TWI635272B

TWI635272B - 電腦程式產品、用以量測目標結構之性質的方法及檢測裝置及製造器件之方法

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Publication number: TWI635272B
Application number: TW104128217A
Authority: TW
Inventors: 波夫亞瑞傑佛瑞丹; 賽門吉傑斯柏特裘瑟胡斯瑪庸傑席恩; 尼特許帕迪; 史堤芬密卻爾懷特; 卡傑德艾奇瑪
Original assignee: Ａｓｍｌ荷蘭公司
Priority date: 2014-08-28
Filing date: 2015-08-27
Publication date: 2018-09-11
Also published as: CN107924132B; KR101960403B1; CN107924132A; IL250577A0; TW201625935A; KR20170044720A; WO2016030205A1; CN113204173A; US20160061750A1; CN113204173B; IL250577B; US9632039B2

Abstract

藉由一微影程序在一基板(W)上形成度量目標。在不同條件下，使用空間同調輻射來照射包括一或多個光柵結構之一目標(T)。由該目標區域繞射之輻射(650)干涉參考輻射(652)以在一影像偵測器(623)處形成一干涉圖案。擷取該干涉圖案之一或多個影像。自該(等)擷取影像及自該參考輻射之知識計算該偵測器處之該收集散射輻射之一複合場。自該複合場計算由各光柵繞射之輻射之一合成輻射量測影像(814)。自該光柵之一繞射光譜之相反部分之該等合成輻射量測影像(814、814')獲得該光柵之一不對稱性量測。使用適合目標，可自該量測不對稱性計算該微影程序之重疊及其他效能參數。

Description

電腦程式產品、用以量測目標結構之性質的方法及檢測裝置及製造器件之方法

本發明係關於可用於(例如)執行藉由微影技術之器件製造之度量的檢測裝置及方法。本發明進一步係關於用於此檢測裝置中之一照明系統及使用微影技術來製造器件之方法。本發明又進一步係關於用於實施此等方法之電腦程式產品。

一微影裝置係將一所要圖案施加至一基板上(通常施加至基板之一目標部分上)之一機器。一微影裝置可用於(例如)製造積體電路(IC)。在該例項中，一圖案化器件(其替代地指稱一遮罩或一主光罩)可用於產生待形成於IC之一個別層上之一電路圖案。可將此圖案轉移至一基板(例如一矽晶圓)上之一目標部分(其(例如)包含一或若干晶粒之部分)上。通常經由成像至提供於基板上之一層輻射敏感材料(光阻劑)上而轉移圖案。一般而言，一單一基板將含有經連續圖案化之相鄰目標部分之一網路。

在微影程序中，時常可期望對(例如)針對程序控制及驗證所產生之結構進行量測。吾人已知用於進行此等量測之各種工具，其包含掃描電子顯微鏡(其通常用於量測臨界尺寸(CD))及專用工具(其用於量測一器件中之兩個層之重疊、對準準確度)。最近，已開發用於微影領域中之各種形式之散射計。此等器件將一輻射光束導引至一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之一單一反射角處之強度、依據反射角而變化之一或多個波長處之強度、或依據反射角而變化之偏光)以獲得一繞射「光譜」，可自該繞射光譜判定該目標所關注之一性質。

已知散射計之實例包含US2006033921A1及US2010201963A1中所描述之類型之角解析散射計。由此等散射計使用之目標相對較大(例如，40μm×40μm)光柵，且量測光束產生小於光柵之一點(即，光柵未被充滿)。除藉由重建而量測特徵形狀之外，亦可使用諸如公開專利申請案US2006066855A1中所描述之裝置來量測基於繞射之重疊。使用繞射階之暗場成像之基於繞射之重疊度量實現對較小目標之重疊量測。可在國際專利申請案WO 2009/078708及WO 2009/106279中找到暗場成像度量之實例，該等文件之全文以引用之方式併入本文中。已在發佈之專利公開案US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、US20130271740A及WO2013178422A1中描述技術之進一步開發。此等目標可小於照明點且可由一晶圓上之產品結構包圍。可使用一複合光柵目標來量測一影像中之多個光柵。所有此等申請案之全文亦以引用之方式併入本文中。

將在此一環境中用作為一度量工具之檢測裝置應滿足諸多要求。實現此等要求通常涉及重大妥協。例如，具有低像差之高NA寬頻光學器件導致通常由不同材料組成之諸多透鏡元件。此等元件之各者促成內部散射，其限制弱目標之可偵測性。亦愈加難以在一大波長範圍內具有良好抗反射塗層。具有如此多光學組件導致難以根據度量應用而適當調整之一裝置。

本發明旨在提供一替代檢測裝置及用於執行上述類型之量測的方法。

根據本發明之一第一態樣，提供一種用於量測一目標結構之性質的檢測裝置，該裝置包括與一光學系統組合之一輻射源及一影像偵測器，該光學系統界定下列光束路徑：- 一照明路徑，其用於自該輻射源接收輻射，形成空間同調照明輻射之一光束，且將該照明輻射傳遞至一基板上之一目標區域上；- 一收集路徑，其用於自該目標區域收集非零階散射輻射之至少一部分且將該收集之散射輻射傳遞至該影像偵測器；及- 一參考路徑，其用於將參考輻射傳遞至該影像偵測器，其中該參考輻射與該散射輻射同調以便干涉該散射輻射且在該影像偵測器處形成一干涉圖案，其中該影像偵測器經組態以擷取該干涉圖案之一或多個影像，且其中該檢測裝置進一步包括一處理器，其經配置以：(i)接收表示該一或多個擷取影像之影像資料；(ii)自該影像資料且自該參考輻射之知識計算該偵測器處之該散射輻射之一複合場；(iii)自該複合場計算由該目標區域內之一週期性結構繞射之輻射之一合成輻射量測影像。

此一裝置可用於執行所謂之「無透鏡」成像。此避免與複雜寬頻、高NA物鏡相關聯之困難。所獲得且用於量測目標之性質的影像稱為一「合成影像」，此係因為其從不存在於實體世界中：其僅作為資料而存在，且藉由自表示複合場之資料運算而獲得。該複合場之計算及接著該合成影像之計算可經設計以模擬吾人希望在一理想實體光學系統中執行之輻射處理。優點在於：此一理想實體光學系統無法在實體世界中達成，但其可在運算世界中達成。雖然該系統可指稱「無透鏡的」，但此不排除包含(例如)用於準直、放大之一或多個光學元件。重要之處在於：合成影像之品質不再取決於光學組件之品質。

「輻射量測」成像意謂形成一影像，該影像數量上表示依據方向而變化之散射輻射之強度、振幅及/或相位。在本申請案中，輻射量測成像用於產生週期性結構之繞射效率之空間變動之一影像。在基於小目標繞射之度量之實例中，此等結構可為小光柵。在本申請案中，吾人收集一影像中之散射/繞射光，且自此散射光運算所要輻射量測影像。影像感測器可定位成靠近目標區域以便收集具有一寬範圍之不同角度之輻射。

目標區域內之「結構」可為任意的。然而，應瞭解，在本發明所關注之應用中，目標區域內之結構可包括一或多個目標結構，其性質有意用於監測一微影程序之效能。結構之「繞射效率」係指在一給定方向上發射之照明輻射之比例。就目標區域內之一週期性結構而言，可在由偵測器擷取之角度範圍內量測各繞射階之繞射效率。

在適合於量測效能參數(諸如重疊、焦點或劑量)之實施例中，處理器可經進一步配置以：(iv)在不同條件下重複步驟(i)至(iii)且計算相同目標區域之至少一進一步合成輻射量測影像；及(v)自複合個合成輻射量測影像計算目標結構之一不對稱性量測。

本發明進一步提供一種用於量測一目標結構之性質的方法，該方法包括下列步驟：(a)使用空間同調照明輻射來照射一基板上之一目標區域；(b)自該目標區域收集非零階散射輻射之至少一部分且將該收集之散射輻射傳遞至影像偵測器；(c)將參考輻射之一光束傳遞至該影像偵測器，該參考輻射與該散射輻射同調以便干涉該收集之散射輻射且在該影像偵測器處形成一干涉圖案；(d)使用該影像偵測器來擷取該干涉圖案之一或多個影像；(e)自表示該一或多個擷取影像之影像資料及自該參考輻射之知識計算該偵測器處之該收集散射輻射之一複合場； (f)自該計算之複合場計算由該目標區域內之一週期性結構繞射之輻射之一合成輻射量測影像。

本發明又進一步提供一種製造器件之方法，其中藉由一微影程序而在一系列基板上形成裝置特徵及度量目標，其中藉由上文所闡述之根據本發明之一方法而量測一或多個處理基板上之該等度量目標之性質，且其中使用該等量測性質來調整用於處理進一步基板之微影程序之參數。

本發明又進一步提供一種電腦程式產品，其含有用於實施上文所闡述之根據本發明之一方法中之計算步驟之一或多者的一或多個序列之機器可讀指令。

將鑑於例示性實施例之下列描述及圖式而瞭解本文所揭示之裝置及方法之此等及其他態樣及優點。

11‧‧‧輻射源

12‧‧‧照明系統

15‧‧‧部分反射表面

16‧‧‧物鏡

19‧‧‧偵測器

20‧‧‧孔徑光闌/離軸孔隙

21‧‧‧成像光學系統/成像光學器件

23‧‧‧感測器

30a‧‧‧光線

30b‧‧‧光線

31‧‧‧圓/照明點

32至35‧‧‧光柵

40‧‧‧暗矩形

41‧‧‧圓形區域

42至45‧‧‧矩形區域/影像

611‧‧‧輻射源

612‧‧‧照明系統

613‧‧‧波長選擇器

623‧‧‧影像感測器/影像偵測器

630‧‧‧照明輻射/光束

640‧‧‧反射鏡

642‧‧‧透鏡

646‧‧‧輻射

648‧‧‧輻射截止位置

650‧‧‧散射輻射

652‧‧‧參考輻射

654‧‧‧光束分離器

656‧‧‧可移動反射鏡

658‧‧‧發散透鏡

660‧‧‧折疊反射鏡

662‧‧‧影像資料

664‧‧‧準直透鏡

670‧‧‧反射鏡

802a至802n‧‧‧影像資料/影像

802a'‧‧‧第二影像

804‧‧‧輔助資料/後設資料

806‧‧‧參考波規格

810‧‧‧複合輻射場

812‧‧‧程序

814‧‧‧合成影像

814'‧‧‧第二合成影像

820‧‧‧步驟

822‧‧‧步驟

900‧‧‧檢測裝置

902‧‧‧光學系統

904‧‧‧光學系統

906‧‧‧光學系統

910‧‧‧支撐結構

AD‧‧‧調整器

AS‧‧‧對準感測器

ASYM‧‧‧不對稱性

B‧‧‧輻射光束

BD‧‧‧光束傳遞系統

BK‧‧‧烘烤板

C‧‧‧目標部分

CH‧‧‧冷卻板

CO‧‧‧聚光器

d‧‧‧距離/偏移

D‧‧‧劑量

DE‧‧‧顯影劑

EXP‧‧‧曝光站

F‧‧‧焦點

I‧‧‧照明光線/入射光線

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

L‧‧‧廣度

LA‧‧‧微影裝置

LACU‧‧‧微影控制單元

LB‧‧‧裝載區

LC‧‧‧微影胞

LS‧‧‧位準感測器

M1‧‧‧遮罩對準標記

M2‧‧‧遮罩對準標記

MA‧‧‧圖案化器件

MEA‧‧‧量測站

MET‧‧‧度量系統

MT‧‧‧圖案化器件支撐件/支撐結構

O‧‧‧光軸

OV‧‧‧重疊

P‧‧‧光瞳平面

P'‧‧‧平面

P"‧‧‧平面

P1‧‧‧基板對準標記

P2‧‧‧基板對準標記

PM‧‧‧第一定位器

PS‧‧‧投射系統

PU‧‧‧影像處理器及控制器

PW‧‧‧第二定位器

RF‧‧‧參考框架

RO‧‧‧機器人

ROI‧‧‧所關注區域

S‧‧‧點

SC‧‧‧旋塗機

SCS‧‧‧監督控制系統

SO‧‧‧輻射源

T‧‧‧目標光柵結構/度量目標

T1‧‧‧目標

T2‧‧‧目標

T3‧‧‧目標

TCU‧‧‧追蹤控制單元

W‧‧‧基板

WTa‧‧‧基板台

WTb‧‧‧基板台

θ‧‧‧角

參考附圖，現將僅依舉例方式描述本發明之實施例，圖中之對應元件符號指示對應部件，且其中：圖1描繪一微影裝置；圖2描繪其中可使用根據本發明之一檢測裝置的一微影胞或叢集；圖3(其包括圖3(a)及圖3(b))示意性繪示經調適以執行一已知暗場成像檢測方法之一檢測裝置；圖4繪示包含數個個別目標光柵之一複合度量目標；圖5繪示由圖4之裝置擷取之圖4之目標之一影像；圖6示意性繪示(a)根據本發明之一第一實施例之一經修改檢測裝置、及(b)一選用收集光學系統之插入細節；圖7示意性繪示根據本發明之一第二實施例之一經修改檢測裝置；圖8繪示使用(例如)圖6、圖7、圖9或圖10之裝置來量測根據本發明之一實施例之一目標結構之性質的一方法；及圖9繪示用於並行量測多個目標之性質的一檢測裝置之一第四實施例。

在詳細描述本發明之實施例之前，有益地呈現其中可實施本發明之實施例的一實例性環境。

圖1示意性描繪一微影裝置LA。裝置包含：一照明系統(照明器)IL，其經組態以調節一輻射光束B(例如UV輻射或DUV輻射)；一圖案化器件支撐件或支撐結構(例如一遮罩台)MT，其經建構以支撐一圖案化器件(例如一遮罩)MA且經連接至一第一定位器PM，第一定位器PM經組態以根據某些參數而準確地定位圖案化器件；兩個基板台(例如一晶圓台)WTa及WTb，其等各經建構以固持一基板(例如一光阻劑塗佈晶圓)W且各經連接至一第二定位器PW，第二定位器PW經組態以根據某些參數而準確地定位基板；及一投射系統(例如一折射投射透鏡系統)PS，其經組態以將由圖案化器件MA賦予輻射光束B之一圖案投射至基板W之一目標部分C(其(例如)包含一或多個晶粒)上。一參考框架RF連接各種組件，且充當用於設定及量測圖案化器件及基板及圖案化器件及基板上之特徵之位置的一參考。

照明系統可包含用於導引、塑形或控制輻射之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、或其等之任何組合。

圖案化器件支撐件依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(例如)是否使圖案化器件保持於一真空環境中)之一方式固持圖案化器件。圖案化器件支撐件可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術來固持圖案化器件。圖案化器件支撐件MT可為(例如)一框架或一工作台，其可視需要而為固定的或可移動的。圖案化器件支撐件可確保：圖案化器件位於(例如)相對於投射系統之一所要位置處。

本文所使用之術語「圖案化器件」應被廣義地解譯為係指可用於在一輻射光束之橫截面中將一圖案賦予該輻射光束以(諸如)在基板之一目標部分中產生一圖案的任何器件。應注意，例如，若賦予該輻射光束之該圖案包含相移特徵或所謂之輔助特徵，則該圖案可不完全對應於基板之該目標部分中之所要圖案。一般而言，賦予該輻射光束之該圖案將對應於該目標部分中所產生之一器件中之一特定功能層，諸如一積體電路。

如此處所描繪，裝置屬於一透射類型(例如，採用一透射圖案化器件)。替代地，裝置可屬於一反射類型(例如，採用上文所提及之一類型之一可程式化反射鏡陣列，或採用一反射遮罩)。圖案化器件之實例包含遮罩、可程式化反射鏡陣列及可程式化LCD面板。本文之術語「主光罩」或「遮罩」之任何使用可被視為與更通用術語「圖案化器件」同義。術語「圖案化器件」亦可被解譯為係指以數位形式儲存用於控制此一可程式化圖案化器件之圖案資訊的一器件。

本文所使用之術語「投射系統」應被廣義地解譯為涵蓋適於所使用之曝光輻射或其他因數(諸如使用一浸沒液體或使用一真空)之任何類型之投射系統，其包含折射、反射、折反射、磁性、電磁及靜電光學系統、或其等之任何組合。本文之術語「投射透鏡」之任何使用可被視為與更通用術語「投射系統」同義。

微影裝置亦可屬於一類型，其中基板之至少一部分可由具有一相對較高折射率之一液體(例如水)覆蓋以便填充投射系統與基板之間的一空間。一浸沒液體亦可經施加至微影裝置中之其他空間，例如，遮罩與投射系統之間。此項技術中已熟知用於增大投射系統之數值孔徑的浸沒技術。

在操作中，照明器IL自一輻射源SO接收一輻射光束。例如，當輻射源係一準分子雷射時，輻射源及微影裝置可為單獨實體。在此等情況中，輻射源不被視為形成微影裝置之部分，且輻射光束藉助於一光束傳遞系統BD(其包含(例如)適合導向鏡及/或一擴束器)而自輻射源SO傳至照明器IL。在其他情況中，例如，當輻射源係一水銀燈時，輻射源可為微影裝置之一整合部分。輻射源SO及照明器IL以及光束傳遞系統BD(若需要)可指稱一輻射系統。

照明器IL可(例如)包含一調整器AD(其用於調整輻射光束之角強度分佈)、一積光器IN及一聚光器CO。照明器可用於調節輻射光束以在其橫截面中具有一所要均勻度及強度分佈。

輻射光束B入射於固持於圖案化器件支撐件MT上之圖案化器件MA上，且由圖案化器件圖案化。在穿過圖案化器件(例如遮罩)MA之後，輻射光束B通過投射系統PS，投射系統PS將光束聚焦至基板W之一目標部分C上。藉助於第二定位器PW及位置感測器IF(例如一干涉量測器件、線性編碼器、2-D編碼器或電容式感測器)，基板台WTa或WTb可經準確地移動以便(例如)將不同目標部分C定位於輻射光束B之路徑中。類似地，第一定位器PM及另一位置感測器(其未在圖1中明確描繪)可用於(例如)在自一遮罩庫之機械檢索之後或在一掃描期間相對於輻射光束B之路徑準確地定位圖案化器件(例如遮罩)MA。

可使用遮罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來使圖案化器件(例如遮罩)MA及基板W對準。雖然所繪示之基板對準標記佔用專用目標部分，但其等可位於目標部分之間的空間中(此等稱為劃道對準標記)。類似地，在將一個以上晶粒提供於圖案化器件(例如遮罩)MA上之情形中，遮罩對準標記可位於晶粒之間。小對準標記亦可包含於晶粒內(在器件特徵之中)，在此情況中，可期望標記儘可能小且無需不同於相鄰特徵之任何成像或處理條件。下文進一步描述偵測對準標記之對準系統。

所描繪之裝置可被用於各種模式中。在一掃描模式中，同步地掃描圖案化器件支撐件(例如遮罩台)MT及基板台WT，同時將賦予輻射光束之一圖案投射至一目標部分C上(即，一單一動態曝光)。基板台WT相對於圖案化器件支撐件(例如遮罩台)MT之速度及方向可係由投射系統PS之放大(縮小)及影像反轉特性判定。在掃描模式中，曝光場之最大尺寸限制一單一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的高度(在掃描方向上)。其他類型之微影裝置及操作模式係可行的，如此項技術中所熟知。例如，已知一步進模式。在所謂之「無遮罩」微影中，使一可程式化圖案化器件保持固定但具有一變化圖案，且移動或掃描基板台WT。

亦可採用上文所描述之使用模式或完全不同之使用模式的組合及/或變動。

微影裝置LA屬於一所謂之雙平台類型，其具有兩個基板台WTa、WTb及兩個站(一曝光站EXP及一量測站MEA)，可在該等站之間互換該等基板台。當在曝光站處使一基板台上之一基板曝光時，可將另一基板裝載至量測站處之另一基板台上且實施各種預備步驟。此能夠實質上增加裝置之通量。預備步驟可包含：使用一位準感測器LS來映射基板之表面高度輪廓；及使用一對準感測器AS來量測基板上之對準標記的位置。當基板台位於量測站以及曝光站處時，若位置感測器IF無法量測基板台之位置，則一第二位置感測器可經提供以能夠在兩個站處追蹤基板台相對於參考框架RF的位置。其他配置係已知的且可用於替代所展示之雙平台配置。例如，吾人已知其中提供一基板台及一量測台之其他微影裝置。此等在執行預備量測時銜接在一起，且接著在基板台遭受曝光時解除銜接。

如圖2中所展示，微影裝置LA形成一微影胞LC(有時亦指稱一微影胞或叢集)之部分，微影胞LC亦包含用於對一基板執行預曝光程序及曝光後程序之裝置。習知地，此等包含用於沈積光阻層之旋塗機SC、用於使曝光光阻劑顯影之顯影劑DE、冷卻板CH，及烘烤板BK。一基板處置器或機器人RO自輸入/輸出埠I/O1、I/O2拾取基板，在不同處理裝置之間移動該等基板，且將該等基板傳遞至微影裝置之裝載區LB。此等器件(其等通常統稱為自動化光阻塗佈及顯影系統(track))係在一追蹤控制單元TCU之控制下，追蹤控制單元TCU本身係由監督控制系統SCS控制，監督控制系統SCS亦經由微影控制單元LACU來控制微影裝置。因此，不同裝置可經操作以最大化通量及處理效率。

為了使由微影裝置曝光之基板正確且一致地曝光，可期望檢測曝光基板以量測諸如後續層之間的重疊誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等等之性質。據此，其中定位微影胞LC之一製造設施亦包含度量系統MET，其接收在微影胞中已被處理之一些或所有基板W。將度量結果直接或間接提供至監督控制系統SCS。若偵測到誤差，則可進行調整以使後續基板曝光，尤其當可即時且足夠快地完成檢測使得相同批次之其他基板仍被曝光時。此外，已曝光之基板可被去除且經重新加工以改良良率，或被捨棄，藉此避免對已知有缺陷之基板執行進一步處理。在一基板之僅一些目標部分有缺陷之一情況中，可僅對良好之該等目標部分執行進一步曝光。

在度量系統MET內，一檢測裝置用於判定基板之性質，且特定言之，判定不同基板或相同基板之不同層之性質如何隨層變動。該檢測裝置可整合至微影裝置LA或微影胞LC中或可為一獨立器件。為實現最快速量測，可期望該檢測裝置在曝光之後即時量測曝光光阻層中之性質。然而，光阻劑中之潛像具有一非常低之對比度(已被曝光於輻射之光阻劑之部分與未被曝光於輻射之光阻劑之部分之間僅存在一非常小之折射率差)，且並非所有檢測裝置具有足夠敏感度來有效量測潛像。因此，可在曝光後烘烤步驟(PEB)之後進行量測，曝光後烘烤步驟(PEB)通常係對曝光基板實施之第一步驟且增大光阻劑之曝光部分與未曝光部分之間的對比度。在此階段中，光阻劑中之影像可指稱半潛像。亦可量測顯影光阻影像(此時，已移除光阻劑之曝光或未曝光部分)，或在一圖案轉移步驟(諸如蝕刻)之後量測顯影光阻影像。後者可能會限制缺陷基板重新加工之可能性，但仍可提供有用資訊。

圖3(a)示意性展示實施所謂之暗場成像度量的一檢測裝置之關鍵元件。該裝置可為一獨立器件或併入於微影裝置LA中之(例如)量測站處或併入於微影胞LC中。一光軸(其在整個裝置中具有若干分支)由一虛線O表示。圖3(b)中更詳細繪示一目標光柵結構T及繞射光線。

如前言中所引用之先前申請案中所描述，圖3(a)之暗場成像裝置可為一多用途角解析散射計之部分，可使用該多用途角解析散射計來替代一光譜散射計，或除一光譜散射計之外，亦可使用該多用途角解析散射計。在此類型之檢測裝置中，由一照明系統12調節由一輻射源11發射之輻射。例如，照明系統12可包含一準直透鏡系統、一彩色濾波器、一偏光器及一孔隙器件。經調節之輻射遵循一照明路徑，其中輻射由部分反射表面15反射且經由一顯微鏡物鏡16而聚焦至基板W上之一點S中。一度量目標T可形成於基板W上。透鏡16具有一高數值孔徑(NA)，較佳地為至少0.9且更佳地為至少0.95。若期望，則浸沒液體可用於獲得超過1之數值孔徑。該多用途散射計可具有兩個或兩個以上量測分支。另外，進一步光學系統及分支將包含於一實際裝置中以(例如)收集用於強度正規化、用於擷取目標之粗糙成像、用於聚焦等等之參考輻射。可在上文所提及之先前公開案中找到此等之細節。為本發明之目的，僅詳細繪示及描述暗場成像度量所關注之量測分支。

在用於暗場成像之收集路徑中，成像光學系統21在感測器23(例如一CCD或CMOS感測器)上形成基板W上之目標之一影像。一孔徑光闌20提供於收集路徑中之一平面P'中。平面P'係與物鏡16之一光瞳平面P(圖中未展示)共軛之一平面。孔徑光闌20亦可稱為一光瞳光闌。孔徑光闌20可呈不同形式，正如照明孔隙可呈不同形式。孔徑光闌20結合透鏡16之有效孔徑而判定散射輻射之何種部分用於在感測器23上產生影像。通常，孔徑光闌20用於阻擋零階繞射光束，使得形成於感測器23上之目標之影像僅由(若干)一階光束形成。在兩個一階光束經組合以形成一影像的一實例中，此將為所謂之暗場影像(等效於暗場顯微術)。然而，在本申請案中，一次使一階光束之僅一者成像，如下文所解釋。將由感測器23擷取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之功能將取決於所執行之量測之特定類型。為本發明之目的，執行目標結構之不對稱性量測。不對稱性量測可與目標結構之知識組合以獲得用於形成目標結構之微影程序之效能參數之量測。可依此方式量測之效能參數包含(例如)重疊、焦點及劑量。

當將一度量目標T提供於基板W上時，此可為一1-D光柵，其經印刷使得在顯影之後，條由實體光阻劑線形成。目標可為一2-D光柵，其經印刷使得在顯影之後，光柵由光阻劑中之實體光阻劑柱或通孔形成。替代地，可將條、柱或通孔可蝕刻至基板中。此等光柵之各者係一目標結構之一實例，可使用檢測裝置來研究該目標結構之性質。

照明系統12之各種組件可經調整以在相同裝置內實施不同度量「配方」。除選擇波長(色彩)及偏光作為特定者之特性之外，照明系統12可經調整以實施不同照明輪廓。因為平面P"與物鏡16之光瞳平面 P及偵測器19之平面共軛，故平面P"中之一照明輪廓界定入射於基板W上之點S中之光之角分佈。為實施不同照明輪廓，可在照明路徑中提供一孔隙器件。該孔隙器件可包括安裝於一可移動滑件或輪上之不同孔隙。替代地，該孔隙器件可包括一可程式化空間光調變器。作為一進一步替代例，光纖可安置於平面P"中之不同位置處且選擇性地用於傳遞或不傳遞其各自位置處之光。上文所引用之文件中討論及例示所有此等變型。

在一第一實例性照明模式中，光線30a經提供使得入射角如「I」處所展示且由目標T反射之零階光線之路徑標記為「0」(以不與光軸「O」混淆)。在一第二照明模式中，可提供光線30b，在此情況中，將交換入射角及反射角。此等兩個照明模式將被辨識為離軸照明模式。可針對不同目的而實施諸多不同照明模式。

如圖3(b)中所更詳細展示，將目標光柵T(作為一目標結構之一實例)與正交於物鏡16之光軸O的基板W放置在一起。就一離軸照明輪廓而言，自偏離光軸O之一角度照射於光柵T上之一照明光線I導致一零階光線(實線0)及兩個一階光線(點劃線+1及雙點劃線-1)。應記住，就一過滿小目標光柵而言，此等光線僅係覆蓋基板(其包含度量目標光柵T及其他特徵)之區域的諸多平行光線之一者。由於照明光線30a之光束具有一有限寬度(容許有效光量所需之寬度)，所以入射光線I實際上將佔用一角度範圍，且繞射光線0及+1/-1將略微被散開。根據一小目標之點擴散函數，各階+1及-1將在一角度範圍內進一步擴散，而非如圖中所展示般為一單一理想光線。

亦參考圖3(a)，在具有光線30a之第一照明模式下，來自目標光柵之+1階繞射光線將進入物鏡16且促成感測器23處所記錄之影像。當使用第二照明模式時，光線30b依與光線30b相反之一角度入射，因此，-1階繞射光線進入物鏡且促成影像。當使用離軸照明時，孔徑光闌20阻擋零階輻射。如先前公開案中所描述，可使用X方向及Y方向上之離軸照明來界定照明模式。

可藉由比較此等不同照明模式下之目標光柵之影像而獲得不對稱性量測。替代地，可藉由保持相同照明模式但使目標旋轉而獲得不對稱性量測。雖然圖中展示離軸照明，但可代以使用目標之軸上照明且可使用一經修改之離軸孔隙20來實質上僅使一階繞射光傳至感測器。在一進一步實例中，使用稜鏡來替換孔徑光闌20，稜鏡具有使+1階及-1階轉向至感測器23上之不同位置的效應，使得可在無需兩個連續影像擷取步驟之情況下偵測及比較+1階及-1階。上文所提及之公開專利申請案US2011102753A1中揭示此技術，該案之全文以引用之方式併入本文中。可在量測中使用二階光束、三階光束及三階以上光束(圖3中未展示)來替代一階光束，或除一階光束之外，亦可在量測中使用二階光束、三階光束及三階以上光束。作為一進一步變型，可使離軸照明模式保持不變，同時使目標本身在物鏡16下方旋轉180度以使用相反繞射階來擷取影像。

圖4描繪根據已知實踐形成於一基板W上之一複合目標。該複合目標包括四個光柵32至35，其等經緊密定位在一起，使得其等將全部位於由度量裝置之照明光束形成之量測點S內。一圓31指示基板W上點S之範圍。因此，同時照射所有四個目標且使四個目標同時成像於感測器23上。在專用於重疊量測之一實例中，光柵32至35本身係由重疊光柵形成之複合光柵，該等重疊光柵圖案化於形成於基板W上之半導體器件之不同層中。光柵32至35可具有不同偏離之重疊偏移以促進其中形成複合光柵之不同部分的層之間的重疊之量測。光柵32至35亦可具有不同定向(如圖中所展示)以便繞射X方向及Y方向上之入射輻射。在一實例中，光柵32及34係分別具有+d、-d偏離之X方向光柵。此意謂：光柵32使其重疊組分經配置使得若兩個重疊組分恰好印刷於其等之標稱位置處，則該等組分之一者將相對於另一者偏移一距離d。光柵34使其組分經配置使得若完美印刷，則將在與第一光柵相反之方向上存在一偏移d，等等。光柵33及35係分別具有偏移+d及-d之Y方向光柵。可在由感測器23擷取之影像中識別此等光柵之單獨影像。雖然圖中繪示四個光柵，但另一實施例可需要一更大矩陣來獲得所要準確度。

圖5展示一影像之一實例，在圖3之裝置中使用圖4之目標，且使用同時提供X定向及Y定向兩者上之離軸照明的一照明輪廓，可在感測器23上形成該影像且由感測器23偵測該影像。暗矩形40表示感測器上之影像之場，在該場內，使基板上之照明點31成像至一對應圓形區域41中。在此圓形區域內，矩形區域42至45表示小目標光柵32至35之影像。若光柵位於產品區域中，則亦可在此影像場之周邊中看見產品特徵。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之單獨影像42至45。依此方式，未必在感測器框架內之一特定位置處非常精確地對準影像，此總體上顯著改良量測裝置之通量。然而，若成像程序經受橫跨影像場之非均勻性，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對準。

一旦已識別光柵之單獨影像，則可(例如)藉由平均化或加總識別區域內之選定像素強度值而量測該等個別影像之強度。影像之強度及/或其他性質可經彼此比較以同時獲得四個或四個以上光柵之不對稱性量測。此等結果可與目標結構及偏離方案之知識組合以量測微影程序之不同參數。重疊效能係此一參數之一重要實例，且係兩個微影層之側向對準之一量測。更具體言之，可將重疊界定為(例如)一底部光柵之頂部之中心與一對應頂部光柵之底部之中心之間的側向位置差。可使用不同目標設計來獲得微影程序之其他參數之量測。目標設計及偏離方案之知識可再次與不對稱性量測組合以獲得所要效能參數之量測。吾人已知目標設計(例如)用於自依此方式獲得之不對稱性量測獲得劑量或焦點之量測。

除藉由上文所描述之類型之暗場成像的不對稱性量測之外，可藉由目標之直接成像而量測重疊及其他參數。

諸如半導體製造之產業中所需之度量之量及準確度在不斷提高。將在此一環境中用作為一度量工具之檢測裝置應滿足諸多要求。可指定一大波長範圍，例如，自300nm至遠超1000nm。提高之準確度需要具有低像差之高NA光學器件來容許小晶粒中目標。使用週期性光柵結構作為目標的基於繞射之量測變得偏好基於影像之度量。工具應能夠量測非常「弱」之目標，此意謂歸因於重疊層中之材料吸收而具有一低繞射效率之目標。可使目標結構之特徵分段，此進一步降低目標之繞射效率。分段結構由較小子結構之一集合形成。依據研究，將該等子結構設計成尺寸接近於將藉由微影程序而形成之產品特徵。

實現此等要求通常涉及重大妥協。例如，具有低像差之高NA寬頻光學器件導致通常由不同材料組成之諸多透鏡元件。此等元件之各者促成內部散射，其限制弱目標之可偵測性。亦愈加難以在一大波長範圍內具有良好抗反射塗層。具有如此多光學組件導致難以根據度量應用而適當調整之一裝置。

圖6示意性展示用於執行類似於圖3至圖5之量測之量測的一檢測裝置，其具有一簡化光學系統。在此裝置中，使用「無透鏡成像」或同調繞射成像(CDI)之一修改形式。CDI(其亦與數位全像術相關)係已被提出用於顯微術中之一技術。在本發明中，CDI技術經調適以對繞射結構執行度量，例如，量測光柵結構之不對稱性。所揭示之裝置雖然未必完全無透鏡，但避免需要滿足未來應用中之效能要求所需之非常複雜之高NA寬頻物鏡及其他元件。

圖6(a)之裝置包括一輻射源611及一影像感測器623。與已知裝置中之輻射源11不同，在此實例中，輻射源611供應空間同調輻射之一光束630。輻射源611可由一或多個窄頻(單色)雷射源形成，在此情況中，輻射將為空間同調的及時間同調的。替代地，且如本實例中所假定，輻射源611可為一寬頻輻射源，其係空間同調的，且具有一低時間同調性。此一輻射源可為一所謂之超連續輻射源或「白光雷射」。輻射源611可與一照明系統612中之其他器件互補以傳遞呈一所要形式之光束630。例如，在一些實施例中，輻射源611及照明系統可包含一波長選擇器613(如虛線所展示)。此一波長選擇器可為(例如)一聲光可調諧濾波器(AOTF)。

影像感測器623可為類似於用於既有裝置中之感測器23之CCD或CMOS感測器的一CCD或CMOS感測器。如同已知檢測裝置，可藉由提供一孔隙器件、一可程式化空間光調變器或空間分佈濾波器而實施不同照明模式。

在自輻射源611至目標T之一照明路徑中，一照明光學系統包括一簡單反射鏡640及低NA透鏡642。透鏡642將照明輻射光束630聚焦至基板W上之度量目標T之位置處之一點S中。一定位系統(其類似於(例如)微影裝置LA中之定位系統PW)將基板W及目標T帶至光束630之焦點。點可具有類似於圖3至圖5中之點的尺寸及形狀，例如，大致為具有10μm至80μm範圍內(例如，20μm至50μm或約40μm)之直徑的一圓。在照明輻射光束630依一斜角入射(如圖中所展示)之一實施例中，點S可呈非圓形，或歪像光學器件可經應用以達成一圓點。為簡明起見，將由目標反射(依零階繞射)之輻射646繪示為截止於648處。在一實際實施例中，反射(零階)輻射可用於(例如)判定基板之焦點位置作為一位置控制機制之部分。輻射650(其包括由目標T散射之輻射之一所要部分)由感測器623收集。無需高NA物鏡來收集物體輻射，且輻射可自目標直接傳至感測器。在一實際實例中，可提供用於至少粗略準直光束(減小發散度)之一簡單收集光學系統。插圖(b)中示意性展示此一收集光學系統(其可為一簡單透鏡)。然而，無需複雜高NA物鏡。將照明輻射直接導引至目標區域(繞過收集光學系統)。此有助於避免由光學系統之元件內之照明輻射之散射引起之雜訊。

除收集之散射輻射650之外，亦將參考輻射652傳遞至感測器623。自相同輻射源611取得散射輻射650及參考輻射652以使彼此同調且因此根據其等在感測器上之各像素處之相對相位而在感測器處形成一干涉圖案。在所繪示之實例中，藉由使用一光束分離器654來分離照明輻射630之一部分且經由一可移動反射鏡656、一發散透鏡658及一折疊反射鏡660將照明輻射630之該部分傳遞至感測器而獲得參考輻射652。參考輻射650使用在感測器623之整個場中具有一相對較均勻振幅之一「參考波」來泛射影像感測器623。該參考波依一明確界定角在與系統之一光軸斜交之一方向上行進，因此，該參考波具有一明確界定之振幅及相位。散射輻射650(其可指稱物體波)具有未知振幅及相位。

作為分離照明輻射之一部分以形成一參考波的一替代例，所謂之「自參考」配置亦係可行的。在該情況中，較高階散射場本身之一部分經分離且用作為一參考波。例如，一自參考配置可藉由使散射場之一剪切複本干涉散射場而工作。

如下文將進一步解釋，參考波與物體波之間的干涉在感測器623上產生一所得強度分佈，其可由處理器PU用於計算散射物體波之複合輻射場(「複合」在此處意謂振幅及相位兩者)。將表示此等擷取強度分佈之一或多者的影像資料662傳遞至處理器PU。接著，可在無需成像光學器件21之情況下使用波傳播演算法來計算一合成影像。

參考波並非必需具有一斜角。然而，藉由使用一斜角，吾人可引入橫跨目標之一條紋圖案，該條紋圖形具有一高空間頻率且可用於自一單一影像獲取「解調變」相位資訊。參考波之角度不必過大，小於波長除以兩倍之像素陣列間距(λ/2*像素尺寸)。在一典型設置中，例如，3度至4度可為足夠的。若無此高頻條紋圖案，則吾人可(例如)藉由「相位步進」而獲得相位資訊。如下文所描述，用於相位步進之一方法係：其中吾人獲取多個影像，同時變動參考光束之相對相位。雖然此可實現，但其對設置之穩定性具有極嚴苛要求，且傾斜參考光束因此可為有利的。在其他方法中，可藉由空間調變而實現相位步進，使得在一所謂之「超級像素」內找到不同相位步階。

感測器放置及其像素陣列之間距應經判定使得像素陣列提供干涉圖案之適當取樣。作為一粗略指導，像素間隔(間距)應小於λ/2d，其中λ係照明輻射630之(最長)波長，且d係自目標T至影像感測器623之間隔。在一實際實例中，間隔d可為約1cm。感測器尺寸可在各方向(X及Y)上為d之若干倍，例如，d之5倍或5倍以上、d之10倍或甚至更大。就此而言，應注意，圖6及圖7之圖式比例嚴重失真以容許清晰描繪光學系統。實際上，感測器可遠比圖式顯示更靠近於目標或具有更寬廣度。例如，感測器可具有一距離d及廣度L，使得當自目標T觀看時，其對向一相對較寬角θ。角θ在各維度上可超過100度，例如超過135度，且例如約150度。如插圖6(b)中所繪示，一簡單準直透鏡664可用於增大至感測器之物理距離，同時仍擷取一大範圍角之散射輻射。感測器之廣度無需如圖中展示般居中定位於目標上方。其僅需經定位以基於照明輻射之入射角、照明輻射之(若干)波長及週期性光柵之間距而擷取所要繞射階。

例如，參考波之傳遞可變動。在所繪示之實例中，可移動反射鏡656可用於路徑長度補償以調整物體波與參考波之間的光學路徑差。若輻射源611係一寬頻輻射源(諸如一白光雷射)，則使用反射鏡之步進容許一大波長範圍內之複合輻射場之一光譜量測。由於一寬頻輻射源之同調長度相對較小，故裝置可藉由擷取影像同時步進通過一大範圍位置而操作。該等位置之僅部分(其對應於接近於零之路徑長度差)將在同調長度內。其他位置不會產生一複合場影像。應注意，在反射鏡656之位置給定時，感測器上之不同位置處之路徑長度差可不同。因此，取樣遠場中之各點將在反射鏡之一不同位置處具有一最大條紋對比度。為計算一特定波長之相位/振幅，吾人仍將需要包含來自計算中之多個影像的資訊。就低同調性輻射源而言，吾人將得到橫跨影像之一對比度變動。此可使用一測試目標上之一測試量測來校準。

除放寬針對一給定尺寸之影像場的設計挑戰之外，複合物鏡之消除容許實施無法僅使用習知光學器件來實施之一較大視場。替代一2×2陣列之光柵，例如，可使用視場內之5×2個或甚至5×4個光柵來使一複合目標成像。

為獲得清楚複合輻射場資訊，可使可移動反射鏡656之步階遠小於照明輻射之一(最長)波長。在大容量製造實例(諸如半導體器件製造)中之目標量測中，每個量測所花之時間很關鍵，但亦不僅包含影像擷取本身所花之時間，且包含在影像擷取之前移動及獲取各目標所花之時間。一旦獲取目標，則擷取多個影像同時使移動反射鏡656步進可不明顯增加總度量時間。因此，所採取之步階數可實際上相當大，即使擷取影像之諸多者在後續分析中貢獻極少或無貢獻。此外，若獲得一較大視場，則可在一擷取操作中量測更多個別光柵或其他目標結構。

在其他實例中，可在無移動部件(諸如可移動反射鏡656)之情況下實現相位步進。例如，一反射或透射空間光調變器可在較大「超級像素」內之不同像素位置處具有不同相位步階。可藉由將步階蝕刻至一適合材料中或藉由更獨特方式而實施不同相位步階。基於(例如)液晶之一空間光調變器可用於調變相位。在其他實例中，可變動參考波之波長而非其路徑長度，或除變動參考波之路徑長度之外，亦可變動其波長。若已知波長及入射角，則可計算複合輻射場。可藉由在照明路徑中插入濾波器及/或藉由選擇不同輻射源或調諧一可調諧輻射源而進行波長選擇。

換言之，可藉由在波長恆定之情況下變動路徑長度差，藉由在路徑長度差恆定之情況下變動波長，或藉由兩個變動之一組合而獲得相位資訊。若期望，則可在散射之後施加波長選擇。例如，波長選擇濾波器可插入於影像感測器623之前方且在擷取之間改變。可提供多個影像感測器623，其中收集路徑由波長選擇光束分離器分離。可(例如)依在一單晶片彩色影像感測器上之RGB濾波器陣列之方式使相同影像感測器623內之不同像素對不同波長敏感。

圖7展示另一變動。大多數部件類似於圖6中所繪示之部件，且使用相同元件符號。主要差異在於：並不直接自照明輻射630獲取參考輻射652，而是由反射鏡670自由目標T反射之零階輻射646獲取參考輻射652。此變動可或可不簡化光學佈局。此變動之一益處在於：散射輻射650(物體波)及參考輻射652(參考波)將在其等各自光學路徑之一較大部分內經受相同影響。特定言之，由目標相對於光學系統經歷之任何振動將實質上同樣地影響參考波及物體波兩者。因此，將減小此等振動對記錄複合場之影響。此配置中之參考波將攜載與目標結構有關之一些資訊，但此將僅為平均資訊，且參考波仍有效作為一相位參考以量測物體波之複合輻射場。

圖8繪示使用圖6或圖7之裝置之完整量測程序。藉由圖式中所繪示之光學硬體之操作連同處理器PU而實施程序。可在相同處理器中執行下列功能，或可在不同專用處理器之間劃分下列功能：(i)控制硬體之操作；及(ii)處理影像資料662。甚至無需在相同裝置或相同國家中執行影像資料之處理。

在802a、802b...802n中，由處理器PU自影像感測器23擷取及接收一組強度分佈影像。亦接收界定與各影像相關聯之裝置之操作參數(例如照明模式、反射鏡656之位置、及其類似者)的輔助資料(後設資料)804。此後設資料可與各影像一起接收，或事先根據影像組而界定及儲存此後設資料。該後設資料亦可包含基板及目標結構之資訊。亦接收或預先儲存參考波規格806，隨著參考波橫跨影像感測器23變動，參考波規格806界定參考波之已知相位。無需已知絕對相位，只要吾人準確瞭解橫跨影像感測器之相對相位步階及/或相對於可移動反射鏡之一任意起始位置的相對相位步階。額外校準程序可經提供以獲得此資訊，而非僅依賴設計及計算。

處理器PU自所接收之影像資料802a等等、後設資料804及參考波規格806計算一複合輻射場810。此係橫跨影像感測器23之物體波(散射輻射650)之振幅及相位之一表示。該表示可以每像素位置之振幅值及相位值之形式表達。其他等效表達形式亦係可用的。自此複合輻射場，一程序812中之處理器PU可使用波傳播演算法來計算一合成影像814，如同由一理想光學系統將合成影像聚焦至一影像感測器(其類似於圖3之感測器23)上時所見。

如圖8中所示意性繪示，合成影像814可具有相同於圖5中所展示之實像的形式。僅依舉例方式展示對應於一複合目標中之各個別光柵的暗矩形及亮矩形。合成影像可為類比於已知裝置中所擷取之實像之一強度影像。然而，合成影像未必為一強度影像。其亦可為光柵之一相位影像，或可計算強度/振幅影像及相位影像兩者。如上文已討論，若使用目標之一繞射光譜的相反部分來產生兩個此等影像，則該兩個影像可用於計算各光柵的不對稱性。圖8中展示一第二合成影像814'。應瞭解，基於在已使目標之照明輪廓或定向旋轉180度時使用影像感測器623來擷取之一組第二影像802a'等等，藉由相同於影像814之程序來獲得第二合成影像。換言之，使用(例如)+1階繞射輻射來產生合成影像814，同時使用-1階繞射輻射來產生合成影像814'。

在步驟820中，處理器PU比較影像814及影像814'中之不同光柵之影像的強度，以獲得各光柵的不對稱性量測。在步驟822中，複合目標內之多個光柵的量測不對稱性係藉由一預定公式及/或校準曲線轉換，以獲得所關注之一參數(諸如重疊OV、焦點F或劑量D)之一量測。自目標結構之知識(其包含所施加之偏離方案)導出公式。可藉由比較對一目標範圍之不對稱性量測與藉由其他技術(諸如電子顯微術(SEM、TEM))而進行之所關注參數的量測來獲得校準曲線。

對所關注之所有目標重複所繪示之程序。應注意，可在時間及空間上使程序之運算部分與影像擷取分開。無需即時完成運算，但當然可期望如此。僅擷取影像802a等等需要存在基板，且因此總體影響微影器件製程之生產率(通量)。

如上文所提及，所擷取之影像802a的數目可大於經選擇且經使用以計算複合輻射場的數目。可根據要求來選擇所使用之數目。原則上，使用物體波與參考波之間的不同(已知)相位步階來擷取的四個影像應足以獲得清楚振幅及相位資訊。替代地，使用照明輻射630之不同(已知)波長來擷取的四個影像將係足夠的。更大數目可用於改良量測確定性。若可使用目標結構及基板之知識來約束計算，則可減少計算所需之影像的數目。吾人已知被證明對雜訊更穩健之相位步進演算法。例如，五步階相移演算法對相移器校準更穩健。存在多步階演算法，其無需相位步階之知識，只要其係相同的。亦存在隨機相位步階演算法。例如，參閱2011年Optics 513 Chapter 5，Chapter Notes，於 _http：//fp.optics.arizona.edu/jcwyant/Optics513/ChapterNotes/Chapter05/Notes/Phase%20Shifting%20Interferometry.nb.pdf處可得之James C Wyant的「Phase Shifting Interferometry.nb.pdf」，。

在上述實例中，將計算複合場810及計算合成影像814之步驟展示為循序分開。此可為便於實際進行之一方式。然而，原則上，計算可經合併，使得吾人進行直接自擷取影像802a等等至合成影像814之一單一計算，而無需明確計算複合場。申請專利範圍不應被解譯為需要將複合場明確計算為一不同資料陣列。

除計算目標之合成影像(如同由已知暗場成像散射計之影像感測器23所見)之外，裝置亦可計算繞射圖案之合成影像，如同一光瞳影像感測器中所見。與已知裝置不同，無需將收集輻射分離成不同光學分支以獲得此等不同影像。

圖9繪示其中可並行量測數個目標之一檢測裝置900。在實例中，三個光學系統902、904、906安裝於一支撐結構910上。各光學系統包括圖6、圖7中所展示之類型之一檢測裝置。應瞭解，可依據光學系統與基板上之目標之適當間隔來同時擷取多個目標T1、T2、T3。在不同於實體影像擷取之步驟的一步驟中自複合輻射場資料運算影像814等等的事實意謂：可放寬諸多設計約束。上文討論此等更寬鬆約束之部分。在圖9之並行實施中，合成影像之大視場及計算聚焦容許一寬邊限用於在X、Y及Z(焦點)方向上同時擷取若干目標。

結論

本文所揭示之檢測裝置能夠改良量測光學系統之視場及頻寬，且物鏡及其他組件之複雜度及成本不會相應增加。可使用非常簡單之光學器件來覆蓋一非常大之波長範圍。自一應用觀點，可高度期望此大波長範圍改良量測準確度且對難以進行特定已知波長處之量測的特定程序較穩健。多個CCD或類似影像感測器623可視情況用於覆蓋自 (例如)300nm至1500nm或更大之一波長範圍。

將物體波與直接源自輻射源或一反射零階之一參考波同調混合亦提供確保一大動態範圍及偵測非常低對比度光柵之能力的光學放大(「零差(homodyning)」)。另一方面，在「自參考」實施例中，參考波可為散射輻射650之一修改複本。自參考實施例之益處可為(例如)信號之穩定性，此係因為參考源自量測信號。

「光學器件」(若存在)係完全消色差的且對聚焦誤差非常寬容，此係因為通過運算而完成整個影像形成。此聚焦容限對(例如)容許所關注區域(圖5之ROI)經界定以包含經比較之兩個影像中之目標之完全相同部分而言很重要。如下列圖10中所見，亦可有益地容許自若干目標並行擷取影像，且無需在擷取時個別地聚焦各目標。

由於影像感測器623位於一「類傅立葉」平面上，所以局部雜訊(如灰塵、死像素)之效應在合成影像中之所有像素中散開，且對運算影像具有一較小影響(與一CCD或類似感測器上之直接成像相反)。

可藉由提供如本文所揭示之一檢測裝置，使用其來量測經處理基板以量測微影程序之效能之參數，且調整程序之參數以改良或維持用於處理後續基板之微影程序之效能而改良使用微影程序來製造器件之一方法。

雖然上文所描述之目標結構係為量測目的而特別設計及形成之度量目標，但在其他實施例中，可量測與目標(其係形成於基板上之器件之功能部分)有關之性質。諸多器件具有規則、類光柵結構。如本文所使用，術語「目標光柵」及「目標結構」無需特別提供用於執行量測之結構。

與光學系統硬體聯合，一實施例可包含一電腦程式，其含有一或多個序列之機器可讀指令以界定計算合成影像及/或控制檢測裝置實施照明模式及該等度量配方之其他態樣的方法。可在(例如)用於影像計算/控制程序之一單獨電腦系統中執行此電腦程式。替代地，可在圖6、圖7或圖9之裝置中之單元PU及/或圖2之控制單元LACU內完全或部分執行計算步驟。亦可提供一資料儲存媒體(例如半導體記憶體、磁碟或光碟)，其具有儲存於其內之此一電腦程式。

在下列編號條項中提供根據本發明之進一步實施例：

1.一種用於量測一目標結構之性質的檢測裝置，該裝置包括與一光學系統組合之一輻射源及一影像偵測器，該光學系統界定下列光束路徑：- 一照明路徑，其用於自該輻射源接收輻射，形成空間同調照明輻射之一光束，且將該照明輻射傳遞至一基板上之一目標區域上；- 一收集路徑，其用於自該目標區域收集非零階散射輻射之至少一部分且將該收集之散射輻射傳遞至該影像偵測器；及- 一參考路徑，其用於將參考輻射傳遞至該影像偵測器，其中該參考輻射與該散射輻射同調以便干涉該散射輻射且在該影像偵測器處形成一干涉圖案，其中該影像偵測器經組態以擷取該干涉圖案之一或多個影像，且其中該檢測裝置進一步包括一處理器，該處理器經配置以：(i)接收表示該一或多個擷取影像之影像資料；(ii)自該影像資料及自該參考輻射之知識計算該偵測器處之該散射輻射之一複合場；(iii)自該複合場計算由該目標區域內之一週期性結構繞射之輻射之一合成輻射量測影像。

2.如條項1之檢測裝置，其中該參考路徑包含該基板之該目標區域，自該散射輻射之一部分獲得該參考輻射。

3.如條項2之檢測裝置，其中自該散射輻射之一零階部分獲得該參考輻射。

4.如條項2之檢測裝置，其中自該散射輻射之一非零階部分獲得該參考輻射。

5.如任何前述條項之檢測裝置，其中該照明路徑及該參考路徑之一或兩者包含一可移動元件，該可移動元件用於調整該散射輻射與該參考輻射之間之一光學路徑差，其中該散射輻射及該參考輻射在該影像偵測器處干涉。

6.如條項5之檢測裝置，其中該處理器經組態以自使用不同光學路徑差來擷取之該干涉圖案之影像計算該複合場。

7.如條項6之檢測裝置，其中該照明輻射係寬頻照明，且該處理器經組態以自使用小於該寬頻輻射之一同調長度的(若干)光學路徑差來擷取之該干涉圖案之一或多個影像計算該複合場。

8.如任何前述條項之檢測裝置，其包含用於選擇該照明輻射之一波長的一波長選擇器。

9.如條項8之檢測裝置，其中該處理器經組態以自使用不同波長來擷取之該干涉圖案之影像計算該複合場。

10.如任何前述條項之檢測裝置，其中該收集路徑包含用於減小該偵測器處之該散射輻射之發散度的一或多個元件。

11.如任何前述條項之檢測裝置，其中亦使用界定一目標結構之已知性質的資訊來計算該複合場。

12.如條項11之檢測裝置，其中該處理器經配置以自該合成輻射量測影像提取與該相同目標區域內之複數個個別目標結構相關之資訊，將各目標結構表示為位於該合成輻射量測影像內之一不同區域處。

13.如任何前述條項之檢測裝置，其中該處理器經進一步組態以藉由組合來自合成輻射量測影像之資訊而計算一或多個目標結構之一性質，自不同條件下所擷取之該相同目標區域之影像資料表示計算該等合成輻射量測影像。

14.如條項13之檢測裝置，其中該性質係不對稱性，該等不同條件下之該收集散射輻射包括一目標結構之一繞射光譜之相反部分。

15.如條項13或14之檢測裝置，其中該處理器經進一步配置以：(iv)在不同條件下重複步驟(i)至(iii)且計算該相同目標區域之至少一進一步合成輻射量測影像；及(v)自該複合個合成輻射量測影像計算該目標結構之一不對稱性量測。

16.如條項14或15之檢測裝置，其中該處理器經組態以計算多個目標結構之不對稱性量測，且其中該處理器經進一步配置以使用該多個目標結構之該等量測及已知特性來計算用於形成該等目標結構之一微影程序之一效能參數。

17.如條項16之檢測裝置，其中該微影程序之該效能參數係重疊、焦點及劑量之一者。

18.如條項16或17之檢測裝置，其中該處理器經配置以自該等相同擷取影像提取與該多個目標結構相關之資訊，將各目標結構表示為位於該合成影像中之一不同區域處。

19.如任何前述條項之檢測裝置，其中提供用於自多個目標區域並行擷取干涉圖案之影像的複數個光學系統及影像偵測器。

20.如任何前述條項之檢測裝置，其中該處理器經進一步組態以計算表示該目標之該繞射光譜之一或多個選定部分的一合成繞射圖案。

21.一種用於量測一目標結構之性質的方法，該方法包括下列步驟：(a)使用空間同調照明輻射來照射一基板上之一目標區域；(b)自該目標區域收集非零階散射輻射之至少一部分且將該收集之散射輻射傳遞至影像偵測器；(c)將參考輻射之一光束傳遞至該影像偵測器，該參考輻射與該散射輻射同調以便干涉該收集之散射輻射且在該影像偵測器處形成一干涉圖案；(d)使用該影像偵測器來擷取該干涉圖案之一或多個影像；(e)自表示該一或多個擷取影像之影像資料及自該參考輻射之知識計算該偵測器處之該收集散射輻射之一複合場；(f)自該計算之複合場計算由該目標區域內之一週期性結構繞射之輻射之一合成輻射量測影像。

22.如條項21之方法，其中自由該目標區域散射之輻射獲得該參考輻射。

23.如條項22之方法，其中自由該目標區域散射之零階輻射獲得該參考輻射。

24.如條項22之方法，其中自由該目標區域散射之非零階輻射獲得該參考輻射。

25.如條項21至24中任一項之方法，其進一步包含：當該散射輻射及該參考輻射在該影像偵測器處干涉時，調整該散射輻射與該參考輻射之間的一光學路徑差。

26.如條項25之方法，其中步驟(e)包括：自使用不同光學路徑差來擷取之該干涉圖案之影像計算該複合場。

27.如條項26之方法，其中該照明輻射係寬頻照明，且步驟(e)包括：自使用小於該寬頻輻射之一同調長度的(若干)光學路徑差來擷取之該干涉圖案之一或多個影像計算該複合場。

28.如條項21至27中任一項之方法，其中一波長選擇器用於選擇該照明輻射之一波長。

29.如條項28之方法，其中步驟(e)包括：自使用不同波長來擷取之該干涉圖案之影像計算該複合場。

30.如條項21至29中任一項之方法，其中該收集步驟(b)使用一或多個元件來減小該偵測器處之該散射輻射之發散度。

31.如條項21至30中任一項之方法，其中在步驟(e)中，亦使用界定一目標結構之已知性質的資訊來計算該複合場。

32.如條項31之方法，其中步驟(f)包括：自該合成輻射量測影像提取與該相同目標區域內之複數個個別目標結構相關之資訊，將各目標結構表示為位於該合成輻射量測影像內之一不同區域處。

33.如條項21至32中任一項之方法，其進一步包括下列步驟：(g)在不同條件下重複步驟(a)至(f)以計算該相同目標區域之至少一進一步合成輻射量測影像，該等不同條件下之該收集散射輻射包括一目標結構之一繞射光譜之相反部分；及(h)自該複數個合成輻射量測影像計算該目標結構之一不對稱性量測。

34.如條項33之方法，其中該處理器經組態以計算多個目標結構之不對稱性量測，且其中該處理器經進一步配置以使用該多個目標結構之該等量測及已知特性來計算用於形成該等目標結構之一微影程序之一效能參數。

35.一種製造器件之方法，其中藉由一微影程序而在一系列基板上形成器件特徵及度量目標，其中藉由如條項21至34中任一項之方法而量測一或多個經處理基板上之該等度量目標之性質，且其中使用該等量測性質來調整用於處理進一步基板之該微影程序之參數。

36.一種電腦程式產品，其含有一或多個序列之機器可讀指令，該等指令用於實施如條項21至34中任一項之方法之該步驟(e)。

37.一種電腦程式產品，其含有一或多個序列之機器可讀指令，該等指令用於實施如條項21至34中任一項之方法之該等步驟(e)及(f)。

38.一種電腦程式產品，其含有一或多個序列之機器可讀指令，該等指令用於實施如條項33及34中任一項之方法之該等步驟(e)、(f) 及(h)。

雖然已在上文特定參考在光學微影之內文中使用本發明之實施例，但應瞭解，可在其他應用(例如壓印微影)中使用本發明，且若內文容許，則本發明不受限於光學微影。在壓印微影中，一圖案化器件之一構形界定產生於一基板上之圖案。可將該圖案化器件之該構形壓製至供應至該基板之一層光阻劑中，因此，藉由施加電磁輻射、熱、壓力或其等之一組合而固化該光阻劑。在使該光阻劑固化之後，自該光阻劑移走該圖案化器件以在該光阻劑中留下一圖案。

本文所使用之術語「輻射」及「光束」涵蓋所有類型之電磁輻射，其包含紫外線(UV)輻射(其(例如)具有約365nm、約355nm、約248nm、約193nm、約157nm或約126nm之一波長)及極紫外線(EUV)輻射(其(例如)具有5nm至20nm範圍內之一波長)、以及粒子束(諸如離子束或電子束)。

若內文容許，則術語「透鏡」可係指各種類型之光學組件(其包含折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件)之任一者或任何組合。

特定實施例之以上描述將完全揭露本發明之一般性質，使得在不脫離本發明之一般概念之情況下，其他人可藉由應用此項技術之熟悉知識而容易地修改此等特定實施例及/或使此等特定實施例適應各種應用(無需不過度實驗)。因此，基於本文所呈現之教示及指導，此等調適及修改意欲在所揭示實施例之等效物之含義及範圍內。應瞭解，本文之片語或術語用於藉由實例之描述，而非意在限制，使得熟習此項技術者應鑑於教示及指導而解譯本說明書之術語或片語。

本發明之廣度及範疇不應受上述例示性實施例之任一者限制，而是應僅根據下列申請專利範圍及其等效物而界定。

Claims

一種用於量測一目標結構之性質的檢測裝置，該裝置包括與一光學系統組合之一輻射源及一影像偵測器，該光學系統界定下列光束路徑：一照明路徑，用於自該輻射源接收輻射，形成空間同調照明輻射(spatially coherent illuminating radiation)之一光束，且將該照明輻射傳遞(delivering)至一基板上之一目標區域上；一收集路徑，用於自該目標區域收集非零階(non-zero order)散射輻射(scattered radiation)之至少一部分，且將經收集之該散射輻射傳遞至該影像偵測器；及一參考路徑，用於將參考輻射傳遞至該影像偵測器，其中該參考輻射與該散射輻射同調以便干涉(interfere)該散射輻射且在該影像偵測器處形成一干涉圖案，其中該影像偵測器經組態以擷取該干涉圖案之一或多個影像，且其中該檢測裝置進一步包括一處理器，該處理器經配置以：(i)接收表示經擷取之該一或多個影像之影像資料；(ii)自該影像資料及自該參考輻射之知識(knowledge)計算該偵測器處之該散射輻射之一複合場(complex field)；(iii)自該複合場計算由該目標區域內之一週期性結構繞射之輻射之一合成輻射量測影像(synthetic radiometric image of radiation)。
如請求項1之檢測裝置，其中該照明路徑及該參考路徑之一或兩者包含一可移動元件，該可移動元件用於在該散射輻射及該參考輻射於該影像偵測器處干涉時調整該散射輻射與該參考輻射之間之一光學路徑差。
如請求項2之檢測裝置，其中該處理器經組態以自使用不同光學路徑差來擷取之該干涉圖案的影像計算該複合場。
如請求項1至3中任一項之檢測裝置，其中該處理器經配置以自該合成輻射量測影像提取與相同之該目標區域內之複數個個別目標結構相關的資訊，將各目標結構表示為位於該合成輻射量測影像內之一不同區域處。
如請求項1至3中任一項之檢測裝置，其中該處理器經進一步組態以藉由組合來自合成輻射量測影像之資訊來計算一或多個目標結構之一性質，自不同條件下所擷取之相同之該目標區域的影像資料表示計算該等合成輻射量測影像。
如請求項5之檢測裝置，其中該處理器經進一步配置以：(iv)在不同條件下重複步驟(i)至(iii)，且計算相同之該目標區域之至少一進一步合成輻射量測影像；及(v)自該複數個合成輻射量測影像計算該目標結構之一不對稱性量測。
一種用於量測一目標結構之性質的方法，該方法包括下列步驟：(a)使用空間同調照明輻射來照射一基板上之一目標區域；(b)自該目標區域收集非零階散射輻射之至少一部分，且將該收集之散射輻射傳遞至影像偵測器；(c)將參考輻射之一光束傳遞至該影像偵測器，該參考輻射與該散射輻射同調以便干涉經收集之該散射輻射，且在該影像偵測器處形成一干涉圖案；(d)使用該影像偵測器來擷取該干涉圖案之一或多個影像；(e)自表示經擷取之該一或多個影像之影像資料及自該參考輻射之知識計算該偵測器處之經收集之該散射輻射之一複合場；(f)自經計算之該複合場計算由該目標區域內之一週期性結構繞射之輻射之一合成輻射量測影像。
如請求項7之方法，進一步包含：調整該散射輻射與該參考輻射之間之一光學路徑差，其中該散射輻射及該參考輻射在該影像偵測器處干涉。
如請求項7或8中任一項之方法，其中使用一波長選擇器來選擇該照明輻射之一波長。
如請求項7或8之方法，其中該收集步驟(b)使用一或多個元件來減小該偵測器處之該散射輻射的發散度。
如請求項7或8之方法，其中在該步驟(e)中，亦使用界定一目標結構之已知性質的資訊來計算該複合場。
如請求項7或8之方法，進一步包括下列步驟：(g)在不同條件下重複步驟(a)至(f)以計算相同之該目標區域之至少一進一步合成輻射量測影像，該等不同條件下之該收集散射輻射包括一目標結構之一繞射光譜的相反部分；及(h)自該複數個合成輻射量測影像計算該目標結構之一不對稱性量測。
如請求項12之方法，其中一處理器經組態以計算多個目標結構之不對稱性量測，且其中該處理器經進一步配置以使用該多個目標結構之該等量測及已知特性來計算用於形成該等目標結構之一微影程序之一效能參數。
一種製造器件之方法，其中藉由一微影程序在一系列基板上形成器件特徵及度量目標，其中藉由如請求項7至13中任一項之方法來量測一或多個經處理基板上之該等度量目標的性質，且其中使用該等量測性質來調整用於處理進一步基板之該微影程序的參數。
一種電腦程式產品，其含有一或多個序列(sequences)之機器可讀指令，該等指令用於實施如請求項7至13中任一項之方法之該步驟(e)。