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TWI579539B - 用於檢測及度量衡的方法與設備 - Google Patents

用於檢測及度量衡的方法與設備 Download PDF

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TWI579539B
TWI579539B TW105106580A TW105106580A TWI579539B TW I579539 B TWI579539 B TW I579539B TW 105106580 A TW105106580 A TW 105106580A TW 105106580 A TW105106580 A TW 105106580A TW I579539 B TWI579539 B TW I579539B
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登 波斯 西特喜 希巨門 凡
Original Assignee
Ａｓｍｌ荷蘭公司
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Description

用於檢測及度量衡的方法與設備
本發明係關於一種用於校正自度量衡目標擷取之經量測輻射分佈中之誤差的方法及設備。
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)製造中。在彼情況下，圖案化器件(其替代地被稱作光罩或比例光罩)可用以產生待形成於IC之個別層上之電路圖案。可將此圖案轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，包括晶粒之一部分、一個晶粒或若干晶粒)上。通常經由成像至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上而進行圖案之轉印。一般而言，單一基板將含有經順次地圖案化之鄰近目標部分之網路。已知微影設備包括：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每一目標部分；及所謂的掃描器，其中藉由在給定方向(「掃描」方向)上經由輻射光束而掃描圖案同時平行或反平行於此方向而同步地掃描基板來輻照每一目標部分。亦有可能藉由將圖案壓印至基板上而將圖案自圖案化器件轉印至基板。
為了監測微影程序，檢測經圖案化基板且量測經圖案化基板之一或多個參數。舉例而言，一或多個參數可包括形成於經圖案化基板中或上之順次層之間的疊對誤差，及/或經顯影感光性抗蝕劑之臨界線 寬。可對產品基板自身之目標及/或對提供於該基板上之專用度量衡目標執行此量測。存在用於對在微影程序中形成之微觀結構進行量測之各種技術，包括使用掃描電子顯微鏡及/或各種特殊化工具。
快速且非侵入性之形式的特殊化檢測工具為散射計，其中將輻射光束導向至基板之表面上之目標上，且量測經散射或經反射光束之屬性。藉由比較光束在其已由基板反射或散射之前與之後的一或多個屬性，可判定基板之一或多個屬性。兩種主要類型之散射計為吾人所知。光譜散射計將寬頻帶輻射光束導向至基板上且量測被散射至特定窄角度範圍中之輻射之光譜(隨波長而變的強度)。角度解析散射計使用單色輻射光束且量測隨角度而變的經散射輻射之強度。
散射量測之特定應用係在週期性目標內之特徵不對稱性之量測中。此散射量測可用作(例如)疊對誤差之量度，但其他應用亦為吾人所知。在角度解析散射計中，可藉由比較繞射光譜之相對部分(例如，比較週期性光柵之繞射光譜中之-1階與+1階)來量測不對稱性。此操作可簡單地在角度解析散射量測中完成，如(例如)在美國專利申請公開案US2006-066855中所描述。
隨著微影處理中之實體尺寸之縮減，需求(例如)增加量測準確度及/或縮減由專用於度量衡之目標佔據之空間。已設計出以影像為基礎之散射量測以允許藉由依次使用-1階輻射及+1階輻射來取得目標之分離影像而使用較小目標。此以影像為基礎之技術之實例在經公開的美國專利申請公開案第US2011-0027704號、第US2011-0043791號及第US2012-0044470號中予以描述，該等美國專利申請公開案之全文係以引用之方式併入本文中。
然而，不斷地需求進一步縮減目標大小及改良準確度，且現有技術遭受使得難以維持準確度及/或縮減目標之大小的各種約束。用以 改良檢測及量測技術之另一方式係使用固體浸潤透鏡(SIL)作為最靠近基板表面之光學元件。SIL與基板表面(例如，目標表面)之極端近接會引起大於1之極高有效數值孔徑(NA)。與此SIL一起使用非相干或相干輻射源會允許檢測極小目標。
為了利用漸增之數值孔徑，應將SIL與基板之間的間隙設定至所要值。舉例而言，間隙可在10奈米至50奈米之範圍內以使SIL與基板進行有效光學接觸。一種實例光學間隙量測方法及設備可涉及偵測高數值孔徑元件中之交叉偏振組件。接著由偵測器記錄交叉偏振信號，且可將交叉偏振信號用作至間隙控制程序中之輸入參數。在另一實例中，可參考經反射雷射輻射強度來控制間隙。將瞭解，其他方法及設備可用以達成表示間隙之信號(例如，表示其大小或表示其自標稱大小之變化)。
不顧任何偵測方法，SIL(或其他組件)與基板(或其他表面)之間的間隙皆應通常由關聯致動器及控制系統建立且維持於所要間隙距離或距離範圍。此係因為自由目標重新導向之輻射導出且使用SIL(或其他組件)所獲得之量測資料(例如，強度資料、影像等等)取決於間隙，且因此，任何所關注參數(例如，目標圖案之部分之高度、目標圖案之部分之寬度、目標圖案之一或多個各種層之厚度等等)將取決於間隙距離，此係因為自基板重新導向之輻射係以消散方式(evanescently)耦合至SIL。
但，不管用以建立且維持所要間隙之控制機制，殘餘動態誤差皆通常存在於間隙中，亦即，間隙距離相對於所要或預期間隙距離存在動態誤差。且，已發現，在絕對意義上的間隙距離之甚至小的變化仍可在判定自量測資料導出之一或多個所關注參數時造成不可接受地大的誤差。因此，需要提供(例如)一或多種方法及設備以針對SIL與基板之間的間隙中之殘餘誤差來校正使用SIL(或其他組件)所獲得之量 測資料，及/或使用經校正量測資料來導出所關注參數。
在一態樣中，提供一種用以校正與一目標相關聯之輻射強度以用於重新建構與該目標相關之一或多個所關注參數的方法。
在一態樣中，揭示一種涉及用於一目標之一輻射強度分佈之方法，該輻射強度分佈係使用與該目標相隔一間隙之一光學組件予以量測，該方法包含：計算用於隨該間隙之距離變化而變的該輻射強度分佈之輻射強度變化的一校正因數。
在一態樣中，提供一種方法，其包含：對於一給定目標結構，計算用於輻射強度對該目標結構與一光學元件之間的一間隙之相依性的一二階導數張量；判定一間隙變化分佈遍及一量測時段之一統計方差；及基於該統計方差及該二階導數張量來判定用於該目標結構之一輻射強度變化。
在一態樣中，提供一種方法，其包含：對於一給定目標結構，計算用於輻射強度對該目標結構與一光學元件之間的一間隙之相依性的一二.階導數張量；評估一間隙變化分佈在該目標之一量測時段內之統計方差，該間隙變化分佈係基於一經量測間隙信號；及基於該二階導數張量及該間隙變化分佈之該統計方差來評估隨該間隙之變化而變的橫越該目標結構之一平均輻射強度變化。
2‧‧‧輻射投影儀/輻射源/照明配置
4‧‧‧光譜儀偵測器
10‧‧‧光譜
11‧‧‧背向投影式光瞳平面
12‧‧‧透鏡系統/照明配置/照明光學件
13‧‧‧干涉濾光器/照明配置
14‧‧‧參考鏡面
15‧‧‧接物鏡/物鏡/透鏡系統
16‧‧‧部分反射表面
17‧‧‧偏振器/照明配置
18‧‧‧偵測器
30‧‧‧基板目標/目標
30'‧‧‧目標
60‧‧‧固體浸潤透鏡(SIL)/透鏡元件
62‧‧‧框架/組件
64‧‧‧臂/組件
66‧‧‧致動器/組件
70‧‧‧雷射源/雷射輻射源
72‧‧‧光纖
108‧‧‧經量測輻射分佈
206‧‧‧參數化模型
208‧‧‧經計算輻射分佈/經計算輻射強度分佈
210‧‧‧麥克斯維爾(Maxwell)求解器
212‧‧‧步驟
700‧‧‧矽基板
710‧‧‧二氧化矽(SiO2)層/上覆層
720‧‧‧氮化矽(Si3N4)層
730‧‧‧正矽酸四乙酯(TEOS)層/上覆層
740‧‧‧氮化矽(Si3N4)層
1500‧‧‧步驟
1502‧‧‧步驟
1504‧‧‧步驟
1506‧‧‧步驟
1508‧‧‧步驟
1510‧‧‧步驟
1514‧‧‧步驟
1516‧‧‧步驟
1518‧‧‧步驟
AD‧‧‧調整器
AS‧‧‧對準感測器
B‧‧‧輻射光束
BCD‧‧‧底部臨界尺寸
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
H1‧‧‧距離
H2‧‧‧距離
H3‧‧‧距離
H4‧‧‧距離
I/O1‧‧‧輸入/輸出埠
I/O2‧‧‧輸入/輸出埠
IF‧‧‧位置感測器
IL‧‧‧照明系統/照明器
IN‧‧‧積光器
L‧‧‧間距
LA‧‧‧微影設備
LACU‧‧‧微影控制單元
LB‧‧‧裝載匣
LC‧‧‧微影製造單元
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
PM‧‧‧第一定位器
PS‧‧‧投影系統
PU‧‧‧處理器/單元
PW‧‧‧第二定位器
RF‧‧‧參考框架
RO‧‧‧基板處置器或機器人
S‧‧‧照明光點/光點
S'‧‧‧光點
S101‧‧‧步驟
S102‧‧‧步驟
S103‧‧‧步驟
S104‧‧‧步驟
S105‧‧‧步驟
SC‧‧‧旋塗器
SCS‧‧‧監督控制系統
SO‧‧‧輻射源/源
TCD‧‧‧頂部臨界尺寸
TCU‧‧‧塗佈顯影系統控制單元
W‧‧‧基板
WTa‧‧‧基板台
WTb‧‧‧基板台
現在將參考隨附圖式而僅作為實例來描述實施例，在圖式中：圖1示意性地描繪微影設備之實施例；圖2示意性地描繪微影製造單元(lithographic cell)或叢集(cluster)之實施例；圖3示意性地描繪實例檢測設備及度量衡技術；圖4示意性地描繪實例檢測設備；圖5說明檢測設備之照明光點與度量衡目標之間的關係； 圖6示意性地描繪基於量測資料來導出所關注參數之程序；圖7描繪目標標記之一個間距之實例；圖8描繪包含固體浸潤透鏡(SIL)之實例檢測設備；圖9描繪間隙在時間上與其標稱值之偏差(間隙變化)之經模擬值之實例；圖10A至圖10C描繪與遍及各別不同獲取時間之兩組資料相關聯之實例經模擬間隙變化分佈；圖11A描繪針對用於重新建構目標圖案之一組經模擬間隙分佈的頂部CD變化之各種經模擬值之實例出現頻率；圖11B描繪針對用於重新建構目標圖案之一組經模擬間隙分佈的底部CD變化之各種經模擬值之實例出現頻率；圖11C描繪針對用於重新建構目標圖案之一組經模擬間隙分佈的光柵之高度變化之各種經模擬值之實例出現頻率；圖11D描繪針對用於重新建構目標圖案之一組經模擬間隙分佈的間隙距離變化之各種經模擬值之實例出現頻率；圖12A至圖12D描繪CD變化(對於頂部CD)對用於間隙分佈之各種不同類型之數學矩的經模擬間隙分佈之數學矩之各種經模擬值的相依性；圖13A至圖13G描繪CD變化針對與具有經模擬間隙分佈之方差(第二數學矩)之目標圖案相關之各種參數的相依性；圖14描繪用以基於使用SIL所獲得之經量測資料來導出目標圖案之一或多個所關注參數的程序之流程圖；且圖15示意性地描繪用以基於使用SIL所獲得之經量測資料來導出目標圖案之一或多個所關注參數的程序之流程圖。
在詳細地描述實施例之前，有指導性的是呈現可供實施實施例之 實例環境。
圖1示意性地描繪微影設備LA。該設備包含：-照明系統(照明器)IL，其經組態以調節輻射光束B(例如，UV輻射或DUV輻射)；-支撐結構(例如，光罩台)MT，其經建構以支撐圖案化器件(例如，光罩)MA，且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位該圖案化器件之第一定位器PM；-基板台(例如，晶圓台)WT，其經建構以固持基板(例如，抗蝕劑塗佈晶圓)W，且連接至經組態以根據某些參數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)PL，其經組態以將由圖案化器件MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C(例如，包含一或多個晶粒)上，該投影系統被支撐於參考框架(RF)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以固持圖案化器件。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。本文中對術語「比例光罩」或「光罩」之任何使用皆可被認為與更一般之術語「圖案化器件」同義。
本文中所使用之術語「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產生之器件(諸如積體電路)中之特定功能層。
圖案化器件可為透射的或反射的。圖案化器件之實例包括光罩、可程式化鏡面陣列，及可程式化LCD面板。光罩在微影中為吾人所熟知，且包括諸如二元、交替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如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的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。本文中對術語「投影透鏡」之任何使用皆可被認為與更一般之術語「投影系統」同義。
如此處所描繪，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)或兩個以上台(例如，兩個或兩個以上基板台WTa、WTb、兩個或兩個以上圖案化器件台、在無專用於(例如)促進量測及/或清潔等等之基板的投影系統下方之基板台WTa及基板台WTb)之類型。在此等「多載物台」機器中，可並行地使用額外台，或可在一或多個台上進行預備步驟，同時將一或多個其他台用於曝光。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、傾角等等)量測。
微影設備亦可屬於如下類型：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設備中之其他空間，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被熟知用於增加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，源與微影設備可為分離實體。在此等狀況下，源不被認為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可包含經組態以調整輻射光束之角強度分佈之調整器AD。通常，可調整照明器之光瞳平面中之強度分佈的至少外部徑向範圍及/或內部徑向範圍(通常分別被稱作σ外部及σ內部)。另外，照明器IL可包含各種其他組件，諸如積光器IN及聚光器CO。照明器可用以調節輻射光束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分佈。
輻射光束B入射於被固持於支撐結構(例如，光罩台)MT上之圖案化器件(例如，光罩)MA上，且係由該圖案化器件圖案化。在已橫穿圖案化器件MA的情況下，輻射光束B傳遞通過投影系統PL，投影系統PL將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置感測器IF(例如，干涉量測器件、線性編碼器、2-D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中被明確地描繪)可用以(例如)在自光罩庫之機械擷取之後或在掃描期間相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化器件 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)來實現支撐結構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，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。儘管如所說明之基板對準標記佔據專用目標部分，但該等標記可位於目標部分之間的空間中(此等標記被稱為切割道對準標記)。相似地，在一個以上晶粒被提供於圖案化器件MA上的情形中，圖案化器件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)。接著，使基板台WT在X及/或Y方向上移位，使得可曝光不同目標部分C。在步進模式中，曝光場之最大大小限制單次靜態曝光中成像之目標部分C之大小。
2.在掃描模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，同步地掃描支撐結構MT及基板台WT(亦即，單次動態曝光)。可藉由投影系統PL之放大率(縮小率)及影像反轉特性來判定基板台WT相對於支撐結構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，通常使用脈衝式輻射源，且在基板台WT之每一移動之後或在一掃描期間之順次輻射脈衝 之間視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。
亦可使用對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所展示，微影設備LA可形成微影製造單元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。習知地，此等設備包括用以沈積一或多個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/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，使該等基板在不同程序設備之間移動，且將該等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)之此等設備受到塗佈顯影系統控制單元TCU控制，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)等等。因此，經定位有微影製造單元LC之製造設施亦通常包括度量衡系統MET，度量衡系統MET接收已在該微影製造單元中處理之基板W中之一些或全部。度量衡系統MET可為微影製造單元LC之部分，例如，其可為微影設備LA之部分。
可將度量衡結果直接地或間接地提供至監督控制系統SCS。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光(尤其是在可足夠迅速地且快速地完成檢測使得批量之一或多個其他基板仍待曝光的情況下)及/或對經 曝光基板之後續曝光進行調整。又，已經曝光之基板可被剝離及重工以改良良率，或被捨棄，藉此避免對已知為有缺陷之基板執行進一步處理。在基板之僅一些目標部分有缺陷之狀況下，可僅對良好的彼等目標部分執行進一步曝光。
在度量衡系統MET內，檢測設備用以判定基板之一或多個屬性，且尤其是判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不同層間如何變化。檢測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。為了實現快速量測，需要使檢測設備緊接地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折射率差-且並非所有檢測設備皆具有充分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描繪實例檢測設備(例如，散射計)。其包含將輻射投影至基板W上之寬頻帶(白光)輻射投影儀2。經反射輻射被傳遞至光譜儀偵測器4，光譜儀偵測器4量測鏡面反射輻射之光譜10(隨波長而變的強度)，如在(例如)曲線圖中之左下部中所展示。根據此資料，可(例如)藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸或藉由與圖3之右底部處所展示之經模擬光譜庫的比較而由處理器PU重新建構產生經偵測光譜之結構或剖面。一般而言，對於重新建構，結構之一般形式為吾人所知，且 根據藉以製造該結構之程序之知識來採取一些參數，從而僅留下該結構之少數參數以根據經量測資料予以判定。此檢測設備可經組態為正入射檢測設備或斜入射檢測設備。
圖4中展示可使用之另一檢測設備。在此器件中，由輻射源2發射之輻射係使用透鏡系統12予以準直且透射通過干涉濾光器13及偏振器17、由部分反射表面16反射且經由接物鏡15而聚焦至基板W上之光點S中，接物鏡15具有高數值孔徑(NA)，理想地為至少0.9或至少0.95。浸潤檢測設備(使用諸如水之相對高折射率流體)可甚至具有大於1之數值孔徑。
如在微影設備LA中，可在量測操作期間提供一或多個基板台以固持基板W。該等基板台可在形式上與圖1之基板台WTa、WTb相似或相同。在檢測設備與微影設備整合之實例中，該等基板台可甚至為同一基板台。可將粗略定位器及精細定位器提供至第二定位器PW，第二定位器PW經組態以相對於量測光學系統來準確地定位基板。提供各種感測器及致動器(例如)以獲取所關注目標之位置，且將所關注目標帶入至接物鏡15下方之位置中。通常將對橫越基板W之不同部位處之目標進行許多量測。可在X及Y方向上移動基板支撐件以獲取不同目標，且在Z方向上移動基板支撐件以獲得目標相對於光學系統之焦點之所要部位。舉例而言，當光學系統實務上可保持實質上靜止(通常在X及Y方向上，但可能亦在Z方向上)且僅基板移動時，方便的是將操作考慮及描述為如同接物鏡被帶入至相對於基板之不同部位。倘若基板與光學系統之相對位置為正確的，則原則上無關緊要的是：彼等者中之哪一者在真實世界中移動，或若兩者皆移動，或光學系統之部分的組合移動(例如，在Z及/或傾角方向上)而光學系統之其餘部分靜止且基板移動(例如，在X及Y方向上，且亦視情況在Z及/或傾角方向上)。
由基板W重新導向之輻射接著通過部分反射表面16而傳遞至偵測器18中以便偵測光譜。偵測器可位於背向投影式光瞳平面11中，背向投影式光瞳平面11處於透鏡系統15之焦距，然而，該光瞳平面可代替地運用輔助光學件(圖中未繪示)而再成像至偵測器上。光瞳平面為輻射之徑向位置界定入射角且角度位置界定輻射之方位角的平面。偵測器可為二維偵測器，使得可量測基板目標30之二維角度散射光譜。偵測器18可為(例如)CCD或CMOS感測器陣列，且可使用(例如)每圖框40毫秒之積分時間。
參考光束可用以(例如)量測入射輻射之強度。為了進行此量測，當輻射光束入射於部分反射表面16上時，使輻射光束之部分通過部分反射表面16作為參考光束而透射朝向參考鏡面14。參考光束接著投影至同一偵測器18之不同部分上或替代地投影至不同偵測器(圖中未繪示)上。
一或多個干涉濾光器13可用以選擇在為(比如)405奈米至790奈米或甚至更低(諸如200奈米至300奈米)之範圍內之所關注波長。該干涉濾光器可為可調諧的，而非包含一組不同濾光器。可使用光柵以代替干涉濾光器。孔徑光闌或空間光調變器(圖中未繪示)可提供於照明路徑中以控制目標上之輻射之入射角範圍。
偵測器18可量測在單一波長(或窄波長範圍)下的經重新導向輻射之強度、分離地在多個波長下的經重新導向輻射之強度，或遍及一波長範圍而積分的經重新導向輻射之強度。此外，偵測器可分離地量測橫向磁偏振輻射及橫向電偏振輻射之強度，及/或橫向磁偏振輻射與橫向電偏振輻射之間的相位差。
基板W上之目標30可為1-D光柵，其經印刷使得在顯影之後，長條(bar)係由固體抗蝕劑線形成。目標30可為2-D光柵，其經印刷使得在顯影之後，光柵係由抗蝕劑中之固體抗蝕劑導柱或通孔形成。長 條、導柱或通孔可被蝕刻至基板中。圖案(例如，長條、導柱或通孔之圖案)對微影投影設備(特別是投影系統PS)中之色像差敏感，且照明對稱性及此像差之存在將以經印刷光柵中之變化而表明。因此，經印刷光柵之經量測資料用以重新建構該光柵。可根據印刷步驟及/或其他檢測程序之知識而將1-D光柵之一或多個參數(諸如線寬及/或形狀)或2-D光柵之一或多個參數(諸如導柱或通孔寬度或長度或形狀)輸入至由處理器PU執行之重新建構程序。
除了藉由重新建構進行參數之量測以外，角度解析散射量測亦有用於產品及/或抗蝕劑圖案中之特徵之不對稱性量測。不對稱性量測之一特定應用係針對疊對之量測，其中目標30包含一組週期性特徵，其疊置於另一組週期性特徵上。使用圖3或圖4之器具之不對稱性量測的概念係(例如)在美國專利申請公開案US2006-066855中予以描述，該美國專利申請公開案之全文併入本文中。簡言之，雖然目標之繞射光譜中的繞射階之位置係僅由目標之週期性判定，但繞射光譜中之不對稱性指示構成該目標之個別特徵中之不對稱性。在圖4之器具中，在偵測器18可為影像感測器的情況下，繞射階中之此不對稱性直接地表現為由偵測器18記錄之光瞳影像中之不對稱性。此不對稱性可藉由單元PU中之數位影像處理予以量測，且對照已知疊對值予以校準。
圖5說明典型目標30之平面圖，及圖4之設備中之照明光點S之範圍。為了獲得無來自周圍結構之干涉的繞射光譜，在一實施例中，目標30為大於照明光點S之寬度(例如，直徑)之週期性結構(例如，光柵)。光點S之寬度可小於目標之寬度及長度。換言之，目標被照明「填充不足」，且繞射信號無目標自身外部之產品特徵及其類似者之干涉。照明配置2、12、13、17可經組態以橫越物鏡15之光瞳平面提供均一強度之照明。替代地，藉由(例如)在照明路徑中包括孔徑，照明可限於同軸方向或離軸方向。
圖6示意性地描繪基於使用度量衡所獲得之量測資料來判定目標圖案之一或多個所關注參數的實例程序。由偵測器18偵測之輻射提供用於目標30'之經量測輻射分佈108。此經量測輻射分佈108含有用以使得能夠導出所關注參數(諸如形成於基板中或上之順次層之間的疊對誤差及/或(例如)經顯影感光性抗蝕劑之臨界尺寸)之資訊。圖7描繪目標(諸如目標30、30')之實例部分，及構成該目標且與該目標相關聯之各種材料之實例層。舉例而言，目標可包含上覆於裸矽基板700之二氧化矽(SiO2)層710。上覆層710可為上覆有正矽酸四乙酯(TEOS)層730之氮化矽(Si3N4)層720，其可形成光柵特徵。上覆層730為另外氮化矽(Si3N4)層740，其可形成另外光柵特徵(例如，用於量測疊對之光柵特徵)。圖7進一步描繪有助於界定目標的目標之各種參數，例如，表示層710之厚度的距離H1、表示層720之厚度的距離H2、表示層730之厚度的距離H3、表示層740之厚度的距離H4、層740之頂部臨界尺寸TCD，及層740之底部臨界尺寸BCD。此等各種(及其他)參數影響在偵測器18處獲得之輻射分佈。
對於給定目標30'，可使用(例如)數值麥克斯維爾(Maxwell)求解器210而根據用於目標30'之圖案之參數化模型206來計算/模擬輻射分佈208。參數化模型206可包括圖7中所識別之參數及/或諸如一或多個層之折射率、一或多個層之側壁角度等等之其他參數中的一或多者。參數之初始值可為針對正被量測之目標所預期的彼等值。接著在212處比較經量測輻射分佈108與經計算輻射分佈208以判定該兩者之間的差。若存在差，則可變化參數化模型206之參數中之一或多者的值，計算新的經計算輻射分佈208，且比較新的經計算輻射分佈208與經量測輻射分佈108直至在經量測輻射分佈108與經計算輻射分佈208之間存在充分匹配為止。此時，參數化模型206之參數之值提供實際目標30'之幾何形狀的良好或最佳匹配。參數化模型之彼等參數中之一者 (例如，CD)可由使用者用於評估微影程序。另外或替代地，可自參數化模型之值中之一或多者導出所關注參數。
但，需求縮減由度量衡目標佔據之空間。
舉例而言，需要縮減基板上之目標部分C之間的「切割道」之寬度，其中習知地已定位有度量衡目標。另外或替代地，需要(例如)在器件圖案自身內包括度量衡目標以允許諸如CD及/或疊對之參數之變化的較準確監測及校正。為此目的，新近已設計出以繞射為基礎之度量衡的替代方法。舉例而言，在以影像為基礎之度量衡中，產生目標之兩個影像，每一影像使用繞射光譜之不同的經選擇階。在比較兩個影像的情況下，吾人可獲得不對稱性資訊。藉由選擇影像之部分，吾人可將目標信號與其周圍環境分離。可使目標較小且目標無需為方形，使得可在同一照明光點內包括若干目標。此技術之實例在美國專利申請公開案US2011-0027704、US2011-0043791及US2012-0044470中予以描述。
除了縮減由度量衡目標佔據之空間以外或替代縮減由度量衡目標佔據之空間，需求改良量測自身之性質，諸如其準確度。舉例而言，需要(例如)獲得量測之較高敏感度。另外或替代地，需要(例如)獲得上文所描述之重新建構中之各種參數之間的較佳解耦。舉例而言，需要藉由縮減或消除與影響一個所關注參數之另一所關注參數相關聯之量測的效應來獲得特定所關注參數中之每一者的較佳值。
隨著不斷地需求大小縮減及/或準確度，現有技術可遇到一些技術限制。舉例而言，一些方法需要擷取至少±1繞射階。在考量物鏡15之數值孔徑的情況下，此約束目標之週期性結構之間距(L)。為了改良敏感度及/或為了縮減目標大小，吾人可考慮使用較短波長λ。另外，目標不能太小，否則其將不具有足夠特徵以被視為週期性結構。因此，作為一實例，使用尺寸遠大於產品(例如，器件)佈局之尺寸的 週期性結構特徵(例如，線)來量測疊對，從而使疊對量測較不可靠。理想地，特徵線及間距應與產品特徵具有相似尺寸。
圖8展示可實現量測自身之性質(例如，準確度)之改良及/或目標大小之縮減的檢測設備。在圖8中，光點S'(其在(例如)需要較小目標的情況下可小於習知大小)可應用於目標30'(其在(例如)需要較小目標的情況下可小於習知大小，例如，具有較小間距之特徵)。類似參考數字貫穿諸圖係指類似組件。
在比較圖8之設備與圖4之設備的情況下，第一差異為將額外透鏡元件60提供為接近於目標30'。此額外透鏡為小型固體浸潤透鏡(SIL)，其寬度(例如，直徑)僅為大約一毫米，例如，在1毫米至5毫米之範圍內，例如，約2毫米。在一實例中，SIL包含材料半球，其接收與其表面成實質上正入射角之輻射射線。在一實施例中，SIL可為不同形狀，諸如超半球。在一實施例中，SIL係由折射率為n之材料構成，諸如玻璃、熔凝石英、材料組合等等。在SIL材料內，原始射線之數值孔徑(NA)被倍增n。經接收射線開始聚焦於半球或超半球之大約中心處且形成一光點，該光點比在不存在SIL的情況下的光點小n倍。舉例而言，具有n=2之典型玻璃半球將使經聚焦光點之寬度縮減2倍。
光學元件在液體中之浸潤已用以增加顯微法及光微影中之解析度。固體浸潤透鏡可達成相似增益而無液體浸潤之不便/問題。然而，為了確保增加之NA實際上確實增加系統之解析度，SIL之底部必須與目標30接觸或極接近於其而定位。此限定其實務應用。
亦可使用所謂的微SIL。此SIL之寬度(例如，直徑)小許多倍，例如，寬度為約2微米而非約2毫米。在圖8之設備中之SIL 60為微SIL的實例中，微SIL可具有小於或等於10微米之寬度(例如，直徑)，潛在地小於或等於5微米。
無論使用小型SIL 60抑或微SIL 60，其皆可附接至可移動支撐件，使得控制與基板之對準及近接比在具有較大寬度之透鏡之狀況下簡單得多。舉例而言，圖8中之SIL 60安裝至框架62。在一實施例中，框架62可移動。可提供致動器以移動框架62。在一實施例中，框架62支撐物鏡15。因此，在一實施例中，框架62可一起移動物鏡15及SIL 60兩者。在一實施例中，用於框架62之致動器可經組態以在實質上Z方向上移動框架62(及SIL 60)。在一實施例中，用於框架62之致動器可經組態以圍繞X軸及/或Y軸移動框架62(及SIL 60)。在一實施例中，SIL 60係在相對於框架62之相對固定位置中。此可被稱作單載物台配置，其中物鏡15及SIL 60相對於彼此固定且由框架62之致動器移動。在此狀況下，一益處可為SIL可機械地定位於物鏡之焦點中。
如上文所提到，圖8中之SIL 60安裝至框架62，在一實施例中，框架62支撐物鏡15。當然，SIL 60可安裝於與彼支撐物鏡15分離之框架上。在一實施例中，SIL 60經由臂64及致動器66而連接至框架(例如，框架62)。致動器66可(例如)在操作中為壓電的或音圈致動的。SIL 60具有致動器以在可移動物鏡15與SIL 60之間造成相對移動的配置可被稱作雙載物台配置。在雙載物台中，可分離某些功能性。舉例而言，(相對大)物鏡載物台包含相對重物鏡且可具有相對大運動範圍。在一實施例中，物鏡載物台可僅實質上在Z方向(實質上垂直於表面)上移動。另外，其可具有足以用於相對長位移範圍但可能不足以(例如，太低)用於抑制小表面干擾之某一頻寬(例如，~100赫茲)。(相對小)SIL載物台包含相對輕SIL且可具有相對小運動範圍。在一實施例中，SIL載物台可(例如)在Z方向上且圍繞X軸及/或Y軸以至少3個自由度移動以將SIL定為成實質上平行於表面。另外，其可具有用以抑制小表面干擾(例如，~1奈米至5奈米)之某一頻寬(例如，足夠高)。SIL載物台可不具有足以涵蓋所要全部行進範圍之機械範圍。因此， SIL載物台可用以將SIL定位於表面上方之約10奈米至50奈米處，而物鏡載物台可將物鏡定位於相對於表面之焦點處。
致動器66可與一或多個其他致動器組合而操作，從而相對於目標來總體上定位物鏡。關於(例如)上文所提及之粗略定位器及精細定位器，致動器66可被視為超精細定位器。此等不同定位器之伺服控制迴路可彼此整合。組件62、64及66連同基板台及定位器(上文所提及，但圖8中未繪示)形成用於將SIL及目標T定位成彼此極其近接之支撐設備。如上文所提到，原則上，SIL 60可剛性地安裝至框架62，及/或可具有較大寬度。分離的臂及致動器允許較容易地控制極小間隙，如下文較詳細地所論述。
包括SIL 60會開啟聚焦至小得多的光點S'之可能性。SIL藉由自目標擷取近場輻射而工作，且為此目的，其經定位成比來自目標結構之輻射之一個波長(λ)實質上更接近，通常比一半波長(例如，大約λ/20)更接近。距離愈接近，近場信號至器具中之耦合愈強。因此，SIL 60與目標30'之間的間隙可小於100奈米，例如，介於10奈米與50奈米之間。因為有效地增加了檢測設備之NA，所以增強了敏感度及參數去相關性，使得可將目標週期性結構之間距縮減為較接近於產品尺寸。
在將使用微SIL之實例中，習知地用於(例如)散射計中之類型之非相干輻射不能聚焦至與微SIL一樣小的微米大小之光點。因此，在此實施例中或在使用巨型SIL(亦即，大於微SIL之SIL)之實施例中，輻射源2可改變為相干源。因此，雷射源70經由光纖72而耦接至照明光學件12等等。對基板上之光點大小之限制係由聚焦透鏡系統之數值孔徑及雷射波長設定。作為使用空間上相干輻射之額外益處，具有雷射輻射源70之器具可用以執行不同類型之散射量測或量測。舉例而言，相干傅立葉散射量測(coherent Fourier scatterometry；CFS)可用以量測目標。
如上文所強調，應在SIL與目標之間維持小間隙。亦如上文所強調，用於控制間隙之已知技術具有限制，特別是在將檢測多種不同目標結構及材料時。
但，即使改良了對間隙之控制，亦將難以(若並非不可能)消除控制系統之殘餘動態誤差。亦即，不管控制機制，間隙之實際值(例如，在10奈米至50奈米之範圍內之值，例如，20奈米、25奈米、30奈米或35奈米)可由於各種因素而變化，諸如設備中之振動、圍繞設備之移動、設備所處之地板之振動、凡得瓦爾(Van der Waals)力之變化性等等。
圖9展示與間隙之標稱值的實例偏差相對於用於在10奈米至50奈米之範圍內之間隙處使用SIL來獲取量測資料的時間。亦即，圖9中所標繪之變數為自所要或預期間隙值之改變，而非絕對間隙距離之量測，且此資料係用於經控制為處於某一標稱值之SIL。在圖9中可看出，雖然變化性之絕對值可相對小，但變化非常顯著，且此外，一些值相較於標稱值可相對高。因此，可不正確的是當自使用SIL所量測之輻射分佈導出一或多個所關注參數時假定間隙遍及獲取時間採取單一值且誤差不足夠顯著。因此，遍及量測資料之獲取時段採取間隙距離之單一值可減小一或多個經重新建構之所關注參數的精確度。因此，需要將校正應用於量測資料及/或自量測資料導出之一或多個所關注參數，以考量間隙距離之變化性。
因此，為了進行此類校正，應存在間隙距離變化性之量度。可使用任何可用間隙相關信號來判定/量測間隙變化。在一實施例中，用以控制間隙之控制信號可用作間隙變化之代理。此信號可足以針對特定資料收集即時地量測間隙變化分佈。另外，如此項技術中所知，現在或此後可使用間隙誤差信號(GES)且可使用此項技術中所知之技術中之任一者來獲得/量測間隙誤差信號(GES)。另外，為了實現一組特 定量測資料之校正，關於與該量測資料相關之間隙變化(例如，該間隙變化之值)的資訊應為可用的。舉例而言，可提供關於在量測資料之獲取時間之至少部分(若並非全部)內之間隙變化(例如，該間隙變化之值)的資訊。舉例而言，可提供關於在獲得量測資料之全部或部分之時間之前獲得之間隙變化(例如，該間隙變化之值)的資訊，例如，在獲取期間實際上未進行量測的情況下獲得之動態行為。
圖10A至圖10C展示針對兩組實例資料收集遍及三個不同時間間隔(分別為2毫秒、10毫秒及60毫秒)之間隙變化之分佈的曲線圖。該等分佈描繪在特定獲取時間期間x軸中之間隙之特定變化在y軸中的機率。可看出，間隙變化分佈針對不同資料收集可不同。因此，間隙變化分佈不僅取決於特定獲取時間時及期間的SIL之動態行為，而且取決於量測該行為所遍及之獲取時間。因此，不僅歸因於獲取時間期間之間隙距離之變化性，而且歸因於資料之收集之間的彼變化之變化性，同一目標在相同一般條件(例如，相同標稱間隙距離、量測輻射波長等等)下之量測可得到不同組量測資料，且因此得到一或多個經導出之所關注參數的不同值。
如上文所論述，經由SIL而耦合之輻射之強度對間隙之變化敏感。因此，間隙中之甚至小的殘餘誤差(例如，大約1奈米(如在圖9中所見))仍可誘發大於所要容差位準之重新建構誤差。舉例而言，圖11A至圖11D(分別)針對目標(諸如圖7之目標)之經模擬量測而描繪頂部CD、底部CD、目標之光柵特徵之高度(例如，圖7中之H1)及平均間隙的經計算(例如，經由模擬)變化。在此實例中，複數次判定來自目標之輻射強度分佈，每一模擬在特定獲取時間(例如，2毫秒)內具有其自有各別間隙分佈。自彼等輻射強度分佈導出頂部CD、底部CD及光柵特徵之高度，且接著判定其自實際CD之變化(由於此為經模擬資料，故真實CD為已知的)。另外，平均間隙為遍及獲取時間之間隙距 離的平均值，且計算其自標稱間隙距離之變化。因此，曲線圖在x軸中展示特定參數之變化百分比(亦即，自其真實或標稱值)，且在y軸中展示彼特定變化在該組經模擬量測中之出現次數。雖然光柵特徵之高度在其CD變化中展示極小方差(且該變化幾乎為零，亦即，如根據經模擬強度分佈所判定之高度大部分匹配於如模擬中所使用之高度)且平均間隙之變化相當均勻地分佈，但可出乎意料地看出，頂部CD及底部CD之變化之分佈中存在非常顯著的非均一性，且此外，該等分佈自零偏斜。
因此，在一實施例中，提出一種用以校正用於重新建構與目標相關之一或多個所關注參數之輻射強度的方法及設備。因此，為此，提供可應用於經量測或經計算強度分佈以達成經校正強度分佈之校正，該經校正強度分佈可用以導出一或多個所關注參數。
為了達成該校正，可建立強度分佈相對於光柵模型參數之模型。詳言之，可建立強度分佈之變化相對於一或多個光柵模型參數之變化的模型。舉例而言，光柵模型參數之變化△P i 與光瞳中量測之像素之強度變化△I之間的關係可被寫為以下泰勒(Taylor)展開式：
其中J、H及T分別表示像素強度相對於參數之一階、二階及三階導數張量，且係由以下方程式給出：
若假定僅間隙變化△A為非零(亦即，完美模型，惟間隙之變化除外)，則歸因於間隙變化之平均強度改變可被表達為：
其中μi表示間隙變化分佈之第i數學矩(亦即，分佈形狀參數)，且索引a表示間隙參數之索引。因此，該等矩係由以下方程式給出：
其中X表示間隙距離變化。因此，第一矩μ1為間隙變化分佈之平均值，第二矩μ2為間隙變化分佈之方差，第三矩μ3為間隙變化分佈之偏度，第四矩μ4為間隙變化分佈之峰度，等等。因此，強度改變之變化可被計算為隨間隙變化分佈之各種矩而變。
現在，可對照間隙分佈之各種矩來評估各種所關注參數中之每一者之變化(該等參數係自強度分佈予以重新建構)。舉例而言，圖12A至圖12D針對一組經模擬間隙變化分佈之首先四個數學矩之各種值(「x」)描繪自該等間隙變化分佈計算的頂部CD之經計算變化(「y」)。圖12A展示第一矩(平均值)之結果，圖12B展示第二矩(方差)之結果，圖12C展示第三矩(偏度)之結果，且圖12D展示第四矩(峰度)之結果。圖12C及圖12D展示偏度及峰度之正規化值。在審閱圖12A至圖12D時，自圖12B顯而易見，頂部CD與用於一組間隙變化分佈中的間隙變化分佈之第二矩(亦即，方差)強相關。
圖13A至圖13G針對一組經模擬間隙變化分佈之第二矩(方差)之各種值(「x」)描繪自該等間隙變化分佈計算的各種所關注參數之經計算變化(「y」)。圖13A展示頂部CD之結果，圖13B展示底部CD之結果，圖13C展示H1(參見圖7)之結果，圖13D展示H2(參見圖7)之結果，圖13E展示H3(參見圖7)之結果，圖13F展示H4(參見圖7)之結果，且圖13G展示平均間隙之結果。如圖13A至圖13F所展示的間隙變化分佈之方差與各種所關注參數之間的強(線性)相關性清晰地顯而易見。
可基於圖12A至圖12C及圖13A至圖13F推斷出：(1)一階強度改變 (間隙變化分佈之平均值的線性)係由間隙參數自身全部吸收；(2)二階強度改變(間隙變化分佈之方差的線性)造成與方差成線性的一或多個其他所關注參數之變化；及(3)三階強度改變(間隙變化分佈之偏度的線性)或高階強度改變可能太小而不能對一或多個其他所關注參數產生顯著影響(但為了較大準確度，其可包括於計算中)。
因此，為了移除歸因於間隙之動態殘餘誤差的所關注參數之不當變化，可有可能基於適用模型(亦即，量測處之特定標稱間隙值、正被量測之特定目標結構(例如，目標之層的尺寸、折射率等等)、所使用之特定輻射波長及/或偏振等等)來計算二階導數張量之H aa 元素的校正因數。在一實施例中，橫越光瞳計算二階導數張量，亦即，二階導數張量包含光瞳中之各種點(像素)之映像或矩陣。接著，與針對特定量測資料獲取所計算的間隙變化分佈之方差μ 2 組合，可以(例如)低計算成本校正強度分佈。
因此，可因此足以僅一次基於上文所論述之模型來計算二階導數張量(例如，赫斯(Hessian)矩陣)之H aa 元素以在基於自目標獲得之經量測輻射分佈來重新建構一或多個所關注參數時校正間隙之動態殘餘誤差。另外，可藉由使用表示間隙距離或其變化之控制信號而在資料獲取期間幾乎即時地獲得方差μ 2 。因此，在使用針對特定目標及量測條件所計算之二階導數張量以及根據特定量測資料獲取所計算之方差的情況下，可因此以低計算成本校正強度分佈。
圖14描繪根據一實施例之校正強度分佈之方法的流程圖。在步驟S101處，對於給定目標結構及量測條件(例如，標稱間隙值、輻射波長及/或偏振)，計算輻射強度對目標與光學元件之間的間隙變化之相依性的二階導數張量(例如，赫斯矩陣)。可使用(例如)使用給定目標結構及量測條件之適當模擬或其他數學計算來計算二階導數張量。
舉例而言，可如下計算導數張量，首先針對一階導數張量。向由 一組參數P=(p1,p2,p3，...)參數化之目標(例如，光柵)提供模型。求解器(例如，麥克斯維爾求解器)可計算將針對具有給定參數之目標所量測之光瞳強度分佈。光瞳中之強度分佈係由I(kx,ky)代表，其中(kx,ky)為光瞳之座標。因此，可針對該組標稱參數Pnom=(p1,p2,...)計算標稱光瞳Inom(kx,ky｜p1,p2,...)，且對於每一參數，可在彼參數變化一小量的情況下計算強度。對於第一參數，彼強度將為用於參數值P=(p1+δ,p2,...)之dI1(kx,ky｜p1+δ,p2,...)，其中δ小。接著由J1(kx,ky)=(dI1(kx,ky｜p1+δ,p2,...)-Inom(kx,ky｜p1,p2,...))/δ給出第一參數之一階導數(亞可比行列式(Jacobian))。用以計算二階或高階導數張量之程序係相似的，惟如下情形除外：現在亦包括高階交叉項，例如，針對比重H12(kx,ky)=(dI12(kx,ky)-Inom(kx,ky))/δ^2計算光瞳dI12(kx,ky｜p1+δ,p2+δ,p3,...)，等等。
在步驟S102處，判定間隙變化分佈在獲取時段內之統計方差。間隙變化分佈係基於經量測或其他間隙信號。如已論述，間隙信號可為指示絕對間隙或間隙變化之任何信號。舉例而言，經量測間隙信號可為自用於相對於目標表面來定位SIL之控制器接收之控制信號。
在步驟S103處，基於特定點之二階導數張量及間隙變化分佈之統計方差來計算歸因於間隙變化之橫越光瞳之點(像素)處的輻射強度變化(例如，平均變化)。
在步驟S104處，可基於經計算輻射強度變化而將校正應用於與目標相關聯之強度分佈。舉例而言，可減去各種空間位置處之經計算輻射強度變化/將其加至使用SIL所獲得的對應各種空間位置處之經量測輻射強度，以達成經校正之經量測輻射強度分佈。因此，舉例而言，可校正輻射強度分佈108以達成經校正輻射強度分佈，該經校正輻射強度分佈可為至212處之評估中的輸入。或，可減去各種空間位置處之經量測輻射強度變化/將其加至使用(例如)數值麥克斯維爾求解器 (諸如210)所獲得的對應各種空間位置處之經計算輻射強度，以達成經校正之經計算輻射強度分佈。因此，舉例而言，可校正經計算輻射強度分佈208以達成經校正輻射強度分佈，該經校正輻射強度分佈可為至212處之評估中的輸入。經計算之經校正輻射強度分佈校正間隙變化，而不管用以建立及維持間隙之控制機制。
在步驟S105處，可在用以導出目標之一或多個所關注參數之程序中使用經校正輻射強度分佈。因此，如上文所論述，經量測輻射強度分佈108或經計算輻射強度分佈208可如上文所描述而被校正，且可作為至步驟212之輸入而用於圖6之程序中以用於自經量測輻射強度分佈導出與目標相關之一或多個所關注參數。因此，經校正輻射分佈可用以重新建構與經量測目標結構相關聯之一或多個所關注參數。
前述論述假定僅間隙變化為非零。然而，此可不始終成立。因而，在一些情況下很可能的是，其他參數(例如，光柵結構之高度、層之高度等等)之變化對於重新建構為非零。因此，相對於非零所關注參數之用於給定像素之光瞳的平均輻射強度改變可被如下寫為隨間隙變化分佈之統計方差μ 2 而變：
因此，若針對一或多個所關注參數之變化而非間隙之變化為非零的情形需要較大準確度，則可計算(例如，僅一次)三階導數張量之係數T aai 以執行迭代步驟，其中使用方程式(8)來校正光瞳，方程式(8)以第二重新建構之計算成本使用來自第一重新建構之經重新建構參數變化(亦即，使用方程式(5))。換言之，一旦計算用於輻射強度對用於一或多個參數之間隙變化之相依性的三階導數張量，就針對一或多個參數中之每一者評估輻射強度變化。因此，基於間隙變化分佈之統計方差、二階導數張量、三階導數張量及一或多個參數之變化來計算此輻 射強度變化。因此，接著可迭代地評估針對經量測或經計算輻射分佈之較穩固校正以向與目標相關之一或多個參數的較準確重新建構提供較準確的經計算輻射分佈。因為可需要僅一次計算用於一或多個參數中之每一者的三階導數張量，所以第二迭代之計算成本相對低。
有可能藉由將兩個步驟組合成單一最佳化常式(用於基於經計算輻射分佈來計算一或多個參數)而進一步縮減上文所論述之兩個迭代程序的計算成本。在此最佳化常式中，在第一最佳化之一或多個中間步驟中重新校正光瞳。此將減小計算時間，此係因為可不需要第二全部重新建構。
圖15示意性地描繪用於校正強度分佈且在重新建構使用SIL所量測之目標之一或多個參數之程序中使用經校正強度分佈的流程圖。在1500處，設置用於目標結構之標稱參數模型(例如，具有與目標相關聯之一或多個層之尺寸、一或多個層之一或多個折射率、用於量測之標稱間隙值、經量測輻射波長及/或偏振等等)。在1502處，計算用於隨模型之一或多個參數之變化而變之強度變化的二階導數張量(及視情況，一或多個高階導數張量，例如，三階導數張量)。參見(例如)方程式(3)。舉例而言，可計算用於隨間隙變化而變之強度變化的二階導數張量。在1506處，使用標稱參數模型來計算根據運用量測光束使用SIL來量測目標而預期之理想光瞳(輻射分佈)，且視情況針對各種間隙值計算理想光瞳(輻射分佈)。
在1504處，使用SIL針對目標量測輻射強度分佈。另外，在1508處，在用以獲得1504之經量測輻射強度分佈的獲取時間之至少部分內獲得間隙變化分佈。視情況，在1510處，若在1506處針對各種間隙值計算理想光瞳，則可藉由基於在1506處獲得之各種間隙值的理想光瞳及在1508處獲得之間隙變化分佈來計算光瞳之加權平均值而獲得經修改理想光瞳。視情況，經修改理想光瞳可用於代替圖6中之經計算輻 射強度分佈208的重新建構程序中。此經修改理想光瞳將不包括針對間隙變化之校正，而是將僅僅考量在產生經修改光瞳時之間隙變化。在1514處，根據間隙變化分佈來計算一或多個數學矩。舉例而言，可計算間隙變化分佈之方差。
在1516處，基於在1502處判定之二階(及/或高階)導數張量且基於1514處之間隙變化分佈來計算經校正輻射強度分佈。經校正輻射強度分佈可為1506處之理想光瞳、1510處之經修改理想光瞳或1504之經量測輻射強度分佈的經校正版本。
在1518處，將校正輻射強度分佈應用於重新建構程序以導出目標之一或多個所關注參數。舉例而言，可在1518處使用圖6之程序。若使用圖6之程序，則1506處之理想光瞳或1510處之經修改理想光瞳的經校正版本可取代經計算輻射強度分佈208。相似地，若使用圖6之程序，則1504之經量測輻射強度分佈之經校正版本可取代經量測輻射強度分佈108。
因此，在一實施例中，間隙控制信號用以在獲取時間期間判定間隙之動態(及因此，分佈)以將此資訊(例如，以前饋方式)應用於模型化，例如，自經量測輻射重新建構所關注參數。另外，在一實施例中，間隙變化分佈函數用以模型化經量測光瞳。在一實施例中，間隙變化分佈之統計方差與光瞳中之強度之間的關係用以針對量測期間之間隙中之動態殘餘誤差校正經量測或經計算光瞳。在一實施例中，迭代模型用以併有光瞳之校正中的參數變化之效應，從而使校正方法較穩固以預防模型誤差。
因此，一實施例可實現再現性誤差之減小且因此允許經重新建構之所關注參數的較佳精確度。由於一實施例係基於演算法逼近(亦即，模型化經量測資料之特定方式)，故其將很可能為比硬體解決方案(例如，用以減小間隙變化之經改良機械或控制系統)更便宜之解決 方案。
雖然本文中所揭示之實施例使用光學度量衡作為所揭示技術之應用，但該技術可應用於用以基於由SIL擷取之輻射來重新建構結構的其他SIL應用中，或應用於一物件經定位及/或維持為極接近於另一物件的任何其他應用中。該技術無需如上文所描述而被獨佔式地應用，且可與一或多種其他技術(包括所引用之文件中所論述之一或多種技術)組合而被應用。
本發明之一實施例可採取以下形式：電腦程式，其含有描述如本文中所揭示之方法的機器可讀指令之一或多個序列；或資料儲存媒體(例如，半導體記憶體、磁碟或光碟)，該資料儲存媒體具有儲存於其中之此電腦程式。另外，可以兩個或兩個以上電腦程式來體現機器可讀指令。該兩個或兩個以上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在一或多個電腦程式由位於微影設備之至少一個組件內之一或多個電腦處理器讀取時各自或組合地可操作。該等控制器可各自或組合地具有用於接收、處理及發送信號之任何合適組態。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，每一控制器可包括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之一或多個處理器。該等控制器可包括用於儲存此等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而操作。儘管在本文中可特定地參考檢測設備在IC製造中之使用，但應理解，本文中所描述之檢測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)、薄膜磁頭等等。熟習此項技術者將瞭解，在此等替代應用之內容背景中，本文中對術語「晶圓」或「晶粒」之任何使用皆可被 認為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等及其他基板處理工具。另外，可將基板處理一次以上，例如，以便產生多層IC，使得本文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。
在以下經編號條項中提供根據本發明之另外實施例：
1.一種涉及用於一目標之一輻射強度分佈之方法，該輻射強度分佈係使用與該目標相隔一間隙之一光學組件予以量測，該方法包含：計算用於隨該間隙之距離變化而變的該輻射強度分佈之輻射強度變化的一校正因數。
2.如條項1之方法，其中該校正因數包含一二階導數張量。
3.如條項1或條項2之方法，其進一步包含計算在該目標之一量測期間該間隙之一間隙變化分佈的一方差。
4.如條項1至3中任一項之方法，其進一步包含基於該校正因數來校正該輻射強度分佈。
5.如條項4之方法，其中該校正進一步包含基於在該目標之一量測期間該間隙之一間隙變化分佈的一方差來校正該輻射強度分佈。
6.如條項4或條項5之方法，其進一步包含基於該經校正輻射分佈來導出用於該目標之一所關注參數。
7.如條項4至6中任一項之方法，其中該經校正輻射強度分佈為一經量測輻射強度分佈。
8.如條項1至7中任一項之方法，其進一步包含：對於該目標結構，計算用於該輻射強度分佈之輻射強度變化對除了該間隙之距離變化以外的一參數之變化的相依性的一三階導數張 量；及判定在該目標之一量測期間隨該間隙之距離變化的統計方差而變的一輻射強度變化、用於隨該間隙之距離變化而變的該輻射強度分佈之輻射強度變化的一二階導數張量、該三階導數張量，及該參數之該變化。
9.如條項1至8中任一項之方法，其中該光學組件包含一固體浸潤透鏡，且該間隙小於或等於100奈米。
10.如條項1至9中任一項之方法，其中該間隙變化分佈係基於一經量測間隙信號。
11.如條項1至10中任一項之方法，其中該校正因數包含針對該輻射強度分佈之複數個像素中之每一者的一校正。
12.一種方法，其包含：對於一給定目標結構，計算用於輻射強度對該目標結構與一光學元件之間的一間隙之相依性的一二階導數張量；判定一間隙變化分佈遍及一量測時段之一統計方差；及基於該統計方差及該二階導數張量來判定用於該目標結構之一輻射強度變化。
13.如條項12之方法，其中該間隙變化分佈係基於一經量測間隙信號。
14.如條項13之方法，其中該經量測間隙信號包含自相對於該目標來定位該光學元件之一控制器接收之一間隙控制信號。
15.如條項12至14中任一項之方法，其中該判定進一步包含將該經判定輻射強度變化應用於該目標結構之一輻射強度分佈以獲得用於該目標結構之一經校正輻射強度分佈。
16.如條項15之方法，其進一步包含基於該經校正輻射強度分佈來導出與該目標相關聯之一參數。
17.如條項12至16中任一項之方法，其進一步包含：對於該目標結構，計算用於輻射強度對除了該間隙之距離變化以外的一參數之變化的相依性的一三階導數張量；且其中判定該輻射強度變化係進一步基於該三階導數張量及該參數之該變化。
18.如條項12至17中任一項之方法，其中該光學組件包含一固體浸潤透鏡，且該間隙小於或等於100奈米。
19.一種方法，其包含：對於一給定目標結構，計算用於輻射強度對該目標結構與一光學元件之間的一間隙之相依性的一二階導數張量；評估一間隙變化分佈在該目標之一量測時段內之統計方差，該間隙變化分佈係基於一經量測間隙信號；及基於該二階導數張量及該間隙變化分佈之該統計方差來評估隨該間隙之變化而變的橫越一光瞳之一平均輻射強度變化。
20.一種製造器件之方法，其中使用一微影程序將一器件圖案施加至一系列基板，該方法包括：使用如條項1至19中任一項之方法來檢測作為該器件圖案之部分或除了該器件圖案以外而形成於該等基板中之至少一者上的至少一目標；及根據該方法之結果而針對稍後基板來控制該微影程序。
21.一種包含機器可讀指令之非暫時性電腦程式產品，該等機器可讀指令用於致使一處理器執行如條項1至19中任一項之方法。
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，但將瞭解，本發明可用於其他應用(例如，壓印微影)中，且在內容背景允許的情況下並不限於光學微影。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」在內容背景允許時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。
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，本發明可採取以下形式：電腦程式，其含有描述如上文所揭示之方法的機器可讀指令之一或多個序列；或資料儲存媒體(例如，半導體記憶體、磁碟或光碟)，該資料儲存媒體具有儲存於其中之此電腦程式。
以上描述意欲為說明性而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者而言將顯而易見，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進行修改。

Claims (15)

  1. 一種涉及用於一目標之一輻射強度分佈之方法，該輻射強度分佈係使用與該目標相隔一間隙之一光學組件予以量測，該方法包含：計算用於隨該間隙之距離變化而變的該輻射強度分佈之輻射強度變化的一校正因數。
  2. 如請求項1之方法，其中該校正因數包含一二階導數張量。
  3. 如請求項1或2之方法，其進一步包含：計算在該目標之一量測期間該間隙之一間隙變化分佈的一方差。
  4. 如請求項1或2之方法，其進一步包含：基於該校正因數來校正該輻射強度分佈。
  5. 如請求項4之方法，其中該校正進一步包含：基於在該目標之一量測期間該間隙之一間隙變化分佈的一方差來校正該輻射強度分佈。
  6. 如請求項4之方法，其進一步包含：基於該經校正輻射分佈來導出用於該目標之一所關注參數。
  7. 如請求項4之方法，其中該經校正輻射強度分佈為一經量測輻射強度分佈。
  8. 如請求項1或2之方法，其進一步包含：對於該目標結構，計算用於該輻射強度分佈之輻射強度變化對除了該間隙之距離變化以外的一參數之變化的相依性的一三階導數張量；及判定在該目標之一量測期間隨該間隙之距離變化的統計方差而變的一輻射強度變化、用於隨該間隙之距離變化而變的該輻射強度分佈之輻射強度變化的一二階導數張量、該三階導數張 量，及該參數之該變化。
  9. 一種方法，其包含：對於一給定目標結構，計算用於輻射強度對該目標結構與一光學元件之間的一間隙之相依性的一二階導數張量；判定一間隙變化分佈遍及一量測時段之一統計方差；及基於該統計方差及該二階導數張量來判定用於該目標結構之一輻射強度變化。
  10. 如請求項9之方法，其中該間隙變化分佈係基於一經量測間隙信號。
  11. 一種方法，其包含：對於一給定目標結構，計算用於輻射強度對該目標結構與一光學元件之間的一間隙之相依性的一二階導數張量；評估一間隙變化分佈在該目標之一量測時段內之統計方差，該間隙變化分佈係基於一經量測間隙信號；及基於該二階導數張量及該間隙變化分佈之該統計方差來評估隨該間隙之變化而變的橫越一光瞳之一平均輻射強度變化。
  12. 一種製造器件之方法，其中使用一微影程序將一器件圖案施加至一系列基板，該方法包括：使用如請求項1至11中任一項之方法來檢測作為該器件圖案之部分或除了該器件圖案以外而形成於該等基板中之至少一者上的至少一目標；及根據該方法之結果而針對稍後基板來控制該微影程序。
  13. 一種包含機器可讀指令之非暫時性電腦程式產品，該等機器可讀指令用於致使一處理器執行如請求項1至11中任一項之方法。
  14. 一種系統，其包含：一檢測設備，其經組態以將一光束提供於一基板上之一量測目標上且偵測由該目標重新導向之輻射以判定一微影程序之一 參數；及如請求項13之非暫時性電腦程式產品。
  15. 如請求項14之系統，其進一步包含一微影設備，該微影設備包含：一支撐結構，其經組態以固持用以調變一輻射光束之一圖案化器件；及一投影光學系統，其經配置以將該經調變投影至一輻射敏感基板上。
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