TWI758771B - 度量衡方法及相關電腦產品 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種方法，該方法包含量測自一度量衡目標反射之輻射及將經量測輻射分解為分量，例如傅立葉分量或空間分量。另外，揭露一種配方選擇方法，該配方選擇方法提供一演算法，該演算法用以根據基於單個分量之重新計算的該經量測輻射的相依性來選擇度量衡裝置之一參數。

Description

度量衡方法及相關電腦產品

本發明係關於一種可用於例如藉由微影技術進行器件製造之度量衡方法及電腦產品。

微影裝置為將所要圖案施加至基板上(通常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(其替代地稱作遮罩或倍縮光罩)可用於產生待形成於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。通常經由成像至設置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，單個基板將含有連續地經圖案化之鄰近目標部分之網路。

在微影程序(亦即，顯影涉及微影曝光之器件或其他結構的程序，其通常可包括一或多個相關處理步驟，諸如抗蝕劑顯影、蝕刻等)中，需要頻繁地對所產生之結構進行量測，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為吾人所知，包括常常用於量測臨界尺寸(CD)之掃描電子顯微鏡及用於量測疊對(基板之兩個層之對準準確度)之專用工具。近年來，已開發用於微影領域中之各種形式之散射計。此等器 件將輻射光束導向至目標上且量測經散射輻射之一或多個屬性以獲得可判定目標之所關注屬性的「光譜」，該一或多個屬性例如：依據波長變化之在單個反射角下之強度；依據反射角變化之在一或多個波長下之強度；或依據反射角變化之偏振。可藉由各種技術來執行所關注屬性之判定：例如，藉由諸如嚴密耦合波分析或有限元素方法之迭代途徑而進行的目標結構之重新建構；庫搜尋；以及主成份分析。

在度量衡應用中，例如在疊對度量衡中，來自源之輻射入射於包含重疊光柵之目標上，且在感測器上偵測經反射輻射。經反射輻射為入射輻射之各種部分在經由度量衡目標傳播(反射或透射)時進行組合的結果。在存在光柵不對稱性(例如光柵幾何不對稱性)之情況下，經反射輻射亦含有關於此等不對稱性之資訊，歸因於重疊光柵之間的疊對，此等關於不對稱性之資訊可掩蓋該資訊。另外，實際的光柵可能具有不對稱性，諸如傾斜。可能需要能夠以恆定於存在於實際度量衡光柵中之不對稱性的方式來量測微影程序之疊對或任何其他所關注參數。

在本發明之一第一態樣中，提供一種方法，該方法包含量測自一度量衡目標反射之輻射及將經量測輻射分解為分量。

在本發明之一第二態樣中，提供一種用以量測一微影程序之一參數之方法，該方法包含：a)藉由輻射照明一度量衡目標，b)偵測來自該目標之經散射輻射，c)改變度量衡裝置之一參數，d)針對該度量衡裝置之該參數之多個值重複步驟a)至c)，以及e)將該輻射分解為分量。

在本發明之一第三態樣中，提供一種用以量測一微影程序之一參數之方法，該方法包含：a)藉由輻射照明一度量衡目標，b)偵測來 自該目標之經散射輻射，c)改變度量衡裝置之一參數，d)針對該度量衡裝置之該參數之多個值重複步驟a)至c)，e)將一濾光器應用於在步驟d)中獲得之量測。

在本發明之一第四態樣中，提供一種表徵一微影程序之方法，該方法包含：在一第一目標部位處獲得底部光柵之一3D不對稱映圖，重複獲得多個目標之3D不對稱映圖，以及基於上述量測獲得一晶圓之目標不對稱之映圖。

在本發明之一第五態樣中，提供一種用以選擇一度量衡裝置之一參數的方法，該方法包含：在一度量衡裝置之一參數之一第一複數個值處獲得一第一複數個量測，且計算量測之最小第二數目及與其相關之該度量衡裝置之該參數的第二值，使得該度量衡裝置之該參數的該等第二值小於該度量衡裝置之該參數的該等第一值。

本發明之另一態樣包含一種用於執行該第一態樣之該方法的電腦程式及相關電腦程式載體。

11:輸出

12:透鏡

13:孔徑板

13E:孔徑板

13N:孔徑板

13NW:孔徑板

13S:孔徑板

13SE:孔徑板

13W:孔徑板

14:透鏡

15:稜鏡

16:物鏡

17:光束分裂器

18:光學系統

19:感測器

20:光學系統

21:光闌

22:光學系統

23:感測器

31:光點

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/單獨影像

43:矩形區域/單獨影像

44:矩形區域/單獨影像

45:矩形區域/單獨影像

101:頂部光柵

102:底部光柵

103:角度

104:材料

120:射線/輻射束/波

121:射線/輻射束/波

122:射線/輻射束/波

123:射線/輻射束/波

131:疊對

132:疊對

133:疊對

201:參數/輻射/元件/訊號

202:波長

203:週期

302:分量

310:分量

311:分量

312:分量

320:臨限值/濾光器

600:複合疊對目標

602:特徵/線

604:空間

606:基板

608:特徵/線

610:空間

702:曲線

704:點

706:點

A:不對稱性

AD:調整器

AS:對準感測器

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

d:距離/項

D1:深度

DE:顯影器

DF:影像

I:照明射線

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

K:比例常數

K(λ):曲線

L1:層

L2:層

LA:微影裝置

LACU:微影控制單元

LB:裝載匣

LC:微影製造單元

LS:位準感測器

M1:步驟

M2:步驟

M3:步驟

M4:步驟

M5:步驟

M6:步驟

M₁:遮罩對準標記

M₂:遮罩對準標記

MA:圖案化器件

MT:支撐件/支撐結構/遮罩台

O:點線/光軸/軸線

OV:疊對誤差

OV_E:疊對誤差

P:間距/週期

P1:區

P2:區

P3:區

P4:區

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:處理單元/處理器/控制器

PW:第二定位器

RF:參考框架

RO:機器人

SC:旋塗器

SCS:監督控制系統

SO:源

T:目標

TCU:塗佈顯影系統控制單元

W:基板

WT:基板台

WTa:基板台

WTb:基板台

X:方向

Y:方向

λ:波長

現將僅藉助於實例參考隨附圖式來描述本發明之實施例，在該等圖式中：圖1描繪根據本發明之實施例之微影裝置；圖2描繪根據本發明之實施例之微影製造單元或叢集；圖3(a)為用於使用提供某些照明模式之第一對照明孔徑來量測根據本發明之實施例之目標的暗場量測裝置之示意圖；圖3(b)為針對給定照明方向之目標之繞射光譜的示意性細節；圖3(c)為在使用量測裝置以用於基於繞射之疊對量測時提供另外照明 模式之第二對照明孔徑的示意性說明；圖3(d)為在使用量測裝置以用於基於繞射之疊對量測時組合第一對孔徑與第二對孔徑以提供另外照明模式的第三對照明孔徑的示意性說明；圖4描繪基板上之多重週期性結構(例如多重光柵)目標之形式及量測光點之輪廓；圖5描繪在圖3之裝置中獲得的圖4之目標之影像；圖6為展示使用圖3之裝置且可適於本發明之實施例之疊對量測方法之步驟的流程圖；圖7(a)至圖7(d)展示具有為大約零之不同疊對值之疊對週期性結構(例如光柵)的示意性橫截面；圖8說明在理想目標結構中之疊對量測的原理；圖9為目標之疊對靈敏度K相對於波長λ(nm)的曲線圖，其亦稱作擺動曲線；且圖10展示度量衡目標之橫截面之示意圖。

圖11展示依據度量衡工具之參數(諸如波長)變化而量測之自度量衡推斷之值的曲線圖。

圖12展示依據度量衡工具之參數變化而量測之自根據本發明之度量衡步驟推斷之值的曲線圖。

在詳細地描述實施例之前，呈現可供實施實施例之實例環境係有指導性的。

圖1示意性地描繪微影裝置LA。該裝置包括：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)；圖 案化器件支撐件或支撐結構(例如，遮罩台)MT，其經建構以支撐圖案化器件(例如，遮罩)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，包括一或多個晶粒)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。

圖案化器件支撐件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。圖案化器件支撐件可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術來固持圖案化器件。圖案化器件支撐件可為例如框架或台，其可視需要而固定或可移動。圖案化器件支撐件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「遮罩」之任何使用皆與更一般術語「圖案化器件」同義。

本文中所使用之術語「圖案化器件」應廣泛地解譯為係指可用於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，則該圖案可能不確切地對應於基板之目標部分中之所要圖案。一般而言，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遮罩、可程式化鏡面陣列及可程式化LCD面板。遮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遮罩類型，以及各種混合式遮罩類型。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。

如此處所描繪，裝置屬於透射類型(例如，採用透射遮罩)。替代地，裝置可屬於反射類型(例如，採用如上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列，或採用反射遮罩)。

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至微影裝置中之其他空間，例如遮罩與投影系統之間的空間。浸潤技術在此項技術中為吾人所熟知用於增大投影系統之數值孔徑。如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，源及微影裝置可為分離實體。在此類情況下，不認為源形成微影裝置之部分，且輻射光束係藉助於包括例如合適導向鏡面及/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。在其他情況下，例如當源為水銀燈時，源可為微影裝置之整體部分。源SO及照明器IL連同光束遞送系統BD在需要時可稱作輻射系統。

照明器IL可包括用於調整輻射光束之角強度分佈之調整器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徑向 範圍及/或內部徑向範圍(通常分別稱作σ外部及σ內部)。另外，照明器IL可包括各種其他組件，諸如積光器IN及聚光器CO。照明器可用於調節輻射光束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分佈。

輻射光束B入射於固持於圖案化器件支撐件(例如遮罩台MT)上之圖案化器件(例如遮罩)MA上，且由圖案化器件圖案化。在已橫穿圖案化器件(例如遮罩)MA之後，輻射光束B穿過投影系統PS，其將光束聚焦至基板W之目標部分C上。藉助於第二定位器PW及位置感測器IF(例如，干涉量測器件、線性編碼器、2-D編碼器或電容式感測器)，基板台WT可準確地移動，例如以便在輻射光束B之路徑中定位不同目標部分C。類似地，第一定位器PM及另一位置感測器(其未在圖1中明確地描繪出)可用於例如在自遮罩庫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圖案化器件(例如遮罩)MA。

可使用遮罩對準標記M₁、M₂及基板對準標記P₁、P₂來對準圖案化器件(例如遮罩)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(此等基板對準標記稱為切割道對準標記)。類似地，在將多於一個晶粒設置於圖案化器件(例如遮罩)MA上之情形中，遮罩對準標記可位於該等晶粒之間。小的對準標記物亦可包括於器件特徵當中之晶粒內，在此情況下，需要使標記物儘可能地小且無需與鄰近特徵不同的任何成像或程序條件。下文中進一步描述可偵測對準標記物之對準系統之實施例。

所描繪之裝置可用於以下模式中之至少一者中：

1.在步進模式中，使圖案化器件支撐件(例如遮罩台)MT及基板台WTa保持基本上靜止，同時將賦予至輻射光束之完整圖案一次性投影至目 標部分C上(亦即，單次靜態曝光)。接著，使基板台WTa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，同步地掃描圖案化器件支撐件(例如遮罩台)MT及基板台WTa，同時將賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上(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WTa相對於圖案化器件支撐件(例如遮罩台)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，圖案化器件支撐件(例如遮罩台)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WTa，同時將賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上。在此模式中，通常採用脈衝式輻射源，且在基板台WTa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，如上文所提及之類型之可程式化鏡面陣列)的無遮罩微影。

亦可採用對上文所描述之使用模式之組合及/或變體或完全不同的使用模式。

微影裝置LA屬於所謂的雙載物台類型，其具有兩個台WTa、WTb(例如兩個基板台)及兩個站-曝光站及量測站-在該兩個站之間可交換該等台。舉例而言，在曝光站處曝光一個台上之基板的同時，可在量測站處將另一基板裝載至另一基板台上且進行各種預備步驟。預備步驟 可包括使用位準感測器LS來映射基板之表面控制，及使用對準感測器AS來量測基板上之對準標記物之位置，該等感測器兩者皆由參考框架RF支撐。若位置感測器IF在台處於量測站以及處於曝光站時不能夠量測台之位置，則可提供第二位置感測器以使得能夠在兩個站處追蹤台之位置。作為另一實例，在曝光站處曝光一個台上之基板時，不具有基板之另一台在量測站處等待(其中視情況可能發生量測活動)。此另一台具有一或多個量測器件且視情況可具有其他工具(例如清潔裝置)。在基板已完成曝光時，不具有基板之台移動至曝光站以執行例如量測，且具有基板之台移動至卸載該基板且裝載另一基板之部位(例如量測站)。此等多台配置實現裝置之產出量之相當大增加。

如圖2中所展示，微影裝置LA形成微影製造單元LC(有時亦稱作微影單元或微影叢集)之部分，微影製造單元LC亦包括用以對基板執行一或多個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抗蝕劑層之一或多個旋塗器SC、用以顯影經曝光抗蝕劑之一或多個顯影器DE、一或多個冷卻板CH及一或多個烘烤板BK。基板處置器或機器人RO自輸入/輸出埠I/O1、I/O2拾取基板，在不同程序器件之間移動基板且將基板遞送至微影裝置之裝載匣LB。常常統稱為塗佈顯影系統之此等器件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來控制微影裝置。因此，可操作不同裝置以使產出量及處理效率最大化。

為了正確地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一或多個屬性，諸如後續層之間的疊對誤差、線厚 度、臨界尺寸(CD)等。若偵測到誤差，則可對一或多個後續基板之曝光進行調整，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另一基板仍待曝光的情況下。此外，可剝離及重工已經曝光之基板(以改良產率)，或捨棄已經曝光之基板，由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情況下，可僅對良好的彼等目標部分執行另一曝光。另一可能性為調適後續程序步驟之設定以補償誤差，例如，可調整修整蝕刻步驟之時間以補償由微影程序步驟引起的基板間CD變化。

檢測裝置用於判定基板之一或多個屬性，且特定言之，判定不同基板或同一基板之不同層之一或多個屬性如何在層間變化及/或橫越基板而變化。檢測裝置可整合至微影裝置LA或微影製造單元LC中，或可為單機器件。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一或多個屬性。然而，抗蝕劑中之潛影具有極低對比度(在已曝光於輻射的抗蝕劑之部分與尚未曝光於輻射的抗蝕劑之部分之間僅存在極小的折射率差)，且並非所有檢測裝置皆具有足夠的靈敏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，抗蝕劑中之影像可稱作半潛影。亦有可能對經顯影抗蝕劑影像進行量測(此時已移除抗蝕劑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抗蝕劑影像進行量測。後一可能性限制有缺陷基板之重工的可能性，但例如出於程序控制之目的，仍可提供有用資訊。

由習知散射計使用之目標包含相對較大週期性結構佈局(例 如，包含一或多個光柵)，例如40μm乘40μm。在彼情況下，量測光束常常具有小於週期性結構佈局之光點大小(亦即，佈局填充不足，使得週期性結構中之一或多者並未完全由光點覆蓋)。此情形簡化目標之數學重新建構，此係因為可將目標視為無限的。然而，舉例而言，因此目標可定位於產品特徵當中而非切割道中，目標之大小已減小至例如20μm乘20μm或更小，或減小至10μm乘10μm或更小。在此情形下，可使週期性結構佈局小於量測光點(亦即，週期性結構佈局填充過度)。通常使用暗場散射量測來量測此目標結構，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號中找到暗場度量衡之實例，該等專利申請公開案特此以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開發，該等專利申請公開案特此以全文引用之方式併入。使用繞射階之暗場偵測的基於繞射之疊對(DBO或μDBO)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基板上之產品結構包圍。在一實施例中，可在一個影像中量測多個目標。

在一實施例中，基板上之目標可包含一或多個1-D週期性光柵，其經印刷為使得在顯影之後，長條係由固體抗蝕劑線形成。在一實施例中，目標可包含一或多個2-D週期性光柵，其經印刷為使得在顯影之後，該一或多個光柵係由抗蝕劑中之固體抗蝕劑導柱或通孔形成。長條、導柱或通孔可替代地經蝕刻至基板中。光柵之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中之變化。因此，經印刷光柵之經量測資料可用以 重新建構光柵。自印刷步驟及/或其他量測程序之知識，可將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)輸入至由處理單元PU執行之重新建構程序。

圖3(a)中展示適合用於本發明之實施例中之暗場度量衡裝置。圖3(b)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。暗場度量衡裝置可為單機器件，或例如在量測站處併入微影裝置LA中抑或併入微影製造單元LC中。具有貫穿裝置之若干分支之光軸係由點線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、14及物鏡16之光學系統經由稜鏡15而導向至基板W上。此等透鏡係以4F配置之雙重序列而配置。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，可藉由界定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。特定言之，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。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提供來自僅出於描述起見而經指定為『北』之方向的離軸照明。在第二照明模式中，孔徑板13S係用於提供類似照明，但提供來自標註為『南』之相對方向的照明。藉由使用不同孔徑，其他照明模式為可能的。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 必要輻射可能干擾所要量測訊號。

如圖3(b)中所展示，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成一角度而入射於目標T上之照明射線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)。在運用填充過度之小目標T的情況下，此等射線僅僅為覆蓋包括度量衡目標T及其他特徵之基板之區域的諸多平行射線中之一者。因為板13中之孔徑具有有限寬度(為接納有用量之輻射所必需)，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，每一階+1及-1將跨越一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，可設計或調整週期性結構間距及照明角度，使得進入物鏡之一階射線與中心光軸緊密地對準。圖3(a)及圖3(b)中所說明之射線展示為稍微離軸，以純粹地使其能夠在圖式中更易於區分。

由基板W上之目標繞射之至少0階及+1階係由物鏡16收集，且經導向回穿過稜鏡15。返回至圖3(a)，藉由指定標註為北(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，標註為+1(N)之+1繞射射線進入物鏡16。相比之下，當使用孔徑板13S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。因此，在一實施例中，藉由在某些條件下(例如在使目標旋轉或改變照明模式或改變成像模式以分別獲得-1繞射階強度及+1繞射階強度之後)量測目標兩次來獲得量測結果。針對給定目標比較此等強度會提供該目標中之不對稱性之量測，且該目標中之不對稱性可用作微影程序之參數之指示符，例如，疊對誤差。在上文所描述之情形下，改變照明模式。

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且對比階。由感測器19捕捉之光瞳平面影像可用於聚焦度量衡裝置及/或標準化一階光束之強度量測。光瞳平面影像亦可用於諸如重新建構之諸多量測目的，其未在此處詳細地描述。

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)上形成基板W上之目標之影像。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DF由-1或+1一階光束形成。將由感測器19及23捕捉之影像輸出至影像處理器及控制器PU，影像處理器及控制器PU之功能將取決於正被執行之量測的特定類型。應注意，此處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，則因而將不形成週期性結構特徵(例如，光柵線)之影像。

圖3中所展示之孔徑板13及光闌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輻射傳遞至感測器。在又其他實施例中，代替一階光束或除一階光束以外，2階光束、3階光束及高階光束(圖3中未展示)亦可用於量測中。

為了使照明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，使用孔徑板13N或13S以量測在一個方向(取決於設置而為X 或Y)上定向之目標之週期性結構。為了量測正交週期性結構，可實施達90°及270°之目標旋轉。圖3(c)及3(d)中展示不同孔徑板。圖3(c)說明另外兩種類型之離軸照明模式。在圖3(c)之第一照明模式中，孔徑板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』之方向的離軸照明。在圖3(c)之第二照明模式中，孔徑板13W用以提供類似照明，但提供來自標註為『西』之相對方向之照明。圖3(d)說明另外兩種類型之離軸照明模式。在圖3(d)之第一照明模式中，孔徑板13NW提供來自如先前所描述之經指定『北』及『西』之方向的離軸照明。在第二照明模式中，孔徑板13SE用以提供類似照明，但提供來自標註為如先前所描述之『南』及『東』之相對方向的照明。舉例而言，上文所提及之先前公佈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。該複合目標包含緊密地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，週期性結構足夠緊密地定位在一起，使得其皆在由度量衡裝置之照明光束形成之量測光點31內。在彼情況下，四個週期性結構因此皆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，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上之器件之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。此目標可具有可在20μm×20μm內或在16μm×16μm內之外部尺寸。另外，所有週期性結構皆用於量測一特定對之層之間的疊對。為了促進目標能夠量測多於單一對層，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，用於基板上之目標之所有週期性結構將用於量測一對層，且用於基板上之另一相同目標之所有週期性結構將用於量測另一對層，其中不同偏置促進區分該等層對。將在下文特別參考圖7來解釋疊對偏置之涵義。

圖7(a)至7(c)展示具有不同偏置之各別目標T之疊對週期性結構(在此情況下為光柵)的示意性橫截面。此等疊對週期性結構可用於基板W上，如圖3及圖4中所見。僅出於實例起見而展示在X方向上具有週期性之週期性結構。可提供具有不同偏置且具有不同定向之此等週期性結構的不同組合。

以圖7(a)開始，描繪形成於標註為L1及L2之兩個層中之複合疊對目標600。在底部層L1中，第一週期性結構(在此情況下為光柵)由基板606上之特徵(例如線)602及空間604形成。在層L2中，第二週期性結構(在此情況下為光柵)由特徵(例如線)608及空間610形成。(橫截面經繪製成使得特徵602、608延伸至頁面中)。週期性結構圖案在兩個層中具有間距P之情況下重複。僅出於實例起見而提及線602及608，可使用諸如圓點、區塊及通孔的其他類型之特徵。在圖7(a)處所展示之情形下，不存在疊對誤差且不存在偏置，使得每一特徵608確切地處於底部週期性結構中之特徵602上方(其中量測為「線上線」-在一實施例中，每一特徵608確切處於空間610上方時可不發生疊對誤差，其中量測為「渠溝上線」)。

在圖7(b)處，具有偏置+d之相同目標描繪為使得上部週期性結構之特徵608相對於下部週期性結構之特徵602向右移位距離d(距離d小於間距P)。亦即，特徵608及特徵602經配置為使得若其兩者確切地印刷於其標稱部位處，則特徵608將相對於特徵602偏移距離d。偏置距離d 實務上可為幾奈米，例如10nm或20nm，而間距P例如在300至1000nm之範圍內，例如500nm或600nm。在圖7(c)處，具有偏置-d之同一目標描繪為使得特徵608相對於特徵602向左移位。舉例而言，上文所提及之專利申請公開案中描述圖7(a)至7(c)處所展示之此類型的經偏置目標及其在量測中的使用。

另外，如上文所提及，雖然圖7(a)至7(c)描繪處於特徵602上方之特徵608(具有或不具有施加之為+d或-d之小偏置)(其稱作具有為大約零之偏置的「線上線」目標)，但目標可具有為P/2(其為間距的一半)之經程式化偏置，使得上部週期性結構中之每一特徵608處於下部週期性結構中之空間604上方。此目標稱作「渠溝上線」目標。在此情況下，亦可施加為+d或-d之小偏置。「線上線」目標或「渠溝上線」目標之間的選擇取決於應用。

返回至圖4，如所展示，週期性結構32、33、34、35亦可在其定向上不同，以便使入射輻射在X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之偏置之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-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捕捉之影像中識別此等週期性結構之單獨影像。

圖5展示在使用來自圖3(d)之孔徑板13NW或13SE的情況下在圖3之裝置中使用圖4之目標而可形成於感測器23上且由感測器23偵測的影像之實例。雖然感測器19不可解析不同個別週期性結構32至35，但 感測器23可進行此解析。暗矩形表示感測器上之影像場，在該影像場內，基板上之經照明光點31成像至對應圓形區域41中。在此圓形區域內，矩形區域42至45表示週期性結構32至35之影像。若週期性結構位於產品區域中，則在此影像場之邊緣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週期性結構32至35之單獨影像42至45。以此方式，該等影像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量。

一旦已識別週期性結構之單獨影像，就可例如藉由平均化或求和經識別區域內之經選定像素強度值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。可組合此等結果以量測微影程序之不同參數。疊對效能為此參數之實例。

圖6說明在使用例如PCT專利申請公開案第WO 2011/012624號中所描述之方法的情況下如何經由週期性結構之不對稱性來量測含有組件週期性結構32至35之兩個層之間的疊對誤差，如藉由比較週期性結構在+1階及-1階暗場影像中之強度而揭露。在步驟M1處，經由圖2之微影製造單元來處理基板(例如半導體晶圓)一或多次，以產生包括包含週期性結構32至35之目標的結構。在M2處，在使用圖3之度量衡裝置的情況下，使用一階繞射光束中之一者(比如-1)來獲得週期性結構32至35之影像。在一實施例中，使用第一照明模式(例如，使用孔徑板13NW而產生之照明模式)。接著，不管藉由例如改變照明模式或改變成像模式或藉由使基板W在度量衡裝置之視場中旋轉180°，此皆可使用另一一階繞射光束(+1)來獲得週期性結構之第二影像(步驟M3)。因此，在第二影像中捕捉+1繞射輻射。在一實施例中，改變經照明模式且使用第二照明模式 (例如，使用孔徑板13SE而產生之照明模式)。在一實施例中，可藉由在0°及180°基板定向下進行量測來移除工具誘發之假影，比如工具誘發移位(TIS)。

應注意，藉由在每一影像中包括一階繞射輻射之僅一半，此處所提及之『影像』並非習知暗場顯微法影像。未解析個別週期性結構特徵。每一週期性結構將簡單地由某一強度位準之區域表示。在步驟M4中，在每一組件週期性結構之影像內識別所關注區(ROI)，將自該所關注區量測強度位準。

在已識別用於每一各別個別週期性結構32至35之所關注區P1、P2、P3、P4且已量測其強度的情況下，可接著判定週期性結構之不對稱性且因此判定例如疊對誤差。此判定係由影像處理器及控制器PU在步驟M5中比較針對每一週期性結構32至35之+1及-1階所獲得之強度值以識別其強度之任何差(亦即，不對稱性)而進行。術語「差」並不意欲僅指減法。可以比率形式計算差。在步驟M6中，使用用於數個週期性結構之經量測不對稱性連同(在適用時)彼等週期性結構之疊對偏置之知識來計算在目標T附近之微影程序之一或多個效能參數。所關注之效能參數為疊對。可計算微影程序之其他效能參數，諸如聚焦及/或劑量。一或多個效能參數可經回饋以改良微影程序，用以改良圖6自身之量測及計算程序，用以改良目標T之設計等。

在用以判定疊對之一實施例中，圖8描繪說明針對在形成疊對目標之個別週期性結構內具有零偏移且不具有結構不對稱性的『理想』目標之疊對誤差OV與經量測不對稱性A之間的關係的曲線702。此等曲線圖僅用以說明判定疊對之原理，且在每一曲線圖中，經量測不對稱性 A及疊對誤差OV之單位為任意的。

在圖7(a)至7(c)之『理想』情形下，曲線702指示經量測不對稱性A與疊對具有正弦關係。正弦變化之週期P對應於週期性結構之週期(間距)，其當然轉換為適當尺度。在此實例中，正弦形式為純粹的，但在真實情形下可包括諧波。出於簡單起見，在此實例中，假定(a)來自目標之僅一階繞射輻射到達影像感測器23(或在給定實施例中到達影像感測器23之等效者)，且(b)實驗目標設計為使得在此等一階內，在上部週期性結構結果與下部週期性結構結果之間在強度與疊對之間存在純粹的正弦關係。實務上此情形是否真實係取決於光學系統設計、照明輻射之波長及週期性結構之間距P以及目標之設計及堆疊。

如上文所提及，經偏置週期性結構可用以量測疊對，而非依賴於單一量測。此偏置具有供產生偏置之圖案化器件(例如，倍縮光罩)中所界定的已知值，該值充當對應於經量測訊號之疊對之基板上校準。在圖式中，以圖形方式說明計算。在圖6之步驟M1至M5中，針對分別具有偏置+d及-d之組件週期性結構(如(例如)圖7(b)及圖7(c)中所展示)獲得不對稱性量測A_+d及A_-d。將此等量測擬合至正弦曲線會給出如所展示之點704及706。在已知偏置之情況下，可計算真實疊對誤差OV。正弦曲線之間距P自目標之設計為吾人所知。曲線702之垂直比例尺開始時未為吾人所知，而是為吾人可稱為疊對比例常數K之未知因數。

就方程式而言，假定疊對誤差OV_E與強度不對稱性A之間的關係為：A _±d =K sin(OV _E ±d)

其中在使得目標間距P對應於角度2π弧度之尺度上表達疊對誤差 OV_E。項d為經量測目標(或子目標)之光柵偏置。在使用具有不同已知偏置(例如+d及-d)之目標之兩種量測的情況下，可使用以下方程式來計算疊對誤差OV_E：

其中A _+d 為+d偏置目標之強度不對稱性量測，且A _-d 為-d偏置目標之強度不對稱性量測。

儘管此等量測技術快速且計算上相對簡單(一旦經校準)，但該等量測技術依賴於疊對/橫向移位為不對稱性之唯一原因之假定。亦即，其假定具有例如目標中無結構不對稱性之『理想』情形。除疊對/橫向移位以外，堆疊中之任何結構不對稱性(諸如經疊對週期性結構中之一者或兩者內之特徵的不對稱性)亦造成1階中之不對稱性。與疊對無關之此結構不對稱性明確地擾動量測，從而給出不準確的結果。

作為結構不對稱性之一實例，目標之週期性結構中之一或多者可在結構上變形。舉例而言，目標之週期性結構特徵(例如光柵線)之一或多個側壁可並非按預期垂直。作為另一實例，目標之週期性結構特徵之間的一個或多個空間(例如，渠溝之光柵空間)可比預期更大或更小。另外，目標之週期性結構之一或多個特徵(例如光柵線)可具有比預期更小或更大的寬度。此外，即使在對於目標之一或多個週期性結構之與預期之差均一的情況下，該與預期之差可能並不與對於目標之一或多個其他週期性結構之與預期之差相同。複合目標之下部週期性結構中之結構不對稱性為結構不對稱性之常見形式。該結構不對稱性可起源於例如在最初形成下部週期性結構之後執行的基板處理步驟，諸如化學機械研磨(CMP)。

參考圖7(d)，示意性地描繪下部週期性結構之結構不對稱 性之實例。圖7(a)至7(c)處之週期性結構中之特徵及空間在真實特徵及空間將在表面上具有某一斜率且具有某一粗糙度時被展示為極佳正方形側。然而，其意欲在分佈方面至少對稱。下部週期性結構中之圖7(d)處之特徵602及/或空間604根本不再具有對稱形式，而是已藉由例如一或多個處理步驟而變得失真。因此，例如，每一空間604之底部表面已變得傾斜。特徵及空間之側壁角亦已變得不對稱。當使用僅兩個經偏置週期性結構用圖6之方法來量測疊對時，無法區分結構不對稱性與疊對，且因此，疊對量測變得不可靠。

已進一步發現，除了目標中之結構不對稱性以外或替代目標中之結構不對稱性，目標之鄰近週期性結構之間或鄰近目標之間的堆疊差異可為不利地影響量測(諸如疊對量測)之準確度的因素。堆疊差異可理解為鄰近週期性結構或目標之間的實體組態中之未經設計差異。堆疊差異造成鄰近週期性結構或目標之間的量測輻射之光學屬性(例如強度、偏振等)之差異，此歸因於不同於疊對誤差、不同於故意偏置且不同於為鄰近週期性結構或目標所共用之結構不對稱性的原因。堆疊差異包括但不限於：鄰近週期性結構或目標之間的厚度差異(例如，一或多個層之厚度差異，使得一個週期性結構或目標高於或低於經設計為處於實質上相等位準之另一週期性結構或目標)；鄰近週期性結構或目標之間的折射率差異(例如，一或多個層之折射率差異，使得用於一個週期性結構或目標之一或多個層的組合折射率不同於用於即使經設計為具有實質上相等組合折射率之另一週期性結構或目標之一或多個層的組合折射率)；鄰近週期性結構或目標之間的材料差異(例如，一或多個層之材料類型、材料均一性等的差異，使得一個週期性結構或目標與經設計為具有實質上相同材料之另一週 期性結構或目標存在材料差異)；鄰近週期性結構或目標之結構的光柵週期差異(例如，一個週期性結構或目標與經設計為具有實質上相同光柵週期之另一週期性結構或目標的光柵週期差異)；鄰近週期性結構或目標之結構的深度差異(例如，因一個週期性結構或目標與經設計為具有實質上相同深度之另一週期性結構或目標之結構的蝕刻深度差異)；鄰近週期性結構或目標之特徵的寬度(CD)差異(例如，一個週期性結構或目標與經設計為具有實質上相同特徵寬度之另一週期性結構或目標之特徵的寬度差異)等。在一些實例中，藉由圖案化程序中之諸如CMP、層沈積、蝕刻等處理步驟引入堆疊差異。在一實施例中，若週期性結構或目標彼此相隔200μm內、彼此相隔150μm內、彼此相隔100μm內、彼此相隔75μm內、彼此相隔50μm內、彼此相隔40μm內、彼此相隔30μm內、彼此相隔20μm內或彼此相隔10μm內，則該等週期性結構或目標為鄰近的。

堆疊差異(其可稱作光柵之間的光柵不平衡性)對強度不對稱性量測A _+d 、A _-d (其中下標指示對應於ROI之目標區域之目標偏置)之影響通常可公式化為：A _+d =(K+△K)sin(OV _E +d)

A _-d =(K-△K)sin(OV _E -d)

其中△K表示可歸因於堆疊差異之疊對靈敏度的差異。且因此，疊對誤差OV _E (假定其較小)可與

成比例。

可將堆疊差異視為空間堆疊參數變化，亦即，基板上方(目標與目標之間)的堆疊參數變化。可遇到之另一問題為堆疊參數程序漂移，其中歸因於程序漂移，目標之堆疊參數中之一或多者隨著時間推移而自最佳漂移。可將此視為時間堆疊參數變化。

現在，面對結構不對稱性、堆疊差異、堆疊參數程序漂移 及任何其他程序可變性時，需要導出目標佈局、量測光束波長、量測光束偏振等之組合，該組合將得到所要程序參數(例如疊對)之準確量測且/或得到對程序可變性而言為穩固的所要程序參數之量測值。因此，例如，需要使用目標-量測參數組合之理想最佳選擇來執行量測，以便獲得較準確程序參數量測及/或得到對程序可變性而言為穩固的所要程序參數之量測值。此係因為目標之量測準確度及/或靈敏度可相對於目標自身之一或多個屬性及/或提供至目標上之量測輻射之一或多個屬性(例如：輻射之波長、輻射之偏振及/或輻射之強度分佈(亦即，角度或空間強度分佈))而變化。在一實施例中，將輻射之波長範圍限於選自範圍(例如，選自約400nm至900nm之範圍)的一或多個波長。另外，可提供輻射光束之不同偏振之選擇，且可使用例如複數個不同孔徑來提供各種照明形狀。因而，需要判定針對特定目標最佳化之量測分佈。

量測分佈包含量測自身之一或多個參數，量測自身之該一或多個參數可包括與量測光束及/或用以進行量測之量測裝置有關之一或多個參數。舉例而言，若基板量測配方中所使用之量測為基於繞射之光學量測，則量測自身之一或多個參數可包括：量測輻射之波長，及/或量測輻射之偏振，及/或量測輻射強度分佈，及/或量測輻射相對於基板之照明角度(例如，入射角度、方位角度等)，及/或繞射量測輻射相對於基板上之圖案的相對定向，及/或目標之量測點或例項之數目，及/或經量測目標之例項在基板上的位置。量測自身之一或多個參數可包括在量測中所使用的度量衡裝置之一或多個參數，該一或多個參數可包括偵測器靈敏度、數值孔徑等。

在此上下文中，經量測圖案(亦稱作「目標」或「目標結 構」)可為光學上經量測(例如，繞射經量測)之圖案。經量測圖案可為出於量測目的而經專門設計或選擇之圖案。可將目標之多個複本置放於基板上之多個地點上。舉例而言，可使用基板量測配方來量測疊對。在一實施例中，可使用基板量測配方來量測另一程序參數(例如，劑量、焦點、CD等)。在一實施例中，量測分佈可用於量測經成像圖案之層相對於基板上之現有圖案的對準；例如，量測分佈可用以藉由量測基板之相對位置而將圖案化器件對準基板。

已描述用於評估且最佳化目標-量測參數組合之數種方法。在生產之前執行此類方法。因此，一旦所選擇目標-量測參數組合經最佳化，就將通常貫穿生產運作時間使用該(該等)所選擇目標-量測參數組合，亦即，將使用預定量測分佈以根據預定目標-量測參數組合來量測對應目標設計之目標。然而，如所論述，在目標中可存在未經設計之堆疊參數變化，從而導致目標之間的堆疊差異及/或堆疊參數程序漂移。舉例而言，堆疊內之一或多個層之層厚度可在基板上方(亦即，目標與目標之間)及/或隨著時間推移(亦即漂移)變化。此堆疊參數變化之一個結果可能為量測分佈對於該目標而言不再最佳。此情形可導致目標之量測不準確。堆疊參數變化通常亦可指示程序控制問題(例如，程序漂移)，且因此本身可為有用的程序監控度量。

用於評估且最佳化目標-量測參數組合之方法可包含分析描述目標回應隨著量測分佈(特定言之，量測輻射之一或多個參數，諸如波長)中之變化的變化之目標回應序列資料(例如，光譜序列資料)的彼等方法。在一實施例中，目標回應序列資料可表示依據量測輻射波長而變化的經量測資料(例如，作為場資料(在影像平面處)或光瞳資料(在光瞳平面處) 而獲得之強度度量)之振盪相關性。圖9為針對單一偏振(在此情況下，線性X偏振)在各種波長λ下目標之用於強度度量(在此特定實例中為疊對靈敏度K)之量測的資料之實例曲線圖。曲線K(λ)已擬合至該資料，且因此，此表示可稱為擺動曲線。如將瞭解，無需產生曲線圖，此係因為僅可處理資料。可針對同一目標建構資料的類似曲線圖，以在各種波長下對不同單一偏振(例如線性Y偏振)進行量測。在圖9中，圖示針對各種量測光束波長之堆疊靈敏度及疊對靈敏度。另外，雖然此處偏振為線性X偏振，但偏振可為不同偏振(諸如線性Y偏振、左側橢圓偏振輻射、右側橢圓偏振輻射等)。

強度度量可為自經偵測強度導出之任何合適度量，例如強度不對稱性、疊對靈敏度K或堆疊靈敏度(SS)(亦為訊號對比度)。堆疊靈敏度可理解為訊號之強度隨著疊對因為目標(例如光柵)層之間的繞射改變而改變多少之量度。亦即，在疊對情形中，堆疊靈敏度偵測疊對目標之上部週期性結構與下部週期性結構之間的對比度，且因此表示上部週期性結構與下部週期性結構之間的繞射效率之間的平衡。因此，其為量測之靈敏度之實例量度。在一實施例中，堆疊靈敏度為強度不對稱性與平均強度之間的比率。在一實施例中，可將堆疊靈敏度公式化為SS=K L/I_M，其中L為使用者界定之常數(例如，在一實施例中，值L為20nm及/或偏置d之值)，且I_M為由目標繞射之量測光束的平均強度。

圖9之實例展示依據波長λ而變化的疊對靈敏度K(λ)之擺動曲線，其中

A(λ)_+d 及A(λ)_-d 為分別對應於偏置+d及-d之依據波長而變化之強度不 對稱性量測，且df(λ)為依據波長而變化之劑量因數。劑量因數可為源強度及量測時間之任何函數。在一特定實施例中，其可包含依據波長而變化之源強度與積分時間之乘積。

圖10描述待用於度量衡程序中之重疊光柵。該重疊光柵包含頂部光柵101及底部光柵102。在此特定實例中，強調幾何不對稱性之特定形式，諸如由角度103所界定之底部光柵102的傾斜。頂部光柵形成於材料104上，該材料104在此特定實例中包含形成半導體器件之一部分之具有不同折射率的交替層，此為特定實例且並不以任何方式限制堆疊。

如圖10中進一步所指示，歸因於底部光柵之傾斜，有可能存在界定為頂部光柵101與底部光柵102之間的相對距離而具有不同值(諸如ov1 131或ov2 132或進一步ov3 133)的疊對。作為一實例，形成入射於偵測器上之輻射束的輻射由射線120、121、122及123形成，其中射線120為由頂部光柵101反射之輻射，輻射121為由底部光柵102之頂部反射之輻射，輻射122為由位於距頂部光柵D+H之距離處之底部光柵102的一部分反射之輻射，且輻射123為由底部光柵102之底部反射之輻射。如在度量衡目標中之波傳播之此極簡實例中可見，所有輻射束120、121、122及123促成形成入射於偵測器上之輻射束的輻射。另外，輻射束120與輻射束121一起攜帶關於ov1 131之資訊，輻射束120與輻射束122一起攜帶關於ov2 132之資訊，且輻射束120與輻射束123一起攜帶關於ov3 133之資訊。因此，入射於偵測器上之輻射攜帶關於所有可能疊對之資訊，該資訊可針對包含底部光柵抑或頂部光柵中之幾何不對稱性(諸如，光柵傾斜、底層傾斜、頂部傾斜)的目標界定。因此，在光柵含有幾何不對稱性(例如傾斜)之情況下，當前度量衡程序之問題為能夠辨別量測哪一疊對值。

度量衡目標中之輻射之傳播可進一步描述為具有強度I、頻率ω及相位φ之波，例如如同方程式1 I=A+Bcos(ωt+φ) 方程式1

其中A為偏移，且B為波之振幅參數，頻率ω與2πn(D+H)成比例(如圖11中所展示之n折射率及D+H)，且t為1/用作輻射之光的波長。自此描述，吾人可根據方程式1描述波120對傳播波121、122及123之干擾。換言之，取決於波反射回偵測器之處，波120對波121、122及123(及鑒於方程式1及堆疊幾何參數之所有眾多可能波)中之每一者的干擾之特徵為以長度為單位(例如奈米)的特定頻率。

圖11進一步描繪依據度量衡裝置之參數(例如波長202)而變化之自度量衡量測推斷的參數201。此相關性採取依據波長而變化之參數201之週期性變化的形狀。週期203依賴堆疊之總厚度，亦即頂部光柵101與底部光柵102之間的距離。該週期對於較厚堆疊較小且對於較薄堆疊較大。

在本發明之第一態樣中，提出一種方法，該方法包含量測自度量衡目標反射之輻射及將經量測輻射分解為分量。在一實施例中，藉由對經量測輻射進行傅立葉變換(Fourier transform)來分解該經量測輻射。在一實施例中，經量測輻射為如圖11中所描繪之輻射201。圖12中進一步描繪分量中之經量測結果之分解的結果。圖12說明元件201之依據波長變化之傅立葉變換，且其包含分量302之依據頻率(例如，以nm為單位)變化的振幅。個別分量為將對應於由120及121、122及123形成之輻射中之每一者的310、311及312。個別分量之偵測認為係本領域之部分，傅立葉變換技術允許識別圖11中所描繪之訊號之個別頻率分量中的每一者。頻 率分量亦可由其他技術偵測，包括但不限於小波變換及拉普拉斯變換(Laplace transform)。

在本發明之另一態樣中，提供一種用以量測微影程序之參數之方法，該方法包含：a)藉由輻射照明度量衡目標，b)偵測來自目標之經散射輻射，c)改變度量衡裝置之參數，d)針對度量衡裝置之參數之多個值重複步驟a)至c)，以及e)將輻射分解為分量。在本發明之一實施例中，分解為傅立葉變換。在本發明之一實施例中，該方法選擇低於臨限值320之分量。在一實施例中，使用逆向分解且僅利用經選定分量來獲得疊對。在一實施例中，反相分解為反相傅立葉變換。根據以全文引用之方式併入本文中之美國申請案US2012-0242970，使用目前先進技術方法進一步獲得疊對。在本發明之一實施例中，選擇臨限值320，使得僅保留一個分量(圖11中之310)，且保留的訊號用於反相分解步驟。在此情況下，僅有的經量測疊對為ov1 131，因為對經量測輻射唯一起作用的波為波120及121。

在本發明之另一態樣中，獲得如圖12中所描繪之波譜允許量測所獲得之諧波中之每一者的相位。在一實施例中，可根據圖12中之諧波的相位差計算疊對，該相位差針對繞射之正一階及負一階獲得。對應於特定深度D1之諧波之傅立葉相位由

給出。OVL為疊對值，D1為計算諧波之深度，θ為一般相位，且φ _OVL 為與疊對成比例之相位。如上文所提及，若吾人現在獲得特定諧波之傅立葉相位之間的差，Φ₊₁-Φ_-1=2φ ^OVL =2×2π×OVL/間距，則該差僅允許自該等傅立葉諧波之相位提取疊對值。應瞭解，包含自與經量測輻射參數之傅立葉諧波的相位成比例之參數獲得疊對值的計算疊對之此方法特定針對本發明，且提供一種在 度量衡程序中之量測疊對之替代方法，該替代方法係關於目前先進技術中所採用的已知方法。在本發明之一態樣中，提供一種量測程序之參數的方法，該方法包含：量測自度量衡目標反射之輻射，將經量測輻射分解為分量，計算代表每一分量之至少兩個相位值及根據該等相位之間的關係計算該參數。

在本發明之另一態樣中，提供一種用以量測微影程序之參數之方法，該方法包含：a)藉由輻射照明度量衡目標，b)偵測來自目標之經散射輻射，c)改變度量衡裝置之參數，d)針對度量衡裝置之參數之多個值重複步驟a)至c)，e)將濾光器應用於在步驟d)中獲得之量測。在一實施例中，將在步驟d)中獲得之量測分解為個別分量。在一實施例中，濾光器320包含界定個別分量之上限值及下限值。在一實施例中，濾光器320包含界定分量之區間之上限值及下限值。在一實施例中，濾光器320為變化的。本發明之此態樣之優勢為在由濾光器320界定之特定深度量測疊對值。若選擇濾光器320為D，則接著僅量測ov1 131，此係因為移除了經反射輻射中之所有其他分量。若濾光器320在分量311周圍具有上限值及下限值，則接著將僅量測ov2 132。以此方式，在堆疊中之不同深度量測且探測疊對。以此方式，在堆疊中之特定深度量測準確的疊對係可能的，其他疊對值之貢獻值並未影響該疊對。若濾光器320為變化的，則在堆疊中之個別深度獲得之疊對值可提供3D疊對。另外，藉由適當地重新按比例調整量測值，本發明之此態樣中之方法可提供經量測堆疊的3D不對稱性資訊。

在本發明之另一態樣中，提供一種表徵微影程序之方法，該方法包含：在第一目標部位處獲得底部光柵之3D不對稱映圖，重複獲 得多個目標之3D不對稱映圖，以及基於上述量測獲得晶圓之目標不對稱之映圖。

在圖11中，在多個波長202處獲得經量測訊號201。藉由產生圖11之曲線圖之樣本點的數目改良根據本發明之分解的準確度。然而，每一量測點具有改變波長且執行量測所必需之相關量測時間。就此而言，過於密集之取樣導致度量衡程序之產出量增加，此係因為所需之量測特別冗長。舉例而言，在圖11之曲線圖僅包含1分量之情況下，由奈奎斯特準則(Nyquist criteria)指定波長之數目的取樣速率。除奈奎斯特準則給出之理論取樣值之外，經驗方法可涉及由實驗設計(例如，在配方設置階段中)產生取樣速率。在本發明之另一態樣中，提供一種用以選擇度量衡裝置之參數的方法，該方法包含：在度量衡裝置之參數之第一複數個值處獲得第一複數個量測，且計算量測之最小第二數目及與其相關之度量衡裝置之參數的第二值，使得度量衡裝置之參數的第二值小於度量衡裝置之參數的第一值同時仍與參數之第一值的密鑰資訊相似。

上文所描述之方法允許藉由在度量衡裝置之參數(例如，波長、照明輻射之偏振狀態或照明輻射之入射的多個角度)的不同值處採用多個量測來量測疊對。本領域中已知，在實際情形下，在對另一目標、同一晶圓或另一晶圓執行量測時，此校準可能不合適，此係因為儘管名義上相同，但處理條件實際上受到可能無法控制之非所要變化的影響。因此，需要提供一種方法以獲得針對每一經量測度量衡目標具有特殊性之最適當的量測條件。目前先進技術包含大量亦稱作配方選擇方法之此類方法。在本發明之一態樣中，上文所描述之計算疊對的方法亦可適於提供度量衡裝置之最合適的參數。因此，在本發明之一態樣中，提供一種方法，該方法 包含：藉由處於輻射之參數(諸如，波長、偏振或入射角度)之多個值的輻射照明目標，偵測處於該參數之該多個值的該輻射以及將經量測輻射分解為分量。取決於所關注之疊對值，例如圖10之疊對131，自該經量測輻射提取相關諧波。亦提取另一諧波。在配方選擇方法之另一態樣中，假定例如簡單的正弦依賴於該諧波，則重新計算經量測輻射對單個諧波之相關性。該方法不限於此功能性重新建構，可採用自諧波重新建構訊號之其他方法。在配方選擇方法之另一態樣中，比較基於個別諧波之經量測訊號的重新計算相依性。在一實施例中，最佳波長為如下波長：其中所關注之諧波(該諧波對應於所關注之疊對)的重新計算的相依性具有大於第一臨限值之值，且未關注之諧波之重新計算的相依性(因為該諧波添加且影響訊號)之值小於第二臨限值。

在一實施例中，基於具有作為第一臨限值及第二臨限值之輸入值的檢索演算法，以數值方式獲得選擇。在一實施例中，熟練的操作員可執行該選擇。在用以選擇最合適波長之方法之另一實施例中，選擇任意的波長。另外，選擇第二波長，使得該第二波長為在重新計算的相依性中之一者之週期內的距離。在一實施例中，基於兩個經選定波長之平均值計算所關注之值。在一實施例中，該等兩個波長之間的距離為重新計算的相依性中之至少一者之週期的一半。在另一實施例中，該距離為重新計算之相依性之間的距離的三分之一。

在又一實施例中，可藉由改變照明輻射之頻寬來執行非所要諧波對重新計算的訊號或對疊對之量測的貢獻值之抑制，使得抑制導致非所要諧波之分量。在一實施例中，用矩形濾光器特性過濾頻寬，其中該頻寬正與所關注之諧波之該週期或多個週期相匹配。在一實施例中，所關 注之諧波為產生非所要貢獻值之諧波。

本發明之上述描述適用於其中針對度量衡裝置之參數的每一值偵測輻射之單個值的度量衡。舉例而言，在暗場度量衡之情況下，在多個波長處量測目標之暗場影像之強度的平均值。應認識到，如圖3(a)中所描述之度量衡裝置亦可提供自互補感測器至在獲取影像時所使用之感測器的度量衡量測，例如使用圖3(a)之感測器19獲得之度量衡。此類量測與圖3(a)之感測器23獲得之且含有額外資訊(例如，角度資訊)的量測互補。

在本發明之另一態樣中，提出使用可用於互補量測單位中之資訊。該方法與相對於圖10至圖12所描述之方法類似，其中對在與影像偵測互補之偵測中所獲得的量測執行分解。藉由存在於影像量測之互補平面中之光傳播的基本架構基塊來判定分解之元件。可基於考慮具有目標結構之所有可能輻射路徑之傳播及求和的理論模型計算此類架構基塊。就此而言，相對於其中在度量衡裝置之影像平面中偵測輻射之方法，該方法需要額外最佳化步驟。最佳化步驟包含判定在互補平面至影像平面中形成訊號之相關元件。在係關於在度量衡裝置之互補平面至影像平面中之量測的本發明之一態樣中，形成經量測訊號之分解之基礎的元素為由目標散射之輻射的空間模式或分量。此方法之重要優勢在於同時捕捉來自目標結構內之各種輻射路徑的貢獻值，此事實可明顯改良度量衡程序之產出量。

儘管上文可特定地參考在光學微影之上下文中對本發明之實施例的使用，但將瞭解，本發明可用於其他應用(例如，壓印微影)中，且在上下文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界定基板上產生之圖案。可將圖案化器件之構形壓入至供應至基板之抗蝕劑層中，在基板上，藉由施加電磁輻射、熱、壓力或其組合而固化 抗蝕劑。在抗蝕劑固化之後將圖案化器件移出抗蝕劑，從而在該圖案化器件中留下圖案。

在以下經編號條項中描述本發明之另外實施例：

1.一種方法，其包含：量測自一度量衡目標反射之輻射，及將經量測輻射分解為分量。

2.如條項1之方法，其中藉由對該經量測輻射進行一傅立葉變換來分解該經量測輻射。

3.一種用以量測一微影程序之一參數之方法，其包含：a)藉由輻射照明一度量衡目標，b)偵測來自該目標之經散射輻射，c)改變度量衡裝置之一參數，d)針對該度量衡裝置之該參數之多個數值重複步驟a)至c)，及e)將該輻射分解為分量。

4.如條項3之方法，其中該分解為一傅立葉變換。

5.如條項3之方法，其中該方法進一步包含選擇小於一臨限值320之該等分量。

6.如條項3之方法，其中使用一逆向分解且僅利用經選定分量來產生疊對。

7.一種用以量測一微影程序之一參數之方法，其包含：a)藉由輻射照明一度量衡目標，b)偵測來自該目標之經散射輻射，c)改變度量衡裝置之一參數， d)針對該度量衡裝置之該參數之多個值重複步驟a)至c)，e)將一濾光器應用於在步驟d)中獲得之量測。

8.如條項7之方法，其中將在步驟d)中獲得之該量測分解為個別分量。

9.如條項7之方法，其中濾光器320包含界定一個別分量之一上限值及一下限值。

10.如條項7之方法，其中濾光器320包含界定分量之一區間之一上限值及一下限值。

11.如條項7之方法，其中濾光器320為變化的。

12.一種表徵一微影程序之方法，其包含：在一第一目標部位處獲得底部光柵之一3D不對稱映圖，重複獲得多個目標之3D不對稱映圖，以及基於上述量測獲得一晶圓之目標不對稱之映圖。

13.一種用以選擇一度量衡裝置之一參數的方法，其包含：在一度量衡裝置之一參數之一第一複數個值處獲得一第一複數個量測，以及計算量測之一最小第二數目及與其相關之該度量衡裝置之該參數的第二值，使得該度量衡裝置之該參數的該等第二值小於該度量衡裝置之該參數的該等第一值。

14.一種電腦程式，其包含可操作以在運行於一合適裝置上時執行如條項1至13中任一項之方法的程式指令。

15.一種非暫時性電腦程式載體，其包含如條項14之電腦程式。

16.一種量測一程序之一參數之方法，其包含： 量測自一度量衡目標反射之輻射，將經量測輻射分解為分量，計算代表每一分量之至少兩個相位值，以及根據該等相位之間的一關係計算該參數。

17.一種用於度量衡程序之配方選擇方法，其包含：照明處於照明源之多個參數之一度量衡目標，藉由處於該照明源之該多個參數之該度量衡目標來偵測一經散射輻射，將經量測輻射分解為分量，重新計算對應於該等分量中之至少一者之該經量測輻射的一相關性，以及針對相對於一臨限值所判定之該相關性的一值選擇該照明源之一參數。

18.一種方法，其包含：量測自一度量衡目標反射之輻射，及將經量測輻射分解為空間分量。

19.如條項18之方法，其中在與該度量衡裝置之影像平面互補之一平面中獲得該經量測輻射。

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，具有或約365、355、248、193、157或126nm之波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如具有在5至20nm範圍內之波長)，以及粒子束，諸如離子束或電子束。

術語「透鏡」在上下文允許之情況下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。

特定實施例之前述描述揭露本發明之實施例之一般性質，使得在不脫離本發明之一般概念的情況下，其他人可藉由應用此項技術之技能範圍內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，基於本文中所存在之教示及指導，此等調適及修改意欲在所揭示實施例之等效者的涵義及範圍內。應理解，本文中之措辭或術語係出於藉由實例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文所描述之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。

M1:步驟

M2:步驟

M3:步驟

M4:步驟

M5:步驟

M6:步驟

Claims (11)

1. 一種用以量測一微影程序之一參數之方法，其包含：量測自一度量衡目標反射之輻射，將經量測輻射分解為分量(components)，計算代表每一分量之至少兩個相位值，及根據該等相位之間的一關係計算該參數。
2. 如請求項1之方法，其中藉由對該經量測輻射進行一傅立葉變換來分解該經量測輻射。
3. 一種用以量測一微影程序之一參數之方法，其包含：a)藉由輻射照明一度量衡目標，b)偵測來自該目標之經散射輻射，c)改變度量衡裝置之一參數，d)針對該度量衡裝置之該參數之多個值重複步驟a)至c)，及e)將該輻射分解為分量。
4. 如請求項3之方法，其中該分解為一傅立葉變換。
5. 如請求項3之方法，其中該方法進一步包含選擇小於一臨限值320之該等分量。
6. 如請求項3之方法，其中使用一逆向分解且僅利用經選定分量來產生疊對。
7. 一種用以量測一微影程序之一參數之方法，其包含：a)藉由輻射照明一度量衡目標，b)偵測來自該目標之經散射輻射，c)改變度量衡裝置之一參數，d)針對該度量衡裝置之該參數之多個值重複步驟a)至c)，e)將一濾光器應用於在步驟d)中獲得之量測。
8. 如請求項7之方法，其中將在步驟d)中獲得之該量測分解為個別分量。
9. 如請求項7之方法，其中濾光器320包含界定一個別分量之一上限值及一下限值。
10. 如請求項7之方法，其中濾光器320包含界定分量之一區間之一上限值及一下限值。
11. 如請求項7之方法，其中濾光器320為變化的。

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