TW201633007A - 量測不對稱性的方法、檢測設備、微影系統及裝置製造方法 - Google Patents

量測不對稱性的方法、檢測設備、微影系統及裝置製造方法 Download PDF

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Abstract

本發明係關於一種用於以一暗場成像模式量測諸如疊對的不對稱性相關參數的散射計。使用相同光學路徑進行小光柵目標之量測，目標在兩個定向中以獲得+1及-1繞射階之單獨度量。以此方式，避免了強度縮放差異(工具不對稱性)。然而，無法避免光學系統中歸因於雜散光(重像)之加成性強度缺陷。加成性強度問題在很大程度上取決於零階與一階繞射之間的比率，且因此在很大程度上反向取決於晶圓(程序)。對具有偏差(+d、-d)之幾個代表性目標光柵進行校準量測(CM1至CM4)。不僅使用不同晶圓旋轉(RZ=0、π)，而且使用互補孔徑(13N、13S)進行該等校準量測。計算且施加校正(δ、G)，計算經校正之不對稱性A'，以減小由雜散光引起之誤差。

Description

量測不對稱性的方法、檢測設備、微影系統及裝置製造方法
本發明係關於可用於(例如)藉由微影技術之裝置製造中之計量方法及設備，且係關於使用微影技術來製造裝置之方法。
微影設備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。微影設備可用於(例如)積體電路(IC)之製造中。在彼情況下，圖案化裝置(其替代地被稱作光罩或比例光罩)可用於產生待形成於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，包括晶粒之一部分、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，單個基板將含有經逐次圖案化之鄰近目標部分之網路。
在微影程序中，需要頻繁地進行對所創製結構之量測，(例如)以用於程序控制及驗證。用於進行此等量測之各種工具為吾人所知，包括常常用於量測臨界尺寸(CD)之掃描電子顯微鏡，及用於量測疊對(裝置中兩個層之對準準確度)之專門工具。近來，已開發供微影領域中使用的各種形式之散射計。此等裝置將輻射光束導向至目標上且量測散射輻射之一或多個性質--例如，隨波長而變化的在單一反射角下 之強度；隨反射角而變化的在一或多個波長下之強度；或隨反射角而變化的偏振--以獲得可供判定目標之所關注性質之繞射「光譜(spectrum)」。
已知散射計之實例包括US2006033921A1及US2010201963A1中所描述之類型之角度解析散射計。由此等散射計使用之目標為相對大(例如，40微米乘40微米)光柵，且量測光束產生小於光柵之光點(亦即，光柵填充不足)。除了藉由重新建構進行特徵形狀之量測以外，亦可使用此設備來量測基於繞射之疊對，如已公佈專利申請案US2006066855A1中所描述。使用繞射階之暗場成像的基於繞射之疊對計量允許量測較小目標上之疊對及其他參數。此等目標可小於照明光點且可由基板上之產品結構環繞。藉由影像平面中之暗場偵測，來自環境產品結構之強度可與來自疊對目標之強度高效地分離。
可在專利申請案US20100328655A1及US2011069292A1中找到暗場成像計量之實例，該等專利申請案之文件特此以引用之方式全文併入。已公佈專利公開案US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US20120242970A1、US20130258310A、US20130271740A及WO2013178422A1中已描述該技術之進一步發展。通常，在此等方法中，需要量測作為目標之性質的不對稱性。目標可經設計以使得不對稱性之度量可用於獲得各種效能參數(諸如，疊對、聚焦或劑量)之度量。藉由使用散射計偵測繞射光譜之相反部分之間的強度差異來量測目標之不對稱性。舉例而言，可比較+1繞射階及-1繞射階之強度以獲得不對稱性之度量值。
在此等先前專利申請案中之一些中，提議使用不同照明模式及/或不同影像偵測模式執行暗場計量以自目標內之週期性結構(光柵)獲得+1繞射階及-1繞射階。另一方面，此等方法易受用於不同模式中之光學路徑之不對稱性影響，此將在量測目標之不對稱性時導致誤差。 因此，儘管可應用準確的校準及校正以減小此等誤差，但一般狀況為若在相同照明及偵測條件下量測目標兩次則獲得最佳疊對量測結果。為進行此操作，在量測之間旋轉基板180度以依次獲得-1及+1繞射階強度。因此，此模式之不對稱性量測可被稱作晶圓旋轉模式。將完全相同光學路徑用於兩個量測確保了所量測強度之間的任何差異均歸因於目標性質，而非散射計之性質。
雖然使用晶圓旋轉模式實質上消除歸因於儀器之不對稱性的誤差，但其他誤差來源仍可存在。此等誤差來源中之一者由散射計之光學系統內之雜散光或「重像」反射引起。照明輻射及非所需零階輻射進入光學系統。取決於目標及條件(諸如，波長及特定目標結構、下伏結構及程序)，此等非所需信號相對於量測使用所需之較高階繞射信號可為強的。因此，投入極大注意力及費用以使內部反射及散射最小化。當然，任何光學界面在某種程度上均為反射的。將使用抗反射塗層，但此等塗層無法完全起作用，尤其當廣泛範圍之波長用於量測時。表面之刮擦及污染亦將導致散射及雜散光。因此，對於硬體設計者、製造商及此等儀器之操作者而言，獲得跨越廣泛範圍之波長的最佳不對稱性度量仍為極大挑戰。
需要提供用於暗場計量(例如，量測目標光柵中之不對稱性及/或疊對)之方法及設備，其中可獲得高準確度而不進一步提高設計、製造及操作成本。諸位發明人已認識到，可使用已知硬體，藉由包括對雜散光之數學校正而相對於先前公佈之技術改良準確度。
在第一態樣中，本發明提供量測基板上藉由微影程序形成之週期性結構中之不對稱性之方法，該方法包含以下步驟：第一量測步驟，其包含在藉由輻射照明週期性結構時形成及偵測週期性結構之第一影像，該第一影像係使用繞射輻射之第一選定部 分形成；第二量測步驟，其包含在藉由輻射照明週期性結構時形成及偵測週期性結構之第二影像，該第二影像係使用繞射輻射之第二選定部分(其在週期性結構之繞射光譜中與第一部分對稱相反)形成；以及基於源自所偵測之第一與第二影像的強度值計算週期性結構中之不對稱性之度量，其中在計算不對稱性度量之步驟中，包括校正以用於減少第一與第二量測步驟中產生之雜散輻射之影響。
為了促進校正，在一些實施例中，該方法進一步包含在與第一及第二量測步驟相同的基板及/或類似的基板上執行的複數個校準量測步驟，該校正基於該等校準量測步驟之結果。所需校正可在很大程度上取決於結構及施加至個別基板及目標之程序。可對各基板、各批次之基板或具有類似類型及程序歷史之所有基板進行校準量測。可針對不同量測條件(例如，不同波長)進行校準量測，且輻射之偏振可需要極不同量之校正。
在一些實施例中，校準量測包括對至少第一與第二週期性結構之量測，第一與第二週期性結構經形成而具有不對稱性相關參數之已知偏差。可作為典型目標之一部分而獲得具有疊對或所關注之其他參數之不同偏差之結構，或可特定提供具有不同偏差之結構以用於校準。
舉例而言，校準量測可包括：- 在經由第一光學路徑照明基板時藉由相對於量測光學系統在第一定向中之該基板進行之第一校準量測；- 在經由第一光學路徑照明基板時藉由相對於量測光學系統在第二定向中之該基板進行之第二校準量測；- 在經由第二光學路徑照明基板時藉由在第一定向中之該基板進 行之第三校準量測；以及- 在經由第二光學路徑照明基板時藉由在第二定向中之該基板進行之第四校準量測。
在一實施例中，對至少第一與第二週期性結構中之每一者進行第一、第二、第三及第四校準量測，第一與第二週期性結構經形成而具有不對稱性相關參數之已知偏差。
在一些實施例中，本發明使用足夠小而能全部納入量測光學系統之視野內的結構同時量測若干週期性結構中之不對稱性。舉例而言，此視野可由照明光點大小界定。
可藉由相對於量測光學系統在第一定向中之基板執行第一量測步驟，且藉由在第二定向中之基板執行第二量測步驟。因此，可在所謂的晶圓旋轉模式量測中施加對於雜散光之校正。
另外，可以其他模式(例如，以藉由相對於量測光學系統在第一定向中之基板執行第一與第二量測步驟(第一量測步驟使用量測光學系統內之第一光學路徑且第二量測步驟使用第二光學路徑)之模式)施加對於雜散光之校正。
該方法可進一步包含基於藉由該方法對於複數個週期性結構所判定之不對稱性而計算該微影程序之效能參數。效能參數可為(例如)疊對、聚焦或劑量。
本發明進一步提供經組態以用於量測基板上之週期性結構中之不對稱性之檢測設備，該檢測設備包含：照明配置，其可操作以將經調節之輻射光束遞送至基板以供量測步驟使用；偵測配置，其在此等量測步驟期間可操作以使用自基板繞射之輻射形成及偵測基板之各別影像，照明配置及偵測配置形成量測光學系統，以及 光闌配置，其在偵測配置內，基板支撐件，其可操作以將基板支撐在相對於照明配置及偵測配置的至少第一與第二定向中；其中照明配置、光闌配置及基板支撐件共同地可操作以選擇繞射輻射之繞射光譜之哪一部分對每一影像產生貢獻，且其中該設備進一步包含經程式化以致使該設備藉由如上述根據本發明之方法獲得週期性結構之不對稱性之經校正度量的控制器。
以此方式，不僅可在新設備中，而且可藉由對現有光學硬體進行適當控制來施加對雜散光之校正。可獲得改良之度量而無改良之硬體設計及維護之預期費用。
本發明進一步提供包含機器可讀指令之電腦程式產品，該等指令用於致使可程式化處理裝置實施如上述根據本發明之方法。舉例而言，機器可讀指令可體現在非暫時性儲存媒體中。
本發明進一步提供包括如上述根據本發明之微影設備及檢測設備之微影系統。
本發明進一步提供製造裝置之方法，其中裝置圖案係使用微影程序施加至一系列基板，該方法包括使用如上述根據本發明之方法量測作為該裝置圖案之部分或除裝置圖案以外形成在該等基板中之至少一者上之至少一個週期性結構之不對稱性，以及基於不對稱性量測之結果控制用於後續基板之微影程序。
下文參看附圖來詳細地描述本發明之另外的特徵及優點，以及本發明之各種實施例之結構及操作。應注意，本發明不限於本文中所描述之特定實施例。本文中僅出於說明性目的而呈現此等實施例。基於本文中所含有之教示，額外實施例對於熟習相關技術者而言將為顯而易見的。
11‧‧‧輻射源
12‧‧‧照明系統
12a‧‧‧透鏡系統
12b‧‧‧彩色濾光器
12c‧‧‧偏振器
13‧‧‧孔徑裝置
13'‧‧‧照明場光闌
13N‧‧‧孔徑
13S‧‧‧孔徑
13O‧‧‧孔徑
13NW‧‧‧孔徑
13SE‧‧‧孔徑
15‧‧‧反射表面/光束分光器
16‧‧‧顯微鏡接物鏡/透鏡
17‧‧‧光束分光器/第二光束分光器
19‧‧‧偵測器
20‧‧‧透鏡
21‧‧‧第二孔徑裝置/光瞳光闌/成像分支孔徑裝置/孔徑
21'‧‧‧成像分支場光闌
21a‧‧‧同軸孔徑
21b‧‧‧稜鏡/稜鏡配置
22‧‧‧透鏡
23‧‧‧偵測器/感測器/第二二維影像偵測器
32‧‧‧小目標光柵/光柵
33‧‧‧小目標光柵/光柵
34‧‧‧小目標光柵/光柵
35‧‧‧小目標光柵/光柵
42‧‧‧矩形區域/分離影像
43‧‧‧矩形區域/分離影像
44‧‧‧矩形區域/分離影像
45‧‧‧矩形區域/分離影像
82‧‧‧目標
84‧‧‧照明輻射
84'‧‧‧位置
86‧‧‧光瞳
AD‧‧‧調整器
AS‧‧‧對準感測器
B‧‧‧輻射光束
BD‧‧‧光束遞送系統
BK‧‧‧烘烤板
CH‧‧‧冷卻板
CO‧‧‧聚光器
CP‧‧‧收集路徑
DE‧‧‧顯影器
EXP‧‧‧曝光站
IF‧‧‧位置感測器
IL‧‧‧照明系統/照明器
IN‧‧‧積光器
I/O1‧‧‧輸入/輸出通口
I/O2‧‧‧輸入/輸出通口
IP‧‧‧照明路徑
LA‧‧‧微影設備
LACU‧‧‧微影控制單元
LB‧‧‧進料台
LC‧‧‧微影製造單元
LS‧‧‧位準感測器
M1‧‧‧光罩對準標記
M2‧‧‧光罩對準標記
MA‧‧‧圖案化裝置
MEA‧‧‧量測站
MET‧‧‧計量系統
MT‧‧‧圖案化裝置支撐件或支撐結構
O‧‧‧光軸
P1‧‧‧基板對準標記
P2‧‧‧基板對準標記
PM‧‧‧第一定位器
PS‧‧‧投影系統
PU‧‧‧控制器
PW‧‧‧第二定位器
RF‧‧‧參考框架
S‧‧‧光點
S'‧‧‧圓形區域
S1~S12‧‧‧步驟
SC‧‧‧旋塗器
SCS‧‧‧監督控制系統
SO‧‧‧輻射源
T‧‧‧目標/計量目標
T'‧‧‧影像
TCU‧‧‧自動化光阻塗佈及顯影系統控制單元
W‧‧‧基板
WTa‧‧‧基板台
WTb‧‧‧基板台
現在將參看附圖藉助於實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中：圖1描繪根據本發明之一實施例之微影設備；圖2描繪包括根據本發明之一實施例的檢測設備之微影製造單元或叢集；圖3包含(a)根據本發明之第一實施例的檢測設備之示意圖，(b)在第一定向中之基板及目標之表示，(c)在第二定向中之基板及目標之表示，(d)在第一定向中之基板俘獲+1繞射階之示意性說明及(e)在第二定向中之基板俘獲-1繞射階之示意性說明，以及(f)根據所俘獲之+1及-1繞射階之強度計算不對稱性之實例；圖4描繪(a)目標之已知形式及基板上之量測光點之輪廓，(b)在圖3之檢測設備中所獲得之目標之影像及(c)根據使用此等影像進行之不對稱性量測計算的作為所關注參數的疊對之計算；圖5說明可在使用圖3及圖4之設備的不對稱性量測中應用之校準量測及校正步驟之原理；圖6為使用圖5之原理量測不對稱性之經校正度量之方法之流程圖；圖7展示經調適用於不同操作模式的圖3之設備；且圖8說明適合於圖7中所展示之操作模式的圖5之校準量測及校正步驟之原理。
在詳細地描述本發明之實施例之前，呈現可供實施本發明之實施例之實例環境係有指導性的。
圖1示意性地描繪微影設備LA。該設備包括：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)；圖案化裝置支撐件或支撐結構(例如，光罩台)MT，其經建構以支撐圖案化 裝置(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裝置之第一定位器PM；兩個基板台(例如，晶圓台)WTa及WTb，其各自經建構以固持基板(例如，塗有抗蝕劑之晶圓)W，且各自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)PS，其經組態以將由圖案化裝置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，包括一或多個晶粒)上。參考框架RF連接各種組件，且充當用於設定及量測圖案化裝置及基板之位置以及圖案化裝置及基板上之特徵之位置的參考。
照明系統可包括用於引導、塑形或控制輻射之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。
圖案化裝置支撐件以取決於圖案化裝置之定向、微影設備之設計及其他條件(諸如，圖案化裝置是否被固持於真空環境中)之方式來固持圖案化裝置。圖案化裝置支撐件可呈許多形式。圖案化裝置支撐件可確保圖案化裝置(例如)相對於投影系統處於所要位置。
本文中所使用之術語「圖案化裝置」應被廣泛地解譯為係指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裝置。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，則該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裝置(諸如，積體電路)中之特定功能層。
如此處所描繪，設備屬於透射類型(例如，採用透射圖案化裝置)。或者，設備可屬於反射類型(例如，採用如上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列，或採用反射光罩)。圖案化裝置之實例包括光罩、可程式化鏡面陣列及可程式化LCD面板。可認為本文中對術語 「比例光罩」或「光罩」之任何使用皆與更一般術語「圖案化裝置」同義。術語「圖案化裝置」亦可被解譯為係指以數位形式儲存用於控制此可程式化圖案化裝置之圖案資訊的裝置。
本文中所使用之術語「投影系統」應被廣泛地解譯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。可認為本文中對術語「投影透鏡」之任何使用皆與更一般之術語「投影系統」同義。
微影設備亦可屬於如下類型：其中基板之至少一部分可由具有相對高折射率之液體(例如，水)覆蓋，以便填充投影系統與基板之間的空間。亦可將浸潤液體施加於微影設備中之其他空間，例如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。
在操作中，照明器IL自輻射源SO接收輻射光束。舉例而言，當源為準分子雷射時，源與微影設備可為分離實體。在此等狀況下，不認為源形成微影設備之零件，且輻射光束藉助於包括(例如)合適導向鏡面及/或光束擴展器之光束遞送系統BD而自源SO傳遞至照明器IL。在其他狀況下，舉例而言，當源為水銀燈時，該源可為微影設備之整體零件。源SO及照明器IL連同光束遞送系統BD(必要時)可被稱作輻射系統。
照明器IL可(例如)包括用於調整輻射光束之角強度分佈之調整器AD、積光器IN及聚光器CO。照明器可用於調節輻射光束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分佈。
輻射光束B入射於被固持於圖案化裝置支撐件MT上之圖案化裝置MA上，且係藉由該圖案化裝置而經圖案化。在已橫穿圖案化裝置(例如，光罩)MA的情況下，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，投影 系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。藉助於第二定位器PW及位置感測器IF(例如，干涉量測裝置、線性編碼器、2-D編碼器或電容式感測器)，可準確地移動基板台WTa或WTb，(例如)以便使不同目標部分C定位於輻射光束B之路徑中。類似地，第一定位器PM及另一位置感測器(其未在圖1中明確地描繪)可用於(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圖案化裝置(例如，光罩)MA。
可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化裝置(例如，光罩)MA及基板W。儘管如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)。類似地，在一個以上晶粒提供於圖案化裝置(例如，光罩)MA上之情形中，光罩對準標記可位於該等晶粒之間。小對準標記亦可包括於晶粒內、在裝置特徵間，在此狀況下，需要使該等標記儘可能地小且相比於鄰近特徵無需任何不同成像或程序條件。下文中進一步描述偵測對準標記之對準系統。
可以各種模式使用所描繪之設備。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，同步地掃描圖案化裝置支撐件(例如，光罩台)MT及基板台WT(亦即，單次動態曝光)。可藉由投影系統PS之放大率(縮小率)及影像反轉特性來判定基板台WT相對於圖案化裝置支撐件(例如，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定目標部分之高度(在掃描方向上)。如在此項技術中為吾人所熟知，其他類型之微影設備及操作模式係可能的。舉例而言，步進模式為吾人所知。在所謂「無光罩」微影中，可程式化圖案化裝置經保持靜止但具有改變之圖案；且基板台WT經移動或掃描。
亦可採用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。
微影設備LA屬於所謂雙平台類型，其具有兩個基板台WTa、WTb以及兩個站--曝光站EXP及量測站MEA--在該兩個站之間可交換基板台。在曝光站處曝光一個基板台上之一個基板的同時，可在量測站處將另一基板裝載至另一基板台上且進行各種預備步驟。此允許實現設備之產出率之相當大增加。該等預備步驟可包括使用位準感測器LS來映射基板之表面等高線，及使用對準感測器AS來量測基板上之對準標記之位置。若位置感測器IF在基板台處於量測站以及處於曝光站時不能夠量測基板台之位置，則可提供第二位置感測器以使得能夠在兩個站處追蹤基板台相對於參考框架RF之位置。其他配置為吾人所知且可代替所展示之雙平台配置使用。舉例而言，提供基板台及量測台之其他微影設備為吾人所知。此等台在執行預備量測時銜接在一起，且接著在基板台經歷曝光時不銜接。
如圖2所展示，微影設備LA形成微影製造單元LC(有時亦被稱作微影單元或叢集)之部分，微影製造單元LC亦包括用以對基板執行曝光前程序及曝光後程序之設備。習知地，此等設備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/輸出通口I/O1、I/O2拾取基板、在不同程序設備之間移動基板，且將基板遞送至微影設備之進料台LB。常常共同地被稱作自動化光阻塗佈及顯影系統(track)之此等裝置係在自動化光阻塗佈及顯影系統控制單元TCU之控制下，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而控制微影設備。因此，不同設備可經操作以使產出率及處理效率最大化。
為了正確且一致地曝光由微影設備曝光之基板，需要檢測經曝 光基板以量測性質，諸如，後續層之間的疊對誤差、線粗細度、臨界尺寸(CD)，等等。因此，微影單元LC所位於之製造設施亦包括計量系統MET，計量系統MET接收已在微影單元中經處理之基板W中的一些或全部。將計量結果直接或間接地提供至監督控制系統SCS。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光進行調整，尤其是在可足夠早且快速地進行檢測而使得同一批次之其他基板仍待曝光的情況下。此外，已經曝光之基板可被剝離及重工以改良良率，或被捨棄，藉此避免對已知有缺陷之基板執行進一步處理。在基板之僅一些目標部分有缺陷之狀況下，可僅對良好的彼等目標部分執行進一步曝光。
在計量系統MET內，將檢測設備用以判定基板之性質，且詳言之，判定不同基板或同一基板之不同層之性質如何在層間變化。檢測設備可整合至微影設備LA或微影單元LC中，或可為獨立裝置。為了允許實現最快速量測，需要使檢測設備緊接在曝光之後量測經曝光抗蝕劑層中之性質。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--且並非所有檢測設備均具有足夠敏感度來對潛影進行有用量測。因此，可在曝光後烘烤步驟(PEB)之後進行量測，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影(semi-latent)。亦有可能進行對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量測。後一可能性限制了重工有缺陷基板之可能性，但仍可提供有用資訊。
用於小目標暗場計量之實例檢測設備
適合於執行暗場計量之檢測設備展示於圖3(a)中。在圖3(b)及圖3(c)中展示了呈不同定向的具有目標T之基板W。在圖3(d)及圖3(e)中 更詳細地說明目標光柵T及繞射光線。暗場計量設備可為獨立裝置，或(例如)在量測站處併入於微影設備LA中抑或併入於微影製造單元LC中。
在此類型之檢測設備中，由照明系統12調節由輻射源11發射之輻射。舉例而言，照明系統12可包括準直使用透鏡系統12a、彩色濾光器12b、偏振器12c及孔徑裝置13。經調節之輻射遵循照明路徑IP，其中該輻射藉由部分反射表面15(光束分光器)反射且經由顯微鏡接物鏡16聚焦至基板W上之光點S中。計量目標T可形成於基板W上。透鏡16具有高數值孔徑(NA)，較佳地為至少0.9且更佳地為至少0.95。可視需要使用浸潤流體以獲得大於1的數值孔徑。
當輻射光束入射在部分反射表面15上時，該輻射光束之一部分透射穿過光束分光器且遵循參考路徑(未展示)。舉例而言，偵測參考路徑中之輻射以量測入射輻射之強度，以便允許正規化散射光譜(繞射光譜)中所量測之強度值。
由基板反射之輻射(包括由任何計量目標T繞射之輻射)係由透鏡16收集且遵循收集路徑CP，在收集路徑CP中，輻射通過部分反射表面15而傳遞至偵測器19中。偵測器可位於處於透鏡16之焦距F處的背向投影式光瞳平面P中。實際上，光瞳平面自身不可接近，且可代替地藉由輔助光學件(未展示)而再成像至位於所謂共軛光瞳平面P'中之偵測器上。偵測器較佳為二維偵測器，使得可量測基板目標30之二維角度散射光譜或繞射光譜。在光瞳平面或共軛光瞳平面中，輻射之徑向位置界定輻射在經聚焦光點S之平面中之入射角/出射角，且圍繞光軸O之角度位置界定輻射之方位角。
照明系統12之各種組件可經調整以在同一設備內實施不同計量『配方』。彩色濾光器12b可(例如)藉由干涉濾光器集合實施以選擇在(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 圍內的不同所關注波長。干涉濾光器可為可調諧的，而非包含不同濾光器之集合。可使用光柵以代替干涉濾光器。偏振器12c可為可旋轉的或可調換的以便在輻射光點S中實施不同偏振狀態。孔徑裝置13可經調整以實施不同照明形態設定，如下文進一步描述。孔徑裝置13位於與接物鏡16之光瞳平面P及偵測器19之平面共軛的平面P"中。以此方式，由孔徑裝置界定之照明形態設定界定了傳遞通過孔徑裝置13上之不同部位之輻射的入射於基板上之光之角度分佈。
第二光束分光器(部分反射表面)17將繞射光束劃分成兩個量測分支。在第一量測分支中，光學系統18使用零階及一階繞射光束在第一偵測器19(例如，CCD或CMOS感測器)上形成目標之繞射光譜(光瞳平面影像)，如上文所描述。在第二量測分支中，包括透鏡20、22之光學系統在第二二維影像偵測器23(例如，CCD或CMOS感測器)上形成基板W上之目標之影像T'。在第二量測分支中，在與光瞳平面共軛之平面中提供第二孔徑裝置21。當描述本發明時，此平面將被稱作『中間光瞳平面』。第二孔徑裝置21用於阻擋零階繞射光束，使得形成於偵測器23上之目標之影像僅由-1或+1一階光束形成。由偵測器19及23俘獲之影像輸出至影像處理器及控制器PU，影像處理器及控制器PU之功能將取決於正被執行之量測之特定類型。應注意，此處在廣泛意義上使用術語『影像』。若僅存在-1階及+1階中之一者，則將不形成這樣的光柵線之影像。
在計量目標T提供於基板W上之情況下，此可為1-D光柵，其經印刷以使得在顯影之後，長條由固體抗蝕劑線形成。目標可為2-D光柵，其經印刷使得在顯影之後，光柵由固體抗蝕劑柱或抗蝕劑中之介層孔形成。長條、柱或介層孔可替代地經蝕刻至基板中。此圖案對微影投影設備(尤其投影系統PS)中之色像差敏感。照明對稱性及此等像差之存在將表現在經印刷光柵之變化中。因此，將經印刷光柵之散射 量測資料用於量測光柵之性質。此等性質又用於監測在基板上之其他處藉由同一程序形成之功能產品特徵之性質。
在設備之一特定應用中，藉由量測產品及/或目標圖案中之特徵之不對稱性來監測程序。不對稱性量測之一特定應用係疊對之量測，其中目標包含疊置於週期性特徵之另一集合上的週期性特徵之一個集合。簡言之，雖然目標之繞射光譜中之繞射階之位置僅由目標之週期性判定，但繞射光譜中之強度位準之不對稱性指示了構成該目標的個別特徵之不對稱性。
在第一量測分支中，繞射階之此種不對稱性直接呈現為由偵測器19記錄之光瞳影像之不對稱性。可藉由單元PU中之數位影像處理來量測此不對稱性，且相對於已知疊對值來校準此不對稱性。然而，對於本發明，吾人關心藉由暗場成像技術使用設備之第二量測分支量測小目標上之不對稱性，如現將描述。
如所提及，可藉由在呈現基板平面之空間光譜之平面(此處被稱作(共軛)光瞳平面)中界定空間強度分佈來選擇輻射入射於基板上之角度範圍。詳言之，可藉由在為接物鏡光瞳平面之背向投影式影像之平面中在透鏡12與14之間提供合適形式之孔徑裝置13來進行此選擇。在所說明之實例中，改變孔徑裝置13允許選擇不同孔徑，及因此選擇不同照明模式。所說明之形式之孔徑13N界定來自經指定為『北』(僅為了描述起見)之方向之離軸照明。在第二照明模式中，孔徑13S用於提供類似照明，但該照明來自被標記為『南』之相反方向。藉由使用不同孔徑，其他模式之照明成為可能，其中一些將在下文中說明。光瞳平面之其餘部分理想地暗，此係由於在所要照明模式外部之任何不必要的光將干擾所要量測信號。
如圖3(b)及圖3(c)中示意性地展示，輻射光點S可置於目標T上，而目標在不同定向中。為了達成此目的，可提供基板台以在量測操作 期間固持基板W。該等基板台在形式上可與圖1之微影設備LA中之基板台WTa、WTb類似或相同。(在檢測設備與微影設備整合之實例中，該等基板台可甚至為相同基板台)。粗略定位器及精細定位器可經組態以相對於量測光學系統來準確地定位基板。提供各種感測器及致動器(例如)以獲取所關注目標之位置，且將所關注目標帶入至接物鏡16下方之位置中。通常將對跨越基板W之不同部位處之目標進行許多量測。基板支撐件可在X及Y方向上移動以獲取不同目標，且在Z方向上移動以獲得光學系統對目標之所要聚焦。亦提供基板台圍繞Z軸之旋轉。以如同將照明光點S帶入至基板上之不同部位的方式考慮及描述操作為方便的。在此等操作之實際實施中，若光學系統在基板移動時保持實質上靜止，則通常更為方便。倘若基板及光學系統之相對位置正確，原則上基板及光學系統中之一者或兩者在真實世界中是否移動就不重要。
在圖3(b)中，吾人看到在第一定向中帶入至光點S中之實例目標T，可藉由零度之旋轉角RZ(RZ=0)界定該第一定向。在圖3(c)中，吾人看到旋轉180度(按弧度計，RZ=π)地帶入至光點S中之同一目標。將理解，為了說明起見，在此大大誇示光點及目標之大小。真實基板可具有跨越其而分佈，用於量測該基板上不同位置處之疊對及其他參數之許多目標。舉例而言，光點S之直徑可為10μm與50μm之間，同時在此類型之小目標計量中目標T納入在光點直徑範圍內。因此，該目標被稱作「填充過度」。
圖3(d)及圖3(e)示意性地展示繞射光譜之更多細節，該繞射光譜在將目標T之週期性結構(光柵)在基板W與接物鏡16之光軸O垂直的情況下置放至光點S中時產生。在圖3(d)中，使用定向RZ=0，而在圖3(e)中，使用180度旋轉定向(RZ=π)。自偏離軸線O之角度照射於光柵T上之照明光線I產生一零階光線(實線0)及兩個一階光線(單點虛線+1 及雙點虛線-1)。
應記住，所說明之光線中之各者僅為落在基板區域上之許多平行光線中之一者，該基板包括計量目標T且在過度填充之小目標光柵的情況下可包括與量測程序不相關之其他特徵。由於板13中之孔徑具有有限寬度(為接納有用量之光所必要)，因此入射光線I實際上將佔據一角度範圍，且繞射光線0及+1/-1將稍微散開。根據小目標之點散佈函數(point spread function)，每一階+1及-1將進一步散佈在一角度範圍上，而非如所展示之單一理想光線。應注意，光柵間距及照明角度可經設計或經調整以使得進入接物鏡之一階光線與中心光軸緊密地對準。圖3(a)、圖3(d)及圖3(e)中所說明之光線被展示為稍微離軸，此純粹地為了使其能夠在圖中更容易地被區分。
至少由基板W上之目標繞射之0階及+1階係由接物鏡16收集，且經由光束分光器15引導回。返回至圖3(a)，藉由指定被標記為北(13N)及南(13S)之完全相反孔徑而說明第一照明模式及第二照明模式兩者。當入射光線I來自光軸之北側時，亦即當使用孔徑板13N應用第一照明模式時，在目標之定向為第一定向(RZ=0)時+1繞射光線(其被標記為+1)進入接物鏡16。相比而言，在第二定向(RZ=π)中，-1繞射光線為進入透鏡16之光線。
如圖3(f)中所說明，可根據+1及-1繞射階之所偵測輻射之強度來計算不對稱性A之度量。在公式中：A=I +1-I -1
不對稱性度量經計算為針對+1階與-1階所量測之強度之間的差異。對於每一強度度量I，上標表示定向RZ(0或π)，而下標表示繞射階+1或-1。
繞射光譜之哪一部分用於在偵測器23上形成影像係依據照明孔徑、成像分支孔徑、輻射波長及光點內之週期性結構之間距。圖3中 所展示之特定形式之孔徑裝置13及第二孔徑裝置21純粹為實例。改變繞射光譜之哪一部分進入接物鏡16而不改變目標之定向的另一方式為改變照明模式，例如藉由自孔徑13N改變至孔徑13S。此選項將用於校準處理程序，在下文中解釋。代替改變照明孔徑裝置13或除改變照明孔徑裝置13之外，另外的替代方式係改變成像分支孔徑裝置21。在本發明之其他實施例(其中一些將在下文中說明及描述)中，使用目標之同軸照明且使用具有離軸孔徑之成像分支孔徑裝置21實質上僅將一個一階繞射光傳遞至感測器。在又其他實施例中，代替一階光束或除了一階光束以外，亦可在量測中使用二階光束、三階光束及較高階光束(圖3中未展示)。
為了使得照明可適應於此等不同類型之量測，孔徑板13可包含圍繞圓盤形成之許多孔徑圖案，該圓盤旋轉以使所要圖案處於適當位置。替代地或另外，可提供一組板13並進行調換，以達成相同效應。亦可使用諸如可變形鏡面陣列或透射空間光調變器之可程式化照明裝置。可使用移動鏡面或稜鏡作為用以調整照明模式之另一方式。
雖然在本實例中用於成像之光學系統具有寬入射光瞳(其由第二孔徑裝置21限制)，但在其他實施例或應用中成像系統自身之入射光瞳大小可足夠小以限制至所要的階，且因此亦充當第二孔徑裝置。圖3(c)及圖3(d)中展示可使用之不同孔徑板，如下文進一步描述。目前，僅考慮使用孔徑板13N的情況就夠了。
圖3(a)中所展示之視情況存在之組件為照明場光闌13'及成像分支場光闌21'。場光闌位於與目標T及影像T'共軛之平面(亦被稱作後焦平面或中間焦平面)中。場光闌可應用於限制基板上的經照明及/或成像之場面積。
圖4(a)描繪根據已知做法形成於基板上之複合目標。複合目標包含緊密地定位在一起之四個光柵32至35以使得該等四個光柵全部均將 在由計量設備之照明光束形成之量測光點S內且因此全部同時經照明且同時成像在偵測器23上。在專用於疊對量測之一實例中，光柵32至35自身為藉由疊對在形成於基板W上之半導體產品之不同層中經圖案化之光柵而形成的複合光柵。光柵32至35以不同方式有偏差，以便促進量測經形成有複合光柵之不同部分之層之間的疊對。亦在此實例中，光柵32及34具有在X方向上的週期性及疊對偏差，而光柵33及35具有在Y方向上的定向及疊對偏差。在一個實例中，光柵32至35分別具有+d、-d、+d、-d之偏差。偏差+d意謂光柵中之一者之組件經配置以使得若該等組件皆準確地印刷於其標稱部位處，則該等組件中之一者將相對於另一者偏移距離d。偏差-d意謂疊對光柵之組件經配置以使得若被完美地印刷，則將存在距離d但在與第一光柵相反方向上的偏移等等。雖然說明四個光柵，但實用實施例可能需要更大矩陣以獲得所要準確度。舉例而言，九個複合光柵之3×3陣列可具有偏差-4d、-3d、-2d、-d、0、+d、+2d、+3d、+4d。可在由偵測器23俘獲之影像中識別此等光柵之分離影像。
圖4(b)展示可使用圖3之設備中之圖4之目標形成於偵測器23上及由偵測器23偵測到之影像之實例。雖然光瞳影像偵測器19不能解析不同個別光柵32至35，但場影像偵測器23可解析不同個別光柵32至35。標記為23之暗矩形表示偵測器23上之影像場，在該場內基板上之經照明光點S成像至對應的圓形區域S'中。在此圓形區域S'內，矩形區域42至45表示小目標光柵32至35之影像。若光柵位於產品區域中，則產品特徵在此影像中亦可為可見的。影像處理器及控制器PU處理此等影像以識別光柵32至35之分離影像42至45。此可藉由圖案匹配技術完成，以使得不必在感測器圖框內之特定部位處極精確地對準該等影像。以此方式減少準確對準之需要大大改良了整個量測設備之產出率。然而，若成像程序經受跨越影像場之不均勻性，則位置變化可在 量測結果中引入不準確性。不僅光學路徑中之各種組件之性質可改變，而且照明之強度及偵測之敏感度亦可跨越影像場而改變。在上述US20120242970A1中，根據在影像偵測器23之場內觀察到各光柵影像之位置對所量測之強度進行校正。亦可在本發明之技術中應用此類校正。
一旦已識別光柵之分離影像，就可(例如)藉由對經識別區域內之選定像素強度值進行平均化或求和而量測彼等個別影像之強度。影像之強度及/或其他性質可相互比較，例如使用圖3(f)之公式。可組合此等結果以量測微影程序之不同參數。疊對效能(其可藉由量測光柵目標之不對稱性而量測)為此種參數之一重要實例。
參看圖4(c)，不同目標可經設計以使得其不對稱性在很大程度上取決於用於量測微影程序之所關注參數。對於本文中所描述之實例，吾人將假定目標經設計以用於量測作為所關注參數之疊對。如圖4(c)之公式中所示，可使用對於光柵含有之不同偏差值之知識、依據針對兩個或兩個以上光柵所量測之不對稱性計算在此目標附近之疊對OV之度量。換言之，可結合對於光柵中之不同偏差之知識，使用經偏差光柵之不對稱性之度量來計算未知的疊對OV。應注意，圖3(a)之實例目標為具有在X及Y方向上的組件光柵之複合目標，且具有+d及-d兩個偏差值，將理解，該目標允許根據彼等目標光柵之不對稱性度量來計算在X及Y兩個方向上之疊對之度量。在一個實例中，藉由以下公式計算疊對： 其中d為偏差之量且p為光柵間距。舉例而言，可以奈米(nm)表示偏差及間距。
此量測之原理為完備的，且並不需要在本文中進一步描述。然而，顯而易見，若對光柵中之一者或兩者之不對稱性量測中存在任何 誤差，則依據彼等不對稱性計算的疊對度量亦有可能含有誤差。在以下論述中，吾人說明校正此類誤差，及尤其由雜散光或「重像」反射引起之誤差之方法。此雜散光可源自入射輻射及零階反射輻射(其自設備之內部表面反射)之光線，源自污染等。雖然複雜的抗反射塗層及抗污染之保護將用於使雜散光最小化，但此等措施皆不完美。當可使用廣泛範圍之不同波長時，尤其如此。不同於對設備中之不對稱性之校正，對於不同類型之基板，雜散光之效應可能極其不同。舉例而言，零階及一階繞射輻射之相對強度將在很大程度上取決於特定處理歷史，該特定處理歷史可導致極不同的材料及結構存在於各目標中、各目標下方及各目標周圍。因此，迄今為止，使雜散光之效應最小化之唯一方式為設備之改良的設計、製造及維護。所有此等步驟為昂貴的，且能夠改良現有設備之效能而不如此昂貴(若有可能)將為有吸引力的。
針對雜散光之校正-原理和實例計算
圖5示意性地說明在本發明之一個實例中雜散光效應之校正之原理。在此實例中，根據對兩個或兩個以上經偏差光柵執行之校準量測之結果計算校正值。此等光柵可與待量測疊對或其他性質之光柵相同。或者，可選擇及使用彼等光柵以純粹用於校準量測。
在此實例中，對於每一經偏差光柵，進行四個校準量測，且此等校準量測由圖中標記為CM1、CM2、CM3、CM4之光瞳影像表示。每一校準量測使用特定基板定向及特定照明模式(孔徑)之組合。在所說明之量測的左側及上方，純粹示意性地且為了舉例而說明了此等旋轉及照明模式。在左手側，吾人看到使用晶圓之第一定向(RZ=0)進行校準量測CM1及CM3。另一方面，在第二定向(亦即旋轉180度(RZ=π))中對基板進行校準量測CM2及CM4。此等定向與用於圖3中所說明之不對稱性量測之彼等定向相同。
如圖之頂部處所示，使用第一照明模式(由孔徑13N界定)進行校準量測CM1及CM2。出於使用固定照明模式及不同定向之隨後量測的目的，吾人將此稱為「正常」孔徑。相反地，使用孔徑13S(其導致照明自與孔徑13N所提供者相反的方向落下)進行校準量測CM3及CM4。出於此實例的目的，此孔徑將被稱作「互補」孔徑。
在圖之中部中，對於每一校準量測，示意性光瞳影像展示目標82之週期性結構如何致使照明輻射84繞射至設備之收集路徑之光瞳86中之位置84'。在校準量測CM1中，獲得強度，表示處於0度旋轉之目標82之+1階繞射輻射。遵循同一記法，校準量測CM2獲得強度，表示旋轉180度之目標82之-1階繞射輻射。校準量測CM3在第二照明模式下類似地提供0度旋轉之目標82之-1繞射階。校準量測CM4在第二照明模式下提供旋轉180度之目標之+1繞射階。對於每一照明模式，根據此等強度值，可使用圖3(f)之公式計算標稱不對稱性。此等不對稱性標記為Anorm及Acomp，其中上標『norm』及『comp』分別係指「正常」及「互補」孔徑。
若光學系統中不存在不對稱性，則此等不對稱性值應該相同。然而，在真實設備中，不對稱性產生，該等不對稱性在設計時就從量測中排除掉或以某種方式經校正以達成目標自身之不對稱性之最大化。如所說明，首先導出具有第一偏差值(例如，+d)之組件光柵之此等不對稱性值及。與此光柵一起，可自關於具有第二偏差值(例如，-d)之組件光柵之強度值獲得類似不對稱性值及。
在所說明之實例中，此等四個不對稱性值用於如下計算標記為δ及G之兩個校準值：
如圖5之最下部處所說明，對於給定基板或一批次之基板，一旦此等校準值已知，就可根據以下通式自所量測之不對稱性值A計算經校正之不對稱性值A'：
此校正之完整理論導出在此未給定。其基於兩個假定自第一原理導出。第一假定為設備的在『norm』與『comp』孔徑之間之不對稱性可由值δ表示，使得使用正常孔徑所量測之強度I按因數(1+δ)具有誤差，且使用互補孔徑所量測之強度I按因數(1-δ)具有誤差。(實際上δ值可為正的或負的。)第二假定為設備亦遭受隨時間推移及位置改變而固定之加成性強度位準(雜散光效應)，儘管對於不同孔徑，強度位準可能不同。當所量測之強度值用於計算不對稱性時使此等不同誤差來源之效應模型化，可計算值G以表示由雜散光引起之差異。
當然，設備不對稱性及雜散光效應之以上數學表示並非唯一可能的模型，且可設計其他模型。用於計算經校正之不對稱性值之公式在彼狀況下可能不同，且在此所呈現之公式僅係為了舉例而呈現。
因此，在校正之一個實施方案中，藉由對自所量測之強度計算之不對稱性值執行加法或減法接著進行除法來獲得不對稱性之經校正度量。當然，取決於正負號慣例及互逆慣例，同一校正可依據加法抑或減法，繼而除法抑或乘法來表示。
校正值之加法及減法之正負號取決於光柵中之哪一者經量測而改變。因此，對於使用『正常』孔徑及目標之不同定向進行之不對稱性量測，校正計算將為：
及
對於使用『互補』孔徑及基板之不同定向進行之不對稱性量測，校正計算將為：
及
如所提及，每一類型之目標(藉由目標設計及藉以生產目標之微影程序界定)具有其自身校正值，但類似目標應適用使用相同值之校正。因此，倘若對表示待在適當的時候經量測之目標的目標進行校準量測，將用於量測微影程序之效能的不對稱性之實際量測並不需要進行四次，而是可(例如)使用單一照明模式及基板之兩個定向而進行。
在所說明之實例中，假定照明孔徑及光柵僅定向在X方向上。可針對Y方向光柵進行類似量測，且亦可計算Y方向上之不對稱性之校正值。如下文圖7之實例中進一步所說明，孔徑可經設計以同時自X及Y兩個方向照明，以使得可在藉由感測器23俘獲之影像中同時量測X及Y兩個方向上之週期性光柵。
具有雜散光校正的不對稱性量測之實例程序
圖6為展示根據上文所描述之原理的具有對雜散光之校正的量測疊對或其他參數之方法的流程圖。流程圖中之確切步驟及步驟之順序僅藉助於實例呈現，且可以多個方式達成相同結果。將在下文中描述此等變體中之一些。熟習此項技術者將易於設想其他變體。為了舉例，將假定待處理之基板為大批量微影製造程序中之半導體晶圓。
在S1處，將晶圓或一批(批次)晶圓提供至圖3之檢測設備(散射計)。基板具有經設計以用於量測疊對或其他參數之目標。舉例而言，目標可為具有如圖4中所示之設計的複合目標。在S2至S6處，執行初始步驟以獲得用於在隨後量測中校正雜散光的校準值。在步驟S7 至S10處，使用對雜散光之校正執行不對稱性及不對稱性相關參數之實際量測。應理解，可在步驟S7至S10之進一步量測之前、之後或過程中執行步驟S2至S6。在實際儀器中，將花費時間來旋轉基板以進行不同量測。切換及穩定不同照明模式(正常孔徑、互補孔徑)將花費時間。移動基板以將許多目標中之不同者或基板呈現到接物鏡下方將花費一定量之時間。考慮到所有此等因素，以不同模式及定向方式量測不同目標之序列通常將經最佳化以使基板之產出率最大化，而非遵循某種理論上的『邏輯』序列。量測之最佳化序列可能並非嚴格地由流程圖之步驟所指示之序列。
在S2處，選擇目標以用於校準，且使用第一照明模式(正常孔徑)獲得在不同定向下此目標之影像。使用圖3之設備之感測器23獲取此等影像，例如具有圖4(b)中所說明之形式。此等影像允許實現圖5之四個校準量測CM1至CM4。在S3處，使用第二照明模式(互補孔徑)獲取旋轉0度及180度之同一目標之影像。對兩個以不同方式經偏差之光柵執行相同校準量測。在S4處，可根據圖5中所說明之原理，自步驟S2及S3中所獲取之影像集合計算校準值δ及G。
在S5處，指示了校準程序可獲取影像多次及/或獲取來自多個目標之影像。已知任何量測均經受一定量之隨機雜訊，在相同及/或不同條件下重複量測允許更穩固之校準。在S6處，使用此等重複量測之結果，計算校準值δ、G之總值。
在S7處，對欲量測不對稱性的所有目標執行影像量測(其中晶圓旋轉0度及180度)。在S8處，基於自所獲取之影像獲得之+1階及-1階強度計算不對稱性。在S9處，使用圖5中所展示之公式應用基於校準值δ、G之校正。在S10處，假定正在量測目標之不對稱性以獲得效能參數(諸如，疊對、聚焦或劑量)之度量，則組合來自以不同方式經偏差之目標之不對稱性度量以計算經設計之參數。程序在S11處重複以 量測所需數目的目標及所需數目的基板。當已按需要量測該基板或該批次之基板時，程序在S12處結束。
如已所提及，原則上可按任何次序執行各種影像獲取步驟及計算。可在預定目標之量測之前計算校準，或可在一個序列獲取所有影像，且隨後處理該等影像以計算校準及經校正之不對稱性及所關注之參數。
在本文中之所有實例中，為了使量測結果之穩固性最大化，可在每一量測或順序量測中使用不同波長及偏振之輻射。可對於波長及偏振之每一組合，獨立地獲得及計算校正值δ、G。呈不同波長之雜散光有可能具有極不同強度。此現象之原因包括：首先，將提供於光學系統之元件上之各種抗反射塗層將具有隨波長而變化之回應；且其次，目標自身將具有隨波長而變化之回應。
當欲量測基板上的多個目標時，存在用於定序量測以藉由給定硬體設定達成最大產出率及準確度之各種可能性。舉例而言，可對每一目標執行量測步驟S2及S3，在移動至下一個目標之前調換照明模式。為了使調換操作最少化，可對於一個目標按次序S2、S3且對於下一個目標按次序S3、S2地執行步驟。或者，可針對基板上之所有目標或某一群組之目標執行步驟S2，之後才調換照明模式且針對所有目標執行步驟S3。影像可儲存於控制器PU或外部儲存器中。倘若該等影像被用其對應的目標ID及照明模式編索引或標記，則獲得其之次序對於其後續處理不重要。
在替代實施例中，可遠離檢測設備硬體及控制器PU地執行不對稱性及所關注之其他參數之計算。舉例而言，可在監督控制系統SCS內之處理器中或在經配置以自檢測設備之控制器PU接收量測資料之任何電腦設備中執行該等計算。可在與使用所獲得之校正值執行大批量計算之處理器分離的處理器中執行校準量測之控制及處理。所有此 等選項皆係供實施者選擇，且並不更改所應用之原理或所獲得之效益。
具有雜散光校正的不對稱性量測之替代模式
圖7說明經設置以用於使用互補孔徑而非基板旋轉執行不對稱性量測之圖3之檢測設備。在此實例中，用於獲得疊對或其他參數之度量的步驟可與圖6中相同，只不過步驟S7包含藉由不同照明模式而非基板之不同旋轉來獲取影像。關於使步驟之序列最佳化之所有相同評論適用於此組態中。
為了促進不同照明模式，可由照明孔徑裝置13提供不同孔徑，且由第二孔徑裝置21提供不同孔徑。在第一方法中，照明孔徑在如所示之形式13NW與如所示之13SE之間改變。如在先前實例中，此在使得收集路徑CP中之想要的一階輻射實質上在光軸上行進之角度處提供離軸照明。同軸孔徑21a選擇此一階繞射輻射，該輻射接著用於在感測器23上形成影像。
孔徑13NW提供第一照明模式，其具有針對圖4(a)中所展示之類型之X及Y光柵兩者的離軸照明。孔徑13SE提供第二照明模式，其具有與孔徑13NW之離軸照明互補之離軸照明。(相同類型之組合X/Y孔徑可用於圖6之方法之實施方案中，如已提及。)如圖7中所說明，使用孔徑13NW，沿著收集路徑中之光軸引導+1階繞射輻射。使用孔徑13SE，沿著光軸引導-1階繞射輻射。
因此，藉由切換照明模式而不旋轉基板，可自藉由感測器23俘獲之影像獲得不對稱性資訊之度量。然而，使用此方法並不保證檢測設備自身之不對稱性。不同模式中之照明路徑穿過設備之不同零件，且因此受制於不同缺陷。因此，基於使用此等互補孔徑俘獲之影像的不對稱性量測免於由檢測設備之性質引起之不對稱性效應。
在使用互補孔徑而無基板旋轉的不對稱性量測之替代方法中， 仍執行校準步驟S2至S6以使得不僅使用互補孔徑而且使用經旋轉之位置(RZ=0、π)中之基板W進行量測。進行類似數學計算以獲得校準值δ及G，但在計算中不對稱性值A0及Aπ取代Anorm及Acomp。在圖8中示意性地說明對計算之此修改。同樣，以下形式之計算：
可應用於獲得經校正之不對稱性度量，其中設備不對稱性及雜散光兩者之效應得到至少部分地校正。在此狀況下δ及G之值將不同。
以上兩個實例並非使用圖3及圖7之設備量測不對稱性之僅有方法。在圖7中所說明之另一操作模式中，吾人使用同軸照明，其中照明孔徑具有圖7中13O處所展示之形式。在此模式中，藉由對波長及光柵間距之適當選擇，可配置使得+1階及-1階繞射輻射呈現在光瞳平面之不同部分中(其中孔徑21定位在第二量測分支中)。可用稜鏡21b之配置取代同軸孔徑21a作為光瞳光闌21。如先前申請案US2011102753A1中所描述，包括稜鏡配置21b允許並非在分離的獲取步驟中，而是在相同獲取步驟中在感測器23上之分離部位中形成使用+1階及-1階的影像。此節省量測時間且避免切換孔徑。比較來自所俘獲影像之不同部分之強度而非比較不同影像中之強度以獲得不對稱性度量。同樣，當照明路徑在軸上時，在收集路徑CP中，+1及-1繞射輻射遵循貫穿檢測設備之光學系統之不同路徑。因此，可引入歸因於設備自身之不對稱性。同樣，δ可經計算為用以應對此不對稱性之校準值，且校準值G用於減少雜散光之影響。
除照明為同軸且+1階及-1階被離軸偵測之模式，及照明為離軸且在光軸上偵測繞射階之操作模式之外，在相反方向上、照明為離軸且繞射階亦為離軸之模式亦為可用的。眾所周知，照明光線I與+1及-1 繞射輻射之間的間隔取決於所採用之輻射波長及光柵間距之特定組合。一般而言，每當+1及-1繞射輻射已遵循貫穿檢測設備之光學系統之不同零件，無論彼等不同零件是在照明路徑中、在收集路徑IP、收集路徑CP或是兩個路徑中，設備之不對稱性皆將為所量測之不對稱性中之一因素。上文所解釋之原理可應用於在此等方法中雜散光之校正。
結論：
上文所教示之校正使得能夠藉由暗場成像方法以增強的準確度(歸因於用以減少雜散光之影響的校正)進行不對稱性量測。使用真實資料的實驗展示明顯改良。另外，在使用相反照明角度或成像角度而無任何基板旋轉的同時，相同校準量測可應用於校正設備不對稱性。小目標之使用允許同時讀出在照明光點內之不同位置處兩個或兩個以上光柵。
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。
雖然疊對光柵為常見實例，但藉由設計不對稱性取決於其他效能參數而非疊對之目標，亦可量測微影程序之彼等其他參數。就此而言，先前已揭示目標可經設計成其光柵結構之不對稱性對微影程序之曝光步驟期間的聚焦之變化敏感。藉由知曉聚焦與不對稱性之間的關係，尤其藉由使用具有針對其敏感度的不同偏差值之光柵，可透過觀測此類型之目標中之不對稱性來導出聚焦度量。類似地，可設計不對稱性對微影程序中之劑量變化敏感之目標。藉由使用此類目標，可基於已經描述之類型之不對稱性量測來量測整個基板上或基板之間的劑量變化。若需要，所有此等不同類型之目標可提供於同一基板上，以提供關於微影程序之效能之綜合資訊。藉由使用本文中所描述之基於影像的基於繞射之量測系統，可提供極緊密目標，使得此類量測不會 過度地影響可供用於相同基板上之功能產品特徵之空間。
在組合不對稱性值以計算所關注之參數(諸如，疊對)之前，在計算不對稱性之階段應用以上的校正計算。可執行上文所描述之該等技術以根據在不同照明及/或成像模式下工具光學系統之效能來校準且接著校正不對稱性度量。若量測程序使用不同波長及/或偏振之輻射，則可針對此等不同波長及/或偏振之輻射分開執行校準。
雖然實施例中所說明之檢測設備或工具包含具有第一與第二分支(其用於藉由平行影像感測器同時成像光瞳平面及基板平面)的特定形式之散射計，但替代配置為可能的。兩個分支可藉由可移動光學元件(諸如，鏡面)選擇性地經耦合，而非提供藉由光束分光器17永久地耦合至接物鏡16之兩個分支。可使光學系統具有單個影像感測器，至該感測器之光學路徑由可移動元件重組態以充當光瞳平面影像感測器且接著充當基板平面影像感測器。
雖然上文所描述之目標結構為出於量測之目的而特定地設計及形成之計量目標，但在其他實施例中，可在為形成於基板上之裝置之功能部件的目標上量測性質。許多裝置具有規則的類光柵結構。如本文中所使用之術語『目標光柵』及『目標結構』並不要求特定地針對所執行之量測來提供結構。
與檢測設備硬體及如在基板及圖案化裝置上實現之目標之適合週期性結構相關聯，實施例可包括含有機器可讀指令之一或多個序列之電腦程式，該等指令實施上文所說明之類型之量測方法以獲得關於微影程序之資訊。此電腦程式可執行於(例如)圖3之設備中之控制器PU及/或圖2之控制單元LACU內。亦可提供儲存有此種電腦程式之資料儲存媒體(例如，半導體記憶體，磁碟或光碟)。
儘管上文可特定地參考在光學微影之內容脈絡中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， 且在內容脈絡允許時不限於光學微影。在壓印微影中，圖案化裝置中之構形(topography)界定產生於基板上之圖案。可將圖案化裝置之構形壓入至被供應至基板之抗蝕劑層中，隨之藉由施加電磁輻射、熱、壓力或其組合而固化抗蝕劑。在抗蝕劑固化之後，將圖案化裝置移出抗蝕劑，從而在其中留下圖案。
在以下編號條項中提供根據本發明之另外的實施例：
1. 一種量測藉由微影製程在基板上形成之週期性結構之不對稱性之方法，該方法包含以下步驟：第一量測步驟，其包含在藉由輻射照明週期性結構時形成及偵測該結構之第一影像，該第一影像係使用繞射輻射之第一選定部分形成；第二量測步驟，其包含在藉由輻射照明週期性結構時形成及偵測該結構之第二影像，該第二影像係使用在週期性結構之繞射光譜中與第一部分對稱相反的繞射輻射之第二選定部分形成；以及基於源自該等所偵測之第一與第二影像的強度值計算該週期性結構中之不對稱性度量，其中在計算不對稱性度量之步驟中，包括校正以用於減少該等第一與第二量測步驟中產生之雜散輻射之影響。
2. 如條項1之方法，其中該校正包含以下形式之計算：
其中A'為經校正之不對稱性值，A為未經校正之不對稱性值且δ及G為校正值。
3. 如條項1或2之方法，其進一步包含作為第一與第二量測步驟之對同一基板及/或類似基板執行之複數個校準量測步驟，該校正基於該等校準量測步驟之結果。
4. 如條項3之方法，其中該等校準量測包括對至少第一與第二週期性結構之量測，該等第一與第二週期性結構經形成而具有不對稱性相關參數之已知偏差。
5. 如條項2或3之方法，其中該等校準量測包括至少以下各者：- 在經由第一光學路徑照明基板時藉由相對於量測光學系統在第一定向中之基板進行之第一校準量測；- 在經由第一光學路徑照明基板時藉由相對於量測光學系統在第二定向中之基板進行之第二校準量測；- 在經由第二光學路徑照明基板時藉由在第一定向中之基板進行之第三校準量測；以及- 在經由第二光學路徑照明基板時藉由在第二定向中之基板進行之第四校準量測。
6. 如條項5之方法，其中對至少第一與第二週期性結構中之每一者進行該等第一、第二、第三及第四校準量測，該等第一與第二週期性結構經形成而具有不對稱性相關參數之已知偏差。
7. 如條項4或6之方法，其中並行對該等第一與第二週期性結構進行校準量測，不同週期性結構之影像在量測光學系統之影像場中可分離。
8. 如前述條項中任一項之方法，其中藉由相對於量測光學系統在第一定向中之基板執行第一量測步驟，且藉由在第二定向中之基板執行第二量測步驟。
9. 如前述條項中任一項之方法，其中藉由相對於量測光學系統在第一定向中之基板執行第一與第二量測步驟，第一量測步驟使用量測光學系統內之第一光學路徑且第二量測步驟使用第二光學路徑。
10. 如條項4或6之方法，其中並行對複數個週期性結構執行該等第一與第二量測步驟，不同週期性結構之影像在量測光學系統之影像 場中可分離。
11. 如條項10之方法，其進一步包含基於藉由該方法對於複數個週期性結構所判定之不對稱性計算該微影程序之效能參數。
12. 一種經組態以用於量測基板上之週期性結構之不對稱性之檢測設備，該檢測設備包含：照明配置，其可操作以將經調節之輻射光束遞送至基板以供量測步驟使用；偵測配置，其在此等量測步驟期間可操作以使用自該基板繞射之輻射形成及偵測該基板之各別影像，該照明配置及該偵測配置形成量測光學系統，以及光闌配置，其在該偵測配置內，基板支撐件，其可操作以將基板支撐在相對於照明配置及偵測配置的至少第一與第二定向中；其中該照明配置、該光闌配置及該基板支撐件共同地可操作以選擇該繞射輻射之繞射光譜之哪一部分對每一影像產生貢獻，且其中該設備進一步包含控制器，該控制器經程式化以致使該設備藉由如條項1至11中任一項之方法獲得週期性結構之不對稱性之經校正度量。
13. 如條項12之設備，其中該照明配置、該光闌配置及該基板支撐件共同地可操作以並行對至少第一與第二週期性結構執行量測，不同週期性結構之影像在量測光學系統之影像場中為可分離的。
14. 本發明進一步提供一種電腦程式產品，其包含用於致使可程式化處理裝置實施如條項1至11中任一項之方法的機器可讀指令。
15. 一種微影系統，其包含：微影設備，其包含：照明光學系統，其經配置以照明圖案； 投影光學系統，其經配置以將該圖案之影像投影至基板上；及如條項12之檢測設備，其中該微影設備經配置以將包括校正的來自該檢測設備之該等量測結果用於將該圖案施加至另外的基板。
16. 一種製造裝置之方法，其中使用微影程序將裝置圖案施加至一系列基板，該方法包括：使用如條項1至11中任一項之檢測方法來檢測作為該裝置圖案之部分或除了該裝置圖案以外而形成於該等基板中之至少一者上的至少一個週期性結構；及根據該檢測方法之結果而控制用於後續基板的該微影程序。
17. 一種計算當使用檢測設備量測形成在基板上之週期性結構之不對稱性時待施加之校正之方法，該方法包含：接收對同一基板及/或類似基板執行之複數個校準量測步驟之結果；以及計算用於減少當量測不對稱性時在該檢測設備中產生之雜散輻射之影響之校正，該校正基於該等校準量測步驟之結果。
18. 如條項17之方法，其中該等校準量測包括對至少第一與第二週期性結構之量測，該等第一與第二週期性結構經形成而具有不對稱性相關參數之已知偏差。
19. 如條項17或18之方法，其中該等校準量測包括至少以下各者：- 在經由第一光學路徑照明基板時藉由相對於量測光學系統在第一定向中之基板進行之第一校準量測；- 在經由第一光學路徑照明基板時藉由相對於量測光學系統在第二定向中之基板進行之第二校準量測；- 在經由第二光學路徑照明基板時藉由在第一定向中之基板進行之第三校準量測；以及 - 在經由第二光學路徑照明基板時藉由在第二定向中之基板進行之第四校準量測。
20. 如條項19之方法，其中對至少第一與第二週期性結構中之每一者進行該等第一、第二、第三及第四校準量測，該等第一與第二週期性結構經形成而具有不對稱性相關參數之已知偏差。
本文中所使用之術語「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，具有為或約為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」在內容脈絡允許時可指各種類型之光學組件中之任一者或組合，包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件。
對特定實施例之前述說明將充分地揭露本發明之一般本質，以至於其他人可藉由應用此項技術之技能範圍內之知識，在不脫離本發明之一般概念的情況下，容易地將此等特定實施例修改及/或調適用於各種應用，而無需進行不當實驗。因此，基於本文中所呈現之教示及指導，該等調適及修改意欲處於所揭示實施例之等效物的意義及範圍內。應理解，本文中之措辭或術語係出於(例如)描述而非限制之目的，使得本說明書之術語或措辭將由熟習此項技術者按照該等教示及指導進行解譯。
本發明之廣度及範疇不應由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進行界定。
13N‧‧‧孔徑
13S‧‧‧孔徑
82‧‧‧目標
84‧‧‧照明輻射
84'‧‧‧位置
86‧‧‧光瞳
W‧‧‧基板

Claims (15)

  1. 一種量測藉由一微影程序在一基板上形成之一週期性結構之不對稱性之方法，該方法包含以下步驟：一第一量測步驟，其包含在藉由輻射照明該週期性結構時形成及偵測該結構之一第一影像，該第一影像係使用繞射輻射之一第一選定部分形成；一第二量測步驟，其包含在藉由輻射照明該週期性結構時形成及偵測該結構之一第二影像，該第二影像係使用該繞射輻射之一第二選定部分形成，該第二選定部分在該週期性結構之一繞射光譜中與該第一部分對稱相反；以及基於源自該等所偵測之第一與第二影像的強度值計算該週期性結構中之不對稱性之一度量，其中在計算該不對稱性度量之該步驟中，包括一校正以用於減少該等第一與第二量測步驟中產生之雜散輻射之一影響。
  2. 如請求項1之方法，其中該校正包含以下形式之一計算： 其中A'為一經校正之不對稱性值，A為一未經校正之不對稱性值且δ及G為校正值。
  3. 如請求項1或2之方法，其進一步包含在與該等第一與第二量測步驟相同的基板及/或一類似基板上執行之複數個校準量測步驟，該校正基於該等校準量測步驟之結果。
  4. 如請求項3之方法，其中該等校準量測包括對至少第一與第二週期性結構之量測，該等第一與第二週期性結構經形成而具有一不對稱性相關參數之已知偏差。
  5. 如請求項2之方法，其中該等校準量測包括至少以下各者： 在經由一第一光學路徑照明該基板時藉由相對於一量測光學系統在一第一定向中之該基板進行之一第一校準量測；在經由該第一光學路徑照明該基板時藉由相對於該量測光學系統在一第二定向中之該基板進行之一第二校準量測；在經由一第二光學路徑照明該基板時藉由在該第一定向中之該基板進行之一第三校準量測；以及在經由該第二光學路徑照明該基板時藉由在該第二定向中之該基板進行之一第四校準量測。
  6. 如請求項5之方法，其中對至少第一與第二週期性結構中之每一者進行該等第一、第二、第三及第四校準量測，該等第一與第二週期性結構經形成而具有一不對稱性相關參數之已知偏差。
  7. 一種經組態以用於量測一基板上之一週期性結構之不對稱性之檢測設備，該檢測設備包含：一照明配置，其可操作以將經調節之輻射光束遞送至該基板以供量測步驟使用；一偵測配置，其在此等量測步驟期間可操作以使用自該基板繞射之輻射形成及偵測該基板之各別影像，該照明配置及該偵測配置形成一量測光學系統，以及一光闌配置，其在該偵測配置內，一基板支撐件，其可操作以將該基板支撐在相對於該照明配置及該偵測配置的至少第一與第二定向中；其中該照明配置、該光闌配置及該基板支撐件共同地可操作以選擇該繞射輻射之一繞射光譜之哪一部分對每一影像產生貢獻，且其中該設備進一步包含一控制器，該控制器經程式化以致使該設備藉由如請求項1至6中任一項之一方法獲得週期性結構 之不對稱性之經校正度量。
  8. 如請求項7之設備，其中該照明配置、該光闌配置及該基板支撐件共同地可操作以並行對至少第一與第二週期性結構執行量測，不同週期性結構之影像在一量測光學系統之一影像場中為可分離的。
  9. 一種電腦程式產品，其包含用於致使一可程式化處理裝置實施如請求項1至6中任一項之一方法的機器可讀指令。
  10. 一種微影系統，其包含：一微影設備，其包含：一照明光學系統，其經配置以照明一圖案；一投影光學系統，其經配置以將該圖案之一影像投影至一基板上；及一如請求項7之檢測設備，其中該微影設備經配置以將包括校正的來自該檢測設備之量測結果用於將該圖案施加至另外的基板。
  11. 一種製造裝置之方法，其中使用一微影程序將一裝置圖案施加至一系列基板，該方法包括：使用如請求項1至6中任一項之一檢測方法來檢測作為該裝置圖案之部分或除該裝置圖案以外形成在該等基板中之至少一者上的至少一個週期性結構；且根據該檢測方法之結果而控制用於後續基板的該微影程序。
  12. 一種當使用一檢測設備量測形成在一基板上之週期性結構之不對稱性時計算待施加之一校正之方法，該方法包含：接收在相同基板及/或一類似基板上執行之複數個校準量測步驟之結果；以及計算一校正以減少當量測不對稱性時在該檢測設備中產生之雜散輻射之一影響，該校正基於該等校準量測步驟之結果。
  13. 如請求項12之方法，其中該等校準量測包括對至少第一與第二週期性結構之量測，該等第一與第二週期性結構經形成而具有一不對稱性相關參數之已知偏差。
  14. 如請求項12或13之方法，其中該等校準量測包括至少以下各者：在經由一第一光學路徑照明該基板時藉由相對於一量測光學系統在一第一定向中之該基板進行之一第一校準量測；在經由該第一光學路徑照明該基板時藉由相對於該量測光學系統在一第二定向中之該基板進行之一第二校準量測；在經由一第二光學路徑照明該基板時藉由在該第一定向中之該基板進行之一第三校準量測；以及在經由該第二光學路徑照明該基板時藉由在該第二定向中之該基板進行之一第四校準量測。
  15. 如請求項14之方法，其中對至少第一與第二週期性結構中之每一者進行該等第一、第二、第三及第四校準量測，該等第一與第二週期性結構經形成而具有一不對稱性相關參數之已知偏差。
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