计量系统以及方法
【专利说明】计量系统以及方法
[0001]本申请是申请日为2010年9月I日、申请号为“201080039744.4”、发明名称为“计量系统以及方法”的发明专利申请的分案申请。
_2] 相关串请的交叉引用
[0003]本申请要求2009年9月3日提交的题为“多功能计量系统(Multifunct1nMetrology System) ”的美国专利申请S/N.61/239, 699，其如在本文中完全阐述一样通过引用结合于此。
【背景技术】
_4] 1.发明领域
[0005]本发明一般涉及计量系统以及方法。
[0006]2.相关技术的描述
[0007]以下描述和示例不因其包括在该部分中而被视为现有技术。
[0008]在半导体制造工艺中的各个点对晶片执行计量处理，以确定晶片的各种特性，诸如晶片上的经图案化结构的宽度、在晶片上形成的膜的厚度、以及晶片的一层上的经图案化结构对晶片的另一层上的经图案化结构的覆盖。光学临界尺寸(CD)计量当前使用光谱散射计量(scatterometry)或角解析散射计量来执行。光学覆盖计量使用成像方法或基于散射计量的方法(光谱和角解析两者)来执行。膜计量使用光谱椭圆计量(elIipsometry)来执行。光谱椭圆计量的一个示例在Norton等人的美国专利N0.5，859，424中示出，其如在本文中完全阐述一样通过引用结合于此。
[0009]然而，以上所述的当前使用的计量方法有许多缺点。例如，当前的光学CD计量方法限于较大的光栅靶大小(例如，50微米乘以50微米)。类似地，基于散射计量的覆盖方法将最小的光栅单元大小限于15微米乘以15微米。旧方法的另一缺点是，基于散射计量的覆盖计量和基于成像的覆盖计量在完全分开的平台上实现。
[0010]因此，开发没有以上所述的一个或多个缺点的计量方法以及系统可能是有利的。
【发明内容】
[0011]各个实施例的以下描述不应以任何方式被解释为限制所附权利要求的主题。
[0012]—个实施例涉及计量系统。该计量系统包括被配置成产生衍射受限光束的光源。该计量系统还包括变迹器，该变迹器被配置成在照射光学器件的入射光瞳中以在晶片平面中距照射斑(spot)的中心远于1.5微米的辐照度小于该斑的中心的峰值辐照度的10 6的方式使光束成形。另外，该计量系统包括被配置成将衍射受限光束从变迹器定向到晶片上的光栅靶上的照射斑并且收集来自光栅靶的散射光的光学元件。该计量系统还包括被配置成拒绝一部分所收集散射光的视场光阑。该计量系统还包括检测器，该检测器被配置成检测穿过视场光阑的散射光并且响应于检测到的散射光生成输出以使光栅靶由计量系统使用散射计量来测量。另外，该计量系统包括被配置成使用该输出来确定光栅靶的特性的计算机系统。该计量系统还可如本文中所描述地配置。
[0013]另一实施例涉及计量方法。该计量方法包括在照射光学器件的入射光瞳中以在晶片平面中距照射斑的中心远于1.5微米的辐照度小于该斑中心的峰值辐照度的10 6的方式使衍射受限光束成形。该计量方法还包括将衍射受限光束定向到晶片上的光栅靶上的照射斑。另外，该计量方法包括收集来自光栅靶的散射光。该计量方法还包括拒绝来自光栅靶的一部分所收集散射光。该方法还包括在拒绝该部分所收集散射光之后检测散射光。另外，该方法包括响应于检测到的散射光生成输出。该方法还包括使用该输出来确定光栅靶的特性。
[0014]以上所述方法的每一步骤可如本文中进一步描述地执行。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骤。以上所述的方法可使用本文中所描述的任何系统来执行。
【附图说明】
[0015]得益于优选实施例的以下详细描述和基于参考附图，本发明的其他优点将对本领域技术人员变得显而易见:
[0016]图1是示出计量系统的一个实施例的侧视图的示意图。
[0017]尽管本发明容许各种修改和替换形式，但其具体实施例作为示例在附图中示出且将在本文中详细描述。这些附图可能未按比例绘制。然而应当理解，本发明的附图和详细描述并不旨在将本发明限于所公开的特定形式，相反，其意图是覆盖落在如所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有修改、等效方案以及替换方案。
【具体实施方式】
[0018]现在转到附图，应当注意，附图未按比例绘制。具体而言，附图的某些元件的比例被显著地放大，以强调这些元件的特性。
[0019]一个实施例涉及计量系统。该计量系统(或“计量工具”)预期在半导体器件生产和相关应用中使用。本文中进一步描述的各个计量任务可在半导体或相关器件生产的各个阶段(诸如光刻和蚀刻)中执行。在一些实施例中，本文中所描述的计量系统可被集成到半导体制造系统中，诸如光刻系统或蚀刻系统、或者以某些方式物理地、化学地、或机械地更改晶片的任何其他系统。计量系统可被集成到半导体制造系统中，从而由半导体制造系统对晶片执行的工艺中的一个步骤期间和/或在一个步骤之前、在一个步骤之前、或由半导体制造系统对晶片执行的工艺的步骤之间，计量系统可测量晶片并确定晶片的特性，而无需从半导体制造系统去除晶片(即，晶片设置在半导体制造系统内)。计量系统可如何集成到半导体制造系统中的示例在Levy等人共有的美国专利N0.6，891，627中描述并示出，其如在本文中完全阐述一样通过引用结合于此。
[0020]图1示出计量系统的一个实施例。该计量系统包括被配置成产生衍射受限光束的光源。在一个实施例中，光源包括激光和单模光纤。以此方式，照射光束可使用通过单模光纤的激光作为光源来生成。例如，如图1所示，光源8可包括激光10、以及生成衍射受限光束14的单模光纤12。这种光源实现照射斑(以及可能的衍射受限照射斑)，该照射斑与本文中进一步描述的变迹器一起实现对相对较小靶的计量。光源可生成只有一个波长的光(即，单色光)、具有许多离散波长的光(即，多色光)、或具有多个波长的光(即，宽带光)。光源所生成的光可能具有任何合适的波长，诸如可见波长或约190nm至约900nm之间的任何波长。光源还包括任何其他合适的光源，诸如白光源、紫外线(UV)激光、弧光灯、激光驱动的光源(诸如从美国马萨诸塞州沃本市的Energetiq技术公司购得的EQ-1000)、超连续激光(宽带激光)(诸如从美国新泽西州摩根维尔市NKT光子公司购得的Koheras Versa)、或其某些组合。光源还可被配置成提供具有足够亮度的光，该亮度在一些情况下可以是大于约lW/(nm cm2 Sr)的亮度。该计量系统还可包括到光源的快反馈，用于稳定其功率和波长。到光源的快反馈可如本文中进一步描述地配置。
[0021]该计量系统还包括变迹器，该变迹器被配置成在照射光学器件的入射光瞳中以在晶片平面中距照射斑的中心远于1.5微米的辐照度小于该斑中心的峰值辐照度的10 6的方式使光束成形。例如，如图1所示，计量系统可包括置于光源所生成的衍射受限光束的路径中的变迹器16。变迹器可置于计量系统的照射光瞳中。变迹一般可被定义为更改光学系统的入射光瞳中的光分布(例如，使用掩模来更改照射光束的幅值和/或相位)，由此改变照射光束的强度分布曲线。在本情况下，变迹器被配置成将照射斑的“尾部”(例如，照射斑中距照射斑的中心大于1.5微米的部分)中的辐照度减小到小于峰值辐照度的10 6，由此减少所谓的信号污染。将这种变迹器包括在本文中所描述的计量系统中是可对相对较小的光栅革El实现计量的特征之一。
[0022]该计量系统还包括光学元件，这些光学元件被配置成将光束从变迹器定向到晶片上的光栅靶上的照射斑并且收集来自光栅靶的散射光。例如，在图1所示的实施例中，光学元件可包括折射光学元件18和20、分束器22、折射光学元件24、分束器26、具有其孔径光阑28的物镜30、折射光学元件36、分束器38和40、以及折射光学元件42。折射光学元件18、20、24、36和42可包括本领域已知的任何合适的折射光学元件，诸如折射透镜。另外，虽然折射光学元件18、20、24、36和42以相同的方式使用相同的常规符号在图1中示意性地示出，但是折射光学元件中的全部、部分、或没有一个可相同地或不同地配置。此外，折射光学元件18、20、24、36和42中的每一个可包括一个或多个折射光学元件。
[0023]折射光学元件18被配置成将衍射受限光束从光源8定向到变迹器16。折射光学元件20被配置成将光束从变迹