TWI693483B

TWI693483B - 用於量測形成於基板上之結構的方法

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Publication number: TWI693483B
Application number: TW108116838A
Authority: TW
Inventors: 尼特許帕迪; 廉晉; 薩米烏爾拉赫曼; 馬丁賈庫柏斯喬漢賈克
Original assignee: 荷蘭商Ａｓｍｌ荷蘭公司
Priority date: 2017-04-14
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2020-05-11
Also published as: IL269561A; US10656534B2; TW201842414A; IL269561B2; US10310389B2; KR102336379B1; JP2020516948A; IL269561B1; CN110622068B; US20180299794A1; KR20190137880A; TW201932995A; JP6933725B2; TWI663486B; WO2018188891A1; CN110622068A; US20190285993A1

Abstract

本發明揭示用於量測形成於一基板上之複數個結構之方法及設備。在一項配置中，一種方法包含自一第一量測程序獲得資料。該第一量測程序包含個別地量測該複數個結構中之每一者以量測該結構之一第一屬性。一第二量測程序用以量測該複數個結構中之每一者之一第二屬性。該第二量測程序包含運用輻射來照明每一結構，該輻射具有針對彼結構使用用於該結構之該經量測第一屬性而個別選擇的一輻射屬性。

Description

用於量測形成於基板上之結構的方法

本發明係關於用於量測形成於基板上之複數個結構之方法及設備、一種器件製造方法及一種微影系統。

微影設備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。微影設備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倍縮光罩)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)層上來進行圖案之轉印。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。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。用於進行此類量測之各種工具係已知的，包括常常用以量測臨界尺寸(CD)之掃描電子顯微鏡，及用以量測疊對(器件中兩個層之對準準確度之量度)之特殊化工具。可依據兩個層之間的未對準程度來描述疊對，例如，對為1奈米之經量測疊對之參考可描述兩個層未對準達1奈米之情形。

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屬性-例如，依據波長而變化的在單一反射角下或遍及反射角範圍之強度；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屬性之「光譜」。可藉由各種技術來執行所關注屬性之判定：例如，藉由使用嚴密耦合波分析或有限元素方法實施之反覆途徑而進行的目標之重新建構；庫搜尋；及主成份分析。

可使用暗場散射量測來量測目標，其中阻擋零階繞射(對應於鏡面反射)，且僅處理高階。可在國際專利申請案WO 2009/078708及WO 2009/106279中找到暗場度量衡之實例，該等專利申請案之文件之全文係特此以引用方式併入。專利公開案US20110027704A、US20110043791A及US20120242970A已描述技術之進一步開發。所有此等申請案之內容亦以引用方式併入本文中。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。目標可包含可在一個影像中量測之多個光柵。

針對給定疊對目標之不同繞射階之間(例如-1繞射階與+1繞射階之間)的強度不對稱性提供目標不對稱性(亦即目標中之不對稱性)之量測。疊對目標中之此不對稱性可用作疊對(兩個層之不當未對準)之指示符。

已觀測到強度不對稱性之強度在不同基板之間歸因於不同目標結構之間的處理變化而發生變化。舉例而言，目標結構內之薄膜堆疊之厚度的變化可影響強度不對稱性之強度。可藉由改變照明輻射之屬性(諸如照明輻射之波長)來減小模型化誤差及/或量測誤差。

需要改良用於量測同一基板上之複數個目標結構之現有方法及設備。

根據本發明之一態樣，提供一種量測形成於一基板上之複數個結構之方法，該方法包含：自一第一量測程序獲得資料，該第一量測程序包含個別地量測該複數個結構中之每一者以量測該結構之一第一屬性；及使用一第二量測程序以量測該複數個結構中之每一者之一第二屬性，該第二量測程序包含運用輻射來照明每一結構，該輻射具有針對彼結構使用用於該結構之該經量測第一屬性而個別選擇的一輻射屬性。

根據本發明之一態樣，提供一種用於量測一基板上之複數個結構之度量衡設備，該度量衡設備包含：一第一量測系統，其經組態以執行一第一量測程序，該第一量測程序包含個別地量測該複數個結構中之每一者以量測該結構之一第一屬性；一第二量測系統，其經組態以執行一第二量測程序，該第二量測程序包含量測該複數個結構中之每一者之一第二屬性；及一控制器，其經組態以控制該第二量測程序使得在該第二量測程序期間用以照明每一結構的輻射之一輻射屬性係針對彼結構使用用於該結構之該經量測第一屬性予以個別地選擇。

0:零階射線/繞射射線

+1:一階射線/繞射射線

-1:一階射線/繞射射線

+1(N):+1繞射射線

-1(S):-1繞射射線

11:源/第二輻射源

12:透鏡

13:孔徑板

13N:孔徑板

13S:孔徑板

14:透鏡

15:光束分裂器

16: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

22:光學系統

23:影像感測器

24:量測光點

25a:光柵

25b:光柵

25c:光柵

25d:光柵

26:圓形區域

27a:矩形區域/影像

27b:矩形區域/影像

27c:矩形區域/影像

27d:矩形區域/影像

30:目標結構

31:頂部光柵

32:底部光柵

32A:光柵

32B:光柵

33:薄膜堆疊

40:光學系統

42:第一輻射源

44:光學系統

46:聚焦感測器

48:控制器

51:輻射

52A:入射輻射

52B:反射輻射

53:輸出

54:輸出

61:第一量測系統

62:第二量測系統

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

I:量測輻射射線/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:微影設備

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

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:處理器/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

SC:旋塗器

SCS:監督控制系統

SO:輻射源

T:度量衡目標

TCU:塗佈顯影系統控制單元

W:基板

WT:基板台

現在將參考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分，且在該等圖式中：圖1描繪微影設備；圖2描繪微影製造單元或叢集；圖3包含(a)用於使用第一對照明孔徑來量測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)對多重光柵目標之已知形式及基板上之量測光點之輪廓的描繪；及(d)對在圖3之(a)之散射計中獲得的圖3之(c)之目標之影像的描繪；及圖4描繪具有底部光柵不對稱性之目標結構；圖5描繪藉由將不對稱底部光柵分裂成兩相移位之對稱光柵而進行的圖4之目標結構之模型化；圖6描繪包含第一量測系統、第二量測系統及控制器之度量衡設備；圖7描繪針對具有不同薄膜堆疊差異之目標結構的疊對敏感度K相對於量測輻射之波長λ之經模擬曲線(擺動曲線)；圖8為描繪對應於擺動曲線中之峰值位置之波長λ _P(最佳波長)與來自聚焦感測器之信號強度I ₀之間的相關性之曲線圖；圖9為比較使用固定波長來量測所有目標結構30中之疊對之疊對量測之結果(星形符號)與針對每一目標結構30個別地調適波長之疊對量測之結果(圓圈符號)的曲線圖；圖10為描繪用於雙波長度量衡方法之波長之選擇的曲線圖；圖11為描繪在雙波長度量衡方法之第一波長下量測之敏感度與用於第二波長之最佳值之間的相關性的曲線圖；及圖12為描繪基於在中間波長下量測之敏感度針對雙波長度量衡方法之第二波長之選擇的曲線圖。

本說明書揭示併有本發明之特徵的一或多個實施例。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。

所描述之實施例及本說明書中對「一個實施例」、「一實施例」、「一實例實施例」等之參考指示所描述之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，此等片語未必係指相同實施例。另外，當結合一實施例描述一特定特徵、結構或特性時，應理解，無論是否予以明確描述，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。

然而，在更詳細地描述此等實施例之前，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示意性地描繪微影設備LA。該設備包括：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)；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。

支撐結構支撐圖案化器件，亦即，承載圖案化器件之重量。支撐結構以取決於圖案化器件之定向、微影設備之設計及其他條件(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來固持圖案化器件。支撐結構可為例如框架或台，其可視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。可認為本文對術語「倍縮光罩」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的輔助特徵，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)中的特定功能層。

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。光罩在微影中係熟知的，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，該等小鏡面中之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。

本文中所使用之術語「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。可認為本文中對術語「投影透鏡」之任何使用皆與更一般之術語「投影系統」同義。

在此實施例中，舉例而言，設備屬於透射類型(例如使用透射光罩)。替代地，設備可屬於反射類型(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)。

微影設備可屬於具有兩個(雙載物台)或多於兩個基板台及例如兩個或多於兩個光罩台之類型。在此等「多載物台」機器中，可並行地使用額外台，或可對一或多個台進行預備步驟，同時將一或多個其他台用於曝光。

微影設備亦可屬於以下類型：其中基板之至少一部分可由具有相對較高折射率之液體(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設備中之其他空間，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大投影系統之數值孔徑。本文中所使用之術語「浸潤」並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，當源為準分子雷射時，源及微影設備可為單獨實體。在此等狀況下，不認為源形成微影設備之部分，且輻射光束係憑藉包含例如合適導向鏡及/或光束擴展器之光束遞送系統BD而自源SO傳遞至照明器IL。在其他狀況下，舉例而言，當源為水銀燈時，源可為微影設備之整體部分。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度強度分佈之調整器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(其通常分別被稱作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(例如干涉器件、線性編碼器、2D編碼器或電容式感測器)，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之部分之長衝程模組(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之部分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。儘管如所說明之基板對準標記佔據專用目標部分，但該等基板對準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，在多於一個晶粒提供於光罩MA上之情形中，光罩對準標記可位於該等晶粒之間。

所描繪設備可用於以下模式中之至少一者中：

1.在步進模式中，在將被賦予至輻射光束之整個圖案一次性投影至目標部分C上時，使光罩台MT及基板台WT保持基本上靜止(亦即單次靜態曝光)。接著，使基板台WT在X及/或Y方向上移位，使得可曝光不同目標部分C。在步進模式中，曝光場之最大大小限制單次靜態曝光中所成像之目標部分C之大小。

2.在掃描模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，同步地掃描光罩台MT及基板台WT(亦即單次動態曝光)。可藉由投影系統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)。

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面陣列)之無光罩微影。

亦可使用上文所描述之使用模式之組合及/或變化或完全不同的使用模式。

如圖2中所展示，微影設備LA形成微影製造單元LC(有時亦被稱作微影製造單元(lithocell)或叢集)之部分，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設備。通常，此等設備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、在不同程序設備之間移動基板，且將基板遞送至微影設備之裝載匣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來控制微影設備。因此，不同設備可經操作以最大化產出率及處理效率。

為了正確地且一致地曝光由微影設備曝光之基板，需要檢測經曝光基板以量測屬性，諸如後續層之間的疊對、線厚度、臨界尺寸(CD)等。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光進行例如調整，尤其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可能被捨棄，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的狀況下，可僅對被認為無缺陷的彼等目標部分執行進一步曝光。

度量衡設備係用以判定基板之屬性，且尤其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。度量衡設備可整合至微影設備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，需要度量衡設備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，此係因為在已曝光至輻射之抗蝕劑之部分與尚未曝光至輻射之抗蝕劑之部分之間僅存在極小折射率差--且並非所有度量衡設備皆具有足夠敏感度以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)。亦有可能對經顯影抗蝕劑影像進行量測，此時，抗蝕劑之經曝光部分抑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對經顯影抗蝕劑影像進行量測。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之(a)展示度量衡設備。圖3之(b)中更詳細地說明目標T及用以照明該目標之量測輻射之繞射射線。所說明之度量衡設備屬於被稱為暗場度量衡設備之類型。度量衡設備可為單機器件，或併入於例如量測站處之微影設備LA中或併入於微影製造單元LC中。由點線O表示貫穿設備具有若干分支之光軸。在此設備中，由源11(例如氙氣燈)發射之光係由包含透鏡 12、14及物鏡16之光學系統經由光束分裂器15而導向至基板W上。此等透鏡係以4F配置之雙重序列進行配置。可使用不同透鏡配置，其限制條件為：該透鏡配置仍將基板影像提供至偵測器上，且同時地允許接取中間光瞳平面以用於空間頻率濾光。因此，可藉由定義在呈現基板平面之空間光譜之平面(此處被稱作(共軛)光瞳平面)中的空間強度分佈來選擇輻射入射於基板上之角度範圍。詳言之，可藉由在為物鏡光瞳平面之背向投影式影像之平面中在透鏡12與14之間插入合適形式之孔徑板13來進行此選擇。在所說明實例中，孔徑板13具有不同形式，被標註為13N及13S，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被指明為「北」之方向之離軸。在第二照明模式中，孔徑板13S係用以提供相似照明，但提供來自被標註為「南」之相對方向之照明。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暗，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)中所展示，目標T經置放成使得基板W垂直於物鏡16之光軸O。基板W可由支撐件(圖中未繪示)支撐。與軸線O成一角度而照射於目標T上之量測輻射射線I引起一個零階射線(實線0)及兩個一階射線(點鏈線+1及雙點鏈點線-1)。應記住，在運用填充過度之小目標的情況下，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。由於板13中之孔徑具有有限寬度(為接納有用量之光所必要)，故入射射線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，目標之光柵間距及照明角度可經設計或經調整成使得進入物鏡之一階射線與中心光軸接近地對準。圖3之(a)及圖3之(b)所說明之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。

由基板W上之目標T繞射之至少0階及+1階係由物鏡16收集，且被返回導向通過光束分裂器15。返回至圖3之(a)，藉由指定被標註為北(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。當量測輻射之入射射線I來自光軸之北側時，亦即當使用孔徑板13N來應用第一照明模式時，被標註為+1(N)之+1繞射射線進入物鏡16。與此對比，當使用孔徑板13S來應用第二照明模式時，-1繞射射線(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而在第一感測器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捕捉之光瞳平面影像可用於聚焦度量衡設備及/或正規化一階光束之強度量測。亦可出於諸如重新建構之許多量測目的來使用光瞳平面影像。

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)上形成目標T之影像。在第二量測分支中，在與光瞳平面共軛之平面中提供孔徑光闌21。孔徑光闌21用以阻擋零階繞射光束，使得形成於感測器23上之目標之影像係僅由-1或+1一階光束形成。由感測器19及23捕捉之影像經輸出至處理影像之處理器PU，該處理器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階中之僅一者，則將不形成光柵線之影像。

圖3中所展示之孔徑板13及場光闌21之特定形式純粹為實例。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，亦在量測中使用二階光束、三階光束及高階光束(圖3中未繪示)。

為了使量測輻射可適應於此等不同類型之量測，孔徑板13可包含圍繞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。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。上文所提及之先前已公佈申請案中描述此等孔徑板之使用以及設備之眾多其他變化及應用。

圖3之(c)描繪根據已知實務形成於基板上之(複合)目標。此實例中之目標包含四個光柵25a至25d，該四個光柵緊密定位在一起使得其將皆在由度量衡設備之度量衡輻射照明光束形成之量測場景或量測光點24內。該四個光柵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25a至25d自身係由在形成於基板W上之半導體器件之不同層中圖案化之上覆光柵形成的複合光柵。光柵25a至25d可具有以不同方式偏置之疊對偏移(層之間的故意失配)，以便促進形成有複合光柵之不同部分之層之間的疊對之量測。此類技術為熟習此項技術者所熟知，且將不對其進行進一步描述。光柵25a至25d亦可在其定向方面不同(如所展示)，以便使入射輻射在X方向及Y方向上繞射。在一項實例中，光柵25a及25c為分別具有+d、-d之偏置之X方向光柵。光柵25b及25d為分別具有偏移+d及-d之Y方向光柵。可在由感測器23捕捉之影像中識別此等光柵之單獨影像。此僅為目標之一個實例。目標可包含多於或少於四個光柵，或僅單一光柵。

圖3之(d)展示在圖3之(a)之設備中使用圖3之(c)之目標而可形成於感測器23上且由感測器23偵測到的影像之實例。雖然光瞳平面影像感測器19不能解析不同個別光柵25a至25d，但影像感測器23可解析不同個別光柵25a至25d。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24成像至對應圓形區域26中。在此場內，矩形區域27a至27d表示小目標光柵25a至25d之影像。若目標位於產品區域中，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以識別光柵25a至25d之單獨影像27a至27d。以此方式，影像並不必須在感測器框架內之特定部位處極精確地對準，此情形極大地改良量測設備整體上之產出率。

一旦已識別疊對目標之單獨影像，就可例如藉由平均化或求和經識別區域內之經選擇像素強度值來量測彼等個別影像之強度。可將該等影像之強度及/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。疊對效能係此參數之重要實例。

用於疊對量測之典型目標結構包含在基板W上之相同部位處在不同層中形成的兩個光柵。該兩個光柵係由一或多個薄膜(薄膜堆疊)分離，該一或多個薄膜堆疊經沈積為經製造之器件結構之部分。舉例而言，典型DRAM製造程序在底部光柵與頂部光柵之間使用一系列氧化物及氮化物薄膜，其中頂部光柵被印刷於防反射且硬式光罩薄膜上。

每一目標結構中之薄膜堆疊之厚度根據該目標結構歸因於處理變化之位置而變化。薄膜堆疊之厚度對薄膜堆疊之反射屬性有直接影響。諸如化學機械平面化及蝕刻之處理可另外造成底部光柵中之不對稱性。此被稱作底部光柵不對稱性。底部光柵不對稱性造成反射屬性之另外變化。底部光柵不對稱性特別有問題，此係因為其以不對稱方式貢獻於經偵測強度且因此貢獻於依賴於不對稱性的量測或模型化之誤差，諸如以用於獲得疊對。

來自所關注屬性(例如疊對)之強度不對稱性之強度取決於所使用之量測輻射之屬性。舉例而言，強度不對稱性之強度可依據量測輻射之中心波長、頻寬及/或偏振而變化。強度不對稱性之強度可被稱作敏感度。可產生經預測敏感度相對於所關注屬性之曲線，此等曲線被稱為擺動曲線。為了獲得高準確度，需要選擇對應於擺動曲線中之峰值的量測輻射之屬性。在擺動曲線之峰值處進行量測可改良供獲得所關注屬性之準確度，此係因為可減小模型化誤差(用於獲得例如疊對之公式在擺動曲線之峰值處更準確)。此外，在擺動曲線之峰值處進行量測提供更強信號，其使得量測對抗雜訊更穩固。

本發明人已認識到，量測輻射之最佳屬性遍及基板W可並非不變。此可例如歸因於橫越基板W之程序變化而發生，該等程序變化導致目標結構中之變化，例如頂部光柵與底部光柵之間的薄膜堆疊之厚度差及/或底部光柵不對稱性之差。如下文詳細所描述，揭示允許相對於當前途徑藉由適應性地依據基板W上之待量測之目標結構之部位而使量測輻射之屬性變化從而進一步減小度量衡量測中之誤差的實施例。逐目標結構地而非逐基板地來個別調節量測輻射。觀測到減小之疊對誤差(疊對量測中之誤差)。

作為對概念之詳細說明，下文之論述示範可如何藉由逐目標地選擇待處於敏感度曲線之峰值處的量測輻射之波長來最小化底部光柵不對稱性之效應。歸因於程序變化，敏感度曲線之峰值之位置依據歸因於目標結構之頂部光柵與底部光柵之間的薄膜堆疊之變化的基板W上之目標結構之部位而發生變化。

圖4及圖5描繪可如何模型化目標結構30。如圖4中所描繪，目標結構30包含頂部光柵31及底部光柵32。頂部光柵31以薄膜堆疊33與底部光柵32分離。底部光柵32歸因於底部光柵不對稱性而變形。圖5描繪可如何藉由理論上將不對稱底部光柵32分裂成兩個單獨光柵32A及32B來模型化目標結構30，該兩個單獨光柵相對於彼此橫向地位移以近似不對稱性。

可使用馬克士威方程式對自頂部光柵31以及兩個底部光柵32A及32B中之每一者繞射之信號進行嚴密求解。然而，可使用具有一些近似之純量途徑獲得直觀的理解，如下文所描述。

可將總信號表達為自頂部光柵31以及自兩個底部光柵32A、32B中之每一者繞射的波之總和。

可將由頂部光柵31繞射之+1階及-1階書寫為Ae ^iα及Ae ^-iα，其中A為振幅、α為位置相依之相位項，其係由以下方程式給出

其中OV為疊對項，且P為光柵之節距。

可將來自底部光柵32A、32B之繞射相似地表達為Be ^iβ e ^iγ+Be ^iβ e ^iδCe ^iη作為+1階且表達為Be ^iβ e ^-iγ+Be ^iβ e ^iδ Ce ^-iη作為-1階，其中β為在通過厚度為d的薄膜之傳播期間獲取之厚度誘發之相位，其係由以下方程式給出

，其中 n為將光柵分離之薄膜之折射率，λ為用於量測之波長，δ為歸因於額外傳播直至最低底部光柵32B而獲取之額外相位，且η為歸因於最低底部光柵32B之移位(亦即底部光柵不對稱性)之相位，且C為自最低底部光柵32B繞射之波之振幅。

歸因於此等三個繞射波之組合的+1階之總電場係由以下方程式給出E ₊₁=Ae ^iα+Be ^iβ e ^iγ+Be ^iβ e ^iδCe ^iη

由於強度被偵測，故偵測之+1階之總強度為l ₊₁=|Ae ^iα+Be ^iβ e ^iγ+Be ^iβ e ^iδCe ^iη|²

且-1階之強度為I _-1=|Ae ^-iα+Be ^iβ e ^-iγ+Be ^iβ e ^iδCe ^-iη|²

可將此等表達式書寫如下：I ₊₁=|A|²+|B|²+|B'|² +2|A||B|cos(α-(β+γ))+2|B||B'|cos(γ-(δ+η))+2|A||B|cos(α-(β+δ+η))

I _-1=|A|²+|B|²+|B'|² +2|A||B|cos(-α-(β+γ))+2|B||B'|cos(-γ-(δ-η))+2|A||B|cos(-α-(β+δ-η))

其中|B'|=|B||C|且所得疊對信號為強度之差，其係由以下方程式給出△I=4|A||B|sin β sin α-4|B||B'|sin η sin δ+4|A||B'|sin(β+δ)sin(α-η)

α較小，此係因為典型疊對數目比所使用之光柵之節距小得多，此意謂可將△I書寫為△I

α(4|A||B|sin β+4|A||B'|sin(β+δ))-4|A||B'|sin(β+δ)η+4|B||B'|sin η sin δ

當兩個疊對目標相對於彼此偏置達偏置d時，針對兩個偏置中之每一者之△I係由以下方程式給出

其中疊對係由以下公式計算

上方方程式展示所擷取overlay為具有誤差項之真實疊對。當|A|

|B|時，亦即當使光柵在繞射效率方面平衡時，可最小化誤差項。此可藉由目標設計最佳化來達成。

亦可藉由最大化分母項來減小誤差。分母相似於上文所論述之△I項。此意謂若量測波長經選擇為使得兩個階之間的強度差經最大化，則歸因於底部光柵不對稱性之誤差將經最小化。因此，遍及基板W上之所有部位之誤差可藉由調整量測輻射之波長以保持處於敏感度相對於波長之曲線(擺動曲線)的峰值從而最小化。本發明人已認識到，有可能藉由使用自單獨感測器導出之資訊而預測到在疊對量測之前需要調整多少波長。舉例而言，聚焦感測器可方便地用以提供必需資訊。如下文所描述，此情形係可能的，此係因為聚焦感測器對影響疊對誤差之相同薄膜變化敏感。

圖6描繪基於以上原理之實例度量衡設備。度量衡設備包含第一量測系統61及第二量測系統62。度量衡設備可被提供為微影系統之部分，例如如以上參看圖1及圖2所描述。度量衡設備經組態以量測基板W上之複數個結構。在一實施例中，複數個結構藉由微影程序而形成於基板W上。在一實施例中，複數個結構包含用於量測微影程序之參數(諸如疊對)之目標結構。度量衡設備可用於器件製造方法中，該器件製造方法包含使用微影來形成複數個結構，及使用度量衡設備來量測複數個結構。

第一量測系統61執行第一量測程序。第一量測程序包含個別地量測複數個結構中之每一者以量測結構之第一屬性。在一實施例中，第一量測系統61包含第一輻射源42。第一輻射源42運用輻射經由光學系統44來照明每一結構。

第二量測系統62執行第二量測程序。第二量測程序包含量測複數個結構中之每一者之第二屬性。在一實施例中，第二量測系統62包含第二輻射源11。第二輻射源11亦運用輻射照明每一結構。第一輻射源42不同於第二輻射源11，例如其經組態以輸出具有不同屬性之輻射及/或容納於單獨器件中。來自第一輻射源42之輻射經組態為適合於執行第一量測程序。來自第二輻射源11之輻射經組態為適合於執行第二量測程序。

第二量測系統62包含光學系統40，該光學系統用於將來自第一輻射源11之輻射51作為入射輻射52A導向至基板W上。來自基板W之反射輻射52B係由光學系統40導向至一或多個感測器19、23上。在一實施例中，第二量測系統62包含上文參看圖3所描述的類型之度量衡設備。在此類型之實施例中，光學系統40可包含透鏡12及14以及物鏡16，如圖3之(a)中所描繪。光學系統40可進一步包含光束分裂器15，該光束分裂器用於將輻射51導向朝向基板W，如圖3之(a)中所描繪。光學系統40可進一步包含第一量測分支及第二量測分支中之任一者或兩者。在圖6之特定實例中，提供此等量測分支兩者。量測分支中之每一者之光學元件的實例細節在圖3之(a)中加以描繪。來自第一量測分支之輸出53導向至感測器19。來自第二量測分支之輸出54經導向至感測器23。

在一實施例中，藉由第二量測程序量測之每一結構之第二屬性包含疊對(亦即結構之不同層之間的不當未對準)。

在一實施例中，第一量測系統61包含亦由聚焦量測系統使用的一或多個光學元件，該聚焦量測系統經組態以量測由第二量測系統62使用之光學系統40之聚焦。聚焦量測系統通常併入至度量衡設備中以允許在執行使用目標結構之量測之前使目標結構對準及/或達到聚焦。一或多個光學元件未由第二量測系統62使用。在圖6之實例中，第一量測系統61使用聚焦量測系統之光學系統44及聚焦量測系統之聚焦感測器46。來自第一輻射源42(其可為當聚焦量測系統正量測聚焦時使用的輻射源或可並非同一輻射源)之輻射係經由光學系統44及光學系統40而導向至基板W上。在一實施例中，光學系統40包含作為物鏡16(參見圖3之(a))之部分的另一光束分裂器，該光束分裂器用以將來自第一輻射源42之輻射自光學系統44導向至基板W且自基板W導向回至光學系統44。第一量測程序使用來自聚焦感測器46之輸出。在一實施例中，藉由第一量測程序量測之每一結構之第一屬性包含反射率，且來自聚焦感測器46之信號強度係用以判定反射率。在一替代實施例中，提供主要目的為提供用於最佳化在第二量測程序中使用的輻射之資訊之專用第一量測系統。可使用其他感測方案，包括例如橢圓量測或光譜量測模式。使用此等感測方案，結構之第一屬性可另外或替代地包含結構對自結構散射之輻射之偏振的效應。

在一實施例中，控制器48控制第二量測程序使得針對彼結構使用用於該結構之經量測第一屬性來個別地選擇用以在第二量測程序期間照明每一結構的輻射之輻射屬性。在一實施例中，個別地選擇輻射強度之光譜分佈。光譜分佈可包含輻射之中心波長及頻寬中之任一者或兩者。替代地或另外，個別地選擇輻射之偏振。在一實施例中，針對每一結構對用於第二量測程序之輻射屬性(例如波長)之個別選擇係基於第一屬性(例如反射率)與針對第二量測程序之輻射屬性(例如波長)之選擇之間的先前經量測相關性來執行，該選擇使得第二量測程序之輻射屬性(例如波長)之其他選擇，第二量測程序(例如疊對量測)之效能能夠更高。

下文中給出關於在來自聚焦感測器46之信號強度用以最佳化用於疊對量測中之波長之特定狀況下可如何達成此情形之細節。參考上文關於圖4及圖5所論述之數學分析。

在典型聚焦量測系統中，聚焦感測器46可以大照明NA量測自基板W之總反射。聚焦感測器46亦可偵測通常反射之光強度。在下文描述經反射0階信號與經量測疊對信號△I之間的預期關係。

可將由聚焦感測器46偵測之0階信號表達為在聚焦感測器波長下所有反射波與繞射波之總和。為簡單起見，以下論述僅考慮在正入射角下之反射。

可將來自頂部光柵31及底部光柵32A、32B的在正入射角下之反射波表達為

其中φ=4πnd、λ _f為聚焦感測器波長、v _f為等效頻率。

如上文之疊對信號分析中所展示，△I項具有主要波長相依性項

其中φ=4πnd λ _m為度量衡(疊對)量測波長、v _m為等效頻率。其他常數被書寫為

。

來自聚焦感測器46之信號及疊對信號兩者係取決於薄膜厚度d。此意謂薄膜厚度d之變化可在聚焦感測器46之信號強度中被偵測到，且可對用於第二量測程序(用於量測疊對)之波長進行適當校正。

書寫υ _f=υ _m+△υ，其中△υ為頻率分離度、可將信號I ₀書寫為

因此，可將來自聚焦感測器46之信號強度與疊對信號之敏感度之間的關係表達為二次關係。因此，聚焦感測器46之信號強度可用以估計用於第二量測程序之輻射的多少波長需要被調整。

來自聚焦感測器46之輸出可用以推斷將影響第二量測程序之敏感度的目標結構30之變化(例如薄膜堆疊33之厚度之變化)。在一實施例中，判定疊對敏感度相對於波長之曲線(擺動曲線)之移位。用於第二量測程序之輻射之波長可接著經移位相同量使得可在擺動曲線之峰值處執行第二量測程序。

實例聚焦感測器46使用處於兩個不同波長(670奈米及785奈米)之輻射進行操作。聚焦感測器46在基板W上形成大小為大約7微米的輻射光點。目標結構30可經組態使得輻射光點對目標結構30填充不足。此意謂至聚焦感測器46之信號將未由目標結構30外部之產品結構損壞。總反射信號亦將獨立於疊對，此係因為總反射強度被偵測(所有反射階)。

當存在程序變化時，每一目標結構30之絕對反射率會改變。本發明人已發現，在兩個波長下之絕對反射率係與最佳波長直接相關以用於量測每一目標結構30中之疊對(擺動曲線之峰值)。

在此實例中，可使用以下步驟以調整第二量測程序之波長。在第一步驟中，使用聚焦感測器46以在兩個可用波長中之每一者下量測目標結構 30之絕對總反射率。舉例而言，可藉由使基板W達到最佳聚焦來量測全反射率。在最佳聚焦下，來自聚焦感測器46之信號強度最大。觀測到來自聚焦感測器46之信號強度依據遍及基板W之位置而變化，從而反映薄膜堆疊33之屬性遍及基板W之變化。在第二步驟中，將絕對反射率與絕對反射率與波長之最佳選擇之間的先前經量測相關性進行比較，以判定擺動曲線之移位。在第三步驟中，在使用第二量測系統62進行目標結構30之量測之前調整自第二量測系統62之第二輻射源11之輸出(例如以獲得疊對)。

已執行模擬來示範技術之有效性。該等模擬係藉由隨機地改變薄膜堆疊厚度且在每一狀況下計算對擺動曲線之效應來執行。圖7描繪針對不同薄膜堆疊厚度(對應於位於基板W上之不同位置處的目標結構30)之疊對敏感度K相對於輻射波長λ之經模擬擺動曲線。擺動曲線之峰值位置係以圓形標記來標記且遍及波長範圍而散佈。因此，用於疊對量測之理想波長在不同目標結構30之間變化。圖8展示對應於每一峰值位置之波長λ _P與來自聚焦感測器46之信號強度I ₀如何二次地(幾乎線性地)相關。因此，來自聚焦感測器46之信號強度I ₀可用以判定擺動曲線之移位且允許對波長之最佳選擇，以用於聚焦感測器46已量測的目標結構之疊對量測。

圖9比較使用固定波長(在此實例中為520奈米)來量測所有目標結構30中之疊對的疊對量測之結果(星形符號)與其中使用聚焦感測器46針對每一目標結構30個別地調適波長之疊對量測之結果(圓圈符號)。圖9展示在量測之前校正照明波長的情況下之最終疊對之總改良(~7奈米)。固定波長途徑具有自適應性波長途徑中不存在的較大離群值。其展示可藉由基於逐目標地調整中心波長來改良疊對誤差(亦即，疊對量測之準確度)。對於通常遍及晶圓在薄膜厚度方面存在較大變化的厚堆疊，改良將大得多。

可藉由二次擬合來模型化最佳波長與聚焦感測器信號之間的相依性。可在校準及配方產生步驟期間基於針對不同聚焦感測器信號之擺動曲線的量測來計算此擬合之參數，且可將結果儲存於資料庫中。

在上文所論述之詳細實例中，僅兩個波長係可用的。在一替代實施例中，第一量測系統61包含運用寬頻帶輻射照明每一結構之第一輻射源42，且控制器48針對每一結構基於來自第一量測程序之資料之光譜分析來執行用於第二量測程序之輻射屬性的個別選擇。此途徑可提供關於最佳波長之更多資訊且進一步改良效能。此類型之實施例可藉由提供專用第一量測系統或藉由修改諸如上文所論述之聚焦量測系統的聚焦量測系統來實施。光束分裂器可用以例如將寬頻帶光導向至聚焦量測系統之光學系統44中。多模光纖可用以將通過光學系統44反射回之光導向至適當光譜儀。可將光纖提供於用於接收上文所論述之特定聚焦量測系統之兩個波長的兩個針孔中之任一者或兩者處。

在另一實施例中，聚焦量測系統可經轉換成作為橢偏儀而操作。此將允許使用反射光中之經量測偏振改變來貢獻於最佳波長之估計。

在另外實施例中，第一量測程序包含一或多個子程序。因此，舉例而言，代替第一量測程序僅使用聚焦感測器來量測反射率，第一量測程序可使用聚焦感測器量測反射率(在一子程序中)且使用該聚焦感測器或不同感測器來量測結構之另一屬性(在另一子程序中)。該等子程序可包含經組態以量測結構之第一屬性之至少一個子程序及經組態以量測結構之第二屬性之至少一個子程序。可使用來自複數個子程序之輸出之組合以允許更有效地執行每結構的第二量測程序之輻射屬性之個別選擇。

在此類型之一些實施例中，經由在兩個不同波長下進行之結構之單獨量測來獲得結構之第二屬性(例如疊對)。此途徑可被稱作雙波長度量衡。在結構之第二屬性包含疊對之狀況下，該途徑可被稱作雙波長疊對度量衡。在此等雙波長度量衡方法中，第一量測程序之子程序中的一者可包含在不同波長下之兩個量測中之一者。每結構的用於第二量測程序之輻射屬性之個別選擇可接著包含選擇雙波長度量衡所需之兩個波長中的另一者。

在一些實施例中，方法包含計算子程序中之一或多者中的每一者對結構之第二屬性(例如疊對)之敏感度。在此類實施例中，每結構的用於第二量測程序之輻射屬性之個別選擇係使用所計算敏感度中之一或多者來執行。此途徑係基於認識到以下情形：在針對子程序中之一或多者中的每一者所計算之敏感度與針對第二量測程序之最佳輻射屬性(例如最佳波長)之間頻繁地存在明顯相關性。在一實施例中，針對每一結構基於所計算敏感度中之一或多者中的每一者與用於第二量測程序之輻射屬性之選擇之間的先前經量測相關性來執行用於第二量測程序之輻射屬性的個別選擇，該選擇使得相比於針對該第二量測程序之輻射屬性之其他選擇，該第二量測程序之效能(例如可藉由第二量測程序獲得疊對之準確度)能夠更高(例如更準確)。

來自不同量測之資訊可例如藉由使用不同量測結果(例如自不同子程序計算之敏感度及/或自子程序使用聚焦感測器而獲得的反射率之量測)來計算最佳輻射屬性(例如雙波長度量衡方法中之最佳第二波長)之最大似然值而在數學上組合。

每結構的用於第二量測程序之輻射屬性之個別選擇可包含選擇強度之光譜分佈之中心波長(為簡單起見而在本文中簡單地稱作「波長」)。替代地或另外，用於第二量測程序之輻射屬性之個別選擇可包含選擇偏振屬性(例如線性或圓形偏極光之方向)。替代地或另外，方法可包含使用所計算敏感度中之一或多者個別地選擇在第二量測程序期間偵測到的反射輻射之波長及偏振屬性(例如線性或圓形偏極光之方向)中之任一者或兩者。因此，用於第二量測程序中的入射輻射及/或反射輻射之波長及偏振中之任一者或兩者可針對基板上之每一結構使用自第一量測程序之子程序導出之資訊予以個別地最佳化。

在一實施例中，第一量測程序之子程序包含以下各者中之一或多者：運用具有第一偏振屬性之輻射來照明結構且偵測具有第二偏振屬性之反射輻射；運用具有第二偏振屬性之輻射來照明結構且偵測具有第一偏振屬性之反射輻射；運用具有第一偏振屬性之輻射來照明結構且偵測具有第一偏振屬性之反射輻射；及運用具有第二偏振屬性之輻射來照明結構且偵測具有第二偏振屬性之反射輻射。第一偏振屬性不同於第二偏振屬性。在一實施例中，第一偏振屬性正交於第二偏振屬性(例如正交線性偏振或正交圓形偏振)。因此，子程序可包含對應於入射偏振及經偵測偏振之不同偏振組合的不同偵測模式，包括共偏振偵測模式及交叉偏振偵測模式。子程序可包含針對入射偏振及經偵測偏振之任何組合偵測零階或高階反射率。可由針對不同偵測模式獲得之敏感度之組合形成度量。舉例而言，在針對可在正負號上彼此相對的兩個相對之交叉偏振偵測模式(下標「TE」及「TM」係指彼此正交之偏振模式)獲得敏感度K _TETM及K _TMTE的情況下，可使用以下度量r：

圖10描繪方法至雙波長度量衡之實例應用。在此類型之實施例中，使用與第二量測程序相同的量測系統(例如第二量測系統62)來執行第一量測程序之子程序中的至少一者。針對給定結構之彼子程序之敏感度(例如擺動曲線)的波長相依性因此可與針對同一結構之第二量測程序之敏感度的波長相依性實質上相同。雙波長度量衡係藉由使用與第二量測程序相同的量測系統來組態子程序在波長λ₁下操作且安排第二量測程序在波長λ₂下操作來達成。方法接著使用對在波長λ₁下量測之結構之第二屬性的敏感度之至少一量測來選擇用於λ₂之最佳值。

在一些實施例中，需要使λ₁及λ₂中之一者位於敏感度相對於波長之曲線之最大值處或附近，且使λ₁及λ₂中之另一者位於敏感度相對於波長之曲線之最小值處或附近。在結構之第二屬性包含例如疊對OV之狀況下，可使用不同繞射階之間的強度差使用以下關係來獲得OV：△I=K ₀+K ₁．OV，其中K ₀為程序誘發之偏移(獨立於結構)且K ₁表示量測程序對OV之敏感度。在此特定實例中，可展示出可將誤差

書寫如下：

其中d為施加至用於量測中之光柵之疊對偏置。將λ₁及λ₂選擇為處於敏感度相對於波長之曲線之相對側(亦即，其中一側具有最小值且一側具有最大值)會確保△K ₁大且誤差小。

圖10展示敏感度相對於波長之三個實例曲線。該三個曲線可對應於例如針對基板上之不同結構量測之曲線。該等曲線各自具有相似形式且相對於彼此沿著波長方向位移。用於λ₁及λ₂之最佳值針對每一曲線係不同的。然而，已發現(且可在圖10中定性地看到)，在λ₁下(例如在敏感度相對於波長之曲線之峰值處或附近)量測之敏感度K與用於λ₂之對應最佳值之間存在相關性。峰值高度針對曲線中之每一者係不同的。在λ₁下之峰值高度因此提供關於哪一曲線最接近地適用於正被量測之結構之資訊，且因此提供關於對應於用於λ₂之最佳值的極值(例如最小值)可位於何處之資訊。

在一實施例中，在第一最佳化程序中判定用於λ₁之最佳值。第一最佳化程序可例如根據上文所描述之實施例中的任一者使用使用聚焦感測器進行所討論之結構的量測，例如以獲得該結構之反射率。可接著在後續程序中使用自λ₁之最佳化值下所執行的量測計算之至少一敏感度來獲得λ₂之最佳值。

圖11為展示自在標繪之λ₁下所執行之量測而計算的實例敏感度K _TETE相對於λ₂之對應最佳值Opt-λ₂的曲線圖(各自對應於針對正被量測之結構之敏感度相對於波長的曲線之波谷)。在此特定實例中，運用針對入射光及反射光兩者之共偏振、線性偏振光(TE偏振)來執行量測。

如在圖10中可看到，在對應於λ₁之峰值處或附近敏感度K之改變相對緩慢地改變，從而自一曲線移至下一曲線。為了增加可基於針對λ₁之敏感度K而導出λ₂之最佳值之敏感度，可替代地使用在敏感度相對於波長之曲線中在最大值與最小值之間的中間位置處之敏感度K。圖12中說明實例途徑。中點λ_MID處之敏感度K更快速地改變，從而自一曲線移至下一曲線，且因此允許更準確地獲得最佳λ₂。在下文描述基於此效應之實施例。

在一實施例中，複數個子程序包含第一子程序及第二子程序。第一子程序對結構之第二屬性(例如疊對)之敏感度的波長相依性係與第二子程序對結構之第二屬性之波長相依性實質上相同，且包含局部最大值及局部最小值(如在圖10及圖12中)。

第一子程序包含運用輻射來照明結構，該輻射具有與局部最大值及局部最小值中之一者對準的中心波長，該中心波長處於局部最大值與局部最小值之間的波長分離度之10%、視情況5%、視情況1%的範圍內。因此，第一子程序可包含運用處於或接近圖12中之峰值的波長λ₁來照明結構。

第二子程序包含運用輻射來照明結構，該輻射具有與局部最大值與局部最小值之間的中點對準的中心波長，該中心波長處於局部最大值與局部最小值之間的波長分離度之40%、視情況20%、視情況10%、視情況5%、視情況1%的範圍內。因此，第二子程序可包含運用處於或接近圖12中之λ₁與λ₂之間的所估計中點λ_MID來照明結構。接著使用對在λ_MID下獲得之第二屬性之敏感度(例如疊對敏感度)，視情況與藉由第一量測程序之其他子程序提供之資訊(例如來自聚焦感測器量測之反射率、當在λ₁下量測時獲得之敏感度，及基於其他偵測模式自子程序獲得之一或多個其他敏感度)組合地導出用於第二波長λ₂之最佳值。

本文中所揭示之概念可發現出於監視之目的對結構之微影後量測之外的效用。舉例而言，此偵測器架構可用於基於光瞳平面偵測之未來對準感測器概念中，用於微影設備中以在圖案化程序期間對準基板。

雖然以上所描述之目標為出於量測之目的而特定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器件之功能性部分的目標上量測屬性。許多器件具有規則的類光柵結構。如本文中所使用之術語「目標光柵」及「目標」並不需要已特定針對正被執行之量測來提供結構。

度量衡設備可在微影系統中使用，諸如上文參考圖2所論述之微影製造單元LC。微影系統包含執行微影程序之微影設備LA。微影設備可經組態以在執行隨後微影程序時使用由度量衡設備進行的對藉由微影程序而形成之結構之量測之結果，例如以改良後續微影程序。

一實施例可包括含有機器可讀指令之一或多個序列之電腦程式，該等機器可讀指令描述量測結構上之目標及/或分析量測以獲得關於微影程序之資訊的方法。亦可提供其中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)。在現有微影或度量衡設備已經在生產中及/或在使用中之情況下，本發明可藉由提供經更新電腦程式產品以致使處理器執行本文中所描述之方法來實施。

在以下編號條項中描繪根據本發明之另外實施例：

1.一種量測形成於一基板上之複數個結構之方法，該方法包含：自一第一量測程序獲得資料，該第一量測程序包含個別地量測該複數個結構中之每一者以量測該結構之一第一屬性；及使用一第二量測程序以量測該複數個結構中之每一者之一第二屬性，該第二量測程序包含運用輻射來照明每一結構，該輻射具有針對彼結構使用用於該結構之該經量測第一屬性而個別選擇的一輻射屬性。

2.如條項1之方法，其中針對每一結構基於該第一屬性與用於該第二量測程序之該輻射屬性之一選擇之間的一先前經量測相關性來執行用於該第二量測程序之該輻射屬性的該個別選擇，該選擇使得相比於針對該第二量測程序之該輻射屬性之其他選擇，該第二量測程序之一效能能夠更高。

3.如條項1或2之方法，其中該結構之該第一屬性包含反射率。

4.如任一前述條項之方法，其中該結構之該第一屬性包含該結構對自該結構散射之輻射之偏振的一效應。

5.如任一前述條項之方法，其中每一結構之該第二屬性包含該結構之不同層之間的疊對。

6.如任一前述條項之方法，其中用於該第二量測程序之該輻射屬性包含強度之一光譜分佈。

7.如條項6之方法，其中強度之該光譜分佈包含中心波長及頻寬中之一者或兩者。

8.如任一前述條項之方法，其中用於該第二量測程序之該輻射屬性包含該輻射之一偏振。

9.如任一前述條項之方法，其中：該第一量測程序使用一第一輻射源以運用輻射來照明每一結構；及該第二量測程序使用一第二輻射源以運用輻射來照明每一結構，其中該第一輻射源不同於該第二輻射源。

10.如任一前述條項之方法，其中該第一量測程序使用來自一聚焦感測器之輸出，該聚焦感測器經組態以量測用於該第二量測程序之一光學系統之一聚焦。

11.如條項10之方法，其中該結構之該第一屬性包含反射率，且來自該聚焦感測器之信號強度用以判定該反射率。

12.如任一前述條項之方法，其中該第一量測程序使用一或多個光學元件，在量測用於該第二量測程序之一光學系統之一聚焦時亦使用該一或多個光學元件，其中該一或多個光學元件在執行該第二量測程序時未被使用。

13.如任一前述條項之方法，其中該第一量測程序使用一第一輻射源以運用寬頻帶輻射來照明每一結構，且針對每一結構基於來自該第一量測程序之該資料之一光譜分析來執行用於該第二量測程序之該輻射屬性的該個別選擇。

14.如任一前述條項之方法，其包含執行該第一量測程序。

15.如條項1之方法，其中：該第一量測程序包含一或多個子程序；該方法包含計算該等子程序中之一或多者中的每一者對該結構之該第二屬性之一敏感度；且使用該等所計算敏感度中之一或多者來執行用於該第二量測程序之該輻射屬性的該個別選擇。

16.如條項15之方法，其中針對每一結構基於該等所計算敏感度中之一或多者中的每一者與用於該第二量測程序之該輻射屬性之一選擇之間的一先前經量測相關性來執行用於該第二量測程序之該輻射屬性的該個別選擇，該選擇使得相比於針對該第二量測程序之該輻射屬性之其他選擇，該第二量測程序之一效能能夠更高。

17.如條項15或16之方法，其中用於該第二量測程序之該輻射屬性的該個別選擇包含選擇強度之一光譜分佈之一中心波長。

18.如條項15至17中任一項之方法，其中用於該第二量測程序之該輻射屬性的該個別選擇包含選擇一偏振屬性。

19.如條項15至18中任一項之方法，其進一步包含個別地選擇在該第二量測程序期間使用該等所計算敏感度中之一或多者而偵測到的反射輻射之一偏振屬性。

20.如條項15至19中任一項之方法，其中該等子程序包含以下各者中之一或多者：運用具有一第一偏振屬性之輻射來照明該結構且偵測具有一第二偏振屬性之反射輻射；運用具有該第二偏振屬性之輻射來照明該結構且偵測具有該第一偏振屬性之反射輻射；運用具有該第一偏振屬性之輻射來照明該結構且偵測具有該第一偏振屬性之反射輻射；及運用具有該第二偏振屬性之輻射來照明該結構且偵測具有該第二偏振屬性之反射輻射，其中：該第一偏振屬性不同於該第二偏振屬性。

21.如條項20之方法，其中該第一偏振屬性正交於該第二偏振屬性。

22.如條項15至21中任一項之方法，其中：該子程序包含一第一子程序及一第二子程序；該第一子程序對該結構之該第二屬性的該敏感度之一波長相依性係與該第二子程序對該結構之該第二屬性之波長相依性實質上相同且包含一局部最大值及一局部最小值；該第一子程序包含運用輻射來照明該結構，該輻射具有與該局部最大值及該局部最小值中之一者對準的一中心波長，該中心波長處於該局部最大值與該局部最小值之間的波長分離度之10%的一範圍內；且該第二子程序包含運用輻射來照明該結構，該輻射具有與該局部最大值及該局部最小值之間的一中點對準的一中心波長，該中心波長處於該局部最大值與該局部最小值之間的該波長分離度之40%的一範圍內。

23.如條項15至22中任一項之方法，其中該等子程序包含經組態以量測該結構之該第一屬性之至少一個子程序及經組態以量測該結構之該第二屬性之至少一個子程序。

24.如條項23之方法，其中該結構之該第一屬性包含反射率且該結構之該第二屬性包含該結構之不同層之間的疊對。

25.如條項23或24之方法，其進一步包含使用使用該第一量測程序之一子程序而獲得的該第二屬性與使用該第二量測程序而獲得的該第二屬性之一組合來判定該結構之該第二屬性之一經改良值。

26.如任一前述條項之方法，其中形成於該基板上之該複數個結構係藉由一微影程序而形成。

27.一種器件製造方法，其包含使用微影在一基板上形成複數個結構；及使用如任一前述條項之方法來量測該複數個結構。

28.一種用於量測一基板上之複數個結構之度量衡設備，該度量衡設備包含：一第一量測系統，其經組態以執行一第一量測程序，該第一量測程序包含個別地量測該複數個結構中之每一者以量測該結構之一第一屬性；一第二量測系統，其經組態以執行一第二量測程序，該第二量測程序包含量測該複數個結構中之每一者之一第二屬性；及一控制器，其經組態以控制該第二量測程序使得在該第二量測程序期間用以照明每一結構的輻射之一輻射屬性係針對彼結構使用用於該結構之該經量測第一屬性予以個別地選擇。

29.如條項28之設備，其中該控制器經組態以針對每一結構基於該第一屬性與用於該第二量測程序之該輻射屬性之一選擇之間的一先前經量測相關性來執行用於該第二量測程序之該輻射屬性的該個別選擇，該選擇使得相比於針對該第二量測程序之該輻射屬性之其他選擇，該第二量測程序之一效能能夠更高。

30.如條項28或29之設備，其中該結構之該第一屬性包含反射率。

31.如條項28至30中任一項之設備，其中該結構之該第一屬性包含該結構對自該結構散射之輻射之偏振的一效應。

32.如條項28至31中任一項之設備，其中每一結構之該第二屬性包含該結構之不同層之間的疊對。

33.如條項28至32中任一項之設備，其中用於該第二量測程序之該輻射屬性包含強度之一光譜分佈。

34.如條項33之設備，其中強度之該光譜分佈包含中心波長及頻寬中之一者或兩者。

35.如條項28至34中任一項之設備，其中用於該第二量測程序之該輻射屬性包含該輻射之一偏振。

36.如條項28至35中任一項之設備，其中：該第一量測系統包含一第一輻射源，該第一輻射源經組態以運用輻射來照明每一結構；及該第二量測系統包含一第二輻射源，該第二輻射源經組態以運用輻射來照明每一結構，其中該第一輻射源不同於該第二輻射源。

37.如條項28至36中任一項之設備，其中該設備包含一聚焦量測系統，該聚焦量測系統包含一聚焦感測器，該聚焦感測器經組態以量測由該第二量測系統使用之一光學系統之一聚焦，且該第一量測程序使用來自該聚焦感測器之一輸出。

38.如條項37之設備，其中該結構之該第一屬性包含反射率，且來自該聚焦感測器之信號強度用以判定該反射率。

39.如條項28至38中任一項之設備，其中該第一量測系統包含一或多個光學元件，該一或多個光學元件亦由經組態以量測由該第二量測系統使用的一光學系統之一聚焦之一聚焦量測系統使用，其中該一或多個光學元件未由該第二量測系統使用。

40.如條項28至39中任一項之設備，其中該第一量測系統包含一第一輻射源，該第一輻射源經組態以運用寬頻帶輻射來照明每一結構，且該控制器經組態以針對每一結構基於來自該第一量測程序之資料之一光譜分析來執行用於該第二量測程序之該輻射屬性的該個別選擇。

41.如條項28至40中任一項之設備，其中形成於該基板上之該複數個結構係藉由一微影程序而形成。

42.一種微影系統，其包含：一微影設備，其經組態以使用微影在一基板上形成複數個結構；及如條項28至41中任一項之度量衡設備，其經組態以量測由該微影設備形成之該複數個結構。

儘管在本文中可特定地參考微影設備在IC製造中之使用，但應理解，本文中所描述之微影設備可具有其他應用，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。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之術語「基板」或「目標部分」同義。可在曝光之前或之後在例如塗佈顯影系統(通常將抗蝕劑層施加至基板且顯影經曝光抗蝕劑之工具)、度量衡工具及/或檢測工具中處理本文中所提及之基板。適用時，可將本文中之揭示內容應用於此類及其他基板處理工具。另外，可將基板處理多於一次，例如以便產生多層IC，使得本文中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，且在內容背景允許之情況下不限於光學微影。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。

本文中所使用之術語「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」在內容背景允許的情況下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。

對特定實施例之前述描述將因此充分地揭露本發明之一般性質：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所瞭解之知識針對各種應用而容易地修改及/或調適此等特定實施例，而無需進行不當實驗。因此，基於本文中所呈現之教示及指導，此等調適及修改意欲在所揭示之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譯。

本發明之廣度及範疇不應受上述例示性實施例中之任一者限制，而應僅根據以下申請專利範圍及其等效者進行界定。