TW201907239A - 測量結構的方法，檢測裝置，微影系統以及器件製造方法 - Google Patents

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Abstract

一微影製程之疊對誤差係使用複數個目標結構予以測量，每一目標結構具有一已知疊對偏置。一偵測系統捕捉表示由該等目標結構在複數個不同捕捉條件(λ1、λ2)下繞射之輻射之選定部分的複數個影像(740)。組合(748)該等所捕捉影像之像素值以獲得一或多個經合成影像(750)。自該或該等經合成影像提取(744)複數個經合成繞射信號，且使用該複數個經合成繞射信號以計算疊對之一測量值。相比於個別地自該等所捕捉影像提取繞射信號，運算負擔得以減小。該等所捕捉影像可為使用一散射計獲得的暗場影像或光瞳影像。

Description

測量結構的方法，檢測裝置，微影系統以及器件製造方法
本發明係關於用於可用於例如藉由微影技術進行器件製造之度量衡之方法及裝置，且係關於使用微影技術來製造器件之方法。
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)之製造中。在彼情況下，圖案化器件(其替代地被稱作光罩或倍縮光罩)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(例如包括晶粒之部分、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)層上來進行圖案之轉印。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(被稱作「場」)之網路。
在微影製程中，需要頻繁地進行所產生結構之測量，例如以用於製程控制及驗證。用於進行此等測量之各種工具為吾人所知，包括常常用以測量臨界尺寸(CD)之掃描電子顯微鏡，及用以測量疊對(器件中兩個層之對準準確度)之特殊化工具。近來，已開發供微影領域中使用的各種形式之散射計。此等器件將輻射光束導向至目標上且測量散射輻射之一或多個屬性-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屬性之繞射「光譜」。
已知散射計之實例包括US2006033921A1及US2010201963A1中所描述的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的光柵(例如40微米乘40微米)，且測量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測量以外，亦可使用此裝置來測量以繞射為基礎之疊對，如已公佈專利申請案US2006066855A1中所描述。使用繞射階之暗場成像進行的以繞射為基礎之疊對度量衡使得能夠對較小目標之疊對及其他參數進行測量。此等目標可小於照明光點且可由基板上之產品結構環繞。來自環境產品結構之強度可藉由影像平面中之暗場偵測與來自疊對目標之強度有效地分離。
可在專利申請案US20100328655A1及US2011069292A1中找到暗場成像度量衡之實例，該等專利申請案之文件之全文特此係以引用方式併入。已公佈專利公開案US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US20120242970A1、US20130258310A、US20130271740A、US2015138523A1及US2016161864A1中已描述該技術之進一步開發。通常，在此等方法中，需要測量作為目標之屬性的不對稱性。目標可經設計成使得不對稱性之測量可用以獲得諸如疊對、焦點或劑量之各種效能參數之測量。藉由使用散射計偵測繞射光譜之相對部分之間的強度差來測量目標之不對稱性。舉例而言，可比較+1繞射階與-1繞射階之強度以獲得不對稱性之量度。
為了減小測量時間，用於暗場度量衡之已知裝置具有經組態以在X方向及Y方向兩者上同時偵測自組件光柵繞射之輻射及獨立地偵測此等不同方向之繞射之孔徑及偵測系統。因此，避免了對在X及Y定向上之單獨偵測步驟之需要。上文所提及之先前專利公開案中包括此類技術之實例，且例如本優先權日期尚未公佈的未公佈專利申請案EP16157503.0、EP16204457.2及EP17169918.4中亦包括此類技術之實例。
在此裝置中用以獲取繞射信號之輻射可為具有各種波長(顏色)之寬頻帶或窄頻帶輻射。通常，針對每一目標類型及測量界定「配方」，該配方指定照明及偵測參數(包括檢測輻射之顏色)之最佳組合。特定關注點為所謂的「堆疊敏感度」，其中測量受到例如形成結構之部分的層之厚度或組合物之變化影響，從而造成諸如疊對之所關注參數之不確定度。選擇配方來最小化此不確定度。若干研究已展示出：組合來自多個顏色獲取之資訊可顯著地改良該方法之準確度。出於此等及其他原因，可在商用檢測裝置中提供顏色切換能力。
在此內容背景中，正開發用以使用來自多個波長之資訊獲得較準確疊對測量之新方法。以上所提及之專利公開案US2016161864A1描述用於組合使用兩個或多於兩個不同顏色進行之測量，從而獲得相對於製程變化較穩固的測量結果之方法。彼公開案之內容特此係以引用方式併入本文中。應瞭解，為了獲得所要測量量值(在此狀況下為疊對)而自多個所捕捉影像提取不對稱性資訊使每一測量所需之影像處理操作之數目倍增。此影響所需之運算能力及軟體架構之複雜度兩者。
在一第一態樣中，本發明旨在提供用以獲得在不同捕捉條件下測量諸如疊對之一效能參數之益處的替代方法。本發明之實施例減輕了已知方法所需之運算負擔增大的問題。
在一第一態樣中，本發明提供一種判定一製程之一效能參數之方法，該方法包括以下步驟： (a)獲得已藉由該製程而形成之複數個目標結構，每一目標結構具有與該效能參數有關之一已知偏置； (b)使用一偵測系統以捕捉表示由該等目標結構在複數個不同捕捉條件下繞射之輻射之選定部分的複數個影像； (c)組合該等所捕捉影像之至少一子集之像素值以獲得一或多個經合成影像； (d)自該或該等經合成影像提取複數個經合成繞射信號；及 (e)使用該等經合成繞射信號以計算該效能參數之一測量值。
本發明進一步提供一種用於判定一製程之一效能參數之檢測裝置，該檢測裝置包含： 用於一基板之一支撐件，在該基板上提供已藉由該製程而形成之複數個目標結構，每一目標結構具有與該效能參數有關之一已知偏置； 一照明系統及一偵測系統，其可一起操作以捕捉表示由該等目標結構在複數個不同捕捉條件下繞射之輻射之選定部分的影像； 一處理器件，其經配置以組合該等所捕捉影像之至少一子集之像素值以獲得一或多個經合成影像、自該或該等經合成影像提取複數個經合成繞射信號，且使用該等經合成繞射信號以計算該效能參數之一測量值。
該製程可例如為一微影製程。如本文中所使用之術語「微影製程」係指以下製程之實例：將一圖案施加至一基板上之一層，且藉由該經施加圖案控制一或多個物理或化學處理步驟，以獲得(直接地或間接地)一成品中之功能特徵。經測量之該效能參數可與該圖案化步驟及/或該等物理或化學處理步驟之效能有關。
該檢測裝置可應用自先前技術已知之光學系統及技術或使用新裝置來實施。舉例而言，可使用以上提及之暗場成像技術來實施該檢測裝置，藉此獲得用於單一影像中之複數個目標結構之第一及/或第二繞射信號。
在另一態樣中，本發明提供一種處理器件，其經配置以接收自複數個目標結構在不同捕捉條件下捕捉之複數個影像且藉由以下操作導出一效能參數之一測量值：組合該等所捕捉影像之至少一子集之像素值以獲得一或多個經合成影像、自該或該等經合成影像提取複數個經合成繞射信號，且使用該等經合成繞射信號以計算該效能參數之一測量值。
本發明進一步提供一或多個電腦程式產品，其包含用於致使一可程式化處理器件實施如上文所闡述之本發明之一或多個態樣的機器可讀指令。該等機器可讀指令可例如體現於一非暫時性儲存媒體中。
該等機器可讀指令可經進一步配置以致使該可程式化處理器件自動控制一檢測裝置之操作以致使藉由該方法之步驟(b)來捕捉該等繞射信號。
本發明進一步提供一種微影系統，其包括一微影裝置及根據如上文所闡述之本發明之該第二態樣之一檢測裝置。
本發明進一步提供一種製造器件之方法，其中使用一製程將一器件圖案施加至一系列基板，該方法包括：使用根據如上文所闡述之本發明之一方法使用作為該等基板中之至少一者上之該器件圖案之部分或除了該器件圖案之外而形成的複數個目標結構來測量一或多個效能參數；及根據該測量之結果針對稍後基板而控制該製程。
下文參看隨附圖式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類實施例。基於本文中含有之教示，額外實施例對於熟習相關技術者而言將顯而易見。
在詳細地描述本發明之實施例之前，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在100處將微影裝置LA展示為實施大容量微影製造製程之工業設施之部分。在本實例中，製造製程適用於在諸如半導體晶圓之基板上製造半導體產品(積體電路)。熟習此項技術者將瞭解，可藉由以此製程之變體處理不同類型之基板來製造廣泛多種產品。半導體產品之生產純粹用作現今具有大商業意義之實例。
在微影裝置(或簡言之，「微影工具」100)內，在102處展示測量站MEA且在104處展示曝光站EXP。在106處展示控制單元LACU。在此實例中，每一基板訪問測量站及曝光站以被施加圖案。舉例而言，在光學微影裝置中，投影系統用以使用經調節輻射及投影系統而將產品圖案自圖案化器件MA轉印至基板上。此轉印係藉由在輻射敏感抗蝕劑材料層中形成圖案之影像來完成。
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。圖案化MA器件可為將圖案賦予至由圖案化器件透射或反射之輻射光束的光罩或倍縮光罩。熟知操作模式包括步進模式及掃描模式。眾所周知，投影系統可以多種方式與用於基板及圖案化器件之支撐件及定位系統合作，以將所要圖案施加至橫越基板之許多目標部分。可使用可程式化圖案化器件來替代具有固定圖案之倍縮光罩。輻射例如可包括在深紫外線(DUV)波帶或極紫外線(EUV)波帶中之電磁輻射。本發明亦適用於其他類型之微影製程，例如(例如)藉由電子束之壓印微影及直寫微影。
微影裝置控制單元LACU控制各種致動器及感測器之移動及測量，從而致使裝置LA收納基板W及倍縮光罩MA且實施圖案化操作。LACU亦包括用以實施與裝置之操作相關之所要計算的信號處理及資料處理能力。實務上，控制單元LACU將被實現為許多子單元之系統，每一子單元處置裝置內之一子系統或組件之即時資料獲取、處理及控制。
在曝光站EXP處將圖案施加至基板之前，在測量站MEA處處理基板使得可進行各種預備步驟。該等預備步驟可包括使用位階感測器來映射基板之表面高度，及使用對準感測器來測量基板上之對準標記之位置。對準標記係以規則柵格圖案標稱地配置。然而，歸因於產生標記時之不準確度且亦歸因於基板之貫穿其處理而發生的變形，標記偏離理想柵格。因此，在裝置應以極高準確度在正確部位處印刷產品特徵的情況下，除了測量基板之位置及定向以外，對準感測器實務上亦必須詳細地測量橫越基板區域之許多標記之位置。裝置可屬於具有兩個基板台之所謂的雙載物台類型，每一基板台具有受到控制單元LACU控制之一定位系統。在曝光站EXP處曝光一個基板台上之一個基板的同時，可在測量站MEA處將另一基板裝載至另一基板台上，使得可進行各種預備步驟。因此，對準標記之測量極耗時，且提供兩個基板台會實現裝置之產出率的相當大增加。若在基板台處於測量站處以及處於曝光站處時位置感測器IF不能夠測量基板台之位置，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之位置。微影裝置LA (例如)屬於所謂的雙載物台類型，其具有兩個基板台WTa及WTb以及兩個站-曝光站及測量站，在該兩個站之間可交換基板台。
在生產設施內，裝置100形成「微影製造單元」或「微影叢集」之部分，該「微影製造單元」或「微影叢集」亦含有塗佈裝置108以用於將感光抗蝕劑及其他塗層施加至基板W以供裝置100圖案化。在裝置100之輸出側處，提供烘烤裝置110及顯影裝置112以用於將經曝光圖案顯影成實體抗蝕劑圖案。在所有此等裝置之間，基板處置系統負責支撐基板且將基板自一台裝置轉移至下一台裝置。常常被集體地稱作「塗佈顯影系統(track)」之此等裝置係在塗佈顯影系統控制單元之控制下，塗佈顯影系統控制單元自身受到監督控制系統SCS控制，監督控制系統SCS亦經由微影裝置控制單元LACU而控制微影裝置。因此，不同裝置可經操作以最大化產出率及處理效率。監督控制系統SCS接收配方資訊R，該配方資訊R極詳細地提供待執行以產生每一經圖案化基板之步驟的定義。
一旦已在微影製造單元中施加及顯影圖案，就將經圖案化基板120轉移至諸如在122、124、126處所說明之其他處理裝置。廣泛範圍之處理步驟係由典型製造設施中之各種裝置來實施。出於實例起見，此實施例中之裝置122為蝕刻站，且裝置124執行蝕刻後退火步驟。在另外裝置126等等中應用另外物理及/或化學處理步驟。可需要眾多類型之操作以製造實際器件，諸如材料之沈積、表面材料特性之改質(氧化、摻雜、離子植入等)、化學機械拋光(CMP)等等。實務上，裝置126可表示在一或多個裝置中執行之一系列不同處理步驟。
如本文中所使用之術語「微影製程」係指將圖案施加至基板上之層且藉由所施加圖案控制一些物理或化學處理步驟以實現功能產品特徵的製程之任何實例。
眾所周知，半導體器件之製造涉及此處理之許多重複，以在基板上逐層地建置具有適當材料及圖案之器件結構。因此，到達微影叢集之基板130可為新近製備之基板，或其可為先前已在此叢集中或完全地在另一裝置中被處理之基板。相似地，取決於所需處理，基板132在離開裝置126時可經返回以用於同一微影叢集中之後續圖案化操作，其可經預定以用於不同叢集中之圖案化操作，或其可為待發送以用於切塊及封裝之成品。
產品結構之每一層需要不同製程步驟集合，且在每一層處所使用之裝置126可在類型方面完全不同。另外，即使在待由裝置126應用之處理步驟標稱地相同的情況下，在大設施中亦可存在並行地工作以對不同基板執行步驟126之若干假設相同機器。此等機器之間的小設置差異或疵點可意謂其以不同方式影響不同基板。即使對於每一層相對而言為共同的步驟，諸如蝕刻(裝置122)亦可由標稱地相同但並行地工作以最大化產出率之若干蝕刻裝置來實施。此外，實務上，不同層根據待蝕刻之材料的細節需要不同蝕刻製程，例如化學蝕刻、電漿蝕刻，且需要特定要求，諸如各向異性蝕刻。
可在如剛才所提及之其他微影裝置中執行先前及/或後續製程，且可甚至在不同類型之微影裝置中執行先前及/或後續製程。舉例而言，器件製造製程中之在諸如解析度及疊對之參數上要求極高的一些層相比於要求較不高之其他層可在更進階微影工具中來執行。因此，一些層可曝光於浸潤類型微影工具中，而其他層曝光於「乾式」工具中。一些層可曝光於在DUV波長下工作之工具中，而其他層係使用EUV波長輻射來曝光。
為了正確地且一致地曝光由微影裝置曝光之基板，需要檢測經曝光基板以測量屬性，諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等。因此，經定位有微影製造單元LC之製造設施亦包括度量衡系統MET，度量衡系統MET收納已在微影製造單元中處理之基板W中的一些或全部。將度量衡結果直接地或間接地提供至監督控制系統(SCS) 138。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光進行調整，尤其是在可足夠迅速地且快速地完成度量衡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的狀況下，可僅對良好的彼等目標部分執行進一步曝光。
圖1中亦展示度量衡裝置140，度量衡裝置140經提供以用於在製造製程中之所要階段處進行產品之參數的測量。現代微影生產設施中之度量衡裝置之常見實例為散射計，例如角度解析散射計或光譜散射計，且其可經應用以在裝置122中之蝕刻之前測量在120處之經顯影基板之屬性。在使用度量衡裝置140的情況下，可判定例如諸如疊對或臨界尺寸(CD)之重要效能參數並不滿足經顯影抗蝕劑中之指定準確度要求。在蝕刻步驟之前，存在經由微影叢集剝離經顯影抗蝕劑且重新處理基板120的機會。亦眾所周知，藉由監督控制系統SCS及/或控制單元LACU 106隨著時間推移進行小幅度調整，可使用來自裝置140之度量衡結果142以維持微影叢集中之圖案化操作之準確效能，藉此最小化製得不合格產品且需要重工之風險。當然，度量衡裝置140及/或其他度量衡裝置(圖中未繪示)可經應用以測量經處理基板132、134及傳入基板130之屬性。 實例檢測裝置
圖2之(a)示意性地展示實施所謂的暗場成像度量衡之檢測裝置之關鍵元件。該裝置可為單機器件或併入例如測量站處之微影裝置LA中或微影製造單元LC中。由點線O表示貫穿裝置具有若干分支之光軸。A 圖2之(b)中更詳細地說明目標光柵結構T及繞射射線。
如[先前技術]中所引用之先前申請案中所描述，圖2之(a)之暗場成像裝置可為可替代光譜散射計或除了光譜散射計以外而使用的多用途角度解析散射計之部分。在此類型之檢測裝置中，由輻射源11發射之輻射係由照明系統12調節。舉例而言，照明系統12可包括準直透鏡系統12a、彩色濾光片12b、偏振器12c及孔徑器件13。經調節輻射遵循照明路徑IP，在該照明路徑IP中，經調節輻射係由部分反射表面15反射且經由物鏡16而聚焦成基板W上之光點S。度量衡目標T可形成於基板W上。物鏡16可在形式上與顯微鏡物鏡相似，但具有高數值孔徑(NA)，較佳為至少0.9且更佳為至少0.95。可視需要使用浸潤流體以獲得大於1之數值孔徑。
在此實例中，物鏡16亦用以收集已由目標散射之輻射。示意性地，展示用於此返回輻射之收集路徑CP。多用途散射計可在收集路徑中具有兩個或多於兩個測量分支。所說明實例具有包含光瞳成像光學系統18及光瞳影像感測器19之光瞳成像分支。亦展示成像分支，下文將更詳細地描述該成像分支。另外，其他光學系統及分支將包括於實務裝置中，例如以收集參考輻射以用於強度正規化、用於捕捉目標之粗略成像、用於聚焦等等。可在上文所提及之先前公開案中發現此等光學系統及分支之細節。
在度量衡目標T提供於基板W上的情況下，此可為1-D光柵，其經印刷成使得在顯影之後，長條係由固體抗蝕劑線形成。目標可為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通孔形成。長條、導柱或通孔可替代地經蝕刻至基板中。此等光柵中之每一者為屬性可使用檢測裝置來研究之目標結構之一實例。在光柵之狀況下，結構為週期性的。在疊對度量衡目標之狀況下，光柵經印刷於已藉由先前圖案化步驟而形成之另一光柵之頂部上或與該光柵交錯。
可調整照明系統12之各種組件以在同一裝置內實施不同度量衡「配方」。除了選擇波長(顏色)及偏振作為照明輻射之特性以外，照明系統12亦可經調整以實施不同照明剖面。孔徑器件13之平面與物鏡16之光瞳平面及光瞳影像偵測器19之平面共軛。因此，由孔徑器件13界定之照明剖面界定以光點S入射於基板W上之光的角度分佈。為了實施不同照明剖面，孔徑器件13可提供於照明路徑中。孔徑器件可包含安裝於可移動滑桿或輪上之不同孔徑13a、13b、13c等。孔徑器件可替代地包含固定或可程式化空間光調變器(SLM)。作為另一替代方案，光纖可安置於照明光瞳平面中之不同部位處，且可選擇性地用以在其各別部位處遞送光或不遞送光。此等變體皆在上文所引用之文件中加以論述及例示。孔徑器件可具有反射形式，而非透射的。舉例而言，可能使用反射SLM。實際上，在UV或EUV波帶中工作之檢測裝置中，大多數或全部光學元件可為反射的。
取決於照明模式，實例射線30a可經提供使得入射角係如在圖2之(b)中之「I」處所展示。由目標T反射之零階射線之路徑被標註為「0」(不應與光軸「O」混淆)。相似地，在同一照明模式中或在第二照明模式中，可提供射線30b，在此狀況下，與第一模式相比，入射角與反射角將調換。在圖2之(a)中，第一及第二實例照明模式之零階射線分別被標註為0a及0b。
如圖2之(b)中更詳細地展示，作為目標結構之一實例的目標光柵T經置放成使得基板W垂直於物鏡16之光軸O。在離軸照明剖面之狀況下，與軸線O成一角度而照射於光柵T上的照明I之射線30a引起一個零階射線(實線0)及兩個一階射線(點鏈線+1及雙點鏈線-1)。應記住，在運用填充過度之小目標光柵之情況下，此等射線僅為覆蓋包括度量衡目標光柵T及其他特徵之基板區域的許多平行射線中之一者。由於照明射線30a之光束具有有限寬度(為接納有用量之光所必要)，故入射射線I事實上將佔據一角度範圍，且繞射射線0及+1/-1將稍微散開。根據小目標之點散佈函數，每一階+1及-1之繞射輻射將遍及一角度範圍而進一步散佈，而非如所展示之單一理想射線。
若目標具有多個週期性組件，則彼等週期性組件中之每一者將引起一階及高階繞射射線，其可在至頁面中或在頁面外之方向上。為簡單起見，圖2之(b)之實例僅僅描述一維光柵。
在用於暗場成像之收集路徑之分支中，成像光學系統20在感測器23 (例如CCD或CMOS感測器)上形成基板W上之目標之影像T'。孔徑光闌21提供於收集路徑CP之成像分支中之平面中，該平面與物鏡16之光瞳平面共軛。孔徑光闌21亦可被稱為光瞳光闌。孔徑光闌21可採取不同形式，正如照明孔徑可採取不同形式一樣。與透鏡16之有效孔徑結合的孔徑光闌21判定使用散射輻射之何部分而在感測器23上產生影像。通常，孔徑光闌21用以阻擋零階繞射光束，使得形成於感測器23上之目標之影像僅自一階光束形成。在一階光束兩者經組合以形成影像之實例中，此影像將為所謂的暗場影像，其等效於暗場顯微法。
將由感測器23捕捉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測量之特定類型。出於本發明之目的，執行對目標結構之不對稱性之測量。不對稱性測量可與目標結構之知識組合以獲得用以形成該等目標結構之微影製程之效能參數的測量。可以此方式測量之效能參數包括例如疊對、焦點及劑量。提供目標之專門設計以允許經由相同基本不對稱性測量方法進行不同效能參數之此等測量。
處理器及控制器PU亦產生諸如λ及AP之控制信號，其用於控制照明特性(偏振、波長)且用於使用孔徑器件13或可程式化空間光調變器來選擇孔徑。亦可以相同方式控制孔徑光闌21。照明及偵測之此等參數的每一組合被認為係用於待進行之測量之「配方」。
再次參看圖2之(b)及照明射線30a，來自目標光柵之+1階繞射射線將進入物鏡16且貢獻於在感測器23處記錄之影像。射線30b以與射線30a相對之角度入射，且因此，-1階繞射射線進入該物鏡且貢獻於該影像。當使用離軸照明時，孔徑光闌21阻擋零階輻射。如先前公開案中所描述，照明模式可運用在X及Y方向上之離軸照明予以界定。
圖2之(a)之孔徑器件13中之孔徑13c、13e及13f包括在X方向及Y方向兩者上之離軸照明，且對於本發明而言備受關注。孔徑13c產生可被稱作經分段照明剖面之內容，且可例如與例如由下文所描述之經分段稜鏡22界定之經分段孔徑組合地使用。孔徑13e及13f可例如以上文所提及之一些先前公佈專利申請案中所描述之方式與同軸孔徑光闌21組合地使用。
藉由比較在此等不同照明模式下之目標光柵之影像，可獲得不對稱性測量。替代地，可藉由保持同一照明模式但旋轉目標來獲得不對稱性測量。雖然展示離軸照明，但可替代地使用目標之同軸照明，且可使用經修改之離軸孔徑光闌21以將實質上僅一個一階繞射光傳遞至感測器。在另一實例中，組合同軸照明模式來使用經分段稜鏡22。經分段稜鏡22可被視為個別離軸稜鏡之組合，且視需要可經實施為安裝在一起之一組稜鏡。此等稜鏡界定經分段孔徑，其中每一象限中之射線稍微偏轉一角度。光瞳平面中之此偏轉具有在影像平面中在每一方向上使+1階與-1階在空間上分離之效應。換言之，每一繞射階及方向之輻射在感測器23上形成至不同部位之影像，使得可偵測及比較該等影像，而無需兩個依序影像捕捉步驟。實際上，在影像感測器23上之經分離部位處形成單獨影像。在圖2之(a)中，舉例而言，使用來自照明射線30a之+1階繞射產生之影像T'(+1a)係與使用來自照明射線30b之-1階繞射產生之影像T'(-1b)空間上分離。上文所提及之公開專利申請案US20110102753A1中揭示此技術，該公開專利申請案之全部內容特此係以引用方式併入。替代一階光束或除了一階光束以外，二階、三階及高階光束(圖2中未繪示)亦可用於測量中。作為另一變化，可使離軸照明模式保持恆定，而使目標自身在物鏡16下方旋轉180度以使用相對繞射階來捕捉影像。
無論使用此等技術中之哪一技術，本發明皆適用於同時地捕捉在兩個方向(例如被稱為X及Y之正交方向)上繞射的輻射之方法。
雖然說明習知的以透鏡為基礎之成像系統，但本文中所揭示之技術可同樣適用於全光攝影機，且亦適用於所謂的「無透鏡」或「數位」成像系統。因此，存在關於用於繞射輻射之處理系統之哪些部分經實施於光學域中且哪些部分經實施於電子域及軟體域中之大的設計選擇度。 以影像為基礎之不對稱性測量
參看圖3之(a)且檢視孔徑器件13附近之照明系統之光瞳平面P(IP)，孔徑13c已經選擇以界定902處所說明之照明之特定空間剖面。在照明系統之此所要空間剖面中，被標註為a及b的兩個完全相對象限係亮的，而另外兩個象限係暗的(不透明)。經聚焦以在目標T上形成光點S時，此空間照明剖面界定對應的照明角度分佈，其中射線僅在此兩個象限中形成角度。此分段類型之孔徑係自已公佈專利申請案US 2010/201963在散射測量裝置中為吾人所知。下文中將進一步描述此經修改照明孔徑之價值。
當來自照明剖面902之亮片段之射線係由目標結構中之週期性特徵繞射時，其將成對應於光瞳平面中之移位之角度。圖3之(a)中之箭頭「x」指示由在X方向上為週期性之結構造成的照明之繞射方向，而箭頭「y」指示由在Y方向上為週期性的結構造成的照明之繞射方向。箭頭「0」指示直接反射，換言之零階繞射。孔徑之此分段類型之特徵為，關於由預期繞射方向(在此實例中為X及Y)界定之對稱線，照明剖面之經照明區為對稱地相對之暗區。因此，有可能將高階繞射輻射分離，同時收集同時在兩個方向上導向之輻射。
圖3之(b)說明在檢測裝置之收集路徑中在共軛光瞳平面P(CP)中的照明分佈。首先假定目標T為一維繞射光柵，其在作為第一方向之X方向上具有週期性。雖然照明之空間剖面302具有被標註為a及b之亮象限，但由目標光柵之線繞射引起的繞射圖案在圖3之(b)中由304處之圖案表示。在此圖案中，除了被標註為a0 及b0 之零階反射以外，亦可看到一階繞射信號，其被標註為a+ x 、b- x 。因為照明孔徑之其他象限係暗的且更一般而言因為照明圖案具有180°旋轉對稱性，所以繞射階a+ x 及b- x 係「自由的」，意謂其不與來自照明孔徑之其他部分的零階或高階信號重疊(在此階段僅考慮X方向)。可利用經分段照明圖案之此屬性以自繞射光柵(對準標記)獲得間距為可在使用習知圓形對稱之照明孔徑的情況下成像之最小間距之一半的清晰一階信號。
零階信號a0 及b0 亦存在於如所說明之收集系統之光瞳中。取決於是否想要此等零階信號，該等信號可被在形式上與孔徑13d相似之經分段孔徑光闌21阻擋。對於以不對稱性為基礎之測量，通常關注高階信號，例如+1階信號及-1階信號。
圖3之(c)示意性地展示經分段稜鏡22在圖2之檢測裝置之成像分支中的佈局。圓形光瞳P(CP)係由點線圓圈表示。在光瞳之每一象限中，提供成不同角度之稜鏡，其使輻射偏轉某一角度。光瞳平面中之此角度偏轉轉譯成偵測器23之平面中之影像的空間分離度，如上文已經參考圖2之(a)所說明。現在將進一步描述呈此類型之組態的裝置之操作以及一些實務益處及挑戰。然而，本發明之原理在其他組態中適用。
圖4描繪根據已知實務形成於基板W上之複合度量衡目標。複合目標包含光柵32至35之形式的四個目標結構，該等光柵接近地定位在一起，使得其將皆在由度量衡裝置之照明光束形成之測量光點S內。圓圈31指示基板W上之光點S之範圍。該四個目標結構因此皆被同時地照明且同時地成像於感測器23上。在專用於疊對測量之實例中，光柵32至35自身為由在不同微影步驟中圖案化之第一特徵與第二特徵形成的疊對光柵。為了易於描述，將假定第一特徵及第二特徵形成於在基板W上形成的半導體器件之不同層中，但其可替代地例如作為多重圖案化製程之部分而形成於一個層中。光柵32至35可經不同地偏置，此意謂其除了由圖案化製程引入之任何未知疊對誤差以外亦具有經設計好的疊對偏移。偏置之知識促進其中形成疊對光柵之不同部分的層之間的疊對之測量。光柵32至35亦可在其定向方面不同(如所展示)，以便使入射輻射在X方向及Y方向上繞射。
在一個已知實例中，光柵32及34為在將一光柵相對於另一光柵置放時分別具有偏置+d、-d的X方向光柵。此意謂光柵32使其上覆組件經配置成使得若其兩者確切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。光柵34使其組件經配置成使得若被完美地印刷於其標稱部位處，則將存在為d但在與第一光柵等等相對之方向上的偏移。光柵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捕捉之影像中識別此等光柵之單獨影像。雖然說明四個光柵，但另一實施例可能需要更大矩陣以獲得所要準確度。
圖5展示可在圖2至3之裝置中使用圖4之目標、使用經分段照明剖面及使用經分段稜鏡22而在感測器23上形成且由感測器23偵測到的影像之實例。此組態提供同時在X及Y兩個定向上之離軸照明，且准許同時偵測來自圖3之(b)中之光瞳304之左上方及右下方之象限的在X及Y上之繞射階。
暗矩形40表示感測器上之影像之場，在該場內，基板上之經照明光點31經成像至四個對應圓形區域中，該等圓形區域各自使用僅來自收集路徑CP中之光瞳304之一個象限的輻射。目標之四個影像被標註為502至508。在影像502內，使用光瞳304之左上方象限之輻射的經照明光點31之影像被標註為41。在此影像內，矩形區域42至45表示小目標光柵32至35之影像。若該等光柵位於產品區域中，則在此影像場之周邊中亦可看見產品特徵。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光柵32至35之單獨影像42至45。以此方式，影像並不必須在感測器框架內之特定部位處極精確地對準，此情形極大地改良測量裝置整體上之產出率。
如所提及且如圖5中所說明，由於經分段稜鏡22對收集路徑之光瞳904中之信號的動作且由於經分段照明剖面902及其相對於目標T之X方向及Y方向之定向，四個影像502至508中之每一者使用每一目標之繞射光譜之僅某些部分。因此，分別在左下方及右上方處之影像504及508係分別由零階輻射a0 及b0 形成。影像502係由高階繞射輻射形成，具體言之係由在來自亮象限b在負X方向上繞射之輻射及來自亮象限a在正Y方向上繞射之輻射(繞射信號a+ y 及b- x )形成。相對而言，影像506係由高階繞射輻射形成，具體言之係由來自亮象限b在正X方向上繞射之輻射及來自亮象限a在負Y方向上繞射之輻射(繞射信號a- y 及b+ x )形成。
在不使用上文所察看之經分段照明及經分段偵測技術之實施中，可分別地而非在單一影像中捕捉暗場影像502及506。本發明之原理可在任一狀況下同樣適用。本發明之原理亦可適用於使用較大目標及光瞳影像感測器19之大度量衡之狀況。
為簡單起見，假定每一目標僅包含一維光柵，每一組件光柵31至35使輻射在兩個方向中之僅一者上繞射，且每一光柵之影像藉由光學系統之成像動作在影像502至508內空間上分離。一旦已識別光柵之單獨影像，就可例如藉由平均化或求和經識別區域(ROI)內之選定像素強度值來測量彼等個別影像之強度。可將影像之強度及/或其他屬性彼此進行比較以針對四個或多於四個光柵同時獲得不對稱性之測量。可將此等結果與目標結構及偏置方案之知識組合，以測量微影製程之不同參數。疊對效能為此參數之重要實例，且為兩個微影層之側向對準之量度。更具體言之，可將疊對界定為例如底部光柵之頂部的中心與對應頂部光柵之底部的中心之間的側向位差。
為了獲得微影製程之其他參數之測量，可使用不同目標設計。再次，可將目標設計及偏置方案之知識與不對稱性測量組合以獲得所要效能參數之測量。舉例而言，目標設計已知用於自以此方式獲得之不對稱性測量獲得劑量或焦點之測量。本發明適用於所有此等以不對稱性為基礎之測量，而不論是用於疊對、焦點、劑量抑或某其他參數。
如上文所提及，經測量之效能參數可與圖案化步驟之執行有關，例如疊對或焦點，及/或與在圖案化步驟之後的物理或化學處理步驟之執行有關。舉例而言，可在執行蝕刻步驟或拋光步驟時引入不對稱性。
對於目標包含具有二維結構之光柵之狀況，可出現不同光柵之繞射階之間的串擾。可應用額外技術以獲得對兩個方向特定之測量，例如如在本優先權日期未公佈的以上提及之申請案EP16204457.2及EP17169918.4中所揭示。彼等申請案之內容特此係以引用方式併入本文中，而彼等技術之細節並不與對本發明之理解相關。 不對稱性測量之增強之方法
圖6說明(a)使用圖3之檢測裝置導出不對稱性相關參數之基本已知方法及(b)自以引用方式併入本文中之US2016161864A1已知的增強之方法。圖6之(b)之增強之方法被方便地稱作「A+/A-」方法。
圖6之(a)中所說明之基本方法大體上如以上所描述。純粹出於實例起見，假定圖2之檢測裝置係供如以上所描述之經分段照明及經分段偵測使用。本發明之原理可恰好在其他配置中易於應用。接收呈暗場影像640之形式的繞射信號，暗場影像640具有圖5中所展示之影像40之形式。該影像係使用顏色、偏振及在度量衡配方中判定之其他參數之設定來獲取。預處理步驟642應用先前已針對檢測裝置判定之校準設定。舉例而言，此等校準設定可校正影像感測器23中之非均一性。
在步驟644中，處理所捕捉影像以識別所關注區(ROI)且提取呈關於不同繞射階及目標內之不同光柵之強度值之形式的繞射信號。在步驟646中，以已知方式將強度組合以導出關於每一光柵之不對稱性值，且接著將不對稱性與已知偏置方案組合以獲得疊對OV之測量值。可藉由將+1階繞射信號與-1階繞射信號之強度相減而獲得不對稱性值。在將強度差用作不對稱性量度之前，可藉由參考平均強度而正規化強度差。該步驟被標註為來表示此正規化比較。
在圖6之(b)之已知增強之方法中，遵循相同的一般步驟順序，但捕捉多個影像640，每一影像係運用例如輻射之不同波長(顏色)或不同偏振來捕捉。純粹作為實例，說明運用波長λ1及λ2捕捉之影像640。對於每一影像，執行預處理步驟642及信號提取步驟644以提取針對每一顏色針對不同光柵之相對繞射階之多個強度。接著使用US2016161864A1中所描述之A+/A-方法組合具有不同偏置值的光柵之不對稱性值，以獲得疊對測量OV。如在先前公開案中所解釋，此疊對測量相對於製程效應較穩固。
圖6之(a)及(b)中所說明之方法之步驟可方便地藉由合適經程式化處理硬體中之數位信號處理予以實施。可在通用處理器中實施所有步驟，或可針對該等步驟中之一或多者提供專業硬體。(此同樣適用於下文參看圖7所描述之增強之方法)。如剛剛所描述，用於組合多個波長資料之已知方法(亦即A+/A-方法)涉及自每一個別影像(其對應於所考慮顏色中之每一者)提取繞射信號。信號提取步驟644為該方法之運算上最密集的部分。當對於多個影像需要影像處理操作之全集合時，此不利地影響所需之運算能力及軟體架構之複雜度兩者。同時，歸因於例如感測器不對稱性或污染而在影像中存在影響準確度或精度之影像缺陷，且此等影像缺陷係經由疊對運算而進行。
本發明人已認識到，使用多個捕捉條件(例如顏色及/或偏振)之益處亦可藉由在影像位階處組合來自多個捕捉條件之資料來獲得。接著需要僅對所得影像應用信號提取及疊對運算方法。此外，藉由組合強度位準下之資訊，吾人能夠在執行信號提取之前減少此等效應且因此改良準確度及精度兩者。
圖7說明應用本發明之原理以測量諸如疊對之不對稱性相關參數之增強之方法的一項實施例。純粹出於實例起見，假定圖2之檢測裝置係供如以上所描述之經分段照明及經分段偵測使用。本發明之原理可恰好在其他配置中易於應用。
與在圖6之(b)之已知方法中一樣，使用圖2之裝置獲得多個暗場影像740，每一暗場影像係運用輻射之不同波長(顏色)或其他參數來獲得。對應於圖6之特徵的特徵具有相似參考數字，其具有前綴「7」來替代「6」。因此，純粹作為實例來說明運用波長λ1及λ2捕捉之影像740。與在已知方法中一樣，使每一影像經受預處理步驟742。影像合成步驟748接著自多個影像740(λ1)等之預處理步驟742接收該多個影像740(λ1)等且仍以影像之形式將其組合，以獲得單一經合成影像750。
提供信號提取步驟744及測量計算步驟746，其之形式與圖6之(a)之基本方法之信號提取步驟及測量計算步驟的形式相似。此等步驟處理經合成影像以獲得疊對(或其他不對稱性相關參數)之測量值。詳言之，應注意，執行單個信號提取步驟744來替代執行每影像之信號提取步驟644。如將在下文所說明，影像合成步驟748可在運算上相對便宜。在以下實例中，函數將經合成影像定義為個別影像之線性組合(逐像素)。因此，可獲得運算負擔之總體減小，同時保持使用多個波長方法之益處。
本發明並不排除「混合式」方法，其中將所捕捉影像之群組或子集組合為複數個經合成影像，且接著對複數個影像執行信號提取，但少於捕捉條件之數目。舉例而言，第一經合成影像可能為使用不同顏色結合第一偏振所捕捉的影像之加權組合，而第二經合成影像可能為使用不同顏色結合第二偏振所捕捉的影像之加權組合。在另一實施例中，第一經合成影像可能為使用不同偏振及/或角度分佈結合第一顏色所捕捉的影像之加權組合，而第二經合成影像可能為使用不同偏振及/或角度分佈結合第二顏色所捕捉的影像之加權組合。 處理細節及數學實例
吾人現在將說明吾人如何可藉由僅對經組合影像預先形成信號提取，來替代必須對每一影像執行信號提取步驟從而減小軟體之複雜度及運算量。
作為一實例，吾人考慮函數f為輸入影像740(λi )之線性組合。此意謂將經合成影像運算為：(1) 其中為對應於照明條件之暗場影像740 (之每像素強度)，為遍及不同照明條件變化的指數，且為線性組合之加權係數。可基於物理假定或由於某最佳化工序來選擇加權係數。每一不同照明條件可為例如波長及/或偏振之不同組合。重要的是，係數可具有正值及負值兩者，使得實際上將影像自彼此減去，而不僅是將影像相加。
應注意，吾人必須假定在將輸入影像組合之前使其對準，此意謂橫越不同影像之相同像素位置對應於目標T及基板W上之相同部位。來自不同顏色之影像之間的對準可經由在捕捉該等影像之前校準光學系統來達成，或經由在組合該等影像之前預對準步驟(例如使用正規化交叉相關或任何其他對齊方法)來達成。此預對準步驟將例如在圖7之方法中被插入於步驟742與748之間。儘管光柵之影像應標稱地處於相同地點，但歸因於由通過偵測系統之光遵循的不同光學路徑，光柵之影像可終止於影像感測器之稍微不同部位。在自光瞳影像而非暗場影像提取繞射信號之實施例中，所想要繞射階之繞射角將根據波長改變而明顯地改變。可包括根據波長按比例調整繞射圖案之按比例調整操作而作為預對準步驟之部分。
在已產生經合成影像的情況下，可自經合成影像提取用於每一光柵或其他目標結構之經合成繞射信號及。每一經合成繞射信號自動包含在不同捕捉條件下獲得之繞射信號之相同加權組合。
常用疊對運算方法假定+1階影像與-1階影像之間的不對稱性與疊對之正弦成比例：， (2) 其中及為+1階繞射信號及-1階繞射信號，且為表示疊對測量之敏感度的係數且取決於堆疊及感測器參數兩者。若偏好，則可採用除線性模型(例如正弦)之外的關係之模型。如已經所提及，實務上可應用此等方程式中未說明的正規化因數：， (2') 其中為所比較強度之平均值。出於簡潔性起見，自方程式省略此正規化。
應注意，在吾人考慮如在方程式(1)中建構之經合成影像的情況下假定同樣成立：。
因此，由於自經合成影像導出之不對稱性與疊對成比例(在線性模型實例中)，故吾人仍可對經組合影像使用吾人當前疊對信號提取及疊對運算方法。應注意，疊對測量之敏感度現在將為：。
可看到本文中所揭示及圖7中示意性地表示之增強之技術的若干優點。該等技術係靈活的，此係因為設計者可基於物理假定或由於最佳化問題而選擇係數作為度量衡配方之部分，使得吾人可改良敏感度、堆疊敏感度或所關注之任何其他效能參數。該方法簡單且其需要對處理硬體及軟體之最小程度的改變。如在以下實例中示範，現有的基本信號提取方法在不對經合成影像進行任何修改的情況下起作用。
作為另一益處，通常用以評估度量衡技術之許多關鍵效能指示符(KPI)(例如堆疊敏感度)可以與吾人為了單個顏色獲取運算該等關鍵效能指示符之方式相同的方式來運算。在可能不存在明顯的「正確方式」來界定許多此等KPI的其他增強之方法中，狀況並非如此。 使用兩個顏色之實例
可將多個捕捉條件(例如照明條件)選擇為針對給定數目次影像捕捉最大化增強之方法之益處，而非隨機地界定該多個捕捉條件(例如照明條件)。舉例而言，若吾人將經合成影像強度選擇為僅兩個影像之線性組合，則吾人可希望選擇顏色及係數，使得吾人可最大化經組合敏感度。為此，可能有用的是觀測藉由標繪作為波長之函數的所獲得的所謂「擺動曲線」之典型行為。
圖8說明此擺動曲線802，其表示敏感度係數K相對於作為可發生變化以產生不同捕捉條件的參數之實例的波長λ之變化。假定藉由劑量而正規化(亦即所有影像已接收相同數目個光子)，吾人提出捕捉在擺動曲線之具有異號之波峰處的影像。吾人接著使該等影像相減以獲得經合成影像。依據方程式1，此減法係藉由設定加權係數來獲得，使得。
在此狀況下，所得敏感度將為：。
針對正偏置光柵及負偏置光柵之不對稱性將等於：，。
接著，將疊對運算為：。 其中「bias」為正偏置與負偏置之量值。
應理解，可預先選擇兩個捕捉條件且該兩個捕捉條件為所用之僅有兩個捕捉條件，或可藉由在影像合成步驟748中設定係數而自較大數目個捕捉條件選擇該兩個捕捉條件。在每次捕捉之影像獲取時間為測量額外負擔之顯著部分的情況下，前一途徑當然可有益。當未必預先知曉最佳配方時，後一途徑可較佳。
使用以上方程式，亦可展示出：藉由圖7之方法使對應於此兩個顏色之影像相減且接著對所得經合成影像應用疊對運算在數學上等效於在運用兩個顏色的情況下應用圖6之(b)之已知A+/A-方法。A+/A-方法在圖9中加以說明。如在US2016161864A1中較完整解釋，對於圖4中所說明之類型之單疊對目標，吾人針對不同捕捉條件(例如不同顏色)標繪具有正偏置之光柵之經測量不對稱性A+相對於具有負偏置之光柵之經測量不對稱性A-。如圖9之(a)中所展示，A+/A-方法所隱含之經驗觀測結果為此等點902(λi )大致處於線904上，且此線之斜率與疊對相關如下：。
可針對任何數目個點使用例如「最小平方」擬合找到該線之斜率。以此方式，任何數目個點(捕捉條件)可用以獲得疊對(或其他不對稱性相關參數)之「最佳」測量。現在參看圖9之(b)，吾人考慮使用僅兩個點(針對兩個不同顏色及)之實例。在彼狀況下，線906之斜率簡單地由以下方程式給出：。
組合後兩個方程式及運算，吾人可將疊對運算為：。
此確切地為針對吾人使兩個影像相減之狀況(如在先前章節中所展示)所獲得的疊對之公式。亦應注意，吾人在圖9之(b)中標繪軸908。投影至此軸上之位置表示係數K之值。吾人可看到，選擇儘可能在(A+, A-)平面中的兩個點一般而言等效於選擇在具有異號之擺動曲線之波峰處的點。 實驗結果
實驗結果確認以上所描述之益處。將圖7之方法應用至自典型類產品晶圓上之疊對目標捕捉之影像。在針對六種不同顏色藉由A+/A-方法組合測量的情況下，針對每一目標獲得參考測量OVref。接著針對每一波長，在針對每一目標之所獲得之疊對測量OV與「理想」參考測量OVref之間存在計算之差。可藉由單一波長獲得之最佳測量各自展示出與每目標之參考測量之系統性偏差，及目標之間的清楚的變化。在本文中所揭示之經合成影像方法中選擇並使用處於擺動曲線之具有異號之波峰處的兩個波長λ1及λ2，以組合藉由彼兩個波長而捕捉之影像且獲得疊對測量。亦在運用相同兩個顏色的情況下使用A+A-方法獲得測量。已發現，與最佳單顏色測量中之任一者相比，經合成影像方法極大地改良了與理想結果OVref之匹配。實驗亦確認數學上預期之結果，該等結果與在使用相同兩個顏色的情況下之A+/A-方法一樣好。因此，在無準確度損失的情況下獲得運算減少之益處。其次，吾人預期藉由使具有相對堆疊敏感度之影像相減，吾人可部分移除存在於兩個影像中之假影。
在其他實驗中，提供有用於例如在現代3-D NAND器件中找到之厚堆疊之技術。在厚堆疊中，擺動曲線隨著波長極快速地振盪。此行為使得難以獲得足夠堆疊敏感度來達成準確測量。已觀測到，在許多厚堆疊狀況下，0度偏振與90度偏振針對堆疊敏感度具有異號。接著在吾人使在捕捉條件下使用0度及90度偏振所獲得的影像相減的情況下，吾人具有堆疊敏感度將超出測量所需之位準之區域，且「擺動」亦將稍微較寬。
所呈現之實例藉由簡單減法使用兩個捕捉條件，但在需要時可將方法擴展至更多顏色及/或不同加權係數。選擇捕捉條件及係數之方式可根據產品特性而不同。
所呈現實例使用僅具有在量值上相等且在方向上相對的兩個偏置值之偏置方案。可將方法擴展至具有不同偏置值之偏置方案，且擴展至具有多於兩個值之偏置方案，且擴展至在多於一個方向上具有疊對及偏置值之目標。 微影製造製程中之應用
圖10說明在控制圖1中所說明的類型之微影製造系統時應用度量衡。將在此處列出步驟，且接著更詳細地解釋該等步驟： S21：處理晶圓以在基板上產生結構 S22：橫越基板測量疊對及/或其他參數 S23：更新度量衡配方 S24：更新微影及/或製程配方
在步驟S21處，使用微影製造系統橫越基板產生結構。在S22處，使用度量衡裝置140且視情況使用其他度量衡裝置及資訊源以橫越基板測量結構之屬性。使用如以上所描述且如例如圖7中所展示之多個捕捉條件來捕捉繞射信號。獲得一或多個經合成影像且使用其以導出結構之不對稱性相關屬性。舉例而言，吾人所關注的不對稱性相關屬性可為疊對(OVL)及/或焦點及/或劑量。
在步驟S23處，視情況，按照所獲得測量結果更新度量衡配方及度量衡裝置之校準。配方可例如指定哪些特定捕捉條件在未來使用，及/或其待組合之方式。
在步驟S24處，比較疊對或其他參數之測量值與所要值，且使用CD或其他參數之該等測量值以更新微影製造系統內之微影裝置及/或其他裝置之設定。藉由使用經合成影像提供度量衡裝置，可針對給定處理負擔獲得較準確測量。此繼而可在其他測量中應用測量之結果時及在進一步控制微影裝置時導致較佳效能。 結論
上文所揭示之原理允許藉由使用多個捕捉條件來改良測量準確度，而不會成比例地增大運算負擔。該技術適於應用於待藉由使用經分段偵測系統之暗場成像方法以及其他方法進行之不對稱性測量。使用兩組或多於兩組捕捉條件及/或兩個或多於兩個不同的目標結構設計會允許簡單及高效檢測裝置基於經分段偵測系統以較寬目標設計範圍(包括在兩個層中在第二方向上具有顯著繞射的目標設計)進行操作。
同時，歸因於例如感測器不對稱性或污染而通常在影像中存在影響準確度或精度之影像缺陷，且此等影像缺陷係經由疊對運算而進行。吾人預期藉由組合強度位準下之資訊，吾人能夠在執行信號提取之前減少此等效應且因此改良準確度及精度兩者。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述方式不同之其他方式來實踐本發明。
雖然實施例中所說明之檢測裝置或工具包含具有用於藉由平行影像感測器使光瞳平面與基板平面同時成像之第一分支及第二分支的特定形式之散射計，但替代配置係可能的。該等分支可由諸如鏡面之可移動光學元件選擇性地耦接，而非提供由光束分裂器17永久地耦接至物鏡16之兩個分支。可使光學系統具有單個影像感測器，至感測器之光學路徑藉由可移動元件重新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。
雖然圖2中所說明之光學系統包含折射元件，但可替代地使用反射光學件。舉例而言，使用反射光學件可使得能夠使用較短波長之輻射。
雖然上文所描述之目標結構為出於測量之目的而特定地設計及形成之度量衡目標，但在其他實施例中，可在為形成於基板上之器件之功能部件的目標上測量屬性。許多器件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」並不要求已特定地針對正被執行之測量來提供該結構。
與在圖案化器件上及經圖案化基板上實現的檢測裝置硬體及合適目標結構相關聯地，實施例可包括實施方法步驟之處理器件。處理器件可為單一處理器，或並行及/或依序工作在一起之處理器之集合。此處理器件可整體地或部分地藉由電腦程式控制，該電腦程式含有實施上文所說明的類型之測量方法以獲得關於目標結構及/或關於微影製程之資訊的機器可讀指令之一或多個序列。此電腦程式可經執行於例如圖2之裝置之影像處理器及控制器PU及/或圖1之控制單元LACU內。亦可提供其中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)。
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，且在內容背景允許之情況下不限於光學微影。在壓印微影中，圖案化器件中之構形(topography)界定產生於基板上之圖案。可將圖案化器件之構形壓入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。
在以下編號條項中進一步描述根據本發明之另外實施例： 1. 一種判定一製程之一效能參數之方法，該方法包括以下步驟： (a)獲得已藉由該製程而形成之複數個目標結構，每一目標結構具有與該效能參數有關之一已知偏置； (b)使用一偵測系統以捕捉表示由該等目標結構在複數個不同捕捉條件下繞射之輻射之選定部分的複數個影像； (c)組合該等所捕捉影像之至少一子集之像素值以獲得一或多個經合成影像； (d)自該或該等經合成影像提取複數個經合成繞射信號；及 (e)使用該等經合成繞射信號以計算該效能參數之一測量值。 2. 如條項1之方法，其中該複數個捕捉條件在用於該等目標結構之照明及/或該等所捕捉影像之偵測的輻射之波長、偏振及/或角度分佈中之一或多者方面不同。 3. 如條項2之方法，其中該複數個捕捉條件至少在用於該等目標結構之照明及/或該等所捕捉影像之偵測的輻射之該波長方面不同。 4. 如條項2或3之方法，其中該複數個捕捉條件至少在用於該等目標結構之照明及/或該等所捕捉影像之偵測的輻射之該偏振方面不同。 5. 如任一前述條項之方法，其中在步驟(c)中藉由使用用於該等所捕捉影像中之至少一者之一正權重及用於該等所捕捉影像中之至少另一者之一負權重而自該等所捕捉影像之像素值之一加權組合來產生該經合成影像。 6. 如任一前述條項之方法，其中步驟(e)包括藉由將在步驟(d)中提取之該等經合成繞射信號中的兩者或多於兩者組合而獲得用於兩個或多於兩個目標結構之不對稱性值。 7. 如任一前述條項之方法，其中步驟(d)包含自一或多個經合成影像之各別部分提取複數個經合成繞射信號。 8. 如條項7之方法，其中該等所捕捉影像為表示繞射輻射在該偵測系統之一光瞳平面中之一分佈的光瞳影像。 9. 如條項7之方法，其中該等所捕捉影像為該複數個目標結構之暗場影像，每一暗場影像係使用繞射輻射之特定部分而形成。 10. 如條項9之方法，其中該等所捕捉影像中之每一者含有互補部分，該等互補部分為使用在第一方向及第二方向上繞射之輻射之相對繞射階所形成的該相同複數個目標結構之影像。 11. 如條項7、8、9或10之方法，其中在步驟(b)中，在使用具有經照明區及暗區之一經分段照明剖面照明該等目標結構的同時捕捉該等影像，每一經照明區當在該第一方向上反射時及在該第二方向上反射時與一暗區對稱地相對。 12. 如條項11之方法，其中該經分段照明剖面具有四個象限，該等經照明區僅屬於彼此完全相對之兩個象限。 13. 如附屬於條項9或10之條項11或12之方法，其中該偵測系統為一經分段偵測系統，藉以該或每一第一影像及該或每一第二影像包括互補部分，該等互補部分為使用由該目標結構繞射之該輻射之相對繞射階所形成的該等目標結構結構之影像。 14. 如條項7至13中任一項之方法，其中該效能參數為疊對，且該等目標結構中之每一者為形成於兩個或多於兩個層中之一疊對光柵。 15. 如條項7至14之方法，其中該複數個目標結構包含以劃分成相似四等分之一矩形佈局配置在一起的四個目標結構。 16. 如任一前述條項之方法，其進一步包含使用該經判定效能參數來修改一度量衡配方以測量另外目標結構。 17. 如任一前述條項之方法，其進一步包含使用該經判定效能參數來控制一微影裝置將圖案施加至基板。 18. 一種用於判定一製程之一效能參數之檢測裝置，該檢測裝置包含： 用於一基板之一支撐件，在該基板上提供已藉由該製程而形成之複數個目標結構，每一目標結構具有與該效能參數有關之一已知偏置； 一照明系統及一偵測系統，其可一起操作以捕捉表示由該等目標結構在複數個不同捕捉條件下繞射之輻射之選定部分的影像； 一處理器件，其經配置以組合該等所捕捉影像之至少一子集之像素值以獲得一或多個經合成影像、自該或該等經合成影像提取複數個經合成繞射信號，且使用該等經合成繞射信號以計算該效能參數之一測量值。 19. 如條項18之檢測裝置，其中該複數個捕捉條件可經配置以在用於該等目標結構之照明的輻射之波長、偏振及角度分佈中之一或多者，或用於該等所捕捉影像之偵測的輻射之波長、偏振及/或角度分佈中之一或多者方面不同。 20. 如條項18或19之檢測裝置，其中該處理器件經配置以藉由使用用於該等所捕捉影像中之至少一者之一正權重及用於該等所捕捉影像中之至少另一者之一負權重而自該等所捕捉影像之像素值之一加權組合來產生該經合成影像。 21. 如條項18至20中任一項之檢測裝置，其中該處理器件經配置以藉由將該等經提取之經合成繞射信號中的兩者或多於兩者組合而獲得用於兩個或多於兩個目標結構之不對稱性值，該等不對稱性值用以計算該效能參數之該測量值。 22. 如條項18至21中任一項之檢測裝置，其中該處理器件經配置以自一或多個經合成影像之各別部分提取該複數個經合成繞射信號。 23. 如條項22之檢測裝置，其中該等所捕捉捕捉為該複數個目標結構之暗場影像，每一暗場影像係使用繞射輻射之特定部分而形成。 24. 如條項23之檢測裝置，其中該等所捕捉影像中之每一者含有互補部分，該等互補部分為使用在第一方向及第二方向上繞射之輻射之相對繞射階所形成的該相同複數個目標結構之影像。 25. 一種處理器件，其經配置以接收自複數個目標結構在不同捕捉條件下捕捉之複數個影像且藉由以下操作導出一效能參數之一測量值：組合該等所捕捉影像之至少一子集之像素值以獲得一或多個經合成影像、自該或該等經合成影像提取複數個經合成繞射信號，且使用該等經合成繞射信號以計算該效能參數之一測量值。 26. 一種電腦程式產品，其包含用於致使一可程式化處理器件接收在不同捕捉條件下自複數個目標結構捕捉之複數個影像且藉由執行如條項1至17中任一項之方法中的步驟(c)、(d)及(e)而導出一效能參數之一測量值的機器可讀指令。 27. 如條項26之電腦程式產品，其中該等機器可讀指令經進一步配置以致使該可程式化處理器件自動控制一檢測裝置之操作以致使在不同捕捉條件下藉由該方法之步驟(b)來捕捉該等影像。 28. 一種微影系統，其包含： 一微影裝置，其用於將一圖案施加至一或多個基板上； 一如條項17至24中任一項之檢測裝置；及 一控制系統，其用於在將該圖案施加至另外基板時使用來自該檢測裝置之測量結果來控制該微影裝置。 29. 一種製造器件之方法，其中使用一製程將一器件圖案施加至一系列基板，該方法包括使用一如條項1至17中任一項之方法使用作為該等基板中之至少一者上之該器件圖案之部分或除了該器件圖案之外而形成的複數個目標結構之疊對誤差；及根據該測量之結果針對稍後基板而控制該製程。
本文中所使用之術語「輻射」及「光束」涵蓋全部類型之電磁輻射，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1奈米至100奈米之範圍內之波長)，以及粒子束，諸如離子束或電子束。可使用合適源在UV及EUV波長內進行散射計及其他檢測裝置之實施，且本發明決不限於使用IR及可見光輻射之系統。
術語「透鏡」在內容背景允許時可指各種類型之光學組件中之任一者或其組合，包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件。反射組件很可能用於在UV及/或EUV範圍內操作之裝置中。
本發明之廣度及範疇不應受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者進行界定。
0‧‧‧零階射線/繞射射線
0a‧‧‧零階射線
0b‧‧‧零階射線
11‧‧‧輻射源
12‧‧‧照明系統
12a‧‧‧準直透鏡系統
12b‧‧‧彩色濾光片
12c‧‧‧偏振器
13‧‧‧孔徑器件
13a‧‧‧孔徑
13b‧‧‧孔徑
13c‧‧‧孔徑
13d‧‧‧孔徑
13e‧‧‧孔徑
13f‧‧‧孔徑
15‧‧‧部分反射表面
16‧‧‧物鏡/透鏡
17‧‧‧光束分裂器
18‧‧‧光瞳成像光學系統
19‧‧‧光瞳影像感測器/光瞳影像偵測器
20‧‧‧成像光學系統
21‧‧‧同軸孔徑光闌/離軸孔徑光闌
22‧‧‧經分段稜鏡
23‧‧‧影像感測器/偵測器
30a‧‧‧照明射線
30b‧‧‧照明射線
31‧‧‧照明光點
32‧‧‧目標光柵
33‧‧‧目標光柵
34‧‧‧目標光柵
35‧‧‧目標光柵
41‧‧‧影像
42‧‧‧影像
43‧‧‧影像
44‧‧‧影像
45‧‧‧影像
100‧‧‧微影裝置LA/微影工具
102‧‧‧測量站MEA
104‧‧‧曝光站EXP
106‧‧‧微影裝置控制單元LACU
108‧‧‧塗佈裝置
110‧‧‧烘烤裝置
112‧‧‧顯影裝置
120‧‧‧經圖案化基板
122‧‧‧處理裝置
124‧‧‧處理裝置
126‧‧‧處理裝置/步驟
130‧‧‧基板
132‧‧‧基板
134‧‧‧基板
140‧‧‧度量衡裝置
142‧‧‧度量衡結果
302‧‧‧照明之空間剖面
304‧‧‧光瞳
502‧‧‧暗場影像
504‧‧‧影像
506‧‧‧暗場影像
508‧‧‧影像
640‧‧‧暗場影像
642‧‧‧預處理步驟
644‧‧‧信號提取步驟
646‧‧‧步驟
740(λ1)‧‧‧輸入影像
740(λ2)‧‧‧輸入影像
742‧‧‧預處理步驟
744‧‧‧信號提取步驟
746‧‧‧測量計算步驟
748‧‧‧影像合成步驟
750‧‧‧經合成影像
802‧‧‧擺動曲線
902(λi)‧‧‧點
904‧‧‧線
906‧‧‧線
908‧‧‧軸
AP‧‧‧控制信號
a‧‧‧象限
a0‧‧‧零階反射/零階信號/零階輻射
a+x‧‧‧一階繞射信號/繞射階
a+y‧‧‧繞射信號
b‧‧‧象限
b0‧‧‧零階反射/零階信號/零階輻射
b-x‧‧‧一階繞射信號/繞射階
CP‧‧‧收集路徑
I‧‧‧照明/入射射線
IP‧‧‧照明路徑
MA‧‧‧圖案化器件/倍縮光罩
O‧‧‧光軸
P(CP)‧‧‧共軛光瞳平面/圓形光瞳
P(IP)‧‧‧照明系統之光瞳平面
PU‧‧‧影像處理器及控制器
R‧‧‧配方資訊
ROI‧‧‧經識別區域/所關注區
S‧‧‧測量光點
SCS‧‧‧監督控制系統
S21‧‧‧步驟
S22‧‧‧步驟
S23‧‧‧步驟
S24‧‧‧步驟
T‧‧‧目標光柵結構/度量衡目標/度量衡目標光柵
T'‧‧‧影像
T'(+1a)‧‧‧影像
T'(-1b)‧‧‧影像
W‧‧‧基板
λ‧‧‧控制信號
λ1‧‧‧波長/顏色
λ2‧‧‧波長/顏色
+1‧‧‧一階射線/繞射射線
-1‧‧‧一階射線/繞射射線
現在將參看隨附圖式作為實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中： 圖1描繪微影裝置連同形成用於半導體器件之生產設施的其他裝置； 圖2示意性地說明(a)根據本發明之一些實施例的經調適以執行角度解析散射測量及暗場成像檢測方法之檢測裝置，及(b)由圖2之(a)之裝置中之目標光柵進行入射輻射之繞射的放大細節； 圖3說明(a)經分段照明剖面，(b)在經分段照明剖面下方在不同方向上的繞射信號之產生，及(c)稜鏡器件在經分段偵測系統中之佈局，以上各者皆在圖2之檢測裝置之一項實施例的操作中； 圖4說明包括數個組件光柵之複合度量衡目標； 圖5說明由圖4之裝置在繞射階之空間分離度下捕捉的圖4之目標之多重影像； 圖6說明(a)使用圖3之檢測裝置導出不對稱性相關參數的基本已知方法，及(b)自US2016161864A1已知之增強之方法； 圖7說明應用本發明之原理以測量不對稱性相關參數之增強之方法的一項實施例； 圖8說明選擇捕捉條件以最大化圖7之方法之敏感度的方法； 圖9之(a)及(b)說明圖7之方法與自US2016161864A1已知之方法之間的關係；及 圖10為測量目標結構之屬性之方法及使用本發明之原理控制製程之方法的流程圖。

Claims (15)

  1. 一種判定一製程之一效能參數之方法，該方法包括以下步驟： (a)獲得已藉由該製程而形成之複數個目標結構，每一目標結構具有與該效能參數有關之一已知偏置； (b)使用一偵測系統以捕捉表示由該等目標結構在複數個不同捕捉條件下繞射之輻射之選定部分的複數個影像； (c)組合該等所捕捉影像之至少一子集之像素值以獲得一或多個經合成影像； (d)自該或該等經合成影像提取複數個經合成繞射信號；及 (e)使用該等經合成繞射信號以計算該效能參數之一測量值。
  2. 如請求項1之方法，其中該複數個捕捉條件在用於該等目標結構之照明及/或該等所捕捉影像之偵測的輻射之波長、偏振及/或角度分佈中之一或多者方面不同。
  3. 如請求項2之方法，其中該複數個捕捉條件至少在用於該等目標結構之照明及/或該等所捕捉影像之偵測的輻射之該波長方面不同。
  4. 如請求項2或3之方法，其中該複數個捕捉條件至少在用於該等目標結構之照明及/或該等所捕捉影像之偵測的輻射之該偏振方面不同。
  5. 2或3之方法，其中在步驟(c)中藉由使用用於該等所捕捉影像中之至少一者之一正權重及用於該等所捕捉影像中之至少另一者之一負權重而自該等所捕捉影像之像素值之一加權組合來產生該經合成影像。
  6. 2或3之方法，其中步驟(e)包括藉由將在步驟(d)中提取之該等經合成繞射信號中的兩者或多於兩者組合而獲得用於兩個或多於兩個目標結構之不對稱性值。
  7. 2或3之方法，其中步驟(d)包含自一或多個經合成影像之各別部分提取複數個經合成繞射信號。
  8. 如請求項7之方法，其中該等所捕捉影像為表示繞射輻射在該偵測系統之一光瞳平面中之一分佈的光瞳影像。
  9. 如請求項7之方法，其中該等所捕捉影像為該複數個目標結構之暗場影像，每一暗場影像係使用繞射輻射之特定部分而形成。
  10. 如請求項9之方法，其中該等所捕捉影像中之每一者含有互補部分，該等互補部分為使用在第一方向及第二方向上繞射之輻射之相對繞射階所形成的該相同複數個目標結構之影像。
  11. 如請求項7之方法，其中在步驟(b)中，在使用具有經照明區及暗區之一經分段照明剖面照明該等目標結構的同時捕捉該等影像，每一經照明區當在該第一方向上反射時及在該第二方向上反射時與一暗區對稱地相對。
  12. 如請求項11之方法，其中該經分段照明剖面具有四個象限，該等經照明區僅屬於彼此完全相對之兩個象限。
  13. 如請求項11之方法，其中該偵測系統為一經分段偵測系統，藉以該或每一第一影像及該或每一第二影像包括互補部分，該等互補部分為使用由該目標結構繞射之該輻射之相對繞射階所形成的該等目標結構結構之影像。
  14. 如請求項7之方法，其中該效能參數為疊對，且該等目標結構中之每一者為形成於兩個或多於兩個層中之一疊對光柵。
  15. 如請求項7之方法，其中該複數個目標結構包含以劃分成相似四等分之一矩形佈局配置在一起的四個目標結構。
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