TWI724377B - 度量衡裝置及用於判定基板上之一或多個結構之特性之方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種用於量測與一基板上之一結構相關之一所關注特性的方法及相關聯裝置。該方法包含在用照明輻射照明該結構之後直接地根據該所關注特性對在由該結構散射時的照明輻射之至少相位的影響計算該所關注特性之一值。

Description

度量衡裝置及用於判定基板上之一或多個結構之特性之方法

本發明係關於一種度量衡裝置或一種用於判定基板上之結構之特性的檢測裝置。本發明亦係關於一種用於判定基板上之結構之特徵之方法。

微影裝置為經建構以將所要圖案施加於基板上之機器。微影裝置可用於例如積體電路(IC)之製造中。微影裝置可例如將圖案化器件(例如，光罩)處之圖案(亦通常稱為「設計佈局」或「設計」)投影於設定在基板(例如，晶圓)上之一層輻射敏感材料(抗蝕劑)上。

為了將圖案投影於基板上，微影裝置可使用電磁輻射。此輻射之波長判定可形成於基板上之特徵之最小大小。當前在使用中之典型波長為365nm(i線)、248nm、193nm及13.5nm。相比於使用例如具有193nm之波長之輻射的微影裝置，使用具有在4至20nm之範圍內之波長(例如6.7nm或13.5nm)之極紫外(EUV)輻射的微影裝置可用於在基板上形成更小特徵。

低k₁微影可用於處理尺寸小於微影裝置之經典解析度極限 的特徵。在此製程中，可將解析度公式表達為CD=k₁×λ/NA，其中λ為所採用的輻射之波長，NA為微影裝置中之投影光學件之數值孔徑，CD為「臨界尺寸」(通常為經印刷之最小特徵大小，但在此情況下為半間距)且k₁為經驗解析度因數。一般而言，k₁愈小，則在基板上再生類似於由電路設計者規劃之形狀及尺寸以便達成特定電功能性及效能的圖案變得愈困難。為了克服此等困難，可將複雜微調步驟應用於微影投影裝置及/或設計佈局。此等步驟包括例如但不限於NA之最佳化、自訂照明方案、使用相移圖案化器件、設計佈局之各種最佳化，諸如設計佈局中之光學近接校正(OPC，有時亦稱作「光學及製程校正」)，或一般定義為「解析度增強技術」(RET)之其他方法。替代地，用於控制微影裝置之穩定性之嚴格控制迴路可用於改良在低k1下的圖案之再生。

在微影製程中，需要頻繁地對所產生結構進行量測，例如以用於製程控制及驗證。用於進行此類量測之各種工具為吾人所知，包括掃描電子顯微鏡或各種形式之度量衡裝置，諸如散射計。參考此類工具之一泛稱可為度量衡裝置或檢測裝置。

用以量測例如疊對之基於散射量測術的度量衡之問題為所謂的搖擺曲線。搖擺曲線為使用典型散射量測技術之疊對敏感度K對波長λ的依賴性。搖擺曲線之結果為存在量測為疊對不靈敏的一些波長。此外，搖擺曲線自堆疊至堆疊顯著變化，從而難以進行波長選擇及確保足夠疊對敏感度。

一目標為提供一種用於解決上文論述之問題或限制中之一或多者的檢測或度量衡裝置之有效且高效的解決方案。

本發明之實施例揭示於申請專利範圍中及實施方式中。

在本發明之第一態樣中，提供一種用於量測與一基板上之一結構相關的一所關注特性之方法，該方法包含：在用照明輻射照明該結構之後直接地根據該所關注特性對在由該結構散射時的該照明輻射之至少相位的影響計算該所關注特性之一值。

在本發明之第二態樣中，提供一種檢測裝置，其包含：一基板固持器，其用於固持包含一結構之該基板；投影光學件，其用於將照明輻射投影於該結構上；一偵測器，其用於在該照明輻射已由該結構散射之後偵測該照明輻射；及一處理器，其可操作以直接地根據一所關注特性對在由該結構散射時的照明輻射之至少該相位的該影響計算與該結構相關之該所關注特性的一值。

亦提供一種可操作以執行該第一態樣之該方法的電腦程式。

0:繞射射線

+1:繞射射線

-1:繞射射線

2:寬頻帶(白光)輻射投影儀

4:光譜儀偵測器

5:輻射

6:光譜

8:結構或輪廓

10:經反射或經散射輻射

11:光源

12:透鏡

13:孔徑板

13N:孔徑板

13NW:孔徑板

13S:孔徑板

13SE: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

20:光學系統

21:孔徑光闌

22:光學系統

23:感測器

31:量測光點

32:目標

33:目標

34:目標

35:目標

41:對應圓形區域

42:矩形區域

43:矩形區域

44:矩形區域

45:矩形區域

1200:步驟

1210:步驟

1220:最佳化步驟

1230:評估子步驟

1240:經最佳化(單或多波長)配方

1250:子步驟

1260:步驟

1270:步驟

1280:步驟

B:輻射光束

b:底部光柵

BD:光束遞送系統

BK:烘烤板

C:目標部分

CH:冷卻板

CL:電腦系統

CP:交叉點

DE:顯影器

I:強度

IC:互補照明

IN:正常照明

I/O1:輸入/輸出埠

I/O2:輸入/輸出埠

IF:位置量測系統

IL:照明系統

K:疊對敏感度

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

MET:度量衡工具

MT:光罩支撐件

O:點線

OV:疊對

p:間距

P1:基板對準標記

P2:基板對準標記

PEB:曝光後烘烤步驟

PM:第一定位器

PS:投影系統

PU:處理器

PW:第二定位器

RB:參考雷射光束

ref:參考

RO:基板處置器或機器人

SC:旋塗器

SC1:第一標度

SC2:第二標度

SC3:第三標度

SCS:監督控制系統

SEN:感測器

SO:輻射源

T:目標結構

t:頂部光柵

TCU:塗佈顯影系統控制單元

TIS:工具誘導移位

W:基板

WT:基板支撐件

A:波長

+d:正偏置

-d:負偏置

現將參看隨附示意性圖式僅藉助於實例來描述本發明之實施例，在隨附示意性圖式中：- 圖1描繪微影裝置之示意性概述；- 圖2描繪微影製造單元(lithographic cell)之示意性概述；- 圖3描繪整體微影之示意性表示，其表示最佳化半導體製造之三種關鍵技術之間的合作；- 圖4說明根據本發明之實施例的檢測裝置；- 圖5包含：(a)用於根據本發明之實施例而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)用於給定照明方向之目標光柵之 繞射光譜的細節，(c)在使用散射計以用於基於繞射之疊對量測時提供其他照明模式之第二對照明孔徑，及(d)組合第一對孔徑及第二對孔徑之第三對照明孔徑；- 圖6描繪(a)已知形式之多重光柵目標及一基板上之量測光點的概述；及(b)在圖5之散射計中獲得的目標之影像；- 圖7展示使用已知方法展示疊對敏感度K對波長λ之依賴性的搖擺曲線；- 圖8(a)及8(b)示意性地展現僅強度量測將為疊對不靈敏之兩種情形；- 圖9說明根據本發明之實施例的圖5中所說明之檢測裝置的替代檢測裝置；- 圖10(a)包含作為未知目標偏置

之函數的方程式之值的任意曲線，其中圖10(b)為其細節，說明執行故意目標偏置之數值判定的步驟；可用作根據本發明之實施例的效能度量值；- 圖11說明具有頂部光柵及底部光柵之DBO目標的簡單繞射模型；- 圖12(a)為描述量測配方最佳化之當前方法的流程圖；且- 圖12(b)為描述根據本發明之實施例的量測配方最佳化之改良方法的流程圖。

在本文獻中，術語「輻射」及「光束」用於涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外輻射(例如，具有365、248、193、157或126nm之波長)及EUV(極紫外輻射，例如具有介於約5-100nm範圍內的波長)。

如本文中所採用之術語「倍縮光罩」、「光罩」或「圖案化器件」可廣泛地解釋為係指可用於向入射光束賦予經圖案化橫截面之通用圖案化器件，該經圖案化橫截面對應於待在基板之目標部分中產生之圖案。在此上下文中亦可使用術語「光閥」。除經典光罩(透射或反射、二元、相移、混合式等等)以外，其他此類圖案化器件之實例包括可程式化鏡面陣列及可程式化LCD陣列。

圖1示意性地描繪微影裝置LA。微影裝置LA包括：照明系統(亦稱作照明器)IL，其經組態以調節輻射光束B(例如，UV輻射、DUV輻射或EUV輻射)；光罩支撐件(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準確地定位圖案化器件MA的第一定位器PM；基板支撐件(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準確地定位該基板支撐件之第二定位器PW；及投影系統(例如，折射投影透鏡系統)PS，其經組態以藉由圖案化器件MA將經賦予至輻射光束B之圖案投影於基板W之目標部分C(例如，包含一或多個晶粒)上。

在操作中，照明系統IL例如經由光束遞送系統BD自輻射源SO接收輻射光束。照明系統IL可包括用於導向、塑形及/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、靜電及/或其他類型之光學組件，或其任何組合。照明器IL可用於調節輻射光束B，以在圖案化器件MA之平面處在其橫截面中具有所要空間及角強度分佈。

本文中所使用之術語「投影系統」PS應廣泛地解釋為涵蓋適於所使用之曝光輻射及/或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用的其 他因素之各種類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、合成、磁性、電磁及/或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」之任何使用均與更一般術語「投影系統」PS同義。

微影裝置LA可屬於一種類型，其中基板之至少一部分可由具有相對較高折射率之例如水之液體覆蓋，以便填充投影系統PS與基板W之間的空間--此亦稱作浸潤微影。以引用之方式併入本文中的US6952253中給定關於浸潤技術之更多資訊。

微影裝置LA亦可屬於具有兩個或更多個基板支撐件WT(又名「雙載物台」)之類型。在此「多載物台」機器中，可並行地使用基板支撐件WT，且/或可在位於基板支撐件WT中之一者上的基板W上執行準備基板W之後續曝光的步驟，同時將另一基板支撐件WT上之另一基板W用於在另一基板W上曝光圖案。

除了基板支撐件WT以外，微影裝置LA亦可包含量測載物台。該量測級經配置以固持感測器及/或清潔器件。感測器可經配置以量測投影系統PS之屬性或輻射光束B之屬性。量測載物台可固持多個感測器。清潔器件可經配置以清潔微影裝置之一部分，例如投影系統PS之一部分或提供浸潤液體的系統之一部分。量測載物台可在基板支撐件WT遠離投影系統PS時在投影系統PS下方移動。

在操作中，輻射光束B入射於圖案化器件上，該圖案化器件例如光罩MA，固持於光罩支撐件MT上且藉由存在於圖案化器件MA上之圖案(設計佈局)圖案化。在已橫穿光罩MA的情況下，輻射光束B穿過投影系統PS，投影系統PS將光束聚焦於基板W之目標部分C上。借助於第二定位器PW及位置量測系統IF，可準確地移動基板支撐件WT， 例如以便將該輻射光束B之路徑中之不同目標部分C定位於經聚焦且對準之位置處。類似地，第一定位器PM及可能的另一位置感測器(其未在圖1中明確地描繪)可用於相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化器件MA。圖案化器件MA及基板W可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準。儘管如所說明之基板對準標記P1、P2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。在基板對準標記P1、P2位於目標部分C之間時，此等基板對準標記稱為切割道對準標記。

如圖2中所展示，微影裝置LA可形成微影製造單元LC(有時亦稱作微影單元(lithocell)或(微影)叢集((litho)cluster))之部分，該微影製造單元通常亦包括用以在基板W上執行曝光前製程及曝光後製程之裝置。習知地，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、例如用於調節基板W之溫度(例如，用於調節抗蝕劑層中之溶劑)的冷卻板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W，在不同製程裝置之間移動該等基板且將基板W遞送至微影裝置LA之裝載匣LB。微影單元中通常亦統稱為塗佈顯影系統之器件通常係在塗佈顯影系統控制單元TCU之控制下，該塗佈顯影系統控制單元自身可受到監督控制系統SCS控制，該監督控制系統亦可例如經由微影控制單元LACU而控制微影裝置LA。

為了正確且一致地曝光由微影裝置LA曝光之基板W，需要檢測基板以量測經圖案化結構之屬性，諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等。出於此目的，可在微影製造單元LC中包括檢測工具(未展示)。若偵測到誤差，則可例如對後續基板之曝光或對待在基板 W上執行之其他處理步驟進行調整，尤其是在同一批量或批次之其他基板W仍待曝光或處理之前進行檢測的情況下。

亦可稱為度量衡裝置之檢驗裝置用於判定基板W之屬性，且詳言之，判定不同基板W之屬性如何變化或與同一基板W之不同層相關聯之屬性在層與層間如何變化。檢測裝置可替代地經建構以識別基板W上之缺陷，且可例如為微影單元LC之一部分，或可整合至微影裝置LA中，或可甚至為獨立器件。檢測裝置可量測潛影(曝光之後在抗蝕劑層中之影像)上的屬性，或半潛影(曝光後烘烤步驟PEB之後在抗蝕劑層中之影像)上的屬性，或經顯影抗蝕劑影像(其中已除去抗蝕劑之曝光部分或未曝光部分)上的屬性，或甚至經蝕刻影像(在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後)上的屬性。

通常微影裝置LA中之圖案化程序為在處理中之最重要步驟中的一者，其需要基板W上之結構之尺寸標定及置放的高準確度。為了確保此高準確度，可將三個系統組合於所謂的「整體」控制環境中，如圖3中示意性地描繪。此等系統中之一者為微影裝置LA，其(實際上)連接至度量衡工具MET(第二系統)且連接至電腦系統CL(第三系統)。此「整體」環境之關鍵在於最佳化此等三個系統之間的合作以增強總體製程窗且提供嚴格控制迴路，以確保由微影裝置LA執行之圖案化保持在製程窗內。製程窗定義特定製造製程產生經定義結果(例如功能性半導體器件)內--通常允許微影製程或圖案化製程中之製程參數變化內--的一系列製程參數(例如用量、聚焦、疊對)。

電腦系統CL可使用待圖案化之設計佈局(之部分)以預測使用哪種解析度增強技術且執行演算微影模擬及計算以判定哪種光罩佈局 及微影裝置設定實現圖案化製程之最大總體製程窗(在圖3中由第一標度SC1中之雙箭頭描繪)。通常，解析度增強技術經配置以匹配微影裝置LA之圖案化可能性。電腦系統CL亦可用於偵測製程窗內何處之微影裝置LA當前正在操作(例如，使用來自度量衡工具MET之輸入)以預測缺陷是否歸因於例如次佳處理而可存在(在圖3中由第二標度SC2中的指向「0」之箭頭描繪)。

度量衡工具MET可將輸入提供至電腦系統CL以實現準確模擬及預測，且可將回饋提供至微影裝置LA以識別例如微影裝置LA之校準狀態中的可能漂移(在圖3中由第三標度SC3中之多個箭頭描繪)。

在微影製程中，需要頻繁地對所產生結構進行量測，例如以用於製程控制及驗證。用於進行此類量測之各種工具為吾人所知，包括掃描電子顯微鏡或各種形式之度量衡裝置，諸如散射計。已知散射計之實例常常依賴於專用度量衡目標之提供，諸如，填充不足的目標(呈簡單光柵或不同層中之重疊光柵之形式的目標，其足夠大使得量測光束產生小於光柵之光點)或填充過度之目標(從而照明光點部分或完全含有該目標)。另外，使用度量衡工具(例如，照明諸如光柵的填充不足之目標之角度解析散射計)允許使用所謂的重構方法，其中可藉由模擬散射輻射與目標結構之數學模型的相互作用且比較模擬結果與量測之結果來計算光柵之屬性。調整模型之參數直至經模擬相互作用產生類似於自真實目標所觀測之繞射圖案的繞射圖案為止。

散射計為多功能器具，其允許藉由在光瞳或與散射計之物鏡之光瞳共軛的平面中具有感測器來量測微影製程之參數(量測通常稱作以光瞳為基礎之量測)，或藉由在影像平面或與影像平面共軛之平面中具 有感測器來量測微影製程之參數，在此狀況下量測通常稱作以影像或場為基礎之量測。以全文引用之方式併入本文中之專利申請案US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中進一步描述此類散射計及相關聯量測技術。前述散射計可在一個影像中使用來自軟x射線且可對近IR波範圍可見之光量測來自多個光柵之多個目標。

在圖4中描繪諸如散射計之度量衡裝置。度量衡裝置包含將輻射5投影於基板W上之寬頻帶(白光)輻射投影儀2。將經反射或經散射輻射10傳遞至光譜儀偵測器4，該光譜儀偵測器量測鏡面反射輻射10之光譜6(亦即，作為波長λ之函數的強度I之量測)。根據此資料，產生所偵測到的光譜的結構或輪廓8可由處理單元PU重構，例如藉由嚴密耦合波分析及非線性消退或藉由與經模擬光譜庫相比來重構。一般而言，對於重構，結構之一般形式係已知的，且自用來製造結構之製程之知識來假設一些參數，從而僅留下結構之幾個參數以自散射量測資料判定。此散射計可經組態為正入射散射計或斜入射散射計。

圖5(a)中展示適用於本發明之實施例的度量衡裝置。應注意，此僅為適合度量衡裝置之一個實例。替代的適合度量衡裝置可使用EUV輻射，諸如例如WO2017/186483A1中所揭示之EUV輻射。圖5(b)中更詳細地說明目標結構T及用於照明目標結構之量測輻射的繞射射線。所說明之度量衡裝置屬於稱為暗場度量衡裝置之類型。度量衡裝置可為獨立器件，或併入於例如量測站處之微影裝置LA中抑或微影製造單元LC中。貫穿裝置具有若干分支之光軸由點線O表示。在此裝置中，將由光源11(例如，氙氣燈)發射之光經由光束分裂器15藉由包含透鏡12、14 及物鏡16的光學系統來導向於基板W上。此等透鏡以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，且同時允許存取中間光瞳平面以用於空間頻率濾光。因此，可藉由在呈現基板平面之空間光譜之平面(此處稱為(共軛)光瞳平面)中界定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，可藉由在作為物鏡光瞳平面之背向投影式影像之平面中在透鏡12與透鏡14之間插入適合形式之孔徑板13來進行此選擇。在所說明之實例中，孔徑板13具有不同形式(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指明為「北」之方向之離軸。在第二照明模式中，孔徑板13S用於提供類似照明，但提供來自標記為「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。光瞳平面之其餘部分理想地暗，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5(b)中所展示，在基板W垂直於物鏡16之光軸O的情況下置放目標結構T。基板W可由支撐件(未展示)支撐。與軸O成一角度而照射於目標結構T上之量測輻射射線I產生零階射線(實線0)及兩個一階射線(點鏈線+1及雙點鏈線-1)。應記住，在填充過度之小目標結構的情況下，此等射線僅為覆蓋包括度量衡目標結構T及其他特徵之基板之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的)，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將跨越角度範圍進一步散佈，而非如所展示之 單一理想射線。應注意，可設計或調整目標結構之光柵間距及照明角度，以使得進入物鏡之一階射線與中心光軸緊密對準。圖5(a)及圖5(b)中所說明之射線展示為略微離軸，以純粹地使其能夠在圖中較容易地被區分。

由基板W上之目標結構T繞射的至少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5(a)，藉由指明標記為北(N)及南(S)之完全相對孔徑而說明第一照明模式及第二照明模式兩者。在量測輻射之入射射線I來自光軸之北側時，亦即，在使用孔徑板13N來應用第一照明模式時，標記為+1(N)之+1繞射射線進入物鏡16。相比之下，在使用孔徑板13S來應用第二照明模式時，-1繞射射線(標記為-1(S))為進入透鏡16之繞射射線。

第二光束分裂器17將繞射光束劃分成兩個量測分支。在第一量測分支中，光學系統18使用零階繞射光束及一階繞射光束在第一感測器19(例如，CCD或CMOS感測器)上形成目標結構之繞射光譜(光瞳平面影像)。每一繞射階射中感測器上之不同點，以使得影像處理可比較及對比若干階。由感測器19擷取之光瞳平面影像可用於聚焦度量衡裝置及/或歸一化一階光束之強度量測。亦可出於諸如重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)上形成目標結構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，以使得形成於感測器23上之目標之影像僅由-1或+1一階光束形成。由感測器19及23擷取之影像經輸出至處理影像之處理器PU，該處理器之功能將取決於正執行之量測之特定類型。應注意，在廣 泛意義上使用術語「影像」。因而，若僅存在-1階及+1階中之一者，則將不形成光柵線之影像。

圖5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，在量測中亦可使用2階光束、3階光束及較高階光束(圖5中未展示)。

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可僅用於量測在一個方向(取決於設定而為X或Y)上定向之光柵。為了量測正交光柵，可實施經90°及270°之目標旋轉。圖5(c)及(d)中展示不同孔徑板。在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裝置之眾多其他變化及應用。

圖6(a)描繪根據已知實踐形成於基板上之目標結構或複合目標。此實例中之目標結構包含緊密定位在一起之四個目標(例如，光柵)32至35，以使得該等目標將全部在由度量衡裝置之度量衡輻射照明光束形成的量測光點31內。四個目標由此皆經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，目標32至35自身為複合光柵，其由在形成於基板W上之半導體器件之不同層中經圖案化的上覆光柵形成。目標32至35可具有以不同方式偏置之疊對偏移，以便促進形成有複合光柵之不同部分的層之間的疊對量測。下文中將參考圖7來解釋疊對偏置之含義。目標32至35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。在一個實例中，目標32及34為 分別具有+d、-d之偏置的X方向光柵。目標33及35為分別具有偏移+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。此僅為目標結構之一個實例。目標結構可包含多於或少於4個目標，或僅單一目標。

圖6(b)展示在使用來自圖5(d)之孔徑板13NW或13SE的情況下在圖5之裝置中使用圖6(a)之目標而可形成於感測器23上且由該感測器偵測的影像之實例。雖然光瞳平面影像感測器19無法解析不同個別目標32至35，但影像感測器23可進行此解析。暗矩形表示感測器上的影像之場，在該場內，基板上之經照明光點31成像至對應圓形區域41中。在此場內，矩形區域42至45表示小目標光柵32至35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見產品特徵。影像處理器及控制器PU使用圖案識別來處理此等影像以識別目標32至35之單獨影像42至45。以此方式，影像並不必在感測器框架內之特定部位處極精確地對準，此極大地改良量測裝置整體上之產出率。

一旦已識別目標之單獨影像，彼等個別影像之強度就可例如藉由平均化或求和經識別區域內的所選擇像素強度值來量測。可將影像之強度及/或其他屬性彼此進行比較。可組合此等結果以量測微影製程之不同參數。疊對效能為此參數之重要實例。

在度量衡裝置(例如，散射計)之一個實施例中，度量衡裝置經調適以藉由量測經反射光譜及/或偵測組態中之不對稱性來量測兩個未對準光柵或週期性結構的疊對，不對稱性與疊對程度相關。類似方法可用於量測形成有聚焦依賴型不對稱性之特定目標上的聚焦。在疊對情況中，兩個(通常為重疊的)光柵結構可在兩個不同層(不必為連續層)中應 用，且可實質上形成於晶圓上之同一位置處。散射計可具有如例如共同擁有之專利申請案EP1,628,164A中所描述之對稱偵測組態，以使得任何不對稱性可明確區分。此提供用以量測光柵中之未對準之直接了當的方式。可在以全文引用之方式併入本文中之PCT專利申請公開案第WO 2011/012624號或美國專利申請案第US 20160161863號中找到通過週期性結構之不對稱性來量測含有作為目標之週期性結構之兩個層之間的疊對誤差的其他實例。

針對基於繞射之疊對(DBO)度量衡，僅使用來自藉由堆疊光柵繞射之輻射的強度資訊來推導疊對。此產生高度波長依賴型的量測敏感度，此係歸因於正量測之堆疊的折射率。通常由搖擺曲線所描述的此波長依賴性亦高度取決於產生製程穩固性挑戰之堆疊的組成及厚度。

圖7為包含疊對敏感度K與波長λ之曲線的例示性搖擺曲線，其說明此問題。如可看出，存在數個交叉點CP。此等交叉點CP對應於疊對敏感度K(更特定言之，基於強度的疊對敏感度)為零之波長，且因此基於繞射之疊對方法使用此等波長而對疊對不靈敏。因而，正量測之堆疊內的照明(量測)輻射之吸收典型地限制可供用於高品質度量衡的波長。此外，因為搖擺曲線針對不同堆疊而變化，所以僅僅確保用於量測之照明輻射避免此等波長為重要的。

可能需要用較大波長範圍(例如，DUV至IR)量測以處理具有挑戰性之堆疊及應用。同時，需要改良動態範圍(亦即，目標之可允許的繞射效率)及量測速度。由於通常包含於現存度量衡裝置感測器中之大量數目之光學表面而難以用經典的較高NA光學感測器設計實現此要求。「演算成像」(CI)可提供如專利申請案EP17199764中所描述之解決 方案，該專利申請案以引用之方式併入本文中。

在CI中，高品質及高NA成像光學件經簡單單一透鏡置換，例如該簡單單一透鏡在影像感測器上產生度量衡目標之相對失真及像差影像。可在已知感測器上之光的完全場(強度及相位兩者)時藉由直接相位解析量測(例如，全像顯微法)或藉由相位檢索方法(僅自強度量測來檢索相位)來檢索度量衡目標之近乎完美的影像。在相位解析量測中，感測器上之完全電場可藉由使用全像設定及關於成像系統之應用知識來觀測。相位檢索方法可使用相位檢索演算法及與成像系統及/或度量衡目標相關之先前知識。已在2017年11月2日提交之前述專利申請案EP17199764.6中描述適合相位檢索方法之實例。

提出用於量測疊對(亦即，層之間的相對位置偏移)之方法，該方法在所有波長處為疊對敏感的。因而，所提出之疊對度量衡方法之應用將不受搖擺曲線限制。此藉由執行相敏(完全場)量測且直接地根據相敏量測值判定疊對來實現。更特定言之，可自判定由疊對產生之散射(例如，繞射)輻射中之相位延遲比重來計算疊對。藉由量測由疊對目標散射之輻射中之繞射階的振幅(或強度)及相位兩者，可(部分地)消除搖擺曲線(亦即，對所使用波長之疊對敏感度依賴性)。

堆疊光柵結構(疊對目標)之照明藉由目標產生照明輻射之散射。經散射輻射中之所得繞射階包含描述包含每一目標之兩個光柵之間的疊對之資訊。散射光場由來自頂部光柵(藉由頂部光柵繞射場 E _t 描述)及來自底部光柵(藉由底部光柵繞射場 E _b 描述)之繞射組成。應注意，此等繞射場中之兩者藉由複數描述，其由其下劃線符號表示。應瞭解，完全向量的散射情況之擴展對於在此項技術中博學的某人而言不重要。

偵測器平面處之完全場 E 因而將包含頂部光柵繞射場及底部光柵繞射場之總和(針對忽略目標內部的高階散射之近似情況)；亦即， E = E _t + E _b 。兩個繞射場 E _t 、 E _b 之間的相對相位

歸因於堆疊φ _堆疊而包含第一相位延遲比重且歸因於疊對OV(包括任何有意偏置δ)而包含第二相位延遲比重

，亦即，

其中

且其中λ為量測輻射之波長，且θ為量測輻射相對於目標之入射角。

在最典型DBO度量衡方法中，僅擷取強度| E |²(亦即，此向量 E 之長度)，且從而損失相位資訊。此之結果為搖擺曲線。圖8示意性地展現僅強度量測將為疊對不靈敏之兩種情形。在圖8(a)中，歸因於堆疊φ _堆疊之第一相位延遲比重為零，且在圖8(b)中，此相位延遲φ _堆疊為π。在複雜平面中觀測到+1光柵階及-1光柵階中之每一者的複雜場。對於僅強度度量衡，僅擷取到場之強度(向量的長度)。在兩種情況下，將看似不存在不對稱性且因此無位置偏移(疊對=0)。此可藉由分別針對+1繞射階及-1繞射階中之每一者擷取完全場(振幅與相位) E ₊及 E _-來克服。藉由擷取完全場而非僅量值，可直接地判定第二階段延遲比重

(亦即，疊對誘導相位位移)，且因此可使得此量測對疊對敏感。

在以下段落中，將描述用於檢索第二階段延遲比重

之方法。可藉由以下分別自+1階及-1階之相對相位

及

來判定第二階段延遲比重

：

可隨後自第二階段延遲比重

判定疊對。在DBO技術中，無法直接地存取由底部及頂部光柵繞射之場之間的

(及類似

)之間的相對相位差(其中b及t下標分別指示此等底部及頂部光柵)，此係由於通常尚未知曉相位

,

。現將描述用於檢索+1階及-1階之相對相位

及

的數種方法。應注意，雖然所提供之實例係指+1繞射階及-1繞射階，但可取而代之使用任何對之對應的高階(例如，+2、-2等)。

因為正擷取振幅(或強度)及相位，所以提出空間(部分)相干輻射用於量測目標。正量測之目標可採取已知DBO類型化合物目標之形式，但應瞭解，本文中所描述之概念適用於使用任何適合之目標設計的任何基於散射量測之度量衡。因而，目標可包含兩個(子)目標，或視情況兩個(子)目標/方向：亦即，在x方向及y方向上用於擷取疊對的單獨對目標，兩個目標在其分量光柵之間所強加的故意偏置δ方面不同。在實施例中，兩個目標可具有不同經強加偏置δ ₁、δ ₂。然而，對於描述之剩餘部分而言，所提出目標配置將包含具有故意經強加偏置δ之第一目標及不具任何故意偏置的第二目標。

在實施例中，用空間相干輻射照明每一目標。可(經由直接、全像及/或經由相位檢索方法)相干地判定來自光柵 E ₊、 E _-及 E _+δ 、 E _-δ 兩者之+1及-1繞射階的完全場。此等場包含：第一正高階繞射場 E _+δ ，其包含如自正繞射階(例如，+1)擷取之完全場，該正繞射階自第一(偏置)目標繞射；第二正高階繞射場 E ₊，其包含如自正繞射階(例如，+1)擷取的完全 場，該正繞射階自第二(未偏置)目標繞射；第一負高階繞射場 E _-δ ，其包含如自負繞射階(例如，-1)擷取之完全場，該負繞射階自第一(偏置)目標繞射；及第二負高階繞射場 E _-，其包含自負繞射階(例如，-1)擷取之完全場，該負繞射階自第二(未偏置)目標繞射。

在第一實施例中，提出絕對相干量測之演算法。在此實施例中，僅需要一個目標及兩個絕對相位量測。可自單一目標之+1及-1繞射階的相干量測檢索疊對，其限制條件為已知來自頂部光柵之繞射的絕對相移(此可例如使用全息方法判定)。為實現此檢索，應以比所要疊對解析度更大之準確度來判定頂部光柵之x及z位置。x位置之判定可自目標之影像推導。此實施例類似於基於成像之疊對量測且具有其許多缺陷。

在此實施例中，可自以下計算疊對誘導相位位移

：

或

其中偏置誘導相位位移

。應注意，量測雜訊可使角度

複雜。此可藉由確保角度始終為實值來解決。

在第二完全相干量測實施例中，不需要絕對相位判定。取而代之，量測兩個目標(例如，如以下所描述：具有偏置δ的第一目標及不具偏置的第二目標)，且擷取到四個繞射場 E _-、 E _-δ 、 E ₊、 E _+δ (亦即，與+1及-1繞射階中之每一者相關及來自目標中之每一者的場)之間的相對相位。可隨後根據下式計算疊對誘導相位位移

：

其中偏置δ等於光柵間距p(δ=p/2)的一半。此特定偏置並非要求，但簡化疊對誘導相位位移

之計算。此方法可最適合於同時擷取+1繞射階及-1繞射階兩者的度量衡配置；例如，相對於目標使用正常(或接近正常)發生率以用於量測光束之度量衡配置。針對此類配置，可僅相對地擷取四個場之間的相對相位。替代地，可旋轉晶圓以量測正繞射階及負繞射階兩者。

上文實施例可精煉成部分相干的量測實施例，以使得僅需要與正繞射階 E ₊、 E _+δ 相關之繞射場之間的相對相位及與負繞射階 E _-、 E _-δ 相關的繞射場之間的相對相位的知識。此實施例例如在使用利用離軸照明之度量衡配置時可能適用，其中量測光束可為距法線至多例如80度之各類物體。在此配置中，可(例如，在單獨採集中)單獨地擷取正及負繞射階，且因此其間的相對相位可能不可獲得。因而，可自場 E ₊、 E _+δ 之組合及場 E _-、 E _-δ 之組合檢索此實施例中之疊對誘導相位位移

。

如已提及，無法直接地量測頂部光柵與底部光柵之間的相對相位差，此係由於自頂部光柵繞射之場的相位未知。然而，在已知第一及第二目標之頂部光柵之間的相位關係時，可如下檢索相位

、

：根據場 E ₊及 E _+δ ，可判定來自頂部光柵 E _+t 之+1繞射場及來自底部光柵 E _+b 的+1繞射場：

因此：

可隨後對-1繞射階重複此等步驟以判定

。可自以下計算疊對誘導相位位移

：

因此，針對偏置誘導相位位移

(其中δ術語相對於光柵間距歸一化)且取代以上，可根據下式計算疊對誘導相位位移

：

其中複數z之正負號由sgn(z)=z/|z|定義，且因而具有確保不需要加及減階之間的相對相位之效果。

若選擇最佳化偏置δ，則可簡化計算，包含取光柵間距p一半(亦即，δ=p/2)。在此情況下，方程式變為：

應瞭解，關於此部分相干實施例，(亦即，偵測器上之)量測影像之對比度將低於完全相干實施例之對比度。然而，將檢索(或若使用全息，則直接地量測)同一相位資訊。從而除對比度中之損失的歸一化態樣以外，與部分相干及完全相干的實施例相關之方程式相同。

在所有情況下，可自疊對誘導相位位移

根據以下方程式計算實際疊對OV：

按照當前DBO方法，可以目標光柵間距p為模來檢索此疊對；例如，

上文方程式僅考慮第一階散射，從而引起疊對誘導相位位移

與所得疊對OV之間的線性關係。然而，已確認，近場效應及/或高 階繞射效應可向此關係添加非線性，但此非線性經預期極小且因此可經忽略(或替代地糾正此非線性)。應瞭解，最佳化如所描述之偏置(δ=p/2)減少此非線性的影響。另外，此偏置應改良信號雜訊比。

用於量測或提取所需要的相對(或絕對)相位之任何方法可用於上文方法中。現將藉助於實例描述若干實例量測方案。在每一情況下，應使用空間(部分)相干照明。

圖9示意性說明數位全像顯微法配置。已知參考場(例如，來自參考雷射光束RB)相干地組合於具有來自繞射階+1、-1(自目標T繞射)之物場的感測器SEN(例如，CCD或CMOS)上。將來自組合場(例如，來自感測器上之額外條紋)的經量測強度例如使用適合電腦演算法分解成參考場及物場。此天然地提供物場之強度及相位，自其獲得來自兩個光柵的繞射階之間的相位關係。數位全像顯微法允許自單一量測在無任何先前目標知識之情況下判定相位，且甚至能夠進行絕對相位量測。

在替代實施例中，可採用演算成像/相位檢索方法。在此方法中，自目標之一或多個強度量測檢索目標之振幅與相位。相位檢索可使用度量衡目標之先前資訊(例如，以用於包括於形成起點以推導/設計相位檢索演算法的損失函數中)。替代地，或結合先前資訊方法，可進行多樣性量測。為了實現多樣性，可在量測結果之間略微更改成像系統。多樣性量測之實例為跨焦步進，亦即，藉由在不同聚焦位置處獲得量測結果。引入多樣性之替代方法包括例如使用不同照明波長或不同波長範圍，調節照明，或在量測之間改變目標上的照明之入射角。

需要相位檢索配置以判定兩個目標之間的相對相位。一般而言，相位檢索不必確保此相對相位。舉例而言，因為存在不充足資訊， 所以此通常不可能僅來自最佳聚焦處之單一量測。可在由兩個目標發射之場干涉時獲得充足資訊；然而，在聚焦對準(in-focus)時，來自每一目標之繞射階傾向於狹窄且因此不干涉來自另一目標的繞射階。因而，提出離焦(out-of-focus)量測。藉由兩個光柵之間的間距來設定所需要的離焦距離。在實施例中，可藉由以下減小離焦距離：●減小目標之間的距離以確保對應場之直接干涉(亦即，與相同高繞射階相關，以使得來自第一目標之+1繞射階干涉來自第二目標的+1繞射階，且對於-1繞射階亦類似)。舉例而言，以使得目標之間的距離相對於每一目標之點散佈函數的空間相干性長度並非較大的；●緊鄰產生干涉來自兩個目標之繞射場的中間(參考)場之目標兩者添加一個額外結構(例如，單一光柵)；或●在產生中間(參考)場之目標中之每一者的鄰域中添加兩個或更多個額外結構(例如，在每一情況下為單一光柵)，以使得來自每一目標之場中之每一者經歷來自對應額外結構的繞射場之干涉。

描述迄今為止已集中於疊對(亦即不同層之相對對準)之判定上。本文中所描述的原理亦可用於判定單一結構或目標之置放誤差。在用微影裝置印刷光柵時，光柵之準確印刷部位可自所要位置偏離。或否則，同一層中經曝光之兩個光柵之間可存在非所要相對位置偏移。此可歸因於微影裝置之成像透鏡中的透鏡像差。偏差通常取決於倍縮光罩上及/或光柵間距上及/或晶圓處理變化上之部位。可需要監測同一層中之光柵之相對位置的另一應用為若(例如)在兩個光柵在不同微影步驟中但在同一層內經印刷時。舉例而言，諸如在LELE(微影-蝕刻-微影-蝕刻)製程中之在某些多重圖案化製程中可為此情況。另一實例為用於監測經拼接晶粒之 對準。取決於可在微影裝置之單一曝光中經曝光之最大區域(最大掃描場區)，有可能將單一電路/器件層在拼接在一起之兩個(或更多個)曝光(經拼接晶粒)中曝光。為了量測經拼接晶粒之兩個子場的對準，可形成經拼接光柵對或經拼接目標，該經拼接光柵對或經拼接目標可包含第一子場上之第一光柵(例如，自第一倍縮光罩經圖案化)及第二子場上之第二(互補)光柵(例如，自第二倍縮光罩經圖案化)。可隨後量測互補圖案之相對定位以提供兩個子場(「經拼接疊對」)之相對定位的量測。

現將描述使用相敏量測來量測(局部)置放誤差之方法。方法包含執行兩個目標之相位量測及自兩個光柵(例如，假設以已知照明角度照明)之間的置換誘導相位差判定相對位移，該等兩個目標各包含單一光柵(例如，在單層中)。方法可使用本文中所描述之任一方法判定/提取相位資訊。亦將描述單一目標實施例。

考慮足夠接近於彼此置放之兩個目標(例如，單光柵目標)。在此實例中，足夠接近可為使得目標之間的距離相對於每一目標之點散佈函數的空間相干性長度並非較大(若不夠接近，則可使用一或多個介入結構，如已經描述)。可量測兩個目標之影像，包括整個影像的相位資訊。舉例而言，影像可為暗場影像，以使得不解析個別光柵線。來自兩個目標中之第一者的至少一個高繞射階與來自兩個目標中之第二者的至少一個高繞射階之間的相位差含有關於光柵之間的距離之資訊。第一光柵充當第二光柵之位置的參考。此在概念上類似於使用數位干涉計之量測。

兩個光柵可具有不同間距p ₁、p ₂，且可使用不同光柵階m ₁、m ₂。可自置換誘導相位差

-

找到置換D ₁-D ₂(以有效光柵間距為模)。更特定言之，可藉由以下找到置換：

應注意，目標之間的任何經程式化偏移將向此方程式添加「經程式化」置換術語。

在實施例中，可判定描述兩個部位之間的置放誤差變化之置放誤差變化度量值(例如，其中第一部位為第一光柵之部位且第二部位為第二光柵之部位)。此可包含計算相位差

-

(或更特定言之，差

)的置放誤差變化度量值。

置放誤差變化度量值可包含標準差或基於標準差之度量值。在實施例中，適合之基於標準差之度量值可包含使用MAD(中值絕對偏差)估計量或MAD度量值。MAD係關於標準差，但顯著地更穩固(亦即，其可包容至多50%離群值)。

應注意，置放誤差變化度量值之計算應考慮歸因於模2π行為之潛在問題。可就相對於感測器之光軸不知道光柵之來源準確地在何處而言來考慮此計算。為考慮模2π行為，提出(例如)在像素級引入任意2π相移，以使得所得標準差(或其他變化度量值)最小化。

單一目標(光柵)實施例可基於在單一目標內將預期作為彼單一目標內之部位的函數之恆定相位

之實情。此忽略了邊緣區域，此係由於例如歸因於目標繞射效應，將在彼處預期相位變化。可藉由諸如基於標準差之度量值之置放誤差變化度量值(例如，如所描述的MAD估計量)判定相位

之變化。此置放誤差變化度量值可充當單一目標區域內之置放誤差的KPI。

相位檢索自身可基於前述專利申請案EP17199764。此描述自強度量測判定對應相位檢索，以使得目標及照明輻射之相互作用就其 電場(振幅與相位)而言經描述。強度量測可屬於比習知度量衡中所使用之彼強度量測更低的品質，且因此可為如所描述之離焦。所描述的相互作用可包含緊靠目標上方之電場及/或磁場之表示。在此實施例中，藉助於在與目標平行之平面中的(例如，二維)表面上之無限小電流及/或磁流偶極，經照明之目標電場及/或磁場影像經模型化為等效來源描述。此平面可為例如緊靠目標上方之平面，例如，根據瑞立準則(Rayleigh criterion)聚焦對準之平面，但模型平面之部位並不重要：一旦已知一個平面處的振幅與相位，則其可計算性地傳播至任何其他平面(聚焦對準、離焦或甚至光瞳平面)。替代地，描述可包含目標或其二維等效物之複雜傳輸。

相位檢索可包含建立照明輻射與目標之間的相互作用對繞射輻射之影響之模型以獲得經模型化強度圖案；且最佳化模型內的電場之相位及振幅以便最小化經模型化強度圖案與所偵測到強度圖案之間的差異。更特定言之，在量測採集期間，在偵測器上擷取到(例如，目標之)影像且量測其強度。相位檢索演算法用於判定在與目標平行(例如，緊靠目標上方)之平面處的電場之振幅與相位。相位檢索演算法使用理想感測器(例如，像差及相干)之轉送模型來再成像目標以獲得偵測器之平面處的場之強度及相位之經模型化值。不需要目標模型。經模型化強度值與所偵測到強度值之間的差值就相位及振幅而言(例如，迭代地)最小化，且將所得對應的經模型化相位值視為檢索相位。

檢索相位所需要的資訊可來自多樣性(多個多樣的量測或影像)。替代地或組合地，先前(目標)知識可用於約束相位檢索演算法。先前知識例如可包括於形成起點以推導/設計相位檢索演算法之損失函數中。在此實施例中，先前知識可基於某些觀測；例如，在目標之多個影像 中的每一影像之間存在許多規則性。可在單一量測(例如，使用多於一種照明條件之量測，例如，多波長量測)中或自已經描述之多樣性量測(不同聚焦位階等)獲得多個影像。可觀測到，對於每一影像而言，目標包含具有基本上類似形式之扁平結構。詳言之，每一所獲得的目標影像之每一所關注區域具有同一或極類似的位置及形狀。舉例而言，在目標為x及y方向複式目標時，該x及y方向複式目標具有當前所使用DBO目標之一般形式，每一影像將通常包含具有對應於構成複式目標之每一目標的位置之相對扁平強度剖面(例如，較大方形圖案之每一象限中的相對扁平強度剖面)之相對較高強度區域。可例如藉助於總變差或向量總變差規則化之一般化(亦即，將L1懲罰值強加於目標影像之梯度上)來採用影像之間的此類似性。此向量一般化之益處為其在例如不同照明條件之間引入耦合。

應顯然，在相位檢索中可使用多樣性、先前目標知識或兩者。在充足多樣性之情況下，不應必需基於先前目標知識強加約束以確保彙聚。同樣，藉由使用先前目標知識約束相位檢索演算法，多樣性(例如，在散焦之不同位階處的量測)不應為必要的。可藉由使用多樣性及強加先前目標知識約束兩者來獲得彙聚之較大準確度或較好保證。用於執行此方法之度量衡裝置可例如採取圖5(a)中所說明之度量衡裝置的形式。然而，此純粹為說明性的，且可使用任何適合之基於散射量測之度量衡器件。

雖然以上實例就疊對而言描述，但本發明同樣適用於基於量測諸如目標之結構中的不對稱性之任何度量衡。雖然疊對為可以此方式量測之所關注特性之一個實例，但其他實例可包含聚焦及/或用量。此等可例如根據用聚焦或用量依賴型不對稱性經曝光之目標量測，該聚焦或用 量依賴型不對稱性可經返回量測且自其判定曝光聚焦位置及/或用量。本文中概念可應用之所關注特性之另一實例為EPE(邊緣置放誤差)，其為疊對的更複雜形式(例如，疊對及臨界尺寸均一性之組合)。

在另一實施例中，提出可用作絕對效能度量值之新穎效能度量值或關鍵效能指示符(key performance indicator，KPI)。當前，基於典型強度(僅)不對稱性之疊對不具有絕對參考，此係由於真實疊對未知。因此，效能評估係由基於(例如)使用不同照明特性(波長等)來量測之目標的疊對量測之相對KPI獲得。同一問題隨著前述文獻EP17199764中所描述的方法而出現，該前述文獻提供來自目標之振幅與相位的量測。僅在自此振幅與相位影像提取疊對值且將此經提取疊對值與使用另一波長(例如)所判定之疊對值進行比較之後，可評估量測效能。

此實施例中所提出之KPI背後的基礎概念為數值上判定偏置δ(亦即，偏置誘導相位位移

)且將此與既定偏置δ或既定偏置誘導相位位移

進行比較。假設無製造誤差(例如，製程變化或類似者)，此等值匹配愈接近，量測效能愈好。在此實施例中，將可互換地使用術語偏置誘導相位位移及目標偏置，此係由於其僅相差2π除以目標光柵之週期的因素。

再次考慮部分相干的實施例，至將提供方程式(11)之彼實施例的類似推導，但提供明確考慮正繞射階及負繞射階之量測之間的可能感測器傳輸偏移

之一者，其可為複雜的。 E _-及 E _-δ 之各別 E ₊及 E _+δ 的單獨量測將產生：

其中兩個目標光柵之間距與2π之相位一致。

在方程式(15)-(18)中，場 E ₊ E _+δ E _-及 E _-δ 已知/經量測，偏置誘導相位位移

亦已知(儘管其將經假設為未知且在此實施例中在數學上推導為KPI)，且剩餘參數未知。此產生八個(實值)方程式及八個未知方程式，該等方程式可為如已經描述為疊對OV求解；例如，

其類似於方程式(10)。

為推導KPI，在此實施例中提出求解未知目標偏置誘導相位位移

(亦即，假設已知故意目標偏置為未知的)之方程式(14)-(17)。結果為以下方程式對：

此等方程式中之第二者為方程式(19)。可以類似方式針對完全相干量測實施例(方程式(6))及絕對相干量測實施例(方程式(4)或(5))推導等效方程式對。

提出藉助於在此等兩個方程式找到的數值根來求解未知目標偏置

之方程式對(20)，以便搜尋第一方程式之左手側實際上為零的未知目標偏置之值。

圖10(a)展示方程式(19)之第一方程式的左手側之值之曲線，該曲線作為未知目標偏置

之函數，其中實數部分展示為實線且虛數 部分展示為點線。曲線展示多個根；可棄去0及2π處之根，此係由於此等為以上兩個方程式之不重要的非關注之解答。圖10(b)為圖10(a)之部分的詳細縮放。此展示三個根，其中假設最接近或等於已知故意偏置之根為正確的。因此，在此特定實例中，已知目標偏置為0.10弧度且因此可在圖式上在0.10弧度處或周圍觀測到之根為正確的根。應注意，其他兩個根皆位於接近0.47弧度。

因此，藉由以此方式如同目標偏置未知一般在數學上判定目標偏置

，推導出可與已知故意目標偏置2πδ相比之KPI，以便評估量測效能。此產生用於基於目標之繞射強度及相位的知識來評估量測效能之KPI。可對疊對目標(例如，由演算成像產生)之所產生振幅與相位影像直接地使用KPI(亦即，而不需要將其與例如使用不同波長的量測進行比較)。此為有益的，此係由於其可用於例如比較不同演算成像組件設定(例如，光學件校準策略設定及/或相位檢索演算法設定)之其效能。此KPI亦可用於評估不同量測配方(例如，目標特性及照明特性之組合)的度量衡檢核。舉例而言，KPI可用作此度量衡檢核步驟中增加波長選擇的絕對值參考。更特定言之，有可能此方法包含僅考慮彼等照明特性(例如，波長)，對於彼等照明特徵而言，所估計目標偏置(KPI)與已知的預先程式化之目標偏置充分匹配(例如，在臨限值內)。

現將基於圖11中所說明之照明及目標之簡單模型來揭示使用本文中所描述的概念之一些其他實施例。此展示具有頂部光柵t及底部光柵b之DBO目標的簡單繞射模型。描述將指經設計以在一個方向(X或Y)上量測之單一疊對目標；至完全X+Y疊對目標之擴展為直接了當的。以下論述中之此單一疊對目標包含兩個子目標，第一子目標具有負偏 置-d，且第二子目標具有正偏置+d。此與先前所描述的一個偏置目標及一個未偏置目標相反，原理在每一情況下相同，僅數學描述之微量細節變化。

目標以兩個模式經曝光：正常照明IN及互補照明IC。在正常照明模式中，藉由度量衡工具一起偵測到藉由頂部及底部光柵繞射之+1階(+1st order)，在互補照明模式中，偵測到經組合之-1階(-1st order)。可經由兩個不同量測模式獲得兩種照明模式：晶圓旋轉(WR--例如在0度--WR0與180度WR180之間)或互補孔徑(CA)。基於此等量測模式，針對根據以下判定疊對OV及工具誘導移位TIS來定義系統行為：

在系統遭受像差時，以WR模式執行疊對量測可為最佳的。此固定通過光學件之光徑且減少像差影響，且亦使得信號中之工具誘導不對稱性能夠與目標誘導不對稱性較好分離。通常，切換孔徑比旋轉晶圓快得多，其中隨之而來的產出率有益於以CA模式量測疊對。

可就頂部及底部層處之繞射場、彼等場之間的相位延滯及未知共同相位而言表達所量測場：

且其中藉由所應用之偏置及OV相對於間距P判定相位項φ _δ 及φ _OV ：

應注意，符號與上文所使用之彼符號略微不同，以強調未知之共同相位，且明確未知共同相位的數目。舉例而言，根據此符號，等效於方程式(19)之疊對的表達式如下：

如可看出，此等關係給定八個獨立方程式(兩個方程式/所量測複雜場)，而存在六個未知方程式及藉由設計已知之一個參數。如已描述，此等關係可用於甚至在傳統DBO具有零堆疊敏感度時推導來自量測場之疊對。

進一步提出可判定經量測疊對對所量測場中之誤差的敏感度。此可用於預測經量測疊對之精確度，從而作為對具體應用具有直接關聯性之品質KPI。

自方程式(27)開始，可推導出對所量測場中之每一者中的誤差之敏感度。更特定言之，在將所量測場E _-中之誤差寫作振幅與相位中的相對誤差：dE_=(ε_(|E|)+iε_φ)E_時，可推導出對E_中之量測誤差之敏感度的以下方程式：

類似地，可推導出對其他所量測組件中之一者的誤差之敏 感度。取決於量測誤差(雜訊或系統性)之來源，可例如以均方根(root-mean-square，RMS)或線性形式添加敏感度。對場振幅或場相位中之量測雜訊的RMS敏感度可展示為堆疊相位延遲φ _堆疊之函數。應注意，若使用另一OV檢索演算法(參見以下)，則以上敏感度方程式將變化，但想法仍保持有效。

迄今為止所描述的方法基於疊對之分析解答(例如，方程式(19)/(27))，其對於理想之無誤差情況而言為完美的。在量測誤差或目標不完美(缺陷、製程變形、光柵不平衡性)存在之情況下，此解答並不必需為最佳的。舉例而言，對於20度之φ _堆疊之值，基於分析表達式的相位解析方法對振幅誤差具有比僅基於強度之DBO量測高的敏感度，而包括作為額外信息之相位應使得能夠實現較低敏感度。

代替使用分析表達式，可藉由使用作為所量測信號之模型的方程式(21)-(24)且找到最小化所量測複雜場與經模型化複雜場之間的差之值來獲得更穩固OV估計量。此想法之可能實施方案為使用最大似然估計量。可在用於此最小化之代價函數中應用加權，以抑制對某些誤差來源之敏感度，諸如以下中之一或多者(呈任何組合形式)：●所量測電場之相位中比振幅中高的雜訊；●系統性感測器誤差(感測器不對稱性)對所量測場之影響；●已知在所量測場上更頻繁出現之製程誤差的影響；●所量測組件之雜訊中的相關性之影響，諸如強度不對稱性與電場不對稱性之間的相關性。

選擇自完全電場提取疊對之最佳方法亦可基於φ _堆疊之值；可展示各種方法的敏感度強有力地取決於此參數。

已描述基於所計算與已知φ _δ (亦即，基於預先程式化之疊對偏置的KPI)之間的一致性之KPI。除此之外，完全組方程式(21)-(24)亦允許求解參數E _b 、E _t 及φ _stack ：

如圖11中所說明，此等參數取決於目標，且更精確地取決於構成目標之幾何形狀及材料。幾何形狀及材料又取決於製造處理條件。因此，此等參數可用作一致性KPI；監測此等參數及標記變化可有助於製程監測。在大量製造中，有可能例如基於用以確保量測之品質的最小敏感度或基於製程變化之統計分析來設定控制極限。

除使用過剩資訊推導此等一致性KPI之外，亦可另外推導以下方程式，該等方程式保存理想目標上之理想量測(雜訊及無誤差)：

可分析來自此等等式之偏差以找到根本原因。舉例而言，隨機變化表明量測雜訊應為問題，而系統性跨晶圓之指紋指示不同地影響正及負經偏置目標的處理效應。舉例而言，注意，此等方程式中之第二者描述針對理想目標底部光柵之+1階及-1階繞射效率類似的假設。若可排除量測工具不對稱性(參見以下)，則隨後來自此方程式之偏差可指示底部光柵不對稱性。

在DBO中，以不同方式組合各種信號之間的強度差以進 一步分離不對稱性之根本原因。應注意，歸因於未知之共同相位項，此方法無法直接地應用於電場；然而，其可適用於計算及監測除上文所提及的信號組合外之其他信號組合。

該方法可適用於分析上文所提及之所有參數的跨晶圓、晶圓間及工具至工具變化，以較好理解製程變化之出現及機制。此可使得能夠提取工具及製程KPI。

上文所描述的方法用於理想化之均一目標對。亦可在像素對基礎上使用概念，以判定目標內變化。舉例而言，誤差在晶圓處理期間出現。此類處理誤差通常在疊對目標且明顯，此提供診斷其之機會。然而，當前基於影像之度量衡技術未提供充足資訊(亦即，僅強度中之條紋)來進行此操作。

藉由使用相位解析之疊對量測、影像中之每像素(逐點)，可檢索自頂部光柵發射之波的強度及相位兩者。此允許：●頂部光柵之拓樸結構的檢索；●每像素疊對量測；●拓樸結構資訊可饋入至堆疊模型中。

更特定言之，可檢索堆疊中之光的光學路徑長度。此提供關於製造誤差(堆疊厚度/折射率變化)之資訊。在已知層厚度及折射率時，此可甚至直接地產生頂部層之拓樸結構。

基於上文所描述的部分相干量測實施例之假設，可推導出就所量測複雜電場 E ₊、 E _+δ 及 E _-、 E _-δ 而言表達光學路徑長度的公式。可藉由以下推導出晶圓上之兩個部位之間的光學路徑長度差△OPL(r _i ,r _j )(以波長λ為模，亦即，對於光學路徑長度差而言小於一個波長)：

其中，在採取對數之自變量或虛數部分(任何實數部分給定堆疊中之吸收的量測或指示兩個部位處之不同繞射強度)時，藉由以下給定△Φ_{堆疊}(r_{i},r_{j})=Φ_{堆疊}(r_{i})-Φ_{堆疊}(r_{i})：

且其中：

現將描述另一實施例，其中針對數個採集中之每一者判定按照階之不對稱性，其中可在不同採集環境下執行每一採集。不同採集設定可包含例如不同波長、偏光、聚焦設定、任何其他相關參數設定及/或此等參數中之兩者或更多者的不同組合。可隨後組合來自多個採集之不對稱性。

在將所有採集藉由相位檢索演算法組合至單相檢索中時，如直至現在已描述，故障診斷或最佳化可為挑戰。針對每一計算方法(強度、相位等)，報告單一疊對值。上文所描述的概念可藉由硬體在所獲得影像內提供可靠相位檢索結果(繞射角、繞射階)中受限制。在影像之間，可存在任意相位偏移。

藉由使用如此實施例中所提出之多個採集，可對此等多個採集之偏移及/或非線性分佈分析應用額外校正，從而能夠在量測/採集設定及高效配方設定中進行故障處理。另外，多種採集方法可用作後饋，諸如在經多個採集並未完全理解相位檢索演算法歷時。

可不再按照偏置方向計算不對稱性信號，此係因為此需要在+1階與-1階之間取得差值，且在兩階之間存在任意相位偏移。因此， 提出按照階計算不對稱性。因而，計算歸因於疊對φ _ov 之相位比重之疊對相位計算可重寫為：

其中

可針對每一採集設定(例如，每一波長及偏光狀態(或甚至聚焦位階))計算不對稱性A ₊及A _-。此產生多採集校正之數個可能性，例如以校正：●偏移/不對稱性，●φ _ov 上之偏移，●非線性，●作為φ _堆疊的函數等。

因而，在此實施例中，可(就不對稱性A ₊及A _-及/或其他度量值(例如，擬合彙聚、計算時間而言))按照採集設定報告中間結果(亦即，每一採集一個中間結果)。可隨後自具有任何偏移及相關性之一或多個額外校正的中間結果之組合計算所關注特性(例如，疊對)。

舉例而言，φ _ov 可經計算為：

其中：A ₀₊為A ₊上之偏移，A _0-為A _-上的偏移，且φ ₀為φ _ov 上之偏移。

變量可為φ _堆疊之函數或獨立於疊對及偏置的任何其他變量。

可對中間結果執行統計分析以估計所計算所關注特性之準 確度及穩固性。此外，可對統計分析執行分類及故障偵測以偵測偏離量測條件及/或光學(子)組件。亦可就擬合而言對任何中間結果執行統計分析，以便估計所關注特性之擬合品質。可基於此類統計分析而判定最佳量測設定/配方及擬合情景。

更特定言之，統計分析可包含基於個別採集之結果的例如離群值偵測之分佈分析而判定哪些採集最高程度促進或最好擬合相位檢索步驟。此資訊可用於對量測進行分類及執行故障偵測。有可能偵測偏離(不合規格(out-of-spec)之量測條件，且亦偵測偏離之光學(子)組件，例如光瞳的部分。此可用於例如觸發維護動作(例如，硬體組件之再校準、置換等)或用於避免一或多個特定條件。

對多個採集執行之分佈分析亦可與相位檢索演算法效能(例如，彙聚/計算時間)之量測組合。可隨後在採集/計算時間與疊對效能(準確度/穩固性)之間得出平衡點。此平衡點可充當相位檢索方法之配方設定步驟。

亦可在配方設定及最佳化期間使用上文所描述的各種KPI及敏感度分析。在此上下文中注意，相位資訊之使用亦可引起光柵之偏置之另一選擇，從而使得另一φ _δ 改善OV檢索穩固性。特定此實施例可例如在當前度量衡裝置(例如，使用更複雜光學件且像差保持至最小值之彼等度量衡裝置)上找到效用。圖12(a)展示配方設定及最佳化(稱為整體度量衡檢核(holistic metrology qualification，HMQ))當前所使用的典型處理流程。方法旨在基於後續疏鬆、隨後在複數個照明設定(波長及其他配方設定，例如偏光、孔徑)處對目標/部位密集取樣而找到最佳(單/多波長)配方。

在步驟1200處，使用可獲得之完全波長光譜(或大量數目之波長)對相對較低數目之目標執行預選擇方法。舉例而言，在此步驟處所量測之目標之數目可少於20，更特定言之，在5與15之間。波長之數目可為(例如)30與50之間或大致40。在子步驟1210處，針對最佳化步驟1220選擇較佳執行照明特性之子組(包括例如，在10與20個波長之間或約15個波長)。最佳化步驟1220包含以所選擇的(例如，約15個)波長量測密集數目之目標。舉例而言，目標之數目可大於50、大於70、大於90或約100。最佳化包含評估子步驟1230，其中針對準確度及穩固性評估在不同照明條件下之量測。此評估步驟可使用實際疊對值之參考ref。由於實際疊對值通常未知，所以可使用判定參考之方法。舉例而言，可使用PCT專利申請案WO 2015/018625中所描述的A₊與A_-分析來獲得自參考疊對值，該申請案以全文引用之方式併入本文中。此方法可包含通過不同波長之A₊及A_-之曲線消退，以獲得每一目標的疊對值，且使所有目標之此等疊對值平均化以獲得參考值。可使用其他參考方法。此方法之結果為經最佳化(單或多波長)配方1240。通常，花費約1小時執行此處理流程。

此方法流程中存在數個缺陷。雖然上文所描述的疊對參考展示合理地良好之效能，但其具有所量測影像之強度-相位在常規採集中並非已知的固有限制。此強度-相位可含有關於疊對之有價值的資訊。

圖12(b)展示根據實施例之所提出方法。其基於上文所描述的初始流程且以點線展示。因而，提出平行於圖12(a)之HMQ流程執行額外步驟，以便判定最佳化1220/評估1230步驟之經改良的疊對參考。在步驟不自圖12(a)之步驟改變時，將不描述該等步驟。

預選擇步驟1200由於以多樣性(更特定言之，在複數個(例如，在3個與5個之間)聚焦位階)執行所有預選擇量測而略微改變。如前所述，以較大(例如，完帶)數目之波長對相對較低數目之目標執行此步驟。

在子步驟1250處，基於此等量測之結果，選擇量測目標及波長/照明設定的子組(及視情況選用之聚焦位階，或否則使用與所有聚焦位階之子組相關的量測)。舉例而言，對於3至5個聚焦位階而言，子組在10個波長或更少(例如，在5至10個波長之間)下可基於5個目標或更少。在步驟1260處，執行相位檢索以獲得目標中之每一者的完全場值。在步驟1270處，對離焦執行之量測執行聚焦校正。在步驟1280處，根據聚焦校正量測基於檢索相位計算參考疊對及視情況選用之任何其他KPI。可使用本文中所揭示之任何適合之方法執行步驟1260至1280。在最佳化相位1220結束時，所判定之疊對(及/或經計算完全場)之輸出用作參考以用於與評估子步驟1230中的經量測資料進行比較。歸因於有限目標取樣，相位檢索輸出應足夠指示準確度。針對穩固性，可仍使用其他參考(例如，較早描述的自參考)，例如，以定量基板上方之變化。此概念不限於找到疊對參考。舉例而言，可以此方式判定DBF配方最佳化流程中之聚焦參考。

現存度量衡器件使用部分相干輻射。舉例而言，可藉由使用相干系統之和(Sum of Coherent Systems)來執行部分相干相位檢索。此方法之可能不利方面可為存在用以求解之眾多系統，此可影響計算時間至多100x之因素(儘管設想減少或消除此時間影響之方法)。為了提高相位檢索計算之速度，可調諧輸入參數；例如，波長及聚焦位階之數目(疏鬆 取樣)。當存在時，度量衡器件之板載GPU可用於執行相位檢索計算。又，亦可改善相位檢索演算法之效率。以此方式，據設想，可對目標在30分鐘內執行相位檢索，足夠快速以與現存HMQ方法流程並行地進行。

因此，綜上所述，提出量測所關注特性的方法，該方法包含直接地根據由結構散射之輻射的相位上之所關注特性之效應判定與結構相關之所關注特性。更特定言之，方法包含在該結構經照明且由該結構散射以獲得該經散射輻射時判定由量測輻射上之所關注特性的效應產生之經散射輻射之所關注特性誘導相位變化比重。

本文中所描述的方法不限於DBO，其可應用於所有不對稱性量測模式，諸如DBF(基於繞射之聚焦)中及亦可能為ARO(經角度解析之疊對)，其限制條件為可獲得電場相位資訊。

在後續經編號條項中揭示其他實施例：

1.一種用於量測與一基板上之一結構相關之一所關注特性的方法，其包含：在用照明輻射照明該結構之後，直接地根據該所關注特性對在由該結構散射時的照明輻射之至少相位的影響計算該所關注特性之一值。

2.如條項1之方法，其包含：判定該經散射輻射之一所關注特性誘導相位變化比重，該所關注特性誘導相位變化比重包含該所關注特性對在由該結構散射時之該照明輻射的該相位之該影響；以及直接地根據至少該所判定之所關注特性誘導相位變化比重計算該所關注特性之該值。

3.如條項2之方法，其包含根據與包含於由該結構散射之該輻射 內的一對應高階對繞射階之該等繞射階相關的振幅與相位之判定來判定該所關注特性誘導相位變化比重。

4.如條項3之方法，其中該結構包含具有一第一已知所關注偏置特性之至少一第一子結構及不具有所關注偏置特性或與該第一已知所關注偏置特性不同的一第二已知所關注偏置特性之一第二子結構，且該方法包含根據比較包含於來自該第一子結構及該第二子結構中之每一者的該經散射輻射中之該等繞射階來判定該所關注特性誘導相位變化比重。

5.如條項4之方法，其包含根據至少以下來判定該所關注特性誘導相位變化比重：以下之一第一相對相位：與該第一子結構相關之一第一正高階繞射場及與該第二子結構相關之一第二正高階繞射場；及以下之一第二相對相位：與該第一子結構相關之一第一負高階繞射場及與該第二子結構相關之一第二負高階繞射場。

6.如條項5之方法，其中該第一子結構及該第二子結構各包含光柵對，每一光柵具有一間距p，並且其中該第一已知所關注偏置特性包含p/2且該第二子結構不具有所關注偏置特性。

7.如條項5或6之方法，其中該所關注特性誘導相位變化比重進一步根據以下經判定：以下之一第三相對相位：該第一正高階繞射場及該第二負高階繞射場；及以下之一第四相對相位：該第一負高階繞射場及該第二正高階繞射場。

8.如條項5至7中任一項中之方法，其包含藉由判定該等繞射場 中之每一者的一模型來計算該所關注特性之該值，且最小化該等繞射場的該模型與如所量測之該等等效繞射場之間的差值。

9.如條項5至7中任一項之方法，其包含對該最小化中所使用之一代價函數應用一加權，此抑制對一或多個誤差來源的敏感度。

10.如條項5至7中任一項之方法，其包含執行該等高繞射階之一全像顯微法量測以獲得基於一已知參考場的該相對相位資訊。

11.如條項5至7中任一項之方法，其包含根據該等高繞射階之強度量測執行一相位檢索判定以獲得該相對相位資訊。

12.如條項11之方法，其中該第一子結構及該第二子結構彼此充分鄰近地定位以確保相同高繞射階之電場在偵測之前干涉。

13.如條項11之方法，其中：提供該基板上之至少一個額外結構以產生至少中間場以使得該至少一個中間場干涉自第一子結構及該第二子結構繞射的該等高繞射階之該電場；或提供該基板上之至少一個第一額外結構以產生至少一個第一中間場以使得該至少一個第一中間場干涉自該第一子結構繞射之該等高繞射階的該電場且提供該基板上之至少一個第二額外結構以產生至少一個第二中間場以使得該至少一個第二中間場干涉自該第二子結構繞射之該等高繞射階的該電場。

14.如條項11至13中任一項之方法，其中該等強度量測係關於離焦執行之該結構的量測。

15.如條項11至14中任一項之方法，其中該等強度量測係關於以變化之一量測設定執行的該結構之量測。

16.如條項15之方法，其中該等強度量測係關於在不同聚焦位階處執行之該結構的量測。

17.如條項11至16中任一項之方法，其中該相位檢索包含：建立入射照明輻射與該結構之間的相互作用對該經散射輻射之該影響的模型以獲得一偵測平面處之相位及振幅的經模型化值；以及最佳化如經模型化之該電場的該相位及該振幅以便最小化該經模型化強度與如所偵測到的該等強度量測之間的該差值。

18.如條項17之方法，其包含使用該結構之先前知識作為對該電場的該相位及該振幅之該最佳化之一約束。

19.如條項18之方法，其中該約束包含一總變差規則化。

20.如條項5至19中任一項之方法，其包含根據該所關注誘導相位變化特性來推導對該等繞射場中之每一者中的誤差之一敏感度；及使用該經推導敏感度作為與量測一所關注特性之該方法相關的一效能指示符。

21.如條項4至19中任一者項之方法，其包含：在數學上藉由計算該第一已知所關注偏置特性來判定一效能度量值；及將該效能度量值與如所設計的該第一已知所關注偏置特性進行比較，以評估該方法之效能。

22.如條項21之方法，其中判定一效能度量值之步驟包含：針對該第一已知所關注偏置特性，對描述該第一正高階繞射場、該第一負高階繞射場、該第二正高階繞射場及該第二負高階繞射場之一方程式體系進行求解。

23.如條項22之方法，其中該求解步驟包含：對該方程式體系執行一求根操作以找出一或多個根；及選擇具有對應最接近於如所設計的該第一已知所關注偏置特性之一值的該根，作為該效能度量值。

24.如條項23之方法，其中執行一求根操作之該步驟包含抑制該求根中之雜訊。

25.如條項5至24中任一項之方法，其進一步包含常規地推導與該結構或其一或多個子結構之一頂部光柵相關的該電場、與該結構或其一或多個子結構之一頂部光柵相關之該電場及/或該經散射輻射的一堆疊誘導相位變化比重中之一或兩者的值；及監測此等值中之變化。

26.如任何前述條項之方法，其包含根據至少該結構之量測在複數個不同照明設定下及在複數個不同聚焦設定下計算該所關注特性的一參考值；及 在一量測配方最佳化方法中使用該參考值作為該所關注特性之一參考。

27.如條項26之方法，其中該計算該所關注特性之一參考值與該量測配方最佳化方法並行地執行。

28.如任何前述條項之方法，其包含判定與不同採集設定相關之中間量測值。

29.如條項28之方法，其中該等中間量測值與一或多個偏移校正組合以判定該所關注特性。

30.如條項28或29之方法，其包含對該等中間量測值執行一統計分析以判定該所關注特性的一品質度量值及/或以偵測規範外之中間條件 或光學組件。

31.如任何前述條項之方法，其包含判定該所關注特性之每像素值。

32.如條項31之方法，其包含使用該所關注特性之該等每像素值以檢索描述該結構之一層之一拓樸結構之資訊。

33.如任何前述條項之方法，其中該所關注特性包含疊對。

34.如條項1至32中任一項之方法，其中該所關注特性包含一置放誤差。

35.如條項34之方法，其中該置放誤差係關於在一層中的一第一目標與一第二目標之間的相對置放。

36.如條項35之方法，其中該第一目標及該第二目標皆在一多重圖案化製程之不同圖案化步驟中形成。

37.如條項35之方法，其中該第一目標及該第二目標皆在形成一經拼接曝光的不同曝光中形成。

38.如條項35、36或37之方法，其中該第一目標及該第二目標在其形成期間經受不同透鏡像差影響。

39.如條項35至38中任一項之方法，其中該相對置放根據該第一目標及該第二目標之量測中的一置換誘導相位差值來判定。

40.如條項39之方法，其中該置換誘導相位差值包含自該第一目標及該第二目標繞射之輻射的至少一個較高繞射階中之一相位差。

41.如條項40之方法，其包含基於該置換誘導相位差值中之變化判定描述該第一目標及該第二目標之對應部位之間的置放誤差變化的一置放誤差變化度量值。

42.如條項35至41中任一項之方法，其中該相對置放以該第一目標及該第二目標之該等間距為模來判定。

43.如條項34之方法，其中該置放誤差係關於一單一目標之置放。

44.如條項43之方法，其包含基於該目標之至少一區域內的相位變化來判定描述該單一目標之該置放誤差變化的一置放誤差變化度量值。

45.如條項42或44之方法，其中該置放誤差變化度量值包含該置放誤差之一基於標準差的度量值。

46.如條項45之方法，其中該基於標準差之度量值包含一中值絕對偏差度量值。

47.一種非暫時性電腦程式產品，其包含使一處理器引起執行如任何前述條項之方法之機器可讀指令。

48.一種檢測裝置，其可操作以執行如條項1至46中任一項之方法。

49.一種檢測裝置，其包含：一基板固持器，其用於固持包含一結構之一基板，投影光學件，其用於將照明輻射投影於該結構上；一偵測器，其用於在該照明輻射已由該結構散射之後偵測該照明輻射；及一處理器，其可操作以直接地根據一所關注特性對在由該結構散射時之照明輻射的至少該相位之影響計算與該結構相關的該所關注特性之一值。

50.如條項49之檢測裝置，其中該處理器進一步可操作以： 判定該經散射輻射之一所關注特性誘導相位變化比重，該所關注特性誘導相位變化比重包含該所關注特性對在由該結構散射時之該照明輻射的該相位之該影響；及直接地根據該所判定之所關注特性誘導相位變化比重計算該所關注特性的該值。

51.如條項50之檢測裝置，其中該處理器進一步可操作以根據與包含於由該結構散射之該輻射內的一對應高階對繞射階之該等繞射階相關之振幅與相位的判定來判定該所關注特性誘導相位變化比重。

52.如條項51之檢測裝置，其中該結構包含具有一第一已知所關注偏置特性之至少一第一子結構及不具有所關注偏置特性或具有與該第一已知所關注偏置特性不同的一第二已知所關注偏置特性之一第二子結構，且該處理器可操作以根據比較包含於來自該第一子結構及該第二子結構中之每一者的該經散射輻射中之該等繞射階來判定該所關注誘導之至少相位變化比重特性。

53.如條項52之檢測裝置，其中該處理器進一步可操作以根據至少以下來判定該所關注特性誘導相位變化比重：以下之一第一相對相位：與該第一子結構相關的一第一正高階繞射場及與該第二子結構相關之一第二正高階繞射場；及以下之一第二相對相位：與該第一子結構相關的一第一負高階繞射場及與該第二子結構相關之一第二負高階繞射場。

54.如條項53之檢測裝置，其中該第一子結構及該第二子結構各包含光柵對，每一光柵具有一間距p，並且其中該第一已知所關注偏置特性包含p/2且該第二子結構不具有所關注偏置特性。

55.如條項53或54之檢測裝置，其中該處理器進一步可操作以根據以下判定該所關注特性誘導相位變化比重：以下之一第三相對相位：該第一正高階繞射場及該第二負高階繞射場；及以下之一第四相對相位：該第一負高階繞射場及該第二正高階繞射場。

56.如條項53至55中任一項之檢測裝置，其為一全像顯微法裝置，其包含：一參考來源，其用於產生一已知參考場；其中該處理器可操作以量測該等高繞射階且獲得相對於該已知參考場之該相對相位資訊。

57.如條項53至55中任一項之檢測裝置，其可操作以：偵測該偵測器上之該等高繞射階之強度量測；其中該處理器可操作以根據該等強度量測執行一相位檢索判定以獲得該相對相位資訊。

58.如條項57之檢測裝置，其可操作以用離焦之該結構執行該等強度量測。

59.如條項57或58之檢測裝置，其可操作以量測之間變化的一量測設定之情況下執行該等強度量測。

60.如條項59之檢測裝置，其可操作以在不同聚焦位階處執行該等強度量測。

61.如條項57至60中任一項之檢測裝置，其中處理器可操作以藉由以下來執行該相位檢索： 建立入射照明輻射與該結構之間的相互作用對該經散射輻射之該影響的模型以獲得一偵測平面處之相位及振幅的經模型化值；及最佳化如經模型化之該電場之該相位及該振幅，以便最小化該經模型化強度與如在該偵測器上偵測到的該等強度量測之間的差值。

62.如條項61之檢測裝置，其中該處理器進一步可操作以使用該結構之先前知識作為對該電場的該相位及該振幅之該最佳化的一約束。

63.如條項62之檢測裝置，其中該約束包含一總變差規則化。

64.如條項52至63中任一項之檢測裝置，其中該處理器進一步可操作以：在數學上藉由計算該第一已知所關注偏置特性來判定一效能度量值；及將該效能度量值與如所設計的該第一已知所關注偏置特性進行比較，以評估該方法之效能。

65.如條項55之檢測裝置，其中該處理器可操作以藉由以下來判定該效能度量值：針對該第一已知所關注偏置特性，對描述該第一正高階繞射場、該第一負高階繞射場、該第二正高階繞射場及該第二負高階繞射場之一方程式體系進行求解。

66.如條項65之檢測裝置，其中該處理器可操作以藉由以下來求解該方程式體系：對該方程式體系執行一求根操作以找出一或多個根；及選擇具有對應最接近於如所設計的該第一已知所關注偏置特性之一值的該根，作為該效能度量值。

67.如條項66之檢測裝置，其中該處理器可操作以抑制該求根操作中之雜訊。

68.如條項49至66中任一項之檢測裝置，其中該所關注特性包含疊對。

69.如條項49至66中任一項之檢測裝置，其中該所關注特性包含一置放誤差。

儘管可在本文中特定地參考在IC製造中微影裝置之使用，但應理解，本文中所描述之微影裝置可具有其他應用。可能之其他應用包括製造整合式光學系統、用於磁域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。

雖然在本文中可對在檢測或度量衡裝置之內容背景中的本發明之實施例進行特定參考，但本發明之實施例可用於其他裝置中。本發明之實施例可形成光罩檢測裝置、微影裝置或量測或處理諸如晶圓(或其他基板)或光罩(或其他圖案化器件)之物件的任何裝置之部分。術語「度量衡裝置」亦可指檢測裝置或檢測系統。例如包含本發明之實施例的檢測裝置可用於偵測基板之缺陷或一基板上之結構的缺陷。在此實施例中，基板上之結構之所關注特性可能係關於結構中的缺陷、結構之特定部分之不存在或基板上的非吾人所樂見結構之存在。

雖然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的使用，但應瞭解，本發明在內容背景允許之情況下不限於光學微影，且可用於例如壓印微影的其他應用。

雖然上文所描述之目標或目標結構(更一般而言，在一基板上之結構)為出於量測之目的而特定設計及形成的度量衡目標結構，但在 其他實施例中，可對作為在基板上形成之器件之功能性部分的一或多個結構量測所關注屬性。許多器件具有規則的類光柵結構。如本文中所使用之術語結構、目標光柵及目標結構不要求已特定針對正執行之量測來提供結構。另外，度量衡目標之間距P可接近於散射計之光學系統的解析度極限或可更小，但可比藉由目標部分C中之微影製程製得之典型產品特徵之尺寸大得多。實際上，可將目標結構內之疊對光柵之線及/或空間製造為包括尺寸上與產品特徵相似之較小結構。

雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述方式不同之其他方式來實踐本發明。以上描述意欲為說明性，而非限制性的。由此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所陳述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。

+1‧‧‧繞射射線

-1‧‧‧繞射射線

RB‧‧‧參考雷射光束

SEN‧‧‧感測器

T‧‧‧目標結構

Claims (14)

1. 一種用於量測與一基板上之一結構相關之一所關注特性(characteristic of interest)的方法，其包含：在用照明輻射照明該結構之後，直接地根據該所關注特性對在由該結構散射時之照明輻射的至少相位之影響來計算該所關注特性之一值；判定該經散射輻射之一所關注特性誘導相位變化比重(characteristic of interest induced phase change contribution)，該所關注特性誘導相位變化比重包含該所關注特性對在由該結構散射時之該照明輻射的該相位之該影響；以及直接地根據至少該所判定之所關注特性誘導相位變化比重計算該所關注特性之該值。
2. 如請求項1之方法，其包含根據與包含於由該結構散射之該輻射內的一對應高階對繞射階之該等繞射階相關的振幅與相位之判定來判定該所關注特性誘導相位變化比重。
3. 如請求項2之方法，其中該結構包含具有一第一已知所關注偏置特性之至少一第一子結構及不具有所關注偏置特性或與該第一已知所關注偏置特性不同的一第二已知所關注偏置特性之一第二子結構，且該方法包含根據比較包含於來自該第一子結構及該第二子結構中之每一者的該經散射輻射中之該等繞射階來判定該所關注特性誘導相位變化比重。
4. 如請求項3之方法，其包含根據至少以下來判定該所關注特性誘導相位變化比重：以下之一第一相對相位：與該第一子結構相關之一第一正高階繞射場及與該第二子結構相關之一第二正高階繞射場；及以下之一第二相對相位：與該第一子結構相關之一第一負高階繞射場及與該第二子結構相關之一第二負高階繞射場。
5. 如請求項4之方法，其中該第一子結構及該第二子結構各包含光柵對，每一光柵具有一間距p，並且其中該第一已知所關注偏置特性包含p/2且該第二子結構不具有所關注偏置特性。
6. 如請求項4或5之方法，其中該所關注特性誘導相位變化比重進一步根據以下經判定：以下之一第三相對相位：該第一正高階繞射場及該第二負高階繞射場；及以下之一第四相對相位：該第一負高階繞射場及該第二正高階繞射場。
7. 如請求項4或5之方法，其包含執行該等高繞射階之一全像顯微法量測以獲得基於一已知參考場的該相對相位資訊。
8. 如請求項4或5之方法，其包含根據該等高繞射階之強度量測執行一相位檢索判定以獲得該相對相位資訊。
9. 如請求項8之方法，其中該第一子結構及該第二子結構彼此充分鄰近地定位以確保相同高繞射階之電場在偵測之前干涉。
10. 如請求項8之方法，其中：提供該基板上之至少一個額外結構以產生至少中間場以使得該至少一個中間場干涉自第一子結構及該第二子結構繞射的該等高繞射階之該電場；或提供該基板上之至少一個第一額外結構以產生至少一個第一中間場以使得該至少一個第一中間場干涉自該第一子結構繞射之該等高繞射階的該電場，且提供該基板上之至少一個第二額外結構以產生至少一個第二中間場以使得該至少一個第二中間場干涉自該第二子結構繞射之該等高繞射階之該電場。
11. 如請求項8之方法，其中該相位檢索包含：建立入射照明輻射與該結構之間的相互作用對該經散射輻射之該影響的模型以獲得一偵測平面處之相位及振幅之經模型化值；以及最佳化如經模型化之該電場的該相位及振幅以便最小化該經模型化強度與如所偵測到之該等強度量測之間的差值。
12. 如請求項1至5中任一項之方法，其中該所關注特性包含疊對或置放誤差。
13. 一種非暫時性電腦程式產品，其包含用於使一處理器引起執行如請求項1至12中任一項之方法之機器可讀指令。
14. 一種檢測裝置，其包含：一基板固持器，其用於固持包含一結構之一基板，投影光學件，其用於將照明輻射投影於該結構上；一偵測器，其用於在照明輻射已由該結構散射之後偵測該照明輻射；及一處理器，其可操作以直接地根據一所關注特性對在由該結構散射時之照明輻射之該相位的影響計算與該結構相關的所關注特性之一值，其中該處理器進一步可操作以：判定該經散射輻射之一所關注特性誘導相位變化比重，該所關注特性誘導相位變化比重包含該所關注特性對在由該結構散射時之該照明輻射的該相位之該影響；及直接地根據該所判定之所關注特性誘導相位變化比重計算該所關注特性的該值。

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