TWI667548B - 檢測方法與裝置及微影裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種檢測方法與裝置及一種關聯微影裝置。該檢測方法包含運用一選定波長之檢測輻射來照明一結構，該結構屬於包含複數個層之一類型(例如，一3D記憶體結構)。偵測所得繞射信號，自該繞射信號判定該等層之一子集之一實體屬性。該實體屬性被判定之層之該子集取決於該檢測輻射之該選定波長。

Description

檢測方法與裝置及微影裝置
本發明係關於可用於(例如)藉由微影技術之器件製造中之檢測方法。
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。
為了監視微影程序，量測經圖案化基板之參數。舉例而言，參數可包括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。專門檢測工具之快速且非侵入性形式為散射計，其中輻射光束經引導至基板之表面上之目標上，且量測經散射或經反射光束之屬性。藉由將光束在其已由基板反射或散射之前與之後的屬性進行比較，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而進行此判定。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散射至特定窄角程中之輻射之光譜(依據波長而變化的強度)。角解析散射計使用單色輻射光束且量測依據角度而變化的散射輻射之強度。
諸如3D NAND快閃記憶體層堆疊之三維或垂直架構呈現在層堆疊之實體屬性之準確控制且因此準確量測方面的挑戰。此等實體屬性可包含層厚度或形成於層堆疊結構中之孔之臨界尺寸。
需要提供一種實現諸如層堆疊之結構之實體屬性之更準確量測的方法及系統。
根據本發明之一態樣，提供一種檢測方法，其包含：運用一選定波長之檢測輻射來照明一結構，其中該結構包含複數個層；偵測由該結構之該照明引起的一繞射信號；及自該繞射信號判定該等層之一子集之一實體屬性，該實體屬性被判定之層之該子集取決於該檢測輻射之該選定波長。
根據本發明之一第二態樣，提供一種檢測裝置，其包含：一輻射源，其可操作以運用一選定波長之檢測輻射來照明一結構，其中該結構包含複數個層；一偵測器，其用於偵測起因於該結構之該照明之一繞射信號；及一處理器，其可操作以自該繞射信號判定該等層之一子集之一實體屬性，該實體屬性被判定之層之該子集取決於該檢測輻 射之該選定波長。
2‧‧‧寬頻帶輻射投影儀/輻射源
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/光束分裂器
17‧‧‧偏振器
18‧‧‧偵測器
30‧‧‧基板目標
502‧‧‧步驟
503‧‧‧步驟
504‧‧‧步驟
506‧‧‧步驟
508‧‧‧步驟
510‧‧‧步驟
512‧‧‧步驟
514‧‧‧步驟
602‧‧‧步驟
603‧‧‧步驟
604‧‧‧步驟
606‧‧‧步驟
608‧‧‧步驟
610‧‧‧步驟
612‧‧‧步驟
614‧‧‧步驟
616‧‧‧步驟
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
CH‧‧‧冷卻板
CO‧‧‧聚光器
DE‧‧‧顯影器
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
P1‧‧‧基板對準標記
P2‧‧‧基板對準標記
PM‧‧‧第一定位器
PL‧‧‧投影系統
PU‧‧‧處理單元
PW‧‧‧第二定位器
RO‧‧‧基板處置器或機器人
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
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重建構結構之第一實例程序；- 圖6描繪用於自散射計量測重建構結構之第二實例程序；及- 圖7示意性地說明針對檢測輻射之不同波長對一結構之不同層處之結構屬性的所演算敏感度。
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)PL，其經組態以將由圖案化器件MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C(例如，包含一或多個晶粒)上。
照明系統可包括用於引導、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，以及各種混合式光罩類型。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」應被廣泛地解譯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。亦可將浸潤液體施加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。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，而是僅意謂液體在曝光期間位於投影系統與基板之間。
參看圖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長度(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。若偵測到誤差，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。
使用檢測裝置以判定基板之屬性，且詳言之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，或可為單獨器件。為了實現最快速量測，需要使檢測裝置緊接在曝光之後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。
圖3描繪可用於本發明中之散射計。該散射計包含將輻射投影至基板W上之寬頻帶(白光)輻射投影儀2。反射輻射傳遞至光譜儀偵測器4，該光譜儀偵測器4量測鏡面反射輻射之光譜10(依據波長而變化的強度)。自此資料，可由處理單元PU重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之底部處所展示之經模擬光譜庫的比較。一般而言，對於重建構，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展示可供本發明使用之另一散射計。在此器件中，由輻射源2發射之輻射係使用透鏡系統12而準直且透射通過干涉濾光器13及偏振器17、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。浸潤散射計可甚至具有數值孔徑高於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。偵測器可位於背向投影式光瞳平面11中，背向投影式光瞳平面11處於透鏡系統15之焦距，然而，該光瞳平面可代替地運用輔助光學件(圖中未繪示)而再成像至該偵測器上。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。偵測器較佳為二維偵測器，使得可量測基板目標30之二維角度散射光譜。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。
參考光束常常用以(例如)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之一不同部分上或替代地投影至不同偵測器(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。該干涉濾光器可為可調諧的，而非包含不同濾光器集合。可使用光柵來代替干涉濾光器。
偵測器18可量測在單一波長(或窄波長範圍)下之散射光之強度、 分離地在多個波長下之散射光之強度，或遍及一波長範圍而整合之散射光之強度。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。
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，桿體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通孔形成。桿體、導柱或通孔可替代地經蝕刻至基板中。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，經印刷光柵之散射量測資料係用以重建構光柵。1-D光柵之參數(諸如，線寬及形狀)或2-D光柵之參數(諸如，導柱或通孔寬度或長度或形狀)可經輸入至藉由處理單元PU自印刷步驟及/或其他散射量測程序之知識而執行之重建構程序。
如上文所描述，目標係在基板之表面上。此目標將常常採取光柵中之一系列線之形狀或2-D陣列中之實質上矩形結構之形狀。度量衡中之嚴密光學繞射理論之目的為有效地演算自目標反射之繞射光譜。換言之，獲得關於臨界尺寸(critical dimension,CD)均一性及疊對度量衡之目標形狀資訊。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。特定言之，CD(或臨界尺寸)為「書寫」於基板上之物件之寬度，且為微影裝置實體地能夠在基板上書寫之極限。
在結合諸如目標30之目標結構之模型化及其繞射屬性而使用上文所描述之散射計中之一者的情況下，可以數種方式執行結構之形狀及其他參數之量測。在由圖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 觀測到之繞射圖案。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。在由圖6表示的第二類型之程序中，預先演算用於許多不同候選結構之繞射光譜以產生繞射光譜「庫」。接著，比較自量測目標觀測之繞射圖案與所演算光譜庫以找到最好擬合。兩種方法可一起使用：可自庫獲得粗略擬合，接著進行反覆程序以找到最好擬合。
更詳細地參看圖5，將概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，將假定目標在僅一個方向上(1-D結構)係週期性的。實務上，其可在2個或3個方向上(2維或3維結構)係週期性的，且將相應地調適處理。
502：使用散射計(諸如，上文所描述之彼等散射計)來量測基板上之實際目標之繞射圖案。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。
503：建立「模型配方」，其依據數個參數pi(p1、p2、p3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。目標材料及底層之屬性亦由諸如折射率(在存在於散射量測輻射光束中之特定波長下)之參數表示。下文中將給出特定實例。重要的是，雖然目標結構可由描述其形狀及材料屬性之許多參數定義，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。吾人在下文進一步描述藉以在固定參數與浮動參數之間進行選擇之程序。此外，將引入參數可被准許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，僅可變參數被認為是參數pi。
504：藉由設定用於浮動參數之初始值pi(0)(亦即，p1(0)、 p2(0)、p3(0)等等)來估計模型目標形狀。將在配方中所定義之某些預定範圍內產生每一浮動參數。
506：(例如)使用諸如RCWA之嚴密光學繞射方法或馬克士威方程式之任何其他求解程序使用表示模型之不同元件之所估計形狀連同光學屬性之參數以演算散射屬性。此演算給出所估計目標形狀之所估計或模型繞射圖案。
508、510：接著比較測定繞射圖案與模型繞射圖案，且使用測定繞射圖案與模型繞射圖案之相似性及差以演算用於模型目標形狀之「優質化函數」。
512：在假定優質化函數指示模型需要在其準確地表示實際目標形狀之前得以改良的情況下，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，且此處將不對其進行詳細描述。
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506處所演算之所估計或模型繞射圖案。若以與步驟502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，可容易地比較經模型化光譜與由圖3之裝置量測之光譜；可容易地比較經模型化光瞳圖案與由圖4之裝置量測之光瞳圖案。
遍及自圖5開始之此描述，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於不同類型之散射計，或甚至適於其他類型之量測器具。
圖6說明一替代實例程序，其中預先演算用於不同所估計目標形狀(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程式庫中以供與實際量測比較。基礎原理及術語係相同於圖5之程序之基礎原理及術語。圖6之程序之步驟為：
602：開始產生程式庫之程序。可針對每一類型之目標結構來產生一分離程式庫。程式庫可由量測裝置之使用者根據需要而產生，或可由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)定義目標結構之經參數化模型。考慮因素係相似於反覆程序之步驟503中之考慮因素。
604：(例如)藉由產生第一參數集合p1(0)、p2(0)、p3(0)等等之隨機值而產生所有該等參數，每一隨機值係在該參數集合之值之預期範圍內。
606：演算模型繞射圖案且將其儲存於程式庫中，該模型繞射圖案表示自由參數表示之目標形狀預期之繞射圖案。
608：產生新形狀參數集合p1(1)、p2(1)、p3(1)等等。重複步驟606至608數十次、數百次或甚至數千次，直至包含所有所儲存經模型化繞射圖案之程式庫被判斷為足夠完整為止。每一所儲存圖案表示多維參數空間中之一樣本點。程式庫中之樣本應以足夠密度填入樣本空間，使得將足夠密切地表示任何實際繞射圖案。
610：在產生程式庫之後(但可在產生程式庫之前)，將實際目標30置放於散射計中且量測該實際目標30之繞射圖案。
612：將測定圖案與儲存於程式庫中之經模型化圖案進行比較以 找到最佳匹配圖案。可將測定圖案與程式庫中之每一樣本進行比較，或可使用更系統性搜尋策略，以縮減計算負擔。
614：若找到匹配，則可將用以產生匹配程式庫圖案之所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測定形狀參數。可直接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，將最接近匹配樣本用作起始點，且使用改進程序以獲得最終參數供報告。舉例而言，此改進程序可包含極相似於圖5所展示之反覆程序的反覆程序。
是否需要改進步驟616取決於實施者之選擇。若程式庫被極密集地取樣，則因為將總是找到良好匹配，所以可無需反覆改進。另一方面，此程式庫可能太大而不能實務使用。因此，一實務解決方案係針對粗略參數集合來使用程式庫搜尋，接著使用優質化函數進行一或多次反覆而以所要準確度判定較準確參數集合來報告目標基板之參數。在執行額外反覆時，將所演算繞射圖案及關聯經改進參數集合作為新輸入項添加於程式庫中將為一選項。以此方式，最初可使用基於相對少量計算努力但使用改進步驟616之計算努力而建置成較大程式庫的程式庫。不管使用哪一方案，亦可基於多個候選結構之匹配良好度而獲得經報告可變參數中之一或多者之值的進一步改進。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(在假定彼等候選結構之兩者或全部具有高匹配記分的情況下)。
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自所估計目標形狀來演算所估計模型繞射圖案。
某些半導體結構包含不同層之堆疊。舉例而言，3D-NAND快閃 記憶體(亦被稱為垂直NAND快閃記憶體)為其中記憶體製造單元垂直地堆疊至層堆疊中之記憶體架構。個別記憶體製造單元可由一個平面多晶矽層製成，該平面多晶矽層含有由多個同心垂直圓柱填充之孔。孔之多晶矽表面充當閘電極。最外部氧化物圓柱充當閘極介電質，其圍封儲存電荷之氮化矽圓柱，其又作為穿隧介電質圍封氧化物圓柱，該氧化物圓柱環繞充當導電通道之導電多晶矽之中心棒。
層堆疊可包含第一材料與第二材料之交替層之多層重複結構。每一層對重複多於10次。每一層對可重複多於20次或多於30次。在一特定實例中，每一層對重複大約32次。在此等層經生長之後，以大約1：50之極高縱橫比將孔(通道)蝕刻通過該層堆疊。為了獲得良好器件效能，層厚度及孔剖面之良好控制係重要的。此情形需要層厚度及經蝕刻孔之剖面之度量衡。
可使用橫截面掃描電子顯微法(SEM)來執行層及孔之度量衡，但此耗時且具破壞性。諸如光學臨界尺寸散射量測及橢圓量測之其他技術不具破壞性，但測定資料具有不足夠資訊內容來量測堆疊中之每一個別層。
某些材料具有吸收特性使得吸收位準取決於經吸收輻射之波長。一個此類材料可包含於層堆疊內。在一實施例中，層堆疊包含具有此等吸收特性之第一材料，該第一材料與第二材料交替。舉例而言，第一材料可為多晶矽且第二材料可為氧化物(例如，二氧化矽)。在多晶矽之特定狀況下，隨著用於檢測之輻射之波長增加，輻射通過層堆疊之穿透深度逐漸增加且可看到更多層。應瞭解，此等技術對吸收膜最有效地工作。
作為此情形之結果，可使用度量衡技術以量測層堆疊內之層之實體屬性。此等技術可包含運用檢測輻射來照明層堆疊，及偵測所得繞射信號。藉由重複運用不同波長之檢測輻射之此等量測，可量測不 同層之實體屬性。因此，可藉由使用不同波長之檢測輻射來執行量測而獨立地量測包含於層堆疊內之層之子集。在一實施例中，量測包含第二材料之層之實體屬性。每一子集可包含單一層，或多於一個層。在每一子集包含多於一個層的情況下，每一子集可包含(例如)一種材料(例如，第二材料)之鄰近層之群組。
圖7為敏感度標繪圖，其展示對依據檢測輻射之波長(λ-垂直方向)及層索引(L-水平方向)而變化的第二材料(在此實例中為氧化物)層之厚度之所演算敏感度。在所說明之特定實例中，存在包含於層堆疊中之32個氧化物層(L=1至32)，且使用在50奈米之間隔下在400奈米與800奈米之間的波長之檢測輻射來檢測該層堆疊。
在方框空白的情況下，當使用彼波長之檢測輻射來檢測對應氧化物層時，不存在或存在不足對該對應氧化物層之所演算敏感度，該檢測輻射已在層堆疊之較高層級中被吸收。在方框展示光瞳圖案的情況下，氧化物層對彼層級處之檢測輻射敏感，且可使用重建構技術以相似於關於圖5及圖6所描述之方式的方式來模型化氧化物層。在此等重建構技術中，浮動參數可經選擇為描述最低(足夠)敏感層之彼等參數，其中用於其他層之參數固定。此處之最低係相對於(上部)經照明表面。
對於最短波長(在此實例中，λ=400奈米)，繞射信號對層堆疊之僅最上兩個層之實體屬性敏感。因此，對應於由使用此波長λ之檢測輻射引起的繞射圖案之結構之重建構可僅具有描述此等最上兩個層之浮動參數。隨著波長λ逐漸增加，更多層L開始展示敏感度。可藉由使層之相關性破裂(使層解相關)來利用此屬性。此情形可藉由使在重建構期間展示足夠敏感度以提供有意義結果之僅最低層(之相關實體屬性)「浮動」(亦即，在浮動參數方面描述僅該等最低層(之相關實體屬性))來進行。未浮動之層固定，亦即，在固定參數方面描述該等層。 藉由固定參數描述之層可使用此等層藉由浮動參數予以描述(亦即，當該等層為最低敏感層時)之先前重建構中所演算之值。替代地，可根據其他方法或準則來估計或演算固定參數。
作為上文之一實例，基本重建構方案之前三個步驟可包含：‧使用處於λ=400奈米之輻射之結構之檢測：氧化物層1及2之重建構；‧使用處於λ=450奈米之輻射之結構之檢測：氧化物層3之重建構，同時使用來自先前步驟之結果(λ=400奈米)保持層1及2固定；‧使用處於λ=500奈米之輻射之結構之檢測：氧化物層4及5之重建構，同時使用來自先前步驟之結果(λ=450奈米)保持層1、2及3固定。
針對每一波長以相似方式重複此等步驟，在每一狀況下，僅重建構新敏感層(亦即，最低敏感層)中之一或多者，同時使用來自針對已經經重建構層之先前重建構之結果，直至所有層已經重建構(或符合另一準則)為止。上文所呈現之步驟之次序係僅用於解釋；實務上，很可能首先執行所有檢測步驟，接著進行所有重建構步驟。又，可在照明步驟中使用多個波長之光。
可執行初始敏感度分析以便判定可基於所使用之照明輻射之波長而使哪一(哪些)層「浮動」且哪些層由於其展示對彼波長之照明輻射之不足敏感度而應保持「固定」。
純粹借助於實例提供此特定途徑，且此特定實例應對誤差傳播敏感。然而，可使用更複雜演算法以改良穩固性。
此基本構思可延伸使得所量測之實體屬性為高縱橫比孔之尺寸(CD)。此使用與上文針對膜厚度度量衡所描述之途徑基本上相同的途徑，其中重建構參數(固定及浮動兩者)描述孔CD而非層厚度。實體屬性可為除了層厚度或孔CD以外的參數。
下文中在編號條項中提供根據本發明之另外實施例：
1.一種檢測方法，其包含：運用至少一選定波長之檢測輻射來照明一結構，其中該結構包含複數個層；偵測起因於該結構之該照明之一繞射信號；及自該繞射信號判定該等層之一子集之一屬性，該屬性被判定之層之該子集取決於該檢測輻射之該(該等)選定波長。
2.如條項1之方法，其中該等層之至少一些包含吸收該檢測輻射中之一些之一第一材料；吸收位準且因此該檢測輻射通過該等層之穿透位準取決於該檢測輻射之該波長。
3.如條項2之方法，其中該方法包含使用不同選定波長來照明該結構且偵測起因於該照明之該繞射信號，使得在該判定步驟中，針對層之複數個不同子集來判定該屬性。
4.如條項3之方法，其中所使用之選定波長之範圍及/或數目係藉由該等材料屬性及層之數目予以判定。
5.如條項3或4之方法，其中對於每一選定波長，該判定步驟包含針對相對於所照明表面的該繞射信號對該屬性敏感之層之最低子集判定該屬性。
6.如條項3至5中任一項之方法，其中該判定步驟包含執行該結構之一重建構，其中在該重建構期間，在浮動參數方面僅描述該繞射信號對該屬性敏感之層之該最低子集，其中其他層係藉由固定參數予以描述。
7.如條項6之方法，其中先前重建構之結果係用於該等固定參數以描述層之該最低子集上方的層。
8.如條項6或7之方法，其包含對該等層執行一敏感度分析以便依據該選定波長判定該等層中之哪一層為對該屬性敏感之該繞射信 號；且因此，取決於該選定波長判定在該重建構步驟中應藉由浮動參數描述層之哪一子集。
9.如條項6、7或8之方法，其中使用起因於比該先前重建構之選定波長更長的一選定波長之檢測輻射之繞射信號來執行每一順次重建構。
10.如條項2至9中任一項之方法，其中該複數個層係以該第一材料與一第二材料之層之交替層之形式而配置，且所量測之該屬性為該第二材料之層之子集之一屬性。
11.如前述條項中任一項之方法，其中層之每一子集包含少於五個層。
12.如前述條項中任一項之方法，其中該屬性為層厚度。
13.如條項1至11中任一項之方法，其中該屬性為形成於該結構中之臨界尺寸。
14.如前述條項中任一項之方法，其中該結構包含多於21個層。
15.如前述條項中任一項之方法，其中該結構為一3D記憶體結構。
16.一種檢測裝置，其包含：一輻射源，其可操作以運用至少一選定波長之檢測輻射來照明一結構，其中該結構包含複數個層；一偵測器，其用於偵測起因於該結構之該照明之一繞射信號；及一處理器，其可操作以自該繞射信號判定該等層之一子集之一屬性，該屬性被判定之層之該子集取決於該檢測輻射之該(該等)選定波長。
17.如條項16之檢測裝置，其可操作以使用不同選定波長來照明該結構且偵測起因於該照明之該繞射信號；且 其中該處理器可操作以針對層之複數個不同子集判定該屬性。
18.如條項17之檢測裝置，其中該處理器可操作以基於該結構之材料屬性及層之數目來判定所使用之選定波長之範圍及/或數目。
19.如條項18之檢測裝置，其中對於每一選定波長，該處理器可操作以針對相對於所照明表面的該繞射信號對該屬性敏感之層之最低子集判定該屬性。
20.如條項17至19中任一項之檢測裝置，其中該處理器可操作以執行該結構之一重建構，在該結構之該重建構期間，在浮動參數方面僅描述該繞射信號對該屬性敏感之層之該最低子集，其中其他層係藉由固定參數予以描述。
21.如條項20之檢測裝置，其可操作使得先前重建構之結果係用於該等固定參數以描述層之該最低子集上方的層。
22.如條項20或21之檢測裝置，其中該處理器可操作以對該等層執行一敏感度分析以便依據該選定波長判定該等層中之哪一層為對該屬性敏感之該繞射信號；且因此，取決於該選定波長判定在該重建構步驟中應在浮動參數方面描述層之哪一子集。
23.如條項20、21或22之檢測裝置，其可操作使得使用起因於比該先前重建構之選定波長更長的一選定波長之檢測輻射之繞射信號來執行每一順次重建構。
24.如條項16至23中任一項之檢測裝置，其可操作使得該複數個層係以該第一材料與一第二材料之交替層之形式而配置，且所量測之該屬性為該第二材料之層之子集之一屬性。
25.如條項16至24中任一項之檢測裝置，其中層之每一子集包含少於五個層。
26.如條項16至25中任一項之檢測裝置，其中該屬性為層厚度。
27.如條項16至25中任一項之檢測裝置，其中該屬性為形成於該 結構中之孔之臨界尺寸。
28.一種微影裝置，其可操作以在一基板上形成一結構，該結構包含複數個層；該微影裝置包含一如條項16至27中任一項之檢測裝置，該檢測裝置可操作以量測該結構之一屬性。
29.一種電腦程式，其包含機器可讀指令之一或多個序列，該等機器可讀指令描述一如條項1至15中任一項之方法。
30.一種資料儲存媒體，其中經儲存有一如條項29之電腦程式。
儘管在本文中可特定地參考微影裝置在IC製造中之使用，但應理解，本文所描述之微影裝置可具有其他應用，諸如，製造整合式光學系統、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/或檢測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、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，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之精神及範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。

Claims (20)

  1. 一種檢測(inspection)方法，其包含：使用具有一第一波長之檢測輻射偵測自照明一結構所產生(arising)之一第一繞射信號，該結構包含複數層；自該第一繞射信號判定該複數層之一第一子集(subset)之一第一屬性(preperty)；使用具有一第二波長之檢測輻射偵測自照明該結構所產生之一第二繞射信號；及基於該第二繞射信號及該第一屬性判定該複數層之一第二子集之一第二屬性。
  2. 如請求項1之方法，其中：該複數層之一第三子集包含吸收具有該第一波長之該檢測輻射中之一些之一第一材料；且一吸收位準及具有該第一波長之該檢測輻射通過該複數層之該第三子集之一穿透位準取決於該第一波長。
  3. 如請求項2之方法，其中該第一、第二及第三子集係配置於該第一材料與一第二材料之層之交替層，且該第一及第二子集包含該第二材料。
  4. 如請求項1之方法，其進一步包含：運用具有該第一波長之該檢測輻射來照明該結構；及運用具有該第二波長之該檢測輻射來照明該結構。
  5. 如請求項1之方法，其中：該第一波長及該第二波長係選自複數個波長；且所使用之該複數個波長之一範圍及/或一數目係藉由該複數層之材料屬性及層之一數目予以判定。
  6. 如請求項1之方法，其中：該第一子集係定位於該第二子集上方；且該第一繞射信號係對該第一屬性敏感。
  7. 如請求項1之方法，其中：該判定該第二屬性包含執行該第二子集之一重建構，在該重建構期間，以浮動參數描述該第二屬性，藉由固定參數描述該第一屬性。
  8. 如請求項7之方法，其中該第一屬性係該第一子集之重建構之一結果。
  9. 如請求項7之方法，其進一步包含：對該複數層執行一敏感度分析以判定其繞射信號對該第一屬性敏感之該第一子集。
  10. 如請求項7之方法，其中該第二波長比該第一波長更長。
  11. 一種檢測裝置，其包含：一偵測器，其經組態以：使用具有一第一波長之檢測輻射偵測自照明一結構所產生的一第一繞射信號，該結構包含複數層；及使用具有一第二波長之檢測輻射偵測自照明該結構所產生之一第二繞射信號；及一處理器，其經組態以：自該第一繞射信號判定該複數層之一第一子集之一第一屬性；及基於該第二繞射信號及該第一屬性判定該複數層之一第二子集之一第二屬性。
  12. 如請求項11之檢測裝置，其進一步包含：一輻射源，其經組態以運用具有該第一波長之該檢測輻射及 具有該第二波長之該檢測輻射來照明該結構。
  13. 如請求項11之檢測裝置，其中：該第一波長及該第二波長係選自複數個波長；且該處理器可操作以基於該結構之材料屬性及層之數目來判定所使用之該複數個波長之一範圍及/或一數目係基於該結構之材料屬性及該複數層之層之一數目。
  14. 如請求項11之檢測裝置，其中：該第一子集係定位於該第二子集上方；且該第一繞射信號係對該第一屬性敏感。
  15. 如請求項11之檢測裝置，其中該處理器經進一步組態以執行該第二子集之一重建構，在該重建構期間，以浮動參數描述該第二屬性，藉由固定參數描述該第一屬性。
  16. 如請求項15之檢測裝置，其中該第一屬性係該第一子集之重建構之一結果。
  17. 如請求項15之檢測裝置，其中該處理器經進一步組態以對該複數層層執行一敏感度分析以判定其繞射信號對該第一屬性敏感之該第一子集。
  18. 如請求項15之檢測裝置，其中該第二波長比該第一波長更長。
  19. 如請求項11之檢測裝置，其中該第一、第二及第三子集係配置於該第一材料與一第二材料之交替層，且該第一及第二子集包含該第二材料。
  20. 一種微影裝置，其經組態以在一基板上形成一結構，該結構包含複數層；該微影裝置包含：一檢測裝置；一偵測器，其經組態以：使用具有一第一波長之檢測輻射偵測自照明該結構所產生 的一第一繞射信號，該結構包含複數個層；及使用具有一第二波長之檢測輻射偵測自照明該結構所產生之一第二繞射信號；及一處理器，其經組態以：自該第一繞射信號判定該複數層之一第一子集之一第一屬性；及基於該第二繞射信號及該第一屬性判定該複數層之一第二子集之一第二屬性。
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