用于测量由光刻工艺形成在衬底上的结构的量测设备、光刻系统、以及测量由光刻工艺形成在衬底上结构的方法技术方案

公开了量测设备和方法。在一个设置中，量测设备包括使用测量辐射照射结构并且检测由结构散射的测量辐射的光学系统。光学系统包括将被散射的测量辐射聚焦至传感器上的透镜的阵列。色散元件将在多个非重叠波长频带的每一个中的经散射的测量辐射独占地引导至透镜的阵列的不同的相应透镜上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于测量由光刻工艺形成在衬底上的结构的量测设备、光刻系统、以及测量由光刻工艺形成在衬底上结构的方法相关申请的交叉引用本申请要求享有2016年8月23日提交的欧洲专利申请16185319.7的优先权，并且该申请在此通过全文引用的方式并入本文。
本专利技术涉及一种用于测量由光刻工艺形成在衬底上的结构的量测设备、光刻系统以及测量由光刻工艺形成在衬底上结构的方法。
技术介绍
光刻设备是将所希望图案施加至衬底上、通常至衬底的目标部分上的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造中。在该情形中，备选地称作掩模或刻线板的图案化装置可以用于产生将要形成在IC的单个层上的电路图案。该图案可以转移至衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括一个或数个管芯)上。图案的转移通常是经由成像至提供在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)的层上。通常，单个衬底将包含连续图案化的相邻目标部分的网络。在光刻工艺中，频繁地希望对所产生的结构进行测量，例如用于工艺控制和验证。用于进行该测量的各种工具是已知的，包括通常用于测量关键尺寸(CD)的扫描电子显微镜，以及用于测量重叠、器件中两个层的对准精度的量测的专用工具。重叠可以根据两个层之间失准程度而描述，例如1nm的测得重叠可以描述其中两个层以1nm失准的情形。近期，已经研发了各种形式的散射仪用于光刻领域。这些装置将辐射束引导至目标上并测量被散射辐射的一个或多个特性—例如作为波长函数的、在单个反射角下的强度；作为反射角函数的、在一个或多个波长下的强度；或者作为反射角函数的偏振—以获得“光谱”，由光谱可以确定感兴趣目标的特性。可以由各种技术执行对感兴趣目标特性的确定：例如由迭代方案诸如严格耦合波分析或有限元方法对目标的重构；库搜索；以及主成分分析。由传统散射仪使用的目标相对较大，例如40μm乘以40μm的光栅，并且测量束产生比光栅较小的光斑(也即光栅未填满)。这简化了目标的数学重构，因为其可以视作是无限的。然而，为了将目标的尺寸减小至例如10μm乘以10μm或更小，例如，以使得它们可以位于产品特征之中而不是在划片线中，已经提出了量测，其中使得光栅小于测量光斑(也即光斑过填充)。通常使用暗场散射法测量该目标，其中阻挡了零阶衍射(对应于镜面反射)，并且仅处理高阶衍射。暗场量测法的示例可以在国际专利申请WO2009/078708进而WO2009/106279中找到，在此通过全文引用的方式将其并入本文。已经在专利公开US20110027704A、US20110043791A和US20120242970A中描述了技术的进一步发展。在此也通过全文引用的方式将所有这些申请的内容并入本文。使用衍射阶的暗场检测的基于衍射的重叠使能对更小目标进行重叠测量。这些目标可以小于照射光斑并且可以由晶片上产品结构所围绕。目标可以包括可以在一个图像中测量的多个光栅。在已知的量测技术中，通过在某些条件下两次测量重叠目标而获得重叠测量结果，同时旋转重叠目标或者改变照射模式或成像模式以分立地获得-1和+1阶衍射强度。对于给定重叠目标的强度非对称性、这些衍射阶强度的比较提供了目标非对称性也即目标中非对称性的测量值。重叠目标中的该非对称性可以用作重叠误差的指示器(两层的不希望的失准)。当执行该暗场散射测量时，量测设备当前可以仅在任意一个时刻使用单个波长的测量辐射执行测量。然而，不同层中的不同目标可以对于不同的波长测量辐射显示不同的行为，这可以导致可变的质量。作为波长函数的变化也可以由于对于目标结构的工艺诱发改变而引起。例如，诸如化学机械平坦化蚀刻之类的半导体制造工艺和层厚度变化的非均匀性改变了量测目标的结构，并且因此也改变了最佳波长。因此希望单独地对于目标和/或层微调测量辐射。
技术实现思路
希望提供允许高效地执行高质量测量的量测设备和方法。根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于测量由光刻工艺在衬底上形成的结构的量测设备，量测设备包括：光学系统，被配置为使用测量辐射照射结构并且检测由结构散射的测量辐射，光学系统包括：透镜阵列，被配置为将被散射的测量辐射聚焦至传感器上；以及色散元件，被配置为将在多个非重叠波长频带中的每个波长频带中的经散射的测量辐射独占地引导至透镜阵列的不同的相应透镜上。根据本专利技术的一个方面，提供了一种测量由光刻工艺形成在衬底上的结构的方法，包括：使用包括至少多个非重叠波长频带的测量辐射照射结构；使用色散元件以在由结构散射了测量辐射之后光谱地色散测量辐射以便于将被散射的测量辐射从多个非重叠波长频带中的每个波长频带独占地引导至透镜阵列的不同的相应透镜上；以及检测来自传感器上透镜阵列的每个透镜的辐射。附图说明现在将仅借由示例的方式参照所附示意图而描述本专利技术的实施例，其中对应的参考符号指示对应的部件，以及其中：图1描绘了光刻设备；图2描绘了光刻单元或集群；图3包括(a)用于使用第一对照射孔径测量目标的暗场散射仪的示意图；(b)对于给定照射方向目标光栅的衍射光谱的细节；(c)多个目标光栅的已知形式的描绘以及衬底上测量光板的轮廓；以及(d)图3(a)的散射仪中所获得图3(c)的目标的图像的描绘；以及图4描绘了根据本专利技术一个实施例的量测设备；图5描绘了多光谱单元，包括透镜阵列、光楔元件、滤光片系统、以及色散元件；图6描绘了使用光楔元件对不同衍射阶的空间间距；以及图7包括(a)透镜阵列的三个透镜的示意图，代表性光瞳面图像被叠加其中；(b)与三个透镜对准的示例性带通滤光片；以及(c)透射率随滤光片系统波长的变化。具体实施方式该说明书公开了包括本专利技术特征的一个或多个实施例。所公开的实施例仅示例化了本专利技术。本专利技术的范围不限于所公开的实施例。本专利技术由所附权利要求限定。在说明书中描述并涉及“一个实施例”、“一实施例”、“示例性实施例”等的实施例指示了所述实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每一个实施例不必包括该特定的特征、结构或特性。此外，该短语不必涉及相同的实施例。进一步，当结合实施例描述特定的特征、结构或特性时，应该理解，不论是否明确描述，结合其他实施例而实现该特征、结构或特性在本领域技术人员的能力范围内。然而，在更详细描述这些实施例之前，展示其中可以实施本专利技术实施例的示例性环境是有益的。图1示意性地描绘了光刻设备LA。设备包括配置为调节辐射束B(例如UV辐射或DUV辐射)的照射系统(照射器)IL，构造用于支撑图案化装置(例如掩模)MA并连接至配置为根据某些参数精确地定位图案化装置的第一定位器PM的支撑结构(例如掩模操作台)MT，构造用于固定衬底(例如涂覆了抗蚀剂的晶片)W并连接至配置为根据某些参数精确地定位衬底的第二定位器PW的衬底操作台(例如晶片操作台)WT，以及配置为将由图案化装置MA赋予辐射束B的图案投影至衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)上的投影系统(例如折射式投影透镜系统)。照射系统可以包括用于引导、定形或控制辐射的各种类型光学部件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电或其他类型光学部件、或者其任意组合。支撑结构支撑也即承载了图案化装置的重量。其以取决于图案化装置的朝向、光刻设备的设计以及其他条件诸如例如图案化装置是否固定在真空环境中的方式而固定图案化装置。支撑结构可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术以固定图案化装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量由光刻工艺在衬底上形成的结构的量测设备，所述量测设备包括：光学系统，被配置为使用测量辐射照射所述结构并且检测由所述结构散射的所述测量辐射，所述光学系统包括：透镜的阵列，所述透镜的阵列被配置为将经散射的所述测量辐射聚焦至传感器上；以及色散元件，被配置为将多个非重叠波长频带中的每个波长频带中的经散射的测量辐射独占地引导至所述透镜的阵列中的不同的相应透镜上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.23 EP 16185319.71.一种用于测量由光刻工艺在衬底上形成的结构的量测设备，所述量测设备包括：光学系统，被配置为使用测量辐射照射所述结构并且检测由所述结构散射的所述测量辐射，所述光学系统包括：透镜的阵列，所述透镜的阵列被配置为将经散射的所述测量辐射聚焦至传感器上；以及色散元件，被配置为将多个非重叠波长频带中的每个波长频带中的经散射的测量辐射独占地引导至所述透镜的阵列中的不同的相应透镜上。2.根据权利要求1所述的量测设备，其中，所述透镜的阵列位于形成所述结构的光瞳面图像的平面中。3.根据权利要求2所述的量测设备，进一步包括滤光片系统，所述滤光片系统被配置为以使得光瞳面图像与所述透镜的阵列中的任意两个透镜重叠的方式，防止经散射的测量辐射入射在所述透镜的阵列上。4.根据权利要求3所述的量测设备，其中，所述滤光片系统包括与所述透镜的阵列对准的带通滤光片的阵列。5.根据权利要求3或4所述的量测设备，其中，在所述透镜的阵列处形成的光瞳面图像的直径是所述透镜的阵列中的每个透镜的直径的25％-50％。6.根据前述权利要求中任一项所述的量测设备，进一步包括对准致动器，所述对准致动器被配置为调节所述透镜的阵列和所述色散元件中的任一个或两者的位置、朝向、或者位置与朝向，以便于从第一对准状态选择性地切换至第二对准状态，其中：在所述第一对准状态中，将在第一多个非重叠波长频带中的每个波长频带中的经散射的测量辐射独占地引导至所述透镜的阵列的不同的相应透镜上；以及在所述第二对准状态中，将在第二多个非重叠波长频带中的每个波长频带中的经散射的测量辐射独占地引导至所述透镜的阵列的不同的相应透镜上，所述第一多个非重叠波长频带不同于所述第二多个非重叠波长频带。7.根据权利要求6所述的量测设备，其中，所述对准致动器被配置为通过旋转所述色散元件来调节所述色散元件的朝向。8.一种光刻系统，包括：光刻设备，被配置为执行光刻工艺；以及根据前述权利要求中任一项所述的量测设备，其中：所述光刻设备被设置为当执行后续光刻工艺时使用由所述量测设备测量由...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·潘迪，
申请(专利权)人：ASML荷兰有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL