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    • 专利摘要:
    本發明揭示一種判斷一基板上之一目標之一結構參數(諸如，臨界尺寸(CD)或側壁角度)之方法。用一第一相干輻射光束來照明該目標之一第一區域，且量測一繞射強度圖案。使該目標與投影系統之間的相對位置移位(或使用一空間光調變器來強加一相位)以使待照明之一第二區域自該第一區域偏移。照明自該第一區域偏移且與該第一區域重疊之該第二區域，且量測一繞射強度圖案。該等光束在該目標上聚焦至數量級與該目標之一間距相同之一大小。重複直至該目標之整個所關注部分已被照明一次為止，其中鄰近照明光點具有某一物理重疊。自該等經量測之第一及第二繞射強度圖案擷取相位資訊。使用一經估計結構參數來模型化該目標以演算一經模型化繞射強度圖案及經模型化相位資訊。藉由比較該等經量測繞射強度圖案及該經擷取相位與該經演算之經模型化繞射強度圖案及該經模型化相位資訊來判斷該目標之該結構參數。
    公开号:TW201303259A
    申请号:TW101109560
    申请日:2012-03-20
    公开日:2013-01-16
    发明作者:Gawhary Omar El；Stefan Jacobus Hendrikus Petra
    申请人:Asml Netherlands Bv；Univ Delft Tech；
    IPC主号:G01B11-00
    专利说明:
    判斷微結構的結構參數之裝置及方法
    本發明係關於用於判斷微結構之結構參數(諸如，臨界尺寸及側壁角度)之方法及裝置。本發明可用於(例如)藉由微影技術之器件製造中。
    微影裝置為將所要圖案施加至基板上(通常施加至基板之目標部分上)之機器。微影裝置可用於(例如)積體電路(IC)製造中。在彼情況下，圖案化器件(其或者被稱作光罩或比例光罩)可用以產生待形成於IC之個別層上之電路圖案。可將此圖案轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，包含晶粒之部分、一個晶粒或若干晶粒)上。通常經由成像至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上而進行圖案之轉印。一般而言，單一基板將含有經順次地圖案化之鄰近目標部分之網路。已知微影裝置包括：所謂步進器，其中藉由一次性將整個圖案曝光至目標部分上來輻照每一目標部分；及所謂掃描器，其中藉由在給定方向(「掃描」方向)上經由輻射光束而掃描圖案同時平行或反平行於此方向而同步地掃描基板來輻照每一目標部分。亦有可能藉由將圖案壓印至基板上而將圖案自圖案化器件轉印至基板。
    為了監視微影程序，量測經圖案化基板之參數。參數可包括(例如)形成於經圖案化基板中或上之順次層之間的疊對誤差，及經顯影感光性抗蝕劑之臨界線寬。可對產品基板及/或對專用度量衡目標執行此量測。存在用於進行微影程序中所形成之顯微結構之量測的各種技術，包括掃描電子顯微鏡及各種專門工具之使用。快速且非侵入形式之專門檢測工具為散射計，其中將輻射光束引導至基板之表面上之目標上且量測散射或反射光束之屬性。藉由比較光束在其已藉由基板反射或散射之前與之後的屬性，可判斷基板之屬性。可(例如)藉由比較反射光束與儲存於同已知基板屬性相關聯之已知量測庫中之資料而進行此判斷。兩種主要類型之散射計為吾人所知。光譜散射計將寬頻帶輻射光束引導至基板上且量測經散射至特定窄角範圍內之輻射之光譜(作為波長之函數的強度)。角解析散射計使用單色輻射光束且量測作為角度之函數的散射輻射之強度。
    在微影處理中之物理尺寸縮減之情況下，當前散射計量測技術不能在準確度方面提供所需效能，且需要其他解決方案。換言之，迄今所實施之散射計量測技術對「看見(see)」目標之形狀之小變化不足夠敏感。若此等量測未看見此等小變化，則該等量測不能以所需準確度來量測該等小變化。一旦選擇偵測器、光源之波長及光學系統，此情形隨即為難以克服之限制。
    因此，需要在使用散射計時改良經圖案化基板之參數之量測準確度。
    根據本發明之一第一態樣，提供一種判斷一基板上之一目標之一結構參數之方法，該方法包含如下步驟：使用一投影系統而用一第一相干輻射光束來照明該目標之一第一區域；量測起因於該第一區域之該照明之一繞射強度圖案；使用該投影系統而用一第二相干輻射光束來照明自該第一區域偏移且與該第一區域重疊的該目標之一第二區域；量測起因於該第二區域之該照明之一第二繞射強度圖案；自該等經量測之第一及第二繞射強度圖案擷取相位資訊；使用一經估計結構參數來模型化該目標以演算一經模型化繞射強度圖案及經模型化相位資訊；藉由比較該第一經量測繞射強度圖案及該第二經量測繞射強度圖案中至少一者及該經擷取相位與該經演算之經模型化繞射強度圖案及該經模型化相位資訊來判斷對應於該經估計結構參數的該目標之該結構參數。
    根據本發明之一第二態樣，提供一種用於判斷一基板上之一目標之一結構參數之檢測裝置，該裝置包含：一投影系統，其經組態以用一第一相干輻射光束來照明該目標之一第一區域；一量測系統，其經組態以量測起因於該第一區域之該照明之一繞射強度圖案，其中該投影系統經組態以用一第二相干輻射光束來照明自該第一區域偏移且與該第一區域重疊的該目標之一第二區域，且該量測系統經組態以量測起因於該第二區域之該照明之一第二繞射強度圖案；及一處理器，其經組態以自該等經量測之第一及第二繞射強度圖案擷取相位資訊、使用一經估計結構參數來模型化該目標以演算一經模型化繞射強度圖案及經模型化相位資訊、藉由比較該第一經量測繞射強度圖案及該第二經量測繞射強度圖案中至少一者及該經擷取相位與該經演算之經模型化繞射強度圖案及該經模型化相位資訊來判斷對應於該經估計結構參數的該目標之該結構參數。
    根據本發明之一第三態樣，提供一種含有機器可讀指令之一或多個序列之電腦程式產品，該等機器可讀指令用於判斷一基板上之一目標之一結構參數，該等指令經調適以使一或多個處理器執行一方法，該方法包含：使用一投影系統而用一第一相干輻射光束來照明該目標之一第一區域；量測起因於該第一區域之該照明之一繞射強度圖案；使用該投影系統而用一第二相干輻射光束來照明自該第一區域偏移且與該第一區域重疊的該目標之一第二區域；量測起因於該第二區域之該照明之一第二繞射強度圖案；自該等經量測之第一及第二繞射強度圖案擷取相位資訊；使用一經估計結構參數來模型化該目標以演算一經模型化繞射強度圖案及經模型化相位資訊；藉由比較該第一經量測繞射強度圖案及該第二經量測繞射強度圖案中至少一者及該經擷取相位與該經演算之經模型化繞射強度圖案及該經模型化相位資訊來判斷對應於該經估計結構參數的該目標之該結構參數。
    下文參看隨附圖式來詳細地描述本發明之另外特徵及優點，以及本發明之各種實施例之結構及操作。應注意，本發明不限於本文所描述之特定實施例。本文僅出於說明性目的而呈現此等實施例。基於本文所含有之教示，額外實施例對於熟習相關技術者將顯而易見。
    併入本文中且形成本說明書之部分的隨附圖式說明本發明，且連同[實施方式]進一步用來解釋本發明之原理且使熟習相關技術者能夠製造及使用本發明。
    本說明書揭示併入本發明之特徵之一或多個實施例。所揭示實施例僅僅例示本發明。本發明之範疇不限於所揭示實施例。本發明係藉由此處所附加之申請專利範圍界定。
    所描述實施例及在本說明書中對「一實施例」、「一實例實施例」等等之參考指示所描述實施例可能包括一特定特徵、結構或特性，但每一實施例可能未必包括該特定特徵、結構或特性。此外，此等片語未必指代同一實施例。另外，當結合一實施例來描述一特定特徵、結構或特性時，應理解，無論是否予以明確地描述，結合其他實施例來實現此特徵、結構或特性皆在熟習此項技術者之知識範圍內。
    本發明之實施例可以硬體、韌體、軟體或其任何組合予以實施。本發明之實施例亦可實施為儲存於機器可讀媒體上之指令，該等指令可藉由一或多個處理器讀取及執行。機器可讀媒體可包括用於儲存或傳輸呈可藉由機器(例如，計算器件)讀取之形式之資訊的任何機構。舉例而言，機器可讀媒體可包括：唯讀記憶體(ROM)；隨機存取記憶體(RAM)；磁碟儲存媒體；光學儲存媒體；快閃記憶體器件；電學、光學、聲學或其他形式之傳播信號(例如，載波、紅外線信號、數位信號，等等)；及其他者。另外，韌體、軟體、常式、指令可在本文中被描述為執行某些動作。然而，應瞭解，此等描述僅僅係出於方便起見，且此等動作事實上係由計算器件、處理器、控制器或執行韌體、軟體、常式、指令等等之其他器件引起。
    然而，在更詳細地描述此等實施例之前，有指導性的是呈現可供實施本發明之實施例之實例環境。
    圖1示意性地描繪微影裝置。該裝置包含：照明系統(照明器)IL，其經組態以調節輻射光束B(例如，UV輻射或DUV輻射)；支撐結構(例如，光罩台)MT，其經建構以支撐圖案化器件(例如，光罩)MA，且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該圖案化器件之第一定位器PM；基板台(例如，晶圓台)WT，其經建構以固持基板(例如，抗蝕劑塗佈晶圓)W，且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該基板之第二定位器PW；及投影系統(例如，折射投影透鏡系統)PL，其經組態以將藉由圖案化器件MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C(例如，包含一或多個晶粒)上。
    照明系統可包括用於引導、塑形或控制輻射的各種類型之光學組件，諸如，折射、反射、磁性、電磁、靜電或其他類型之光學組件，或其任何組合。
    支撐結構支撐(亦即，承載)圖案化器件。支撐結構以取決於圖案化器件之定向、微影裝置之設計及其他條件(諸如，圖案化器件是否被固持於真空環境中)的方式來固持圖案化器件。支撐結構可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術以固持圖案化器件。支撐結構可為(例如)框架或台，其可根據需要而固定或可移動。支撐結構可確保圖案化器件(例如)相對於投影系統處於所要位置。可認為本文對術語「比例光罩」或「光罩」之任何使用皆與更通用之術語「圖案化器件」同義。
    本文所使用之術語「圖案化器件」應被廣泛地解釋為指代可用以在輻射光束之橫截面中向輻射光束賦予圖案以便在基板之目標部分中創製圖案的任何器件。應注意，舉例而言，若被賦予至輻射光束之圖案包括相移特徵或所謂輔助特徵，則圖案可能不會確切地對應於基板之目標部分中之所要圖案。通常，被賦予至輻射光束之圖案將對應於目標部分中所創製之器件(諸如，積體電路)中之特定功能層。
    圖案化器件可為透射的或反射的。圖案化器件之實例包括光罩、可程式化鏡面陣列，及可程式化LCD面板。光罩在微影中為吾人所熟知，且包括諸如二元、交變相移及衰減相移之光罩類型，以及各種混合光罩類型。可程式化鏡面陣列之一實例使用小鏡面之矩陣配置，該等小鏡面中每一者可個別地傾斜，以便在不同方向上反射入射輻射光束。傾斜鏡面在藉由鏡面矩陣反射之輻射光束中賦予圖案。
    本文所使用之術語「投影系統」應被廣泛地解釋為涵蓋適於所使用之曝光輻射或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用之其他因素的任何類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、磁性、電磁及靜電光學系統，或其任何組合。可認為本文對術語「投影透鏡」之任何使用皆與更通用之術語「投影系統」同義。
    如此處所描繪，裝置為透射類型(例如，使用透射光罩)。或者，裝置可為反射類型(例如，使用如上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列，或使用反射光罩)。
    微影裝置可為具有兩個(雙載物台)或兩個以上基板台(及/或兩個或兩個以上光罩台)之類型。在此等「多載物台」機器中，可並行地使用額外台，或可在一或多個台上進行預備步驟，同時將一或多個其他台用於曝光。
    微影裝置亦可為如下類型：其中基板之至少一部分可藉由具有相對高折射率之液體(例如，水)覆蓋，以便填充在投影系統與基板之間的空間。亦可將浸潤液體施加至微影裝置中之其他空間，例如，在光罩與投影系統之間的空間。浸潤技術在此項技術中被熟知用於增加投影系統之數值孔徑。如本文所使用之術語「浸潤」不意謂諸如基板之結構必須浸沒於液體中，而是僅意謂液體在曝光期間位於投影系統與基板之間。
    參看圖1，照明器IL自輻射源SO接收輻射光束。舉例而言，當輻射源為準分子雷射時，輻射源及微影裝置可為分離實體。在此等狀況下，不認為輻射源形成微影裝置之部件，且輻射光束係憑藉包含(例如)合適引導鏡面及/或光束擴展器之光束遞送系統BD而自輻射源SO傳遞至照明器IL。在其他狀況下，舉例而言，當輻射源為水銀燈時，輻射源可為微影裝置之整體部件。輻射源SO及照明器IL連同光束遞送系統BD(在需要時)可被稱作輻射系統。
    照明器IL可包含用於調整輻射光束之角強度分佈之調整器AD。通常，可調整照明器之光瞳平面中之強度分佈的至少外部徑向範圍及/或內部徑向範圍(通常分別被稱作σ外部及σ內部)。此外，照明器IL可包含各種其他組件，諸如，積光器IN及聚光器CO。照明器可用以調節輻射光束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分佈。
    輻射光束B入射於被固持於支撐結構(例如，光罩台MT)上之圖案化器件(例如，光罩MA)上，且係藉由圖案化器件而圖案化。在已橫穿光罩MA之情況下，輻射光束B傳遞通過投影系統PL，投影系統PL將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置感測器IF(例如，干涉量測器件、線性編碼器、2-D編碼器或電容性感測器)，可準確地移動基板台WT，例如，以便使不同目標部分C定位於輻射光束B之路徑中。相似地，第一定位器PM及另一位置感測器(其未在圖1中被明確地描繪)可用以(例如)在自光罩庫之機械擷取之後或在掃描期間相對於輻射光束B之路徑來準確地定位光罩MA。一般而言，可憑藉形成第一定位器PM之部件之長衝程模組(粗略定位)及短衝程模組(精細定位)來實現光罩台MT之移動。相似地，可使用形成第二定位器PW之部件之長衝程模組及短衝程模組來實現基板台WT之移動。在步進器(相對於掃描器)之狀況下，光罩台MT可僅連接至短衝程致動器，或可固定。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準光罩MA及基板W。儘管所說明之基板對準標記佔據專用目標部分，但該等標記可位於目標部分之間的空間中(此等標記被稱為切割道對準標記)。相似地，在一個以上晶粒提供於光罩MA上之情形中，光罩對準標記可位於該等晶粒之間。
    所描繪裝置可用於以下模式中至少一者中：
    1.在步進模式中，在將被賦予至輻射光束之整個圖案一次性投影至目標部分C上時，使光罩台MT及基板台WT保持基本上靜止(亦即，單次靜態曝光)。接著，使基板台WT在X及/或Y方向上移位，使得可曝光不同目標部分C。在步進模式中，曝光場之最大大小限制單次靜態曝光中所成像之目標部分C之大小。
    2.在掃描模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，同步地掃描光罩台MT及基板台WT(亦即，單次動態曝光)。可藉由投影系統PL之放大率(縮小率)及影像反轉特性來判斷基板台WT相對於光罩台MT之速度及方向。在掃描模式中，曝光場之最大大小限制單次動態曝光中之目標部分之寬度(在非掃描方向上)，而掃描運動之長度判斷目標部分之高度(在掃描方向上)。
    3.在另一模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，使光罩台MT保持基本上靜止，從而固持可程式化圖案化器件，且移動或掃描基板台WT。在此模式中，通常使用脈衝式輻射源，且在基板台WT之每一移動之後或在一掃描期間之順次輻射脈衝之間根據需要而更新可程式化圖案化器件。此操作模式可易於應用於利用可程式化圖案化器件(諸如，上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列)之無光罩微影。
    亦可使用對上文所描述之使用模式之組合及/或變化或完全不同之使用模式。
    如圖2所示，微影裝置LA形成微影製造單元(lithographic cell)LC(有時亦被稱作叢集)之部件，其亦包括用以對基板執行曝光前程序及曝光後程序之裝置。通常，此等裝置包括用以沈積抗蝕劑層之旋塗器SC、用以顯影經曝光抗蝕劑之顯影器DE、冷卻板CH，及烘烤板BK。基板處置器或機器人RO自輸入/輸出埠I/O1、I/O2拾取基板、在不同程序裝置之間移動基板，且接著將基板遞送至微影裝置之裝載匣LB。通常被集體地稱作塗佈顯影系統之此等器件係在塗佈顯影系統控制單元TCU之控制下，塗佈顯影系統控制單元TCU自身受到監督控制系統SCS控制，監督控制系統SCS亦經由微影控制單元LACU而控制微影裝置。因此，可操作不同裝置以最大化產出率及處理效率。
    為了正確地且一致地曝光藉由微影裝置曝光之基板，需要檢測經曝光基板以量測屬性，諸如，後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)，等等。若偵測誤差，則可對後續基板之曝光進行調整(尤其是在可足夠迅速地且快速地進行檢測以使得同一批量之其他基板仍待曝光的情況下)。又，已經曝光之基板可被剝離及重做(以改良良率)或被捨棄，藉此避免對已知有缺陷之基板執行曝光。在基板之僅一些目標部分有缺陷之狀況下，可僅對良好之彼等目標部分執行另外曝光。
    使用檢測裝置以判斷基板之屬性，且尤其是判斷不同基板或同一基板之不同層之屬性如何在層與層之間變化。檢測裝置可整合至微影裝置LA或微影製造單元LC中，或可為單獨器件。為了實現最快速量測，需要使檢測裝置在曝光之後立即量測經曝光抗蝕劑層中之屬性。然而，抗蝕劑中之潛影具有極低對比度(在已曝光至輻射的抗蝕劑之部分與尚未曝光至輻射的抗蝕劑之部分之間僅存在極小折射率差)，且並非所有檢測裝置皆具有對進行潛影之有用量測之足夠敏感度。因此，可在曝光後烘烤步驟(PEB)之後採取量測，曝光後烘烤步驟(PEB)通常為對經曝光基板所進行之第一步驟且其增加抗蝕劑之經曝光部分與未經曝光部分之間的對比度。在此階段，抗蝕劑中之影像可被稱作半潛像(semi-latent)。亦有可能進行經顯影抗蝕劑影像之量測(此時，抗蝕劑之經曝光部分或未經曝光部分已被移除)或在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後進行經顯影抗蝕劑影像之量測。後者可能性限制重做有缺陷基板之可能性，但仍可提供有用資訊。
    圖3描繪已知散射計。散射計包含將輻射投影至基板W上之寬頻帶(白光)輻射投影儀2。反射輻射傳遞至光譜計偵測器4，光譜計偵測器4量測鏡面反射輻射之光譜10(作為波長之函數的強度)。自此資料，可藉由處理單元PU(例如，藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸，或藉由與如圖3之底部處所示之經模擬光譜庫的比較)來重新建構引起經偵測光譜之結構或剖面。一般而言，對於重新建構，結構之一般形式為吾人所知，且自供製造結構之程序之知識來假定一些參數，從而使自散射量測資料來判斷結構之僅少許參數。此散射計可經組態為正入射散射計或斜入射散射計。
    圖4中展示可與本發明之一實施例一起使用的另一散射計。在此器件中，藉由輻射源2發射之輻射係使用透鏡系統12予以準直且透射通過干涉濾光器13及偏振器17、藉由部分反射表面16反射且經由顯微鏡接物鏡15而聚焦至基板W上，顯微鏡接物鏡15具有高數值孔徑(NA)，其較佳地為至少0.9且更佳地為至少0.95。浸潤散射計可甚至具有數值孔徑超過1之透鏡。反射輻射接著通過部分反射表面16而透射至偵測器18中，以便偵測散射光譜。偵測器可位於處於透鏡系統15之焦距之背部投影式光瞳平面11中，然而，該光瞳平面可代替地用輔助光學件(圖中未繪示)而再成像至偵測器上。光瞳平面為輻射之徑向位置界定入射角且角位置界定輻射之方位角的平面。偵測器較佳地為二維偵測器，使得可量測基板目標30之二維角散射光譜。偵測器18可為(例如)CCD或CMOS感測器陣列，且可使用為(例如)每圖框40毫秒之積分時間。
    舉例而言，通常使用參考光束以量測入射輻射之強度。為了進行此量測，當輻射光束入射於光束分裂器16上時，使輻射光束之部分作為參考光束朝向參考鏡面14而透射通過該光束分裂器。接著將參考光束投影至同一偵測器18之不同部件上，或者，投影至不同偵測器(圖中未繪示)上。
    干涉濾光器13之集合可用以選擇在為(比如)405奈米至790奈米或甚至更低(諸如，200奈米至300奈米)之範圍內之所關注波長。干涉濾光器可為可調諧的，而非包含不同濾光器之集合。可代替干涉濾光器而使用光柵。
    偵測器18可量測散射光在單一波長(或窄波長範圍)下之強度、分離地在多個波長下之強度，或遍及一波長範圍所積分之強度。此外，偵測器可分離地量測橫向磁偏振光及橫向電偏振光之強度，及/或橫向磁偏振光與橫向電偏振光之間的相位差。
    基板W上之目標30可為1-D光柵，其經印刷成使得在顯影之後，條狀物(bar)係由固體抗蝕劑線形成。目標30可為2-D光柵，其經印刷成使得在顯影之後，光柵係由抗蝕劑中之固體抗蝕劑導柱或導孔形成。或者，條狀物、導柱或導孔可被蝕刻至基板中。此圖案對微影投影裝置(特別是投影系統PL)中之色像差敏感，且照明對稱性及此等像差之存在將使其自身表現為經印刷光柵之變化。因此，使用經印刷光柵之散射量測資料以重新建構光柵。自印刷步驟及/或其他散射量測程序之知識，可將1-D光柵之參數(諸如，線寬度及形狀)或2-D光柵之參數(諸如，導柱或導孔寬度或長度或形狀)輸入至藉由處理單元PU執行之重新建構程序。
    如上文所描述，目標係在基板之表面上。此目標通常將採取在光柵中之一系列線之形狀或在2-D陣列中之實質上矩形結構之形狀。度量衡嚴密光學繞射理論之目的有效地為演算自目標所反射之繞射光譜。換言之，針對CD(臨界尺寸)均一性及疊對度量衡來獲得目標形狀資訊。疊對度量衡為供量測兩個目標之疊對以便判斷基板上之兩個層是否對準的量測系統。CD均一性簡單地為用以判斷微影裝置之曝光系統如何運行的光譜上之光柵之均一性之量測。具體而言，CD或臨界尺寸為「書寫」於基板上之物件之寬度且為微影裝置物理上能夠在基板上書寫之極限。
    在結合目標結構(諸如，目標30)及其繞射屬性之模型化而使用上文所描述之散射計中之一者的情況下，可以數種方式執行該結構之形狀及其他參數之量測。在藉由圖5表示的第一類型之程序中，演算基於目標形狀(第一候選結構)之第一估計之繞射圖案，且比較該繞射圖案與經觀測繞射圖案。接著系統地變化模型之參數且以一系列反覆重新演算繞射，以產生新候選結構且因此達到最好擬合。在藉由圖6表示的第二類型之程序中，預先演算針對許多不同候選結構之繞射光譜以創製繞射光譜「庫」。接著，比較自量測目標所觀測之繞射圖案與經演算光譜庫以找到最好擬合。可一起使用兩種方法：可自庫獲得粗略擬合，繼之以進行反覆程序以找到最好擬合。
    更詳細地參看圖5，將總括地描述進行目標形狀及/或材料屬性之量測之方式。對於此描述，將假定目標在僅1個方向上係週期性的(1-D結構)。實務上，目標可在2個方向上係週期性的(2維結構)，且將相應地調適處理。
    在步驟502中：使用散射計(諸如，上文所描述之散射計)來量測基板上之實際目標之繞射圖案。將此經量測繞射圖案轉遞至諸如電腦之演算系統。演算系統可為上文所提及之處理單元PU，或其可為分離裝置。
    在步驟503中：建立「模型配方」，其依據數個參數ai(a1、a2、a3等等)來界定目標結構之參數化模型。在1D週期性結構中，此等參數可表示(例如)側壁之角度、特徵之高度或深度、特徵之寬度。目標材料及基礎層之屬性亦係藉由諸如折射率(在存在於散射量測輻射光束中之特定波長下)之參數表示。下文將給出特定實例。重要地，雖然目標結構可藉由描述其形狀及材料屬性之許多參數界定，但出於以下程序步驟之目的，模型配方將界定此等參數中之許多參數以具有固定值，而其他參數將為可變或「浮動」參數。吾人在下文進一步描述供進行在固定參數與浮動參數之間的選擇之程序。此外，吾人將引入可准許參數變化而不為完全獨立浮動參數之方式。出於描述圖5之目的，僅將可變參數視為參數pi。
    在步驟504中：藉由設定浮動參數之初始值ai (0)(亦即，a1 (0)、a2 (0)、a3 (0)等等)來估計模型目標結構。將在某些預定範圍內產生每一浮動參數，如配方中所界定。
    在步驟506中：使用表示經估計目標結構之參數(包括形狀，連同模型之不同元件之光學屬性)以(例如)使用諸如RCWA之嚴密光學繞射方法或馬克士威(Maxwell)方程式之任何其他解算程序來演算散射屬性。此演算給出經估計目標結構之經估計或模型繞射圖案。
    在步驟508及510中：接著比較經量測繞射圖案與模型繞射圖案，且使用其相似性及差異以演算模型目標結構之「優質化函數(merit function)」。
    在步驟512中：在假定優質化函數指示在模型準確地表示實際目標結構之前需要改良模型的情況下，估計新參數a1 (1)、a2 (1)、a3 (1)等等，且將該等新參數反覆地回饋至步驟506中。重複步驟506至512。
    為了輔助搜尋，步驟506中之演算可在參數空間中之此特定區域中進一步產生優質化函數之偏導數，其指示增加或減低參數將會增加或減低優質化函數之敏感度。優質化函數之演算及導數之使用在此項技術中通常為吾人所知，且此處將不予以詳細地描述。
    在步驟514中：當優質化函數指示此反覆程序已以所要準確度收斂於一解時，將當前經估計參數報告為實際目標結構之量測。
    此反覆程序之計算時間係主要地藉由所使用之前向繞射模型判斷，亦即，使用嚴密光學繞射理論而自經估計目標結構來演算經估計模型繞射圖案。若需要更多參數，則存在更多自由度。演算時間原則上隨著自由度之數目之冪而增加。可以各種形式來表達在506處所演算之經估計或模型繞射圖案。若以與在步驟502中所產生之經量測圖案相同的形式來表達經演算圖案，則會簡化比較。舉例而言，可容易地比較經模型化光譜與藉由圖3之裝置量測之光譜；可容易地比較經模型化光瞳圖案與藉由圖4之裝置量測之光瞳圖案。
    貫穿自圖5向前之此描述，在假定使用圖4之散射計的情況下，將使用術語「繞射圖案」。熟習此項技術者可易於使教示適應於不同類型之散射計，或甚至適應於其他類型之量測器具。
    圖6說明一替代實例程序，其中預先演算針對不同經估計目標形狀(候選結構)之複數個模型繞射圖案，且將該複數個模型繞射圖案儲存於庫中以供與實際量測之比較。基礎原理及術語學係與用於圖5之程序之基礎原理及術語學相同。圖6之程序之步驟為：在步驟602中：開始產生庫之程序。可針對每一類型之目標結構來產生一分離庫。庫可藉由量測裝置之使用者根據需要而產生，或可藉由該裝置之供應商預產生。
    在步驟603中：建立「模型配方」，其依據數個參數ai(a1、a2、a3等等)來界定目標結構之參數化模型。考慮因素相似於反覆程序之步驟503中之考慮因素。
    在步驟604中：舉例而言，藉由產生所有參數之隨機值來產生參數a1 (0)、a2 (0)、a3 (0)等等之第一集合，該等參數各自係在其預期值範圍內。
    在步驟606中：演算模型繞射圖案且將其儲存於庫中，其表示自藉由參數表示之目標結構所預期之繞射圖案。
    在步驟608中：產生結構參數a1 (1)、a2 (1)、a3 (1)等等之新集合。重複步驟606至608達數十次、數百次或甚至數千次，直至包含所有經儲存之經模型化繞射圖案之庫被判定為足夠完整為止。每一經儲存圖案表示在多維參數空間中之一樣本點。庫中之樣本應以足夠密度填入樣本空間以使得將足夠接近地表示任何實際繞射圖案。
    在步驟610中：在產生庫之後(但可在產生庫之前)，將實際目標30置放於散射計中且量測其繞射圖案。
    在步驟612中：比較經量測圖案與儲存於庫中之經模型化圖案以找到最好匹配圖案。可與庫中之每一樣本進行比較，或可使用更系統之搜尋策略，以縮減計算負擔。
    在步驟614中：若找到匹配，則可將用以產生匹配庫圖案之經估計目標結構判斷為近似物件結構。將對應於匹配樣本之結構參數輸出為經量測結構參數。可直接地對模型繞射信號執行匹配程序，或可對經最佳化以供快速評估之取代模型執行匹配程序。
    在步驟616中：視情況，將最近匹配樣本用作起點，且使用改進程序以獲得供報告之最終參數。舉例而言，此改進程序可包含極相似於圖5所示之反覆程序的反覆程序。
    是否需要改進步驟616為實施者之選擇問題。若庫被極密集地取樣，則因為將總是找到良好匹配，所以可能不需要反覆改進。另一方面，對於實務使用，此庫可能太大。因此，一實務解決方案係針對粗略參數集合來使用庫搜尋，繼之以使用優質化函數進行一或多次反覆以判斷更準確參數集合而以所要準確度報告目標基板之參數。在執行額外反覆時，將經演算繞射圖案及關聯經改進參數集合作為新條目添加於庫中將為一選項。以此方式，可最初使用一庫，該庫係基於相對少量計算工作量，但使用改進步驟616之計算工作量而建置成較大庫。無論使用哪一方案，亦可基於多個候選結構之匹配之良好度而獲得經報告可變參數中之一或多者之值的另外改進。舉例而言，可藉由在兩個或兩個以上候選結構之參數值之間內插而產生最終報告之參數值(假定彼等候選結構之兩者或全部具有高匹配記分)。
    此反覆程序之計算時間係主要地藉由步驟506及606處之前向繞射模型判斷，亦即，使用嚴密光學繞射理論而自經估計目標結構來演算經估計模型繞射圖案。
    本發明之實施例在穩固性方面改良散射量測技術，而以較好準確度給出量測。為了進行彼改良，吾人將藉由雷射發射之光用作源。在已知散射計中，光源為放電燈，其在波長濾光之後可被視為準單色但空間不相干之源。相對於已知散射量測技術之差異在於藉由雷射產生之輻射之相干屬性。此處，不僅強度而且相位資訊係可用的，且此情形可有利地用以縮減量測不確定度。在一實施例中，途徑係將雷射通過光學系統而聚焦成極小光點(具有間距之大小之半徑)且接著掃描整個樣本。雖然僅記錄強度，但在任何狀況下存在相位資訊，且若不同掃描部分重疊，則存在自僅強度量測擷取相位資訊之足夠冗餘。可經由相位擷取演算法而擷取相位，諸如Rodenburg等人所描述[17]。另外，該技術允許在必要時僅研究目標之部分。
    在一實施例中，聚焦光點入射於目標光柵上，且量測散射光強度。接著，使光柵相對於入射光點之相對位置移位，從而保持與先前位置之某一重疊，且再次記錄強度。使用經量測強度集合以擷取相位資訊。在額外資訊(其為相位，而不僅僅是強度)可用之情況下，可進行目標結構參數之較好估計(具有較小不確定度)。
    圖7說明根據本發明之一實施例的檢測裝置。參看圖7，將來自雷射源S1之相干光耦合至單模光纖F1中且引導至投影系統(L1至L2)。速鏡L1準直來自光纖F1之光。用偏振器P1使經準直光束線性地偏振。接著藉由非偏振光束分裂器BS1(視情況，經由空間光調變器SLM(若使目標位置相對於入射光束而移位，則不需要SLM，如下文所描述))部分地透射光束，且用高NA顯微鏡接物鏡L2將光束聚焦至樣本S2上。在平移載物台S3之情況下，可沿著x方向及y方向平移樣本S2，因此充當用以使目標與投影系統之間的相對位置移位之致動器。用接物鏡L2來捕獲來自目標樣本S2之散射光且藉由非偏振光束分裂器BS1部分地反射該散射光。在透鏡L3及L4之情況下，將顯微鏡物鏡L2之背焦平面成像至攝影機D1上。用電腦C1來處理量測系統攝影機D1之影像。
    圖8說明針對使用相干照明之光柵之前向繞射模型(直接散射問題)的步驟。傳統的直接散射問題為吾人知道物件及入射場且想要判斷此場如何被物件散射的問題。
    首先，界定輸入資料(802)。考量光柵之形狀(依據有限數目個參數而參數化)以及所涉及之任何材料之折射率。又，考量入射光之波長、顯微鏡物鏡之數值孔徑(NA)、藉由顯微鏡物鏡聚焦之場之空間分佈，及偵測器。接著，下一步驟804係使用此資訊以產生在空間中之所有方向上藉由週期性光柵散射之場。為了進行彼步驟，使用解算馬克士威方程式之嚴密電磁解算程序連同連續性條件以演算電散射場之每一分量之振幅及相位。對於週期性結構有效率之方法為嚴密耦合波分析(RCWA)。在應用RCWA之後，吾人得到所有繞射階之複合振幅(複合意謂實振幅及實相位)。
    在本發明之一實施例中，用以計算繞射振幅R n 之演算法工作如下：在給出空間中之一方向的情況下，挑選所有入射平面波，該等入射平面波為聚焦場之平面波光譜之部分，其使其繞射階中之一者在彼方向上傳播。
    針對所有所需方向來重複步驟1。
    最後步驟806係針對所有方向來產生輸出，即，強度分佈。如何進行此步驟取決於入射場之相干屬性。
    對於相干照明(其中M個繞射階在給定方向上傳播)，藉由下式給出總強度：
    此情形不同於不相干照明之狀況，其中藉由下式給出總強度：
    一旦繞射圖案集合可用，隨即可使用[15至17]中所描述之自參考式反覆方法來擷取相位。首先，吾人進行針對目標之振幅及相位之猜測。對於照明之一個位置，接著藉由對近場進行傅立葉(Fourier)變換來計算遠場，如藉由RCWA所提供。接著藉由強加藉由經量測強度繞射圖案提供之正確振幅來校正以此方式所獲得之繞射圖案(可能不正確)，而不改變相位。接著，進行反傅立葉變換以倒回至近場以獲得物件之較好估計。以反覆方式針對所有經量測繞射圖案而重複之程序收斂至相位繞射圖案之最終估計(最初不可單獨地得自強度量測)。
    在下文，吾人描述當將空間相干光用於照明時可如何改良光學散射量測之效能。分析係基於當將空間相干光或完全不相干光用作照明時結構參數之量測之經估計不確定度之間的比較。
    在章節2中，選擇用於繞射光柵及照明之模型，而在章節3中，吾人論述用以估計關於結構參數之不確定度之統計模型。在章節4中，論述工作之主要結果，且接著在結論中呈現概述。
    2.用於光柵及照明之模型。
    吾人假定吾人具有完美週期性之一維對稱無限繞射光柵，其具有空間週期L。就一維而言，吾人意謂光柵屬性沿著一個方向(例如，y軸)係不變的，而其沿著另一方向(x軸)係週期性的。為了簡單起見，且在不實際地損失一般性之情況下，吾人將考慮簡單結構，如圖9所示之結構。模型光柵由折射率為n bulk 之塊體902或基板與在其頂部上折射率為n top 之不同介質904組成。假定周圍介質906為空氣，其中n=1。通常，以良好準確度知道空間週期，但不知道一個週期內之實際形狀。可依據表示必須藉由量測判斷之實際未知數之給定數目個參數來參數化此形狀。在本狀況下，吾人考慮經由如下三個參數而完全地描述之梯形形狀：側壁角度(swa)、半高臨界尺寸(midcd)及高度(h)，如圖9所示。
    在模型化光柵之後，吾人必須指定照明之屬性。來自源之光傳遞通過高NA物鏡且隨後聚焦至光柵上。在與光柵相互作用之後，散射光之部分再次係藉由同一物鏡收集且被引導至偵測器。使用接物鏡之優點在於如下事實：有可能同時用不同入射平面波(位於NA內之所有彼等平面波)來照明光柵。吾人將假定在物鏡之背焦平面中存在均一場分佈，且透鏡之作用僅係將來自彼平面之每一點之光轉換成照射於光柵自身上之平面波。
    使用相干光與使用不相干光之間的比較將基於最大概似估計，如下一章節中所解釋。
    3.經估計不確定度。
    將假定在物鏡之前的入射光之偏振可受到控制，且參看圖9，可沿著x或y方向。對於彼兩種正交入射偏振中任一者，在無偏振選擇之情況下量測完全散射光。此情形導致分別對應於光瞳中之x及y入射偏振光之兩個遠場強度量測(比如，I x 及I y )。吾人可將I x 及I y 分組成由強度資料點集合{}(i=1,...N)組成之唯一量測輸出，其中N=2N det 表示點之總數目且N det 為偵測器上之像素之數目。指數m回憶起其處理經量測資料。
    僅當選擇嚴密計算方法時，遍及實驗之可能成果之預測才係可能的。在吾人之狀況下，吾人使用嚴密耦合波分析(RCWA)[9、10、11]，其被認為對於週期性結構係計算有效率的。若p i 表示第i資料點之已知物理條件(比如，入射角、波長、偏振，等等)且a表示形狀參數之空間，則可將模擬之結果書寫為{I(p i ,a)}。因為形狀參數a之實際值係未知的，所以一般而言，吾人不能預期{}與{I(p i ,a)}重合。另外，每一實驗受到雜訊影響，此意謂：連同資料{}，吾人亦具有對應不確定度{σ i }(i=1,...N)。在遵循[12]中所建議之途徑時，吾人假定經量測資料之雜訊常態地分佈，其中標準偏差僅僅係藉由經量測不確定度{σ i }給出[13]。又，為了簡單起見，將自現在起假定σ i =σ( i)。合理的是宣稱：當形狀參數集合在某一準確度內與實際形狀參數集合重合時，則在量測與模擬之間的距離應為最小值。在統計理論中，用以界定此距離之良好方式係使用χ2分佈： 且尋找最小化該分佈之彼參數集合a min [14]。當然，在理想無雜訊系統(亦即，σ i =0( i))且假定數學模型完整之狀況下，χ2之最小值將為零且將確切地導致無任何不確定度之正確參數集合。然而，將總是存在某一雜訊，且此情形提出參數估計之良好或準確程度之問題。
    此途徑中所關注之內容為：可藉由圍繞最小值以泰勒(Taylor)級數展開方程式1來導出關於形狀參數之所有經估計不確定度(比如，△a)。此展開式之第二階導數為：
    通常，忽略方程式2中含有第二階導數之項，此係因為對點之大數目N之求和趨向於使差達到平均數。此假定導致矩陣{α jk }： 其係與針對形狀參數a之經估計3均方偏差不確定度有關，如在下式中： 其中[C jk ]=[α jk ]-1。此等不確定度之分析對於檢查整個系統之良好程度係基本的。事實上，大不確定度意謂該技術不解析形狀參數之大變化，此情形又表示相對於光柵之剖面之極低敏感度。換言之，大不確定度暗示集合a之若干實現值係與量測同等地相容且該技術不能鑑別該等實現值及該等量測。另一方面，小不確定度為可達到之良好準確度(在判斷形狀參數方面)之指示。由此可見，關於形狀參數之對應經估計不確定度之間的比較為用以判斷該技術是否好於其他技術之方式。
    在下一章節中，吾人轉至藉由論述很少實例來進行此比較(當將相干或不相干光用作照明時)。
    4.空間相干光與空間不相干光之間的比較
    一旦用於光柵及用於關於其形狀參數之經估計不確定度之模型可用，吾人隨即準備分析相干之效應。然而，應闡明一個態樣。當將單色空間不相干光用作源時，其不能聚焦於小面積中。此暗示大光點立刻照明光柵之大部分。當使用相同波長之雷射時，則光點大小可為大約該波長，因而變得與間距大小相當。由此可見，在後者狀況下，為了覆蓋光柵，必須實施掃描方案。可實現不同掃描策略。在一實施例中，吾人將假設在物件之掃描期間在兩個鄰近位置之間總是存在良好重疊。此重疊最近有利地用於相位擷取問題之內容背景中，在該內容背景中，該重疊對於重新建構原始物件之振幅及相位係基本的[15、16、17]。為了進行清楚比較，吾人亦應考量到，因為掃描會添加更多額外資料點且回憶起最終不確定度隨著資料點之總數目N作為1/而按比例調整，所以更多點暗示較小不確定度。更精確而言，若在不相干照明之狀況下考慮僅一個位置且針對相干照明考慮M個位置，則在後者狀況下，每一不確定度必須藉由乘以因數而增加。此為吾人已藉由除以點之數目N而以稍微不同方式(相對於在文獻中所發現之標準形式)在方程式1中界定χ2分佈的原因。以此方式，吾人已移除僅源於具有不同數目個資料點的不確定度之任何差。
    針對掃描之需要具有另外後果。自實務觀點，其明顯地使量測程序較慢，此係因為需要更多獲取步驟。另一方面，其亦影響不確定度估計分析，如此處所呈現。事實上，在每一新位置處，有必要嚴密地解決在入射場與光柵之間的散射問題，此情形耗時。幸運地，在理想無限週期性光柵之狀況下，可容易地僅僅藉由調整相位而自同一原始位置導出任何移位位置中之第n繞射階之複合振幅R n 。
    一旦原始組態(亦即，無任何移位)中之結果可用，隨即沒有必要在使照明移位達量△x之後重新執行額外模擬以計算所有繞射階之複合振幅。在此章節中，吾人導出進行彼重新執行所需要之相移之表達。
    吾人假定入射場E inc (x,y,z)照射於無限光柵上，無限光柵沿著y方向係不變的。E inc (x,y,z)可為任何一般場，但吾人將僅集中於平面波中之一者u exp[i(k x x+k y y+k z z)]，其表示該場之角光譜。照常，k x 、k y 、k z 為入射波之波向量之分量，且u為描述偏振狀態之單位向量。接著可依據如[18、19]之瑞立(Rayleigh)展開式來書寫在光柵上方之總場： 其中k xn 、k yn 及k zn 為第n平面波之波向量之分量，其中++=k 2，其中k=2π/λ。自布拉格定律(Bragg's law)，吾人知道k xn 、k yn 及k zn 係經由如下關係而與k x 、k y 及k z 有關：
    k yn =k y
    其中L為光柵之週期。複合振幅R n 為必須藉由解算馬克士威方程式判斷之未知數。
    若吾人現在使整個方程式5沿著x方向移位達△x，則吾人具有： 其中為必須在新組態中計算之新係數。現在，自方程式7，吾人看出，入射平面波確切地沿著相同方向而傳播，此意謂入射波向量未改變。因此，與無限光柵之相互作用(其為線性程序)係與之前的相互作用相同。唯一差異在於具有不同複合振幅，使得最終移位效應將為在散射場前方存在常數項exp[-ik x (△x)]。換言之，最終結果必須為：E 1(x-△x,y,z)=Σexp(-ik x △x)R n exp[i(k xn x+k y y-k 1,zn z)]+exp[ik x x+k y y+k z z)]exp(-ik x △x)u (8)
    有可能在如下條件下自方程式7得到方程式8： 此方程式又自方程式6暗示：
    此方程式表示吾人正尋找以考量側向移位△x之相位校正。
    圖9說明具有用以描述幾何剖面之對應形狀參數(midcd、swa、h)之光柵剖面。如圖9所示，光柵具有參數L=189奈米、midcd=27奈米、swa=87°、h=40奈米及NA=0.95。吾人選擇矽作為塊體材料且選擇聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)抗蝕劑作為光柵材料。吾人研究關於以間隔λ (145奈米，450奈米)之可能波長範圍之不確定度。為了建置方程式3中之矩陣，吾人必須以數值方式實施導數。在本狀況下，使用中心差公式(central difference formula)，其中增量在midcd及高度變化之狀況下為0.1奈米且在swa變化之狀況下為0.1°。
    在相干照明之狀況下，考慮三個不同位置。圖10a至圖10b中給出說明性圖解(其中展示僅兩個位置)。圖10a說明在相干照明之狀況下之初始組態且圖10b說明在相干照明之狀況下之一個移位組態。在圖10a中，入射光點1002最初照明在一個PMMA線上定中心之第一區域。其他兩個第二照明區域處於對應於相同側向移位△x之位置(圖10b中展示該等位置中之一者)，但在兩個相反方向上。因為不確定度之絕對值取決於所考慮之雜訊位準(亦即，取決於先前章節中所引入之{σ i })以及取決於偵測器中之點之數目N，所以有利的是獨立於此等值而論述可在不同狀況之間改變之結果。出於此原因，在圖11a至圖11c中，針對三個所關注參數來展示在針對不相干光之不確定度△a inc 與不確定度△a coh (方程式4)及針對相干狀況之不確定度△a inc 與不確定度△a coh 之間的比率。
    所有標繪圖被展示為無因次變數λ/(NA L)之函數。此情形係方便的，此係因為其允許吾人容易地檢查有多少繞射階進入出射光瞳。事實上，當λ/(NA L)2時，所有入射平面波之僅散射零階落至顯微鏡物鏡之NA中。因為相干可僅依據重疊階之間的干涉效應來表現其自身，所以在彼狀況下，相干光及不相干光以相同方式運轉，且不能看見最終相干效應。當1 λ/(NA L)<2時，第一階亦包括於透鏡光瞳中。一般而言，當λ/(NA L)<2/s(其中s為正整數)時，則第一階及第s階係藉由透鏡收集。
    為了亦分析對側向移位之相依性，吾人已研究不同情形。
    圖11a至圖11c展示分別在不相干光及相干光之狀況下的在不確定度△a inc 與不確定度△a coh 之間的經演算比率。L=189奈米為光柵之週期且λ為波長。NA=0.95為數值孔徑。藉由在(145奈米，450奈米)之範圍內變化λ而獲得曲線。a)midcd、b)swa、c)h。應注意，考量光學常數n及k之分散關係。
    圖11a至圖11c中之所有實線對應於側向移位△x=L/2。點線係以L/4之移位予以計算，而虛線再次係以L/2之側向移位予以計算，但亦包括midcd/2之初始偏置。引入此偏置之原因係雙重的且將在下文予以描述。
    若吾人在圖11a處查看實線，則吾人看出，對於λ/(NA L)之大值(大於2)，兩個不確定度之間的比率為1。此意謂在兩個組態之間不存在差，其應該如此。然而，一旦λ/(NA L)趨向於小於2，則某一差隨即顯現。第一階開始藉由透鏡收集，且因此，不確定度比率偏離1。其變得在整個所研究波長範圍內大於1，從而針對λ/(NA L)=1.17達到其最大值，其中使用相干光所獲得之不確定度比可使用不相干光所獲得之不確定度小2.5以上。亦重要的是注意到，比率不為獨立變數λ/(NA L)之單調函數。甚至更重要的是觀測到，當側向移位較小(如在點線中(移位L/4))時，兩種狀況之間的差變得甚至更大。在彼狀況下，最大增益為約3.4。為了理解此現象，吾人應回憶起聚焦場不具有均一振幅，但展示類空氣圖案結構。直觀地，吾人可宣稱：當中心波瓣係在一個線及/或其邊緣附近時，該場對形狀改變更敏感。此情形不為當移位光束之光點大小足夠小且週期L及側向移位△x皆比midcd大得多時針對該光束之狀況。為了確認此情形，吾人計算當側向移位再次為L/2但入射光束最初係在一個線之邊緣上定中心(圖11c，虛線曲線)時之狀況的不確定度比率。如所預期，比率現在較高。此情形說明使用光學相干散射量測亦會含有關於照明與光柵之間的相對空間位置之資訊。
    可針對其他兩個參數(swa及高度)來重複相同分析。在圖11b中，用之前所論述之基本上相同特徵來呈現swa之不確定度比率。最後，圖11c展示高度之不確定度比率。此處，額外註解係必要的。據表明，三種掃描方案之間的差異現在顯著地縮減。但，此情形並不令人驚奇，此係因為：相比於midcd及swa之改變，高度變化之偵測被預期對相對位置光柵照明較不敏感。
    圖12說明判斷基板上之目標之結構參數之方法。此實施例具有如下步驟：在步驟1202中：使用投影系統而用第一相干輻射光束來照明目標之第一區域，且量測起因於第一區域之照明之繞射強度圖案。
    在步驟1204中：使目標與投影系統之間的相對位置移位以使待照明之第二區域自第一區域偏移。或者，藉由(例如)使用圖7之空間光調變器SLM而對第一光束強加相移以形成第二光束而使第二區域自第一區域偏移。
    在步驟1206中：使用投影系統而用第二相干輻射光束來照明自第一區域偏移且與第一區域重疊的目標之第二區域，且量測起因於第二區域之照明之第二繞射強度圖案。第一光束及第二光束可為相同光束。第一光束及第二光束在目標上聚焦至數量級與目標之間距相同之大小，該大小經選擇成使得用相干輻射所產生之各別繞射強度圖案不同於將在相同條件下用不相干輻射所產生之對應繞射圖案。在投影系統之物鏡之光瞳平面中量測繞射強度圖案，或在投影系統之物鏡的與光瞳平面共軛之平面中量測繞射強度圖案。顯微鏡物鏡具有僅一個光瞳平面。此光瞳平面為物鏡之背焦平面。吾人可在光瞳平面處量測強度圖案，或在與光瞳平面共軛之平面(其為光瞳平面之影像)處量測強度圖案。重複步驟1202至1206，直至目標之整個所關注部分已被照明一次為止，其中鄰近照明光點具有某一物理重疊。
    在步驟1208中：自經量測之第一及第二繞射強度圖案擷取相位資訊。
    在步驟1210中：使用經估計結構參數來模型化目標以演算經模型化繞射強度圖案及經模型化相位資訊。模型化目標可包含藉由使經演算複合電場之總和成平方來演算經模型化繞射強度圖案。模型化目標可使用相位校正以考量偏移。
    在步驟1212中：藉由比較第一經量測繞射強度圖案及第二經量測繞射強度圖案中至少一者及經擷取相位與經演算之經模型化繞射強度圖案及經模型化相位資訊來判斷對應於經估計結構參數的目標之結構參數。
    在步驟1214中：報告經判斷結構參數。
    已描述在光學散射量測中使用空間相干光之影響。在考慮用於光柵及用於照明路徑之特定模型之後，吾人在假定用於量測雜訊及用於在範圍(145奈米，450奈米)內之波長之高斯(Gaussian)分佈的情況下計算形狀參數中之預期不確定度。分析展示出，相干可增加光柵之剖面重新建構之精確度。相比於不相干狀況，已展示出，在一些情況下，關於形狀參數之經估計不確定度可比使用標準放電燈所獲得之經估計不確定度小高達三倍以上。
    儘管在本文中可特定地參考微影裝置在IC製造中之使用，但應理解，本文所描述之微影裝置可具有其他應用，諸如，製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭，等等。熟習此項技術者應瞭解，在此等替代應用之內容背景中，可認為本文對術語「晶圓」或「晶粒」之任何使用分別與更通用之術語「基板」或「目標部分」同義。可在曝光之前或之後在(例如)塗佈顯影系統(通常將抗蝕劑層施加至基板且顯影經曝光抗蝕劑之工具)、度量衡工具及/或檢測工具中處理本文所提及之基板。適用時，可將本文中之揭示內容應用於此等及其他基板處理工具。另外，可將基板處理一次以上，例如，以便創製多層IC，使得本文所使用之術語「基板」亦可指代已經含有多個經處理層之基板。
    儘管上文可特定地參考在光學微影之內容背景中對本發明之實施例之使用，但應瞭解，本發明可用於其他應用(例如，壓印微影)中，且在內容背景允許時不限於光學微影。在壓印微影中，圖案化器件中之構形(topography)界定創製於基板上之圖案。可將圖案化器件之構形壓入至被供應至基板之抗蝕劑層中，在基板上，抗蝕劑係藉由施加電磁輻射、熱、壓力或其組合而固化。在抗蝕劑固化之後，將圖案化器件移出抗蝕劑，從而在其中留下圖案。
    本文所使用之術語「輻射」及「光束」涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外線(UV)輻射(例如，具有為或為約365奈米、355奈米、248奈米、193奈米、157奈米或126奈米之波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如，具有在5奈米至20奈米之範圍內之波長)，以及粒子束(諸如，離子束或電子束)。
    術語「透鏡」在內容背景允許時可指代各種類型之光學組件中任一者或其組合，包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件。
    雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述之方式不同的其他方式來實踐本發明。舉例而言，本發明可採取如下形式：電腦程式，其含有描述如上文所揭示之方法的機器可讀指令之一或多個序列；或資料儲存媒體(例如，半導體記憶體、磁碟或光碟)，其具有儲存於其中之此電腦程式。
    以上描述意欲為說明性而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。
    應瞭解，[實施方式]章節而非[發明內容]及[中文發明摘要]章節意欲用以解釋申請專利範圍。[發明內容]及[中文發明摘要]章節可闡述如由本發明之發明人所預期的本發明之一或多個而非所有例示性實施例，且因此，不意欲以任何方式來限制本發明及附加申請專利範圍。
    上文已憑藉說明指定功能及其關係之實施之功能建置區塊而描述本發明。為了便於描述，本文任意地界定此等功能建置區塊之邊界。只要適當地執行指定功能及其關係，便可界定替代邊界。
    特定實施例之前述描述將充分地揭露本發明之一般性質以使得在不脫離本發明之一般概念的情況下，其他人可藉由應用熟習此項技術者之知識針對各種應用而容易地修改及/或調適此等特定實施例，而無不當實驗。因此，基於本文所呈現之教示及指導，此等調適及修改意欲係在所揭示實施例之等效者之意義及範圍內。應理解，本文中之措辭或術語學係出於描述而非限制之目的，使得本說明書之術語學或措辭待由熟習此項技術者按照該等教示及該指導予以解釋。
    本發明之廣度及範疇不應受到上述例示性實施例中任一者限制，而應僅根據以下申請專利範圍及其等效者予以界定。
    2‧‧‧寬頻帶(白光)輻射投影儀/輻射源
    4‧‧‧光譜計偵測器
    10‧‧‧光譜
    11‧‧‧背部投影式光瞳平面
    12‧‧‧透鏡系統
    13‧‧‧干涉濾光器
    14‧‧‧參考鏡面
    15‧‧‧顯微鏡接物鏡/透鏡系統
    16‧‧‧部分反射表面/光束分裂器
    17‧‧‧偏振器
    18‧‧‧偵測器
    30‧‧‧基板目標
    902‧‧‧塊體
    904‧‧‧介質
    906‧‧‧周圍介質
    AD‧‧‧調整器
    B‧‧‧輻射光束
    BD‧‧‧光束遞送系統
    BK‧‧‧烘烤板
    BS1‧‧‧非偏振光束分裂器
    C‧‧‧目標部分
    C1‧‧‧電腦
    CH‧‧‧冷卻板
    CO‧‧‧聚光器
    D1‧‧‧量測系統攝影機
    DE‧‧‧顯影器
    F1‧‧‧單模光纖
    I/O1‧‧‧輸入/輸出埠
    I/O2‧‧‧輸入/輸出埠
    IF‧‧‧位置感測器
    IL‧‧‧照明系統/照明器
    IN‧‧‧積光器
    L1‧‧‧投影系統/透鏡
    L2‧‧‧投影系統/高NA顯微鏡接物鏡/顯微鏡物鏡
    L3‧‧‧透鏡
    L4‧‧‧透鏡
    LA‧‧‧微影裝置
    LACU‧‧‧微影控制單元
    LB‧‧‧裝載匣
    LC‧‧‧微影製造單元
    M1‧‧‧光罩對準標記
    M2‧‧‧光罩對準標記
    MA‧‧‧圖案化器件/光罩
    MT‧‧‧支撐結構/光罩台
    P1‧‧‧基板對準標記(圖1)/偏振器(圖7)
    P2‧‧‧基板對準標記
    PL‧‧‧投影系統
    PM‧‧‧第一定位器
    PU‧‧‧處理單元
    PW‧‧‧第二定位器
    RO‧‧‧基板處置器/機器人
    S1‧‧‧雷射源
    S2‧‧‧目標樣本
    S3‧‧‧平移載物台
    SC‧‧‧旋塗器
    SCS‧‧‧監督控制系統
    SLM‧‧‧空間光調變器
    SO‧‧‧輻射源
    TCU‧‧‧塗佈顯影系統控制單元
    W‧‧‧基板
    WT‧‧‧基板台
    圖1描繪微影裝置。
    圖2描繪微影製造單元或叢集。
    圖3描繪第一散射計。
    圖4描繪第二散射計。
    圖5描繪用於自散射計量測來重新建構結構之第一實例程序。
    圖6描繪用於自散射計量測來重新建構結構之第二實例程序。
    圖7說明根據本發明之一實施例的檢測裝置。
    圖8說明針對使用相干照明之光柵之直接散射問題的步驟。
    圖9說明具有用以描述幾何剖面之對應目標結構參數之光柵剖面。
    圖10a說明用於相干照明之初始組態且圖10b說明用於相干照明之一個移位組態。
    圖11a至圖11c展示分別針對不相干光及相干光的在結構參數不確定度△a inc 與結構參數不確定度△a coh 之間的經演算比率。
    圖12為根據本發明之一實施例的方法之流程圖。
    自上文在結合該等圖式時所闡述之[實施方式]，本發明之特徵及優點已變得更顯而易見，在該等圖式中，類似元件符號始終識別對應元件。在該等圖式中，類似元件符號通常指示等同、功能上相似及/或結構上相似之元件。一元件第一次出現時之圖式係藉由對應元件符號中之最左邊數位指示。
    BS1‧‧‧非偏振光束分裂器
    C1‧‧‧電腦
    D1‧‧‧量測系統攝影機
    F1‧‧‧單模光纖
    L1‧‧‧投影系統/透鏡
    L2‧‧‧投影系統/高NA顯微鏡接物鏡/顯微鏡物鏡
    L3‧‧‧透鏡
    L4‧‧‧透鏡
    P1‧‧‧偏振器
    S1‧‧‧雷射源
    S2‧‧‧目標樣本
    S3‧‧‧平移載物台
    SLM‧‧‧空間光調變器
    权利要求:
    Claims (38)
    [1] 一種判斷一基板上之一目標之一結構參數之方法，該方法包含如下步驟：(a)使用一投影系統而用一第一相干輻射光束來照明該目標之一第一區域；(b)量測起因於該第一區域之該照明之一繞射強度圖案；(c)使用該投影系統而用一第二相干輻射光束來照明自該第一區域偏移且與該第一區域重疊的該目標之一第二區域；(d)量測起因於該第二區域之該照明之一第二繞射強度圖案；(e)自該等經量測之第一及第二繞射強度圖案擷取相位資訊；(f)使用一經估計結構參數來模型化該目標以演算一經模型化繞射強度圖案及經模型化相位資訊；(g)藉由比較如下(h)與(i)來判斷對應於該經估計結構參數的該目標之該結構參數：(h)該第一經量測繞射強度圖案及該第二經量測繞射強度圖案中至少一者及該經擷取相位，(i)該經演算之經模型化繞射強度圖案及該經模型化相位資訊。
    [2] 如請求項1之方法，其中該第一光束及該第二光束為相同光束。
    [3] 如請求項1或2之方法，其中藉由使該目標與該投影系統之間的相對位置移位而使該第二區域自該第一區域偏移。
    [4] 如請求項1之方法，其中藉由對該第一光束強加一相移以形成該第二光束而使該第二區域自該第一區域偏移。
    [5] 如請求項4之方法，其中藉由一空間光調變器強加該相移。
    [6] 如請求項1或2之方法，其中模型化該目標之該步驟包含：藉由使經演算複合電場之總和成平方來演算該經模型化繞射強度圖案。
    [7] 如請求項1或2之方法，其中該第一光束及該第二光束在該目標上聚焦至數量級與該目標之一間距相同之一大小，該大小經選擇成使得用該相干輻射所產生之該等各別繞射強度圖案不同於將在相同條件下用不相干輻射所產生之對應繞射圖案。
    [8] 如請求項1或2之方法，其中在該投影系統之一物鏡之光瞳平面中量測該等繞射強度圖案，或在該投影系統之該物鏡的與該光瞳平面共軛之一平面中量測該等繞射強度圖案。
    [9] 如請求項1或2之方法，其中模型化該目標之該步驟包含：使用一相位校正以考量該偏移。
    [10] 一種用於判斷一基板上之一目標之一結構參數之檢測裝置，該裝置包含：(a)一投影系統，其經組態以用一第一相干輻射光束來照明該目標之一第一區域；(b)一量測系統，其經組態以量測起因於該第一區域之該照明之一繞射強度圖案；其中該投影系統經組態以用一第二相干輻射光束來照明自該第一區域偏移且與該第一區域重疊的該目標之一第二區域，且該量測系統經組態以量測起因於該第二區域之該照明之一第二繞射強度圖案；及(c)一處理器，其經組態以：(d)自該等經量測之第一及第二繞射強度圖案擷取相位資訊；(e)使用一經估計結構參數來模型化該目標以演算一經模型化繞射強度圖案及經模型化相位資訊；(f)藉由比較如下(i)與(ii)來判斷對應於該經估計結構參數的該目標之該結構參數：(i)該第一經量測繞射強度圖案及該第二經量測繞射強度圖案中至少一者及該經擷取相位，(ii)該經演算之經模型化繞射強度圖案及該經模型化相位資訊。
    [11] 如請求項10之檢測裝置，其中該第一光束及該第二光束為相同光束。
    [12] 如請求項10或11之檢測裝置，其進一步包含一致動器，該致動器經組態以使該目標與該投影系統之間的相對位置移位以使該第二區域自該第一區域偏移。
    [13] 如請求項10之檢測裝置，其進一步包含一相移器，該相移器經組態以對該第一光束強加一相移以形成該第二光束以使該第二區域自該第一區域偏移。
    [14] 如請求項13之檢測裝置，其進一步包含一空間光調變器，該空間光調變器用以強加該相移。
    [15] 如請求項10或11之檢測裝置，其中該處理器經組態以藉由使經演算複合電場之總和成平方來演算該經模型化繞射強度圖案而模型化該目標。
    [16] 如請求項10或11之檢測裝置，其中該第一光束及該第二光束在該目標上聚焦至數量級與該目標之一間距相同之一大小，該大小經選擇成使得用該相干輻射所產生之該等各別繞射強度圖案不同於將在相同條件下用不相干輻射所產生之對應繞射圖案。
    [17] 如請求項10或11中任一項之檢測裝置，其中該量測系統經組態以在該投影系統之一物鏡之光瞳平面中量測該等繞射強度圖案，或在該投影系統之該物鏡的與該光瞳平面共軛之一平面中量測該等繞射強度圖案。
    [18] 如請求項10或11中任一項之檢測裝置，其中該處理器經組態以使用一相位校正以考量該偏移而模型化該目標。
    [19] 一種含有機器可讀指令之一或多個序列之電腦程式產品，該等機器可讀指令用於判斷一基板上之一目標之一結構參數，該等指令經調適以使一或多個處理器執行一方法，該方法包含如下步驟：(a)使用一投影系統而用一第一相干輻射光束來照明該目標之一第一區域；(b)量測起因於該第一區域之該照明之一繞射強度圖案；(c)使用該投影系統而用一第二相干輻射光束來照明自該第一區域偏移且與該第一區域重疊的該目標之一第二區域；(d)量測起因於該第二區域之該照明之一第二繞射強度圖案；(e)自該等經量測之第一及第二繞射強度圖案擷取相位資訊；(f)使用一經估計結構參數來模型化該目標以演算一經模型化繞射強度圖案及經模型化相位資訊；(g)藉由比較如下(h)與(i)來判斷對應於該經估計結構參數的該目標之該結構參數：(h)該第一經量測繞射強度圖案及該第二經量測繞射強度圖案中至少一者及該經擷取相位，(i)該經演算之經模型化繞射強度圖案及該經模型化相位資訊。
    [20] 一種方法，其包含：使用一投影系統而用一第一相干輻射光束來照明一目標之一第一區域；量測起因於該第一區域之該照明之一繞射強度圖案；使用該投影系統而用一第二相干輻射光束來照明自該第一區域偏移且與該第一區域重疊的該目標之一第二區域；量測起因於該第二區域之該照明之一第二繞射強度圖案；自該等經量測之第一及第二繞射強度圖案擷取相位資訊；使用一經估計結構參數來模型化該目標以演算一經模型化繞射強度圖案及經模型化相位資訊；及藉由比較該第一經量測繞射強度圖案及該第二經量測繞射強度圖案中至少一者及該經擷取相位與該經演算之經模型化繞射強度圖案及該經模型化相位資訊來判斷對應於該經估計結構參數的該目標之該結構參數。
    [21] 如請求項20之方法，其中該第一光束及該第二光束為相同光束。
    [22] 如請求項20之方法，其中藉由使該目標與該投影系統之間的相對位置移位而使該第二區域自該第一區域偏移。
    [23] 如請求項20之方法，其中藉由對該第一光束強加一相移以形成該第二光束而使該第二區域自該第一區域偏移。
    [24] 如請求項23之方法，其中藉由一空間光調變器強加該相移。
    [25] 如請求項20之方法，其中該模型化該目標包含：藉由使經演算複合電場之總和成平方來演算該經模型化繞射強度圖案。
    [26] 如請求項20之方法，其中該第一光束及該第二光束在該目標上聚焦至數量級與該目標之一間距相同之一大小，該大小經選擇成使得用該相干輻射所產生之該等各別繞射強度圖案不同於將在相同條件下用不相干輻射所產生之對應繞射圖案。
    [27] 如請求項20之方法，其中在該投影系統之一物鏡之光瞳平面中量測該等繞射強度圖案，或在該投影系統之該物鏡的與該光瞳平面共軛之一平面中量測該等繞射強度圖案。
    [28] 如請求項20之方法，其中該模型化該目標包含：使用一相位校正以考量該偏移。
    [29] 一種檢測裝置，其包含：一投影系統，其經組態以用一第一相干輻射光束來照明一目標之一第一區域；一量測系統，其經組態以量測起因於該第一區域之該照明之一繞射強度圖案；其中該投影系統經組態以用一第二相干輻射光束來照明自該第一區域偏移且與該第一區域重疊的該目標之一第二區域，且該量測系統經組態以量測起因於該第二區域之該照明之一第二繞射強度圖案；及一處理器，其經組態以：自該等經量測之第一及第二繞射強度圖案擷取相位資訊；使用一經估計結構參數來模型化該目標以演算一經模型化繞射強度圖案及經模型化相位資訊；及藉由比較該第一經量測繞射強度圖案及該第二經量測繞射強度圖案中至少一者及該經擷取相位與該經演算之經模型化繞射強度圖案及該經模型化相位資訊來判斷對應於該經估計結構參數的該目標之該結構參數。
    [30] 如請求項29之檢測裝置，其中該第一光束及該第二光束為相同光束。
    [31] 如請求項29之檢測裝置，其進一步包含一致動器，該致動器經組態以使該目標與該投影系統之間的相對位置移位以使該第二區域自該第一區域偏移。
    [32] 如請求項29之檢測裝置，其進一步包含一相移器，該相移器經組態以對該第一光束強加一相移以形成該第二光束以使該第二區域自該第一區域偏移。
    [33] 如請求項32之檢測裝置，其進一步包含一空間光調變器，該空間光調變器用以強加該相移。
    [34] 如請求項29之檢測裝置，其中該處理器經組態以藉由使經演算複合電場之總和成平方來演算該經模型化繞射強度圖案而模型化該目標。
    [35] 如請求項29之檢測裝置，其中該第一光束及該第二光束在該目標上聚焦至數量級與該目標之一間距相同之一大小，該大小經選擇成使得用該相干輻射所產生之該等各別繞射強度圖案不同於將在相同條件下用不相干輻射所產生之對應繞射圖案。
    [36] 如請求項29之檢測裝置，其中該量測系統經組態以在該投影系統之一物鏡之光瞳平面中量測該等繞射強度圖案，或在該投影系統之該物鏡的與該光瞳平面共軛之一平面中量測該等繞射強度圖案。
    [37] 如請求項29之檢測裝置，其中該處理器經組態以使用一相位校正以考量該偏移而模型化該目標。
    [38] 一種含有機器可讀指令之一或多個序列之電腦程式產品，該等指令經調適以使一或多個處理器執行一方法，該方法包含：使用一投影系統而用一第一相干輻射光束來照明一目標之一第一區域；量測起因於該第一區域之該照明之一繞射強度圖案；使用該投影系統而用一第二相干輻射光束來照明自該第一區域偏移且與該第一區域重疊的該目標之一第二區域；量測起因於該第二區域之該照明之一第二繞射強度圖案；自該等經量測之第一及第二繞射強度圖案擷取相位資訊；使用一經估計結構參數來模型化該目標以演算一經模型化繞射強度圖案及經模型化相位資訊；及藉由比較該第一經量測繞射強度圖案及該第二經量測繞射強度圖案中至少一者及該經擷取相位與該經演算之經模型化繞射強度圖案及該經模型化相位資訊來判斷對應於該經估計結構參數的該目標之結構參數。
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    法律状态:
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    US201161454674P| true| 2011-03-21|2011-03-21||
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