TW201633009A - 度量衡方法及設備、電腦程式及微影系統 - Google Patents

度量衡方法及設備、電腦程式及微影系統 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種量測一微影製程之一參數的方法及相關聯之電腦程式及設備。該方法包含提供一基板上之複數個目標結構，每一目標結構包含該基板之不同層上的一第一結構及一第二結構。藉由量測輻射而量測每一目標結構，以獲得該目標結構中之目標不對稱性的一量測值，該目標不對稱性包含歸因於該第一結構及該第二結構之未對準的一疊對貢獻及歸因於至少該第一結構中之結構不對稱性的一結構貢獻。獲得與每一目標結構之至少該第一結構中之該結構不對稱性相關的一結構不對稱特性，該結構不對稱特性與該量測輻射之至少一個所選特性無關。目標不對稱性之該量測值及該結構不對稱特性隨後用於判定每一目標結構之該目標不對稱性之該疊對貢獻。

Description

度量衡方法及設備、電腦程式及微影系統
本發明係關於可用於(例如)藉由微影技術的裝置製造之度量衡方法及設備，且係關於使用微影技術來製造裝置之方法。
微影設備為將所要之圖案施加至基板上(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。在彼情況下，圖案化裝置(或者被稱作光罩或比例光罩)可用於產生待形成於IC之個別層上的電路圖案。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，單一基板將含有連續地經圖案化之鄰近目標部分之網路。在微影製程中，常需要進行所產生結構之量測(例如)以用於製程控制及驗證。用於進行此等量測之各種工具為吾人所知，包括常常用以量測臨界尺寸(CD)之掃描電子顯微鏡，及用以量測疊對(裝置中之兩個層之對準準確度的度量)之特殊化工具。可依據兩個層之間的未對準程度描述疊對，例如，1nm之經量測疊對可描述兩個層的未對準程度達到1nm之情形。
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引導至目標結構上且量測散射輻射之一或多個性質--例 如，依據波長而變化的在單一反射角下之強度；依據反射角而變化的在一或多個波長下之強度；或依據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「譜」。可藉由各種技術來執行所關注性質之判定：例如，藉由諸如嚴密耦合波分析或有限元素方法之反覆途徑而重建構目標結構；庫搜尋；及主成份分析。
由習知散射計使用之目標結構為相對大的(例如，40μm乘40μm)光柵，且量測光束產生小於光柵之光點(亦即，光柵填充不足)。此簡化目標結構之數學重建構，此係因為可將目標視為無限的。然而，為了將目標結構之大小減小(例如)至10μm乘10μm或更小，(例如)以便可將其定位於產品特徵當中而非切割道中，已提議使光柵小於量測光點(亦即，光柵被填充過度)之度量衡法。通常使用暗場散射量測來量測此等目標結構，其中阻擋零階繞射(對應於鏡面反射)，且僅處理高階。可在國際專利申請案WO 2009/078708及WO 2009/106279中發現暗場度量衡之實例，該等專利申請案之文件的全文特此以引用之方式併入。專利公開案US20110027704A、US20110043791A及US20120242970A中已描述技術之進一步開發。所有此等申請案之內容亦以引用之方式併入本文中。使用繞射階之暗場偵測的基於繞射之疊對允許實現對較小目標結構之疊對量測。此等目標結構可小於照明光點，且可由晶圓上之產品結構環繞。目標結構可包含可在一個影像中量測之多個目標。
在已知度量衡技術中，藉由在某些條件下量測目標結構兩次，同時使目標結構旋轉或改變照明模式或成像模式以分別獲得-1繞射階強度及+1繞射階強度，來獲得疊對量測結果。給定目標結構的強度不對稱性(此等繞射階強度之比較)提供目標不對稱性之量測值，亦即目標結構中之不對稱性。目標結構中之此不對稱性可用作疊對誤差(兩個層之不當未對準)之指示符。
儘管已知的暗場基於影像之疊對量測很快速且計算上極簡單(在經校準後)，但其依賴於疊對(亦即，疊對誤差及故意偏置)係目標結構中之目標不對稱性之唯一原因的假定。目標結構中之任何其他不對稱性(諸如，經疊對光柵中之一者或兩者內的特徵之結構不對稱性)亦導致一(或其他高)階中之強度不對稱性。此強度不對稱性可歸因於結構不對稱性，且其與疊對無關，其明顯干擾疊對量測，從而得到不準確的疊對量測值。目標結構之最下部或底部光柵中之不對稱性為常見形式之結構不對稱性。其可起源於(例如)在最初形成底部光柵之後執行的晶圓處理步驟，諸如化學機械拋光(CMP)。
因此，需要以更直接且簡單的方式區分由疊對誤差及其他效應對目標不對稱性造成的貢獻。
在第一態樣中，本發明提供一種量測微影製程之參數的方法，該方法包含以下步驟：提供基板上之複數個目標結構，每一目標結構包含基板之不同層上的第一結構及第二結構；藉由量測輻射而量測每一目標結構，以獲得目標結構中之目標不對稱性的量測值，該目標不對稱性包含歸因於第一結構及第二結構之未對準的疊對貢獻及歸因於至少該第一結構中之結構不對稱性的結構貢獻；獲得與每一目標結構之至少第一結構中之結構不對稱性相關的結構不對稱特性，該結構不對稱特性與該量測輻射之至少一個所選特性無關；及自目標不對稱性之該量測值及該結構不對稱特性判定每一目標結構之目標不對稱性的疊對貢獻。
在第二態樣中，本發明提供一種用於量測微影製程之參數的度 量衡設備，該度量衡設備可操作以執行第一態樣之方法。該度量衡設備可包含上面具有複數個目標結構之該基板的支撐件；用於執行量測每一目標結構之該步驟的光學系統；及經配置以執行判定每一目標結構之目標不對稱性之疊對貢獻的該步驟的處理器。
在第三態樣中，本發明提供一種微影系統，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，其經配置以將圖案之影像投影至基板上；及根據第二態樣之度量衡設備。
本發明進一步提供：包含處理器可讀指令之電腦程式，該等處理器可讀指令在執行於適合之處理器控制之設備上時，致使處理器控制之設備執行第一態樣之方法；及包含此電腦程式的電腦程式載體。處理器控制之設備可包含第二態樣之度量衡設備或第三態樣之微影系統。
下文參看隨附圖式來詳細地描述本發明之其他特徵及優點，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。本文中僅出於說明之目的而呈現此等實施例。基於本文中所含有之教示，其他實施例對於熟習相關技術者而言將顯而易見。
11‧‧‧源
12‧‧‧透鏡
13‧‧‧孔隙板
13N‧‧‧孔隙板
13NW‧‧‧孔隙板
13S‧‧‧孔隙板
13SE‧‧‧孔隙板
14‧‧‧透鏡
15‧‧‧光束分光器
16‧‧‧接物鏡
17‧‧‧第二光束分光器
18‧‧‧光學系統
19‧‧‧第一感測器/光瞳平面影像感測器
20‧‧‧光學系統
21‧‧‧孔徑光闌/場光闌
22‧‧‧光學系統
23‧‧‧影像感測器
31‧‧‧量測光點/經照明光點
32‧‧‧目標/小目標光柵
33‧‧‧目標/小目標光柵
34‧‧‧目標/小目標光柵
35‧‧‧目標/小目標光柵
41‧‧‧圓形區域
42‧‧‧矩形區域
43‧‧‧矩形區域
44‧‧‧矩形區域
45‧‧‧矩形區域
600‧‧‧目標
602‧‧‧特徵
604‧‧‧間隔
606‧‧‧基板
608‧‧‧特徵
610‧‧‧間隔
702‧‧‧曲線
704‧‧‧點
706‧‧‧點
712‧‧‧曲線
714‧‧‧量測點
716‧‧‧量測點
718‧‧‧量測點
800‧‧‧基板
810‧‧‧場
820‧‧‧箭頭
820'‧‧‧箭頭
+1(N)‧‧‧+1繞射射線
-1(S)‧‧‧-1繞射射線
A‧‧‧強度不對稱性
AD‧‧‧調整器
AOV‧‧‧正弦貢獻
AS‧‧‧對準感測器
B‧‧‧輻射光束
BD‧‧‧光束遞送系統
BK‧‧‧烘烤板
C‧‧‧目標部分
CH‧‧‧冷卻板
CO‧‧‧聚光器
DE‧‧‧顯影器
I‧‧‧量測輻射之射線/入射射線
I/O1‧‧‧輸入/輸出通口
I/O2‧‧‧輸入/輸出通口
IF‧‧‧位置感測器
IL‧‧‧照明光學系統/照明器
IN‧‧‧積光器
K0‧‧‧偏移項
L1‧‧‧層
L2‧‧‧層
LA‧‧‧微影設備
LACU‧‧‧微影控制單元
LB‧‧‧裝載盤
LC‧‧‧微影單元
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
MT‧‧‧光罩台
O‧‧‧點線/軸
OV‧‧‧疊對
OVE‧‧‧真實疊對誤差
P‧‧‧間距/週期
P1‧‧‧基板對準標記
P2‧‧‧基板對準標記
PM‧‧‧第一定位器
PS‧‧‧投影光學系統
PU‧‧‧處理器
PW‧‧‧第二定位器
RO‧‧‧基板處置器/機器人
ROI‧‧‧所關注區
S1‧‧‧步驟
S2‧‧‧步驟
S3‧‧‧步驟
S4‧‧‧步驟
S5‧‧‧步驟
S6‧‧‧步驟
SC‧‧‧旋塗器
SCS‧‧‧監督控制系統
SO‧‧‧輻射源
T‧‧‧目標結構
TCU‧‧‧塗佈顯影系統控制單元
W‧‧‧基板
WTa‧‧‧基板台
WTb‧‧‧基板台
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
+d‧‧‧第一經強加偏置/偏移
-d‧‧‧第二經強加偏置/偏移
現在將僅僅借助於實例參看隨附圖式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的微影設備；圖2描繪根據本發明之一實施例的微影單元或叢集；圖3包含(a)用於使用第一對照明孔隙來量測根據本發明之實施例的目標之暗場散射計的示意圖、(b)在給定照明方向下目標光柵之繞 射光譜的細節、(c)在使用散射計進行基於繞射之疊對量測時提供其他照明模式的第二對照明孔隙，及(d)將第一對孔隙與第二對孔隙組合之第三對照明孔隙；圖4描繪基板上之多重光柵目標之已知形式及量測光點之輪廓；圖5描繪圖3之散射計中獲得的圖4之目標之影像；圖6為展示使用圖3之散射計且可適於形成本發明之實施例的疊對量測方法之步驟的流程圖；圖7(a)至圖7(c)展示具有大約為零之不同疊對值之疊對光柵的示意性橫截面；圖7(d)為在底部光柵中具有歸因於處理效應之結構不對稱性之疊對光柵的示意性橫截面；圖8說明未經受結構不對稱性之理想目標結構中之疊對量測的已知原理；圖9說明進行如WO 2013143814 A1所揭示之結構不對稱性校正的非理想目標結構中之疊對量測的已知原理；且圖10展示使用(a)第一量測配方及(b)第二量測配方量測的目標結構之結構不對稱性圖。
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的實例環境為有指導性的。
圖1示意性地描繪微影設備LA。該設備包括：照明光學系統(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準確定位圖案化裝置之第一定位器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 某些參數準確定位基板之第二定位器PW；及投影光學系統(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。
照明光學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。
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使用機械、真空、靜電或其他夾持技術來固持圖案化裝置。圖案化裝置支撐件可為(例如)框架或台，其可視需要而經固定或可移動。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。可認為本文中對術語「比例光罩」或「光罩」之任何使用與更一般術語「圖案化裝置」同義。
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產生圖案的任何裝置。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，則該圖案可不確切地對應於基板之目標部分中之所要圖案。一般而言，被賦予至輻射光束之圖案將對應於目標部分中所產生之裝置(諸如，積體電路)中之特定功能層。
圖案化裝置可為透射的或反射的。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。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，該等小鏡面中之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。傾斜鏡面在由鏡面矩陣反射之輻射光束中賦予圖案。
如此處所描繪，設備屬於透射類型(例如，使用透射式光罩)。或者，設備可屬於反射類型(例如，使用如上文所提及之類型的可程式化鏡面陣列，或使用反射光罩)。
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至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。如本文中所使用之術語「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露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，當源為準分子雷射時，源及微影設備可為分開的實體。在此類情況下，不認為源形成微影設備之部分，且輻射光束係憑藉包括(例如)適合之導向鏡面及/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。在其他情況下，舉例而言，當源為水銀燈時，源可為微影設備之整體部分。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可包括用於調整輻射光束之角強度分佈的調整器AD。一般而言，可調整照明器之光瞳平面中之強度分佈的至少外部及/或內部徑向範圍(通常分別被稱作σ外部及σ內部)。另外，照明器IL可包括各種其他組件，諸如，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(例如，光罩台MT)上之圖案化裝置(例如，光罩)MA上，且由該圖案化裝置圖案化。在已橫穿圖案化裝置(例如，光罩)MA之情況下，輻射光束B通過投影光學系統PS，投影光學系統PS將光束聚焦至基板W之目標部分C上， 藉此將圖案之影像投影於目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置感測器IF(例如，干涉式裝置、線性編碼器、2-D編碼器或電容式感測器)，基板台WT可經準確移動，(例如)以便將不同目標部分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之路徑而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上之情境中，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、在裝置特徵當中，在此情況下，需要使標記儘可能地小且無需與鄰近特徵不同的任何成像或處理條件。下文進一步描述偵測對準標記之對準系統。
此實例中之微影設備LA屬於所謂雙載物台類型，其具有兩個基板台WTa、WTb及兩個站--曝光站及量測站--在該兩個站之間可交換基板台。在曝光站處曝露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。預備步驟可包括使用位準感測器LS來映射基板之表面控制，及使用對準感測器AS來量測基板上之對準標記之位置。此允許實現設備之產出率的大幅增加。
所描繪設備可用於多種模式中，包括(例如)步進模式或掃描模式。微影設備之建構及操作為熟習此項技術者所熟知，且無需為了理解本發明而做進一步描述。
如圖2中所展示，微影設備LA形成微影系統之部分，該微影系統 被稱作微影製造單元LC或微影單元(lithocell)或叢集。微影單元LC亦可包括用以對基板執行曝光前及曝光後製程之設備。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，在不同製程設備之間移動基板，且隨後將基板遞送至微影設備之裝載盤LB。常常被統稱為塗佈顯影系統(track)之此等裝置受塗佈顯影系統控制單元TCU控制，塗佈顯影系統控制單元TCU自身受監督控制系統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最大化產出率及處理效率。
圖3(a)中展示適合用於本發明之實施例中的度量衡設備。圖3(b)中較詳細地說明目標結構T及用於照明目標結構之量測輻射的繞射射線。所說明之度量衡設備屬於被稱為暗場度量衡設備之類型。度量衡設備可為獨立裝置或併入(例如)量測站處之微影設備LA中或微影單元LC中。具有貫穿設備的若干分支之光軸由點線O表示。在此設備中，由源11(例如，氙氣燈)發射之光係由包含透鏡12、14及接物鏡16之光學系統經由光束分光器15而引導至基板W上。此等透鏡係以4F配置之雙重序列而配置。可使用不同透鏡配置，其限制條件為：該透鏡配置仍將基板影像提供至偵測器上，且同時地允許存取中間光瞳平面以用於空間頻率濾波。因此，可藉由在呈現基板平面之空間光譜的平面(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，可藉由在透鏡12與14之間在為接物鏡光瞳平面之背向投影影像之平面中插入適合形式之孔隙板13來進行此選擇。在所說明之實例中，孔隙板13具有不同形式(被標註為13N及13S)，從而允許選擇不同照明模式。本實例中之照明系統形成離軸照明模式。在第一照明模式中，孔隙板13N提供自僅為描述起見而被指 定為『北』之方向的離軸。在第二照明模式中，孔隙板13S用於提供類似照明，但類似照明來自被標註為『南』之相反方向。藉由使用不同孔隙，其他照明模式係可能的。光瞳平面之其餘部分理想地暗，此係因為所要照明模式以外之任何不必要光將干擾所要量測信號。
如圖3(b)中所展示，在基板W垂直於接物鏡16之光軸O的情況下置放目標結構T。基板W可由支撐件(未圖示)支撐。與軸O偏離一角度而照射於目標結構T上之量測輻射之射線I產生零階射線(實線0)及兩個一階射線(點鏈線+1及雙點鏈線-1)。應記住，在填充過度之小目標結構的情況下，此等射線僅為覆蓋包括度量衡目標結構T及其他特徵之基板區域的許多平行射線中之一者。由於板13中之孔隙具有有限寬度(為導納有用量之光所必要)，所以入射射線I實際上將佔據一角度範圍，且繞射射線0及+1/-1將稍微擴散開。根據小目標之點擴散函數，每一階+1及-1將跨角度範圍進一步擴散，而非如所展示之單一理想射線。應注意，可設計或調整目標結構之光柵間距及照明角度，使得進入接物鏡之一階射線與中心光軸緊密對準。圖3(a)及圖3(b)所說明之射線被展示為稍微離軸，此純粹為了使其能夠在圖中較容易地被區分。
由基板W上之目標結構T繞射的至少0階及+1階係由接物鏡16收集，且被引導回並穿過光束分光器15。返回至圖3(a)，藉由指定被標註為北(N)及南(S)之完全相反孔隙而說明第一與第二照明模式兩者。當量測輻射之入射射線I來自光軸之北側時(亦即，當使用孔隙板13N來應用第一照明模式時)，經標註為+1(N)之+1繞射射線進入接物鏡16。相比而言，當使用孔隙板13S來應用第二照明模式時，-1繞射射線(經標註為-1(S))為進入透鏡16之繞射射線。
第二光束分光器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感測器19(例 如，CCD或CMOS感測器)上形成目標結構之繞射光譜(光瞳平面影像)。每一繞射階射中感測器上之不同點，使得影像處理可比較及對比若干階。由感測器19俘獲之光瞳平面影像可用於聚焦度量衡設備及/或正規化一階光束之強度量測值。光瞳平面影像亦可用於諸如重建構之許多量測目的。
在第二量測分支中，光學系統20、22在感測器23(例如，CCD或CMOS感測器)上形成目標結構T之影像。在第二量測分支中，在與光瞳平面共軛之平面中提供孔徑光闌21。孔徑光闌21用於阻擋零階繞射光束，使得形成於感測器23上之目標之影像僅由-1或+1一階光束形成。由感測器19及23俘獲之影像經輸出至處理影像之處理器PU，處理器PU之功能將取決於所執行之量測的特定類型。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，則將不形成如此的光柵線之影像。
圖3中所展示之孔隙板13及場光闌21之特定形式純粹為實例。在本發明之另一實施例中，使用對目標之同軸照明，且使用具有離軸孔隙之孔徑光闌以將實質上僅一種一階繞射光傳遞至感測器。在其他實施例中，代替一階光束或除一階光束以外，二階光束、三階光束及高階光束(圖3中未展示)亦可用於量測中。
為了使量測輻射可適於此等不同類型之量測，孔隙板13可包含圍繞圓盤而形成之數個孔隙圖案，該圓盤旋轉以使所要圖案處於適當位置。應注意，孔隙板13N或13S可僅用於量測在一個方向(取決於設定而為X或Y)上定向之光柵。為了量測正交光柵，可能實施目標的90°及270°旋轉。圖3(c)及圖3(d)中展示不同孔隙板。上文所提及之先前公開申請案中描述此等孔隙板之使用及設備之眾多其他變化及應用。
圖4描繪根據已知實踐形成於基板上之目標結構或複合目標。此 實例中之目標結構包含四個目標(例如，光柵)32至35，其被緊密地定位在一起，使得其將全部在由度量衡設備之度量衡輻射照明光束形成的量測光點31內。因此，該四個目標皆被同時照明且同時地成像於感測器19及23上。在專用於疊對之量測之實例中，目標32至35自身為複合光柵，該等複合光柵由在形成於基板W上之半導體裝置之不同層中經圖案化的上覆光柵形成。目標32至35可具有以不同方式經偏置之疊對偏移，以便促進形成有複合光柵之不同部分之層之間的疊對之量測。下文中將參看圖7來解釋疊對偏置之涵義。目標32至35亦可在其定向上不同(如所展示)，以便在X及Y方向上繞射入射輻射。在一個實例中，目標32及34為分別具有+d、-d之偏置的X方向光柵。目標33及35為分別具有偏移+d及-d之Y方向光柵。可在由感測器23俘獲之影像中識別此等光柵之分離影像。此僅為目標結構之一個實例。目標結構可包含多於或少於4個目標，或僅單一目標。
圖5展示在圖3之設備中使用圖4之目標、使用來自圖3(d)之孔隙板13NW或13SE而可形成於感測器23上且由感測器23偵測的影像之實例。雖然光瞳平面影像感測器19不可解析不同個別目標32至35，但影像感測器23可解析不同個別目標32至35。暗矩形表示感測器上之影像場，在此場內，基板上之經照明光點31成像至對應圓形區域41中。在此圓形區域41內，矩形區域42至45表示小目標光柵32至35之影像。若目標位於產品區域中，則在此影像場之周邊中亦可見產品特徵。影像處理器及控制器PU使用圖案辨識來處理此等影像以識別目標32至35之分離影像42至45。以此方式，不必在感測器框架內之特定部位處極精確地對準影像，此極大地改良量測設備整體上之產出率。
一旦已識別目標之分離影像，隨即可(例如)藉由對經識別區域內之所選像素強度值求平均值或求和而量測彼等個別影像之強度。可將影像之強度及/或其他性質彼此進行比較。可組合此等結果以量測微 影製程之不同參數。疊對效能為此參數之重要實例。
圖6說明如何使用(例如)申請案WO 2011/012624中所描述之方法來量測含有組件目標32至35之兩個層之間的疊對誤差(亦即，不當且非故意之疊對未對準)。如藉由比較目標在+1階與-1階暗場影像中之強度(可比較其他對應高階之強度，例如+2及-2階)以獲得強度不對稱性之度量而揭露，此量測係經由目標不對稱性而進行。在步驟S1處，經由微影設備(諸如，圖2之微影單元)一或多次處理例如半導體晶圓之基板，以產生包括目標32至35之目標結構。在S2處，在使用圖3之度量衡設備的情況下，使用一階繞射光束中之僅一者(比如-1)來獲得目標32至35之影像。在步驟S3處，無論藉由改變照明模式，抑或改變成像模式，抑或在度量衡設備之視場中將基板W旋轉180°，可獲得目標之使用另一一階繞射光束(+1)的第二影像。因此，在第二影像中俘獲+1繞射輻射。
應注意，藉由在每一影像中僅包括一階繞射輻射之一半，此處所提及之『影像』並非習知暗場顯微影像。將不解析目標之個別目標線。每一目標將僅由某一強度等級之區域表示。在步驟S4中，在每一組件目標之影像內識別所關注區(ROI)，將自ROI量測強度等級。
在已識別用於每一個別目標之ROI且已量測其強度的情況下，可接著判定目標結構之不對稱性且因此判定疊對誤差。此在步驟S5中藉由比較每一目標32至35之對於+1及-1階獲得的強度值以識別其強度不對稱性(例如其強度之任何差)而完成(例如，由處理器PU)。術語「差」並不意欲僅指減法。可以比率形式計算差。在步驟S6中，使用數個目標之所量測強度不對稱性，以及對彼等目標之任何已知強加疊對偏置的知識，來計算目標結構T附近之微影製程之一或多個效能參數。極大關注之效能參數為疊對。如稍後將描述，新穎方法亦允許計算微影製程之其他效能參數。此等參數可經回饋以改良微影製程，及 /或用於改良圖6自身之量測及計算程序。
在上文所提及之先前申請案中，揭示用於使用上文所提及之基本方法來改良疊對量測之品質的各種技術。此處將不進一步詳細地解釋此等技術。該等技術可結合本申請案中新近所揭示之技術而使用，現在將描述該等新近所揭示之技術。
圖7展示具有不同偏置之目標(疊對光柵)的示意性橫截面。此等目標可用作基板W上之目標結構T，如在圖3及圖4中所見。僅為實例起見而展示在X方向上具有週期性之光柵。可分開地提供或作為目標結構之部分來提供具有不同偏置且具有不同定向的此等光柵之不同組合。
開始於圖7(a)，展示形成於標註為L1及L2之兩個層中的目標600。在最下部或底部層L1中，例如光柵之第一結構(最下部或底部結構)由基板606上之特徵602及間隔604形成。在層L2中，例如光柵之第二結構由特徵608及間隔610形成。(繪製橫截面，使得特徵602、608(例如，線)延伸至頁面中。)光柵圖案在兩個層中皆以間距P重複。特徵602及608可呈線、點、塊及貫通孔之形式。在(a)處所展示之情形中，不存在歸因於未對準之疊對貢獻，例如，不存在疊對誤差且不存在強加偏置，使得每一特徵608確切地處於第一結構中之特徵602上方。
在圖7(b)處，展示具有第一已知強加偏置+d之同一目標，使得第一結構之特徵608相對於第二結構之特徵以距離d向右移位。偏置距離d實務上可能為數奈米，例如，10nm至20nm，而間距P係(例如)在300nm至1000nm之範圍內，例如，500nm或600nm。在(c)處，吾人看見具有第二已知強加偏置-d之另一特徵，使得608之特徵向左移位。(a)至(c)處所展示的此類型之經偏置目標在此項技術中為吾人所熟知，且用於上文所提及之先前申請案中。
圖7(d)示意性地展示結構不對稱性(在此情況下為第一結構中之結構不對稱性(底部光柵不對稱性))之現象。(a)至(c)處之光柵中之特徵時被展示為具有完全正方形的邊，而實際特徵的邊將具有某斜率及一定的粗糙度。然而，其意欲至少在剖面上對稱。第一結構中之(d)處之特徵602及/或間隔604根本不再具有對稱形式，而是已由於處理步驟而變得失真。因此，舉例而言，每一間隔之底部表面已變得傾斜。特徵及間隔之側壁角亦已變得不對稱。作為此之結果，目標之總目標不對稱性將包含歸因於第一結構及第二結構(其自身包含疊對誤差及任何已知強加偏置)之未對準的疊對貢獻及歸因於目標中之此結構不對稱性的結構貢獻。
當藉由圖6之方法僅使用兩個偏置光柵來量測疊對時，製程引發之結構不對稱性不能區別於歸因於未對準之疊對貢獻，且因此疊對量測(尤其關於量測不當疊對誤差)變得不可靠。目標結構之第一結構(底部光柵)中之結構不對稱性為常見形式之結構不對稱性。其可起源於(例如)在最初形成第一結構之後執行的基板處理步驟，諸如化學機械拋光(CMP)。
在上文所提及之WO 2013143814 A1中，提議藉由圖6之方法的經修改版本使用三個或三個以上組件目標來量測疊對。使用圖7(a)至圖7(c)中所展示之類型的三個或三個以上目標獲得疊對量測值，該等量測值在一定程度上針對目標光柵中之結構不對稱性(諸如，由實際微影製程中之底部光柵不對稱性導致)進行了校正。然而，此方法需要新型目標結構設計(例如，與圖4中所說明之彼者不同)，且因此需要新型比例光罩。此外，目標結構區域較大，且因此消耗較多基板區域。
在圖8中，曲線702說明在形成目標結構之個別光柵內具有零偏移且不具有結構不對稱性的『理想』目標結構之疊對OV與強度不對 稱性A之間的關係。因此，此理想目標結構之目標不對稱性僅包含歸因於第一結構及第二結構之未對準的疊對貢獻，該未對準由已知強加偏置及疊對誤差導致。此曲線圖及圖9之曲線圖僅說明本發明所基於之原理，且在每一曲線圖中，強度不對稱性A及疊對OV之單位為任意的。實際尺寸之實例將在下文進一步給出。
在圖8之『理想』情形中，曲線702指示強度不對稱性A與疊對具有非線性週期關係(例如，正弦關係)。正弦變化之週期P對應於光柵之週期或間距P(其當然轉換成適當尺度)。正弦形式在此實例中係純粹的，但在實際情況下可包括諧波。
如上文所提及，偏置光柵(具有已知強加疊對偏置)可用於量測疊對，而非依賴於單一量測。此偏置具有定義於用以製造其之圖案化裝置(例如，比例光罩)中的已知值，該已知值充當對應於經量測強度不對稱性之疊對的晶圓上校準。在圖式中，以圖形方式說明計算。在圖式中，以圖形方式說明計算。在步驟S1至S5中，獲得分別具有強加偏置+d及-d之目標(例如，如圖7(b)及圖7(c)中所展示)的強度不對稱性量測值A+d及A-d。將此等量測值擬合至正弦曲線得到如所展示之點704及706。在已知偏置的情況下，可計算真實疊對誤差OVE。根據正弦曲線之間距P。曲線702之垂直尺度開始時未為吾人所知，而是為可被稱作一階諧波比例常數K1之未知因數。此常數K1為強度不對稱性量測對目標結構之敏感度的度量。
依據方程式，假定疊對誤差OVE與強度不對稱性A之間的關係式如下：A ±d =K 1sin(OV E ±d) (1)
其中表達疊對誤差OVE的尺度使得目標間距P對應於角度2 π弧度。在使用具有不同已知偏置(例如，+d及-d)之目標之兩次量測的情況下，疊對誤差OVE可使用以下方程式來計算：
圖9展示引入結構不對稱性(例如，圖7(d)中所說明之底部光柵不對稱性)之第一效應。『理想』正弦曲線702不再適用。然而，至少近似地，底部光柵不對稱性或其他結構不對稱性具有將偏移項添加至強度不對稱性A之效應，該效應跨越所有疊對值而相對恆定。所得曲線在該圖中被展示為712，其中標記K0指示歸因於結構不對稱性之偏移項。偏移項K0取決於量測輻射之所選特性(諸如，量測輻射之波長及偏振(「量測配方」))，且對製程變化敏感。依據方程式，用於步驟S6中之計算的關係式變成：A ±d =K 0+K 1sin(OV E ±d) (3)
在存在結構不對稱性之情況下，由方程式(2)描述之疊對模型將提供受額外偏移項K0影響且因此將不準確的疊對誤差值。藉由將具有三個或三個以上不同偏置值之偏置方案提供給具有多個目標之目標結構，先前申請案WO 2013143814 A1力圖藉由將量測值擬合至偏移正弦曲線712且消除恆定偏移項K0來獲得準確的疊對量測值。
在先前申請案中針對各種不同偏置方案給出經修改量測及計算之詳細實例。作為用以說明原理之簡單實例，圖9展示經擬合至曲線712之三個量測點714、716及718。自具有偏置+d及-d之目標量測點714及716，與對於圖7中之點704及706的量測相同。在718處標繪來自具有零偏置(在此實例中)之光柵的第三不對稱性量測值。將曲線擬合至三個點會允許歸因於結構不對稱性之(恆定)偏移項K0與歸因於疊對誤差之正弦貢獻AOV分離，使得可更準確地計算疊對誤差。如已提及，此方法之主要缺點為需要經修改目標結構。
如已提及，經修改步驟S6之疊對計算依賴於某些假定。首先，假定歸因於結構不對稱性(例如，BGA)之一階強度不對稱性與所關注疊對範圍內之疊對無關，且因此其可由恆定偏移項K0描述。另一假定 為強度不對稱性表現為疊對之正弦函數，其中週期P對應於光柵間距。此等假定對當前疊對範圍有效。諧波之數目可經設計為小的，此係因為小間距-波長比率僅允許來自光柵之小數目個傳播繞射階。然而，實務上歸因於未對準的對強度不對稱性之疊對貢獻可不僅為正弦的，且可不關於OV=0對稱。在方程式(3)中以及在本發明之其餘部分中忽略亦可由目標變形引起之「相位」貢獻或「水平移位」。
提議基於不忽略結構不對稱性之效應、同時允許使用當前目標結構設計(諸如圖4中所說明之彼等者)的方程式(3)之變化來模型化目標結構之彼目標不對稱性，且因此模型化疊對。此模型化可經執行為對圖6中所說明之方法中之步驟S6的修改。
所提議方法假定在由結構不對稱性產生之在基板上觀測到的結構不對稱特性(亦即，圖案或指紋)與對疊對回應曲線之偏移項K0的影響之間存在線性關係。此線性關係之敏感度隨量測配方變化，但假定基本指紋為穩定且不變化的。此假定對小結構不對稱性有效，且由觀測支援。藉由組合兩個或兩個以上量測配方設定之量測結果，可判定指紋及敏感度兩者，且自此，與已知技術相比可更準確地計算疊對。
方程式(3)可寫作第一不對稱性參數及第二不對稱性參數，且更具體言之，可寫作差不對稱性參數A△(i,λ)及和不對稱性參數AΣ(i,λ)。此兩種不對稱性參數皆取決於所量測目標i及量測配方λ。可根據使用不同量測配方對數個目標之直接量測來判定不對稱性參數。和不對稱性參數經定義為：A Σ(i,λ)≡A +d (i,λ)+A -d (i,λ)=2K 0(i,λ)+2K 1(i,λ)．cos(d)．sin(OV Ei ) (4)
差不對稱性參數經定義為：A △(i,λ)≡A +d (i,λ)-A -d (i,λ)=2K 1(i,λ)．sin(d)．cos(OV Ei ) (5)
本發明人已判定，對於不同量測配方及不同堆疊(例如，結構及其處理中所使用之材料)，在基板上目標結構之結構不對稱性的映射 (亦即，偏移項K0的圖)展示相同(或極類似)圖案，其中在量測配方之間僅有敏感度不同。此結構不對稱性可幾乎完全歸因於底部光柵結構中之結構不對稱性，因為後續層中之製造技術趨向於在此等後續層中產生實質上對稱的結構。
因此，描述基板之結構不對稱性圖的方程式(4)之偏移項K0(i,λ)可經改寫為：K 0(i,λ)=a(λ)．K 0fpt (i) (6)
結構不對稱特性K 0fpt (i)為無因次參數，其依據目標i描述結構不對稱性圖之「指紋」，且與量測配方λ無關。純量因數a(λ)依據所使用之量測配方描述不對稱性圖的敏感度變化。其對於每量測配方λ及目標定向包含單一純量因數。
在許多實際實施例中，目標結構將包含具有相對於量測輻射之第一定向的一或多個第一定向目標(亦即，x方向定向之目標)，及具有相對於量測輻射之第二定向的一或多個第二定向目標(亦即，y方向定向之目標)，使得第一定向目標及第二定向目標相對於彼此以90度定向。舉例而言，目標結構可呈與圖4中所說明之彼者相同或類似之形式。應瞭解，與y方向定向之目標相比，x方向定向之目標可具有對量測輻射的不同敏感度。因此，就量測輻射而言，純量因數項可對於x方向定向之目標a(λ)x及y方向定向之目標a(λ)y為不同的。類似地，就量測輻射而言，結構不對稱特性可對於x方向定向之目標K 0fpt (i)x及y方向定向之目標K 0fpt (i)y為不同的。以此方式，可分別在x及y方向上模型化疊對(但可使用圖4之目標結構同時執行兩個方向上之量測)。
圖10說明此概念，且展示使用(a)第一量測配方及(b)第二量測配方來量測的目標結構之結構不對稱性圖。在每一圖式中，展示包含場810之基板800的表示。在每一場810內有表示偏移項K0(i,λ)(彼場之結構不對稱性)的箭頭820、820'。每一箭頭820、820'為兩個分量之二維 向量表示：來自x方向定向之目標的量測值及來自y方向定向之目標的量測值。單一目標結構內的x方向定向之目標及y方向定向之目標實體上處於不同部位(可相隔幾十微米)，但在圖10中由單一箭頭表示，就如同其處於同一部位一般。
在圖10(a)及圖10(b)中，x方向及y方向定向之目標對量測輻射具有相同敏感度，使得a(λ)x=a(λ)y。如已描述，此不一定為真實的。然而，其有助於闡明本發明所基於之原理，此係因為其致使對應箭頭在圖10(a)及圖10(b)兩者中在相同方向上對準，藉此更清晰地表現在兩圖中存在共同指紋圖案。
目標結構在圖10(a)及圖10(b)中相同，僅量測輻射(亦即，量測配方)之一或多個特性改變。應顯而易見的是，跨越基板之總體圖案或指紋在圖10(a)及圖10(b)中基本上相同。可看到，相對於同一圖式中之其他箭頭，每一箭頭820、820'之相對長度在圖10(a)及圖10(b)中相同。舉例而言，在圖10(a)中第一場810中之箭頭820為第二場810中之箭頭820兩倍長的情況下，對應於圖10(b)中之第一場及第二場的場中之箭頭820'將展示相同關係。另外，由於a(λ)x=a(λ)y，因此圖10(a)中之每一箭頭820的方向與圖10(b)中之對應箭頭820'的方向相同。箭頭820、820'相對於彼此跨越基板800的長度及箭頭820、820'之方向提供結構不對稱特性K0fpt(i)之表示。
結構不對稱特性K0fpt(i)為無因次參數。純量因數a(λ)之應用提供用於結構不對稱性之偏移項K0(i,λ)的實際量值。可看到，跨越所有場810，圖10(a)或圖10(b)中之一者中的箭頭之長度相對於另一圖中的箭頭長度相差恆定因數(純量因數a(λ))。因此，圖10(a)中之每一箭頭820相對於圖10(b)中之對應箭頭820'的長度提供對純量因數a(λ)之指示。此特定說明性實例中之每一箭頭820'為其對應箭頭820的一半長度。
可直接量測結構不對稱特性K 0fpt (i)。此直接量測可包含對目標 之第一結構(底部光柵)之不對稱性量測。其可在曝光後續層之前或在塗佈基板之前被執行。可使用諸如本文中所描述之檢查設備來執行結構不對稱特性K 0fpt (i)的量測。可在每一目標結構之x定向之目標及y定向之目標上進行結構不對稱特性K 0fpt (i)之分開的量測，以允許實現如下文所描述之x方向及y方向上之疊對的分開模型化。
組合方程式(4)、(5)及(6)得到：
自方程式(7)而變得顯而易見的是，若滿足以下條件，則有可能求解疊對誤差OVEi：
1)已知結構不對稱性(例如，底部光柵不對稱性)，且因此已知結構不對稱特性。如已提及，此可被直接量測。
2)使用至少兩個不同的量測配方來執行強度不對稱性(A)量測；及
3)在基板上量測兩個以上目標結構。此等目標結構可相同或類似，此要求僅確保設計矩陣存在之列比行更多。因此，需要量測的目標結構之最小數目將取決於設計矩陣之實際形式；舉例而言，基於使用以下方程式(11)之方法將需要增加待量測之目標結構的最小數目。
若使用M個不同量測配方λ1,λ2,…,λm量測N個目標1,2,…,n，則可使用以下方程求解疊對：
其中設計矩陣X採取以下形式：
方程式(8)為所提議之新型疊對模型。回應向量包含第二(和)強度不對稱性參數A Σ (i,λ m )。待求解之參數之向量包含底部光柵不對稱性純量因數a(λ1),a(λ2),…,a(λm)及疊對貢獻參數(tan(OV Ei ))/(tan(d))，且因此包含疊對誤差參數OVE1,OVE2,…,OVEi。設計矩陣包含第一(差)強度不對稱性參數A △ (i,λ m )及結構不對稱特性K 0fpt (i)。
如先前所提及，目標結構可包含可對量測輻射具有不同敏感度的x方向定向之目標及y方向定向之目標。因此，在此實施例中，方程式(8)中所描述之總體模型將由兩個此類方程式組成。將x定向之目標的量測值A Σ (i,λ m )x、A △ (i,λ m )x及K 0fpt (i)x填入第一方程式，該等x定向之目標的經判定純量因數將為a(λm)x，模型得到在x方向上之疊對tan(OV E1)x。類似地，將y定向之目標的量測值A Σ (i,λ m )y、A △ (i,λ m )y及 K 0fpt (i)y填入第二方程式，該等y定向之目標的經判定純量因數將為a(λm)y，模型得到在y方向上之疊對tan(OV E1)y。當然，依據x方向定向之目標及y方向定向之目標而分別建構模型同樣適用於落入本發明之範疇內的任何此類模型，包括下文明確揭示之彼等者。
在特定實例中，可使用兩個量測配方λ1及λ2來量測i個目標。在此實例中，疊對模型為：
且設計矩陣X為：
實務上，結構不對稱特性K 0fpt (i)可包含不同結構不對稱特性K 0fpt1(i),K 0fpt2(i)...K 0fptn (i)之線性組合，該等不同結構不對稱特性對堆疊具有不同的敏感度a 1(λ),a 2(λ)...a n (λ)。實例可為經蝕刻晶圓，其在此後經受化學機械拋光(CMP)。在此實例中，第一結構不對稱特性K 0fpt1(i)可為由蝕刻步驟引起之(高階)按比例調整，且第二結構不對稱特性K 0fpt2(i)可為由CMP製程引起之(高階)旋轉。在此情況下，方程式(6)變成： K 0(i,λ)=a 1(λ)．K 0fpt1(i)+a 2(λ)．K 0fpt2(i)...+a n (λ)．K 0fptn (i) (10)
因此，使用由方程式(9)描述的兩種不同量測配方(亦即，為簡單起見，假定n=2)之實例，方程式(9)變成：
其中設計矩陣X呈以下形式：
為了直接量測結構不對稱特性K 0fpt1(i)，在曝光第二層且因此在形成第二結構之前對第一結構(底部光柵)執行如圖6中所描繪的類似於標準疊對量測之方法(用以獲得強度不對稱性)。當然，由於僅量測單一層，因此不存在任何疊對，且目標之+d及-d「偏置」並非真實的(在無第二層之情況下，+d「偏置」目標及-d「偏置」目標將實際上相同)。可接著(每目標)使用以下方程式來計算底部光柵不對稱性：
其中I為經量測強度，+及-上標表示量測輻射光束階，且+d及-d下標表示目標「偏置」，(例如，為使用+1階量測照明來量測正偏置 目標時之經量測強度，且為使用-1階量測照明來量測正偏置目標時之經量測強度)。
一旦獲得所有目標結構之底部光柵不對稱性A，可接著提取結構不對稱特性K 0fpt (i)。此可手動達成，或使用資料驅動之圖案辨識技術(諸如，主成分分析(PCA))達成。
使用本文中所揭示之新穎計算，可進行對於疊對度量衡目標結構中之不當結構不對稱性(例如來自晶圓處理)明顯較穩固的疊對量測，同時維持當前2偏置目標結構設計。可在使用現有度量衡設備的製造場所處使用該等方法而不需要任何感測器硬體變化或比例光罩變化。由目標結構佔據之基板區域不會增加(儘管在使用一個以上量測配方量測時將降低產出率)。提供對結構不對稱性的敏感度之指示的經量測偏移項K0(i,λ)可用於製程穩定性監視。
雖然上文所描述之目標結構為出於量測之目的而特定設計且形成的度量衡目標結構，但在其他實施例中，可在為形成於基板上之裝置之功能部分的目標結構上量測性質。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」不要求特定地針對正被執行之量測來提供結構。此外，度量衡目標結構之間距P接近於散射計之光學系統之解析度極限，但可比藉由微影製程在目標部分C中製造之典型產品特徵之尺寸大得多。實務上，可將目標結構內之疊對光柵之線及/或間隔製造為包括尺寸上與產品特徵類似之較小結構。
與在基板及圖案化裝置上實現的目標結構之實體光柵結構相關聯，實施例可包括含有機器可讀指令之一或多個序列的電腦程式，該等機器可讀指令描述量測基板上之目標結構及/或分析量測值以獲得關於微影製程之資訊的方法。可(例如)在圖3之設備中之單元PU內及/或圖2之控制單元LACU內執行此電腦程式。亦可提供儲存有此電腦 程式之資料儲存媒體(例如，半導體記憶體，磁碟或光碟)。在現有度量衡設備(例如，圖3中所展示之類型的度量衡設備)已在生產及/或使用中的情況下，可藉由佈建經更新之電腦程式產品以使處理器執行經修改步驟S6且因此在對結構不對稱性敏感度降低的情況下計算疊對誤差或其他參數來實施本發明。
程式可視情況經配置以控制光學系統、基板支撐件及其類似者，以執行步驟S2至S5以用於量測適合之複數個目標結構上的不對稱性。
雖然上文所揭示之實施例係依據基於繞射之疊對量測(例如，使用圖3(a)中所展示之設備之第二量測分支進行的量測)而加以描述，但原則上相同模型可用於基於光瞳之疊對量測(例如，使用圖3(a)中所展示之設備之第一量測分支進行的量測)。因此，應瞭解，本文中所描述之概念同樣適用於基於繞射之疊對量測及基於光瞳之疊對量測。
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，但將瞭解，本發明可用於其他應用(例如，壓印微影)中，且在內容背景允許之情況下不限於光學微影。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。
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，具有為或為約365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm之波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如，具有在5nm至20nm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」在內容背景允許之情況下可指各種類型之光學組 件(包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件)中之任一者或組合。
在以下編號條項中提供根據本發明之其他實施例：
1.一種量測一微影製程之一參數之方法，該方法包含以下步驟：提供一基板上之複數個目標結構，每一目標結構包含該基板之不同層上的一第一結構及一第二結構；藉由量測輻射而量測每一目標結構，以獲得該目標結構中之目標不對稱性的一量測值，該目標不對稱性包含歸因於該第一結構及該第二結構之未對準的一疊對貢獻，及歸因於至少該第一結構中之結構不對稱性的一結構貢獻；獲得與每一目標結構之至少該第一結構中之該結構不對稱性相關的一結構不對稱特性，該結構不對稱特性與該量測輻射之至少一個所選特性無關；及自目標不對稱性之該量測值及該結構不對稱特性判定每一目標結構之該目標不對稱性的該疊對貢獻。
2.如條項1之方法，其中該結構不對稱特性包含每一目標結構之至少該第一結構之一無因次指紋特性。
3.如條項1或2之方法，其中該目標結構之該量測包含：藉由該量測輻射照明該等目標結構，且偵測由每一目標結構散射之該量測輻射；及量測該經散射量測輻射之對應高階中之強度不對稱性。
4.如條項3之方法，其中判定該目標不對稱性之該疊對貢獻之該步驟包含假定在強度不對稱性與該目標不對稱性之該疊對貢獻之間存在一非線性週期關係，該非線性週期關係包括與該結構不對稱性相關之一偏移項。
5.如條項4之方法，其中該偏移項由按一純量因數按比例調整的該結構不對稱特性組成，其中當在相對於該量測輻射之至少一第一定向上量測時，該純量因數對於該複數個目標結構中之所有目標結構係恆定的，且取決於該量測輻射之該至少一個所選特性。
6.如條項5之方法，其包含建構一疊對模型，該疊對模型包含：一設計矩陣，其由該結構不對稱特性及與強度不對稱性之該等量測值相關的一第一強度不對稱性參數而參數化；一回應向量，其由與強度不對稱性之該等量測值相關的一第二強度不對稱性參數而參數化；及待求解之參數之一向量，其由描述該目標不對稱性之該疊對貢獻的一疊對貢獻參數及該純量因數而參數化。
7.如條項6之方法，其中該目標結構包含至少兩個目標：一第一定向目標，其具有相對於該量測輻射之一第一定向；及一第二定向目標，其具有相對於該量測輻射之一第二定向；且該疊對模型包含：一第一疊對模型，其用於基於該第一定向目標之量測值模型化在該第一定向之方向上的疊對；及一第二疊對模型，其用於基於該第二定向目標之量測值模型化在該第二定向之方向上的疊對。
8.如條項7之方法，其中該第一疊對模型包含一第一純量因數，且該第二疊對模型包含一第二純量因數。
9.如條項7或8之方法，其中該第一疊對模型包含一第一結構不對稱特性，且該第二疊對模型包含一第二結構不對稱特性。
10.如條項6至9中任一項之方法，其中判定該目標不對稱性之該疊對貢獻的該步驟包含使用該模型來求解該疊對貢獻參數。
11.如條項6至10中任一項之方法，其中該等目標結構中之每一者包含至少兩個目標：一第一目標，其具有一第一已知強加偏置；及 一第二目標，其具有一第二已知強加偏置，且其中：該第一不對稱性參數包含自該第一目標及該第二目標獲得之不對稱性量測值的差；且該第二不對稱性參數包含自該第一目標及該第二目標獲得之不對稱性量測值的和。
12.如任一前述條項之方法，其包含進行該第一結構之直接量測，及使用該等直接量測來獲得該結構不對稱特性。
13.如條項12之方法，其中該第一結構為該基板上之最下部結構，且在形成該第二結構之前進行該第一結構之該直接量測。
14.如任一前述條項之方法，其中該目標不對稱性之該疊對貢獻包含歸因於一已知強加偏置之一貢獻及歸因於一疊對誤差之一貢獻，且該方法包含判定歸因於一疊對誤差之貢獻。
15.如任一前述條項之方法，其包含複數次執行每一目標結構之該量測，每次使用該至少一個所選特性被改變的量測輻射。
16.如任一前述條項之方法，其中該至少一個所選特性包含波長及/或偏振。
17.如任一前述條項之方法，其中獲得一結構不對稱特性之該步驟包含獲得複數個結構不對稱特性之一線性組合，每一結構不對稱特性為不同處理步驟之結果。
18.一種用於量測一微影製程之一參數之度量衡設備，該度量衡設備可操作以執行如條項1至17中任一項之方法。
19.如條項18之度量衡設備，其包含：該基板之一支撐件，該基板上具有複數個目標結構；一光學系統，其用於執行量測每一目標結構之該步驟；及一處理器，其經配置以執行判定每一目標結構之目標不對稱性之疊對貢獻的該步驟。
20.一種微影系統，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；及如條項18或19中任一項之一度量衡設備，其中該微影設備經配置以在將該圖案施加至其他基板時使用由該度量衡設備計算的所判定之疊對貢獻。
21.一種電腦程式，其包含處理器可讀指令，該等處理器可讀指令在執行於適合之處理器控制之設備上時，致使該處理器控制之設備執行如條項1至17中任一項之方法。
22.一種電腦程式載體，其包含如條項21之電腦程式。
對特定實施例之前述描述將因此完全地揭露本發明之一般性質：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所瞭解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，而無需進行不當實驗。因此，基於本文所呈現之教示及指導，該等調適及修改意欲在所揭示實施例之等效物的涵義及範圍內。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，以使得本說明書之術語或措辭應由熟習此項技術者按照該等教示及該指導進行解譯。
本發明之廣度及範疇不應由上述例示性實施例中之任一者限制，而應僅根據以下申請專利範圍及其等效物進行界定。
800‧‧‧基板
810‧‧‧場
820‧‧‧箭頭
820'‧‧‧箭頭

Claims (15)

  1. 一種量測一微影製程之一參數之方法，該方法包含以下步驟：提供一基板上之複數個目標結構，每一目標結構包含該基板之不同層上的一第一結構及一第二結構；藉由量測輻射而量測每一目標結構，以獲得該目標結構中之目標不對稱性的一量測值，該目標不對稱性包含歸因於該第一結構及該第二結構之未對準的一疊對貢獻，及歸因於至少該第一結構中之結構不對稱性的一結構貢獻；獲得與每一目標結構之至少該第一結構中之該結構不對稱性相關的一結構不對稱特性，該結構不對稱特性與該量測輻射之至少一個所選特性無關；及自目標不對稱性之該量測值及該結構不對稱特性判定每一目標結構之該目標不對稱性的該疊對貢獻。
  2. 如請求項1之方法，其中該結構不對稱特性包含每一目標結構之至少該第一結構之一無因次指紋特性。
  3. 如請求項1或2之方法，其中該目標結構之該量測包含：藉由該量測輻射照明該等目標結構，且偵測由每一目標結構散射之該量測輻射；及量測該經散射量測輻射之對應高階中之強度不對稱性。
  4. 如請求項3之方法，其中判定該目標不對稱性之該疊對貢獻之該步驟包含：假定在強度不對稱性與該目標不對稱性之該疊對貢獻之間存在一非線性週期關係，該非線性週期關係包括與該結構不對稱性相關之一偏移項。
  5. 如請求項4之方法，其中該偏移項由按一純量因數按比例調整的該結構不對稱特性組成，其中當在相對於該量測輻射之至少一 第一定向上量測時，該純量因數對於該複數個目標結構中之所有目標結構係恆定的，且取決於該量測輻射之該至少一個所選特性。
  6. 如請求項5之方法，其包含建構一疊對模型，該疊對模型包含：一設計矩陣，其由該結構不對稱特性及與強度不對稱性之該等量測值相關的一第一強度不對稱性參數而參數化；一回應向量，其由與強度不對稱性之該等量測值相關的一第二強度不對稱性參數而參數化；及待求解之參數之一向量，其由描述該目標不對稱性之該疊對貢獻的一疊對貢獻參數及該純量因數而參數化。
  7. 如請求項6之方法，其中該目標結構包含至少兩個目標：一第一定向目標，其具有相對於該量測輻射之一第一定向；及一第二定向目標，其具有相對於該量測輻射之一第二定向；且該疊對模型包含：一第一疊對模型，其用於基於該第一定向目標之量測值模型化在該第一定向之方向上的疊對；及一第二疊對模型，其用於基於該第二定向目標之量測值模型化在該第二定向之方向上的疊對。
  8. 如請求項7之方法，其中該第一疊對模型包含一第一純量因數，且該第二疊對模型包含一第二純量因數。
  9. 如請求項7之方法，其中該第一疊對模型包含一第一結構不對稱特性，且該第二疊對模型包含一第二結構不對稱特性。
  10. 如請求項6之方法，其中判定該目標不對稱性之該疊對貢獻的該步驟包含：使用該模型來求解該疊對貢獻參數。
  11. 如請求項6之方法，其中該等目標結構中之每一者包含至少兩個目標：一第一目標，其具有一第一已知強加偏置；及一第二目標，其具有一第二已知強加偏置，且其中： 該第一不對稱性參數包含自該第一目標及該第二目標獲得之不對稱性量測值的差；且該第二不對稱性參數包含自該第一目標及該第二目標獲得之不對稱性量測值的和。
  12. 如請求項1或2之方法，其包含進行該第一結構之直接量測，及使用該等直接量測來獲得該結構不對稱特性。
  13. 一種用於量測一微影製程之一參數之度量衡設備，該度量衡設備可操作以執行如請求項1至12中任一項之方法，且其包含：該基板之一支撐件，該基板上具有複數個目標結構；一光學系統，其用於執行量測每一目標結構之該步驟；及一處理器，其經配置以執行判定每一目標結構之目標不對稱性之疊對貢獻的該步驟。
  14. 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；及如請求項13之一度量衡設備，其中該微影設備經配置以在將該圖案施加至其他基板時使用由該度量衡設備計算的所判定之疊對貢獻。
  15. 一種電腦程式，其包含處理器可讀指令，該等處理器可讀指令在執行於適合之處理器控制之設備上時，致使該處理器控制之設備執行如請求項1至12中任一項之方法。
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