TW202127005A - 量測基板之裝置及方法 - Google Patents

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亞切克 蓋西歐羅斯基
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Abstract

本發明係關於一種用於量測尤其是具有具臨界尺寸之至少一個結構(7、7‘、7‘‘、7‘‘‘、7IV 、7V )、尤其是具有具臨界尺寸之一表面結構(7、7‘、7‘‘、7‘‘‘、7IV 、7V )之一多層基板(1、1‘、1‘‘)的方法，其特徵在於該方法至少具有以下步驟，尤其是以下程序： 生產(110)具有複數個層(2、3、4、5、6、6‘、6‘‘)、尤其是具有一結構(7、7‘、7‘‘、7‘‘‘、7IV 、7V )、尤其是具有在一最上層(6、6‘、6‘‘)之一表面(6o、6‘o、6‘‘o)上之一結構(7、7‘、7‘‘、7‘‘‘、7IV 、7V )的該基板(1、1‘、1‘‘)，其中該等層及特定言之該等結構之該等尺寸係已知的， 使用至少一種量測技術量測(120)該基板(1、1‘、1‘‘)及特定言之該結構(7、7‘、7‘‘、7‘‘‘、7IV 、7V )， 使用來自該基板(1、1‘、1‘‘)之該量測之量測結果產生(130)該基板之一模擬， 比較(140)該等量測結果與來自該基板(1、1‘、1‘‘)之該模擬之模擬結果， 在存在該等量測結果與該等模擬結果之一偏差之情況下，使用來自該基板(1、1‘、1‘‘)之該量測之該等量測結果最佳化該模擬(130)及該基板之一模擬之重新產生(130)，或在該等量測結果對應於該等模擬結果之情況下，計算(150)進一步基板之參數。

Description

量測基板之裝置及方法
本發明係關於一種用於量測一基板之裝置及方法。
歸因於藉由光微影或奈米壓印微影在基板上生產之結構之臨界尺寸(CD)的明顯縮減，生產程序中之量測及檢測技術之挑戰不斷增加。
歸因於阿貝(Abbe)解析度限制(即，繞射限制解析度)，習知成像方法(諸如光學顯微術)限於超過光學波長之一半、在大多數情況下遠超過100 nm之結構尺寸。使用光學顯微術，僅可在有限範圍內進行具有臨界尺寸之結構之一三維特性化。在此情況中，幾何參數(諸如結構寬度、結構高度、平面之間之角度，及在愈來愈小結構之情況中，甚至三維結構之粗糙度)變得愈來愈重要。用於量測結構之替代方法(諸如透射電子顯微術(TEM)、掃描電子顯微術(SEM)或原子力顯微術(AFM))在半導體產業中過於(時間)密集且因此不適用於程序監測及連續生產。類似地，輪廓量測亦僅適用於在有限範圍內判定較大表面上之形貌。
在先前技術中，習知成像方法(諸如光學顯微術)與非成像光學散射量測方法組合。
然而，歸因於例如藉由光微影或奈米壓印微影在基板上生產之結構之臨界尺寸的明顯縮減，習知成像方法被免除。
在先前技術中使用經典橢偏量測以量測層厚度及光學材料性質(諸如折射率及反射比)。塗層之量測在程序中必須在不破壞層之情況下發生，以防止基板或晶圓損壞。主要地，光譜橢偏量測及反射量測已被確立為用於半導體產業中之程序控制及程序最佳化之度量衡系統。一般而言，偵測相對變化或偏差。程式在先前技術中已知，自簡單系統之量測進行模擬及分析需要該等程式。
關於用於分析在nm範圍內之材料及系統(包含薄膜)之光譜橢偏量測及偏振量測之一詳細概述可例如在J. Nanopart. Res. (2009年) 11:1521-1554頁中找到，且未加以更詳細說明。
例如，在US6,912,056B2中指定一種用於量測一基板上之一多層之裝置及方法。裝置含有一量測單元以量測反射光，其中反射光係藉由其上形成多層之基板反射。使用一輸入單元輸入大量公式資料，其中，該大量公式資料之各資料對應於大量假設多層，其中最初假定該等假設多層之一者係實際上形成於基板上之多層。一控制單元計算大量理論光譜，其中，各光譜指定假設多層之各組件層之至少一個厚度，假定該假設多層係使用一組大量公式資料實際上形成於基板上之多層，其中比較經量測光譜與該大量理論光譜，因此判定多層之一暫時厚度。經計算暫時厚度必須位於一允許範圍內，否則在改變公式資料之後重複暫時厚度之選擇。實體資訊含有各組件層之一折射率及一莫耳消光係數。
US7,196,793B2亦使用運用光譜橢偏量測量測之資料(諸如(舉例而言)輻射之偏振變化(ψ(λi )及Δ(λi )))且比較此等資料與模擬光譜以特性化一基板上之薄雙層系統。在模型中擬合模擬光譜直至獲得模擬值(ψM (λi )及ΔM (λi ))與量測值(ψE (λi )及ΔE (λi ))之間之最小差，其中(若干)層厚度d(best )及入射角Φ(best )變化。
在US7,289,219B2及US7,502,101B2中，使用偏振散射量測用於晶圓或半導體組件上之週期性結構之臨界尺寸之量測。
在US7,268,876B1中，藉由非線性迴歸或根據萊文貝格-馬夸特(Levenberg-Marquardt)方法使用一最小化演算法以藉由光譜橢偏量測原位特性化一樣本之最外層之移除或沈積之任一者。
在Zhu, R.、Brueck, S. R. J.、Dawson, N.、Busani, T.、Joseph, P.、Singhal, S.及Sreenivasan, S. V.之「Scatterometry for nanoimprint lithography」(Journal of Vacuum Science & Technology B，第34卷，第06K503號，2016年)中，使用可變角度散射量測用於特性化已使用奈米壓印微影生產之結構。此等結構係一線柵偏振器(WGP)及一光阻劑格柵。RCWA演算法用於模型生產。
在Patrick, H. J.、Germer, T. A.、Ding, Y.、Ro, H. W.、Richter, L. J.、Soles, C. L.之「Scatterometry for in situ measurement of pattern reflow in nanoimprinted polymers」(Applied Physics Letters，第93卷，第233105號，2008年)中，使用光譜橢偏量測用於特性化使用NIL自聚苯乙烯生產之格柵結構。
使用方法以偵測在一熱處理(退火)之後之結構之變化。RCWA演算法用於模型生產。比較結果與AFM量測。
已主要在半導體產業中之薄層之量測中確立反射橢偏量測且因此進行簡要說明。在大多數情況下，在先前技術中特性化單層。此處，例如，在一三相系統(基板/層/空氣)處量測線性偏振之平行及單色光之反射。在一三相系統中，反射及繞射在兩個邊界表面處發生。在一(多)層系統處之反射之情況中，必須考量在各個別相界處之反射及繞射。可自描述偏振變化之可量測橢偏量測特性(損耗角ψ及相位差Δ)計算層系統之材料特性複折射率ñ或層厚度之任一者。透射橢偏量測用於量測光學性質。由於橢偏量測以一無破壞方式操作，故此方法尤其適用於程序控制。
與單色橢偏量測相比，在可變角度光譜橢偏量測(VASE)中，存在廣涵蓋範圍之波長。歸因於大量資料或資訊，可計算更準確模型。使用VASE，尤其可量測或計算有機及無機材料之以下參數： -自亞奈米至數微米之層厚度 -表面粗糙度 -折射率 -電導率 -吸收 -聚合態 -混合物成分 -缺陷 -光學各向異性 -材料摻雜 -形態
然而，在先前技術中，在大多數情況下，量測個別薄透明或半透明層或雙層系統。若研究多層系統，則不存在結構化表面。歸因於複雜性，在先前技術中，量測多層系統或週期性結構之任一者。在先前技術中，針對多層系統，平滑表面係一先決條件。先前技術中之進一步問題通常係自複雜樣本之量測進行之模擬之不足準確度。若結構亦具有甚至更複雜結構形式則甚至更困難。接著，量測及模擬之調適仍為一問題。
本發明中待達成之目的在於克服先前技術之問題，及特定言之指定一種用於量測一多層基板之經改良方法及經改良裝置。
此目的係使用協調專利技術方案之標的物達成。在附屬技術方案中指定本發明之有利開發。由在描述、技術方案及/或圖中指定之至少兩個特徵組成之全部組合亦落在本發明之範疇內。當指定值範圍時，位於所提及之極限內之值亦應揭示為極限值，且可以任何所要組合主張。
本發明係關於一種用於量測尤其是具有具臨界尺寸之至少一個結構、尤其是具有具臨界尺寸之一表面結構之一多層基板的方法，其中該方法至少具有以下步驟，尤其是以下程序： -生產具有複數個層、尤其是具有一結構、尤其是具有在一最上層之一表面上之一結構的該基板，其中該等層及特定言之該等結構之該等尺寸係已知的， -使用至少一種量測技術量測該基板及特定言之該結構， -使用來自該基板之該量測之量測結果產生該基板之一模擬， -比較該等量測結果與來自該基板之該模擬之模擬結果， -在存在該等量測結果與該等模擬結果之一偏差之情況下，使用來自該基板之該量測之該等量測結果最佳化該模擬及該基板之一模擬之重新產生，或在該等量測結果對應於該等模擬結果之情況下，使用該所產生模擬計算進一步基板之參數。
有利地，該所產生模擬可用於所要層厚度、結構及材料之最佳化。
本發明進一步係關於一種用於量測尤其是具有具臨界尺寸之至少一個結構、尤其是具有具臨界尺寸之一表面結構之一多層基板的裝置，該裝置具有： -構件，其用於使用至少一種量測技術量測該基板及特定言之該結構， -構件，其用於使用來自該基板之該量測之量測結果產生該基板之一模擬， -構件，其用於比較該等量測結果與來自該基板之該模擬之模擬結果， -構件，其用於使用來自該基板之該量測之該等量測結果最佳化該模擬及該基板之一模擬之重新產生， -構件，其用於藉由在基於來自進一步基板(1、1‘、1‘‘)之量測之量測結果產生之模擬的幫助下重建層及/或結構參數而分析並最佳化該等進一步基板(1、1‘、1‘‘)。
有利地，可量測薄透明或半透明層或雙層系統或多層系統，其中亦可量測結構化表面。因此，可以高準確度量測複雜基板。
特定言之，建議藉由量測及模擬之一組合提供層及結構參數之一同時重建。藉由添加複數個量測變數及/或複數種量測方法而增加資訊內容。一個此經組合量測方法較佳與RCWA一起使用作為一計算方法，且藉由獲得關於繞射及相位及形貌資訊之資訊而實現含有複數個層及結構之複雜樣本的一特性化。在程序監測中，新使用之方法以一現實運算能力且在一可接受的短運算時間內遞送結果。
用於電磁模擬之替代計算方法例如係FDTD (有限差分時域)方法及有限元素方法(FEM)。
較佳地，量測技術係以下技術之至少一者，較佳恰好一者： -反射或透射模式中之VUV/UV/VIS/NIR可變角度光譜橢偏量測(VASE)。量測範圍自真空紫外線(VUV)延伸直至近紅外線(NIR)，自146 nm至1700 nm。 -反射或透射模式中之IR可變角度光譜橢偏量測(VASE)。此處，光譜量測範圍自1.7 µm延伸至30 µm。 -(偏振)反射量測 -(偏振)散射量測 -UV/VIS光譜術 -THz光譜術
此等量測技術在先前技術中已知且未進行更詳細說明。明確言之，在IR或中IR (MIR)範圍中，除反射或透射量測之外，在ATR (衰減全反射)模式(ATR光譜術)中，運用衰減全反射之量測亦可行。
具有一光譜橢偏儀之組態係較佳組態，且被用作根據本發明之一第一實施例中之第一量測技術。
較佳地，改變且量測一入射角及/或一波長及/或一偏振狀態。
較佳地，嚴格耦合波分析(RCWA)用於產生模擬。
較佳地，根據本發明，僅使用一種量測技術，其中改變且量測獨立量測變數：入射角及波長及偏振狀態。
在其中待研究系統較不複雜之另一實施例中，角度不變化。
在其中待研究系統非常複雜之根據本發明之一第三實施例中，除可變角度光譜橢偏儀之外，亦使用一第二量測技術且若必要亦一第三量測技術等。組合哪些及多少量測方法取決於待研究之基板且必須在模型生產之過程中在逐案例基礎上進行選擇。根據本發明，波長解析量測方法及角度解析量測方法(諸如散射量測或橢偏量測)之一組合導致模擬之一更高準確度。
可在一廣光譜範圍內判定以下光學性質： -折射率(n) -莫耳消光係數(k) -介電函數之實部及虛部(ε1、ε2) -吸收係數(α) -複光傳導率之實部及虛部(σ1、σ2) -光學各向異性
此等光學性質為熟習此項技術者已知且未進行更詳細說明。
較佳地，用於量測之構件包括至少一個光學裝置，尤其是一橢偏儀及/或反射計及/或散射計及/或光譜儀。
較佳地，該裝置具有用於處理並保存自用於量測基板之該構件獲得之資料之至少一個資料處理單元及至少一個資料處理系統。
較佳地，用於量測之構件具有至少一個輻射源，尤其是一雷射或寬頻輻射源、至少一個單色器、至少一個偏振器、至少一個補償器、至少一個基板固持器、至少一個分析器及至少一個偵測器，其中該至少一個偏振器實現選定橢圓偏振狀態之設定，尤其是線性或圓形。
較佳地，用於量測基板之全部構件配置於裝置中。
方法步驟 特定言之，本發明描述一種用於特性化具有(表面)結構化之多層系統之方法，該方法具有複數個步驟： 在一第一步驟中，針對一選定已知系統(在下文中亦稱為基板) (即，一經生產樣本)實行足夠大量之量測。樣本可為具有或不具有結構或表面結構化之多層系統。根據本發明，特定言之，實行波長解析及/或角度解析量測，其中量測且改變偏振狀態。
取決於複雜性，使用至少一種量測技術量測(若干)選定樣本，其中用於實行不同量測技術之全部組件較佳存在於根據本發明之裝置中。若需要，則可交換、添加或移除個別裝置組件。藉由添加複數種量測方法而增加所記錄參考特徵標記(reference signature)之資訊內容。在一替代欠佳實施例中，將待量測樣本轉移至一進一步量測裝置中，使得可使用不同量測技術實行進一步量測。
特定言之，根據本發明，用於獲得資訊之適合量測技術係散射量測、橢偏量測、反射量測、光譜術及/或繞射術。例如，可在量測射束之可變偏振之情況中，在入射角改變之情況中且在波長改變之情況中實行量測。特定言之，根據本發明，波長解析量測方法及角度解析量測方法之一組合導致模擬之一更高準確度。此外，取決於樣本類型及量測方法，量測可不僅在反射模式中而且在透射模式中實行，以獲得額外資訊及資料。
亦基於一層系統之個別層之光學性質選擇量測技術。針對特定波長範圍，一層可例如實質上透明，而一或多個進一步層更強地吸收或反射。
在一進一步步驟中，較佳地使用RCWA (嚴格耦合波分析)作為計算方法基於經記錄資料產生一適合模型。在此情況中，使用新開發複雜模擬演算法用於模型生產。模擬使得考量度量衡中之不同效應成為可能，此係因為針對已知樣本實行量測結果與模擬結果之間之一比較。為此使用基於模型之量測。若經量測樣本由複數個層及(表面)結構組成，則待判定之系統之複雜性及參數之數目增加。
根據本發明，需要量測、模型生產或模型最佳化及模擬之遞迴式步驟。若量測結果及模擬結果在一允許範圍內不匹配，則必須進一步最佳化模型。若量測結果及模擬結果在一允許範圍內匹配，則模擬可用於分析進一步樣本。
具有一光譜橢偏儀(例如VASE)之組態係根據本發明之較佳組態，且被用作根據本發明之一第一實施例中之第一量測技術。必須針對待特性化之各系統個別地判定使用哪些及多少量測方法。量測方法必須遞送對於許多關注參數敏感之實驗量測資料而不存在過高之參數之一相關性。例如，參數之實例係表面結構之高度及寬度以及一第n層之層厚度。
RCWA用於計算格柵繞射，其中將樣本劃分為複數個個別層。根據本發明，RCWA演算法使得判定所研究結構之臨界尺寸成為可能。此等係例如結構之高度或深度、結構之寬度及長度、角度(例如，側壁角)、(若干)殘餘層厚度及表面粗糙度。可針對正及/或負週期性結構實行量測。
若某些參數在待特性化基板中改變，則此等變化必須影響光譜記錄中之一變化。若不同參數實現實驗記錄之一相同變化，則相關性過高且一獨有指派不可行或幾乎不可行。接著，必須進一步最佳化(若干)量測技術之選擇。與未知參數之一可能相關性係模型生產中之另一挑戰。在此情況中，待研究之樣本之生產程序中之一高重複性係一先決條件。
根據本發明，特定言之實行相關性分析及敏感性分析以基於所實行之量測評定重建之品質。
在一進一步步驟中，經最佳化模型用於未知樣本之特性化，其中樣本必須已經指派給已知樣本系統。層及結構尺寸之重建藉由經量測光譜與模擬光譜之間之一比較發生。要求模擬光譜作為用於重建所尋找參數之一資料記錄。
參數係例如： -自亞奈米至數微米之層厚度 -表面粗糙度 -折射率 -電導率 -吸收 -聚合態 -混合物成分 -缺陷 -光學各向異性 -材料摻雜 -形態 -所研究之結構之臨界尺寸。此等係例如結構之高度或深度、結構之寬度及長度、角度(例如，側壁角)、(若干)殘餘層厚度及表面粗糙度。
經開發且經最佳化之模型不僅用於計算進一步類似基板及類似(層)材料之所要參數，而且用於最佳化所要層厚度、結構及材料。因此，例如，可使用根據本發明之模型基於所要參數值最佳化一層厚度或一結構尺寸。
具有多層系統及 / 或 ( 表面 ) 結構化之基板 已使用半導體產業中已知之方法處理或處置(尤其是經塗佈及/或壓印及/或接合及/或蝕刻及/或運用電漿處置及/或運用光(例如，雷射等)處置)之基板稱為樣本。亦將母版印模(master stamp)、工作印模及微流體總成理解為樣本。
將一基板或半導體基板理解為意謂半導體產業之一尚未分離(尤其是修圓)之半成品。亦將一晶圓理解為一基板。雖然基板可具有任何所要直徑，但特定言之，基板直徑係1英吋、2英吋、3英吋、4英吋、5英吋、6英吋、8英吋、12英吋、18英吋或大於18英吋。在特定實施例中，一基板亦可具有一矩形形狀或自圓形形式偏離之至少一形狀。
待特性化之樣本特定言之含有以下組件及/或塗層之一或多者： -漆(lacquer)，尤其是光阻劑 -防黏層(ASL) -第一層，諸如(舉例而言)底漆層 -聚合物層 -用於壓印及奈米壓印方法之工作印模材料(軟印模或硬印模材料) -母版印模材料 -已藉由電子束微影及/或化學蝕刻程序生產之經結構化母版印模或硬印模及結構化硬材料 -具有經壓印結構之層 -結構化塗層 -半導體層 -氧化物層
根據本發明之方法不限於上文提及之樣本且一般適用於具有或不具有具臨界尺寸之結構化之多層系統，只要樣本可使用根據本發明之量測技術之至少一者(橢偏量測、散射量測、光譜術、繞射術及反射量測)進行量測即可。
較佳應用 除判定層厚度及具有臨界尺寸之結構之外，分析方法(尤其是RCWA)亦可用於以下應用： -特性化多層系統 -故障分析及故障偵測(崩潰分析) -特性化防黏層及第一層 -監測材料(例如漆、工作印模材料、第一層、防黏材料等)之化學穩定性 -監測材料(例如漆、工作印模材料、母版印模材料、第一層、防黏材料等)之磨損或侵蝕 -監測材料(例如漆、工作印模材料、母版印模材料、第一層、防黏材料等)之環境磨損 -監測材料(例如漆、工作印模材料、母版印模材料、第一層、防黏材料等)之氧化或還原程序 -特性化材料(例如漆、工作印模材料、母版印模材料、第一層、防黏材料等)之化學組合物 -特性化材料(例如漆、工作印模材料、母版印模材料、第一層、防黏材料等)之輻照穩定性 -特性化材料(例如漆、工作印模材料、母版印模材料、第一層、防黏材料等)之熱穩定性 -特性化材料(例如漆、工作印模材料、母版印模材料、第一層、防黏材料等)之耐久性(老化) -特性化材料(例如漆、工作印模材料、母版印模材料、第一層、防黏材料等)之電導率 -特性化一般漆、工作印模材料及壓印化合物之固化程度 -特性化材料(例如，漆及工作印模材料)之可混性 -特性化混合物且監測混合物分離 -特性化材料之各向同性 -監測例如漆塗層、工作印模材料層、母版印模材料、第一層、防黏層等之塗佈程序以及層形成及/或膜形成 -特性化1D、2D、3D繞射光學元件(DOE) (直接印刷至透明基板或聚合物母版上)、經壓印NIL結構、工作印模、經熱壓印奈米結構、微影結構、微流體總成 -特性化及測試已藉由電子束微影及/或化學蝕刻程序生產之結構化母版印模、結構化硬印模及結構化硬材料 -特性化具有臨界尺寸之結構之空間均質性 -特性化層形成及層生長機制(例如，沃謨-韋伯(Volmer-Weber)生長等) -特性化1D、2D及/或3D繞射光學元件(DOE)、經壓印NIL結構、工作印模、經熱壓印奈米結構、微影結構、具有臨界尺寸之微流體總成之收縮行為 -特性化1D、2D及/或3D繞射光學元件(DOE)、經壓印NIL結構、工作印模、母版印模、經熱壓印奈米結構、微影結構、具有臨界尺寸之微流體總成上之額外塗層 -監測或特性化用於1D、2D及/或3D繞射光學元件(DOE)、經壓印NIL結構、工作印模、母版印模、經熱壓印奈米結構、微影結構、具有臨界尺寸之微流體總成之清潔程序 -偵測1D、2D及/或3D繞射光學元件(DOE)、經壓印NIL結構、工作印模、母版印模、經熱壓印奈米結構、微影結構、具有臨界尺寸之微流體總成及進一步多層系統中之缺陷(例如，空氣夾雜物) -原位特性化蝕刻程序
根據本發明之方法可以一更一般配製方式用於經生產具有多層系統及/或一結構化之樣本之品質控制。例如，特性化用於奈米壓印微影之工作印模之品質。此等工作印模可由具有不同厚度及材料之複數個層組成。結構化層之一者(例如，軟印模材料層)。在此情況中，各情況中之複數個參數可與品質相關。可在生產之後及/或在用於檢查磨損或老化之特定時間間隔之後(例如，在使用中)直接實行品質控制。
根據本發明之方法可用於最佳化一生產程序，用於監測所生產產品，直至以一可再現方式達成所要性質(即，參數)。選定參數之空間均質性亦可例如使用根據本發明之方法來判定且被要求為一選擇準則。
根據本發明之應用不限於上文提及之多層系統(具有或不具有結構化)。
裝置 裝置包括光學裝置(諸如一橢偏儀及/或反射計及/或散射計及/或光譜儀)及用於處理並保存自光學裝置獲得之資料之一資料處理單元或一資料處理系統。
光學裝置之重要組件係：至少一個輻射源(例如，雷射或寬頻輻射源)、至少一個單色器、至少一個偏振器、至少一個補償器、一樣本固持器、至少一個分析器及至少一個偵測器。偏振光學元件使得設定選定橢圓偏振狀態(線性、圓形等)成為可能。量測不限於反射且可在透射或ATR模式中實行。針對ATR量測，添加用於基板及/或ATR晶體及ATR光學元件之一對應ATR固持器作為額外或替代組件。
特定言之，根據本發明，實行波長解析及角度解析量測，其中偏振狀態可變化。若待研究系統較不複雜，則角度不變化，此係因為波長及偏振狀態足以作為資訊。
具有一光譜橢偏儀(其中較佳選擇可變角度光譜橢偏量測)之組態係根據本發明之較佳組態，且被用作根據本發明之一第一實施例中之第一量測技術。
取決於複雜性，可使用複數種量測技術來量測選定樣本，其中用於實行不同量測技術之全部組件較佳存在於根據本發明之裝置中。若需要，則可交換、添加或移除個別裝置組件。根據本發明，藉由添加複數種量測方法而增加所記錄之參考特徵標記之資訊內容。在一替代實施例中，將待量測樣本轉移至一進一步量測裝置，使得可使用不同量測技術實行進一步量測。
橢偏儀之典型組件係例如一光源、一偏振器、可能一補償器(例如，一λ/4板)、一樣本固持器、一分析器(若需要)、一單色器及一偵測器。
圖1a展示根據本發明之方法之一流程圖。針對已知樣本(具有結構化之多層系統)，實行量測結果與模擬結果之間之一比較。在此情況中，需要量測120、模型生產130或模型最佳化140及重新模擬之遞迴式方法步驟。
在一第一方法步驟110中，生產具有複數個薄層及一(表面)結構化之一基板(下文亦稱為樣本)。因此，待研究系統係已知的，且用於模型生產及最佳化。若需要，則生產複數個準確已知之參考基板，且使用量測結果用於驗證且最佳化所開發之模擬模型。
在一第二方法步驟120中，運用電磁輻射以一定義入射角輻照基板，且量測例如依據波數及/或角度而變化之反射輻射。量測不限於反射且亦可在透射中實行。
複數種量測技術可用於增加計算方法之可靠性及/或準確度。特定言之，用於獲得資訊之適合量測技術係散射量測、橢偏量測、反射量測、光譜術及/或繞射術。此各種量測技術尤其係關於依據一裝置參數(諸如(舉例而言)入射角或光波長)而變化之在微米及/或(亞)奈米結構化樣本處反射或繞射之光的量測，其中利用量測值之偏振相依性。類似地，歸因於光在邊界表面處之反射及/或繞射及/或散射而直接或間接偵測一多層系統之個別層。
依據已知定義樣本之個別層之層厚度及折射率，為了模擬模型之開發，在完成生產之後量測整個多層系統或逐步地生產且相繼地量測各個別層。
在一第一實施例中，多層系統之個別層具有大於20 nm (大於或等於20 nm)之一層厚度且個別層之折射率係已知的。在此實施例中，在完成生產之後量測整個多層系統。例如，用於壓印或奈米壓印微影之一壓印印模具有一結構化壓印層。
在一第二實施例中，樣本含有具有低於20 nm之一層厚度與一已知折射率之非常薄的層。針對非常薄的層，尤其是具有在較低nm範圍至亞nm範圍內之一層厚度的層，在於各個別層上生產下一層之前，生產並量測各個別層。在此實施例中，在各層施覆(例如，一ASL層)之後量測樣本。考量已逐層量測之樣本之全部經量測資料用於模型生產。
若需要，則取決於折射率及可用材料資訊，亦可在樣本之生產程序期間個別地量測具有大於20 nm之一層厚度的層。
在一第三實施例中，一樣本含有具有大於20 nm層厚度但具有一未知折射率之一中間層。在此實施例中，在各情況中，在施覆具有大於20 nm之一層厚度之個別層之後，且針對在完成生產之後之整個多層系統實行量測。
在橢偏量測中，在可量測橢偏量測特性(損耗角ψ及相移Δ)之幫助下描述偏振變化。由於無法直接判定具有ψ及Δ之光學參數，故必須針對待研究之一樣本系統開發一參數化模型。為計算光與多層系統以及奈米結構及微米結構之相互作用，根據本發明，較佳使用RCWA (嚴格耦合波分析)作為計算方法。RCWA用於計算格柵繞射，其中將樣本劃分為複數個個別層。根據本發明開發且增補此模型概念。
使用來自方法步驟130之模擬模型，根據本發明之開發有利地使得同時分析入射(平面)波在多層系統處及結構處之繞射成為可能。歸因於運用橢偏量測之偏振光之使用，有利地以非常高的可靠性及準確度判定多層系統及非平面層(即，結構)。
在一第三方法步驟130中，使用選定量測變數之資料記錄用於模型生產，使得可計算具有(表面)結構化之一多層系統之一模擬。在此情況中，實驗資料與模擬資料之間之偏差應儘可能低(140)。針對根據本發明之具有複數個層及一表面結構化之一複雜系統(如例如圖2a中所繪示)，在根據本發明之方法中開發之模型可實體地正確描述樣本。因此，實現具有高可靠性之一模擬。
針對在步驟110中生產之已知樣本，在一第四方法步驟140中，實行量測結果與模擬結果之間之一比較。在此情況中，需要量測、模型生產或模型最佳化(模型擬合)及重新模擬之遞迴式步驟。調整之目的係模型(即，經產生資料記錄)以最佳可能方式擬合經量測資料記錄(即，實驗資料)。若情況(尚)並非如此，則在方法步驟130中進一步最佳化模型。若情況如此，則可在方法步驟150中使用所開發之模型用於判定所要參數。
若需要，則可在一般模型系統之開發期間具體地額外要求經開發模型系統之一數學分析。
圖1b展示當針對具有(表面)結構化之一多層系統應用根據本發明之一完成模擬模型時，根據本發明之方法之一流程圖。此處，在系統最佳化之後，用於常式模擬之一經開發模型可用。判定系統參數。在方法步驟120中且在比較實驗資料與經產生資料記錄(140)之後，量測一已知樣本(即，平面及/或非平面(即，結構化)層及層材料之數目已知)，判定所要參數(150)。
圖2a展示根據本發明之具有複數個薄塗層3至6及一表面結構化7之一基板2之一橫截面視圖。塗層之數目及厚度不限於來自圖2a至圖2c之實施例。為改良繪示，塗層之厚度未按比例繪示。圖2a至圖2c展示具有不同表面結構化7、7‘、7‘‘之類似實施例。最後塗層6、6‘、6‘‘可例如由一光阻劑或一壓印化合物組成，其係藉由微影或奈米壓印微影結構化。結構7、7‘、7‘‘具有在奈米範圍內之尺寸。結構化塗層之表面6o、6‘o、6‘‘o界定殘餘層厚度。
圖2a展示具有具正週期性結構7之表面結構化之一多層系統1。
圖2b展示具有具負週期性結構7‘之表面結構化之一多層系統1‘之另一實施例。
圖2c展示具有具正週期性梯形結構7‘‘之一表面結構化之一多層系統1‘‘之一第三實施例。
若表面經結構化具有微米及/或奈米結構及/或亞奈米結構，則入射光照射至可表示一光學繞射格柵之此等(在大多數情況下)週期性廣泛結構上。所研究結構7、7‘、7‘‘之臨界尺寸包含結構之高度或深度、結構之寬度及長度、角度(例如，側壁角)、(若干)殘餘層厚度及表面粗糙度。
圖2d藉由比較以複數個切口之一平面圖展示一樣本之根據本發明之進一步可能表面結構化7、7‘‘‘、7IV 及7V 。根據本發明，開發容許具有根據來自圖2a至圖2d之結構之一(表面)結構化之複雜多層系統之一可靠特性化的模型。結構7係四邊形，尤其是方形。結構7‘‘‘係週期性廣泛線性結構。在根據本發明之另一實施例中，結構7IV 係圓形。再者，具有更複雜或不規則結構形式之結構(諸如(舉例而言)來自圖2d之結構7V )未構成根據本發明之方法之一問題，且在模型生產中進行偵測且正確再現。結構化不限於所展示之實施例。
根據本發明，具有一結構化之非平面層係一多層系統1、1‘、1‘‘之最上層6、6‘、6‘‘。在一替代實施例中，具有一結構化之非平面層定位於多層系統中之兩個層之間。例如，在壓印之後用一ASL塗層塗佈一結構化壓印化合物以作為工作印模用於一應用。在另一替代實施例中，一多層系統含有具有一結構化之一個以上非平面層。
圖3展示根據本發明之一裝置13之一第一實施例之光學組件。一偏振器(P) 9將一輻射源8之非偏振光轉換為線性偏振光。在樣本1處之反射之後，輻射行進通過一分析器(A) 10。電磁輻射在樣本1處之反射之後橢圓偏振。分析器10再次改變經反射電磁輻射之偏振，該經反射電磁輻射接著照射於一偵測器(D) 11上。在一第一較佳實施例中，使用一多色輻射源，使得在量測方法中使用一選定波長範圍。在一替代實施例中，使用一單色輻射，其中較佳將一雷射用作輻射源。複數個輻射源可同時存在於裝置中及/或可在需要時進行交換。
進一步光學組件係例如光學濾光片、一補償器(例如，一λ/2板)、單色器及不同光學可變衰減器，若需要，其等可取決於量測技術及/或波長範圍而使用。此等組件為熟習此項技術者已知且未加以更詳細描述。
根據本發明之量測技術歸因於光學組件之配置及類型而不同。分析器10可例如經構造使得其可旋轉。
與單色橢偏量測相比，在可變角度光譜橢偏量測(VASE)中，存在廣涵蓋範圍之波長。因此，經量測資料之資訊內容及模擬之準確度增加。一測角器實現可變角度量測。波長解析量測及角度解析量測之組合係較佳實施例且根據本發明導致模擬之一更高可靠性。根據本發明，此組合係運用VASE作為較佳量測技術來實行。
此外，取決於樣本類型及量測方法，若需要，則量測可不僅在反射模式中而且在透射模式中實行，以獲得額外資訊及資料。
根據本發明之裝置13包括光學裝置及用於處理並保存自光學裝置獲得之資料之一資料處理單元12。
一工件固持裝置(未繪示)用於固持且固定樣本或基板。在一特定實施例中，若需要，工件固持裝置可在一z方向上移動。此外，工件固持裝置之一旋轉及/或翻倒係可行的。
可加熱工件固持裝置且將其溫度控制在介於0°C與1000°C之間、較佳介於0°C與500°C之間、更佳介於0°C與400°C之間、最佳介於0°C與350°C之間的一溫度範圍內。可替代地使用一冷卻裝置冷卻工件固持裝置。例如，在一第一實施例中，可在介於-196°C與0°C之間之一溫度範圍內冷卻工件固持裝置。可使用一溫度控制配置調整工件固持裝置之溫度。
工件固持裝置可額外地具有感測器(未繪示)，在該等感測器之幫助下，可量測實體及/或化學性質。例如，此等感測器可為溫度感測器。
在工件固持裝置之另一較佳否則獨立實施例中，工件固持裝置含有容許在液體下方進行量測之一液體池(liquid cell)。在一特殊實施例中，液體池係一通流池。因此，可在一液體環境中量測具有或不具有(表面)結構化之多層系統。根據本發明，在一特殊應用中，可使用液體池特性化一多層系統之電化學回應。因此，液體池亦可構造為具有參考電極、反電極及用於光譜橢偏量測之光學窗之一電化學池。
根據本發明之裝置13亦可有利地在一真空中或在一氣體氛圍下之環境壓力下操作。較佳地，氣體氛圍係一惰性氣體氛圍，例如，氮氣(N2 )。因此，可研究具有對例如液體或氧氣敏感之結構化之多層系統。
可較佳地抽空並加熱根據本發明之裝置13。裝置具有用於引入一或多個氣態組分之構件。一裝載裝置(較佳一水閘(sluice))容許樣本之裝載。在一替代實施例中，裝置可經建立使得可實行原位量測。
代替圖3中所展示之實施例，可想到尤其容許光譜及/或橢偏或散射量測方法之組合之替代實施例。可想到根據本發明之先前提及之全部量測技術。
一電腦輔助資料處理系統12保存並處理自光學裝置獲得之資料用於使用根據本發明開發之模擬演算法根據本發明模擬多層系統(具有結構化，或若適當，不具有結構化)。根據本發明之模擬模型使得第一時間且使用建議方法同時且以高可靠性偵測且特性化複數個薄層及一(表面)結構化成為可能。
1,1‘,1‘‘:基板/具有(表面)結構化之多層系統 2:具有折射率nS 之基板基底材料 3:具有折射率n1 之第一層 4:具有折射率n2 之第二層 5:具有折射率n3 或nn 之第三層(第n層) 6,6‘,6‘‘:具有表面結構化及折射率nO 之最上層 6o,6‘o,6‘‘o:最上層之表面 7,7‘,7‘‘,7‘‘‘,7IV,7V:結構/表面結構化 8:輻射源 9:偏振器 10:分析器 11:偵測器 12:控制及運算單元/資料處理單元 13:根據本發明之光學裝置 110:方法步驟 120:方法步驟 130:方法步驟 140:方法步驟 150:方法步驟
本發明之進一步優點、特徵及細節源自較佳例示性實施例之以下描述以及基於圖式。在圖中： 圖1a：展示根據本發明具有一方法之一例示性實施例之方法步驟之一流程圖， 圖1b：展示根據本發明具有一例示性方法之方法步驟之一流程圖， 圖2a：展示具有多層系統及具正週期性結構之一表面結構化的一基板之一橫截面視圖， 圖2b：展示具有多層系統及具負週期性結構之一表面結構化的一第二基板之一橫截面視圖， 圖2c：展示具有多層系統及具正梯形結構之一表面結構化的一第三基板之一橫截面視圖， 圖2d：展示週期性結構(7矩形、7‘‘‘線性、7IV 圓形及7V 一不規則形狀)之四個例示性實施例之一平面圖， 圖3：展示一例示性實施例中之根據本發明之一裝置之光學組件之一示意圖。 在圖中，用相同元件符號標記相同組件或具有相同功能之組件。為有利於繪示，圖2及圖3未按比例繪示。
110:方法步驟
120:方法步驟
130:方法步驟
140:方法步驟
150:方法步驟

Claims (9)

  1. 一種用於量測尤其是具有具臨界尺寸之至少一個結構(7、7‘、7‘‘、7‘‘‘、7IV 、7V )、尤其是具有具臨界尺寸之一表面結構(7、7‘、7‘‘、7‘‘‘、7IV 、7V )之一多層基板(1、1‘、1‘‘)的方法，其特徵在於該方法至少具有以下步驟，尤其是以下程序： 生產(110)具有複數個層(2、3、4、5、6、6‘、6‘‘)、尤其是具有一結構(7、7‘、7‘‘、7‘‘‘、7IV 、7V )、尤其是具有在一最上層(6、6‘、6‘‘)之一表面(6o、6‘o、6‘‘o)上之一結構(7、7‘、7‘‘、7‘‘‘、7IV 、7V )的該基板(1、1‘、1‘‘)，其中該等層及特定言之該等結構之該等尺寸係已知的， 使用至少一個量測技術量測(120)該基板(1、1‘、1‘‘)及特定言之該結構(7、7‘、7‘‘、7‘‘‘、7IV 、7V )， 使用來自該基板(1、1‘、1‘‘)之該量測之量測結果產生(130)該基板之一模擬， 比較(140)該等量測結果與來自該基板(1、1‘、1‘‘)之該模擬之模擬結果， 在存在該等量測結果與該等模擬結果之一偏差之情況下，使用來自該基板(1、1‘、1‘‘)之該量測之該等量測結果最佳化該模擬(130)及該基板之一模擬之重新產生(130)，或在該等量測結果對應於該等模擬結果之情況下，計算(150)進一步基板之參數。
  2. 如請求項1之方法，其中該量測技術係以下技術之至少一者，較佳恰好一者： 反射或透射模式中之VUV/UV/VIS/NIR可變角度光譜橢偏量測(VASE)，量測範圍自真空紫外線(VUV)直至近紅外線(NIR)，自146 nm至1700 nm； 反射或透射模式中之IR可變角度光譜橢偏量測(VASE)，其中，光譜量測範圍自1.7 µm延伸至30 µm； (偏振)反射量測； (偏振)散射量測； UV/VIS光譜術；及 THz光譜術。
  3. 如前述請求項中至少一項之方法，其中改變且量測一入射角及/或一波長及/或一偏振狀態。
  4. 如前述請求項中至少一項之方法，其中使用數學演算法、較佳RCWA (嚴格耦合波分析)用於該模擬之該產生。
  5. 一種用於量測尤其是具有具臨界尺寸之至少一個結構(7、7‘、7‘‘、7‘‘‘、7IV 、7V )、尤其是具有具臨界尺寸之一表面結構(7、7‘、7‘‘、7‘‘‘、7IV 、7V )之一多層基板(1、1‘、1‘‘)的裝置，其具有： 構件，其用於使用至少一種量測技術量測(120)該基板(1、1‘、1‘‘)，及特定言之該結構(7、7‘、7‘‘、7‘‘‘、7IV 、7V )， 構件，其用於使用來自該基板(1、1‘、1‘‘)之該量測之量測結果產生(130)該基板之一模擬， 構件，其用於比較(140)該等量測結果與來自該基板(1、1‘、1‘‘)之該模擬之模擬結果， 構件，其用於使用來自該基板(1、1‘、1‘‘)之該量測之該等量測結果最佳化該模擬(130)及該基板之一模擬之重新產生(130)， 構件，其用於藉由在基於來自進一步基板(1、1‘、1‘‘)之該量測之量測結果產生之該模擬的幫助下重建層及/或結構參數而分析並最佳化該等進一步基板(1、1‘、1‘‘)。
  6. 如請求項5之裝置，其中用於量測之該構件包括至少一個光學裝置，尤其是一橢偏儀及/或反射計及/或散射計及/或光譜儀。
  7. 如前述請求項中至少一項之裝置，其中該裝置具有用於處理並保存自用於量測該基板(1、1‘、1‘‘)之該構件獲得之資料的至少一個資料處理單元及至少一個資料處理系統。
  8. 如前述請求項中至少一項之裝置，其中用於量測之該等構件具有至少一個輻射源，尤其是一雷射或寬頻輻射源、至少一個單色器、至少一個偏振器、至少一個補償器、至少一個基板固持器、至少一個分析器及至少一個偵測器，其中該至少一個偏振器實現選定橢圓偏振狀態之設定，尤其是線性或圓形。
  9. 如前述請求項中至少一項之裝置，其中用於量測該基板(1、1‘、1‘‘)之全部構件配置於該裝置中。
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