TWI444781B - 檢驗方法與裝置，微影裝置，微影處理單元及器件製造方法 - Google Patents

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Description

檢驗方法與裝置，微影裝置，微影處理單元及器件製造方法
本發明係關於一種可用於(例如)藉由微影技術來製造器件之檢驗方法及一種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)的機器。微影裝置可用於(例如)積體電路(IC)之製造中。在該情況下，圖案化器件(其或者被稱作光罩或主光罩)可用以產生待形成於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，包含晶粒之一部分、一個晶粒或若干晶粒)上。圖案之轉印通常係經由成像至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。一般而言，單一基板將含有經順次圖案化之鄰近目標部分的網路。已知微影裝置包括：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照射每一目標部分；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照射每一目標部分。亦有可能藉由將圖案壓印至基板上而將圖案自圖案化器件轉印至基板。
為了監控微影過程，通常量測經圖案化基板之一或多個參數，例如，形成於基板中或上之順次層之間的覆蓋誤差。存在用於進行形成於微影過程中之顯微結構之量測的各種技術，包括掃描電子顯微鏡及各種專門工具之使用。 一種形式之專門檢驗工具為散射計，其中將輻射光束引導至基板之表面上之目標上，且量測經散射或經反射光束之一或多個性質。藉由比較光束在其由基板反射或散射之前與之後的一或多個性質，可判定基板之一或多個性質。此可(例如)藉由比較經反射光束與使用基板之模型所計算之理論經反射光束且搜尋給出經量測與經計算之經反射光束之間的最佳擬合之模型來進行。通常，使用參數化通用模型，且使模型之參數(例如，基板之圖案之寬度、高度及側壁角度)變化，直到獲得最佳匹配為止。已知兩種主要類型之散射計。光譜散射計將寬頻帶輻射光束引導至基板上，且量測散射至特定較窄角程中之輻射的光譜(為波長之函數的強度)。角解析散射計使用單色輻射光束，且量測經散射輻射作為角度之函數的強度(或在橢圓計量測組態之情況下為強度比及相位差)。或者，不同波長之量測信號可經單獨地量測且在分析階段經組合。偏振輻射可用以自同一基板產生一個以上光譜。
為了判定基板之一或多個參數，通常在自基板之模型所產生之理論光譜與作為波長(光譜散射計)或角度(角解析散射計)之函數而由經反射光束所產生之經量測光譜之間尋找最佳匹配。為了尋找最佳匹配，基本上存在可經組合之兩種方法。第一方法為迭代搜尋方法，其中將第一模型參數集合用以計算第一光譜，與經量測光譜進行比較。接著，選擇第二模型參數集合，計算第二光譜，且將第二光譜與經量測光譜進行比較。以尋找給出最佳匹配光譜之參 數集合為目標而重複此等步驟。通常，來自比較之資訊用以操縱後續參數集合之選擇。此過程被稱作迭代搜尋技術。具有給出最佳匹配之參數集合的模型被認為係經量測基板之最佳描述。
第二方法為產生光譜庫，每一光譜對應於特定模型參數集合。通常，模型參數集合經選擇以覆蓋基板性質之所有或幾乎所有可能變化。比較經量測光譜與庫中之光譜。類似於迭代搜尋方法，具有給出最佳匹配之對應於光譜之參數集合的模型被認為係經量測基板之最佳描述。在此庫搜尋技術中，內插技術可用以更精確地判定最佳參數集合。
在兩種方法中，應使用經計算光譜中之足夠資料點(波長及/或角度)，以便致能經儲存光譜與經量測光譜之間的精確匹配(通常在針對每一光譜之80至高達800個資料點或更多之間)。藉由使用迭代方法，用於每一參數值之每一迭代將涉及在80或更多資料點處之計算。將此乘以為獲得正確剖面參數所需要之迭代的數目。因此，通常可能需要300次以上計算。實務上，此導致精確度與處理速度之間的折衷。在庫方法中，存在精確度與為設定庫所需要之時間之間的類似折衷。
需要(例如)提供一種判定微影過程之至少一處理參數的方法，其中比較經量測光譜與經計算光譜，其中更有效地進行光譜之計算，而無對應精確度減少。
根據本發明之第一態樣，提供一種判定用以在基板上製 造器件層之微影過程中之目標圖案之結構參數的方法，方法包含：自參考圖案計算一系列校準光譜，每一光譜係使用參考圖案之結構參數之不同已知值來計算；針對光譜之經選擇數目的點而對每一經計算校準光譜執行光譜分析，以獲得共同光譜分量集合及複數個第一加權因數集合，每一第一加權因數集合表示一經計算光譜；量測藉由將輻射光束引導至目標圖案上而產生之目標光譜；使用自經計算校準光譜之光譜分析所獲得之共同光譜分量集合而對經量測目標光譜執行光譜分析，以獲得表示經量測目標光譜之第二加權因數集合；比較第一加權因數集合之表示與第二加權因數集合之表示；及使用比較來導出目標圖案之結構參數的值。
根據本發明之另一態樣，提供一種經組態以判定用以在基板上製造器件層之微影過程之參數之值的檢驗裝置，裝置包含：計算系統，其經配置以自參考圖案計算一系列校準光譜，每一光譜係使用參考圖案之結構參數之不同已知值來計算；第一分析系統，其經配置以針對光譜之經選擇數目的點而對每一經計算校準光譜執行光譜分析，以獲得共同光譜分量集合及複數個第一加權因數集合，每一第一加權因數 集合表示一經計算光譜；量測系統，其經配置以將輻射光束引導至基板上之目標圖案上且量測光譜；第二分析系統，其經配置以使用自經計算校準光譜之光譜分析所獲得之共同光譜分量集合而對經量測光譜執行光譜分析，以獲得表示經量測光譜之第二加權因數集合；比較配置，其經配置以比較第一加權因數集合之表示與第二加權因數集合之表示；及導出配置，其經配置以使用比較配置之輸出來導出微影過程之參數的值。
根據本發明之另一態樣，提供一種用於實施判定用以在基板上製造器件層之微影過程中之目標圖案之結構參數之方法的電腦程式，方法包含：自參考圖案計算一系列校準光譜，每一光譜係使用參考圖案之結構參數之不同已知值來計算；針對光譜之經選擇數目的點而對每一經計算校準光譜執行光譜分析，以獲得共同光譜分量集合及複數個第一加權因數集合，每一第一加權因數集合表示一經計算光譜；使用自經計算校準光譜之光譜分析所獲得之共同光譜分量集合而對自目標所量測之光譜執行光譜分析，以獲得表示經量測光譜之第二加權因數集合；比較第一加權因數集合之表示與第二加權因數集合之表示；及使用比較來導出目標圖案之結構參數的值。
現將參看隨附示意性圖式而僅藉由實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中，對應參考符號指示對應部分。
圖1a示意性地描繪微影裝置。裝置包含：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EUV輻射)；－支撐結構(例如，光罩台)MT，其經建構以支撐圖案化器件(例如，光罩)MA且連接至經組態以根據某些參數來精確地定位圖案化器件之第一定位器PM；－基板台(例如，晶圓台)WT，其經建構以固持基板(例如，塗覆抗蝕劑之晶圓)W且連接至經組態以根據某些參數來精確地定位基板之第二定位器PW；及－投影系統(例如，折射投影透鏡系統)PL，其經組態以將由圖案化器件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，包含一或多個晶粒)上。
照明系統可包括用於引導、成形或控制輻射之各種類型的光學組件，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。
支撐結構以視圖案化器件之定向、微影裝置之設計及其他條件(諸如，圖案化器件是否固持於真空環境中)而定的方式來固持圖案化器件。支撐結構可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術來固持圖案化器件。支撐結構可為(例如)框架或台，其可根據需要而為固定或可移動的。支撐結構可確保圖案化器件(例如)相對於投影系統而處於所要 位置。可認為本文對術語"主光罩"或"光罩"之任何使用均與更通用之術語"圖案化器件"同義。
本文所使用之術語"圖案化器件"應被廣泛地解釋為指代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形成圖案的任何器件。應注意，例如，若被賦予至輻射光束之圖案包括相移特徵或所謂的輔助特徵，則該圖案可能不會精確地對應於基板之目標部分中的所要圖案。通常，被賦予至輻射光束之圖案將對應於目標部分中所形成之器件(諸如，積體電路)中的特定功能層。
圖案化器件可為透射或反射的。圖案化器件之實例包括光罩、可程式化鏡面陣列，及可程式化LCD面板。光罩在微影術中為熟知的，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。傾斜鏡面將圖案賦予於由鏡面矩陣所反射之輻射光束中。
本文所使用之術語"投影系統"應被廣泛地解釋為涵蓋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，其適合於所使用之曝光輻射，或適合於諸如浸沒液體之使用或真空之使用的其他因素。可認為本文對術語"投影透鏡"之任何使用均與更通用之術語"投影系統"同義。
如此處所描繪，裝置為透射類型(例如，使用透射光罩)。或者，裝置可為反射類型(例如，使用如以上所提及 之類型的可程式化鏡面陣列，或使用反射光罩)。
微影裝置可為具有兩個(雙平台)或兩個以上基板台(及/或兩個或兩個以上支撐結構)的類型。在該等"多平台"機器中，可並行地使用額外台及/或支撐結構，或可在一或多個台及/或支撐結構上進行預備步驟，同時將一或多個其他台及/或支撐結構用於曝光。
微影裝置亦可為如下類型：其中基板之至少一部分可由具有相對較高折射率之液體(例如，水)覆蓋，以便填充投影系統與基板之間的空間。亦可將浸沒液體施加至微影裝置中之其他空間，例如，光罩與投影系統之間。浸沒技術在此項技術中被熟知用於增加投影系統之數值孔徑。如本文所使用之術語"浸沒"不意謂諸如基板之結構必須浸漬於液體中，而是僅意謂液體在曝光期間位於投影系統與基板之間。
參看圖1a，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器時，輻射源與微影裝置可為單獨實體。在該等情況下，不認為輻射源形成微影裝置之一部分，且輻射光束借助於包含(例如)適當引導鏡面及/或光束放大器之光束傳送系統BD而自輻射源SO傳遞至照明器IL。在其他情況下，例如，當輻射源為汞燈時，輻射源可為微影裝置之整體部分。輻射源SO及照明器IL連同光束傳送系統BD(在需要時)可被稱作輻射系統。
照明器IL可包含用於調整輻射光束之角強度分布的調整器AD。通常，可調整照明器之光瞳平面中之強度分布的 至少外部徑向範圍及/或內部徑向範圍(通常分別被稱作σ外部及σ內部)。此外，照明器IL可包含各種其他組件，諸如，積光器IN及聚光器CO。照明器可用以調節輻射光束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分布。
輻射光束B入射於被固持於支撐結構(例如，光罩台MT)上之圖案化器件(例如，光罩)MA上，且由圖案化器件圖案化。在橫穿圖案化器件MA後，輻射光束B穿過投影系統PL，投影系統PL將光束聚焦至基板W之目標部分C上。借助於第二定位器PW及位置感測器IF(例如，干涉量測器件、線性編碼器、2－D編碼器，或電容性感測器)，基板台WT可精確地移動，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，第一定位器PM及另一位置感測器(其未在圖1a中被明確地描繪)可用以(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之路徑來精確地定位圖案化器件MA。一般而言，可借助於形成第一定位器PM之一部分的長衝程模組(粗略定位)及短衝程模組(精細定位)來實現支撐結構MT之移動。類似地，可使用形成第二定位器PW之一部分的長衝程模組及短衝程模組來實現基板台WT之移動。在步進器(與掃描器相對)之情況下，支撐結構MT可僅連接至短衝程致動器，或可為固定的。可使用圖案化器件對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化器件MA及基板W。儘管如所說明之基板對準標記佔用專用目標部分，但其可位於目標部分之間的空間中(此等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器件MA上之情形中，圖案化器件對準標記可位於該等晶粒之間。
所描繪裝置可用於以下模式中之至少一者中：
1.在步進模式中，在將被賦予至輻射光束之整個圖案一次性投影至目標部分C上時，使支撐結構MT及基板台WT保持基本上靜止(亦即，單次靜態曝光)。接著，使基板台WT在X及/或Y方向上移位，使得可曝光不同目標部分C。在步進模式中，曝光場之最大尺寸限制單次靜態曝光中所成像之目標部分C的尺寸。
2.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，同步地掃描支撐結構MT及基板台WT(亦即，單次動態曝光)。可藉由投影系統PL之放大率(縮小率)及影像反轉特性來判定基板台WT相對於支撐結構MT之速度及方向。在掃描模式中，曝光場之最大尺寸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.在另一模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，使支撐結構MT保持基本上靜止，從而固持可程式化圖案化器件，且移動或掃描基板台WT。在此模式中，通常使用脈衝式輻射源，且在基板台WT之每一移動之後或在掃描期間的順次輻射脈衝之間根據需要而更新可程式化圖案化器件。此操作模式可易於應用於利用可程式化圖案化器件(諸如，如以上所提及之類型的可程式化鏡面陣列)之無光罩微影術。
亦可使用對以上所描述之使用模式之組合及/或變化或完全不同的使用模式。
如圖1b所示，微影裝置LA形成微影單元LC(有時亦被稱作微影單元或微影叢集)之一部分，其亦包括用以對基板執行一或多個預曝光及後曝光過程之裝置。習知地，此等裝置包括用以沈積抗蝕劑層之一或多個旋塗器SC、用以顯影經曝光抗蝕劑之一或多個顯影器DE、一或多個冷卻板CH，及一或多個烘焙板BK。基板處置器或機器人RO自輸入/輸出埠I/O1、I/O2拾取基板、在不同處理器件之間移動基板，且將基板傳送至微影裝置之裝載架LB。通常被共同地稱作軌道之此等器件係在軌道控制單元TCU之控制下，軌道控制單元TCU自身由監督控制系統SCS控制，監督控制系統SCS亦經由微影控制單元LACU而控制微影裝置。因此，不同裝置可經操作以最大化產出率及處理效率。
為了正確地且一致地曝光由微影裝置所曝光之基板，需要檢驗經曝光基板以量測一或多個性質，諸如，後續層之間的覆蓋誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)，等等。若偵測到誤差，則可對一或多個後續基板之曝光進行調整，特別在檢驗可被足夠迅速且快速地進行以使得同一分批之另一基板仍待曝光的情況下。又，已經曝光之基板可經剝離及重做(以改良良率)或廢除，藉此避免對已知為有缺陷之基板執行曝光。在基板之僅某些目標部分為有缺陷之情況下，可僅對為良好之彼等目標部分執行另外曝光。另一可能性為調適後續過程步驟之設定以補償誤差，例如，可調整修 整蝕刻步驟之時間以補償由微影過程步驟引起之基板至基板CD變化。
使用檢驗裝置以判定基板之一或多個性質，且特別為判定不同基板或同一基板之不同層的一或多個性質如何在層與層之間變化及/或跨越基板而變化。檢驗裝置可整合至微影裝置LA或微影單元LC中，或可為獨立器件。為了致能最快速量測，需要使檢驗裝置在曝光之後立即量測經曝光抗蝕劑層中之一或多個性質。然而，抗蝕劑中之潛影具有極低對比度－在抗蝕劑之已曝光至輻射之部分與尚未曝光至輻射之部分之間僅存在極小折射率差－且並非所有檢驗裝置均對進行潛影之有用量測具有充分敏感性。因此，可在後曝光烘焙步驟(PEB)之後採取量測，後曝光烘焙步驟(PEB)通常為在經曝光基板上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伏的。亦有可能進行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－或在圖案轉印步驟(諸如，蝕刻)之後被移除。後者可能性限制重做有缺陷基板之可能性，但仍可提供(例如)用於過程控制之目的之有用資訊。
圖2描繪根據本發明之一實施例的散射計SM1。散射計SM1包含寬頻帶(白光)輻射投影儀2，其將輻射投影至基板6上。經反射輻射傳遞至分光計偵測器4，其量測鏡面經反射輻射之光譜10(亦即，作為波長之函數之強度的量測)。自此資料，可藉由處理單元PU來重新建構產生經偵測光譜 之結構或剖面，例如，藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸或藉由與如圖2之底部處所示之模擬光譜庫比較。一般而言，對於重新建構，結構之通用形式為已知的，且根據對製造結構所採用之過程的認識來假定某些參數，從而僅留下結構之少許參數以自散射量測資料加以判定。該散射計可經組態為正入射散射計或斜入射散射計。
圖3中展示根據本發明之一實施例的另一散射計SM2。在此器件中，由輻射源2所發射之輻射使用透鏡系統12經由干涉濾光器13及偏振器17而聚焦、由部分反射表面16反射且經由顯微鏡接物鏡15而聚焦至基板W上，顯微鏡接物鏡15具有高數值孔徑(NA)，理想地為至少0.9或至少0.95。浸沒散射計可甚至具有數值孔徑超過1之透鏡。經反射輻射接著透過部分反射表面16而至偵測器18中，以便偵測散射光譜。偵測器可位於處於透鏡15之焦距的背部投影式光瞳平面11中，然而，光瞳平面可代替地藉由輔助光學器件(未圖示)而再成像至偵測器18上。光瞳平面為輻射之徑向位置界定入射角且角位界定輻射之方位角的平面。偵測器理想地為二維偵測器，使得可量測基板目標之二維角散射光譜(亦即，作為散射角之函數之強度的量測)。偵測器18可為(例如)CCD或CMOS感測器陣列，且可具有(例如)每訊框40毫秒之積分時間。
舉例而言，通常使用參考光束以量測入射輻射之強度。為了進行此過程，當輻射光束入射於部分反射表面16上時，輻射光束之一部分透過表面而作為朝向參考鏡面14之 參考光束。參考光束接著投影至同一偵測器18之不同部分上。
一或多個干涉濾光器13可用於選擇在為(假定)405－790 nm或甚至更低(諸如，200－300 nm)之範圍內的所關注波長。干涉濾光器可為可調諧的而非包含不同濾光器之集合。可代替一或多個干涉濾光器或除了一或多個干涉濾光器以外使用光柵。
偵測器18可量測經散射輻射在單一波長(或窄波長範圍)下之強度、單獨地在多個波長下之強度，或在一波長範圍內所積分之強度。另外，偵測器可單獨地量測橫向磁(TM)偏振輻射及橫向電(TE)偏振輻射之強度，及/或橫向磁偏振輻射與橫向電偏振輻射之間的相位差。
使用寬頻帶輻射源2(亦即，具有寬輻射頻率或波長範圍且因此具有寬顏色範圍之輻射源)為可能的，其給出較大光展量(etendue)，從而允許多個波長之混合。寬頻帶中之複數個波長理想地各自具有為δ λ之頻寬及為至少2 δ λ(亦即，波長頻寬之兩倍)之間距。若干輻射"源"可為經擴展輻射源之已使用(例如)光纖束而分裂的不同部分。以此方式，可在多個波長下並行地量測角解析散射光譜。可量測3－D光譜(波長及兩個不同角度)，其含有比2－D光譜多之資訊。此允許量測更多資訊，其增加度量衡過程穩固性。此在美國專利申請公開案第US 2006－0066855號中得以更詳細地描述，該文獻之全文以引用的方式併入本文中。
在以上所描述之散射計中之任一者中，基板W上之目標 可為光柵，其經列印成使得在顯影之後，由固體抗蝕劑線形成條狀物(bar)。條狀物可或者蝕刻至基板中。目標圖案經選擇為對所關注參數(諸如，微影投影裝置中之聚焦、劑量、覆蓋、色像差，等等)敏感，使得相關參數之變化將表現為經列印目標之變化。舉例而言，目標圖案可對微影投影裝置(特別為投影系統PL)中之色像差敏感，且照明對稱性及該像差之存在將在經列印目標圖案之變化中表現自身。因此，使用經列印目標圖案之散射量測資料以重新建構目標圖案。根據對列印步驟及/或其他散射量測過程的認識，可將目標圖案之參數(諸如，線寬及形狀)輸入至由處理單元PU所處理之重新建構過程中。
第一實施例
在待描述之第一實施例中，使用迭代搜尋方法來識別經量測光譜之結構參數的值。如圖4所示之概述中所描繪，在設定程序中，判定在經選擇取樣點集合處之模型化光譜集合的主要分量，且在量測程序中，將主要分量係數用作迭代程序之基礎以識別經量測光譜之結構參數的值。
現亦參看圖5，更詳細地描繪設定程序。在步驟S51中，選擇許多剖面參數以形成待模型化之光譜的基礎。該等參數之實例為線寬、線高、目標之側壁角度，連同下伏層之厚度，及與圖2所示之輻射光束2相互作用之材料的光學常數。亦選擇用以形成粗略網格參數空間之每一參數的值。值可形成規則網格，但根據本發明之一實施例的方法不限於規則網格之形成。
現轉至步驟S52，使用諸如嚴密耦合波分析(RCWA)之繞射模型化演算法來計算基於粗略網格參數空間之光譜集合。此演算法使用對所使用之材料之光學性質的認識，其可意謂估計值。為了精確地描述光譜，使用對應於不同光譜角度或波長之通常在80與800個之間的資料點來描述每一光譜。
參看步驟S53，接著，使用光譜分析(較佳地為主要分量分析)來減少在後續迭代程序中所考慮之資料量。此統計技術使用基於步驟S52中所產生之經計算光譜之變化所判定的光譜基礎函數。該技術依靠以下原則：可將集合中之所有光譜描述為許多主要分量之總和，主要分量中之每一者針對每一光譜具有為主要分量係數之特定加權因數。可使用之其他光譜分析技術包括用於光譜散射計之傅立葉(Fourier)分析，或用於角解析散射計之任尼克(Zernike)函數分解。主要分量分析具有以下優點：不對分量進行先前假定，但對於每一應用，以遞減統計相關性之次序來判定分量。因此，可藉由僅有限數目之分量而精確地描述全光譜集合。又一替代例為使用神經網路技術來判定有限數目之係數與集合中之光譜之間的關係。
現轉至圖6，描繪使用基於使用在設定程序中所導出之主要分量所模型化之光譜的迭代程序而量測基板之散射量測光譜且識別經量測光譜之結構參數之值的量測程序。
在步驟S61中，如以上圖2所指示，將輻射光束引導至基板上，以產生在一波長或角度範圍內所量測之全光譜。
在步驟S62中，使用主要分量分析(使用與以上所描述之設定程序中所導出之主要分量相同的主要分量)來導出經量測光譜之主要分量係數。
在步驟S63中，基於主要分量係數(其又基於在設定程序中所導出之主要分量)集合而在經量測光譜與經計算光譜之主要分量係數之間進行比較。此接著基於粗略網格參數來產生經量測光譜之第一經導出剖面參數集合。
在步驟S64中，使用參數值之間的迭代以利用係數之模型化值而針對每一光譜使用5個與20個之間的資料點來改進搜尋。此步驟之輸出為界定經量測光譜之更精確的剖面參數，而無需計算精細網格之係數及執行針對每一精細網格值之比較。主要分量分析之使用具有以下優點：可監控經儲存係數與經量測光譜之係數之值之間的差以偵測"範圍外"光譜以將彼等光譜自另外處理排除，從而防止非收斂迭代之危險。
當使用迭代策略來判定給出經計算光譜與經量測光譜之間的最佳匹配之剖面參數時，需要僅有限數目之係數來描述屬於在設定程序中所橫跨之光譜空間的光譜，因為在此等係數與光譜中之任何點處之光譜值之間存在線性關係。因此，對於每一剖面參數值集合，足以計算僅同一有限數目之光譜點且使用光譜與主要分量之間的線性關係之逆向來判定係數。係數及主要分量可接著用以重新建構經選擇剖面參數值之全光譜。因此，主要分量之使用允許模型計算中之光譜點之數目減少至通常20，而不必選擇經量測光 譜之僅最相關光譜點且不必廢除光譜之其他較不相關部分中的有價值資訊。
現亦轉至圖7，歸因於經計算光譜基本上無雜訊之事實，其可藉由有限數目之主要分量而加以極精確地描述。在判定將使用之彼等主要分量後，沒有必要為了判定待用以表示每一經計算光譜之主要分量係數而計算光譜角度或波長之所有值的全光譜。實情為，足以選擇許多光譜角度或波長。已經提及到，可藉由有限數目之分量的線性組合而極精確地描述在任何點處之光譜的值。當經選擇點之數目至少等於分量之數目時，可計算彼線性關係之(偽)逆向。可使用樞轉技術來最佳化待使用之此等資料點的數目及位置。在20至40個資料點處之光譜值的計算可足以判定集合中之每一光譜之20個主要分量的主要分量係數。
圖8展示作為所使用之主要分量之數目的函數而產生於經計算光譜中之每一者與全模型光譜之間的誤差。如自此圖可見(其中光譜係基於至少20個主要分量)，使用全模型及基於有限數目之主要分量之模型之340個經計算光譜之間的殘餘誤差減少至可接受位準。
應瞭解，儘管在第一實施例中基於主要分量係數來執行迭代過程，但迭代程序可發生於基於係數所計算之光譜上。
第二實施例
根據本發明之第二及第三實施例，將統計資料減少與庫設定程序組合。使用基於一或多個經選擇剖面參數(例 如，目標之線寬)之不同值之網格的模型來計算待儲存於庫中之光譜。使用經計算光譜以使用主要分量分析來導出主要分量集合。在散射量測光譜之特定應用中，有限主要分量集合足以利用所要精確度來描述經儲存光譜集合中之每一光譜。通常，可藉由(例如)藉由分析如在第一實施例中之經計算光譜所尋找之最初10至20個主要分量的線性組合來描述庫中之每一光譜，每一主要分量係由各別係數加權。此係歸因於以下事實：僅有限數目之剖面參數促成光譜之計算的改變。主要分量之線性組合之係數對於庫中之每一光譜為不同的。主要分量對於每一庫為特定的，且必須基於不同剖面或不同剖面參數集合而針對庫加以重新判定。
在如圖9所示之方法之概述中所指示的第二實施例中，將自經計算光譜所導出之主要分量的主要分量係數儲存於庫中。比較係數與經量測光譜之相同主要分量的主要分量係數。代替如在先前配置中儲存每一光譜具有通常在80與數千之間的強度值之全光譜，足以針對每一經計算光譜如以上關於庫之第一實施例所論述作為整體而連同同一數目之係數來儲存(例如)10至20個主要分量之集合。
在庫設定程序中，如圖10所說明，步驟S1001、S1002及S1003等效於圖5所示之設定程序的步驟S51、S52及S53。然而，在步驟S1004中，針對庫中之光譜中的每一者而儲存待用以界定集合中之所有光譜之主要分量中之每一者的指示，連同集合中之每一特定光譜之關聯主要分量係數。
在量測程序中，如圖11所說明，步驟S1101及S1102等效於圖6所示之量測程序的步驟S61及S62。然而，在步驟S1103中，在儲存於庫中之主要分量係數當中進行搜尋，以導出最接近匹配且因此導出經量測光譜之經選擇參數的值。
在步驟S1104中，在需要時，可藉由將庫中之係數內插於具有鄰近剖面參數值之網格點之間而獲得參數之更接近評估。
如以上參看圖7及圖8所解釋，可藉由有限數目之主要分量而極精確地描述經計算光譜。在判定將使用之彼等主要分量後，足以選擇許多光譜角度或波長，其中需要計算光譜值。當經選擇點之數目至少等於分量之數目時，可使用線性關係(係數與此等點處之光譜值之間的關係之(偽)逆向)來計算主要分量係數。可使用樞轉技術來最佳化待使用之此等資料點的數目及位置。在20至40個資料點處之光譜值的計算可足以判定集合中之每一光譜之20個主要分量的主要分量係數。
可使用僅有限數目之光譜點用以判定係數之方法以在精細網格上有效地形成庫，如圖12所描繪。首先，在步驟S1201中，使用如以上所描述之粗略網格來建構庫。接著，在步驟S1202中判定主要分量。下一步驟S1203為待用於另外計算中之光譜點之有限數目的判定。下一步驟S1204為額外網格點上之主要分量係數的計算以形成極精細網格之庫。
應瞭解，以主要分量及係數之形式之庫的儲存大小顯著地小於儲存全光譜時之大小。又，可更快地執行庫中之搜尋。藉由使用主要分量之特定性質，另外最佳化為可能的。
第三實施例
待描述之本發明之第三實施例使用庫搜尋方法與迭代搜尋方法之組合。可使用用於庫設定程序中之統計資料減少以極有效地計算額外光譜。可使用此等額外光譜來產生參數值之更密集網格。
轉至圖13(其說明第三實施例之庫設定程序)，步驟S1301－S1303等效於關於第二實施例之圖10中的步驟S1001－S1003。在此特定實例中，儲存於庫中之資料為實際經儲存模型化光譜。然而，因為在後續迭代程序期間達到剖面參數之精確度，所以僅有必要基於(例如)導致更小庫大小之5個光譜分量之係數來計算且儲存光譜。因此，在步驟S1304中，藉由選擇點且判定光譜值與彼等點處之主要分量係數之間的關係來減少庫大小。庫因此僅包括值與此等經選擇點處之主要分量係數之間的關係。
現亦轉至圖14，與比較自經量測光譜所導出之主要分量係數與經儲存主要分量係數之第二實施例的量測程序相比，在步驟S1402中比較在步驟S1401中所量測之實際經量測光譜與已藉由使用模型化光譜之主要分量分析所獲得之儲存於庫中的模型化光譜。此程序仍達成在庫設定程序中之額外光譜之更有效產生的目標，因為在步驟S1403中， 有可能使用僅在經選擇點處之光譜值以判定主要分量分析係數而基於在步驟S1402中所導出之參數值來執行迭代搜尋過程，以在精細基礎上獲得經量測光譜之剖面值。
應瞭解，儘管在組合之庫搜尋方法與迭代搜尋方法之此實例中將表示模型化光譜之資料儲存於庫中，但或者或另外可如在第二實施例中儲存表示經導出主要分量之資料。
儘管在此本文中可特定地參考微影裝置在IC製造中之使用，但應理解，本文所描述之微影裝置可具有其他應用，諸如，製造積體光學系統、用於磁域記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭，等等。熟習此項技術者應瞭解，在該等替代應用之情境中，可認為本文對術語"晶圓"或"晶粒"之任何使用分別與更通用之術語"基板"或"目標部分"同義。可在曝光之前或之後在(例如)軌道(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/或檢驗工具中處理本文所提及之基板。適用時，可將本文之揭示應用於該等及其他基板處理工具。另外，可將基板處理一次以上，(例如)以便形成多層IC，使得本文所使用之術語基板亦可指代已經含有多個經處理層之基板。
儘管以上可特定地參考在光學微影術之情境中對本發明之實施例的使用，但應瞭解，本發明可用於其他應用(例如，壓印微影術)中，且在情境允許時不限於光學微影術。在壓印微影術中，圖案化器件中之構形界定形成於基板上之圖案。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。
本文所使用之術語"輻射"及"光束"涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外線(UV)輻射(例如，具有為或為約365 nm、355 nm、248 nm、193 nm、157 nm或126 nm之波長)及遠紫外線(EUV)輻射(例如，具有在為約5 nm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"在情境允許時可指代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。
儘管以上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。舉例而言，本發明可採取如下形式：電腦程式，其含有描述如以上所揭示之方法之機器可讀指令的一或多個序列；或資料儲存媒體(例如，半導體記憶體、磁碟或光碟)，其具有儲存於其中之該電腦程式。
以上描述意欲為說明性而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者而言將顯而易見的為，可在不脫離以下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。舉例而言，適當時，一或多個實施例之一或多個態樣可與一或多個其他實施例之一或多個態樣組合或由其取代。
2‧‧‧寬頻帶(白光)輻射投影儀
4‧‧‧分光計偵測器
6‧‧‧基板
10‧‧‧光譜
11‧‧‧背部投影式光瞳平面
12‧‧‧透鏡系統
13‧‧‧干涉濾光器
14‧‧‧參考鏡面
15‧‧‧顯微鏡接物鏡
16‧‧‧部分反射表面
17‧‧‧偏振器
18‧‧‧偵測器
AD‧‧‧調整器
B‧‧‧輻射光束
BD‧‧‧光束傳送系統
BK‧‧‧烘焙板
C‧‧‧目標部分
CH‧‧‧冷卻板
CO‧‧‧聚光器
DE‧‧‧顯影器
I/O1‧‧‧輸入/輸出埠
I/O2‧‧‧輸入/輸出埠
IF‧‧‧位置感測器
IL‧‧‧照明器
IN‧‧‧積光器
LA‧‧‧微影裝置
LACU‧‧‧微影控制單元
LB‧‧‧裝載架
LC‧‧‧微影單元
M1‧‧‧圖案化器件對準標記
M2‧‧‧圖案化器件對準標記
MA‧‧‧圖案化器件
MT‧‧‧支撐結構
P1‧‧‧基板對準標記
P2‧‧‧基板對準標記
PL‧‧‧投影系統
PM‧‧‧第一定位器
PU‧‧‧處理單元
PW‧‧‧第二定位器
RO‧‧‧機器人
SC‧‧‧旋塗器
SCS‧‧‧監督控制系統
SM1‧‧‧散射計
SM2‧‧‧散射計
SO‧‧‧輻射源
TCU‧‧‧軌道控制單元
W‧‧‧基板
WT‧‧‧基板台
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向
圖1a描繪微影裝置；圖1b描繪微影單元或叢集；圖2描繪第一散射計；圖3描繪第二散射計；圖4描繪根據本發明之一實施例之方法的概述；圖5描繪根據本發明之一實施例之方法的設定程序；圖6描繪根據本發明之一實施例之方法的量測程序；圖7描繪根據本發明之一實施例之光譜內之20個計算點的選擇；圖8描繪主要分量之數目與經計算光譜與由主要分量所描述之光譜之間的相對誤差之間的關係；圖9描繪根據本發明之一實施例之方法的概述；圖10描繪根據本發明之一實施例之用以產生指示模型化光譜之資料的庫設定程序；圖11描繪根據本發明之一實施例之用以界定用於經量測光譜之剖面參數的量測程序；圖12描繪精細網格上之庫由粗略網格上所計算之庫的形成；圖13描繪根據本發明之一實施例之用以產生指示模型化光譜之資料的庫設定程序；且圖14描繪根據本發明之一實施例之用以界定用於經量測光譜之剖面參數的量測程序。
AD‧‧‧調整器
B‧‧‧輻射光束
BD‧‧‧光束傳送系統
C‧‧‧目標部分
CO‧‧‧聚光器
IF‧‧‧位置感測器
IL‧‧‧照明器
IN‧‧‧積光器
LA‧‧‧微影裝置
M1‧‧‧圖案化器件對準標記
M2‧‧‧圖案化器件對準標記
MA‧‧‧圖案化器件
MT‧‧‧支撐結構
P1‧‧‧基板對準標記
P2‧‧‧基板對準標記
PL‧‧‧投影系統
PM‧‧‧第一定位器
PW‧‧‧第二定位器
SO‧‧‧輻射源
W‧‧‧基板
WT‧‧‧基板台
X‧‧‧方向
Y‧‧‧方向

Claims (16)

  1. 一種判定用以在一基板上製造一器件層之一微影過程中之一目標圖案之一結構參數的方法，該方法包含：自一參考圖案計算一系列校準光譜，每一光譜係使用該參考圖案之一結構參數之一不同已知值來計算；針對該等光譜之經選擇數目的點而對每一經計算校準光譜執行光譜分析，以獲得一共同光譜分量集合及複數個第一加權因數集合，每一第一加權因數集合表示一經計算光譜；量測藉由將一輻射光束引導至該目標圖案上而產生之一目標光譜；使用自該等經計算校準光譜之該光譜分析所獲得之該共同光譜分量集合而對該經量測目標光譜執行光譜分析，以獲得表示該經量測目標光譜之一第二加權因數集合；比較該第一加權因數集合之一表示與該第二加權因數集合之一表示；及使用該比較來導出該目標圖案之該結構參數的一值。
  2. 如請求項1之方法，其中將該共同光譜分量集合及該複數個第一加權因數集合儲存於一庫中，且比較該經儲存第一加權因數集合與該第二加權因數集合。
  3. 如請求項2之方法，其中使用內插來計算用於與該第二加權因數集合比較之另外第一加權因數集合。
  4. 如請求項2之方法，其中，在使用該比較來導出該目標 圖案之該結構參數的一值之後，使用一迭代過程來導出該目標圖案之該結構參數的另外值。
  5. 如請求項1之方法，其中該第一加權因數集合與該第二加權因數集合之該等表示各自為模型化光譜。
  6. 如請求項1之方法，其中將該共同光譜分量集合及該等第一加權因數集合中之一者用作一迭代搜尋方法的基礎，該迭代搜尋方法使用複數個不同參數值以比較該第一加權因數集合與該第二加權因數集合。
  7. 如請求項1之方法，其中該目標圖案之該結構參數為一散射量測參數。
  8. 如請求項1之方法，其中使用嚴密耦合波分析來計算該等校準光譜。
  9. 如請求項1之方法，其中該光譜分析為主要分量分析。
  10. 如請求項1之方法，其中在由該等光譜之對稱性所判定之有限數目的點上計算該等校準光譜。
  11. 一種經組態以判定用以在一基板上製造一器件層之一微影過程之一參數之一值的檢驗裝置，該裝置包含：一計算系統，該計算系統經配置以自一參考圖案計算一系列校準光譜，每一光譜係使用該參考圖案之一結構參數之一不同已知值來計算；一第一分析系統，該第一分析系統經配置以針對該等光譜之經選擇數目的點而對每一經計算校準光譜執行光譜分析，以獲得一共同光譜分量集合及複數個第一加權因數集合，每一第一加權因數集合表示一經計算光譜； 一量測系統，該量測系統經配置以將一輻射光束引導至一基板上之一目標圖案上且量測該光譜；一第二分析系統，該第二分析系統經配置以使用自該等經計算校準光譜之該光譜分析所獲得之該共同光譜分量集合而對該經量測光譜執行光譜分析，以獲得表示該經量測光譜之一第二加權因數集合；一比較配置，該比較配置經配置以比較該第一加權因數集合之一表示與該第二加權因數集合之一表示；及一導出配置，該導出配置經配置以使用該比較配置之輸出來導出該微影過程之該參數的該值。
  12. 如請求項11之檢驗裝置，其包含一記憶體，該記憶體經配置以儲存該共同光譜分量集合及表示每一經計算光譜之關聯加權因數的一表示，且其中該比較配置經配置以比較該經儲存表示與該等加權因數之該第二集合的該表示。
  13. 如請求項11之檢驗裝置，其包含一迭代配置，該迭代配置經配置以將該等第一加權因數集合中之一者用作一迭代搜尋方法的基礎，該迭代搜尋方法使用複數個不同參數值以比較該第一加權因數集合與該第二加權因數集合。
  14. 一種微影裝置，其包含：一照明光學系統，該照明光學系統經配置以照明一圖案；一投影光學系統，該投影光學系統經配置以將一圖案 之一影像投影至一基板上；及一檢驗裝置，該檢驗裝置經組態以判定用以在一基板上製造一器件層之一微影過程之一參數的一值，該裝置包含：一計算系統，該計算系統經配置以自一參考圖案計算一系列校準光譜，每一光譜係使用該參考圖案之一結構參數之一不同已知值來計算；一第一分析系統，該第一分析系統經配置以針對該等光譜之經選擇數目的點而對每一經計算校準光譜執行光譜分析，以獲得一共同光譜分量集合及複數個第一加權因數集合，每一第一加權因數集合表示一經計算光譜；一量測系統，該量測系統經配置以將一輻射光束引導至一基板上之一目標圖案上且量測該光譜；一第二分析系統，該第二分析系統經配置以使用自該等經計算校準光譜之該光譜分析所獲得之該共同光譜分量集合而對該經量測光譜執行光譜分析，以獲得表示該經量測光譜之一第二加權因數集合；一比較配置，該比較配置經配置以比較該第一加權因數集合之一表示與該第二加權因數集合之一表示；及一導出配置，該導出配置經配置以使用該比較配置之輸出來導出該微影過程之該參數的該值。
  15. 一種微影單元，其包含：一塗覆器，該塗覆器經配置以利用一輻射敏感層來塗 覆一基板；一微影裝置，該微影裝置經配置以將一影像曝光至由該塗覆器所塗覆之一基板的該輻射敏感層上；一顯影器，該顯影器經配置以顯影由該微影裝置所曝光之一影像；及一檢驗裝置，該檢驗裝置經組態以判定用以在一基板上製造一器件層之一微影過程之一參數的一值，該裝置包含：一計算系統，該計算系統經配置以自一參考圖案計算一系列校準光譜，每一光譜係使用該參考圖案之一結構參數之一不同已知值來計算；一第一分析系統，該第一分析系統經配置以針對該等光譜之經選擇數目的點而對每一經計算校準光譜執行光譜分析，以獲得一共同光譜分量集合及複數個第一加權因數集合，每一第一加權因數集合表示一經計算光譜；一量測系統，該量測系統經配置以將一輻射光束引導至一基板上之一目標圖案上且量測該光譜；一第二分析系統，該第二分析系統經配置以使用自該等經計算校準光譜之該光譜分析所獲得之該共同光譜分量集合而對該經量測光譜執行光譜分析，以獲得表示該經量測光譜之一第二加權因數集合；一比較配置，該比較配置經配置以比較該第一加權因數集合之一表示與該第二加權因數集合之一表示；及 一導出配置，該導出配置經配置以使用該比較配置之輸出來導出該微影過程之該參數的該值。
  16. 一種用於實施一判定用以在一基板上製造一器件層之一微影過程中之一目標圖案之一結構參數之方法的電腦程式產品，該方法包含：自一參考圖案計算一系列校準光譜，每一光譜係使用該參考圖案之一結構參數之一不同已知值來計算；針對該等光譜之經選擇數目的點而對每一經計算校準光譜執行光譜分析，以獲得一共同光譜分量集合及複數個第一加權因數集合，每一第一加權因數集合表示一經計算光譜；使用自該等經計算校準光譜之該光譜分析所獲得之該共同光譜分量集合而對自一目標所量測之一光譜執行光譜分析，以獲得表示該經量測光譜之一第二加權因數集合；比較該第一加權因數集合之一表示與該第二加權因數集合之一表示；及使用該比較來導出該目標圖案之該結構參數的一值。
TW097129443A 2007-08-02 2008-08-01 檢驗方法與裝置，微影裝置，微影處理單元及器件製造方法 TWI444781B (zh)

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