專利名稱：襯底上結(jié)構(gòu)的測量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量襯底上結(jié)構(gòu)的方法和設(shè)備。本發(fā)明可以應(yīng)用于例如顯微結(jié)構(gòu)的基于模型的量測，例如用以估計光刻設(shè)備的重疊性能或臨界尺寸(CD)。
背景技術(shù)：
光刻設(shè)備是一種將所需圖案應(yīng)用到襯底上，通常是襯底的目標(biāo)部分上的機器。例如，可以將光刻設(shè)備用在集成電路(ICs)的制造中。在這種情況下，可以將可選地稱為掩?；蜓谀０娴膱D案化裝置用于生成待形成在所述IC的單層上的電路圖案。可以將該圖案轉(zhuǎn)移到襯底(例如，硅晶片)上的目標(biāo)部分(例如，包括一部分管芯、一個或多個管芯)上。所述圖案的轉(zhuǎn)移通常是通過將圖案成像到提供到襯底上的輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。通常，單個襯底將包含連續(xù)形成圖案的相鄰目標(biāo)部分的網(wǎng)絡(luò)。公知的光刻設(shè)備包括所 謂的步進機，在所述步進機中，通過將整個圖案一次曝光到所述目標(biāo)部分上來輻射每一個目標(biāo)部分；以及所謂的掃描器，在所述掃描器中，通過輻射束沿給定方向(“掃描”方向)掃描所述圖案、同時沿與該方向平行或反向平行的方向掃描所述襯底來輻射每一個目標(biāo)部分。也可能通過將圖案壓印(imprinting)到襯底的方式從圖案化裝置將圖案轉(zhuǎn)移到襯底上。為了監(jiān)測光刻過程，測量圖案化的襯底的參數(shù)。參數(shù)可以包括，例如形成在圖案化襯底中或上的連續(xù)的層之間的重疊誤差和經(jīng)過顯影的光敏抗蝕劑的臨界線寬(CD)?？梢栽诋a(chǎn)品襯底上和/或在專用的量測目標(biāo)上執(zhí)行所述測量。存在多種技術(shù)用于測量在光刻過程中形成的顯微結(jié)構(gòu)，包括使用掃描電子顯微鏡和不同的專用工具來進行測量。一種快速且非侵入形式的專用的檢驗工具是散射儀，其中輻射束被引導(dǎo)至襯底表面上的物體上，并且測量散射或反射束的屬性。已知兩種主要類型的散射儀。光譜散射儀將寬帶輻射束引導(dǎo)到襯底上并且測量散射到特定的窄的角度范圍中的輻射的光譜(強度作為波長的函數(shù))。角分辨散射儀使用單色輻射束，并且將散射的輻射的強度作為角度的函數(shù)測量。通過對比束在其已經(jīng)被襯底反射或散射之前和之后的屬性，可以確定襯底的屬性。這例如可以通過對比由反射或散射束的測量獲得的數(shù)據(jù)與由參數(shù)模型計算的模型(模擬)衍射信號來完成。所計算的信號可以被預(yù)計算并存儲在庫內(nèi)，該庫表示分布在參數(shù)化的模型的參數(shù)空間內(nèi)的多個備選襯底結(jié)構(gòu)。替換地或附加地，在迭代搜索過程期間可以變化參數(shù)，直到所計算的衍射信號與測量信號匹配。例如在US7522293 (Wu)中，這兩種技術(shù)被分別描述(例如)為“基于庫”和“基于回歸”的過程。尤其地，對于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，或包含特定材料的結(jié)構(gòu)，對于散射束精確地建模所需要的數(shù)量大。限定“模型選配方案(model recipe，或稱為模型‘配方’)”，其中參數(shù)被限定為給定的(“固定”)或可變的(“浮動”)。對于浮動參數(shù)，限定絕對值或相對于名義值的偏差的變化的預(yù)定范圍。選配方案中的每個浮動參數(shù)表示模型中另一“自由度”，因而表示在將找到最佳匹配備選結(jié)構(gòu)的多維參數(shù)空間中的另一維度。即使使用少數(shù)的參數(shù)，計算任務(wù)的規(guī)模迅速變得非常大，例如通過不可接受地提高庫樣本的數(shù)量。這還增加了不對應(yīng)于所測量的襯底的偽匹配參數(shù)組的風(fēng)險。不幸的是，將參數(shù)固定為與所測量的結(jié)構(gòu)中不一致的值將使得匹配過程變形，使得浮動參數(shù)中產(chǎn)生不精確，其可以是最感興趣的參數(shù)。因而選配方案是精確性和計算可實現(xiàn)之間的微妙的折衷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供更好的工具用于通過上述類型的重構(gòu)方法的結(jié)構(gòu)的測量。具體地，本發(fā)明旨在能夠在追求精確性而設(shè)置的更多的可變參數(shù)的需要和模型具有太多自由度帶來的損失之間達到更好的折衷。本發(fā)明認識到，通過在浮動參數(shù)之間賦予關(guān)系而不是僅將參數(shù)固定為名義值可以減少模型中的自由度的數(shù)量。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種測量襯底上的結(jié)構(gòu)的至少一個參數(shù)的方法，所述方法包括步驟 (a)在預(yù)定照射下接收由輻射與所述結(jié)構(gòu)的相互作用產(chǎn)生的檢測信號；(b)根據(jù)模型選配方案改變參數(shù)來生成多個備選結(jié)構(gòu)；(c)通過對所述預(yù)定輻射與每一個所述備選結(jié)構(gòu)的相互作用進行建模來計算多個備選模型信號；(d)將檢測信號與所述多個備選模型信號對比以識別最佳的匹配模型信號；和(e)在步驟(d)中對比的結(jié)果的基礎(chǔ)上，基于對應(yīng)于最佳匹配模型信號的備選結(jié)構(gòu)的參數(shù)來報告所述結(jié)構(gòu)的一個或更多個參數(shù)的測量結(jié)果，其中所述模型選配方案包括用于限定所述參數(shù)的一子組參數(shù)之間的關(guān)系的至少一個約束，并且其中在步驟(b)中，所述約束被應(yīng)用以使得當(dāng)生成所述備選結(jié)構(gòu)時所述子組參數(shù)被約束以根據(jù)所述約束一起變化，由此在不將所述子組的參數(shù)作為固定參數(shù)處理的情況下減小模型中的自由度數(shù)量。本發(fā)明允許在不將重構(gòu)精確度降低至與已有技術(shù)一樣的程度的情況下減小自由度。要注意的是，在已有的系統(tǒng)中的模型通常具有比存在的自由度更多的可變參數(shù)，因為存在“自然的”約束。例如，對于模型化的結(jié)構(gòu)中的兩個特征通常具有其自身的形狀和材料參數(shù)。雖然這些參數(shù)在模型中被分開命名，但是如果所討論的這些特征是用相同的材料、相同的工藝步驟形成，則它們將被自然地約束為相等。本發(fā)明涉及識別和應(yīng)用除去這些自然約束之外的約束，旨在將自由度減少到模型本身含有的自由度以下。本發(fā)明還提供生成用于如上提出的測量方法的模型選配方案的方法，所述方法包括步驟(bl)提供模型結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的模型信號的參考集，所述參考集生成有比模型選配方案所需要的自由度更多的自由度；(b2)生成多個備選模型選配方案，每個備選模型選配方案包括一個或更多個約束的不同組，每個約束通過限定所述可變參數(shù)的一個子組可變參數(shù)之間的關(guān)系來減小模型中自由度的數(shù)量，以便在不將所述子組可變參數(shù)中的參數(shù)作為固定參數(shù)處理的情況下減小模型中的自由度的數(shù)量；(b3)使用每個備選模型選配方案執(zhí)行所述測量方法的步驟(C)至(e)，用來自所述參考集的多個模型信號來替代所述檢測信號；(b4)通過將使用每個備選模型選配方案獲得的測量的參數(shù)值與對應(yīng)于在步驟(b3)中使用的模型信號的模型結(jié)構(gòu)的已知的參數(shù)值對比來選擇最佳模型選配方案。
本發(fā)明還提供一種用于測量襯底上的結(jié)構(gòu)的至少一個參數(shù)的檢驗設(shè)備，所述檢驗設(shè)備包括-照射系統(tǒng)，用于使用一個或更多個輻射束照射所述結(jié)構(gòu)；-檢測系統(tǒng)，用于檢測由所述輻射與所述結(jié)構(gòu)之間相互作用得出的信號；和-處理器，用于將檢測信號與多個模型信號對比以識別最佳匹配模型信號，其中所述處理器布置成通過參考相應(yīng)的備選結(jié)構(gòu)生成所述模型信號的每一個，所述備選結(jié)構(gòu)的形狀和材料屬性通過數(shù)學(xué)模型中的多個參數(shù)表示，每個備選結(jié)構(gòu)在一個或更多個所述參數(shù)方面與其他備選結(jié)構(gòu)不同，其中所述處理器布置成通過參考模型選配方案生成所述備選結(jié)構(gòu)中的每一個，所述模型選配方案指定所述參數(shù)中的哪些將被作為固定參數(shù)處理和所述參數(shù)的哪些將被作為可變參數(shù)處理，并且其中所述模型選配方案還包括用于限定所述可變參數(shù)的一子組可變參數(shù)之間的關(guān)系的至少一個約束，并且其中所述處理器布置成在生成所述備選結(jié)構(gòu)過程中應(yīng)用所述約束，以使得參數(shù)的所述子組被約束成根據(jù)所述約·束一起變化，由此在不將所述子組的參數(shù)作為固定參數(shù)處理的情況下減小模型中自由度的數(shù)量。在一個實施例中，本發(fā)明提供一種測量襯底上的結(jié)構(gòu)的至少一個參數(shù)的方法，所述方法包括下列步驟(m)限定所述結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，其中通過以多個自由度變化的多個參數(shù)表示形狀和材料屬性；(η)通過指定所述參數(shù)中的哪些將被作為固定參數(shù)處理和所述參數(shù)中的哪些將被作為可變參數(shù)處理來限定模型選配方案；(O)用一個或更多個輻射束照射所述結(jié)構(gòu)并檢測由所述輻射與所述結(jié)構(gòu)之間的相互作用得出的信號；(P)參考多個模型選配方案生成多個備選模型結(jié)構(gòu)，每個備選結(jié)構(gòu)在一個或更多個所述可變參數(shù)方面與其他不同；(r)通過模擬所述輻射和每個所述備選結(jié)構(gòu)之間的相互作用來計算多個模型信號;(S)將檢測信號與所述模型信號的至少一些進行對比；和(t)基于步驟(S)中的對比結(jié)果，識別最佳匹配模型信號并基于對應(yīng)于對應(yīng)最佳匹配模型信號的備選結(jié)構(gòu)的參數(shù)來報告所述結(jié)構(gòu)的一個或更多個參數(shù)的測量結(jié)果，其中步驟(η)中生成的所述模型選配方案還包括用于限定所述可變參數(shù)的一子組可變參數(shù)之間的關(guān)系的至少一個約束，以在不將所述子組的參數(shù)作為固定參數(shù)處理的情況下減小模型中的自由度數(shù)量，和其中，在步驟(P)中，所述約束被應(yīng)用以使得當(dāng)生成所述備選結(jié)構(gòu)時參數(shù)的所述子組被約束以根據(jù)所述約束一起變化。本發(fā)明還提供特定的計算機程序產(chǎn)品用于使處理器實現(xiàn)這些方法和設(shè)備，和/或生成用于這些設(shè)備和方法的模型選配方案。


現(xiàn)在參照隨附的示意性附圖，僅以舉例的方式，描述本發(fā)明的實施例，其中，在附圖中相應(yīng)的附圖標(biāo)記表示相應(yīng)的部件，且其中
圖I示出一種光刻設(shè)備的示意圖。圖2示出一種光刻單元或簇的示意圖。圖3示出第一散射儀的操作原理。圖4示出第二散射儀的操作原理。圖5示出使用本發(fā)明用于由散射儀測量的結(jié)構(gòu)重構(gòu)的第一示例過程；圖6示出使用本發(fā)明用于由散射儀測量的結(jié)構(gòu)重構(gòu)的第二示例過程；圖7示出用相關(guān)的模型參數(shù)通過圖5或圖6的過程測量的第一示例結(jié)構(gòu)的橫截面示意圖；圖8示出用相關(guān)的模型參數(shù)通過圖5或圖6的過程測量的第二示例結(jié)構(gòu)的橫截面 示意圖；圖9 (a)示出用于理解第一示例應(yīng)用中的重構(gòu)過程的特定原理；圖9(b)對比在所述第一示例應(yīng)用中根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)使用浮動和固定參數(shù)的結(jié)果和根據(jù)本發(fā)明一個實施例的使用一個線性約束的結(jié)果；圖10示出在第二示例應(yīng)用中線性約束的操作；圖11示出用于在沒有線性約束和具有線性約束的情況下重構(gòu)過程的性能對比的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。圖12A和12B示出根據(jù)本發(fā)明一個實施例獲得包括線性約束的優(yōu)化的模型選配方案的方法；圖13示出目標(biāo)結(jié)構(gòu)中特征的簡單模型(a)和復(fù)雜模型(b)；圖14對比圖7的結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實的變化(a)、(b)和不現(xiàn)實或不可能的變化(C);和圖15和16示出關(guān)于樣本結(jié)構(gòu)的參數(shù)的特定對，現(xiàn)實的和不現(xiàn)實的參數(shù)組的分布，和在圖5、6和/或12的過程中現(xiàn)實取樣的應(yīng)用。
具體實施例方式圖I示意地示出一種光刻設(shè)備。所述設(shè)備包括-照射系統(tǒng)(照射器)IL,其配置用于調(diào)節(jié)輻射束B(例如紫外(UV)輻射或深紫外(DUV)輻射);-支撐結(jié)構(gòu)(例如掩模臺)MT，其構(gòu)造用于支撐圖案化裝置(例如掩模)MA，并與配置用于根據(jù)特定的參數(shù)精確地定位圖案化裝置的第一定位裝置PM相連；-襯底臺(例如晶片臺)WT，其構(gòu)造用于保持襯底(例如涂覆有抗蝕劑的晶片)W，并與配置用于根據(jù)特定的參數(shù)精確地定位襯底的第二定位裝置PW相連；和-投影系統(tǒng)(例如折射式投影透鏡系統(tǒng))PL，其配置成用于將由圖案化裝置MA賦予輻射束B的圖案投影到襯底W的目標(biāo)部分C (例如包括一根或更多根管芯)上。照射系統(tǒng)可以包括各種類型的光學(xué)部件，例如折射型、反射型、磁性型、電磁型、靜電型或其它類型的光學(xué)部件、或其任意組合，以引導(dǎo)、成形、或控制輻射。所述支撐結(jié)構(gòu)支撐圖案化裝置，即承載圖案化裝置的重量。支撐結(jié)構(gòu)以依賴于圖案化裝置的方向、光刻設(shè)備的設(shè)計以及諸如圖案化裝置是否保持在真空環(huán)境中等其他條件的方式保持圖案化裝置。所述支撐結(jié)構(gòu)可以采用機械的、真空的、靜電的或其它夾持技術(shù)來保持圖案化裝置。所述支撐結(jié)構(gòu)可以是框架或臺，例如，其可以根據(jù)需要成為固定的或可移動的。所述支撐結(jié)構(gòu)可以確保圖案化裝置位于所需的位置上(例如相對于投影系統(tǒng))。這里使用的術(shù)語“掩模版”或“掩?！笨梢钥醋髋c更為上位的術(shù)語“圖案化裝置”同義。這里所使用的術(shù)語“圖案化裝置”應(yīng)該被廣義地理解為表示能夠用于將圖案在輻射束的橫截面上賦予輻射束、以便在襯底的目標(biāo)部分上形成圖案的任何裝置。應(yīng)該注意的是，賦予輻射束的圖案可能不與襯底的目標(biāo)部分上的所需圖案精確地對應(yīng)(例如，如果所述圖案包括相移特征或所謂的輔助特征)。通常，被賦予輻射束的圖案將與在目標(biāo)部分上形成的器件中的特定的功能層相對應(yīng)，例如集成電路。圖案形成裝置可以是透射型的或反射型的。圖案形成裝置的示例包括掩模、可編程反射鏡陣列以及可編程LCD面板。掩模在光刻技術(shù)中是熟知的，并且包括諸如二元掩模類型、交替型相移掩模類型、衰減型相移掩模類型和各種混合掩模類型之類的掩模類型?？删幊谭瓷溏R陣列的示例采用小反射鏡的矩陣布置，每一個小反射鏡可以獨立地傾斜，以便沿不同方向反射入射的輻射束。所述已傾斜的反射鏡將圖案賦予由所述反射鏡矩陣反射的輻射束。 這里使用的術(shù)語“投影系統(tǒng)”可以廣義地解釋為包括任意類型的投影系統(tǒng)，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、電磁型和靜電型光學(xué)系統(tǒng)、或其任意組合，如對于所使用的曝光輻射所適合的、或?qū)τ谥T如使用浸沒液或使用真空之類的其他因素所適合的。這里任何使用的術(shù)語“投影透鏡”可以認為是與更上位的術(shù)語“投影系統(tǒng)”同義。如這里所示的，所述設(shè)備是透射型的(例如，采用透射式掩模)。替代地，所述設(shè)備可以是反射型的(例如，采用如上所述類型的可編程反射鏡陣列，或采用反射式掩模)。光刻設(shè)備可以是具有兩個(雙臺)或更多襯底臺(和/或兩個或更多的掩模臺)的類型。在這種“多平臺”機器中，可以并行地使用附加的臺，或可以在一個或更多個臺上執(zhí)行預(yù)備步驟的同時，將一個或更多個其它臺用于曝光。所述光刻設(shè)備還可以是這種類型，其中襯底的至少一部分可以由具有相對高的折射率的液體覆蓋(例如水)，以便填充投影系統(tǒng)和襯底之間的空間。浸沒液體還可以施加到光刻設(shè)備的其他空間中，例如掩模和投影系統(tǒng)之間的空間。浸沒技術(shù)用于提高投影系統(tǒng)的數(shù)值孔徑在本領(lǐng)域是熟知的。這里使用的術(shù)語“浸沒”并不意味著必須將結(jié)構(gòu)(例如襯底)浸入到液體中，而僅意味著在曝光過程中液體位于投影系統(tǒng)和該襯底之間。
參照圖1，照射器IL接收來自輻射源SO的輻射束。所述源和光刻設(shè)備可以是分立的實體(例如當(dāng)該源為準(zhǔn)分子激光器時)。在這種情況下，不會將該源考慮成形成光刻設(shè)備的一部分，并且通過包括例如合適的定向反射鏡和/或擴束器的束傳遞系統(tǒng)BD的幫助，將所述輻射束從所述源SO傳到所述照射器IL。在其它情況下，所述源可以是所述光刻設(shè)備的組成部分(例如當(dāng)所述源是汞燈時)?？梢詫⑺鲈碨O和所述照射器IL、以及如果需要時設(shè)置的所述束傳遞系統(tǒng)BD —起稱作輻射系統(tǒng)。所述照射器IL可以包括用于調(diào)整所述輻射束的角強度分布的調(diào)整器AD。通常，可以對所述照射器IL的光瞳平面中的強度分布的至少所述外部和/或內(nèi)部徑向范圍(一般分別稱為σ-外部和ο-內(nèi)部)進行調(diào)整。此外，所述照射器IL可以包括各種其它部件，例如積分器IN和聚光器CO。可以將所述照射器IL用于調(diào)節(jié)所述輻射束，以在其橫截面中具有所需的均勻性和強度分布。所述輻射束B入射到保持在支撐結(jié)構(gòu)(例如，掩模臺MT)上的所述圖案化裝置(例如，掩模MA)上，并且通過所述圖案化裝置MA來形成圖案。已經(jīng)穿過掩模MA之后，所述輻射束B通過投影系統(tǒng)PL，所述投影系統(tǒng)將輻射束聚焦到所述襯底W的目標(biāo)部分C上。通過第二定位裝置PW和位置傳感器IF(例如，干涉儀器件、線性編碼器、二維編碼器或電容傳感器)的幫助，可以精確地移動所述襯底臺WT，例如以便將不同的目標(biāo)部分C定位于所述輻射束B的路徑中。類似地，例如在從掩模庫的機械獲取之后或在掃描期間，可以將所述第一定位裝置PM和另一個位置傳感器IF(在圖I中沒有明確地示出)用于相對于所述輻射束B的路徑精確地定位掩模MA。通常，可以通過形成所述第一定位裝置PM的一部分的長行程模塊(粗定位)和短行程模塊(精定位)的幫助來實現(xiàn)掩模臺MT的移動。類似地，可以采用形成所述第二定位裝置PW的一部分的長行程模塊和短行程模塊來實現(xiàn)所述襯底臺WT的移動。在步進機的情況下(與掃描器相反)，掩模臺MT可以僅與短行程致動器相連，或可以是固定的?？梢允褂醚谀?zhǔn)標(biāo)記Ml、M2和襯底對準(zhǔn)標(biāo)記PI、P2來對準(zhǔn)掩模MA和襯底W。盡管所示的襯底對準(zhǔn)標(biāo)記占據(jù)了專用目標(biāo)部分，但是它們可以位于目標(biāo)部分之間的空間(這些公知為劃線對齊標(biāo)記)上。類似地，在將多于一個的管芯設(shè)置在掩模MA上的情況下，所述掩模對準(zhǔn)標(biāo)記可以位于所述管芯之間。 可以將所示的設(shè)備用于以下模式中的至少一種中I.在步進模式中，在將掩模臺MT和襯底臺WT保持為基本靜止的同時，將賦予所述輻射束的整個圖案一次投影到目標(biāo)部分C上(即，單一的靜態(tài)曝光)。然后將所述襯底臺WT沿X和/或Y方向移動，使得可以對不同目標(biāo)部分C曝光。在步進模式中，曝光場的最大尺寸限制了在單一的靜態(tài)曝光中成像的所述目標(biāo)部分C的尺寸。2.在掃描模式中，在對掩模臺MT和襯底臺WT同步地進行掃描的同時，將賦予所述輻射束的圖案投影到目標(biāo)部分C上(S卩，單一的動態(tài)曝光)。襯底臺WT相對于掩模臺MT的速度和方向可以通過所述投影系統(tǒng)PL的(縮小)放大率和圖像反轉(zhuǎn)特征來確定。在掃描模式中，曝光場的最大尺寸限制了單一的動態(tài)曝光中的所述目標(biāo)部分的寬度(沿非掃描方向)，而所述掃描移動的長度確定了所述目標(biāo)部分的高度(沿掃描方向)。3.在另一模式中，將用于保持可編程圖案化裝置的掩模臺MT保持為基本靜止?fàn)顟B(tài)，并且在將賦予所述輻射束的圖案投影到目標(biāo)部分C上的同時，對所述襯底臺WT進行移動或掃描。在這種模式中，通常采用脈沖輻射源，并且在所述襯底臺WT的每一次移動之后、或在掃描期間的連續(xù)輻射脈沖之間，根據(jù)需要更新所述可編程圖案化裝置。這種操作模式可易于應(yīng)用于利用可編程圖案化裝置(例如，如上所述類型的可編程反射鏡陣列)的無掩模光刻中。也可以采用上述使用模式的組合和/或變體，或完全不同的使用模式。如圖2所不,光刻設(shè)備LA形成光刻單兀LC的一部分(有時也稱為光刻?；蛘吖饪檀?，光刻單元LC還包括用以在襯底上執(zhí)行曝光前和曝光后處理的設(shè)備。通常，這些包括用以沉積抗蝕劑層的旋涂器SC、用以對曝光后的抗蝕劑顯影的顯影器DE、激冷板CH和烘烤板BK。襯底輸送裝置或機械手RO從輸入/輸出口 1/01、1/02拾取襯底，然后將它們在不同的處理設(shè)備之間移動，然后將它們傳遞到光刻設(shè)備的進料臺LB。經(jīng)常統(tǒng)稱為軌道的這些裝置處在軌道控制單元TCU的控制之下，所述軌道控制單元TCU自身由管理控制系統(tǒng)SCS控制，所述管理控制系統(tǒng)SCS也經(jīng)由光刻控制單元LACU控制光刻設(shè)備。因此，不同的設(shè)備可以被操作用于將生產(chǎn)率和處理效率最大化。
為了由光刻設(shè)備曝光的襯底被正確地和一致地曝光，需要檢驗經(jīng)過曝光的襯底以測量屬性，例如連續(xù)層之間的重疊誤差、線條粗細、臨界尺寸(CD)等。如果檢測到誤差，可以對后續(xù)襯底的曝光進行調(diào)整(尤其是在檢驗?zāi)軌蚝芸焱瓿汕易銐蜓杆俚绞雇慌蔚钠渌r底仍處于待曝光狀態(tài)的情況下)。此外，已經(jīng)曝光過的襯底也可以被剝離并被重新加工(以提高產(chǎn)率)，或可以被遺棄，由此避免在已知存在缺陷的襯底上進行曝光。在襯底的僅僅一些目標(biāo)部分存在缺陷的情況下，可以僅對認為是完好的那些目標(biāo)部分進行進一步曝光。檢驗設(shè)備被用于確定襯底的屬性，且尤其，用于確定不同的襯底或同一襯底的不同層的屬性如何從層到層變化。檢驗設(shè)備可以被集成到光刻設(shè)備LA或光刻單元LC中，或可以是獨立的裝置。為了能進行最迅速的測量，需要檢驗設(shè)備在曝光后立即測量經(jīng)過曝光的抗蝕劑層中的屬性。然而，抗蝕劑中的潛影具有很低的對比度(在經(jīng)過輻射曝光的抗蝕劑部分和沒有經(jīng)過輻射曝光的抗蝕劑部分之間僅有很小的折射率差)，且并非所有的檢驗設(shè)備都對潛影的有效測量具有足夠的靈敏度。因此，測量可以在曝光后烘烤步驟(PEB)之 后進行，所述曝光后烘烤步驟通常是在經(jīng)過曝光的襯底上進行的第一步驟，且增加抗蝕劑的經(jīng)過曝光和未經(jīng)曝光的部分之間的對比度。在該階段，抗蝕劑中的圖像可以被稱為半潛在的。也能夠在抗蝕劑的曝光部分或者非曝光部分已經(jīng)被去除的點處，或者在諸如蝕刻等圖案轉(zhuǎn)移步驟之后，對經(jīng)過顯影的抗蝕劑圖像進行測量。后一種可能性限制了有缺陷的襯底進行重新加工的可能性，但是仍舊可以提供有用的信息。圖3示出可以用在本發(fā)明的實施例中的散射儀。散射儀包括寬帶(白光)輻射投影裝置2，其將輻射投影到襯底W上。反射的輻射傳遞至光譜儀檢測器4，光譜儀檢測器4測量鏡面反射輻射的光譜10 (強度是波長的函數(shù))。通過這個數(shù)據(jù)，如圖3下部所示，產(chǎn)生所檢測的光譜Ι(λ)的結(jié)構(gòu)或輪廓可以通過處理單元重構(gòu)。通常，這通過嚴(yán)格耦合波分析(RCWA)和非線性回歸來完成。其可以通過與模擬光譜庫進行比較來完成。通常，對于所述重構(gòu)，已知所述結(jié)構(gòu)的總體形式，且通過根據(jù)所述結(jié)構(gòu)的制作過程的知識假定一些參數(shù)，僅留有結(jié)構(gòu)的一些參數(shù)根據(jù)散射測量數(shù)據(jù)確定。這種散射儀可以被配置為正入射散射儀或斜入射散射儀。可以用于本發(fā)明一實施例的另一散射儀如圖4所示。在該裝置中，由輻射源2發(fā)出的輻射采用透鏡系統(tǒng)12準(zhǔn)直并透射通過干涉濾光片13和偏振器17，由部分反射表面16反射并經(jīng)由具有高數(shù)值孔徑(NA)(優(yōu)選至少O. 9或更優(yōu)選至少O. 95)的顯微鏡物鏡15聚焦到襯底W上。浸沒式散射儀甚至可以具有數(shù)值孔徑超過I的透鏡。然后，所反射的輻射通過部分反射表面16透射入檢測器18，以便檢測散射光譜。檢測器可以位于在透鏡系統(tǒng)15的焦距處的后投影光瞳平面11上，然而，光瞳平面可以替代地通過輔助的光學(xué)元件(未示出)在檢測器上重新成像。所述光瞳平面是在其中輻射的徑向位置限定入射角而角位置限定輻射的方位角的平面。所述檢測器優(yōu)選為二維檢測器，以使得可以測量襯底目標(biāo)30的兩維角散射光譜。檢測器18可以是例如電荷耦合器件(CCD)或互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器的陣列，且可以采用例如每幀40毫秒的積分時間。參考束經(jīng)常被用于例如測量入射輻射的強度。為此，當(dāng)輻射束入射到分束器16上時，輻射束的一部分透射通過所述分束器作為參考束朝向參考反射鏡14行進。然后，所述參考束被投射到同一檢測器18的不同部分上或替代地被透射到不同檢測器上(未示出)。
一組干涉濾光片13可用于在如405-790nm或甚至更低(例如200_300nm)的范圍中選擇感興趣的波長。干涉濾光片可以是可調(diào)的，而不是包括一組不同的濾光片。光柵可以被用于替代干涉濾光片。在下面的說明書中，術(shù)語“光”應(yīng)該用以表示在散射儀技術(shù)中使用的輻射。用術(shù)語“光”表示在散射儀或其他任何量測技術(shù)中使用的輻射并不表示將輻射限制在光譜的可見光范圍。檢測器18可以測量單一波長(或窄波長范圍)的散射光的強度，所述強度在多個波長處是分立的，或者所述強度集中在一個波長范圍上。進而，檢測器可以獨立地測量橫向磁場和橫向電場偏振光的強度和/或在橫向磁場和橫向電場偏振光之間的相位差。能夠采用給出大集光率的寬帶光源(即具有寬的光頻率或波長范圍以及由此具有大的色彩范圍)，由此允許多種波長的混合。在寬帶混合中的分量具有例如△ λ的帶寬的情況下，在分量之間提供至少2Λ λ (即帶寬的兩倍)的間距可能是有利的。多個輻射“源”可以是已經(jīng)被用光纖束分割的擴展輻射源的不同部分。以這樣的方式，角分辨散射光譜可以并行地在多個波長處被測量?？梢詼y量包含比二維光譜更多的信息的三維光譜(波 長和兩個不同角度)。這允許更多的信息被測量，這增加量測過程的魯棒性(robustness)。這在EP1，628，164A中進行了更詳細的描述。襯底W上的目標(biāo)30可以是一維光柵，其被印刷成使得在顯影之后，所述條紋由實抗蝕劑線構(gòu)成。目標(biāo)30可以是二維光柵，其被印刷成使得在顯影之后，所述光柵由抗蝕劑中的實抗蝕劑柱或通孔(孔洞)構(gòu)成。所述條紋、柱或通孔可以替代地被蝕刻到所述襯底中。該圖案對于光刻投影設(shè)備(尤其是投影系統(tǒng)PL)中的色差和照射對稱度敏感，且這種像差的存在將表明自身在所印刷的光柵中的變化。相應(yīng)地，所印刷的光柵的散射測量數(shù)據(jù)被用于重構(gòu)光柵。一維光柵的參數(shù)(例如線寬和線形)，或者二維光柵的參數(shù)(例如柱或通孔寬度或長度或形狀)可以被輸入到重構(gòu)過程中，所述重構(gòu)過程由處理單元PU根據(jù)印刷步驟和/或其他的散射測量過程的知識實現(xiàn)。使用上述散射儀中的一個與例如目標(biāo)30等目標(biāo)結(jié)構(gòu)及其衍射性質(zhì)的模型結(jié)合，可以以多種方式執(zhí)行所述結(jié)構(gòu)的形狀及其他參數(shù)的測量。在第一種類型的過程中，如圖5所示，基于目標(biāo)形狀(第一備選結(jié)構(gòu))的第一估計計算衍射圖案，并將衍射圖案與所觀察到的衍射圖案對比。隨后，模型的參數(shù)被系統(tǒng)地變化并且在一系列的迭代中重新計算衍射以得出新的備選結(jié)構(gòu)，并因此得出最佳擬合。在第二種類型的過程中，如圖6所示，提前計算多種不同的備選結(jié)構(gòu)的衍射光譜以得出衍射光譜的“庫”。然后，從測量目標(biāo)觀察的衍射圖案與所計算的光譜的庫對比以找出最佳擬合。兩種方法可以一起使用通過庫可以獲得粗?jǐn)M合，隨后是迭代過程以找出最佳擬合。更詳細地參照圖5，將概括地描述執(zhí)行目標(biāo)形狀和/或材料屬性的測量的方法。該描述中所述目標(biāo)將設(shè)定為一維(I-D)的結(jié)構(gòu)。在實際應(yīng)用中，目標(biāo)可以是二維的，并且所述過程或處理因此進行適應(yīng)性修改。502 :使用散射儀(例如上述那些散射儀)測量襯底上的實際目標(biāo)的衍射圖案。所測量的衍射圖案被前饋至計算系統(tǒng)，例如計算機。所述計算系統(tǒng)可以是上面提到的處理單元PU，或者其可以是獨立的設(shè)備。503 :建立“模型選配方案”，其用多個參數(shù)Pi (Pl、P2> P3等)限定目標(biāo)結(jié)構(gòu)的參數(shù)化模型。這些參數(shù)可以在一維周期結(jié)構(gòu)中例如表示側(cè)壁的角、特征的高度或深度、特征的寬度。下面的層和目標(biāo)材料的性質(zhì)屬性也通過例如折射系數(shù)(尤其是在散射儀的輻射束中存在的特定波長條件下)等參數(shù)表示。下面給出具體的示例。重要的是，在可以通過描述目標(biāo)結(jié)構(gòu)的形狀和材料屬性的幾十個參數(shù)限定目標(biāo)結(jié)構(gòu)時，模型選配方案將限定這些參數(shù)中的多個以具有固定的值，而其他的參數(shù)是可變的或“浮動”的參數(shù)，用于下面的過程步驟。接下來，描述在固定的和浮動的參數(shù)之間進行選擇的過程。而且，我們將引入多種方法，其中在多個參數(shù)不是完全獨立的浮動參數(shù)的情況下允許參數(shù)變化。為了描述圖5，僅可變參數(shù)被看作參數(shù)Pi。504 :通過設(shè)定浮動參數(shù)的初始值Pi(°) ( S卩，Pl(°)、p2(°)、p3(°)等)來估計模型目標(biāo)形狀。每個浮動參數(shù)將在特定的預(yù)定范圍內(nèi)產(chǎn)生，如選配方案中限定的范圍。506:表示所估計的形狀的參數(shù)與模型的不同元件的光學(xué)屬性一起用于計算散射屬性，例如使用嚴(yán)格的光學(xué)衍射方法，例如RCWA或任何其他的麥克斯韋方程求解方法。這得出所估計的目標(biāo)形狀的估計的或模型化的衍射圖案。508,510 :所測量的衍射圖案和模型化的衍射圖案隨后被對比，它們的相 似性和差異被用于計算模型目標(biāo)形狀的“價值函數(shù)”。512 :假定，價值函數(shù)表示，所述模型在其精確地表示實際的目標(biāo)形狀之前需要改進，則估計新的參數(shù)p/W'p/3)等，并迭代地反饋至步驟506。重復(fù)步驟506-512。為了幫助研究，步驟506中的計算可以進一步生成價值函數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)，由此表示在參數(shù)空間內(nèi)該特定區(qū)域中增大或減小參數(shù)將增大或減小價值函數(shù)的靈敏度。價值函數(shù)的計算和導(dǎo)數(shù)的使用在本領(lǐng)域中通常是已知的，這里將不詳細描述。514:當(dāng)價值函數(shù)指示，該迭代過程已經(jīng)以期望的精確度收斂到一個解上，則當(dāng)前所估計的參數(shù)被報道為實際目標(biāo)結(jié)構(gòu)的測量值。該迭代過程的計算時間極大地由所用的前向衍射模型確定，S卩，使用嚴(yán)格的光學(xué)衍射理論由所估計的目標(biāo)結(jié)構(gòu)來計算所估計的模型衍射圖案。如果需要更多的參數(shù)，則存在更多的自由度。計算時間原則上隨著自由度數(shù)量的冪而增加。在步驟506計算的所估計的或模型化的衍射圖案可以以多種形式表示。如果以與步驟510中生成的所測量的圖案相同的形式表示所計算的圖案，則簡化了對比。例如，模型化的光譜可以容易地與通過圖3的設(shè)備測量的光譜對比；模型化的光瞳圖案可以容易地與由圖4中的設(shè)備測量的光瞳圖案對比。由前面的圖5開始整個說明書中，假定使用如圖4所示的散射儀，將使用術(shù)語“衍射圖案”。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易將所示教導(dǎo)適用于不同類型的散射儀，或甚至其他類型的測量儀器。圖6示出替代的示例過程，其中事先計算不同的所估計的目標(biāo)形狀(備選結(jié)構(gòu))的多個模型衍射圖案，并將其存儲在庫中用于與實際的測量對比。下面的原理和術(shù)語與圖5所描述的過程是一樣的。圖6過程的步驟如下602 :生成庫的過程開始?？梢詫γ糠N類型的目標(biāo)結(jié)構(gòu)生成獨立的庫。所述庫可以根據(jù)需要通過測量設(shè)備的用戶來生成，或由設(shè)備供應(yīng)商預(yù)先生成。603 :建立“模型”選配方案，其用多個參數(shù)Pi (Pl、P2> P3等)限定目標(biāo)結(jié)構(gòu)的參數(shù)化模型。需要考慮的事項與迭代過程的步驟503所需要考慮的事項相似。604 :例如通過生成全部參數(shù)的隨機值來生成第一組參數(shù)P1^、ρ2 、ρ3ω等,每一個參數(shù)在其預(yù)期的取值范圍內(nèi)。606 :計算模型化衍射圖案并將其存儲在庫內(nèi)，由此由參數(shù)表示的目標(biāo)形狀表示預(yù)期的衍射圖案。608 :生成一組新的形狀參數(shù)ριω、ρ2(2)、ρ3(3)等。重復(fù)步驟606-608幾十次、幾百次或甚至幾千次，直到包括全部所存儲的模型化的衍射圖案的庫被認為足夠完整。每個所存儲的圖案表示在多維參數(shù)空間中的取樣點。庫中的樣本應(yīng)該以足夠的密度構(gòu)成樣本空間，使得任何真實的衍射圖案將被充分接近地表示。
610:在生成庫之后(但是也可以在之前)，真實的目標(biāo)30被放到散射儀中并測量其衍射圖案。612:所測量的圖案與存儲在庫中的模型化圖案對比以找出最佳的匹配圖案?？梢詫熘忻總€樣本進行所述對比，或可以采用更為系統(tǒng)的搜索策略，以減小計算負擔(dān)。614:如果找到匹配，則用以生成匹配的庫圖案的所估計的目標(biāo)形狀可以確定為近似的物體結(jié)構(gòu)。對應(yīng)于匹配樣本的形狀參數(shù)被輸出作為所測量的形狀參數(shù)?？梢詫δＰ脱苌湫盘栔苯訄?zhí)行匹配過程，或可以在優(yōu)化用于快速估計的替代的模型上執(zhí)行。616 :可選地,最近的匹配樣本用作起始點,提煉(refinement)過程用于獲得最終參數(shù)，用于報告。該提煉過程可以包括例如與圖5中非常類似的迭代過程。提煉步驟616是否需要是實施者的選擇問題。如果庫被非常密集地采樣，則迭代提煉過程可以不需要，因為總是可以找到良好的匹配。另一方面，對于實際的應(yīng)用這種庫可能太大。因此，實際的解決方案是對于一組粗參數(shù)使用庫搜索，隨后使用價值函數(shù)通過一次或更多次迭代以確定更加精確的一組參數(shù)從而以期望的精確度報告目標(biāo)襯底的參數(shù)。在執(zhí)行附加的迭代的情況下，可選地，增加所計算的衍射圖案和相關(guān)的提煉參數(shù)組作為庫中的新的記錄項(entry)。以此方式，可以最初使用基于相對少量的計算工作的庫，但是使用提煉步驟616的計算工作建立較大的庫。不管使用哪種方案，一個或更多個所報告的可變參數(shù)的值的進一步提煉也可以基于多個備選結(jié)構(gòu)的匹配的吻合度獲得。例如，通過在兩個或更多個備選結(jié)構(gòu)的參數(shù)值之間插值可以得出最后報告的參數(shù)值，其中假定這些備選結(jié)構(gòu)的全部或兩者具有高的匹配得分。圖7示出目標(biāo)30的非常簡單的形式和限定其形狀的一些參數(shù)。襯底700，例如硅晶片，承載由通過曝光和顯影抗蝕劑材料層形成的多個平行的條紋形成的衍射光柵。目標(biāo)光柵不需要包括升起的條紋，其在圖中示出并提出僅是作為示例。合適的特征包括直立的條紋、接觸孔等，它們通過光刻技術(shù)形成，或通過光刻以及其后的蝕刻、沉積以及其他工藝步驟形成。選擇條紋在此純是為了簡單起見。特征702表示構(gòu)成光柵的結(jié)構(gòu)中的一個結(jié)構(gòu)的橫截面。在抗蝕劑下面是層704，其在通常的示例中將僅為硅晶片上的“原有的(native)”氧化物層，例如厚度為l_3nm。在真實的產(chǎn)品中，在目標(biāo)30下面可以設(shè)置有不同屬性的許多層。在用抗蝕劑涂覆襯底和曝光之前，在襯底上已經(jīng)以已知的方式涂覆了抗反射BARC層706以改善所印刷的圖案的質(zhì)量。將要通過例如圖5或圖6中示出的過程測量的特征702的參數(shù)包括特征高度H1、中間高度臨界尺寸(中間CD或MCD)以及側(cè)壁角度SWA。如果需要可以限定其他參數(shù)。如果將要測量不對稱性，則可以對左側(cè)壁和右側(cè)壁獨立地限定SWA。諸如頂部倒角(toprounding)、基腳(footing)或考慮線邊緣粗糙度(LER)的涂層梯形等其他特征可以加入至模型中以提高精確度。這些參數(shù)HI、MCD、SWA將以不同的方式對衍射圖案作出貢獻，這在用散射儀測量目標(biāo)30時可以觀察到。影響衍射圖案的其他形狀參數(shù)是下面層706、704的高度(厚度)，其分別用H2、H3表示。除了幾何參數(shù)之外，模型還可以包括光學(xué)參數(shù)。為了對目標(biāo)建模并允許計算模型化的衍射圖案，這些參數(shù)的估計值被用于步驟506和/或606的計算中。當(dāng)考慮層的數(shù)量、特征702的形狀參數(shù)以及潛在的下面的特征和層時，很清楚的是，執(zhí)行最佳擬合參數(shù)組的搜索所在的參數(shù)空間是高度地多維的。目標(biāo)光柵圖案本身可以是二維的。建模所需的附加的參數(shù)是全部不同材料的屬性，例如它們的折射系數(shù)、消光系數(shù)。這些可以良好地限定使得它們可以被看作固定的參數(shù)，或者它們可以本身處于不確定。它們可能需要根據(jù)入射福射的波長和偏振進一步再分。圖5和6的過程，如詳細描述的，是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的和使用的。然而在已知的形成庫和迭代建模的過程中，沒有考慮參數(shù)之間的關(guān)系。在樣本參數(shù)組的生成過程中，允許每個浮動參數(shù)在允許的最小-最大范圍內(nèi)隨機地變化。類似地，在圖5的迭代過程中，只·要每個參數(shù)適合預(yù)定的最小-最大范圍，則允許參數(shù)在全部類型的組合中變化。然而，在實際光刻過程形成的產(chǎn)品中，不同的參數(shù)之間存在許多關(guān)系，使得兩個參數(shù)在實際應(yīng)用中不完全彼此獨立地變化。例如，臨界尺寸和側(cè)壁MCD隨SWA傾向于一起變化。在本發(fā)明中，圖5和6的測量過程使用修改的處理以得出樣本參數(shù)組。一種修改是根據(jù)“實際的”備選結(jié)構(gòu)與“理想的”備選結(jié)構(gòu)的限定來限制所考慮的參數(shù)組。根據(jù)參數(shù)中的另一參數(shù)的值有效地限制一個參數(shù)的允許范圍。這種修改方案，作為共同未決的專利申請....ref P-3663. 000-US的主題，將在后面參照圖14至16描述，其標(biāo)題為“現(xiàn)實取樣”。另一修改方案，將稱為“選配方案優(yōu)化”，將參照圖8-13進行描述。這些修改可以單獨應(yīng)用或一起應(yīng)用。使用這些標(biāo)題使用為了容易描述，而不是為了限制所給出的教導(dǎo)的范圍。模型選配方案優(yōu)化-背景光學(xué)輪廓量測使用模型擬合方法以從散射儀測量信號提取目標(biāo)結(jié)構(gòu)的參數(shù)。通常的擬合技術(shù)使用直接的回歸(圖5)，或基于庫的合成信號模型(圖6)。如上所述，可以存在多個浮動參數(shù)。這些浮動參數(shù)中的一些可以僅僅內(nèi)在地與模型相關(guān)，其他的浮動參數(shù)是系統(tǒng)用戶想通過測量過程確定的感興趣的真正的參數(shù)。模型選配方案必須在兩個方面進行優(yōu)化I.精確度通過均方根誤差或RMSE測量。精確度可以分解成噪聲靈敏度和系統(tǒng)偏差(系統(tǒng)誤差)。2.模型優(yōu)化通常具有三個目標(biāo)I.響應(yīng)于感興趣的參數(shù)的實際變化獲得優(yōu)化的測量結(jié)果。2.獲得感興趣的參數(shù)的測量對其他參數(shù)的變化和模型近似、校準(zhǔn)誤差以及噪聲的靈敏度。3.實現(xiàn)擬合過程的準(zhǔn)備和執(zhí)行的速度?，F(xiàn)有技術(shù)的方法是建立具有充分的浮動參數(shù)的一般模型選配方案以描述將要測量的實際結(jié)構(gòu)的全部可能的變化。對于操作者，接下來將在相應(yīng)的名義值處固定這些參數(shù)的一個子組，以獲得上述的目標(biāo)。如果本申請中出現(xiàn)的具體參數(shù)的典型變化對測量信號影響極小或者沒有影響，則將該參數(shù)固定是真正有利的，尤其是對于第二和第三目標(biāo)。對于第二目標(biāo)，在參數(shù)被固定時匹配過程中的自由度減小，其通常改善擬合過程的噪聲魯棒性和穩(wěn)定性(條件數(shù)量)。對于第三目標(biāo)，當(dāng)參數(shù)被固定時擬合過程的速度應(yīng)該提高。在直接回歸中，例如，通常使用高斯-牛頓(GN)迭代方法。用于GN步驟的時間隨著必須被計算的偏差數(shù)量線性地增長，因而與自由度成比例。在基于庫的匹配中，庫中記錄項的數(shù)量與自由度的冪成比例，因此準(zhǔn)備時間與自由度的冪成比例。在數(shù)學(xué)上，現(xiàn)有技術(shù)是確定所測量的信號和模型化信號之間的最佳擬合，其中模型化信號依賴于參數(shù)Pi。這種最佳擬合可以用方程(I)表示Pfit = argmiPlISrneas — Smod(Pcancz)II2 (I)其中Pfit是上面提到的浮動參數(shù)Pi的最佳擬合組，Sffleas表示所測量的衍射信號，Smod(Pcand)表示備選參數(shù)組Pcand的模型化衍射信號。這些信號可以看作矢量，其分量是例如 衍射光瞳圖案的各個像素值。方程(I)中的11…11因此表示所測量的信號和每個模型信號之間的誤差或“距離”。推導(dǎo)擬合過程以找出使該誤差最小的參數(shù)組P。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，通過固定參數(shù)組的一個或更多個參數(shù)Pi來優(yōu)化模型選配方案以更接近上面提到的三個目標(biāo)。在參數(shù)被固定的情況下，參數(shù)固定所處的值被稱為名義值?？梢允窃撁x值為光刻過程所針對的，或者其可以僅被固定用于所述模型選配方案的目的。在
數(shù)學(xué)上，被優(yōu)化的選配方案隨后被看作:Pfit = argmipl|5mea5 - Srnod(Pcarid)II2 (條件
是對于某個固定的Pi，有Pi = Ρ ,ηοπι)⑵其中，Pi,_表示參數(shù)Pi的名義值。選配方案優(yōu)化通常是試誤或試湊過程，通過試湊技術(shù)專家或技術(shù)人員嘗試找出一組好的固定的/浮動的參數(shù)。“現(xiàn)有技術(shù)”是確定上述在負面影響和正面影響之間具有優(yōu)化平衡的該組固定的/浮動的參數(shù)。在多種情形中，優(yōu)化平衡仍然是折衷，并且一定程度上是不令人滿意的。例如如果一個參數(shù)具有小的但是對測量信號具有可測量到的影響并且該影響的標(biāo)識與對感興趣的參數(shù)的影響高度相關(guān)，則出現(xiàn)特殊的問題。在這種情況下，固定第一參數(shù)對目標(biāo)2具有負面的影響，因為第一參數(shù)的實際變化此時被錯誤地解釋為感興趣的參數(shù)的表觀變化(apparent variation)?，F(xiàn)有技術(shù)中改進精確性的唯一的方法是允許比實際感興趣的參數(shù)更多的參數(shù)浮動。本發(fā)明人意識到限制現(xiàn)有技術(shù)的選配方案優(yōu)化成功的以下因素-算子僅具有有限的自由以調(diào)節(jié)選配方案，因為每個參數(shù)必須或者固定為名義值，或者獨立地浮動；-盡管靈敏度可以測量，但是RMSE不容易確定，因為不知道誤差的哪個元素是參數(shù)之間相關(guān)性引起的系統(tǒng)偏差。固定參數(shù)的影響因此是未知的。-與前款相關(guān)，不清楚如何以系統(tǒng)的方法并且在不花費額外的機器操作時間的情況下確定固定的和浮動的參數(shù)的優(yōu)化選擇。減少自由度的一種已知的方法是通過獨立地測量某些參數(shù)，并向前饋給選配方案。這是有效的策略，但是需要額外的測量，因而降低生產(chǎn)率。已知的策略可以與這里所說的新的策略結(jié)合，進一步增強感興趣的參數(shù)的測量性能。具有減少的自由度的模型選配方案優(yōu)化
分別執(zhí)行在圖5和6的過程中的步驟503和/或603中應(yīng)用的模型選配方案優(yōu)化，以在沒有簡單地固定更多個模型參數(shù)的缺陷的情況下減少擬合過程中的自由度。此外，提供自動工具，其將根據(jù)感興趣的參數(shù)和模型的參數(shù)建立或至少提出模型選配方案。代替將特定參數(shù)固定為給定值和允許其他參數(shù)彼此獨立地浮動，新的設(shè)備在更一般的一組條件(包括約束)下執(zhí)行最小化。本實施例使用固定參數(shù)的線性組合的形式的約
束，但是這僅是一個示例。數(shù)學(xué)形式為
權(quán)利要求
1.一種測量襯底上的結(jié)構(gòu)的至少一個參數(shù)的方法，所述方法包括步驟 (a)在預(yù)定照射下接收輻射與所述結(jié)構(gòu)的相互作用產(chǎn)生的檢測信號； (b)根據(jù)模型選配方案改變所述結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型的參數(shù)來生成多個備選結(jié)構(gòu)； (C)通過對所述預(yù)定的輻射與所述備選結(jié)構(gòu)中每一個的相互作用進行建模來計算多個備選模型信號； (d)將檢測信號與所述多個備選模型信號對比以識別最佳的匹配模型信號；和 (e)在步驟(d)中對比的結(jié)果的基礎(chǔ)上，基于對應(yīng)于最佳匹配模型信號的備選結(jié)構(gòu)的參數(shù)報告所述結(jié)構(gòu)的一個或更多個參數(shù)的測量結(jié)果， 其中所述模型選配方案包括用于限定所述參數(shù)的一子組參數(shù)之間的關(guān)系的至少一個約束，并且其中在步驟(b)中，所述約束被應(yīng)用以使得當(dāng)生成所述備選結(jié)構(gòu)時所述子組參數(shù)被約束以根據(jù)所述約束一起變化，由此在不將所述子組參數(shù)中的參數(shù)作為固定參數(shù)處理的情況下減小模型中的自由度的數(shù)量。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述子組包括所述可變參數(shù)中的多于兩個。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其中所述約束限定在所述子組中的所述可變參數(shù)之間的線性關(guān)系。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在步驟(b)中，所述子組內(nèi)的至少一個參數(shù)根據(jù)所述約束被指定為依賴性參數(shù)并且在每個依賴性參數(shù)和所述子組內(nèi)的其他參數(shù)中的一個或更多個之間限定依賴關(guān)系，所述依賴關(guān)系用于在計算所述模型信號之前由所述其他一個參數(shù)或更多個參數(shù)計算所述依賴性參數(shù)。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中步驟(b)包括步驟 (bl)提供模型結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的模型信號的參考集，所述參考集生成有比模型選配方案所需要的自由度更多的自由度； (b2)生成多個備選模型選配方案，每個備選模型選配方案包括一個或更多個約束的不同組，每個約束通過限定所述可變參數(shù)的一子組可變參數(shù)之間的關(guān)系來減小模型中自由度的數(shù)量，以便在不將所述子組可變參數(shù)中的參數(shù)作為固定參數(shù)處理的情況下減小所述模型中自由度的數(shù)量； (b3)使用每個備選模型選配方案來執(zhí)行所述方法的步驟(C)至(e)，用來自參考集的多個模型信號替代所述檢測信號； (b4)通過將使用每個備選模型選配方案獲得的測量的參數(shù)值與對應(yīng)于在步驟(b3)中使用的模型信號的模型結(jié)構(gòu)的已知的參數(shù)值對比來選擇最佳模型選配方案。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中一個或更多個所述可變參數(shù)的子組被指定作為測量方法所感興趣的參數(shù)，并且其中在步驟(b4)中被對比的所述測量的參數(shù)值排他地或主要是被指定的感興趣的參數(shù)的參數(shù)值。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其中在步驟(bl)中，所述參考集的模型結(jié)構(gòu)分布在由可變參數(shù)和數(shù)學(xué)模型的自由度所限定的參數(shù)空間中，并且其中通過參照至少兩個所述自由度之間的相互關(guān)系限制備選結(jié)構(gòu)的分布，藉此，相互關(guān)聯(lián)的參數(shù)的值的特定組合在所測量的結(jié)構(gòu)中比其他更可能出現(xiàn)。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項所述的方法，其中，用多于數(shù)學(xué)模型的自由度數(shù)的可變參數(shù)限定數(shù)學(xué)模型，所述模型選配方案包括某些可變參數(shù)之間的給定的依賴關(guān)系，并且其中與步驟(b)相關(guān)的提到的約束被增加至所述給定的依賴關(guān)系。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項所述的方法，其中在與所檢測的衍射信號對比之前，執(zhí)行步驟(b)和(C)以形成預(yù)存儲的衍射信號的庫。
10.如權(quán)利要求1-9中任一項所述的方法，其中在迭代過程中執(zhí)行步驟(b)和(c)與步驟⑷。
11.如權(quán)利要求1-10中任一項所述的方法，其中在與所檢測的衍射信號對比之前，執(zhí)行步驟(b)和(C)以形成預(yù)存儲的衍射信號的庫，并且隨后執(zhí)行步驟(b)和(C)與步驟(d)作為迭代過程的一部分，以生成另外的備選結(jié)構(gòu)和模型衍射信號。
12.—種生成用于如權(quán)利要求5或6所述的測量方法的模型選配方案的方法，所述方法包括步驟 (bl)提供模型結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的模型信號的參考集，所述參考集生成有比模型選配方案所需要的自由度更多的自由度； (b2)生成多個備選模型選配方案，每個備選模型選配方案包括一個或更多個約束的不同組，每個約束通過限定所述可變參數(shù)的一子組可變參數(shù)之間的關(guān)系來減小模型中自由度的數(shù)量，以便在不將所述子組的參數(shù)作為固定參數(shù)處理的情況下減小所述模型中自由度的數(shù)量； (b3)使用每個備選模型選配方案執(zhí)行如權(quán)利要求I或2或3所述的方法的步驟(c)至(e)，用來自所述參考集的多個模型信號替代所述檢測信號； (b4)通過將使用每個備選模型選配方案獲得的測量的參數(shù)值與對應(yīng)于在步驟(b3)中使用的模型信號的模型結(jié)構(gòu)的已知的參數(shù)值對比來選擇最佳模型選配方案。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中一個或更多個所述可變參數(shù)的子組被指定作為測量方法所感興趣的參數(shù)，并且其中在步驟(b4)中被對比的所述測量的參數(shù)值排他地或主要是被指定的感興趣的參數(shù)的測量的參數(shù)值。
14.如權(quán)利要求12或13所述的方法，在步驟(bl)中，所述參考集的模型結(jié)構(gòu)分布在由可變參數(shù)和數(shù)學(xué)模型的自由度限定的參數(shù)空間中，并且其中通過參照至少兩個所述自由度之間的相互關(guān)系來限制備選結(jié)構(gòu)的分布，藉此，相互關(guān)聯(lián)的參數(shù)的值的特定組合在將要被測量的結(jié)構(gòu)中比其他更可能出現(xiàn)。
15.如權(quán)利要求5、6、7、12、13或14所述的方法，其中在步驟(b2)中生成的所述備選模型選配方案中的至少一個具有被指定為固定參數(shù)的另一子組參數(shù)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中不同的備選模型選配方案具有被指定為固定參數(shù)的不同子組的參數(shù)。
17.一種用于測量襯底上的結(jié)構(gòu)的至少一個參數(shù)的檢驗設(shè)備，所述檢驗設(shè)備包括 -照射系統(tǒng)，用于使用一個或更多個輻射束照射所述結(jié)構(gòu)； -檢測系統(tǒng)，用于檢測由所述輻射與所述結(jié)構(gòu)之間相互作用產(chǎn)生的信號；和 -處理器，用于將檢測信號與多個模型信號對比以識別最佳匹配模型信號， 其中所述處理器布置成通過參考相應(yīng)的備選結(jié)構(gòu)生成所述模型信號中的每一個，所述備選結(jié)構(gòu)的形狀和材料屬性通過數(shù)學(xué)模型中的多個參數(shù)表示，每個備選結(jié)構(gòu)在一個或更多個所述參數(shù)上與其他不同，其中所述處理器布置成通過參考模型選配方案生成所述備選結(jié)構(gòu)中的每一個，所述模型選配方案包括用于限定所述可變參數(shù)的一子組可變參數(shù)之間的關(guān)系的至少一個約束，并且其中所述處理器布置成在生成所述備選結(jié)構(gòu)過程中應(yīng)用所述約束，使得參數(shù)的所述子組被約束成根據(jù)所述約束一起變化，由此在不將所述子組的參數(shù)作為固定參數(shù)處理的情況下減小模型中自由度的數(shù)量。
18.如權(quán)利要求17所述的檢驗設(shè)備，其中所述處理器還布置成通過如權(quán)利要求12、13或14所述的方法生成所述模型選配方案。
19.一種計算機程序產(chǎn)品，包含一個或更多個機器可讀指令序列用于測量襯底上的結(jié)構(gòu)的至少一個參數(shù)，所述指令適于引起一個或更多個處理器執(zhí)行下列步驟 U)在預(yù)定照射下接收由輻射與所述結(jié)構(gòu)的相互作用產(chǎn)生的檢測信號； (k)將檢測信號與多個備選模型信號對比以識別最佳的匹配模型信號；和 (I)為了執(zhí)行步驟(k)而計算所述備選模型信號是通過根據(jù)模型選配方案改變結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型的參數(shù)生成備選結(jié)構(gòu)來計算的， 其中所述模型選配方案包括用于限定所述參數(shù)的一子組參數(shù)之間的關(guān)系的至少一個約束，并且其中在步驟(I)中，所述約束被應(yīng)用以使得當(dāng)生成所述備選結(jié)構(gòu)時參數(shù)的所述子組被約束以根據(jù)所述約束一起變化，由此在不將所述子組的參數(shù)作為固定參數(shù)處理的情況下減小模型中自由度的數(shù)量。
20.一種計算機程序產(chǎn)品，包含一個或更多個機器可讀指令序列，所述指令序列用于使處理器確定模型選配方案，所述模型選配方案用于在生成用于與從襯底上的結(jié)構(gòu)檢測的信號進行對比的多個模型信號，所述多個模型信號通過模擬由照射進行的相應(yīng)的多個備選結(jié)構(gòu)的照射來計算，所述指令在使用時使所述處理器執(zhí)行如權(quán)利要求12、13或14所述的方法的步驟。
21.一種測量襯底上的結(jié)構(gòu)的至少一個參數(shù)的方法，所述方法包括下列步驟 (m)限定所述結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，其中通過以多個自由度變化的多個參數(shù)來表示形狀和材料性質(zhì)； (η)通過指定所述參數(shù)中的哪些將被作為固定參數(shù)處理和所述參數(shù)中的哪些將被作為可變參數(shù)處理來限定模型選配方案； (ο)用一個或更多個輻射束照射所述結(jié)構(gòu)并檢測由所述輻射與所述結(jié)構(gòu)之間的相互作用產(chǎn)生的信號； (P)參考模型選配方案生成多個備選模型結(jié)構(gòu)，每個備選結(jié)構(gòu)在一個或更多個所述可變參數(shù)上與其他不同； (r)通過模擬所述輻射和每個所述備選結(jié)構(gòu)之間的相互作用來計算多個模型信號； (S)將檢測信號與所述模型信號中的至少一些進行對比；和 (t)基于步驟(S)中的對比結(jié)果，識別最佳匹配模型信號并基于對應(yīng)于最佳匹配模型信號的備選結(jié)構(gòu)的參數(shù)來報告所述結(jié)構(gòu)的一個或更多個參數(shù)的測量結(jié)果， 其中在步驟(η)中生成的所述模型選配方案還包括用于限定所述可變參數(shù)的一子組可變參數(shù)之間的關(guān)系的至少一個約束，以在不將所述子組的參數(shù)作為固定參數(shù)處理的情況下減小模型中自由度的數(shù)量，和其中，在步驟(P)中，所述約束被應(yīng)用以使得當(dāng)生成所述備選結(jié)構(gòu)時參數(shù)的所述子組被約束以根據(jù)所述約束一起變化。
全文摘要
衍射模型和散射儀用于重構(gòu)襯底上的顯微結(jié)構(gòu)(30)的模型。限定多個備選結(jié)構(gòu)，每個通過多個參數(shù)(p1、p2等)表示。通過模擬所述備選結(jié)構(gòu)中的每一個的照射來計算多個模型衍射信號。通過將一個或更多個所述模型衍射信號與由結(jié)構(gòu)(30)檢測的信號擬合來重構(gòu)所述結(jié)構(gòu)。在備選結(jié)構(gòu)的生成過程中，使用模型選配方案，其中參數(shù)被指定為固定的或可變的。在可變參數(shù)當(dāng)中，特定參數(shù)被約束以根據(jù)特定約束(A)，例如線性約束，一起變化。通過參照用于指定一個或更多個對測量感興趣的參數(shù)的用戶輸入(988)并通過模擬重構(gòu)過程重構(gòu)來確定約束(990)的優(yōu)化組，并因此確定優(yōu)化的模型選配方案(994)。使用多個備選模型選配方案通過模擬參考結(jié)構(gòu)的組(984)的重構(gòu)的“參數(shù)顧問”過程(986)可以確定優(yōu)化的模型選配方案。在生成參考結(jié)構(gòu)的過程中，限制可以被應(yīng)用(985)以排除“不現(xiàn)實”的參數(shù)組合。
文檔編號G03F7/20GK102918464SQ201180027375
公開日2013年2月6日 申請日期2011年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月4日
發(fā)明者M·埃本, H·克拉莫, N·萊特, R·埃爾瓦埃森切茲, M·斯拉伯 申請人:Asml荷蘭有限公司