MEA
204‧‧‧曝光站EXP
206‧‧‧微影裝置控制單元LACU
208‧‧‧塗佈裝置
210‧‧‧烘烤裝置
212‧‧‧顯影裝置
220‧‧‧經圖案化基板
222‧‧‧處理裝置/蝕刻裝置
224‧‧‧處理裝置/退火裝置
226‧‧‧處理裝置/步驟
230‧‧‧基板
232‧‧‧經處理基板
234‧‧‧經處理基板
240‧‧‧光學度量衡裝置/光學散射計
242‧‧‧度量衡結果
244‧‧‧極紫外線(EUV)度量衡裝置
246‧‧‧度量衡結果
300‧‧‧極紫外線(EUV)度量衡裝置
302‧‧‧平面
304‧‧‧入射射線/輻射/入射光束
306‧‧‧平面
308‧‧‧反射射線
310‧‧‧反射光譜
312‧‧‧掠入射繞射光柵/組件
313‧‧‧偵測器/組件
314‧‧‧第二偵測器/參考光譜偵測器
316‧‧‧源輻射
318‧‧‧繞射光柵
320‧‧‧一階繞射射線/參考光譜
330‧‧‧輻射源
332‧‧‧照明系統
333‧‧‧偵測系統
334‧‧‧定位系統/致動器
336‧‧‧可移動支撐件
340‧‧‧處理器
404‧‧‧入射光束/輻射光束
408‧‧‧經反射光束
500‧‧‧極紫外線(EUV)輻射光束
502‧‧‧第一孔隙
504‧‧‧入射光束
506‧‧‧2維上彎曲鏡面
508‧‧‧會聚光束
510‧‧‧第二孔隙
520‧‧‧第二聚焦鏡面/二維上彎曲聚焦鏡面
900‧‧‧極紫外線(EUV)度量衡裝置
902‧‧‧操作
904‧‧‧第一腔室
906‧‧‧第二腔室
908‧‧‧第三腔室
910‧‧‧第一窗
912‧‧‧第二窗
1000‧‧‧極紫外線(EUV)度量衡裝置
1004‧‧‧腔室
1006‧‧‧腔室
1008‧‧‧腔室
1010‧‧‧窗
1012‧‧‧第二窗
1020‧‧‧基板支撐件
1030‧‧‧鏡面器件
1032‧‧‧致動器
1400‧‧‧度量衡裝置
1404‧‧‧入射射線
1407‧‧‧傾斜平面
1408‧‧‧反射射線
1410‧‧‧反射光譜
1413‧‧‧偵測器
1414‧‧‧偵測器
1430‧‧‧照明系統
1432‧‧‧照明系統
1433‧‧‧偵測系統
1434‧‧‧定位系統
1700‧‧‧度量衡裝置
1708‧‧‧反射射線
1710‧‧‧反射光譜
1712‧‧‧繞射光柵
1713‧‧‧偵測器
1714‧‧‧偵測器
1730‧‧‧照明系統
1732‧‧‧照明系統
1733‧‧‧偵測系統
1734‧‧‧致動器
1740‧‧‧處理器
1750‧‧‧第三偵測器
1752‧‧‧一階經繞射光譜
1754‧‧‧致動器
1900‧‧‧度量衡裝置
1904‧‧‧輻射光束
1908‧‧‧反射射線/反射輻射
1910‧‧‧反射光譜
1912‧‧‧繞射光柵
1913‧‧‧偵測器
1914‧‧‧偵測器
1930‧‧‧照明系統
1932‧‧‧照明系統
1933‧‧‧偵測系統
1934‧‧‧定位子系統
1940‧‧‧處理器
1950‧‧‧第三偵測器
1952‧‧‧一階經繞射光譜
B‧‧‧強橢圓形橫截面/橢圓
B'‧‧‧橢圓/光束
D‧‧‧週期性方向
LA‧‧‧微影裝置
MA‧‧‧圖案化元件/光罩
R‧‧‧配方資訊
S‧‧‧輻射光點/圓形光點
S'‧‧‧光點
SF‧‧‧光譜信號
SR‧‧‧參考光譜信號
ST‧‧‧目標光譜信號
SCS‧‧‧監督控制系統
S11‧‧‧步驟
S12‧‧‧步驟
S13‧‧‧步驟
S14‧‧‧步驟
S15‧‧‧步驟
S16‧‧‧步驟
S17‧‧‧步驟
S18‧‧‧步驟
S19‧‧‧步驟
S20‧‧‧步驟
S21‧‧‧步驟
S22‧‧‧步驟
S23‧‧‧步驟
S24‧‧‧步驟
T‧‧‧目標結構/度量衡目標/光柵目標
W‧‧‧基板/基板支撐件
W'‧‧‧基板
現在將參看隨附圖式作為實例來描述本發明之實施例，在該等 圖式中：圖1描繪形成用於半導體元件之生產設施的微影裝置連同其他裝置；圖2說明在根據本發明之第一實施例之度量衡方法中關於光柵目標之入射射線及反射射線的幾何形狀；圖3示意性地說明執行圖2之方法的度量衡裝置之組件；圖4之(a)由一示意性側視圖說明在掠入射下之輻射之光點之伸長率，以光束橫截面B之示意性表示說明在(b)及(c)處示意性地展示之針對不同入射角的光點S；圖5示意性地說明圖3之裝置之一項實施例中之照明系統的組件；圖6(包括圖6之(a)至(f))說明遍及EUV光譜之部分內之波長範圍針對不同材料及不同掠入射角之反射率的變化；圖7說明(a)針對掠入射下之一波長範圍針對不同材料中之EUV輻射之穿透深度的變化，及(b)針對一波長範圍之穿透深度隨著矽材料中之入射角的變化；圖8之(a)至(c)包含在(a)平坦矽基板及(b)矽光柵結構之狀況下針對不同入射角所演算的遍及EUV光譜之反射率的曲線圖，其中在(c)處展示此等反射率(a)與(b)之間的差；圖8之(d)至(f)包含在(d)具有第一側壁角之光柵結構、(e)具有第二側壁角之光柵結構之狀況下針對不同入射角所演算的遍及EUV光譜之反射率的曲線圖，其中在(f)處展示此等反射率(d)與(e)之間的差；圖9說明在不同真空或近真空及/或低壓力環境中的圖3之裝置之外殼組件的原理；圖10說明經修改之外殼之原理，外殼包括用於在變化入射角的同時維持靜止偵測系統之額外光學器件； 圖11說明通過處於(a)大氣壓力及(b)1毫巴之不同氣態大氣壓的橫越EUV光譜之EUV輻射之透射率；圖12說明在給定200奈米厚度的情況下通過不同材料窗之EUV輻射的透射率；圖13說明在根據本發明之第二實施例之度量衡方法中關於光柵目標之入射射線及反射射線的幾何形狀，在本發明之第二實施例中使用非零方位角；圖14示意性地說明執行圖13之方法的度量衡裝置之組件；圖15說明用於依據用於圖13及圖14之方法中之實例目標之方位角而變化的不同掠入射角及波長之一階繞射效率的變化；圖16說明在根據本發明之第三實施例之度量衡方法中關於光柵目標之入射射線及反射射線的幾何形狀，在本發明之第三實施例中亦量測來自光柵目標之一階繞射輻射；圖17示意性地說明執行圖16之方法的度量衡裝置之組件；圖18說明在根據本發明之第四實施例之度量衡方法中關於光柵目標之入射射線及反射射線的幾何形狀，本發明之該第四實施例組合第二實施例及第三實施例之特徵；圖19示意性地說明執行圖18之方法的度量衡裝置之組件；圖20為說明根據本發明之實施例之度量衡方法的流程圖；及圖21為說明使用藉由圖20之方法進行的量測來控制度量衡方法及/或微影製造程序之效能之方法的流程圖。
在詳細地描述本發明之實施例之前，有指導性的是呈現可供實施本發明之實施例的實例環境。
圖1在200處將微影裝置LA展示為實施高容量微影製造程序之工業設施之部件。在本實例中，製造程序經調適以用於在諸如半導體晶 圓之基板上之半導體產品(積體電路)之製造。熟習此項技術者應瞭解，可藉由以此程序之變體處理不同類型之基板來製造廣泛多種產品。半導體產品之生產純粹用作現今具有大商業意義之實例。
在微影裝置(或簡言之「微影工具」200)內，在202處展示量測站MEA且在204處展示曝光站EXP。在206處展示控制單元LACU。在此實例中，每一基板訪問量測站及曝光站以具有經施加之圖案。舉例而言，在光學微影裝置中，投影系統係用以使用經調節輻射將產品圖案自圖案化元件MA轉印至基板及投影系統上。此係藉由在輻射敏感材料層中形成圖案之影像而進行。
本文所使用之術語「投影系統」應被廣泛地解譯為涵蓋適於所使用之曝光輻射或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用之其他因素的任何類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、磁性、電磁及靜電光學系統，或其任何組合。圖案化MA元件可為將圖案賦予至由圖案化元件透射或反射之輻射光束的光罩或比例光罩。熟知操作模式包括步進模式及掃描模式。眾所周知，投影系統可以多種方式與用於基板及圖案化元件之支撐件及定位系統合作，以橫越基板將所要圖案施加至許多目標部分。可使用可程式化圖案化元件來代替具有固定圖案之光罩。輻射(例如)可包括在深紫外線(DUV)波帶或極紫外線(EUV)波帶中之電磁輻射。本發明亦適用於其他類型之微影程序，例如(例如)藉由電子束之壓印微影及直寫微影。
微影裝置控制單元LACU控制用以收納基板W及光罩MA且實施圖案化操作的各種致動器及感測器之所有移動及量測。LACU亦包括用以實施與裝置之操作相關之所要演算的信號處理及資料處理能力。實務上，控制單元LACU將被實現為許多子單元之系統，每一子單元處置裝置內之一子系統或組件之即時資料獲取、處理及控制。
在曝光站EXP處將圖案施加至基板之前，在量測站MEA處處理基 板以使得可進行各種預備步驟。該等預備步驟可包括使用位階感測器來映射基板之表面高度，及使用對準感測器來量測基板上之對準標記之位置。對準標記係以規則柵格圖案標稱地配置。然而，歸因於產生標記時之不準確度且亦歸因於基板之貫穿其處理而發生的變形，標記偏離理想柵格。因此，除了量測基板之位置及定向以外，對準感測器實務上亦必須詳細地量測橫越基板區域之許多標記之位置(在裝置將以極高準確度印刷正確部位處之產品特徵的情況下)。裝置可屬於具有兩個基板台之所謂雙載物台類型，每一基板台具有受到控制單元LACU控制之一定位系統。在曝光站EXP處曝光一個基板台上之一個基板的同時，可在量測站MEA處將另一基板裝載至另一基板台上，使得可進行各種預備步驟。因此，對準標記之量測極耗時，且提供兩個基板台會實現裝置之產出率之相當大增加。若位置感測器IF在基板台處於量測站以及處於曝光站時不能夠量測基板台之位置，則可提供第二位置感測器以使能夠在兩個站處追蹤基板台之位置。微影裝置LA可(例如)屬於所謂雙載物台類型，其具有兩個基板台WTa及WTb以及兩個站--曝光站及量測站--在該兩個站之間可交換基板台。
在生產設施內，裝置200形成「微影製造單元」或「微影叢集」之部件，該「微影製造單元」或「微影叢集」亦含有塗佈裝置208以用於將感光性抗蝕劑及其他塗層塗覆至基板W以用於藉由裝置200進行圖案化。在裝置200之輸出側處，提供烘烤裝置210及顯影裝置212以用於將經曝光圖案顯影至實體抗蝕劑圖案中。在所有此等裝置之間，基板處置系統負責支撐基板且將基板自一件裝置轉移至下一裝置。常常被集體地稱作塗佈顯影系統(track)之此等裝置係在塗佈顯影系統控制單元之控制下，塗佈顯影系統控制單元自身受到監督控制系統SCS控制，監督控制系統SCS亦經由微影裝置控制單元LACU而控制微影裝置。因此，不同裝置可經操作以最大化產出率及處理效率。 監督控制系統SCS接收配方資訊R，配方資訊R非常詳細地提供待執行以產生每一經圖案化基板之步驟的定義。
一旦已在微影製造單元中塗覆並顯影圖案，就將經圖案化基板220轉移至其他處理裝置(諸如在222、224、226處說明)。廣泛範圍之處理步驟係藉由典型製造設施中之各種裝置實施。出於舉例目的，此實施例中之裝置222為蝕刻站，且裝置224執行蝕刻後退火步驟。將另外物理及/或化學處理步驟應用於另外裝置226，等等。可需要眾多類型之操作以製造實際元件，諸如，材料之沈積、表面材料特性之改質(氧化、摻雜、離子植入等等)、化學機械拋光(CMP)，等等。裝置226實務上可表示在一或多個裝置中執行的一系列不同處理步驟。
眾所周知，半導體元件之製造涉及此處理之許多重複，以在基板上逐層地建置具有適當材料及圖案之元件結構。因此，到達微影叢集之基板230可為新近製備之基板，或其可為先前已在此叢集中或完全在另一裝置中被處理之基板。相似地，取決於所需處理，可使離開裝置226之基板232返回以用於同一微影叢集中之後續圖案化操作，其可被預定用於不同叢集中之圖案化操作，或其可為待發送用於切塊及封裝的成品。
每一產品結構層需要不同程序步驟集合，且用於每一層處之裝置226可在類型方面完全不同。另外，即使在待由裝置226應用之處理步驟標稱地相同的情況下，在大設施中亦可存在並行地工作以對不同基板執行步驟226之若干據信相同的機器。此等機器之間的設置之小差或缺陷可意謂其以不同方式影響不同基板。即使為每一層相對所共有之步驟，諸如蝕刻(裝置222)亦可藉由標稱地相同但並行地工作以最大化產出率之若干蝕刻裝置實施。此外，實務上，不同層根據待蝕刻之材料之細節需要不同蝕刻程序，例如，化學蝕刻、電漿蝕刻，且需要特殊要求，諸如，各向異性蝕刻。
可在其他微影裝置中執行先前及/或後續程序(如剛才所提及)，且可甚至在不同類型之微影裝置中執行先前及/或後續程序。舉例而言，元件製造程序中之在諸如解析度及疊對之參數方面要求極高的一些層相比於要求較不高之其他層可在更先進微影工具中予以執行。因此，一些層可曝光於浸潤類型微影工具中，而其他層曝光於「乾式」工具中。一些層可曝光於在DUV波長下工作之工具中，而其他層係使用EUV波長輻射來曝光。
為了正確且一致地曝光由微影裝置曝光之基板，可需要檢測經曝光基板以量測諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等等之屬性。因此，經定位有微影製造單元LC之製造設施亦包括度量衡系統MET，度量衡系統MET收納已在微影製造單元中處理之基板W中的一些或全部。將度量衡結果直接或間接地提供至監督控制系統SCS。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光進行調整，尤其是在度量衡可足夠迅速地且快速地進行而使得同一批量之其他基板仍待曝光的情況下。又，已經曝光之基板可被剝離及重工以改良良率，或被捨棄，藉此避免對已知有缺陷之基板執行進一步處理。在基板之僅一些目標部分有缺陷之狀況下，可僅對良好的彼等目標部分執行進一步曝光。
圖1亦展示度量衡裝置240，度量衡裝置240經提供以用於在製造程序中在所要載物台處之產品之參數進行量測。現代微影生產設施中之度量衡裝置之常見實例為散射計(例如，角解析散射計或光譜散射計)，且其可應用於量測在裝置222中之蝕刻之前在220處之經顯影基板之屬性。在使用度量衡裝置240的情況下，其可判定出(例如)諸如疊對或臨界尺寸(CD)之重要效能參數並不符合經顯影抗蝕劑中之指定準確度要求。在蝕刻步驟之前，存在經由微影叢集剝離經顯影抗蝕劑且重新處理基板220的機會。亦眾所周知，藉由監督控制系統SCS及/ 或控制單元LACU 206隨著時間推移進行小調整，可使用來自裝置240之度量衡結果242以維持微影叢集中之圖案化操作之準確效能，藉此最小化製得不合格產品且需要重工之風險。當然，度量衡裝置240及/或其他度量衡裝置(圖中未繪示)可應用於量測經處理基板232、234及進入基板230之屬性。
每一代微影製造技術(通常被稱為技術「節點」)具有用於諸如CD之效能參數之更嚴厲規範。度量衡中之主要挑戰中之一者為度量衡目標大小亦要求小於通常與度量衡裝置240一起使用之目標。舉例而言，目前目標應為使用具有5微米×5微米之大小或更小的目標。此等小大小將准許更廣泛使用所謂「晶粒內」或「產品上」度量衡，其中目標位於產品特徵當中(代替被限制於產品區域之間的切割道區域中)。當前用於晶粒內CD度量衡之唯一度量衡技術為電子顯微法(CD-SEM)。此已知技術展示對未來節點之限制，且僅提供結構之極有限幾何資訊。
在本發明中，提議使用EUV反射量測術(詳言之，光譜EUV反射量測術)，作為用於未來技術節點之CD-度量衡方法解決方案。其將示範出EUV反射量測術提供高敏感度、相對於程序變化而穩固且對於所關注參數係選擇性的益處。出於此目的，圖1中所說明之製造系統除了光學散射計240以外亦包括一或多個EUV度量衡裝置244。此EUV度量衡裝置提供額外度量衡結果246，額外度量衡結果可由監督控制系統SCS使用以從整體上達成對品質之進一步控制及微影製造系統之效能的改良。類似於光學散射計240，EUV可用以量測在微影製造單元內處理之抗蝕劑材料內之結構(在顯影檢測或ADI之後)，及/或量測在已以更硬材料形成之後的結構(在蝕刻檢測或AEI之後)。舉例而言，可在基板已由顯影裝置212、蝕刻裝置222、退火裝置224及/或其他裝置226處理之後使用EUV度量衡裝置244來檢測該等基板。相比之下， X射線技術通常將限於AEI且不能用以量測僅形成於抗蝕劑中之結構。此情形限定在基板檢測不合格的情況下重工基板之可能性。緊密X射線源之有限能力意謂已知T-SAXS技術遭受極低產出率，尤其是針對小大小度量衡目標。
EUV光譜反射量測術
圖2說明EUV度量衡方法，而圖3說明EUV度量衡裝置300。該裝置可用作用於量測圖1之製造系統中處理之基板W之參數的EUV度量衡裝置244之實例。
在圖2中，將目標T示意性地表示為包含球形參考框架之原點處之一維光柵結構。相對於目標來定義軸線X、Y及Z。(當然，原則上可定義任何任意座標系統，且每一組件可具有可相對於所展示之參考框架而定義的其自有局域參考框架)。將目標結構之週期性方向D與X軸對準。該圖式並非真實透視圖，而僅為示意性說明。X-Y平面為目標及基板之平面，且為了清楚起見，被展示為朝向檢視者傾斜，其由圓圈302之傾斜視圖表示。Z方向界定垂直於基板之方向N。在圖2中，入射射線中之一者被標註為304且具有掠入射角α。在此實例中，入射射線304(及形成輻射光點S之所有入射射線)實質上處於平行於X-Z平面之平面中，該平面為界定方向D及N且由圓圈306表示之平面。並未由目標T之週期性結構散射之反射射線308在圖中朝向目標之右側以仰角α出現。
為了執行光譜反射量測術，使射線308及其他反射射線分解成包含不同波長之射線的光譜310。舉例而言，可使用掠入射繞射光柵312來產生該光譜。該光譜係由偵測器313偵測。可(例如)為具有像素陣列之CCD影像偵測器的此偵測器係用以將光譜變換成電氣信號且最終變換成數位資料以供分析。
在實務系統中，輻射304之光譜可經受時間變化，此情形將干擾 分析。為了正規化相對於此等變化之偵測之光譜，使一參考光譜由第二偵測器314捕捉。為了產生參考光譜，使源輻射316由另一繞射光柵318繞射。光柵318之零階反射射線形成入射射線304，而光柵318之一階繞射射線320形成由參考光譜偵測器314偵測之參考光譜。獲得表示參考光譜之電氣信號及資料以用於分析。
自針對入射角α之一或多個值而獲得的經量測光譜，可以下文進一步描述之方式演算目標結構T之屬性的量測。
轉向圖3，提供EUV度量衡裝置300以用於藉由圖2之方法量測形成於基板W上之度量衡目標T之屬性。示意性地表示各種硬體組件。可由熟習相關技術者根據熟知設計原理應用現有組件及經特殊設計組件之混合來執行此等組件之實務實施。提供支撐件(未被詳細地繪示)以用於將基板相對於待描述之其他組件固持於所要位置及定向。輻射源330將輻射提供至照明系統332。照明系統332提供由射線304表示之EUV輻射光束，該EUV輻射光束在目標T上形成經聚焦輻照光點。照明系統332亦將參考光譜320提供至偵測器314。可方便地將組件312、313等等認為是偵測系統333。
此實例中之基板W安裝於具有定位系統334之可移動支撐件上使得可調整射線304之入射角α。在此實例中，按照在源330及照明系統332保持靜止的同時傾斜基板W以改變入射角之便利性來選擇該可移動支撐件。為了捕獲反射射線308，使偵測系統333具備一另外可移動支撐件336，使得其相對於靜止照明系統移動達角度2α，或相對於基板移動達角度α。在反射量測術之掠入射體系中，方便的是藉由參考基板之平面而界定入射角α，如所展示。當然，該入射角可同樣被定義為入射射線I之入射方向與垂直於基板之方向N之間的角度。
提供額外致動器(圖中未繪示)以將每一目標T帶至經定位有經聚焦輻射光點S之位置。(從另一方面看，將光點帶至經定位有目標之位 置。)在實務應用中，在單一基板上可存在待量測之一連串個別目標或目標部位，且在一連串基板上亦可存在待量測之一連串個別目標或目標部位。原則上，當照明系統及偵測器保持靜止時基板及目標是否移動且再定向、或當照明系統及偵測器移動時基板是否保持靜止，或相對移動之不同組件是否藉由此等技術組合來達成係不重要的。本發明涵蓋所有此等變體。
如已經參看圖2所描述，由目標T及基板W反射之輻射在其照射於偵測器313上之前分裂成不同波長之射線之光譜310。偵測器313包含(例如)位置敏感EUV偵測器，其通常為偵測器器件陣列。陣列可為線性陣列，但實務上可提供器件(像素)之2維陣列。偵測器313可為(例如)電荷耦合元件(CCD)影像感測器。
處理器340自偵測器313及314接收信號。詳言之，來自偵測器313之信號ST表示目標光譜，且來自偵測器314之信號SR表示參考光譜。處理器340可自目標光譜減去參考光譜，以含有相對於源光譜中之變化而正規化的目標之反射光譜。在處理器中使用用於一或多個入射角之所得反射光譜，以演算目標之屬性(例如，CD或疊對)之量測。
實務上，可在一系列短脈衝中提供來自源330之輻射，且可針對每一脈衝一起捕捉信號SR及ST。演算用於每一個別脈衝之差信號，之後將該等脈衝聚集至用於處於此入射角之此目標之總反射光譜中。以此方式，脈衝之間的源光譜之不穩定度得以校正。脈衝速率可為每秒數千或甚至數萬(赫茲)。經聚集以量測一個反射光譜之脈衝之數目可為(例如)數十或數百。即使在具有如此多脈衝的情況下，實體量測也只花費一秒之一分數。
在此EUV-SR至半導體製造中之度量衡的應用中，可使用小光柵目標。使用偵測器313及314來捕捉多個繞射光譜，同時將掠入射入射角α設定成各種不同值。在使用目標結構之經偵測光譜及數學模型的 情況下，可執行重新建構演算以達成CD及/或所關注其他參數之量測。將在下文進一步說明實例重新建構方法。
在簡要考慮目標自身的情況下，線及空間之尺寸將取決於目標設計，但結構之週期可(例如)小於100奈米、小於50奈米、小於20奈米，甚至小於10奈米及降至5奈米。光柵結構之線可屬於與基板之產品區域中之產品特徵相同的尺寸及間距。僅僅出於度量衡之目的，光柵結構之線事實上可為產品結構之線，而非形成於專用目標區域內之目標結構之線。可(例如)在EUV微影程序中藉由壓印微影或藉由直寫方法而形成此等小特徵。亦可使用現代DUV微影藉由所謂雙重圖案化程序(通常為多重圖案化)來形成此等小特徵。此類別中之技術包括(例如)藉由後段製程(back eud-of the line,BEOL)層中之微影-蝕刻-微影-蝕刻(LELE)及自對準雙金屬鑲嵌進行之間距加倍。出於解釋之目的，將在以下實例中假定CD為所關注參數。然而，在存在形成於彼此之頂部上之兩個光柵的情況下，另一所關注參數可為疊對。可基於EUV-SR繞射階中之不對稱性來量測此參數，如下文分離地描述。可在必要時升高入射角以達成至下部結構之適當穿透。
在多重圖案化程序中，不在一個圖案化操作中而是在兩個或兩個以上圖案化步驟中在產品之一個層中形成結構。因此，舉例而言，可使結構之第一群體與結構之第二群體交錯，且在不同步驟中形成該等群體，以便達成比一個步驟單獨可產生之解析度更高的解析度。雖然群體之置放相對於基板上之其他特徵應相同且完美，但當然，每一實際圖案展現某一位置偏移。群體之間的任何無意之位置偏移皆可被視為疊對之形式，且可藉由與用以量測層之間的疊對之技術類似之技術予以量測。另外，關於底層或上覆層中之特徵之疊對可在特徵之多個群體形成於單一層中時針對每一群體而不同，且可視需要分離地量測關於此等群體中之每一者之疊對。
圖4說明輻射光點之伸長率問題，其對使用掠入射反射量測術進行之晶粒內度量衡之實施具有挑戰性。在圖4之(a)中，以橫截面展示基板W及目標T。代表性入射射線304及反射射線308被說明，其相對於基板W具有入射角α。因為此等射線為代表性射線，所以應考慮到，入射輻射整體上包含許多射線，該等射線形成在404處示意性地所指示之光束。相似地，反射輻射包含許多射線308，該等射線308形成在408處示意性地所指示之光束。為了利用最小可能的目標，藉由聚焦光束404之射線使得該等射線會聚以在其與基板W之表面會合之處精確地界定最小光束直徑而形成輻射光點。在該說明中，入射光束404以最小直徑dB會聚至一焦點。經反射光束408(在忽略散射效應的情況下)包含發散射線，如所展示。因為掠入射角α相對小(換言之，相比於與90°之接近程度更接近於零)，所以輻射光束404在投影於目標T上時之直徑dS比光束直徑dB大幾倍。直徑dS與dB之間的比率取決於角度α之正弦，如圖4之(a)所展示。
如圖4之(b)所展示，為了達成配合於目標T之區域內之圓形光點S，光束404應具有在B處所展示之強橢圓形橫截面。當角度α為(例如)5°時，光束之最小直徑dB應為光點之可允許直徑dS的10倍以上(sin5°=0.087)。對於較低入射角，光束之最小直徑將必須小數十倍、數百倍或甚至數千倍。實務上獲得配合於諸如5平方微米之小目標區域內之光點將為不可能的。即使在α=5°下，最小光束直徑dB亦應為大約436奈米以達成低於5微米之光點大小。相反，如圖4之(c)所見，掠入射角α之增加極大地放寬了光束404之最小直徑要求。橢圓B'可比橢圓B寬得多，以便達成配合於目標T之區域內之光點S'。舉例而言，對於α=20°，光束直徑將僅增加原先的三倍。最小直徑dB可大達1.7微米，不超過5微米之光點大小。相比於已知技術(特別是X射線反射量測術(GI-XRS))，本發明人已認識到使用此等較高入射角可將較 小光點大小帶入EUV光學設計之能力內。
圖5說明圖3之裝置中之照明系統332之一個可能的配置。在330處表示諸如電漿之輻射源。出於EUV微影起見，已實驗上地或商業地測試並建置若干類型之源。可根據所要之波長範圍在本裝置中應用此等源中之任一者。電漿源包括錫(Sn)，而且包括Xe或Ar或Kr或Ne或N，或其任何組合。可應用雷射驅動光源及諧波產生器源。電漿源並非可應用之源之唯一類型，但目前其為最可以緊密形式獲得的類型。同步加速器源可得到更有用功率位準，且可在波長及功率方面更可控制，但此等源尚未以緊密形式市售。
在一方向範圍內發射具有所要光譜特性之EUV輻射光束500。在源330之出口(至照明系統332之入口)處，提供第一孔隙502以充當用於照明系統之入射光瞳。具有良好界定之發散度的入射光束504照射於聚焦光學器件或系統上。此聚焦系統在本說明中係藉由2維上彎曲鏡面506(例如，橢球形鏡面)予以實施。鏡面506產生會聚光束508，會聚光束508聚焦以在基板W上之目標部位處形成光點。視情況，提供第二孔隙510以限定光束404在目標處之直徑。詳言之，可使孔隙510在高度及/或寬度方面可調整使得可根據不同需要/大小及不同入射角α產生光束B'之不同形狀。
經反射光束408進入偵測系統333(此視圖中未繪示)，從而攜載關於目標之結構之資訊。視情況，提供第二聚焦鏡面520以縮減在光束進入偵測系統333時該光束之發散度。
如圖2及圖3所見，形成參考光譜320且由參考光譜偵測器314偵測該參考光譜320。在圖5所說明之實例照明系統中，將用於產生參考光譜320之光柵318整合於彎曲鏡面506中。在替代實施例中，可將參考光譜光柵提供為與鏡面506串聯的分離器件。另外，為了將來自光束504之輻射聚焦成光束508，可用一系列兩個或兩個以上一維上彎曲 (圓柱形)之鏡面替換單一二維上彎曲鏡面506。光柵(無論在何處其被提供)可屬於「平面場」類型，使得橫越偵測器314中之線性或平面像素陣列形成經良好解析之光譜。相似地，在偵測側處提供二維上彎曲聚焦鏡面520的情況下，可提供一或多個維度上彎曲之鏡面。該彎曲鏡面可與形成由目標反射之輻射之光譜310的光柵312整合。應注意，為了獲得所要光譜解析度，可沒有必要將光束408聚焦於二維中。
圖6展示依據輻射波長λ及入射角α而變化的反射比之輪廓標繪圖(等反射率)。相比於(例如)X射線，此等模擬展示出，對於很可能在半導體製造中遭遇到的多種材料，將甚至在高於幾度的掠入射角α之相對大值下反射大部分輻射及大部分波長。在對數尺度上使該等輪廓成陣列。在每一材料中，針對最低角度獲得最強反射比R(接近於整數)。舉例而言，被標註為R=10-1之輪廓展示針對給定波長入射輻射強度之十分之一被反射的入射角。
特別在15奈米至40奈米之範圍內(及超過40奈米，圖中未繪示)，將看出，所關注若干材料之反射比保持實質上甚至高達10度、20度及30度之角度。再次參看圖4及圖5，入射角之此範圍允許實施達成所要小輻射光點之光學設計，即使在使用可用EUV光學技術之掠入射下。
圖7之(a)呈現針對EUV輻射波長λ範圍之在對數尺度上之穿透深度δ相對於原子數Z的曲線圖。所展示之穿透深度係針對掠入射(α=5°)。相比於較高能量(較短λ)之X射線，可在EUV波長1奈米至100奈米或1奈米至150奈米中在較高角度α下達成掠入射。「全內反射」之現象在可見波長下在光學件中係熟悉的，其中諸如玻璃之材料具有大於1之折射率。在EUV波長下，材料通常具有小於1之折射率，且導致「全外反射」之現象。可獲得相當大反射至多之角度可被稱作臨界角。EUV波長下之相對淺穿透深度之優點為：可獲得表示基板之表面結構之量測，而不具有通常存在於半導體產品中之內埋式特徵之相當 大干涉。如下文進一步所解釋，此淺穿透深度極大地促進藉由重新建構或其他技術進行之準確量測。
圖7之(b)展示針對僅僅作為一個實例材料的矽之穿透深度隨著入射角之變化。然而，特別針對在15奈米至100奈米範圍內或在15奈米至150奈米範圍內之波長，可視需要達成為10或更大奈米之穿透。對於給定結構，可在垂直於基板之方向上藉由將入射角α升高至較高值來達成較高穿透深度。再次參看圖6，在不損耗反射率的情況下可用以利用此效應之入射角之範圍在EUV範圍內(特別是在15奈米至100奈米範圍內或在15奈米至150奈米範圍內)相比於其(例如)在X射線量測技術中更高。
參看圖8，曲線圖(a)至(f)說明在EUV波長範圍內之光譜反射量測術可如何得到關於形成於矽基板上之光柵結構(週期性結構)之形式的資訊。在圖(a)至(c)中，吾人比較矽光柵結構與平坦矽基板。在圖8之(d)至(f)中，吾人比較光柵之兩種不同形式。
圖8之(a)展示橫越波長範圍10奈米至40奈米之針對平坦矽晶圓的所演算反射率RP。在不同入射角α(在步驟中在2°至12°之範圍內)下量測每一曲線。每一曲線為目標之反射光譜，如上文所描述。在運用合適校準及正規化的情況下，將在圖2至圖5之方法及裝置中至少在波長範圍之一特定部分中量測相似反射光譜。在此實例中光柵結構之週期為200奈米，且高度為50奈米。大彎曲箭頭說明可在自最小角度α至最高角度之範圍內在反射光譜之形狀方面看到之趨勢。在圖8之(b)中，吾人看到包含再次由矽製成的具有週期200奈米及高度50奈米之矩形光柵之目標的反射率RG。再次，針對在2°至12°之範圍內的入射角α序列遍及波長範圍10奈米至40奈米標繪反射率。
圖8之(c)標繪圖8之(a)之平坦晶圓反射率與圖8之(b)之光柵反射率之間的差。特別在大約15奈米至50奈米之波長範圍內且特別隨著入 射角朝向12°上升，吾人看到可歸因於光柵結構之極清楚某些特性。換言之，圖8之(c)之標繪圖確定應藉由EUV光譜反射量測術使用圖2至圖5之方法及裝置可獲得關於光柵目標之存在及結構的良好量測資訊。
參看曲線圖(d)至(f)，吾人看到相似於在(a)至(c)處之標繪圖的標繪圖。然而，此次，比較已經描述之矩形光柵(曲線圖(b)與(d)相同)與具有相似週期及高度但具有以60°傾斜之側壁的光柵(曲線圖(e))。(d)與(e)處之曲線圖之間的差比(a)與(b)處之曲線圖之間的差更細微。然而，當減去此等曲線圖時(曲線圖(f))，可在該差中看到表示關於光柵之側壁角之資訊的特性特徵。再次，信號之強度隨著入射角α自2°增加至12°而更大。因此，取決於待量測之材料及結構，本文中提議使用為5°或更大之入射角α，例如，在10度至40度之範圍內之角度。角度之最佳選擇將取決於源輻射中之光譜組件之可用性，且取決於不同材料之反射率相對於不同材料之入射角。亦即，入射角應經選擇為圖8之模擬中所說明之信號之強度與由目標之特定材料進行之反射之強度(圖6)之間的折衷。相似地，差信號之強度(側壁角資訊)橫越波長範圍而變化。將供執行量測之入射角及波長範圍可經選擇為定義用於目標之特定類型及所關注特定屬性之最佳度量衡參數集。
圖9示意性地說明EUV度量衡裝置900之不同部件的外殼。此EUV度量衡裝置具有用以促進該裝置內之真空及低壓力大氣壓之管理之特徵，特別是在高容量製造環境中。圖10說明經修改度量衡裝置。
借助於引言，吾人參考圖11之曲線圖(a)及(b)。每一曲線圖展示橫越EUV光譜透射通過不同氣態介質的EUV輻射之一比例TR。第一曲線圖(a)展示通過在大氣壓下之各種氣體50公分的EUV輻射之透射(甚至不具有透射)。表示氣體氮(N)、空氣(A)、氬(Ar)及氫(H)。在關注在步驟中標註之為10-5的對數尺度的情況下，清楚的是EUV光學裝 置為何不能在正常大氣環境中工作。然而，在曲線圖(b)中，吾人看到當EUV輻射之路徑中之大氣壓力縮減至1毫巴時維持合理透射。橫越5奈米至30奈米之範圍，氫及氬兩者提供相對良好透射。即使在空氣及氮中，透射損耗亦可接受。氫最容易用於橫越整個所關注光譜之EUV透射。另一方面，氫大氣壓之使用(即使在低壓力下)亦需要昂貴的安全措施。在選擇在EUV度量衡裝置之不同部件之前之操作環境方面皆應考量此等因素。
返回至圖9，說明使用與圖2及圖3中所見相同之組件及編號的實例EUV度量衡裝置。如已經參看圖11所解釋，除非在真空或低壓力環境內含有光束路徑，否則EUV輻射信號將被嚴重減弱。同時，若待在高容量製造環境中使用該裝置，則將頻繁地執行在902處示意性地表示之操作以用新基板W'交換當前在該裝置內之基板W。在整個裝置將容納於真空環境中的情況下，在裝載及卸載晶圓或晶圓槽之後重新建立真空環境所需之成本及時間延遲將使產出率嚴重地降級。同時，可需要在高真空環境中具有儘可能多的光束路徑。
出於此原因，在實例度量衡裝置900中，在不同腔室904、906、908中含有EUV光學系統之不同部件。合適壁界定此等腔室，而窗910及912准許EUV輻射在該等腔室之間傳遞。第一腔室904含有源330及照明系統332。在腔室904中藉由合適抽汲及控制系統(圖中未繪示)維持第一大氣條件，例如，高真空。第一窗910准許入射光束304進入第二腔室906，其中在基板支撐件W上支撐目標。在第二腔室906中，維持環繞目標之第二大氣條件。舉例而言，第二大氣條件可為(例如)使用圖11之(b)中所指示之大氣壓中之一者之低壓力氣態大氣壓。以此方式，當通過某種形式之氣鎖機構交換基板W與W'時，可相對快速地建立及重新建立所需大氣條件，且不具有不當成本。雖然第二大氣條件中之透射損耗可比在高真空中大一個數量級，但對於有限行進距離 及操作生產率，可容許此等損耗。
在此實例中，偵測系統333之組件(諸如，光柵312及偵測器313)位於第三腔室908中，該第三腔室908經維持處於第三大氣條件。舉例而言，該第三大氣條件可為高真空。第二窗912准許反射射線308進入腔室908中之偵測系統，其攜載關於基板上之目標之光譜資訊。
可注意，若窗910及912具有有限範圍，則此實例中之裝置900之幾何形狀極大地限定可使用之入射角α之範圍。圖10說明圖9裝置之變體，在圖10中藉由額外鏡面組件處理此問題。亦可考慮其他途徑，例如，藉由提供適於不同入射角之數個離散窗，及/或藉由將偵測系統之至少一些組件容納於作為樣本之同一腔室906內使得其可在不損耗其通過一窗之視線的情況下移動。
圖10展示為圖9之裝置900之經修改版本的EUV度量衡裝置1000。僅僅作為實例，將該度量衡裝置之核心組件再次編號為300至332。關於該裝置之外殼及安裝台之其他特徵係與圖9中相同地被編號，但具有首碼「10」來代替「9」。因此，(例如)提供通過窗1010及1012光學地連通之腔室1004、1006及1008。
亦如圖3中所見，此實例中之基板支撐件1020係由致動器334可移動，以變化射線304照射於光柵目標上之入射角α。藉由此措施，源及照明系統以及光束304遵循一固定路徑。此情形對於源及光學系統之穩定性而言係良好的，以及允許窗1010保持於固定位置中。另一方面，此實例中之額外器件亦允許適應廣泛範圍之入射角，同時第二窗1012及偵測組件312等等亦保持在固定位置中。為了達成此情形，提供額外鏡面器件1030，其為使其反射表面平行於基板W之平面的平面鏡面。藉由簡單幾何形狀及維持1030與基板W之間的此平行關係，達成如下情形：抵消了在反射射線之方向上之為2α之原始變化。鏡面1030可為被固持接近且平行於基板使得該鏡面之不同部分捕獲處於不 同入射角之反射射線之單一大鏡面。替代地，可提供較小鏡面1030，其中致動器1032在入射角變化時實現該鏡面之平移移動。
參看圖12，曲線圖展示不同窗材料遍及EUV輻射之光譜具有不同透射屬性。該曲線圖在對數尺度上展示透射通過由200奈米的每一材料隔膜形成的窗之輻射之一比例TR。如可看出，極有挑戰性的是提供遍及EUV波長之大範圍而透明之窗。是否使用窗且使用何種類型之窗將取決於為了管理裝置之每一部件中之大氣壓而製造之替代配置。作為將不同隔室904/1004、906/1006、908/1008隔離之實體隔膜之替代例，可設想在不同隔室之間連通之敞開通口，該等通口被簡單地製造成足夠小使得可橫越其維持有用壓力差動。因此，雖然在910/1010及912/1012處示意性地指示窗隔膜，但此等隔膜中之任一者或其兩者可用可經充分設定大小以准許所有想要輻射傳遞，同時足夠小以儘可能地限定氣體自一隔室至下一隔室之流動之一敞開孔隙替換。在一實體隔膜經設計以用於一或兩個窗的情況下，可產生透射比比圖12中所表示之隔膜之透射比更高的隔膜。由Pekka Törmä等人在「Performance and Properties of Ultra-Thin Silicon Nitride X-ray Windows」(IEEE Transactions on Nuclear Science，第61卷，第1號，2014年2月)之論文中描述一特定實例。彼論文描述由降至20奈米厚度的氮化矽材料形成之超薄窗隔膜與額外支撐結構。雖然彼論文大體而言係關於較短波長輻射，但在X射線光譜之低能量範圍與EUV光譜之較短波長之間存在重疊。
圖13說明經修改度量衡方法，且圖14說明對應度量衡裝置1400。除非另有提及，否則此等實例中之被標註為「14xx」之組件應被認為與圖3之裝置中之被標註為「3xx」之組件相同。因此，該經修改裝置包括(例如)照明系統1430、照明系統1432及偵測系統1433。然而，相比於圖2之裝置，定位系統1434可操作以使得入射射線1404之 入射角可不僅以掠入射角α變化，而且以在此處被標註為φ之方位角變化。
再次，相對於基板來界定X,Y,Z座標系統。再次，假定目標T包含具有平行於基板之X軸之週期性方向D的一維光柵。再次，基板及目標可經傾斜以變化入射角。然而，允許非零入射方位角φ。相對於光柵目標T之週期性方向D來界定該方位角φ。(在二維週期性目標之狀況下，D可為主週期性方向中之任一者)。亦即，當入射方向投影至基板之平面上時，入射射線與週期性方向D之間的方位角φ為非零，且可極大。亦即，輻照方向處於由週期性方向D及垂直於基板之方向N定義之平面外。確切而言，入射射線在與週期性方向D傾斜之平面中行進。該傾斜平面係由圓圈1407表示，其正交於基板之平面但與週期性方向及X-Z平面傾斜。應理解，雖然平面及軸線之標籤的選擇係任意的，但參考目標之週期性結構之實體屬性定義掠入射角及方位角。本發明人已認識到，當使用非零方位角時可實質上增加不同繞射階之繞射效率。此情形又對反射(零階)射線1408之光譜有影響。
在實施裝置1400時，定位系統之不同配置可用以達成非零方位角。元件符號1434指示具有用於圍繞基板之X軸及Y軸旋轉之致動器的定位子系統。對於掠入射角α與方位角φ之所要組合，演算適當之命令值Rx及Ry以造成基板在二維中傾斜以達成所要角度。在另一實施中，可提供致動器以用於旋轉及傾斜，而直接驅動角度α及φ。如自圖14應瞭解，旋轉Rz直接對應於所要方位角φ，且在此狀況下，可自所要量測角度更直接地產生命令值。
在其他度量衡區域中，變化掠入射(極)角及方位角兩者所需之安裝之類型被稱為「圓錐形安裝台」，且亦可在此EUV反射量測術裝置中採用彼術語。一般而言，熟習此項技術者應瞭解，任何形式之命令及任何形式之致動機構可用以實施此實例，其限制條件為：其適合於 達成已知非零入射方位角。亦應理解，入射方向與目標之相對定向係重要的(且當然目標相對於輻射光點S之正確X-Y定位)。
如上文所提及，相比於圖2及圖3之配置，非零方位角之使用可允許使用圖13及圖14之圓錐形安裝台增強繞射效率。此情形又可提供較強信號以用於特定屬性之量測，從而縮減量測時間及/或增加量測準確度。藉由與圖2比較，在圖13中已經可看出使用非零方位角之另一益處。注意，光點S(若其由於傾斜之入射角而變得伸長)在由方位角定義之方向上伸長。因此，光點之最長尺寸係與目標之對角方向對準。在大部分目標將為矩形形狀的情況下，事實上光點之此對角伸長允許較大光點整體待配合於目標區域內。因此，對於給定照明強度，可在目標處導向量測輻射之較大總功率，且因此偵測器處之信號將成比例地增加。此效應單獨地可允許量測時間之稍微縮短。替代地或另外，可放寬聚焦容許度，此情形亦縮短量測時間。
圖15說明用於依據用於圖13及圖14之方法中之實例目標之方位角而變化的不同掠入射角及波長之一階繞射效率DE+1的變化。目標之每一設計(具有其不同結構及材料)將展現其自有繞射效率集合，及其在反射光譜隨著方位角φ(及掠入射角α)變化方面之自有變化集合。此實例中之目標為具有間距18奈米之光柵。在頂部列上之五個曲線圖中，垂直軸線表示在對數尺度上之繞射效率，且水平軸線表示在零至90°之範圍內之方位角φ。每一曲線圖對應於如所標記之一不同掠入射角α。在每一曲線圖內，標繪用於數個波長2奈米、5奈米、10奈米、20奈米及30奈米之繞射效率。底部列之五個曲線圖呈現呈另一形式之相同資料，其中相對於每一波長在零方位角下之值來正規化該每一波長下之繞射效率。可看出，尤其在較短波長及/或較高入射角下，一階繞射效率(及(暗示地)由偵測器1413捕捉之零階信號)強烈取決於方位角。藉由選擇一或多個方位角(尤其是兩個或兩個以上方位角)以供 量測，可獲得關於目標結構之更特定資訊。
圖16說明一另外經修改度量衡方法，且圖17說明對應度量衡裝置1700。除非另有提及，否則此等實例中之被標註為「17xx」之組件應被認為與圖3之裝置中之被標註為「3xx」之組件相同。因此，該經修改裝置包括(例如)照明系統1730、照明系統1732及偵測系統1733。
再次，相對於基板來界定X,Y,Z座標系統。再次，假定目標T包含具有平行於基板之X軸之週期性方向D的一維光柵。再次，基板及目標可經傾斜以變化入射角。偵測系統1733再次包含用以將反射射線1708分裂成不同波長之光譜1710的繞射光柵1712。由偵測器1713捕捉反射光譜1710，且將信號ST提供至處理器1740。
另外，在此經修改方法及裝置中，提供第三偵測器1750以接收另一光譜1752。光譜1752包含由目標T之週期性結構繞射之處於一階的輻射。一階繞射輻射經導向之角度β取決於目標光柵之間距以及繞射輻射之波長。在光譜EUV反射量測術之狀況下，其中入射輻射包含一波長範圍，則由目標繞射之輻射以散佈成處於角度β之一範圍之光譜，如所展示。此一階光譜(類似於反射光譜1710)含有關於目標結構之資訊。將由偵測器1750捕捉之信號SF供應至處理器1740以供使用(連同信號SR及ST)，以演算目標之所關注屬性之改良之量測。
捕捉一階繞射光譜可在解析目標之與不對稱性相關聯之屬性時具有特定益處。
雖然角度β之範圍在圖16中被展示為相當窄範圍，但為方便起見，應理解，可遭遇相當廣泛範圍之角度，包括「反向」繞射。因為如下原因而特別為此狀況：(i)所關注波長之範圍可跨越一個以上倍頻程(例如，在以上實例中提及10奈米至40奈米或甚至5奈米至50奈米之範圍)；及(ii)在數個潛力應用中，最精細目標光柵(其可為產品特徵)之間距之量值相似於輻射之波長之量值。圖17說明此角度範圍。參看 相對於正常方向N而界定之角度β'，可預期出現(例如)自-90°至+20°之角度範圍。
為了適應繞射角β(或β')之寬變化，可提供一另外致動器1754以在掠入射角α由致動器1734變化時及在一階繞射角β隨著光柵間距及波長變化時將偵測器1750移動至適當位置。替代地或另外，可將偵測器1750製成在範圍上大，及/或將偵測器1750置放成接近於目標附近之基板。圖17示意性地展示此偵測器。可視情況視需要提供準直光學件以縮減角度之展度，使得可在經方便設定大小且方便置放之偵測器1750上捕捉該等準直光學件。
圖18說明一另外經修改度量衡方法，且圖19說明對應度量衡裝置1900。此方法及裝置組合已經在上文參看圖13及圖14(非零方位角)以及圖16及圖17(使用來自目標光柵之一階繞射)所描述之修改。此等實例中被標註為「19xx」之組件應被認為與圖13/14及圖16/17之方法及裝置中被標註為「14xx」及/或「17xx」之組件相同。因此，該經修改裝置包括(例如)照明系統1930、照明系統1932及偵測系統1933。
再次，相對於基板來界定X,Y,Z座標系統。再次，假定目標T包含具有平行於基板之X軸之週期性方向D的一維光柵。再次，基板及目標可經傾斜以變化入射角。偵測系統1933再次包含用以將反射射線1908分裂成不同波長之光譜1910的繞射光柵1912。由偵測器1913捕捉反射光譜1910，且將信號ST提供至處理器1940。
與在圖13及圖14之實例中一樣，允許非零入射方位角φ。元件符號1934指示具有用於圍繞基板之X軸及Y軸旋轉之致動器的定位子系統。上文關於圖13至圖15之論述同樣應用於圖18及圖19之方法及裝置中。
另外，在此經修改方法及裝置中，提供第三偵測器1950以接收另一光譜1952。光譜1952包含處於一階之由目標T之週期性結構繞射 之輻射。將表示目標T之一階繞射光譜之信號SF提供至處理器1940。上文關於圖16及圖17之論述同樣應用於圖18及圖19之方法及裝置中。圖15之繞射效率直接判定至每一波長下之經偵測信號SF之強度。
應用實例
裝置300、900、1000、1400、1700、1900中之任一者可用作諸如圖1中示意性地說明之微影製造系統中之EUV度量衡裝置244。
圖20為使用本文所揭示之EUV度量衡技術來量測目標結構之參數之方法的流程圖。如上文所描述，目標在諸如半導體晶圓之基板上。此目標將常常採取呈2-D陣列形式的光柵或結構中之一系列週期性線之形狀。度量衡技術之目的為演算形狀之一或多個參數之量測。在重新建構技術中，有效地使用嚴密光學理論以演算此等參數之哪些值將引起特定觀測到之反射光譜(視情況包括一或多個較高繞射階之光譜)。換言之，獲得關於諸如臨界尺寸(critical dimension,CD)及疊對之目標形狀資訊。CD(或臨界尺寸)為「書寫」於基板上之物件之寬度，且為微影裝置實體地能夠在基板上書寫之限度。在一些情形下，所關注參數可為CD均一性，而非CD自身之絕對量測。亦可視需要量測諸如光柵高度及側壁角度之其他參數。疊對度量衡為供量測兩個目標之疊對以便判定基板上之兩個層是否對準的量測系統。
在結合目標結構(諸如，目標30)之模型化及其反射及/或繞射屬性而使用來自EUV度量衡裝置244之結果的情況下，可以數種方式執行該結構之形狀及其他參數之量測。在由圖9表示的第一類型之程序中，演算基於目標形狀(第一候選結構)之第一估計之繞射圖案，且比較該繞射圖案與觀測到之反射光譜。接著系統地變化模型之參數且以一系列反覆重新演算反射光譜，以產生新候選結構且因此達到最佳配合。在第二類型之程序中，提前演算用於許多不同候選結構之反射光譜以產生反射光譜「庫」。接著，比較自量測目標觀測到之反射光譜 與所演算光譜庫以找到最佳擬合。兩種方法可一起使用：可自庫獲得粗略擬合，接著進行反覆程序以找到最佳擬合。吾人預期在EUV光譜反射量測術中，用於第一類型之程序之計算將不繁重。在彼狀況下，將無需採取庫程序。
更詳細地參看圖20，將概括地描述進行目標形狀及/或材料特性之量測的方式。執行以下步驟。將在此處列出該等步驟，且接著更詳細地解釋該等步驟：
S11：收納具有目標之基板
S12：界定量測配方(α,φ)
S13：量測EUV反射光譜或光譜
S14：定義模型配方
S15：估計形狀參數
S16：演算模型反射光譜或光譜
S17：比較經量測光譜相對於所演算光譜
S18：演算優質化函數
S19：產生經修訂形狀參數
S20：報告最終形狀參數
未必確切地按上述次序執行該等步驟，且熟習此項技術者應瞭解，可在不影響結果的情況下以不同次序執行某些步驟。
在S11處，收納上方具有一或多個度量衡目標T之基板W。對於此描述，將假定目標在僅一個方向上係週期性的(1-D結構)。實務上，目標可在兩個方向上係週期性的(2維結構)，且將相應地調適處理。在S12處，界定量測配方，其在增強型方法中界定光譜被採取之一或多個入射角α之範圍，且視情況界定非零方位角φ。可藉由先前實驗及/或計算模擬來判定用於每一類型之目標結構及製造程序之最佳方位角。視需要，可界定使用兩個或兩個以上方位角量測目標之配 方。比如圖15所展示之曲線圖的曲線圖可用以選擇給出橫越最關注繞射階的繞射效率之最佳組合的方位角之該值或該等值。替代地，可以用於方位角φ之單一(零或非零)值及不同入射角α之範圍來進行每一目標之量測。
在S13處，在運用定位於光點S處之目標結構的情況下，在諸如圖3、圖5、圖9、圖14、圖17及圖19中之任一者所說明之裝置中使用EUV輻射來量測基板上之實際目標之反射光譜。經量測反射光譜310(視情況包括一階繞射光譜1752、1952)係由偵測器313捕捉，該經量測反射光譜310經轉遞至諸如處理器340之演算系統。在光譜用於進一步演算中之前，根據經預儲存校準值且根據由偵測器(314、1414、1714、1914)記錄之參考光譜來正規化該等光譜。實務上，將遍及輻射之若干脈衝記錄數個參考光譜及目標光譜，每一目標光譜係自相同脈衝經正規化至參考光譜，之後被添加至經量測目標光譜中。每一經量測目標光譜對應於一入射角α(且視情況對應於一非零方位角φ)。為了經由重新建構獲得穩固量測，可以不同入射角α或不同方位角φ捕捉相同目標之若干光譜，以增加資訊之分集。
應注意，可將反射光譜處理為詳細光譜，或可將反射光譜在用於演算中之前簡化為參數集合。作為一特定實例，可簡單地將反射光譜縮減至表示可識別光譜特徵(峰頂或線)之強度之值集合。可(例如)藉由識別反射光譜中之對應於入射輻射中之各別峰頂的峰頂，且向彼峰頂指派對應於觀測到之峰頂之高度的一值來獲得該強度。
在S14處，建立「模型配方」，其依據數個參數pi(p1、p2、p3等等)而定義目標結構之經參數化模型。在1-D週期性結構中，此等參數可表示(例如)側壁之角度、特徵之高度或深度、特徵之寬度。目標材料層及底層之屬性亦由諸如折射率(在存在於EUV輻射光束中之每一特定波長下)之參數表示。重要的是，雖然目標結構可由描述其形狀 及材料屬性之許多參數定義，但出於以下程序步驟之目的，模型配方將定義此等參數中之許多參數具有固定值，而其他參數將為可變或「浮動」參數。出於描述圖20之目的，僅可變參數被認為是參數pi。
由於EUV輻射之淺穿透深度，提供表示底層屬性之浮動參數之需要可比在具有較長波長之光學度量衡之狀況下更低。因此，本文所揭示之EUV光譜度量衡可提供對於計算複雜度之給定程度相對於程序變化比光學CD度量衡工具更穩固的量測。
在S15處，藉由設定用於浮動參數之初始值pi(0)(亦即，p1(0)、p2(0)、p3(0)等等)來估計模型目標形狀。將在配方中所定義之某些預定範圍內產生每一浮動參數。
在S16處，(例如)使用諸如RCWA之嚴密計算方法或馬克士威(Maxwell)方程式之任何其他求解程序使用表示模型中之不同材料之所估計形狀連同屬性之參數以演算散射屬性。此演算針對每一角度α(或角度α及φ之組合)給出所估計目標形狀之估計或模型反射光譜。
在S17及S18處，接著比較經量測反射光譜與模型反射光譜，且使用經量測反射光譜與模型反射光譜之相似性及差以演算用於模型目標形狀之「優質化函數」。
在假定優質化函數指示模型在其準確地表示實際目標形狀之前需要被改良的情況下，控制轉至步驟S19，在步驟S19中估計新參數p1(1)、p2(1)、p3(1)等等且將該等新參數反覆地回饋至步驟S16中。重複步驟S16至S18。為了輔助搜尋，步驟S16中之演算進一步產生優質化函數之偏導數，該等偏導數指示在參數空間之此特定區中增加或減低參數將會增加或減低優質化函數之敏感度。優質化函數之演算及導數之使用在此項技術中通常為吾人所知，且此處將不對其進行詳細描述。
當優質化函數指示此反覆程序已以所要準確度收斂於一解時， 控制轉至步驟S20，且將當前所估計參數(例如，CD值)報告為實際目標結構之量測。
此反覆程序之計算時間係主要地藉由所使用之模型判定，換言之，藉由使用嚴密繞射理論自所估計目標結構進行所估計模型光譜之演算判定。若需要更多參數，則存在更多自由度。演算時間原則上隨著自由度之數目之冪而增加。可以各種形式來表達S16處所演算之所估計或模型光譜。若以與步驟S13中所產生之經量測光譜相同的形式表達所演算圖案，則會簡化比較。一旦已演算用於一個目標之值，就可在不改變量測配方的情況下使用相同步驟S13等等量測在同一基板或相似基板上之新目標。在待量測不同類型之基板或目標之情況下，或在需要改變量測配方之任何狀況下，代替地，控制轉至步驟S11或S12。
圖21說明量測方法(例如，圖20之方法)在微影製造系統之管理中的應用。將在此列出步驟，且接著更詳細地解釋該等步驟：
S21：處理晶圓以在基板上產生結構
S22：量測橫越基板之CD及/或其他參數
S23：更新度量衡配方
S24：更新微影及/或程序配方
在步驟S21處，使用微影製造系統橫越基板產生結構。在S22處，使用EUV度量衡裝置244以及視情況其他度量衡裝置及資訊源以量測橫越基板之結構之屬性。在步驟S23處，視情況，鑒於所獲得之量測結果更新EUV度量衡裝置及/或其他度量衡裝置240之度量衡配方及校準。舉例而言，在EUV度量衡裝置244具有比光學度量衡裝置240低之產出率的情況下，使用EUV輻射之幾個準確量測值可用以針對特定基板設計及程序改良使用光學度量衡裝置而進行之量測之演算。
在步驟S24處，比較CD或其他參數之量測值與所要值，且使用 CD或其他參數之該等量測值以更新微影製造系統內之微影裝置及/或其他裝置之設定。藉由提供具有改良之產出率之EUV度量衡裝置，可改良整個系統之效能。即使在最小技術節點處，亦可直接量測產品特徵及/或類產品特徵，且可提供及量測晶粒內目標，而不損耗過多區域。
在以上步驟中，假定量測橫越一基板及橫越多個基板之足夠目標使得可導出程序之統計上可靠模型。無需將CD及其他參數之剖面完全表達為橫越基板之變化。舉例而言，可將CD及其他參數之剖面表達為為所有場(在基板W上之不同部位處使用圖案化元件M之圖案化之每一個例)所共有之場內剖面及重複地疊置場內變化之低階場間變化。步驟S24中調整之微影程序之設定可包括場內設定以及場間設定。該等設定可適用於裝置之所有操作，或特定用於一特定產品層。
藉由EUV反射量測術進行之疊對度量衡
特別參看圖16至圖19之實例，本文所描述之方法及裝置亦可應用於諸如疊對之不對稱性相關特徵之量測。半導體產品中之諸層之間的疊對在一些入射角及/或波長下由於輻射之淺穿透深度可難以使用EUV光譜反射量測術進行量測。然而，藉由為所說明裝置提供寬波長範圍(例如，1奈米至100奈米或1奈米至150奈米)及使用升高之入射角之可能性，可預期對疊對之實用量測。在多重圖案化程序中，不在一個圖案化操作中而是在兩個或兩個以上圖案化步驟中在產品之一個層中形成結構。因此，舉例而言，可使結構之第一群體與結構之第二群體交錯，且在不同步驟中形成該等群體，以便達成比一個步驟單獨可產生之解析度更高的解析度。雖然群體之置放應相對於基板上之其他特徵相同且完美，但當然，每一實際圖案會展現某一位置偏移。群體之間的任何無意位置偏移可被視為某形式的疊對，且可藉由由多重圖案化程序形成之目標光柵或產品特徵之不對稱性予以量測。對於簡單 光柵結構，亦可量測其他類型之不對稱性，例如，側壁不對稱性及渠溝底部不對稱性。
雖然可自(零階)反射光譜310、1410、1710、1910量測不對稱性，但不對稱性資訊將在圖16至圖19之實例中偵測之一階經繞射光譜1752及1952中更強。因此，EUV度量衡之方法可包括使用表示來自週期性結構之一階繞射光譜之信號SF來量測該結構中之不對稱性。可僅在一個定向中量測該結構，或可在旋轉(Rz)180°之定向中量測該結構。如自可見波長下之以繞射為基礎之疊對已知的，可藉由比較+1階繞射輻射與-1階繞射輻射之強度而演算不對稱性。藉由將目標旋轉180°，可獲得信號SF(+1)及SF(-1)且比較信號SF(+1)與SF(-1)。藉由圖20所描述之類型之重新建構方法，可類似於目標之任何其他屬性演算不對稱性。替代地，與先前校準組合之更簡單演算可更直接地基於比較+1階光譜與-1階光譜。然而，相比於簡單地比較單一波長下之+1階強度與-1階強度，在結合光譜途徑使用全重新建構的情況下，可得到之資訊可輔助更準確量測。在EUV反射量測術中，一個優點是可使目標由產品特徵或類產品特徵製成，此情形在運用使用較長波長之當前光學技術的情況下係不可能的。預期對疊對之敏感度大於當前工具。
混合式度量衡系統
可產生包括供執行之EUV度量衡裝置244及用於執行較習知散射量測之光學度量衡裝置240兩者的混合式度量衡裝置。兩個裝置可同時地工作於同一基板W之相同部分或不同部分上。該兩個裝置實務上可在不同時間操作，同時共用共同組件，諸如，基板處置及定位系統。度量衡裝置自身可與微影裝置LA整合抑或在微影製造單元LC內。
不同裝置可量測不同目標結構，使得(例如)光學度量衡裝置240係用以量測目標T1，而EUV度量衡裝置244係用以量測目標T2。吾人 於2014年5月13日申請之歐洲專利申請案14168067.8[申請人之參考案2014P00038]中揭示此等混合式度量衡技術之應用及益處，該專利申請案在本發明之優先權日期未被公佈。
結論
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述之方式不同的其他方式來實踐本發明。與如實現於基板及圖案化元件上之新穎目標相關聯地，一實施例可包括含有機器可讀指令之一或多個序列之電腦程式，該等機器可讀指令描述在基板上產生目標、量測基板上之目標及/或處理量測以獲得關於微影程序之資訊之方法。可(例如)在圖3之裝置中之單元PU內及/或圖2之控制單元LACU內執行此電腦程式。亦可提供經儲存有此電腦程式之資料儲存媒體(例如，半導體記憶體，磁碟或光碟)。
在以下編號條項中提供根據本發明之另外實施例：
1.一種量測藉由一微影程序製造之一結構之一屬性之方法，該方法包含：(a)運用一輻射光束沿著一輻照方向來輻照一週期性結構，該週期性結構已藉由該微影程序而在一基板上形成且在至少一第一方向上具有一週期性，該輻射包含在1奈米至100奈米之範圍內之複數個波長，該輻照方向與平行於該基板之一方向所成角度大於2°；(b)偵測由該週期性結構反射之輻射之一光譜；及(c)處理表示該經偵測光譜之信號以判定該週期性結構之一屬性。
2.如條項1之方法，其中該輻射光束在投影至該週期性結構上時具有小於10微米、視情況小於5微米之一範圍。
3.如條項1或2之方法，其中該輻射光束具有小於1微米、視情況小於500奈米之一最小直徑。
4.如條項2或3之方法，其中在偵測該光譜之前調整相對於平行於該基板之一方向之該輻照方向，且相應地調整該輻射光束之一直徑以調整光束在投影至該週期性結構上時之該範圍。
5.如前述條項中任一項之方法，其中被定義為該輻照方向與平行於該基板之一方向之間的角度之一入射角係在5°與45°之間，視情況在10°與30°之間。
6.如前述條項中任一項之方法，其中步驟(a)中之該輻射為藉由在第一維度及第二維度兩者上聚焦一源光束而產生的一輻射光束。
7.如條項6之方法，其中使用一二維上彎曲反射器來執行在第一維度及第二維度兩者上之該聚焦。
8.如前述條項中任一項之方法，其中用以產生該輻射光束之一照明系統容納於一真空環境中，且該基板經固持處於一低壓氣態環境中，該低壓氣態環境係藉由一外殼界定，該外殼可操作以裝載及卸載新基板，而不干擾該照明系統之該真空環境。
9.如前述條項中任一項之方法，其中用以偵測該反射輻射之該光譜之一偵測系統容納於一真空環境中，且該基板經固持處於一低壓氣態環境中，該低壓氣態環境係藉由一外殼界定，該外殼可操作以裝載及卸載新基板，而不干擾該偵測系統之該真空環境。
10.如前述條項中任一項之方法，其中該輻照方向在投影至該基板之一平面上時界定相對於該第一方向之一非零方位角。
11.如條款10之方法，其中該方位角經選擇成使得該週期性結構在一或多個非零繞射階中之一繞射效率相比於將針對零方位角之一輻照方向之狀況更大。
12.如條項11之方法，其中該方位角經選擇成使得該週期性結構在一繞射階中之一繞射效率為零方位角之繞射效率的兩倍以上，視情況五倍以上或十倍以上。
13.如前述條項中任一項之方法，其中步驟(b)進一步包括偵測由該週期性結構繞射之輻射之一非零繞射階，該非零繞射階係由該週期性結構散佈成一光譜。
14.如前述條項中任一項之方法，其中該屬性為不對稱性。
15.如前述條項中任一項之方法，其中該屬性為不對稱性，且該週期性結構為形成於一或多個層中或藉由兩個或兩個以上圖案化步驟而形成之一光柵。
16.如條項13至15中任一項之方法，其中執行該等步驟(a)及(b)至少兩次，其中該週期性結構圍繞一正常軸線旋轉0°及180°，且其中在步驟(c)中，一起使用表示在0°及180°之旋轉下該非零繞射階之該光譜的信號以判定該週期性結構之不對稱性。
17.如前述條項中任一項方法，其中使用不同輻照方向來重複步驟(a)及(b)，且其中在步驟(c)中，一起使用表示使用複數個不同輻照角度而偵測之反射輻射之該光譜的信號以判定該週期性結構之該屬性。
18.基於如前述條項中任一項之方法，其中該步驟(c)包括界定該週期性結構之一經參數化模型，且使用該模型以基於偵測到之該反射輻射來執行該結構之數學重新建構。
19.如前述條項中任一項之方法，其中該屬性為線寬。
20.一種用於量測一微影程序之效能之度量衡裝置，該裝置包含：一輻照系統，其用於產生一輻射光束，該輻射包含在1奈米至100奈米之範圍內之複數個波長；一基板支撐件，其可與該輻照系統一起操作以用於運用輻射沿著一輻照方向來輻照形成於該基板上之一週期性結構，該輻照方向與平行於該基板之一方向所成角度大於2°；及 一偵測系統，其用於偵測由該週期性結構反射之輻射之一光譜。
21.如條項20之裝置，其中該輻射光束在投影至該週期性結構上時具有小於10微米、視情況小於5微米之一範圍。
22.如條項20或21之裝置，其中該輻射光束可經形成為具有小於1微米、視情況小於500奈米之一最小直徑。
23.如條項21或22之裝置，其中相對於平行於該基板之一方向的該輻照方向可調整，且該輻射光束之一直徑可相應地調整以調整光束在投影至該週期性結構上時之該範圍。
24.如條項20至23中任一項之裝置，其中被定義為該輻照方向與平行於該基板之一方向之間的角度之一入射角可至少經設定成5°與45°之間的值。
25.如條項20至24中任一項之裝置，其中該輻射光束係藉由在第一維度及第二維度兩者上聚焦一源光束而產生。
26.如條項25之裝置，其中一二維上彎曲反射器經提供以用於在第一維度及第二維度兩者上聚焦該光束。
27.如條項20至26中任一項之裝置，其中用以產生該輻射光束之一照明系統容納於一真空環境中，且該基板經固持處於一低壓氣態環境中，該低壓氣態環境係藉由一外殼界定，該外殼可操作以裝載及卸載新基板，而不干擾該照明系統之該真空環境。
28.如條項20至27中任一項之裝置，其中用以偵測該反射輻射之該光譜之一偵測系統容納於一真空環境中，且該基板經固持處於一低壓氣態環境中，該低壓氣態環境係藉由一外殼界定，該外殼可操作以裝載及卸載新基板，而不干擾該偵測系統之該真空環境。
29.如條項20至28中任一項之裝置，其中該輻照方向在投影至該基板之一平面上時界定相對於該第一方向之一非零方位角，且該方位 角可在不拆卸該基板的情況下予以調整。
30.如條項20至29中任一項之裝置，其進一步包含用於偵測由該週期性結構繞射之輻射之一非零繞射階，該非零繞射階係由該週期性結構散佈成一光譜。
31.如條款20至30中任一項之裝置，其中該基板支撐件經調適以自一經自動化晶圓處置器收納半導體晶圓。
32.如條項20至31中任一項之裝置，其進一步包含一處理系統，該處理系統用於處理表示經偵測之該反射輻射之信號以判定該週期性結構之一屬性。
33.一種元件製造方法，其包含：使用一微影程序將一圖案自一圖案化元件轉印至一基板上，該圖案界定至少一個週期性結構；量測該週期性結構之一或多個屬性以判定該微影程序之一或多個參數之一值；及根據該經量測屬性在該微影程序之後續操作中應用一校正，其中量測該週期性結構之該等屬性之該步驟包括藉由一如條項1至19中任一項之方法量測一屬性。
34.如條項33之元件製造方法，其中該功能元件圖案界定一臨界尺寸小於50奈米、視情況小於20奈米的產品特徵。
35.一種量測藉由一微影程序製造之一結構之一屬性之方法，該方法包含：(a)運用一輻射光束沿著一輻照方向來輻照一週期性結構，該週期性結構已藉由該微影程序而在一基板上形成且在至少一第一方向上具有一週期性，該輻射包含在1奈米至100奈米之範圍內之複數個波長，該輻照方向與平行於該基板之一方向所成角度大於2°；(b)偵測由該週期性結構繞射之輻射之一光譜，該非零繞射階係 由該週期性結構散佈成該光譜；及(c)處理表示該經偵測光譜之信號以判定該週期性結構之一屬性。
36.如條項35之方法，其中該屬性為不對稱性。
37.如條項35或36之方法，其中步驟(c)進一步包含演算在不同圖案化步驟中形成之該週期性結構之部件之間的疊對之一量測值。
38.如條項36或37之方法，其中該週期性結構為形成於一或多個層中或藉由兩個或兩個以上圖案化步驟而形成之一光柵。
39.一種量測藉由一微影程序製造之一結構之一屬性之方法，該方法包含：(a)運用一輻射光束沿著一輻照方向來輻照一週期性結構，該週期性結構已藉由該微影程序而在一基板上形成且在至少一第一方向上具有一週期性，該輻射包含在1奈米至150奈米之範圍內之複數個波長，該輻照方向與平行於該基板之一方向所成角度大於2°；(b)偵測由該週期性結構反射之輻射之一光譜；及(c)處理表示該經偵測光譜之信號以判定該週期性結構之一屬性。
40.一種用於量測一微影程序之效能之度量衡裝置，該裝置包含：一輻照系統，其用於產生一輻射光束，該輻射包含在1奈米至150奈米之範圍內之複數個波長；一基板支撐件，其可與該輻照系統一起操作以用於運用輻射沿著一輻照方向來輻照形成於該基板上之一週期性結構，該輻照方向與平行於該基板之一方向所成角度大於2°；及一偵測系統，其用於偵測由該週期性結構反射之輻射之一光譜。
41.一種量測藉由一微影程序製造之一結構之一屬性之方法，該方法包含：(a)運用一輻射光束沿著一輻照方向來輻照一週期性結構，該週期性結構已藉由該微影程序而在一基板上形成且在至少一第一方向上具有一週期性，該輻射包含在1奈米至150奈米之範圍內之複數個波長，該輻照方向與平行於該基板之一方向所成角度大於2°；(b)偵測由該週期性結構繞射之輻射之一光譜，該非零繞射階係由該週期性結構散佈成該光譜；及(c)處理表示該經偵測光譜之信號以判定該週期性結構之一屬性。
儘管已描述呈實體光罩之形式的圖案化元件，但在本申請案中之術語「圖案化元件」亦包括傳送呈數位之形式的(例如)待結合可程式化圖案化元件而使用的圖案之資料產品。
儘管上文可特定地參考在光學微影之內容背景中對本發明之實施例之使用，但應瞭解，本發明之實施例可用於其他應用(例如，壓印微影)中，且在內容背景允許時不限於光學微影。在壓印微影中，圖案化元件中之構形界定產生於基板上之圖案。可將圖案化元件之構形壓入被供應至基板之抗蝕劑層中，在該基板上，抗蝕劑係藉由施加電磁輻射、熱、壓力或其組合而固化。在抗蝕劑固化之後，將圖案化元件移出抗蝕劑，從而在其中留下圖案。
關於微影裝置所使用之術語「輻射」及「光束」涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外線(UV)輻射(例如，具有為或為約365奈米、355奈米、248奈米、193奈米、157奈米或126奈米之波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如，具有在5奈米至20奈米之範圍內之波長)，以及粒子束，諸如，離子束或電子束。
術語「透鏡」在內容背景允許時可指各種類型之光學組件(包括 折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件)中之任一者或其組合。
對特定實施例之前述描述將因此充分地揭露本發明之一般性質：在不脫離本發明之一般概念的情況下，其他人可藉由應用熟習此項技術者所瞭解之知識針對各種應用而易於修改及/或調適此等特定實施例，而無需進行不當實驗。因此，基於本文所呈現之教示及導引，此等調適及修改意欲在所揭示實施例之等效者的涵義及範圍內。應理解，本文中之措辭或術語係出於(例如)描述而非限制之目的，以使得本說明書之術語或措辭待由熟習此項技術者按照該等教示及該指導進行解譯。
本發明之廣度及範疇不應由上述例示性實施例中之任一者限制，而應僅根據以下申請專利範圍及其等效者進行界定。
1900‧‧‧度量衡裝置
1904‧‧‧輻射光束
1908‧‧‧反射射線/反射輻射
1910‧‧‧反射光譜
1912‧‧‧繞射光柵
1913‧‧‧偵測器
1914‧‧‧偵測器
1930‧‧‧照明系統
1932‧‧‧照明系統
1933‧‧‧偵測系統
1934‧‧‧定位子系統
1940‧‧‧處理器
1950‧‧‧第三偵測器
SF‧‧‧光譜信號
SR‧‧‧參考光譜信號
ST‧‧‧目標光譜信號
T‧‧‧目標結構/度量衡目標/光柵目標
W‧‧‧基板/基板支撐件

Claims (15)

  1. 一種量測藉由一微影程序製造之一結構之一屬性之方法，該方法包含：(a)運用一輻射光束沿著一輻照方向來輻照一週期性結構，該週期性結構已藉由該微影程序而在一基板上形成且在至少一第一方向上具有一週期性，該輻射包含在1奈米至100奈米之範圍內之複數個波長，該輻照方向與平行於該基板之一方向所成角度大於2°；(b)偵測由該週期性結構反射之輻射之一光譜；及(c)處理表示該經偵測光譜之信號以判定該週期性結構之一屬性。
  2. 如請求項1之方法，其中在偵測該光譜之前調整相對於平行於該基板之一方向之該輻照方向，且相應地調整該輻射光束之一直徑以調整光束在投影至該週期性結構上時之範圍。
  3. 如請求項1或2之方法，其中用以產生該輻射光束之一照明系統容納於一真空環境中，且該基板經固持處於一低壓氣態環境中，該低壓氣態環境係藉由一外殼界定，該外殼可操作以裝載及卸載新基板，而不干擾該照明系統之該真空環境。
  4. 如請求項1或2之方法，其中用以偵測該反射輻射之該光譜之一偵測系統容納於一真空環境中，且該基板經固持處於一低壓氣態環境中，該低壓氣態環境係藉由一外殼界定，該外殼可操作以裝載及卸載新基板，而不干擾該偵測系統之該真空環境。
  5. 如請求項1或2之方法，其中該輻照方向在投影至該基板之一平面上時界定相對於該第一方向之一非零方位角。
  6. 如請求項1或2之方法，其中步驟(b)進一步包括偵測由該週期性 結構繞射之輻射之一非零繞射階，該非零繞射階係由該週期性結構散佈成一光譜。
  7. 如請求項1或2之方法，其中該屬性為不對稱性。
  8. 一種用於量測一微影程序之效能之度量衡裝置，該裝置包含：一輻照系統，其用於產生一輻射光束，該輻射包含在1奈米至100奈米之範圍內之複數個波長；一基板支撐件，其可與該輻照系統一起操作以用於運用輻射沿著一輻照方向來輻照形成於該基板上之一週期性結構，該輻照方向與平行於該基板之一方向所成角度大於2°；及一偵測系統，其用於偵測由該週期性結構反射之輻射之一光譜。
  9. 如請求項8之裝置，其中相對於平行於該基板之一方向的該輻照方向可調整，且該輻射光束之一直徑可相應地調整以調整光束在投影至該週期性結構上時之範圍。
  10. 如請求項8或9之裝置，其中用以產生該輻射光束之一照明系統容納於一真空環境中，且該基板經固持處於一低壓氣態環境中，該低壓氣態環境係藉由一外殼界定，該外殼可操作以裝載及卸載新基板，而不干擾該照明系統之該真空環境。
  11. 如請求項8或9之裝置，其中用以偵測該反射輻射之該光譜之一偵測系統容納於一真空環境中，且該基板經固持處於一低壓氣態環境中，該低壓氣態環境係藉由一外殼界定，該外殼可操作以裝載及卸載新基板，而不干擾該偵測系統之該真空環境。
  12. 如請求項8或9之裝置，其中該輻照方向在投影至該基板之一平面上時界定相對於該第一方向之一非零方位角，且該方位角可在不拆卸該基板的情況下予以調整。
  13. 如請求項8或9之裝置，其進一步包含一偵測器，該偵測器用於 偵測由該週期性結構繞射之輻射之一非零繞射階，該非零繞射階係由該週期性結構散佈成一光譜。
  14. 一種元件製造方法，其包含：使用一微影程序將一圖案自一圖案化元件轉印至一基板上，該圖案界定至少一個週期性結構；量測該週期性結構之一或多個屬性以判定該微影程序之一或多個參數之一值；及根據該經量測屬性在該微影程序之後續操作中應用一校正，其中量測該週期性結構之該等屬性之該步驟包括藉由一如請求項1至7中任一項之方法來量測一屬性。
  15. 一種量測藉由一微影程序製造之一結構之一屬性之方法，該方法包含：(a)運用一輻射光束沿著一輻照方向來輻照一週期性結構，該週期性結構已藉由該微影程序而在一基板上形成且在至少一第一方向上具有一週期性，該輻射包含在1奈米至100奈米之範圍內之複數個波長，該輻照方向與平行於該基板之一方向所成角度大於2°；(b)偵測由該週期性結構繞射之輻射之一光譜，該非零繞射階係由該週期性結構散佈成該光譜；及(c)處理表示該經偵測光譜之信號以判定該週期性結構之一屬性。
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