CN107924142B - 用于模拟辐射与结构的相互作用的方法和设备、量测方法和设备、器件制造方法 - Google Patents

用于模拟辐射与结构的相互作用的方法和设备、量测方法和设备、器件制造方法 Download PDF

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Abstract

通过从观测的衍射辐射进行的重构来测量结构(900)的参数。方法包括以下步骤：(a)限定结构模型以在二维或三维模型空间中表示所述结构；(b)使用所述结构模型来模拟辐射与所述结构的相互作用；和(c)重复步骤(b)且同时变化所述结构模型的参数。沿着所述模型空间的至少第一维度(Z)将所述结构模型划分成一系列片段(a至f)。通过划分成片段，由沿着所述模型空间的至少第二维度(X)的一系列台阶(904＇、906’)来近似至少一个子结构的倾斜面(904、906)。片段的数目可随着所述参数变化而动态地变化。使近似所述倾斜面的台阶的数目维持恒定。引入额外切割部(1302、1304)，而不引入对应台阶。

Description

用于模拟辐射与结构的相互作用的方法和设备、量测方法和 设备、器件制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2015年7月17日递交的欧洲申请15177294.4的优先权，并且其通过引用将其全文并入本发明中。
技术领域
本发明涉及用于模拟辐射与结构的相互作用的方法和设备。本发明可应用于例如微观结构的量测中，例如，用以评估和改善光刻设备的性能。在该情况下，辐射可以是具有任何所需波长的电磁辐射。
背景技术
光刻设备是将所需图案应用到衬底上(通常应用到衬底的目标部分上)的机器。光刻设备可用于例如集成电路(IC)制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于产生待形成在IC的单层上的电路图案。可将此图案转移至衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个管芯或若干管芯)上。
在光刻过程中，需要频繁地对所产生的结构进行测量，例如，用于过程控制和验证。用于进行这些测量的各种工具是公知的，包括经常用以测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜(SEM)。其他专用工具用以测量与不对称性相关的参数。这些参数之一是重叠(器件中的两层的对准准确度)。最近，已开发用于光刻领域中的各种形式的散射仪。这些器件将辐射束导向至目标上并且测量散射辐射的一个或更多个性质(例如，根据波长而变化的在单一反射角情况下的强度；根据反射角而变化的在一个或更多个波长情况下的强度；或根据反射角而变化的偏振)以获得具有一种形式或另一形式的“光谱(spectrum)”。术语“光谱”在此情境中将用于广义的范畴。光谱可指具有不同波长(色彩)的光谱，其可指代具有不同方向(衍射角)、不同偏振或这些者中的任意或全部的组合的光谱。从此光谱，可确定目标的所关注性质。可通过各种技术来执行所关注性质的确定。一种特定方法是通过迭代计算来执行目标结构的重构。产生了目标的数学模型，且执行计算来模拟辐射与目标的相互作用。调整所述模型的参数并且重复进行计算直至经模拟光谱变得与所观测光谱相同为止。经调整参数值随后充当真实目标结构的量度。每个经更新模型表示“参数空间”中的点，所述参数空间是具有与所述模型中存在的参数一样多的维度的数学空间。迭代过程的目的是收敛至参数空间中的一点，所述点至少近似地表示实际目标结构的参数。
与SEM技术相比较，光学散射仪可在产品单元的大比例或甚至全部上以高得多的生产量来使用。能够非常快速地执行光学测量。另一方面，重构需要大量计算。新过程和目标设计可产生问题，在于已知的迭代计算可花费长时间来收敛于一个解，或可未能收敛。
在一些重构技术中，将目标结构的数学模型划分成片段，且逐片段地模拟辐射的传播以实现预测的光谱。在此片段式模型中由阶梯来近似/逼近倾斜特征。已知的重构方法随着参数变化而使用适应性的片段化。这种情况的目的是为了确保在每次迭代的情况下使用与真实形状的最佳近似/逼近，而不过度地增加处理和储存负担。本发明人已认识到，当重构一些现代设计时出现的一些问题具有与这种适应性过程相关的根本原因。
用于模拟辐射与不同结构的相互作用的计算方法包括例如严格耦合波分析(rigorous coupled wave analysis)或RCWA。RCWA是公知的且适合于应用于周期性结构。诸如微分法(differential method)和体积积分法(volume integral method)的其他方法也是已知的。这些其他方法在例如下列专利申请案中被描述：US2011/218789Al、WO2011/48008A1和US2013/066597A1。本发明中所披露的技术在应用上绝不不限于这些类型的计算。
发明内容
本发明人已认识到，利用对于目标结构进行片段化的已知调适方法，参数的平滑改变可响应于受模拟的模型来造成台阶改变(不连续性)。这些不连续性可妨碍迭代过程的控制，从而在一些情况下造成无法收敛，或收敛于错误的解。本发明人已设计出修改的片段化规则以用于减少这些台阶改变的发生。
本发明在第一方面中提供一种确定结构的参数的方法，所述结构包括多个子结构，所述方法包括以下步骤：
(a)限定结构模型以在二维或三维模型空间中表示所述结构；
(b)使用所述结构模型来模拟辐射与所述结构的相互作用；和
(c)重复步骤(b)且同时变化所述结构模型的参数，
其中为执行步骤(b)，沿着所述模型空间的至少第一维度将所述结构模型划分成一系列片段，
其中，通过划分成片段，由沿着所述模型空间的至少第二维度的一系列台阶来近似至少一个子结构的倾斜面，
且其中在步骤(b)的重复之间使近似所述倾斜面的台阶的数目维持恒定，同时片段的数目变化。
所述方法可用作量测方法的部分，其使用模拟的相互作用以用于所述结构的重构。可例如作为迭代过程而执行对于相互作用的模拟，从而比较每次迭代的结果与已经在所研究的结构上观测到的相互作用。所述迭代过程收敛于参数空间中的一点，所述点充当观测的结构的测量。可替代地在所述观测之前执行对于相互作用的模拟，例如，用以针对所述参数空间中的许多不同点产生模拟结果的库。接着通过比较观测的相互作用与所述库中的模拟的相互作用并且辨识出最佳匹配，来获得所研究的结构的量测。
在现有技术中，通常根据一些动态规则来进行片段化，且在每个片段边界处应用用来近似倾斜面的台阶。有时，这针对于参数的平滑改变而引起形状近似的台阶改变。这响应于模拟的相互作用而引入不连续性，不连续性被辨识为对于重构和其他使用是棘手的。通过使得用以近似倾斜面的台阶的数目维持恒定，所述方法能实现恒定的形状近似。因此，能够消除或至少避免或减少上文所提及的不连续性。
本发明中所披露的一些实施例使用电磁辐射以用于由光刻过程对微结构进行测量。本发明不限于这些结构。本发明不限于使用电磁辐射。其他应用中的辐射可以例如是声辐射。
在所述方法的实施例中，在每系列台阶内，每个台阶在所述第一维度上的范围随着步骤(c)中的所述参数的变化而平滑地变化。下文描述用以实现这种情形的不同技术，连同许多其他实施例。
在一些实施例中，所述第一维度是相对于被形成有所述结构的衬底的高度方向。本发明不限于这些结构，也不限于任何特定坐标系。所述方法可包括在多于一个维度上的片段化。
本发明在第二方面中提供一种用于确定结构的参数的处理设备，所述结构包括多个子结构，所述设备包括处理器，所述处理器被布置成执行以下步骤：
(a)限定结构模型以在二维或三维模型空间中表示所述结构；
(b)使用所述结构模型来模拟辐射与所述结构的相互作用；和
(c)重复步骤(b)且同时变化所述结构模型的参数，
其中为执行步骤(b)，所述处理器被布置成沿着所述模型空间的至少第一维度将所述结构模型划分成一系列片段，
其中，通过划分成片段，由沿着所述模型空间的至少第二维度的一系列台阶来近似至少一个子结构的倾斜面，且
且其中所述处理器被布置成在步骤(b)的重复之间使得近似所述倾斜面的台阶的数目维持恒定，而同时片段的数目变化。
本发明在第三方面中提供用于确定结构的参数的量测设备，所述量测设备包括：
照射系统，所述照射系统用于产生辐射束；
衬底支撑件，所述衬底支撑件可与所述照射系统一起操作以用于利用辐射来照射形成于衬底上的结构；
检测系统，所述检测系统用于检测与所述结构相互作用之后的辐射；和
如上文所阐述的根据本发明的所述第二方面的处理设备，所述处理设备被布置成模拟辐射与所述结构的相互作用且比较检测的辐射与模拟的相互作用的结果。
可提供所述处理设备以用于执行如上文所阐述的根据本发明的所述方法。可通过在计算机上运行指令的合适程序来实施所述处理设备和/或所述方法。所述指令可形成计算机程序产品。所述指令可被储存在非暂时性储存介质中。
下文参考附图来详细地描述本发明的另外特征和优点，和本发明的各种实施例的结构和操作。应注意，本发明不限于本发明中所描述的特定实施例。本发明中仅为图示目的而呈现这些实施例。基于本发明中所包含的教导，额外实施例对于本领域普通技术人员而言将显而易见。
附图图示
现在参照附图，仅以举例的方式，描述本发明的实施例，在附图中：
图1描绘形成用于半导体器件的生产设施的光刻设备连同其他设备；
图2是通过双重图案形成过程而形成的目标结构的实例的示意性横截面；
图3描绘根据本发明的实施例的可用于量测方法中的第一类型的散射仪；
图4描绘根据本发明的实施例的可用于量测方法中的第二类型的散射仪；
图5描绘使用本发明的实施例以用于从散射仪测量来重构结构的第一实例过程；
图6描绘衬底上的二维光栅结构的实例；
图7图示出辐射与结构模型的片段的相互作用；
图8是用于通过双重图案形成过程而制成的经简化目标结构的结构模型的示意性横截面；
图9图示出图8的结构模型的参数；
图10图示出在不同情形(a)和(b)中使用已知技术来片段化图8和图9的模型；
图11和图12图示出用于图5的重构方法中的导数的不连续性，所述重构方法使用用于图2的结构的已知片段化方法；
图13图示出根据本发明的实施例的在情形(a)和(b)中使用经修改的片段化技术来片段化图8和图9的模型；
图14和图15图示出用于不同类型结构的片段化和形状近似的变化；
图16图示出在多于一个维度上的片段化；
图17更详细地图示图5的方法的步骤，其应用图13至图16的经修改的片段化技术；和
图18图示出使用通过图5的重构技术而进行的测量来控制光刻过程的方法。
具体实施方式
在详细地描述本发明的实施例之前，指导性的是呈现可实施本发明实施例的实例环境。
光刻制造背景
图1在200处示出作为实施高容量光刻制造过程的工业设施的部分的光刻设备LA。在本实例中，制造过程被调适用于在诸如半导体晶片的衬底上制造半导体产品(集成电路)。本领域普通技术人员将了解，可通过以这种过程的变型对不同类型的衬底进行加工来制造各种各样的产品。半导体产品的生产仅用作现今具有巨大商业意义的实例。
在光刻设备(或简称为“光刻工具(lithotool)”200)内，测量站MEA图示为202并且曝光站EXP图示为204。控制单元LACU图示为206。在这种实例中，每个衬底访问测量站和曝光站以被施加图案。例如，在光学光刻设备中，投影系统被用来通过使用经调节的辐射和投影系统以将产品图案从图案形成装置MA转移到衬底上。这是通过在辐射敏感的抗蚀剂材料层中形成图案的图像而进行。
本发明中所使用的术语“投影系统”应被广泛地解译为涵盖了适于所使用的曝光辐射、或适于诸如使用浸润液体或使用真空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、电磁和静电光学系统，或其任何组合。图案形成装置MA可以是将图案赋予给由所述图案形成装置透射或反射的辐射束的掩模或掩模版。公知的操作模式包括步进模式和扫描模式。如公知的，所述投影系统可以用多种方式与用于衬底和图案形成装置的支撑件和定位系统协同工作以将所需图案施加至跨越整个衬底的许多目标部分。可使用可编程的图案形成装置来代替具有固定图案的掩模。例如，所述辐射可包括在深紫外线(DUV)或极紫外线(EUV)波段中的电磁辐射。本发明也适用于其他类型的光刻过程，例如，压印光刻和直写光刻(例如，由电子束进行)。
光刻设备控制单元LACU控制各种致动器和传感器的所有移动和测量以接收衬底W和掩模MA并且实施形成图案的操作。LACU也包括用以实施与设备的操作相关的所需计算的信号处理和数据处理能力。实际上，控制单元LACU将被实现为许多子单元的系统，所述子单元各自处置设备内的子系统或器件的实时数据采集、处理和控制。
在曝光站EXP处将图案应用到衬底之前，在测量站MEA处对衬底进行处理，使得可执行各种预备步骤。所述预备步骤可包括使用水平传感器来映射衬底的表面高度，和使用对准传感器来测量衬底上的对准标记的位置。所述对准标记被标称地布置呈规则的栅格图案。然而，由于在产生标记方面的不准确度并且也由于衬底的在贯穿其处理过程中的变形，所述标记偏离理想栅格。因此，在所述设备将要以非常高的准确度在正确部位处印刷产品特征的情况下，除了测量所述衬底的位置和定向以外，所述对准传感器实际上也必须详细地测量跨越整个衬底区域的许多标记的位置。所述设备可以是具有两个衬底台的所谓的双台类型，每个所述衬底台具有受到控制单元LACU控制的定位系统。在曝光站EXP处曝光一个衬底台上的一个衬底的同时，可在测量站MEA处将另一衬底加载到另一衬底台上，使得可执行各种预备步骤。因此，对准标记的测量是非常耗时的，且提供两个衬底台能够实现所述设备的生产量的相当大的增加。如果所述位置传感器IF不能够在衬底台处于测量站和处于曝光站时测量衬底台的位置，则可提供第二位置传感器以使得能够在两个站处追踪衬底台的位置。光刻设备LA可以例如是所谓的双台类型，其具有两个衬底台WTa和WTb和两个站(曝光站和测量站)，在所述两个站之间可交换所述衬底台。
在生产设施内，设备200形成“光刻单元(lithocell)”或“光刻簇(lithocluster)”的部分，“光刻单元”或“光刻簇”也包含涂覆设备208以用于将感光抗蚀剂和其他涂层涂覆到衬底W以用于由设备200形成图案。在设备200的输出侧处，提供烘烤设备210和显影设备212以用于将经曝光的图案显影为实体抗蚀剂图案。在所有这些设备之间，衬底搬运系统负责支撑所述衬底并且将所述衬底从设备中的一件设备转移到下一设备。经常被统称为轨道的这些设备是在轨道控制单元的控制下，所述轨道控制单元自身受到管理控制系统SCS控制，管理控制系统SCS也经由光刻设备控制单元LACU来控制所述光刻设备。因而，可操作不同设备以最大化生产量和处理效率。管理控制系统SCS接收配置方案信息R，配置方案信息R非常详细地提供待执行以产生每个已形成图案的衬底的步骤的定义。
一旦已在光刻单元中应用和显影图案，则将已形成图案的衬底220转移到诸如222、224、226所图示的其他处理设备。广义范围的处理步骤是由通常的制造设施中的各种设备实施。为举例起见，这种实施例中的设备222是蚀刻站，且设备224执行蚀刻后的退火步骤。将另外的物理和/或化学处理步骤应用于另外设备226等等之中。可能需要众多类型的操作来制成真实器件，诸如材料的淀积、表面材料特性的改性(氧化、掺杂、离子注入等)、化学机械抛光(CMP)，等等。在实际应用中，设备226可表示在一个或更多个设备中执行的一系列不同处理步骤。
如公知的，半导体器件的制造涉及这种处理的许多重复，用来在衬底上以适当材料和图案逐层地构建器件结构。因此，到达光刻簇的衬底230可以是新近制备的衬底，或它们可以是先前已在此簇中或在另一设备中完全地被处理的衬底。类似地，取决于所需的处理，衬底232在离开设备226时可被返回以用于同一光刻簇中的稍后的形成图案操作，它们可被指定用于不同簇中的形成图案操作，或它们可以是待被发送以用于切割和封装的成品。
产品结构的每层需要一组不同过程步骤，并且用于每层处的设备226可在类型方面完全地不同。此外，即使在待由设备226应用的处理步骤是标称地相同的情况下，在大型设施中也可存在并行地工作以对不同衬底执行步骤226的若干假设相同机器。这些机器之间的设置或瑕疵的小差异可能意指的是它们以不同方式影响不同衬底。即使是诸如蚀刻(设备222)这样的相对地对于每层而言为共有的步骤也可由标称地相同但并行地工作以最大化生产量的若干蚀刻设备来实施。此外，实际上，不同层根据待蚀刻的材料的细节和诸如以各向异性蚀刻为例的特殊要求而需要不同蚀刻过程，例如，化学蚀刻、等离子体蚀刻。
可在如刚才所提及的其他光刻设备中执行先前的和/或后续的过程，且可甚至在不同类型的光刻设备中执行先前的和/或后续的过程。例如，器件制造过程中的在诸如分辨率和重叠这样的参数方面要求非常高的一些层相比于要求不太高的其他层可在较先进的光刻工具中执行。因此，一些层可被曝光于浸润型光刻工具中，而其他层被曝光于“干式”工具中。一些层可被曝光于在DUV波长工作的工具中，而其他层则使用EUV波长辐射而曝光。
为了正确地且一致地曝光由光刻设备曝光的衬底，需要检测经曝光衬底以测量性质，诸如介于后续层之间的重叠误差、线厚度/线型粗细、临界尺寸(CD)等等。因此，光刻单元LC所在的制造设施也包括接收已在光刻单元中被处理的衬底W中的部分或全部的测量系统。将量测结果直接地或间接地提供至管理控制系统(SCS)238。如果检测到误差，则可对后续衬底的曝光进行调整，尤其是在若所述量测可足够迅速地进行从而使得同一批次的其他衬底仍待曝光的情况下。还有，已经曝光的衬底可被剥离和返工以改善产率，或被弃置，由此避免对已知有瑕疵的衬底执行进一步处理。在衬底的仅一些目标部分有瑕疵的情况下，可仅对良好的那些目标部分执行进一步曝光。
图1中也示出被提供用于在制造过程中的所需阶段对产品的参数进行测量的量测设备240。现代光刻生产设施中的量测设备的常见实例是散射仪，例如角分辨散射仪或光谱散射仪，且其可应用来在所述设备222中的蚀刻之前测量在220处的经显影衬底的性质。在使用量测设备240的情况下，例如可确定诸如重叠或临界尺寸(CD)的重要性能参数并不满足经显影抗蚀剂中的指定准确度要求。在蚀刻步骤之前，存在经由光刻簇来剥离经显影抗蚀剂且重新处理衬底220的机会。如也公知的，可使用来自设备240的量测结果242以由管理控制系统SCS和/或控制单元LACU 206随着时间推移而进行小调整来维持光刻簇中的形成图案操作的准确性能，由此最小化了制成不合规格的产品且需要返工的风险。当然，可应用量测设备240和/或其他量测设备(未示出)以测量经处理衬底232、234和即将来临的衬底230的性质。
图2示出通过生产设施(诸如图1所示的生产设施)中的一系列光刻步骤而制造的结构260的部分。所述结构是仅作为可需要使用量测设备240和其相关联的数据处理来进行测量的目标结构的类型的实例而呈现。所述结构可以例如是finFET器件的生产中的台，且可通过双重图案形成技术而制成。将理解的是，这个部分是形成于衬底(图1中的W)的区域上方的这些结构的阵列的部分。所述结构的阵列经常将在至少一个方向上是周期性的。所述结构的阵列可仅在X方向(如所标注)上是周期性的，同时理论上在Y方向上延伸。所图示的部分是这种周期性阵列的仅一个重复单元。在假设所述阵列延伸超出量测设备的视场的情况下，则可出于重构过程的目的而将所述阵列视为无限的。可采用周期性的这些性质(如果存在)以简化计算。然而，本公开的技术绝不限于这些周期性结构，也不限于任何特定计算方法。
在实例目标结构260中，已如上文所描述而处理衬底材料262以在衬底内和衬底的顶部上形成各种子结构。作为这些子结构的实例，已形成沟槽264和266。衬底材料的下部鳍型结构268和270保持于所述沟槽之间。下部鳍型结构在它们的侧部和顶部上被涂覆有另一材料272(例如，栅极氧化物材料)。上部鳍型结构274和276被形成于下部鳍型结构和涂层的顶部上。上部鳍型结构可由例如硬掩模材料制成。
在理论上的制造过程中，所有所提及的子结构将会具有确切地根据设计的大小和形状。然而，在真实的制造过程中，会出现与理想结构的偏差，且使用量测设备来测量实际上所产生的结构。以此方式，可在光刻过程的设计中或在控制中校正偏差。因此，在图2所图示的目标结构中，各种子结构的侧壁可不完全地垂直，而是可具有倾斜和/或弯曲侧部，如图所示。子结构可不完全地对称。涂层272可不具有均一厚度。在理想产品中，在多重图案形成过程的不同阶段中形成的子结构将具有相同形式和高度。在实际应用中，它们可能不完全相同。因此，例如，上部鳍型结构的侧壁280、282可具有非垂直斜坡。沟槽264的底部284相比于沟槽266的底部286可较不深。一个鳍型结构可比另一鳍型结构更宽。本发明人已发现，这种类型的结构中的这些假象在现有重构方法下会引入特定问题。所述问题不限于多重图案形成过程。许多现代器件是通过使用一系列许多处理步骤从较基本的形状组装出较复杂的形状而产生。在这些过程中，一个或更多个过程步骤中的偏差可造成结构的一个部分过大而不适于某一其他部分(尽管它们被设计成相同的)。
量测背景
图3描绘可在上文所描述类型的系统中用作量测设备的已知的光谱散射仪。已知的光谱散射仪包括将辐射投影至衬底W上的宽带(白光)辐射投影仪302。经反射的辐射被传递至光谱仪304，光谱仪304测量镜面反射辐射的光谱306(根据波长而变化的强度)。从此数据，可通过在处理单元PU内的计算来重构引起所检测光谱的结构或廓形308。例如，可通过严格耦合波分析和非线性回归、或与预测量的光谱或预计算的模拟光谱的库的对比来执行所述重构。一般而言，对于重构，结构的一般形式是已知的，且根据对于制造所述结构的过程的知识来假定一些参数，从而仅留下结构的几个参数待从散射测量数据确定。这种散射仪可被配置为正入射散射仪或倾斜入射散射仪。
图4示出可代替光谱散射仪或除了光谱散射仪以外也可被使用的已知的角分辨散射仪的基本元件。在这种类型的检测设备中，由照射系统412调节由辐射源411发射的辐射。例如，照射系统412可包括准直使用透镜系统412a、彩色滤光器412b、偏振器412c和光阑器件413。经调节的辐射沿循照射路径IP，在照射路径IP中，经调节的辐射被部分反射表面415反射且经由显微镜物镜416而聚焦到衬底W上的光斑S中。量测目标结构T可被形成于衬底W上。物镜416具有高数值孔径(NA)，优选地是至少0.9且更优选地是至少0.95。可视需要而使用浸润流体以获得大于1的数值孔径。
如在光刻设备LA中，可在量测操作期间提供一个或更多个衬底台以保持所述衬底W。所述衬底台可在形式上与图1的衬底台WTa、WTb相似或相同。(在检测设备与光刻设备被集成的实例中，衬底台可甚至是相同衬底台)。粗略定位器和精细定位器可被配置成相对于测量光学系统来准确地定位衬底。例如，提供各种传感器和致动器以获取所关注目标的位置，且使所关注目标处于物镜16下方的适当位置。通常将对跨越衬底W的不同部位处的目标进行许多测量。衬底支撑件能够在X和Y方向上移动以获取不同目标，且在Z方向上移动以获得光学系统在目标上的所需聚焦。当在实践中所述光学系统保持实质上静止且仅衬底移动时，方便的是将操作考虑和描述成正如使物镜和光学系统处于衬底上的不同部位的情况。在其他实例中，衬底在一个方向上移动，而光学系统在另一方向上移动，以实现整体X-Y移动。假设衬底与光学系统的相对位置正确，则所述衬底和所述光学系统中的一个或二者在真实世界中是否移动原则上无关紧要。
当辐射束入射于分束器上时，辐射束的部分被透射通过分束器(部分反射表面415)且沿循朝向参考反射镜414的参考路径RP。
由衬底反射的辐射(包括由任何量测目标T衍射的辐射)是由物镜416收集且沿循收集路径CP，在收集路径CP中，辐射通过部分反射表面415而传递至检测器419中。检测器可位于物镜416的焦距F处的背向投影式光瞳平面P中。实际上，光瞳平面自身可以是不可访问的，且可代替地运用辅助光学装置(未示出)而再成像至位于所谓的共轭光瞳平面P'中的检测器上。所述检测器可以是二维检测器，使得能够测量的目标结构的二维角散射光谱或衍射光谱。在光瞳平面或共轭光瞳平面中，辐射的径向位置限定辐射在经聚焦光斑S的平面中的入射角/出射角，且围绕光轴O的角位置限定辐射的方位角。检测器419可以是例如CCD或CMOS传感器的阵列，且可使用是例如每帧40毫秒的积分时间。
参考路径RP中的辐射被投影至同一检测器419的不同部分上或替代地被投影至不同检测器(未示出)上。参考束经常用以例如测量入射辐射的强度，以允许实现在散射光谱中所测量的强度值的归一化。
可注意到，辐射在它的从源411至检测器419的路途上被部分反射表面415反射且稍后透射通过部分反射表面415。在每次反射或透射时，辐射的相当大的部分被“损耗”且不能用于测量中。损耗辐射的部分可用于其他目的，例如，用以服务于聚焦或对准；或用于如上文所描述的参考束。
照射系统412的各种部件可以是可调整的以在同一设备内实施不同量测“配置方案”。彩色滤光器412b可例如由一组干涉滤光器实施以选择在比如405nm至790nm或甚至更低诸如200nm至300nm的范围内的不同所关注波长。干涉滤光器可以是可调谐的，而非包括一组不同滤光器。可使用光栅来代替干涉滤光器。偏振器412c可以是可旋转的或可调换的以便在辐射光斑S中实施不同偏振状态。光阑器件413可被调整以实施不同照射轮廓。光阑器件413位于与物镜416的光瞳平面P和检测器419的平面共轭的平面P”中。以这种方式，由光阑器件限定的照射轮廓限定入射于衬底辐射上的光的角分布，所述衬底辐射传递通过光阑器件413上的不同部位。
检测器419可测量在单一波长(或窄波长范围)情况下的散射光的强度、分离地在多个波长情况下的强度，或遍及一波长范围而积分的强度。此外，检测器可分离地测量横向磁偏振光和横向电偏振光的强度，和/或在横向磁偏振光与横向电偏振光之间的相位差。对于较精细的分辨率，可考虑将EUV波长用于量测设备中，其中适当地修改源和光学系统。
在将测量目标T设置于衬底W上的情况下，这种测量目标T可以是1-D光栅，其被印刷成使得在显影之后，条状物是由实心抗蚀剂线形成。目标可以是2-D光栅，其被印刷成使得在显影之后，光栅是由实心抗蚀剂柱或抗蚀剂中的通孔形成。条状物、柱或通孔可被可替代地被蚀刻到衬底中。这种图案对光刻投影设备(特别是投影系统PS)中的色像差敏感。照射对称性和这些像差的存在将使其自身呈现在印刷的光栅的变化中。因此，使用印刷的光栅的散射测量数据以重构所述光栅。可将1-D光栅的参数(诸如线宽和形状)或2-D光栅的参数(诸如柱或通孔宽度或长度或形状)输入至由处理单元PU根据印刷步骤和/或其他散射测量过程的知识而执行的重构过程。本发明中所披露的技术不限于光栅结构的检测，且任何目标结构(包括空白衬底或在上面仅具有扁平层的衬底)被包括于术语“目标结构”内。
目标T实际上可以是比简单光栅更复杂的结构。目标结构可以是产品结构，而非特定地针对测量所形成的目标。目标结构可具有多于一个层，诸如例如图2的经双重图案形成的鳍型和沟槽结构。
在与诸如目标T的目标结构和其衍射性质的模型化相结合而使用上文所描述的散射仪之一的情况下，能够以多种方式执行所述结构的形状和其他参数的测量。在由图5表示的第一类型的过程中，计算出基于对所述目标形状(第一候选结构)的第一估计的衍射图案，且比较所述衍射图案与观测的衍射图案。接着系统地变化所述模型的参数且以一系列迭代来重新计算所述衍射，以产生新候选结构且因此实现最佳拟合。虽然一些方法系统地变化参数，但其他技术依赖于以随机方式对参数空间的取样。这些技术的实例是MarkovChain Monte-Carlo方法。并不从本发明排除那些技术。在第二类型的过程中，提前计算用于许多不同候选结构的光谱以产生光谱的“库”。随后，比较从测量目标观测的光谱与计算出的光谱的库以找到最佳拟合。两种方法可被一起使用：可从库获得粗略拟合，之后进行迭代过程以找到最佳拟合。下文所描述的方法是关于模拟在辐射与结构之间的相互作用的方法，且可被应用于这些类型的过程中的任一者中。将仅为例示起见而提及第一类型的过程。
更详细地参看图5，将概括地描述进行目标形状和/或材料性质的测量的方式。目标可例如是衬底上的子结构的1维(1-D)或2维阵列。本发明不限于平面衬底上的子结构的阵列，但其通常是半导体产品的形式。当提及衬底“上”的子结构时，本领域普通技术人员将理解，所述结构可包括嵌入层和嵌入特征。现代器件结构可在三个维度上显著地延伸。
对于以下描述，将假定使用了图4的角分辨散射仪。散射光谱是在一个或更多个波长的衍射图案。本领域普通技术人员可容易地将所述教导针对不同类型的散射仪进行调适，例如，图3的光谱散射仪，或甚至其他类型的测量器具。
在步骤502中，使用诸如图4所示散射仪的散射仪来测量衬底上的实际目标的衍射图案。将这种测量的衍射图案转发至诸如计算机的计算系统。计算系统可以是上文所提及的处理单元PU，或其可以是单独设备。
在步骤503中，建立了根据多个参数pi(pl、p2、p3等等)而限定所述目标结构的参数化模型的“模型配置方案”。例如，这些参数可在1-D周期性结构中表示侧壁的角度、特征的高度或深度、特征的宽度。也通过诸如折射率(在存在于散射测量辐射束中的特定波长情况下)的参数来表示目标材料和底层的性质。底层中的一些可包括光栅结构或其他图案化结构。重要地，虽然目标结构可由描述其形状和材料性质的许多参数限定，但模型配置方案将出于以下过程步骤的目的而将这些参数中的许多参数限定为具有固定值，而其他参数将是可变的或“浮动”参数。出于描述图5的目的，仅将可变参数视为参数pi。
在步骤504中：通过设定用于浮动参数(即，p1(0)、p2(0)、p3(0)等等)的初始值pi(0)来估计模型目标形状。每个浮动参数可受约束，如在配置方案中所限定。一些参数将具有自然边界约束(例如，在厚度不能为负的情况下)，或在周期性结构的情况下具有不能比周期更宽的线宽。
在步骤506中，使用表示所估计形状的参数、连同所述模型的不同元件的光学性质，来例如使用诸如RCWA或Maxwell方程式的任何其他求解过程的严格光学衍射方法来计算散射性质。能够在文献中和在简介中列出的专利申请中找到合适方法的实例。这给出了所估计的目标形状的估计的或模型衍射图案。.
在步骤508和510中，随后比较所测量衍射图案与模型衍射图案，且使用它们的相似性和差来计算用于模型目标形状的评价函数。所述方法整体上的目的是通过变化所述参数来最大化所述评价函数。替代地且等效地，可限定“成本函数”。最小化所述成本函数会变成等效于最大化评价函数。
在步骤512中，在假定评价函数指示需要在模型准确地表示实际目标形状之前改善模型的情况下，估计新参数p1(1)、p2(1)、p3(1)等等，且将所述新参数迭代地回馈至步骤506中。重复进行步骤506至512。
为了辅助进行搜寻，步骤506中的计算可在参数空间中的这种特定区中进一步产生所述评价函数的偏导数，其指示增加或减少参数将会增加或降低评价函数的敏感度。评价函数的计算和导数的使用在现有技术中通常是已知的，且此处将不详细地描述。
在步骤514中，当评价函数指示这种迭代过程已以所需准确度收敛于一解时，将当前估计的参数报告为实际目标结构的测量。
这种迭代过程的计算时间是部分地通过所使用的前向衍射模型来确定，即，使用严格光学衍射理论而从所估计目标结构计算出估计的模型衍射图案。如果需要更多参数，则导数和评价函数的计算变得更繁重。3维结构相比于2维结构需要更多计算。其他设计选择也影响计算负担。
可以各种形式表达506处所计算的估计的模型衍射图案。如果以与步骤510中所产生的测量的图案相同的形式来表达计算出的图案，则会简化比较。例如，可容易地比较模型化的波长光谱与由图3的光谱散射仪所测量的光谱；能够容易地比较模型化的光瞳图案与由图4的设备所测量的光瞳图案。
目标模型片段化－背景
图6示意性地图示可使用本发明中所披露方法而重构的简化的目标结构。衬底602是在z方向上分层的介质的下部部分。示出其他层604和606。在X和Y上具周期性的二维光栅608被示出于分层介质的顶部上。所述光栅包括元件的阵列610。入射场612与结构602至608相互作用且被结构602至608散射，从而引起散射场614。因此，所述结构在至少一个方向X、Y上具周期性，且包括具有不同性质的材料。这种情况在不同材料之间的材料边界处造成电磁场Etot的部分的不连续性，电磁场Etot包括入射电磁场分量Einc和散射电磁场分量Es的总和。
如图7所示，当使用诸如图2或图7所示的数学模型来模拟辐射与目标结构的相互作用时，可通过将模型空间划分成离散片段、且逐片段地模型化相互作用，来简化计算。当目标结构在X和/或Y方向上具周期性或无限时，将通常在目标结构不具周期性的Z方向上进行片段化。示出表示目标结构模型的薄横截面的片段708。在此片段内，存在具有两种或更多种不同材料性质的区。区710a可形成例如图6的子结构610之一的片段。区710b可表示呈一维阵列的光栅条状物或鳍型结构的片段。以片段所表示的子结构的横截面无需是线性或矩形横截面。区710c示出子结构可以是圆形或椭圆形，诸如接触孔或柱。较复杂的形状是可能的。
然而，片段化的目的是表示横截面在片段化方向上不变的模型的区段。可以用此方式简化入射场和散射场的计算。对于每个片段，在上侧处存在入射场712和散射场714，且在下侧处存在入射场712'和散射场714'。这些场可在上方和下方用作片段的输入和输出，直至已计算了辐射与整个2维或3维结构的相互作用为止。
在所图示实例中，尽管执行片段化所沿着的第一维度是垂直于衬底的平面的方向(Z)，但这仅是一种可能选择。对于其他类型的结构，可沿着X或Y方向、或限定所述模型的2维或3维空间的任何维度，来执行片段化。模型空间根本无需由笛卡尔坐标限定。模型空间可以用球形极坐标或圆柱形极坐标来限定，例如，以在假设目标结构中利用某种圆形对称性。在这种情况下，可沿着径向维度执行片段化，使得每个“片段”实际上具有球形或圆柱形壳体的形式。如下文将图示的，可在多于一个维度上执行片段化。
图8示出二维结构800的简化模型。这种简化模型将用以解释本发明中所披露技术的原理，而应理解，那些技术特别在应用于复杂得多的结构时变得有利。所述结构包括平面衬底层802，和子结构804和806的周期性阵列。重复单元810由虚线矩形表示。假设了子结构804和806标称地相同。然而，也假设了在通过双重图案形成过程而制造的情况下，所述子结构可在大小、形状和/或位置方面略微不同。因而，例如，子结构806被示出为比子结构804更高。重复单元810被限定以便包括每种类型子结构之一，使得这些偏差能够在模拟的相互作用中被辨识且通过重构或其他方法来测量。重复单元通常可被限定使得其是对称的且平分所述子结构806，如图所示。在下文所描述的另外图式中，仅为图示简单起见而不示出这类细节。
图9图示了图8中所示目标结构800的参数化数学模型900。在目标结构具周期性的情况下，仅需要明确地模型化所述重复单元。衬底层802由衬底模型902表示。第一子结构804由第一子结构模型904表示，且第二子结构806由第二子结构模型906表示。这些子结构模型中的每个由一组维度和形状参数限定。仅为这种实例起见，第一子结构模型由高度h1、宽度CD1、左侧壁角度SWAL1和右侧壁角度SWAR1限定。第二子结构模型由对应参数h2、CD2、SWAL2和SWAR2限定。这些参数中的每个可被视为图5的重构方法中的(固定或浮动)参数pi。另一参数d12限定介于所述子结构模型之间的距离。(如图8所示，它们的配置可并非确切地相等)。
因为可针对每个子结构且针对它们的相对布置来独立地设定这些参数，则所述模型可表示双重图案形成过程的非理想性能。因此，散射测量和重构方法可测量双重图案形成过程的非理想性能。量测和重构配置方案可用以使参数值固定，或将它们联系在一起，以减少复杂性和计算负担。例如，通过使SWAL1＝SWAR1和SWAL2＝SWAR2固定，可约束计算以假定子结构在它们自身内对称。通过使SWAL1＝SWAR2和SWAL2＝SWAR1固定，可约束计算以假定子结构之间的每个间隙或沟槽对称。这些约束的有效性能够从先验知识(例如，SEM图像)来预测和/或通过试错法来建立。
可直接地以所示形式、或以不同但等效的形式来表达所述参数中的的任一参数。例如，可便利的是以相对于另一参数或与某一标称值的偏差或“差量(delta)”的形式来表达所述参数中的任一参数。例如，可以用平均高度和差量的形式来表达高度参数h1和h2，差量将例如高度h2表达为高度h1的比例。本发明和这种实例的范围不限于参数的任何特定表达。
回想到，用于给定模型的每组参数值表示“参数空间”中的点，所述参数空间是具有与所述模型中存在的参数一样多维度的数学空间。图9中的图示对应于参数h2大于参数h1处的参数空间的区。即，如果模型900对应于真实结构800，则子结构806将比子结构804高一定量。在h1大于h2处的参数空间的另一区中，相反的情况将成立。在图5的迭代重构过程期间，所述模型可跨越这些区之间。类似地，当运用模拟光谱来填入数据库以提供光谱的库时，所述模型将跨越各区之间。
图10图示出在参数空间的这两个区中通过已知技术对图9的数学模型进行片段化。在每种情况下，每个子结构的倾斜侧部是由上文所提及的片段化所造成的一系列台阶表示。在图10(a)的插图细节中，示出台阶如何产生与子结构模型904的真实倾斜轮廓近似的阶梯轮廓904'。类似地，每个倾斜的(或弯曲的)边缘或面是由一系列台阶近似。在这种实例中，通过沿着Z方向划分所述模型空间来执行所述片段化。就每个片段而言，近似的斜坡在X方向上产生一台阶。类似地，如果子结构在Y方向(未图示)上具有倾斜侧部，则每个片段在Y方向上产生一台阶。因此，一般而言，将看到，沿着至少第一维度执行所述片段化，且近似的斜坡在第二维度上产生一台阶。当第一维度在所图示实例中是Z方向时，则片段在第一维度上的范围对应于特征的高度。如已经提及，模型空间坐标系和第一维度的选择可针对特定情况而被调适。如下文将图示，可视需要而在多于一个维度上执行片段化。
图10(a)对应于h2>h1处的区。将模型划分成片段必须延伸跨越所有子结构，使得结构模型的完整横截面对于片段中的所有Z值是相同的。因此，当h2>h1时，子结构模型906'将占据没有被子结构模型904'占据的至少一个片段。在为图示起见而标注所述片段a、b、c等的情况下，子结构模型904'被划分成五个片段a至e。子结构模型906'被划分成相同的五个片段，加上额外片段f。类似地，当h1>h2时，图10(b)处所示出的情形适用。在这种情形中，第一子结构模型904’被划分成例如六个片段a至f，而子结构模型906’被划分成仅五个片段。
用于在各次迭代之间更新所述模型的不同片段化策略是已知的。在简单策略中，模型中的片段的数目仅是固定的(静态的)。在较复杂的策略中，片段的数目是根据某一准则来动态地确定的。例如，片段的数目可根据高度和/或侧壁角度而自动地变化，以便限制在“真实”斜坡与由一系列台阶所必需的阶梯近似之间的任何偏差。然而，如由图10(a)和图10(b)所图示，如果子结构904和906具有不同高度且不能应用简单静态片段化策略，则子结构904和906需要不同数目的片段。
无论应用哪种已知策略，应注意到，用以近似给定倾斜边缘或面的台阶的数目可随着模型移动通过所述参数空间而变化。一般而言，这种情况对于各个结构成立，除非使用固定片段化策略。即使固定片段化策略将会是优选的，但在不同子结构的相对高度可遍及参数空间而变化的情况下不能应用这种固定片段化策略，如图9和图10所图示。
问题和分析
图11图示由于用来近似所述参数空间的不同部分中的给定子结构的台阶的这些数目改变而出现的现象。曲线图1100表示在图5的重构过程的一个实施方式中所计算的偏导数的变化。对于散射仪中所检测的衍射图案的每个区或像素，且对于所使用的每个波长，可针对参数空间中的任何点标绘出模拟的强度。可在参数空间中的一点处计算出这些像素值相对于每个参数的偏导数，以获得用以变化所述参数以最大化评价函数的指导。图11示出对照一参数而标绘为圆1102的一个这种导数。沿着水平轴线变化的参数可以例如是蚀刻深度差(EDD)，其表示图2所示结构的模型中的两个沟槽的深度之间的失配。导数的标绘图具有大体上平滑的弯曲形状，但可见在所述曲线中的微小的不连续性1104。在插图细节1100a中，以放大尺度示出这些不连续性之一。一般而言，可将不连续性看作在与曲线图的趋势相同或相反的方向上的跳变。
本发明人已辨识到：(i)这些不连续性可能妨碍迭代过程，使得模型无法收敛；和(ii)这些不连续性的根本原因在于，由于动态片段化而在参数空间的不同区之间发生的台阶的数目改变。应记住的是，图2的真实化结构比图8的简化结构更复杂。图2的结构具有成对的堆叠在彼此顶部上的上部子结构和下部子结构，且在每对内，哪个子结构是较高子结构可能会随着不同情形而改变。因此，在真实目标结构和结构模型中，可在参数空间的不同区之间存在许多转变。这是图11的曲线具有多于一个不连续性的原因。并非所有重构过程都使用导数，但仍存在基础问题。导数的这些跳变对应于信号中的扭结(kink)，所述扭结是片段化的假象，而非辐射与真实结构的相互作用的真实反映。这些跳变也可对应于评价函数或成本函数中的扭结或不连续性。
图12针对诸如图8至图10所图示的简化结构图示了模拟的散射辐射的一些不同示例性反射率分量的偏导数中的不连续性。垂直轴线以对数尺度表示反射率相对于高度参数(比如，h1)的导数。在水平轴线上以纳米为单位表示高度参数。在这种实例中，高度值50nm是一个子结构与另一子结构一样高(h2＝50nm)处的值。实线曲线图1202、1204、1206和1208示出当从区h2>h1移动至区h1>h2时出现的导数中所标记的不连续性。这种情况是台阶的数目改变的结果，所述台阶用以近似在图10(a)和图10(b)处所示两个情形中的两个子结构的形状904和906。
修改的片段化策略
图13图示了允许通过使台阶的数目保持恒定来减少不连续性的修改的片段化策略，所述台阶用来近似倾斜特征。然而，修改的策略也允许片段的数目变化，使得其可适应现代多重图案形成过程和3-D器件结构中出现的多种情形。
图13以横截面示出在情形(a)(h2>h1)和情形(b)(h1>h2)中的同一简化结构模型900。图13(c)和图13(d)示出如何针对每个子结构的倾斜形状来限定阶梯近似904”、906”。用于每个斜坡的形状近似中的台阶的数目是固定的，且不会随着诸如高度、宽度或侧壁角度的参数的变化而变化。在所有情况下的台阶的数目在此图示中为3。然而，这并不重要：形状近似中的台阶的数目对于所有子结构无需相同，甚至对于同一子结构的所有侧部也无需相同。
现在，因为片段化的目的是获得衬底的横截面不会随着Z而变化的片段，所以每个台阶暗示了有必要以台阶的Z值产生切割部。然而，在修改的片段化策略下，在第一维度上的片段之间的每个切割部不再必然暗示呈在第二维度上的形状轮廓的台阶。片段的数目可独立于台阶的数目而增加或降低(假设每个台阶存在至少一个切割部)。
图13(e)和图13(f)图示了根据修改方法在两个情形中将结构模型904和906划分成片段。所述方法涉及无论何处在任何子结构的形状近似中存在一台阶的情况下仅限定一切割部(一切割部划分片段)。这可能涉及在形状近似中不存在台阶的子结构中引入切割部。如所图示而执行引入这些“必要的切割部”，但不引入呈切割部形状的新台阶。从左至右的箭头(单点虚线)指示由于第一子结构模型904”中的台阶而引入切割部1302处的Z值。这些切割部应用于模型的整个横截面，且因此在第二子结构模型906”中引入切割部而不引入台阶。类似地，从右至左的箭头(双点虚线)示出由于第二子结构模型906”中的台阶而引入所述结构模型900被切割处。在第一子结构模型904″中引入与第二子结构模型906”中的每一台阶对应的切割部1304，但不引入所述子结构的形状近似中的台阶。
如在图10的先前实例中，根据哪个子结构是较高子结构而将不同子结构划分成五个片段(a至e)或六个片段(a至f)。然而，与先前实例相对比，每个子结构的形状近似中的台阶的数目与参数的变化无关。片段的数目与每个子结构的形状近似中的台阶的数目的这种解耦允许极大地减少棘手的不连续性。
再次参看图12，点线曲线图1322、1324、1326、1328示出与图10的策略相比较的使用修改策略如何极大地减少偏导数的不连续性的量值。仍存在较小的不连续性，但这当倾斜形状由一系列台阶近似时可能是不可避免的。计算的实施中固有地存在其他近似。例如，可仅运用某一数目的阶(谐波)来进行多顶式计算。增加谐波的数目将会进一步减少不连续性，但増加的处理和储存负担可能并不值得。
图14图示了可根据上文所描述的原理而经受修改的片段化的一些其他情况。在(a)处，结构模型1400包括用于具有比简单梯形更复杂形状的子结构的衬底模型1402和子结构模型1404。子结构模型是由堆叠于彼此顶部上的两个梯形子结构1404a和1404b以数学模型来表示。在(b)处所示出的对应模型1400'中，每个梯形子结构使它的倾斜侧部由它的从己的被标注为1404a'和1404b'的一系列台阶来表示。可通过独立地变化梯形的高度来变化子结构1404的形状，或可将它们约束成一起变化。在任一情况下，在这种实例中，每一系列中的台阶的数目贯穿整个参数空间是固定的，使得不会跨越介于两个堆叠的形状之间的边界重新指派片段和台阶。在所图示的简单实例中，子结构1404的下部部分由三个台阶近似，而形状的上部部分由两个台阶近似。(本发明中所呈现的实例是非常简单的实例，且可在真实实例中使用更多片段和更多台阶，例如，5个、10个或20个台阶)。
虽然图14(a)和图14(b)的实例关于由具有相同材料的堆叠的形状所表示的子结构，但相同原理可适用于具有不同材料的子结构的堆叠。例如，在图2的结构中见到这种子结构的堆叠。
在(c)处，结构模型1410包括用于具有比简单梯形更复杂形状的子结构的衬底模型1412和子结构模型1414。子结构模型以数学模型由具有在一个或两个维度上弯曲的边缘(或面)的单一形状来表示。在这种情境中的弯曲的边缘或面意指的是具有非均一斜坡的倾斜边缘或面。在(d)处所示出的对应模型1400’中，弯曲的子结构使它的倾斜侧部由被标注为1414’的单一系列台阶表示，所述台阶的高度朝向形状的顶部逐渐地降低。尽管台阶具有不同大小，但它们的相对大小是固定的且可以与先前实例中所示的相等大小的台阶相同的方式随着高度参数而变化。在所有这些实例中，可宣称形状近似保持固定。形状近似保持固定，这是因为不仅台阶的数目而且它们的相对高度和宽度保持固定。
更一般地，没有必要使相对高度和宽度保持固定。在不同实例中，相对高度可贯穿整个参数空间而变化。假设台阶在参数平滑地变化时平滑地变化，则可减少与不连续性相关联的问题。
在(e)处，结构模型1420包括与以上(a)中的衬底模型和子结构模型相似的衬底模型1402和子结构模型1424，子结构模型1424呈两个部分1424a和1424b。另外，填充材料或涂层由与子结构1424a具有公共边缘(或面)的子结构1426a和与子结构1424b具有公共边缘(或面)的子结构1426b表示。如(f)处所示，执行片段化以便确保用于公共边缘的形状近似对于两个子结构是相同的。即，表示填充或涂层子结构1426a的边缘的台阶1430被约束成提供与表示子结构1424a边缘的台阶1432相同的形状近似。同样的情况适用于上部形状，这在于，表示填充或涂层子结构1426b的边缘的台阶1434被约束成提供与表示子结构1424b的边缘的台阶1436相同的形状近似。以这种方式，无需引入额外片段来表示填充物或涂层(除非想要额外的片段)，且在不同子结构的材料之间不存在出现间隙或重叠的风险。另外，在这种简单图示中，三个台阶被用于下部形状且两个台阶用于上部形状。
图15示出具有不同弯曲面和不同形状近似的另外实例。在(a)处，具有凹形轮廓的第一子结构1502由四个台阶1504近似，而第二子结构1506由仅三个台阶1508近似。如上文所描述而例如在1510处产生必要的切割部。
在图15(b)处，以从顶部至底部增加的厚度来模型化保形涂层。如在图14(e)中，面1520是内部子结构1522和涂层子结构1524所共有的。用作用于这种共同面的形状近似的一系列台阶对于两个子结构是相同的。在这种实例中，涂层子结构的外部面1626是以数目与近似面1520的台阶的数目相同的台阶来近似的，但未必是所述情况。
图15(c)示出高度不对称的结构1540。如图所示，用于右边面的形状近似包括三个台阶。在这种实例中，三个台阶中的每个台阶在高度(Z)方向上具有相等范围。用于左边侧处所示出的面的形状近似具有四个台阶。在这种实例中，四个台阶中的每个在高度(Z)方向上具有相等范围。原则上，用于不周面的形状近似可能是非常不同的，所述面中的任一个或二者可使用具有不等范围的台阶。应注意，无论何处所述面中的任一个具有一台阶，都跨越所述子结构产生了必要的切割部。右边面中的这些必要的切割部被标注为1546，而左边面中的必要的切割部被标注为1548。
图15(d)示出另外实例。在这种实例中，具有不同材料的两个子结构1562和1564是互相抵靠且接触地形成。子结构1566的左边面以七个台阶1566来近似。子结构1564的右边面以五个台阶1568来近似。介于子结构1562和1564之间的公共面以三个台阶来近似。跨越所述子结构产生了必要的切割部，使得能够限定沿着片段化方向(Z)具有恒定横截面的片段。
如在所有实例中，跨越所述模型空间和在范围上与所示子结构重叠的任何其他子结构产生了相同的必要的切割部。(另外切割部在所示的结构中可以是必要的，以与未示出的其他子结构中的台阶对应)。
图16图示了在两个维度上的片段化，其中固定的形状近似和必要的切割部也在两个维度上。在(a)处，以轮廓示出了圆形子结构1602和矩形或“砖形(brick)”子结构1604。示出了轴线，但它们被标注为U和V，而非X、Y或Z。这用以图示出片段化方向不限于任何特定方向，即使在笛卡尔坐标系统中也如此。视图可以是衬底上的结构的平面图，在这种情况下，轴线U和V可对应于常规的轴线X、Y。所述结构在第三维度上延伸，未示出。视图可以是通过衬底上的3维结构的横截面，在这种情况下，轴线U、V可以是X、Z轴线或Y、Z轴线。子结构1602和1604可例如被嵌入于衬底中。所述结构可根本不是半导体产品，而可以是多维空间中的任何结构。
子结构1602和1604的倾斜面由以实线所示的一系列台阶1602'和1604'近似。台阶的侧部与U和V轴线对准。如图16(b)所示，在U方向和V方向二者上片段化所述结构模型。两个方向上的每个台阶需要一切割部。在附图中由与图13(e)和图13(f)中的箭头相似的箭头示出从每个形状至另一形状的必要的切割部。
图17示出可如何执行图5的实例重构方法内的一些步骤来实施本发明中所披露的修改的片段化方法。回想到，步骤503涉及限定模型配置方案。在图17的实例中，这种步骤包括子步骤：1702限定所述结构模型中的子结构的形状；1704限定形状近似，使形状的每边缘或面的台阶数目固定；1706限定相位参考/基准，如图15所图示。步骤1704和1706被示出为步骤503内的顺序步骤，但可以按不同顺序(例如，在以下步骤1712之后)执行步骤1704和1706。
回想到，步骤504包括针对浮动参数(即，pl(0)、p2(0)、p3(0)等等)设定初始值pi(0)。在图17的实例中，这种步骤包括估计用于初始形状的参数的步骤1712。随后，作为计算散射性质的先导，确定片段化。这包括：1714限定用以实施步骤1704、1706中所限定的形状近似的步骤所必要的片段；和1716跨越片段产生实施所有形状近似的步骤所必要的任何切割部(参见上文所描述的图13(e)和图13(f))。步骤1714和1716被示出为顺序步骤，但可以用集成方式或以迭代方式执行步骤1714和1716而不脱离所解释的原理。
在步骤512中，计算经修订的参数以试图使重构的衍射光谱较接近于观测的光谱。所述步骤包括子步骤：1722限定如上文已经关于步骤512所解释的经修订的参数；1724修订所述片段化以实施表示具有经修订的参数的倾斜边缘和面的一系列台阶，同时使形状近似保持恒定；1726将必要的切割部添加至其他形状和/或删除必要的切割部而不在形状近似中添加或删除台阶。原则上，无需删除切割部。然而，用以处理在彼此顶部上具有相同横截面的两个片段将会浪费计算资源，因此应将这些片段合并成一个片段。
图18图示了使用上文所描述的修改的重构方法来控制光刻制造设施(诸如图1所示光刻制造设施)的一般方法。在1802处，在设施中处理衬底以在诸如半导体晶片的衬底上产生一个或更多个结构。所述结构可分布于跨越晶片的不同部位处。所述结构可以是功能器件的部分，或它们可以是专用测量目标。在1804处，使用图5的方法(其中修改的片段化如本发明中所披露)以测量跨越所述晶片的部位处的结构的性质。在1806处，基于步骤1804中所报告的测量来更新用于控制所述光刻设备和/或其他处理设备的配置方案。例如，所述更新可被设计成校正通过重构而辨识的与理想性能的偏差。性能参数可以是任何所关注参数。典型的所关注参数可以是例如线宽(CD)、重叠、CD均一性等等。
在1808处，视情况，可基于步骤1804中或来自其他处的发现来修订用于对未来衬底执行测量的配置方案。作为可被更新的量测配置方案参数的实例，可修订用于给定子结构的形状近似以增加台阶的数目。根据本领域普通技术人员对本发明的理解，其他实例对于本领域普通技术人员将是显而易见的。
结论
总而言之，本发明提供用于重构类型量测和其他应用中的修改的技术，在所述其他应用中，有用的是能够模拟与结构的参数化模型的相互作用。尤其对于复杂结构，本发明中所披露的方法减少由形状近似遍及整个参数空间的改变造成的不良收敛的问题。
本发明的实施例可使用包含机器可读指令的一个或更多个序列的计算机程序来实施，所述机器可读指令描述使用如上文所描述的高度图数据来控制所述光刻设备的方法。这种计算机程序可例如在图1的控制单元LACU 206、量测设备240、管理控制系统238或某一其他控制器内执行。也可提供储存有这种计算机程序的数据储存介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。存储器可以是非暂时性类型：
本发明中所使用的术语“辐射”和“束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外线(UV)辐射(例如，具有365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长、或约365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外线(EUV)辐射(例如，具有在5nm至20nm的范围内的波长)，和粒子束，诸如离子束或电子束。
本发明中所使用的术语“辐射”和“束”进一步涵盖其他形式的辐射，包括声学(声音)辐射。散射和衍射的现象也出现于声音中，且可执行相似计算以用于通过声散射来重构未知结构。
术语“透镜”在情境允许的情况下可指各种类型的光学器件中的任一种或其组合，包括折射型、反射型、磁性、电磁和静电光学器件。
本发明的广度和范畴不应受到上述例示性实施例中的任一个限制，而应仅根据以下申请专利范围和其等效者进行限定。

Claims (23)

1.一种确定结构的参数的方法，所述结构包括多个子结构，所述方法包括以下步骤：
(a)限定结构模型以在二维或三维模型空间中表示所述结构；
(b)使用所述结构模型来模拟辐射与所述结构的相互作用；和
(c)重复步骤(b)且同时变化所述结构模型的参数，
其中为执行步骤(b)，沿着所述模型空间的至少第一维度将所述结构模型划分成一系列片段，
其中，通过划分成片段，由沿着所述模型空间的至少第二维度的一系列台阶来近似至少一个子结构的倾斜面，
且其中在步骤(b)的重复之间使近似所述倾斜面的台阶的数目维持恒定而片段的数目变化。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述结构模型限定：
(i)第一子结构，所述第一子结构在所述第一维度上的范围取决于第一参数，所述第一子结构具有由所述第二维度上的第一系列台阶近似的第一倾斜面，所述第一系列台阶中的台阶的数目在步骤(b)的所述重复之间是恒定的；和
(ii)第二子结构，所述第二子结构在所述第一维度上的范围取决于第二参数，所述第二子结构具有由所述第二维度上的第二系列台阶近似的第二倾斜面，所述第二系列台阶中的台阶的数目在步骤(b)的所述重复之间是恒定的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中为了将所述结构模型划分成跨越所述第一子结构和所述第二子结构的连续的片段，在所述第二子结构中引入切割部以与所述第一子结构中的台阶匹配，而不在近似的第二面中引入台阶。
4.根据权利要求3所述的方法，其中为了将所述结构模型划分成跨越所述第一子结构和所述第二子结构的连续的片段，在所述第一子结构中引入切割部以与所述第二子结构中的台阶匹配，而不在近似的第一面中引入台阶。
5.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的方法，其中所述结构模型限定：
(i)下部子结构，所述下部子结构具有由下部一系列台阶近似的倾斜面，所述下部一系列台阶中的台阶的数目在步骤(b)的所述重复之间是恒定的；和
(ii)上部子结构，所述上部子结构具有由上部一系列台阶近似的倾斜面，所述上部一系列台阶中的台阶的数目在步骤(b)的所述重复之间是恒定的。
6.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的方法，其中在每个系列台阶内，每个台阶在所述第一维度上的范围随着步骤(c)中的所述参数的变化而平滑地变化。
7.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的方法，其中至少一系列台阶包括在所述第一维度上具有相等范围的两个或更多个台阶，所述台阶的所述范围在所述方法的执行期间保持相等。
8.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的方法，其中至少一系列台阶包括在所述第一维度上具有不同范围的两个或更多个台阶，所述台阶的所述范围在所述方法的执行期间保持呈恒定比率。
9.根据权利要求1-4中任一项权利要求所述的方法，其中步骤(c)包括：
(cl)比较在步骤(b)中所模拟的所述相互作用与在具有所述结构的量测设备中所观测的真实相互作用；
(c2)基于所述比较的结果来变化所述结构模型的一个或更多个参数；和
(c3)使用变化的参数来重复步骤(b)，
且其中所述方法还包括：
(d)在步骤(c)的多次迭代之后，将所述结构模型的参数报告为所述结构的参数的测量结果。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述量测设备是角分辨光谱仪，且其中步骤(cl)包括产生所述结构的模拟的散射光谱。
11.一种用于确定结构的参数的处理设备，所述结构包括多个子结构，所述设备包括处理器，所述处理器被配置成执行以下步骤：
(a)限定结构模型以在二维或三维模型空间中表示所述结构；
(b)使用所述结构模型来模拟辐射与所述结构的相互作用；和
(c)重复步骤(b)且同时变化所述结构模型的参数，
其中为执行步骤(b)，所述处理器被布置成沿着所述模型空间的至少第一维度将所述结构模型划分成一系列片段，
其中，通过所述划分成片段，由沿着所述模型空间的至少第二维度的一系列台阶近似至少一个子结构的倾斜面，且
其中所述处理器被配置成在步骤(b)的重复之间使近似所述倾斜面的台阶的数目维持恒定而片段的数目变化。
12.根据权利要求11所述的处理设备，其中所述结构模型限定
(i)第一子结构，所述第一子结构在所述第一维度上的范围取决于第一参数，所述第一子结构具有由所述第二维度上的由第一系列台阶近似的第一倾斜面，所述第一系列台阶中的台阶的数目在步骤(b)的重复之间是恒定的；和
(ii)第二子结构，所述第二子结构在所述第一维度上的范围取决于第二参数，所述第二子结构具有由所述第二维度上的第二系列台阶近似的第二倾斜面，所述第二系列台阶中的台阶的数目在步骤(b)的重复之间是恒定的。
13.根据权利要求12所述的处理设备，其中为了将所述结构模型划分成跨越所述第一子结构和所述第二子结构的连续的片段，所述处理器被布置成在必要的情况下在所述第二子结构中引入切割部以与所述第一子结构中的台阶匹配，而不在近似的第二面中引入台阶。
14.根据权利要求13所述的处理设备，其中为了将所述结构模型划分成跨越所述第一子结构和所述第二子结构的连续的片段，所述处理器被布置成在必要的情况下在所述第一子结构中引入切割部以与所述第二子结构中的台阶匹配，而不在近似的第一面中引入台阶。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的处理设备，其中所述结构模型限定：
(i)下部子结构，所述下部子结构具有由下部一系列台阶近似的倾斜面，所述下部一系列台阶中的台阶的数目在步骤(b)的重复之间是恒定的；和
(ii)上部子结构，所述上部子结构具有由上部一系列台阶近似的倾斜面，所述上部一系列台阶中的台阶的数目在步骤(b)的重复之间是恒定的。
16.根据权利要求11至14中任一项权利要求所述的处理设备，其中在每一系列台阶内，所述处理器被布置成使每个台阶在所述第一维度上的范围随着步骤(c)中的所述参数的变化而平滑地变化。
17.根据权利要求11至14中任一项所述的处理设备，其中至少一系列台阶包括在所述第一维度上具有相等范围的两个或更多个台阶，所述台阶的所述范围保持彼此相等，而在步骤(b)的重复之间变化范围。
18.根据权利要求11至14中任一项所述的处理设备，其中至少一系列台阶包括在所述第一维度上具有不同范围的两个或更多个台阶，所述台阶的所述范围保持彼此呈恒定比率，而在步骤(b)的重复之间变化范围。
19.根据权利要求11至14中任一项所述的处理设备，其中步骤(c)包括：
(cl)比较在步骤(b)中所模拟的所述相互作用与在具有所述结构的量测设备中所观测的真实相互作用；
(c2)基于所述比较的结果来变化所述结构模型的一个或更多个参数；和
(c3)使用变化的参数来重复步骤(b)，
且其中所述处理器被进一步配置以用于：
(d)在步骤(c)的多次迭代之后，将所述结构模型的参数报告为所述结构的参数的测量结果。
20.一种用于确定结构的参数的量测设备，所述量测设备包括：
辐照系统，所述辐照系统用于产生辐射束；
衬底支撑件，所述衬底支撑件能够与所述辐照系统一起操作以用于运用辐射来照射形成于所述衬底上的结构；
检测系统，所述检测系统用于检测与所述结构的相互作用之后的辐射；和
根据权利要求11至14中任一项所述的处理设备，所述处理设备被布置成模拟辐射与所述结构的相互作用且比较检测的辐射与模拟的相互作用的结果。
21.根据权利要求20所述的量测设备，其中所述量测设备能够作为角分辨光谱仪而操作，且其中所述处理设备在步骤(cl)中被布置以产生所述结构的模拟的散射光谱。
22.一种器件制造方法，包括：
使用光刻过程将图案从图案形成装置转印至衬底上，所述图案限定至少一个结构；
测量所述结构的一个或更多个性质以确定用于所述光刻过程的一个或更多个参数的值；和
根据测量的性质在所述光刻过程的后续操作中应用校正，
其中测量所述结构的性质的步骤包括通过根据权利要求1至10中任一项所述的方法来确定性质。
23.一种光刻系统，包括与根据权利要求20或21所述的量测设备组合的光刻设备。
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