TWI868450B

TWI868450B - 度量衡量測方法及裝置

Info

Publication number: TWI868450B
Application number: TW111119809A
Authority: TW
Inventors: 漢冠尼恩休斯; 派崔克菲力普海芬史坦; 山德巴斯盧波; 瑞斯維克洛斯弗雷德里克范; 珊迪克勞蒂亞史可茲
Original assignee: 荷蘭商Ａｓｍｌ荷蘭公司
Priority date: 2021-05-31
Filing date: 2022-05-27
Publication date: 2025-01-01
Also published as: WO2022253526A1; TW202311864A; IL308370A; US20240255279A1; KR20240016285A

Abstract

本發明揭示一種使用一度量衡工具量測一基板上之一目標之方法，該度量衡工具包含：一照明源，其可操作以發射用於照明該目標之一照明光束；及一度量衡感測器，其用於收集已由該目標散射之散射輻射。該方法包含基於以下各者計算一目標角：該目標之一單位胞元在一第一方向及正交於該第一方向之一第二方向上之胞元尺寸；及一所選擇互補繞射階對在該第一方向及該第二方向上之階數。在相對於該照明光束之一第一目標定向及一第二目標定向下執行至少一對量測獲取，其中用於該至少一對量測獲取中之至少一者之該目標角係一傾斜角。

Description

度量衡量測方法及裝置

本發明係關於用於量測在基板中或基板上製造之結構之參數的方法及裝置。特定配置可係關於(但無需限於)疊對或側壁角之量測。

微影裝置為經建構以將所要圖案施加至基板上之機器。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(例如遮罩)處之圖案(亦經常被稱作「設計佈局」或「設計」)投影至提供於基板(例如晶圓)上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。

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。與使用例如具有193nm之波長之輻射的微影裝置相比，使用具有在4nm至20nm之範圍內(例如6.7nm或13.5nm)之波長之極紫外線(EUV)輻射的微影裝置可用以在基板上形成較小特徵。

低k₁微影可用以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，可將解析度公式表示為CD=k₁×λ/NA，其中λ為所使用輻射之波長、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，但在此狀況下為半節距)且k₁為經驗解析度因子。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至微影投影裝置及/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、相移圖案化器件之使用、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，有時亦被稱作「光學及製程校正」)，或通常被定義為「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以改良在低k₁下之圖案之再生。

在微影製程中，需要頻繁地進行所產生結構之量測(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，包括常常用以量測臨界尺寸(CD)之掃描電子顯微鏡，及用以量測疊對(器件中兩個層之對準準確度)之特殊化工具。近來，已開發供微影領域中使用的各種形式之散射計。

已知散射計之實例常常依賴於專用度量衡目標之供應。舉例而言，方法可需要呈簡單光柵之形式之目標，該光柵足夠大以使得量測光束產生小於該光柵之光點(亦即，該光柵填充不足)。在所謂的重建構方法中，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。

除了藉由重建構進行特徵形狀之量測以外，亦可使用此裝置來量測以繞射為基礎之疊對，如公開專利申請案US2006066855A1中所描述。使用繞射階之暗場成像的以繞射為基礎之疊對度量衡實現對較小目標之疊對量測。此等目標可小於照明光點且可由晶圓上之產品結構環繞。諸如例如US2011102753A1及US20120044470A之眾多公開專利申請案中找到暗場成像度量衡之實例。可使用複合光柵目標而在一個影像中量測多個光柵。已知散射計趨向於使用在可見光或近紅外線(IR)波範圍內之光，此要求光柵之節距比屬性實際上受到關注之實際產品結構粗略得多。可使用具有短得多之波長之深紫外線(DUV)、極紫外線(EUV)或X射線輻射來界定此等產品特徵。令人遺憾的是，此等波長通常不可用於或不能用於度量衡。

另一方面，現代產品結構之尺寸如此小使得其無法藉由光學度量衡技術而成像。小特徵包括例如藉由多重圖案化製程及/或節距倍增而形成之特徵。因此，用於大容量度量衡之目標常常使用比疊對誤差或臨界尺寸為所關注屬性的產品大得多的特徵。量測結果僅與真實產品結構之尺寸間接地相關，且可能不準確，此係因為度量衡目標在微影裝置中之光學投影下不會遭受相同的失真，及/或在製造製程之其他步驟中的不同處理。雖然掃描電子顯微法(SEM)能夠直接地解析此等現代產品結構，但SEM之耗時要比光學量測之耗時多得多。此外，電子不能夠穿透厚製程層，此使得厚製程層較不適合於度量衡應用。諸如使用接觸墊來量測電屬性之其他技術亦為吾人所知，但其僅提供真實產品結構之間接證據。

藉由減小在度量衡期間使用之輻射之波長，有可能解析較小結構，以增加對結構之結構變化之敏感度及/或進一步穿透至產品結構中。產生適當高頻率輻射(例如硬X射線、軟X射線及/或EUV輻射)之一種此類方法可使用泵浦輻射或稱為驅動輻射(例如紅外IR輻射)以激發一產生介質，藉此產生發射輻射，視情況包含高頻率輻射之高階諧波產生。

在特定已知配置中，可藉由使用電磁輻射照明疊對目標或其他結構且量測自疊對目標繞射或反射之輻射來執行疊對度量衡。該目標可包含在彼此之頂部上的兩個光柵。繞射輻射中之不對稱性被定義為負繞射階與對應正繞射階之強度之間的差，例如-1^st繞射階與+1^st繞射階之間的差。此不對稱性取決於疊對目標之頂部光柵與底部光柵之間的橫向移位(疊對移位)。疊對光柵之不對稱性因此允許評估疊對。

如本文中所使用，術語「強度」涵蓋每單位面積輻射(其可為SXR輻射)之入射功率(以瓦特為單位)。在所揭示之例示性配置中，面積可為偵測器或感測器面積。術語「信號」涵蓋在曝光期間由偵測器(或感測器)像素收集之電荷。信號可以庫侖或以類比數位單位(ADU)表示。信號與輻照度及曝光時間成比例(比例常數係波長相依的)。術語「反射率」涵蓋繞射光譜通量對入射於目標上之光譜通量的比率。反射率可取決於目標屬性、目標定向、波長及/或繞射階數。目標之反射率可隨著時間推移而變化(漂移)。可將反射率量測為遍及曝光時間之平均值。

此評估通常需要校準不對稱性與疊對之間的關係(換言之，提取疊對對不對稱性之敏感度)。此校準可使用對具有已知疊對移位(疊對偏置)之多個疊對目標之量測來進行。一種例示性校準方法使用對具有不同疊對移位之兩個疊對目標之量測以提取疊對(及敏感度)。

在不存在系統(或工具)不對稱性(例如感測器不對稱性)的情況下，來自目標之繞射輻射之單一量測足以用於疊對提取。系統不對稱性(例如與1^st階相比，用於-1^st階之偵測器之不同增益)將非疊對不對稱性添加至基於繞射輻射判定之不對稱性。為了移除此工具誘發之不對稱性，在同一目標已在平面內旋轉180度之後對該目標進行第二量測。第一量測被稱作標稱目標定向量測，第二量測被稱作經旋轉目標定向量測。經旋轉量測引起來自亦旋轉之目標之繞射輻射。然而，工具誘發之不對稱性將不旋轉。因此，標稱量測及旋轉量測之組合允許區別疊對不對稱性與系統不對稱性。

此途徑對於1D週期性目標有效。然而，當量測2D週期性目標(例如)以量測單一目標上之兩個基板平面方向上之疊對時，此途徑並不起作用。

因而，需要用於在量測2D週期性目標時校正系統或工具不對稱性之改良之方法。

在本發明之一第一態樣中，提供一種使用一度量衡工具量測一基板上之一目標之方法，該度量衡工具包含：一照明源，其可操作以發射用於照明該目標之一照明光束；及一度量衡感測器，其用於收集已由該目標散射之散射輻射，該基板之表面界定在一第一工具方向及正交於該第一工具方向之一第二工具方向上方延伸的一基板平面，其中該第一工具方向、該第二工具方向及正交於該第一工具方向及該第二工具方向之一第三工具方向一起界定一工具座標系，該方法包含：執行至少一對量測獲取，該至少一對量測獲取包含在相對於該照明光束之一第一目標定向下之該目標之一第一量測獲取；及在相對於該照明光束之一第二目標定向下之該目標之一第二量測獲取，其中該第一目標定向係由一目標座標系與該工具座標系之間圍繞垂直於該基板平面之一軸線的一目標角界定，其中用於該至少一對量測獲取中之至少一者之該目標角係一傾斜角；及自該第一量測獲取及該第二量測獲取判定一量測獲取，視情況，該量測獲取為為針對由於該照明光束及/或該度量衡感測器引起的不對稱性貢獻而校正的一經校正量測獲取。

2:寬頻帶輻射投影儀

4:光譜儀偵測器

5:輻射

6:光譜

8:結構或剖面

11:透射輻射

302:度量衡裝置/檢測裝置

310:照明源/輻射源

312:照明系統/照明光學器件

314:參考偵測器

315:信號

316:基板支撐件

318:偵測系統

320:度量衡處理單元(MPU)/度量衡處理器

330:泵浦輻射源

332:氣體遞送系統

334:氣體供應件

336:電源

340:第一泵浦輻射

342:發射輻射/經濾光光束

344:濾光器件

350:檢測腔室

352:真空泵

356:經聚焦光束

360:反射輻射

372:位置控制器

374:感測器

382:光譜資料

397:繞射輻射/繞射光

398:另外偵測系統

399:信號

600:實施例/照明源

601:腔室

603:照明系統

605:輻射輸入

607:輻射輸出

609:氣體噴嘴

611:泵浦輻射

613:發射輻射

615:氣流

617:開口

900:步驟

910:步驟

920:步驟

930:步驟

940:步驟

950:步驟

1000:步驟

1010:步驟

1020:步驟

1030:步驟

1040:步驟

1050:步驟

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

CL:電腦系統

DE:顯影器

I:強度

IF:位置量測系統

IL:照明系統/照明器

I/O1:輸入/輸出埠

I/O2:輸入/輸出埠

LA:微影裝置

LACU:微影控制單元

LB:裝載匣

LC:微影單元

M1:遮罩對準標記

M2:遮罩對準標記

MA:圖案化器件

MT:度量衡工具/散射計

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

PW:第二定位器

RO:基板處置器或機器人

S:圓形或橢圓形光點/輻射光點

SC:旋塗器

SCS:監督控制系統

SC1:第一標度

SC2:第二標度

SC3:第三標度

SO:輻射源

SP:光譜功率

T:遮罩支撐件/所關注結構/目標結構/目標

TCU:塗佈顯影系統控制單元

W:基板

WT:基板支撐件

λ:波長

I ₀(X,Y):第一繞射影像/第一影像

I ₁₈₀(-X,Y):第二繞射影像

I _TAC(X,Y):工具不對稱性校正之影像

α _a ,α _a+π,α _b ,α _b+π:定向

:波數

現在將參考隨附示意性圖式而僅作為實例來描述實施例，在該等圖式中：-圖1描繪微影裝置之示意性綜述；-圖2描繪微影單元之示意性綜述；-圖3描繪整體微影之示意性表示，其表示用以最佳化半導體製造之三種關鍵技術之間的合作；-圖4示意性繪示散射量測裝置；-圖5示意性地繪示透射散射量測裝置；-圖6描繪其中使用EUV及/或SXR輻射的度量衡裝置之示意性表示；-圖7描繪照明源之簡化示意圖；-圖8之(a)及(b)描繪用於(a)先前技術鏡面對稱工具不對稱性校正方法及(b)點對稱工具不對稱性校正方法之繞射圖案；-圖9為描繪根據第一實施例之方法之步驟的流程圖；-圖10為描繪根據第二實施例之方法之步驟的流程圖；-圖11之(a)及(b)描繪用於藉由圖10之流程圖所描述之方法的繞射圖案；-圖12為光譜功率相對於波數之標繪圖，其繪示典型HHG輸出光譜；-圖13為光譜功率相對於q _z值之標繪圖，其繪示針對三個目標定向之離散波長光譜至q _z值之映射； -圖14繪示根據一實施例的針對經選擇以執行完全工具不對稱性校正之目標定向中之各者的實例所捕捉繞射圖案；-圖15繪示針對經選擇以執行初始離群值移除步驟之目標定向中之各者的實例所捕捉繞射圖案；且-圖16之(a)、(b)、(c)及(d)繪示針對另一對稱化實施例之目標定向中之各者的實例所捕捉繞射圖案。

在本發明文件中，術語「輻射」及「光束」用於涵蓋所有類型之電磁輻射及粒子輻射，包括紫外線輻射(例如，具有為365、248、193、157或126nm之波長)、極紫外輻射(EUV，例如具有在約5至100nm的範圍內之波長)、X射線輻射、電子束輻射及其他粒子輻射。

如本文中所使用之術語「倍縮光罩」、「遮罩」或「圖案化器件」可被廣泛地解譯為係指可用以向入射輻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。在此內容背景中，亦可使用術語「光閥」。除經典遮罩(透射或反射；二元、相移、混合式等)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。該微影裝置LA包括：照明系統(亦被稱作照明器)IL，其經組態以調節輻射光束B(例如UV輻射、DUV輻射、EUV輻射或X射線輻射)；遮罩支撐件(例如遮罩台)T，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MA之第一定位器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來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。

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可包括用於引導、塑形及/或控制輻射的各種類型之光學組件，諸如折射、反射、繞射、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可用以調節輻射光束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。

本文所使用之術語「投影系統」PS應被廣泛地解譯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之其他因素的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」之任何使用皆與更一般之術語「投影系統」PS同義。

微影裝置LA可屬於如下類型：其中基板之至少一部分可由具有相對較高折射率之液體(例如水)覆蓋，以便填充投影系統PS與基板W之間的空間-此亦被稱作浸潤微影。全文係以引用方式併入本文中之US6952253中給出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多於兩個基板支撐件WT(亦被命名為「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，及/或可對位於基板支撐件WT中之一者上的基板W進行準備基板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用於在該另一基板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。量測載物台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部分，例如投影系統PS之部分或提供浸潤液體之系統之部分。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入射於被固持於遮罩支撐件T上之圖案化器件(例如遮罩)MA上，且係由存在於圖案化器件MA上之圖案(設計佈局)而圖案化。在已橫穿遮罩MA的情況下，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，投影系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置量測系統IF，可準確地移動基板支撐件WT，例如以便使不同目標部分C在輻射光束B之路徑中定位於經聚焦且對準之位置處。類似地，第一定位器PM及可能另一位置感測器(其未在圖1中明確地描繪)可用以相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化器件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MA及基板W。儘管如所繪示之基板對準標記P1、P2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。當基板對準標記P1、P2位於目標部分C之間時，此等基板對準標記P1、P2被稱為切割道對準標記。

如圖2中所展示，微影裝置LA可形成微影單元LC(有時亦被稱作微影單元(lithocell)或(微影)叢集)之部分，微影單元LC經常亦包括用以對基板W執行曝光前製程及曝光後製程之裝置。通常，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)之冷卻板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基板W且將基板W遞送至微影裝置LA之裝載匣LB。微影單元中常常亦被集體地稱作塗佈顯影系統之器件可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自身可受到監督控制系統SCS控制，監督控制系統SCS亦可例如經由微影控制單元LACU而控制微影裝置LA。

在微影製程中，需要頻繁地對所產生之結構進行量測，例如，以用於製程控制及驗證。用以進行此量測之工具可被稱為度量衡工具MT。用於進行此類量測之不同類型的度量衡工具MT為吾人所知，包括掃描電子顯微鏡或各種形式之散射計度量衡工具MT。散射計為多功能器具，其允許藉由在光瞳或與散射計之接物鏡之光瞳共軛的平面中或附近具有度量衡感測器來量測微影製程之參數(量測通常被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或附近具有感測器來量測微影製程之參數，在此狀況下量測通常被稱作以影像或場為基礎之量測。全文係以引用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關聯量測技術。前述散射計可使用來自硬X射線(HXR)、軟X射線(SXR)、極紫外線(EUV)、可見光至近紅外(IR)及IR波長範圍之光來量測光柵。在輻射為硬X射線或軟X射線之狀況下，前述散射計可視情況為小角度X射線散射度量衡工具。

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)、結構之形狀等。出於此目的，可在微影單元LC中包括檢測工具及/或度量衡工具(圖中未繪示)。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光或對待對基板W執行之其他處理步驟進行例如調整，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。

亦可被稱作度量衡裝置之檢測裝置用以判定基板W之屬性，且尤其判定不同基板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不同層間如何變化。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之部分，或可整合至微影裝置LA中，或可甚至為單機器件。檢測裝置可量測潛影(在曝光之後在抗蝕劑層中之影像)上之屬性，或半潛影(在曝光後烘烤步驟PEB之後在抗蝕劑層中之影像)上之屬性，或經顯影抗蝕劑影像(其中抗蝕劑之曝光部分或未曝光部分已被移除)上之屬性，或甚至經蝕刻影像(在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後)上之屬性。

在第一實施例中，散射計MT為角度解析散射計。在此散射計中，重建構方法可應用於經量測信號以重建構或計算光柵之屬性。此重建構可例如由模擬散射輻射與目標結構之數學模型之相互作用且比較模擬結果與量測之結果引起。調整數學模型之參數直至經模擬相互作用產生類似於自真實目標觀測到之繞射圖案的繞射圖案為止。

在第二實施例中，散射計MT為光譜散射計MT。在此光譜散射計MT中，由輻射源發射之輻射經引導至目標上且來自目標之反射、透射或散射輻射經引導至光譜儀偵測器上，該光譜儀偵測器量測鏡面反射輻射之光譜(亦即依據波長而變化的強度之量測)。自此資料，可例如藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸或藉由與經模擬光譜庫比較來重建構產生經偵測到之光譜的目標之結構或剖面。

在第三實施例中，散射計MT為橢圓量測散射計。橢圓量測散射計允許藉由量測針對各偏振狀態之散射或透射輻射來判定微影製程之參數。此度量衡裝置藉由在度量衡裝置之照明區段中使用例如適當偏振濾光器來發射偏振光(諸如線性、圓形或橢圓)。適合於度量衡裝置之源亦可提供偏振輻射。全文係以引用方式併入本文中之美國專利申請案11/451,599、11/708,678、12/256,780、12/486,449、12/920,968、12/922,587、13/000,229、13/033,135、13/533,110及13/891,410中描述現有橢圓量測散射計之各種實施例。

在散射計MT之一個實施例中，散射計MT經調適以藉由量測反射光譜及/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之疊對，該不對稱性係與疊對之程度有關。可將兩個(可重疊)光柵結構施加於兩個不同層(未必為連續層)中，且該兩個光柵結構可形成為處於晶圓上實質上相同的位置。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，使得任何不對稱性係可明確區分的。此提供用以量測光柵中之未對準之直接了當的方式。可在全文係以引用方式併入本文中之PCT專利申請公開案第WO 2011/012624號或美國專利申請案US 20160161863中找到用於經由作為目標之週期性結構之不對稱性來量測含有該等週期性結構的兩個層之間的疊對誤差之另外實例。

其他所關注參數可為焦點及劑量。可藉由如全文係以引用方式併入本文中之美國專利申請案US2011-0249244中所描述之散射量測(或替代地藉由掃描電子顯微法)同時判定焦點及劑量。可使用具有針對焦點能量矩陣(FEM-亦被稱作焦點曝光矩陣)中之各點之臨界尺寸及側壁角量測之獨特組合的單一結構。若可得到臨界尺寸及側壁角之此等獨特組合，則可根據此等量測獨特地判定焦點值及劑量值。

度量衡目標可為藉由微影製程主要在抗蝕劑中形成且亦在例如蝕刻製程之後形成的複合光柵之總體。光柵中之結構之節距及線寬可在很大程度上取決於量測光學件(尤其光學件之NA)以能夠捕捉來自度量衡目標之繞射階。如較早所指示，繞射信號可用以判定兩個層之間的移位(亦被稱作「疊對」)或可用以重建構如藉由微影製程所產生的原始光柵之至少一部分。此重建構可用以提供微影製程之品質指導，且可用以控制微影製程之至少一部分。目標可具有較小子分段，該等子分段經組態以模仿目標中之設計佈局之功能性部分之尺寸。歸因於此子分段，目標將表現得更類似於設計佈局之功能性部分，使得總體製程參數量測較佳類似於設計佈局之功能性部分。可在填充不足模式中或在填充過度模式中量測目標。在填充不足模式中，量測光束產生小於總體目標之光點。在填充過度模式中，量測光束產生大於總體目標之光點。在此填充過度模式中，亦有可能同時量測不同目標，因此同時判定不同處理參數。

使用特定目標進行之微影參數之總體量測品質至少部分由用以量測此微影參數之量測配方判定。術語「基板量測配方」可包括量測自身之一或多個參數、經量測之一或多個圖案之一或多個參數，或此兩者。舉例而言，若用於基板量測配方中之量測為以繞射為基礎之光學量測，則量測之參數中之一或多者可包括輻射之波長、輻射之偏振、輻射相對於基板之入射角、輻射相對於基板上之圖案之定向等。用以選擇量測配方的準則中之一者可為例如量測參數中之一者對於處理變化的敏感度。全文係以引用方式併入本文中之美國專利申請案US2016-0161863及已公開美國專利申請案US 2016/0370717A1中描述更多實例。

微影裝置LA中之圖案化製程可為在處理中之最具決定性步驟中的一者，其需要基板W上之結構之尺寸標定及置放之高準確度。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示意性地所描繪。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MT(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，從而確保由微影裝置LA執行之圖案化保持在製程窗內。製程窗界定製程參數(例如劑量、焦點、疊對)之範圍，在該製程參數範圍內特定製造製程產生所界定結果(例如功能半導體器件)-可能在該製程參數範圍內，微影製程或圖案化製程中之製程參數被允許變化。

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運算微影模擬及計算以判定哪種遮罩佈局及微影裝置設定達成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)。解析度增強技術可經配置以匹配微影裝置LA之圖案化可能性。電腦系統CL亦可用以偵測在製程窗內何處微影裝置LA當前正操作(例如使用來自度量衡工具MT之輸入)以便預測歸因於例如次佳處理是否可存在缺陷(在圖3中由第二標度SC2中之指向「0」之箭頭描繪)。

度量衡工具MT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)。

可提供用於量測使用微影圖案化裝置產生之結構的許多不同形式之度量衡工具MT。度量衡工具MT可使用電磁輻射來詢問結構。輻射之屬性(例如，波長、頻寬、功率)可影響工具之不同量測特性，其中較短波長通常允許增加解析度。輻射波長對度量衡工具可達成之解析度有影響。因此，為了能夠量測具有具小尺寸之特徵的結構，具有短波長輻射源之度量衡工具MT係較佳的。

輻射波長可影響量測特性之另一方式為穿透深度，及在輻射波長下待檢測之材料之透明度/不透明度。取決於不透明度及/或穿透深度，輻射可用於透射或反射之量測。量測之類型可影響是否獲得關於結構/基板之表面及/或塊體內部之資訊。因此，當選擇用於度量衡工具之輻射波長時，穿透深度及不透明度為待考量之另一要素。

為了達成經微影圖案化之結構之量測的較高解析度，具有短波長之度量衡工具MT係較佳的。此可包括短於可見波長之波長，例如，在電磁光譜之UV、EUV及X射線部分中。諸如透射小角度X射線散射(TSAXS)之硬X射線方法利用高解析度及高穿透深度之硬X射線，且可因此在透射中操作。另一方面，軟X射線及EUV並不穿透目標那麼遠，而是可誘發待探測之材料中的豐富光學回應。此可歸因於許多半導體材料之光學屬性，且歸因於結構之大小可與探測波長相當。結果，EUV及/或軟X射線度量衡工具MT可在反射中操作，例如藉由成像或藉由分析來自經微影圖案化結構之繞射圖案。

對於硬X射線、軟X射線及EUV輻射，可歸因於在所需波長下不具有可用高輝度輻射源而限制高容量製造(HVM)應用中之應用。在硬X射線之狀況下，工業應用中常用之源包括X射線管。包括進階X射線管(例如，基於液態金屬陽極或旋轉陽極)之X射線管可相對負擔得起且緊密，但可能缺乏HVM應用所需之輝度。當前存在諸如同步加速器光源(SLS)及X射線自由電子雷射(XFEL)之高輝度X射線源，但其大小(> 100m)及高成本(多於1億歐元)使得其對於度量衡應用而言為過分大且昂貴的。類似地，缺乏足夠明亮的EUV及軟X射線輻射源之可用性。

圖4中描繪度量衡裝置之一個實例，諸如散射計。該散射計可包含將輻射5投影至基板W上之寬頻帶(例如白光)輻射投影儀2。反射或散射輻射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之光譜6(亦即依據波長λ而變化的強度I之量測)。自此資料，可由處理單元PU重建構引起偵測到之光譜之結構或剖面8，例如，藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸，或藉由與圖4之底部處所展示之經模擬光譜庫的比較。一般而言，對於重建構，結構之一般形式係已知的，且根據用來製造結構之製程之知識來假定一些參數，從而僅留下結構之幾個參數以待根據散射量測資料予以判定。此散射計可組態為正入射散射計或斜入射散射計。

圖5中描繪度量衡裝置之實例之透射版本，諸如圖4中所展示之散射計。透射輻射11傳遞至光譜儀偵測器4，該光譜儀偵測器量測如針對圖4所論述之光譜6。此散射計可組態為正入射散射計或斜入射散射計。視情況，透射版本使用波長<1nm、視情況<0.1nm、視情況<0.01nm之硬X射線輻射。

作為對光學度量衡方法之替代方案，亦已考慮使用硬X射線、軟X射線或EUV輻射，例如具有以下波長範圍中之至少一者的輻射：<0.01nm、<0.1nm、<1nm、在0.01nm與100nm之間、在0.01nm與50nm之間、在1nm與50nm之間、在1nm與20nm之間、在5nm與20nm之間及在10nm與20nm之間。度量衡工具在上文所呈現之波長範圍中之一者中運作的一個實例為透射小角度X射線散射(如內容之全文係以引用方式併入本文中之US 2007224518A中之T-SAXS)。Lemaillet等人在「Intercomparison between optical and X-ray scatterometry measurements of FinFET structures」(Proc.of SPIE，2013年，8681)中論述了使用T-SAXS之剖面(CD)量測。應注意，雷射產生電漿(LPP)x射線源之使用描述於全文係以引用之方式併入本文中的美國專利公開案第2019/003988A1號及美國專利公開案第2019/215940A1號中。在掠入射下使用X射線(GI-XRS)及極紫外線(EUV)輻射之反射量測技術可用於量測基板上之膜及層堆疊之屬性。在一般反射量測術領域內，可應用測角及/或光譜技術。在測角術中，可量測在不同入射角下之反射光束之變化。另一方面，光譜反射量測術量測在給定角度下反射之波長之光譜(使用寬頻帶輻射)。舉例而言，EUV反射量測術已在製造用於EUV微影中之倍縮光罩(圖案化器件)之前用於遮罩基底之檢測。

有可能的是，適用範圍使得在例如硬X射線、軟X射線或EUV域中之波長之使用係不足夠的。已公開專利申請案US 20130304424A1及US2014019097A1(Bakeman等人/KLA)描述混合度量衡技術，其中將使用x射線進行之量測及運用在120nm與2000nm之範圍內之波長的光學量測組合在一起以獲得諸如CD之參數之量測。CD量測係藉由經由一或多個共同部分將x射線數學模型及光學數學模型耦合來獲得。所引用之美國專利申請案之內容之全文係以引用方式併入本文中。

圖6描繪其中前述輻射可用以量測基板上之結構之參數的度量衡裝置302之示意性表示。圖6中所呈現之度量衡裝置302可適用於硬X射線、軟X射線及/或EUV域。

圖6繪示包含視情況在掠入射中使用硬X射線、軟X射線及/或EUV輻射之光譜散射計的度量衡裝置302之示意性實體配置，其純粹作為實例。檢測裝置之替代形式可能以角度解析散射計之形式提供，該角度解析散射計類似於在較長波長下操作之習知散射計使用正入射或近正入射中之輻射。檢測裝置之替代形式可能以透射散射計之形式提供，圖5中之組態應用至該透射散射計。

檢測裝置302包含輻射源或稱為照明源310、照明系統312、基板支撐件316、偵測系統318、398及度量衡處理單元(MPU)320。

此實例中之照明源310係用於產生EUV、硬X射線或軟X射線輻射。照明源310可基於如圖6中所展示之高階諧波產生(HHG)技術，且其亦可為其他類型之照明源，例如液態金屬射流源、逆康普頓散射(ICS)源、電漿通道源、磁波盪器源或自由電子雷射(FEL)源。

對於HHG源之實例，如圖6中所展示，輻射源之主要組件為可操作以發射泵浦輻射之泵浦/驅動輻射源330以及氣體遞送系統332。視情況，泵浦輻射源330為雷射，視情況，泵浦輻射源330為脈衝式高功率紅外線或光學雷射。泵浦輻射源330可為例如具有光學放大器之以光纖為基礎之雷射，從而產生每脈衝可持續例如小於1奈秒(1ns)的紅外線輻射之脈衝，其中脈衝重複率根據需要高達幾兆赫茲。紅外線輻射之波長可為例如大約1微米(1μm)。視情況，雷射脈衝作為第一泵浦輻射340經遞送至氣體遞送系統332，其中在氣體中，輻射之一部分轉換成比第一輻射高的頻率而成為發射輻射342。氣體供應件334將合適氣體供應至氣體遞送系統332，在該氣體遞送系統中，該合適氣體視情況由電源336離子化。氣體遞送系統332可為切割管。

由氣體遞送系統332提供之氣體界定氣體目標，其可為氣流或靜態體積。舉例而言，氣體可為稀有氣體，諸如氖氣(Ne)、氦氣(He)或氬氣(Ar)。氮氣(N₂)、氧氣(O₂)、氬氣(Ar)、氪氣(Kr)、氙氣(Xe)氣體皆可被考慮。此等氣體可為同一裝置內可選擇的選項。發射輻射可含有多個波長。若發射輻射為單色的，則可簡化量測計算(例如重建構)，但更容易產生具有若干波長之輻射。發射輻射之發射發散角可為波長相依的。不同波長將(例如)在對不同材料之結構成像時提供不同等級之對比度。舉例而言，為了檢測金屬結構或矽結構，可將不同波長選擇為用於成像(碳基)抗蝕劑之特徵或用於偵測此等不同材料之污染的波長。可提供一或多個濾光器件344。舉例而言，諸如鋁(Al)或鋯(Zr)薄膜之濾光器可用以切斷基諧IR輻射以免進一步傳遞至檢測裝置中。可提供光柵(圖中未繪示)以自產生之波長當中選擇一或多個特定波長。視情況，照明源包含經組態以待抽空的空間且氣體遞送系統經組態以在該空間中提供氣體目標。視情況，可在真空環境內含有光束路徑中之一些或全部，應記住，SXR及/或EUV輻射當在空氣中行進時被吸收。輻射源310及照明光學器件312之各種組件可為可調整的以在同一裝置內實施不同度量衡「配方」。舉例而言，可使不同波長及/或偏振為可選擇的。

取決於受檢測之結構之材料，不同波長可提供至下部層中之所要程度之穿透。為了解析最小器件特徵及最小器件特徵當中之缺陷，則短波長很可能為較佳的。舉例而言，可選擇介於0.01至21nm之範圍內或視情況介於1至10nm之範圍內或視情況介於9至21nm之範圍內的一或多個波長。

經濾光光束342可自輻射源310進入檢測腔室350，在該檢測腔室中，包括所關注結構之基板W由基板支撐件316固持以用於在量測位置處進行檢測。所關注結構經標註為T。視情況，檢測腔室350內之氛圍可由真空泵352維持為接近真空，使得SXR及/或EUV輻射可在無不當衰減的情況下穿過該氛圍。照明系統312具有將輻射聚焦成經聚焦光束356之功能，且可包含例如二維曲面鏡或一系列一維曲面鏡，如上文所提及的已公開美國專利申請案US2017/0184981A1(其內容之全文係以引用方式併入本文中)中所描述。執行聚焦以在投影至所關注結構上時達成直徑低於10μm之圓形或橢圓形光點S。基板支撐件316包含例如X-Y平移載物台及旋轉載物台，藉由X-Y平移載物台及旋轉載物台，可使基板W之任何部分在所要定向上到達光束之焦點。因此，輻射光點S形成於所關注結構上。替代地或另外，基板支撐件316包含例如可按某一角度使基板W傾斜以控制所關注結構T上之經聚焦光束之入射角的傾斜載物台。

視情況，照明系統312將參考輻射光束提供至參考偵測器314，該參考偵測器可經組態以量測經濾光光束342中之不同波長的光譜及/或強度。參考偵測器314可經組態以產生信號315，該信號被提供至處理器320且濾光器可包含關於經濾光光束342之光譜及/或經濾光光束中之不同波長之強度的資訊。

反射輻射360係由偵測器318捕捉且光譜被提供至處理器320以用於計算目標結構T之屬性。照明系統312及偵測系統318因此形成檢測裝置。此檢測裝置可包含屬於內容之全文係以引用方式併入本文中之US2016282282A1中所描述之種類的硬X射線、軟X射線及/或EUV光譜反射計。

若目標T具有某一週期性，則經聚焦光束356之輻射亦可經部分地繞射。繞射輻射397相對於入射角接著相對於反射輻射360以明確界定之角度遵循另一路徑。在圖6中，經吸取繞射輻射397以示意性方式被吸取，且繞射輻射397可遵循除經吸取路徑之外的許多其他路徑。檢測裝置302亦可包含偵測繞射輻射397之至少一部分及/或對繞射輻射397之至少一部分進行成像的另外偵測系統398。在圖6中，繪製了單個另外偵測系統398，但檢測裝置302之實施例亦可包含多於一個另外偵測系統398，該等多於一個另外偵測系統經配置於不同位置處以在複數個繞射方向上偵測繞射輻射397及/或對繞射輻射397進行成像。換言之，照射於目標T上之經聚焦輻射光束的(較高)繞射階由一或多個另外偵測系統398偵測及/或成像。該一或多個偵測系統398產生信號399，該信號經提供至度量衡處理器320。信號399可包括繞射光397之資訊及/或可包括自繞射光397獲得之影像。

為了輔助光點S與所要產品結構之對準及聚焦，檢測裝置302亦可提供在度量衡處理器320之控制下使用輔助輻射之輔助光學件。度量衡處理器320亦可與位置控制器372通信，該位置控制器操作平移載物台、旋轉載物台及/或傾斜載物台。處理器320經由感測器接收關於基板之位置及定向的高度準確之回饋。感測器374可包括例如干涉計，其可給出大約數皮米之準確度。在檢測裝置302之操作中，由偵測系統318捕捉之光譜資料382經遞送至度量衡處理單元320。

如所提及，檢測裝置之替代形式使用處於正入射或近正入射之硬X射線、軟X射線及/或EUV輻射，例如以執行以繞射為基礎之不對稱性量測。兩種類型之檢測裝置皆可提供於混合度量衡系統中。待量測之效能參數可包括疊對(OVL)、臨界尺寸(CD)、當微影裝置印刷目標結構時微影裝置之焦點、相干繞射成像(CDI)及依解析度疊對(ARO)度量衡。硬 X射線、軟X射線及/或EUV輻射可例如具有小於100nm之波長，例如使用介於5至30nm之範圍內，視情況介於10nm至20nm之範圍內的輻射。該輻射在特性上可為窄頻帶或寬頻帶。該輻射可在特定波長帶中具有離散峰值或可具有更連續的特性。

類似於用於當今生產設施中之光學散射計，檢測裝置302可用以量測在微影單元內處理之抗蝕劑材料內之結構(顯影後檢測或ADI)，及/或用以在結構已以較硬材料形成之後量測該等結構(蝕刻後檢測或AEI)。舉例而言，可在基板已由顯影裝置、蝕刻裝置、退火裝置及/或其他裝置處理之後使用檢測裝置302來檢測該等基板。

包括但不限於上文所提及之散射計之度量衡工具MT，可使用來自輻射源之輻射以執行量測。由度量衡工具MT使用之輻射可為電磁輻射。輻射可為光輻射，例如電磁光譜之紅外線部分、可見光部分及/或紫外線部分中的輻射。度量衡工具MT可使用輻射以量測或檢測基板之屬性及態樣，例如半導體基板上的微影曝光圖案。量測之類型及品質可取決於由度量衡工具MT使用之輻射之若干屬性。舉例而言，電磁量測之解析度可取決於輻射之波長，其中例如歸因於繞射限制，較小波長能夠量測較小特徵。為了量測具有小尺寸之特徵，可較佳使用具有短波長之輻射，例如EUV、硬X射線(HXR)及/或軟X射線(SXR)輻射，以執行量測。為了在特定波長或波長範圍下執行度量衡，度量衡工具MT需要存取提供在彼/彼等波長下之輻射的源。存在用於提供不同波長之輻射的不同類型之源。取決於由源提供之波長，可使用不同類型之輻射產生方法。對於極紫外線(EUV)輻射(例如1nm至100nm)，及/或軟X射線(SXR)輻射(例如0.1nm至10nm)，源可使用高階諧波產生(HHG)或逆康普頓散射(ICS)以獲得在所要波長下之輻射。

圖7展示照明源310之實施例600的簡化示意圖，該照明源可為用於高階諧波產生(HHG)之照明源。關於圖6所描述之度量衡工具中之照明源之特徵中的一或多者亦可在適當時存在於照明源600中。照明源600包含腔室601且經組態以接收具有由箭頭指示之傳播方向的泵浦輻射611。此處所展示之泵浦輻射611為來自泵浦輻射源330之泵浦輻射340的實例，如圖6中所展示。泵浦輻射611可經由輻射輸入605引導至腔室601中，該輻射輸入可為視情況由熔融矽石或可相當材料製成之檢視區。泵浦輻射611可具有高斯或中空(例如環形)橫向橫截面剖面且可入射(視情況聚焦)於腔室601內之氣流615上，該氣流具有由第二箭頭指示之流動方向。氣流615包含其中氣體壓力高於某一值的小體積(稱為氣體體積或氣體目標(例如若干立方毫米))之特定氣體(例如稀有氣體，視情況氦氣、氬氣、氙氣或氖氣、氮氣、氧氣或二氧化碳)。氣流615可為穩定流。亦可使用其他介質，諸如金屬電漿(例如鋁電漿)。

照明源600之氣體遞送系統經組態以提供氣流615。照明源600經組態以將泵浦輻射611提供於氣流615中以驅動發射輻射613之產生。其中產生發射輻射613之至少一大部分的區被稱為相互作用區。相互作用區可自幾十微米(用於緊密聚焦之泵浦輻射)變化至幾mm或cm(用於適度聚焦之泵浦輻射)或甚至高達幾公尺(用於極其鬆散聚焦之泵浦輻射)。氣體遞送系統經組態以提供氣體目標以用於在氣體目標之相互作用區處產生發射輻射，且視情況，照明源經組態以接收泵浦輻射並在相互作用區處提供泵浦輻射。視情況，氣流615係由氣體遞送系統提供至抽空或幾乎抽空之空間中。氣體遞送系統可包含氣體噴嘴609，如圖7中所展示，該氣體噴嘴包含在該氣體噴嘴609之出射平面中之開口617。氣流615係自開口617提供。在幾乎所有先前技術中，氣體噴嘴具有切斷管幾何結構形狀，其為均勻的圓柱內部幾何結構形狀，且出射平面中之開口之形狀為圓形。細長開口亦已如專利申請案CN101515105B中所描述而使用。

氣體噴嘴609之尺寸可想像地亦可用於範圍介於微米大小噴嘴至公尺大小噴嘴的按比例增加或按比例縮小之版本中。此廣泛範圍之尺寸標定來自如下事實：應按比例調整設置使得氣流處之泵浦輻射之強度最終處於可對發射輻射有益之特定範圍內，此需要針對可為脈衝雷射之不同泵浦輻射能量之不同尺寸標定，且脈衝能量可在數十微焦耳至數焦耳之間變化。視情況，氣體噴嘴609具有較厚壁以減少由可由例如攝影機偵測到之熱膨脹效應引起的噴嘴變形。具有較厚壁之氣體噴嘴可產生變化減少的穩定氣體體積。視情況，照明源包含接近於氣體噴嘴以維持腔室601之壓力的氣體捕獲器。

歸因於泵浦輻射611與氣流615之氣體原子的相互作用，氣流615將使泵浦輻射611之部分轉換成發射輻射613，該發射輻射可為圖6中所展示之發射輻射342的實例。發射輻射613之中心軸線可與入射泵浦輻射611之中心軸線共線。發射輻射613可具有在X射線或EUV範圍內之波長，其中波長係在0.01nm至100nm、視情況0.1nm至100nm、視情況1nm至100nm、視情況1nm至50nm或視情況10nm至20nm的範圍內。

在操作中，發射輻射613光束可穿過輻射輸出607，且可隨後藉由照明系統603操縱並引導至待檢測以用於度量衡量測之基板，照明系統603可為圖6中之照明系統312的實例。發射輻射613可經導引(視情況聚焦)至基板上之結構。

因為空氣(及事實上任何氣體)很大程度上吸收SXR或EUV輻射，所以氣流615與待檢測晶圓之間的體積可經抽空或幾乎抽空。由於發射輻射613之中心軸線可與入射泵浦輻射611之中心軸線共線，因此泵浦輻射611可需要被阻擋以防止其穿過輻射輸出607且進入照明系統603。此可藉由將圖6中所展示之濾光器件344併入至輻射輸出607中而進行，該輻射輸出置放於所發射光束路徑中且對於泵浦輻射不透明或幾乎不透明(例如對紅外線或可見光不透明或幾乎不透明)但對發射輻射光束至少部分透明。可使用在多個層中組合之鋯或多種材料來製造濾光器。當泵浦輻射611具有中空(視情況環形)橫向橫截面剖面時，濾光器可為中空(視情況環形)塊體。視情況，濾光器不垂直且不平行於發射輻射光束之傳播方向，以具有高效泵浦輻射濾光。視情況，濾光器件344包含中空塊體及諸如鋁(Al)或鋯(Zr)膜濾光器之薄膜濾光器。視情況，濾光器件344亦可包含有效地反射發射輻射但不良地反射泵浦輻射之鏡面，或包含有效地透射發射輻射但不良地透射泵浦輻射之金屬絲網。

本文中描述用以獲得視情況在泵浦輻射之高階諧波頻率下之發射輻射的方法、裝置及總成。經由製程(視情況使用非線性效應以產生視情況在所提供泵浦輻射之諧波頻率下之輻射的HHG)產生的輻射可作為輻射提供於度量衡工具MT中以用於基板之檢測及/或量測。若泵浦輻射包含短脈衝(亦即，幾個循環)，則所產生輻射未必確切地處於泵浦輻射頻率之諧波。基板可為經微影圖案化之基板。經由製程獲得的輻射亦可經提供於微影裝置LA及/或微影單元LC中。泵浦輻射可為脈衝式輻射，其可在短時間叢發內提供高峰值強度。

泵浦輻射611可包含具有高於發射輻射之一或多個波長的一或多個波長之輻射。泵浦輻射可包含紅外線輻射。泵浦輻射可包含具有在500nm至1500nm之範圍內之波長的輻射。泵浦輻射可包含具有在800nm至1300nm之範圍內之波長的輻射。泵浦輻射可包含具有在900nm至1300nm之範圍內之波長的輻射。泵浦輻射可為脈衝式輻射。脈衝式泵浦輻射可包含具有在飛秒範圍內之持續時間的脈衝。

對於一些實施例，發射輻射(視情況高階諧波輻射)可包含具有泵浦輻射波長之一或多個諧波。發射輻射可包含在電磁光譜之極紫外線、軟X射線及/或硬X射線部分中之波長。發射輻射613可包含在以下範圍中之一或多者中的波長：小於1nm、小於0.1nm、小於0.01nm、0.01nm至100nm、0.1nm至100nm、0.1nm至50nm、1nm至50nm及10nm至20nm。

諸如以上所描述之高階諧波輻射之輻射可作為源輻射提供於度量衡工具MT中。度量衡工具MT可使用該源輻射以對由微影裝置曝光之基板執行量測。該等量測可用於判定基板上之結構之一或多個參數。相比於使用較長波長(例如可見光輻射、紅外線輻射)，使用在較短波長下(例如在如上文所描述之波長範圍內所包含的EUV、SXR及/或HXR波長下)之輻射可允許藉由度量衡工具解析結構之較小特徵。具有較短波長之輻射，諸如EUV、SXR及/或HXR輻射，亦可更深地穿透至諸如經圖案化基板之材料中，此意謂基板上之較深層之度量衡係可能的。此等較深層可能不能由具有較長波長之輻射到達。

在度量衡工具MT中，源輻射可自輻射源發射且經引導至基板上之目標結構(或其他結構)上。源輻射可包含EUV、SXR及/或HXR輻射。目標結構可反射、透射及/或繞射入於目標結構上之源輻射。度量衡工具MT可包含用於偵測繞射輻射之一或多個感測器。舉例而言，度量衡工具MT可包含用於偵測正及負互補繞射階(例如，+1 st繞射階及-1 st繞射階)之偵測器，其中同一階數之+/-繞射階為互補繞射階。度量衡工具MT亦可量測鏡面反射或透射輻射(第0階繞射輻射)。用於度量衡之另外感測器可存在於度量衡工具MT中，例如以量測另外繞射階(例如較高繞射階)。

照明源可經提供於例如度量衡裝置MT、檢測裝置、微影裝置LA及/或微影單元LC中。

用以執行量測之發射輻射之屬性可影響所獲得量測之品質。舉例而言，輻射光束之橫向光束剖面(橫截面)的形狀及大小、輻射之強度、輻射之功率譜密度等可影響藉由輻射執行之量測。因此，具有提供具有引起高品質量測之屬性之輻射的源係有益的。

歸因於諸如圖6中所繪示之SXR度量衡工具在YZ平面中之反射方面根本上不對稱(例如，在反轉X軸後不對稱)的問題，本文中所揭示之概念將主要在SXR度量衡之內容背景中加以描述。然而，本文中之概念亦適用於使用其他輻射(例如，電子束)、波長(例如可見光、硬X射線及/或IR波長)及/或用於量測光束之正入射角的度量衡工具。在此描述中，座標XYZ被定義為工具座標，其中目標在XY平面中，且照明在YZ平面中(如圖6中所繪示)。目標座標系為xyz，其中x軸及y軸與(假定)矩形單位胞元之側面對準，該等側面可為目標襯墊之邊緣或目標週期性之方向，且z軸垂直於可為基板平面之目標平面。目標旋轉角(或目標方位)被定義為xyz與XYZ座標系之間的z旋轉角。舉例而言，目標定向0度意謂xy=XY，且目標定向90度意謂xy=+Y-X。光瞳座標可依據xy或依據XY。術語目標定向及目標方位/目標方位角在本發明中同義地使用。

度量衡工具可包含以光瞳為基礎之偵測器(亦即，度量衡工具之光瞳平面或傅立葉平面處之偵測器或攝影機)。此使得能夠選擇某些繞射階，如下文將描述。然而，本文中所描述之概念亦適用於以影像為基礎之偵測器(在度量衡工具之影像平面處進行偵測)。對於此類工具，工具之光瞳平面處之可組態(例如可程式化)遮罩可經提供以使得能夠選擇所需階；然而，基本方法將保持不變。因此，應理解，以下實施例純粹係例示性的，且沒有對波長範圍或區、偵測位置/方法及/或入射角的限制，亦不應該進行推斷。

在SXR度量衡中，可運用寬頻帶SXR光束(例如具有10nm至20nm之波長範圍)照明目標，其中在影像感測器上捕捉繞射/散射光。目標具有週期性圖案，該週期性圖案可包含例如1D週期性圖案(例如平行線)或2D週期性圖案(例如矩形單位胞元)。包含2D週期性圖案之目標係二維目標。二維週期性係在基板平面上之兩個正交方向上，視情況在兩個方向上之週期性大於或可相當於照明波長的一半，使得可藉由照明區分在兩個方向上之週期性。

繞射圖案經處理且可轉換成所關注參數，諸如(例如)疊對、焦點、CD、3D邊緣置放誤差(EPE)及例如側壁角(SWA)之剖面參數。

繞射圖案中之強度剖面不僅受到目標之屬性影響，而且受到量測工具之屬性影響。特定言之，在本文中被稱作「工具不對稱性」之問題可對量測有不合需要的影響。工具不對稱性可描述引起在+X方向上之繞射圖案相比於在-X方向上之繞射圖案之間的差異的工具屬性。舉例而言，由於照明光束(用以量測目標之光束)之偏振並非純s偏振或p偏振或由於光束剖面相對於Y軸並不鏡面對稱，可造成工具不對稱性。

例如在使用諸如圖6中所繪示之SXR度量衡工具時適用的一種用以解決此問題的已知方式為對各單一目標執行兩個量測：第一獲取，其中目標處於第一目標或標稱目標定向；及第二獲取，其中目標處於第二目標或旋轉之目標定向，該旋轉沿著其相對於標稱組態之法線成180度。此產生第一繞射強度圖案I ₀(X,Y)及第二繞射強度圖案I ₁₈₀(X,Y)，其中X,Y係感測器(工具)座標。工具不對稱性校正(TAC)之影像I _TAC(X,Y)可接著經建構為：I _TAC(X,Y)=I ₀(X,Y)+I ₁₈₀(-X,Y)。 (eq.1)

此要求恰當地定義X=0，此通常係可能的。

不對稱性量A(X)可接著經定義為：A(X)=∫[I _TAC(X)-I _TAC(-X)]dY， (eq.2) 其僅包含來自目標之不對稱性貢獻，且因此不包含來自工具之不對稱性貢獻。量I _TAC並非總是作為中間步驟被明確計算，但最終結果在數學上係相同的。

此途徑(其中在旋轉角0度及180度下量測目標)，用於基於1D週期性目標之量測判定在單一方向上之疊對(或其他參數)(亦即，方程式eq.1及eq.2可用於判定在x中之疊對)。然而，當量測2D週期性目標時，此途徑會失敗。雖然沿著感測器Y軸之非完美的反射對稱性係由於較小工具缺陷造成，但工具相對於感測器X軸在反射上係根本上不對稱的。

對於包含相對於(目標)y軸具有反射對稱性的單位胞元之2D週期性目標，可使用方程式eq.1。然而，若目標單位胞元不具有反射對稱性，例如由於在x及y兩者中之非零疊對或因為目標在設計上並不對稱，則此將不起作用。舉例而言，對於具有正方形單位胞元之目標，在x中之疊對等於在y中之疊對的情境將導致主要在(1,1)繞射階與(-1,-1)繞射階之間的額外不平衡，且在(1,-1)階與(-1,1)階之間沒有不平衡。方程式eq.1之對稱化操作並未解決在Y中之工具不對稱性。

圖8之(a)繪示關於由方程式eq.1體現之本發明方法的此問題。在第一定向下獲得第一繞射影像I ₀(X,Y)，包含零階0及6個繞射階(-1,1)、(-1,0)、(-1,-1)、(1,1)、(1,0)、(1,-1)(其他較高階亦可由工具捕捉，但在此處未展示)。第二繞射影像I ₁₈₀(-X,Y)包含在第二定向(標稱+180度)下捕捉且根據(-X,Y)而變換之繞射影像之表示。亦展示經組合影像或工具不對稱性校正之影像I _TAC(X,Y)(出於清楚起見已添加兩個繞射圖案之間在Y中的微小偏移)。由黑色實線表示之繞射階為對應於在xz及yz平面中具有反射對稱性之目標及假想理想對稱工具的繞射階。由灰色實線表示之繞射階指示僅受到工具不對稱性影響的繞射階，且由黑色點線表示之繞射階指示僅受到目標不對稱性影響的繞射階。

深灰色階(第一影像中之階(1,1)及第二影像中之階(-1,-1))繪示出在工具不對稱性校正之影像I _TAC(X,Y)中校正了工具不對稱性；亦即，第一影像I ₀(X,Y)及其變換I ₁₈₀(-X,Y)相對於工具圍繞Y軸係對稱的。針對兩個影像中之階(1,-1)的點線繪示出此校正策略對於2D標記之目標特徵並不起作用，此係因為對於該兩個影像對於在X或Y中之此等階不存在對稱性。

直觀地，可根據下式設想替代對稱化操作：I _TAC '(X,Y)=I ₀(X,Y)+I ₁₈₀(-X,-Y)。 (eq.3)

此將產生相對於原點具有點對稱性之影像。然而，其並不能保證在不存在目標不對稱性之情況下沿著X=0或Y=0具有反射對稱性的結果，因此此將不起作用。圖8之(b)為圖8之(a)之圖的等效圖，其繪示此對稱化操作。可看到，工具具有點對稱性，但目標特徵被加擾。

另一提議可包含以90度之步階量測目標。此提議接著使用方程式eq.1自0度及180度影像之組合判定X疊對，且使用方程式eq.1之輕微的變體自90度及270度影像之組合判定Y疊對。此將需要經偏置目標。此提議之主要缺點為，根本上不可能將疊對與諸如側壁不對稱性之其他目標不對稱性分離。另外，在設計上缺乏反射對稱性的單位胞元將不起作用。

為了解決上文提出之問題，提議互補繞射階對(m _x ,m _y)，(-m _x ,-m _y)(諸如(1,2)對(-1,-2))之TAC資料，係藉由使目標旋轉使得一個此對產生相對於感測器Y軸具有反射對稱性的繞射圖案來獲得。

特定言之，對於具有單位胞元尺寸L _x×L _y之目標，若使目標旋轉目標角或角度α，則繞射階對(m _x ,m _y)，(-m _x ,-m _y)將在影像感測器上係對稱的：α=atan2(m _y L _x,m _x L _y) (eq.4)

其中(m _x ,m _y)表示繞射階；繞射階之編號可相對於目標(x軸，y軸)固定。

圖9為描述根據此實施例之方法的流程圖。在步驟900處，選擇(m _x ,m _y)階對，其中m _x

0；舉例而言，階對可包含(0,1)、(1,0)、(1,1)、(1,-1)及其互補階。在步驟910處，基於單位胞元尺寸L _x ,L _y，根據方程式eq.4來評估角度α。舉例而言，若L _y/L _x=2，則角度將分別為[90，0， 26.56，-26.56]度。因而，一些角度為傾斜角(亦即，除0度、90度、180度或270度之外的角度，目標旋轉角經定義為分別在目標與感測器之xyz與XYZ座標系之間的z旋轉角)。步驟920包含獲得針對各目標角度α值之兩個繞射圖案(例如第一及第二量測獲取)：在α度下之第一繞射圖案I _α(X,Y)及在α+180角度下之第二繞射圖案I _α+180deg(X,Y)。步驟930包含對稱化以找到I _TAC,α(X,Y)；亦即，作為I _TAC,α(X,Y)=I _α(X,Y)+I _α+180deg(-X,Y)。步驟940包含對於各α，識別繞射圖案中之對應階對；例如對於α=26.56度，此步驟可包含識別階(1,1)及(-1,-1)。最後，在步驟950處，將像素值映射至依據波長或其他合適波長相關量(例如波數、距光瞳座標中之零階之距離、逆光瞳空間或q _z值等)而變化的光譜，且饋送該等像素值以進行進一步處理。

映射至光瞳座標可包含自表示為偵測器影像I(X,Y)之信號至在光瞳空間中表示之同一信號

的映射。參數κ表示光瞳空間中之(κ _x ,κ _y)向量，亦即，射線之方向單位向量(κ _x ,κ _y ,κ _z)之x及y分量，其中目標在xy平面中。光瞳空間中之表示可為連續的，而非依據離散像素；此可使用合適的內插方法來達成。

本文中所揭示之許多實施例包含將依據階數m及波長λ而變化的繞射效率R _mλ(m,λ)(或諸如強度之相關量)映射至逆光瞳空間或互易空間作為R _mq(m,q _z)，其中q _z具有逆長度之尺寸。

映射至逆光瞳空間可包含將以下變換序列應用至經量測信號以將原始資料變換至逆光瞳空間：

●將偵測器影像變換至光瞳空間，亦即信號Y _κ(κ _x ,κ _y)。此需要知曉偵測器像素在3D空間中之位置。

●將光瞳空間變換成逆座標q _x,q _y,q _z，以獲得逆座標量測資料。此將在下文更詳細地加以論述。

●將傅立葉變換應用至逆空間中之信號。

在3D互易空間(其中目標處於xy平面中且沿著x係週期性的，週期為p _x且在y中係週期性的，週期為p _y)或動量傳送空間中，動量傳送向量可經定義為：

其中m _x、m _y分別為在x及y中之繞射階數。此可更緊密地書寫為：

其中

為入射波向量，其在其z分量之正負號方面不同於

。 q 之z分量與q _z一致。對於來自在x及y中係週期性的目標之繞射， q 之笛卡爾分量具有以下屬性：

或替代地：

其中(

,
,
)為零階反射輻射之方向單位向量。

經量測強度或繞射效率光譜

可使用方程式5至7中之任一者映射至動量傳送空間作為

，或等效地作為

。因此再映射之

之部分現在可經傅立葉變換為：

應注意，此傅立葉變換中之因子2π亦可用-2π替換；在此狀況下，此ID之其餘部分中的方程式中之大多數其他因子2π亦將需要用-2π替換，如對於熟習此項技術者將顯而易見。

圖10繪示對由圖9之流程圖描述之實施例之替代的實施例。因為對四個(或多於四個)繞射階對中之各者執行兩次曝光係極耗時的，所以此實施例提議僅針對兩個繞射階對執行兩次曝光且內插其餘部分。若L _y/L _x比率很大(例如>3或>10)，則此可特別適用。若比率小，例如<0.33或<0.10，則其亦可係有用的，在此狀況下可調換x及y標籤。

在步驟1000處，選擇(m _x ,m _y)階對，其中m _x

0；舉例而言，階對可包含：(1,0)、(1,1)、(1,-1)、(1,2)、(1,-2)、(1,3)、(1,-3)。在步驟1010處，評估針對此等對中之僅兩者(例如階對(1,3)及(1,-3))之角度α _a、α _b。對於單位胞元縱橫比L _y/L _x=5，此將產生α _a=30.96及α _b=-30.96度。在步驟1020處，獲得針對α及α+180度(針對、中之各者，亦即總共四個)之繞射圖案。在步驟1030處，在各繞射圖案中，識別繞射階且將像素值映射至或變換成波長光譜，從而產生光譜S(α,m _x ,m _y ,λ)及S'(α,m _x ,m _y ,λ)，其中後者係針對α+180度目標定向且針對α=α _a或α=α _b量測光譜。光譜S及S'可表示繞射強度或繞射效率。可藉由將該等值除以照明源之強度光譜而將繞射強度光譜轉換成繞射效率光譜，照明源之強度光譜可使用偵測器318估計或獲得。在步驟1040處，藉由內插(例如線性內插)將光譜估計為α之連續函數，且運用對應於其他選定階(例如(1,0)、(1,±1)、(1,±2))之α值對該等光譜進行評估。最後，在步驟1050處，將TAC光譜評估為：S _TAC,α(m _x ,m _y ,λ)=S(α,m _x ,m _y ,λ)+S'(α,m _x ,m _y ,λ) (Eq.10)，其中α值被視為對應於|m _x|,m _y值。

以上工序係基於在兩個α值下之量測。其亦可一般化為三個或多於三個值。

若關係藉由S(α)=A+αB良好地近似，則線性內插係合適的。有可能真實關係變得更接近於冪律，例如S=A+α ³ B或通常S=A+f(α,m _x ,m _y ,λ)^B，其中f為已知函數且僅A及B係目標相依的。相應地修改步驟1040係簡單的。

在一實施例中，步驟1040可用以下步驟替換：將光譜S及S'自波長λ表示變換成q _z表示(或如已描述之動量傳送空間)以獲得光譜R(α,m _x ,m _y ,q _z)及R'(α,m _x ,m _y ,q _z)。經修改步驟1050可接著使用如步驟1040中所描述之內插以針對任意α值產生函數R且根據下式產生TAC光譜：R _TAC,α(m _x ,m _y ,q _z)=R(α,m _x ,m _y ,q _z)+R'(α,m _x ,m _y ,q _z) (Eq.11)。

視情況，此等步驟之後可為變換回至S _TAC,α(m _x ,m _y ,λ)。

此實施例所隱含的基本原理為，R(q _z)與S(λ)相比隨著階數的變化較小，此使得內插更有吸引力。

圖11繪示依據對於此實施例之繞射圖式的步驟1030及1040。圖11之(a)展示針對m _x ,m _y ,q _z空間中之四個定向α _a ,α _a+π,α _b ,α _b+π(使用弧度作為角度單位)的繞射圖案(其中，在此實例中，α _b=-α _a)。可看到，在用於工具及用於目標特徵之繞射圖案中存在點對稱性。圖11之(b)展示在角度α及0(其中α為α _a之量值)下之經內插繞射圖案。再次，淺灰色繪示目標不對稱性且深灰色指示工具不對稱性。

再次，灰色(灰色圓點及灰色線)描述受到工具相關不對稱性影響之繞射階且可經解譯為偵測器上具有不同回應的像素。黑色點線表示受到目標不對稱性影響之繞射階。圖11之(a)中之灰色點線(頂部兩個繪示)指示此區處存在工具相關不對稱性，但不存在用於彼目標旋轉之繞射光。在圖11之(b)中，內插使得工具不對稱性貢獻與非不對稱貢獻混合；在此處由灰色/黑色虛線及開放式灰色圓圈表示。

如上文所提及，繞射圖案中之強度剖面受到目標之屬性影響並且受到量測工具之屬性影響。迄今為止，尚未明確地描述來自經量測繞射圖案之像素可如何映射至對應階。若目標及量測工具兩者之所有屬性為吾人所知，則可直接計算此映射。然而，在大多數情形下，僅節距係已知的，而幾乎不存在關於堆疊組成及單位胞元之資訊。又，可考慮源光譜之波動以及樣本載物台與偵測器之未對準。因此，提議添加以下預處理步驟(例如，添加至上文所描述之方法之步驟1030)以獲得像素至階之較佳映射：

●基於使用者定義或自動獲得(例如藉由Otsu之方法)之臨限值而對影像進行二進位化。

●將影像分段以獲得可應用至原始影像之每階遮罩(例如信號區)以獲得較準確的像素至階映射。影像分段係藉由輪廓搜尋發現，諸如(例如)Satoshi Suzuki等人之「Topological structural analysis of digitized binary images by border following」(電腦視覺、圖形及影像處理(Computer Vision,Graphics,and Image Processing)，30(1)：32-46，1985年)中所描述；其特此係以引用方式併入本文中。

●藉由依序應用形態閉合及開放變換來最佳化所獲得之輪廓。前者移除小輪廓且後者填充剩餘輪廓中之孔。

此等步驟可藉由小數目之超參數控制，該等超參數可容易地適應於不同實驗條件。可接著將所獲得遮罩應用於原始影像以提取步驟1040所必要之指定繞射階。在需要時，可藉由比較所獲得遮罩與所計算位置且相應地移位或旋轉影像來校正樣本與偵測器未對準。若使用簡單的交叉相關途徑，則校正限於圍繞光束軸線之x、y移位及旋轉。

現在將描述另一實施例，其中特定應用於使用量測照明之度量衡(例如SXR度量衡)，該量測照明可經由高階諧波產生(HHG)技術產生。在SXR度量衡中，目標可由SXR光譜(例如包含在10nm至20nm波長範圍內之波長)照明。可由影像感測器捕捉繞射圖案。處理繞射圖案會產生諸如疊對或臨界尺寸之所關注參數之估計值。如已提及，目標通常可為1D週期性或2D週期性的。對於1D週期性目標，可選擇對稱的圓錐形量測組態。通常，影像感測器上之不同像素接收不同波長(λ)及繞射階(m)且自像素位置映射至階及波長係簡單的。

視情況，捕捉兩個繞射圖案，其中在第一獲取與第二獲取之間使樣本旋轉180度(平面內)。對於兩個獲取，入射平面可平行於以對稱圓錐形組態量測的目標之線。

在一個實例中，光譜具有梳狀光譜，視情況，光譜為可經由HHG產生之SXR光譜，如圖12中所繪示。圖12為光譜功率SP相對於波數

(或波長)之標繪圖。峰值中之各者處於泵浦/驅動輻射波數之奇數倍處(在高階諧波產生之前)。取決於SXR源之設計，亦可存在偶數倍；在以下描述中，僅假定存在奇數倍。使方法適應於存在偶數倍與奇數倍兩者之狀況將係簡單的。峰值之間的光譜功率接近於零。此情形之結果為：無法量測對應波長分量之反射率。與運用無缺失值之連續光譜進行量測相比，照明光譜中之缺失的波長值減小了自量測獲得之資訊量。特定言之，此可導致自相關/傅立葉分析中之假影。即使峰值之間的光譜強度不為零，而是僅僅處於比峰值低得多的值，結果亦將為彼等波長之低信號/雜訊比。

因此需要在(m,q _z)表示中產生連續的或至少比在習知HHG 產生之情況下更連續的光譜。此處，m為繞射階數。映射(m,λ)→(m,q _z)(上文所描述)受到方位角φ(目標定向或平面內目標旋轉)、入射角、目標之節距及目標(或目標中之所選擇層)之折射率n影響。角度φ=±90度被定義為對稱的錐形繞射；0度及180度係平面繞射。

圖13為光譜功率SP相對於q _z值之標繪圖，其繪示針對三個方位角φ之離散波長光譜至q _z值之映射。在此特定實例中，三個不同方位角為：90度、83度及97度。90度光譜對應於映射至q _z空間的圖12之光譜。另外兩個光譜展示，藉由使方位角變化，此等峰值之位置在q _z空間中移動。對於φ=83度及φ=97度，q _z空間中的峰值之位置基本上相同；亦即，在任一方向上移位7度會引起峰值位置之基本上相同的移位。方位角移位之量值(在此特定實例中，7度)經選擇使得光譜峰值位於針對φ=90度量測之光譜之光譜峰值之間，例如φ=97度光譜中之各峰值距φ=90度光譜中之各別鄰近峰值對中之各峰值的距離大致相等。達成此情形之移位之量值將取決於多個參數，包括φ之移位、目標節距、入射角及目標之折射率。

因而，提議對至少一對量測獲取執行量測，在第一方位角(例如習知方位角，諸如φ=±90度)下之第一獲取及在第二方位角下之第二獲取經選擇/最佳化使得第二獲取之經捕捉光譜之光譜峰值位於第一獲取之經捕捉光譜之光譜峰值之間(例如距第一獲取之經捕捉光譜之光譜峰值的距離大致相等)。可接著組合此等量測，從而產生無缺失分量之更連續光譜(亦即，經組合光譜包含在q _z空間中對應於遍及波數範圍之驅動輻射波數之所有整數倍(偶數倍及奇數倍)的位置處的分量)。參考所繪示之特定實例，組合對應於(m,q _z)空間中之φ=90度及φ=97度(或83度)之量測將產生無缺失分量之光譜。

對於1D週期性目標，角度α可經選擇以使得針對方位角φ _a=π/2及φ _b=(π/2+α)之q _z表示中之光譜峰值係交錯的(現在以弧度計之角度)。兩個光譜之此等光譜峰值可大致等距間隔開。角度α為上文所描述之方位角移位，例如在所繪示之特定實例中為7度或0.12弧度。

分別針對此兩個方位角獲得兩個反射光譜R ^(a)(m,q _z)及R ^(b)(m,q _z)。此兩個光譜可在對應於具有低或零光譜功率之波長之q _z值下具有雜訊或缺失資料。該兩個光譜可組合成不具有缺失資料及/或雜訊較少的單一光譜R ^(c)(m,q _z)。

存在可組合兩個光譜的多種方式，例如可獲取簡單平均值。一般而言，可定義函數f(R _a ,R _b)以組合兩個光譜。作為另一實例，可將標準誤差σ_a,b(q _z)指派給各分量且取得加權平均值，例如：

存在許多可能的變化；舉例而言，可對繞射強度(I(m,q _z))而非繞射效率執行分析，及/或加權因子可不同於1/σ ²。

經組合信號R(q _z)可接著用作進一步處理之輸入，例如以判定所關注參數。此信號亦可變換回波長表示以供與預期此輸入之演算法一起使用。個別信號R ^(a)及R ^(b)可經饋送至機器學習演算法中，而不將其組合成經組合之信號。

可使用試誤法最佳化來選擇角度α，例如藉由使方位角變化且觀測空間中之量測光譜中之所得峰值位置，選擇對應於相對於對應於φ=π/2之光譜處於所要交錯位置中的光譜峰值的方位角。如已描述，有可能將已知波長(來自SXR照明光譜)映射至q _z值。

下表列出針對多個不同節距之關於角度α的多個特定實例值。所有值皆假定光譜在15nm波長附近具有1030nm之奇次諧波，入射角為30度，且目標折射率為n=0.95。應注意，在節距

80nm處，q _z表示中之峰值移位變得與α成非線性關係。

此量測光譜組態實施例可與本文中所描述之工具不對稱性校正概念組合。作為第一實例，將描述針對1D週期性目標之基本工具不對稱性校正。此解決了將由此光譜組態實施例引入之大工具不對稱性，而非由於較小對準誤差或偏振效應引起的較小工具不對稱性。

在此實施例中，針對三個目標定向：方位角

、φ _b=(π/2+α)及φ' _b=φ _b-π，執行三個量測獲取。參考方程式12，組合之光譜可經評估為：

此可能為相反的方式，例如R ^(b')可用於正m，亦即

替代地，可以使得不捨棄經量測資料之方式組合該等量測。

在另一實施例中，(同樣針對1D週期性目標)，可執行完整的工具不對稱性校正。然而，此確實需要6個量測獲取，這超出了預期。方法包含在目標定向φ _a ,φ _b ,φ _a'=φ _a-π,φ _b'=φ _b-π,φ _c=π/2-α,
下執行6個量測獲取。針對此等目標定向中之各者之實例所捕捉繞射圖案在圖14中加以繪示。

可接著根據下式建構工具不對稱性校正之光譜：

可接著將此等光譜組合(例如)為：

吾人預期，此途徑將校正工具不對稱性之所有來源。然而，若狀況並非如此，則另一實施例可包含修改1D週期性目標以變成準2D目標。舉例而言，具有第一節距之1D週期性光柵可以較大節距(例如大至少一數量級)切割，以形成具有用於x方向之第一節距及用於y方向之第二節距的2D週期性圖案。可接著將圖9或圖10中所描述之工具不對稱性校正方案應用於此目標。可接著組合不同階(m _x ,m _y)之繞射效率，如已在已經描述之量測光譜組態實施例中所描述(例如加權平均值)。

在此目標中，將預期看到更多的y繞射階，而不僅僅是旋轉角對於在q _z表示中交錯光譜峰值而言最佳的繞射階。有可能對TA校正之繞射效率R _mq(m _x ,m _y ,q _z)執行傅立葉分析，從而產生x,y及z中之自相關資料集。可例如藉由在y上對自相關信號進行積分而捨棄y相依性。

現在將在例如以繞射為基礎之疊對(DBO)度量衡之疊對之內容背景中描述另一實施例。在DBO度量衡中，可量測兩個不同偏置之目標以估計疊對OV。更特定言之，可根據下式自兩個不對稱性量測A ₊及A _-(分別與具有偏置+b及-b之目標相關，亦即，具有相同量值及不同方向之偏置)估計疊對：

存在對此一般概念之許多改進。一種此類方法可包含自單一目標獲得相位差參數或類疊對參數X ₀(例如，以奈米表示)，或根據下式組合來自兩個經偏置目標之量測：

概言之，該方法可包含例如使用上文所描述之方法將繞射效率R _mλ(m,λ)映射至互易空間作為R _mq(m,q _z)。此表示可接著經傅立葉變換成複合值表示R _mZ(m,z)，其中Z值對應於目標結構中之層厚度。類疊對參數X ₀(Z)接著藉由下式與R _mZ(m,z)與R _mZ(-m,Z)之間的相位差△φ _m(Z)相關：

其中p為目標之節距。此可經一般化至2D週期性目標及多個繞射階對(m _x ,m _y)，從而產生X ₀及Y ₀。對於2D週期性目標，可使用本文中所描述之工具不對稱性校正技術以獲得R _mq(m _x ,m _y ,λ)。應注意，雖然在較早描述中，XYZ被定義為工具座標，但此處其為目標內座標。

對於此疊對度量衡方法，藉由使用經偏置目標獲得較佳準確度。在2D疊對實例中，可存在具有(例如)偏置(x,y)之四個經偏置目標：(b _x ,0)、(-b _x ,0)、(0,b _y)、(0,-b _y)，其中b _x為x方向偏置且b _y為y方向偏置。視情況，x方向偏置b _x與y方向偏置b _y係不同的。藉由結合方程式eq.15使用此類經偏置目標，準確度得以改良，特別是針對y方向疊對。

然而，一組四個經偏置目標佔據相當大的晶粒上面積且需要四個量測獲取，從而導致與量測單一未偏置目標相比產出量低四倍。

對來自方程式eq.15之X ₀、Y ₀值中之誤差的大貢獻係由於系統性誤差引起。舉例而言，一個此誤差源可由對目標層折射率之不良估計或假定產生。目標層之依據波長而變化的折射率可能與在計算R _mq(m,q _z)時所假定的折射率不同。另外，遍及q _z空間中之有限域的傅立葉變換產生系統性誤差。

因為此等誤差係系統性的，所以提議僅在初始校準中使用經偏置目標。此校準將僅需要小數目個經偏置目標，且對於每一晶圓執行校準可並非必需的。可經由校準獲得校準資料(例如，一或多個校準關係，或稱為一或多個經校準關係)。

在此實施例中，大部分疊對目標可為單個(亦即，單個襯墊)未偏置目標(或更一般而言，全部包含單個偏置，較佳為零)，使得每位置僅需要一個此目標而非四個目標。此等未偏置目標可例如被置放於晶粒內。可將經偏置校準目標(例如，具有多個偏置)置放於切割道中。晶粒為上方製造有給定功能電路之小半導電材料塊體。通常，經由諸如光微影之製程在單一基板上以大批量生產積體電路。將晶圓切割(切塊)成許多片件，其各自含有該電路之一個複本。此等片件中之各者被稱為晶粒。晶粒內意謂度量衡目標位於晶粒內部。切割道係分離基板上之晶粒的區域。此區域需要能夠將基板切塊(鋸切)成個別晶粒。

作為量測出於度量衡目的而特定設計及曝光之目標的替代方案，可直接在產品上執行度量衡(產品上度量衡)，其限制條件為其足夠正則化(例如記憶體結構)。以此方式，為了疊對度量衡，不犧牲佔據面積。又，歸因於與目標之邊緣相關之微影假影，如在目標上所量測之疊對可不同於晶粒上之功能產品結構(例如記憶體胞元)之想要疊對；藉由直接對結構進行量測，會避免此問題。在本發明之內容背景中，術語目標可描述出於度量衡目的而特定設計及曝光之目標，或當在其上執行度量衡時包括功能產品結構之任何其他結構。

校準可包含量測多個經偏置目標(針對1D週期性目標之兩個或多於兩個目標，針對2D週期性目標之四個或多於四個目標)，且自所得量測值判定疊對與類疊對參數X ₀之間(及針對2D之疊對與類疊對參數Y ₀之間)的關係(校準關係)。視情況，該等偏置係不同的。一旦校準此校準關係(例如，每方向)，其就可用於生產階段中以將例如使用方程式eq.15自未偏置(例如晶粒內)目標上之度量衡判定之類疊對參數X ₀(或Y ₀)轉換成疊對值。

在特定實例中，可假定疊對與類疊對參數之間的關係係線性的(可替代地使用其他更複雜/更高階關係)。因而，方法可包含判定關係OV _x=(aX ₀+c)中之係數a、c，且類似地判定關係OV _y=(dY ₀+e)中之係數d，e，其中OV _x為x方向疊對且OV _y為y方向疊對。在每維度兩個目標的情況下，可估計a或c/d或e；在每維度三個目標的情況下，可估計a及c/d及e兩者。因而，在每方向三個目標的情況下將改良校準。係數值a,c(及/或d,e)可接著用以將例如自未偏置目標獲得之X ₀(及/或Y ₀)之值轉換成疊對值。

知曉係數a,c(及d,e)亦使得能夠較準確地估計依據波數而變化的折射率

，或至少橫越層堆疊(例如，諸如上部圖案化層與下部圖案化層之間的層)之平均折射率值。為此，可注意，方程式7為折射率n=1之近似值。更準確表示為：

其中根據斯奈爾定律，角度θ ₁、θ ₂亦取決於

。吾人可修改

，例如藉由添加

之恆定或線性函數使得如上文所描述之係數a、c、d、e分別得到值1、0、1、0。此可藉由試誤法或使用最佳化演算法來完成。此使得能夠更準確地量測層厚度，或若厚度係已知的，則提供關於層之化學組成(諸如氧化量)之資訊；在SXR中，折射率主要為構成化學元素之折射率的加權平均值。

如已描述，當使用本文中所揭示之方法量測2D目標時，可進行在不同目標定向(或方位角)下之多個獲取以校正TAC。在此類方法中，可需要在分析經量測資料之前執行一或多個預處理步驟，例如以移除雜訊且組合部分資料(多個量測值至HDR影像中)。取決於用於預處理中之特定步驟，資料之各種部分(例如，在一或多個定向/波長/獲取設定等下與一或多個目標或樣本區相關之一或多個特定資料點)可分類為離群值(亦即，偏離其他資料觀測之極值)。存在兩種常見途徑：●對整個資料集，亦即一起對對應於不同定向角之所有圖框，執行離群值偵測；或●僅基於來自單一定向之圖框執行離群值偵測。

然而，此等方法兩者皆顯示不足的效能。此導致錯誤分類，其可嚴重地影響進一步分析。

離群值偵測與2D光柵特別相關，此係因為此等2D光柵產生增加數目個繞射圖案(與1D光柵相比)，從而導致偵測器接收信號的面積更大。因此，且尤其當使用軟X射線(Soft X ray；SXR)量測輻射時，觀測到導致離群值之高能γ射線的機會很高。然而，此不僅為關於SXR之問題；針對其他波長亦存在類似離群值。

用於離群值偵測之經量測資料之次佳預處理可導致資料點被錯誤分類為離群值或實際離群值未被如此分類；亦即，離群值偵測遭受假陽性及假陰性兩者。此類錯誤分類可導致後續分析步驟中的結果不正確且可能無法解釋。對於疊對量測，此可能導致例如不良的疊對再生效能。

在一些實施例中，如已描述，2D目標量測可在四個或多於四個獲取中執行，各獲取係在相異目標定向或角度下進行。此與大偵測器覆蓋範圍(例如運用SXR輻射)之前述問題結合，導致觀測到離群值的機會很高，如所提及，當前離群值偵測方法無法良好地處置該等離群值。

因此，提議基於圖案類似性及/或定向角將資料之部分配對在一起且對配對資料執行離群值偵測：可用以對離群值進行分類之例示性方法可尤其包括以下方法中之一者：四分位數範圍(IQR)中值絕對偏差(MAD)、母體變異數、定限或第k個百分位記分。然而，此實施例不限於特定離群值偵測方法。

在一實施例中，可藉由量測一或多個獲取對中之相同目標或樣本位置來實現具有類似繞射圖案之資料的配對，其中各獲取對包含在目標定向角相差180度(例如20°與200°或10°與190°)之量值的各別定向下之兩個獲取。舉例而言，可自此獲取對獲得在x及/或y中之鏡射方面之類似的繞射圖案。可較佳的是獲得每方向一獲取對，例如在以90度之量值等距間隔開之定向下之(至少)四個獲取。可接著將此等獲取配對成兩個獲取對，各對在定向上像差180度，如已描述。

圖15包含分別對應於在10°、100°、190°、280°之目標定向下之四個2D週期性繞射圖案。在給出此資訊之情況下，對應於各圖案(亦即，各定向)之資料可與類似或鏡射圖案配對(亦即，在此狀況下，第一獲取對包含與定向10°及190°相關之資料，且第二獲取對包含與定向100°及280°相關之資料)。與此等獲取對配對之度量衡資料可接著用作用於離群值移除之輸入。

可展示出，與先前所描述之當前離群值移除途徑兩者相比，使用用於離群值偵測之配對資料改良了離群值偵測。

此離群值偵測方法可用於包含自任何2D目標或結構(不需要週期性)獲得之樣本位置(目標)之間的至少兩個不同定向之度量衡資料。不存在對量測波長之限定；本文中所揭示之概念適用於任何一或多個波長獲取。

離群值偵測方法可形成預處理方法之部分以預處理度量衡資料(量測獲取)。此預處理方法可包含以下額外步驟中之一或多者：過度掃描校正、背景校正及關注區選擇。在此之後，可如上文所描述將資料配對且應用合適的離群值偵測方法；例如，IQR離群值偵測方法或任何其他合適方法。

在本文中所揭示之許多對稱化方法中，該等方法包含在目標之傾斜方位角下執行至少一個量測獲取，且更特定言之，藉由選擇目標之方位角使得該對階對{(m _x ,m _y),(-m _x ,-m _y)}相對於光瞳YZ平面係對稱的，則需要較大的合乎需要數目個量測獲取。雖然已揭示經由內插技術減輕此情形之實施例，但此等內插技術亦會引入誤差。另外，所揭示之內插方法運用相隔60度的至少6個獲取更好地起作用。

為了解決此問題，將描述僅需要四個量測獲取(相隔90度)且不需要內插以獲得四個繞射光譜(例如繞射效率光譜或強度光譜)的另一對稱化方法。在各狀況下，在四個方位角φ=0,90,180,270度下量測目標，其中φ為光瞳κ _x軸與目標x軸(圖16中所繪示之軸線)之間的角度。獲得四個繞射效率光譜

，針對此等角度中之各者有一個繞射效率光譜。

應瞭解，此實施例之光瞳κ座標系相對於工具固定。此與以上描述映射至逆光瞳空間之部分形成對比，其中光瞳κ座標系附接至目標使得φ按照定義將為零。

圖16展示針對以下四個所提議目標T方位角φ之在光瞳(κ _x ,κ _y)空間中的四個繞射圖案：圖16之(a)展示φ=0°，圖16之(b)展示φ=90°，圖16之(c)展示φ=180°，圖16之(d)展示φ=270°。繞射階係由(m _x ,m _y)階數標記，該等階數始終相對於目標x,y軸界定。

可藉由將波長轉換成如已描述之q _z值來將此等光譜自波長空間變換成q _z空間；例如：

其中

為照明之入射角且為與繞射輻射之法線所成之角度，其為繞射階及波長之函數。此變換之結果為四個繞射效率光譜

。

可瞭解，雖然將依據q _z空間內之處理來描述此等實施例，但此並非必需的，且亦可在光瞳空間中執行該等方法；例如，依據繞射效率R _mκ(m _x ,m _y ,△κ)，其中△κ=∥ κ (m _x ,m _y)- κ (0,0)∥，其中 κ 為特定繞射階及波長之光瞳向量；或依據強度I(m _x ,m _y ,△κ)。

在此對稱化實施例中，可例如根據下式判定工具不對稱性校正(TAC)之光譜

作為四個經量測(及經變換)繞射效率光譜之平均值：

其中上標90j參考各別獲取方位角φ。

對於矩形單位胞元，對稱性分析指示

具有與單位胞元相同之對稱性。舉例而言，針對(x,y)→(x,-y)之單位胞元不變性導致

不變性(m _x ,m _y)→(m _x ,-m _y)。又，具有沿著對角線之反射對稱性的正方形單位胞元具有不變性(x,y)→(y,x)，此導致

不變性(m _x ,m _y)→(m _y ,m _x)。僅在方位角φ=0°及φ=180°下量測之已知方法將在此最後不變性上失效。

在此對稱化方法之改進中，可應用與各獲取之可靠性相關之加權因子w(φ,m _x ,m _y)，例如：

在一特定實例中，可選擇加權w以有利於接近光瞳κ _x軸之繞射階且反對接近光瞳κ _y軸之繞射階進行加權。舉例而言，加權w(φ,m _x ,m _y)可採取以下形式：w(φ,m _x ,m _y)=[cos(φ-ψ)]²，其中ψ=atan2(m _y p _x ,m _x p _y)為繞射階相對於目標x軸之角度，且p _x、p _y為目標節距(單位胞元尺寸)。應注意，此加權取決於「差角」φ-ψ之零點；取決於差角之定義，加權可為[sin(φ-ψ)]²。

可使用其他加權函數來替代上文所描述之餘弦平方表達式。舉例而言，函數f(χ)為差角χ=φ-ψ之函數且其在與[cosχ]²(或取決於零點定義，[sinχ]²)相同之χ值下具有最小值及最大值，且對於χ→-χ(對360取模)不變且可使用χ→χ+180(對360取模)。

針對χ

[0,360]所定義之一個特定替代加權函數為：

其中δ為某正角，例如δ=30度或δ=12度。

視情況，當根據任何合適之加權函數(例如，諸如明確描述之彼等加權函數)判定之加權低於臨限值(例如低於0.25、低於0.2、低於 0.15或低於0.1)時，可強加零加權，亦即：w=0。

所提議加權強加了有利於受到工具不對稱性影響較小之貢獻(就獲取方位角值φ而言)的較重加權。此外，可瞭解，工具內之光瞳覆蓋範圍不大可能包含以(0,0)繞射階為中心之圓盤，且因此，相同繞射階(m _x ,m _y)可具有針對方位角φ之各值所覆蓋的不同△κ範圍。特定言之，沿著光瞳κ _x軸之光瞳覆蓋範圍可比沿著光瞳κ _y軸之光瞳覆蓋範圍大得多；與-κ _y相比，沿著+κ _y之覆蓋範圍亦可能不同。藉由針對在任何狀況下皆未捕捉到之繞射階將權重設定成零，可避免對捨棄資訊之需要。

舉例而言，繞射階(1,0)可針對φ=0,180度覆蓋△κ

[0.2,0.4]，針對φ=90度覆蓋△κ

[0.2,0.3]，且針對φ=270度覆蓋△κ

[0.2,0.25](此等值純粹係例示性的)。在未加權對稱化方法中，僅將獲得用於△κ=[0.2,0.25]之資料，且將必須捨棄用於△κ=[0.25,0.4]之資料，即使針對此階，φ=0,180度亦將足以消除工具不對稱性。藉由使用所提議之加權方法，可使用整個△κ範圍[0.2,0.4]。

視情況，步長及獲取數目可在相隔90度之4個獲取例如至相隔60度之6個獲取或相隔45度之8個獲取之間變化。

在後續編號條項中揭示另外實施例：

1.一種使用一度量衡工具量測一基板上之一目標之方法，該度量衡工具包含：一照明源，其可操作以發射用於照明該目標之一照明光束；及一度量衡感測器，其用於收集已由該目標散射之散射輻射，該基板之表面界定在一第一工具方向及正交於該第一工具方向之一第二工具方向上方延伸的一基板平面，其中該第一工具方向、該第二工具方向及正交於該第一工具方向及該第二工具方向之一第三工具方向一起界定一工具座標系，該方法包含：執行至少一對量測獲取，該至少一對量測獲取包含在相對於該照明光束之一第一目標定向下之該目標之一第一量測獲取；及在相對於該照明光束之一第二目標定向下之該目標之一第二量測獲取，其中該第一目標定向係由一目標座標系與該工具座標系之間圍繞垂直於該基板平面之一軸線的一目標角界定，其中用於該至少一對量測獲取之至少一個量測獲取之該目標角係一傾斜角；及自該第一量測獲取及該第二量測獲取判定一組合之量測獲取。

2.如條項1之方法，其中該目標包含在該目標座標系之一第一目標方向上具有一第一週期性且在該目標座標系之一第二目標方向上具有一第二週期性的一二維目標。

3.如條項2之方法，其中該第一目標定向及該第二目標定向係使得一所選擇互補繞射階對產生一繞射圖案，該繞射圖案相對於該度量衡感測器沿著該第二工具方向之一軸線具有反射對稱性。

4.如條項3之方法，其包含：基於以下各者計算該目標角：該目標之一單位胞元在該第一目標方向及該第二目標方向上之胞元尺寸；及一所選擇互補繞射階對在該第一目標方向及該第二目標方向上之階數。

5.如條項4之方法，其中該等胞元尺寸分別在該第一目標方向及該第二目標方向上為(L _x ,L _y)，該互補繞射階對之該等階數為(m _x ,m _y)，(-m _x ,-m _y)且該目標角α係由下式定義： α=atan2(m _y L _x ,m _x L _y)。

6.如任一前述條項之方法，其中該第二目標定向係由該目標角加180度界定。

7.如任一前述條項之方法，其包含：選擇該等互補繞射階對中之至少兩者；針對該等互補繞射階對中之各者執行該對量測獲取；將該等對量測獲取之各量測獲取內之該等繞射階中之各者的經量測像素值映射至依據一波長相關量而變化的一各別光譜；及自該對量測獲取中之各者之一組合判定該組合之量測獲取。

8.如條項6或7之方法，其包含自該組合之量測獲取判定一所關注參數。

9.如條項8之方法，其中該所關注參數包含疊對或側壁角。

10.如條項6至9中任一項之方法，其中該等互補繞射階對中之該至少兩者包含該等互補繞射階對中之至少四者。

11.如條項6至9中任一項之方法，其中該方法包含：藉由內插將該等光譜中之各者估計為該目標角之一連續函數；及用對應於其他互補繞射階對之其他角度評估該等光譜。

12.如條項7至11中任一項之方法，其中該映射步驟包含將該等光譜中之各者自一波長表示變換成逆光瞳空間中之一逆座標表示或光瞳空間中之一光瞳座標表示的一步驟。

13.如條項7至12中任一項之方法，其中該映射步驟包含：基於使用者定義或自動獲得之臨限值使該等第一量測獲取及該等第二量測獲取中之各者二進位化；及將該等二進位化之第一量測獲取及第二量測獲取中之各者分段以獲得每階遮罩。

14.如條項13之方法，其進一步包含：藉由依序應用形態閉合及開放變換來最佳化自該分段步驟獲得之輪廓。

15.如任一前述條項之方法，其中該照明光束以一非正入射角照明該基板。

16.如任一前述條項之方法，其中該照明光束在由該第一工具方向及該第三工具方向界定之一平面或由該第二工具方向及該第三工具方向界定之一平面中照明該基板。

17.如任一前述條項之方法，其中該度量衡工具包含可操作以捕捉一強度光譜之一偵測器。

18.如條項1至16中任一項之方法，其中該度量衡工具包含一以影像為基礎之偵測器，且該方法包含在一光瞳平面中使用一遮罩以選擇該等繞射階。

19.如任一前述條項之方法，其中該量測獲取為針對由於該照明光束及/或該度量衡感測器引起的不對稱性貢獻而校正的一經校正量測獲取。

20.一種用以運用一度量衡工具之一照明量測一基板平面上之一目標的方法，其包含：進行一第一量測；使該目標相對於正交於該基板平面之一方向以一非正交角度旋轉；及進行一第二量測。

21.如條項20之方法，其中該目標係在該基板平面上在兩個正交方向上具有週期性的一二維目標，視情況，在兩個方向上之該等週期性大於或可相當於照明波長的一半。

22.如條項20或21之方法，其中該照明以一傾斜入射照明晶圓。

23.如條項20至22中任一項之方法，其中該方法進一步包含：組合該第一量測及該第二量測以校正由該度量衡工具引入之一不對稱性。

24.如任一前述條項之方法，其中使用一照明光束來執行各量測獲取，且該第一量測獲取產生一第一量測信號，且該第二量測獲取產生一第二量測信號，且其中該第一定向及該第二定向係使得該第二量測信號之一第二光譜包含互易空間中之光譜位置處的峰值，該等峰值與該互易空間中之該第一量測信號之一第一光譜的峰值交錯。

25.如條項24之方法，其中該自該第一量測獲取及該第二量測獲取判定一組合之量測獲取包含將至少該第一量測獲取及該第二量測獲取組合為一加權平均值。

26.如條項24或25之方法，其中該第二光譜中之各峰值距該第一光譜中之一各別鄰近峰值對中之各峰值的距離大致相等。

27.如條項24至26中任一項之方法，其包含基於該第二光譜之一試誤法最佳化而判定該第二目標定向。

28.如條項24至27中任一項之方法，其中該至少一對量測獲取及該至少一對量測信號分別包含在一第三目標定向下之至少一第三量測獲取及一對應的第三量測信號，其中該第三目標定向與該第二目標定向相差180度。

29.如條項24至27中任一項之方法，其中該至少一對量測獲取及該至少一對量測信號分別包含在一第三目標定向下之至少一第三量測獲取及一對應的第三量測信號、在一第四目標定向下之一第四量測獲取及一對應的第四量測信號、在一第五目標定向下之第五量測獲取及一對應的第五量測信號以及在一第六目標定向下之一第六量測獲取及一對應的第六量測信號，其中該第三目標定向與該第二目標定向相差180度，該第四目標定向與該第一目標定向相差180度，該第五目標定向比該第二目標定向與該第一目標定向之差值小90度，且該第六目標定向與該第五目標定向相差180度。

30.如任一前述條項之方法，其包含對該至少一對量測獲取執行一初始離群值移除步驟，該初始離群值移除步驟包含：基於圖案類似性及/或目標定向將包含於該至少一對量測獲取中之資料的至少部分配對以獲得至少一個獲取對；及對該至少一個獲取對執行一離群值移除操作。

31.如條項30之方法，其中該至少一個獲取對中之各獲取對包含具有相差180度之一量值之目標定向的量測獲取。

32.如條項31之方法，其包含兩個該等獲取對，該等獲取對包含具有以90度之一量值等距間隔開之目標定向的量測獲取。

33.如條項30、31或32之方法，其中該離群值移除操作包含一四分位數範圍離群值分類方法、一中值絕對偏差方法、一母體變異數方法、一定限方法或一第k個百分位記分方法。

34.一種使用一照明光束來量測一基板上之一目標之方法，該方法包含：執行至少一對量測獲取以獲得至少一對量測信號，該至少一對量測獲取包含在相對於該照明光束之一第一目標定向下之該目標的一第一量測獲取以獲得該對量測信號之一第一量測信號；及在相對於該照明光束之一第二目標定向下之該目標的一第二量測獲取以獲得該對量測信號之一第二量測信號；及使用該第一量測信號及該第二量測信號以判定一所關注參數；其中該第二目標定向係使得該第二量測信號之一第二光譜包含互易空間中之光譜位置處的峰值，該等峰值與該互易空間中之該第一量測信號之一第一光譜的峰值交錯。

35.如條項34之方法，其包含組合該至少一對量測信號之該等量測信號以獲得一組合之量測信號。

36.如條項35之方法，其中將該等量測信號組合為一加權平均值。

37.如條項34至36中任一項之方法，其中該第二光譜中之各峰值距該第一光譜中之一各別鄰近峰值對中之各峰值的距離大致相等。

38.如條項34至37中任一項之方法，其包含基於該第二光譜之一試誤法最佳化而判定該第二目標定向。

39.如條項34至38中任一項之方法，其中該至少一對量測獲取及該至少一對量測信號分別包含在一第三目標定向下之至少一第三量測獲取及一對應的第三量測信號，其中該第三目標定向與該第二目標定向相差180度。

40.如條項34至38中任一項之方法，其中該至少一對量測獲取及該至少一對量測信號分別包含在一第三目標定向下之至少一第三量測獲取及一對應的第三量測信號、在一第四目標定向下之一第四量測獲取及一對應的第四量測信號、在一第五目標定向下之第五量測獲取及一對應的第五量測信號以及在一第六目標定向下之一第六量測獲取及一對應的第六量測信號，其中該第三目標定向與該第二目標定向相差180度，該第四目標定向與該第一目標定向相差180度，該第五目標定向比該第二目標定向與該第一目標定向之差值小90度，且該第六目標定向與該第五目標定向相差180度。

41.如條項34至40中任一項之方法，其包含對該至少一對量測獲取執行一初始離群值移除步驟，該初始離群值移除步驟包含：基於圖案類似性及/或目標定向將包含於該至少一對量測獲取中之資料的至少部分配對以獲得至少一個獲取對；及對該至少一個獲取對執行一離群值移除操作。

42.如條項41之方法，其中該至少一個獲取對中之各獲取對包含具有相差180度之一量值之目標定向的量測獲取。

43.如條項42之方法，其包含兩個該等獲取對，該等獲取對包含具有以90度之一量值等距間隔開之目標定向的量測獲取。

44.如條項41、42或43之方法，其中該離群值移除操作包含一四分位數範圍離群值分類方法、一中值絕對偏差方法、一母體變異數方法、一定限方法或一第k個百分位記分方法。

45.一種自一目標量測疊對之方法，該方法包含：判定與相關於來自該目標之散射輻射之一第一繞射階之一第一量測信號與相關於該散射輻射之一第二繞射階之一第二量測信號之間的一相位差相關的一相位差參數，其中該第一繞射階及該第二繞射階為互補繞射階；獲得使該相位差參數與一疊對參數相關之一或多個經校準關係；及使用該一或多個經校準關係以將該相位差參數轉換成一疊對參數。

46.如條項45之方法，其中該目標包含一單一1維或單一2維週期性結構。

47.如條項45之方法，其中該目標包含一2維週期性結構；該一或多個經校準關係包含每該2維週期性結構之尺寸之一或多個經校準關係，且該方法包含：判定關於該等尺寸中之各者之該相位差參數；使用與該等尺寸中之一第一尺寸相關的該一或多個經校準關係以將與該第一尺寸相關之該相位差參數轉換成與該第一尺寸相關之一疊對參數；及使用與該等尺寸中之一第二尺寸相關的該一或多個經校準關係以將與該第二尺寸相關之該相位差參數轉換成與該第二尺寸相關之一疊對參數。

48.如條項45至47中任一項之方法，其中該相位差參數係與該第一量測信號之一複合值表示與該第二量測信號之一複合值表示之間的一相位差相關。

49.如條項48之方法，其中一量測信號之各複合值表示係藉由以下操作獲得：將一經捕捉量測信號映射至互易空間以獲得一經映射量測信號；及傅立葉變換該經映射量測信號。

50.如條項45至49中任一項之方法，其中該目標係一晶粒內目標。

51.如條項45至50中任一項之方法，其中該目標包含功能性產品結構。

52.如條項45至51中任一項之方法，其包含用以校準該一或多個經校準關係之一校準步驟；該校準步驟包含：量測複數個校準目標以獲得校準資料，該複數個校準目標包含每量測方向至少兩個校準目標；及藉由使用該校準資料判定該相位差參數與該疊對參數之間的一關係來判定每量測方向之該一或多個經校準關係；其中每量測方向之該等校準目標中之該至少兩者各自具有一不同偏差。

53.如條項52之方法，其中每量測方向之該等校準目標中之該至少兩者各自具有具相同量值及一不同方向之偏差。

54.如條項53之方法，其中該複數個校準目標位於一基板之一切割道中。

55.如條項52至54中任一項之方法，其中該複數個校準目標包含每量測方向至少三個校準目標。

56.如條項45至55中任一項之方法，其包含使用該一或多個經校準關係以依據橫越一層堆疊之波長或平均折射率值而估計折射率。

57.如條項45至56中任一項之方法，其中該第一繞射階係一+1繞射階，且該第二繞射階係一-1繞射階。

58.一種使用一度量衡工具量測一基板上之一目標之方法，該度量衡工具包含：一照明源，其可操作以發射用於照明該目標之一照明光束；及一度量衡感測器，其用於收集已由該目標散射之散射輻射，該基板之表面界定在一第一工具方向及正交於該第一工具方向之一第二工具方向上方延伸的一基板平面，其中該第一工具方向、該第二工具方向及正交於該第一工具方向及該第二工具方向之一第三工具方向一起界定一工具座標系，其中該目標包含在一目標座標系之一第一目標方向上具有一第一週期性且在該目標座標系之一第二目標方向上具有一第二週期性的一二維目標，該方法包含：獲得與至少四個量測獲取相關之度量衡資料，各量測獲取係在一各別目標定向下執行，該目標定向係由該目標座標系與該工具座標系之間圍繞垂直於該基板平面之一軸線的一目標角界定，該度量衡資料包含用於各量測獲取之一各別繞射光譜；及自該至少四個量測獲取判定一組合之量測獲取作為該等繞射光譜之一平均值或加權組合。

59.如條項58之方法，其中該判定步驟包含將該組合之量測獲取判定為該等繞射光譜之一加權組合。

60.如條項59之方法，其中該加權強加有利於接近光瞳空間中之一光瞳κ _x軸之繞射階且反對接近光瞳空間中之一光瞳κ _y軸之繞射階的一加權。

61.如條項60之方法，其中各繞射光譜之一鏡面繞射階在該光瞳κ _y軸上居中，而在該光瞳空間中之該光瞳κ _x軸上不居中。

62.如條項59至61中任一項之方法，其中該加權亦強加有利於受到該度量衡之工具不對稱性較小影響之貢獻的一加權。

63.如條項59至62中任一項之方法，其中依據該目標角及該繞射階判定該加權。

64.如條項63之方法，其中該加權係藉由一加權函數予以判定，該加權函數係一差角之一函數，該差角包含該目標角與相對於目標x軸之一繞射階角之一差。

65.如條項64之方法，其中該加權函數經判定為取決於該差角之零點定義的該差角之餘弦或正弦之平方的一函數或倍數。

66.如條項64之方法，其中該加權函數係一差角之一函數，該函數在與該差角之餘弦或正弦之平方相同的差角值下具有最小值及最大值，且對於相同量值之正值及負值差角(對360度取模)及針對該差角及差角加180度(對360度取模)係不變的。

67.如條項64、65或66之方法，其中當根據該加權函數判定之該加權低於一臨限值時強加一零加權。

68.如條項64之方法，其中該加權w(χ)係藉由該加權函數予以判定：

其中χ係該差角，δ係一正角。

69.如條項58至69中任一項之方法，其包含將該等繞射光譜中之各者自一波長表示變換成逆光瞳空間中之一逆座標表示或光瞳空間中之一光瞳座標表示的一初始步驟。

70.如條項58至69中任一項之方法，其中該等繞射光譜包含該等繞射效率光譜或強度光譜。

71.如條項58至70中任一項之方法，其包含執行該至少四個量測獲取以獲得該度量衡資料。

72.如條項58至71中任一項之方法，其中該至少四個量測獲取數目為相隔90度的四個量測獲取。

73.如條項72之方法，其中該等四個量測獲取之該等目標角分別為 0度、90度、180度及270度。

74.一種電腦程式，其包含電腦可讀指令，該電腦可讀指令可操作以至少執行如條項1至73中任一項之方法的該等處理及判定一位置之步驟。

75.一種處理器及關聯儲存媒體，該儲存媒體包含如條項74之電腦程式，使得該處理器可操作以執行如條項1至73中任一項之方法。

76.一種度量衡器件，其包含如條項75之處理器及關聯儲存媒體，以便可操作以執行如條項1至73中任一項之方法。

77.一種微影單元，其包含一微影裝置及如條項76之度量衡器件。

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。

儘管可在本文中特定地參考在微影裝置之內容背景中之實施例，但實施例可用於其他裝置中。實施例可形成遮罩檢測裝置、度量衡裝置或量測或處理諸如晶圓(或其他基板)或遮罩(或其他圖案化器件)之物件之任何裝置之部分。此等裝置通常可被稱作微影工具。此微影工具可使用真空條件或周圍(非真空)條件。

儘管可在本文中特定地參考在檢測或度量衡裝置之內容背景中之實施例，但實施例可用於其他裝置中。實施例可形成遮罩檢測裝置、微影裝置或量測或處理諸如晶圓(或其他基板)或遮罩(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」(或「檢測裝置」)亦可指檢測裝置或檢測系統(或度量衡裝置或度量衡系統)。例如包含一實施例的檢測裝置可用以偵測基板之缺陷或基板上之結構之缺陷。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之缺陷、結構之特定部分之不存在或基板上之非想要結構之存在。

儘管上文可特定地參考在光學微影之內容背景中對實施例之使用，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其他應用(例如壓印微影)中。

雖然上文所描述之目標或目標結構(更一般而言，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並不要求已特定地針對正被執行之量測來提供該結構。另外，度量衡目標之節距可接近於散射計之光學系統的解析度極限或可能更小，但可能比目標部分C中之藉由微影製程製得的典型非目標結構(視情況產品結構)之尺寸大得多。實務上，可使目標結構內之疊對光柵之線及/或空間包括在尺寸上類似於非目標結構之較小結構。

雖然上文已描述特定實施例，但應瞭解，可以與所描述之方式不同的其他方式來實踐本發明。以上描述意欲為繪示性，而非限制性的。因此，對於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所描述之本發明進行修改。

儘管特定參考「度量衡裝置/工具/系統」或「檢測裝置/工具/系統」，但此等術語可指相同或類似類型之工具、裝置或系統。例如包含本發明之一實施例之檢測或度量衡裝置可用以判定基板上或晶圓上之結構之特性。例如包含本發明之一實施例之檢測裝置或度量衡裝置可用以偵測基板之缺陷或基板上或晶圓上之結構之缺陷。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之缺陷、結構之特定部分之不存在或基板上或晶圓上之非想要結構之存在。

儘管特定地參考HXR、SXR及EUV電磁輻射，但應瞭解，本發明在內容背景允許之情況下可藉由所有電磁輻射來實踐，該等電磁輻射包括無線電波、微波、紅外線、(可見)光、紫外線、X射線及γ射線。

雖然上文已描述特定實施例，但應瞭解，一個實施例中之特徵中之一或多者亦可存在於不同實施例中，且亦可組合兩個或多於兩個不同實施例中之特徵。

α _a ,α _a+π,α _b ,α _b+π:定向

Claims

一種使用一度量衡工具量測一基板上之一目標之方法，該度量衡工具包含：一照明源，其可操作以發射用於照明該目標之一照明光束；及一度量衡感測器，其用於收集已由該目標散射之散射輻射，該基板之表面界定在一第一工具方向及正交於該第一工具方向之一第二工具方向上方延伸的一基板平面，其中該第一工具方向、該第二工具方向及正交於該第一工具方向及該第二工具方向之一第三工具方向一起界定一工具座標系，該方法包含：執行至少一對量測獲取，該至少一對量測獲取包含在相對於該照明光束之一第一目標定向(orientation)下之該目標之一第一量測獲取；及在相對於該照明光束之一第二目標定向下之該目標之一第二量測獲取，其中該第一目標定向係由一目標座標系與該工具座標系之間圍繞垂直於該基板平面之一軸線的一目標角界定，其中用於該至少一對量測獲取中之至少一者之該目標角係一傾斜角；及自該第一量測獲取及該第二量測獲取判定一組合之量測獲取，其中該量測獲取為針對由於該照明光束及/或該度量衡感測器引起的不對稱性貢獻(asymmetry contributions)而校正的一經校正量測獲取。
如請求項1之方法，其中該目標包含在該目標座標系之一第一目標方向上具有一第一週期性且在該目標座標系之一第二目標方向上具有一第二週期性的一二維目標。
如請求項2之方法，其中該第一目標定向及該第二目標定向係使得一所選擇互補繞射階對產生一繞射圖案，該繞射圖案相對於該度量衡感測器沿著該第二工具方向之一軸線具有反射對稱性。
如請求項3之方法，其包含：基於以下各者計算該目標角：該目標之一單位胞元(unit cell)在該第一目標方向及該第二目標方向上之胞元尺寸；及該所選擇互補繞射階對在該第一目標方向及該第二目標方向上之階數。
如請求項4之方法，其中該等胞元尺寸分別在該第一目標方向及該第二目標方向上為(L _x ,L _y)，該互補繞射階對之該等階數為(m _x ,m _y)，(-m _x ,-m _y)且該目標角α係由下式定義：α=atan2(m _y L _x ,m _x L _y)。
如請求項1至5中任一項之方法，其中該第二目標定向係由該目標角加180度界定。
如請求項1至5中任一項之方法，其包含：選擇至少兩互補繞射階對(two pairs of complementary diffraction orders)；針對該至少兩互補繞射階對中之各者執行該對量測獲取；將該等對量測獲取之各量測獲取內之該等互補繞射階中之各者的經量測像素值映射至依據一波長相關量而變化的一各別光譜；及自該對量測獲取中之各者之一組合判定該組合之量測獲取。
如請求項7之方法，其中該至少兩互補繞射階對包含至少四互補繞射階對。
如請求項7之方法，其中該方法包含：藉由內插將各光譜估計為該目標角之一連續函數；及用對應於其他互補繞射階對之其他角度評估各光譜。
如請求項7之方法，其中該映射步驟包含將各光譜自一波長表示變換成逆光瞳空間中之一逆座標表示或光瞳空間中之一光瞳座標表示的一步驟。
如請求項7之方法，其中該映射步驟包含：基於使用者定義或自動獲得之臨限值使該等第一量測獲取及該等第二量測獲取中之各者二進位化；及將該等二進位化之第一量測獲取及第二量測獲取中之各者分段以獲得每階遮罩，該方法進一步包含：藉由依序應用形態閉合及開放變換來最佳化自該分段步驟獲得之輪廓。
如請求項1至5中任一項之方法，其中該照明光束以一非正入射角照明該基板。
如請求項1至5中任一項之方法，其中該照明光束在由該第一工具方向及該第三工具方向界定之一平面或由該第二工具方向及該第三工具方向界定之一平面中照明該基板。
如請求項1至5中任一項之方法，其中該度量衡工具包含一以影像為基礎之偵測器，且該方法包含在一光瞳平面中使用一遮罩以選擇互補繞射階。