TWI470373B - 檢測裝置及方法、微影裝置、微影處理製造單元及元件製造方法 - Google Patents

檢測裝置及方法、微影裝置、微影處理製造單元及元件製造方法 Download PDF

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Description

檢測裝置及方法、微影裝置、微影處理製造單元及元件製造方法
本發明係關於用於判定可用於(例如)藉由微影技術來製造元件之微結構中之不對稱性的裝置及方法。
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，圖案化元件(其或者被稱作光罩或比例光罩)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，包含晶粒之部分、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)層上而進行圖案之轉印。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。已知微影裝置包括：所謂步進器，其中藉由一次性將整個圖案曝光至目標部分上來輻照每一目標部分；及所謂掃描器，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元件轉印至基板。
為了監控微影程序，量測經圖案化基板之參數。參數可包括(例如)形成於經圖案化基板中或上之順次層之間的疊對誤差，及經顯影感光性抗蝕劑之臨界線寬。可對產品基板及/或對專用度量衡目標執行此量測。存在用於進行在 微影程序中所形成之顯微結構之量測的各種技術，包括使用掃描電子顯微鏡及各種專門工具。快速且非侵入性之形式之專門檢測工具為散射計，其中將輻射光束引導至基板之表面上之目標上且量測散射或反射光束之屬性。藉由比較光束在其已藉由基板反射或散射之前與之後的屬性，可判定基板之屬性。舉例而言，可藉由比較反射光束與儲存於同已知基板屬性相關聯之已知量測庫中之資料進行此判定。兩種主要類型之散射計為吾人所知。光譜散射計將寬頻帶輻射光束引導至基板上，且量測經散射至特定窄角範圍中之輻射之光譜(作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作為角度之函數的散射輻射之強度。
以影像為基礎之疊對度量衡當前為主流疊對度量衡技術。然而，隨著針對較好精確度之需要增加，以繞射為基礎之疊對(DBO)在半導體製造商處之勁勢及接受度愈來愈大。
在一些應用中，針對提供最好總量測不確定度(TMU)之大光柵來使用DBO。在產品晶圓上，製造商正企圖得到較小晶粒內目標。此等光柵係用暗場(DF)偵測以稍微較大TMU為代價予以量測。專利公開案US 2010/0328655中描述以繞射為基礎之疊對及暗場偵測。
產品上疊對度量衡之準確度之大貢獻者為不對稱光柵變形。舉例而言，若蝕刻劑離子在蝕刻時不垂直於基板而入射，則可引起經蝕刻結構之剖面中之不對稱性。需要提供 一種用以允許對製造商為了產品上疊對度量衡而需要之小晶粒內疊對目標之疊對量測、不對稱性量測及重新建構的檢測裝置。
此外，需要改良此檢測裝置之TMU及獲取時間。
根據本發明之一態樣，提供一種用於判定一基板上之一目標之不對稱性屬性的檢測裝置，該目標在該基板之一平面中係週期性的，該檢測裝置包含：一照明系統，其經組態以提供輻射之複數個波長；一光學系統，其包含一物鏡且經組態以經由該物鏡而用該輻射自相對於該基板之該平面為鏡面反射式之一第一方向及一第二方向來照明該目標；一光學元件，其經組態以分離地重新引導自該基板所散射之輻射之繞射階；一或多個偵測器，其經組態以在該複數個波長下量測該等經分離重新引導繞射階之屬性；及一處理器，其經組態以使用在該複數個波長下所量測之該等屬性來判定該目標之不對稱性屬性。
根據本發明之另一態樣，提供一種判定一基板上之一目標之不對稱性屬性的方法，該目標在該基板之一平面中係週期性的，該方法包含：提供輻射之複數個波長；經由一物鏡而用該輻射自相對於該基板之該平面為鏡面反射式之一第一方向及一第二方向來照明該目標； 分離地重新引導自該基板所散射之輻射之繞射階；使用一或多個偵測器在該複數個波長下量測該等經分離重新引導繞射階之屬性；及使用在該複數個波長下所量測之該等屬性來判定該目標之不對稱性屬性。
根據本發明之另一態樣，提供一種微影裝置，該微影裝置包含：一照明系統，其經配置以照明一圖案；一投影系統，其經配置以將該圖案之一影像投影至一基板上；及一檢測裝置，其用於判定一基板上之一目標之不對稱性屬性，該目標在該基板之一平面中係週期性的，該檢測裝置包含：一照明系統，其經組態以提供輻射之複數個波長；一光學系統，其包含一物鏡且經組態以經由該物鏡而用該輻射自相對於該基板之該平面為鏡面反射式之一第一方向及一第二方向來照明該目標；一光學元件，其經組態以分離地重新引導自該基板所散射之輻射之繞射階；一或多個偵測器，其經組態以在該複數個波長下量測該等經分離重新引導繞射階之屬性；及一處理器，其經組態以使用在該複數個波長下所量測之該等屬性來判定該目標之不對稱性屬性。
根據本發明之另一態樣，提供一種微影製造單元，該微 影製造單元包含：一塗佈器，其經配置以用一輻射敏感層來塗佈基板；一微影裝置，其經配置以將影像曝光至藉由該塗佈器塗佈之基板之該輻射敏感層上；一顯影器，其經配置以顯影藉由該微影裝置曝光之影像；及一檢測裝置，其用於判定一基板上之一目標之不對稱性屬性，該目標在該基板之一平面中係週期性的，該檢測裝置包含：一照明系統，其經組態以提供輻射之複數個波長；一光學系統，其包含一物鏡且經組態以經由該物鏡而用該輻射自相對於該基板之該平面為鏡面反射式之一第一方向及一第二方向來照明該目標；一光學元件，其經組態以分離地重新引導自該基板所散射之輻射之繞射階；一或多個偵測器，其經組態以在該複數個波長下量測該等經分離重新引導繞射階之屬性；及一處理器，其經組態以使用在該複數個波長下所量測之該等屬性來判定該目標之不對稱性屬性。
根據本發明之另一態樣，提供一種元件製造方法，該元件製造方法包含：使用一微影裝置以在一基板上形成一圖案；及藉由如下操作來判定與該圖案之一參數有關之一值：提供輻射之複數個波長； 經由一物鏡而用該輻射自相對於該基板之平面為鏡面反射式之一第一方向及一第二方向來照明使用該微影裝置而形成之一目標；分離地重新引導自該基板所散射之輻射之繞射階；使用一或多個偵測器在該複數個波長下量測該等經分離重新引導繞射階之屬性；及使用在該複數個波長下所量測之該等屬性來判定該目標之不對稱性屬性。
現在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，對應元件符號指示對應部件。
本發明之實施例使用複數個波長(與寬頻帶光源並列地，或與使用可調諧單色光源串列地)及針對經空間分離繞射階之不同波長之偵測強度。
圖1示意性地描繪微影裝置。該裝置包含：-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DUV輻射)；-支撐結構(例如，光罩台)MT，其經建構以支撐圖案化元件(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該圖案化元件之第一定位器PM；-基板台(例如，晶圓台)WT，其經建構以固持基板(例如，抗蝕劑塗佈晶圓)W，且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該基板之第二定位器PW；及-投影系統(例如，折射投影透鏡系統)PL，其經組態以 將藉由圖案化元件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、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。
支撐結構支撐(亦即，承載)圖案化元件。支撐結構以取決於圖案化元件之定向、微影裝置之設計及其他條件(諸如，圖案化元件是否被固持於真空環境中)的方式來固持圖案化元件。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元件。支撐結構可為(例如)框架或台，其可根據需要而固定或可移動。支撐結構可確保圖案化元件(例如)相對於投影系統處於所要位置。可認為本文對術語「比例光罩」或「光罩」之任何使用皆與更通用之術語「圖案化元件」同義。
本文所使用之術語「圖案化元件」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創製圖案的任何元件。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，則圖案可能不會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創製之元件(諸如，積體電路)中之特定功能層。
圖案化元件可為透射的或反射的。圖案化元件之實例包括光罩、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。傾斜鏡面在藉由鏡面矩陣反射之輻射光束中賦予圖案。
本文所使用之術語「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沒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。可認為本文對術語「投影透鏡」之任何使用皆與更通用之術語「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)。
微影裝置可為具有兩個(雙載物台)或兩個以上基板台(及/或兩個或兩個以上光罩台)之類型。在此等「多載物台」機器中，可並列地使用額外台，或可在一或多個台上進行預備步驟，同時將一或多個其他台用於曝光。
微影裝置亦可為如下類型：其中基板之至少一部分可藉由具有相對高折射率之液體(例如，水)覆蓋，以便填充在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，在光罩與投影系統之間的空間。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，而僅意謂液體在曝光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，當輻射源為準分子雷射時，輻射源及微影裝置可為分離實體。在此等狀況下，不認為輻射源形成微影裝置之部件，且輻射光束係憑藉包含(例如)合適引導鏡面及/或光束擴展器之光束遞送系統BD而自輻射源SO傳遞至照明器IL。在其他狀況下，舉例而言，當輻射源為水銀燈時，輻射源可為微影裝置之整體部件。輻射源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可包含用於調整輻射光束之角強度分佈之調整器AD。通常，可調整照明器之光瞳平面中之強度分佈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)。另外，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佈。
輻射光束B入射於被固持於支撐結構(例如，光罩台MT)上之圖案化元件(例如，光罩MA)上，且係藉由圖案化元件而圖案化。在已橫穿光罩MA之情況下，輻射光束B傳遞通過投影系統PL，投影系統PL將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置感測器IF(例如，干涉量測元件、線性編碼器、2-D編碼器或電容性感測器)，可準確地移動基板台WT，例如，以便使不同目標部分C定 位於輻射光束B之路徑中。相似地，第一定位器PM及另一位置感測器(其未在圖1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之路徑來準確地定位光罩MA。一般而言，可憑藉形成第一定位器PM之部件之長衝程模組(粗略定位)及短衝程模組(精細定位)來實現光罩台MT之移動。相似地，可使用形成第二定位器PW之部件之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(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及基板W。儘管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)。相似地，在一個以上晶粒提供於光罩MA上之情形中，光罩對準標記可位於該等晶粒之間。
所描繪裝置可用於以下模式中至少一者中：
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，使光罩台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，曝光場之最大大小限制單次靜態曝光中所成像之目標部分C之大小。
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，同步地掃描光罩台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相對於光罩台MT之速度及方向。在掃描模式中，曝光場之最大大小限制單次動態曝光中之目標部分之寬度(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，使光罩台MT保持基本上靜止，從而固持可程式化圖案化元件，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一掃描期間之順次輻射脈衝之間根據需要而更新可程式化圖案化元件。此操作模式可易於應用於利用可程式化圖案化元件(諸如，上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列)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。
如圖2所示，微影裝置LA形成微影製造單元LC(有時亦被稱作叢集)之部件，微影製造單元LC亦包括用以對基板執行曝光前程序及曝光後程序之裝置。通常，此等裝置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/輸出埠I/O1、I/O2拾取基板、在不同程序裝置之間移動基板，且接著將基板遞送至微影裝置之裝載匣LB。常常被集體地稱作塗佈顯影系統之此等元件係在塗佈顯影系統控制單元TCU之控制下，塗佈顯影系統控制單 元TCU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藉由微影裝置曝光之基板，需要檢測經曝光基板以量測諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等等之屬性。若偵測誤差，則可對後續基板之曝光進行調整(尤其是在檢測可足夠迅速地且快速地進行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做(以改良良率)或被捨棄，藉此避免對已知有缺陷之基板執行曝光。在基板之僅一些目標部分有缺陷之狀況下，可僅對良好的彼等目標部分執行另外曝光。
使用檢測裝置以判定基板之屬性，且尤其是判定不同基板或同一基板之不同層之屬性如何在層與層之間變化。檢測裝置可整合至微影裝置LA或微影製造單元LC中，或可為單獨元件。為了實現最快速量測，需要使檢測裝置在曝光之後立即量測經曝光抗蝕劑層中之屬性。然而，抗蝕劑中之潛影具有極低對比度(在已曝光至輻射的抗蝕劑之部分與尚未曝光至輻射的抗蝕劑之部分之間僅存在極小折射率差)，且並非所有檢測裝置皆具有對進行潛影之有用量測之足夠敏感度。因此，可在曝光後烘烤步驟(PEB)之後採取量測，曝光後烘烤步驟(PEB)通常為對經曝光基板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。在此階段時，抗蝕劑中之影像可被稱作 半潛像(semi-latent)。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)之後進行經顯影抗蝕劑影像之量測。後者可能性限制重做有缺陷基板之可能性，但仍可提供有用資訊。
圖3描繪可用於本發明中之散射計。散射計包含寬頻帶(白光)輻射投影儀2，其將輻射投影至基板W上。反射輻射傳遞至光譜儀偵測器4，其量測鏡面反射輻射之光譜10(作為波長之函數的強度)。自此資料，可藉由處理單元PU來重新建構引起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，或藉由與圖3之底部處所示之模擬光譜庫的比較。一般而言，對於重新建構，結構之一般形式為吾人所知，且自供製造結構之程序之知識來假定一些參數，從而僅留下結構之少許參數以自散射量測資料予以判定。此散射計可經組態為正入射散射計或斜入射散射計。
圖4中展示可與本發明一起使用之另一散射計。在此元件中，藉由輻射源2發射之輻射係使用透鏡系統12予以準直且透射通過干涉濾光器13及偏振器17、藉由部分反射表面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)，較佳地為至少0.9且更佳地為至少0.95。浸沒散射計可甚至具有數值孔徑超過1之透鏡。反射輻射接著通過部分反射表面16而透射至偵測器18中，以便使散射光譜被偵測。偵測器可位於處於透鏡 系統15之焦距之背向投影式光瞳平面11中，然而，該光瞳平面可代替地用輔助光學件(圖中未繪示)再成像至偵測器上。光瞳平面為輻射之徑向位置界定入射角且角位置界定輻射之方位角的平面。偵測器較佳地為二維偵測器，使得可量測基板目標30之二維角散射光譜。偵測器18可為(例如)CCD或CMOS感測器陣列，且可使用為(例如)每圖框40毫秒之積分時間。
舉例而言，常常使用參考光束以量測入射輻射之強度。為了進行此量測，當輻射光束入射於光束分裂器16上時，輻射光束之部分朝向參考鏡面14作為參考光束而透射通過該光束分裂器。參考光束接著投影至同一偵測器18之不同部件上，或者，投影至不同偵測器(圖中未繪示)上。
干涉濾光器13之集合可用以選擇在為(比如)405奈米至790奈米或甚至更低(諸如，200奈米至300奈米)之範圍內之所關注波長。干涉濾光器可為可調諧的，而非包含不同濾光器之集合。可使用光柵以代替干涉濾光器。
偵測器18可量測散射光在單波長(或窄波長範圍)下之強度、分離地在多個波長下之強度，或遍及一波長範圍而積分之強度。此外，偵測器可分離地量測橫向磁偏振光及橫向電偏振光之強度，及/或橫向磁偏振光與橫向電偏振光之間的相位差。
使用寬頻帶光源(亦即，具有寬光頻率或波長範圍且因此具有寬顏色範圍之光源)係可能的，其給出大光展量(etendue)，從而允許多個波長之混合。寬頻帶中之複數個 波長較佳地各自具有為△λ之頻寬及為至少2△λ(亦即，為頻寬之兩倍)之間隔。若干輻射「源」可為已使用光纖束而分裂的延伸型輻射源之不同部分。以此方式，可並列地在多個波長下量測角度解析散射光譜。可量測3-D光譜(波長及兩個不同角度)，其相比於2-D光譜含有更多資訊。此情形允許量測更多資訊，其增加度量衡程序穩固性。EP1,628,164A中更詳細地描述此情形。
基板W上之目標30可為1-D光柵，其經印刷成使得在顯影之後，條狀物(bar)係由固體抗蝕劑線形成。目標30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導通孔形成。或者，條狀物、導柱或導通孔可被蝕刻至基板中。此圖案對微影投影裝置(特別是投影系統PL)中之色像差敏感，且照明對稱性及此等像差之存在將使其自身表現為經印刷光柵之變化。因此，使用經印刷光柵之散射量測資料以重新建構光柵。自印刷步驟及/或其他散射量測程序之知識，可將1-D光柵之參數(諸如，線寬及形狀)或2-D光柵之參數(諸如，導柱或導通孔寬度或長度或形狀)輸入至藉由處理單元PU執行之重新建構程序。
如上文所描述，目標係在基板之表面上。此目標將常常採取在光柵中之一系列線之形狀或在2-D陣列中之實質上矩形結構之形狀。度量衡嚴密光學繞射理論之目的有效地為演算自目標所反射之繞射光譜。換言之，針對CD(臨界尺寸)均一性及疊對度量衡來獲得目標形狀資訊。疊對度 量衡為供量測兩個目標之疊對以便判定基板上之兩個層是否對準的量測系統。CD均一性簡單地為用以判定微影裝置之曝光系統如何運行的光譜上之光柵之均一性之量測。具體言之，CD(或臨界尺寸)為「書寫」於基板上之物件之寬度且為微影裝置物理上能夠在基板上書寫之極限。
在結合目標結構(諸如，目標30)及其繞射屬性之模型化而使用上文所描述之散射計中之一者的情況下，可以數種方式執行該結構之形狀及其他參數之量測。在藉由圖5表示的第一類型之程序中，演算基於目標形狀(第一候選結構)之第一估計之繞射圖案，且比較該繞射圖案與經觀測繞射圖案。接著系統地變化模型之參數且以一系列反覆重新演算繞射，以產生新候選結構且因此達到最好擬合。在藉由圖6表示的第二類型之程序中，預先演算針對許多不同候選結構之繞射光譜以創製繞射光譜「庫」。接著，比較自量測目標所觀測之繞射圖案與經演算光譜庫以找到最好擬合。可一起使用兩種方法：可自庫獲得粗略擬合，繼之以進行反覆程序以找到最好擬合。
更詳細地參看圖5，將總括地描述進行目標形狀及/或材料屬性之量測之方式。對於此描述，將假定目標僅在1個方向上係週期性的(1-D結構)。實務上，目標可在2個方向上係週期性的(2維結構)，且將相應地調適處理。
502：使用散射計(諸如，上文所描述之散射計)來量測基板上之實際目標之繞射圖案。將此經量測繞射圖案轉遞至諸如電腦之演算系統。演算系統可為上文所提及之處理 單元PU，或其可為分離裝置。
503：建立「模型配方」，其依據數個參數pi(p1、p2、p3等等)來界定目標結構之參數化模型。在1D週期性結構中，此等參數可表示(例如)側壁之角度、特徵之高度或深度、特徵之寬度。目標材料及基礎層之屬性亦係藉由諸如折射率(在存在於散射量測輻射光束中之特定波長下)之參數表示。下文將給出特定實例。重要地，雖然目標結構可藉由描述其形狀及材料屬性之許多參數界定，但出於以下程序步驟之目的，模型配方將界定此等參數中之許多者以具有固定值，而其他者將為可變或「浮動」參數。吾人在下文進一步描述供進行在固定參數與浮動參數之間的選擇之程序。此外，吾人將引入可准許參數變化而不為完全獨立浮動參數之方式。出於描述圖5之目的，僅可變參數被視為參數pi。
504：藉由設定浮動參數之初始值pi (0)(亦即，p1 (0)、p2 (0)、p3 (0)等等)來估計模型目標形狀。將在某些預定範圍內產生每一浮動參數，如配方中所界定。
506：使用表示經估計形狀之參數連同模型之不同器件之光學屬性以(例如)使用諸如RCWA之嚴密光學繞射方法或馬克士威(Maxwell)方程式之任何其他解算程序來演算散射屬性。此演算給出經估計目標形狀之經估計或模型繞射圖案。
508、510：接著比較經量測繞射圖案與模型繞射圖案，且使用其相似性及差異以演算模型目標形狀之「優質化函 數(merit function)」。
512：在假定優質化函數指示在模型準確地表示實際目標形狀之前需要改良模型的情況下，估計新參數p1 (1)、p2 (1)、p3 (1)等等，且將該等新參數反覆地回饋至步驟506中。重複步驟506至512。
為了輔助搜尋，步驟506中之演算可在參數空間中之此特定區中進一步產生優質化函數之偏導數，其指示增加或減低參數將會增加或減低優質化函數之敏感度。優質化函數之演算及導數之使用在此項技術中通常為吾人所知，且此處將不予以詳細地描述。
514：當優質化函數指示此反覆程序已以所要準確度收斂於一解時，將當前經估計參數報告為實際目標結構之量測。
此反覆程序之計算時間係主要地藉由所使用之前向繞射模型判定，亦即，使用嚴密光學繞射理論而自經估計目標結構來演算經估計模型繞射圖案。若需要更多參數，則存在更多自由度。演算時間原則上隨著自由度之數目之冪而增加。可以各種形式來表達在506處所演算之經估計或模型繞射圖案。若以與在步驟502中所產生之經量測圖案相同的形式來表達經演算圖案，則會簡化比較。舉例而言，可容易地比較經模型化光譜與藉由圖3之裝置量測之光譜；可容易地比較經模型化光瞳圖案與藉由圖4之裝置量測之光瞳圖案。
貫穿自圖5向前之此描述，在假定使用圖4之散射計的情 況下，將使用術語「繞射圖案」。熟習此項技術者可易於使教示適應於不同類型之散射計，或甚至適應於其他類型之量測器具。
圖6說明一替代實例程序，其中預先演算針對不同經估計目標形狀(候選結構)之複數個模型繞射圖案，且將該複數個模型繞射圖案儲存於庫中以供與實際量測之比較。基礎原理及術語學係與用於圖5之程序之基礎原理及術語學相同。圖6之程序之步驟為：
602：開始產生庫之程序。可針對每一類型之目標結構來產生一分離庫。庫可由量測裝置之使用者根據需要而產生，或可由該裝置之供應商預產生。
603：建立「模型配方」，其依據數個參數pi(p1、p2、p3等等)來界定目標結構之參數化模型。考慮因素相似於反覆程序之步驟503中之考慮因素。
604：舉例而言，藉由產生所有參數之隨機值來產生參數p1 (0)、p2 (0)、p3 (0)等等之第一集合，該等參數各自係在其預期值範圍內。
606：演算模型繞射圖案且將其儲存於庫中，其表示自藉由參數表示之目標形狀所預期之繞射圖案。
608：產生形狀參數p1 (1)、p2 (1)、p3 (1)等等之新集合。重複步驟606至608達數十次、數百次或甚至數千次，直至包含所有經儲存之經模型化繞射圖案之庫被判斷為足夠完整為止。每一經儲存圖案表示在多維參數空間中之一樣本點。庫中之樣本應以足夠密度填入樣本空間以使得將足夠 接近地表示任何實際繞射圖案。
610：在產生庫之後(但可在產生庫之前)，將實際目標30置放於散射計中且量測其繞射圖案。
612：比較經量測圖案與儲存於庫中之經模型化圖案以找到最好匹配圖案。可與庫中之每一樣本進行比較，或可使用更系統之搜尋策略，以縮減計算負擔。
614：若找到匹配，則可將用以產生匹配庫圖案之經估計目標形狀判定為近似物件結構。將對應於匹配樣本之形狀參數輸出為經量測形狀參數。可直接地對模型繞射信號執行匹配程序，或可對經最佳化以供快速評估之取代模型執行匹配程序。
616：視情況，將最近匹配樣本用作起點，且使用改進程序以獲得供報告之最終參數。舉例而言，此改進程序可包含極相似於圖5所示之反覆程序的反覆程序。
是否需要改進步驟616為實施者之選擇問題。若庫被極密集地取樣，則因為將總是找到良好匹配，所以可能不需要反覆改進。另一方面，對於實務使用，此庫可能太大。因此，一實務解決方案係針對粗略參數集合來使用庫搜尋，繼之以使用優質化函數進行一或多次反覆以判定更準確參數集合而以所要準確度報告目標基板之參數。在執行額外反覆時，將經演算繞射圖案及關聯經改進參數集合作為新條目添加於庫中將為一選項。以此方式，可最初使用一庫，該庫係基於相對少量計算工作量，但使用改進步驟616之計算工作量而建置成較大庫。無論使用哪一方案， 亦可基於多個候選結構之匹配之良好度而獲得經報告可變參數中之一或多者之值的另外改進。舉例而言，可藉由在兩個或兩個以上候選結構之參數值之間內插而產生最終報告之參數值(假定彼等候選結構之兩者或全部具有高匹配記分)。
此反覆程序之計算時間係主要地藉由步驟506及606處之前向繞射模型判定，亦即，使用嚴密光學繞射理論而自經估計目標形狀來演算經估計模型繞射圖案。
本發明係關於用於判定週期性目標(諸如，光柵)之不對稱性屬性之裝置的實施例。
圖7說明根據本發明之一實施例的檢測裝置。參看圖7，寬頻帶光源702提供白光之窄筆形光束，從而提供輻射之複數個波長。因此，出於藉由裝置之快速量測起見，同時地提供複數個波長。在另一實施例中，可調諧光源在不同時間提供不同波長。舉例而言，光源702可為白光雷射或氙氣燈。照明器之出口處之照明光瞳706具有一個光點708。筆形光束發送通過「影像複製及旋轉」元件710。此元件複製筆形光束且使經複製版本相對於原始光束旋轉超過180°。「影像複製及旋轉」元件之一實例為如專利US 6,961,116及US 6,628,406中所描述之自參考干涉計。
由於此複製作用，照明光瞳平面714現在係用兩個等同白光源716、716'予以照明，該等白光源相對於原點為點鏡像式(且具有實質上零空間頻率)。此情形提供橫越目標之照明之良好界定的入射角，其促進光柵重新建構。出於此 原因，使點源之範圍保持小。
透鏡L1及L2形成將照明光瞳成像至高NA(數值孔徑)透鏡L3之光瞳平面中之雙重遠心系統。此接物鏡L3照明可為藉由未知產品圖案環繞之小光柵之目標30。因此，透鏡L1、L2及L3形成經由物鏡而照明目標之光學系統。通常將晶圓上之照明光點選擇成比光柵大得多。典型值為(例如)投影於晶圓上的30微米之光點直徑及10×10平方微米之光柵大小。當照明光點小於光柵時(例如，在切割道中具有相對大光柵的情況下)，該實施例仍將起作用。
圖8說明自第一方向及第二鏡面反射式方向入射於基板上之光射線。實線箭頭表示來自照明平面714中之點716之光射線。虛線箭頭表示來自照明平面714中之點716'之光射線。基板W具有藉由產品區域802環繞之目標光柵30。因此，照明光束過度填充目標光柵30。實線箭頭在一入射角下照明光柵，使得實線箭頭沿著基板之表面沿著實質上沿著水平方向之方向而傳播，基板處於固定位置。虛線箭頭在相同入射角下照明光柵，使得虛線箭頭沿著基板之表面沿著實質上沿著相反水平方向之方向而傳播。
圖9說明入射於基板W上之目標光柵30上之兩個光束及所得散射繞射階。實線箭頭902表示來自照明平面714中之點716之光射線。實線箭頭-1、0及+1表示分別源自入射光束902之散射負第一階繞射光束、散射第零階繞射光束及散射正第一階繞射光束。虛線箭頭902'表示來自照明平面714中之點716'之光射線。實線箭頭-1'、0'及+1'表示分別 源自入射光束902'之散射負第一階繞射光束、散射第零階繞射光束及散射正第一階繞射光束。因為使用白光源，所以該等散射光束中每一者具有光之波長帶。舉例而言，若光自不同之左側壁及右側壁不同地反射，則光柵之不對稱性將針對光束+1'及-1不同地影響光之光譜。若在光柵中不存在不對稱性，則彼等光束+1'及-1將具有相同光譜剖面。在本發明之實施例中使用+1'及-1光束之光譜分量之差異的分析以判定目標光柵之不對稱性。在疊對目標中之堆疊式光柵之狀況下，則堆疊式光柵之間的疊對誤差對繞射階之效應可相似於不對稱單一光柵之效應。可接著在本發明之實施例中使用+1'及-1光束之光譜分量之差異的分析以判定堆疊式光柵疊對目標中之疊對誤差。
本發明之實施例選擇性地偵測光束0'、+1'、-1及0中之兩者或兩者以上之屬性(諸如，作為波長之函數的強度)以判定目標之不對稱屬性。舉例而言，可藉由比較+1'光束與-1光束來判定堆疊式疊對目標中之疊對誤差，可藉由比較+1'光束與-1光束來判定單一光柵中之不對稱性，且可藉由偵測0'、+1'、-1及0光束且使用重新建構來判定單一或堆疊式目標結構中之不對稱性。
再次參看圖7，藉由目標光柵30及周圍產品區域(圖8中之802)散射之光係藉由透鏡L3準直，且雙重遠心系統L3及L4在場光闌FS上產生光柵及產品環境之放大影像。場光闌FS置放於接物鏡L3之影像平面處。場光闌FS之目的係限制中間影像之空間範圍且抑制偵測光學件中之雜散光。因 此，空間濾光器空間地濾光自鄰近於目標的基板之表面所散射的輻射以選擇藉由目標散射之輻射。
透鏡L4及L5將散射光之光瞳平面PP再成像至消色差正交楔QW上。光瞳平面之此影像718具有散射光之四個分量：0、-1、0'及+1'。正交楔QW在四個不同方向上重新引導光瞳平面718之四個象限中之光。因此，正交楔QW為經組態以分離地重新引導自基板所散射之輻射之繞射階的光學元件。正交楔QW可包含四個楔。由於正交楔QW，透鏡L6在影像平面IP中產生藉由孔徑光闌FS透射之光之四個經空間分離子影像720。四個子影像720中每一者為場光闌FS之寬度WFS。每一子影像中之中心正方形表示目標光柵且係藉由產品電路環繞。儘管目標光柵被展示為正方形，但其可具有另一形狀，諸如，矩形。影像720包含含有第零階影像0及0'之兩個對角對置影像，且兩個剩餘對角對置影像含有負第一階影像-1及正第一階影像+1'。熟習此項技術者應瞭解，影像平面中之四個子影像中每一者之配置將取決於楔配置。因此，可使用楔及/或一或多個透鏡L6之不同相對定向來達成子影像之其他配置。此外，子影像不需要配置於同一平面上。
由於使用白光，故正交楔係消色差的，否則，影像移位將變得顏色相依。可使消色差楔處於透射，但反射楔亦係合適的，此係因為其係固有地消色差的。
現在使用四個多模偵測光纖MF以俘獲光柵之兩個第零階強度分量以及正第一階強度分量及負第一階強度分量。 因此，光纖為經組態以俘獲經分離重新引導繞射階中之一或多者之俘獲元件。此情形為抑制來自產品環境之光之「選定區域(selected area)」偵測。光纖相對於透鏡之位置經組態以俘獲對應於目標光柵的每一子影像720之選定區域。視情況，壓電微操控器可用於感測器中之動態調整。
多模光纖通常具有200微米之核心直徑，且此直徑小於光柵之影像，以便優先於選擇藉由周圍產品區域散射之光而選擇藉由光柵散射之光。若光柵具有10微米之長度，則在此實施例中透鏡系統L3、L4、L5及L6之放大率為至少40。
楔角足夠大以允許完全地分離四個子影像720。若分離度太小，則影像將重疊，從而造成自產品區域至光柵區域中之串擾。
藉由偵測光纖俘獲之寬頻帶光發送至較佳地標稱等同之四個光譜儀。此四個光譜儀同時地且並列地量測作為波長之函數的兩個第零階之強度I0'(λ)及I0(λ)以及正第一階之強度I+1'(λ)及負第一階之強度I-1(λ)。對於疊對度量衡，典型波長範圍可為400奈米至800奈米，其中光譜解析度為5奈米。此情形得到每光譜80個像素，因此得到總計約320個樣本。可以極短獲取時間獲取在寬頻帶光源中之複數個波長λ下之此量測，其實現高產出率。
在另一時間多工實施例中，可使用四個以下光譜儀，且對於作為波長之函數的每一量測，每次將一個以上經分離俘獲繞射階引導至一光譜儀。
針對一個給定入射角來量測四個信號。熟習此項技術者應瞭解，可藉由改變照明光瞳平面706中之照明光點708之部位而針對更多入射角來重複此量測。
現在可在處理器PU中使用經量測光譜之集合以演算目標光柵之不對稱性屬性。
如在以繞射為基礎之疊對方法中，可藉由比較經量測之+1'光譜與-1光譜來判定諸如經演算疊對誤差(對於具有一個以上疊置光柵之堆疊之疊對目標)及不對稱性(對於單一光柵)之不對稱性屬性。
圖10展示一替代實施例。與圖7一樣的器件具有相同元件符號。代替使用白光源，使用單波長源1002。單波長源可為可調諧的或可切換的以提供複數個波長。單波長被表示為λT。對於每一單波長，現在將影像「720」投影於諸如CCD攝影機之偵測器上，偵測器量測藉由負第一階、正第一階及第零階形成之影像之強度。在此實施例中，執行於處理單元PU上之圖案辨識軟體模組1004用以識別經定位有光柵影像之區域，且提取在波長λT下兩個第零階之強度I0'(λT)及I0(λT)以及正第一階之強度I+1'(λT)及負第一階之強度I-1(λT)。因此調整波長λT，且串列地重複量測以判定在複數個單波長λT下兩個第零階之強度I0'(λ)及I0(λ)以及正第一階之強度I+1'(λ)及負第一階之強度I-1(λ)。
可使用重新建構來判定諸如光柵之不對稱結構參數(對於單一光柵)及/或形狀(對於單一光柵或堆疊式光柵疊對目標)之不對稱性屬性。使用相似於參看圖5及圖6所描述之 方法的方法來達成此判定。然而，代替模型化及量測繞射圖案，量測及模型化作為第零階及第一階之波長之函數的強度(及/或偏振)。為了模型化不對稱性，依據參數pi(p1、p2、p3等等)來界定目標結構之參數化模型之「模型配方」包括與目標光柵不對稱性有關之參數。此等參數為不同之左側壁角及右側壁角以及脊頂形狀。模型演算作為照明波長之函數的經量測強度(及/或偏振)參數。
圖11中展示當使用對稱參數及不對稱參數時之模型化途徑。
1102：將不對稱參數設定至零。
1104：使用對稱參數進行重新建構，直至達到收斂為止。
1106：固定對稱參數，因此其不被修改。
1108：使用不對稱參數進行重新建構，直至達到收斂為止。
1110：固定不對稱參數，因此其不被修改。
對於對稱參數之小更新，執行步驟1104至1108之另一反覆。
在另一實施例中，可以相似於參看圖4所描述之方式的方式添加參考分支以補償強度波動。此途徑可涉及添加另一光譜儀。
上文參看圖7及圖10所描述之實施例具有點鏡像式照明光束。此情形提供高量測速率。然而，亦可用依序地切換至點鏡像式位置之僅一個輸入光束來實現其他實施例。
儘管參看圖7及圖10來描述作為頻率之函數的繞射光之 強度的量測及模型化，但本發明之實施例亦包括使用合適橢圓量測或偏振量測技術來量測及模型化作為頻率之函數的偏振狀態。
本發明之實施例之優點包括：其實現在晶粒內光柵上之程序穩固疊對度量衡。
使用多個光譜儀用於並列資料獲取會允許高產出率。
第零階散射光之量測允許CD度量衡以及不對稱性。
下文參看圖12至圖15來描述另一實施例。代替參看圖10所描述之消色差正交楔QW，可使用針對特定各別角光譜之多重單楔MSW。
圖12說明具有可調諧光源及CCD偵測器以用於分離起因於x及y目標週期性之階的根據本發明之一實施例的檢測裝置。在圖12中，與圖7及圖10一樣的器件具有相同元件符號。關於圖10之實施例，使用單波長源1002。單波長源可為可調諧的或可切換的以提供複數個波長。單波長再次被表示為λT。
照明器之出口處之照明光瞳706具有一個光點1208。單一光點定位於照明光瞳中，使得波長及目標光柵間距(在目標週期性之x方向及y方向上)之組合引起在x及y上自晶圓所散射之第一繞射階經定位成在光瞳平面之影像1218中分開。下文參看圖13來描述此情形。此定位允許在x及y上自晶圓所散射之第一繞射階藉由多重單楔MSW分離，如下文所描述。
筆形光束發送通過「影像複製及旋轉」元件710。由於 此複製作用，照明光瞳平面714現在係用兩個等同單波長源1216、1216'予以照明，該等單波長源相對於原點為點鏡像式(且具有實質上零空間頻率)。如前所述，此情形提供橫越目標之照明之良好界定的入射角，其促進光柵重新建構。出於此原因，使點源之範圍保持小。
透鏡L1及L2形成將照明光瞳成像至高NA(數值孔徑)透鏡L3之光瞳平面中之雙重遠心系統。此接物鏡L3照明目標30，目標30可為區域在複數個方向上係週期性(例如，具有分離之x光柵及y光柵(如藉由圖15a說明))之合成光柵。或者，x及y週期性可在(例如)具有矩形或圓形陣列之同一2維光柵中。目標可藉由未知產品圖案環繞。因此，透鏡L1、L2及L3形成經由物鏡而照明目標之光學系統。通常將晶圓上之照明光點選擇成比目標光柵大得多。典型值為(例如)投影於晶圓上的30微米之光點直徑及10×10平方微米之光柵大小。當照明光點小於光柵時(例如，在切割道中具有相對大光柵的情況下)，該實施例仍將起作用。
藉由目標光柵30及周圍產品區域散射之光係藉由透鏡L3準直，且雙重遠心系統L3及L4在場光闌FS上產生光柵及產品環境之放大影像。場光闌FS置放於接物鏡L3之影像平面處。場光闌FS之目的係限制中間影像之空間範圍且抑制偵測光學件中之雜散光。因此，空間濾光器空間地濾光自鄰近於目標的基板之表面所散射的輻射以選擇藉由目標散射之輻射。
透鏡L4及L5將散射光之光瞳平面PP再成像至多重單楔 光學元件MSW上。光瞳平面之此影像1218具有散射光之六個分量：0'、+1y、+1'x、0、-1'y及-1x。多重單楔MSW元件阻擋或捨棄第0階繞射光0'及0且在四個不同各別方向上重新引導+1y階、+1'x階、-1'y階及-1x階之光。因此，多重單楔MSW為經組態以分離地重新引導自基板所散射之輻射之繞射階的光學元件。此外，多重單楔MSW經組態以在複數個週期性方向(在此實例中為x及y)上分離自基板所散射之輻射之繞射階。
可將第0階輻射分接及引導至光學系統之另一分支中，或分接及引導至影像感測器CCD之另一未使用部件，以用於強度量測以校正強度變化。因此，可(例如)在光譜量測之同時或在量測晶圓基板之每一批量開始時量測第0階強度。
圖14說明楔組態QW及MSW以及在感測器處目標之所得影像1420及1220。多重單楔MSW可包含四個楔，如圖14a所說明。平面圖之形狀不限於圖14a所示之形狀，其由球面透鏡上之研磨扁平部引起。
返回至圖12，由於多重單楔MSW之組態，透鏡L6在影像平面IP中產生藉由孔徑光闌FS透射之光之四個子影像1220，從而空間地分離起因於在x及y上之目標週期性之階。圖14b中說明此等子影像且在圖15b中放大此等子影像，其中影線經繪製以匹配於多重單楔MSW之對應楔。舉例而言，圖14a中之+1'x楔引起在圖14a中具有對應影線且在圖15b中被標註為+1'x -d及+1'x +d之子影像。包含具有相同 影線之一對正方形之每一子影像表示目標光柵。周圍產品電路已藉由場光闌FS空間地濾光。儘管目標光柵被展示為正方形，但其可具有另一形狀，諸如，矩形。影像1220包含起因於+1y階、+1'x階、-1'y階及-1x階的目標之空間重疊影像。因此，多重單楔光學元件MSW經組態以將經分離繞射階投影至一或多個偵測器上以形成起因於不同經分離繞射階的目標之空間重疊影像。
熟習此項技術者應瞭解，影像平面中之四個子影像中每一者之配置將取決於楔配置。因此，可使用楔及/或一或多個透鏡L6之不同相對定向來達成子影像之其他配置。此外，子影像不需要配置於同一平面上。
圖12、圖14b及圖15b所示之子影像1220之配置之優點在於：相比於根據參看圖10所描述之實施例藉由四邊形楔QW(圖14a所說明)產生之經空間分離子影像(圖14b中之1420)，可利用更多偵測感測器CCD區域(更多像素)，從而實現改良型TMU及縮減量測時間。在此實例中，子場之重疊提供經偏置複合光柵之影像之有效率配置。應瞭解，設想在有效率地覆蓋影像感測器之同時適於特定目標佈局的子影像之其他重疊或鑲嵌配置。
多重單楔MSW可為消色差的以避免波長相依影像移位。可使消色差楔處於透射，但反射楔亦係合適的，此係因為其係固有地消色差的。
對於每一單波長λT，現在將影像1220投影於諸如CCD攝影機之偵測器上，偵測器量測藉由負第一階及正第一階形 成之影像之強度。在此實施例中，執行於處理單元PU上之圖案辨識軟體模組1004用以識別經定位有光柵影像之區域，且提取在波長λT下+1y階、+1'x階、-1'y階及-1x階之強度I+1y(λT)、I+1'x(λT)、I-1'y(λT)及I-1x(λT)。因此調整波長λT，且串列地重複量測以判定在複數個單波長λT下之強度I+1y(λ)、I+1'x(λ)、I-1'y(λ)及I-1x(λ)。
圖13說明起因於x及y目標週期性之階之光瞳平面中的分離。參看圖13a，考慮僅一個照明光點1216。其在光瞳平面影像1218中引起第0階光點0。由在y方向上之週期性引起之繞射引起正第一階光點+1y在y方向上自光瞳平面影像1218中之第0階光點偏移達為照明波長λ及在y方向上之光柵間距p之函數的距離。負第一階光點-1y落在光瞳影像外部，且不存在。
由在x方向上之週期性引起之繞射引起負第一階光點-1x在x方向上自第0階光點偏移達為照明波長λ及在x方向上之光柵間距之函數的距離。在此實例中，在x方向上之光柵間距為p(與在y方向上相同)，但其可不同於在y方向上之間距。正第一階光點+1x落在光瞳影像外部，且不存在。
圖13b展示藉由影像複製及旋轉元件710(如圖12所示)之作用而用兩個點源1216及1216'照明之照明光瞳平面714。以與針對圖13a所描述之方式相同的方式，照明光點1216'在光瞳平面影像1218中引起繞射階+1'x及-1'y。
圖15說明合成目標結構1502及在感測器處目標子影像1220之有效率重疊之放大圖，如圖12及圖14b所示。在目 標結構1502中，每一目標之週期性係藉由x及y表示且分別用垂直影線及水平影線予以說明(未按比例)。上標-d及+d表示應用於每一光柵之疊對偏置，此因使用經偏置複合光柵來演算疊對偏移而為吾人所知，如專利公開案US 2010/0328655中所描述。
可使用重新建構來判定諸如光柵之不對稱結構參數(對於單一光柵)及/或形狀(對於單一光柵或堆疊式光柵疊對目標)之不對稱性屬性。使用相似於參看圖5及圖6所描述之方法的方法來達成此判定。然而，代替模型化及量測繞射圖案，量測及模型化作為第一階之波長之函數的強度(及/或偏振)。為了模型化不對稱性，依據參數pi(p1、p2、p3等等)來界定目標結構之參數化模型之「模型配方」包括與目標光柵不對稱性有關之參數。此等參數為不同之左側壁角及右側壁角以及脊頂形狀。模型演算作為照明波長之函數的經量測強度(及/或偏振)參數。
關於參看圖7及圖10所描述之實施例，圖11中展示當使用對稱參數及不對稱參數時之模型化途徑。
本文所描述之檢測裝置及檢測方法實施例可用於元件製造方法中，且可併入至微影裝置及微影處理製造單元中。
儘管在本文中可特定地參考檢測裝置在IC製造中之使用，但應理解，本文所描述之檢測裝置可具有其他應用，諸如，製造整合光學系統、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(LCD)、薄膜磁頭，等等。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)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所提及之基板。適用時，可將本文中之揭示內容應用於此等及其他基板處理工具。另外，可將基板處理一次以上，例如，以便創製多層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，且在內容背景允許時不限於光學微影。在壓印微影中，圖案化元件中之構形(topography)界定創製於基板上之圖案。可將圖案化元件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。在抗蝕劑固化之後，將圖案化元件移出抗蝕劑，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5奈米至20奈米之範圍內之波長)，以及粒子束(諸如，離子束或電子束)。
術語「透鏡」在內容背景允許時可指代各種類型之光學 組件中任一者或其組合，包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件。
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，其含有描述如上文所揭示之方法的機器可讀指令之一或多個序列；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此電腦程式。
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將顯而易見，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所描述之本發明進行修改。
0‧‧‧散射第零階繞射光束/第零階影像/第零階光點
0'‧‧‧散射第零階繞射光束/第零階影像
+1‧‧‧散射正第一階繞射光束
+1'‧‧‧散射正第一階繞射光束/正第一階影像
+1'x‧‧‧第一繞射階
+1'x+d‧‧‧子影像
+1'x-d‧‧‧子影像
+1y‧‧‧正第一階光點
-1'‧‧‧散射負第一階繞射光束
-1‧‧‧散射負第一階繞射光束/負第一階影像
-1x‧‧‧負第一階光點
-1'y‧‧‧第一繞射階
2‧‧‧寬頻帶(白光)輻射投影儀
4‧‧‧光譜儀偵測器
10‧‧‧光譜
11‧‧‧背向投影式光瞳平面
12‧‧‧透鏡系統
13‧‧‧干涉濾光器
14‧‧‧參考鏡面
15‧‧‧顯微鏡接物鏡/透鏡系統
16‧‧‧部分反射表面
17‧‧‧偏振器
18‧‧‧偵測器
30‧‧‧基板目標/目標光柵
702‧‧‧寬頻帶光源/寬頻帶照明源
706‧‧‧照明光瞳平面
708‧‧‧照明光點
710‧‧‧影像複製及旋轉元件
714‧‧‧照明光瞳平面
716‧‧‧白光源/點/照明光束
716'‧‧‧白光源/點/照明光束
718‧‧‧影像
720‧‧‧子影像/影像
802‧‧‧產品區域
902‧‧‧光射線/入射光束
902'‧‧‧光射線/入射光束
1002‧‧‧單波長源
1004‧‧‧圖案辨識軟體模組
1208‧‧‧光點
1216‧‧‧單波長源/點源/照明光點
1216'‧‧‧單波長源/點源/照明光點
1218‧‧‧光瞳平面影像
1220‧‧‧影像/子影像
1420‧‧‧影像/子影像
1502‧‧‧合成目標結構
AD‧‧‧調整器
B‧‧‧輻射光束
BD‧‧‧光束遞送系統
BK‧‧‧烘烤板
C‧‧‧目標部分
CCD‧‧‧影像感測器/偵測感測器
CH‧‧‧冷卻板
CO‧‧‧聚光器
DE‧‧‧顯影器
FS‧‧‧場光闌/孔徑光闌
IF‧‧‧位置感測器
IL‧‧‧照明系統/照明器
IN‧‧‧積光器
I/O1‧‧‧輸入/輸出埠
I/O2‧‧‧輸入/輸出埠
IP‧‧‧影像平面
L1‧‧‧透鏡
L2‧‧‧透鏡
L3‧‧‧透鏡/接物鏡
L4‧‧‧透鏡
L5‧‧‧透鏡
L6‧‧‧透鏡
LA‧‧‧微影裝置
LACU‧‧‧微影控制單元
LB‧‧‧裝載匣
LC‧‧‧微影製造單元
M1‧‧‧光罩對準標記
M2‧‧‧光罩對準標記
MA‧‧‧圖案化元件/光罩
MF‧‧‧多模偵測光纖
MSW‧‧‧多重單楔/多重單楔光學元件
MT‧‧‧支撐結構/光罩台
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
PP‧‧‧光瞳平面
PU‧‧‧處理單元/處理器
PW‧‧‧第二定位器
QW‧‧‧消色差正交楔/四邊形楔/楔組態/四邊形楔光學元件
RO‧‧‧基板處置器/機器人
S1‧‧‧光譜儀
S2‧‧‧光譜儀
S3‧‧‧光譜儀
S4‧‧‧光譜儀
SC‧‧‧旋塗器
SCS‧‧‧監督控制系統
SO‧‧‧輻射源
TCU‧‧‧塗佈顯影系統控制單元
W‧‧‧基板/晶圓
WFS‧‧‧寬度
WT‧‧‧基板台
圖1描繪微影裝置；圖2描繪微影製造單元或叢集；圖3描繪第一散射計；圖4描繪第二散射計；圖5描繪用於自散射計量測來重新建構結構之第一實例程序；圖6描繪用於自散射計量測來重新建構結構之第二實例程序；圖7說明根據本發明之一實施例的檢測裝置；圖8說明入射於基板上之光射線；圖9說明入射於基板上之目標光柵上之兩個光束及所得散射繞射階； 圖10說明具有可調諧光源及CCD偵測器的根據本發明之一實施例的檢測裝置；圖11為使用對稱模型參數及不對稱模型參數之重新建構的流程圖；圖12說明具有可調諧光源及CCD偵測器以用於分離起因於x及y目標週期性之階的根據本發明之一實施例的檢測裝置；圖13(包括圖13a及圖13b)說明起因於x及y目標週期性之階之光瞳平面影像中的分離；圖14(包括圖14a及圖14b)說明楔組態及在感測器處目標之所得影像；及圖15(包括圖15a及圖15b)說明合成目標結構及在感測器處目標影像之有效率重疊。
0‧‧‧散射第零階繞射光束/第零階影像/第零階光點
0'‧‧‧散射第零階繞射光束/第零階影像
+1'‧‧‧散射正第一階繞射光束/正第一階影像
-1‧‧‧散射負第一階繞射光束/負第一階影像
30‧‧‧基板目標/目標光柵
702‧‧‧寬頻帶光源/寬頻帶照明源
706‧‧‧照明光瞳平面
708‧‧‧照明光點
710‧‧‧影像複製及旋轉元件
714‧‧‧照明光瞳平面
716‧‧‧白光源/點/照明光束
716'‧‧‧白光源/點/照明光束
718‧‧‧影像
720‧‧‧子影像/影像
FS‧‧‧場光闌/孔徑光闌
IP‧‧‧影像平面
L1‧‧‧透鏡
L2‧‧‧透鏡
L3‧‧‧透鏡/接物鏡
L4‧‧‧透鏡
L5‧‧‧透鏡
L6‧‧‧透鏡
MF‧‧‧多模偵測光纖
PP‧‧‧光瞳平面
PU‧‧‧處理單元/處理器
QW‧‧‧消色差正交楔/四邊形楔/楔組態/四邊形楔光學元件
S1‧‧‧光譜儀
S2‧‧‧光譜儀
S3‧‧‧光譜儀
S4‧‧‧光譜儀
W‧‧‧基板/晶圓
WFS‧‧‧寬度

Claims (21)

  1. 一種用於判定一基板上之一目標之不對稱性屬性的檢測裝置，該目標在該基板之一平面中係週期性的，該檢測裝置包含：一照明系統，其經組態以提供輻射之複數個波長；一光學系統，其包含一物鏡且經組態以經由該物鏡而用該輻射自相對於該基板之該平面為鏡面反射式之一第一方向及一第二方向來照明該目標；一光學元件，其包含複數個楔，該等楔經組態以分離地重新引導自該基板所散射之輻射之繞射階；一或多個偵測器，其經組態以在該複數個波長下量測該等經分離重新引導繞射階之屬性；及一處理器，其經組態以使用在該複數個波長下所量測之該等屬性來判定該目標之不對稱性屬性。
  2. 如請求項1之檢測裝置，其中該照明系統經組態以提供相對於該物鏡之一光瞳平面為點鏡像式的兩個輻射光束。
  3. 如請求項1之檢測裝置，其中該光學元件經組態以藉由來自該第一方向及該第二方向中每一者之照明來分離自該基板所散射之輻射之繞射階。
  4. 如請求項3之檢測裝置，其中該目標在複數個週期性方向上係週期性的，且該光學元件經組態以分離在該複數個週期性方向上自該基板所散射的輻射之繞射階。
  5. 如請求項4之檢測裝置，其中該光學元件經組態以將該 等經分離繞射階投影至該一或多個偵測器上以形成起因於不同經分離繞射階的該目標之空間重疊影像。
  6. 如請求項1至5中任一項之檢測裝置，其中該照明系統包含一寬頻帶光源。
  7. 如請求項1至5中任一項之檢測裝置，其進一步包含在該物鏡之一影像平面處之一空間濾光器，該空間濾光器經組態以空間地濾光自鄰近於該目標的該基板之一表面所散射的輻射以選擇藉由該目標散射之輻射。
  8. 如請求項1至5中任一項之檢測裝置，其中該光學元件位於該物鏡之一光瞳平面處。
  9. 如請求項1至5中任一項之檢測裝置，其中該光學元件包含四個楔，該等楔經組態以分離地重新引導來自四個象限中每一者之輻射。
  10. 如請求項1至5中任一項之檢測裝置，其中該目標在複數個週期性方向上係週期性的，且該光學元件包含複數個表面，每一表面對應於在該複數個週期性方向上自該基板所散射的輻射之各別繞射階。
  11. 如請求項1至5中任一項之檢測裝置，其中該光學元件係消色差的。
  12. 如請求項1至5中任一項之檢測裝置，其進一步包含一俘獲元件，該俘獲元件經組態以俘獲該等經分離重新引導繞射階中之一或多者。
  13. 如請求項12之檢測裝置，其中該俘獲元件包含一或多個光纖。
  14. 如請求項12之檢測裝置，其中該俘獲元件經組態以空間地濾光自該基板所散射之該輻射以選擇藉由該目標散射之輻射。
  15. 如請求項1至5中任一項之檢測裝置，其中該等經量測屬性包含在該複數個波長下之強度。
  16. 如請求項1至5中任一項之檢測裝置，其中該偵測器包含一光譜儀。
  17. 如請求項1至5中任一項之檢測裝置，其中該等經量測屬性包含作為波長之一函數的偏振。
  18. 一種判定一基板上之一目標之不對稱性屬性的方法，該目標在該基板之一平面中係週期性的，該方法包含：提供輻射之複數個波長；經由一物鏡而用該輻射自相對於該基板之該平面為鏡面反射式之一第一方向及一第二方向來照明該目標；使用包含複數個楔之一光學元件以分離地重新引導自該基板所散射之輻射之繞射階；使用一或多個偵測器在該複數個波長下量測該等經分離重新引導繞射階之屬性；及使用在該複數個波長下所量測之該等屬性來判定該目標之不對稱性屬性。
  19. 一種微影裝置，其包含：一照明系統，其經配置以照明一圖案；一投影系統，其經配置以將該圖案之一影像投影至一基板上；及 一檢測裝置，其用於判定一基板上之一目標之不對稱性屬性，該目標在該基板之一平面中係週期性的，該檢測裝置包含：一照明系統，其經組態以提供輻射之複數個波長；一光學系統，其包含一物鏡且經組態以經由該物鏡而用該輻射自相對於該基板之該平面為鏡面反射式之一第一方向及一第二方向來照明該目標；一光學元件，其包含複數個楔，該等楔經組態以分離地重新引導自該基板所散射之輻射之繞射階；一或多個偵測器，其經組態以在該複數個波長下量測該等經分離重新引導繞射階之屬性；及一處理器，其經組態以使用在該複數個波長下所量測之該等屬性來判定該目標之不對稱性屬性。
  20. 一種微影製造單元，其包含：一塗佈器，其經配置以用一輻射敏感層來塗佈基板；一微影裝置，其經配置以將影像曝光至藉由該塗佈器塗佈之基板之該輻射敏感層上；一顯影器，其經配置以顯影藉由該微影裝置曝光之影像；及一檢測裝置，其用於判定一基板上之一目標之不對稱性屬性，該目標在該基板之一平面中係週期性的，該檢測裝置包含：一照明系統，其經組態以提供輻射之複數個波長；一光學系統，其包含一物鏡且經組態以經由該物鏡 而用該輻射自相對於該基板之該平面為鏡面反射式之一第一方向及一第二方向來照明該目標；一光學元件，其包含複數個楔，該等楔經組態以分離地重新引導自該基板所散射之輻射之繞射階；一或多個偵測器，其經組態以在該複數個波長下量測該等經分離重新引導繞射階之屬性；及一處理器，其經組態以使用在該複數個波長下所量測之該等屬性來判定該目標之不對稱性屬性。
  21. 一種元件製造方法，其包含：使用一微影裝置以在一基板上形成一圖案；及藉由如下操作來判定與該圖案之一參數有關之一值：提供輻射之複數個波長；經由一物鏡而用該輻射自相對於該基板之平面為鏡面反射式之一第一方向及一第二方向來照明使用該微影裝置而形成之一目標；使用包含複數個楔之一光學元件以分離地重新引導自該基板所散射之輻射之繞射階；使用一或多個偵測器在該複數個波長下量測該等經分離重新引導繞射階之屬性；及使用在該複數個波長下所量測之該等屬性來判定該目標之不對稱性屬性。
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