用于角分辨光譜光刻描述的方法和裝置的制作方法

專利名稱：用于角分辨光譜光刻描述的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測用的方法(例如，在采用光刻技術的器件制造 中)，以及采用光刻技術制造器件的方法。
背景技術：
光刻設備是一種將所需圖案應用到襯底上(通常應用到所述襯底的目標部分上)的機器。例如，可以將光刻設備用在集成電路(IC)的制造中。 在這種情況下，可以將可選地稱為掩模或掩模版(recticle)的圖案形成裝置 用于產生待形成在所述IC的單層上的電路圖案。可以將該圖案轉移到襯底(例如，硅晶片)上的目標部分(例如，包括一個或幾個管芯的一部分)。 典型地，經由成像將所述圖案轉移到在所述襯底上設置的輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。通常，單個的襯底將包含連續被形成圖案的相鄰目標部 分的網絡。公知的光刻設備包括步進機，在所述步進機中，通過將整個圖 案一次曝光到所述目標部分上來照射每一個目標部分；以及掃描器，在所 述掃描器中，通過沿給定方向("掃描"方向)用輻射束掃描所述圖案、 同時沿與該方向平行或反向平行的方向掃描所述襯底來照射每一個目標 部分。還可以通過將所述圖案壓印(imprinting)到所述襯底上，而將所述 圖案從所述圖案形成裝置轉移到所述襯底。為了確定襯底的特征(諸如它的對準等)，例如在對準目標處將輻射 束反射出襯底的表面，以及在反射束的照相機上生成圖像。通過比較在輻 射束被反射出襯底前后的輻射束的特性，能夠確定襯底的特性。例如，這 能通過將反射束與存儲在與公知的襯底特性相關的公知測量庫中的數據 進行比較來進行。這樣的照射目標和從反射的輻射中采集數據的系統經常用于照射多 個重疊的圖案(例如光柵)。第二圖案相比第一圖案具有預定的偏置。通
過分析反射的輻射的特征，能夠確定圖案之間的重疊誤差(overlay error) OV。對反射輻射的更高的衍射級的特征的分析能用于確定小的重疊誤差 (例如土20nm級)。相似地，光柵的間距級次的誤差能用在申請號為 11/455,942的美國專利申請中描述的方法進行檢測。然而，小于光柵之間 的間距(通常為400nm-lum)而大于光柵之間的偏置(通常為5-20nm) 的重疊誤差有時檢測不到。圖4示出一個這樣的例子，其中左上方圖示出 采用TM偏振光(實線)和TE偏振光(虛線)照射。在這個例子中，存在 土15nm的光柵之間的預定偏置。由開圓所示的由第一對重疊的光柵導致 的不對稱表示(正確)重疊誤差為0。然而，由第二對重疊的光柵導致的 不對稱(由實點表示)也表示重疊誤差為O，當正確的重疊誤差為70nm時， 該重疊誤差為不正確的。因此，這些大于光柵的偏置但小于光柵的間距的重疊誤差有時檢測不到。發明內容本發明旨在提供一種用于識別錯誤的低重疊計算的方法。 根據本發明的一個實施例，測量襯底特性的方法包括采用輻射投影儀 (radiation projector)將輻射投影到襯底上；并檢測反射的輻射的第O級和 第士n級，其中11>1，并且反射的輻射表示將測量的特性。根據本發明的另一個實施例，構造用于測量襯底特性的散射儀包括 輻射投影儀，所述輻射投影儀被構造用于將輻射投影到襯底上的多個重疊 的圖案上；檢測器，其被構造用于檢測反射自襯底表面的輻射束的第O和 第土n衍射級，其中n〉l;以及數據處理單元，其被構造用于基于O和第士n 衍射級計算多個重疊的圖案之間的重疊誤差。


現在僅作為示例，參照示意性附圖描述本發明的實施例，其中相應的 附圖標記表示相應的部件，并且其中 圖la示出光刻設備；
圖lb示出光刻單元(cell)和簇(cluster);圖2示出散射儀；圖3示出測量高數值孔徑透鏡的光瞳面上的角分辨譜的主要操作原 理；以及圖4為一系列圖表，示出對于不同的重疊誤差的第土1衍射級和0衍射 級的強度。
具體實施方式
圖l示意性示出光刻設備。所述設備包括照射系統(照射器)IL，其 被構造用于調節輻射束B (例如，紫外線輻射或極紫外線輻射)。支撐結構 (例如，掩模臺)MT被構造用于支撐圖案形成裝置(例如，掩模)MA， 并且與第一定位器PM相連，所述第一定位器PM被構造用于根據確定的參 數對所述圖案形成裝置進行精確的定位。襯底臺(例如，晶片臺)WT被 構造用于保持襯底(例如，涂有抗蝕劑的晶片)W，并且與第二定位器PW 相連，所述第二定位器PW被構造用于根據確定的參數對所述襯底進行精 確的定位。投影系統(例如，折射式投影透鏡系統)PL被構造用于通過圖 案形成裝置MA將被賦予所述輻射束B的圖案投影到所述襯底W的目標部 分C (例如，包括一個或更多管芯)上。所述照射系統可以包括各種類型的光學部件，例如折射型、反射型、 磁型、電磁型、靜電型或其他類型的光學部件、或其任意組合，以導引、 成形、和/或控制輻射。所述支撐結構支撐所述圖案形成裝置(例如承受其重量)。它按照依 賴于所述圖案形成裝置的方位、所述光刻設備的設計、以及其他條件的方 式(例如，是否將圖案形成裝置保持在真空環境中)，來保持所述圖案形 成裝置。所述支撐結構可以使用機械、真空、靜電、或其他夾持技術以保 持所述圖案形成裝置。所述支撐結構例如可以是框架或臺子，其根據需要 可以是固定的或是可移動的。所述支撐結構可以確保所述圖案形成裝置處 于所需位置(例如相對于所述投影系統)。這里"掩模版"或"掩模"的 任何使用可以認為與更上位的術語"圖案形成裝置"同義。應該將這里使用的術語"圖案形成裝置"廣義地解釋為能夠用于將圖
案賦予在輻射束的橫截面上、以便在所述襯底的目標部分中創建圖案的任 意裝置。應該注意的是，被賦予所述輻射束的所述圖案可能不完全地與所 述襯底的目標部分中的所需圖案相對應，例如，如果所述圖案包括相移特 征或所謂的輔助特征。通常，被賦予所述輻射束的所述圖案將與在所述目 標部分中創建的器件中的具體功能層相對應，例如集成電路。所述圖案形成裝置可以是透射式的或是反射式的。圖案形成裝置的示 例包括掩模、可編程反射鏡陣列、和可編程LCD面板。掩模在光刻中 是眾所周知的，并且包括諸如二元掩模類型、交替相移掩模類型、衰減相 移掩模類型和各種混合掩模類型之類的掩模類型。可編程反射鏡陣列的示 例采用小反射鏡的矩陣排列，可以獨立地傾斜每一個小反射鏡，以便沿不 同方向反射入射的輻射束。所述傾斜的反射鏡將圖案賦予由所述反射鏡矩 陣反射的輻射i中。應該將這里使用的術語"投影系統"廣義地解釋為包括任意類型的投 影系統，包括折射型、反射型、反射折射型、磁型、電磁型和靜電型光學 系統、或其任意組合，并且適合于所使用的曝光輻射、或適合于諸如使用 浸沒式液體或使用真空之類的其他因素。這里任意使用的術語"投影透鏡" 可以認為是與更上位的術語"投影系統"同義。 .如這里所示的，所述設備是透射型的(例如，采用透射掩模)。替代 地，所述設備可以是反射型的(例如，采用如上所述類型的可編程反射鏡 陣列，或采用反射掩模)。所述光刻設備可以是具有兩個(雙臺)或更多襯底臺(和/或兩個或 更多掩模臺)的類型。在這種"多臺"機器中，可以并行地使用附加的臺， 或可以在一個或更多臺上執行預備步驟，同時將一個或更多其他臺用于曝 光。所述光刻設備還可以是這樣的類型其中，所述襯底的至少一部分可 以用具有相對較高折射率的液體(例如，水)覆蓋，以便填充所述投影系 統和所述襯底之間的空隙。還可以將浸沒液應用到所述光刻設備的其他空 隙，例如所述掩模和所述投影系統之間。浸沒技術是本領域的公知技術， 用于增加投影系統的數值孔徑。如這里使用的術語"浸沒"并不意味著必 須將諸如襯底之類的結構浸沒到液體中，而是僅意味著在曝光過程中，液
體位于所述投影系統和所述襯底之間參照圖la，所述照射器IL接收從輻射源SO發出的輻射束。該源和 所述光刻設備可以是分立的實體(例如，該源為準分子激光器時)。在這 種情況下，不會認為所述源是所述光刻設備的組成部分，并且通過包括例 如合適的引導鏡和/或擴束器的束傳遞系統BD的幫助，將所述輻射束從所 述源SO傳到所述輻射器IL。在其他情況下，所述源可以是所述光刻設備 的必要部分(例如所述源是汞燈時)。可以將所述源SO和所述輻射器IL、 以及如果需要時的所述束傳遞系統BD —起稱作輻射系統。所述輻射器IL可以包括調節器AD，用于調整所述輻射束的角強度分 布。通常，可以對所述輻射器的光瞳面中的強度分布的至少所述外部和/或內部的徑向范圍(一般分別稱為C7-外部和CT-內部)進行調整。此外，所述輻射器IL可以包括各種其他部件，例如整合器IN和聚光器CO。可 以將所述輻射器用于調節所述輻射束，以在其橫截面中具有所需的均勻性 和強度分布。所述輻射束B入射到保持在所述支撐結構(例如，掩模臺MT)上的 所述圖案形成裝置(例如，掩模MA)上，并且通過所述圖案形成裝置來 形成圖案。已經橫穿所述圖案形成裝置MA之后，所述輻射束B通過所 述投影系統PS，所述PS將所述束聚焦到所述襯底W的目標部分C上。 通過第二定位器PW和定位傳感器IF (例如，干涉儀裝置、線性編碼器或 電容傳感器)的幫助，可以精確地移動所述襯底臺WT，例如以便將不同 目標部分C定位于所述輻射束B的輻射路徑中。類似地，例如在來自掩 模庫的機械修補之后，或在掃描期間，可以將所述第一定位器PM和另一 個定位傳感器(圖la中未明確示出)用于將所述掩模MA相對于所述輻 射束B的輻射路徑精確地定位。通常，可以通過形成所述第一定位器PM 的一部分的長行程模塊(粗定位)和短行程模塊(精定位)來實現所述掩 模臺MT的移動。類似地，可以通過形成所述第二定位器PW的一部分的 長行程模塊和短行程模塊來實現所述襯底臺WT的移動。在步進機的情況 下(與掃描器相反)，所述掩模臺MT可以僅與短行程致動器相連，或可 以是固定的。可以使用掩模對準標記M1、 M2和襯底對準標記P1、 P2來 對準掩模MA和襯底W。盡管所示的所述襯底對準標記占據了專用目標 部分，然而，他們可以位于目標部分之間的空隙中(這些公知為劃線對準標記)。類似地，在將多于一個管芯設置在所述掩模MA上的情況下，所 述掩模對準標記可以位于所述管芯之間。可以將所述設備用于以下模式的至少之一1. 在步進模式中，將所述掩模臺MT和所述襯底臺WT保持為實質 靜止，而將賦予到所述輻射束的整個圖案一次(即，單一的靜態曝光)投 影到目標部分C上。然后將所述襯底臺WT沿X和/或Y方向移動，使得 可以對不同目標部分C曝光。在步進模式中，曝光場的最大尺寸限制了在 單一的靜態曝光中成像的所述目標部分C的尺寸。2. 在掃描模式中，在將賦予所述輻射束的圖案投影到目標部分C的 同時，將所述掩模臺MT和所述襯底臺WT同步地進行掃描(即，單一的 動態曝光)。所述襯底臺WT相對于所述掩模臺MT的速度和方向可以通 過所述投影系統PS的放大(縮小)率和圖像反轉特征來確定。在掃描模 式中，曝光場的最大尺寸限制了單一的動態曝光中的所述目標部分的寬度(沿非掃描方向)，而所述掃描運動的長度確定了所述目標部分的高度(沿 所述掃描方向)。3. 在另一個模式中，將保持可編程圖案形成裝置的所述掩模臺MT 保持為實質靜止狀態，并且在將賦予所述輻射束的圖案投影到目標部分C 的同時，對所述襯底臺WT進行移動或掃描。在這種模式中，通常采用脈 沖輻射源，并且在所述襯底臺WT的每一次移動之后、或在掃描期間的連 續輻射脈沖之間，按照要求更新所述可編程圖案形成裝置。這種操作的模 式易于應用于利用可編程圖案形成裝置的無掩模光刻中，例如，如上所述 類型的可編程反射鏡陣列。也可以釆用上述使用模式的組合和/或變體，或完全不同的使用模式。 如圖lb所示，光刻設備LA形成光刻單元LC (有時也稱作光刻簇) 的一部分，其也包括用于實現襯底上的曝光前和曝光后處理的設備。所述 簇包括旋轉涂布機SC，用于沉積抗蝕劑層；顯影器DE，用于對曝光后 的抗蝕劑顯影；激冷板CH和烘烤板BK。襯底機械手或機器人RO從入 口/出口1/01、 1/02拾取襯底，在不同的處理設備之間移動所述襯底， 并然后傳送到光刻設備的裝載艙LB。這些裝置經常總體稱為軌道(tmck)，
并在軌道控制單元TCU的控制下，所述軌道控制單元TCU自身被監控系 統SCS控制，所述SCS也控制光刻設備。因此，能操作不同的設備以使 生產量和處理效率最大化。為了由光刻設備曝光的襯底針對每層抗蝕劑一致地曝光，存在一定 的、需要被測量以確定是否有對準、旋轉等方面的變化的襯底特性，其中 所述變化必須由光刻設備進行補償。獨立的檢查設備用于確定襯底特性， 并且尤其確定不同襯底或者相同襯底的不同層的特性如何在層之間變化。可以采用傳感器(例如在圖2中所示的散射儀)確定襯底W的表面 的特性。散射儀包括將輻射投影到襯底W上的寬帶(白光)輻射投影儀2。 反射的輻射通到光譜儀檢測器4，所述光譜儀檢測器測量鏡面式反射輻射 的光譜IO (作為波長的函數的強度)。從這些數據中，例如通過嚴格耦合 波分析(Rigorous Coupled Wave Analysis)和非線性回歸、或者通過與如 圖2下面所示的仿真光譜庫進行對比，可以重新構造產生檢測光譜的結構 或形貌。通常，對于這種重建，從結構制造的過程的知識可以知道結構的 一般形式并假定一些參數，僅僅留下幾個結構參數需要根據散射儀數據確 定。散射儀可以分為正入射散射儀(normal-incidence scatterometer)或斜 入射散射儀(oblique-incidence scatterometer)。也可以使用散射儀的變量， 其中以單波長的多角度范圍(或多波長的限定范圍)測量反射，而不是以 多波長范圍的單角度測量反射。用于測量襯底特性的散射儀可以在高數值孔徑透鏡的光瞳面11上， 以多角度和多波長測量由襯底表面W反射的角分辨譜的特性，如圖3所 示。這樣的散射儀可以包括輻射投影儀2和檢測器14，所述輻射投影儀2 用于將輻射投影到襯底上，所述檢測器14用于檢測反射譜。光瞳面為這 樣的平面在所述平面上，輻射的徑向位置限定入射角，而角度位置限定 輻射的方位角。光瞳面還可為任何基本上與上述平面共軛的平面。檢測器 18位于高數值孔徑透鏡的光瞳面上。所述數值孔徑可以很高，優選地至少 為0.9，更優選地至少0.95。浸沒式散射儀(Immersion scatterometer)甚 至可以具有數值孔徑超過1的透鏡。一些角分辨散射儀僅僅測量散射光的強度。然而，更新的散射儀允許 在多角度范圍內同時測量幾個波長。由散射儀對應不同的波長和角度測量的特性可以是橫向磁場和橫向電場偏振光的強度以及橫向磁場和橫向電場偏振光之間的相位差。能夠采用寬帶光源(即，具有寬的光頻率或波長的范圍、并因此有多 種顏色的光源)，允許多個波長的混合，所述寬帶光源給出大的集光率(etendue)。在寬帶中的多個波長優選地每個假定具有入S的帶寬、還因 此具有至少2A S的間隔(即兩倍波長)。幾個輻射"源"能夠是擴展輻射 源的不同部分，所述擴展輻射源假定已經用光纖束分開。以這樣的方式， 能夠以多個波長平行地測量角分辨散射譜。測量包含比2維譜具有更多信 息的3維譜(波長和兩個不同的角度)。這允許測量更多的信息，以增加 度量處理的魯棒性。這在申請號為2006/0066855 Al和2006/0033921 Al 的美國專利申請中有更詳細的描述。可與本發明一起使用的散射儀如圖3所示。使用透鏡系統12、通過 干涉濾光片13和偏振器17聚焦輻射投影儀2的輻射，由部分反射面16 反射，并經由顯微鏡物鏡15被聚焦到襯底W上。然后輻射通過部分反射 面16透射到在后投影光瞳面11上的檢測器18(例如電荷耦合器件(CCD)) 中，以便進行散射譜的檢測。光瞳面11位于透鏡系統15的焦距上。檢測 器和高數值孔徑透鏡位于光瞳面上。由于高數值孔徑的透鏡通常位于透鏡 的內部，所以光瞳面可以由輔助光學器件再次成像。參考束經常用于例如測量入射輻射的強度。當輻射束入射在分束器 16上時，所述輻射束的一部分透射通過分束器朝著參考反射鏡14。然后， 將參考束投影到同一檢測器18的不同部分上。反射的輻射的光瞳面以例如每幀40毫秒的積分時間在檢測器118上 成像。以這樣的方式，襯底目標的兩維角度散射譜在檢測器上成像。例如， 檢測器可以是CCD或互補金屬氧化物半導體(CMOS)傳感器陣列。一組干涉濾光片13能夠在假定405-790nm或更低的范圍內選擇感興 趣的波長，例如200-300nm范圍內。干涉濾光片可以是可調的，而不包括 一組不同的濾波器。光柵能替代干涉濾光片使用。襯底W可以是印制的光柵，以使得在顯影后，柵條(bar)由實心抗 蝕劑線形成。所述柵條可以替代地被刻蝕在襯底里。這種圖案對光刻投影 設備中的色差敏感，尤其是投影系統PL，并且照射對稱度和這種象差的存在將證明它們自身在印制的光柵上存在變化。相應地，印制的光柵的散 射儀數據用于重建光柵。光柵的參數，例如線寬和形狀，可以輸入到根據 印制步驟和/或其他散射儀處理的知識的重建處理中。圖4示出對于不同的重疊誤差的不對稱度、第±1衍射級和第0衍射 級。如圖所示，第O級強度作為重疊的函數對稱地變化。因此，如果檢測 第O級，就能夠識別兩個不對稱之間的差別，否則它們是具有相同值的。 例如，圖4的左上方的曲線圖中示出的兩個開圓示出重疊誤差為0但偏置 為士15nm的不對稱度。同一曲線圖上的實點示出當重疊誤差為70nm但 偏置是相同的，為15nm時的不對稱度。然而，在這些情況下檢測到的不 對稱度(即，重疊誤差為0nm和70nm)將是相同的。如果第0級的強度 被檢測到，那么Onm和70nm的重疊誤差之間的強度差別也將被檢測到。 如圖4的右下方的曲線圖所示，對于70nm的重疊誤差的檢測強度(由雙 實點表示)將大于對于重疊誤差為0的檢測強度(由開圓所示)。因此， 能夠區分兩個導致相同不對稱度的不同的重疊。因此能夠識別這些錯誤的 低重疊誤差計算。采用第0級強度的絕對值來識別大的重疊誤差錯誤可替 換為釆用具有正向偏置的光柵的第0級和具有負向偏置的光柵的第0級之 間的強度差。如果重疊誤差小，由于第0級本身的對稱屬性(如圖4所示)， 強度的差別也將變小。所述設備測量兩組重疊(overlapping)光柵的第+1、 -1和O衍射級的 強度，第一組光柵具有+d的偏置，第二組光柵具有-d的偏置。不對稱度 的計算如下爿一 /,(OK +力—/—,(OK + cQ + — (OK+ +(OK+力其中I,是第1級的強度，I-,是第-i級的強度，并且ov是重疊誤差。那么重疊由以下確定 2爿+ -義 關于此的進一步的細節能在EP1628164A中找到。兩組光柵之間的強度差給作A7。 =/0+ -/0一其中，1o+是具有+d偏置的重疊光柵的第0級的強度，而Io.是具有-d 偏置的重疊光柵的第0級的強度。如果AI(3在一定的閾值I^之下，那么，重疊測量就是正確的。然而， 如果AI。在I^之上，那么它表示大的重疊誤差和計算得到的重疊誤差是 不可信的。It^的值能采用建模確定，或采用校準襯底校準確定。盡管本發明被描述成關于同第0衍射級一起的第一衍射級，但是更高 的衍射級(例如第二、三或四衍射級)也能替代地與第0衍射級一起使用。
權利要求
1.一種測量襯底特性的方法，包括采用輻射投影儀將輻射投影到襯底上；以及檢測反射的輻射的第0級和第±n級，其中n＞1，并且反射的輻射表示將測量的特性。
2. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述輻射被投影到多個重疊的 圖案上，并且檢測器檢測多個重疊圖案之間的重疊誤差。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中，來自第一衍射級的數據用于測 量重疊誤差，而來自第O衍射級的數據用作誤差檢驗。
4. 根據權利要求l所述的方法，其中，所述第土n衍射級為第士l衍射級。
5. —種散射儀，其被構造用于測量襯底特性，所述散射儀包括 輻射投影儀，其被構造用于將輻射投影到襯底上的多個重疊的圖案上；檢測器，其被構造用于檢測自襯底表面反射的輻射束的第O和第士n 衍射級，其中n〉l;以及數據處理單元，其被構造用于基于第O和第土n衍射級計算多個重疊的 圖案之間的重疊誤差。
6. 根據權利要求5所述的散射儀，其中，來自第一衍射級的數據用于 測量重疊誤差，而來自第O衍射級的數據用作誤差檢驗。
7. 根據權利要求5所述的散射儀，其中，所述第士n衍射級為第土l 衍射級。
8. —種包括檢查設備的光刻設備，所述檢查設備包括 輻射投影儀，其被構造用于將輻射投影到襯底上的多個重疊的圖案上；檢測器，其被構造用于檢測自襯底表面反射的輻射束的第O和第士n 衍射級，其中11>1;以及數據處理單元，其被構造用于基于第O和第士n衍射級計算多個重疊的圖案之間的重疊誤差。
9. 根據權利要求8所述的光刻設備，其中，來自第一衍射級的數據用 于測量重疊誤差，而來自第O衍射級的數據用作誤差檢驗。
10. 根據權利要求8所述的光刻設備，其中，所述第士n衍射級為第士 l衍射級。
11. 一種光刻設備，包括 照射系統，其被構造用于調節輻射束；支撐結構，其被構造用于支撐圖案形成裝置，所述圖案形成裝置被構 造用于在輻射束的橫截面上賦予圖案； 襯底臺，其被構造用于保持襯底；投影系統，其被構造用于將圖案化的輻射束投影到襯底的目標部分 上；以及檢查設備，所述檢查設備包括輻射投影儀，其被構造用于將輻射投影到襯底上的多個重疊的圖 案上；檢測器，其被構造用于檢測自襯底表面反射的輻射束的第O和第 土n衍射級，其中n〉l;以及數據處理單元，其被構造用于基于第O和第土n衍射級計算多個重 疊的圖案之間的重疊誤差。
12. 根據權利要求ll所述的光刻設備，其中，來自第一衍射級的數據 用于測量重疊誤差，而來自第O衍射級的數據用作誤差檢驗。
13. 根據權利要求ll所述的光刻設備，其中，所述第士n衍射級為第 士1衍射級。
全文摘要
第一衍射級和第0衍射級都在散射儀中被檢測。所述第一衍射級用于檢測重疊誤差。所述第0衍射級用于標記量值大于偏置但小于光柵的間距的檢測值是否是錯誤的重疊誤差計算。
文檔編號G03F7/20GK101154055SQ200710152790
公開日2008年4月2日 申請日期2007年9月21日 優先權日2006年9月25日
發明者埃維哈德斯·科尼利斯·摩斯, 阿瑞·杰弗里·登波夫, 馬瑞特斯·范德斯蓋爾 申請人:Asml荷蘭有限公司