TW201945863A - 檢測工具、檢測方法及電腦程式產品 - Google Patents

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Abstract

本發明呈現一種判定用於一檢測工具之一量測序列的方法，該檢測工具檢測由一微影系統執行之一微影製程產生的一結構，該方法包含：
- 導出用於如由該微影系統執行之該微影製程的一模型，該模型包括描述該微影系統之一組系統變數與表示該微影製程所得之該結構的一輸出變數之間的一關係；
- 判定該輸出變數中之一或多個系統變數的一可觀測性；及
- 基於該可觀測性而判定用於該檢測工具之該量測序列。

Description

檢測工具、檢測方法及電腦程式產品
本發明係關於一種判定用於檢測工具、檢測工具及電腦程式產品之量測序列的方法。
微影設備係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(integrated circuit，IC)之製造中。在此狀況下，替代地被稱作光罩或倍縮光罩之圖案化裝置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，包括一個或若干晶粒之部分)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之網路。習知微影設備包括：所謂的步進器，其中藉由一次性將整個圖案曝光至目標部分上來輻照各目標部分；及所謂的掃描器，其中藉由在給定方向(「掃描」方向)上經由輻射光束而掃描圖案同時平行或反平行於此方向而同步地掃描基板來輻照各目標部分。亦有可能藉由將圖案壓印至基板上而將圖案自圖案化裝置轉印至基板。
如在微影設備中通常施加之輻射光束可例如係DUV輻射光束(例如，具有248 nm或193 nm之波長)或EUV輻射光束(例如，具有11 nm或13.5 nm之波長)。
積體電路之製造可通常需要複數個層之堆疊，其中需要準確地對準層。在無此對準之情況下，層之間的所需連接可能有缺陷，從而導致積體電路發生故障。
通常，積體電路之底部層將含有最小結構，諸如電晶體或其組件。後續層之結構通常較大且實現底部層中之結構與外部世界之連接。鑒於此，兩個層之對準在積體電路之底部部分中將最具挑戰性。
為了確保適當地圖案化電路或電路層，通常使用諸如電子束檢測工具之檢測工具使基板經受檢測。可應用此類工具例如以評估如例如藉由微影設備執行之某些製程步驟是否如所預期被執行。
將需要改良如目前可獲得的諸如高解析度SEM之電子束檢測工具之效能。特定言之，將需要減少檢測基板或樣本所需之持續時間。
需要改良電子束檢測工具之效能，特定言之，將需要減少檢測一基板或樣本所需之持續時間。
為了解決此等擔憂，根據本發明之一態樣，提供一種判定用於一檢測工具之一量測序列的方法，該檢測工具檢測由一微影系統執行之一微影製程產生的一結構，該方法包含：
- 導出用於如由該微影系統執行之該微影製程的一模型，該模型包括描述該微影系統之一組系統變數與表示該微影製程所得之該結構的一輸出變數之間的一關係；
- 判定該輸出變數中之一或多個系統變數的一可觀測性；及
- 基於該可觀測性而判定用於該檢測工具之該量測序列。
根據本發明之另一態樣，提供一種檢測工具，其包含：
- 一物件台，其經組態以固持一樣本，該樣本包含一結構；
- 探測構件，其經組態以檢測該樣本；
- 一偵測器，其經組態以偵測由該等探測構件與該樣本之相互作用引起的該樣本之一回應信號；
- 一處理單元，其經組態以：
o 自該偵測器接收該回應信號；
o 基於該回應信號而產生該結構之一影像；
其中該處理單元經進一步組態以：
o 接收用於檢測該結構之一量測序列，藉由根據本發明之一方法獲得該量測序列；及
o 根據接收到之該量測序列而檢測該樣本。
在一實施例中，該探測構件包含一電子束源，其經組態以產生一電子束；及一光束操縱器，其經組態以將該電子束導引至該樣本上，且其中該偵測器經組態以偵測由該電子束與該樣本之相互作用引起的該樣本之一回應信號。
圖1示意性地描繪根據本發明之一個實施例之微影設備。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輻射或任何其他適合之輻射)；光罩支撐結構(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圖案化裝置之第一定位裝置PM。該設備亦包括基板台(例如，晶圓台) WT或「基板支撐件」，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而準確地定位基板之第二定位裝置PW。該設備進一步包括投影系統(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。
照明系統可包括用於導引、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。
光罩支撐結構支撐圖案化裝置，亦即，承載圖案化裝置之重量。支撐結構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)的方式來固持圖案化裝置。光罩支撐結構可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術以固持圖案化裝置。光罩支撐結構可係例如框架或台，其可根據需要而固定或可移動。光罩支撐結構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「倍縮光罩」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。通常，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)中的特定功能層。
圖案化裝置可係透射的或反射的。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、交變相移及衰減式相移之光罩類型，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，以便使入射輻射光束在不同方向上反射。傾斜鏡將圖案賦予至藉由鏡面矩陣反射之輻射光束中。
本文中所使用之術語「投影系統」應被廣泛地解釋為涵蓋適於所使用之曝光輻射或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用之其他因素的任何類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、磁性、電磁及靜電光學系統，或其任何組合。可認為本文中對術語「投影透鏡」之任何使用均與更一般術語「投影系統」同義。
如此處所描繪，該設備屬於透射類型(例如，使用透射光罩)。替代地，該設備可屬於反射類型(例如，使用如上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列，或使用反射光罩)。
微影設備可屬於具有兩個(雙載物台)或更多個基板台或「基板支撐件」(及/或兩個或更多個光罩台或「光罩支撐件」)之類型。在此等「多載物台」機器中，可並行地使用額外台或支撐件，或可對一或多個台或支撐件進行預備步驟，同時將一或多個其他台或支撐件用於曝光。
微影設備亦可屬於以下類型：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。浸潤技術可用以增加投影系統之數值孔徑。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光期間位於投影系統與基板之間。
參考圖1，照明器IL自輻射源SO接收輻射光束。舉例而言，當輻射源為準分子雷射時，輻射源與微影設備可係分離實體。在此類狀況下，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導向鏡面及/或擴束器之光束遞送系統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，源可係微影設備之整體零件。源SO及照明器IL，必要時連同光束遞送系統BD，可被稱作輻射系統。
照明器IL可包括經組態以調整輻射光束之角強度分佈之調整器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之均一性及強度分佈。
輻射光束B入射於固持於光罩支撐結構(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。在已橫穿光罩MA之情況下，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。憑藉第二定位裝置PW及位置感測器IF (例如，干涉量測裝置、線性編碼器或電容式感測器)，可準確地移動基板台WT，例如以便在輻射光束B之路徑中定位不同目標部分C。類似地，第一定位裝置PM及另一位置感測器(在圖1中未明確地描繪)可用以例如在自光罩庫進行機械擷取之後或在掃描期間相對於輻射光束B之路徑準確地定位光罩MA。一般而言，可憑藉形成第一定位裝置PM之部分之長衝程模組(粗略定位)及短衝程模組(精細定位)來實現光罩台MT之移動。類似地，可使用形成第二定位裝置PW之部分的長衝程模組及短衝程模組來實現基板台WT或「基板支撐件」之移動。在步進器(相對於掃描器)之狀況下，光罩台MT可僅連接至短衝程致動器，或可被固定。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準光罩MA與基板W。儘管如所說明之基板對準標記佔據專用目標部分，但其可位於目標部分之間的空間中(此等者被稱為切割道對準標記)。相似地，在多於一個晶粒提供於光罩MA上之情形中，光罩對準標記可位於該等晶粒之間。
可在以下模式中之至少一者下使用所描繪設備：
1. 在步進模式下，使光罩台MT或「光罩支撐件」及基板台WT或「基板支撐件」保持基本上靜止，同時將賦予至輻射光束之整個圖案一次性投影至目標部分C上(即，單次靜態曝光)。接著，使基板台WT或「基板支撐件」在X及/或Y方向上移位，使得可曝光不同目標部分C。在步進模式下，曝光場之最大大小限制單次靜態曝光中所成像的目標部分C之大小。
2. 在掃描模式下，同步地掃描光罩台MT或「光罩支撐件」及基板台WT或「基板支撐件」，同時將賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上(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或「基板支撐件」相對於光罩台MT或「光罩支撐件」之速度及方向。在掃描模式下，曝光場之最大大小限制單次動態曝光中之目標部分的寬度(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)。
3. 在另一模式下，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，使光罩台MT或「光罩支撐件」保持基本上靜止，從而固持可程式化圖案化裝置，且移動或掃描基板台WT或「基板支撐件」。在此模式下，通常使用脈衝式輻射源，且在基板台WT或「基板支撐件」之各移動之後或掃描期間的順次輻射脈衝之間視需要更新可程式化圖案化裝置。此操作模式可易於應用於利用可程式化圖案化裝置(諸如上文所提及之類型的可程式化鏡面陣列)之無光罩微影。
亦可使用對上文所描述之使用模式之組合及/或變化或完全不同之使用模式。
在如所展示之實施例中，微影設備進一步包含根據本發明之檢測工具IT。此檢測工具IT可例如使得能夠判定結構之特性，詳言之由微影設備處理之基板W之所關注區域上或中存在之埋式結構的特性。在一實施例中，如將在下文更詳細地論述，檢測工具可包含用於檢測基板之電子束源。
在一實施例中，第二定位裝置PW可經組態以將基板W定位在檢測工具IT之操作範圍中。在此實施例中，檢測工具IT可例如經組態以判定經提及結構之特徵，例如電氣特徵、材料特徵及/或幾何特徵。在一實施例中，可隨後將此資訊提供給微影設備之控制單元，且藉由控制照明系統中之一或多者、投影系統或定位裝置中之一者，基於該資訊而在曝光製程期間使用此資訊。
在如所展示之實施例中，微影設備可經組態以施加用於輻射光束之DUV輻射。在此狀況下，圖案化裝置MA可係透射圖案化裝置且投影系統PS可包含一或多個透鏡。
替代地，根據本發明之微影設備可經組態以施加用於輻射束之EUV輻射。在此狀況下，圖案化裝置MA可係反射圖案化裝置，且投影系統PS可包含一或多個鏡面。在此實施例中，該設備可包含用於容納照明系統IL及/或投影系統PS之一或多個真空腔室。
根據本發明之一態樣，微影設備可包含根據本發明之檢測工具，以便執行對待處理或已處理之基板的線上檢測或離線檢測。
根據本發明之一態樣，提供經組態以檢測諸如半導體基板之物件之檢測工具。根據本發明，檢測工具經組態以探測物件，例如半導體基板或樣本。使用各種探測構件，可以各種方式執行此樣本探測。可用以探測樣本(即與樣本相互作用以便產生含有關於樣本之狀態之資訊的信號)之探測構件的實例係光學檢測構件，諸如檢測光束源，例如雷射源、電磁輻射源，X射線光束源、原子力探針或電子束源。
在以下描述中，說明根據本發明之檢測工具10，其包含電子束作為探測構件。如熟習此項技術者將瞭解，亦可使用如所指示之替代性探測構件中的一或多者來實踐根據本發明之方法。
圖2因此展示根據本發明之包含電子束源11之檢測工具10的一實施例，該電子束源進一步亦被稱作電子束源(e-beam source) 11。
此電子束源11通常已知，且可應用於本發明中以將電子束12投影至物件13 (例如基板)之區域上。在如所展示之實施例中，物件13藉助於夾鉗機構13.4 (例如真空夾鉗或靜電夾鉗)安裝至物件台13.2。電子束投影至其之物件之區域亦可被稱作樣本。此電子束源11可例如用以產生具有範圍介於0.2 keV至100 keV之能量之電子束12。電子束源11通常可具有用於將電子束12聚焦至直徑約0.4至5 nm之光點上之一或多個透鏡。在一實施例中，電子束源11可進一步包含可使電子束12偏轉之一或多個掃描線圈或偏轉器板。藉此，電子束12可例如沿著X軸及Y軸(垂直於X軸及Z軸)偏轉，使得可掃描物件之區域，XY平面平行於物件之表面。
在本發明之一實施例中，電子束源經組態以將複數個電子束投影至所關注區域之各別複數個子區域上。藉此，可放大可每單位時間檢查或檢測之所關注區域。此外，在本發明之實施例中，電子束源可經組態以產生具有不同能量位準之電子束。如將在下文更詳細地解釋，取決於電子束之所施加能量位準，可檢驗不同部分或結構，例如埋式結構。
當此類電子束12照射在表面上時，表面上之相互作用及與表面下方之材料之相互作用將發生，從而引起經曝光表面發射輻射及電子兩者。通常，當電子束12與樣本相互作用時，構成光束之電子將經由散射及吸收在眼淚狀體積(稱為相互作用體積)內散失能量。電子束與樣本之間的能量交換通常將產生以下各者之組合：
- 二次電子藉由非彈性散射之發射、
- 藉由與樣本彈性散射相互作用而自相互作用體積反射或回散射之電子的發射、
- X射線發射、及
- 例如介於深UV至IR之範圍內之電磁輻射之發射。
電磁輻射之後一發射通常被稱作陰極發光的光或CL光。
本發明之一實施例中，檢測工具10進一步包含用於偵測二次電子之偵測器15及用於回散射如由樣本發射之電子之偵測器15.1。在圖2中，箭頭14指示所發射二次電子或回散射電子。
在如所展示之實施例中，檢測工具進一步包含控制單元17或例如包含微處理器、電腦等之處理單元，其用於處理如由偵測器15及15.1偵測到之所發射二次電子或回散射電子。
在一實施例中，控制單元17包含用於自偵測器15、15.1接收信號15.2之輸入端17.2，信號15.2表示偵測到之所發射二次電子或回散射電子。
在一實施例中，控制單元可進一步具有用於輸出用於控制電子束源11之控制信號11.2之輸出端17.4。在一實施例中，控制單元17可控制電子束源11以將電子束12投影至例如半導體基板之待檢測物件的所關注區域上。
在一實施例中，控制單元17可經組態以控制電子束源11以掃描所關注區域。
在物件之所關注區域之此類掃描期間，偵測器可自所關注區域之不同部分接收二次電子或回散射電子14。作為實例，所施加電子束可例如直徑1至4 nm之橫截面，而所關注區域係100 nm×100 nm。因而，當已掃描所關注區域時，對橫越所關注區域之電子束之回應可已由偵測器15、15.1捕捉，其中偵測到之信號包含每照明像素之偵測到之電子。像素大小可例如小於或大於電子束之橫截面。
根據本發明的之一實施例，控制單元可經組態以例如經由諸如輸入端17.2或另一輸入端之輸入端接收量測序列或表示量測序列之一組指令，如由根據本發明之方法判定。特定言之，在一實施例中，本發明提供一種判定用於藉由檢測工具，例如諸如SEM之電子束檢測工具，檢測結構之量測序列的方法。
在諸如SEM之已知檢測工具中，包括待檢測結構之所關注區域通常經受區域之二維掃描，藉此大體上覆蓋整個區域，即藉由掃描電子束而檢測。此掃描程序可係相當耗時的。對具有足夠高解析度之例如1 µm×1 µm之區域的掃描可能需要數秒。作為實例，可藉由藉助於SEM掃描光柵來檢驗光柵結構，以便判定光柵或光柵之線的CD或CD均一性。替代地或另外，吾人可能對光柵之某些線參數感興趣，諸如線邊緣粗糙度(LER)、線寬粗糙度(LWR)或側壁角(SWA)。然而，熟習此項技術者將承認，為了評估此等參數，例如CD均一性或LER，僅需要如所產生之SEM影像的一小部分。若將先前已知將需要SEM影像之哪一或哪些部分來評估某一參數，則藉由僅執行影像之所需部分的檢測，即感測或掃描，而非掃描整個所關注區域，吾人可節約時間。
根據本發明之一態樣，提議一種用於判定用於使用檢測工具來檢測結構之量測序列的方法，該量測序列例如指示需要檢測所關注區域之哪些部分。該方法可因此用以例如鑒於吾人將要評估之結構的參數而先前判定需要檢測所關注區域，即含有待檢測結構之區域的哪些部分。
為了判定此量測序列，利用系統之經應用以產生結構的數學模型。作為實例，該結構可例如係半導體基板上之圖案化抗蝕劑層，藉由涉及微影曝光製程及後續顯影製程之製程獲得此圖案化抗蝕劑層。
在一實施例中，例如包括如上文所論述之微影設備的微影系統之數學模型用以導出用於半導體基板上之結構的量測序列，藉由涉及由微影系統執行之曝光製程的製程之製程獲得該結構。
如熟習此項技術者將瞭解，存在模型化藉此類系統執行之物理系統或製程的各種方式。考慮經組態以執行曝光製程之微影系統，藉此使基板曝露於圖案化輻射光束，因此可存在模型化此系統之各種方式。下文給出之此類模型之之實例僅僅用以說明此情形，此係因為本發明不限於結合特定模型或模型類型使用。
在一實施例中，微影系統之數學模型可係微影系統之狀態空間模型或狀態空間表示。圖3示意性地展示物理系統100 (例如微影系統)之狀態空間表示。一般而言，物理系統之狀態空間模型係數學模型，藉助於該數學模型，一組輸入變數u、一組輸出變數y與一組狀態變數x藉由例如如由方程式組110指示之一階差分方程式組鏈接。該組輸入變數、該組輸出變數及該組狀態變數可例如由向量表示，藉此u用以指示輸入變數，y用以指示輸出變數且x用以指示狀態變數。物理系統之狀態空間模型可接著通常由以下方程式組表示：
大體而言，A(t)、B(t)、C(t)及D(t)可因此係包括時間相依參數之矩陣。
在涉及在半導體基板上產生圖案化抗蝕劑層之製程的狀況下，該組輸入變數u可例如包括：
- 用以賦予輻射光束之光罩或圖案化裝置(MA)；
- 微影系統之參數或特性，包括：
- 源之特性，包括：
- 均一性
- 由源施加之劑量；
- 照明系統及投影系統之特性，包括
- 各種光學組件之模型；
- 照明系統或投影系統之像差；
- 所執行掃描製程之特性
- 等…
在此程序中，該組狀態變數x可包括所施加輻射光束在其傳播穿過微影系統時之各種狀態。如圖1中所說明，微影系統或微影設備LA可包含輻射源SO及光束遞送系統BD，該光束遞送系統經組態以將輻射光束遞送至設備LA之照明器IL。此照明IL可表示為所供應輻射光束經歷不同轉變或變換之系統。特定言之，此照明系統或照明器IL中存在之各種光學組件可各自變換輻射光束，使得輻射光束在到達圖案化裝置MA之前經歷變換成不同狀態之序列。隨後，經變換輻射光束由圖案化裝置MA賦予至又一狀態，該賦予可被視為經變換輻射光束之又一變換。在其傳播穿過投影系統PS期間，圖案化輻射光束將在到達基板上之前經歷進一步變換，其中經圖案化光束將輻照抗蝕劑層，藉此修改抗蝕劑層之經輻照部分的材料特性。
如熟習此項技術者將理解，當所涉及光學組件之特性已知時，可模型化所描述轉變中之每一者。
在涉及在半導體基板上產生圖案化抗蝕劑層之製程的狀況下，該組輸出變數y可例如包含藉由該製程獲得之結構的表示。在本發明之一實施例中，如由諸如SEM之檢測工具獲得之結構的影像，例如二維數位影像，可被視為如基板上存在之結構的表示。
此影像可例如對應於如上文所論述之影像，即，有助於使用檢測工具來掃描整個所關注區域的影像。
因而，如圖3中所說明之狀態空間模型可例如表示給定光罩或圖案化裝置MA與基板上產生之結構或其表示之間的關係。圖4示意性說明光罩或圖案化裝置150之一部分及由SEM產生之對應影像160。
參考如上文所論述之狀態空間模型的各種多組變數，可能注意，此等變數可事先例如自設計資料已知抑或可憑經驗判定。
如所提及，根據本發明之判定用於檢測工具之量測序列的方法利用微影系統之數學模型，該微影系統對基板執行用於產生結構之微影製程。此模型之實例係如上文所描述之狀態空間模型。如上文所描述之一般模型可用以模型化微影系統之瞬態行為及穩態行為兩者。
在本發明之一實施例中，如所應用之模型僅僅意欲表示或描述執行微影製程之微影系統的穩態行為。當僅僅模型化穩態行為時，可使用微影系統之簡化模型。參考方程式(1)，系統之穩態行為可描述為：
在更一般公式中，物理系統之穩態行為可由一或多個輸出變數y與包括狀態變數x及輸入變數u之一組變數之間的關係描述。此關係可例如表示為：
y = F(x, u) (3)
倘若該組變數x及u組合，例如參考X作為包括輸入變數u該狀態變數x之一組系統變數，則方程式(3)可寫為：
y = F(X) (4)
在矩陣記法中，輸出變數y與系統變數X之間的關係可表達為：
y = F*X (5)
其中X例如含有輸入變數u及狀態變數x兩者。
在本發明中，使用微影系統之數學模型，數學模型包括描述微影系統之一組系統變數與表示由微影系統執行之微影製程所得的結構之輸出變數之間的關係。倘若輸出變數y係如例如由檢測工具獲得之半導體基板上之結構的表示，則輸出變數y可係二維影像，其例如含有各自具有灰階值之n×m個像素。在圖4中展示此影像之一實例。在此狀況下，二維影像之各像素y(i, j)可被視為具有係系統變數X之功能的值，即，可依據包含狀態變數及輸入變數之一組變數而描述各像素值y(i, j)。在本發明之含義中，依據狀態變數及輸入變數而描述輸出變數之像素值的數學函數，例如F，亦可被稱作投影運算。
倘若輸出變數y對應於所關注區域之整個影像，即，對應於掃描整個所關注區域之情形，則輸出變數將被稱作ytot 且狀態變數及輸入變數至輸出變數之投影運算將被稱作G，即
ytot = G(X)或ytot = G*X (6)
ytot 可例如係含有基板上之結構的影像之像素值的向量，X係描述執行產生結構之製程之微影系統的一組系統變數，G係X之投影運算，其描述系統變數X與影像ytot 之間的關係。
儘管上文參考微影系統之狀態空間模型，但可指出，可亦考慮輸出變數y(i, j)與一組系統變數之間的關係之替代性公式。作為實例，可亦考慮邏輯回歸模型以依據複數個參數或變數而描述藉由諸如SEM之檢測工具獲得的影像。
在一實施例中，本發明利用數學模型以判定用於檢測如由影像y(i, j)表示之結構的量測序列。特定言之，本發明提供一種判定用於檢測工具之量測序列的方法，該檢測工具檢測由微影系統執行之微影製程產生的結構，由此該方法包含如在圖5之流程圖中所說明的以下步驟：
在第一步驟510中，根據本發明之方法提供導出用於如由微影系統執行之微影製程的模型，該模型包括描述微影系統之一組系統變數與表示微影製程所得之結構的輸出變數之間的關係。此模型可例如包含一組系統變數X之投影運算G，如上文所論述。
在第二步驟520中，根據本發明之方法包含判定輸出變數中之一或多個系統變數的可觀測性。在本發明之含義中，判定輸出變數中之一或多個系統變數的可觀測性指代評估系統變數X中之選定系統變數的變化是否引起輸出變數改變或引起輸出變數改變之程度的程序。吾人可因此評估輸出變數之哪一輸出變數或部分對系統變數X之改變敏感。參考描述例如描述基板上之結構的影像之像素值的ytot 與描述執行產生結構之製程之微影系統的一組系統變數X之間的關係之上述數學模型，吾人可因此評估影像ytot 之哪些部分，即結構之二維影像的哪些像素，對系統變數X之改變(最)敏感。特定言之，藉由將變化應用於系統變數X，吾人可識別哪些像素y(i, j)保持大體上相同或幾乎不受所應用變化影響。若識別出此類像素，即，大體上將具有相同灰階值之像素，則無關於對系統變數X中之一或多者的修改，顯然不需要在對應位置處檢測該結構。使用所描述方法，吾人可因此判定結構之影像的最具資訊性部分定位於何處，即，受系統變數X中之選定系統變數之變化影響的彼等部分或像素。上述方法亦允許識別可經檢索之資訊是否含有冗餘資訊。倘若吾人已識別出結構之影像的哪些部分對所提及變化敏感，則或許仍有可能自資訊子集或該部分檢索所需資訊，因此進一步限制結構之需要檢測的部分或位置。
因而，基於所執行可觀測性，吾人可例如評估表示由微影製程獲得之結構之輸出變數的哪一部分受系統之改變影響。一旦已識別此部分，則在根據本發明之方法的第三步驟530中，吾人可基於可觀測性而判定用於檢測工具之用以量測結構的更適合量測序列。特定言之，相比於有助於掃描整個所關注區域之量測序列，可判定更適合之量測序列。此量測序列可例如跳過所關注區域之某些部分，例如吾人預期量測結果將不受影響之部分，而無關於系統變數X。或者，換言之，吾人可判定量測序列，其有助於量測所關注區域之受系統變數之改變影響的部分。在一些實施例中，除了評估所測得的輸出之位置對系統變數的敏感程度以外，可觀測性度量亦進一步量化此等靈敏度之唯一性及獨立性。
應理解，當執行此量測序列時，可減少量測或檢測程序之持續時間，此係因為僅需要藉由檢測工具對所關注區域之相關部分掃描或取樣。
由於此量測序列，吾人將因此通常獲得有限或不完整之影像，即，不覆蓋整個所關注區域之影像。換言之，對影像進行子取樣。僅量測影像之一部分。如在執行如使用本發明之方法導出之量測序列時獲得的此影像可被稱作減小或部分影像yred 。給定此減小影像，經由諸如貝葉斯估計、卡爾曼濾波等之技術推斷系統變數X。給定系統變數之此推斷，可重建整個影像。以如上文所論述之類似方式，吾人可將此影像yred 描述為系統變數X之投影運算，例如投影運算Gred ：
yred = Gred *X (7)
在本發明之一實施例中，部分或減小影像yred 可用以重建整個所關注區域之影像。特定言之，使用方程式(7)，吾人可如下判定系統變數X之估計值Xest ：
Xest = Gred -1 *yred (8)
關於估計值Xest 之判定，應理解，可應用諸如卡爾曼濾波、循序蒙地卡羅、粒子濾波或移動地平線估計之技術。
一旦已判定估計值，則其可用以獲得經重建影像yrec ，其(例如，針對線性系統)藉由下式表示整個所關注區域：
yrec = G*( Gred -1 *yred ) (9)
以類似方式，可應用上述方法以判定結構之特定參數或特徵，而非旨在獲得基板之所關注區域中存在之結構的整個影像。特定言之，吾人可能對諸如線邊緣粗糙度或線寬粗糙度或CD或CD均一性之特定參數感興趣，而非獲得結構之影像。以如上文所論述之類似方式，吾人可判定提供用於評估此等參數之所需資訊而不執行不必要之量測的量測序列。
根據本發明之檢測方法可由根據本發明之檢測工具執行。在一實施例中，此檢測工具可係電子束(electron beam/e-beam)檢測工具，如例如圖2中所描繪。
此檢測工具可例如包含：
- 一物件台，其經組態以固持一樣本，該樣本包含一結構；
- 一電子束源，其經組態以產生一電子束；
- 一光束操縱器，其經組態以將該電子束導引至該樣本上；
- 一偵測器，其經組態以偵測由該電子束與該樣本之相互作用引起的該樣本之一回應信號；及
- 一處理單元，其經組態以：
o 自該偵測器接收該回應信號；
o 基於該回應信號而產生該結構之一影像；
根據本發明，該處理單元可進一步經組態以：
o 接收用於檢測該結構之一量測序列，藉由根據本發明之一方法獲得該量測序列；及
o 根據接收到之該量測序列而檢測該樣本。
參考圖6A、圖6B及圖7描述關於此檢測工具之更多細節。
圖6A及圖6B示意性地描繪根據本發明之一實施例之檢測工具50的俯視圖及橫截面圖。如所展示之實施例包含圍封體51、充當界面以收納待檢查之物件並輸出已檢查之物件的一對裝載埠52。如所展示之實施例進一步包含被稱作設備前端模組EFEM 53之物件轉移系統，其經組態以處置物件及/或將物件輸送至裝載埠及自裝載埠輸送物件。在如所展示之實施例中，EFEM 53包含處置器機器人54，該處置器機器人經組態以在EBI系統50之裝載埠與裝載鎖55之間輸送物件。裝載鎖55係在圍封體51外部且在EFEM中存在的大氣條件與在檢測工具50之真空腔室56中存在的真空條件之間的界面。在如所展示之實施例中，真空腔室56包含電子光學系統57，該電子光學系統經組態以將電子束投影至待檢測物件上，例如半導體基板或晶圓上。檢測工具50進一步包含定位裝置58，該定位裝置經組態以使物件59相對於由電子光學系統57產生之電子束位移。
在一實施例中，該定位裝置可包含多個定位器之級聯式配置，諸如用於在實質上水平平面中定位物件之XY載物台及用於在豎直方向上定位物件之Z載物台。
在一實施例中，定位裝置可包含粗略定位器與精細定位器之組合，該粗略定位器經組態以遍及比較大的距離提供物件之粗略定位，該精細定位器經組態以遍及比較小的距離提供物件之精細定位。
在一實施例中，定位裝置58進一步包含物件台，該物件台用於在由檢測工具50執行之檢測製程期間固持物件。在此實施例中，可藉助於諸如靜電夾鉗之夾鉗將物件59夾持至物件台上。此夾鉗可整合於物件台中。
圖7示意性地描繪根據本發明之檢測工具200的更詳細實施例，該檢測工具可經組態以執行根據本發明之檢測方法。檢測工具200包含被稱作電子槍210之電子束源及成像系統240。
電子槍210包含電子源212、抑制電極214、陽極216、一組孔徑218及聚光器220。電子源212可係如上文所論述之肖特基發射器或經修改肖特基發射器。藉由陽極216之正電荷，可提取電子束202，且可藉由使用可調諧孔徑218來控制電子束202，該可調諧孔徑可具有不同孔徑大小以去除孔徑外部之不必要電子束。為了聚集電子束202，將聚光器220應用於電子束202，此亦提供放大。圖10中所展示之聚光器220可例如係靜電透鏡，其可聚集電子束202。另一方面，聚光器220亦可係磁透鏡。
成像系統240可例如包含消隱器248、一組孔徑242、偵測器244、四組偏轉器250、252、254及256、一對線圈262、磁軛260及電極270。電極270可用以延遲及偏轉電子束202，且可進一步具有靜電透鏡功能。此外，線圈262及磁軛260可經組態為磁物鏡。
可應用偏轉器250及256以在大視野內掃描電子束202，且偏轉器252及254可用於在小視野內掃描電子束202。所有偏轉器250、252、254及256可控制電子束202之掃描方向。偏轉器250、252、254及256可係靜電偏轉器或磁偏轉器。磁軛260之開口面向樣本300，該開口使樣本300浸沒於磁場中。在另一方面，電極270置放於磁軛260之開口下方，且因此樣本300將不受損壞。為了校正電子束202之色像差，延遲器270、樣本300及磁軛260或其部分可形成透鏡以消除電子束202之色像差。檢測工具200進一步包含處理單元310，該處理單元可例如體現為處理器、微處理器、控制器或電腦，該處理單元310經組態以自檢測工具之一或若干偵測器(例如偵測器244)接收回應信號且將該回應信號處理成經掃描或經檢查結構或樣本300之影像。
可使用以下條項來進一步描述實施例：
1. 一種判定用於一檢測工具之一量測序列的方法，該檢測工具檢測由一微影系統執行之一微影製程產生的一結構，該方法包含：
- 導出用於如由該微影系統執行之該微影製程的一模型，該模型包括描述該微影系統之一組系統變數與表示該微影製程所得之該結構的一輸出變數之間的一關係；
- 判定該輸出變數中之一或多個系統變數的一可觀測性；及
- 基於該可觀測性而判定用於該檢測工具之該量測序列。
2. 如條項1之方法，其中該組系統變數包含該微影製程之一或多個輸入變數。
3. 如條項1或2之方法，其中該輸出變數包含一所關注區域的一影像，該所關注區域包含藉由一檢測工具獲得之該結構。
4. 如條項3之方法，其中該影像包含藉由一電子束檢測工具獲得的該結構之一二維數位影像。
5. 如前述條項中任一項之方法，其中該模型係一穩態數學模型。
6. 如前述條項中任一項之方法，其中該數學模型包含該微影系統之一狀態空間模型。
7. 如條項3或4中任一項之方法，其中判定該輸出變數中之一或多個系統變數的一可觀測性包含判定該影像之哪一部分受該一或多個系統變數之改變或修改影響。
8. 如條項7之方法，其中判定用於該檢測工具之該量測序列包含選擇該所關注區域之對應於該影像之該部分的一部分作為一待量測區域。
9. 一種用於檢測一基板之一所關注區域上之一結構的檢測方法，該檢測方法包含如前述條項中任一項之方法。
10. 如條項9之檢測方法，其進一步包含藉由所判定量測序列檢測該結構。
11. 如條項10之檢測方法，其中藉由所判定量測序列檢測該結構之步驟包含獲得該結構之一部分影像。
12. 如條項11之檢測方法，其進一步包含基於該部分影像而重建該結構之一影像。
13. 一種檢測工具，其經組態以執行如前述條項中任一項之方法。
14. 一種檢測工具，其包含：
- 一物件台，其經組態以固持一樣本，該樣本包含一結構；
- 探測構件，其經組態以檢測該樣本；
- 一偵測器，其經組態以偵測由該等探測構件與該樣本之相互作用引起的該樣本之一回應信號；
- 一處理單元，其經組態以：
o 自該偵測器接收該回應信號；
o 基於該回應信號而產生該結構之一影像；
其中該處理單元經進一步組態以：
o 接收用於檢測該結構之一量測序列，藉由一如條項1至12中任一項之方法獲得該量測序列；及
o 根據接收到之該量測序列而檢測該樣本。
15. 如條項14之檢測工具，其中該等探測構件包含
一電子束源，其經組態以產生一電子束；及
一光束操縱器，其經組態以將該電子束導引至該樣本上，且其中該偵測器經組態以偵測由該電子束與該樣本之相互作用引起的該樣本之一回應信號。
16. 如條項14之檢測工具，其中該等探測構件包含一電子束源、一X射線光束源、一光學檢測光束源或一原子力探針。
17. 一種電腦程式產品，其包含在執行於一電腦執行上時使該電腦實行如條項1至12中任一項之方法的一組指令。
儘管在本文中可特定地參考微影設備在IC製造中之使用，但應理解，本文中所描述之微影設備可具有其他應用，諸如製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(liquid-crystal display，LCD)、薄膜磁頭等。熟習此項技術者應瞭解，在此等替代應用之內容背景中，可認為本文中對術語「晶圓」或「晶粒」之任何使用分別與更一般術語「基板」或「目標部分」同義。可在曝光之前或之後在例如塗佈顯影系統(通常將抗蝕劑層施加至基板且顯影經曝光抗蝕劑之工具)、度量衡工具及/或檢測工具中處理本文中所提及之基板。在適用情況下，可將本文中之揭示內容應用於此等及其他基板處理工具。此外，可將基板處理多於一次，例如以便產生多層IC，使得本文所使用之術語「基板」亦可指已經含有多個經處理層之基板。
儘管上文可特定地參考在光學微影之內容背景中對本發明之實施例之使用，但將瞭解，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至被供應至基板之抗蝕劑層中，在基板上，抗蝕劑係藉由施加電磁輻射、熱、壓力或其組合而固化。在抗蝕劑被固化之後，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(UV)輻射(例如，具有365、248、193、157或126 nm之波長)及極紫外光(EUV)輻射(例如，具有5至20 nm之範圍內的波長)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。
儘管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的其他方式實踐本發明。舉例而言，本發明可呈含有描述如上文所揭示之方法之機器可讀指令的一或多個序列的電腦程式形式，或呈在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)形式。
以上描述意欲係說明性而非限制性的。因此，熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對如所描述之本發明進行修改。
10‧‧‧檢測工具
11‧‧‧電子束源
11.2‧‧‧控制信號
12‧‧‧電子束
13‧‧‧物件
13.2‧‧‧物件台
13.4‧‧‧夾鉗機構
14‧‧‧二次電子/回散射電子
15‧‧‧偵測器
15.1‧‧‧偵測器
15.2‧‧‧信號
17‧‧‧控制單元
17.2‧‧‧輸入端
17.4‧‧‧輸出端
50‧‧‧檢測工具/EBI系統
51‧‧‧圍封體
52‧‧‧裝載埠
53‧‧‧設備前端模組(EFEM)
54‧‧‧處置器機器人
55‧‧‧裝載鎖
56‧‧‧真空腔室
57‧‧‧電子光學系統
58‧‧‧定位裝置
59‧‧‧物件
100‧‧‧物理系統
110‧‧‧方程式組
150‧‧‧光罩/圖案化裝置
160‧‧‧影像
200‧‧‧檢測工具
202‧‧‧電子束
210‧‧‧電子槍
212‧‧‧電子源
214‧‧‧抑制電極
216‧‧‧陽極
218‧‧‧孔徑
220‧‧‧聚光器
240‧‧‧成像系統
242‧‧‧孔徑
244‧‧‧偵測器
248‧‧‧消隱器
250‧‧‧偏轉器
252‧‧‧偏轉器
254‧‧‧偏轉器
256‧‧‧偏轉器
260‧‧‧磁軛
262‧‧‧線圈
270‧‧‧電極
300‧‧‧樣本
310‧‧‧處理單元
510‧‧‧第一步驟
520‧‧‧第二步驟
530‧‧‧第三步驟
AD‧‧‧調整器
B‧‧‧輻射光束
BD‧‧‧光束遞送系統
C‧‧‧目標部分
CO‧‧‧聚光器
IF‧‧‧位置感測器
IL‧‧‧照明器
IN‧‧‧積光器
IT‧‧‧檢測工具
M1‧‧‧光罩對準標記
M2‧‧‧光罩對準標記
MA‧‧‧光罩
MT‧‧‧光罩台
P1‧‧‧基板對準標記
P2‧‧‧基板對準標記
PM‧‧‧第一定位裝置
PS‧‧‧投影系統
PW‧‧‧第二定位裝置
SO‧‧‧輻射源
W‧‧‧基板
WT‧‧‧基板台
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
現將參考隨附示意性圖式而僅作為實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中對應元件符號指示對應部分，且在該等圖式中：
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檢測工具；
圖3描繪物理系統之數學模型；
圖4描繪圖案化裝置及結構之所得影像；
圖5描繪根據本發明之方法的流程圖；
圖6a及圖6b示意性地描繪根據本發明之檢測工具之俯視圖及側視圖；
圖7示意性地描繪根據本發明之檢測工具的更詳細實施例。

Claims (12)

  1. 一種判定用於一檢測工具之一量測序列的方法，該檢測工具檢測由一微影系統執行之一微影製程產生的一結構，該方法包含： 導出用於如由該微影系統執行之該微影製程的一模型，該模型包括描述該微影系統之一組系統變數與表示該微影製程所得之該結構的一輸出變數之間的一關係； 判定該輸出變數中之一或多個系統變數的一可觀測性；及 基於該可觀測性而判定用於該檢測工具之該量測序列。
  2. 如請求項1之方法，其中該組系統變數包含該微影製程之一或多個輸入變數。
  3. 如請求項1之方法，其中該輸出變數包含一所關注區域的一影像，該所關注區域包含藉由一檢測工具獲得之該結構。
  4. 如請求項3之方法，其中該影像包含藉由一電子束檢測工具獲得的該結構之一二維數位影像。
  5. 如請求項1之方法，其中該模型係一穩態數學模型。
  6. 如請求項1之方法，其中該模型包含該微影系統之一狀態空間模型。
  7. 如請求項3之方法，其中判定該輸出變數中之一或多個系統變數的一可觀測性包含：判定該影像之哪一部分受該一或多個系統變數之改變或修改影響。
  8. 如請求項7之方法，其中判定用於該檢測工具之該量測序列包含：選擇該所關注區域之對應於該影像之該部分的一部分作為一待量測區域。
  9. 一種檢測工具，其包含： 一物件台，其經組態以固持一樣本，該樣本包含一結構； 探測構件，其經組態以檢測該樣本； 一偵測器，其經組態以偵測由該等探測構件與該樣本之相互作用引起的該樣本之一回應信號； 一處理單元，其經組態以： 自該偵測器接收該回應信號； 基於該回應信號而產生該結構之一影像； 其中該處理單元經進一步組態以： 接收用於檢測該結構之一量測序列，藉由一如請求項1至12中任一項之方法獲得該量測序列；及 根據接收到之該量測序列而檢測該樣本。
  10. 如請求項9之檢測工具，其中該等探測構件包含 一電子束源，其經組態以產生一電子束；及 一光束操縱器，其經組態以將該電子束導引至該樣本上，且其中該偵測器經組態以偵測由該電子束與該樣本之相互作用引起的該樣本之一回應信號。
  11. 如請求項9之檢測工具，其中該等探測構件包含一電子束源、一X射線光束源、一光學檢測光束源或一原子力探針。
  12. 一種電腦程式產品，其包含在執行於一電腦執行上時使該電腦實行如請求項1之方法的一組指令。
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