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計(jì)量系統(tǒng)以及方法
【專利摘要】提供了計(jì)量系統(tǒng)以及方法。所述計(jì)量系統(tǒng)包括：被配置成產(chǎn)生衍射受限光束的光源；變跡器，所述變跡器被配置成在照射光學(xué)器件的入射光瞳中使所述光束成形；光學(xué)元件，所述光學(xué)元件被配置成將所述衍射受限光束從所述變跡器定向到晶片上的光柵靶上的所述照射斑并且收集來自所述光柵靶的散射光；被配置成拒絕一部分所收集散射光的視場(chǎng)光闌；檢測(cè)器，所述檢測(cè)器被配置成檢測(cè)穿過所述視場(chǎng)光闌的散射光并且響應(yīng)于檢測(cè)到的散射光生成輸出以使所述光柵靶由所述計(jì)量系統(tǒng)使用散射計(jì)量來測(cè)量；以及被配置成使用所述輸出來確定所述光柵靶的特性的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
【專利說明】計(jì)量系統(tǒng)以及方法
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年9月1日、申請(qǐng)?zhí)枮?201080039744. 4"、發(fā)明名稱為"計(jì) 量系統(tǒng)以及方法"的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)的奪叉引用
[0003] 本申請(qǐng)要求2009年9月3日提交的題為"多功能計(jì)量系統(tǒng)（Multifunction Metrology System) "的美國專利申請(qǐng)S/N. 61/239, 699,其如在本文中完全闡述一樣通過引 用結(jié)合于此。

【背景技術(shù)】
[0004] 1.發(fā)明領(lǐng)域
[0005] 本發(fā)明一般涉及計(jì)量系統(tǒng)以及方法。
[0006] 2.相關(guān)摶術(shù)的描沭
[0007] 以下描述和示例不因其包括在該部分中而被視為現(xiàn)有技術(shù)。
[0008] 在半導(dǎo)體制造工藝中的各個(gè)點(diǎn)對(duì)晶片執(zhí)行計(jì)量處理，以確定晶片的各種特性，諸 如晶片上的經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)的寬度、在晶片上形成的膜的厚度、以及晶片的一層上的經(jīng)圖案 化結(jié)構(gòu)對(duì)晶片的另一層上的經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)的覆蓋。光學(xué)臨界尺寸（CD)計(jì)量當(dāng)前使用光譜 散射計(jì)量（scatterometry)或角解析散射計(jì)量來執(zhí)行。光學(xué)覆蓋計(jì)量使用成像方法或基于 散射計(jì)量的方法（光譜和角解析兩者）來執(zhí)行。膜計(jì)量使用光譜橢圓計(jì)量（ellipsometry) 來執(zhí)行。光譜橢圓計(jì)量的一個(gè)示例在Norton等人的美國專利No. 5, 859, 424中示出，其如 在本文中完全闡述一樣通過引用結(jié)合于此。
[0009] 然而，以上所述的當(dāng)前使用的計(jì)量方法有許多缺點(diǎn)。例如，當(dāng)前的光學(xué)CD計(jì)量方 法限于較大的光柵靶大?。ɡ纾?0微米乘以50微米）。類似地，基于散射計(jì)量的覆蓋方 法將最小的光柵單元大小限于15微米乘以15微米。舊方法的另一缺點(diǎn)是，基于散射計(jì)量 的覆蓋計(jì)量和基于成像的覆蓋計(jì)量在完全分開的平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。
[0010] 因此，開發(fā)沒有以上所述的一個(gè)或多個(gè)缺點(diǎn)的計(jì)量方法以及系統(tǒng)可能是有利的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 各個(gè)實(shí)施例的以下描述不應(yīng)以任何方式被解釋為限制所附權(quán)利要求的主題。
[0012] 一個(gè)實(shí)施例涉及計(jì)量系統(tǒng)。該計(jì)量系統(tǒng)包括被配置成產(chǎn)生衍射受限光束的光源。 該計(jì)量系統(tǒng)還包括變跡器，該變跡器被配置成在照射光學(xué)器件的入射光瞳中以在晶片平面 中距照射斑（spot)的中心遠(yuǎn)于1. 5微米的輻照度小于該斑的中心的峰值輻照度的ΚΓ6的 方式使光束成形。另外，該計(jì)量系統(tǒng)包括被配置成將衍射受限光束從變跡器定向到晶片上 的光柵靶上的照射斑并且收集來自光柵靶的散射光的光學(xué)元件。該計(jì)量系統(tǒng)還包括被配置 成拒絕一部分所收集散射光的視場(chǎng)光闌。該計(jì)量系統(tǒng)還包括檢測(cè)器，該檢測(cè)器被配置成檢 測(cè)穿過視場(chǎng)光闌的散射光并且響應(yīng)于檢測(cè)到的散射光生成輸出以使光柵靶由計(jì)量系統(tǒng)使 用散射計(jì)量來測(cè)量。另外，該計(jì)量系統(tǒng)包括被配置成使用該輸出來確定光柵靶的特性的計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)。該計(jì)量系統(tǒng)還可如本文中所描述地配置。
[0013] 另一實(shí)施例涉及計(jì)量方法。該計(jì)量方法包括在照射光學(xué)器件的入射光瞳中以在晶 片平面中距照射斑的中心遠(yuǎn)于1. 5微米的輻照度小于該斑中心的峰值輻照度的ΚΓ6的方式 使衍射受限光束成形。該計(jì)量方法還包括將衍射受限光束定向到晶片上的光柵靶上的照射 斑。另外，該計(jì)量方法包括收集來自光柵靶的散射光。該計(jì)量方法還包括拒絕來自光柵靶的 一部分所收集散射光。該方法還包括在拒絕該部分所收集散射光之后檢測(cè)散射光。另外， 該方法包括響應(yīng)于檢測(cè)到的散射光生成輸出。該方法還包括使用該輸出來確定光柵靶的特 性。
[0014] 以上所述方法的每一步驟可如本文中進(jìn)一步描述地執(zhí)行。以上所述的方法可包括 本文中所描述的任何其他方法的任何其他步驟。以上所述的方法可使用本文中所描述的任 何系統(tǒng)來執(zhí)行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 得益于優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)描述和基于參考附圖，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)將對(duì)本領(lǐng) 域技術(shù)人員變得顯而易見：
[0016] 圖1是示出計(jì)量系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖的示意圖。
[0017] 盡管本發(fā)明容許各種修改和替換形式，但其具體實(shí)施例作為示例在附圖中示出且 將在本文中詳細(xì)描述。這些附圖可能未按比例繪制。然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的附圖和詳細(xì) 描述并不旨在將本發(fā)明限于所公開的特定形式，相反，其意圖是覆蓋落在如所附權(quán)利要求 所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等效方案以及替換方案。

【具體實(shí)施方式】
[0018] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，應(yīng)當(dāng)注意，附圖未按比例繪制。具體而言，附圖的某些元件的比例 被顯著地放大，以強(qiáng)調(diào)這些元件的特性。
[0019] 一個(gè)實(shí)施例涉及計(jì)量系統(tǒng)。該計(jì)量系統(tǒng)（或"計(jì)量工具"）預(yù)期在半導(dǎo)體器件生產(chǎn) 和相關(guān)應(yīng)用中使用。本文中進(jìn)一步描述的各個(gè)計(jì)量任務(wù)可在半導(dǎo)體或相關(guān)器件生產(chǎn)的各個(gè) 階段（諸如光刻和蝕刻）中執(zhí)行。在一些實(shí)施例中，本文中所描述的計(jì)量系統(tǒng)可被集成到 半導(dǎo)體制造系統(tǒng)中，諸如光刻系統(tǒng)或蝕刻系統(tǒng)、或者以某些方式物理地、化學(xué)地、或機(jī)械地 更改晶片的任何其他系統(tǒng)。計(jì)量系統(tǒng)可被集成到半導(dǎo)體制造系統(tǒng)中，從而由半導(dǎo)體制造系 統(tǒng)對(duì)晶片執(zhí)行的工藝中的一個(gè)步驟期間和/或在一個(gè)步驟之前、在一個(gè)步驟之前、或由半 導(dǎo)體制造系統(tǒng)對(duì)晶片執(zhí)行的工藝的步驟之間，計(jì)量系統(tǒng)可測(cè)量晶片并確定晶片的特性，而 無需從半導(dǎo)體制造系統(tǒng)去除晶片（即，晶片設(shè)置在半導(dǎo)體制造系統(tǒng)內(nèi)）。計(jì)量系統(tǒng)可如何集 成到半導(dǎo)體制造系統(tǒng)中的示例在Levy等人共有的美國專利No. 6, 891，627中描述并示出， 其如在本文中完全闡述一樣通過引用結(jié)合于此。
[0020] 圖1示出計(jì)量系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。該計(jì)量系統(tǒng)包括被配置成產(chǎn)生衍射受限光束的 光源。在一個(gè)實(shí)施例中，光源包括激光和單模光纖。以此方式，照射光束可使用通過單模光 纖的激光作為光源來生成。例如，如圖1所示，光源8可包括激光10、以及生成衍射受限光 束14的單模光纖12。這種光源實(shí)現(xiàn)照射斑（以及可能的衍射受限照射斑），該照射斑與本 文中進(jìn)一步描述的變跡器一起實(shí)現(xiàn)對(duì)相對(duì)較小靶的計(jì)量。光源可生成只有一個(gè)波長的光 (即，單色光）、具有許多離散波長的光（即，多色光）、或具有多個(gè)波長的光（即，寬帶光）。 光源所生成的光可能具有任何合適的波長，諸如可見波長或約190nm至約900nm之間的任 何波長。光源還包括任何其他合適的光源，諸如白光源、紫外線（UV)激光、弧光燈、激光驅(qū) 動(dòng)的光源（諸如從美國馬薩諸塞州沃本市的Energetiq技術(shù)公司購得的EQ-1000)、超連續(xù) 激光（寬帶激光）（諸如從美國新澤西州摩根維爾市NKT光子公司購得的Koheras Versa)、 或其某些組合。光源還可被配置成提供具有足夠亮度的光，該亮度在一些情況下可以是大 于約lWAnm cm2Sr)的亮度。該計(jì)量系統(tǒng)還可包括到光源的快反饋，用于穩(wěn)定其功率和波 長。到光源的快反饋可如本文中進(jìn)一步描述地配置。
[0021] 該計(jì)量系統(tǒng)還包括變跡器，該變跡器被配置成在照射光學(xué)器件的入射光瞳中以在 晶片平面中距照射斑的中心遠(yuǎn)于1. 5微米的輻照度小于該斑中心的峰值輻照度的ΚΓ6的方 式使光束成形。例如，如圖1所示，計(jì)量系統(tǒng)可包括置于光源所生成的衍射受限光束的路徑 中的變跡器16。變跡器可置于計(jì)量系統(tǒng)的照射光瞳中。變跡一般可被定義為更改光學(xué)系統(tǒng) 的入射光瞳中的光分布（例如，使用掩模來更改照射光束的幅值和/或相位），由此改變照 射光束的強(qiáng)度分布曲線。在本情況下，變跡器被配置成將照射斑的"尾部"（例如，照射斑中 距照射斑的中心大于1. 5微米的部分）中的輻照度減小到小于峰值輻照度的ΚΓ6,由此減 少所謂的信號(hào)污染。將這種變跡器包括在本文中所描述的計(jì)量系統(tǒng)中是可對(duì)相對(duì)較小的光 柵靶實(shí)現(xiàn)計(jì)量的特征之一。
[0022] 該計(jì)量系統(tǒng)還包括光學(xué)元件，這些光學(xué)元件被配置成將光束從變跡器定向到晶片 上的光柵靶上的照射斑并且收集來自光柵靶的散射光。例如，在圖1所示的實(shí)施例中，光學(xué) 兀件可包括折射光學(xué)兀件18和20、分束器22、折射光學(xué)兀件24、分束器26、具有其孔徑光 闌28的物鏡30、折射光學(xué)兀件36、分束器38和40、以及折射光學(xué)兀件42。折射光學(xué)兀件 18、20、24、36和42可包括本領(lǐng)域已知的任何合適的折射光學(xué)元件，諸如折射透鏡。另外，雖 然折射光學(xué)元件18、20、24、36和42以相同的方式使用相同的常規(guī)符號(hào)在圖1中示意性地 示出，但是折射光學(xué)元件中的全部、部分、或沒有一個(gè)可相同地或不同地配置。此外，折射光 學(xué)元件18、20、24、36和42中的每一個(gè)可包括一個(gè)或多個(gè)折射光學(xué)元件。
[0023] 折射光學(xué)元件18被配置成將衍射受限光束從光源8定向到變跡器16。折射光學(xué) 元件20被配置成將光束從變跡器通過可包括二向色分束器的分束器22定向到折射光學(xué)元 件24。折射光學(xué)元件24被配置成將光束定向到可包括任何合適分束器的分束器26。分束 器26被配置成將光束從折射光學(xué)元件24反射到物鏡30,該物鏡被配置成將衍射受限光束 聚焦在晶片34上的光柵靶（未示出）上的照射斑32。物鏡30可包括任何合適的折射光學(xué) 元件和/或任何合適的反射光學(xué)元件。例如，物鏡可具有全反射設(shè)計(jì)或反折射設(shè)計(jì)，諸如在 授予Rodgers的美國專利No. 5, 309, 276和授予Shafer等人的美國專利No. 6, 801，358中 所描述的那些設(shè)計(jì)，它們?nèi)缭诒疚闹型耆U述一樣通過引用結(jié)合于此。物鏡還可針對(duì)從約 150nm到約lOOOnm的波長來設(shè)計(jì)。另外，物鏡可被設(shè)計(jì)成在照射中沒有中心遮擋。
[0024] 物鏡（或"多個(gè)物鏡"）可以是相對(duì)高值孔徑（NA)的物鏡（例如，具有約0· 9或 更大的NA)，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)照射光瞳的優(yōu)化選擇（在本文中未示出的光瞳區(qū)域選擇）。相對(duì) 較高NA的物鏡如該術(shù)語在本文中所使用地一般指物鏡的入射光瞳的半徑與物鏡的焦距相 當(dāng)，或者換句話說，從物鏡發(fā)射到晶片上的射線填充相對(duì)較大的錐角。例如，NA為0. 9的物 鏡具有〇. 9f的入射光瞳半徑，其中f是透鏡的焦距。這等效于射線照到晶片的最大錐角是 arcsinO. 9 = 64度的事實(shí)。因此，相對(duì)較高NA的物鏡具有相對(duì)較大的入射光瞳。以此方 式，不同的部分（例如，入射光瞳的僅一部分）可用于照射。換句話說，入射光瞳（此處用 作照射光瞳）相對(duì)較大的事實(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)該光瞳的子區(qū)域的選擇性照射，該子區(qū)域隨后被轉(zhuǎn)換 成整個(gè)物鏡NA所提供的最大照射錐體的子錐體。
[0025] 光瞳區(qū)域選擇可使用可用于將光從光源定向到照射光瞳的僅特定部分的任何合 適的光學(xué)元件來執(zhí)行。例如，光學(xué)元件（未示出）可用于調(diào)制光源，由此選擇照射光瞳的用 于計(jì)量系統(tǒng)所執(zhí)行的測(cè)量的部分?？捎糜诳臻g地調(diào)制光的合適光學(xué)元件的示例包括諸如 可從美國德克薩斯州達(dá)拉斯市的Texas儀器得到的反射微鏡陣列器件、諸如可從德國德累 斯頓市Fraunhofer學(xué)院得到的衍射微鏡陣列器件、液晶器件（LCD)、衍射光學(xué)元件、固定孔 徑、可執(zhí)行對(duì)光的空間調(diào)制的任何其他光學(xué)元件、或其某些組合。替換地，光學(xué)元件（未示 出）可用于代替選擇照射光瞳的僅一個(gè)或多個(gè)部分在計(jì)量系統(tǒng)所執(zhí)行的測(cè)量中使用。
[0026] 因此，折射光學(xué)元件18和20、分束器22、折射光學(xué)元件24、分束器26、以及物鏡30 構(gòu)成計(jì)量系統(tǒng)的照射子系統(tǒng)（或"照射光瞳"），該照射子系統(tǒng)被配置成將光從光源定向到 晶片（例如，用于散射計(jì)量測(cè)量）。以此方式，照射子系統(tǒng)可用于散射計(jì)量測(cè)量，并且如附圖 標(biāo)記46圈出且指示的照射子系統(tǒng)中的衍射受限光束可以是高斯光束。例如，計(jì)量系統(tǒng)的光 源可被配置成提供高斯光束，并且變跡器可能不更改衍射受限光束的高斯性質(zhì)。
[0027] 物鏡30還被配置成收集來自晶片的光。從晶片收集的光包括散射光。然而，從晶 片收集的光還可包括來自晶片的其他光（例如，反射光）。物鏡30將所收集光通過分束器 26定向到折射光學(xué)元件36,該折射光學(xué)元件將所收集光通過分束器38和40定向到折射光 學(xué)元件42。折射光學(xué)元件42被配置成將所收集散射光定向到檢測(cè)器44。檢測(cè)器44可如 本文中進(jìn)一步描述地配置。以此方式，物鏡30、分束器26、折射光學(xué)兀件36、分束器38和 40、折射光學(xué)元件42、以及檢測(cè)器44構(gòu)成計(jì)量系統(tǒng)的檢測(cè)子系統(tǒng)。檢測(cè)子系統(tǒng)可用于散射 計(jì)量測(cè)量，如本文中進(jìn)一步描述的。
[0028] 物鏡的光學(xué)象差規(guī)格可從本文中進(jìn)一步描述的散射計(jì)量斑大小導(dǎo)出。例如，優(yōu)選 執(zhí)行對(duì)用于角解析散射計(jì)量實(shí)現(xiàn)計(jì)量系統(tǒng)的物鏡的設(shè)計(jì)和制造以在照射斑尾部處確保以 上所述的顯著較低輻照度。光學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)選確保最小的重影量，該最小的重影量可由從物鏡 的任何光學(xué)表面反射回晶片的相對(duì)較強(qiáng)的晶片反射產(chǎn)生。該設(shè)計(jì)還優(yōu)選提供過大孔徑用 于使從透鏡邊緣和至少1_的空隙（air-space)的散射最小化，以減少相干效應(yīng)。從照射 的散射優(yōu)選通過保證光學(xué)表面和涂層上的相對(duì)較低的表面粗糙度（通常為約〇. lnm均方 根（RMS))以及相對(duì)較低的表面缺陷率（劃痕和挖痕，類似于5/1X0. 040和每IS010110的 L1X0. 006)來進(jìn)一步最小化。計(jì)量系統(tǒng)中所包括的孔徑和光闌優(yōu)選具有用于最少地散射到 晶片中的仔細(xì)制造的邊緣，并且物鏡組件的內(nèi)部機(jī)械表面優(yōu)選被加工并處理成吸收任何散 射光。光學(xué)元件優(yōu)選在干凈的環(huán)境中清洗和組裝以將光學(xué)元件上的灰塵顆粒的數(shù)量保持在 將導(dǎo)致可感測(cè)散射的水平以下。因此，本文中所描述的各個(gè)實(shí)施例可具有針對(duì)表面粗糙度、 劃痕和挖痕、缺陷、以及清潔度的光學(xué)制造要求的規(guī)范，從而確保相對(duì)較低的漫射光和以此 方式確保相對(duì)較低的殘余輻照度。類似于以上所述的對(duì)物鏡的考慮優(yōu)選應(yīng)用于計(jì)量系統(tǒng)中 所包括的所有光學(xué)元件。用于相對(duì)較低漫射光的這些光學(xué)制造要求可與本文中所描述的任 何其他實(shí)施例組合。
[0029] 在一個(gè)實(shí)施例中，光柵靶上的照射斑的直徑小于3微米。例如，如上所述，殘余輻 照度被建立為來自光柵靶的臨界尺寸（CD)和覆蓋計(jì)量的性能準(zhǔn)則，殘余輻照度是距晶片 上的照射斑的中心1. 5微米半徑以外的輻照度，并且殘余輻照度限值是照射斑的中心處的 輻照度的1〇_6。因此，照射斑的半徑可能約為1. 5微米，并且因此，直徑約為3微米或更小。
[0030] 在另一實(shí)施例中，計(jì)量系統(tǒng)被配置成在收集來自光柵靶的散射光的同時(shí)跨光柵靶 掃描照射斑。例如，如圖1所示，計(jì)量系統(tǒng)可被配置成在多個(gè)方向48上例如通過橫向地移 動(dòng)光源、由此移動(dòng)衍射受限光束來橫向地掃描衍射受限光束14。以此方式，計(jì)量系統(tǒng)可跨光 柵靶視場(chǎng)掃描照射斑。計(jì)量系統(tǒng)可以光柵或其他方式跨光柵靶區(qū)域掃描該斑。計(jì)量系統(tǒng)可 被配置成使用任何合適的器件（例如，機(jī)械平臺(tái)）來跨光柵靶掃描照射斑。以此方式，不同 于在該靶上提供擴(kuò)大的照射斑，該斑可在光柵靶區(qū)域內(nèi)掃描。（圖1所示光束14的位置表 不通過光學(xué)系統(tǒng)的視場(chǎng)中心的光射線，而光束50的位置并不表不通過光學(xué)系統(tǒng)的光瞳中 心的光射線。沿著計(jì)量系統(tǒng)的光軸49的圓點(diǎn)表示光束14和50所表示的不同射線與光軸 相交的點(diǎn)。）
[0031] 以此方式，本文中所描述的計(jì)量系統(tǒng)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)對(duì)比當(dāng)前用于散射計(jì)量測(cè)量的光 柵革G小的光柵祀的測(cè)量。例如，在一些實(shí)施例中，光柵祀的橫向尺寸小于10微米乘以小于 10微米。橫向尺寸在與晶片的上表面基本平行的平面上定義。在一個(gè)這種示例中，光柵靶 的橫向尺寸可以是5微米乘以5微米。例如，本文中所描述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)對(duì)來自相對(duì)較小 光柵靶的CD的基本正確的光學(xué)測(cè)量（例如，5微米乘以5微米）。另外，本文中所描述的實(shí) 施例實(shí)現(xiàn)對(duì)與相對(duì)較小光柵單元的基本正確的光學(xué)散射計(jì)量覆蓋測(cè)量（例如，5微米乘以5 微米）。以此方式，本文中所描述的實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，計(jì)量系統(tǒng)配置實(shí)現(xiàn)對(duì)小到5微 米乘以5微米的光柵靶的光學(xué)CD計(jì)量、以及對(duì)單元大小小到5微米乘以5微米的光柵靶的 基于散射計(jì)量的覆蓋計(jì)量。光柵靶本身可包括本領(lǐng)域已知的任何合適的光柵靶。
[0032] 在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)元件被配置成將所收集散射光的重像集中到光學(xué)元件的成 像光瞳中的局部區(qū)域或跨成像光瞳將重像擴(kuò)散開以減小重像的輻照度。例如，本文中所描 述的實(shí)施例可使用光瞳成像系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)原理配置，該光瞳成像系統(tǒng)將與信號(hào)相干的重 像集中到光瞳圖像中的特定局部區(qū)域（諸如例如〇. 1NA半徑內(nèi)的光瞳中心）、或?qū)⑵湓谧銐?大的區(qū)域上擴(kuò)散以使重影輻照度最小化到例如小于信號(hào)的1〇_6。這種光瞳重像控制可與本 文中所描述的任何其他實(shí)施例組合地應(yīng)用。
[0033] 計(jì)量系統(tǒng)還包括被配置成拒絕一部分所收集散射光的視場(chǎng)光闌。例如，在一個(gè)實(shí) 施例中，計(jì)量系統(tǒng)包括視場(chǎng)光闌52,該視場(chǎng)光闌置于所收集散射光的路徑中以使視場(chǎng)光闌 可拒絕一部分所收集散射光。以此方式，在收集臂中使用收集視場(chǎng)光闌以供散射計(jì)量（例 如，角解析散射計(jì)量）。收集視場(chǎng)光闌可能通過提供拒絕該靶周圍的非期望信號(hào)和足夠的光 瞳解析率之間的優(yōu)化平衡來實(shí)現(xiàn)相對(duì)較小的散射計(jì)量計(jì)量靶。例如，對(duì)于給定光柵靶大小， 視場(chǎng)光闌大小可針對(duì)信號(hào)污染和光瞳成像解析率之間的折衷進(jìn)行優(yōu)化。
[0034] 計(jì)量系統(tǒng)可被配置成執(zhí)行一種用于將視場(chǎng)光闌對(duì)準(zhǔn)計(jì)量光柵靶的方法。將視場(chǎng)光 闌對(duì)準(zhǔn)計(jì)量光柵靶可使用斑照射和將各個(gè)部件對(duì)準(zhǔn)該斑來執(zhí)行。例如，可觀察到照射視場(chǎng) 光闌的平面中的照射斑，并且照射視場(chǎng)光闌可與該斑對(duì)準(zhǔn)。鏡式晶片（或其他合適的反射 表面）可在物鏡下面進(jìn)行聚焦。可觀察到收集視場(chǎng)光闌的平面中的反射照射斑，并且收集 視場(chǎng)光闌可與該斑對(duì)準(zhǔn)。晶片上的照射斑可通過分開的對(duì)準(zhǔn)光學(xué)器件（例如，使用本文中 進(jìn)一步描述的檢測(cè)器66以及相對(duì)應(yīng)的光學(xué)元件）來觀察，并且這些光學(xué)器件與該斑對(duì)準(zhǔn)。 當(dāng)計(jì)量光柵靶進(jìn)入視野時(shí)，檢測(cè)器66及其相對(duì)應(yīng)的光學(xué)元件可用于使該靶進(jìn)入照射斑的 位置，由此將視場(chǎng)光闌對(duì)準(zhǔn)計(jì)量光柵靶。
[0035] 在一個(gè)實(shí)施例中，視場(chǎng)光闌不以所收集散射光沿其傳播的光軸為中心，由此減少 所收集散射光在檢測(cè)器上的重影，如本文中進(jìn)一步所述。例如，視場(chǎng)光闌的光學(xué)實(shí)現(xiàn)是使視 場(chǎng)光闌偏離光軸。視場(chǎng)光闌的這種定位是用于減少重影的附加策略。具體而言，偏軸視場(chǎng) 光闌可用于減少因重影引起的信號(hào)污染，甚至使其最小化。以此方式，可執(zhí)行對(duì)整個(gè)光學(xué)系 統(tǒng)到收集視場(chǎng)光闌的設(shè)計(jì)和制造（包括使用變跡器來抑制收集視場(chǎng)光闌的邊緣處的光學(xué) 信號(hào)的尾部）以保證散射和重影的最小水平。
[0036] 另外，計(jì)量系統(tǒng)包括檢測(cè)器，該檢測(cè)器被配置成檢測(cè)穿過視場(chǎng)光闌的散射光并且 響應(yīng)于檢測(cè)到的散射光生成輸出以使光柵靶由計(jì)量系統(tǒng)使用散射計(jì)量來測(cè)量。例如，檢測(cè) 器44可被配置成檢測(cè)穿過視場(chǎng)光闌52的散射光并且響應(yīng)于檢測(cè)到的散射光生成輸出以使 光柵靶由計(jì)量系統(tǒng)使用散射計(jì)量來測(cè)量。檢測(cè)器可包括任何合適的檢測(cè)器，諸如電荷耦合 器件（CCD)。以此方式，以上所述的光源（例如，激光10和單模光纖12)可被用作散射計(jì)量 光源，并且檢測(cè)器可被用作散射計(jì)量計(jì)量檢測(cè)器。在一些實(shí)施例中，計(jì)量系統(tǒng)可被配置成通 過以光闌或其他方式跨靶區(qū)域掃描直徑為0.6微米的照射斑和串行地收集來自相繼掃描 點(diǎn)的信號(hào)來收集來自具有該斑的5微米乘以5微米的計(jì)量靶的散射計(jì)量信號(hào)。
[0037] 在一個(gè)實(shí)施例中，散射計(jì)量包括角解析散射計(jì)量。以此方式，計(jì)量系統(tǒng)可被配置為 角解析散射計(jì)量。換句話說，計(jì)量系統(tǒng)可被配置成在多個(gè)離散角測(cè)量散射光的強(qiáng)度。這些 測(cè)量可例如通過在測(cè)量之間移動(dòng)一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件、或同時(shí)通過使用單個(gè)檢測(cè)器或一個(gè) 以上的檢測(cè)器在收集空間內(nèi)的多個(gè)離散角單獨(dú)地測(cè)量散射光的強(qiáng)度來順序地執(zhí)行（一個(gè) 離散角接一個(gè)離散角）。另外，計(jì)量系統(tǒng)的這一實(shí)施例可與本文中所描述的任何其他實(shí)施例 的特征組合。例如，角解析散射計(jì)量實(shí)施例可與被配置為本文中所描述的視場(chǎng)光闌組合，與 此同時(shí)將非期望光瞳重影集中到局部光瞳區(qū)域。在另一實(shí)施例中，散射計(jì)量包括使用多個(gè) 離散波長來執(zhí)行的角解析散射計(jì)量。計(jì)量系統(tǒng)可被配置成并發(fā)（并行地）或一個(gè)接一個(gè)順 序地使用若干離散波長來執(zhí)行角解析散射計(jì)量。這些測(cè)量可以本領(lǐng)域已知的多種不同方式 執(zhí)行。計(jì)量系統(tǒng)還可被配置成并發(fā)（并行地）或一個(gè)接一個(gè)順序地使用若干離散波長、以 及使用用于穩(wěn)定光源功率和波長的快反饋來執(zhí)行角解析散射計(jì)量。另外，如本文中進(jìn)一步 描述的，光學(xué)元件可包括可用于在一個(gè)以上的偏振狀態(tài)中執(zhí)行測(cè)量的偏振器和分析器。例 如，在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)量系統(tǒng)可被配置成通過并發(fā)（并行地）或一個(gè)接一個(gè)順序地使用若 干離散波長、結(jié)合并發(fā)（并行地）或一個(gè)接一個(gè)順序地使用若干偏振狀態(tài)來執(zhí)行角解析散 射計(jì)量。這些測(cè)量可以本領(lǐng)域已知的多種不同方式執(zhí)行。另外，計(jì)量系統(tǒng)可被配置成通過 并發(fā)（并行地）或一個(gè)接一個(gè)順序地使用若干離散波長、結(jié)合并發(fā)（并行地）或一個(gè)接一 個(gè)順序地使用若干偏振狀態(tài)、以及使用用于穩(wěn)定光源功率和波長的快反饋，來執(zhí)行角解析 散射計(jì)量。
[0038] 在附加實(shí)施例中，散射計(jì)量包括光譜散射計(jì)量。光譜散射計(jì)量可使用計(jì)量系統(tǒng)以 本領(lǐng)域已知的多種不同方式執(zhí)行。在又一實(shí)施例中，散射計(jì)量包括使用多個(gè)離散角來執(zhí)行 的光譜散射計(jì)量。使用多個(gè)離散角的光譜散射計(jì)量可使用計(jì)量系統(tǒng)實(shí)施例以本領(lǐng)域已知的 多種不同方式執(zhí)行。計(jì)量系統(tǒng)可被配置成通過并發(fā)（并行地）或一個(gè)接一個(gè)順序地使用若 干離散角來執(zhí)行光譜散射計(jì)量。另外，計(jì)量系統(tǒng)可被配置成通過并發(fā)（并行地）或一個(gè)接 一個(gè)順序地使用若干離散角、結(jié)合并發(fā)（并行地）或一個(gè)接一個(gè)使用若干偏振狀態(tài)，來執(zhí)行 光譜散射計(jì)量。這些測(cè)量可以本領(lǐng)域已知的多種不同方式執(zhí)行。此外，散射計(jì)量可以是光 譜散射計(jì)量、或角解析散射計(jì)量、或光譜散射計(jì)量和角解析散射計(jì)量兩者的組合。
[0039] 在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)元件包括置于衍射受限光束的路徑中的偏振器和置于所收 集散射光的路徑中的分析器。例如，如圖1所示，光學(xué)元件可包括置于衍射受限光束的路徑 中的偏振器54和置于所收集散射光的路徑中的分析器56。在一個(gè)這種實(shí)施例中，偏振器和 分析器被配置成散射計(jì)量可使用多個(gè)偏振狀態(tài)來執(zhí)行。例如，偏振器和分析器可被配置成 如果旋轉(zhuǎn)偏振器和分析器，則偏振器和分析器將不同的偏振分別賦予衍射受限光束和所收 集散射光。因此，取決于用于測(cè)量的偏振狀態(tài)，計(jì)量系統(tǒng)可旋轉(zhuǎn)偏振器和/或分析器。偏振 器和分析器可包括本領(lǐng)域已知的任何合適的偏振部件。
[0040] 在另一這種實(shí)施例中，計(jì)量系統(tǒng)被配置成至少使用光源、包括偏振器和分析器的 光學(xué)元件、以及檢測(cè)器來執(zhí)行對(duì)晶片的橢圓計(jì)量測(cè)量。橢圓計(jì)量測(cè)量可使用計(jì)量系統(tǒng)實(shí)施 例以本領(lǐng)域已知的任何方式執(zhí)行。橢圓計(jì)量測(cè)量可包括單波長橢圓計(jì)量測(cè)量、光譜橢圓計(jì) 量測(cè)量、可變角橢圓計(jì)量測(cè)量、可變角光譜橢圓計(jì)量測(cè)量、任何其他橢圓計(jì)量測(cè)量、或其某 些組合。
[0041] 在一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)量系統(tǒng)包括被配置成生成晶片圖像的附加檢測(cè)器。以此方式， 計(jì)量系統(tǒng)可被配置成用于晶片的基于成像的計(jì)量測(cè)量。例如，在圖1所示的實(shí)施例中，計(jì)量 系統(tǒng)包括附加光源58,該附加光源可包括任何合適的光源。光源可生成只有一個(gè)波長的光 (即，單色光）、具有許多離散波長的光（即，多色光）、或具有多個(gè)波長的光（即，寬帶光）。 光源所生成的光可具有任何合適的波長，諸如UV波長。光源可如參考光源8所描述地進(jìn)一 步配置。此外，雖然計(jì)量系統(tǒng)在圖1中被示為包括兩個(gè)光源（一個(gè)用于散射計(jì)量或其他計(jì) 量測(cè)量而另一個(gè)用于成像），但是計(jì)量系統(tǒng)可包括可用于本文中所描述的所有測(cè)量（包括 散射計(jì)量和其他計(jì)量測(cè)量以及成像）的僅一個(gè)光源。
[0042] 計(jì)量系統(tǒng)還可包括被配置成將來自附加光源58的光定向到分束器22的折射光學(xué) 元件60。折射光學(xué)元件60可如本文中所描述地進(jìn)一步配置。分束器22被配置成將來自折 射光學(xué)兀件60的光反射到折射光學(xué)兀件24,該折射光學(xué)兀件24將光定向到分束器26。來 自附加光源的光被分束器26通過物鏡30反射，該物鏡將光聚焦在晶片上。
[0043] 晶片所反射的光被物鏡30收集，該物鏡將所收集反射光通過分束器26定向到折 射光學(xué)元件36。折射光學(xué)元件36將所收集反射光定向到分束器38,該分束器將所收集反射 光反射到折射光學(xué)元件62。折射光學(xué)元件62將所收集反射光定向到折射光學(xué)元件64,該折 射光學(xué)兀件64將所收集反射光聚焦到附加檢測(cè)器66。折射光學(xué)兀件62和64可如本文中 所描述地配置。附加檢測(cè)器被配置成使用所收集反射光來生成晶片圖像。附加檢測(cè)器可包 括任何合適的檢測(cè)器，諸如CCD。成像檢測(cè)器可用于基于成像的計(jì)量，如本文中進(jìn)一步描述 的。另外，計(jì)量系統(tǒng)可被進(jìn)一步配置用于雙光束成像。例如，計(jì)量系統(tǒng)可被配置成如Kandel 等人共有的美國專利No. 7, 528, 941中所描述地執(zhí)行雙光束成像，其如在本文中完全闡述 一樣通過引用結(jié)合于此。在這些實(shí)施例中，物鏡的光學(xué)象差規(guī)格可結(jié)合雙光束成像工具引 起的偏移（TIS)誤差預(yù)算如以上所述地導(dǎo)出（例如，用于散射計(jì)量斑大小要求）。此外，成 像檢測(cè)器可用于晶片相對(duì)于光學(xué)元件的導(dǎo)航（例如，從而可通過使用附加檢測(cè)器所生成的 晶片的圖像來將晶片上的光柵靶移動(dòng)到光學(xué)元件的視野內(nèi)）。以此方式，本文中所描述的計(jì) 量系統(tǒng)實(shí)施例可包括同一平臺(tái)上的散射計(jì)量和成像子系統(tǒng)的組合，其中散射計(jì)量可以是光 譜散射計(jì)量、或角解析散射計(jì)量、或兩者的組合。
[0044] 可用于生成晶片圖像的光學(xué)元件可由其他光學(xué)元件以光學(xué)系統(tǒng)的出射光瞳的圖 像變成可訪問的方式使用或補(bǔ)充。以此方式，諸如孔徑68之類的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件可置 于光瞳圖像的平面中。由此，提供用于訪問光瞳圖像的選項(xiàng)。
[0045] 計(jì)量系統(tǒng)可包括其他光學(xué)元件。例如，如圖1所示，分束器40可被配置成允許一 部分所收集散射光穿過該分束器，并且可反射另一部分所收集散射光。所收集散射光的反 射部分可用于確定計(jì)量系統(tǒng)的焦點(diǎn)。例如，所收集散射光的反射部分可被定向到焦點(diǎn)檢測(cè) 斬波器70,該焦點(diǎn)檢測(cè)斬波器可包括任何合適的斬波器。穿過焦點(diǎn)檢測(cè)斬波器70的光可由 檢測(cè)器72檢測(cè)。檢測(cè)器72可被配置成響應(yīng)于檢測(cè)器檢測(cè)到的光生成輸出。檢測(cè)器72可 包括任何合適的檢測(cè)器，諸如CCD。諸如本文中進(jìn)一步描述的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可被配置成使用 檢測(cè)器72所生成的輸出以任何合適的方式確定測(cè)量的晶片上的光柵靶或膜是否正在焦點(diǎn) 上。計(jì)量系統(tǒng)可包括一個(gè)或多個(gè)器件（未示出），諸如被配置成如果光柵靶或膜被確定為離 焦則移動(dòng)晶片或者計(jì)量系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件的平臺(tái)。
[0046] 如上所述，圖1所示的計(jì)量系統(tǒng)包括多個(gè)檢測(cè)器，這些檢測(cè)器被配置成檢測(cè)來自 晶片的光并響應(yīng)于檢測(cè)到的光生成輸出，以使光柵靶可由計(jì)量系統(tǒng)使用多種不同的技術(shù)來 測(cè)量。圖1所示的計(jì)量系統(tǒng)還可包括附加檢測(cè)器。例如，計(jì)量系統(tǒng)可包括被配置成檢測(cè)來 自晶片的光并響應(yīng)于檢測(cè)到的光生成輸出的光譜儀（未示出）。光譜儀可包括任何合適的 光譜儀。從晶片散射的光可被置于所收集散射光的路徑中的分束器（未示出）定向到光譜 儀。分束器還可如本文中進(jìn)一步描述地配置。任何其他合適的光學(xué)元件還可置于光譜儀檢 測(cè)到的光的路徑中。光譜儀可被配置成測(cè)量作為波長函數(shù)的散射光強(qiáng)度。以此方式，計(jì)量 系統(tǒng)可被配置成使用光譜散射計(jì)量來執(zhí)行對(duì)晶片的測(cè)量。因此，圖1所示的計(jì)量系統(tǒng)可包 括同一平臺(tái)上的散射計(jì)量和成像系統(tǒng)的組合，其中散射計(jì)量可以是光譜散射計(jì)量、或角解 析散射計(jì)量、或兩者的組合。此外，圖1所示的檢測(cè)器中的一個(gè)可被配置為光譜儀，或者用 光譜儀代替。例如，分束器38可將一部分所收集散射光反射到圖1所示的檢測(cè)器66,并且 檢測(cè)器66可被配置為如上所述地配置的光譜儀，或用光譜儀代替。
[0047] 計(jì)量系統(tǒng)還包括被配置成使用輸出來確定光柵靶的特性的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。例如，如 圖1所示，計(jì)量系統(tǒng)包括被配置成使用檢測(cè)器44所生成的輸出來確定光柵靶的特性的計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)74。以此方式，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可被配置成響應(yīng)于散射光使用來自檢測(cè)器的輸出來確定 光柵靶的特性。另外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可被配置成使用來自檢測(cè)器66的輸出來確定光柵靶的特 性。以此方式，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可被配置成響應(yīng)于反射光或晶片圖像使用來自檢測(cè)器的輸出來 確定光柵靶的特性。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可使用本領(lǐng)域已知的任何合適的方法、算法、模型、技術(shù)等 來確定光柵靶的特性。
[0048] 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)74耦合到檢測(cè)器44和66 (例如，通過圖1中的虛線所示的一個(gè)或多 個(gè)傳輸介質(zhì)，這些傳輸介質(zhì)可包括本領(lǐng)域已知的任何合適的傳輸介質(zhì)）以使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可 接收檢測(cè)器所生成的輸出。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以任何合適的方式耦合到檢測(cè)器中的每一個(gè)。另 夕卜，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以類似的方式耦合到計(jì)量系統(tǒng)中所包括的任何其他檢測(cè)器。計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 74可采用各種形式，包括個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、工作站、系統(tǒng)計(jì)算機(jī)、圖像計(jì)算 機(jī)、可編程圖像計(jì)算機(jī)、并行處理器、或本領(lǐng)域已知的任何其他設(shè)備。一般而言，術(shù)語"計(jì)算 機(jī)系統(tǒng)"可被寬泛地定義為涵蓋具有一個(gè)或多個(gè)處理器的任何設(shè)備，該設(shè)備執(zhí)行來自存儲(chǔ) 介質(zhì)的指令。
[0049] 在一個(gè)實(shí)施例中，該特性包括光柵靶中的經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)的CD。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可使用 如Fabrikant等人共有的美國專利No. 7, 511，830中所描述的散射計(jì)量測(cè)量、或以任何其他 合適的方式來確定經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)的CD(以及經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)的其他特性），其如在本文中完 全闡述一樣通過引用結(jié)合于此。以此方式，本文中所描述的實(shí)施例可組合變跡器、視場(chǎng)光闌 和相對(duì)較小的光柵靶用于光學(xué)CD計(jì)量。在另一實(shí)施例中，該特性包括光柵靶中的經(jīng)圖案化 結(jié)構(gòu)對(duì)在晶片上形成的另一光柵靶的經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)覆蓋。該光柵靶和另一光柵靶在晶片 的不同層上形成。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可被配置成使用響應(yīng)于所收集散射光的輸出來確定覆蓋，如 Kandel等共有的美國專利No. 7, 616, 313和Mieher等共有的美國專利No. 7, 663, 753中所 述，它們?nèi)缭诒疚闹型耆U述一樣通過引用結(jié)合于此。以此方式，本文中所描述的實(shí)施例可 組合變跡器、視場(chǎng)光闌和一組相對(duì)較小的光柵靶用于散射計(jì)量覆蓋計(jì)量。另外，本文中所描 述的實(shí)施例可組合變跡器、視場(chǎng)光闌、相對(duì)較小的光柵靶和光瞳成像用于CD和覆蓋計(jì)量。 此外，本文中所描述的實(shí)施例可組合變跡器、視場(chǎng)光闌、相對(duì)較小的光柵靶、光瞳成像、以及 在可見和近UV或者深UV中的離散照射譜線用于CD和覆蓋計(jì)量。另外，如上所述，散射計(jì) 量可包括光譜散射計(jì)量。光柵靶的CD和覆蓋可使用對(duì)光柵靶的光譜散射計(jì)量測(cè)量來確定。
[0050] 在以上進(jìn)一步描述的一個(gè)實(shí)施例中，計(jì)量系統(tǒng)包括被配置成生成晶片圖像的附加 檢測(cè)器。在一個(gè)這種實(shí)施例中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被配置成使用圖像來確定光柵靶的附加特性。計(jì) 算機(jī)系統(tǒng)可被配置成使用圖像以及任何合適的方法、算法、技術(shù)、模型等來確定光柵靶的附 加特性。在一些這種實(shí)施例中，該特性包括基于散射計(jì)量的覆蓋，而附加特性包括基于成像 的覆蓋。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以任何合適的方式配置成確定基于成像的覆蓋。例如，計(jì)量系統(tǒng)可 被配置成使用成像來確定覆蓋，如授予Ghinovker的共有美國專利No. 7, 541，201中所述， 其如在本文中完全闡述一樣通過引用結(jié)合于此。由此，本文中所描述的實(shí)施例在單個(gè)平臺(tái) 上實(shí)現(xiàn)基于散射計(jì)量和基于成像的覆蓋計(jì)量兩者。
[0051] 在附加的這些實(shí)施例中，光學(xué)元件包括物鏡，該物鏡被配置成收集來自光柵靶的 散射光并且被配置成收集來自晶片的光以生成圖像。例如，如圖1所示，光學(xué)元件可包括物 鏡30,該物鏡被配置成收集來自光柵靶的散射光并且被配置成收集用來生成圖像的來自晶 片的光。以此方式，角解析散射計(jì)量物鏡和成像覆蓋物鏡可以是相同的光學(xué)元件。然而，另 一選擇是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)單獨(dú)的物鏡（未示出），一個(gè)用于角解析散射計(jì)量，而另一個(gè)用于成像覆 蓋。如果計(jì)量系統(tǒng)包括兩個(gè)這種單獨(dú)的物鏡，則計(jì)量系統(tǒng)可被配置成取決于要執(zhí)行的測(cè)量 (散射計(jì)量或成像）來移動(dòng)光學(xué)器件。在這些實(shí)例中，計(jì)量系統(tǒng)可被配置成在不同類型的測(cè) 量之間切換物鏡，與此同時(shí)在其余光學(xué)元件中被動(dòng)地或主動(dòng)地選擇兩個(gè)單獨(dú)的子組件。替 換地，如果計(jì)量系統(tǒng)包括兩個(gè)這種單獨(dú)的物鏡，則計(jì)量系統(tǒng)可被配置成物鏡（以及相對(duì)應(yīng) 的光學(xué)元件）是靜止的。在這些實(shí)例中，計(jì)量系統(tǒng)可包括兩個(gè)固定且靜止的光柱（每一物 鏡及其相對(duì)應(yīng)的光學(xué)元件對(duì)應(yīng)一個(gè)柱），并且計(jì)量系統(tǒng)可被配置成取決于對(duì)晶片執(zhí)行的測(cè) 量來移動(dòng)晶片以使計(jì)量靶從一個(gè)光柱的視野移動(dòng)到另一光柱的視野。
[0052] 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可被配置成通過計(jì)算出視場(chǎng)光闌對(duì)該輸出的影響來確定光柵靶的特 性。例如，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可被配置成使用算法來計(jì)算出相對(duì)較小的收集視場(chǎng)光闌對(duì)從晶片散 射的信號(hào)的改變。另外，本文中所描述的實(shí)施例可組合變跡器、收集視場(chǎng)光闌和算法來計(jì)算 出散射強(qiáng)度因用于CD和覆蓋計(jì)量的收集視場(chǎng)光闌而引起的改變。
[0053] 如上所述，計(jì)量系統(tǒng)可被配置成執(zhí)行對(duì)晶片的橢圓計(jì)量測(cè)量。在一個(gè)這種實(shí)施例 中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被配置成使用檢測(cè)器在橢圓計(jì)量測(cè)量期間生成的輸出來確定在晶片上形成 的膜的特性。膜的特性可包括例如膜厚度、折射率、以及可使用橢圓計(jì)量測(cè)量確定的任何其 他薄膜特性。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可配置成以任何合適的方式確定該膜的特性。例如，計(jì)量系統(tǒng)可 被配置成使用橢圓計(jì)量測(cè)量來確定膜以及其他特性，如授予Bareket等人的共有美國專利 No. 7, 515, 253中所述，其如在本文中完全闡述一樣通過引用結(jié)合于此。另外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可 被配置成使用對(duì)該膜的光譜散射計(jì)量測(cè)量來確定該膜的特性。這種實(shí)施例可與本文中所描 述的任何其他實(shí)施例組合。例如，計(jì)量系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例可包括同一平臺(tái)上光學(xué)CD計(jì)量系 統(tǒng)、散射計(jì)量和成像覆蓋計(jì)量系統(tǒng)、以及膜計(jì)量系統(tǒng)的組合。另外，如上所述，計(jì)量系統(tǒng)可被 集成到半導(dǎo)體制造系統(tǒng)中。以此方式，計(jì)量系統(tǒng)可被用作光刻系統(tǒng)的單個(gè)可集成傳感器，該 傳感器可用于測(cè)量散射計(jì)量覆蓋、CD、膜厚、以及UV雙光束成像覆蓋。這種計(jì)量系統(tǒng)可能滿 足16nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)要求。
[0054] 本文中所描述的實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，計(jì)量系統(tǒng)可被配置為并被用作多功能計(jì) 量系統(tǒng)。例如，計(jì)量系統(tǒng)被配置成在單個(gè)平臺(tái)上提供不同應(yīng)用的組合。以此方式，計(jì)量系統(tǒng) 可被配置成使用本文中所描述的一種或多種技術(shù)來確定晶片上的光柵靶或其他結(jié)構(gòu)（特 征）的一個(gè)以上的特性。換句話說，多個(gè)計(jì)量任務(wù)可通過合適的選擇或不同計(jì)量方法（諸 如散射計(jì)量和成像方法）的組合來執(zhí)行。在一個(gè)這種示例中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可使用散射計(jì)量 測(cè)量（使用計(jì)量系統(tǒng)來執(zhí)行）來確定如上所述的光柵靶中的經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)的CD，并且使用 散射計(jì)量測(cè)量來確定經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)對(duì)其他經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)的覆蓋，其中其他散射計(jì)量測(cè)量使 用計(jì)量系統(tǒng)來執(zhí)行、或者成像使用計(jì)量系統(tǒng)來執(zhí)行。在另一個(gè)示例中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可使用散 射計(jì)量測(cè)量來確定CD，使用散射計(jì)量測(cè)量或成像結(jié)果來確定覆蓋，并且使用橢圓計(jì)量測(cè)量 來確定薄膜特性。以此方式，本文中所描述的實(shí)施例可在一個(gè)計(jì)量工具中組合以下計(jì)量任 務(wù)：光學(xué)CD計(jì)量、光學(xué)覆蓋計(jì)量、以及膜計(jì)量。另外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可使用本文中所描述的技 術(shù)的任何組合來確定本文中所描述的特性的其他組合。
[0055] 在一些實(shí)施例中，光學(xué)元件被配置成將穿過視場(chǎng)光闌的散射光只定向到檢測(cè)器的 第一部分。在一個(gè)這種實(shí)施例中，光學(xué)元件被配置成將衍射受限光束的一部分只定向到檢 測(cè)器的第二部分而未首先將衍射受限光束的該部分定向到晶片，并且檢測(cè)器的第二部分與 檢測(cè)器的第一部分不重疊。例如，計(jì)量系統(tǒng)可執(zhí)行一種用于測(cè)量并任選地校準(zhǔn)、抑制和消除 空間相關(guān)噪聲的方法，其中來自光源的光的基準(zhǔn)部分被定向到計(jì)量檢測(cè)器（例如，CCD或相 機(jī)）的一部分，而無需與計(jì)量信號(hào)重疊。光源的基準(zhǔn)部分優(yōu)選使用與實(shí)際信號(hào)路徑的最大 可能公共路徑，而無需從晶片反射。該校準(zhǔn)的有利特征在于，它可與信號(hào)收集同時(shí)進(jìn)行，并 且它可用于校準(zhǔn)在與校準(zhǔn)信號(hào)相同的時(shí)間間隔中所收集的信號(hào)。以此方式，計(jì)量系統(tǒng)可被 配置成執(zhí)行到光源的快反饋以穩(wěn)定其功率和波長。
[0056] 在另一實(shí)施例中，光學(xué)兀件被配置成將穿過視場(chǎng)光闌的散射光只定向到檢測(cè)器的 第一部分，而檢測(cè)器的第二部分看不見光。與檢測(cè)器的第一部分不重疊的檢測(cè)器的僅第二 部分所生成的輸出由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用于校準(zhǔn)檢測(cè)器響應(yīng)于在檢測(cè)器的第一部分中檢測(cè)到的 散射光而生成的輸出。以此方式，檢測(cè)器的一部分可用于校準(zhǔn)。例如，計(jì)量系統(tǒng)可被配置成 執(zhí)行一種用于使用計(jì)量檢測(cè)器（例如，CCD或相機(jī)）未暴露給該系統(tǒng)中的任何光（例如，未 暴露給信號(hào)本身）的一部分、照射光束的上述基準(zhǔn)部分、或任何其他光來測(cè)量并任選地校 準(zhǔn)、抑制和消除暗噪聲的空間相關(guān)部分。該校準(zhǔn)的有利特征在于，它可與信號(hào)收集同時(shí)進(jìn) 行，并且它用于校準(zhǔn)在與校準(zhǔn)信號(hào)相同的時(shí)間間隔中所收集的信號(hào)。
[0057] 本文中所描述的實(shí)施例還提供可擴(kuò)展計(jì)量系統(tǒng)平臺(tái)來適應(yīng)本文中所描述的應(yīng)用 的未來要求。例如，如上所述，計(jì)量系統(tǒng)可包括可見光源。以此方式，計(jì)量測(cè)量（例如，角解 析散射計(jì)量）可在可見光譜區(qū)域中執(zhí)行。然而，角解析散射計(jì)量的操作可延伸到近UV或深 UV的光譜區(qū)域中。在這種光譜區(qū)域中的操作將附加要求賦予所有光學(xué)部件，但尤其賦予物 鏡。例如，計(jì)量系統(tǒng)是可配置的（例如，可集成的、可與諸如從美國加利福尼亞州米爾皮塔 斯市的KLA-Tencor購得的Archer300系列工具之類的其他購得計(jì)量系統(tǒng)組合的、可被配置 成只用于成像、可被配置成只用于散射計(jì)量等）。此外，由于計(jì)量系統(tǒng)可被配置成在光柵靶 上掃描照射斑，因此本文中所描述的計(jì)量系統(tǒng)與運(yùn)行中（on-the-fly)概念兼容（在該實(shí)例 中，在其移動(dòng)的同時(shí)測(cè)量靶）。
[0058] 另一實(shí)施例涉及一種計(jì)量方法。計(jì)量方法包括在照射光學(xué)器件的入射光瞳中以在 晶片平面中距照射斑的中心遠(yuǎn)于1. 5微米的輻照度小于該斑中心的峰值輻照度的ΚΓ6的方 式使衍射受限光束成形。以此方式使衍射受限光束成形可如本文中進(jìn)一步描述地執(zhí)行（例 如，使用如本文中進(jìn)一步描述的變跡器）。計(jì)量方法還包括將衍射受限光束定向到晶片上的 光柵靶上的照射斑。將光束定向到照射斑可如本文中進(jìn)一步描述地執(zhí)行（例如，使用本文 中進(jìn)一步描述的光學(xué)元件）。另外，計(jì)量方法包括收集來自光柵靶的散射光。收集來自光 柵靶的散射光可如本文中進(jìn)一步描述地執(zhí)行（例如，使用本文中進(jìn)一步描述的光學(xué)元件）。 計(jì)量方法還包括拒絕來自光柵靶的一部分所收集散射光。拒絕該部分所收集散射光可如本 文中進(jìn)一步描述地執(zhí)行（例如，使用如本文中所描述地配置的視場(chǎng)光闌）。計(jì)量方法還包括 在拒絕該部分所收集散射光之后檢測(cè)散射光。另外，計(jì)量方法包括響應(yīng)于所檢測(cè)的散射光 生成輸出。檢測(cè)散射光和生成輸出可如本文中進(jìn)一步描述地執(zhí)行（例如，使用如本文中所 描述地配置的檢測(cè)器）。計(jì)量方法還包括使用該輸出來確定光柵靶的特性。確定該特性可 如本文中進(jìn)一步描述地執(zhí)行（例如，使用如本文中所描述地配置的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)）。
[0059] 該方法還可包括將該方法的任何步驟的結(jié)果存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)中。這些結(jié)果還包括 本文中所描述的任何結(jié)果（例如，光柵靶的特性），并且可以本領(lǐng)域已知的任何方式存儲(chǔ)。 存儲(chǔ)介質(zhì)可包括本領(lǐng)域已知的任何合適的存儲(chǔ)介質(zhì)。在已存儲(chǔ)了這些結(jié)果之后，這些結(jié)果 可在存儲(chǔ)介質(zhì)中訪問，并且可如本文中所描述地使用，其中被格式化以顯示給用戶、由另一 軟件模塊、方法、或系統(tǒng)使用等。此外，這些結(jié)果可被"永久地"、"半永久地"、臨時(shí)地存儲(chǔ)、或 者被存儲(chǔ)一段時(shí)間。例如，存儲(chǔ)介質(zhì)可以是隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM)，并且這些結(jié)果可能在存 儲(chǔ)介質(zhì)中不必?zé)o限地持續(xù)。
[0060] 以上所述的方法可包括本文中所描述的任何方法的任何其他步驟。另外，以上所 述的方法可由本文中所描述的任何計(jì)量系統(tǒng)實(shí)施例執(zhí)行。
[0061] 根據(jù)該描述，本發(fā)明的各個(gè)方面的其他修改和替換實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將變 得顯而易見。例如，提供了計(jì)量系統(tǒng)以及方法。因此，該描述應(yīng)當(dāng)被解釋為只是說明性的， 并且出于教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的一般方式的目的。應(yīng)該理解，本文中示出且 描述的本發(fā)明的形式應(yīng)當(dāng)被視為當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施例。元件和材料可替代本文中示出且描述 的元件和材料，部分和過程可顛倒，并且本發(fā)明的某些特征可獨(dú)立地使用，所有這些對(duì)受益 于本發(fā)明的該描述之后的本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的。可在不背離以下權(quán)利要求書 中所描述的本發(fā)明的精神和范圍的情況下對(duì)本文所描述的元件作出改變。
【權(quán)利要求】
1. 一種計(jì)量系統(tǒng)，包括： 被配置成產(chǎn)生衍射受限光束的光源； 變跡器，所述變跡器被配置成在照射光學(xué)器件的入射光瞳中使所述光束成形； 光學(xué)元件，所述光學(xué)元件被配置成將所述衍射受限光束從所述變跡器定向到晶片上的 光柵靶上的所述照射斑并且收集來自所述光柵靶的散射光； 被配置成拒絕一部分所收集散射光的視場(chǎng)光闌； 檢測(cè)器，所述檢測(cè)器被配置成檢測(cè)穿過所述視場(chǎng)光闌的散射光并且響應(yīng)于檢測(cè)到的散 射光生成輸出以使所述光柵靶由所述計(jì)量系統(tǒng)使用散射計(jì)量來測(cè)量；以及 被配置成使用所述輸出來確定所述光柵靶的特性的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光源包括激光和單模光纖。
3. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，由所述光源產(chǎn)生的光具有約190nm至約 900nm之間的波長。
4. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)元件包括針對(duì)從約150nm到約 lOOOnm波長設(shè)計(jì)的物鏡。
5. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)量系統(tǒng)被配置成在收集來自所 述光柵靶的散射光的同時(shí)跨所述光柵靶掃描所述照射斑。
6. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述散射計(jì)量包括角解析散射計(jì)量。
7. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述散射計(jì)量包括使用多個(gè)離散波長 來執(zhí)行的角解析散射計(jì)量。
8. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述散射計(jì)量包括光譜散射計(jì)量。
9. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述散射計(jì)量包括使用多個(gè)離散角來 執(zhí)行的光譜散射計(jì)量。
10. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)元件還被配置為通過將光從 所述光源定向到所述入射光瞳的僅一個(gè)或多個(gè)部分而執(zhí)行光瞳區(qū)域選擇。
11. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)元件還被配置為調(diào)制所述光 源，由此選擇所述入射光瞳的用于由所述計(jì)量系統(tǒng)所執(zhí)行測(cè)量的部分。
12. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)元件包括置于所述衍射受限 光束的路徑中的偏振器和置于所收集散射光的路徑中的分析器，并且其中所述偏振器和分 析器被配置成所述散射計(jì)量使用多個(gè)偏振狀態(tài)來執(zhí)行。
13. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)元件包括置于所述衍射受限 光束的路徑中的偏振器和置于所收集散射光的路徑中的分析器，并且其中所述計(jì)量系統(tǒng)被 配置成至少使用所述光源、包括所述偏振器和所述分析器的所述光學(xué)元件、以及所述檢測(cè) 器來執(zhí)行對(duì)所述晶片的橢圓計(jì)量測(cè)量。
14. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還被配置成使用所述 檢測(cè)器在所述橢圓計(jì)量測(cè)量期間生成的輸出來確定在所述晶片上形成的膜的特性。
15. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述視場(chǎng)光闌不以所收集散射光沿其 傳播的光軸為中心，由此減少所收集散射光在所述檢測(cè)器上的重影。
16. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)元件還被配置成將所收集散 射光的重像集中到所述光學(xué)元件的成像光瞳中的局部區(qū)域、或跨所述成像光瞳將所述重像 擴(kuò)散開以減小所述重像的輻照度。
17. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述特性包括所述光柵靶中的經(jīng)圖案 化結(jié)構(gòu)的臨界尺寸。
18. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述特性包括所述光柵靶中的經(jīng)圖案 化結(jié)構(gòu)對(duì)在晶片上形成的另一光柵靶的經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)的覆蓋，并且其中所述光柵靶和所述 另一光柵靶在晶片的不同層上形成。
19. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述變跡器、視場(chǎng)光闌和檢測(cè)器針對(duì) 光瞳成像而配置。
20. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于還包括被配置成生成晶片圖像的附加 檢測(cè)器。
21. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，還包括被配置成生成所述晶片的圖像 的附加檢測(cè)器，其中所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還被配置成使用所述圖像來確定所述光柵靶的附加特 性。
22. 如權(quán)利要求21所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述特性包括基于散射計(jì)量的覆蓋， 并且其中所述附加特性包括基于成像的覆蓋。
23. 如權(quán)利要求21所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)元件包括物鏡，所述物鏡被 配置成收集來自所述光柵靶的散射光并且被配置成收集用于生成所述圖像的來自所述晶 片的光。
24. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)元件還被配置成將穿過所述 視場(chǎng)光闌的散射光只定向到所述檢測(cè)器的第一部分，其中所述光學(xué)元件還被配置成將所述 衍射受限光束的一部分只定向到所述檢測(cè)器的第二部分而未首先將所述衍射受限光束的 所述部分定向到所述晶片，并且其中所述檢測(cè)器的第二部分與所述檢測(cè)器的第一部分不重 疊。
25. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光學(xué)元件還被配置成將穿過所 述視場(chǎng)光闌的散射光只定向到所述檢測(cè)器的第一部分，其中所述檢測(cè)器的第二部分看不見 光，其中只由所述檢測(cè)器的第二部分生成的輸出被所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)用來校準(zhǔn)所述檢測(cè)器響 應(yīng)于所述檢測(cè)器的第一部分中的檢測(cè)到的散射光而生成的輸出，并且其中所述檢測(cè)器的第 二部分與所述檢測(cè)器的第一部分不重疊。
26. 如權(quán)利要求1所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述變跡器被配置成在照射光學(xué)器件 的入射光瞳中以在晶片平面中距照射斑的中心遠(yuǎn)于1.5微米的輻照度小于所述斑的中心 的峰值輻照度的ΚΓ 6的方式使所述光束成形。
27. 如權(quán)利要求26所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光柵靶上的所述照射斑的直徑 小于3微米。
28. 如權(quán)利要求26所述的計(jì)量系統(tǒng)，其特征在于，所述光柵靶的橫向尺寸小于10微米 乘以小于10微米。
29. -種計(jì)量方法，包括： 在照射光學(xué)器件的入射光瞳中使衍射受限光束成形； 將所述衍射受限光束定向到晶片上的光柵靶上的所述照射斑； 收集來自所述光柵靶的散射光； 用視場(chǎng)光闌拒絕來自所述光柵祀的一部分所收集散射光； 在所述拒絕之后檢測(cè)所述散射光； 響應(yīng)于檢測(cè)到的散射光生成輸出，其中所述檢測(cè)和所述生成是用檢測(cè)器執(zhí)行的，所述 檢測(cè)器被配置檢測(cè)穿過所述視場(chǎng)光闌的所述散射光并響應(yīng)于檢測(cè)到的散射光生成所述輸 出以使所述光柵靶由所述計(jì)量系統(tǒng)使用散射計(jì)量來測(cè)量；以及 使用所述輸出來確定所述光柵靶的特性。
【文檔編號(hào)】G01N21/956GK104155313SQ201410437602
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2009年9月3日
【發(fā)明者】D·坎戴爾, V·列文斯基, A·斯維澤, J·塞利格松, A·希爾, O·巴卡爾, A·馬納森, Y-H·A·莊, I·塞拉, M·馬克維茲, D·納格利, E·羅特姆 申請(qǐng)人:克拉-坦科股份有限公司