TWI753256B - 量測裝置及量測一目標之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於量測一目標。在一個配置中，提供一種具有一光學系統之量測裝置，該光學系統經組態以藉由輻射照射一目標且將經反射輻射自該目標導引至一感測器。該光學系統之一光瞳平面中之一可程式化空間光調變器經程式化以將複數個光瞳平面區域中之每一者中的光重導引，以此方式在該感測器上之不同位置處形成相應複數個影像。各影像由穿過該等光瞳平面區域中之一不同各別者的輻射形成。

Description

量測裝置及量測一目標之方法
本說明書係關於一種量測裝置及量測一目標之方法，其可用於例如在涉及微影之製造製程中執行度量衡量測之情形中。
微影裝置為一種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)或經設計為功能性之其他器件的製造中。在彼情況下，替代地稱作光罩或倍縮光罩之圖案化器件可用以產生待形成於經設計為功能性的器件之個別層上的電路圖案。此圖案可轉印至基板(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。典型地經由成像至設置於基板上之輻射敏感材料(光阻)層上來進行圖案之轉印。一般而言，單一基板將含有經連續圖案化之鄰近目標部分之網路。已知微影裝置包括：所謂的步進器，其中藉由一次性將整個圖案曝光至目標部分上來輻照各目標部分；及所謂的掃描器，其中藉由在給定方向(「掃描」方向)上經由輻射束來掃描圖案同時平行或反平行於此方向同步地掃描基板來輻照各目標部分。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。
製造諸如半導體器件之器件典型地涉及使用數個製造製程來處理基板(例如半導體晶圓)以形成器件之各種特徵且通常形成多個層。典型地使用例如沈積、微影、蝕刻、化學機械拋光及離子植入來製造及處理此類層及/或特徵。可在基板上之複數個晶粒上製造多個器件，且隨後將該等器件分離為單一器件。可將此器件製造製程視為圖案化製程。圖案化製程涉及諸如使用微影裝置之光學及/或奈米壓印微影的圖案轉印步驟以在基板上得到圖案，且典型地(但視情況)涉及一或多個相關圖案處理步驟，諸如藉由顯影裝置之光阻顯影、使用烘烤工具烘烤基板、藉由蝕刻裝置來蝕刻圖案等。此外，圖案化製程中涉及一或多個度量衡製程。
在圖案化製程期間於各種步驟處使用度量衡製程以監測及/或控制該製程。舉例而言，度量衡製程用以量測基板之一或多個特性，諸如在圖案化程序期間形成於基板上之特徵之相對位置(例如對齊、疊對、對準等)或尺寸(例如線寬、臨界尺寸(CD)、厚度等)，以使得例如可根據一或多個特性判定圖案化製程之效能。若一或多個特性為不可接受的(例如在特性之預定範圍之外)，則可例如基於該一或多個特性之量測來設計或更改圖案化製程之一或多個變量，以使得藉由圖案化製程製造之基板具有可接受的特性。
幾十年來，隨著微影及其他圖案化製程技術之改進，功能性元件之尺寸已不斷縮減，而每器件功能性元件(諸如電晶體)之量已穩定地增加。同時，對在疊對、臨界尺寸(CD)等方面之準確度的要求已變得愈來愈嚴格。勢必將在圖案化製程中產生誤差，諸如疊對之誤差、CD之誤差等。舉例而言，成像誤差可由光學像差、圖案化器件加熱、圖案化器件誤差及/或基板加熱產生，且可關於例如疊對、CD等進行表徵。另外或可替代地，可在該圖案化製程之其他部分(諸如蝕刻、顯影、烘烤等)中引入誤差，且類似地可關於例如疊對、CD等等進行表徵。該誤差可導致器件之運行方面的問題，包括器件運行之故障或運行器件之一或多個電氣問題。因此，希望能夠表徵一或多個此等誤差且採取步驟以對圖案化製程進行設計、修改、控制等來減小或最小化此等誤差中之一或多者。
根據一態樣，提供一種量測裝置，其包含：一光學系統，其經組態以藉由輻射照射一目標且將經反射輻射自該目標導引至一感測器；及該光學系統之一光瞳平面中之一可程式化空間光調變器，該空間光調變器經程式化以對複數個光瞳平面區域中之每一者中的光進行重導引，以此方式在該感測器上之不同位置處形成相應複數個影像，各影像由穿過該等光瞳平面區域中之一不同各別者的輻射形成。
根據一態樣，提供一種量測一目標之方法，其包含：藉由輻射照射該目標且偵測來自一感測器上之該目標的經反射輻射；使用一可程式化空間光調變器來對一光瞳平面中之複數個光瞳平面區域中之每一者的光進行重導引以在該感測器上之不同位置處形成相應複數個影像，各影像由穿過該等光瞳平面區域中之一不同各別者的輻射形成。
在詳細地描述實施例之前，呈現可藉以實施實施例之實例環境係具指導性的。
圖1示意性地描繪微影裝置LA。該裝置包含： - 照射系統(照射器) IL，其經組態以調節輻射束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定位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(例如經光阻塗佈之晶圓) W，且連接至經組態以根據某些參數來準確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，該投影系統支撐於參考框架(RF)上。
照射系統可包括用於導向、塑形或控制輻射之各種類型的光學組件，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。
支撐結構以視圖案化器件之定向、微影裝置之設計及其他條件(諸如圖案化器件是否經固持於真空環境中)而定的方式來支撐圖案化器件。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。支撐結構可為例如可視需要而固定或可移動之框架或台。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「倍縮光罩」或「光罩」之任何使用與更一般術語「圖案化器件」同義。
應將本文中所使用之術語「圖案化器件」廣泛地解譯為係指可用以在基板之目標部分中賦予圖案的任何器件。在一實施例中，圖案化器件為可用以在輻射束之橫截面中為輻射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，若向輻射束賦予之圖案包括相移特徵或所謂輔助特徵，則該圖案可能不確切地對應於基板之目標部分中的所要圖案。一般而言，向輻射束賦予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。光罩在微影中為熟知的，且包括諸如二元、交變相移及衰減式相移之光罩類型，以及各種混合光罩類型。可程式化鏡面陣列之一實例採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，以便在不同方向上反射入射輻射束。傾斜鏡面在由鏡面矩陣反射之輻射束中賦予圖案。
應將本文中所使用之術語「投影系統」廣泛地解譯為涵蓋如適於所使用之曝光輻射或適於諸如使用浸潤液體或使用真空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」之任何使用與更一般術語「投影系統」同義。
投影系統PS具有可非均一且可影響基板W上所成像之圖案的光學轉移函數。對於非偏振輻射，此等影響可由兩個純量映像極佳地描述，該兩個純量映像描述隨其光瞳平面中之位置變化射出投影系統PS的輻射之透射(變跡)及相對相位(像差)。可將可被稱作透射映像及相對相位映像之此等純量映像表述為基函數之全集的線性組合。特別適宜之集合為任尼克(Zernike)多項式，其形成單位圓上所定義之正交多項式集合。各純量映像之確定可涉及確定此展開式中之係數。因為任尼克多項式在單位圓上正交，所以可藉由依次計算所測定純量映像與每一任尼克多項式之內積且將此內積除以彼任尼克多項式之范數之平方來確定任尼克係數。
透射映像及相對相位映像為場及系統相依的。亦即，一般而言，各投影系統PS將針對各場點(亦即針對投影系統PS之影像平面中之各空間位置)具有不同任尼克展開式。可藉由以下來確定投影系統PS在其光瞳平面中之相對相位：經由投影系統PS對例如來自投影系統PS之物件平面(亦即圖案化器件MA之平面)中之點狀源的輻射進行投影且使用剪切干涉計以量測波前(亦即具有相同相位之點的軌跡)。剪切干涉計為共同路徑干涉計，且因而有利地，無需次級參考束來量測波前。剪切干涉計可包含投影系統(亦即基板台WT)之影像平面中之繞射光柵，例如二維柵格，以及經配置以偵測與投影系統PS之光瞳平面共軛之平面中之干涉圖案的偵測器。干涉圖案與輻射之相位相對於在剪切方向上於光瞳平面中之座標的導數相關。偵測器可包含感測元件陣列，諸如電荷耦合器件(CCD)。
微影裝置之投影系統PS可不產生可見條紋，且因而可使用相位步進技術(諸如移動繞射光柵)來提高波前確定之準確度。可在繞射光柵之平面中且在垂直於量測之掃描方向的方向上執行步進。步進範圍可為一個光柵週期，且可使用至少三個(均一分佈之)相位步進。因此，舉例而言，可在y方向上執行三次掃描量測，在x方向上針對不同位置執行各掃描量測。繞射光柵之此步進將相位變化有效地變換為強度變化，從而允許確定相位資訊。可在垂直於繞射光柵之方向(z方向)上使光柵步進以校準偵測器。
可藉由以下來確定投影系統PS在其光瞳平面中之透射(變跡)：經由投影系統PS對例如來自投影系統PS之物件平面(亦即圖案化器件MA之平面)中之點狀源之輻射進行投影且使用偵測器來量測與投影系統PS之光瞳平面共軛之平面中的輻射強度。可使用與用以量測波前以確定像差之偵測器相同的偵測器。
投影系統PS可包含複數個光學(例如透鏡)元件且可進一步包含調整機構AM，該調整機構經組態以調整光學元件中之一或多者以便校正像差(遍及該場之光瞳平面的相位變化)。為達成此情形，可操作調整機構來以一或多種不同方式操控投影系統PS內之一或多個光學(例如透鏡)元件。投影系統可具有座標系，其中該投影系統之光軸在z方向上延伸。調整機構可經操作以進行以下各項之任何組合：使一或多個光學元件位移；使一或多個光學元件傾斜；及/或使一或多個光學元件變形。光學元件之位移可在任何方向(x、y、z或其組合)上進行。光學元件之傾斜典型地藉由圍繞在x及/或y方向上之軸線旋轉在垂直於光軸之平面之外進行，但對於非旋轉對稱之非球面光學元件，可使用圍繞z軸之旋轉。光學元件之變形可包括低頻形狀(例如像散)及/或高頻形狀(例如自由形式非球面)。可例如藉由使用一或多個致動器以對光學元件之一或多個側施加力及/或藉由使用一或多個加熱元件以加熱光學元件之一或多個選定區域來執行光學元件之變形。一般而言，不能夠調整投影系統PS來校正變跡(穿過光瞳平面之透射變化)。在設計用於微影裝置LA之圖案化器件(例如光罩) MA時，可使用投影系統PS之透射映像。使用計算微影技術，圖案化器件MA可經設計為至少部分地校正變跡。
如此處所描繪，該裝置屬於透射類型(例如採用透射光罩)。可替代地，該裝置可屬於反射類型(例如採用如上文所提及之類型的可程式化鏡面陣列，或採用反射光罩)。
微影裝置可屬於具有兩個(雙載物台)或多於兩個台(例如兩個或多於兩個基板台WTa、基板台WTb、兩個或多於兩個圖案化器件台、在無專用於例如促進量測及/或清潔等之基板的情況下在投影系統下方之基板台WTa及台WTb)之類型。在此類「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。舉例而言，可進行使用對準感測器AS之對準量測及/或使用位階感測器LS之位階(高度、傾角等)量測。
微影裝置亦可屬於以下類型：其中基板之至少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裝置中之其他空間，例如圖案化器件與投影系統之間的空間。浸潤技術在此項技術中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，而係僅意謂液體在曝光期間位於投影系統與基板之間。
參考圖1，照射器IL自輻射源SO接收輻射束。舉例而言，當輻射源為準分子雷射時，該源與微影裝置可為分離實體。在此類情況下，不認為該源形成微影裝置之部分，且輻射束憑藉包含例如合適導向鏡及/或束擴展器之束遞送系統BD而自源SO傳遞至照射器IL。在其他情況下，例如當源為水銀燈時，該源可為微影裝置之整體零件。在需要時，可將源SO及照射器IL連同束傳遞系統BD稱作輻射系統。
照射器IL可包含經組態以調整輻射束之角強度分佈的調整器AD。一般而言，可調整照射器之光瞳平面中之強度分佈的至少外部及/或內部徑向範圍(通常分別稱作σ外部及σ內部)。另外，照射器IL可包含各種其他組件，諸如積光器IN及聚光器CO。照射器可用以調節輻射束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分佈。
輻射束B入射於固持在支撐結構(例如光罩台) MT上之圖案化器件(例如光罩) MA上，且藉由該圖案化器件圖案化。在穿過圖案化器件MA之後，輻射束B穿過投影系統PS，投影系統將束聚焦至基板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定位於輻射束B之路徑中。類似地，例如在自光罩庫機械擷取之後，或在掃描期間，可使用第一定位器PM及另一位置感測器(圖1中未明確描繪)以相對於輻射束B之路徑準確地定位圖案化器件MA。一般而言，可藉助於形成第一定位器PM之部分的長衝程模組(粗略定位)及短衝程模組(精細定位)來實現支撐結構MT之移動。類似地，可使用形成第二定位器PW之部分的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(與掃描器相對)之情況下，支撐結構MT可僅連接至短衝程致動器，或可固定。可使用圖案化器件對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化器件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(此等標記稱為切割道對準標記)。類似地，在多於一個晶粒經設置於圖案化器件MA上之情形中，圖案化器件對準標記可位於該等晶粒之間。
所描繪裝置可按以下模式中之至少一者來使用： 1. 在步進模式中，在將賦予至輻射束之整個圖案一次性投影至目標部分C上時，使支撐結構MT及基板台WT保持基本上靜止(亦即單次靜態曝光)。隨後使基板台WT在X及/或Y方向上移位，以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的大小。 2. 在掃描模式下，對支撐結構MT及基板台WT進行同步掃描，同時將賦予至輻射束之圖案投影至目標部分C上(即單次動態曝光)。可藉由投影系統PS之放大率(縮小率)及影像反轉特性來確定基板台WT相對於支撐結構MT之速度及方向。在掃描模式下，曝光場之最大大小限制單次動態曝光中之目標部分的寬度(在非掃描方向上)，而掃描運動之長度決定目標部分之高度(在掃描方向上)。 3. 在另一模式中，在將賦予至輻射束之圖案投影至目標部分C上時，使支撐結構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，一般採用脈衝式輻射源，且在基板台WT之每次移動之後或在掃描期間之連續輻射脈衝之間視需要對可程式化圖案化器件進行更新。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的可程式化鏡面陣列)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中所示，微影裝置LA可形成微影單元(lithographic cell) LC (有時亦稱作微影單元(lithocell)或叢集)之部分，該微影單元亦包括用以對基板執行曝光前程序及曝光後程序之裝置。習知地，此等裝置包括用以沈積一或多個光阻層之一或多個旋塗器SC、用以顯影經曝光光阻之一或多個顯影器DE、一或多個冷卻板CH及/或一或多個烘烤板BK。基板處置器或機器人RO自輸入/輸出埠I/O1、I/O2拾取一或多個基板，使其在不同製程裝置之間移動且將其遞送至微影裝置之裝載匣LB。通常統稱作自動化光阻塗佈及顯影系統(track)之此等裝置由自動化光阻塗佈及顯影系統控制單元TCU控制，該自動化光阻塗佈及顯影系統控制單元TCU自身受監測控制系統SCS控制，該監測控制系統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產出率及處理效率。
為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或確定一或多個屬性，諸如疊對(其可例如在疊對層中之結構之間，或在同一層中之已藉由例如雙重圖案化製程分離地設置於該層之結構之間)、線厚度、臨界尺寸(CD)、焦點偏移、材料屬性等。因此，其中定位有微影單元LC之製造設施通常亦包括度量衡系統MET，該度量衡系統MET收納已在微影單元中經處理之基板W中的一些或全部。度量衡系統MET可為微影單元LC之部分，例如其可為微影裝置LA之部分。
可將度量衡結果直接或間接地提供至監測控制系統SCS。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光(尤其在可足夠迅速且快速地完成檢測以使得該批量之一或多個其他基板仍待曝光之情況下)及/或對經曝光基板之後續曝光進行調整。另外，可將經曝光基板剝離及重工以改良良率，或捨棄，藉此避免對已知有故障之基板執行進一步處理。在基板之僅一些目標部分有故障之情況下，可僅對良好的彼等目標部分執行進一步曝光。
在度量衡系統MET內，度量衡裝置用以確定基板之一或多個屬性，且尤其確定不同基板之一或多個屬性如何變化或同一基板之不同層在層與層間如何變化。度量衡裝置可經整合至微影裝置LA或微影單元LC中，或可為單機器件。為實現快速量測，需要使度量衡裝置緊接在曝光之後量測經曝光光阻層中之一或多個屬性。然而，光阻中之潛影具有低對比度(在已曝光至輻射之光阻的部分與尚未曝光至輻射之光阻的部分之間僅存在極小折射率差)，且並非所有度量衡裝置均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)之後進行量測，該曝光後烘烤步驟通常為對經曝光基板進行之第一步驟且增加光阻之經曝光部分與未經曝光部分之間的對比度。在此階段，光阻中之影像可稱作半潛像(semi-latent)。亦有可能對經顯影光阻影像進行量測(此時已移除光阻之經曝光部分或未經曝光部分)，或在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後對經顯影光阻影像進行量測。後一可能性限制對有故障基板進行重工之可能性，但仍可提供有用資訊。
為了實現度量衡，可在基板上提供一或多個目標。在一實施例中，目標經特殊設計且可包含週期性結構。在一實施例中，目標為器件圖案之部分，例如為器件圖案之週期性結構。在一實施例中，器件圖案為記憶體器件之週期性結構(例如雙極電晶體(BPT)、位元線接點(BLC)等結構)。
在一實施例中，基板上之目標可包含一或多個1-D週期性結構(例如光柵)，其經列印以使得在顯影之後，週期性結構特徵由固體光阻線形成。在一實施例中，目標可包含一或多個2-D週期性結構(例如光柵)，其經列印以使得在顯影之後，一或多個週期性結構由光阻中之固體光阻導柱或通孔形成。桿體、導柱或通孔可替代地經蝕刻至基板中(例如經蝕刻至基板上之一或多個層中)。
在一實施例中，圖案化製程之所關注參數中之一者為疊對。可使用暗場散射量測來量測疊對，其中阻擋零階繞射(對應於鏡面反射)，且僅處理高階。可在PCT專利申請公開案第WO 2009/078708號及第WO 2009/106279號中發現暗場度量衡之實例，該等專利申請公開案特此以其全文引用之方式併入。美國專利申請公開案US2011-0027704、US2011-0043791及US2012-0242970中已描述該技術之進一步研發，該等專利申請公開案特此以其全文引用之方式併入。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。此等目標可小於照射光點且可由基板上之器件產品結構環繞。在一實施例中，可在一次輻射捕獲中量測多個目標。
圖3A中示意性地展示適用於在實施例中用以量測例如疊對之度量衡裝置。圖3B中更詳細地說明目標T (包含諸如光柵之週期性結構)及繞射射線。度量衡裝置可為單機器件，或併入於例如量測站處之微影裝置LA中或併入於微影單元LC中。遍及裝置具有若干分支之光軸由點線O表示。在此裝置中，由輸出11 (例如，諸如雷射或氙氣燈之源，或連接至源之開口)發射之輻射由包含透鏡12、透鏡14及物鏡16之光學系統經由稜鏡15導引至基板W上。此等透鏡以4F配置之雙重序列來配置。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。
在一實施例中，透鏡配置允許存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，此可例如藉由在作為物鏡光瞳平面之背向投影式影像的平面中在透鏡12與透鏡14之間插入合適形態之孔隙板13來完成。在所說明之實例中，孔隙板13具有不同形態(經標註為13N及13S)，從而允許選擇不同照射模式。本實例中之照射系統形成離軸照射模式。在第一照射模式中，孔隙板13N自僅出於描述起見而經指定為「北」之方向提供離軸照射。在第二照射模式中，孔隙板13S用以提供類似照射，但該照射來自經標註為「南」之相對方向。藉由使用不同孔隙，其他照射模式為可能的。舉例而言，可設置替代孔隙板，其中將輻射阻擋於兩個相對象限中且使其經過其他兩個相對象限中，藉此提供下文所提及在圖6中所描繪之照射模式60。光瞳平面之其餘部分理想上較暗，此係因為所要照射模式外部之任何不必要輻射可能干涉所要量測信號。
如圖3B中所示，目標T經置放為使得基板W實質上垂直於物鏡16之光軸O。與軸線O成一角度而照射於目標T上之照射射線I產生一個零階射線(實線0)及兩個一階射線(點鏈線+1及雙點鏈線-1)。藉由填充過度之小目標T，此等射線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。因為板13中之孔隙具有有限寬度(為接納有用量之輻射所必要)，所以入射射線I事實上將佔據一角度範圍，且繞射射線0及+1/-1將稍微散開。根據小目標之點散佈函數，各階+1及-1將在一角度範圍內進一步散佈，而非如所展示之單一理想射線。應注意，週期性結構間距及照射角度可經設計或經調整，使得進入物鏡之一階射線與中心光軸緊密地對準。圖3A及圖3B中所說明之射線經展示為稍微離軸，以純粹使其能夠在圖式中較容易地區分。由基板W上之目標繞射的至少0階及+1階由物鏡16收集，且經由稜鏡15往回導引。
返回至圖3A，藉由指明經標註為北(N)及南(S)之完全相對的孔隙來說明第一照射模式及第二照射模式兩者。當入射射線I來自光軸之北側時，亦即當使用孔隙板13N應用第一照射模式時，經標註為+1(N)之+1繞射射線進入物鏡16。相比之下，當使用孔隙板13S應用第二照射模式時，-1繞射射線(經標註為-1(S))為進入透鏡16之繞射射線。因此，在一實施例中，藉由以下來獲得量測結果：在某些條件下量測目標兩次，例如在使目標旋轉或改變照射模式或改變成像模式以單獨獲得第-1繞射階強度及第+1繞射階強度之後。針對給定目標比較此等強度提供對目標中之不對稱性的量測，且目標中之不對稱性可用作微影製程之參數(例如疊對)之指示符。在上文所描述之情形中，改變照射模式。
束分裂器17將繞射束劃分為兩個量測分支。在第一量測分支中，光學系統18使用零階繞射束及一階繞射束在第一感測器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)。各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捕獲之光瞳平面影像可用於聚焦度量衡裝置及/或標準化強度量測。光瞳平面影像亦可用於諸如重新建構之其他量測目的，如下文進一步描述。
在第二量測分支中，光學系統20、光學系統22在感測器23 (例如CCD或CMOS感測器)上形成基板W上之目標的影像。在第二量測分支中，將孔隙光闌21設置於與物鏡16之光瞳平面共軛之平面中。孔隙光闌21用以阻擋零階繞射束以使得形成於感測器23上之目標的影像僅由-1或+1一階束形成。將關於由感測器19及感測器23量測之影像的資料輸出至影像處理器及控制器PU，該影像處理器及控制器PU之功能將視正在執行之量測的具體類型而定。應注意，在廣泛意義上使用術語「影像」。若僅存在-1階及+1階中之一者，則將不形成如此之週期性結構特徵(例如光柵線)之影像。
圖3中所示之孔隙板13及光闌21之特定形態純粹為實例。在另一實施例中，使用目標之同軸照射，且使用具有離軸孔隙之孔隙光闌以使實質上僅一個一階繞射輻射傳遞至感測器。在又其他實施例中，替代一階束或除一階束以外，2階束、3階束及更高階束(圖3中未示)亦可用於量測中。
為使照射可適應於此等不同類型之量測，孔隙板13可包含圍繞盤碟形成之數個孔隙圖案，該盤碟旋轉以使所要圖案處於適當位置。應注意，使用孔隙板13N或孔隙板13S來量測在一個方向(視設置而定為X或Y)上定向之目標的週期性結構。為量測正交週期性結構，可實施達90°及270°之目標旋轉。圖3C及圖3D中展示不同孔隙板。圖3C說明離軸照射模式之兩種其他類型。在圖3C之第一照射模式中，孔隙板13E提供來自僅出於描述起見而相對於先前所描述之「北」指定為「東」之方向的離軸照射。在圖3C之第二照射模式中，孔隙板13W用以提供類似照射，但該照射來自經標註為「西」之對置方向。圖3D說明離軸照射模式之兩種其他類型。在圖3D之第一照明模式中，孔隙板13NW提供來自經指明為如先前所描述之「北」及「西」之方向的離軸照明。在第二照射模式中，孔隙板13SE用以提供類似照射，但該照射來自經標註為如先前所描述之「南」及「東」之相對方向。舉例而言，上文所提及之先前公開之專利申請公開案中描述裝置之此等及眾多其他變化及應用的使用。
圖4描繪形成於基板上之實例複合度量衡目標T。該複合目標包含緊密定位在一起之四個週期性結構(在此情況下為光柵) 32、33、34、35。在一實施例中，可使週期性結構佈局小於量測點(亦即週期性結構佈局填充過度)。因此，在一實施例中，週期性結構足夠緊密地定位在一起，以使得其均在由度量衡裝置之照射光束形成之量測點31內。在彼情況下，四個週期性結構因此全部同時得到照射且同時成像於感測器19及感測器23上。在專用於疊對量測之一實例中，週期性結構32、33、34、35自身為由疊對週期性結構形成之複合週期性結構(例如複合光柵)，亦即，週期性結構在形成於基板W上之器件的不同層中經圖案化且使得一個層中之至少一個週期性結構與不同層中之至少一個週期性結構疊對。此種目標可具有在20 µm×20 µm內或在16 µm×16 µm內之外部尺寸。此外，所有週期性結構用以量測特定層對之間的疊對。為促進目標能夠量測多於單一層對，週期性結構32、33、34、35可具有以不同方式偏置之疊對偏移，以便促進對形成有複合週期性結構之不同部分的不同層之間的疊對之量測。因此，基板上之目標之所有週期性結構將用以量測一個層對，且基板上之另一相同目標之所有週期性結構將用以量測另一層對，其中不同偏置促進區分該等層對。
返回至圖4，週期性結構32、33、34、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，週期性結構32及34為分別具有+d、-d之偏置的X方向週期性結構。週期性結構33及35可為分別具有偏移+d及偏移-d之Y方向週期性結構。雖然說明四個週期性結構，但另一實施例可包括更大矩陣以獲得所要準確度。舉例而言，九個複合週期性結構之3×3陣列可具有偏置-4d、-3d、-2d、-d、0、+d、+2d、+3d、+4d。可在由感測器23捕獲之影像中識別此等週期性結構之分離影像。
圖5展示可使用來自圖3D之孔隙板13NW或孔隙板13SE在圖3之裝置中使用圖4之目標而形成於感測器23上且由該感測器偵測的影像之實例。雖然感測器19不能解析不同個別週期性結構32至週期性結構35，但感測器23可解析不同個別週期性結構32至週期性結構35。暗矩形表示感測器上之影像場，在該場內，基板上之經照射點31成像至相應圓形區域41中。在此場內，矩形區域42至矩形區域45表示週期性結構32至週期性結構35之影像。並非定位於切割道中或除了定位於切割道中以外，目標亦可定位於器件產品特徵當中。若週期性結構位於器件產品區域中，則器件特徵亦在此影像場之周邊中可見。處理器及控制器PU使用圖案辨識來處理此等影像以識別週期性結構32至週期性結構35之分離影像42至分離影像45。以此方式，影像並不必須在感測器框架內之特定位置處極精確地對準，此極大地改良量測裝置整體上之產出率。
一旦已經識別週期性結構之分離影像，即可例如藉由對識別區域內之選定像素強度值求平均值或求和來量測彼等個別影像之強度。可將影像之強度及/或其他屬性彼此進行比較。可組合此等結果來量測微影製程之不同參數。疊對效能為此種參數之一實例。
圖6描繪具有圖3A之第二量測分支的替代組態，且其中在照射路徑中設置替代孔隙板替代孔隙板13N或孔隙板13S。替代孔隙板可設置於圖3A中所示之孔隙板13N或孔隙板13S的位置處。照射支路不在圖6中詳細展示以避免重複，但可如圖3A中所示來進行組態或為與下文描述之實施例相容之提供光學功能的任何其他組態。第一量測分支可存在或可能不存在。替代孔隙板定義如示意性地描繪於圖6之右下方部分中且標註為60的照射模式。該照射模式使得輻射不入射於來自光瞳平面中之兩個完全相對之象限71的目標T上，且使得輻射入射於來自光瞳平面中之其他兩個完全相對之象限72的目標T上。與包含四個週期性結構32至週期性結構35之目標T組合，此照射模式導致零繞射射線、+1繞射射線及-1繞射射線在如由圖6中標註為74之光瞳平面輻射分佈之軸視圖所指示的光瞳平面中分離。週期性結構32及34之+1階及-1階的位置(其在X方向上為週期性的)在分佈74中標註為X。週期性結構33及35之+1階及-1階的位置(其在Y方向上為週期性的)在分佈74中標註為Y。週期性結構32至週期性結構35中之所有的零階輻射保持在於分佈74中標註為「0」之象限中。
楔形光學元件81至楔形光學元件84之群組80設置於光瞳平面而非孔隙光闌21中。楔形光學元件之群組80的軸視圖經標註為80'。在此實例中，楔形光學元件之群組80包含四個楔形光學元件81至楔形光學元件84。當沿光學系統之光軸查看時，各楔形光學元件填充光瞳平面中之圓形區域的象限。各楔形光學元件81至楔形光學元件84具有下部平面表面及上部平面表面，且由具有不同於1之折射率的光學材料形成。下部平面表面相對於上部平面表面斜向對準(以楔形之方式)。在所示實例中，各楔形光學元件81至楔形光學元件84之最大梯度沿徑向方向對準，如由圖6之軸視圖80'中的徑向箭頭所指示。各楔形光學元件81至楔形光學元件84具有線性厚度，該線性厚度自光軸至楔形光學元件81至楔形光學元件84之徑向最外邊緣改變。楔形光學元件81至楔形光學元件84中之每一者接收光瞳平面輻射分佈74之象限中之一不同各別者中的輻射，且將輻射重導引以使得目標T之影像在感測器23上之不同位置中形成於感測器23上。感測器23之軸視圖在圖6中標註為23'且展示分別由穿過楔形元件81至楔形元件84之輻射所形成之影像91至影像94的實例定位。如上文所提及，術語「影像」此處在廣義上使用。若相關繞射階中之一些不存在，則影像可能不包含目標T之所有細節(例如光柵線)。在此實例中，影像91及影像93對應於僅由零階輻射形成之目標T的影像。影像92包含由來自週期性結構32之+1繞射射線形成的子影像92A、對應於來自週期性結構33之-1繞射射線的子影像92B、對應於來自週期性結構34之+1繞射射線的子影像92C及對應於來自週期性結構35之-1繞射射線的子影像92D。影像94包含由來自週期性結構32之-1繞射射線形成的子影像94A、對應於來自週期性結構33之+1繞射射線的子影像94B、對應於來自週期性結構34之-1繞射射線的子影像94C及對應於來自週期性結構35之+1繞射射線的子影像94D。
圖6之配置允許同時單獨量測由不同繞射分量(例如-1繞射射線、+1繞射射線及零階射線)形成之目標T中之多個週期性結構32至週期性結構35的影像。歸因於楔形元件81至楔形元件84之靜態性質，影像在感測器23上之定位對於給定目標T及照射模式為固定的，且對於所有目標及照射模式可能並不理想。若影像之定位對於給定目標T及/或照射模式為非最佳的，則楔形元件81至楔形元件84可能需要由具有不同組態之楔形元件替換。此為耗時且昂貴的。
在一替代實施例(其一實例在下文參考圖7來描述)中，楔形光學元件81至楔形光學元件84由可程式化空間光調變器(SLM)替換，該可程式化空間光調變器在影像可如何定位於感測器上方面提供較大可撓性，以及視情況允許施加光學校正。在此類型之一實施例中，提供一種具有光學系統之量測裝置，該光學系統藉由輻射照射目標T且將經反射輻射自目標T導引至感測器23。舉例而言，除提供SLM 180代替楔形光學元件81至楔形光學元件84以外，光學系統可如上文參考圖3A及圖6所描述來進行組態。
SLM 180設置於光學系統之光瞳平面中。SLM 180經示意性地描繪為單個單元，但將理解，SLM 180可包含能夠在光瞳平面中提供所需幅度及/或相位調變之任何合適的組件裝配。組件裝配可包括一或多個透鏡、一或多個孔隙及一或多個可個別控制元件之陣列。由SLM 180產生之實例相位模式的軸視圖在圖7中標註為180'。SLM 180例如經由控制單元100程式化以將複數個光瞳平面區域181至光瞳平面區域184中之每一者中的光重導引，以此方式在感測器23上之不同位置處形成相應複數個影像91至影像94。各影像91至影像94由穿過光瞳平面區域181至184中之一不同各別者的輻射形成。SLM 180可包含能夠達成以上功能之任何複數個可個別控制的光學元件，包括液晶或基於數位微鏡之模態。可個別控制之元件可稱作像素。包括於SLM 180中之像素的數目可根據視情況包括以下各者中之一或多者的各種因素來選擇：待量測目標T之大小、光學系統之焦距、光學系統之物鏡之NA及正用以量測目標T之輻射的波長。作為一說明性實例，在使用25微米束點及500 nm輻射之一個實施例中，已發現，使用至少約600×600像素，較佳地約1500×1500為有益的。
在一實施例中，SLM 180在光瞳平面區域181至光瞳平面區域184中之兩者或多於兩者中之每一者中的光瞳平面中賦予相位梯度(亦即由SLM 180施加之隨SLM之平面內的位置變化之相的變化率)。在一實施例中，相位梯度沿光瞳平面區域181至光瞳平面區域184中之兩者或多於兩者中之每一者中的光瞳平面中之所有徑向方向恆定。在一實施例中，各光瞳平面區域181至光瞳平面區域184中之相位梯度諸如用以模擬一或多個假想楔形光學元件(諸如上文參考圖6所描述之楔形光學元件81至楔形光學元件84之群組)之光效應，該等假想楔形光學元件各自具有下部平面表面及相對於下部平面表面斜向對準之上部平面表面。在一實施例中，相對於對應於光瞳平面區域中之至少另一者的假想楔形光學元件，對應於光瞳平面區域181至光瞳平面區域184中之至少一者的假想楔形光學元件具有不同定向、在下部平面表面與上部平面表面形狀之間的不同角度或兩者。因此，SLM 180可模擬如圖6中所描繪之一組楔形光學元件81至楔形光學元件84。在彼特定實例中，各楔形光學元件81至楔形光學元件84在上部平面表面與下部平面表面之間具有相同角度(亦即相同楔角)，且相對於相鄰者以90度定向，且經定位以使得各楔形元件81至楔形元件84之最大梯度徑向對準。
在一實施例中，複數個光瞳平面區域181至光瞳平面區域184中之每一者由相對於穿過光瞳平面之光學系統的光軸在不同方位角範圍內之區域組成。在一實施例中，對於各光瞳平面區域181至光瞳平面區域184，方位角之範圍的大小相同，以使得N 個光瞳平面區域之第k 個光瞳平面區域之範圍相對於任意徑向參考線為
Figure 02_image001
至
Figure 02_image003
。在圖7之實例中，設置四個此類光瞳平面區域181至光瞳平面區域184，以使得該等四個區域限定以下角度範圍(以弧度為單位)內之相等大小的象限：0至
Figure 02_image005
、
Figure 02_image007
至
Figure 02_image009
、
Figure 02_image011
至
Figure 02_image013
及
Figure 02_image015
至
Figure 02_image017
。圖8描繪一替代實施例，其中設置具有相等方位角大小之12個不同的區域181至區域192。由SLM 180提供之可撓性意謂區域之形狀及大小不受特定限制，以使得各種其他配置為可能的，該等配置包括不如同圖7及圖8之實例那般旋轉對稱之配置。出於說明性目的而在圖9中展示一個此類配置之一實例。由SLM 180提供之經增強之可撓性促進不同影像的廣泛範圍之置放，而無需替代任何光學組件或對量測裝置做出其他繁重之補償修改。舉例而言，可以達成使用諸如楔形光學元件的固定光學元件容易實現的更高空間填充效率之方式來將影像配置於感測器23上。
在一實施例中，光學系統經組態以使得當目標T包含週期性結構32至週期性結構35時，來自週期性結構32至週期性結構35之相反符號(例如+1及-1)的高於零階之繞射分量(例如一階繞射射線)分別穿過光瞳平面區域181至光瞳平面區域184之不同者(例如182或184)。在圖7之實施例中，此可例如藉由使用如圖6中所描繪之照射模式60及目標T來達成以得到如圖6中所示之光瞳平面輻射分佈74。將週期性結構32作為一實例，可見，+1繞射射線僅穿過光瞳平面區域184，且-1繞射射線僅穿過完全相對之光瞳平面區域182。導引不同符號之繞射射線經過不同光瞳平面區域使得由射線形成之影像定位於感測器23上之不同各別位置處，藉此允許對影像進行單獨量測。此允許有效量測光瞳平面中之非對稱性(例如藉由比較來自+1繞射射線之影像與來自-1繞射射線之影像的強度)。
在一實施例中，光學系統經組態以使得當目標T包含週期性結構32至週期性結構35時，零階輻射主要穿過除相反符號(例如+1及-1)之高於零階的繞射分量所穿過之光瞳平面區域182及光瞳平面區域184之外的光瞳平面區域(例如181或183)。導引零階輻射穿過光瞳平面區域而非高於零階之輻射所穿過之彼等光瞳平面區域使得僅由零階輻射形成之影像定位於感測器23上之分離位置處，藉此允許對影像進行分別量測。此可使得更有效地提取關於零階輻射中所含有之目標T的資訊。
在一實施例中，SLM 180應用具有呈以下形式之分量的調變：
Figure 02_image019
其中，
Figure 02_image021
及
Figure 02_image023
為表示輻射在光瞳平面中之正交傅立葉(Fourier)分量的波向量，且
Figure 02_image025
及
Figure 02_image027
定義相位梯度，該相位梯度藉由由光瞳平面中之不同象限組成的四個不同光瞳平面區域中之每一者中的空間光調變器賦予(且因此決定穿過各別光瞳平面區域的光之傳播方向)。上文所論述且在圖7中所展示之SLM 180之組態實施落入此類別之調變內的調變。藉由改變可例如由控制單元100設定的值
Figure 02_image029
及值
Figure 02_image031
，有可能以可撓方式使得SLM 180模擬具有廣泛範圍之不同角度及定向的楔形光學元件。
除模擬楔形光學元件之操作以外，本發明人已認識到，以上文所描述之方式納入SLM 180亦提供以下可能性：以超越僅控制由自目標T反射之輻射的不同繞射分量形成之影像的相對位置之方式來對形成於感測器23上之影像進行修改。詳言之，在一些實施例中，SLM 180用以向穿過光瞳平面之輻射額外施加光學校正。原則上可施加各種類型之光學校正，包括例如以下各者中之一或多者：聚焦調整、光學像差之校正。
在一實施例中，藉由使用以下形式
Figure 02_image033
之函數調變SLM 180來施加光學校正，其中
Figure 02_image035
表示由SLM 180施加之光學校正的量，且
Figure 02_image037
及
Figure 02_image039
為表示輻射在光瞳平面中之正交傅立葉分量的波向量。此類型之調變將例如對施加聚焦調整有效。在一實施例中，相調節用以校正散焦誤差。散焦誤差難以解決，此係因為其導致應具有均一強度之影像的強度隨位置變化，以及使得難以識別各影像中之所關注區域(ROI)。此使得更難以比較不同影像之強度(例如難以藉由將由來自週期性結構32至週期性結構25之+1繞射射線及-1繞射射線形成之影像中之強度進行比較來判定非對稱性)。校正散焦誤差減小強度之此變化，且改良自形成於感測器23上之影像導出之資訊(例如疊對)的準確度。
在一實施例(其一實例在圖10中描繪)中，SLM 180在感測器23上形成影像之複數個群組111至群組114。在圖10之實例中，形成影像之四個群組111至群組114。群組111安置於圖10中所示之感測器23之正方形區域中的左上方象限內。群組112安置於圖10中所示之感測器23之正方形區域中的左下方象限內。群組113安置於圖10中所示之感測器23之正方形區域中的右下方象限內。群組114安置於圖10中所示之感測器23之正方形區域中的右上方象限內。各群組內之各影像含有分別對應於此實例中正在量測之目標T (其具有與圖6中所描繪之目標T相同的形態)之四個週期性結構32至週期性結構35的四個子影像。
影像之各群組111至群組114由藉由將複數個光瞳平面區域中之每一者中的光重導引至感測器23上之不同位置而形成之影像組成。在一實施例中，各群組111至群組114含有來自輻射之影像，該輻射來自不同光瞳平面區域之相同集合。因此，在一實施例中，各群組111至群組114可含有圖7中之感測器23之軸視圖23'中所示的四個影像中之全部。在圖10之特定實例中，在各群組中僅兩個影像可見(但該兩個影像中之每一者含有分別源自目標T中之四個不同週期性結構32至週期性結構35的四個子影像)。
SLM 180對影像之各群組111至群組114施加不同光學校正(例如不同校正量，諸如不同聚焦調整量)。SLM 180進一步形成感測器23上之不同區域中之影像的各群組111至群組114。可因此同時評估各不同光學校正之效果。可藉由比較影像之不同群組來識別理想光學校正。在圖10中所展示之實例中，經施加以形成群組113之光學校正(聚焦調整)似乎為最佳的(該等影像最清晰)。群組113之影像可因此用以提取所關注參數(例如疊對)，或可使用對應於群組113之光學校正來執行其他量測，其中相較於光學校正及/或無光學校正之其他值，圖10之結果已經建立為提供改良。替代地或另外，在其中光學校正包含聚焦調整之一實施例中，可使用形成為具有不同聚焦調整值之群組111至群組114來獲得相位資訊。相位資訊可用於影像重新建構應用。
在一實施例中，提供施加有不同光學校正之影像之群組係藉由對SLM 180進行組態以施加具有呈以下形式之分量的調變來實施：
Figure 02_image041
，其中
Figure 02_image043
表示由空間光調變器施加之光學校正的量，
Figure 02_image045
及
Figure 02_image047
為表示輻射在光瞳平面中之正交傅立葉分量的波向量，i 為表示影像之N 個群組中之每一者的索引，且d 表示分別施加至影像之不同群組以導致影像之各群組形成於感測器23上的不同區域中之不同空間移位。
其中上文論述了由SLM 180施加之調變的不同分量，應理解，該等分量可彼此及/或以任何方式與其他調變進行組合，該方式包括例如藉由將其相乘或藉由將其相加。舉例而言，在一實施例中，SLM 180施加具有呈以下形式之分量的調變：
Figure 02_image049
，其中
Figure 02_image051
及
Figure 02_image053
為表示輻射在光瞳平面中之正交傅立葉分量的波向量，
Figure 02_image055
表示將複數個光瞳平面區域中之每一者中的光重導引以在感測器上之不同位置處形成相應複數個影像的第一調變，各影像由穿過光瞳平面區域中之一不同各別者的輻射形成，且
Figure 02_image057
表示將光學校正施加至穿過光瞳平面之輻射的第二調變。
Figure 02_image059
可採取上文所描述之詳細形式或另一形式，且/或
Figure 02_image061
可採取上文所描述之詳細形式或另一形式。
若使用基於數位微鏡之SLM 180，則可使用諸如Lee全息之技術(見Wai-Hon Lee,「Binary computer-generated holograms 」, Applied Optics18, 3661 (1979))來調變相位及幅度兩者。若SLM 180僅能夠施加相位調變，則可使用Gerchberg-Saxton型算法(見R. W. Gerchberg及W. O. Saxton,「A practical algorithm for the determination of the phase from image and diffraction plane pictures 」, Optik 35, 237 (1972)；或Christian Maurer等人,「Depth of field multiplexing in microscopy 」, Optics Express, 18, 3023 (2010))來尋找能夠提供上文所描述之調變所需要之功能的最佳化相位模式。
上文所描述之量測裝置可用以量測由任何微影製程形成之週期性結構，該微影製程包括由如上文參考圖1及圖2所描述之微影裝置執行的微影製程。
本發明之一實施例可採取以下各者之形式：電腦程式，其含有描述如本文所揭示之方法之機器可讀指令的一或多個序列；或資料儲存媒體(例如半導體記憶體、磁碟或光碟)，其中儲存有此電腦程式。此外，可在兩個或多於兩個電腦程式中實施機器可讀指令。該兩個或多於兩個電腦程式可儲存於一或多個不同記憶體及/或資料儲存媒體上。
本文中所描述之任何控制器可各自或以組合形式在一或多個電腦程式由位於微影裝置之至少一個組件內之一或多個電腦處理器讀取時可操作。控制器可各自或以組合形式具有用於接收、處理及發送信號之任何合適的組態。一或多個處理器經組態以與該等控制器中之至少一者通信。舉例而言，各控制器可包括一或多個處理器，其用於執行包括用於上文所描述之方法之機器可讀指令的電腦程式。控制器可包括用於儲存此類電腦程式之資料儲存媒體，及/或用以收納此媒體之硬體。因此，該等控制器可根據一或多個電腦程式之機器可讀指令來操作。
儘管在本文中可對度量衡裝置在IC製造中之使用做出特定參考，但應理解，本文中所描述之度量衡裝置及製程可具有其他應用，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。熟習此項技術者將瞭解，在此類替代應用之內容背景下，可認為本文中對術語「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自動化光阻塗佈及顯影系統(典型地將光阻層施加至基板且顯影經曝光光阻之工具)、度量衡工具及/或一或多個各種其他工具中處理本文中所提及之基板。在適用情況下，可將本文中之揭示內容應用於此類及其他基板處理工具。此外，可將基板處理多於一次，例如以便產生多層IC，以使得本文中所使用之術語「基板」亦可指已含有多個經處理層之基板。
儘管在上文可能已對在光學微影之內容背景下之本發明之實施例的使用做出特定參考，但將理解，本發明可用於其他應用(例如奈米壓印微影)中，且在內容背景允許之情況下不限於光學微影。在奈米壓印微影之情況下，圖案化器件為壓印模板或模具。
本文中所使用之術語「輻射」及「束」涵蓋電磁輻射之所有類型，包括紫外線(UV)輻射(例如具有或為約365 nm、355 nm、248 nm、193 nm、157 nm或126 nm之波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如具有在5 nm至20 nm之範圍內的波長)；以及粒子束(諸如離子束或電子束)。
術語「透鏡」在內容背景允許時可指各種類型之光學組件中之任一者或組合，包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件。
本文中對超越或超過臨限值之參考可包括具有低於特定值或低於或等於特定值的值之某物、具有高於特定值或高於或等於特定值的值之某物、基於例如參數而排名高於或低於其他某物(經由例如分類)之某物等。
本文中對校正誤差或誤差之校正的參考包括消除誤差或將誤差減小至容許範圍內。
如本文中所使用，術語「最佳化(optimizing/ optimization)」係指或意謂調整微影裝置、圖案化製程等以使得微影或圖案化處理之結果及/或過程更具有所要特性，諸如設計佈局在基板上之投影的較高準確度、較大製程窗等。因此，如本文中所使用，術語「最佳化(optimizing/optimization)」係指或意謂一種識別用於一或多個變量之一或多個值的製程，該一或多個值相較於彼等一或多個變量之一或多個值的初始集合而言提供在至少一個相關度量方面之改良，例如局部最佳。因此，「最佳」及其他相關術語應進行相應解釋。在一實施例中，最佳化步驟可迭代應用以提供一或多個度量之進一步改良。
在系統之最佳化過程中，可將該系統或製程之優值表示為成本函數。最佳化過程歸結為尋找最佳化(例如最小化或最大化)成本函數之系統或製程之參數集合(設計變量)的過程。成本函數可具有視最佳化之目標而定之任何合適的形式。舉例而言，成本函數可為系統或製程之某些特性(評估點)相對於此等特性之預期值(例如理想值)的偏差之加權均方根(RMS)；成本函數亦可為此等偏差之最大值(亦即最差偏差)。應將本文中之術語「評估點」廣泛解譯為包括系統或製程之任何特性。歸因於系統或製程之實施方案的實用性，系統之設計變量可限於有限範圍及/或相互相依。在微影裝置或圖案化製程之情況下，約束通常與硬體之實體屬性性質及特性(諸如可調諧範圍及/或圖案化器件可製造性設計規則)相關聯，且評估點可包括基板上之光阻影像上的實體點，以及諸如劑量及聚焦之非實體特性。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但將瞭解，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，本發明可採取以下各者之形式：含有描述如上文所揭示方法之機器可讀指令的一或多個序列之電腦程式，或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)。
在區塊圖中，所說明之組件經描繪為離散功能區塊，但實施例不限於如所說明來組織本文中所描述之功能性的系統。由組件中之每一者所提供之功能性可由軟體或硬體模組提供，該等模組以與目前所描繪之方式不同的方式來組織，例如可摻和、結合、複寫、解散、分配(例如在資料中心內或按地區)，或另外以不同方式組織該等模組。本文中所描述之功能性可由執行儲存於有形非暫時性機器可讀媒體上之程式碼之一或多個電腦的一或多個處理器提供。在一些情況下，第三方內容遞送網路可主控經由網路傳達之資訊中的一些或全部，在該情況下，在據稱供應或以其他方式提供資訊(例如內容)之情況下，可藉由發送指令以自內容遞送網路擷取彼資訊來提供該資訊。
除非另外特定陳述，否則如自論述顯而易見，應瞭解，貫穿本說明書，利用諸如「處理」、「計算(computing/calculating)」、「判定」或其類似者之術語的論述係指諸如專用電腦或類似專用電子處理/計算器件之特定裝置的動作或過程。
讀者應瞭解，本申請案描述若干發明。申請人已將此等發明分組成單一文件，而非將彼等發明分離為多個獨立專利申請案，此係因為該等發明之相關標的物可在應用過程中有助於經濟發展。但不應合併此類發明之相異優點及態樣。在一些情況下，實施例解決本文中所提到之所有不足，但應理解，該等發明係獨立地有用，且一些實施例僅解決此類問題之子集或供應其他未經提及之益處，該等益處對於檢閱本發明之熟習此項技術者將顯而易見。歸因於成本約束，目前可不主張本文中所揭示之一些發明，且可在隨後之申請案(諸如接續申請案或藉由修正本技術方案)中主張該等發明。類似地，歸因於空間約束，本文獻之[發明摘要]及[發明內容]章節皆不應視為含有所有此類發明之全面列舉或此類發明之所有態樣。
應理解，本說明書及圖式並不意欲將本發明限於所揭示之特定形式，而相反，本發明欲覆蓋屬於如由所附申請專利範圍所限定之本發明的精神及範疇內之所有修改、等效物及替代方案。
在以下經編號條項中描述根據本發明之其他實施例： 1. 一種量測裝置，其包含： 光學系統，其經組態以藉由輻射照射目標且將經反射輻射自目標導引至感測器；及 光學系統之光瞳平面中之可程式化空間光調變器，該空間光調變器經程式化以將複數個光瞳平面區域中之每一者中的光重導引，以此方式在感測器上之不同位置處形成相應複數個影像，各影像由穿過光瞳平面區域中之一不同各別者的輻射形成。 2. 如條項1之裝置，其中空間光調變器經組態以在光瞳平面區域中之兩者或多於兩者中之每一者中的光瞳平面中賦予相相位梯度。 3. 如條項2之裝置，其中相位梯度沿光瞳平面區域中之兩者或多於兩者中之每一者中的光瞳平面中的所有徑向方向恆定。 4. 如條項2或3之裝置，其中各光瞳平面區域中之相位梯度諸如用以模擬假想楔形光學元件之光效應，該假想楔形光學元件具有下部平面表面及相對於下部平面表面斜向對準之上部平面表面。 5. 如條項4之裝置，其中相對於對應於光瞳平面區域之至少另一者之假想楔形光學元件，對應於光瞳平面區域中之至少一者的假想楔形光學元件具有不同定向、在下部平面表面與上部平面表面之間的不同角度或兩者。 6. 如任一前述條項之裝置，其中複數個光瞳平面區域中之每一者由相對於穿過光瞳平面之光學系統的光軸在不同範圍之方位角內的區域組成。 7. 如條項6之裝置，其中方位角之範圍的大小對於各光瞳平面區域相同，以使得N 個光瞳平面區域之第k 個光瞳平面區域之範圍相對於任意徑向參考線為
Figure 02_image063
至
Figure 02_image065
。 8. 如任一前述條項之裝置，其中光學系統經組態以使得當目標包含週期性結構時，來自週期性結構之相反符號之高於零階的繞射分量分別穿過光瞳平面區域之不同者。 9. 如條項8之裝置，其中光學系統經組態以使得當目標包含週期性結構時，零階輻射主要穿過除相反符號之高於零階的繞射分量所穿過之光瞳平面區域之外的光瞳平面區域。 10. 如任一前述條項之裝置，其中該空間光調變器經組態以施加具有呈以下形式之分量的調變：
Figure 02_image067
其中
Figure 02_image069
及
Figure 02_image071
為表示輻射在光瞳平面中之正交傅立葉分量的波向量，且
Figure 02_image073
及
Figure 02_image075
定義相位梯度，該相位梯度藉由由光瞳平面中之不同象限組成的四個不同光瞳平面區域中之每一者中的空間光調變器賦予。 11. 如任一前述條項之裝置，其中： 該空間光調變器經組態以向穿過光瞳平面之輻射額外施加光學校正。 12. 如條項11之裝置，其中該光學校正包含以下各者中之一或多者：聚焦調整；光學像差之校正。 13. 如條項11或12之裝置，其中該空間光調變器包含具有以下形式之調變分量：
Figure 02_image077
其中
Figure 02_image079
表示由空間光調變器施加之光學校正的量，且
Figure 02_image081
及
Figure 02_image083
為表示輻射在光瞳平面中之正交傅立葉分量的波向量。 14. 如條項11至13中任一項之裝置，其中： 該空間光調變器經組態以在感測器上形成影像之複數個群組； 影像之各群組由藉由將複數個光瞳平面區域中之每一者中的光重導引至感測器上之不同位置而形成之影像組成； 空間光調變器向影像之各群組施加不同光學校正；且 空間光調變器在感測器上之不同區域中形成影像之各群組，藉此允許同時評估各不同光學校正之效果。 15. 如條項14之裝置，其中空間光調變器經組態以施加具有呈以下形式之分量的調變：
Figure 02_image085
其中
Figure 02_image087
表示由空間光調變器施加之光學校正的量，
Figure 02_image089
及
Figure 02_image091
為表示輻射在光瞳平面中之正交傅立葉分量的波向量，i 為表示影像之N 個群組中之每一者的索引，且d 表示分別施加至影像之不同群組以導致影像之各群組形成於感測器上之不同區域中的不同空間移位。 16. 如任一前述條項之裝置，其中該空間光調變器經組態以施加具有呈以下形式之分量的調變：
Figure 02_image093
其中
Figure 02_image095
及
Figure 02_image097
為表示輻射在光瞳平面中之正交傅立葉分量的波向量；
Figure 02_image099
表示將複數個光瞳平面區域中之每一者中的光重導引以在感測器上之不同位置處形成相應複數個影像的第一調變，各影像由穿過光瞳平面區域中之一不同各別者的輻射形成；且
Figure 02_image101
表示向穿過光瞳平面之輻射施加光學校正之第二調變。 17. 如任一前述條項之裝置，其中該感測器經組態以在光學系統之成像平面中偵測形成於感測器上之不同位置上的影像。 18. 如條項17之裝置，其中形成於感測器上之不同位置處的影像各自包含目標之週期性結構之影像或目標之不同各別週期性結構之複數個子影像。 19. 如任一前述條項之裝置，其中該目標包含由微影裝置形成之至少一個週期性結構。 20. 一種微影系統，其包含： 微影裝置，其經組態以執行一微影製程；及 如任一前述條項之量測裝置，其中： 微影裝置，經組態以使用藉由由微影製程形成之週期性結構的量測裝置之量測的結果。 21. 一種量測一目標之方法，其包含： 藉由輻射照射目標且偵測來自感測器上之目標的經反射輻射； 使用可程式化空間光調變器以將光瞳平面中之複數個光瞳平面區域中之每一者中的光重導引以在感測器上之不同位置處形成相應複數個影像，各影像由穿過光瞳平面區域中之一不同各別者的輻射形成。 22. 如條項21之方法，其進一步包含使用可程式化空間光調變器以向穿過光瞳平面之輻射施加光學校正。 23. 如條項21或22之方法，其中： 該空間光調變器用以在感測器上形成影像之複數個群組； 影像之各群組由藉由將複數個光瞳平面區域中之每一者中的光重導引至感測器上之不同位置而形成之影像組成； 將不同光學校正施加至影像之各群組；且 影像之各群組在感測器上之不同區域中形成。 24. 如條項23之方法，其進一步包含藉由比較影像之不同群組來識別理想光學校正。
鑒於本說明書，本發明之各種態樣之修改及替代實施例將對熟習此項技術者顯而易見。因此，本說明書及圖式應理解為僅為說明性的且係出於教示熟習此項技術者實施本發明之一般方式之目的。應理解，本文中所展示及描述之本發明的形式應視為實施例之實例。元件及材料可替代本文中所說明及描述之元件及材料，部分及製程可經反轉或省略，可獨立利用某些特徵，且可組合實施例或實施例之特徵，此皆為如對熟習此項技術者在獲得本發明之本說明書的益處之後將顯而易見的。可在不脫離如在以下申請專利範圍中所描述之本發明之精神及範疇的情況下對本文中所描述之元件作出改變。本文中所使用之標題僅為達成組織性目的，且不意謂用以限制本說明書之範疇。
如貫穿本申請案所使用，字組「可」以許可之意義(亦即意謂有可能)而非強制性之意義(亦即意謂必須)來使用。字組「包括(include/including/includes)」及其類似者意謂包括但不限於。如貫穿本申請案所使用，單數形式「a/an/the」包括複數個參考物，除非內容另有明確地指示。因此，舉例而言，對「元件(an element/a element)」之參考包括兩個或多於兩個元件之組合，儘管會針對一或多個元件使用其他術語及片語，諸如「一或多個」。除非另有指示，否則術語「或」係非獨占式的，亦即涵蓋「及」與「或」兩者。例如「回應於X、Y」、「在X、Y時」、「若X、Y」、「當X、Y時」及其類似者之術語描述條件關係涵蓋因果關係，其中前提為必要因果條件、前期為充分因果條件或前期為結果之共同因果條件，例如「狀態X在條件Y獲得時出現」對於「X僅在Y時出現」及「X在Y及Z時出現」為通用的。此類條件關係不限於即刻遵循前提獲得之結果，此係因為可延遲一些結果，且在條件陳述中，前提與其結果連接，例如前提係與出現結果之可能性相關。除非另有指示，否則複數個特質或功能經映射至複數個對象(例如執行步驟A、步驟B、步驟C及步驟D之一或多個處理器)之陳述涵蓋所有此類特質或功能經映射至所有此類對象及特質或功能之子集經映射至特質或功能之子集兩者(例如所有處理器各自執行步驟A至步驟D，以及其中處理器1執行步驟A，處理器2執行步驟B及步驟C之部分，且處理器3執行步驟C之部分及步驟D之狀況)。此外，除非另外指示，否則一個值或動作係「基於」另一條件或值之陳述涵蓋條件或值為單獨因數之情況及條件或值為複數個因數當中之一個因數之情況兩者。除非另外指示，否則一些集合之「各」情況具有某一屬性的陳述不應理解為排除更大集合中之一些另外相同或類似成員不具有該屬性的情況，亦即各未必意謂每一及每個。
在某些美國專利、美國專利申請案或其他材料(例如論文)已經以引用之方式併入之情況下，此類美國專利、美國專利申請案及其他材料之文本僅在此材料與本文中所闡述之陳述及圖式之間不存在衝突的情況下以引用之方式併入。在存在此類衝突之情況下，在此類以引用之方式併入之美國專利、美國專利申請案及其他材料中的任何此類衝突文本並不特定地以引用之方式併入本文中。
以上描述意欲為說明性而非限制性的。因此，熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對如所描述之本發明做出修改。
11:輸出 12:透鏡 13:孔隙板 13E:孔隙板 13N:孔隙板 13NW:孔隙板 13S:孔隙板 13SE:孔隙板 13W:孔隙板 14:透鏡 15:稜鏡 16:物鏡 17:束分裂器 18:光學系統 19:感測器 20:光學系統 21:孔隙光闌 22:光學系統 23:感測器 23':軸視圖 31:量測點 32:週期性結構 33:週期性結構 34:週期性結構 35:週期性結構 41:圓形區域 42:矩形區域 43 44 45:矩形區域 60:照射模式 71:象限 72:象限 74:分佈 80:群組 80':軸視圖 81:楔形光學元件 82:楔形光學元件 83:楔形光學元件 84:楔形光學元件 91:影像 92:影像 92A:子影像 92B:子影像 92C:子影像 92D:子影像 93:影像 94:影像 94A:子影像 94B:子影像 94C:子影像 94D:子影像 100:控制單元 111:群組 112:群組 113:群組 114:群組 180:SLM 180':軸視圖 181:區域 182:區域 183:區域 184:區域 185:區域 186:區域 187:區域 188:區域 190:區域 191:區域 192:區域 AD:調整器 AM:調整機構 AS:對準感測器 B:輻射束 BD:束遞送系統 BK:烘烤板 CH:冷卻板 CO:聚光器 +d:偏移 -d:偏移 DE:顯影器 I/O1:輸入/輸出埠 I/O2:輸入/輸出埠 IF:位置感測器 IL:照射器 IN:積光器 LA:微影裝置 LACU:微影控制單元 LB:裝載匣 LC:微影單元 LS:位階感測器 M1:圖案化器件對準標記 M2:圖案化器件對準標記 MA:圖案化器件 MET:度量衡系統 MT:支撐結構 P1:基板對準標記 P2:基板對準標記 P3 P4 PM:第一定位器 PS:投影系統 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 SCS:監測控制系統 SO:輻射源 T:目標 TCU:自動化光阻塗佈及顯影系統控制單元 W:基板 WTa:基板台 WTb:基板台
現將參考隨附圖式僅藉助於實例來描述實施例，在該等圖式中：
圖1示意性地描繪微影裝置之一實施例；
圖2示意性地描繪微影單元或微影叢集之一實施例；
圖3A為用於使用提供某些照射模式之第一對照射孔隙來量測根據一實施例之目標的量測裝置之示意圖；
圖3B為針對給定照射方向之目標的繞射光譜之示意性細節；
圖3C為在使用量測裝置來進行以繞射為基礎之疊對量測時提供其他照射模式之第二對照射孔隙之示意性說明；
圖3D為在使用量測裝置來進行以繞射為基礎之疊對量測時提供其他照射模式的將第一對孔隙與第二對孔隙進行組合之第三對照射孔隙的示意性說明；
圖4示意性地描繪基板上之多重週期性結構(例如多重光柵)目標之形態及量測點之輪廓；
圖5示意性地描繪圖3之裝置中獲得的圖4之目標的影像；
圖6示意性地描繪在光瞳平面中具有楔形光學元件之量測裝置的光學系統；
圖7示意性地描繪在光瞳平面中具有SLM之量測裝置的光學系統；
圖8描繪一實例複數個光瞳平面區域；
圖9描繪另一實例複數個光瞳平面區域；且
圖10描繪形成於感測器上之不同各別區域中且具有不同光學校正之模擬的複數組影像(該等不同光學校正經由光瞳平面中之SLM施加於該等影像)。
20:光學系統
22:光學系統
23:感測器
23':軸視圖
91:影像
92:影像
92A:子影像
92B:子影像
92C:子影像
92D:子影像
93:影像
94:影像
94A:子影像
94B:子影像
94C:子影像
94D:子影像
100:控制單元
180:SLM
180':軸視圖
181:區域
182:區域
183:區域
184:區域
T:目標
W:基板

Claims (13)

  1. 一種量測裝置，其包含：一光學系統，其經組態以藉由輻射照射一目標且將經反射輻射自該目標導引(direct)至一感測器；及該光學系統之一光瞳平面中之一可程式化空間光調變器(programmable spatial light modulator)，其中該空間光調變器經組態以：重導引(redirect)在複數個光瞳平面區域中之每一者中的光，以此方式在該感測器上之不同位置處形成相應複數個影像，各影像由穿過(passing through)該等光瞳平面區域中之一不同各別者的輻射形成；在該等光瞳平面區域中之兩者或多於兩者中之每一者中的該光瞳平面中賦予一相位梯度(gradient)；及向穿過該光瞳平面之輻射施加一光學校正，其中該光學校正包含一聚焦調整或一光學像差之一校正。
  2. 如請求項2之量測裝置，其中該相位梯度沿該等光瞳平面區域中之兩者或多於兩者中之每一者中的該光瞳平面中之所有徑向方向恆定。
  3. 如請求項1之量測裝置，其中各光瞳平面區域中之該相位梯度諸如用以模擬一假想楔形光學元件之一光效應，該假想楔形光學元件具有一下部平面表面及相對於該下部平面表面斜向對準之一上部平面表面。
  4. 如請求項3之量測裝置，其中相對於對應於該等光瞳平面區域之至少另一者之一假想楔形光學元件，對應於該等光瞳平面區域中之至少一者的該假想楔形光學元件具有一不同定向、在該下部平面表面與該上部平面表面之間的一不同角度或兩者。
  5. 如請求項1之量測裝置，其中該複數個光瞳平面區域中之每一者由相對於穿過該光瞳平面之該光學系統的一光軸在一不同範圍之方位角內的一區域組成。
  6. 如請求項1之量測裝置，其中：該空間光調變器經組態以在該感測器上形成影像之複數個群組；影像之各群組由藉由將該複數個光瞳平面區域中之每一者中的光重導引至該感測器上之不同位置而形成之影像組成；該空間光調變器經組態以向影像之各群組施加一不同光學校正；且該空間光調變器經組態以在該感測器上之一不同區域中形成影像之各群組。
  7. 如請求項1之量測裝置，其中：為了賦予該相位梯度，該空間光調變器經組態以施加包含呈以下形式之分量之調變：
    Figure 108116844-A0305-02-0049-2
     k x 及k y 為表示在該光瞳平面中之輻射之正交傅立葉分量的波向量；且s ix 及s iy 定義該相位梯度，該相位梯度藉由由該光瞳平面中之不同象限組成的四個不同光瞳平面區域中之每一者中的該空間光調變器賦予。
  8. 如請求項1之量測裝置，其中：為了施加該光學校正，該空間光調變器經組態以施加包含具有以下形式之分量之調變：
    Figure 108116844-A0305-02-0049-3
     △表示由該空間光調變器施加之該光學校正的量；且k x 及k y 為表示在該光瞳平面中之輻射之正交傅立葉分量的波向量。
  9. 一種量測一目標之方法，其包含：藉由輻射照射該目標且在一感測器上偵測來自該目標的經反射輻射；使用一可程式化空間光調變器以重導引在一光瞳平面中之複數個光瞳平面區域中之每一者中的光以在該感測器上之不同位置處形成相應複數個影像，各影像由穿過該等光瞳平面區域中之一不同各別者的輻射形成；使用該可程式化空間光調變器在該等光瞳平面區域中之兩者或多於兩者中之每一者中的該光瞳平面中賦予一相位梯度；及使用該可程式化空間光調變器向穿過該光瞳平面之輻射施加一光學 校正，其中該光學校正包含一聚焦調整或一光學像差之一校正。
  10. 如請求項9之方法，其進一步包含：使用該可程式化空間光調變器在該感測器上形成影像之複數個群組；其中：使用該可程式化空間光調變器使影像之各群組由藉由將該複數個光瞳平面區域中之每一者中的光重導引至該感測器上之不同位置而形成之影像組成；使用該可程式化空間光調變器將一不同光學校正施加至影像之各群組；且使用該可程式化空間光調變器使影像之各群組在該感測器上之一不同區域中形成。
  11. 如請求項10之方法，其進一步包含藉由比較影像之不同群組來識別一理想光學校正。
  12. 如請求項9之方法，其中：賦予該相位梯度包含使用該可程式化空間光調變器施加包含呈以下形式之分量之調變：
    Figure 108116844-A0305-02-0050-4
     k x 及k y 為表示在該光瞳平面中之輻射之正交傅立葉分量的波向量；且s ix 及s iy 定義該相位梯度，該相位梯度藉由由該光瞳平面中之不同象限組成的四個不同光瞳平面區域中之每一者中的該空間光調變器賦予。
  13. 如請求項9之方法，其中：施加該光學校正包含使用該可程式化空間光調變器施加包含具有以下形式之分量之調變：
    Figure 108116844-A0305-02-0051-5
     △表示由該空間光調變器施加之該光學校正的量；且k x 及k y 為表示在該光瞳平面中之輻射之正交傅立葉分量的波向量。
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