CN117813558A

CN117813558A - 量测方法和设备

Info

Publication number: CN117813558A
Application number: CN202280056334.3A
Authority: CN
Inventors: G·德哈恩; S·爱德华; T·J·范登霍芬; P·C·M·普兰肯; I·D·塞蒂贾
Original assignee: ASML Holding NV
Current assignee: ASML Holding NV
Priority date: 2021-08-18
Filing date: 2022-08-04
Publication date: 2024-04-02
Also published as: US20240184222A1; WO2023020856A1; KR20240050358A; TW202326307A

Abstract

披露了一种用于测量衬底上的位于至少一个层下方的目标的方法。所述方法包括：利用包括至少一种泵浦波长的泵浦辐射激发所述至少一个层，以便在所述至少一个层内产生从所述目标反射的声波，由此在所述衬底的表面处产生所述目标的声学复制品；以及利用包括至少一种探测波长的探测辐射照射所述声学复制品，并且捕获从所述声学复制品散射的得到的经散射的探测辐射。所述激发步骤和所述照射步骤中的一个或两个步骤包括：在所述至少一个层的残余形貌上产生从所述目标得到的表面等离子体激元(SPP)。

Description

量测方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年8月18日递交的欧洲申请21191859.4的优先权，并且该欧洲申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及能够用于例如通过光刻技术制造器件的方法和设备，并且涉及使用光刻技术制造器件的方法。本发明更具体地涉及诸如位置传感器的量测传感器。

背景技术

光刻设备是将期望的图案施加到衬底上(通常施加到衬底的目标部分上)的机器。光刻设备可以用于例如制造集成电路(IC)。在这种情况下，可替代地被称为掩模或掩模版的图案形成装置可以用于产生待形成于IC的单独的层上的电路图案。该图案可以转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括管芯的一部分、一个管芯或数个管芯)上。通常经由成像到提供于衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行图案的转移。一般而言，单个衬底将包含被连续地图案化的相邻的目标部分的网络。这些目标部分通常被称为“场”。

在制造复杂器件时，通常执行许多光刻图案形成步骤，由此在衬底上的连续层中形成功能性特征。因此，光刻设备的性能的关键方面能够相对于(由相同的设备或不同的光刻设备)放置于先前层中的特征恰当且准确地放置所施加的图案。为此目的，衬底设置有一组或更多组对准标记。每个标记是可以稍后使用位置传感器测量其位置的结构，该位置传感器典型地是光学位置传感器。光刻设备包括一个或更多个对准传感器，可以通过该一个或更多个对准传感器准确地测量衬底上的标记的位置。已知不同类型的标记及不同类型的对准传感器来自不同的制造商和同一制造商的不同产品。

在其他应用中，量测传感器被用于测量衬底上(在抗蚀剂中和/或在蚀刻之后)的经曝光结构。专用检查工具的快速且非侵入形式是散射仪，在该散射仪中，辐射束被引导到位于衬底的表面上的目标上，并且经散射或反射的束的性质被测量。已知的散射仪的示例包括US2006033921A1和US2010201963A1中描述的类型的角分辨散射仪。除了通过重新构造进行特征形状的测量以外，还可以使用这种设备来测量基于衍射的重叠，如已公开的专利申请案US2006066855A1中描述的。使用衍射阶的暗场成像的基于衍射的重叠量测术使得能够对较小目标进行重叠测量。可以在国际专利申请WO 2009/078708和WO 2009/106279中找到暗场成像量测术的示例，该WO 2009/078708和WO 2009/106279以全文引用的方式并入本文中。已公开的专利公开案US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、US20130271740A和WO2013178422A1中已经描述了该技术的进一步发展。这些目标可能小于照射光点并且可能被晶片上的产品结构围绕。可以使用复合光栅目标在一个图像中测量多个光栅。所有这些申请案的内容也以引用的方式并入本文中。

对准标记上方的不透明材料的沉积可能使对准标记对于对准传感器是不可见的。这对于诸如3D-NAND的某些3D IC架构而言尤其是问题，其中，金属或非晶碳的厚层用作硬掩模。当前的方案包括：在残余表面形貌(由层下方的对准标记的存在而引起的形貌)上对准或通过曝光清除点。这些方法均具有局限性：由于形貌的不对称的变形或偏移，导致残余表面形貌上的对准缺少准确性，而曝光清除点需要额外的过程步骤并且因此较为缓慢。

期望改善被一个或更多个不透明的层遮蔽的对准标记上的对准。

发明内容

本发明在第一方面中提供一种用于在测量衬底上的位于至少一个层下方的目标的方法，所述方法包括：利用包括至少一种泵浦波长的泵浦辐射激发所述至少一个层，以便在所述至少一个层内产生从所述目标反射的声波，由此在所述衬底的表面处产生所述目标的声学复制品；利用包括至少一种探测波长的探测辐射照射所述声学复制品，并且捕获从所述声学复制品散射的得到的经散射的探测辐射；其中，所述激发步骤及所述照射步骤中的一个或两个步骤包括：在所述至少一个层的残余形貌上产生从所述目标得到的表面等离子体激元(SPP)。

本发明在第二方面中提供一种量测设备，所述量测设备被配置为执行如第一方面所述的方法。

通过考虑下文描述的示例，将理解本发明的以上及其他方面。

附图说明

现将仅借助于示例并参考附图来描述本发明的实施例，其中：

图1描绘光刻设备；

图2示意性地图示图1的设备中的测量过程和曝光过程；

图3描绘对准传感器设备的示意性概略图；

图4是泵浦探测量测方法的四个阶段的示意图；

图5是可以使用如本文中披露的方法来测量的经埋设的对准标记的示例性结构的示例；

图6是根据如本文中披露的方法执行的入射于诸如图5中图示的对准标记上的泵浦脉冲的示意图；

图7是根据如本文中披露的方法执行的入射于诸如图5中图示的对准标记上的探测脉冲的示意图；

图8是根据实施例的使用探测辐射使得不产生SPP以及使得产生SPP的声学复制品的反射率曲线；和

图9是适于执行根据实施例的方法的量测设备布置；

图10是可以使用如本文中披露的方法来测量的经埋设的对准标记的结构的俯视图的示例的示意图。

具体实施方式

在详细地描述本发明的实施例之前，呈现可以实施本发明的实施例的示例性环境是具有指导性的。

图1示意性地描绘光刻设备LA。该设备包括：照射系统(照射器)IL，所述照射系统被配置为调节辐射束B(例如，UV辐射或DUV辐射)；图案形成装置支撑件或支撑结构(例如，掩模台)MT，所述图案形成装置支撑件或支撑结构被构造成支撑图案形成装置(例如，掩模)MA并且连接到被配置为根据某些参数来准确地定位图案形成装置的第一定位器PM；两个衬底台(例如，晶片台)WTa及WTb，所述两个衬底台中的每个被构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W并且所述两个衬底台中的每个连接到被配置为根据某些参数来准确地定位衬底的第二定位器PW；以及投影系统(例如，折射型投影透镜系统)PS，所述投影系统被配置为将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或更多个管芯)上。参考框架RF连接多个部件，并且充当用于设定及测量图案形成装置及衬底以及图案形成装置及衬底上的特征的位置的参照物。

照射系统可以包括用于引导、成形或控制辐射的各种类型的光学部件，诸如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其他类型的光学部件或其任何组合。

图案形成装置支撑件MT以依赖于图案形成装置的定向、光刻设备的设计以及诸如是否将图案形成装置保持于真空环境中的其他条件的方式来保持图案形成装置。图案形成装置支撑件可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术来保持图案形成装置。图案形成装置支撑件MT可以是例如可以视需要而固定或可移动的框架或台。图案形成装置支撑件可以确保图案形成装置例如相对于投影系统处于期望位置。

本文中使用的术语“图案形成装置”应该被广义地解释为指可以用于在辐射束的横截面中向辐射束赋予图案以便在衬底的目标部分中形成图案的任何装置。应该注意的是，例如，如果赋予辐射束的图案包括相移特征或所谓的辅助特征，则该图案可能不确切地对应于衬底的目标部分中的期望图案。通常，赋予辐射束的图案将对应于在目标部分中形成的诸如集成电路的器件中的特定功能层。

如此处所描绘的，该设备属于透射类型(例如，采用透射型图案形成装置)。替代地，该设备可以属于反射类型(例如，采用上文所提及的类型的可编程反射镜阵列，或采用反射型掩模)。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程LCD面板。可以认为本文中对术语“掩模版”或“掩模”的任何使用都与更上位术语“图案形成装置”是同义的。术语“图案形成装置”也可以解释为指以数字形式存储用于控制此类可编程图案形成装置的图案信息的装置。

本文中使用的术语“投影系统”应该广泛地解释为涵盖适于所使用的曝光辐射或适于诸如浸没液体的使用或真空的使用的其他因素的任何类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统或其任何组合。可以认为本文中对术语“投影透镜”的任何使用都与更上位的术语“投影系统”是同义的。

光刻设备也可以属于如下类型：其中，衬底的至少一部分可以由具有相对较高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充投影系统与衬底之间的空间。也可以将浸没液体施加到光刻设备中的其他空间，例如，掩模与投影系统之间的空间。在本领域中熟知将浸没技术用于增加投影系统的数值孔径。

在操作中，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。例如，当源是准分子激光器时，源和光刻设备可以是分立的实体。在此类情况下，不认为源形成光刻设备的一部分，并且辐射束借助于包括例如合适的引导反射镜和/或扩束器的束传递系统BD而从源SO传递到照射器IL。在其他情况下，例如，在源是汞灯时，源可以是光刻设备的整体部分。源SO和照射器IL连同束传递系统BD(在需要时)可以被称为辐射系统。

照射器IL可以例如包括积光器IN、聚光器CO和用于调节辐射束的角强度分布的调节器AD。照射器可以用于调节辐射束以在辐射束的横截面中具有期望的均匀性及强度分布。

辐射束B入射于被保持在图案形成装置支撑件MT上的图案形成装置MA上并且通过该图案形成装置而图案化。在已经横穿图案形成装置(例如，掩模)MA的情况下，辐射束B穿过投影系统PS，该投影系统PS将该束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉装置、线性编码器、2-D编码器或电容式传感器)，可以准确地移动衬底台WTa或WTb，例如以便将不同的目标部分C定位于辐射束B的路径中。类似地，例如，在从掩模库进行机械获取之后或在扫描期间，可以使用第一定位器PM和另一个位置传感器(图1中未明确地描绘另一个位置传感器)来相对于辐射束B的路径准确地定位图案形成装置(例如，掩模)MA。

可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置(例如，掩模)MA和衬底W。尽管如所图示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是所述衬底对准标记可以位于目标部分之间的空间中(这些标记被称为划线对准标记)。类似地，在将多于一个管芯设置于图案形成装置(例如，掩模)MA上的情况下，掩模对准标记可以位于管芯之间。较小的对准标记也可以被包括于器件特征之中的管芯内，在这种情况下，期望使标记尽可能地小并且无需与相邻特征不同的任何成像或过程条件。下文进一步描述检测对准标记的对准系统。

所描绘的设备可以用于多种模式中。在扫描模式中，在将赋予辐射束的图案投影到目标部分C上时，同步地扫描图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT和衬底台WT(即，单次动态曝光)。可以通过投影系统PS的放大率(缩小率)和图像反转特性来确定衬底台WT相对于图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT的速度和方向。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单次动态曝光中的目标部分(在非扫描方向上)的宽度，而扫描运动的长度确定了目标部分(在扫描方向上)的长度。如在本领域中所熟知的，其他类型的光刻设备和操作模式是可能的。例如，步进模式是已知的。在所谓的“无掩模”光刻中，使可编程图案形成装置保持静止但具有变化的图案，并且移动或扫描衬底台WT。

也可以使用上文所描述的使用模式的组合和/或变化或完全不同的使用模式。

光刻设备LA属于所谓的双平台类型，所谓的双平台类型具有两个衬底台WTa、WTb以及两个站——曝光站EXP和测量站MEA——衬底台可以在这两个站之间交换。在曝光站处曝光一个衬底台上的一个衬底的同时，可以在测量站处将另一个衬底装载到另一个衬底台上并且实施各种预备步骤。这能够在较大程度上增加设备的生产量。预备步骤可以包括：使用水平传感器LS来映射衬底的表面高度轮廓，以及使用对准传感器AS来测量衬底上的对准标记的位置。如果位置传感器IF在其处于测量站处以及处于曝光站处时不能够测量衬底台的位置，则可以提供第二位置传感器以使得能够在两个站处追踪衬底台相对于参考框架RF的位置。代替所示出的双平台配置，其他布置是已知的且可用的。例如，其中提供衬底台和测量台的其他光刻设备是已知的。这些衬底台和测量台在执行预备测量时对接在一起，并且然后在衬底台进行曝光时分离。

图2图示曝光位于图1的双平台设备中的衬底W上的目标部分(例如，管芯)的步骤。在虚线框内的左侧是在测量站MEA处执行的步骤，而右侧示出在曝光站EXP处执行的步骤。有时，衬底台WTa、WTb中的一个将位于曝光站处，而衬底台WTa、WTb中的另一个位于测量站处，如上文所描述的。为了该描述的目的，假定衬底W已经被装载到曝光站中。在步骤200处，由图中未示出的机构将新衬底W’装载到设备。并行地处理这两个衬底以便增加光刻设备的生产量。

首先参考新装载的衬底W’，该衬底可以是先前未经处理的衬底，未经处理的衬底利用新的光抗蚀剂来制备以用于在设备中进行第一次曝光。然而，一般而言，所描述的光刻过程将仅是一系列曝光步骤和处理步骤中的一个步骤，使得衬底W’已经通过该设备和/或其他光刻设备数次，并且也可能要经历后续过程。尤其针对改善重叠性能的问题，任务是确保将新的图案准确地施加在已经经受图案形成及处理的一个或更多个循环的衬底上的正确位置处。这些处理步骤逐渐地在衬底中引入失真，该失真必须经测量及校正以实现令人满意的重叠性能。

先前和/或后续的图案形成步骤可以在其他光刻设备中执行，如刚才所提及的，并且可以甚至在不同类型的光刻设备中执行。例如，器件制造过程中对诸如分辨率及重叠的参数要求非常高的一些层相较于要求不太高的其他层可以在更高级的光刻工具中被执行。因此，一些层可以在浸没式光刻工具中被曝光，而其他层在“干式”工具中被曝光。一些层可以在于DUV波长下工作的工具中曝光，而其他层使用EUV波长辐射来曝光。

在202处，使用衬底标记P1等以及图像传感器(未示出)的对准测量用于测量和记录衬底相对于衬底台WTa/WTb的对准。另外，将使用对准传感器AS来测量整个衬底W’上的数个对准标记。在一个实施例中，这些测量用于建立“晶片栅格”，该晶片栅格非常准确地映射在整个衬底上的标记的分布，包括相对于标称矩形栅格的任何失真。

在步骤204处，还使用水平传感器LS来测量相对于X-Y位置的晶片高度(Z)的图。常规地，高度图仅用于实现被曝光的图案的准确聚焦。另外，可以为了其他目的而使用高度图。

当衬底W’被装载时，接收选配方案数据206，所述选配方案数据206限定待执行的曝光并且还限定晶片和先前产生及待产生于该晶片上的图案的特性。向这些选配方案数据添加在202、204处进行的对晶片位置、晶片栅格和高度图的测量，使得完整的一组选配方案及测量数据208可以被传递到曝光站EXP。对准数据的测量结果例如包括以与作为光刻过程的产品的产品图案成固定或标称固定关系而形成的对准目标的X位置和Y位置。恰好在曝光之前获得的这些对准数据用于产生对准模型，该对准模型具有将模型拟合到数据的参数。这些参数及对准模型将在曝光操作期间用于校正在当前光刻步骤中施加的图案的位置。在使用中，模型对经测量的位置之间的位置偏差进行内插。常规的对准模型可能包括四个、五个或六个参数，这些参数一起以不同维度限定“理想的”栅格的平移、旋转和放缩。已知使用更多参数的高级模型。

在210处，调换晶片W’与W，使得经测量的衬底W’变成进入曝光站EXP的衬底W。在图1的示例性设备中，通过交换设备内的支撑件WTa及WTb来执行该调换，使得衬底W、W’保持被准确地夹持并定位于那些支撑件上，以保持衬底台与衬底自身之间的相对对准。因此，一旦所述台面已经被调换，则确定投影系统PS与衬底台WTb(以前是WTa)之间的相对位置是非常重要的，这对于利用用于衬底W(以前是W’)的测量信息202、204来控制曝光步骤是必需的。在步骤212处，使用掩模对准标记M1、M2来执行掩模版对准。在步骤214、216、218中，将扫描运动及辐射脉冲施加于整个衬底W上的连续的目标位置处，以便完成对数个图案的曝光。

通过在曝光步骤的执行中使用在测量站处获得的对准数据及高度图，这些图案相对于期望位置并且尤其相对于先前放置于同一个衬底上的特征被准确地对准。在步骤220处从设备卸除现在标注为W”的经曝光的衬底，以根据经曝光的图案使经曝光的衬底经历蚀刻或其他过程。

本领域技术人员将知道的是，上述描述是真实的制造情形的一个示例中所涉及的多个非常详细的步骤的简化概述。例如，经常会存在使用相同或不同标记的粗略及精细测量的分离的阶段，而不是在单一遍次中测量对准。可以在高度测量之前或在高度测量之后执行或交错执行粗略和/或精细的对准测量步骤。

图3是诸如例如在以引用方式并入本文中的US6961116中描述的已知的对准传感器AS的实施例的示意性框图。辐射源RSO将具有一种或更多种波长的辐射束RB提供作为照射光点SP，该辐射束RB通过转向光学器件而转向到诸如位于衬底W上的标记AM的标记上。在该示例中，转向光学器件包括光点反射镜SM和物镜OL。用于照射标记AM的照射光点SP的直径可以稍微小于标记自身的宽度。

由对准标记AM衍射的辐射(在该示例中经由物镜OL)被准直成信息携载束IB。术语“衍射”意图包括来自标记的零阶衍射(所述零阶衍射可以被称为反射)。例如上文所提及的US6961116中披露的类型的自参考干涉仪SRI以其自身来与束IB干涉，然后，该束由光检测器PD接收。可以包括额外的光学器件(未示出)以在由辐射源RSO形成多于一种波长的情况下提供分离的束。光检测器可以是单个元件，或光检测器视需要可以包括数个像素。光检测器可以包括传感器阵列。

在该示例中包括光点反射镜SM的转向光学器件也可以用于阻挡从标记反射的零阶辐射，使得信息携载束IB仅包括来自标记AM的较高阶衍射辐射(这对于测量并非必需的，但改善了信噪比)。

强度信号SI被供应到处理单元PU。通过区块SRI中的光学处理与单元PU中的运算处理的组合，输出衬底上的相对于参考框架的X位置和Y位置的值。

所图示的类型的单独测量仅将标记的位置固定在对应于标记的一个节距的某个范围内。结合该测量来使用较粗略的测量技术，以识别正弦波的哪个周期是包含被标记的位置的周期。可以在不同波长下重复较粗略和/或较精细的水平的相同过程，以用于增加准确性和/或用于稳健地检测标记，而与制成标记的材料及标记被提供于其上方和/或下方的材料无关。波长可以在光学上多路复用及解多路复用以便被同步地处理，和/或该波长可以通过时分或频分而多路复用。

在该示例中，对准传感器和光点SP保持静止，而衬底W移动。因此，在对准传感器可以刚性地且准确地安装到参考框架的同时，在与衬底W的移动方向相反的方向上有效地扫描标记AM。在该移动中，通过衬底W安装于衬底支撑件上并且衬底定位系统控制衬底支撑件的移动来控制衬底W。衬底支撑件位置传感器(例如，干涉仪)测量衬底支撑件(未示出)的位置。在实施例中，一个或更多个(对准)标记设置于衬底支撑件上。对设置于衬底支撑件上的标记的位置的测量允许校准如由位置传感器所确定的衬底支撑件(例如，相对于对准系统所连接的框架)的位置。对设置于衬底上的对准标记的位置的测量允许确定衬底相对于衬底支撑件的位置。

通过光学不透明的层测量对准标记是期望的，这是因为由于形貌的不对称变形或偏移而导致当对准至残余形貌时缺少准确性。曝光清除点是可行的但由于额外的过程步骤而经常导致非常昂贵的方案。

经埋设的标记的光声学检测已经在实验上被证实。在例如WO2018137925A1中描述了这种光声学检测，该文献以引用的方式并入本文中。光声学对准具有的优势在于，光声学对准依赖于与现有的对准传感器相同的非侵入式光学检测方法。光声学对准仅需要额外的泵浦脉冲以激发不透明材料中的声学脉冲。然后，由探测脉冲检测来自经埋设的对准标记的声学反射。然而，在已知的光声学检测方法中，来自对准标记的声学复制品的衍射效率非常弱，使得需要不期望地长的平均时间来得到充分的信噪比。这在当前限制了这种技术在晶片对准上的应用。

图4(a)至图4(d)图示了光声学量测的概念。图4(a)示出利用强泵浦脉冲PU激发多层叠层ST的表面。这导致在叠层的顶部层中产生声波AW。该声波AW通过光学不透明材料(图4(b))传播并且在多层叠层ST的底部处被反射离开经埋设的对准标记AM。在反射之后，声波AW’波前类似于经埋设的对准标记的形状。经反射的声波AW’传播返回表面(图4(c))，在该表面处，经反射的声波AW’使该表面物理地变形，并且同时修改该表面附近的材料的光学特性。因为声波的波前类似于对准标记AM的空间周期性形状，所以表面的变形及电容率的改变也遵循对准标记的相同的空间周期性及位置。在经程序化延时之后，探测脉冲PR(图4(d))用于检测经埋设的对准标记的回声诱发图像(声学复制品)。如上文所描述的，通过在空间上扫描整个晶片并且执行泵浦探测测量，可以通过测量从表面离开的泵浦诱发衍射DIFF来确定经埋设的对准标记的存在。

由于表面粗糙度，探测光PR中的一些探测光将始终衍射(散射)到检测器的方向上。为解决该问题，可以从两个探测脉冲——前泵浦脉冲和后泵浦脉冲——取得经测量的衍射的差值。这能够实现对由泵浦脉冲产生的衍射的改变进行测量。然而，该衍射改变的量值太小而不能用于大批量制造中的对准量测。

为了解决该问题并且增加信号强度，提议使用表面等离子体激元(SPP)共振，以增加泵浦辐射的吸收和/或提高由用于探测测量的声学反射(表面处的光栅复制品)诱发的衍射效率。

SPP是电磁光场与在金属或金属类材料(例如，诸如金属的具有高载波密度/高导电率的材料或诸如非晶碳的其他导电材料)与介电质之间的界面处的导电电子的相干振荡的耦合。SPP是接合到介电质与导电介质之间的界面的电磁波。启动SPP是共振过程，并且由此必须满足某种条件，诸如动量守恒。SPP可以被描述为具有波向量(k_SPP)的表面光学波，该波向量大于在空气或真空中具有相同的光学频率的入射光(k_x)的波向量。这种所谓的波向量失配可以由数种不同的方法来克服。一种方法是在光栅单位单元内使用周期性子分段，可以将该周期性子分段看作自身具有固定的波向量k_sub并且可以从入射光学波向量加上或减去该周期性子分段以便于激发SPP。启动SPP导致材料的吸收增加(即，在其表面处的导电材料的反射率的减小)。

为了利用SPP来提高声学衍射效率，提议使用专用对准标记，该专用对准标记包括在某个入射角度下与SPP共振的、标记的第一部分的子分段(例如，与非子分段的第二部分相反)。已经示出可以在仅具有数条(少于五条)光栅线的光栅上有效地激发SPP。这些对准标记的子分段将在顶部层的残余形貌中被成镜像；在子分段部分的该残余形貌上将产生SPP。

图5是被包括于叠层ST内的这种对准标记AM的一部分的示意图。对准标记AM包括经埋设的光栅(即，包括线AML和空间AMS的周期性重复)。对准标记AM包括充分大的周期d，使得光栅线或光栅空间可以是具有较短周期d_sub的子分段SUB。在该特定示例中，对准标记空间AMS被划分成子分段，但是可以对准标记线AML同样可以被划分成子分段以实现相同的效果。

为了满足动量守恒的条件(|k_x±k_sub|＝|k_SPP|)并且产生SPP，需要调谐多个测量参数。最相关的参数是：

·入射光k_x的波向量，入射光k_x的波向量进而由入射光学频率ω(即，入射波长)和入射角θ_in来确定：(其中，c是光速)。

·从子分段k_sub得到的波向量，从子分段k_sub得到的波向量由子分段的周期d_sub来确定。

SPP的波向量k_SPP，SPP的波向量k_SPP由入射光学频率以及导体(E_m)与介电质(∈_d)的介电函数来确定：

在一个实施例中，来自该子分段的残余形貌RES使得从泵浦辐射产生SPP。产生SPP的这些泵浦增加了泵浦辐射的吸收，使得表面处的对准标记的声学复制品会更强(振幅更大)，这在声学复制品由探测脉冲来测量时改善了信号强度。

在另一个实施例中，探测辐射被配置为在残余形貌上产生SPP。这是通过改变在对应于(即，在对准标记的子分段部分正上方)对准标记的子分段部分(该子分段部分可以是线或空间)的叠层表面处的吸收/反射来实现的。以此方式，子分段使得能够增强对经埋设的对准光栅的声学复制品的光学检测，这是由于以下事实：SPP共振参数对由经反射的声学复制品声学地诱发的光栅振幅、工作循环、形状及电容率的变化是敏感的。由于SPP，所以对应于对准标记的子分段部分的反射中的声学诱发改变不同于对应于在表面处改善对准标记的声学复制品的衍射效率的非子分段部分的声学诱发改变。

这两个实施例都可以独立地实施以相对于现有技术的方法实现经改善的测量信号强度。然而，如果这两个实施例一起实施，则使得泵浦辐射和探测辐射两者分别被配置为在残余形貌上产生SPP，则将实现更大的改善。

图6是图示由于对SPP共振的泵浦而导致的改善的泵浦脉冲的吸收(即，泵浦辐射被配置为符合SPP共振条件)的示意图。泵浦脉冲束PP具有波长和入射角，使得SPP在对准标记的残余形貌RES的子波长分段光栅线上被激发。这些SPP导致残余形貌RES上的增强的吸收EAB的区域，使得将泵浦光更有效地吸收到位于这些区域EAB处的叠层。与将无需使用子波长分段光栅线来获得的声波相比，尤其在增强的吸收EAB的区域下方，这产生更高振幅的声波AW。这些更高振幅的声波会反射离开经埋设的对准标记AM以产生行进返回表面的声学复制品。与没有由泵浦辐射产生SPP的情况相比，该声学复制品具有更高的振幅，并且因此该声学复制品的探测测量将产生更强的信号。

图7是图示通过将探测脉冲调谐至SPP共振频率而导致的改善的衍射效率的示意图。探测脉冲PR衍射离开经反射的声波AW’。然而，也将探测脉冲(例如，经由入射角和/或子分段节距)调谐至SPP共振频率。SPP显示依据给定入射角的波长而变化的极其窄的吸收/反射共振。由此，子波长节距子分段的振幅和/或工作循环的改变导致SPP共振的宽度、强度及波长的改变。这些改变可能由于由从经埋设的光栅传回的声学回声诱发的材料密度的改变而产生。具有等离子体激元的被划分成光栅子分段的对准标记的部分形成残余形貌(由图中的经反射的声波AW’部分地遮挡)，探针将联接至该残余形貌上以产生SPP。通过在SPP共振处或SPP共振周围进行光学探测，探测脉冲的反射相较于非结构化表面的情况变得对这些改变明显更敏感。

在不存在声波的情况下，表面处的SPP的存在将使根据先前实施例中描述的原理位于共振上/附近的入射探测束的反射减少。然而，泵浦产生的声波压缩并且收缩子分段等离子体激元光栅的光栅线，改变子分段光栅的光栅线的振幅/形状。这导致SPP共振条件的偏移，SPP共振条件的偏移将改变从子分段光栅的声学复制品反射的光的量。依赖于声波是否使子分段光栅部分(线或空间)扩展或收缩，该SPP共振的偏移能够增加或减少反射的量。然而，这种改变仅在紧接位于子分段上方的表面区域处发生。

由此，尽管SPP共振通常减少了反射，但是在声波的存在下，子分段光栅部分相对于已经由SPP诱发的减少的反射的反射率可能依赖于声波是否正在使光栅扩展或收缩而增加或减少。

因此，在返回到表面上时，声波改变对准标记AM的线和空间两者的特性。然而，子分段部分(例如，图7的示例中的空间)相对于非子分段部分(例如，图7的示例中的线)的声波诱发的反射改变将是更大的。子分段部分相对于非子分段部分(例如，空间相对于线)的反射率的改变的差异使得对准标记(或更具体地是声学复制品)的衍射效率增加。由此，由于线和空间经历声波诱发的不同的反射改变的事实而导致衍射效率的这种增加。

图8是泵浦诱发的反射率改变△R/R_O相对于泵浦脉冲与探测脉冲之间的时间间隔t的曲线图。示出两条曲线：其中探测波长为700nm的第一曲线700以及其中探测波长为660nm的第二曲线660。该配置使得SPP共振波长位于650nm处。对于各条曲线，泵浦脉冲是相同的；然而，当利用在SPP共振处或附近的探测波长进行测量时，对声波的敏感性是更强的。在示例中，探测波长是660nm而不是650nm，以说明探测信号在接近SPP共振但并非精确地在SPP共振上的情况下也被增强。稍微复杂一点的情况在于，共振具有有限的宽度，而由一些类型的声波诱发的光学信号改变精确地在SPP共振上示出它们的最强烈的增强，而其他的光学信号改变仅在共振的斜率上增强。然而，在本发明的上下文中，具有在SPP共振波长处或附近的波长的探测辐射可以描述探测辐射波长与SPP共振波长相差不超过40nm、30nm、20nm、15nm或10nm。

以此方式由泵浦辐射或探测辐射产生SPP以增加吸收的另一个益处是：这提供了对吸收频率(即，SPP共振频率)的选择的更大的灵活性。当使用大块材料的共振(例如，带间共振)时，该吸收频率是固定的。子分段光栅线的残余形貌使得SPP能够激发，这增加了材料在否则将显示出明显减少的吸收的波长范围中的吸收。由此，通过使用接近该吸收频率的泵浦辐射和/或探测辐射，衍射效率可以被增加。SPP的中心波长/吸收频率依赖于子分段周期、入射角和入射波长；由此，可以调谐这些参数中的前两个参数，以在为泵浦辐射和/或探测辐射选择合适的波长范围时提供额外的灵活性，所述合适的波长范围例如是适合的光源对于其可用的范围。如果波长是固定的(例如，将使用特定的源)，则可以通过改变入射角和/或子分段周期来调节SPP共振频率。零度的入射角(垂直入射)也是可能的，这意味着可以仅通过选取适当的子分段周期(或入射波长)来调节SPP共振波长。

上文所描述的两个实施例可以被组合，使得所描述的第一实施例用于增强声波振幅，并且所描述的第二实施例用于增强对从经埋设的光栅反射离开的声波的存在的光学敏感度。

图9是适于实施这样组合的实施例的对准配置的示意图。可以由泵浦辐射源PS产生泵浦辐射，泵浦辐射源PS经由此处由引导反射镜GM表示的适合的束传递布置将泵浦束PB输出到(例如，经埋设的)对准标记AM。对准传感器AS用于传递探测脉冲。对准传感器AS可以是标准的对准传感器，并且在此处示出为包括输出探测束PB的探测源PRS(探测源PRS可以实际上在对准传感器AS外部)、物镜OL、照射透镜IL、检测器DET(检测器DET也可以被包括在对准传感器外部)、以及分别使衍射阶旋转通过+90度及-90度的两个图像旋转棱镜IRP₊₉₀、IRP_-90。这种对准传感器的基本操作是熟知的并且在上文已经被简单地描述，因此将不再进一步描述。

泵浦辐射和探测辐射包括不同的波长，结合它们的对应的入射角，所述不同的所述波长(在该示意性示例中，具有入射角θ的泵浦辐射束PB以及具有正入射的探测束PRB)分别被配置为激发SPP。当由探测脉冲测量时，针对两个实施例所描述的两种效应都会增加经埋设的对准光栅的声学复制品的衍射效率。

可以例如示出：针对5nm残余形貌的在共振上的吸收相对于离开共振的吸收增加三倍。因此，声波振幅也增加三倍，导致声学复制品的衍射效率增加3²＝9倍。另外，除了频率相关的电容率之外，声波可以改变子分段的振幅及工作循环。进而，这改变紧接着增加或减少SPP共振波长处及SPP共振波长周围的反射系数的SPP共振的形状(深度、宽度)和波长。对于较大的振幅光栅(＞15nm)，SPP共振偏移主导反射变化，但对于较低的振幅光栅，SPP共振的深度的改变主导反射变化。可以示出：由声波引起的子波长分段光栅振幅的200皮米的改变将因此导致反射改变0.5％，这显著超过在没有SPP共振的情况下见到的值。这在导致光栅空间上的反射增加0.5％的同时，光栅线的反射保持不变(或反之亦然)。在光栅线与空间之间的反射中的这种差异可以导致约4×10^-4的声学诱发的衍射效率，即，在不产生SPP的情况下比脉冲探测测量大六个数量级。

图10是被包括于叠层ST内的对准标记AM的示意图。在图5中以横截面表示的对准标记AM在图10(a)中被描绘为俯视图，其中，对准标记线AML不包含任何子分段，并且其中，对准标记空间AMS包含周期性子分段，在表面上可见的子分段作为残余形貌RES。因此，在对准标记空间AMS内，对准标记具有包括周期性子分段的第一部分。在图10(b)和图10(c)中描绘的本发明的另一个实施例包括第一部分和第二部分，第一部分包括周期性子分段，第二部分包括子分段。在图10(b)的示例中，第二部分的周期性子分段具有节距d_subl，并且第一部分的周期性子分段具有节距d_subs。换句话说，对准标记空间AMS具有带有节距d_subs的周期性子分段，并且对准标记线AML具有带有节距d_subl的周期性子分段。如图10(b)和图10(c)中示例的，对准标记线AML的节距的方向可以平行于如图10(b)中示出的对准标记空间AMS的节距，或者对准标记线AML的节距的方向可以正交于对准标记空间AMS的节距。如上文所描述的，具体地，在如图5、图6和图7中图示的利用探测脉冲PR或泵浦脉冲PP照射时的目标的操作的描述中，目标的第二部分中的周期性子分段形成增强的吸收EAB，因此，对于图10(b)和图10(c)的目标布置，存在两个增强的吸收EAB区域。在实施例中，当利用泵浦脉冲PP照射时，包括具有对应于对准标记空间的节距d_subs的周期性子分段的目标的第一部分适合于形成SPP；而当利用探测脉冲PR照射时，包括具有对应于对准标记线的节距d_subl的周期性子分段的目标的第二部分适合于形成SPP。因此，通过图10(b)和图10(c)的目标布置，能够在相同的目标布置上利用泵浦脉冲PP和探测脉冲PR两者的增强的吸收来测量对准标记的位置。第一部分和第二部分中的每一个均被设计为用于可用的照射条件、泵浦脉冲PP或探测脉冲PR中的一个。在实施例中，对准标记空间可以包括第三部分，使得当对准标记空间AMS被设计为与探测脉冲PR一起使用时，可以使用探测脉冲PR的第二波长。

可以注意到，金属(或更一般地，导电的)表面的组成物也可以被选择为使得SPP在特定的波长范围中被激发。例如，具有较高的载波密度(较高导电率)的材料可以使用可见的辐射来激发，而具有较低的载波密度的材料(例如，非晶碳)可以使用IR辐射来激发。

如同现有的技术方法，根据本文中描述的概念的对准测量可以包括后泵浦探测测量与前泵浦探测测量之间的差值。

上述描述已经在对准量测的上下文中被整体地描述。然而，本文中描述的概念可以用于测量用于任何其他量测目的(例如，重叠量测、聚焦量测)的经埋设的目标。因此，本发明不限于对准量测或对准标记的测量，而是限于任何适当的量测类型以及任何适当类型的量测目标的测量。

尽管上文已经描述了本发明的特定实施例，但是将明白的是，可以以与所描述的方式不同的其他方式来实践本发明。

尽管上文可以特定地参考了在光学光刻的上下文中对本发明的实施例的使用，但是将明白的是，本发明可以用于例如压印光刻的其他应用中，并且在上下文允许的情况下不限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的形貌限定形成于衬底上的图案。可以将图案形成装置的形貌压入供应到衬底的抗蚀剂层中，由此抗蚀剂通过施加电磁辐射、热、压力或其组合而固化于衬底上。在抗蚀剂被固化之后，将图案形成装置从抗蚀剂移出，从而在抗蚀剂中留下图案。

本文中使用的术语“辐射”和“束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，具有等于或约为365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm)和极紫外(EUV)辐射(例如，具有在1nm至100nm的范围内的波长)以及粒子束，诸如离子束或电子束。

术语“透镜”在上下文允许的情况下可以指各种类型的光学部件中的任何一个或其组合，所述光学部件包括折射型、反射型、磁性型、电磁型及静电型光学部件。反射型部件可能用于在UV和/或EUV范围内操作的设备中。

因此，本发明的广度和范围不应该受上述示例性实施例中的任一个限制，而应该仅根据随附的权利要求及它们的等同物来限定。

Claims

1.一种用于测量衬底上的位于至少一个层下方的目标的方法，所述方法包括：

利用包括至少一种泵浦波长的泵浦辐射激发所述至少一个层，以便在所述至少一个层内产生从所述目标反射的声波，由此在所述衬底的表面处产生所述目标的声学复制品；以及

利用包括至少一种探测波长的探测辐射照射所述声学复制品，并且捕获从所述声学复制品散射的得到的经散射的探测辐射；

其中，所述激发步骤和所述照射步骤中的一个或两个步骤包括：在所述至少一个层的残余形貌上产生从所述目标得到的表面等离子体激元(SPP)。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述目标包括周期性结构，所述周期性结构包括所述周期性结构的第一部分的周期性子分段。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述周期性结构包括线和空间的重复，并且包括周期性子分段的所述第一部分包括所述线或所述空间。

4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述泵浦辐射的入射角和所述泵浦波长使得所述表面等离子体激元由所述泵浦辐射在所述残余形貌上产生。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述表面等离子体激元使所述至少一个层对所述泵浦辐射中的至少一些泵浦辐射的吸收增加。

6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述探测辐射的入射角和所述探测波长使得所述表面等离子体激元由所述探测辐射在所述残余形貌上产生。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述表面等离子体激元使所述至少一个层的对应于所述目标的第一部分的所述反射率特性相对于所述至少一个层的对应于所述目标的第二部分的反射率特性改变。

8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述探测辐射的入射角不同于所述泵浦辐射的入射角。

9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述泵浦波长不同于所述探测波长。

10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述泵浦波长和/或所述探测波长与用于产生所述表面等离子体激元的共振波长相差不超过30nm。

11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述泵浦波长和/或所述探测波长与用于产生所述表面等离子体激元的共振波长相差不超过15nm。

12.如前述权利要求中任一项所述的方法，包括：配置所述探测辐射的入射角和/或所述目标的几何构型，使得所述共振波长包括优选的波长。

13.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述目标包括对准标记，并且所述激发步骤和所述照射步骤形成对准测量的一部分。

14.如前述权利要求中任一项所述的方法，包括：执行初始照射步骤以在所述激发步骤之前照射所述目标上方的所述至少一个层，并且捕获从所述目标上方的所述至少一个层散射的得到的经散射的探测辐射；并且所述方法还包括：

将感兴趣的参数的差值确定为从在所述激发步骤之后执行的所述照射步骤获得的第一感兴趣的参数值与从所述初始照射步骤获得的第二感兴趣的参数值的差。

15.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个层对于所述泵浦辐射和/或探测幅射是不透明的。

16.一种量测装置，所述量测装置能够操作以执行如前述权利要求中任一项所述的方法。

17.如权利要求16所述的量测装置，包括用于产生所述泵浦辐射的泵浦源和用于产生所述探测辐射的探测源。

18.如权利要求16或17所述的量测装置，其中，所述量测装置是对准传感器。

19.一种光刻设备，包括如权利要求18所述的对准传感器。

20.一种用于权利要求1中的目标，其中，所述目标包括周期性结构，所述周期性结构包括具有周期性子分段的至少第一部分。

21.如权利要求20所述的目标，其中，所述目标的所述周期性结构包括具有周期性子分段的第二部分。