TWI503635B - 度量衡方法及裝置、微影系統、元件製造方法及基板 - Google Patents

度量衡方法及裝置、微影系統、元件製造方法及基板 Download PDF

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TWI503635B
TWI503635B TW102124283A TW102124283A TWI503635B TW I503635 B TWI503635 B TW I503635B TW 102124283 A TW102124283 A TW 102124283A TW 102124283 A TW102124283 A TW 102124283A TW I503635 B TWI503635 B TW I503635B
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Der Schaar Maurits Van
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Hendrik Jan Hidde Smilde
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Description

度量衡方法及裝置、微影系統、元件製造方法及基板
本發明係關於可用於(例如)藉由微影技術來製造元件之度量衡方法及裝置，且係關於使用微影技術來製造元件之方法。
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)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。
在微影程序中，經常需要(例如)出於程序控制及驗證而進行所創製結構之量測。用於進行此等量測之各種工具為吾人所知，包括常常 用以量測臨界尺寸(CD)之掃描電子顯微鏡，及用以量測元件中兩個層之疊對(對準準確度)之特殊化工具。近來，已開發各種形式之散射計以供微影領域中使用。此等元件將輻射光束引導至目標上且量測散射輻射之一或多個屬性--例如，作為波長之函數的在單一反射角下之強度；作為反射角之函數的在一或多個波長下之強度；或作為反射角之函數的偏振--以獲得可供判定目標之所關注屬性的「光譜(spectrum)」。可藉由各種技術來執行所關注屬性之判定：例如，藉由諸如嚴密耦合波分析或有限元素方法、庫搜尋及主成份分析之反覆途徑進行目標結構之重新建構。
由一些習知散射計使用之目標為相對大(例如，40微米乘40微米)光柵，且量測光束產生小於光柵之光點(亦即，光柵填充不足)。此情形簡化目標之數學重新建構，此係因為目標可被視為無限。然而，為了將目標之大小縮減至(例如)10微米乘10微米或更小(例如，因此，目標可定位於產品特徵之中，而非定位於切割道中)，已提議度量衡，其中使光柵小於量測光點(亦即，光柵填充過度)。通常，使用暗場散射量測來量測此等目標，在暗場散射量測中，阻擋零繞射階(對應於鏡面反射)，且僅處理高階。使用繞射階之暗場偵測的以繞射為基礎之疊對實現對較小目標之疊對量測。此等目標可小於照明光點，且可由晶圓上之產品結構環繞。可在一個影像中量測多個目標。
在已知度量衡技術中，藉由在某些條件下量測目標達兩次，同時旋轉目標抑或改變照明模式或成像模式以分離地獲得-1繞射階強度及+1繞射階強度，來獲得疊對量測結果。針對給定光柵比較此等強度會提供該光柵之不對稱性之量測，且疊對光柵之不對稱性可用作疊對誤差之指示符。
儘管已知的以暗場影像為基礎之疊對量測快速且計算上極簡單(一旦被校準)，但其依賴於疊對為目標結構之不對稱性之唯一原因的 假定。堆疊中之任何其他不對稱性(諸如，經疊對光柵中之一者或兩者內之特徵的不對稱性)亦造成1階之不對稱性。與疊對無關之此不對稱性無疑地會擾亂疊對量測，從而給出不準確疊對結果。疊對光柵之底部光柵之不對稱性為常見形式之特徵不對稱性。其可起源於(例如)在底部光柵最初形成之後執行之晶圓處理步驟，諸如，化學機械拋光(CMP)。
因此，此時，熟習此項技術者必須在如下兩者之間進行選擇：一方面，簡單且快速之量測程序，其給出疊對量測，但在存在不對稱性之其他原因時經受不準確度；及另一方面，更傳統之技術，其計算上密集且通常需要大填充不足光柵之若干量測以避免光瞳影像受到來自疊對光柵之環境之信號污染，此污染會妨礙對此光瞳影像之重新建構。
因此，需要以更直接且簡單之方式區分由疊對及其他效應造成的對目標結構不對稱性之貢獻，同時最小化目標結構所需要之基板區域。
需要提供一種使用目標結構之疊對度量衡方法及裝置，其中相比於先前公開技術可改良產出率及準確度。此外，儘管本發明不限於此情形，但若此情形可應用於可用以暗場影像為基礎之技術而讀出之小目標結構，則此情形將具有極大優點。
根據本發明之一第一態樣，提供一種量測一微影程序之參數之方法，該方法包含：使用該微影程序以形成複數個目標結構，該複數個目標結構分佈於橫越基板之複數個部位處且具有橫越該等目標結構而分佈的具有數個不同疊對偏置值之經疊對週期性結構，該等目標結構中至少一些包含數目少於不同疊對偏置值之該數目的經疊對週期性結構；照明該等目標結構且偵測由該等目標結構散射之輻射之不對稱 性；使用該等經偵測不對稱性以判定該等參數。
根據本發明之一第二態樣，提供一種用於量測一微影程序之參數之檢測裝置，該裝置包含：一支撐件，其用於具有複數個目標結構之一基板，該複數個目標結構分佈於橫越該基板之複數個部位處且具有橫越該等目標結構而分佈的具有數個不同疊對偏置值之經疊對週期性結構，該等目標結構中至少一些包含數目少於不同疊對偏置值之該數目的經疊對週期性結構；一光學系統，其用於照明該等目標結構且偵測由該等目標結構散射之輻射之不對稱性；及一處理器，其經配置以使用該等經偵測不對稱性以判定該等參數。
根據本發明之一第三態樣，提供一種電腦程式產品，該電腦程式產品包含機器可讀指令，該等機器可讀指令用於使一處理器執行根據該第一態樣之一方法之處理。
根據本發明之一第四態樣，提供一種微影系統，該微影系統包含一微影裝置，該微影裝置包含：一照明光學系統，其經配置以照明一圖案；一投影光學系統，其經配置以將該圖案之一影像投影至一基板上；及根據該第二態樣之一檢測裝置。該微影裝置經配置以使用來自該檢測裝置之量測結果以將該圖案施加至另外基板。
根據本發明之一第五態樣，提供一種製造元件之方法，其中使用一微影程序將一元件圖案施加至一系列基板，該方法包括：使用根據該第一態樣之一方法在該等基板中至少一者上檢測經形成為該元件圖案之部分或除了該元件圖案以外之至少一週期性結構；及根據該方法之結果而針對稍後基板控制該微影程序。
根據本發明之一第六態樣，提供一種基板，該基板包含複數個目標結構，該複數個目標結構分佈於橫越該基板之複數個部位處且具有橫越該等目標結構而分佈的具有數個不同疊對偏置值之經疊對週期性結構，該等目標結構中至少一些包含數目少於不同疊對偏置值之該 數目的經疊對週期性結構。
下文參看隨附圖式來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，本發明不限於本文所描述之特定實施例。本文僅出於說明性目的而呈現此等實施例。基於本文所含有之教示，額外實施例對於熟習相關技術者將顯而易見。
0‧‧‧零階射線/繞射射線
11‧‧‧照明源
12‧‧‧透鏡
13‧‧‧孔徑板
13E‧‧‧孔徑板
13N‧‧‧孔徑板
13NW‧‧‧孔徑板
13S‧‧‧孔徑板
13SE‧‧‧孔徑板
13W‧‧‧孔徑板
14‧‧‧透鏡
15‧‧‧光束分裂器
16‧‧‧接物鏡
17‧‧‧第二光束分裂器
18‧‧‧光學系統
19‧‧‧第一感測器/光瞳平面影像感測器
20‧‧‧光學系統
21‧‧‧孔徑光闌/場光闌/光瞳光闌
22‧‧‧光學系統
23‧‧‧影像感測器/暗場成像感測器
31‧‧‧量測光點/經照明光點/照明光點
32‧‧‧組件光柵/疊對目標
33‧‧‧組件光柵/疊對目標
34‧‧‧組件光柵/疊對目標
35‧‧‧組件光柵/疊對目標
41‧‧‧圓形區域
42‧‧‧矩形區域/影像
43‧‧‧矩形區域/影像
44‧‧‧矩形區域/影像
45‧‧‧矩形區域/影像
90‧‧‧功能元件圖案區域/產品區域
92‧‧‧度量衡目標/切割道目標
94‧‧‧目標
111‧‧‧目標
112‧‧‧目標
113‧‧‧目標
702‧‧‧理想正弦曲線
704‧‧‧點
706‧‧‧點
712‧‧‧偏移正弦曲線
714‧‧‧量測點
716‧‧‧量測點
718‧‧‧量測點
AD‧‧‧調整器
AS‧‧‧對準感測器
B‧‧‧輻射光束
BD‧‧‧光束遞送系統
BK‧‧‧烘烤板
C‧‧‧目標部分
CH‧‧‧冷卻板
CO‧‧‧聚光器
D‧‧‧產品區域
D1‧‧‧元件區域
D2‧‧‧元件區域
D3‧‧‧元件區域
D4‧‧‧元件區域
DE‧‧‧顯影器
I‧‧‧照明射線/入射射線
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
LA‧‧‧微影裝置
LACU‧‧‧微影控制單元
LB‧‧‧裝載匣
LC‧‧‧微影製造單元
LS‧‧‧位階感測器
M‧‧‧圖案化元件
M1 ‧‧‧光罩對準標記
M2 ‧‧‧光罩對準標記
MA‧‧‧圖案化元件
MT‧‧‧圖案化元件支撐件/支撐結構/光罩台
O‧‧‧光軸
P1 ‧‧‧基板對準標記
P2 ‧‧‧基板對準標記
P1‧‧‧位置
P2‧‧‧位置
P3‧‧‧位置
P4‧‧‧位置
PM‧‧‧第一定位器
PS‧‧‧投影系統
PU‧‧‧影像處理器及控制器
PW‧‧‧第二定位器
RO‧‧‧基板處置器/機器人
ROI‧‧‧所關注區
SC‧‧‧旋塗器
SCS‧‧‧監督控制系統
SL‧‧‧切割線區域/切割道區域
SO‧‧‧輻射源
T‧‧‧度量衡目標光柵/目標
TCU‧‧‧塗佈顯影系統控制單元
W‧‧‧基板
WTa‧‧‧基板台
WTb‧‧‧基板台
+1‧‧‧一階射線/繞射射線/一階繞射光束
+1(N)‧‧‧+1繞射射線
-1‧‧‧一階射線/繞射射線
-1(S)‧‧‧-1繞射射線
併入本文中且形成本說明書之部分的隨附圖式說明本發明，且連同【實施方式】進一步用以解釋本發明之原理且使熟習相關技術者能夠進行及使用本發明。
圖1描繪根據本發明之一實施例之微影裝置。
圖2描繪根據本發明之一實施例之微影製造單元或叢集。
圖3(a)至圖3(d)展示(a)用於使用第一對照明孔徑來量測根據本發明之實施例之目標之暗場散射計的示意圖、(b)針對給定照明方向之目標光柵之繞射光譜的細節、(c)在針對以繞射為基礎之疊對量測使用散射計時提供另外照明模式之第二對照明孔徑，及(d)組合第一對孔徑與第二對孔徑之第三對照明孔徑。
圖4描繪基板上的已知形式之多重光柵目標及量測光點之輪廓。
圖5描繪圖3之散射計中獲得的圖4之目標之影像。
圖6為展示根據本發明之實施例之疊對量測方法的流程圖。
圖7說明未經受特徵不對稱性之理想目標結構中之疊對量測的原理。
圖8說明非理想目標結構中之疊對量測的原理，其中特徵不對稱性之校正係使用本發明之一實施例而進行。
圖9說明具有產品區域、切割道區域以及在切割道區域及產品區域兩者中之度量衡目標的圖案化元件。
圖10說明供本發明之實施例使用的圖案化元件之實施例。
圖11說明三個複合光柵結構，該等光柵結構橫越基板而分佈且具有可供本發明之實施例中使用之偏置方案，從而組合針對疊對量測之兩個正交方向之組件光柵，及圖12說明五個複合光柵結構，該等光柵結構橫越基板而分佈且具有可供本發明之實施例中使用之偏置方案。
本發明之特徵及優點將自下文在結合圖式時闡述之【實施方式】變得更顯而易見，在該等圖式中，類似元件符號始終識別對應器件。在該等圖式中，類似元件符號通常指示相同、功能上相似及/或結構上相似之器件。一器件第一次出現時之圖式係在對應元件符號中由最左側數位指示。
本說明書揭示併入本發明之特徵之一或多個實施例。所揭示實施例僅僅例示本發明。本發明之範疇不限於所揭示實施例。本發明係由附加於此處之申請專利範圍界定。
所描述實施例及在本說明書中對「一實施例」、「一實例實施例」等等之參考指示所描述實施例可包括一特定特徵、結構或特性，但每一實施例可未必包括該特定特徵、結構或特性。此外，此等片語未必指代同一實施例。另外，當結合一實施例來描述一特定特徵、結構或特性時，應理解，無論是否予以明確地描述，結合其他實施例來實現此特徵、結構或特性皆係在熟習此項技術者之認識範圍內。
本發明之實施例可以硬體、韌體、軟體或其任何組合予以實施。本發明之實施例亦可被實施為儲存於機器可讀媒體上之指令，該等指令可由一或多個處理器讀取及執行。機器可讀媒體可包括用於儲存或傳輸呈可由機器(例如，計算元件)讀取之形式之資訊的任何機構。舉例而言，機器可讀媒體可包括：唯讀記憶體(ROM)；隨機存取記憶體(RAM)；磁碟儲存媒體；光學儲存媒體；快閃記憶體元件；電 學、光學、聲學或其他形式之傳播信號(例如，載波、紅外線信號、數位信號，等等)；及其他者。另外，韌體、軟體、常式、指令可在本文被描述為執行某些動作。然而，應瞭解，此等描述僅僅係出於方便起見，且此等動作事實上係由計算元件、處理器、控制器或執行韌體、軟體、常式、指令等等之其他元件引起。
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的實例環境。
圖1示意性地描繪微影裝置LA。該裝置包括：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DUV輻射)；圖案化元件支撐件或支撐結構(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而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而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)PS，其經組態以將由圖案化元件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，包括一或多個晶粒)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。
圖案化元件支撐件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。圖案化元件支撐件可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術以固持圖案化元件。圖案化元件支撐件可為(例如)框架或台，其可根據需要而固定或可移動。圖案化元件支撐件可確保圖案化元件(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，則該圖案可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，以便使入射輻射光束在不同方向上反射。傾斜鏡面在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，裝置屬於透射類型(例如，使用透射光罩)。或者，裝置可屬於反射類型(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)。
微影裝置可屬於具有兩個(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，可並行地使用額外台，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。
微影裝置亦可屬於如下類型：其中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裝置中之其他空間，例如，在光罩與投影系統之間的空間。浸潤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「浸潤」不意謂諸如基板之結構必須浸沒於液體中，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括(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可包括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可包括各種其他組件，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入射於被固持於圖案化元件支撐件(例如，光罩台MT)上之圖案化元件(例如，光罩)MA上，且係藉由該圖案化元件而圖案化。在已橫穿圖案化元件(例如，光罩)MA的情況下，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圖案化元件(例如，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)來實現圖案化元件支撐件(例如，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，圖案化元件支撐件(例如，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來對準圖案化元件(例如，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圖案化元件(例如，光罩)MA上之情形中，光罩對準標記可位於該等晶粒之間。在元件特徵之中，小對準標記亦可包括於晶粒內，在此狀況下，需要使該等標記儘可能地小且相比於鄰近特徵無需任何不同成像或程序條件。下文進一步描述偵測對準標記之對準系統。
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，使圖案化元件支撐件(例如，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，同步地掃描圖案化元件支撐件(例如，光罩台)MT及基板台WT(亦即，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相對於圖案化元件支撐件(例如，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，使圖案化元件支撐件(例如，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。
微影裝置LA屬於所謂雙載物台類型，其具有兩個基板台WTa、WTb及兩個站--曝光站及量測站--在該兩個站之間可交換該等基板台。在曝光站處曝光一個基板台上之一個基板的同時，可在量測站處將另一基板裝載至另一基板台上且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LS來映射基板之表面控制，及使用對準感測器AS來量測基板上之對準標記之位置。此情形實現裝置之產出率之實質增加。若位置感測器IF不能夠在基板台處於量測站以及處於曝光站時量測基板台之位置，則可提供第二位置感測器以使能夠在兩個站處追蹤基板台之位置。
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(track)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。
可在國際專利申請案WO 2009/078708及WO 2009/106279中得知暗場度量衡之實例，此等文件之全文係據此以引用方式併入本文中。已在專利公開案US20110027704A及US20110043791A中以及在公開美國專利申請案US 20120123581中描述技術之進一步開發。所有此等申請案之內容之全文亦係以引用方式併入本文中。
圖3(a)中展示適合供本發明之實施例中使用之暗場度量衡裝置。圖3(b)中更詳細地說明目標光柵T及繞射射線。暗場度量衡裝置可為獨立式元件，或併入於微影裝置LA中(例如，在量測站處)抑或併入於微影製造單元LC中。貫穿該裝置具有若干分支之光軸係由點線O表示。在此裝置中，由源11(例如，氙氣燈)發射之光係由包含透鏡12、14及接物鏡16之光學系統經由光束分裂器15而引導至基板W上。此等透鏡係以4F配置之雙重序列而配置。可使用不同透鏡配置，其限制條件為：該不同透鏡配置仍將基板影像提供至偵測器上，且同時地允許接取用於空間頻率濾光之中間光瞳平面。因此，可藉由在呈現基板平面之空間光譜的平面(此處被稱作(共軛)光瞳平面)中界定空間強度分佈而選擇輻射入射於基板上之角程。詳言之，可藉由在為接物鏡光瞳平面之背部投影式影像的平面中將合適形式之孔徑板13插入於透鏡12與透鏡14之間而進行此選擇。在所說明實例中，孔徑板13具有被標註為13N及13S之不同形式，從而允許選擇不同照明模式。本實例中之照明系統形成離軸照明模式。在第一照明模式中，孔徑板13N提供自 僅出於描述起見而被指明為「北」之方向的離軸。在第二照明模式中，孔徑板13S用以提供相似照明，但提供自被標註為「南」之相對方向的照明。藉由使用不同孔徑，其他照明模式係可能的。光瞳平面之其餘部分理想地暗，此係因為在所要照明模式外部之任何不必要光將干涉所要量測信號。
如圖3(b)所示，目標光柵T經置放為基板W垂直於接物鏡16之光軸O。與軸線O成一角度而照射於光柵T上之照明射線I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，在具有填充過度之小目標光柵的情況下，此等射線僅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。因為板13中之孔徑具有有限寬度(為准許有用量之光所必要)，所以入射射線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(point spread function)，每一階+1及-1將遍及一角度範圍而進一步散佈，而非如圖所示之單一理想射線。應注意，光柵間距及照明角可經設計或調整成使得進入接物鏡之一階射線與中心光軸緊密地對準。圖3(a)及圖3(b)所說明之射線經展示為稍微離軸，以純粹地使其能夠在圖解中被更容易地區分。
由基板W上之目標繞射之至少0階及+1階係由接物鏡16收集，且被返回引導通過光束分裂器15。返回至圖3(a)，藉由指明被標註為北(N)及南(S)之完全相對孔徑來說明第一照明模式及第二照明模式兩者。當入射射線I來自光軸之北側時，亦即，當使用孔徑板13N來施加第一照明模式時，被標註為+1(N)之+1繞射射線進入接物鏡16。與此對比，當使用孔徑板13S來施加第二照明模式時，-1繞射射線(被標註為-1(S))為進入透鏡16之繞射射線。
第二光束分裂器17將繞射光束劃分成兩個量測分支。在第一量測分支中，光學系統18使用零階繞射光束及一階繞射光束在第一感測 器19(例如，CCD或CMOS感測器)上形成目標之繞射光譜(光瞳平面影像)。每一繞射階射中感測器上之一不同點，使得影像處理可比較及對比若干階。由感測器19俘獲之光瞳平面影像可用於聚焦度量衡裝置及/或正規化一階光束之強度量測。光瞳平面影像亦可用於諸如重新建構之許多量測目的，其不為本發明之主題。
在第二量測分支中，光學系統20、22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。在第二量測分支中，孔徑光闌21提供於與光瞳平面共軛之平面中。孔徑光闌21用以阻擋零階繞射光束，使得形成於感測器23上的目標之影像係僅由-1或+1一階光束形成。將由感測器19及23俘獲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量測之特定類型。應注意，此處在廣泛意義上使用術語「影像」。因而，若存在-1階及+1階中僅一者，則將不形成光柵線之影像。
圖3所示之孔徑板13及場光闌21之特定形式純粹地為實例。在本發明之另一實施例中，使用目標之同軸照明，且使用具有離軸孔徑之孔徑光闌以將實質上僅一個一階繞射光傳遞至感測器。在又其他實施例中，代替一階光束或除了一階光束以外，二階光束、三階光束及高階光束(圖3中未繪示)亦可用於量測中。
為了使照明可適應於此等不同類型之量測，孔徑板13可包含圍繞一盤碟而形成之數個孔徑圖案，該盤碟旋轉以使所要圖案達到適當位置。或者或另外，可提供及調換一組板13，以達成相同效應。亦可使用諸如可變形鏡面陣列或透射空間視線調變器之可程式化照明元件。可使用移動鏡面或稜鏡作為用以調整照明模式之另一方式。
如剛才關於孔徑板13所解釋，或者，藉由變更光瞳光闌21，或藉由取代具有不同圖案之光瞳光闌，或藉由用可程式化空間光調變器來替換固定場光闌，可達成用於成像之繞射階之選擇。在彼狀況下， 量測光學系統之照明側可保持恆定，而成像側具有第一模式及第二模式。因此，在本發明中，實際上存在三種類型之量測方法，每一類型具有其自有優點及缺點。在一方法中，改變照明模式以量測不同階。在另一方法中，改變成像模式。在第三方法中，照明模式及成像模式保持不變，但使目標旋轉達180度。在每一狀況下，所要效應相同，即，用以選擇在目標之繞射光譜中彼此對稱地相對的非零階繞射輻射之第一部分及第二部分。原則上，可藉由同時地改變照明模式與改變成像模式之組合而獲得諸階之所要選擇，但彼情形很可能由於無優點而帶來缺點，因此，將不對其進行進一步論述。
雖然在本實例中用於成像之光學系統具有受到場光闌21限定之寬入口光瞳，但在其他實施例或應用中，成像系統自身之入口光瞳大小可足夠小以限定至所要階，且因此亦充當場光闌。圖3(c)及圖3(d)中展示不同孔徑板，該等孔徑板可如下文進一步所描述予以使用。
通常，目標光柵將與其向南北抑或東西延行之光柵線對準。亦即，光柵將在基板W之X方向或Y方向上對準。應注意，孔徑板13N或13S可僅用以量測在一個方向(取決於設置而為X或Y)上定向之光柵。為了量測正交光柵，可能實施達90°及270°之目標旋轉。然而，更方便地，在使用圖3(c)所示之孔徑板13E或13W的情況下，將來自東或西之照明提供於照明光學件中。可分離地形成及互換孔徑板13N至13W，或孔徑板13N至13W可為可旋轉達90度、180度或270度之單一孔徑板。如已經提及，圖3(c)所說明之離軸孔徑可提供於場光闌21中，而非提供於照明孔徑板13中。在彼狀況下，照明將同軸。
圖3(d)展示可用以組合第一對及第二對之照明模式的第三對孔徑板。孔徑板13NW具有處於北及西之孔徑，而孔徑板13SE具有處於南及東之孔徑。倘若此等不同繞射信號之間的串擾不太大，則可執行X光柵及Y光柵兩者之量測，而不改變照明模式。
圖4描繪根據已知實務形成於基板上之複合目標。複合目標包含四個光柵32至35，該等光柵被緊密地定位在一起，使得其皆將在藉由度量衡裝置之照明光束形成之量測光點31內。四個目標因此皆被同時地照明且同時地成像於感測器19及23上。在專用於疊對量測之實例中，光柵32至35自身為藉由在形成於基板W上之半導體元件之不同層中圖案化之上覆光柵形成的複合光柵。光柵32至35可具有經不同偏置之疊對偏移，以便促進經形成有複合光柵之不同部分之層之間的疊對之量測。光柵32至35亦可在其定向方面不同(如圖所示)，以便使入射輻射在X方向及Y方向上繞射。在一實例中，光柵32及34為分別具有為+d、-d之偏置之X方向光柵。此意謂光柵32使其上覆組件配置成使得若該等上覆組件皆被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達距離d。光柵34使其組件配置成使得若該等組件被完美地印刷，則將存在為d之偏移，但在與第一光柵相對之方向上，等等。光柵33及35為分別具有偏移+d及-d之Y方向光柵。雖然說明四個光柵，但另一實施例可能需要較大矩陣來獲得所要準確度。舉例而言，九個複合光柵之3×3陣列可具有偏置-4d、-3d、-2d、-d、0、+d、+2d、+3d、+4d。可在由感測器23俘獲之影像中識別此等光柵之分離影像。
圖5展示在使用來自圖3(d)之孔徑板13NW或13SE的情況下在圖3之裝置中使用圖4之目標而可形成於感測器23上且由感測器23偵測的影像之實例。雖然光瞳平面影像感測器19不能解析不同個別光柵32至35，但影像感測器23可解析不同個別光柵32至35。暗矩形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成像至對應圓形區域41中。在此圓形區域41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之分離影像42至45。以此方式，該等影像不必在感測器框架內之特定部位處極精確地對準，此情形總體上極大地改良量測裝置之產出率。然而，若成像程序經受橫越影像場之非均一性，則仍需要準確對準。在本發明之一實施例中，識別四個位置P1至P4，且使光柵與此等已知位置儘可能地對準。
一旦已識別光柵之分離影像，就可(例如)藉由對經識別區域內之選定像素強度值進行平均化或求和而量測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。可組合此等結果以量測微影程序之不同參數。疊對效能為此參數之重要實例。
圖6說明在使用(例如)全文以引用方式併入本文中之申請案WO 2011/012624中描述之方法的情況下如何經由組件光柵32至35之不對稱性(如藉由比較該等光柵在+1階暗場影像與-1階暗場影像中之強度所揭露)而量測含有該等光柵之兩個層之間的疊對誤差。在步驟S1處，經由圖2之微影製造單元而處理基板(例如，半導體晶圓)達一次或多次，以創製包括疊對目標32至35之結構。在S2處，在使用圖3之度量衡裝置的情況下，使用一階繞射光束中僅一者(比如，-1)來獲得光柵32至35之影像。接著，無論藉由改變照明模式或改變成像模式抑或藉由在度量衡裝置之視場中使基板W旋轉達180°，皆可獲得使用另一個一階繞射光束(+1)的光柵之第二影像(步驟S3)。因此，在第二影像中俘獲+1繞射輻射。
應注意，藉由在每一影像中包括一階繞射輻射之僅一半，此處所提及之「影像」不為習知暗場顯微術影像。將不解析個別光柵線。每一光柵將僅僅由具有某一強度位準之區域表示。在步驟S4中，在每一組件光柵之影像內小心地識別所關注區(ROI)，將自該ROI量測強度位準。之所以進行此識別係因為：特別是在個別光柵影像之邊緣周圍，強度值通常可高度地取決於諸如抗蝕劑厚度、組合物、線形狀以 及邊緣效應之程序變數。
在已識別針對每一個別光柵之ROI且已量測其強度的情況下，接著可判定光柵結構之不對稱性且因此判定疊對誤差。此判定係由影像處理器及控制器PU在步驟S5中比較針對每一光柵32至35之+1階及-1階所獲得之強度值以識別其強度之任何差及(S6)根據對光柵之疊對偏置之認識以判定在目標T附近之疊對誤差而進行。
在上文所提及之先前應用中，揭示用於使用上文所提及之基本方法來改良疊對量測之品質的各種技術。舉例而言，影像之間的強度差可歸因於用於不同量測之光學路徑之差，而非純粹地歸因於目標中之不對稱性。照明源11可使得照明光點31之強度及/或相位不均一。可藉由參考(例如)感測器23之影像場中的目標影像之位置而判定及應用校正以最小化此等誤差。此等技術在先前應用中得以解釋，且此處將不予以進一步詳細地解釋。該等技術可結合本申請案中新近揭示之技術而使用，現在將描述本申請案中新近揭示之技術。
在本申請案中，吾人提議使用分佈於橫越基板之部位處的具有三個或三個以上偏置之光柵以藉由圖6之方法來量測疊對。藉由針對具有至少三個不同偏置之光柵量測不對稱性，可修改步驟S6中之演算，以便校正目標光柵中之特徵不對稱性，諸如在實務微影程序中由底部光柵不對稱性(BGA)造成。橫越基板使用疊對誤差多參數模型使能夠將經疊對偏置光柵分佈於橫越基板之部位處，從而節省面積(real-estate)，此係因為沒有必要具有所有經疊對偏置光柵定位在一起之複式目標(compound target)。
在圖7中，曲線702說明針對具有零偏移之「理想」目標且在形成疊對光柵之個別光柵內無特徵不對稱性之情況下的疊對誤差OV與測定不對稱性A之間的關係。此等曲線圖僅用以說明本發明之原理，且在每一曲線圖中，測定不對稱性A及疊對誤差OV之單位係任意的。 下文將進一步給出實際尺寸之實例。
在圖7之「理想」情形中，曲線702指示出測定不對稱性A與疊對有正弦關係。正弦變化之週期P對應於光柵之週期。正弦形式在此實例中係純粹的，但在其他情況下可包括諧波。出於簡單起見，在此實例中假定(a)來自目標之僅一階繞射輻射到達影像感測器23(或其在一給定實施例中之等效者)，及(b)實驗目標設計係使得在此等一階內，在頂部光柵與底部光柵之間的強度與疊對之間引起純粹正弦關係。此情形實務上是否真實係依據光學系統設計、照明輻射之波長及光柵之間距P，以及目標之設計及堆疊。在二階、三階或高階亦貢獻於由感測器23量測之強度或目標設計將諧波引入於一階中的實施例中，熟習此項技術者可易於調適本申請案之教示以允許存在高階。
如上文所提及，可使用經偏置光柵以量測疊對，而非依賴於單一量測。此偏置具有在供產生該偏置之圖案化元件(例如，光罩)中界定之已知值，其充當對應於測定信號之疊對之晶圓上校準。在圖式中，用圖形說明演算。在步驟S1至S5中，針對分別具有偏置+d及-d之組件光柵獲得不對稱性量測A(+d)及A(-d)。使此等量測擬合於正弦曲線會給出如圖所示之點704及706。在知曉偏置的情況下，可演算真實疊對誤差OV。正弦曲線之間距P係自目標之設計所知。曲線702之垂直刻度開始時不為吾人所知，但為可由吾人稱為一階諧波比例常數K1 之未知因數。在使用具有不同已知偏置之光柵之兩個量測的情況下，吾人可求解兩個方程式以演算未知K1 及疊對OV。
圖8展示(例如)藉由處理步驟對底部光柵層之效應而引入特徵不對稱性之效應。「理想」正弦曲線702不再適用。然而，本發明之發明人已認識到，底部光柵不對稱性或其他特徵不對稱性至少大致具有將偏移加至不對稱性值A之效應，不對稱性值A橫越所有疊對值相對恆定。所得曲線在圖解中被展示為712，其中標註ABGA 指示歸因於特徵 不對稱性之偏移。藉由向多個光柵提供具有三個或三個以上不同偏置值之偏置方案，仍可藉由使量測擬合於偏移正弦曲線712且消除常數而獲得準確疊對量測。
對於用以說明經修改量測及演算之原理之簡單實例，圖8展示擬合於曲線712之三個量測點714、716及718。點714及716係自具有偏置+d及-d之光柵予以量測，其與針對圖7中之點704及706之量測相同。來自具有零偏置(在此實例中)之光柵之第三不對稱性量測被標繪於718處。使曲線擬合於三個點會允許使歸因於特徵不對稱性之恆定不對稱性值ABGA 與歸因於疊對誤差之正弦貢獻AOV 分離，使得可更準確地演算疊對誤差。
如已經提及，經修改步驟S6之疊對演算依賴於某些假定。首先，假定歸因於特徵不對稱性(例如，BGA)之一階強度不對稱性獨立於針對所關注疊對範圍之疊對，且結果，其可由恆定偏移K 0 描述。已在以模型為基礎之模擬中測試此假定之有效性。另一假定為：強度不對稱性表現為疊對之正弦函數，其中週期P對應於光柵間距。可藉由使用僅允許來自光柵之小數目個傳播繞射階之小間距-波長比率而將諧波之數目設計為針對以繞射為基礎之疊對小。因此，在一些實施例中，在運用一階諧波且在必要時運用二階諧波的情況下，對強度不對稱性之疊對貢獻可被假定為僅正弦。又，在目標設計中，線寬及間隔可用於最佳化，從而針對主要為一階諧波或前兩個或前三個諧波之存在進行調諧。
圖9示意性地展示圖案化元件M之總佈局。度量衡目標92可在功能元件圖案區域90之間包括於經施加圖案之切割道部分中。眾所周知，圖案化元件M可含有單一元件圖案，或元件圖案陣列(若微影裝置之場足夠大以容納元件圖案陣列)。圖9中之實例展示被標註為D1至D4之四個元件區域。切割道目標92經置放成鄰近於此等元件圖案區 域且置放於此等元件圖案區域之間。在諸如半導體元件之成品基板上，將藉由沿著此等切割道進行切割而將基板W分割成若干個別元件，使得目標之存在不會縮減可用於功能元件圖案之區域。在目標相比於習知度量衡目標小的情況下，其亦可部署於元件區域內，以允許橫越基板較緊密地監視微影及程序效能。元件區域D1中展示此類型之一些目標94。雖然圖9展示圖案化元件M，但在微影程序之後於基板W上再生相同圖案，且因此，此描述適用於基板W以及該圖案化元件。
圖10更詳細地展示圖案化元件M上之產品區域90中之一者，其更詳細地展示目標92及94。在基板上之每一場處產生及重複相同圖案。產品區域被標註為D且切割線區域被標註為SL。在元件區域90中，目標94係以所要密度散佈於產品特徵當中之不同部位處。在切割道區域SL中，提供目標92。舉例而言，目標92及94具有圖4所說明之形式，且可使用圖3之散射計之暗場成像感測器23予以量測。
圖11說明三個複合光柵結構，其橫越基板而分佈且具有可供本發明之實施例中使用之偏置方案，從而組合針對疊對量測之兩個正交方向之組件光柵。圖11展示三個實例目標111、112及113，其可用以藉由BGA校正來實施疊對模型參數量測。為了求解疊對，由於至少三個未知數K 0 、K 1 及疊對而需要至少三個偏置。
本發明之實施例可具有遍及待量測區域(場、晶粒或更小區域)而分佈之單經偏置光柵。諸如圖11所說明之其他實施例係與2×2目標設計相容。舉例而言，在運用記數法(偏置=+d、偏置=-d或偏置=0)的情況下，可使用在此實例中具有三個佈局之以下偏置方案而用光柵來產生10×10平方微米目標：
-目標111：+d,X；+d,Y,-d,Y；,-d,X
-目標112；+d,X；+d,Y,0,Y；,0,X
-目標113：0,X；0,Y,-d,Y；,-d,X
所有此三個目標亦可用以在使用對稱及不對稱一階諧波方法之情況下使用以光瞳偵測繞射為基礎之疊對(其限制條件為：散射計光點大小足夠小)或以暗場繞射為基礎之疊對方法來演算疊對之局域值。同時地，可比較局域結果與經重新演算至局域值但包括所有BGA校正及高階諧波校正之模型參數化模型(例如，所描述之六參數模型)之結果。應瞭解，本發明之實施例不限於僅兩個高階諧波。
此等目標之共同屬性為：在運用自上文所提及之先前專利申請案所知的以暗場影像為基礎之技術的情況下亦可全部讀出此等目標之疊對。此情形在無堆疊重新建構的情況下實現小目標處之經BGA校正疊對。
圖11展示具有三個不同偏置之複合光柵目標，其中X方向光柵及Y方向光柵兩者係橫越目標區域予以提供。展示針對每一方向之偏置方案，但當然，可設想其他方案，其限制條件為：在個別目標結構中包括橫越基板而分佈之至少兩個不同偏置，且較佳地為至少三個不同偏置。具有每一偏置值之X光柵及Y光柵並排，但彼情形並非必需的。X光柵及Y光柵係以交替圖案而彼此穿插，使得不同X光柵對角地隔開而非彼此並排，且Y光柵對角地隔開而非彼此並排。此配置可幫助縮減不同經偏置光柵之繞射信號之間的串擾。因此，整個配置允許緊湊目標設計，且有良好效能。雖然圖11中之組件光柵為正方形，但具有X組件光柵及Y組件光柵之複合光柵目標亦可經製成為具有狹長光柵。舉例而言，全文以引用方式併入本文中之公開專利申請案US20120044470中描述實例。
參看圖12，亦可使用每目標(每方向)一個經偏置光柵。舉例而言，為了考量K0 及K1 ，針對X方向存在五個未知參數(Tx 、Mx 、Rx 、K0x 、K1x )且針對Y方向存在五個未知參數(Ty 、My 、Ry 、K0y 、K1y )。 吾人接著可求解每方向至少五個方程式，因此，吾人需要每方向五個不對稱性量測。在此實例中，此意謂在具有可忽略雜訊之理想狀況下五個目標在每一方向上足夠(在圖12之實例中，存在五個目標且每一目標具有每方向一個經偏置光柵)。實務上，有用的是具有冗餘，例如，以對雜訊及可能模型誤差進行平均化。
為了考量三個參數K0 、K1 及疊對，需要三個不同偏置(例如，+d、0、-d)。在此實例狀況下，目標之數目(五個)高於偏置之數目(三個)。參看圖12，描繪五個目標且存在三個不同偏置(+d、0、-d)，但並非所有目標皆不同。圖12所描繪之組態仍足以判定此實例中之所有未知參數，如上文在具有可忽略雜訊之理想狀況下所提及。在具有比圖12所指示之冗餘更多之冗餘的情況下，可對雜訊進行平均化且可達成在針對X及Y之T、R及M方面之較好回覆。若實驗現實性比此6參數模型更複雜，則更多冗餘亦有用。
可藉由兩個經偏置光柵之不對稱性之直接比較而判定疊對誤差。疊對可經模型化以與不對稱性有以下單諧波關係：
其中A為經偵測之+1繞射階強度與-1繞射階強度之間的不對稱性，OV為疊對，P為目標光柵之間距，且K1 為一階諧波比例常數。在x方向上使用兩個光柵且在y方向上使用兩個光柵。典型以暗場繞射為基礎之疊對目標具有10×10平方微米之面積。
關於方程式1之單諧波方法之問題為：不能考量歸因於非線性之底部光柵不對稱性或比一階諧波更高之階。使用每疊對誤差量測僅兩個光柵會僅允許判定兩個未知數K1 及OV。任何高階項或不對稱項將需要較多光柵且因此需要較多空間。
實際上，歸因於來自光柵結構之信號之疊對的間距週期性，以 上關係針對不對稱性屬性為間距週期性函數之無限總和之截略(正弦級數)，且完整表達式(包括描述不對稱性貢獻之常數項，其可被認為是第一餘弦項)為：
高階K項K2 、K3 等等對於目標尤其重要，其中疊對目標在上部經疊對光柵與下部經疊對光柵之間具有相對小距離，因此具有強耦合。K0 項對於引入不對稱性之所有程序步驟重要。
有可能將光柵添加至基板上之一個部位中之目標，以便量測方程式(2)中之更多諧波。然而，此添加具有每目標面積增加之缺點。在一些狀況下，可接受的是將光柵添加至習知四光柵目標以給出總共六個以用於BGA校正。然而，對於許多產品上應用，不僅K0 而且K2 及可能K3 或更高係重要的。此將意謂進一步增加用於度量衡目標之面積，此情形不理想。
本發明之實施例結合用於非線性校正之底部光柵不對稱性項K0 及高階K項而求解疊對模型參數(亦即，不直接地判定每目標部位之疊對，而是使用六參數模型)。此係依靠組合遍及晶粒或遍及待針對疊對而量測及模型化之區域之目標分佈而達成。
一優點為：每目標面積不會增加。此外，該方法直接地僅求解半導體製造商所關注之模型參數，例如，平移、放大率及旋轉。此係因為彼等參數可在微影裝置中受到控制。此後，視需要，或出於驗證目的，可藉由自模型參數進行重新演算而局域地擷取疊對。
可藉由僅量測目標且最後量測遍及晶粒之經偏置光柵分佈而實施本發明之實施例。此後求解針對疊對之強度差量測及所需諧波。光柵具有橫越基板之偏置分佈。此分佈可為兩個、三個或三個以上偏置。所使用偏置之數目取決於多少諧波被考量。在單目標狀況下：若 僅K1 及疊對為未知數，則兩個偏置足夠；若K0 、K1 及疊對為未知數，則三個偏置足夠；若K0 、K1 、K2 及疊對為未知數，則四個偏置足夠，等等。在遍及場/晶粒之分佈之狀況(正如此實施例中之狀況)下，在一個區塊中求解彼情形(參見以下方程式)。應注意，遍及晶粒之此分佈以及x方向度量衡及y方向度量衡之解耦對於以影像為基礎之疊對(IBO)度量衡中之桿中桿(Bar-in-Bar,BiB)目標實驗上極困難。
對於K0 、K1 及K2 且在使用六參數場內模型的情況下，本發明之一實施例中之方程式組如下：
此處，n 為X光柵之數目及Y光柵之數目(但其未必需要相同)。此情形不同於n 指代正弦展開式中之諧波數目之其他記數法(此處m 用作諧波數目)。因此，n 不為不同偏置之數目，而為皆可具有不同偏置之不同光柵之數目。然而，數個不同光柵亦可具有相同偏置(但具有不同基板位置及不同局域疊對)，只要遍及待求解模型被施加之基板存在針對該模型之足夠數目個不同偏置即可。
光柵可處於切割道及晶粒兩者中。切割道光柵可能具有Km 值(其中m在此處代表諧波正弦級數中之K0 、K1 、K2 ，等等)，其不同於晶粒內光柵，此係因為處理及層可稍微不同。在模型中至Km(scribe) 及Km(in-die) 之分離在兩者擬合於同一模型化步驟中時可考量彼情形。
本發明之實施例使用大數目個(超)小目標之快速讀出且接著遍及場而非局域地在每一量測位點(目標被置放之基板部位)處求解用於模 型參數之測定資訊。光柵或目標之大數目允許提取一個以上疊對及一個以上K值。此外，藉由同時求解模型參數而發生雜訊平均化。
在圖7之論述中，第一假定為：Km 值(m=0、1、2、......)遍及求解模型參數所針對之基板部位而恆定。存在求解器以求解此多參數系統。此等求解器可為諸如最小平方非線性、信任區、萊文貝格-馬誇特(Levenberg-Marquardt)等等之模型，其(諸如)可用於掃描器及步進器中以校正疊對變形及柵格變形，使得吾人可直接地將散射計測定模型參數回饋至掃描器中。
然而，在一般狀況下，此假定歸因於自處理之局域堆疊及蝕刻變化而將不總是正確。在一實施例中，此情形係藉由(例如)依據晶圓基板上之半徑使Km 係數浮動而解決，儘管其可能增加信賴區間，但其導致經判定疊對之準確度改良。在一不同實施例中，係數可被認為遍及晶圓上之晶粒或場之部分而恆定，因此，遍及此部分不浮動，然而，在相鄰晶粒或場部分之間稍微變化。
本發明之一或多個實施例之一些潛在優點包括：在包括BGA校正及高階諧波非線性之情況下更準確地判定疊對。縮減對疊對之本質目標不對稱性貢獻。在不對稱性相對於疊對關係中考量高階項，此情形改良以暗場繞射為基礎之度量衡之線性。藉由對許多小目標或光柵進行平均化且演算模型參數作為每場「單一」步階，對量測上之雜訊進行平均化。又，對印刷誤差(例如，線邊緣粗糙度)及晶圓誤差進行平均化。
雖然上文所描述之目標結構為出於量測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元件之功能部件的目標上量測屬性。許多元件具有規則的類光柵結構。如本文所使用之術語「目標光柵」及「目標結構」不要求已針對正被執行之量測而特定地提供該結構。
與如在基板及圖案化元件上實現的目標之實體光柵結構相關聯地，一實施例可包括含有機器可讀指令之一或多個序列的電腦程式，該等機器可讀指令描述在基板上產生目標、在基板上量測目標及/或分析量測以獲得關於微影程序之資訊的方法。此電腦程式可執行於(例如)圖3之裝置中之單元PU及/或圖2之控制單元LACU內。亦可提供經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)。在屬於(例如)圖3所示之類型之現有度量衡裝置已經在生產中及/或在使用中的情況下，可藉由供應經更新電腦程式產品來實施本發明，該等經更新電腦程式產品用於使處理器執行經修改步驟S6且因此在對特徵不對稱性之敏感度縮減的情況下演算疊對誤差。該程式可視情況經配置以控制光學系統、基板支撐件及其類似者以執行步驟S2至S5以量測複數個合適目標結構上之不對稱性。
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。
特定實施例之前述描述將充分地揭露本發明之一般性質，使得在不脫離本發明之一般概念的情況下，其他人可藉由應用熟習此項技術者之認識針對各種應用而易於修改及/或調適此等特定實施例，而無不當實驗。因此，基於本文所呈現之教示及指導，此等調適及修改意欲係在所揭示實施例之等效者的涵義及範圍內。應理解，本文中之措辭或術語係出於(例如)描述而非限制之目的，使得本說明書之術語或措辭待由熟習此項技術者按照該等教示及該指導進行解釋。
本發明之廣度及範疇不應受到上述例示性實施例中任一者限制，而應僅根據以下申請專利範圍及其等效者進行界定。
應瞭解，【實施方式】章節而非【發明內容】及【中文發明摘要】章節意欲用以解釋申請專利範圍。【發明內容】及【中文發明摘要】章節可闡述如由本發明之發明人所預料的本發明之一或多個而非所有例示性實施例，且因此，不意欲以任何方式來限制本發明及附加申請專利範圍。
上文已憑藉說明特定功能及該等功能之關係之實施之功能建置區塊來描述本發明。為了便於描述，本文已任意地界定此等功能建置區塊之邊界。只要適當地執行指定功能及其關係，便可界定替代邊界。
特定實施例之前述描述將充分地揭露本發明之一般性質，使得在不脫離本發明之一般概念的情況下，其他人可藉由應用熟習此項技術者之認識針對各種應用而易於修改及/或調適此等特定實施例，而無不當實驗。因此，基於本文所呈現之教示及指導，此等調適及修改意欲係在所揭示實施例之等效者的涵義及範圍內。應理解，本文之措辭或術語係出於描述而非限制之目的，使得本說明書之術語或措辭待由熟習此項技術者按照該等教示及該指導進行解釋。
本發明之廣度及範疇不應受到上述例示性實施例中任一者限 制，而應僅根據以下申請專利範圍及其等效者進行界定。
90‧‧‧功能元件圖案區域/產品區域
92‧‧‧度量衡目標/切割道目標
94‧‧‧目標
D‧‧‧產品區域
M‧‧‧圖案化元件
SL‧‧‧切割線區域/切割道區域

Claims (15)

  1. 一種量測一微影程序之參數之方法，該方法包含如下步驟：(a)使用該微影程序以形成複數個目標結構，該複數個目標結構分佈於橫越基板之複數個部位處且具有橫越該等目標結構而分佈的具有一數目個不同疊對偏置值(overlay bias values)之在一第一方向上或在一第二方向上的經疊對週期性結構(overlaid periodic structures)，該等目標結構中至少一些包含數目少於不同疊對偏置值之該數目的經疊對週期性結構，其中在該第一方向上的該等經疊對週期性結構與在該第二方向上的該等經疊對週期性結構係以一交替圖案(alternating pattern)而彼此穿插(interspersed)；(b)照明該等目標結構且偵測由該等目標結構散射之輻射之不對稱性；(c)使用該等經偵測不對稱性以判定該等參數。
  2. 如請求項1之方法，其中使用該等經偵測不對稱性以判定該等參數之步驟(c)包括疊對誤差與不對稱性之間的一經假定非線性關係。
  3. 如請求項1或2之方法，其中使用該等經偵測不對稱性以判定該等參數之步驟(c)包含：使用分佈於橫越該基板之不同部位處且具有三個或三個以上不同各別疊對偏置值之三個或三個以上目標結構的經偵測不對稱性，以使用對該三個不同疊對偏置值之認識來判定該等參數。
  4. 如請求項1或2之方法，其中使用該等經偵測不對稱性以判定該等參數之步驟(c)包含：橫越該基板使用一疊對誤差多參數模型。
  5. 如請求項4之方法，其中該疊對誤差多參數模型包含表示平移、放大率、旋轉及基板座標之參數。
  6. 如請求項2之方法，其中該經假定非線性關係為一正弦函數，或視情況為彼此諧波地相關之正弦函數之一組合。
  7. 一種用於量測一微影程序之參數之檢測裝置，該裝置包含：一支撐件，其用於具有複數個目標結構之一基板，該複數個目標結構分佈於橫越該基板之複數個部位處且具有橫越該等目標結構而分佈的具有一數目個不同疊對偏置值之在一第一方向上或在一第二方向上的經疊對週期性結構，該等目標結構中至少一些包含數目少於不同疊對偏置值之該數目的經疊對週期性結構，其中在該第一方向上的該等經疊對週期性結構與在該第二方向上的該等經疊對週期性結構係以一交替圖案而彼此穿插；一光學系統，其用於照明該等目標結構且偵測由該等目標結構散射之輻射之不對稱性；一處理器，其經配置以使用該等經偵測不對稱性以判定該等參數。
  8. 如請求項7之檢測裝置，其中該處理器經配置以藉由包括疊對誤差與不對稱性之間的一經假定非線性關係而使用該等經偵測不對稱性以判定該等參數。
  9. 如請求項7或8之檢測裝置，其中該處理器經配置以藉由使用分佈於橫越該基板之不同部位處且具有三個或三個以上不同各別疊對偏置值之三個或三個以上目標結構的經偵測不對稱性以使用對該三個不同疊對偏置值之認識來判定該等參數而使用該等經偵測不對稱性以判定該等參數。
  10. 如請求項7或8之檢測裝置，其中該處理器經配置以藉由橫越該 基板使用一疊對誤差多參數模型而使用該等經偵測不對稱性以判定該等參數。
  11. 如請求項8之檢測裝置，其中該經假定非線性關係為一正弦函數，或視情況為彼此諧波地相關之正弦函數之一組合。
  12. 如請求項7或8之檢測裝置，其中該處理器經配置以在運用如下假定的情況下使用該等經偵測不對稱性以判定該等參數：歸因於該等週期性結構中之一或多者內之特徵不對稱性的對總體不對稱性之一貢獻對於所有疊對值恆定。
  13. 一種微影系統，其包含：一微影裝置，其包含：一照明光學系統，其經配置以照明一圖案；一投影光學系統，其經配置以將該圖案之一影像投影至一基板上；及一如請求項7至12中任一項之檢測裝置，其中該微影裝置經配置以使用來自該檢測裝置之量測結果以將該圖案施加至另外基板。
  14. 一種製造元件之方法，其中使用一微影程序將一元件圖案施加至一系列基板，該方法包括：使用一如請求項1至6中任一項之方法在該等基板中至少一者上檢測經形成為該元件圖案之部分或除了該元件圖案以外之至少一週期性結構；及根據該方法之結果而針對稍後基板控制該微影程序。
  15. 一種基板，其包含複數個目標結構，該複數個目標結構分佈於橫越該基板之複數個部位處且具有橫越該等目標結構而分佈的具有一數目個不同疊對偏置值之在一第一方向上或在一第二方向上的經疊對週期性結構，該等目標結構中至少一些包含數目少於不同疊對偏置值之該數目的經疊對週期性結構，其中在該 第一方向上的該等經疊對週期性結構與在該第二方向上的該等經疊對週期性結構係以一交替圖案而彼此穿插。
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