計量系統(tǒng)以及方法
【專利說明】計量系統(tǒng)以及方法
[0001]本申請是申請日為2010年9月I日、申請?zhí)枮椤?01080039744.4”、發(fā)明名稱為“計量系統(tǒng)以及方法”的發(fā)明專利申請的分案申請。
_2] 相關(guān)串請的交叉引用
[0003]本申請要求2009年9月3日提交的題為“多功能計量系統(tǒng)(Multifunct1nMetrology System) ”的美國專利申請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)】
_4] 1.發(fā)明領(lǐng)域
[0005]本發(fā)明一般涉及計量系統(tǒng)以及方法。
[0006]2.相關(guān)技術(shù)的描述
[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點對晶片執(zhí)行計量處理，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)計量當(dāng)前使用光譜散射計量(scatterometry)或角解析散射計量來執(zhí)行。光學(xué)覆蓋計量使用成像方法或基于散射計量的方法(光譜和角解析兩者)來執(zhí)行。膜計量使用光譜橢圓計量(elIipsometry)來執(zhí)行。光譜橢圓計量的一個示例在Norton等人的美國專利N0.5，859，424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)前使用的計量方法有許多缺點。例如，當(dāng)前的光學(xué)CD計量方法限于較大的光柵靶大小(例如，50微米乘以50微米)。類似地，基于散射計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。舊方法的另一缺點是，基于散射計量的覆蓋計量和基于成像的覆蓋計量在完全分開的平臺上實現(xiàn)。
[0010]因此，開發(fā)沒有以上所述的一個或多個缺點的計量方法以及系統(tǒng)可能是有利的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]各個實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]—個實施例涉及計量系統(tǒng)。該計量系統(tǒng)包括被配置成產(chǎn)生衍射受限光束的光源。該計量系統(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10 6的方式使光束成形。另外，該計量系統(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光闌。該計量系統(tǒng)還包括檢測器，該檢測器被配置成檢測穿過視場光闌的散射光并且響應(yīng)于檢測到的散射光生成輸出以使光柵靶由計量系統(tǒng)使用散射計量來測量。另外，該計量系統(tǒng)包括被配置成使用該輸出來確定光柵靶的特性的計算機(jī)系統(tǒng)。該計量系統(tǒng)還可如本文中所描述地配置。
[0013]另一實施例涉及計量方法。該計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10 6的方式使衍射受限光束成形。該計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，該計量方法包括收集來自光柵靶的散射光。該計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散射光。另外，該方法包括響應(yīng)于檢測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。
【附圖說明】
[0015]得益于優(yōu)選實施例的以下詳細(xì)描述和基于參考附圖，本發(fā)明的其他優(yōu)點將對本領(lǐng)域技術(shù)人員變得顯而易見:
[0016]圖1是示出計量系統(tǒng)的一個實施例的側(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]一個實施例涉及計量系統(tǒng)。該計量系統(tǒng)(或“計量工具”)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)一步描述的各個計量任務(wù)可在半導(dǎo)體或相關(guān)器件生產(chǎn)的各個階段(諸如光刻和蝕刻)中執(zhí)行。在一些實施例中，本文中所描述的計量系統(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)對晶片執(zhí)行的工藝中的一個步驟期間和/或在一個步驟之前、在一個步驟之前、或由半導(dǎo)體制造系統(tǒng)對晶片執(zhí)行的工藝的步驟之間，計量系統(tǒng)可測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N0.6，891，627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示出計量系統(tǒng)的一個實施例。該計量系統(tǒng)包括被配置成產(chǎn)生衍射受限光束的光源。在一個實施例中，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現(xiàn)對相對較小靶的計量。光源可生成只有一個波長的光(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lW/(nm cm2 Sr)的亮度。該計量系統(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10 6的方式使光束成形。例如，如圖1所示，計量系統(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10 6，由此減少所謂的信號污染。將這種變跡器包括在本文中所描述的計量系統(tǒng)中是可對相對較小的光柵革El實現(xiàn)計量的特征之一。
[0022]該計量系統(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所示的實施例中，光學(xué)元件可包括折射光學(xué)元件18和20、分束器22、折射光學(xué)元件24、分束器26、具有其孔徑光闌28的物鏡30、折射光學(xué)元件36、分束器38和40、以及折射光學(xué)元件42。折射光學(xué)元件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中的每一個可包括一個或多個折射光學(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