TWI572992B - 檢查裝置及方法、製造器件之方法 - Google Patents

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TWI572992B TW104121749A TW104121749A TWI572992B TW I572992 B TWI572992 B TW I572992B TW 104121749 A TW104121749 A TW 104121749A TW 104121749 A TW104121749 A TW 104121749A TW I572992 B TWI572992 B TW I572992B
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Description

檢查裝置及方法、製造器件之方法
本發明係關於可用於(例如)藉由微影技術進行器件製造之檢查裝置及關聯檢查方法。本發明進一步係關於製造器件之方法且係關於用於實施此等方法之電腦程式產品。
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，圖案化器件(其替代地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器件轉印至基板。
在微影程序中，需要頻繁地進行所產生結構之量測(例如)以用於程序控制及驗證。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，及用以量測微影裝置之疊對(在不同圖案化步驟中形成之圖案之間(例如，在一器件中之兩個層之間)的對準準確度)及散焦之特殊化工具。近來，已開發供微影領域中使用的各種形式之散射計。此等器件將輻射光束導向至目標上且量測散射輻射之一或多個性質--例如，依據波長而變化的在單一反射角下之強度；依據反射角而變化的在一或多個波長下之強度；或依據反射角而變化的偏振--以獲得可供判定目標之所關注性質之「光譜(spectrum)」。可藉由各種技術來執行所關注性質之判定：例如，藉由諸如嚴密耦合波分析或有限元素方法之反覆途徑而進行的目標結構之重新建構；庫搜尋；及主成份分析。
舉例而言，WO 20120126718中揭示用於判定結構參數之方法及裝置。US20110027704A1、US2006033921A1及US2010201963A1中亦揭示方法及散射計。由此等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照明光點(亦即，光柵填充不足)。除了用以判定在一個圖案化步驟中製造的結構之參數之散射量測以外，方法及裝置亦可應用於執行以繞射為基礎之疊對量測。
使用繞射階之暗場影像偵測之以繞射為基礎之疊對度量衡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。可在國際專利申請案US2010328655 A1及US2011069292 A1中找到暗場成像度量衡之實例，該等專利申請案之文件的全文係據此以引用方式併入。已公佈專利公開案US20110027704A、US20110043791A、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、US20130271740A及WO2013178422A1中已描述該技術之進一步開發。此等目標可小於照明光點且可由晶圓上之產品結構環繞。可使用一複合光柵目標而在一 個影像中量測多個光柵。已開發用於使用經修改小目標進行聚焦及劑量量測的相似技術。文件WO2014082938 A1及US2014/0139814A1中分別揭示判定微影裝置之劑量及聚焦之方法。所有所提及申請案之內容亦以引用方式併入本文中。
因此，在已知以強度為基礎之散射計中，藉由量測由適當目標繞射之輻射之強度來推斷諸如疊對、CD及聚焦之所關注參數。舉例而言，在使用暗場成像之以繞射為基礎之度量衡中，藉由以為了分離地獲得-1繞射階強度及+1繞射階強度之方式量測目標來獲得結果。針對給定光柵比較此等強度會提供目標中之不對稱性之量測。可接著取決於目標之形式而將測定不對稱性轉換成疊對、聚焦或劑量之量測，該目標經特定設計以具有對所關注參數敏感之不對稱性。
已知實例及方法僅使用非相干光源來量測散射輻射之強度。目標之重新建構為在不具有關於目標之先前資訊的情況下不能解決的不適定逆問題。為了解決在使用當前檢查裝置時之不適定逆問題，需要相對大目標結構以用於提取所關注參數。相似地，運用小目標之已知暗場成像度量衡僅量測不同繞射階之強度，且不理想地，量測對程序誘發性變化敏感。亦即，量測並不區分歸因於所關注參數之不對稱性與藉由程序變化造成的不對稱性或其他變化。
在US2012243004A1中，提議調適上文所描述之類型之散射計以執行相干傅立葉散射量測。此修改之目的為獲得繞射光譜之相位資訊，以及強度資訊。相位資訊之可用性允許較確信重新建構。US2012243004A1中所揭示之方法需要捕捉及比較多個繞射光譜以獲得相位資訊。因此，其招致產出率之損失，亦即，可在給定時間內進行較少量測。在高容量製造環境中，應最大化產出率以及準確度。
本發明旨在提供可自繞射光譜獲得並利用相位資訊，同時更適 合用於高容量製造環境中的光學檢查裝置及度量衡方法。
在一第一態樣中，本發明提供一種用於量測一目標結構之性質之檢查裝置，該裝置包含一輻射源，及結合一光學系統之一影像偵測器，該光學系統界定以下光束路徑：- 一照明路徑，其用於自該輻射源接收輻射，該照明路徑形成具有一選定照明剖面之一照明輻射光束且將該照明輻射聚焦至一基板上之一目標上；- 一收集路徑，其用於收集來自該目標之繞射輻射且將該繞射輻射之一選定部分遞送至該影像偵測器；及- 一參考路徑，其用於自該輻射源接收輻射且將一參考輻射光束遞送至該影像偵測器以便干涉該繞射輻射，其中該影像偵測器包含用於捕捉二維影像之一像素陣列，其中該照明路徑及該參考路徑中之至少一者包括一器件，該器件用於使該參考輻射之一光學頻率移位使得該影像偵測器處之輻射強度包括具有對應於該繞射輻射之頻率與該參考輻射之該頻率之間的一差之一特性頻率之一時變分量，且其中該影像偵測器包含一鎖定影像偵測器，該鎖定影像偵測器可參考該特性頻率操作以記錄每一像素的表示該時變分量之振幅及相位兩者之資訊。
在一些實施例中該裝置包括一處理器，該處理器用於處理該經記錄振幅及相位資訊以演算該目標之一性質之一量測結果。
該裝置在一些實施例中可操作以演算對於多個目標之不對稱性之量測。該處理器可經進一步配置以使用該等量測及該等目標之已知特性來演算用以形成該等目標之一微影程序之一效能參數。舉例而言，該效能參數可為疊對、聚焦及劑量中之一者。
該鎖定影像偵測器可位於該收集路徑之一光瞳平面中或該收集 路徑之一影像平面中。
在另一態樣中，本發明提供一種用於量測一目標結構之性質之方法，該方法包含如下步驟：(a)運用自一輻射源發射且具有一選定照明剖面的一照明輻射來照明一基板上之一目標；(b)收集來自該目標之繞射輻射且將該繞射輻射之一選定部分遞送至一影像偵測器，該影像偵測器包含用於捕捉二維影像之一像素陣列；(c)將自該輻射源發射之一參考輻射光束遞送至該影像偵測器以便干涉該繞射輻射，其中步驟(a)及(c)包括在該參考輻射與該照明輻射之間引入一光學頻率移位，使得該影像偵測器處之輻射強度包括具有對應於該頻率移位之一特性頻率之一時變分量；且其中步驟(b)包括將該影像偵測器作為在該特性頻率下的一鎖定影像偵測器操作，以記錄二維影像該時變分量之振幅及相位兩者。
本發明又進一步提供一種製造器件之方法，其中器件特徵及度量衡目標係藉由一微影程序而形成於一系列基板上，其中一或多個經處理基板上之該等度量衡目標之性質係藉由根據如上文所闡述的本發明之一方法或檢查裝置予以量測，且其中該等測定性質係用以調整該微影程序之參數以用於另外基板之處理。
本發明在其他態樣中提供電腦程式產品，該等電腦程式產品含有用於實施一或多個實施例之該方法之步驟的機器可讀指令之一或多個序列。該電腦程式產品可包含儲存於一非暫時性機器可讀媒體中之該等指令。
0‧‧‧零階射線
+1‧‧‧一階射線
-1‧‧‧一階射線
100‧‧‧檢查裝置
102‧‧‧輻射源
104‧‧‧透鏡
106‧‧‧顯微鏡接物鏡/透鏡系統
108‧‧‧第一移頻器/聲光調變器(AOM)
110‧‧‧第二移頻器/聲光調變器(AOM)
112‧‧‧鎖定影像偵測器
114‧‧‧頻率源
116a‧‧‧鏡面
116b‧‧‧鏡面
116c‧‧‧鏡面
118a‧‧‧鏡面
118b‧‧‧鏡面
120‧‧‧鏡面
122‧‧‧鏡面
124‧‧‧光束分光器(BS)
126‧‧‧光束分光器(BS)
128‧‧‧孔徑板/孔徑/孔徑光闌
130‧‧‧場光闌
132‧‧‧影像感測器
136‧‧‧收集光學路徑之光瞳
138‧‧‧目標光柵/疊對目標
140‧‧‧照明光點/經照明光點
142-A‧‧‧影像
142-φ‧‧‧相位影像
144(0)‧‧‧0階
144(+1)‧‧‧+1階繞射信號
144(I)‧‧‧照明斑塊
602‧‧‧步驟
603‧‧‧步驟
604‧‧‧步驟
606‧‧‧步驟
608‧‧‧步驟
610‧‧‧步驟
612‧‧‧步驟
614‧‧‧步驟
701‧‧‧步驟
702‧‧‧步驟
702'‧‧‧步驟
703‧‧‧步驟
704‧‧‧步驟
704'‧‧‧步驟
705‧‧‧步驟
705'‧‧‧步驟
706‧‧‧步驟
706'‧‧‧步驟
800‧‧‧檢查裝置
802‧‧‧成像透鏡/光學系統
842‧‧‧目標光柵
843‧‧‧目標光柵
844‧‧‧目標光柵
845‧‧‧目標光柵
846-A‧‧‧振幅影像
846-φ‧‧‧相位影像
850‧‧‧圓形區域
852‧‧‧矩形區域/影像
853‧‧‧矩形區域/影像
854‧‧‧矩形區域/影像
855‧‧‧矩形區域/影像
910‧‧‧步驟
920‧‧‧步驟
930‧‧‧步驟
940‧‧‧步驟
950‧‧‧步驟
960‧‧‧步驟
1010‧‧‧光楔
1102‧‧‧輻射源
1103‧‧‧偏振元件
1104‧‧‧調變元件
1105‧‧‧光學組件
1106‧‧‧顯微鏡接物鏡
1107‧‧‧光學組件
1108‧‧‧固定分析器
1112‧‧‧鎖定偵測器
a‧‧‧經照明象限
a0‧‧‧零階反射
a-1‧‧‧一階繞射信號
AD‧‧‧調整器
b‧‧‧經照明象限
b0‧‧‧零階反射
b+1‧‧‧一階繞射信號
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
DE‧‧‧顯影器
ds1‧‧‧原始樣本
ds2‧‧‧原始樣本
ds3‧‧‧原始樣本
ds4‧‧‧原始樣本
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
M1‧‧‧光罩對準標記
M2‧‧‧光罩對準標記
MA‧‧‧圖案化器件/光罩
MT‧‧‧支撐結構/光罩台
O‧‧‧光軸/軸線
P1‧‧‧基板對準標記
P2‧‧‧基板對準標記
PM‧‧‧第一定位器
PS‧‧‧投影系統
PU‧‧‧處理單元/影像處理器及控制器
PW‧‧‧第二定位器
RO‧‧‧基板處置器或機器人
ROI‧‧‧所關注區
SC‧‧‧旋塗器
SCS‧‧‧監督控制系統
SO‧‧‧輻射源
T‧‧‧光柵目標/度量衡目標
TCU‧‧‧塗佈顯影系統控制單元
W‧‧‧基板
WTa‧‧‧基板台
WTb‧‧‧基板台
現在將參看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件，且在該等圖式中：圖1描繪微影裝置；圖2描繪微影製造單元或叢集；圖3之(a)為根據本發明之一實施例的包括鎖定影像偵測器之檢查裝置的示意圖，其中(b)為用於給定照明方向之入射及繞射射線的細節；圖4說明圖3之(a)之裝置中之鎖定影像偵測器之操作的原理；圖5之(a)及(b)說明在使用處於不同照明模式之圖3之(a)之裝置的情況下獲得繞射圖案之振幅及相位分量；圖6描繪用於自圖5之(a)或(b)中所展示的類型之繞射圖案重新建構結構的實例程序；圖7(a)及圖7(b)分別描繪用於自圖5之(a)或(b)中所展示的類型之繞射光譜判定疊對或其他效能參數之實例程序；圖8之(a)為根據本發明之另一實施例的包括鎖定影像偵測器之檢查裝置的示意圖，其經調適以用於運用小目標之暗場成像度量衡；圖8之(b)描繪當使用圖8之(a)之裝置來執行量測時之基板上之複合目標及量測光點之輪廓；圖8之(c)描繪在圖8之裝置中獲得之圖8之(b)之目標的振幅及相位影像；圖9描繪用於使用圖8之(a)之裝置中之暗場成像來判定疊對或其他效能參數的實例程序；圖10之(a)為根據本發明之另一實施例的包括鎖定影像偵測器之檢查裝置的示意圖，其經調適以用於運用小目標之暗場成像度量衡，其中(b)為用於給定照明方向之入射及繞射射線的細節；及圖11說明其中使用鎖定成像偵測器以執行橢圓偏振量測或偏振量測的檢查裝置。
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器件(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，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)PS，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導向、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)圖案化器件。支撐結構以取決於圖案化器件之定向、微影裝置之設計及其他條件(諸如，圖案化器件是否被固持於真空環境中)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以固持圖案化器件。支撐結構可為(例如)框架或台，其可根據需要而固定或可移動。支撐結構可確保圖案化器件(例如)相對於投影系統處於所要位置。可認為本文中對術語「比例光罩」或「光罩」之任何使用皆與更一般之術語「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 中產生圖案的任何器件。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器件(諸如，積體電路)中之特定功能層。
圖案化器件可為透射的或反射的。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。
本文所使用之術語「投影系統」應被廣泛地解譯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」之任何使用皆與更一般術語「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)。替代地，裝置可屬於反射類型(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。亦可將浸沒液體應用於微影裝置中之其他空間，例如，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。
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)合適導向鏡面及/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。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)上之圖案化器件(例如，光罩MA)上，且係由該圖案化器件而圖案化。在已橫穿光罩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，干涉量測器件、線性編碼器、2D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。
所描繪裝置可用於步進模式或掃描模式中。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。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)。
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，上文所提及之類型之可程式化鏡陣列)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所展示，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)之此等器件係在塗佈顯影 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。
為了正確且一致地曝光由微影裝置曝光之基板，需要檢查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)等等之性質。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光進行調整，尤其是在檢查可足夠迅速地且快速地進行而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工--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。
使用檢查裝置以判定基板之性質，且詳言之判定不同基板或同一基板之不同層之性質如何在層與層之間變化。
檢查裝置可整合至微影裝置LA或微影製造單元LC中，或可為單機器件。為了實現最快速量測，需要使檢查裝置緊接在曝光之後量測經曝光抗蝕劑層中之性質。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--且並非所有檢查裝置皆具有足夠敏感度來進行潛影之有用量測。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--或在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後進行經顯影抗蝕劑影像之量測。後者可能性限制重工有缺陷基板之可能性，但仍可提供有用資訊。
用於以散射量測為基礎之度量衡之外差式干涉量測系統
本文揭示經修改檢查裝置及關聯方法，其中使用鎖定影像偵測器以使用外差式干涉量測技術來執行散射量測及/或暗場成像。經修改裝置提供散射目標之全場繞射圖案之量測，包括振幅及相位而非僅強度量測。可獲得關於諸如臨界尺寸(CD)之參數之目標形狀資訊，且裝置亦可用以獲得相位資訊以改良疊對、聚焦或劑量之量測。
應注意，類似元件符號貫穿諸圖係指類似組件。
圖3之(a)以簡化形式描繪實施外差式干涉量測技術之檢查裝置100。圖3之(b)中更詳細地說明光柵目標T及繞射射線。裝置100包含一輻射源102及關聯透鏡104、面對目標T之一接物鏡106、第一移頻器108、第二移頻器110及鎖定影像偵測器112。此等組件配置於有效地界定四個光束路徑之光學系統中。遵循此等路徑中之每一者之射線係以圖3之(a)中之不同線型式指示。與在已知裝置中一樣，存在用於照明目標之照明路徑(實線射線)及用於收集繞射輻射且遞送至偵測器112之收集路徑(虛線射線)。另外，在此裝置中提供包括第一移頻器108之第一參考路徑(點線)及包括第二移頻器110之第二參考路徑(點劃線)。頻率源114將參考頻率提供至移頻器108及110，以及提供至鎖定影像偵測器112。處理單元PU自鎖定影像偵測器112接收影像資料。
此實例中之影像偵測器112處於與接物鏡106之光瞳平面共軛之平面中。在此平面中，吾人發現目標T之繞射光譜之一部分。在下文待描述之其他實例中，鎖定影像偵測器112處於目標T之影像之平面中。在本描述中，軸線u及v被定義為係指與光瞳平面共軛的平面中之位置，而軸線x及y被定義為係指影像平面中之位置。與在已知裝置中一樣，鎖定影像偵測器112可遞送用於光瞳平面中之任何位置之強度值I(u,v)。然而，另外，頻率移位之參考光束及用於鎖定偵測器之合適參考頻率之供應意謂此實例中之影像偵測器可分離地提供用於每一位 置之振幅值A(u,v)及相位值φ(u,v)。
可在許多不同佈局中實施所提及光束路徑，且此處僅出於設計原理之說明之目的而示意性地展示鏡面116a、116b、116c、118a、118b、120、122及光束分光器(BS)124、126之特定組態。圖式中未展示將包括於實務系統中之眾多組件，包括(例如)透鏡或其他聚焦元件。可易於自已知裝置調適此等組件且無需對其進行詳細地描述。亦可提供用於不同功能(例如，聚焦，或不同類型之量測)之額外光束路徑。
輻射源102可為單色相干光源(例如，窄線寬雷射)。藉由使用相干光源，裝置變得對光學路徑長度之差較不敏感且干涉量測變得可行。非相干光源(及諸如光學濾光器之額外組件)可用於圖3之光學配置中，其限制條件為：路徑長度差可忽略。
在照明路徑中，可定義所要照明剖面。作為此定義之簡單實施，將合適形式之孔徑板128置放於光束分光器126與鏡面120之間。因為孔徑板定義在與接物鏡106之光瞳平面共軛之平面中之空間強度分佈，所以效應為選擇照明輻射照射於基板上之角度範圍。在所說明實例中，孔徑板128具有一給定形式以選擇離軸照明模式。藉由使用不同孔徑，其他照明模式係可能的。其餘光瞳平面理想地係暗的，此係因為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之(b)所展示，光柵目標T經置放為基板W垂直於接物鏡106之光軸O。自與軸線O成一角度而照射於目標T上之照明射線I引起一個零階射線(線0)及兩個一階射線(線+1及-1)。應記住，在運用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T及其他特徵之基板區域的許多平行射線中之一者。在提供複合光柵目標的情況下，該目標內之每一個別光柵將引起其自有繞射光譜。因為板128中之孔徑具有有限寬度(為接納有用量之光所必要)，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，而非如所展示之單一理想射線。應注意，光柵間距及照明角度可經設計或經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之(b)所說明之+1階射線被展示為稍微離軸，以純粹地使其能夠在圖解中被更容易地區分。
場光闌130可提供於鏡面122與116c之間。此實例中之場光闌130用以阻擋零階繞射光束。場光闌130在收集路徑中位於與接物鏡106之背向光瞳平面共軛之平面中，該場光闌130可在下文中被稱作「收集光瞳」或「偵測光瞳」。接著在暗場模式中偵測繞射光譜(而不與其他實例中所描述之暗場成像模式混淆)。
圖3所展示之孔徑板128及場光闌130之特定形式純粹地為實例。在其他實例中，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。在又其他實例中，代替一階光束或除了一階光束以外，亦可在量測中使用二階、三階及高階光束(圖3中未繪示)。為了使照明可適應於此等不同類型之量測，孔徑板128可包含圍繞一圓盤而形成之數個孔徑圖案，該圓盤旋轉以使所要圖案處於適當位置。替代地或另外，可提供及調換一組板128，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光調變器之可程式化照明器件。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。
如所提及，偵測器112在本裝置中為相位敏感鎖定影像偵測器。鎖定偵測通常被稱為可由含有資訊之信號之「加標籤」部分執行窄帶(因此，執行低雜訊)偵測之技術。藉由在(例如)遠離雜訊頻率之所選擇頻率ω D 下調變所關注信號來將該信號加標籤。鎖定感測器被鎖定在所選擇頻率ω D 以記錄所關注信號且忽略其他信號或雜訊。在本裝置 中，使用包含二維像素陣列之相位敏感鎖定影像偵測器，每一像素提供一鎖定感測器函數。相對頻率移位應用於繞射光束及參考光束中之入射。此等光束頻率之間的差拍頻率係用作用於鎖定影像偵測器之鎖定頻率。以此方式，裝置可用以執行外差式干涉量測學以獲得振幅及相位資訊。
圖4說明鎖定在頻率ω D 之鎖定影像偵測器112的操作原理。與在已知裝置中一樣，影像感測器132包含光偵測像素之二維陣列。該陣列之軸線被標註為u及v，其中p(x,y)表示在感測器之位置(u,v)處之像素。圓圈136表示收集光學路徑之光瞳，其中(在圖3之實例中)將發現目標T之繞射光譜。
圖4中之曲線圖展示在像素p(u,v)處記錄之照明強度I(t)的時間演進。習知影像偵測器將簡單地整合此強度歷時曝光時間間隔且輸出每像素單一強度。然而，在鎖定影像偵測器中，在貫穿參考頻率之週期(1/ωD)之時間間隔下對每一像素p(u,v)處之輻射分離地取樣多次(ds1、ds2、ds3、ds4)。對於本實例，假定存在每週期分離達90°的四個取樣點。在假定強度波形I(t)含有與參考頻率ωD同步的正弦分量的情況下，此將向如所說明之樣本ds1至ds4給出不同值。可遍及若干週期整合樣本ds1至ds4以獲得信號s1、s2、s3、s4。以此方式，將對強度波形之不與參考頻率同步之頻率分量進行平均化，且四個值s1至s4允許演算經同步分量之相位及振幅。舉例而言，可藉由如下公式演算經同步分量之振幅A、相位φ及dc偏移B：
可將此分量之強度演算為I=A2。
影像感測器132可(例如)為經調適CMOS影像感測器。應注意，單光子突崩二極體(SPAD)、CCD或任何其他合適感測器亦可用作偵測器。熟習此項技術者將能夠調適已知鎖定方法及/或相位敏感偵測方法以偵測如本文所描述之振幅及相位影像。雖然圖3展示出自鎖定影像偵測器112之振幅及相位值，但是在偵測器自身中抑或在處理單元PU內演算此等值係設計選擇問題。實務上，可方便的是，處理單元PU自鎖定影像偵測器接收原始樣本ds1至ds4或經整合值s1至s4且接著視需要執行振幅、相位、強度之演算。亦應注意，無需以值A及φ之形式表達振幅及相位資訊。用於每一像素之振幅及相位資訊可由一對分量向量U及V表示。容易藉由根據眾所周知之關係將振幅及相位表達為複數來進行此等表達形式之間的轉換：U+iV=Aeiφ
返回至圖3，裝置100包含移頻器108、110，該等移頻器108、110用以實現用於外差式干涉量測技術及用於改良型正規化函數的鎖定偵測。移頻器之數目及頻率調變技術可經選擇為與應用要求匹配。舉例而言，移頻器可為電光調變器、光纖調變器、磁光調變器、基於塞曼效應之調變器，及/或較佳為聲光調變器。出於實例起見，移頻器108、110可為聲光調變器(AOM)。
如由熟習此項技術者所知，AOM藉由在晶體中設置聲波而操作。此等波在晶體內形成一種移動布拉格光柵，其中移動速度係藉由驅動頻率予以判定。在布拉格體系(為了滿足布拉格條件)中聚焦至AOM上之入射光(在頻率ω下)主要繞射成分離達聲布拉格角兩倍的一階輸出光束及零階輸出光束。AOM內之「光柵」之運動亦造成一階輸出光束之頻率頻率移位達ω+m△ω，其中m=1對應於一階繞射且△ω對應於調變頻率。對於一階繞射光，頻率之頻率移位等於AOM之調變 頻率。移頻器(AOM)108、110可由處於不同調變頻率之頻率源114驅動，使得(例如)△ω 1可為30kHz，△ω 2可為100kHz。頻率之此小移位不具有對散射/繞射效應之影響。只要鎖定影像偵測器自與AOM相同之頻率源接收鎖定影像偵測器之參考信號，確切頻率及相位就不重要。
在使用頻率移位△ω 1的情況下，檢查裝置100實施一種外差式干涉量測技術且因此允許在偵測器112處量測繞射圖案之振幅及相位而非僅量測強度。
在(例如)N.Kumar等人之「Phase retrieval between overlapping orders in coherent Fourier scatterometry using scanning」(Journal of the European Optical Society-Rapid publications，歐洲，第8卷，2013年7月，ISSN 1990-2573)中描述出於此目的用以獲得相位資訊之先前途徑。Kumar之參考包括上文所提及之專利申請案US2012243004A1中所描述之著作。(例如)在G.E.Sommargren之Applied Optics(第20卷，第4期，第610至618頁(1981年))及M.Pitter等人之Optics Letters(第29卷，第11號，6月1日(2004年))中揭示基於外差式干涉量測學之配置。US 5923423 A中揭示用於偵測及分析晶圓表面缺陷之外差式散射計。如已經所提及，此等已知途徑通常需要多個量測及掃描移動以存取相位資訊，且因此，並非非常良好地適合於高容量製造中之檢查。M.Pitter等人之「CMOS cameras for phase sensitive imaging」(Institute of Biophysics，Imaging and Optical Science University of Nottingham，UK，在http：//www.physics.ox.ac.uk/lcfi/FastImSem/Pitter.pdf下公佈)中揭示相位敏感偵測技術及相位敏感成像之應用實例。根據本申請案，將相似於由Pitter揭示之鎖定影像偵測器的鎖定影像偵測器應用於以散射量測及/或繞射為基礎之度量衡以量測微影程序之參數。
在圖3之檢查裝置100中，由輻射源102發射之輻射光束由光束分光器124及126分裂成三個光束(一照明光束、一第一參考光束及一第 二參考光束)，且該等光束中之每一者遵循一特定光學路徑。
由照明光束遵循之照明路徑及收集路徑相似於已知散射計之照明及收集路徑。然而，在本實例中，輻射源102發射具有頻率ω之單色輻射。孔徑128向具有頻率ω之照明光束給出所要剖面，且具有頻率ω之照明光束經由接物鏡106而聚焦至基板W上。接物鏡106具有高數值孔徑(NA)，較佳為至少0.9且更佳為至少0.95。在使用浸沒技術的情況下，散射計可甚至具有數值孔徑大於1之透鏡。入射輻射(仍在頻率ω下)係由基板W上之目標繞射成繞射光譜。至少0階光束及視情況高階光束係由接物鏡106收集且返回導向至鏡面122。鏡面122經由場光闌130及鏡面116c將散射/繞射輻射導向至鎖定影像偵測器112。將由偵測器112偵測之信號輸出至處理器及控制器PU，且用於將取決於正被執行之量測之特定類型之演算中。
為了使收集光瞳可適應於不同類型之量測，場光闌130可包含圍繞一盤碟而形成之數個孔徑圖案，該圓盤旋轉以使所要圖案處於適當位置。替代地或另外，可提供及調換一組場光闌130，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光調變器之可程式化場光闌器件。可使用移動鏡面或稜鏡作為用以調整收集/成像模式之另一方式。在此實施方式及申請專利範圍中對場光闌之參考應被解譯為包括允許選擇待在收集路徑中透射的目標之繞射光譜之所要部分之任何器件。
應回想，此實例中之偵測器112使接物鏡之背向光瞳平面「重新成像」。光瞳平面為輻射之徑向位置定義入射角且角度位置定義輻射之方位角之平面。偵測器112亦可位於處於透鏡系統106之焦距的背向投影式光瞳平面中。繞射光譜之僅選定部分入射於偵測器上。此等光譜之哪些部分係取決於：(i)照明之選定方向；(ii)繞射階之角展度，其取決於目標光柵相對於照明波長λ之週期性；及(iii)由場光闌130進 行之光譜之部分之選擇。對於以繞射為基礎之度量衡，吾人假設高階中之至少一者包括於選定部分中(例如，+1及/或-1階)。然而，在僅包括0階的情況下散射量測係可能的，且不排除具有此配置之實施例。自圖3向前貫穿此描述，出於方便之目的將使用術語「繞射圖案」或「繞射光譜」。除非上下文另有要求，否則不意欲包括或排除繞射光譜之特定部分。假定使用本發明之基於外差式干涉量測技術之檢查裝置。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。
為了實施外差式干涉量測技術，遵循第一參考路徑之第一參考光束係經由鏡面116a而導向至移頻器(AOM)108。第一參考光束之頻率係由AOM移位至頻率ω+△ω 1，且接著頻率移位之第一參考光束(亦即，一階繞射光束)係由鏡面116b、116c導向至偵測器112。
遵循第二參考路徑之額外第二參考光束係經由光束分光器124及126而導向至移頻器(AOM)110。第二參考光束之頻率係由AOM移位至(不同)頻率ω+△ω 2。頻率移位之第二參考光束(亦即，一階繞射光束)接著係由鏡面118a、118b導向至鏡面120。自鏡面120，頻率移位之第二參考光束遵循與照明光束遵循之光學路徑相同的光學路徑。因此，在頻率ω+△ω 2下之頻率移位之第二參考光束經由顯微鏡接物鏡106而聚焦至基板W上、返回反射及導向至偵測器112。第二參考光束不同於照明光束，此係因為其不具有特定照明剖面。
在此組態中，在頻率ω下之繞射光束、在頻率ω+△ω 1下之第一參考光束及在頻率ω+△ω 2下之第二參考光束在偵測器112處重疊，從而在偵測器處產生干涉圖案。
由於頻率移位，此等干涉光束設置特性及「差拍」頻率。該三個干涉光束產生具有以下四個差拍頻率之信號：△ω 1、△ω 2、△ω 2-△ω 1、△ω 2+△ω 1。可使用鎖定影像偵測器使用關於圖4已經描述之原理來分離 地偵測此等信號。
使資訊與測定散射信號相關聯且在由干涉信號產生之信號中編碼資訊(藉由將鎖定參考頻率ω D 設定至△ω 1、△ω 2或△ω 2-△ω 1中之一選定頻率，可視需要獨立地擷取以下資訊信號中之任一者)：
●自鎖定在頻率△ω 1之信號：在每一像素p(u,v)處之量測信號(其為目標T之繞射光譜之選定部分)相對於第一參考光束之振幅、相位及強度。在假定參考光束橫越偵測光瞳具有恆定或至少良好定義的相位的情況下，則此差拍頻率下之信號之相位直接表示自目標T繞射之光學信號之相位。可在每一像素處獨立偵測此相位。
●自鎖定在頻率△ω 2之信號：量測信號相對於第二參考光束之振幅、相位及強度。在吾人之申請案中，此信號並非必需用於遠場繞射量測。然而，基於上文所引用之Kumar等人之教示，該信號可用於其他目的，包括(例如)聚焦估計。對於此教示，Kumar等人之參考案之內容據此係以引用方式併入本文中。
●自鎖定在頻率△ω 2-△ω 1之信號：可獲得參考信號且將參考信號用於強度正規化。
可忽視在△ω 2+△ω 1下之信號。
原則上，單一鎖定影像偵測器可在任何給定時間擷取此等信號中之僅一者。為了擷取此等資訊信號中之一個以上資訊信號，偵測器112可在所關注頻率中之每一者處經順序地頻率鎖定，以一個接一個地記錄所關注信號。替代地，亦可並行地使用若干偵測器，以同時獲得不同資訊信號。替代地，在單一鎖定影像偵測器112內實施四個以上取樣及整合電路，以便同時地區分多個頻率分量。
在已詳細地介紹裝置之形式及功能的情況下，吾人現在將描述裝置及各種資訊信號之實務應用，且現在將描述裝置及方法之替代實例。
在光學度量衡中對強度正規化之應用
參看上文所提及之最後資訊信號，處理單元PU使用強度正規化資訊以補償照明源102之強度變化，使得該等強度變化不會變得被認為是目標性質之變化。相比於在已知散射計中由正規化參考光束遵循之路徑，本實例中之第二參考光束遵循通過光學系統之路徑，該路徑幾乎相同於由用於實際量測中之照明及收集路徑遵循之路徑。因此，此信號允許量測結果之更準確正規化。藉由應用特定頻率移位及鎖定偵測，確保第二參考光束可遵循與繞射輻射之照明及偵測相同的路徑，而不會影響第一資訊信號。相反，儘管其遵循相同路徑且使用相同偵測器(不同於已知裝置)，但繞射信號不影響強度正規化之量測。
出於正規化之目的，強度影像I(u,v)可足夠，但當然可視需要擷取相位資訊。
對以繞射為基礎之度量衡/散射量測之應用
眾所周知，可供執行散射量測及以繞射為基礎之度量衡之方法眾多，且此處將僅描述幾個實例，以說明通常適用之新技術之應用。下文所揭示之實例之共同點在於：運用相位資訊來捕捉繞射輻射。換言之，所捕捉之影像具有可被視為複數或向量而非每像素簡單純量值之像素值。因為向量表示週期性函數之相位資訊，所以其亦可被稱作「相量」。
運用光瞳影像偵測之應用實例
圖5之(a)及(b)展示所獲得的對應於兩個照明模式之可形成於偵測器112上且由偵測器112偵測的繞射圖案影像之實例。在該圖之每一部分之中心處，展示目標光柵138，目標光柵138在此實例中係由照明光點140填充不足，照明光點140係由度量衡裝置之照明光束形成。圖式中未圖示的是，此光柵138可為形成複合目標之組件格柵的較大光柵集合之部分。該光柵係一維的，其在X方向上具有週期性。亦將提供 Y方向光柵，及/或具有傾斜線或二維週期性之光柵。
圖5之(a)及(b)之實例描繪在如下狀況下之操作：其中鎖定偵測器112被鎖定在(例如)等於△ω 1之頻率。在此狀況下，如上文所解釋，偵測器112將在頻率△ω 1下僅「看到」資訊信號，該資訊信號係由在頻率ω下已由目標T繞射之光束與在頻率ω+△ω 1下已實質上自照明源直接出現之第一參考光束之間的干涉產生。在每一圖中在左側處說明由給定形式之孔徑板128提供之照明剖面。偵測器112允許量測光場之相位φ及振幅A且(視需要)量測經偵測信號之強度I。為了說明由偵測器112關聯之振幅及相位之分離，在圖之每一部分中在右側處表示兩個分離經偵測影像。影像142-A及142-φ分別捕捉經偵測信號之振幅及相位。將複合像素值展示為兩個不同影像純粹係說明性的。可將該兩個不同影像處理為兩個分離影像或視為具有複合像素值之單一影像(相似於一數位色彩相片中之不同色彩通道)。如上文所提及，亦可演算強度影像，但圖式中未展示此強度影像。又，如上文所提及，可間接經由電場之一對正交分量向量Ex及Ey表達振幅及相位分量。關於A及φ之值之表達為一個選擇問題。此外，完全有理由應使用強度及相位(I及φ)來代替振幅及相位。
在圖5之(a)中，照明剖面界定遠離光軸之單一照明斑塊144(I)。此為圖3中所說明之實例。歸因於場光闌130之作用，僅+1階繞射信號可見，其被標註為144(+1)。其他繞射階(包括以144(0)處之點線輪廓指示之0階)係由場光闌130阻擋，或甚至不進入接物鏡(例如，圖3(b)中所看到之-1階，及高於一階之階)。可利用離軸照明圖案之此使用以自繞射光柵(疊對目標)獲得間距為可在使用習知圓形對稱之照明孔徑的情況下成像之最小間距之一半的清晰一階信號。然而，通常需要獲得-1階繞射信號以供比較。因此，此配置需要在不同條件下在旋轉目標抑或改變照明模式或成像模式時量測目標兩次，以分離地獲得-1 繞射階及+1繞射階。
在圖5之(b)之實例中，自圖3之檢查裝置100移除場光闌130，且用圖5之(b)之分段孔徑光闌128替換圖5之(a)之孔徑光闌128。此類型孔徑具有被標註為a及b的兩個經照明象限，該兩個經照明象限在照明光瞳中彼此直徑上對置，其中暗象限在該兩個經照明象限之間。因此，被標註為a0及b0之零階反射及被標註為a-1、a+1、b-1及b+1之一階繞射信號在經偵測影像142-A及142-φ中可見。因為照明孔徑之其他象限暗且更通常因為照明圖案具有180°旋轉對稱性，所以繞射階a-1及b+1在經偵測影像中「自由」，此意謂其不與來自照明孔徑之其他部分之零階或高階信號重疊。可利用經分段照明圖案之此性質以自繞射光柵(疊對目標)獲得間距為可在使用習知圓形對稱之照明孔徑的情況下成像之最小間距之一半的清晰一階信號。同時，可自相同(複合)影像之不同區提取兩個相對一階信號，使得沒有必要進行分離量測。已知申請案US 20100201963中描述此繞射圖案及可利用此繞射圖案以供散射量測之方式，其中下文為另外實例。
目標重新建構程序之應用實例
在結合諸如目標T之目標結構之模型化及其繞射性質而使用上文所描述之檢查裝置的情況下，可以數種方式執行目標之形狀及其他參數之量測。在由圖6表示之此程序之實例中，演算基於目標結構(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所觀測到繞射圖案。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佳擬合。在運用習知散射計的情況下，吾人可僅比較經模型化繞射圖案與所觀測到繞射圖案之間的強度，但在運用圖3之裝置的情況下，可比較振幅及相位(或強度及相位)。在以下論述中，振幅及相位(或強度及相位)將被縮寫成「振幅/強度及相位」。此片語亦應被理解為涵蓋如上文所論述表達式之替代 形式。
更詳細地參看圖6，出於此描述，將假定目標在僅1個方向上(1-D結構)係週期性的。實務上，其可在2個方向上(2維結構)係週期性的，且將相應地調適處理。
602：使用諸如上文所描述之彼等散射計的散射計來量測目標之遠場繞射圖案(包括相位資訊)。將此測定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。因此擷取關聯光學場之繞射信號強度(I)及/或振幅(A)及相位(φ)。
603：建立「模型配方」，其依據數個參數ai(a1、a2、a3等等)定義目標結構之經參數化模型。在1-D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。目標材料及底層之性質亦由諸如折射率(在存在於散射量測輻射光束中之特定波長下)之參數表示。重要的是，雖然目標結構可由描述其形狀及材料性質之許多參數定義，但出於以下程序步驟之目的，模型配方將定義此等參數中之許多參數具有固定值，而其他參數將為可變或「浮動」參數。先前申請案揭示可在固定參數與浮動參數之間作出選擇之程序。此外，此等先前申請案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6之目的，僅可變參數被認為是參數pi。
604：藉由設定用於浮動參數之初始值ai (0)(亦即，a1 (0)、a2 (0)、a3 (0)等等)來估計模型目標結構。將在配方中所定義之某些預定範圍內產生每一浮動參數。
606：在(例如)使用諸如RCWA之嚴密光學繞射方法或馬克士威(Maxwell)方程式之任何其他求解程序的情況下，使用表示所估計目標結構之參數(包括形狀)連同模型之不同元素之光學性質以演算散射性質。此演算給出所估計目標結構之所估計或模型繞射圖案。在先前 申請案中，吾人將經模型化遠場繞射圖案轉換成簡單強度值，但本申請案中之步驟606保持振幅/強度及相位或向量Ex、Ey之分離值而以任何方便形式表達振幅/強度及相位。
608、610：接著比較測定繞射圖案(振幅/強度及相位)與模型繞射圖案，且使用測定繞射圖案(振幅/強度及相位)與模型繞射圖案之相似性及差用以演算用於模型目標結構之「優質函數(merit function)」。對於此步驟，在考慮到可以各種方式表達步驟602及606中獲得之振幅/強度及相位的情況下，通常將方便的是針對兩個步驟選擇相同表達形式。另外，步驟608中之比較可涉及一些預轉換。
612：在假定優質函數指示模型需要在其準確地表示實際目標結構之前得以改良的情況下，估計新參數a1 (1)、a2 (1)、a3 (1)等等且將該等新參數反覆地回饋至步驟606中。重複步驟606至612。
為了輔助搜尋，步驟606中之演算可在參數空間中之此特定區中進一步產生優質函數之偏導數，其指示增加或減低參數將會增加或減低優質函數之敏感度。優質函數之演算及導數之使用在此項技術中通常為吾人所知，且此處將不對其進行詳細描述。
614：當優質函數指示此反覆程序已以所要準確度收斂於一解時，將當前所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所估計目標結構來演算所估計模型繞射圖案。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606處所演算之所估計或模型繞射圖案。若以與步驟602中所產生之測定圖案相同的形式表達所演算圖案，則會簡化比較。舉例而言，可容易比較經模型化光瞳圖案與藉由圖3之裝置量測之光瞳圖案。舉例而言，WO 2012126718中進一步詳述用於判定結構參數之程序。
振幅/強度及相位兩者之比較可被預期用以改良反覆程序之穩固性，此係因為存在可區分不同模型參數之效應之更多資訊。可依據縮減之計算負擔(例如，所需之較少反覆及/或所需之較少可變參數)及/或依據最終結果之較大準確度實現改良型效能。以上所提及之先前申請案US2012243004A1提供在目標重新建構中相位資訊之使用的更詳細說明。
流程圖未說明之另一方法使用預演算之繞射圖案庫，來代替在進行每一量測時演算模型。藉由在庫中搜尋與所觀測到繞射圖案最佳匹配之圖案且接著觀察用以產生該庫圖案之形狀及其他參數值來獲得所關注參數之量測。可藉由將振幅/強度影像及相位影像兩者用作用於在庫中找到最佳匹配圖案之準則而使庫搜尋更有差別。亦可使用在庫中搜尋接著進行反覆修改之組合來實施混合式方法。
運用與差拍頻率△ω 1同步的鎖定影像偵測器112來執行以上量測。可在藉由將鎖定頻率設定至△ω 2-△ω 1期間在方便時間執行用於強度正規化之量測，如上文所描述。替代地，可與在△ω 1下之量測並行地操作具有鎖定頻率△ω 2-△ω 1之分離偵測分支。可在圖6之方法中在適當階段(亦即，在步驟602與608之間的某時)將正規化應用於測定繞射圖案。在自繞射圖案提取關鍵參數以供與模型比較之實例中，通常將在提取關鍵參數之前對原始振幅/強度資料執行正規化。
應用實例：光瞳平面中之以繞射為基礎之疊對
參看圖7(a)及圖7(b)，上文所提及之其他先前申請案揭示可如何藉由簡單觀測繞射圖案中之不對稱性來量測微影程序之各種效能參數。舉例而言，可自來自由偵測器112量測之目標138的圖5之(a)或(b)之繞射圖案推斷疊對量測。疊對目標中之光柵138包含在基板上之第一層及第二層中之形成於彼此之頂部上的兩個光柵。亦可使用關於其他特定形成目標之不對稱性以量測除了疊對以外之參數，(例如)以量 測微影程序之聚焦或劑量效能。此等技術涉及以非理想聚焦或劑量設定引起每一光柵線之不對稱形狀之方式在該等線之一側或另一側上之精細特徵。疊對之另一形式為藉由多重圖案化程序製造之交錯線之間的疊對。疊對度量衡之實例中所描述之本發明之技術可易於適應於所有此等類型之度量衡。可藉由比較自使用偵測器112捕捉的一對繞射圖案影像(如在圖5之(a)中)或自使用偵測器112捕捉的同一繞射圖案內之不同區(圖5之(b))提取之+1階與-1階之強度來獲得用於(例如)光柵138之不對稱性信號。
圖7(a)展示適用於圖5之(a)中所描繪之情形中的實例程序，其中在兩個分離量測中在偵測器112處記錄繞射光譜之相對部分(例如，+1階及-1階)。在步驟701處，經由圖2之微影製造單元來處理基板(例如，半導體晶圓)一或多次，以產生包括疊對目標138之結構。在702處，在使用圖3之度量衡裝置運用左側之圖5之(a)之孔徑板128的情況下，獲得圖5之(a)之+1階繞射圖案。在703處，藉由(例如)旋轉目標或改變照明模式而獲得a-1階繞射圖案。
在步驟704中，視情況在步驟702及703處獲得之繞射圖案內識別所關注區(ROI)，將自該所關注區量測強度位準。此步驟是否必需係取決於繞射圖案在供找到選定繞射階之區144(+1)等等外部是否可能含有雜訊。
在已識別用於每一繞射階之ROI且量測每一繞射階之強度的情況下，可接著判定光柵結構之不對稱性，且因此判定疊對誤差(或其他參數)。藉由影像處理器及控制器PU在步驟705中比較用於目標138之+1階與-1階而獲得的振幅/強度值(及視情況相位)以識別該等階之強度之任何差來進行此判定。在步驟705處演算振幅/強度差以獲得用於每一光柵之不對稱性之量測。在步驟706處，自不對稱性量測且自光柵之疊對偏置之知識，處理器演算目標T附近之疊對誤差。
現在，雖然繞射光譜之不對稱性之量測為用以在經完美實施程序中量測疊對之良好方式，但實際上其他因素(諸如，頂部或底部光柵特徵中之程序誘發性不對稱性)可不理想地影響結果。材料及形狀之其他變化同樣可縮減自不對稱性量測推斷之疊對量測之準確度。來自鎖定影像偵測器112的除了振幅/強度資訊以外的相位資訊之可用性可用以改良準確度，而無需採取進一步量測。可在步驟705中比較兩個繞射圖案之相位影像142-φ以獲得關於所觀測不對稱性之類型(原因)的額外資訊。替代地或另外，在步驟705中比較振幅或強度之後，來自相位影像之資訊可用以演算在步驟706處執行之所關注參數之演算中之校正。替代地或另外，可將相位資訊應用於演算在步驟705中進行比較之前的測定振幅或強度中之校正。作為一特定應用，可應用相位資訊以演算用於所捕捉影像之聚焦校正。此等聚焦校正可應用於(例如)在步驟704中或以用以更準確地提取所要繞射階之另一方式來更準確地界定ROI。
圖7(b)極相似於圖7(a)，且為在圖5之(b)中所描繪之情形中執行之等效程序的實例。應回想，在使用具有(例如)圖5之(b)之孔徑板128的圖3之度量衡裝置的情況下，在一個量測中但在(複合)影像之不同部分中記錄+1繞射階及-1繞射階兩者。因此，步驟702及703係由單一步驟702'替換，在步驟702'中，同時地記錄+1繞射階及-1繞射階兩者。接著，在步驟704'中，在步驟702'處獲得之繞射圖案內謹慎地識別兩個所關注區(ROI)，以提取繞射光譜之選定相對部分(在此實例中，+1及-1繞射階)，將自該兩個所關注區量測強度位準(視情況量測相位)。在已識別用於每一繞射階之ROI且量測每一繞射階之振幅/強度(視情況相位)的情況下，可接著在步驟705'及706'處判定光柵結構之不對稱性且因此判定所關注參數(諸如，疊對誤差)。可在步驟704'、705'及/或706'中使用相位資訊以改良準確度，如針對圖7(a)所 解釋。
應用實例：暗場成像度量衡
如【先前技術】中所提及，用於以繞射為基礎之度量衡之另一類型之檢查裝置使用暗場成像來代替光瞳影像偵測。實務上，如所參考先前申請案中所展示，用於暗場成像功能及光瞳平面成像之光學系統可共用許多組件，且兩種類型之裝置可有用地組合於單一市售裝置中。如在先前申請案中所說明，可藉由將光束分裂成不同分支來提供暗場成像功能及光瞳成像功能。替代地，可提供可移動組件以將光學系統之單一分支轉換成一種形式而非另一形式。出於簡單起見，以下之實例僅僅具有暗場成像功能。又，實際產品中之光學系統將包括許多輔助組件，諸如，透鏡及偏振器。為了清楚起見，此等組件在圖式中未被展示。
圖8之(a)描繪檢查裝置800，其經調適以執行暗場成像，且併有鎖定影像偵測器及移頻器以實施外差式干涉量測技術。該光學配置大體上相同於圖3之配置，且相同元件符號係用於等效組件。此處將僅描述差異。與圖3之裝置之主要差異為成像透鏡802(或透鏡系統)之供應。自目標T散射之輻射以及參考光束係由光學系統802聚焦以在鎖定影像偵測器112上形成基板W上之目標T之影像。亦即，偵測器112現在處於與目標平面共軛之平面中，而非與接物鏡106之光瞳平面共軛之平面中。此平面中之座標被標註為x及y，而非u及v。如自參考案已知，採用暗場成像操作模式允許使用較小目標，且允許同時地進行對多個小目標之量測。此情形可帶來益處，此係因為其使用基板上之較小空間，且因為可維持高量測產出率以用於大量製造中之度量衡應用。
圖8之(b)描繪根據已知實務形成於基板上之複合目標。該複合目標包含四個光柵842至845，該四個光柵842至845緊密地定位在一起， 使得其將皆在照明光點840內。成像透鏡802將影像平面提供於偵測器112上，其中目標T之影像將聚焦於該平面上。僅繞射光譜之選定一階光譜對影像之形成做出貢獻，而另一一階光譜係由接物鏡之孔徑或由場光闌130排除。因此，每一「影像」並非可解析光柵線之習知影像。(形成習知影像需要至少兩個繞射階干涉)。實情為，當使鎖定影像偵測器112與差拍頻率△ω 1同步時，每一光柵呈現為光之斑塊，其強度取決於繞射至繞射光譜之選定部分中之能量。
在專用於疊對量測之實例中，光柵842至845自身為包含在形成於基板W上之半導體器件之不同層中圖案化的上覆光柵之疊對光柵。光柵842至845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842至845亦可在其定向方面不同(如所展示)，以便在X方向及Y方向上繞射入射輻射。在一實例中，光柵842及844為分別具有+d及-d之偏置之X方向光柵。光柵843及845為分別具有偏移+d及-d之Y方向光柵。目標設計及偏置方案之許多變化為吾人所知且視需要適用。雖然說明四個光柵，但另一實施例可能需要更大矩陣以獲得所要準確度。目標可經調適使得其不對稱性之量測可用以獲得除了疊對以外的參數之量測，如已經提及。此等參數之實例為微影程序中之聚焦及劑量。
圖8之(c)展示在圖8之(a)之裝置中使用圖8之(b)之目標及亦展示於圖8之(c)中之孔徑板128的情況下可由偵測器112偵測的振幅影像(846-A)及相位影像(846-φ)之實例。暗矩形表示偵測器112上之影像之場，在此場內，基板上之經照明光點140成像至對應圓形區域850中。在此場內，矩形區域852至855表示小目標光柵842至845之「影像」。若光柵位於產品區域中，則在此影像場之周邊中亦可看見產品特徵。影像處理器及控制器PU使用圖案辨識來處理此等影像846-A及846-φ，以識別光柵842至845之分離影像852至855。一旦已識別光柵之分 離影像，就可針對每一光柵自如上文所描述之量測信號擷取諸如光學場之平均強度及相位及振幅之性質。可在以不同目標定向或成像模式或照明模式獲得之影像之間比較測定強度/振幅及/或相位，以獲得每一光柵中之不對稱性之量測。藉由比較關於經不同偏置光柵之不對稱性，處理單元PU或分離電腦可演算微影程序之疊對或參數之量測。
舉例而言，藉由比較用於給定光柵之測定信號以推斷該光柵中之不對稱性來獲得根據已知實務之疊對量測結果，且疊對光柵中之不對稱性可用作疊對誤差之指示符。
圖9說明使用上文所描述之裝置及目標來量測疊對的基本方法。此實例中之方法係基於使用圖3及圖4之裝置之申請案US 2011027704中描述的方法。原則上，含有圖8之(b)之組件光柵之兩個層之間的疊對誤差係經由如藉由比較該等光柵在+1階及-1階暗場影像中之強度所揭露的該等光柵之不對稱性予以量測。在步驟910處，經由圖2之微影製造單元而處理基板(例如，半導體晶圓)一或多次，以產生包括形成度量衡目標之疊對光柵842至845之結構。
在920處，在使用圖8之度量衡裝置且運用與差拍頻率△ω 1同步的鎖定影像偵測器112的情況下，使用一階繞射光束中之僅一者(比如-1)來獲得光柵842至845之(複合)影像。接著，不管是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旋轉基板W達180°，皆可獲得使用另一一階繞射光束(+1)的光柵之第二(複合)影像(步驟930)。因此，在第二影像中捕捉用於每一光柵之+1繞射輻射。是否可在每一影像中捕捉所有光柵842至845或是否需要移動裝置或基板以便在分離影像中捕捉光柵為設計選擇問題。在任一狀況下，假定經由鎖定影像偵測器112而捕捉所有組件光柵之第一及第二影像。
在步驟940中，在每一組件光柵之影像內謹慎地識別所關注區(ROI，參見圖8之(c))，將自該所關注區量測強度位準。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。
在已識別用於每一個別光柵之ROI且橫越ROI量測每一個別光柵之強度的情況下，可接著判定光柵結構之不對稱性，且因此判定疊對誤差。如先前申請案中所描述，藉由影像處理器及控制器PU在步驟950中比較用於每一影像852至855之+1階及-1階而獲得的振幅/強度值及/或相位值以識別該等階之強度之任何差來進行此判定。在步驟950處演算強度差以獲得用於每一光柵之不對稱性之量測。在步驟960處，自不對稱性量測且自光柵之疊對偏置之知識，處理器演算目標T附近之疊對誤差(或其他所關注參數)。
以相似於關於圖7所解釋之方式的方式，經由鎖定影像偵測器112獲得之相位資訊可與振幅及/或強度資訊組合以改良演算所關注參數之量測之準確度。
相位資訊亦允許光瞳平面中之「經濾波」信號之模型化。影像平面中量測之信號可經傅立葉濾波，且光瞳平面中之「經濾波信號」可接著經模型化。可藉由影像處理器及控制器PU執行模型化。光瞳平面中之經濾波信號之重新建構在(例如)目標結構接近於產品結構之狀況下或在所關注區外部之不均質性之狀況下改良量測品質。相位資訊可用以計算上推斷及抵消在資料後處理期間之聚焦誤差。量測品質接著得以進一步改良。
圖10之(a)展示暗場成像檢查裝置之另一實例。圖10之(a)之實例相似於圖8之實例，但經修改以同時地捕捉鎖定影像偵測器之不同區段上之+1階影像及-1階影像兩者。此修改係基於已公佈專利申請案US2011102753 A1中所描述之發明，該專利申請案之內容據此以引用方式併入。
在此組態中，經修改孔徑板128經選擇以僅在照明光瞳之中心處 提供照明。如圖10之(b)所展示，此意謂入射射線I垂直入射於目標T上，從而導致一階繞射光束徑向地在光軸O之任一側，而零階光束沿著收集路徑及沿著光軸O行進。經修改場光闌130濾出除一階繞射光束之外的所有繞射光束。
傳遞通過場光闌130之+1繞射階及-1繞射階中之每一者可隨後由各別光楔1010發散。此情形允許兩個一階繞射光束彼此分離使得其產生「雙視覺」效應。因此，在偵測器上之不同地點捕捉繞射光譜之相對部分，且可分離地提取及處理繞射光譜之相對部分。以此方式，僅需要單一成像步驟以獲得不對稱性量測。圖10之(a)之裝置包含沿著x軸對準以在x方向上分離+1繞射階及-1繞射階的光楔1010。替代地，光楔1010可沿著y軸對準以在y方向上分離+1繞射階及-1繞射階，或可使用四個光楔1010之集合，其中該等光楔1010中之一者係沿著x軸對準且另一者沿著y軸對準，從而在x及y方向上分離+1繞射階及-1繞射階。
可在方便時間以與上文針對圖6之程序所描述之方式相同的方式藉由將鎖定頻率設定成△ω 2-△ω 1來執行強度正規化。
變化
代替將參考光束之頻率移位或除了將參考光束之頻率移位以外，用以獲得繞射圖案之照明路徑亦可包括移頻器。在繞射信號及參考光束兩者經頻率移位的情況下，由(例如)經頻率移位之照明光束與經頻率移位之第一參考光束之間的干涉產生的所得差拍頻率值可接著縮減至較低值，甚至縮減至幾赫茲。較低頻率可准許使用具有對獲取頻率之較寬鬆規範的影像感測器。然而，此較低獲取頻率可較不適用於無需此高量測產出率之應用中。
在圖8之裝置中，第一參考光束係由置放於鏡面116c之後及偵測器112之前的成像透鏡802聚焦至偵測器112上。相比之下，在圖10之 (a)之裝置中，第一參考光束係由置放於成像透鏡802之後及偵測器112之前的鏡面116c導向至偵測器112。可取決於應用在實務器具中實施任一配置。
應注意，在圖3、圖8及圖10之裝置中，例如中性密度濾光器之衰減器件(圖中未繪示)可置放於第一參考路徑中之某處，以調整經頻率移位之第一參考光束之強度以在特定狀況下與繞射信號之強度相容。可使衰減度可變。舉例而言，藉由電動化中性密度濾光器輪使衰減度可變。
聚焦校正可藉由分析由0階繞射光束與一階繞射光束之間的干涉產生的干涉圖案來達成。
圖11展示運用經同步鎖定成像偵測器以執行偏振量測及橢圓偏振量測的偏振調變之使用。此可為單機器具，但亦可為用於使用圖3、圖8或圖10之檢查裝置100執行的選用操作模式。由輻射源1102產生之照明光束可由偏振元件1103偏振。調變元件1104以高頻率週期性地調變照明光束之偏振狀態。舉例而言，此調變元件可置放於偏振元件1103之後。調變元件可由旋轉偏振元件(例如，旋轉偏振器、EOM等等)來達成。照明光束接著用以經由光學組件1105及顯微鏡接物鏡1106來照明目標T。因為照明光束之偏振係在偏振旋轉元件之頻率下旋轉，所以自目標繞射的經由光學組件1107導向至鎖定偵測器1112的光亦含有在相同頻率下變化的強度及/或偏振之時變分量。藉由將固定分析器1108引入至檢查裝置100中(例如，在鎖定偵測器1112之前)，藉由將偵測器1112鎖定在旋轉頻率下，可提取信號之振幅及相位。所量測信號之振幅及相位可接著用以提取目標之偏振量測參數。此實例中之複合影像資料可(例如)表示偏振向量之振幅及角度。
該設置亦可與固定偏振器及旋轉分析器一起工作。代替旋轉偏振器，可使用電光調變器。
結論
本文所揭示之方法及關聯檢查裝置實現以下益處中之一或多者。
散射目標之遠場繞射圖案之量測係藉由實施相位敏感外差式干涉量測技術來達成。遠場繞射圖案之量測允許擷取(例如)繞射信號強度以及關聯光學場之振幅及相位。此情形打開了基於散射目標之測定複合遠場繞射圖案來執行完整目標重新建構的可能性。(例如)重新建構程序(例如，CD重新建構或完整目標重新建構)之準確度將接著得以增加。
以強度為基礎之散射計需要較大目標以便自測定光強度擷取臨界度量衡參數(例如，CD、疊對及聚焦)。本文所揭示之技術賦能全場量測，從而促進不適定逆散射問題之解析。可遞送對逆問題(經散射場至散射目標)之良好定義且較準確的解決方案。此解決方案實現將度量衡目標置放於晶圓上所需之空間的顯著縮減。
在量測不對稱性且將不對稱性供特定目標直接使用以在不執行重新建構的情況下演算所關注參數之量測之實例中，相位資訊之可用性允許所演算量測對形狀或處理之其他參數之變化較不敏感。可在所關注參數之演算內使用相位資訊，或相位資訊可用以對所演算值施加校正。
提供高解析度及準確量測之能力為度量衡中之基本挑戰。度量衡系統經受許多雜訊源(例如，光學雜訊源、電子雜訊源、機械雜訊源)。用於雜訊縮減之一般方法為使用參考偵測器(例如，光電二極體)以量測強度波動(從而遞送參考信號)，且接著使用參考信號以縮減所關注測定信號中之雜訊。然而，此一般方法之效能歸因於參考路徑相比於所關注信號之路徑之光學分量、電子分量及機械分量中之差而受限制。如上文所揭示之第二參考光束之供應允許相同光束路徑待用於 參考路徑以及所關注信號兩者。可以適當頻率參考使用一個偵測器，以量測所關注信號及參考信號兩者。此外，藉由基於外差式干涉量測技術進行量測，有可能移除DC雜訊源。
基於外差式干涉量測技術之度量衡裝置允許在耦接至較高功率「局域振盪器」(亦即，第一參考光束)時顯著縮減曝光劑量(亦即，用於目標照明之低光學強度)且達成相同信雜比(SNR)。此度量衡裝置可用以(例如)獲得改良型SNR，而不增加光學劑量及/或積分時間。此情形將允許藉由增加參考光束之功率而進行暗晶圓(低散射晶圓)之量測。如上文所提及，可添加電動化ND濾光器以使參考光束在強度方面可調諧。
在以下編號條項中提供根據本發明之另外實施例：
1. 一種用於量測一目標結構之性質之檢查裝置，該裝置包含：一輻射源，及與一光學系統結合之一影像偵測器，該光學系統界定以下光束路徑：- 一照明路徑，其用於自該輻射源接收輻射，該照明路徑形成具有一選定照明剖面之一照明輻射光束且將該照明輻射聚焦至一基板上之一目標上；- 一收集路徑，其用於收集來自該目標之繞射輻射且將該繞射輻射之一選定部分遞送至該影像偵測器；及- 一參考路徑，其用於自該輻射源接收輻射且將一參考輻射光束遞送至該影像偵測器以便干涉該繞射輻射，其中該影像偵測器包含用於捕捉二維影像之一像素陣列，其中該照明路徑及該參考路徑中之至少一者包括一器件，該器件用於使該參考輻射之一光學頻率移位使得該影像偵測器處之輻射強度包括具有對應於該繞射輻射之頻率與該參考輻射之該頻率之間的一差之一特性頻率之一時變分量， 且其中該影像偵測器包含一鎖定影像偵測器，該鎖定影像偵測器可參考該特性頻率操作以記錄每一像素的表示該時變分量之振幅及相位兩者之資訊。
2. 如條項1之檢查裝置，其中該照明路徑包括用以定義橫越該光學系統之一照明光瞳之一非均一照明剖面的一器件。
3. 如條項1或2之檢查裝置，其中該收集路徑包括一收集光瞳平面中之一場光闌，該場光闌在操作中穿過至該目標之一繞射光譜之僅選定部分。
4. 如條項3之檢查裝置，其中該參考路徑繞過該場光闌以運用該參考輻射照明該影像偵測器。
5. 如前述條項中任一項之檢查裝置，其進一步包含一處理器，該處理器用於處理該所記錄振幅及相位資訊以演算該目標之一性質之一量測結果。
6. 如條項5之檢查裝置，其中該光學系統可操作以分離地記錄來自該目標之一繞射光譜之至少兩個選定部分之振幅及相位資訊，該處理器經配置以使用來自至少兩個選定部分之該所記錄振幅及相位資訊來演算該目標之一性質之一量測結果。
7. 如條項6之檢查裝置，其中該至少兩個選定部分包含該繞射光譜之相對部分，且該性質為不對稱性。
8. 如條項7之檢查裝置，其中該裝置可操作以演算關於多個目標之不對稱性之量測，且其中該處理器經進一步配置以使用該等量測及該等目標之已知特性來演算用以形成該等目標之一微影程序之一效能參數。
9. 如條項8之檢查裝置，其中該收集路徑中之該光學系統包括成像光學件，該成像光學件經配置以將來自該目標上之不同部位之繞射輻射遞送至該影像偵測器上之不同部位，且該處理器經配置以自該影 像偵測器之不同區中之像素提取用於多個目標之振幅及相位資訊。
10. 如條項6、7或8之檢查裝置，其中該收集路徑中之該光學系統經配置以將該繞射光譜之該至少兩個選定部分遞送至該影像偵測器上之不同部位，且該處理器經配置以自該影像偵測器之對應區中之像素提取用於每一部分之振幅及相位資訊。
12. 如條項10之檢查裝置，其中該收集路徑中之該光學系統包括成像光學件，該成像光學件經配置以將來自該目標上之不同部位之繞射輻射遞送至該影像偵測器上之不同部位；且進一步包括光束轉向光學件，該光束轉向光學件經配置成使得對於該目標上之每一部位，該繞射輻射之該等選定部分經導向至該目標上之不同部位；且該處理器經配置以自該影像偵測器之對應區中之像素提取用於該目標上之每一部位及該繞射輻射之每一選定部分之振幅及相位資訊。
13. 如條項5至12中任一項之檢查裝置，其中該收集路徑中之該光學系統經配置以在該偵測器上形成該收集路徑之一光瞳平面之一影像，使得該影像偵測器記錄表示該目標之該繞射光譜之一或多個選定部分的一繞射圖案，且該處理器經配置以比較用於該繞射光譜之一或多個部分之該所記錄振幅及相位資訊與對應於一候選目標結構之經模型化振幅及相位資訊。
14. 如條項5至13中任一項之檢查裝置，其中該收集路徑中之該光學系統經配置以在分離影像捕捉操作中將該繞射光譜之至少兩個選定部分遞送至該影像偵測器，且該處理器經配置以組合來自至少兩個影像捕捉操作之資訊以演算該目標之一性質。
15. 一種用於量測一目標結構之性質之方法，該方法包含如下步驟：(a)運用自一輻射源發射且具有一選定照明剖面的一照明輻射來照明一基板上之一目標； (b)收集來自該目標之繞射輻射且將該繞射輻射之一選定部分遞送至一影像偵測器，該影像偵測器包含用於捕捉二維影像之一像素陣列；(c)將自該輻射源發射之一參考輻射光束遞送至該影像偵測器以便干涉該繞射輻射，其中步驟(a)及(c)包括在該參考輻射與該照明輻射之間引入一光學頻率移位，使得該影像偵測器處之輻射強度包括具有對應於該頻率移位之一特性頻率之一時變分量；且其中步驟(b)包括將該影像偵測器作為在該特性頻率下的一鎖定影像偵測器操作，以記錄二維影像該時變分量之振幅及相位兩者。
16. 如條項15之方法，其中在一光瞳平面中量測該繞射輻射。
17. 如條項15之方法，其中在由成像光學件成像之一影像平面中量測該繞射輻射。
18. 如條項15、16或17之方法，其進一步包含如下步驟：(d)處理該所記錄振幅及相位資訊以演算該目標之一性質之一量測結果。
19. 如條項18之方法，其中步驟(d)包含分離地處理來自該目標之一繞射光譜之至少兩個選定部分之振幅及相位資訊，以使用來自至少兩個選定部分之該所記錄振幅及相位資訊來演算該目標之一性質之一量測結果。
20. 如條項19之方法，其中該至少兩個選定部分包含該繞射光譜之相對部分，且該性質為不對稱性。
21. 如條項20之方法，其中在步驟(d)中，自該繞射光譜之該等選定部分之振幅資訊演算該不對稱性，而該相位資訊係用以在演算不對稱性之前及/或之後演算及應用一校正。
22. 如條項20或21之方法，其中重複步驟(a)至(d)以獲得對於多 個目標之不對稱性之量測，該方法進一步包含如下步驟：(e)使用該等目標之該等量測及已知特性以演算用以形成該等目標之一微影程序之一效能參數之一量測。
23. 如條項22之方法，其中該微影程序之該效能參數為疊對、聚焦及劑量中之一者。
24. 如條項22或23之方法，其中該相位資訊係用於步驟(e)中之該效能參數之該演算。
25. 一種製造器件之方法，其中器件特徵及度量衡目標係藉由一微影程序而形成於一系列基板上，其中一或多個經處理基板上之該等度量衡目標之性質係藉由一如條項18至24中任一項之方法予以量測，且其中該等測定性質係用以調整該微影程序之參數以用於另外基板之處理。
26. 一種電腦程式產品，其含有用於實施一如條項18至24中任一項之方法之該步驟(d)的機器可讀指令之一或多個序列。
27. 一種電腦程式產品，其含有用於實施一如條項22至24中任一項之方法之該等步驟(d)及(e)的機器可讀指令之一或多個序列。
儘管在本文中可特定地參考檢查裝置在IC製造中之使用，但應理解，本文所描述之檢查裝置可具有其他應用，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(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/或檢查工具中處理本文所提及之基板。適用時，可將本文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，圖案化器件中之構形(topography)界定產生於基板上之圖案。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各種類型之光學組件中之任一者或其組合，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。此外，可以如下形式實施裝置之部分：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，可在不脫離下文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‧‧‧零階射線
+1‧‧‧一階射線
-1‧‧‧一階射線
100‧‧‧檢查裝置
102‧‧‧輻射源
104‧‧‧透鏡
106‧‧‧顯微鏡接物鏡/透鏡系統
108‧‧‧第一移頻器/聲光調變器(AOM)
110‧‧‧第二移頻器/聲光調變器(AOM)
112‧‧‧鎖定影像偵測器
114‧‧‧頻率源
116a‧‧‧鏡面
116b‧‧‧鏡面
116c‧‧‧鏡面
118a‧‧‧鏡面
118b‧‧‧鏡面
120‧‧‧鏡面
122‧‧‧鏡面
124‧‧‧光束分光器(BS)
126‧‧‧光束分光器(BS)
128‧‧‧孔徑板/孔徑/孔徑光闌
130‧‧‧場光闌
I‧‧‧照明射線/入射射線
O‧‧‧光軸/軸線
PU‧‧‧處理單元/影像處理器及控制器
T‧‧‧光柵目標/度量衡目標
W‧‧‧基板

Claims (10)

  1. 一種用於量測一目標結構之性質之檢查裝置，該裝置包含：一輻射源，及與一光學系統結合之一影像偵測器，該光學系統界定以下光束路徑：一照明路徑，其用於自該輻射源接收輻射，形成具有一選定照明剖面(profile)之一照明輻射光束且將該照明輻射聚焦至一基板上之一目標上；一收集路徑，其用於收集來自該目標之繞射輻射且將該繞射輻射之一選定部分遞送至該影像偵測器；一參考路徑，其用於自該輻射源接收輻射且將一參考輻射光束遞送至該影像偵測器以便干涉該繞射輻射；及一處理器，該處理器用於處理該所記錄振幅及相位資訊以演算該目標之一性質之一量測結果，其中該影像偵測器包含用於捕捉二維影像之一像素陣列，其中該照明路徑及該參考路徑中之至少一者包括一器件，該器件用於使該參考輻射之一光學頻率移位，使得該影像偵測器處之輻射強度包括具有對應於該繞射輻射之頻率與該參考輻射之該頻率之間的一差之一特性頻率之一時變分量(time-varying component)，其中該影像偵測器包含一鎖定影像偵測器，該鎖定影像偵測器可參考該特性頻率操作以記錄每一像素的表示該時變分量之振幅及相位兩者之資訊，該光學系統可操作以分離地記錄來自該目標之一繞射光譜之至少兩個選定部分之振幅及相位資訊，該處理器經配置以使用來自至少兩個選定部分之該所記錄振幅及相位資訊來演 算該目標之一性質之一量測結果，其中該收集路徑中之該光學系統經配置以將該繞射光譜之該至少兩個選定部分遞送至該影像偵測器上之不同部位，且該處理器經配置以自該影像偵測器之對應區中之像素提取用於每一部分之振幅及相位資訊。
  2. 如請求項1之檢查裝置，其中該至少兩個選定部分包含該繞射光譜之相對部分，且該性質為不對稱性。
  3. 如請求項1之檢查裝置，其中該收集路徑中之該光學系統包括成像光學件，該成像光學件經配置以將來自該目標上之不同部位之繞射輻射遞送至該影像偵測器上之不同部位；且進一步包括光束轉向光學件，該光束轉向光學件經配置成使得對於該目標上之每一部位，該繞射輻射之該等選定部分經導向至該目標上之不同部位；且該處理器經配置以自該影像偵測器之對應區中之像素提取用於該目標上之每一部位及該繞射輻射之每一選定部分之振幅及相位資訊。
  4. 一種用於量測一目標結構之性質之方法，該方法包含如下步驟：(a)運用自一輻射源發射且具有一選定照明剖面的一照明輻射來照明一基板上之一目標；(b)收集來自該目標之繞射輻射且將該繞射輻射之一選定部分遞送至一影像偵測器，該影像偵測器包含用於捕捉二維影像之一像素陣列；(c)將自該輻射源發射之一參考輻射光束遞送至該影像偵測器以便干涉該繞射輻射；(d)處理該所記錄振幅及相位資訊以演算該目標之一性質之一量測結果， 其中步驟(a)及(c)包括在該參考輻射與該照明輻射之間引入一光學頻率移位，使得該影像偵測器處之輻射強度包括具有對應於該頻率移位之一特性頻率之一時變分量；且其中步驟(b)包括將該影像偵測器作為在該特性頻率下的一鎖定影像偵測器操作，以記錄表示該時變分量之振幅及相位兩者之二維影像，其中步驟(d)包含分離地處理來自該目標之一繞射光譜之至少兩個選定部分之振幅及相位資訊，以使用來自至少兩個選定部分之該所記錄振幅及相位資訊來演算該目標之一性質之一量測結果，其中該繞射光譜之該至少兩個選定部分係遞送至該影像偵測器上之不同部位，且其中用於每一部分之振幅及相位資訊係自該影像偵測器之對應區中之像素提取。
  5. 如請求項4之方法，其中在一光瞳平面中量測該繞射輻射。
  6. 如請求項4之方法，其中在由成像光學件成像之一影像平面中量測該繞射輻射。
  7. 如請求項4之方法，其中該至少兩個選定部分包含該繞射光譜之相對部分，且該性質為不對稱性。
  8. 如請求項7之方法，其中在步驟(d)中，自該繞射光譜之該等選定部分之振幅資訊演算該不對稱性，而該相位資訊係用以在演算不對稱性之前及/或之後演算及應用一校正。
  9. 一種製造器件之方法，其中器件特徵及度量衡目標係藉由一微影程序而形成於一系列基板上，其中一或多個經處理基板上之該等度量衡目標之性質係藉由一如請求項4至8中任一項之方法予以量測，且其中該等測定性質係用以調整該微影程序之參數以用於另外基板之處理。
  10. 一種電腦程式產品，其含有用於實施一如請求項4至8中任一項之方法之步驟(d)的機器可讀指令之一或多個序列。
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