專利名稱：微分臨界尺寸和覆蓋計(jì)量裝置以及測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及半導(dǎo)體制造，更具體地說(shuō)，涉及用于微電子制造的光刻和蝕刻工藝條件的監(jiān)視和控制。
背景技術(shù)：
在微電子制造期間，通過(guò)進(jìn)行光刻處理和隨后的蝕刻處理的一系列工具處理半導(dǎo)體晶片，以在晶片的襯底中形成部件和器件。這種處理具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用，包括半導(dǎo)體、平板顯示、微機(jī)械以及磁頭的制造。
光刻工藝允許通過(guò)空間調(diào)制光(空間圖像)將掩膜或標(biāo)度線(reticle)圖形轉(zhuǎn)移至襯底上的光致抗蝕劑(下文中，也可替換地稱為抗蝕劑)膜。其能量(所謂的光化能量)超過(guò)光致抗蝕劑材料的感光成分(PAC)中化學(xué)鍵的閾值能量的被吸收空間圖像部分在抗蝕劑中產(chǎn)生潛在圖像。在一些抗蝕劑系統(tǒng)中，該潛在圖像通過(guò)PAC直接形成；在其它抗蝕劑(所謂的酸催化光致抗蝕劑)中，光化學(xué)互作用首先產(chǎn)生酸，該酸在曝光后的烘焙期間與其它光致抗蝕劑成分反應(yīng)，以形成潛在圖像。在任何一種情況下，潛在圖像標(biāo)記抗蝕劑材料在顯影工藝期間被去除(在正光致抗蝕劑情況下)或在顯影后保留(在負(fù)光致抗蝕劑情況下)的部分，以在抗蝕劑膜中產(chǎn)生三維圖形。在隨后的蝕刻處理中，所得的抗蝕劑膜圖形用于轉(zhuǎn)移在抗蝕劑中構(gòu)圖的開(kāi)口，以在其下的襯底中形成蝕刻圖形。能夠監(jiān)視通過(guò)光刻工藝和蝕刻工藝形成的圖形的保真度，然后控制或調(diào)整這些工藝以校正任何不足是至關(guān)重要的。因此，制造工藝包括利用各種計(jì)量工具以測(cè)量和監(jiān)視在晶片上形成的圖形的特性。通過(guò)這些計(jì)量工具采集的信息可用于調(diào)整光刻和蝕刻處理?xiàng)l件，以確保滿足制造生產(chǎn)技術(shù)要求。
參考圖1，示意性示出了用于制造半導(dǎo)體的典型光刻和蝕刻生產(chǎn)制造線10。沿方向100在制造線10中處理一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體晶片5。光組件110包括光刻工具，該光刻工具包括用于在晶片上沉積和烘焙抗蝕劑、在晶片平面上使圖形成像(例如曝光工具112)的軌道(track)工具111，以及用于烘焙和顯影在抗蝕劑膜上的曝光圖形的曝光后軌道工具113。光刻后，各種工具用于測(cè)量在抗蝕劑上形成的圖形的特性。例如，覆蓋測(cè)量工具(OLM)120用于確保在抗蝕劑層上形成的圖形與之前在晶片上形成的圖形充分對(duì)準(zhǔn)。掃描電子顯微鏡(SEM)130典型地用于測(cè)量圖形部件的臨界尺寸(CD)的寬度。來(lái)自計(jì)量工具120、130的這些測(cè)量可傳給光組件110和蝕刻組件140(典型地包括蝕刻室141)，如數(shù)據(jù)流路徑135所示，以允許根據(jù)這些測(cè)量調(diào)整工藝條件。
在處置步驟125中評(píng)價(jià)這些測(cè)量，其中必須作出晶片5是否應(yīng)當(dāng)經(jīng)歷返工工藝101決定，在該返工工藝101中，從晶片5去除抗蝕劑，并送回光組件110以在修正的光刻條件下再次施加抗蝕劑圖形。如果抗蝕劑圖形滿足生產(chǎn)技術(shù)要求，可用蝕刻組件140繼續(xù)處理晶片5。通常，根據(jù)對(duì)各晶片的有限數(shù)量的測(cè)量作出這些決定；例如，每個(gè)晶片在約20個(gè)部位的2-3次覆蓋測(cè)量和在5-10個(gè)部位的僅僅1次CD測(cè)量。要求該有限數(shù)量的測(cè)量保持每晶片約30秒或每小時(shí)約100個(gè)晶片的適當(dāng)?shù)耐掏绿幚砹俊?br> 如果晶片5滿足覆蓋和CD測(cè)量要求，晶片5在蝕刻組件140中繼續(xù)進(jìn)行處理，其中將抗蝕劑圖形轉(zhuǎn)移至晶片襯底。通過(guò)計(jì)量工具例如在線SEM 130或原子力顯微鏡(AFM)150，所得的在襯底上的圖形將再次經(jīng)歷測(cè)量。來(lái)自計(jì)量工具130、150的蝕刻后計(jì)量數(shù)據(jù)可反饋至沿?cái)?shù)據(jù)流路徑135在線內(nèi)的其它工具，從而可對(duì)工藝條件進(jìn)行調(diào)整。
周期性地，可利用類似于在線中所用的工具，例如OLM 120、SEM 130以及AFM 150，進(jìn)行更大數(shù)量的離線測(cè)量15，該離線測(cè)量15還可包括其它工具，例如膜厚測(cè)量工具(FTM)160和電探針測(cè)量工具(EPM)170。
希望在更多部位和在所有晶片上獲得更多測(cè)量。因此，參考圖2，更希望的假想晶片處理系統(tǒng)20在光組件110內(nèi)可包括工具例如FTM 160和OLM 120。其它計(jì)量工具和方法也會(huì)是有利的，例如散射測(cè)量計(jì)量(SCM)180和顯微鏡(MCR)185，其將提供現(xiàn)今通常未提供的信息。雖然與常規(guī)系統(tǒng)相比，該假想的處理系統(tǒng)20可提高計(jì)量能力，但該提高的能力的實(shí)現(xiàn)以增加復(fù)雜性和成本為代價(jià)。
近年來(lái)，所謂的“散射測(cè)量”技術(shù)已很發(fā)達(dá)，其能夠?qū)崿F(xiàn)周期結(jié)構(gòu)的光學(xué)計(jì)量而不需要例如SEM或AFM的復(fù)雜硬件。散射測(cè)量的原理是，可從光柵狀圖形的反射或零級(jí)衍射能量提取關(guān)于小圖形的詳細(xì)信息。常規(guī)SCM利用來(lái)自晶片上的圖形的反射能量，并比較反射能量的信號(hào)，以確定圖形特性。SCM具有相對(duì)速度和簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但要求開(kāi)發(fā)可使反射信號(hào)與之匹配的大規(guī)模信號(hào)庫(kù)。開(kāi)發(fā)這些庫(kù)成本高且耗費(fèi)時(shí)間，并且還需要計(jì)算機(jī)服務(wù)器190和相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)以進(jìn)行所需的比較。也可將散射測(cè)量添加到離線計(jì)量系統(tǒng)25，以提高信息的質(zhì)量和數(shù)量以及對(duì)光刻和蝕刻工藝的后續(xù)控制。例如，Littau等人(美國(guó)專利6,429,930)已描述了利用散射測(cè)量確定聚焦中心，通過(guò)測(cè)量衍射特征并與在不同入射角、波長(zhǎng)和/或相位的衍射特征庫(kù)比較，確定聚焦的中心。然而，散射測(cè)量計(jì)算上密集，并要求服務(wù)器區(qū)段(farm)和數(shù)據(jù)庫(kù)包括信號(hào)庫(kù)，從而提高復(fù)雜性和成本。散射測(cè)量要求同時(shí)確定關(guān)于膜疊層和標(biāo)板(target)圖形的多個(gè)自由參量。其成功取決于通常不確定的膜疊層和圖形特性的詳細(xì)的先驗(yàn)知識(shí)。由于常規(guī)散射測(cè)量不是微分測(cè)量，其在CD測(cè)量的應(yīng)用對(duì)噪聲敏感例如，測(cè)量變化如輻照、波長(zhǎng)、探測(cè)器響應(yīng)、標(biāo)板對(duì)準(zhǔn)；工藝變化如膜厚和光特性。常規(guī)散射測(cè)量還只限于可用于表征膜厚的第零衍射級(jí)的探測(cè)，但由于由膜疊層引起的標(biāo)板CD，常規(guī)散射測(cè)量在區(qū)別信號(hào)特征中通常具有差的信噪比。與散射測(cè)量一起使用的標(biāo)板必須足夠大，以使輻照包括在標(biāo)板內(nèi)(即輻照必須完全落在標(biāo)板區(qū)域內(nèi))，這比典型的CD或覆蓋標(biāo)板占用更多的芯片面積。另外，隨著標(biāo)板部件變得更孤立(標(biāo)板CD與標(biāo)板周期的比率降低)，散射測(cè)量能力下降。由于CD對(duì)散焦的靈敏度隨著孤立程度增大而增大，測(cè)量散焦的能力，即一種關(guān)鍵的光刻處理參量，需要測(cè)量孤立部件。
希望控制光刻工藝條件(例如，曝光劑量和散焦)，以確保最高質(zhì)量的圖像。光致抗蝕劑圖像的主要決定因素是這樣的表面，在該表面上曝光能量等于在抗蝕劑膜中的光致抗蝕劑閾值能量。“曝光”和“聚焦”是控制該表面的線條的變量。通過(guò)輻照時(shí)間和密度設(shè)定的曝光確定每單位面積的空間圖像的平均能量。通過(guò)襯底反射和形貌的變化，可引起曝光的局部變化。通過(guò)相對(duì)于成像系統(tǒng)的焦平面的光致抗蝕劑膜的位置設(shè)定的聚焦確定調(diào)制相對(duì)于焦距對(duì)準(zhǔn)(in-focus)圖像的降低。通過(guò)襯底膜厚和形貌的變化，可引起聚焦的局部變化。
顯微鏡(MCR)185的使用可用于連接特別設(shè)計(jì)的計(jì)量標(biāo)板以監(jiān)視劑量和聚焦，這將在下面進(jìn)一步描述。半導(dǎo)體制造中晶片的光刻構(gòu)圖取決于對(duì)光刻工藝的控制，以確保各種圖形部件位于公共的工藝窗口內(nèi)。該工藝窗口是滿足所有圖形容差的參量空間。因此，要求精確測(cè)量和控制光刻處理的兩個(gè)基本參量，具體地說(shuō)，劑量和聚焦(或散焦)。劑量規(guī)定圖像的平均能量，以及散焦是引起圖像劣化的最低級(jí)行差。光刻控制必須基于對(duì)劑量和散焦的可測(cè)量圖形屬性的預(yù)定響應(yīng)。希望在制造工藝期間在線控制劑量和聚焦。
表征圖形對(duì)劑量和散焦的響應(yīng)的一種方法是通過(guò)使用聚焦曝光矩陣(FEM)。形成測(cè)試圖形的柵格或矩陣，其中通過(guò)聚焦和劑量設(shè)定范圍處理柵格元件，并測(cè)量在各柵格元件內(nèi)的圖形屬性以表征光刻工藝。
通常利用掃描電子顯微鏡(SEM)或光學(xué)工具以形成構(gòu)圖晶片(例如FEM晶片)的圖像，進(jìn)行圖形屬性的測(cè)量。然而，SEM計(jì)量實(shí)施起來(lái)很昂貴，操作較慢，并且很難自動(dòng)化。
使用顯微鏡以獲得劑量和聚焦的方法已由Ausschnitt等人描述過(guò)(例如，C.P.Ausschnitt，“Distinguishing dose from defocus for in-linelithography control”，SPIE，Vol.3677，pp.140-147(1999)；Ausschnitt等人，美國(guó)專利5,965,309；Ausschnitt等人，美國(guó)專利5,976,740)。Ausschnitt等人已公開(kāi)了用于表征劑量和聚焦的雙色調(diào)(tone)計(jì)量標(biāo)板(稱為“schnitzl”)。通過(guò)存在或不存在通常以層或膜沉積在將要蝕刻的晶片的襯底表面上的抗蝕劑材料，確定光刻圖形的“色調(diào)”。圖形是在空白背景上的抗蝕劑線條或在抗蝕劑材料的背景下不存在抗蝕劑線條(即間隔)?？赏ㄟ^(guò)互換光刻工藝期間曝光的區(qū)域形成互補(bǔ)色調(diào)圖形。可通過(guò)如下方法在抗蝕劑材料中產(chǎn)生這些色調(diào)圖形制備具有對(duì)應(yīng)于將要在抗蝕劑材料上產(chǎn)生的線條或間隔的不透明和透明區(qū)域的掩膜，然后在掩膜一側(cè)上利用輻射源將掩膜線條和間隔輻照并投影到在掩膜相反側(cè)的抗蝕劑層。由Ausschnitt等人公開(kāi)的雙色調(diào)計(jì)量標(biāo)板具有可利用顯微鏡系統(tǒng)測(cè)量的對(duì)劑量和聚焦的微分響應(yīng)(例如，通過(guò)利用微分偏置和線縮短(line shortening)效應(yīng))。其另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可利用相同的顯微鏡系統(tǒng)測(cè)量覆蓋以及劑量和聚焦。然而，schnitzl測(cè)量對(duì)光刻聚焦偏差的粗對(duì)稱靈敏度導(dǎo)致關(guān)于聚焦偏差跡象的模糊。另外，該“schnitzl測(cè)量”方法要求高質(zhì)量的顯微鏡和聚焦能力，其中為了獲得所需的測(cè)量，必須俘獲schnitzl測(cè)量和覆蓋標(biāo)板的精確圖像。精確的、焦距對(duì)準(zhǔn)圖像的俘獲增加測(cè)量所需的時(shí)間，并使得測(cè)量對(duì)可能在光和蝕刻組件中存在的工藝和環(huán)境變化敏感。
常規(guī)覆蓋計(jì)量也依賴顯微鏡，并對(duì)類似的透鏡質(zhì)量、聚焦和工藝變化問(wèn)題敏感。具體地說(shuō)，顯微鏡的使用引入例如工具導(dǎo)致的偏移(TIS)的誤差源、由工具校準(zhǔn)和光學(xué)對(duì)準(zhǔn)變化以及晶片導(dǎo)致的偏移(WIS)引起的誤差、由下層和覆蓋標(biāo)板本身的工藝不均勻引起的誤差。
因此，仍需要不昂貴的、快速、在線的測(cè)量和控制光刻和蝕刻工藝的構(gòu)圖的方法和系統(tǒng)；其主要對(duì)在單層和相對(duì)于前一圖形層上的圖形尺寸敏感，并對(duì)已形成圖形的膜以及下層的膜疊層和襯底的特性不敏感。
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題和不足，因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種集成計(jì)量系統(tǒng)，包括在線測(cè)量和控制工具、測(cè)試圖形以及用于確定光刻和蝕刻工藝條件以及覆蓋誤差的評(píng)價(jià)方法，通過(guò)該方法，一個(gè)圖形組能夠在曝光、聚焦和蝕刻問(wèn)題之間區(qū)分，以及第二圖形組能夠在半導(dǎo)體圖形處理中測(cè)量二維覆蓋誤差，并且兩組測(cè)量可同時(shí)進(jìn)行。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種使用容易且不昂貴的評(píng)價(jià)光刻參量例如聚焦和曝光，以及蝕刻參量例如速率和各向同性的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種能夠確定臨界尺寸、輪廓屬性(例如側(cè)壁角度、厚度損耗)、曝光和聚焦條件、覆蓋誤差以及膜厚特性的單一裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種確定對(duì)光刻和蝕刻工藝參量的校正以維持最優(yōu)構(gòu)圖性能的方法。
通過(guò)說(shuō)明書(shū)，本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將部分明顯和部分顯而易見(jiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明中實(shí)現(xiàn)了對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的以上和其它目的和優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明的第一方面旨在一種在襯底上測(cè)量尺寸的方法，包括提供標(biāo)稱圖形，所述標(biāo)稱圖形包括在主方向上具有主間距周期P的部件陣列，其中所述標(biāo)稱圖形由沿所述主方向(例如x方向)以所述周期P重復(fù)的標(biāo)稱特征尺寸表征，以及所述標(biāo)稱特征尺寸具有沿與所述主方向垂直的方向(例如y方向)的預(yù)定變化。所述標(biāo)稱圖形用于在所述襯底上形成對(duì)應(yīng)于所述標(biāo)稱圖形的標(biāo)板圖形，以使所述標(biāo)板圖形具有對(duì)應(yīng)于所述標(biāo)稱特征尺寸的襯底特征尺寸。所述圖形的所述特征尺寸未必是將要測(cè)量的所關(guān)心的尺寸。然后用由至少一個(gè)波長(zhǎng)表征的輻射輻照在所述襯底上形成的所述標(biāo)板圖形，以產(chǎn)生衍射級(jí)次。根據(jù)所述襯底特征尺寸相對(duì)于所述標(biāo)稱特征尺寸的偏差，提供所關(guān)心的尺寸(即將要測(cè)量的尺寸)與沿所述垂直方向探測(cè)到的一個(gè)或多個(gè)非零衍射級(jí)次的變化之間的關(guān)系。探測(cè)沿所述垂直方向(例如y方向)的所述一個(gè)或多個(gè)非零衍射級(jí)次的對(duì)應(yīng)變化，然后基于所述探測(cè)到的所述一個(gè)或多個(gè)非零衍射級(jí)次的變化，根據(jù)所述提供的關(guān)系確定所關(guān)心的所述尺寸。在使用多波長(zhǎng)或?qū)拵л椪盏那闆r下，探測(cè)在所述平行方向(例如x方向)所述一個(gè)或多個(gè)非零衍射級(jí)次的變化，以確定衍射強(qiáng)度對(duì)所述標(biāo)板尺寸和輪廓特征的變化的光譜響應(yīng)。
優(yōu)選地，雖然本發(fā)明預(yù)期可使用任何或多個(gè)可探測(cè)的非零衍射級(jí)次，選擇第一非零衍射級(jí)次的強(qiáng)度的變化。通過(guò)使用多波長(zhǎng)或?qū)拵л椪?，本方法允許測(cè)量和控制圖形輪廓特征以及劑量和散焦。
本方法適于臨界尺寸(CD)測(cè)量。通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明設(shè)計(jì)的雙色調(diào)標(biāo)板圖形，本方法允許測(cè)量和控制光刻參量，例如劑量和散焦。
本方法也適于覆蓋測(cè)量。在覆蓋測(cè)量情況下，利用一個(gè)或多個(gè)非零衍射級(jí)次的強(qiáng)度和相位變化。
在另一方面中，本發(fā)明旨在一種用于進(jìn)行計(jì)量測(cè)量的裝置，包括用于輻照標(biāo)板圖形的輻射源；用于探測(cè)一個(gè)或多個(gè)非零衍射級(jí)次的所述變化的探測(cè)器；用于保護(hù)襯底的裝置；以及用于定位所述源、所述襯底以及所述探測(cè)器的裝置，以使所述源輻照所述標(biāo)板圖形，以及使所述探測(cè)器探測(cè)從所述標(biāo)板圖形衍射的所述輻射的一個(gè)或多個(gè)非零級(jí)次的所述變化。
本發(fā)明的裝置還配置有用于探測(cè)由所述標(biāo)板圖形衍射的所述輻射的零級(jí)的第二探測(cè)器，包括用于相對(duì)于所述源和所述襯底定位所述第二探測(cè)器的裝置，以使所述第二探測(cè)器探測(cè)零級(jí)，以及用于基于所述探測(cè)到的零級(jí)確定所關(guān)心的第二尺寸的裝置。例如，可通過(guò)探測(cè)由所述襯底的未構(gòu)圖區(qū)域或所述標(biāo)板的未構(gòu)圖區(qū)域反射的零級(jí)確定膜厚。
本發(fā)明的又一方面旨在一種用于微分計(jì)量的裝置，所述裝置配置為用于在例如集成電路的半導(dǎo)體制造期間的在線操作(例如在生產(chǎn)軌道或蝕刻工具上)。所述裝置包括用于基于所述一個(gè)或多個(gè)非零衍射級(jí)次的所述變化確定工藝條件(例如劑量和散焦，或者蝕刻速度和各向同性)與標(biāo)稱工藝條件的偏差的裝置，以及根據(jù)所述確定的工藝條件偏差在隨后的工藝條件中提供調(diào)整的裝置。


現(xiàn)在將參考結(jié)合本申請(qǐng)的附圖更詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，其提供了一種用于臨界尺寸(CD)、覆蓋和膜厚計(jì)量以及光刻工藝控制的方法。注意，在附圖中，類似的參考標(biāo)號(hào)用于說(shuō)明類似和相應(yīng)的部分。附圖沒(méi)必要按比例繪制。
圖1示出了由光刻、蝕刻和各種計(jì)量工具構(gòu)成的半導(dǎo)體構(gòu)圖系統(tǒng)的典型組件；圖2示出了由利用散射測(cè)量(SCM)工具獲得的復(fù)雜性增加的半導(dǎo)體構(gòu)圖系統(tǒng)；圖3示出了由利用本發(fā)明的集成計(jì)量(IM)裝置獲得的半導(dǎo)體構(gòu)圖系統(tǒng)；圖4A和4B分別示出了本發(fā)明裝置的一個(gè)實(shí)施例的正交側(cè)視圖；圖4C示出了圖4A中的裝置視圖的更詳細(xì)視圖；圖4D示出了圖4B中的裝置視圖的更詳細(xì)視圖；圖5A示意示出了光柵標(biāo)板的二維反射率；圖5B示出了作為圖5A的光柵元件的寬度的函數(shù)獲得的一級(jí)強(qiáng)度；圖6是由錐形光柵元件構(gòu)成的光柵標(biāo)板的自頂向下視圖；圖7A-7F示出了在圖4的裝置的CCD陣列上錐形光柵標(biāo)板的一級(jí)衍射強(qiáng)度的圖像，其中圖7A示出圖像，圖7B示出在平行于標(biāo)板周期的方向上求和的強(qiáng)度，以及圖7C示出用于單色輻照的在垂直于標(biāo)板周期的方向上求和的強(qiáng)度。圖7C-7F是示出多波長(zhǎng)輻照情況的對(duì)應(yīng)示圖；圖8示出了被劃分為兩個(gè)區(qū)域的光柵標(biāo)板，其中光柵元件具有相反的錐形，但具有共同的周期；圖9A示出了被劃分為四個(gè)區(qū)域的光柵標(biāo)板，其中每對(duì)區(qū)域中相反錐形的光柵元件具有相反的色調(diào)，但具有共同的周期；圖9B和9C分別示出了詳細(xì)的錐形和色調(diào)反轉(zhuǎn)；圖10A-10C示出了對(duì)應(yīng)于模擬結(jié)果的物理標(biāo)板。圖10A是頂視圖，圖10B-C是襯底和標(biāo)板的截面視圖；圖11A-11D示出了描繪圖10A-10C的標(biāo)板的間隔和線條端的模擬輪廓；圖12示出了模擬的在垂直于標(biāo)板周期的方向上波長(zhǎng)平均強(qiáng)度分布；圖13A-13B示出了圖9中標(biāo)板的模擬劑量和聚焦響應(yīng)；圖14A-14B示出了作為波長(zhǎng)和氧化物厚度的函數(shù)的零級(jí)和一級(jí)衍射效率的模擬響應(yīng)；圖15A-15B示出了作為波長(zhǎng)和曝光劑量的函數(shù)的零級(jí)和一級(jí)衍射效率的模擬響應(yīng)；
圖16A-16B示出了在兩種不同的設(shè)計(jì)光柵元件寬度情況下作為波長(zhǎng)和聚焦的函數(shù)的一級(jí)衍射效率的模擬響應(yīng)；圖17示出了被劃分為兩個(gè)區(qū)域的光柵標(biāo)板，其中光柵元件具有不同的寬度，但具有共同的周期；圖18示出了兩個(gè)光柵區(qū)域的一級(jí)衍射強(qiáng)度的圖像；圖19是兩個(gè)光柵的一級(jí)衍射強(qiáng)度的曲線，其中兩個(gè)光柵的寬度相差其平均寬度的30％；圖20是示出由對(duì)等式(20a)-(20b)的“+”解計(jì)算的寬度等于標(biāo)稱寬度的曲線；圖21繪制了對(duì)于兩個(gè)寬度與標(biāo)稱寬度的分?jǐn)?shù)偏差β的不同值，作為標(biāo)稱寬度的函數(shù)的可測(cè)量對(duì)比度的平方；圖22A-22B繪制了在標(biāo)稱寬度的整個(gè)范圍內(nèi)(22A)和在最關(guān)心的范圍內(nèi)(22B)寬度對(duì)可測(cè)量對(duì)比度的靈敏度；圖23示出了由四個(gè)區(qū)域構(gòu)成的雙色調(diào)線寬度標(biāo)板，其中兩個(gè)區(qū)域包括不同寬度的孤立線的線條，兩個(gè)區(qū)域包括不同寬度的孤立線間隔；圖24繪制了圖23中的標(biāo)板對(duì)劑量和聚焦的模擬響應(yīng)；圖25示出了由四個(gè)區(qū)域構(gòu)成的雙色調(diào)線長(zhǎng)度標(biāo)板，其中兩個(gè)區(qū)域中由不同長(zhǎng)度的周期正交線間隔的端限定孤立線的線條，由不同長(zhǎng)度的周期正交線的線條的端限定另兩個(gè)區(qū)域；圖26示出了分別提高了對(duì)劑量和聚焦的響應(yīng)的標(biāo)板。劑量標(biāo)板利用在掩膜上的次級(jí)分辨輔助部件在襯底上提高劑量靈敏度并抑制聚焦靈敏度。聚焦標(biāo)板利用錐形線端提高對(duì)線端縮短的聚焦靈敏度；圖27是對(duì)圖26的劑量和聚焦標(biāo)板的劑量和聚焦響應(yīng)的曲線；圖28示出了由密集接觸孔構(gòu)成的微分光柵標(biāo)板版圖；圖29示出了由垂直于光柵周期定向的密集平行線構(gòu)成的微分光柵標(biāo)板版圖；圖30示出了由以不同周期在圖17所示的類型的多個(gè)標(biāo)板構(gòu)成的標(biāo)板；圖31示出了在用于圖30所示的標(biāo)板的本發(fā)明裝置中的光線；
圖32示出了分別與圖30和31的標(biāo)板和裝置對(duì)應(yīng)的探測(cè)強(qiáng)度分布；圖33示出了用于圖17的標(biāo)板版圖的零級(jí)探測(cè)強(qiáng)度；圖34是用于使正和負(fù)一級(jí)衍射成像的裝置結(jié)構(gòu)；圖35示出了適于覆蓋計(jì)量的兩層光柵標(biāo)板的二維反射率的示意圖，以及獲得的對(duì)于不同條件的相對(duì)振幅γ和相位φ，依賴于光柵元件的相對(duì)位置的一級(jí)強(qiáng)度的曲線；圖36是由相反傾斜的光柵元件構(gòu)成的兩層光柵標(biāo)板；圖37A-37D示出了在本發(fā)明裝置的探測(cè)器陣列上兩層傾斜光柵標(biāo)板的正和負(fù)一級(jí)衍射強(qiáng)度的代表性單色圖像；圖38A-38D示出了在本發(fā)明裝置的探測(cè)器陣列上兩層傾斜光柵標(biāo)板的正和負(fù)一級(jí)衍射強(qiáng)度的代表性多波長(zhǎng)圖像；圖39示出了由一對(duì)相反傾斜的光柵標(biāo)板構(gòu)成的兩層“沙漏”標(biāo)板；圖40示出了被劃分為三個(gè)區(qū)域的兩層光柵標(biāo)板，其中在B處理層的光柵元件具有相對(duì)于A處理層的光柵元件的不同位置；圖41A-41B示出了與圖40的標(biāo)板對(duì)應(yīng)的三個(gè)光柵區(qū)域的正和負(fù)一級(jí)衍射強(qiáng)度的圖像；圖42A-42C繪制了當(dāng)Δ＝P/4時(shí)在兩層之間不同相對(duì)反射率相位條件下，作為覆蓋誤差的函數(shù)的三個(gè)區(qū)域的正和負(fù)一級(jí)衍射強(qiáng)度；圖43是在φ＝(0，π)和n＝±1級(jí)相同的情況下確定ψ的變換的流程圖；圖44是在ΔC≠0的情況下確定正衍射級(jí)次ψ+的變換的流程圖；圖45是在ΔC≠0的情況下確定負(fù)衍射級(jí)次ψ-的變換的流程圖；圖46A繪制了對(duì)于所有允許的γ和φ值，計(jì)算的覆蓋對(duì)覆蓋誤差εin的任何輸入值的響應(yīng)εc，以表明在允許的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)εc＝εin；圖46B繪制了覆蓋誤差εx對(duì)計(jì)算的εc的可測(cè)量分量κ、η的變化的靈敏度；圖47A-47B示出了能夠利用常規(guī)源和探測(cè)器快速順序測(cè)量正和負(fù)一級(jí)衍射強(qiáng)度的裝置；圖48示出了結(jié)合的CD、用于測(cè)量的覆蓋和膜厚標(biāo)板、x和y定向的CD、在兩對(duì)層中x和y覆蓋誤差，以及在未構(gòu)圖區(qū)域中的膜厚；圖49A-49D示出了順序探測(cè)的圖48所示的標(biāo)板的正和負(fù)一級(jí)強(qiáng)度、恒定探測(cè)的零級(jí)強(qiáng)度，以及用于圖形識(shí)別和對(duì)準(zhǔn)的標(biāo)板圖像；圖51是幾何關(guān)系的詳細(xì)視圖，在裝置的入射和反射光束之間必須保持該幾何關(guān)系，以確保隨著中心波長(zhǎng)的改變，可同時(shí)探測(cè)零級(jí)和一級(jí)衍射能量；圖52是本發(fā)明的標(biāo)板設(shè)計(jì)方法的流程圖；圖53是本發(fā)明裝置可能的測(cè)量的測(cè)量模式的流程圖；圖54是當(dāng)利用本發(fā)明裝置時(shí)零級(jí)測(cè)量分析的流程圖；以及圖55A-55B是根據(jù)本發(fā)明的測(cè)量方法和裝置用于CD、劑量、聚焦和覆蓋確定的本發(fā)明數(shù)據(jù)分析的流程圖。
具體實(shí)施例方式
微分CD參考圖3，根據(jù)本發(fā)明，說(shuō)明了單一的集成光學(xué)計(jì)量(IM)工具200，其可用于進(jìn)行順序或同時(shí)測(cè)量CD、覆蓋以及膜厚?？稍谠诰€處理系統(tǒng)30內(nèi)采用本發(fā)明的IM工具200，其中IM工具200不需要SEM工具130、OLM工具120、FTM工具160或SCM工具180(見(jiàn)例如圖1或2)。可將IM工具200配置為集成到光刻處理工具或蝕刻處理工具中，從而在在線處理期間能夠計(jì)量。IM工具200所用新穎微分標(biāo)板和測(cè)量方法提供了在各測(cè)量部位的原位CD和覆蓋校準(zhǔn)。下面將要更詳細(xì)說(shuō)明的與合適的計(jì)量標(biāo)板結(jié)合使用的IM工具200可快速可靠地在所有晶片上的多個(gè)晶片部位上獲得測(cè)量，而不增加成本和復(fù)雜性，并且與常規(guī)計(jì)量方法相比，將維持或提高晶片的吞吐量。例如，希望在各晶片上進(jìn)行至少五十次測(cè)量，但維持每小時(shí)至少100個(gè)晶片的晶片吞吐量。這轉(zhuǎn)換為每晶片50次測(cè)量約0.5秒的移動(dòng)、對(duì)準(zhǔn)及測(cè)量(MAM)時(shí)間。當(dāng)前MAM時(shí)間在每晶片部位3-5秒的范圍內(nèi)。也可在離線系統(tǒng)35中采用IM工具200，代替FTM工具、SEM工具、OLM工具或SCM工具，從而降低總成本和復(fù)雜性。
根據(jù)本發(fā)明，說(shuō)明了一種包括方法、裝置和標(biāo)板結(jié)構(gòu)的集成計(jì)量(IM)系統(tǒng)，其用于進(jìn)行對(duì)CD、劑量和散焦、以及覆蓋的光學(xué)測(cè)量。利用適當(dāng)設(shè)計(jì)的標(biāo)板結(jié)構(gòu)和方法，同一裝置可用于所有測(cè)量。利用其中使用反射或散射能量的常規(guī)方法(例如常規(guī)反射測(cè)量、橢圓測(cè)量或散射測(cè)量)，本發(fā)明的IM裝置和系統(tǒng)也可適于獲得其它測(cè)量，例如膜厚和圖形輪廓。本發(fā)明的IM系統(tǒng)適合在光組件內(nèi)和蝕刻組件內(nèi)在線晶片處理期間使用，或者用于離線晶片處理。由于本發(fā)明系統(tǒng)配置為探測(cè)由在晶片上設(shè)計(jì)的標(biāo)板計(jì)量結(jié)構(gòu)衍射的不同級(jí)次，為了方便，下文中將本發(fā)明的計(jì)量方法和系統(tǒng)，包括相關(guān)標(biāo)板結(jié)構(gòu)，稱為“衍射測(cè)量”。參考附圖以示出根據(jù)本發(fā)明的方法，其未必按比例繪制。
在圖4A-4D中示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的衍射測(cè)量系統(tǒng)40的一個(gè)實(shí)施例。提供輻照源410，其優(yōu)選為多波長(zhǎng)源，例如一組發(fā)光二極管(LED)或激光器，或者有限波帶的源，例如氙燈，其經(jīng)過(guò)輻照光學(xué)系統(tǒng)413(可包括縮倍物鏡和準(zhǔn)直物鏡，未示出)投影到在晶片450上形成的標(biāo)板455上。在圖4A中，晶片450位于具有x和y方向(其中y軸向里或向外指向圖4A的平面)的水平面上，以及垂直于晶片的平面的軸為垂直z方向。晶片450可包括襯底451和膜疊層452，膜疊層452可包括至少一層，典型地為包括例如光致抗蝕劑(或抗蝕劑)材料層的多層?？蛇x地提供起偏器414，其可設(shè)定為當(dāng)沒(méi)有標(biāo)板455時(shí)優(yōu)化衍射級(jí)次的衍射效率和/或晶片450的反射率。具體地說(shuō)，橫磁(TM)場(chǎng)偏振將提高來(lái)自光柵標(biāo)板455的的一級(jí)衍射效率?？蛇x地提供濾色器412，其修整在主輻照波長(zhǎng)λ0周圍的帶寬，以使輻照能量在足夠?qū)挼牟ㄩL(zhǎng)±Δλ的至少一個(gè)波帶范圍內(nèi)，以確保在反射離開(kāi)構(gòu)圖標(biāo)板455的信號(hào)中的對(duì)比度足以與從晶片450的表面的未構(gòu)圖區(qū)域475反射的信號(hào)區(qū)分。對(duì)于在抗蝕劑中形成的標(biāo)板，輻照帶寬λ0±Δλ必須落在光化能量的范圍之外，以使抗蝕劑不經(jīng)受附加的修改。輻照能量?jī)?yōu)選不是純單色的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)在膜疊層452中給定厚度的層中的內(nèi)部反射，單色輻照被衰減。從而，濾波器412提供其波長(zhǎng)在λ0±Δλ帶寬內(nèi)的至少一個(gè)波帶的能量，其中選擇λ0，以使具有主間距P的標(biāo)板455的非零衍射級(jí)次將通過(guò)會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)或物鏡透鏡430被會(huì)聚，這將在下面更詳細(xì)討論。在圖4A所示的x-z平面中，會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)430將波長(zhǎng)色散的非零衍射級(jí)次以標(biāo)稱入射角投影到探測(cè)器陣列460上。在圖4B所示的y-z平面中，會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)430使標(biāo)板455的y尺寸成像到探測(cè)器陣列460上。探測(cè)器的平面由坐標(biāo)(x′，y′)描述，以區(qū)分其與由坐標(biāo)(x，y)描述的襯底平面?？商峁﹫D像處理器490，以分析由探測(cè)器陣列460探測(cè)的信號(hào)，并確定所關(guān)心的尺寸。用于圖像處理器490的分析方法取決于將要測(cè)量的尺寸，這將在下面更詳細(xì)描述。
在圖4A-4D中示出的發(fā)明的衍射測(cè)量裝置40的實(shí)例中，其配置為使發(fā)明的衍射測(cè)量標(biāo)板455成像，具有沿x方向定向并選擇為使P＞λ的重復(fù)元件601的主周期P(或等效地，間距P)。例如，考慮由一個(gè)或多個(gè)子區(qū)600構(gòu)成的根據(jù)本發(fā)明的標(biāo)板455，其中各子區(qū)600由沿x方向以周期P重復(fù)的元件601構(gòu)成(如圖4A所示)，并沿y方向具有尺寸H，如圖4B所示。這種標(biāo)板將適于測(cè)量CD。排列和配置衍射測(cè)量裝置40的類似原則也可應(yīng)用于使根據(jù)本發(fā)明的覆蓋標(biāo)板成像。在優(yōu)選實(shí)施例中，如此配置裝置40，以使輻照沿x方向(即主周期P的方向)被導(dǎo)向，并相對(duì)于探測(cè)器460所沿循的z軸方向以角度θ在標(biāo)板455上入射θ＝arcsin(nλ0/P)(1)注意到必須滿足條件P＞nλ0，以允許輻照角度θ具有0°至90°之間的實(shí)數(shù)值。零級(jí)光線440將以相對(duì)于z軸的角度-θ反射，以及第n衍射級(jí)次光線441將基本上平行于z方向。
如果滿足等式(1)的條件，第n衍射級(jí)次441將以由下式給出的在x方向上關(guān)于z軸大致對(duì)稱的角度分布衍射Δθ=±(nΔλPcosθ)---(2)]]>成像物鏡430配置為俘獲第n衍射級(jí)次441而不與入射和反射光線440干涉，并在探測(cè)器陣列460上投影第n衍射級(jí)次的圖像。探測(cè)器陣列460可以是本領(lǐng)域已知的電荷耦合器件(CCD)，或者其它類似的陣列。選擇輻照能量帶寬λ0±Δλ以及標(biāo)板455的主周期，以使第n衍射級(jí)次441可與其它衍射級(jí)次區(qū)分，而不在探測(cè)器陣列460處主周期方向上(即沿x′方向)疊加。如果P＝1000nm，例如，以θ＝30度入射的在λ0±Δλ＝500±200nm范圍內(nèi)的寬帶輻照在±Δθ＝±13.3度的范圍內(nèi)具有一級(jí)衍射角。
會(huì)聚透鏡430設(shè)計(jì)為使標(biāo)板455的y尺寸以放大倍率M成像在探測(cè)器陣列460上。從而在探測(cè)器460上的衍射能量的跨度為y′尺寸，該y′尺寸總是標(biāo)板子區(qū)600的y尺寸H的多倍M。在x方向上，標(biāo)板455由以周期P間隔的N個(gè)元件601構(gòu)成。對(duì)于平面波單色輻照，投影到探測(cè)器陣列460上的非零級(jí)次衍射能量的跨度為x′尺寸LI(λ0)，該x′尺寸LI(λ0)由在會(huì)聚透鏡430的表面處衍射光束的散度確定。圖4C所示的衍射光束的主條紋的角寬度ω給出為ω=λNPcos(θ)---(3)]]>輻照波長(zhǎng)為λ時(shí)，周期P和構(gòu)成標(biāo)板455的元件601的數(shù)目N應(yīng)提供足夠的角色散，以使第一衍射級(jí)次可與其它衍射級(jí)次區(qū)分。例如，沿x方向以約1μm的間距P的約10個(gè)元件601應(yīng)提供約±2度的足夠小的角色散。從而，沿標(biāo)板455的優(yōu)選實(shí)施例的x方向的總尺寸約為10μm。對(duì)于N＝10，P＝1μm，λ0＝500nm，θ＝30度，公式(3)給出ω≈3.3°。在透鏡表面，光束擴(kuò)展是z0tan(ω)，其中z0是會(huì)聚透鏡與襯底的距離。非零衍射級(jí)次的強(qiáng)度可以沿探測(cè)器的x′尺寸變化，例如，如由一級(jí)強(qiáng)度I1(x′)的曲線491所示。在探測(cè)器陣列460處衍射能量的跨度將具有取決于輻照的帶寬的長(zhǎng)度LI，如圖4C所示。因此，對(duì)于波長(zhǎng)λ0的單色輻照，以及對(duì)于z0＝10mm，在探測(cè)器陣列上的衍射能量的x′方向的跨度將是LI(λ0)≈600μm。對(duì)于在λ0±Δλ范圍的多波長(zhǎng)或?qū)拵л椪眨瑐鬏斏⒍扰cx方向的波長(zhǎng)色散卷積，以進(jìn)一步擴(kuò)展x方向的投影能量。在寬帶輻照的情況下，這得到沿x方向的角度±Δθ范圍內(nèi)的投影能量的連續(xù)分布。對(duì)于以上考慮的Δθ＝13.3度的情況，在x′方向上探測(cè)能量的總擴(kuò)展為L(zhǎng)I(λ0±Δλ)≈5mm。在離散多波長(zhǎng)輻照的情況下，根據(jù)相對(duì)于散度角的波長(zhǎng)角色散，這得到可以或不能疊加的多個(gè)光束。
為實(shí)現(xiàn)所述的投影特性，會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)430的數(shù)值孔徑NAx，y必須滿足判據(jù)NAx≥sinΔθ和NAy≥0.7λ/H。第一判據(jù)確保會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)430在x方向上散度角±Δθ的范圍內(nèi)俘獲衍射光線441。第二判據(jù)確保會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)430分辨標(biāo)板455的最小y尺寸H。將發(fā)明的CD計(jì)量標(biāo)板455設(shè)計(jì)為，包括以具有至少一個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)稱寬度W0的主周期(間距)P間隔的N個(gè)元件601的一個(gè)或多個(gè)有限光柵“子圖形”或子區(qū)600。有限光柵子圖形600的總尺寸典型地具有矩形形狀，其可以由總的最小子圖形高度H和子圖形長(zhǎng)度L表征。探測(cè)物鏡430的NAx必須包括x方向上寬帶輻照的整個(gè)角色散±Δθ而不與入射和反射光線440干涉。在以上考慮的情況下，當(dāng)Δθ＝13.3度時(shí)，要求0.23≤NAx＜0.5。在NAy與標(biāo)板尺寸之間存在直接權(quán)衡。當(dāng)λ＝700nm以及H＝2.5μm時(shí)，要求NAy≥0.1。為使聚焦深度最大化，優(yōu)選在允許的NAx，y范圍的下端工作，其中衍射光線近似垂直于襯底，如圖4A-4C所示。典型的CCD陣列具有約10μm的物理像素(即探測(cè)器元件)尺寸。對(duì)于H＝5μm，成像物鏡430的放大倍率M必須為至少80，以在探測(cè)器陣列460上沿y′方向跨過(guò)40象素。因此，對(duì)于以上考慮的寬帶情況，第一衍射級(jí)次的投影跨過(guò)LI×MH≈5.0mm×0.4mm的(x′，y′)區(qū)域。如果存在以間距G0分隔的多于一個(gè)子區(qū)600，則投影圖像492的跨度將提高M(jìn)G0。例如，對(duì)于兩個(gè)子區(qū)600的情況，沿y′方向的跨度將是M×(G0+H)，如圖4D所示。
圖4A所示的衍射測(cè)量系統(tǒng)40也允許分別探測(cè)零級(jí)或反射光線440。如果零級(jí)光線440經(jīng)過(guò)波長(zhǎng)色散光學(xué)元件435，且在探測(cè)器480(例如CCD陣列)處探測(cè)之前通過(guò)會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)436會(huì)聚角色散光線445(在圖4A中作為透射光柵435的非零衍射級(jí)次示出)，則衍射測(cè)量系統(tǒng)40也可用于測(cè)量膜厚的常規(guī)光譜反射測(cè)量或橢圓測(cè)量，以及測(cè)量嵌套P＜λ結(jié)構(gòu)的CD的常規(guī)光譜散射測(cè)量。以類似于會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)430的方式，會(huì)聚光學(xué)系統(tǒng)436可設(shè)計(jì)為將沿x方向色散的光線以垂直入射角投影到探測(cè)器480上，如圖4A所示，同時(shí)使y方向上的、包括沿y方向的尺寸H的一個(gè)或多個(gè)子區(qū)600的標(biāo)板尺寸成像。
根據(jù)本發(fā)明，標(biāo)板455的設(shè)計(jì)將取決于將要確定的特性，例如CD(包括輪廓屬性)或覆蓋。特定的標(biāo)板設(shè)計(jì)可提高測(cè)量的CD和覆蓋屬性對(duì)工藝參量例如劑量和聚焦的響應(yīng)，以便于在不同構(gòu)圖工藝步驟期間，即在處理期間跟蹤實(shí)時(shí)地對(duì)這些參量進(jìn)行反饋或前饋校正。通過(guò)俘獲零級(jí)衍射級(jí)次(反射光線)440，可在沒(méi)有標(biāo)板圖形的膜疊層452上利用衍射測(cè)量系統(tǒng)40進(jìn)行對(duì)膜厚的測(cè)量。此外，可在襯底的輻照區(qū)域內(nèi)使多個(gè)標(biāo)板成組，以能夠如下所述地同時(shí)確定CD、覆蓋和膜厚。
為了測(cè)量CD，根據(jù)本發(fā)明，將標(biāo)板455設(shè)計(jì)為對(duì)處理?xiàng)l件，例如在晶片上的形成期間的光刻劑量和散焦以及蝕刻速率和各向同性，具有微分響應(yīng)，這將在下面更詳細(xì)討論。參考圖5A和5B可更好地理解本發(fā)明的CD標(biāo)板的設(shè)計(jì)原則。
在圖5A中示出了理想的光柵50，其中該光柵具有線寬為W的線51以及間隔寬度為S＝P-W的間隔53的周期陣列，其中該光柵以水平軸x方向上的周期P表征。圖5A中的垂直軸57示出了相對(duì)復(fù)反射率振幅。如果線51(例如抗蝕劑線)的反射率為RL，以及間隔53中暴露的襯底的反射率為RS，則相對(duì)反射率為RLS＝RL-RS。相對(duì)反射率是輻照波長(zhǎng)和入射角的函數(shù)。為了簡(jiǎn)化，我們假定兩種反射狀態(tài)之間的過(guò)渡突變，這等效于在光柵元件上的垂直側(cè)壁的假定。通過(guò)在RL與RS之間附加可變反射率的過(guò)渡區(qū)域，非垂直側(cè)壁的存在使分析變得復(fù)雜，但基本上不改變對(duì)平均W，即光柵元件的側(cè)壁高度范圍內(nèi)的平均CD的確定的結(jié)果。非垂直側(cè)壁效果的包含允許確定輪廓屬性以及平均W。在通過(guò)也可為波長(zhǎng)的函數(shù)的振幅A0輻照的、由長(zhǎng)度(或高度)為H(其中H定向?yàn)槠叫杏趛軸)的N個(gè)元件(例如線)構(gòu)成的周期為P的有限光柵的表面范圍內(nèi)，反射率振幅a(x，y)的空間變化可由以下等式描述a(x,y)=A0{RS+RLS[rect(yH)rect(xW)⊗conb(xP)]rect(xNP)}---(4)]]>在對(duì)于P＞λ有效的標(biāo)量衍射理論近似中，各波長(zhǎng)的n級(jí)遠(yuǎn)場(chǎng)振幅An由等式(4)的傅立葉變換給出
An(u,v)=A0{RSδ(u,v)+RLSHWNPsinc(Hv)sinc(Wu)∑nsinc[NP(u-nP)]}---(5)]]>其中(u，v)為由(u≡x/λz，v≡y/λz)定義的在與光柵距離z處的遠(yuǎn)場(chǎng)坐標(biāo)。
對(duì)于n≠0，衍射級(jí)次強(qiáng)度In＝|An|2給出為In(u,v)=(A0HWNP)2|RLS|2sinc2(Hv)sinc2(Wu)sinc2[NP(u-nP)]]]>=(A0HNPπu)2|RLS|2sinc2(Hv)sinc2[NP(u-nP)][1-cos(2πWu)]]]>(6)等式(6)可分解為波長(zhǎng)λ相關(guān)的和標(biāo)板元件的寬度W相關(guān)的項(xiàng)。在方向(u=nP,v=0)]]>上，圖4A-4D的探測(cè)器460的平面內(nèi)的強(qiáng)度根據(jù)等式(1)在x′方向上波長(zhǎng)色散，并在y′方向上以放大倍率M成像。
In(λ,W)=(A0HNP2πn)2|RLS(λ)|2{1-cos(2πnWP)}---(7)]]>等式(7)的波長(zhǎng)和線寬相關(guān)的分量可以分解。在探測(cè)器的(x′，y′)平面中，x′方向的強(qiáng)度分布In(x′)可通過(guò)對(duì)W積分獲得In(x′)=(1P)(A0HNP2πn)2[∫0P{1-cos(2πnWP)}dW]|RLS(λ)|2---(8)]]>=(A0HNP2πn)2|RLS{λ(x′)}|2]]>x′方向上的強(qiáng)度分布提供了對(duì)相對(duì)反射率振幅|RLS{λ(x′)}|的直接測(cè)量。另一方面，y′方向的強(qiáng)度分布 由對(duì)λ的積分獲得I0(y′)=(HNP2πn)2(12Δλ)[∫λ0-Δλλ0+Δλ|RLS(λ)|2dλ]{1-cos(2πnW(y′M)P)}---(9)]]>y′方向上的強(qiáng)度分布是W的函數(shù)。此外，我們可以將衍射效率DEn，即衍射到特定級(jí)次的輻照能量的分?jǐn)?shù)定義為
DEn(λ)=In(xx′)|A0|2(HNP)2=(Pπn)2|RLS(λ)|2---(10)]]>DEn(W)=In(y′)|A0|2(HNP)2=(Pπn)2(12πλ)[∫λ0-Δλλ0+Δλ|RLS(λ)|2dλ]{1-cos(2πnWP)}---(11)]]>圖5B分別示出了在假定相對(duì)反射率RLS(λ)＝1的情況下，n＝0，1和2衍射級(jí)次的衍射效率DEn(W)56，57，58如由等式(11)給出的作為歸一化線寬w≡WP]]>的函數(shù)的曲線。曲線56，57，58示出了當(dāng)歸一化線寬w＝0.5時(shí)(當(dāng)構(gòu)圖面積的量是總光柵面積的50％時(shí)，將光柵稱為50％占空比光柵)，第一衍射級(jí)次57在峰值強(qiáng)度，以及第二衍射級(jí)次58為零。
圖6示出了適于與根據(jù)本發(fā)明的衍射測(cè)量系統(tǒng)40(見(jiàn)圖4A-4D)一起使用的衍射測(cè)量標(biāo)板設(shè)計(jì)60的一個(gè)實(shí)施例，其可用于測(cè)量臨界尺寸(CD)。CD標(biāo)板60包括一個(gè)子圖形區(qū)，該子圖形區(qū)由以在光柵元件601的中心軸650之間測(cè)得的周期P(這里，周期P沿x方向，即標(biāo)板圖形的主周期方向測(cè)量)間隔的N個(gè)(楔形)元件601構(gòu)成，其中該子圖形區(qū)具有與標(biāo)板周期的方向(即x方向)基本上垂直(即沿y方向)的長(zhǎng)度H。各元件601的設(shè)計(jì)寬度Wd優(yōu)選在尺寸H的范圍內(nèi)沿y軸線性變化Wd(y)=(y-y0)tanζ+P2---(12)]]>其中ζ是元件相對(duì)于y軸的錐角，以及y0≡y1+y22]]>是當(dāng)Wd(y0)=P2]]>時(shí)尺寸H的中點(diǎn)。在y0附近印刷線性的范圍內(nèi)，印刷寬度W(y)本身由下式確定W(y)=(y-ym)tanζ+P2---(13)]]>其中ym是非零衍射級(jí)次的最大值或最小值的可測(cè)量位置。
圖7A-7F示出了在用于圖6的錐形光柵CD標(biāo)板60的探測(cè)器陣列460處探測(cè)的一級(jí)衍射的圖像。假定本發(fā)明的衍射測(cè)量系統(tǒng)40的成像透鏡430的放大倍率M在對(duì)分辨x、y強(qiáng)度變化必要的范圍內(nèi)，典型地為50-100。圖7A示出了對(duì)于單色輻照的情況，在探測(cè)器陣列460的平面視圖上繪制的在探測(cè)710的區(qū)域中的圖像強(qiáng)度I1(x′，y′)。圖7B繪制了沿x′方向上的探測(cè)器積分或求和獲得的圖7A的強(qiáng)度I1(y′)。圖7C繪制了對(duì)于單色輻照的情況，沿y′方向上的探測(cè)器積分或求和獲得的圖7A的強(qiáng)度I1(x′)790，其跨過(guò)由光學(xué)系統(tǒng)430的散度ω(見(jiàn)以上的等式(3))確定的寬度LI(λ0)。對(duì)于在λ0±Δλ范圍內(nèi)的寬帶輻照的情況，沿y′方向求和或積分獲得的強(qiáng)度I1(x′)795跨過(guò)由上述角色散Δθ(見(jiàn)等式(2))確定的長(zhǎng)度LI(λ0±Δλ)。圖7D分別示出了對(duì)于其一級(jí)圖像在探測(cè)器陣列460上空間分隔的在三個(gè)波長(zhǎng)λ1，λ0，λ2的多個(gè)離散波長(zhǎng)輻照的情況，在探測(cè)710的區(qū)域中探測(cè)器陣列460的平面視圖上繪制的圖像強(qiáng)度I1(x′，y′)781，782，783。圖7E繪制了沿x′方向上的探測(cè)器積分或求和獲得的圖7D的強(qiáng)度I1(y′)。對(duì)于作為波長(zhǎng)的函數(shù)的給定衍射級(jí)次，雖然強(qiáng)度的大小可能變化，強(qiáng)度分布781，782，783的峰或零的位置相同。圖7F分別繪制了對(duì)于圖7D中多個(gè)離散波長(zhǎng)輻照的情況，沿y′方向上的探測(cè)器積分或求和獲得的強(qiáng)度分布I1(x′，y′)781，782，783的強(qiáng)度I1(x′)791，792，793。圖7F中還繪制了對(duì)于在λ0±Δλ范圍內(nèi)的寬帶輻照，沿y′方向積分或求和獲得的強(qiáng)度I1(x′)795的實(shí)例。由于衍射僅發(fā)生在標(biāo)板的構(gòu)圖區(qū)域內(nèi)，在約HI×LI的探測(cè)區(qū)域710之外，探測(cè)強(qiáng)度I1(x′，y′)為零，其中該探測(cè)區(qū)域710具有為MH的圖像高度HI，以及圖像長(zhǎng)度LI。
根據(jù)探測(cè)的非零衍射級(jí)次，條件W(y′)＝P/2對(duì)應(yīng)于探測(cè)強(qiáng)度中的峰(奇數(shù)級(jí)次)或零(偶數(shù)級(jí)次)；因此，W(y′)偏離設(shè)計(jì)的標(biāo)稱值的偏差將引起峰或零位置相對(duì)于固定的HI周長(zhǎng)的移動(dòng)。在一級(jí)衍射的情況下，在各標(biāo)板元件601的中心處印刷尺寸的測(cè)量值W(y0′)由相對(duì)于測(cè)量的圖像中心y0′=y1′+y2′2]]>的測(cè)量峰位置ym′給出。在等式(13)中用y0′替代，W(y0′)(即CD)可由下式獲得W(y0′)=(y0′-ym′)tamζ+P2---(14)]]>通過(guò)利用由等式(9)的測(cè)量強(qiáng)度In(y′)的已知形式，并由等式(13)替代W(y)的表達(dá)式，可精確確定測(cè)量的峰位置ym′In(y′:a0,ym′)=a0{1-cos(2πn[(y′-ym′)tanζ+P2]MP)}---(15)]]>除了a0和ym′外，等式(15)中所有的參量已知。從而，通過(guò)任何合適的曲線擬合方法，例如利用僅僅a0和ym′作為自由參量，對(duì)測(cè)量的強(qiáng)度In(y′)最小二乘擬合等式(15)，可確定強(qiáng)度最大值或最小值的位置ym′。確定了ym′和圖像中心y0′之后，通過(guò)等式(14)確定在H的中點(diǎn)處的標(biāo)板元件601的印刷寬度W(y0′)。
圖8中示出了標(biāo)板設(shè)計(jì)80的另一實(shí)施例，其使用兩個(gè)相反的錐形子區(qū)，即區(qū)域1和2，各包括分別在x方向上以周期P重復(fù)的元件801、802，元件801和802可設(shè)置為類似所示的沙漏形光柵元件800，或者桶形光柵元件(未示出)。區(qū)域1的元件801以間距G0＝y(tǒng)01-y02與區(qū)域2的元件802分隔，其中y01和y02分別是元件801和802的設(shè)計(jì)中心位置。這允許測(cè)量?jī)蓚€(gè)峰值強(qiáng)度相對(duì)于彼此的位置，從而使測(cè)量靈敏度加倍。其進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于，因?yàn)橐阎牟浑S工藝條件改變的間距尺寸G0＝y(tǒng)01-y02包括在標(biāo)板設(shè)計(jì)中，因此不需要測(cè)量圖像中心y01′和y02′的位置。兩個(gè)一級(jí)最大值之間的距離的測(cè)量G=y1m′-y2m′M]]>(記住可由曲線擬合等式15確定y1m′、y2m′)使得可由下式確定在圖像中心處的標(biāo)板元件寬度W(y0)＝W(y01)＝W(y02)W(y0)=(P-(G0-G)tanζ2)---(16)]]>CD或W(y0)由已知的標(biāo)板尺寸G0、ζ，已知的成像透鏡的放大倍率M，以及測(cè)量的尺寸G確定。
圖6和8的標(biāo)板設(shè)計(jì)適用于所關(guān)心的CD接近P/2的情況。對(duì)于進(jìn)行光學(xué)測(cè)量所必要的條件P＞λ，這對(duì)可測(cè)量的CD設(shè)定了下限。然而，在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，標(biāo)板元件的邊界可以由子元件陣列勾劃，該子元件陣列為以可與電路圖形的最小間距相比或更小的精細(xì)間距pf＜＜P排列的部件。該精細(xì)結(jié)構(gòu)的目的有兩方面1)確保標(biāo)板與被印刷的電路圖形的兼容性。粗的主間距P受到在用于測(cè)量的波長(zhǎng)產(chǎn)生可探測(cè)的非零級(jí)衍射光束的需要的限制，而電路圖形的典型間距可能小得多。
2)確保對(duì)工藝變化的足夠的標(biāo)板靈敏度(等于或大于電路圖形的靈敏度)。
圖9A中示出了這種標(biāo)板的一個(gè)實(shí)例900，其中與圖8中的元件801、802類似的標(biāo)板元件901、902、903、904通過(guò)平行于主周期P定向的緊密嵌套的線勾劃，其具有精細(xì)周期pf和約pf/2的寬度。實(shí)例的精細(xì)間距的標(biāo)板900組織成如區(qū)域1和區(qū)域2所示的子圖形，區(qū)域1和區(qū)域2分別由沿x方向以周期P間隔的元件901、902構(gòu)成，其中以類似于圖8的標(biāo)板80的方式，預(yù)定沿y軸的元件901(即區(qū)域1)和902(即區(qū)域2)的中點(diǎn)之間的分隔G0。如區(qū)域3和區(qū)域4所示的互補(bǔ)色調(diào)的子圖形分別由沿x方向以周期P間隔的元件903、904構(gòu)成，其中通過(guò)沿y軸的預(yù)定分隔G0沿y軸分隔區(qū)域3和區(qū)域4的中點(diǎn)?；パa(bǔ)色調(diào)的子區(qū)對(duì)之間的分隔距離911對(duì)于標(biāo)板900的設(shè)計(jì)不是決定性的，但應(yīng)足以允許探測(cè)信號(hào)的充分分隔。從衍射測(cè)量?jī)x的觀點(diǎn)看，與圖9A的設(shè)計(jì)標(biāo)板900相對(duì)應(yīng)的印刷標(biāo)板現(xiàn)在由三種不同反射率構(gòu)成1)具有寬度WL的例如由抗蝕劑線的存在表示的錐形元件901、902的反射率RL，2)具有寬度WT的例如由抗蝕劑中的開(kāi)口或溝槽表示的錐形互補(bǔ)色調(diào)元件903、904的反射率RT，以及3)用緊密嵌套的平行線909和間隔908填充的周圍區(qū)域905的有效反射率RSe。參考圖9B，圖示了區(qū)域1的圈出區(qū)906的放大視圖，其示出了通過(guò)其長(zhǎng)度沿主周期P的方向(即圖9A中x方向)定向的標(biāo)稱周期為pf＜＜P的緊密嵌套的平行間隔908(即其寬度s優(yōu)選約為pf/2的線形的去除了構(gòu)圖材料的區(qū)域)的端部，分別勾劃出區(qū)域1和區(qū)域2的第一和第二錐形線條901和902(剩余圖形材料的區(qū)域)。如圖9B示出的區(qū)域906的詳細(xì)視圖所示，通過(guò)在連續(xù)間距pf的范圍內(nèi)以固定增量δl移動(dòng)周圍間隔線908的端部的位置，獲得標(biāo)板線條區(qū)域901、902的錐形。在圖9C中以放大視示了區(qū)域3的圈出區(qū)907，其示出了通過(guò)其長(zhǎng)度沿主周期P的方向(即圖9A中x方向)定向的標(biāo)稱周期為pf＜＜P的緊密嵌套的平行線條909(即其寬度s優(yōu)選約為pf/2的線形的剩余構(gòu)圖材料的區(qū)域)的端部，勾劃出第一和第二錐形間隔元件903、904(去除了圖形材料的區(qū)域)。如圖9C中示出的圈出區(qū)907的詳細(xì)視圖所示，通過(guò)在連續(xù)間距pf的范圍內(nèi)以固定增量δl移動(dòng)周圍線條線909的端部的位置，獲得標(biāo)板間隔區(qū)域903、904的錐形。不同反射率之間的邊界的有效錐角ζ由ζ=δlPf]]>給出。
圖9A的標(biāo)板設(shè)計(jì)900允許同時(shí)測(cè)量錐形線條901、902的寬度WL和錐形間隔903、904的寬度WT。對(duì)成對(duì)的非零級(jí)次的極值位置(yLm1′，yLm2′)和(yTm2′，yTm2′)的測(cè)量允許由下式確定在圖像中心處標(biāo)板元件的寬度WL，TWL,T(y0)=(P-(G0-GL,T)tanζ2)---(17)]]>其中GL,T=yL,Tm1′+yL,Tm2′M.]]>圖10A中示出了與圖9A的掩膜標(biāo)板版圖900的錐形間隔區(qū)域3的部分910相對(duì)應(yīng)的印刷襯底圖形的平面視圖部分1001。示于圖10A的x-y平面內(nèi)的平面視圖1001示出了通過(guò)與圖9C的線條線909相對(duì)應(yīng)的抗蝕劑線條1009的交錯(cuò)的線端部形成的寬度為WT的錐形間隔903′(對(duì)應(yīng)于圖9A的掩膜線條903)。圖10B中示出了在x-z平面內(nèi)沿線A-A′的截面視圖1002，其中部件1009包括主周期P的結(jié)構(gòu)。圖10C中示出了在y-z平面內(nèi)沿線B-B′的截面視圖1003，其中部件1009包括精細(xì)周期pf的結(jié)構(gòu)。在截面中，結(jié)構(gòu)形成在硅晶片451上方的由膜疊層452構(gòu)成的襯底450上的抗蝕劑膜1009中，其中膜疊層452在圖10B和10C中由氧化物層452表示。抗蝕劑1009和膜疊層452的厚度典型地比硅晶片451的厚度小得多，即tr，tox＜＜tSi。
圖11至16提供了本發(fā)明的操作的模擬實(shí)例，用于圖9A-9C和圖10A-10C的標(biāo)板圖形900以及對(duì)應(yīng)的印刷結(jié)構(gòu)1001、1002、1003。利用在2003年1月28日提交的共同受讓的美國(guó)專利申請(qǐng)10/353,900中所述的方法，模擬了用于測(cè)量CD的本發(fā)明衍射測(cè)量系統(tǒng)和方法對(duì)典型工藝變化的響應(yīng)，其中所述典型工藝變化為在抗蝕劑圖像形成中的劑量和聚焦變化以及氧化物和抗蝕劑的膜厚變化，在此引用所述申請(qǐng)的整個(gè)內(nèi)容作為參考。對(duì)于由任意子元件的陣列構(gòu)成的圖形，模擬程序產(chǎn)生通過(guò)光刻系統(tǒng)在抗蝕劑中成像的圖形和通過(guò)衍射測(cè)量?jī)x測(cè)量的衍射能量。掩膜圖形元件的尺寸、間距和透射率、抗蝕劑的特性、光刻系統(tǒng)的光學(xué)特性、襯底上的膜疊層、在衍射測(cè)量?jī)x中輻照波長(zhǎng)都是用戶可選擇的。在此，對(duì)于圖11至16所示的實(shí)例，模擬假定使用的正抗蝕劑具有250-350nm范圍的厚度、1.73的折射率，以及“閾值”模型(閾值模型假定暴露于等于或大于特定抗蝕劑材料特征閾值的劑量的抗蝕劑的任何部分都被顯影液去除)。閾值模型的使用與上述垂直抗蝕劑側(cè)壁的假設(shè)一致。假定晶片包括折射率為3.5+0.35i的硅襯底，其中虛部分量對(duì)應(yīng)于吸收，以及具有600nm的厚度和1.46的折射率的氧化物上覆疊層。
在掩膜上模擬的標(biāo)板圖形基于與圖9A的標(biāo)板900類似的雙色調(diào)標(biāo)板圖形，但具有在x方向上以周期P重復(fù)的無(wú)限數(shù)量的衍射陣列元件(類似于元件901、902或互補(bǔ)色調(diào)元件903、904)，其中通過(guò)以周期pf沿y方向重復(fù)的緊密嵌套子元件(類似于圖9A-9C的線909和間隔908)的端部勾劃元件(901、902、903或904)。模擬程序逐一地模擬主部件的各組或區(qū)域；也就是說(shuō)，分別模擬圖9A的包括元件901的無(wú)限陣列的區(qū)域1、包括元件902的無(wú)限陣列的區(qū)域2、包括元件903的無(wú)限陣列的區(qū)域3以及包括元件904的無(wú)限陣列的區(qū)域4。在錐形主衍射陣列元件的主周期方向上(沿x方向)，標(biāo)板圖形具有間距Px＝1000nm。通過(guò)在y方向(變化的主元件寬度或錐形的方向)上通過(guò)子元件909勾劃各主衍射陣列元件(例如901、902、903或904)。各陣列元件的子元件909具有子間距pf＝250nm和子寬度s＝125nm。錐形主陣列元件的寬度W(y)在y方向(錐形方向)上以δl＝25nm的增量從350nm變化到850nm，以模擬與圖10A所示類似的來(lái)自錐形部分(例如分別對(duì)應(yīng)于設(shè)計(jì)標(biāo)板區(qū)901、902、903或904的印刷線條)的一個(gè)印刷陣列(例如區(qū)域1、2、3或4)的衍射。
通過(guò)規(guī)定掩膜背景透射率為1和圖形透射率為0，模擬間隔元件光柵。通過(guò)規(guī)定掩膜背景透射率為0和圖形透射率為1，模擬線條元件光柵。在掩膜上設(shè)計(jì)的50％占空比寬度Wd(y0)為P2=500nm,]]>但由于線縮短效應(yīng)，印刷的50％占空比寬度W(y0)向較大的掩膜尺寸傾斜。對(duì)于在此所用的抗蝕劑構(gòu)圖的閾值模型，線縮短的大小是空間圖像和標(biāo)稱劑量的特征。為確保印刷的50％占空比寬度W(y0)位于以標(biāo)稱劑量在抗蝕劑中形成的潛在圖像中的陣列元件的中心(H/2)，掩膜圖形寬度必須以線縮短的預(yù)期量增大。
假定在模擬中光刻曝光系統(tǒng)的數(shù)值孔徑為0.7，部分相干因子為0.6，以及輻照波長(zhǎng)為193nm。對(duì)使大開(kāi)口區(qū)完全曝光的劑量歸一化的標(biāo)稱劑量為0.32。對(duì)于從標(biāo)稱劑量變化-10％、0以及+10％的曝光劑量條件，計(jì)算模擬的顯影圖像。對(duì)于在0nm、100nm和200nm的散焦，對(duì)這三種劑量條件進(jìn)行模擬。假定以θ＝30度的角度入射由等量TE和TM偏振構(gòu)成的300-700nm帶寬的平面波輻照，計(jì)算由模擬的顯影圖像獲得的零級(jí)和一級(jí)衍射信號(hào)。假定以θ＝44.4度的角度入射由等量TE和TM偏振構(gòu)成的300-400nm平面波輻照，計(jì)算二級(jí)衍射信號(hào)。
圖11中示出了勾劃線條(901、902)和間隔(903、904)區(qū)域的精細(xì)顆粒部件908、909對(duì)劑量和散焦的微分線縮短響應(yīng)。圖11A示出了在零散焦處透明區(qū)1025中線端線條915的端部的模擬潛在圖像。線915的尖端位于以標(biāo)稱曝光劑量(0％)的長(zhǎng)度LA處，由標(biāo)記為E0的輪廓表示。注意到隨著曝光從-10％(E-10輪廓)增大到0％到+10％(E+10輪廓)，抗蝕劑線縮短，與相對(duì)于標(biāo)稱線條903(比較圖10A與圖9A和9C)的間隔線條903′的寬度WT的增大相對(duì)應(yīng)。比較而言，對(duì)于其中在抗蝕劑區(qū)中形成線端間隔1016的相反色調(diào)的圖形(例如標(biāo)稱線條901、902)，隨著曝光劑量從-10％(E-10輪廓)變化到+10％(E+10輪廓)，間隔長(zhǎng)度LB拉長(zhǎng)。注意到在標(biāo)稱劑量(0％)時(shí)，抗蝕劑線條915的長(zhǎng)度LA不同于(即長(zhǎng)于)間隔1016的長(zhǎng)度LB。另一方面，在散焦的條件下，線條和間隔尺寸以相同的方式響應(yīng)，如圖11C和11D所示，其中與零散焦情況的長(zhǎng)度LA、LB相比，在200nm散焦時(shí)(透明區(qū)1025中)線端線條917的長(zhǎng)度LC以及(抗蝕劑區(qū)918中)的線端間隔1018的長(zhǎng)度LD縮短。
現(xiàn)在參考圖12，示出了對(duì)于0％劑量誤差、零散焦并假定抗蝕劑厚度為300nm的情況，由等式(11)確定的第一(n＝1)和第二(n＝2)衍射級(jí)次的衍射效率DE1，2(W)，其是沿變化的標(biāo)板寬度Wd的方向(沿y′方向)繪制的，且對(duì)于第零和第一級(jí)次在300-700nm、對(duì)于第二級(jí)次在300-400nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)(沿x′方向)平均而得，其中通過(guò)等式(1)對(duì)0-90°范圍內(nèi)的實(shí)際衍射角度的要求限制了允許的波長(zhǎng)帶。對(duì)于級(jí)次n＝1，2，錐形間隔標(biāo)板903、904的衍射效率分別由曲線1221、1222表示，標(biāo)記為T，以及對(duì)于級(jí)次n＝1，2，錐形線條901、902的衍射效率分別由曲線1201、1202表示，標(biāo)記為L(zhǎng)。根據(jù)本發(fā)明，分別與一級(jí)曲線1221、1201的峰位置對(duì)應(yīng)的標(biāo)板尺寸WT1(ym)、WL1(ym)，以及分別與二級(jí)曲線1222、1202的零位置對(duì)應(yīng)的尺寸WT2(ym)、WL2(ym)與襯底和標(biāo)板的反射率無(wú)關(guān)(如等式9所示)，因此對(duì)于CD的確定以及劑量和聚焦變化的分析尤其有用。通過(guò)將測(cè)量的衍射效率(在此情況下的模擬數(shù)據(jù))擬合為等式(15)中的形式的參量化曲線，確定這些尺寸DEn(W:a0,Wm)=a0{1-cos(2πn[W-Wm]MP)}---(18)]]>其中Wm≡W(ym)是在襯底上產(chǎn)生尺寸W=P2]]>所需的標(biāo)板設(shè)計(jì)尺寸。在圖12中，離散的數(shù)據(jù)點(diǎn)1231、1241、1232、1242是衍射效率的模擬值，而連續(xù)線曲線1201、1221是對(duì)于(n＝1)時(shí)等式(18)的擬合，以及虛曲線1202、1222是對(duì)于(n＝2)時(shí)的擬合。擬合參量為
表I

在圖12中很明顯，在W從0.35至0.85微米的大范圍內(nèi)，擬合質(zhì)量極好。即使在最佳劑量(按尺寸印刷s＝0.125μm的精細(xì)特征所需的劑量)和理想聚焦時(shí)，衍射級(jí)次Wm的峰WT1(ym)、WL1(ym)以及零WT2(ym)、WL2(ym)相對(duì)于設(shè)計(jì)值Wd＝0.5μm顯著變化。如由n＝1最大值所確定的，勾劃其寬度為WL的標(biāo)板線條901、902的間隔端908縮短69nm，而勾劃其寬度為WT的標(biāo)板間隔線條903、904的線端909縮短116nm。雖然這與空間圖像的閾值輪廓在質(zhì)量上一致，空間圖像縮短導(dǎo)致僅僅測(cè)得的縮短的約一半。由于不同反射率的區(qū)域的邊界通過(guò)精細(xì)特征受到空間調(diào)制，因此測(cè)量過(guò)高地估計(jì)了縮短。測(cè)量是對(duì)該調(diào)制的平均。注意，從表I可以看出，由n＝2最小值確定的縮短大于由n＝1最大值確定的縮短。這是因?yàn)?，二?jí)衍射對(duì)平均邊緣調(diào)制的加權(quán)不同于一級(jí)衍射；不同衍射級(jí)次具有對(duì)邊緣調(diào)制的不同靈敏度。這表明對(duì)多個(gè)衍射級(jí)次的測(cè)量提供了關(guān)于線邊緣粗糙度的有用信息。
圖13A示出了Wm對(duì)劑量的響應(yīng)，以及圖13B示出了對(duì)曝光工具的聚焦(B)的響應(yīng)。參考圖13A，對(duì)于線條901、902，曲線1301是n＝1時(shí)對(duì)劑量的響應(yīng)，以及曲線1302是n＝2時(shí)對(duì)劑量的響應(yīng)。對(duì)于互補(bǔ)線條903、904，曲線1311是n＝1時(shí)對(duì)劑量的響應(yīng)，以及曲線1312是n＝2時(shí)對(duì)劑量的響應(yīng)。參考圖13B，對(duì)于線條901、902，曲線1321是n＝1時(shí)對(duì)散焦的響應(yīng)，以及曲線1322是n＝2時(shí)對(duì)散焦的響應(yīng)。對(duì)于互補(bǔ)線條903、904，曲線1331是n＝1時(shí)對(duì)散焦的響應(yīng)，以及曲線1332是n＝2時(shí)對(duì)散焦的響應(yīng)。對(duì)于衍射級(jí)次n＝1，2，劑量響應(yīng)大致為線型(圖13A)，以及聚焦響應(yīng)大致為拋物線型并關(guān)于最佳聚焦對(duì)稱(圖13B)。對(duì)于兩種標(biāo)板色調(diào)，劑量響應(yīng)的斜率的符號(hào)相反，而聚焦響應(yīng)的曲率的符號(hào)相同。對(duì)線條和間隔結(jié)構(gòu)的這種不同響應(yīng)允許利用例如根據(jù)Ausschnitt(美國(guó)專利5,965,309)的方法，分別控制光刻劑量和聚焦，在此引入該專利的整個(gè)內(nèi)容作為參考。
圖14A和14B示出了對(duì)于在x′方向上的零級(jí)n＝0和一級(jí)n＝1，在底層氧化物膜452厚度tox的100nm范圍內(nèi)的衍射能量的模擬行為，對(duì)于包括圖9A的區(qū)域3和4的間隔T標(biāo)板，該零級(jí)和一級(jí)衍射可分別在圖4A的探測(cè)器480和460中被探測(cè)，其中區(qū)域3和4具有接近于與印刷尺寸W=P2=0.5μm]]>相對(duì)應(yīng)的值的設(shè)計(jì)尺寸Wd＝0.6μm。在n＝0的情況下通過(guò)圖4的透射光柵元件435以及在n＝1的情況下通過(guò)印刷標(biāo)板光柵455，衍射能量線性地波長(zhǎng)色散。因此，對(duì)于在圖4中配置為探測(cè)非零級(jí)次的探測(cè)器460處的x′方向和配置為探測(cè)第零級(jí)次的第二探測(cè)器480的x″方向，波長(zhǎng)等效。如等式(5)所示，n＝0時(shí)的光譜響應(yīng)是襯底反射率RS和相對(duì)反射率RLS的函數(shù)。如等式(10)所示，n＝1時(shí)的光譜響應(yīng)是對(duì)相對(duì)于襯底的圖形反射率|RLS|的直接測(cè)量。通過(guò)在450nm至550nm之間的100nm的氧化物厚度變化范圍內(nèi)以10nm的氧化物厚度增量繪制的曲線的擴(kuò)展1400、1401，在圖14A和14B中示出了分別在零級(jí)和一級(jí)衍射時(shí)衍射效率對(duì)底層氧化物膜的厚度變化的靈敏度。通過(guò)雙頭箭頭1400、1401示出了在λ0＝500nm處的擴(kuò)展，作為兩個(gè)衍射級(jí)次之間的相對(duì)靈敏度的粗略測(cè)量。零級(jí)擴(kuò)展1400明顯大于一級(jí)擴(kuò)展1401，因此很明顯，零級(jí)衍射明顯比一級(jí)衍射對(duì)氧化物厚度更敏感。通過(guò)取隨氧化物厚度變化的衍射效率的范圍與其在該范圍的中點(diǎn)處的值的比值 可獲得對(duì)相對(duì)靈敏度的定量測(cè)量。對(duì)于圖14A中的零級(jí)擴(kuò)展1400，ΔDE0DE0≈1.5,]]>而對(duì)于圖14B中的一級(jí)擴(kuò)展1401，ΔDE1DE1≈0.4.]]>因此，在我們的實(shí)例中，零級(jí)處的衍射效率具有大于三倍的對(duì)底層氧化物膜厚的靈敏度。這說(shuō)明非零級(jí)是測(cè)量圖形屬性的較好選擇；而零級(jí)是測(cè)量底層膜厚的較好選擇。實(shí)際上，當(dāng)沒(méi)有圖形時(shí)，在這方面零級(jí)最有效。
圖15A和15B示出了與圖14A-14B中類似的繪圖對(duì)，但是這里示出了衍射級(jí)次對(duì)標(biāo)板圖形密度的變化的響應(yīng)，其中通過(guò)在以上定義的最佳劑量周圍的±10％范圍內(nèi)改變用于曝光圖形的劑量，引起標(biāo)板圖形密度的變化。聚焦固定在最佳聚焦。再一次，通過(guò)曲線的零級(jí)擴(kuò)展1500和一級(jí)擴(kuò)展1501評(píng)估對(duì)劑量的相對(duì)靈敏度；從而我們推斷，非零級(jí)次是測(cè)量圖形屬性的較好選擇。與圖14的情況一樣，通過(guò)取隨劑量變化的衍射效率的范圍與其在該范圍的中點(diǎn)處的值的比值 可獲得對(duì)相對(duì)靈敏度的定量測(cè)量。對(duì)于圖15A中的零級(jí)擴(kuò)展1500，ΔDE0DE0≈0.1,]]>而對(duì)于圖15B中的一級(jí)擴(kuò)展1501，ΔDE1DE1≈0.3.]]>在圖15所示的實(shí)例中，一級(jí)處的衍射效率約大于零級(jí)三倍的對(duì)曝光劑量的靈敏度。實(shí)際上，由于衍射到較高級(jí)次中的輻照能量，零級(jí)主要對(duì)圖形改變敏感。因此，隨著相對(duì)反射率RLS→0，零級(jí)靈敏度變?yōu)榱恪?br> 圖16A和16B示出了在兩種不同的掩膜尺寸標(biāo)稱值Wd情況下，在最佳聚焦周圍200nm的范圍內(nèi)，一級(jí)衍射效率對(duì)用于印刷標(biāo)板圖形的聚焦變化的靈敏度。劑量固定在最佳劑量。Wd＝0.6μm時(shí)，印刷的光柵具有約50％的占空比，且對(duì)散焦的靈敏度低，如圖16A所示。Wd＝0.15μm時(shí)，印刷的光柵具有約20％的占空比，且對(duì)散焦的靈敏度較高，如圖16B所示。因此，在更孤立的光柵元件條件下，實(shí)現(xiàn)了高聚焦靈敏度，并且聚焦控制的實(shí)現(xiàn)需要測(cè)量這些較孤立的結(jié)構(gòu)。另一方面，劑量靈敏度不是標(biāo)板占空比的強(qiáng)函數(shù)。
因此我們推斷，對(duì)于較孤立的光柵元件，可實(shí)現(xiàn)對(duì)劑量和散焦的最佳光譜靈敏度；這引導(dǎo)我們得到下述更簡(jiǎn)單的標(biāo)板實(shí)施例。
圖17中示出了用于測(cè)量CD的本發(fā)明的離散微分光柵標(biāo)板455的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例1701。該示例性標(biāo)板1701提供了一種測(cè)量CD的優(yōu)選方法，其對(duì)標(biāo)稱CD尺寸不進(jìn)行限制。將標(biāo)板光柵1701分成分別由沿y方向定向的長(zhǎng)度為H的線例如1711、1712構(gòu)成的兩個(gè)或多個(gè)子圖形區(qū)，例如區(qū)域1(參考標(biāo)號(hào)1731)、區(qū)域2(參考標(biāo)號(hào)1732)。線1711、1712的各自的標(biāo)稱寬度，例如Wd1、Wd2分別在各子圖形區(qū)1731、1732內(nèi)均勻，但在子圖形區(qū)1731、1732之間相互不同(例如，包括線1711的第一子圖形區(qū)1731具有標(biāo)稱寬度Wd1，以及包括線1712的第二子圖形區(qū)1732具有標(biāo)稱寬度Wd2)。優(yōu)選通過(guò)連接區(qū)1750接合特征1711、1712，其中該連接區(qū)1750可有助于避免元件1711、1712的線縮短，并在印刷結(jié)構(gòu)上對(duì)元件1711、1712提供結(jié)構(gòu)支撐。注意，元件1711、1712的寬度通常遠(yuǎn)小于連接區(qū)1750的寬度。分隔的子圖形區(qū)(例如1731、1732)優(yōu)選但不必相對(duì)于彼此沿y軸設(shè)置。定義并相對(duì)于間距歸一化以下子圖形特性1.w‾≡(W1+W2)2P]]>為未知的平均寬度，其設(shè)計(jì)標(biāo)稱尺寸為 2.δ≡(W1-W2)2P]]>為兩個(gè)設(shè)計(jì)標(biāo)稱寬度之間的預(yù)定(設(shè)計(jì))偏差。在該實(shí)例中，設(shè)計(jì)標(biāo)稱尺寸w‾d=(Wd1+Wd2)2P,]]>其中Wd1、Wd2分別為子圖形線1711和1712的設(shè)計(jì)標(biāo)稱寬度。將2δ設(shè)計(jì)為足夠小，以使在各恒定線寬的子圖形區(qū)(例如1731、1732)內(nèi)的反射率RA相同，并且在光刻構(gòu)圖工藝中CD變化范圍內(nèi)，預(yù)定偏差δ不變。預(yù)定偏差值δ可用作CD變化的原位校準(zhǔn)。選擇設(shè)計(jì)標(biāo)稱偏差δ作為設(shè)計(jì)標(biāo)稱平均線寬 與0.5的偏離的分?jǐn)?shù)β的函數(shù)很有用，其中δ=β(12-|w‾d-12|)---(19a)]]>兩區(qū)域微分光柵CD標(biāo)板1701的探測(cè)圖像1800如以探測(cè)器陣列460的平視圖繪制的圖18A所示。如圖18C所示，在其各子圖形區(qū)1801、1802(分別具有HI1×LI和HI2×LI的尺寸，各約MH×MNP)內(nèi)，強(qiáng)度(I1，12)恒定。由于探測(cè)的強(qiáng)度可對(duì)許多探測(cè)器平均，這避免了精確的探測(cè)器校準(zhǔn)的需要。對(duì)y′方向求和或積分的強(qiáng)度示于圖18B的繪圖1805中，其提供了作為標(biāo)板元件的平均線寬以及標(biāo)板元件的輪廓的函數(shù)的寬帶源的光譜響應(yīng)。因此，可通過(guò)以類似于散射測(cè)量的方式將測(cè)量的光譜響應(yīng)與光譜響應(yīng)庫(kù)比較，確定印刷標(biāo)板元件的輪廓特性。然而，根據(jù)本發(fā)明的光譜響應(yīng)的使用具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即非零衍射級(jí)次的光譜響應(yīng)對(duì)底層膜厚較不敏感，如圖14所示。圖18C所示的強(qiáng)度1811、1812是分別對(duì)x′方向求和或平均的強(qiáng)度1801、1802，兩個(gè)平均強(qiáng)度1811、1812之間的對(duì)比提供了對(duì)兩個(gè)標(biāo)板子區(qū)的光柵元件的平均寬度的測(cè)量，這將在以下進(jìn)一步解釋。對(duì)于β＝0.15，兩個(gè)強(qiáng)度I1(1801)、I2(1802)對(duì)平均寬度w的依賴性示于圖19。
考慮到進(jìn)一步的定義a≡cos(2πδ)r≡I1I2=1-cos[2π(w‾+δ)]1-cos[2π(w‾-δ)]---(19b)]]>C≡I1-I2I1+I2]]>未知的平均寬度w可表示為C≥0w‾=12πarccos[αC2±(α2-1)1-C2α2(C2-1)+1]---(20a)]]>C＜0w‾=1-12πarccos[αC2±(α2-1)1-C2α2(C2-1)+1]---(20b)]]>通過(guò)測(cè)量的在圖18的兩個(gè)強(qiáng)度區(qū)域1801、1802之間的對(duì)比C以及在兩個(gè)標(biāo)稱線寬Wd1、Wd2之間的已知的預(yù)定(即設(shè)計(jì))偏差δ，確定等式20a、20b的平均寬度w。圖20中示出了作為在晶片標(biāo)板上的預(yù)期印刷平均寬度wexp的函數(shù)的計(jì)算出的w的兩個(gè)解的繪圖(通過(guò)選擇等式20a、20b中的符號(hào)確定)，用w+、w-表示。對(duì)于w＝wexp，等式20a和20b的正解w+為平均線寬。對(duì)比的平方C2取決于β參量，如圖21所示。隨著光柵元件變得越來(lái)越孤立；即W→0，P，對(duì)比增大。注意，當(dāng)W→P，光柵元件變?yōu)楣铝㈤g隔。
半導(dǎo)體應(yīng)用所需的CD測(cè)量的精度需要在約1nm。本發(fā)明的CD測(cè)量技術(shù)的精度取決于C對(duì)w的變化的靈敏度。對(duì)于我們所關(guān)心的小變化，對(duì)比分?jǐn)?shù)變化 給出為ΔCC=Δw‾Cdw‾dC---(21)]]>
由等式(20a)和(20b)，我們得到C≥0dw‾dC=-F32π(F21-F12)---(22a)]]>C＜0dw‾dC=F32π(F21-F12)---(22b)]]>其中F1≡αC2+(α2-1)1-C2α2(C2-1)+1]]>F2≡2Cα2(C2-1)+1---(23)]]>F3≡α-(α2-1)21-C2-α2F1]]>等式22a和22b表示w的變化與對(duì)比的比率，從而提供對(duì)靈敏度的測(cè)量。對(duì)于良好的測(cè)量靈敏度(定義為對(duì)比的變化與w的比率，是等式22a和22b的倒數(shù))，w的較小變化優(yōu)選提供對(duì)比的較大變化。等式22a和22b的一個(gè)重要特性是，在線寬的極值w＜＜1以及1-w＜＜1(即當(dāng)寬度W接近于P)，其中 接近零時(shí)，靈敏度增大，如圖22A所示。在一個(gè)極值處，各光柵元件是其中反射率RA通過(guò)膜的存在限定的部件。在另一個(gè)極值處，各光柵元件是其中反射率RS通過(guò)膜的不存在限定的部件。
在任一情況下，本發(fā)明的微分CD測(cè)量具有希望的特性，即靈敏度隨部件寬度的降低而增大。圖22B中示出了在wd≤0.05的區(qū)域中的靈敏度行為的詳細(xì)視圖。在P＝1000nm和β＝0.15時(shí)，在等式21-23中替換，圖17中在50nm的標(biāo)稱CD中的1nm變化(例如，如果wd＝50nm，則Wd1增大15％，或約為57.5nm，以及Wd2減小15％，或約為42.5nm)對(duì)應(yīng)于Δw＝0.001，|dw‾dC|≈0.18,]]> 因此 可測(cè)量2％的標(biāo)稱對(duì)比變化(絕對(duì)對(duì)比的0.5％的變化)，因此可實(shí)現(xiàn)精度為1nm的寬度可測(cè)量變化。
如上所述，微分CD測(cè)量的一個(gè)目的是，在晶片上光致抗蝕劑中形成圖形期間，允許對(duì)加工條件，例如劑量和聚焦進(jìn)行微分響應(yīng)。允許分離劑量和聚焦的衍射測(cè)量標(biāo)板的多個(gè)實(shí)施例示于圖23-？？？。圖23中的標(biāo)板2300由限定四個(gè)區(qū)域2301、2302、2303和2304的微分線條(保留構(gòu)圖的層例如抗蝕劑的構(gòu)圖的材料層)以及間隔(去除了構(gòu)圖的層例如抗蝕劑的圖形區(qū))光柵構(gòu)成，如圖所示。光柵元件2311、2312、2313、2314的寬度W1、W2、W3、W4遠(yuǎn)小于光柵周期，即W1，W2，W3，W4＜＜P，因此各元件相對(duì)于其鄰近元件孤立。在第一和第二區(qū)域2301、2302內(nèi)，襯底(開(kāi)口間隔2320)的反射率為RS1，以及光柵線條元件(例如抗蝕劑線條2311、2312)的反射率為RL，而在第三和第四區(qū)域2303、2304內(nèi)，周圍區(qū)域(例如大的抗蝕劑區(qū)2330)的反射率為RS2，以及光柵間隔(襯底)元件2314的反射率為RT。注意，在窄部件的區(qū)域中，反射率為受邊緣效應(yīng)和輪廓特性影響的“有效”反射率。存在兩個(gè)相反色調(diào)的區(qū)域?qū)?，即由子圖形區(qū)2301、2302構(gòu)成的基本上敞口的(去除了構(gòu)圖區(qū))間隔2320，以及由子圖形區(qū)2303、2304構(gòu)成的基本上填充的(即由構(gòu)圖層材料，例如抗蝕劑填充的)的區(qū)域2330。根據(jù)上述發(fā)明，測(cè)量孤立的線條和間隔的尺寸時(shí)，兩個(gè)雙色調(diào)區(qū)域的對(duì)(2320、2330)可分別處理。當(dāng)在抗蝕劑中形成為潛在或顯影的圖像時(shí)，如圖24A的曲線所示，隨著劑量從-10％(2401)增大到0％(2402)到+10％(2403)時(shí)，孤立線條寬度WL=W1+W22]]>沿虛箭頭2405所示的方向降低，這與相對(duì)于隨劑量從-10％(2411)增大到0％(2412)到+10％(2413)增大的孤立間隔寬度WT=W3+W42]]>方向(在圖24B的曲線中由虛箭頭2402表示)相反。另一方面，間隔(圖24B的曲線2411、2412和2413)和線條(圖24A的曲線2401、2402和2403)的尺寸相對(duì)于散焦(或聚焦)的變化沿相同方向變化。圖24A和24B的繪圖是對(duì)圖23所示的標(biāo)板2300的聚焦-曝光矩陣(在與圖11所述的相同條件下)施加的本發(fā)明測(cè)量方法的模擬，其中對(duì)間隔元件2313、2314施加40nm偏移，以確保以與線條元件2311、2312相同的標(biāo)稱劑量按大小印刷。在Ausschnitt(美國(guó)專利5,965,309)中或在由C.P.Ausschnitt發(fā)表的“Distinguishing dose and defocus forin-line lithography control”，Proc.SPIE，Vol.3677，140-147(1999)中，描述了劑量和散焦的提取方法，在此引用其整個(gè)內(nèi)容作為參考。一旦為工藝表征了雙色調(diào)標(biāo)板2300對(duì)劑量和聚焦的響應(yīng)，通過(guò)在以上出版物中所述的反演模擬，對(duì)由該工藝產(chǎn)生的圖形的尺寸與標(biāo)稱的變化的測(cè)量可轉(zhuǎn)換為劑量和散焦。在透明(或明)場(chǎng)中由不透明(或暗)線或部件(表示剩余的構(gòu)圖材料)表征一個(gè)色調(diào)，而在不透明(或暗)場(chǎng)中由透明(或明)部件表征相反色調(diào)圖形。
圖25中示出了微分CD/劑量/聚焦標(biāo)板2500的另一個(gè)實(shí)施例。在此，分別在第一和第二子圖形區(qū)2501、2502內(nèi)，通過(guò)這樣的區(qū)域形成由反射率RL表征的剩余的構(gòu)圖材料的有效孤立線條區(qū)域2511、2512(分別具有標(biāo)稱寬度W1、W2)，該區(qū)域以與由圖9B的精細(xì)周期線908限定的線條區(qū)901、902類似的方式，基本上被標(biāo)稱周期為pf＜＜P的嵌套窄寬度平行間隔(即在寬度優(yōu)選約為pf/2的線的線條中去除了構(gòu)圖材料的區(qū)域)的端部包圍，其長(zhǎng)度沿主周期P的方向(即圖25的x方向)定向，并垂直于有效線條區(qū)域2511、2512的邊緣。在子圖形區(qū)2503、2504內(nèi)，通過(guò)其長(zhǎng)度平行于主周期P的方向定向并與有效間隔區(qū)域2513、2514的邊緣垂直的緊密嵌套的平行窄矩形線條(即寬度優(yōu)選約為pf/2的剩余構(gòu)圖材料的線)的端部，形成由反射率RT表征的有效孤立間隔區(qū)域(去除了構(gòu)圖材料的區(qū)域)2513、2514(分別具有標(biāo)稱寬度W3、W4)。有效間隔區(qū)域2513、2514的輪廓勾劃類似于由圖9C的精細(xì)周期線909對(duì)間隔區(qū)域903、904的輪廓勾劃。如衍射測(cè)量?jī)x40所示，由有效反射率RSe表征被精細(xì)周期平行矩形線覆蓋的區(qū)域2523。以類似于圖23的標(biāo)板2300的方式，根據(jù)如上所述的由Ausschnitt在美國(guó)專利5,965,309中描述的發(fā)明，在測(cè)量有效孤立線條的有效寬度w1、w2和間隔的有效寬度w3、w4時(shí)，可分別處理圖25中的區(qū)域(2501，2502)和(2503，2504)的兩個(gè)對(duì)。有效的孤立線條寬度w1、w2對(duì)劑量的響應(yīng)與有效的孤立間隔w3、w4相反，而它們對(duì)散焦的響應(yīng)相同，如圖24A、24B以及27A、27B所示。線條和間隔結(jié)構(gòu)的該不同響應(yīng)允許根據(jù)Ausschnitt(美國(guó)專利5,965,309)分別控制光刻劑量和聚焦。圖25中的標(biāo)板2500相對(duì)于圖23的標(biāo)板2300的優(yōu)點(diǎn)有兩方面1)線條和間隔端部提高了對(duì)劑量和聚焦的靈敏度；以及2)圖25的標(biāo)板2500維持更均勻的圖形密度，其可與芯片圖形密度比較，這是確保與其它工藝步驟例如CMP(化學(xué)機(jī)械拋光)的兼容性所必要的。
根據(jù)由Starikov(“Exposure Monitor Structure”，SPIE vol.1261Integrated Circuit Metrology，Inspection，and Process Control IV(1990))以及Inoue等人(美國(guó)專利6,251,544，2001年6月26日公開(kāi))所述的劑量敏感設(shè)計(jì)以及由Suwa(美國(guó)專利4,908,656)和Ausschnitt(美國(guó)專利5,953,128)所述的聚焦敏感設(shè)計(jì)，可產(chǎn)生允許通過(guò)在抗蝕劑膜中形成的圖形的微分CD測(cè)量進(jìn)行劑量和聚焦微分響應(yīng)的其它標(biāo)板。通過(guò)在掩膜圖形上利用亞分辨輔助部件(SRAF)，Starikov和Inoue的設(shè)計(jì)極大地提高了劑量敏感度和阻尼聚焦靈敏度。通過(guò)引入線端錐形，Suwa和Ausschnitt的設(shè)計(jì)提高了對(duì)散焦的靈敏度。這些設(shè)計(jì)容易適用于如圖26所述的本發(fā)明的差分CD測(cè)量。在圖26A中，將標(biāo)板2600設(shè)計(jì)為具有由兩個(gè)子圖形區(qū)，即區(qū)域1和2構(gòu)成的劑量敏感部分2610，以及包括兩個(gè)子圖形區(qū)，即區(qū)域3和4的散焦敏感部分2620，其中區(qū)域1和2分別具有重復(fù)元件2611、2612，以及區(qū)域3和4分別具有重復(fù)元件2623、2624。標(biāo)板2600在N個(gè)重復(fù)的子圖形元件部分2630(為清楚起見(jiàn)，僅僅示出了兩個(gè)重復(fù)元件部分2630)的x方向上具有主周期P。敞口的構(gòu)圖區(qū)域或間隔(在剩余構(gòu)圖材料之間)具有分別與子圖形元件2611、2612、2623和2624相對(duì)應(yīng)的寬度W1、W2、W3、W4。圖26B中示出了用于形成一個(gè)元件部分2630的部分掩膜版圖2650。上掩膜部分2670包括具有相鄰的亞分辨輔助部件(SRAF)2652、2654的主部件2651、2653，其分別用于在晶片上使主部件2611和2612成像。如圖27A所示，在劑量敏感區(qū)2610中間隔的寬度W1、W2對(duì)劑量非常敏感，如曲線2701所示(如例如由Starikov和Inoue所述)，而寬度W3、W4隨散焦的變化沒(méi)有迅速改變，如由圖27B中所示的曲線2703所示。
比較而言，聚焦敏感區(qū)2620由例如2680的掩膜版圖形成，該掩膜版圖2680由例如錐形線2661、2662構(gòu)成(如由Suwa和Ausschnitt所述)，以分別形成構(gòu)圖區(qū)2623、2624。聚焦敏感區(qū)2620中間隔的寬度W3、W4作為劑量的函數(shù)以與圖27A的曲線2702類似的方式變化，從而對(duì)劑量變化較不敏感，但對(duì)散焦相對(duì)地非常敏感，如由圖27B的曲線2704所示。
用于根據(jù)本發(fā)明的其它衍射標(biāo)板可設(shè)計(jì)為利用如Brunner(美國(guó)專利5,300,786)所示范的在掩膜上的相移元件實(shí)現(xiàn)聚焦靈敏度。所有這些實(shí)施例的共同點(diǎn)是，它們依賴于CD或覆蓋測(cè)量。各種標(biāo)板設(shè)計(jì)容易適用于上述的本發(fā)明的微分CD測(cè)量，或者下述的本發(fā)明的微分覆蓋測(cè)量。其中，由圖6、8、9、23、25和26所示的實(shí)施例可組合提供除了劑量和聚焦控制外的特定應(yīng)用的標(biāo)板。例如，由一系列寬度臺(tái)階構(gòu)成的用于逼近圖6中所示的楔形元件601的標(biāo)板可提供在CD的寬范圍內(nèi)量化光刻工藝的線性的方法。在該標(biāo)板上晶片測(cè)量與掩膜測(cè)量的比較可量化所謂的MEEF(掩膜誤差提高因子)效應(yīng)，該MEEF效應(yīng)對(duì)于理解亞波長(zhǎng)成像中CD變化的來(lái)源很重要。
也可使標(biāo)板實(shí)施例適合特定構(gòu)圖層的特性。圖28示出了標(biāo)板2800，其整體由在x和y方向上按精細(xì)周期pf排列的接觸孔2801構(gòu)成，設(shè)置為形成具有標(biāo)稱寬度Wd1的較大元件2811，以及具有標(biāo)稱寬度Wd2的2812，該標(biāo)板2800沿x方向具有主周期P。在另一個(gè)實(shí)施例中，圖29示出了具有兩個(gè)子圖形區(qū)，即區(qū)域1和2的標(biāo)板2900，其中背景反射率區(qū)2905由以精細(xì)周期pf精細(xì)間隔的線構(gòu)成，該線沿平行于分別具有標(biāo)稱寬度Wd1、Wd2的可測(cè)量光柵元件2901、2902的粗周期P延伸。
示于圖30的另一標(biāo)板實(shí)施例3000允許將本發(fā)明的微分衍射測(cè)量應(yīng)用于通間距(through-pitch)CD測(cè)量的平行采集。測(cè)量的印刷CD對(duì)間距或周期的依賴性對(duì)于光學(xué)鄰近校正(OPC)的規(guī)則的確定非常重要。OPC規(guī)則控制對(duì)產(chǎn)品掩膜版圖的修改，以確保按共同尺寸同時(shí)印刷不同間距的部件。OPC規(guī)則生成的當(dāng)前限制在于，常規(guī)SEM CD測(cè)量方法很慢且費(fèi)力。具體地說(shuō)，SEM CD測(cè)量排除足夠數(shù)據(jù)的聚集，以確保在代表性工藝窗口內(nèi)印刷CD的匹配。圖30的標(biāo)板由多個(gè)設(shè)計(jì)上分別與圖17所示類似的微分光柵3001、3002、3003、3004構(gòu)成，其中周期Pa、Pb、Pc、Pd分別從一個(gè)微分光柵到下一個(gè)改變。在單色輻照λ0下，將從圖30的標(biāo)板3000發(fā)生衍射，如圖31所示。零級(jí)強(qiáng)度I0a、I0b、I0c、I0d沿路徑440被反射，以及一級(jí)強(qiáng)度I1a、I1b、I1c、I1d被光學(xué)系統(tǒng)430會(huì)聚。然而，子區(qū)3001的一級(jí)強(qiáng)度I1a未被會(huì)聚，因?yàn)樽訁^(qū)3001的間距Pa＜λ0。角度之間的關(guān)系可由光柵方程表示nλ0P=sinθ+sinα---(24a)]]>非零衍射級(jí)次可被該裝置探測(cè)的光柵周期的范圍必須滿足條件-NAx＜sinα＜NAx，在這種情況下nλ0sinθ+NAx<P<nλ0sinθ-NAx---(24b)]]>對(duì)于淺角度輻照θ＝70°和NAx＝0.5，其對(duì)應(yīng)于最大會(huì)聚角度αmax＝+30°，一級(jí)探測(cè)范圍為0.7λ0＜P＜2.3λ0。從而，波長(zhǎng)為200nm的可得的DUV源將允許周期在140nm＜P＜460nm范圍內(nèi)的CD測(cè)量。利用較長(zhǎng)波長(zhǎng)輻照，可獲得包括較大周期的范圍。多波長(zhǎng)或?qū)拵Ч庠磳⑻峁┰谧钕冗M(jìn)基本規(guī)則下對(duì)于OPC所關(guān)心的整個(gè)范圍，即周期從150nm至3000nm。小于等式24b中限定的下限的周期僅僅可在零級(jí)衍射中探測(cè)。圖32A示出了在探測(cè)器460的平面視圖上對(duì)于三個(gè)周期Pb＜Pc＜Pd的寬帶輻照，探測(cè)到的來(lái)自標(biāo)板3000的一級(jí)強(qiáng)度Ib、Ic、Id。由于衍射角度隨周期變化，探測(cè)到的強(qiáng)度在x′方向上交錯(cuò)，這對(duì)應(yīng)于在探測(cè)器460上變化的波長(zhǎng)的方向。通過(guò)分別測(cè)量對(duì)x′方向積分或求和的強(qiáng)度I1(y′)，允許在各種周期內(nèi)同時(shí)測(cè)量CD，如圖23B所示。因此，本發(fā)明方法允許在寬間距范圍內(nèi)同時(shí)測(cè)量CD。
圖4A中裝置40的零級(jí)探測(cè)路徑440允許在測(cè)量CD的同時(shí)測(cè)量膜厚。如圖33A所示，對(duì)于設(shè)計(jì)上類似于圖17的標(biāo)板1701的標(biāo)板的情況，在CCD2探測(cè)器480(圖4A)的平面視圖上繪制的零級(jí)圖像沿y′方向被分成與圖17中標(biāo)板1701的構(gòu)圖區(qū)域1731、1732相對(duì)應(yīng)的區(qū)域3301、3302，而區(qū)域3305對(duì)應(yīng)于圖17中標(biāo)板1701的未構(gòu)圖區(qū)域1705。未構(gòu)圖區(qū)域3305的強(qiáng)度光譜I0(x′)可用于膜厚測(cè)量。如圖33B所示，在分別對(duì)應(yīng)于標(biāo)板區(qū)域1711、1712的兩個(gè)光柵圖像區(qū)3301、3302之間沿線A-A′對(duì)應(yīng)于未構(gòu)圖標(biāo)板區(qū)域1750的未構(gòu)像區(qū)3305中，零級(jí)強(qiáng)度光譜I0(x′)3307具有取決于膜的固有特性-第i層膜的折射率的實(shí)部和虛部分量ni(λ)、ki(λ)-以及各膜的厚度ti的獨(dú)特特征。在ni(λ)、ki(λ)值已知的情況下，利用厚度作為自由參量，通過(guò)常規(guī)擬合多膜層對(duì)測(cè)量光譜的模擬響應(yīng)，可確定厚度。在一個(gè)或多個(gè)ni(λ)、ki(λ)值未知的情況下，通過(guò)利用其期望的色散行為的常規(guī)模型，例如柯西公式，厚度的確定可包括在擬合程序中。當(dāng)然，在沒(méi)有可探測(cè)的非零級(jí)衍射的情況(與沒(méi)有標(biāo)板的情況一樣)下，利用圖4中裝置40的探測(cè)器480，可將相同方法應(yīng)用于確定膜特性和厚度。
微分覆蓋圖34中示出了圖4中的本發(fā)明的衍射測(cè)量系統(tǒng)40的實(shí)施例的變異。添加了從兩個(gè)相對(duì)的方向，也就是沿標(biāo)板主周期P的方向，即x方向的兩個(gè)方向輻照標(biāo)板40的能力，其中圖34A示出了從負(fù)x方向(主周期方向)導(dǎo)向的對(duì)標(biāo)板455的輻照，以及圖34B示出了從正x方向?qū)虻膶?duì)標(biāo)板455的輻照。這允許利用一個(gè)裝置探測(cè)正和負(fù)衍射級(jí)次。這可通過(guò)將裝置配置為允許重新定位輻照410或重新定位標(biāo)板晶片450以實(shí)現(xiàn)相對(duì)于標(biāo)板的適當(dāng)輻照方向得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)以角度θ=arcsin(λP)]]>從左向右輻照時(shí)，探測(cè)+1衍射級(jí)次441。當(dāng)以角度θ=arcsin(-λP)]]>從右向左輻照時(shí)，探測(cè)-1衍射級(jí)次441′。如下所述，探測(cè)正和負(fù)衍射級(jí)次的能力對(duì)于覆蓋誤差的測(cè)量很重要。
圖35A中示出了理想覆蓋標(biāo)板光柵3500(類似于圖5A的理想CD衍射圖示)的重復(fù)單元，其中，為清楚起見(jiàn)，僅僅示出了一個(gè)重復(fù)單元。在晶片上剛印刷的覆蓋光柵標(biāo)板3500由在各周期P內(nèi)的兩個(gè)部件3501、3502構(gòu)成，一個(gè)部件3501通過(guò)構(gòu)圖工藝A形成，具有寬度WA≤P4,]]>以及第二個(gè)部件3502通過(guò)構(gòu)圖工藝B形成，具有寬度WB≤P4.]]>構(gòu)圖工藝B可代表用于印刷第一層部件3502的工藝，以及構(gòu)圖工藝A可代表第二即覆蓋層部件3501的工藝。與在上述CD標(biāo)板的情況一樣，部件3501和3502可由線、溝槽或更小部件的陣列構(gòu)成，只要該部件可與它們將要在其上印刷的工藝層的基本規(guī)則相兼容。相對(duì)于周期P的寬度WA和WB確定可測(cè)量的覆蓋誤差的范圍。圖35A中的理想覆蓋光柵3500在水平軸x的方向上的各周期內(nèi)具有兩個(gè)線3501、3502寬度為WA的線3501和寬度為WB的線3502，其中線以距離Dx分離。比率Dx/P設(shè)計(jì)為具有標(biāo)稱值1/2。因此，對(duì)周期P歸一化的在兩個(gè)部件3501、3502之間的x方向覆蓋誤差εx可表示為ϵx=DxP-12---(25)]]>圖35A中的垂直軸3507示出了具有實(shí)振幅1和零相位的線3501的以及具有實(shí)振幅γ和相位φ的線3502的歸一化復(fù)反射率，其中0＜γ≤1，-π≤φ≤π。線3501、3502的反射率的歸一化是相對(duì)于底層膜疊層和襯底的復(fù)反射率。與其中以單層形成標(biāo)板部件的CD情況(見(jiàn)圖5)相比，可以不同膜的膜疊層形成覆蓋部件3501、3502。因此，一般地說(shuō)，在任何給定的波長(zhǎng)下兩個(gè)部件3501、3502相對(duì)于襯底的反射率不相等，而是如以下進(jìn)一步描述的，二者在振幅和相位上都不同。
對(duì)于襯底反射率RS和各自的線反射率RA、RB，在由包括被振幅A0輻照的長(zhǎng)度為H(長(zhǎng)度H沿y方向定位，垂直于作為周期的方向的x方向)的線對(duì)的N個(gè)周期構(gòu)成的有限光柵的表面上方，反射率振幅a(x，y)的空間變化通過(guò)以下等式描述α(x,y)=A0{RS+RAS[rect(yH)rect(xWA)⊗comb(xP)]rect(xNP)+RBS[rect(yH)rect(x-DxWB)⊗comb(xP)]rect(xNP)}---(26)]]>其中定義RAS≡RA-RS，以及RBS≡RB-RS。在對(duì)于P＞λ有效的標(biāo)量衍射理論近似中，級(jí)次n的遠(yuǎn)場(chǎng)振幅An由等式(26)的傅立葉變換給出
An(u,v)A0=RSδ(u,v)+HNPsinc(Hv)∑nsinc[NP(u-nP)]RASWAsinc(WAu)+RBSWBsinc(WBu)e-i2πDxu---(27)]]>其中(u，v)是由(u≡x/λz，v≡y/λz)定義的與光柵距離為z處的遠(yuǎn)場(chǎng)坐標(biāo)。在方向(u=nP,v=0)]]>上，圖34的探測(cè)器460的平面內(nèi)的強(qiáng)度根據(jù)等式(1)在x方向波長(zhǎng)色散，并在y方向上以放大倍率M成像。當(dāng)n≠0時(shí)，一級(jí)振幅給出為A±n(λ,Dx)=K(λ)[1+γ(λ)ei(φ(λ)±2πnDxP)]---(28)]]>以及對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度為I±n(λ,Dx)=|K(λ)|2[1+γ2(λ)+2γ(λ)cos(±2πnDxP+φ(λ))]---(29)]]>其中，在單個(gè)波長(zhǎng)下，以下定義適用K(λ)≡A0HNPWARAS(λ)sinc(nWAP)---(30a)]]>γ(λ)≡WBsinc(nWBP)WAsinc(nWAP)|RBS(λ)RAS(λ)|---(30b)]]>φ(λ)≡cos-1[|RAS(λ)RBS(λ)|Real(RBS(λ)RAS(λ))]---(30c)]]>以及范圍0＜γ(λ)≤1和-π＜φ(λ)≤π適用。在多波長(zhǎng)輻照下，等式30a-30c的定義變?yōu)樵诟鞑ㄩL(zhǎng)的相對(duì)反射率的函數(shù)，但等式28-29中振幅和強(qiáng)度的通用表達(dá)仍有效。換句話說(shuō)，由衍射強(qiáng)度測(cè)量對(duì)(未知的)覆蓋誤差εx的確定也需要確定兩個(gè)其它未知的參量，即歸一化復(fù)反射率的振幅和相位(γ，φ)。因此，本發(fā)明基于衍射強(qiáng)度的測(cè)量，提供了一種用于確定有效振幅和相位差以及圖形A與B之間的覆蓋誤差的方法，這將在下面更詳細(xì)描述。
在γ＝1，φ＝0的情況下，等式(29)中強(qiáng)度的表達(dá)式變?yōu)轭愃朴诘仁?7)，以及可應(yīng)用與以上用于確定CD的方法(見(jiàn)等式20a和20b)類似的方法確定覆蓋誤差εx。然而，易于在產(chǎn)品晶片覆蓋計(jì)量中遇到的其中γ＜1，φ≠0的一般情況需要對(duì)該方法進(jìn)行顯著修改。圖35B中示出了由等式(29)給出的在相對(duì)反射振幅γ的兩個(gè)值(分別為γ＝1.0以及γ＝0.5)和相對(duì)相位差φ＝0下，n＝±1衍射級(jí)次的歸一化強(qiáng)度 作為覆蓋誤差εx(記住由等式25的ϵx=DxP-12)]]>的函數(shù)的繪圖3513、3515。在這些條件下，n＝±1衍射級(jí)次的歸一化強(qiáng)度相同(即各曲線3513、3515是正和負(fù)級(jí)次的重疊)，其中兩級(jí)次的最小值固定在εx＝0.5，但定義為Imax-IminImax+Imin]]>的調(diào)制隨γ的降低而降低。圖35C示出了在γ＝1，φ＝π/8時(shí)，分別為n＝+1和n＝-1衍射級(jí)次的歸一化強(qiáng)度的繪圖3517、3519?，F(xiàn)在分別為n＝+1，-1的強(qiáng)度曲線3517、3519空間分離，以致它們的平均等效于如圖35B中示出的曲線3513所示的φ＝0，γ＝1的情況，并且最小值在相對(duì)于與εx＝0相對(duì)應(yīng)的標(biāo)稱值Dx/P＝1/2的相反方向偏移。可選地，非零φ的情況下n＝±1級(jí)次的強(qiáng)度曲線3517、3519可存在差異，并且該差分函數(shù)在零覆蓋誤差的位置將具有零交叉。然而，注意，根據(jù)等式(29)，隨著φ趨向于零或 的多倍，該方法變?yōu)闊o(wú)效。因此，對(duì)于φ的任意值，通過(guò)正和負(fù)衍射級(jí)次的強(qiáng)度變化的平均相移最佳確定覆蓋誤差，這將在下面詳細(xì)描述。
圖36示出了適于與根據(jù)本發(fā)明的衍射測(cè)量系統(tǒng)40(見(jiàn)圖34)一起使用的衍射測(cè)量標(biāo)板3600的一個(gè)實(shí)施例，其對(duì)測(cè)量覆蓋有用?？蓽y(cè)量的覆蓋標(biāo)板3600包括以角度ζ目反傾斜，各以周期P(即沿作為標(biāo)板圖形的主周期方向的x方向)重復(fù)的一對(duì)元件3610和3620。元件3610和3620的各對(duì)之間的相對(duì)距離Dx(y)在y方向上在尺寸H的范圍內(nèi)線性變化。各單元對(duì)的相對(duì)傾斜設(shè)計(jì)為沿y方向在下文中稱為y0的y＝H/2處Dx(y)/P＝0.5。因此，設(shè)計(jì)的距離給出為
Dx(y)=(y-y0)tanζ+P2---(31)]]>存在覆蓋誤差εx時(shí)印刷距離可表示為Dx(y)=(y-ym)tamζ+P2=(y-y0)tanζ+P2+Pϵx---(32)]]>其中ym是對(duì)應(yīng)于Dx=P2]]>的位置的偏移位置。關(guān)于CD標(biāo)板的情況，構(gòu)成覆蓋標(biāo)板3600的周期數(shù)目N應(yīng)約為10或更大。
假定以波長(zhǎng)λk單色輻照，利用具有y方向放大倍率M的衍射測(cè)量系統(tǒng)40以使HI＝MH，在圖37(A)-(D)中示出了圖36A的光柵覆蓋標(biāo)板3600的n＝+1的一級(jí)衍射圖像。圖37A和37B分別示出了+1和-1衍射級(jí)次的強(qiáng)度3701、3702，其分別在由來(lái)自如圖34A和34B所示的方向的輻照產(chǎn)生的探測(cè)器460的視圖上繪制，其中B工藝圖形的相對(duì)相位φ為零。對(duì)x′方向平均(或求和)的對(duì)應(yīng)強(qiáng)度分別示于繪圖3711、3712中。對(duì)于φ≠0的情況，+1和-1衍射級(jí)次的強(qiáng)度3703、3704繪制在圖37C和37D中探測(cè)器460的平面視圖上，以及對(duì)應(yīng)的x′方向的平均或求和的強(qiáng)度分別示于繪圖3713、3714中。由于衍射僅僅發(fā)生在標(biāo)板的構(gòu)圖區(qū)域中，在區(qū)域HI×LI(λk)外部，探測(cè)的強(qiáng)度為零。在探測(cè)器460平面的HI×LI(λk)區(qū)域內(nèi)，如繪圖3711、3712、3713和3714所示從y1′延伸至y2′，在x′方向上強(qiáng)度均勻，但根據(jù)等式(29)以及如圖35B和35C所示在y′方向上變化。當(dāng)φ＝0時(shí)，n＝±1級(jí)次相同，并在Dx(yv′)=P2]]>出現(xiàn)最小強(qiáng)度；因此，在相對(duì)于最小值的標(biāo)稱設(shè)計(jì)位置的相同方向上，非零覆蓋誤差εx將引起在正和負(fù)級(jí)次n＝±1的最小強(qiáng)度的位置的偏移，其中所述最小值在由固定的HI周長(zhǎng)限定的y0′=y1′+y2′2]]>處(見(jiàn)圖37A和37B的繪圖3711和3712)。通常，覆蓋誤差表示為ϵx=tanζP(yv′-y0′)---(33)]]>
其中，在φ＝0的情況下，yv′≡y-v′+y+v′2=y-v′=y+v′.]]>然而，當(dāng)φ≠0，n＝±1級(jí)次的最小值(y-v′，y+v′)和最大值(y-p′，y+p′)關(guān)于Dx(y′)=P2]]>位置對(duì)稱偏移(見(jiàn)圖37C和37D的繪圖3713和3714)；因此，覆蓋誤差εx僅僅與對(duì)正和負(fù)衍射級(jí)次平均的最小值和最大值位置直接相關(guān)。
ϵx=tanζP(yv′-y0′)=tanζP(yp′-y0′)---(34)]]>其中yv′≡y-v′+y+v′2]]>以及yp′≡y-p′+y+p′2.]]>利用非零衍射級(jí)次確定覆蓋誤差的最普通方法是將衍射強(qiáng)度的變化擬合為等式(29)的函數(shù)相關(guān)性。通過(guò)將測(cè)量的正和負(fù)衍射級(jí)次強(qiáng)度的和擬合為在等式(29)的垂直于標(biāo)板周期的方向(y′方向)上的已知相關(guān)性的曲線擬合方法，例如最小二乘擬合，可確定在固定波長(zhǎng)λk下，未知的振幅Kk、γk、相位φk以及覆蓋誤差εxI+n(y′)+I-n(y′)-2|Kk|2{1+γk2+γk[cosΦ+n(y′)+cosΦ-n(y′)]}=x---(35a)]]>其中Φ+n(y′)=2πnDx(y′)P+φk]]>Φ-n(y′)=-2πnDx(y′)P+φk---(35b)]]>Dx(y′)=(y′-ym′)Mtanζ+P2=(y′-y0′)Mtanζ+P(12+ϵx)]]>以及x2是利用K、γ、φ和εx作為自由參量將要最小化的殘差(residual)。圖38A示出了在探測(cè)器460的平面上對(duì)于波長(zhǎng)分別為λ0+Δλ、λk、λ0-Δλ的多波長(zhǎng)輻照的正一級(jí)強(qiáng)度3801、3802、3803的平面視圖繪圖?？稍谔綔y(cè)器陣列460上在各位置x′(λk)進(jìn)行對(duì)正級(jí)次衍射強(qiáng)度的y′相關(guān)性的測(cè)量的最小二乘擬合，如圖38B所示。在探測(cè)器陣列460上的平面視圖中示出了對(duì)應(yīng)的負(fù)一級(jí)強(qiáng)度3806、3805、3804，以及圖38D示出了對(duì)于負(fù)級(jí)次的最小二乘擬合。可對(duì)寬帶輻照進(jìn)行類似的分析。雖然覆蓋誤差與波長(zhǎng)無(wú)關(guān)，但多波長(zhǎng)或?qū)拵л椪盏氖褂迷试S僅僅那些γk＞γ閾值大于近似單一的預(yù)定閾值的波長(zhǎng)的集中使用，以確保測(cè)量精度。γ閾值的允許值將取決于標(biāo)板元件的相對(duì)寬度及其在輻照波長(zhǎng)范圍內(nèi)的反射率，如等式(30b)所示。測(cè)量的覆蓋誤差是對(duì)在不同探測(cè)器位置x′(λk)確定的波長(zhǎng)特定的覆蓋誤差εx(λk)的平均。可以計(jì)算波長(zhǎng)特定覆蓋誤差的標(biāo)準(zhǔn)偏差，該標(biāo)準(zhǔn)偏差提供對(duì)測(cè)量精度的原位監(jiān)控。
與CD測(cè)量的情況一樣，根據(jù)本發(fā)明，在晶片上印刷的覆蓋標(biāo)板3900的另一個(gè)實(shí)施例設(shè)計(jì)為包括覆蓋在印刷標(biāo)板3900上的“沙漏”或“桶形”標(biāo)板元件3901、3902，其由用于A光刻工藝的3911和對(duì)應(yīng)于B工藝條件的3912兩個(gè)相反傾斜的部分構(gòu)成，設(shè)置為由如圖39所示的標(biāo)稱間距G0分隔的兩個(gè)子區(qū)3910、3920。兩個(gè)子區(qū)3910、3920的使用使測(cè)量靈敏度加倍，同時(shí)預(yù)定的間距消除了分別在元件3911、3912的探測(cè)器460上確定中心位置y01′、y02′(對(duì)應(yīng)于圖39所示的標(biāo)板3900的平面內(nèi)的位置y1m、y2m)的需要。對(duì)等式(35a)的最小二乘擬合確定了偏移位置之間的距離，該距離對(duì)應(yīng)于Dx=P2;]]>即G=y1m′-y2m′M.]]>然后相對(duì)于已知周期G0的該測(cè)量的距離確定覆蓋誤差ϵx=(G0-G)tanζ2P---(36)]]>圖40所示的的離散微分光柵標(biāo)板4000提供了基于同一發(fā)明微分衍射測(cè)量原理的覆蓋測(cè)量的可選方法。光柵4000被分成兩個(gè)或更多個(gè)子區(qū)，例如區(qū)域0(4010)、區(qū)域1(4011)、區(qū)域2(4012)，其中A工藝的各子區(qū)元件4001的寬度為WA，以間距P間隔，沿x方向(主周期方向)具有相同位置，而B(niǎo)工藝元件4002寬度為WB，也以間距P間隔，但在不同子區(qū)中位于相對(duì)于A元件4001標(biāo)稱不同的位置。在y方向上各子區(qū)的元件具有標(biāo)稱長(zhǎng)度H。在子區(qū)中的一個(gè)中，設(shè)計(jì)為區(qū)域0(4010)的B元件4002具有相對(duì)于A元件的標(biāo)稱固定偏移Dx＝0.5P。在鄰近的子區(qū)(例如區(qū)域1(4011)、區(qū)域2(4012))中，B元件4001分別具有相對(duì)偏移D1、D2，其中D1＝Dx-Δ2，D2＝Dx+Δ1，其中優(yōu)選Δ1＝Δ2。在放大倍率為M的衍射測(cè)量系統(tǒng)40的探測(cè)器陣列460上，各子區(qū)分別在如圖34A所示的正x方向成像，以俘獲正一級(jí)衍射，然后在圖34B所示的負(fù)x方向成像，以俘獲負(fù)一級(jí)衍射。對(duì)于單色輻照的情況，圖41A和41B示出了在探測(cè)器陣列460上的探測(cè)圖像，其中各區(qū)中的強(qiáng)度大致恒定。區(qū)域1(4111+)、區(qū)域0(4110+)和區(qū)域2(4112+)的n＝+1(正)圖像示于圖41A，以及區(qū)域1(4111-)、區(qū)域0(4110-)和區(qū)域2(4112-)的n＝-1(負(fù))級(jí)次圖像示于圖41B。如上所述，各區(qū)的圖像尺寸為HI×LI，其中HI＝MH以及LI＝MHP。優(yōu)選通過(guò)在一個(gè)給定級(jí)次的微分標(biāo)板4000的所有區(qū)域成像后切換輻照的方向，使正和負(fù)圖像順序地成像?？纱鎯?chǔ)各圖像，用于隨后的分析?？梢詫?duì)成像順序進(jìn)行多種改變，包括但不限于使同時(shí)從平行于標(biāo)板周期的多個(gè)方向被輻照的以不同方向印刷的多個(gè)標(biāo)板成像，或者通過(guò)順序地重新定位晶片以獲得可選的成像方向。對(duì)于各衍射級(jí)次，分離的標(biāo)板區(qū)域(例如4011、4010、4012)的結(jié)構(gòu)成像在探測(cè)器陣列460的對(duì)應(yīng)區(qū)域(例如在區(qū)域4110+、4111+、4112+中的強(qiáng)度I0+1、I1+1、I2+1分別用于+1級(jí)次，以及在區(qū)域4110-、4111-、4112-中的強(qiáng)度I0-1、I1-1、I2-1分別用于-1級(jí)次)。
在圖40中的覆蓋標(biāo)板4000的情況下，當(dāng)γ＝1時(shí)，對(duì)于相對(duì)相位φ的三個(gè)代表性值(即分別為φ＝0，φ＝π/8和φ＝π/4)，圖42A-42C繪制了沿主周期方向，即x方向，根據(jù)等式(29)六種強(qiáng)度I0+1、I1+1、I2+1、I0-1、I1-1、I2-1對(duì)覆蓋誤差εx的響應(yīng)。僅僅在允許的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)繪制了強(qiáng)度，該動(dòng)態(tài)范圍是覆蓋誤差εx的范圍，在該范圍內(nèi)圖40的覆蓋標(biāo)板4000的分離的A和B工藝圖形不重疊。例如，在圖40的標(biāo)板4000的情況下，動(dòng)態(tài)范圍約為(P4+WA+WB2<ϵx<3P4-WA+WB2),]]>在該范圍內(nèi)相對(duì)強(qiáng)度對(duì)覆蓋誤差的變化的響應(yīng)將是線性的。在允許的動(dòng)態(tài)范圍以外，強(qiáng)度對(duì)覆蓋誤差的響應(yīng)容易為非線性。優(yōu)選將標(biāo)板元件寬度WA、WB選擇為足夠大，以使近似效應(yīng)不顯著，從而印刷寬度實(shí)際上與設(shè)計(jì)的一樣。優(yōu)選地，WA、WB標(biāo)稱相等，并選擇為固定的周期分?jǐn)?shù)，優(yōu)選WA和WB約為0.2P。六種強(qiáng)度(即對(duì)于三個(gè)覆蓋標(biāo)板子區(qū)4010、4011、4012的+1和-1衍射級(jí)次)對(duì)覆蓋誤差εx的響應(yīng)都作為歸一化的相對(duì)相位φ的函數(shù)單一地變化。根據(jù)印刷的標(biāo)板的相對(duì)相位狀態(tài)，可以將六種強(qiáng)度的響應(yīng)曲線分類。例如，圖42A示出了φ＝0時(shí)的強(qiáng)度響應(yīng)。在此，對(duì)于各標(biāo)板子區(qū)4010、4011、4012，正和負(fù)衍射級(jí)次相互疊加，分別如由強(qiáng)度曲線4210、4211、4212所示。然而，當(dāng)φ＝π/8時(shí)，六種強(qiáng)度響應(yīng)曲線強(qiáng)度I0+1、I1+1、I2+1、I0-1、I1-1、I2-1，即4220+、4220-、4221+、4221-、4222+、4222-各自不同，如圖42B所示。另一方面，在φ＝π/4情況下，I1+1(4232)和I2+1(4233)響應(yīng)各不相同，但I(xiàn)0-1、I1-1以及I0+1、I2-1分別在曲線4230和4231中疊加，如圖42C所示。因此，為了提取相對(duì)相位φ和相對(duì)振幅γ，本發(fā)明利用強(qiáng)度的相對(duì)響應(yīng)，這將在下面更詳細(xì)描述。
在單個(gè)波長(zhǎng)下探測(cè)的強(qiáng)度的比率由等式組描述r1+≡I1+1I0+1=1+ρcos(ψ++δ)1+cosψ+---(37a)]]>r2+≡I2+1I0+1=1+ρcos(ψ+-δ)1+cos(ψ+)---(37b)]]>r1-≡I1-1I0-1=1+ρcos(ψ-+δ)1+cosψ----(37c)]]>r2-≡I2-1I0-1=1+ρcos(ψ--δ)1+cosψ----(37d)]]>其中定義參量δ≡2πΔP]]>ρ≡2γ1+γ2---(37e)]]>ψ+≡2πDxP+φ]]>ψ-≡2πDxP-φ]]>重新整理等式37a-37e，推導(dǎo)出三個(gè)未知ψ+、ψ-和ρ的通解ψ+=arccos(T+ρ)---(38a)]]>ψ-=arccos(T-ρ)---(38b)]]>ρ=(T±)2+[C±(1+αT±)]2(1-α2)---(38c)]]>其中
α≡cosδκ±≡(r2±+r1±)2]]>η±≡(r2±-r1±)2---(38d)]]>T±≡1-κ±κ±-α]]>C±≡η±κ±]]>特別關(guān)心的微分覆蓋計(jì)量是其中優(yōu)選Δ=P4]]>的情況，從而α＝0，以及等式(38a)-(38c)簡(jiǎn)化為ψ+=arccos(T+ρ)---(39a)]]>ψ-=arccos(T-ρ)---(39b)]]>ρ=(T±)2+(C±)2---(39c)]]>其中T±≡1κ±-1---(39d)]]>為了簡(jiǎn)潔，我們將注意力限制在Δ＝P/4的情況，但可容易地對(duì)其它Δ值的情況進(jìn)行類似分析。
現(xiàn)在，根據(jù)可測(cè)量的強(qiáng)度(I0±1、I1±1、I2±1)，可解方程(25)和(37)-(39)求出未知的覆蓋誤差εx、相對(duì)振幅γ，以及相對(duì)相位φϵx=14π(ψ++ψ-)-12---(40)]]>φ＝(ψ+-ψ-)(41)γ=1±1-ρ2---(42)]]>在等式(38a)和(38b)中ψ+、ψ-的定義中的反余弦函數(shù)在解中引入不定性，這可根據(jù)覆蓋誤差和相對(duì)相位的物理特性通過(guò)限制解得到解決。根據(jù)測(cè)量的強(qiáng)度比率而表示的等式(39a)-(39d)在確定正確的(即有物理意義的)覆蓋誤差εx和相位φ方面的應(yīng)用要求當(dāng)Δ=P4]]>時(shí)，對(duì)(ψ+，ψ-)進(jìn)行變換，該變換與在(-π＜φ≤π)范圍內(nèi)不同的可能相位狀態(tài)一致。這通過(guò)將等式(41)的φ限制為常數(shù)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橄鄬?duì)相位不應(yīng)隨覆蓋誤差改變。另外，等式(40)的覆蓋誤差εx優(yōu)選限制為在允許的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)斜率為線性，也就是說(shuō)，印刷Dx的變化優(yōu)選引起εx值固定的、按比例的變化。
圖43-45的流程圖中示出了對(duì)(ψ+，ψ-)的必要變換，其中我們定義參量ΔC≡C+-C-Δψ≡ψ++ψ--πΔT≡T+-T-C‾=C++C-2]]>(43)圖43-45所示的流程圖描述了這樣的邏輯樹(shù)，其中測(cè)試等式43的所有來(lái)自測(cè)量的強(qiáng)度的各種參量，并將其與零比較，以確定是否應(yīng)調(diào)整(或變換)ψ+和ψ-的值。
參考圖43，首先測(cè)試參量ΔC(方塊4301)。如果ΔC＝0，這導(dǎo)致其中φ＝0或π(方塊4302)，并且兩個(gè)衍射級(jí)次n＝±1相同的第一“簡(jiǎn)并”情況。下一步，測(cè)試參量Δψ的符號(hào)(方塊4303)。如果Δψ≥0(方塊4304)，則將相對(duì)相位φ設(shè)定為等于0(方塊4305)，并測(cè)試參量C的符號(hào)(方塊4306)。如果C≥0(方塊4307)，則不需要對(duì)ψ+或ψ-進(jìn)行變換(方塊4308)。如果C＜0(方塊4309)，則如在方塊4310中，將ψ+變換為π+ψ+，以及將ψ-變換為π-ψ-。如果Δψ＜0(方塊4311)，將φ設(shè)定為等于π(方塊4312)，并測(cè)試C(方塊4313)。如果C≥0(方塊4314)，則將將ψ+變換為π+ψ+，且不對(duì)ψ-進(jìn)行變換(方塊4315)。如果C＜0(方塊4316)，則將ψ-反號(hào)，并將ψ+變換為π-ψ+(方塊4317)。對(duì)于其中ΔC≠0的情況(方塊4311)，則采取分支(方塊4400)以確定ψ+，如圖44所示，以及另外，采取分支(方塊4500)以確定ψ-，如圖45所示。
參考圖44，對(duì)于ΔC≠0的ψ+分支(方塊4400)，首先測(cè)試C+的符號(hào)(方塊4401)。如果C+≥0(方塊4402)，則測(cè)試ΔT(方塊4403)。如果ΔT＜0(方塊4404)，則不需要對(duì)ψ+進(jìn)行變換(方塊4405)。如果ΔT≥0(方塊4406)，則測(cè)試ΔC(方塊4407)。如果ΔC＞0(方塊4408)，則不需要對(duì)ψ+進(jìn)行變換(方塊4405)。如果ΔC＜0(方塊4409)，則將ψ+變換為π+ψ+(方塊4410)。類似地，如果C+＜0(方塊4411)，則順序測(cè)試ΔT(方塊4412)和ΔC(方塊4416)的符號(hào)，以確定對(duì)ψ+的適當(dāng)變換(方塊4414或方塊4419)。同樣地，為確定ΔC≠0情況下對(duì)ψ-的適當(dāng)變換(在方塊4505、4510、4514和4519中)，進(jìn)行在圖45中示出的以方塊4500起始的邏輯。通過(guò)該邏輯變換ψ+和ψ-后，等式(39a)-(39d)允許根據(jù)從本發(fā)明覆蓋標(biāo)板例如圖40的4000探測(cè)的六種n＝±1級(jí)次強(qiáng)度的測(cè)量I0+1、I1+1、I2+1、I0-1、I1-1、I2-1(如圖41所示)確定εx和φ的確切值。在Δ＝P/4的情況下，在允許的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，無(wú)論γ和φ值如何，在變換ψ+、ψ-后，由等式(40)計(jì)算所得的對(duì)覆蓋誤差的任何輸入值εin的響應(yīng)εc都是線性的，其具有單一的斜率和零截距，如圖46A所示。為產(chǎn)生該圖，以增量0.1選擇0.1≤γ≤1的值，以及以增量π/100選擇-π≤φ≤π的值。與圖36的連續(xù)變化標(biāo)板的情況一樣，多波長(zhǎng)或?qū)拵л椪盏氖褂迷试S在不同的位置x(λk)為強(qiáng)度取樣，以使γ最大化。
覆蓋誤差εx對(duì)測(cè)量的在等式(38d)中定義的相對(duì)強(qiáng)度比率的差異η以及總和κ的變化的靈敏度給出為Δϵx=∂ϵx∂ηΔη+∂ϵx∂kΔκ---(44)]]>由等式(39)可得∂ϵx∂η=14π(∂ψ+∂η-+∂ψ-∂η-)---(45a)]]>∂ϵx∂κη=14π(∂ψ+∂κ++∂ψ-∂κη-)---(45b)]]>在等式(38a)-(38d)中的替代給出
∂ψ±∂η±=T±η±ρ3(κ±)21-(T±ρ)2---(46a)]]>∂ψ±∂η±=1ρκ±1-(T±ρ)2{1κ±+T±ρ2[1κ±(1κ±-1)+(η±κ±)2]}---(46b)]]>其中必須對(duì)計(jì)算等式(44)中ψ+、ψ-的值進(jìn)行與等式(39a)-(39d)相同的變換。
如圖46B所示，對(duì)于γ＝0.8和φ＝0的情況，本發(fā)明的微分覆蓋計(jì)量的希望特性為在εx＝0時(shí) 與零交叉。這確保本發(fā)明的標(biāo)板設(shè)計(jì)和測(cè)量技術(shù)在εx＝0附近將具有對(duì)覆蓋誤差的高靈敏度。 對(duì)εx的相關(guān)性是限定覆蓋標(biāo)板的兩個(gè)圖形層A和B的相對(duì)振幅γ和相位φ的函數(shù)。由于 不與零交叉，其對(duì)靈敏度的貢獻(xiàn)不如 大。
對(duì)覆蓋誤差的測(cè)量需要探測(cè)至少兩個(gè)方向的n＝±1級(jí)次的強(qiáng)度，以確定εx、εy，即覆蓋誤差的矢量分量。因此，本發(fā)明的衍射測(cè)量裝置優(yōu)選包括在與例如圖39和40中所示的標(biāo)板的兩個(gè)方向相對(duì)應(yīng)的至少兩個(gè)方向上直接輻照和會(huì)聚n＝±1衍射級(jí)次的能力。圖47A和47B示出了本發(fā)明的衍射測(cè)量裝置340的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，該裝置340允許利用常用的輻照源410(例如如上所述具有λ±Δλ的帶寬)、可選的濾色器412、輻照光學(xué)系統(tǒng)413、可選的起偏器314以及常用的衍射級(jí)次探測(cè)器460(例如第一CCD陣列)，對(duì)必要的強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行快速采集。旋轉(zhuǎn)反射鏡398將起初沿方向310的輻照順序?qū)蚍瓷溏R(例如301、302)，該反射鏡將輻照沿路徑321導(dǎo)向在襯底450上的衍射測(cè)量標(biāo)板455，該標(biāo)板455由沿x方向定向的周期P表征。旋轉(zhuǎn)反射鏡398能夠被旋轉(zhuǎn)，以從不同方向?qū)?biāo)板455提供輻照。因此，例如，在圖47A中，通過(guò)例如重新導(dǎo)向反射鏡301、302的裝置，旋轉(zhuǎn)反射鏡398沿正x方向?qū)蜉椪眨詴?huì)聚+1衍射級(jí)次441。通過(guò)將旋轉(zhuǎn)反射鏡398改變180度重新定向，起初沿320方向的輻照被導(dǎo)向例如重新導(dǎo)向反射鏡304、303的裝置，沿路徑331，以從負(fù)x方向輻照標(biāo)板455，從而會(huì)聚-1衍射級(jí)次441′，如圖47B所示。探測(cè)光學(xué)系統(tǒng)430以及可選的探測(cè)器CCD1460本身與旋轉(zhuǎn)反射鏡398同步旋轉(zhuǎn)，以維持光學(xué)系統(tǒng)430的各向異性(x-y不同)成像能力與輻照平面之間的固定關(guān)系?？裳貀方向提供其它重新定向反射鏡(未示出)，以同樣地獲得對(duì)y方向覆蓋的測(cè)量。可選地，襯底450可支撐和/或固定在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)380上，該旋轉(zhuǎn)平臺(tái)380可用于定向襯底450，以允許從不同方向輻照?？蛇x地提供隨反射鏡398旋轉(zhuǎn)的起偏器314，以提供對(duì)應(yīng)于最佳一級(jí)衍射效率的偏振。優(yōu)選實(shí)施例將輻照導(dǎo)向位于正交軸上的四個(gè)不同方向。對(duì)于具有垂直于入射方向的元件的標(biāo)板光柵，一級(jí)衍射被放大并成像在垂直于光柵周期的方向上的探測(cè)器CCD1 460上，并且在平行于光柵周期的方向上波長(zhǎng)色散。可選地，可提供第二探測(cè)器陣列(例如CCD2)480，其會(huì)聚被導(dǎo)向經(jīng)過(guò)色散元件435以及第二光學(xué)系統(tǒng)436的零級(jí)能量440。另外，可提供第三探測(cè)器陣列485，例如CCD3，其會(huì)聚從色散元件435反射(未衍射)被導(dǎo)向經(jīng)過(guò)第三光學(xué)系統(tǒng)486的零級(jí)能量，以獲得其它測(cè)量，這將在下面進(jìn)一步描述。
許多標(biāo)板結(jié)構(gòu)適用于圖47的計(jì)量裝置。上述基本類型的CD和覆蓋標(biāo)板可在單個(gè)或多個(gè)工藝層中結(jié)合成組，以同時(shí)形成適合特定生產(chǎn)和工藝表征應(yīng)用的被輻照標(biāo)板“組件”。上述的該組件中的一個(gè)是圖30所示的通間距標(biāo)板。在產(chǎn)生標(biāo)板組件時(shí)，在垂直于主標(biāo)板周期和輻照平面的方向上的成像確保在成像方向上的鄰近光柵不會(huì)與另一個(gè)相互干涉。因此，組件可由大量(僅僅受探測(cè)視場(chǎng)限制)在單個(gè)方向的主標(biāo)板構(gòu)成，該主標(biāo)板在垂直于輻照平面的方向上層疊。然而，其周期平行于輻照平面的主標(biāo)板衍射強(qiáng)度的波長(zhǎng)色散的拉長(zhǎng)有這樣的要求，即在同一方向的主標(biāo)板不能在輻照片面內(nèi)相互鄰近地設(shè)置。通過(guò)改變其方向?qū)崿F(xiàn)在輻照平面內(nèi)層疊的標(biāo)板的孤立。當(dāng)同時(shí)輻照的主標(biāo)板的方向分別平行和垂直于輻照平面時(shí)，實(shí)現(xiàn)在輻照平面內(nèi)主標(biāo)板之間的最佳孤立。圖48中示出了允許同時(shí)測(cè)量覆蓋、CD和膜厚的有用組件結(jié)構(gòu)。如圖48所示，本發(fā)明的微分覆蓋標(biāo)板的實(shí)施例4800在層B和A可具有兩個(gè)覆蓋光柵4810、4830(即，利用工藝B印刷的光柵元件與之前利用工藝A印刷的光柵元件交錯(cuò))，其各自類似于具有雙重光柵子區(qū)的圖39的光柵3900，其中x定向的光柵4810具有x方向的間距POLx，以及y定向的光柵4830具有y方向的間距POLy。在多數(shù)情況下POLx＝POLy＝POL。同一標(biāo)板4800也可設(shè)計(jì)為結(jié)合B層CD光柵4820、4840，其各自在設(shè)計(jì)上類似于分別具有間距PCDx、PCDy的示于圖6、8、9、17、23、25、26或28-30的光柵，其中多數(shù)情況下PCDx＝PCDy＝PCD＝POL＝P。
如圖49B所示，根據(jù)旋轉(zhuǎn)反射鏡398的方向，在探測(cè)器460(CCD1)平面上將出現(xiàn)順序圖像4901、4902、4903、4904，例如，假定反射鏡沿順時(shí)針?lè)较?22順序旋轉(zhuǎn)到鎖定位置1、2、3和4，如圖49A所示，以允許分別形成各圖像4901、4902、4903、4904。覆蓋圖像處理包括存儲(chǔ)在各方向和衍射級(jí)次各光柵區(qū)的強(qiáng)度，以及應(yīng)用等式(35a)-(36)求解各雙重覆蓋光柵區(qū)4810、4830中的覆蓋誤差。
示于圖47的微分CD和覆蓋裝置340的實(shí)施例也可配置為進(jìn)行常規(guī)光譜散射測(cè)量和膜厚計(jì)量。通過(guò)使旋轉(zhuǎn)反射鏡398在兩側(cè)反射，在每個(gè)方向，被反射的零級(jí)440可經(jīng)過(guò)波長(zhǎng)色散元件435并經(jīng)過(guò)第二光學(xué)系統(tǒng)436被導(dǎo)向至第二CCD探測(cè)器480(即CCD2)。當(dāng)存在常規(guī)或微分光柵標(biāo)板時(shí)，可通過(guò)常規(guī)散射測(cè)量技術(shù)分析零級(jí)光譜，以確定圖形(CD、側(cè)壁角度等)和底層膜的各種特性。如上所述，在CCD2陣列480的平面視圖上的圖像4905中所示的未構(gòu)圖標(biāo)板區(qū)域的零級(jí)強(qiáng)度光譜，如圖49所示，可用于膜厚測(cè)量。CCD2圖像4905示出為橢圓形，這是因?yàn)槠錇榻茍A形輻照410的零級(jí)強(qiáng)度，其在垂直于透射光柵435的周期的方向上成像，并在平行于透射光柵周期的波長(zhǎng)色散方向上拉長(zhǎng)?？倶?biāo)板圖像可通過(guò)具有會(huì)聚零級(jí)能量4906的光學(xué)系統(tǒng)486的第三探測(cè)器陣列485(即CCD3)被俘獲，其可用于標(biāo)板圖形識(shí)別和晶片對(duì)準(zhǔn)，或者其它不需要分辨標(biāo)板的光柵元件的測(cè)量。以圖47的方式配置的本發(fā)明的裝置340提供了在單個(gè)標(biāo)板位置同時(shí)進(jìn)行CD、覆蓋和膜厚測(cè)量的能力，對(duì)于需要所有這三種測(cè)量的生產(chǎn)應(yīng)用，產(chǎn)生約三倍的測(cè)量速度。雖然CD和膜厚測(cè)量不需要測(cè)量正和負(fù)兩種衍射級(jí)次，可將正和負(fù)衍射級(jí)次結(jié)果求平均和差分，以提高和監(jiān)控測(cè)量精度。因此，在一些應(yīng)用中，可優(yōu)選與覆蓋分離地進(jìn)行CD和膜厚計(jì)量。在任何情況下，本發(fā)明的微分衍射測(cè)量裝置和方法允許在組件標(biāo)板布局中的廣泛的靈活性，以優(yōu)化測(cè)量吞吐量和能力。
當(dāng)在晶片450上沒(méi)有任何標(biāo)板圖形時(shí)，如圖50所示，本發(fā)明的裝置340的實(shí)施例可用于常規(guī)光譜膜厚測(cè)量，其中在第二探測(cè)器480會(huì)聚零級(jí)光譜5001(圖50C)，以及預(yù)定的膜特性(在測(cè)量波長(zhǎng)下膜折射率的實(shí)部和虛部分量)用于確定在未構(gòu)圖膜疊層451中的膜厚，這在本領(lǐng)域已知。當(dāng)沒(méi)有標(biāo)板光柵時(shí)，在第一探測(cè)器位置460沒(méi)有需要會(huì)聚的非零衍射級(jí)次，如圖50B所示?？蛇x地，裝置340可配置為具有觀察光學(xué)系統(tǒng)486，以及可提供觀察探測(cè)器CCD3 485，以允許實(shí)時(shí)觀察以及相對(duì)于襯底上的標(biāo)板位置定位輻照所需的對(duì)準(zhǔn)(例如通過(guò)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記5002)。如圖所示，在探測(cè)器485上形成圖像的光是來(lái)自透射光柵表面的鏡面反射?？蛇x地，置于零級(jí)光束的路徑371的分束器(未示出)可將光導(dǎo)向至成像系統(tǒng)。
如圖51所示，在(圖47的)衍射裝置340的優(yōu)選實(shí)施例中，提供可調(diào)反射鏡302、303，以確保一級(jí)衍射光線441、441′的方向(取決于輻射光線來(lái)自正x方向321或負(fù)x方向331)，將基本上垂直于襯底表面475，以將衍射級(jí)次導(dǎo)向至第一探測(cè)器陣列460。根據(jù)等式(1)，在圖47所示的裝置340中，當(dāng)中心波長(zhǎng)λ0和或標(biāo)板455的主間距P改變時(shí)，入射光線321、331與一級(jí)衍射光線441、441′之間的角度θ將改變。因此，為了維持固定的一級(jí)衍射方向θ，以使第一探測(cè)器陣列460可位于垂直于襯底表面475的方向，優(yōu)選裝置340的下反射鏡302、303的高度h和(相對(duì)于垂直或z方向的)傾斜角ξ調(diào)整為如圖51所示的裝置340中詳細(xì)示出的幾何關(guān)系所示，其中ξ=θ2---(47)]]>h＝r0cotθ其中r0是下反射鏡302、303與第一探測(cè)器陣列460的優(yōu)選中心水平位置的水平距離。如圖4C所示，角度Δθ表示被輻照標(biāo)板的波長(zhǎng)色散。注意，提供類似功能的本發(fā)明的裝置340可以有許多實(shí)施例。這些實(shí)施例包括但不必限于，利用多個(gè)固定光束代替旋轉(zhuǎn)反射鏡，利用導(dǎo)向單個(gè)光束的不同裝置代替旋轉(zhuǎn)輻照和探測(cè)光學(xué)系統(tǒng)，所述不同裝置例如顫動(dòng)反射鏡、可調(diào)光纖光信道以適當(dāng)導(dǎo)向光束，關(guān)于標(biāo)板中心旋轉(zhuǎn)襯底。
圖52示出了總結(jié)本發(fā)明的標(biāo)板設(shè)計(jì)方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。方法開(kāi)始(方塊5200)，其中提供標(biāo)板設(shè)計(jì)圖形，其具有將要印刷的臨界圖形尺寸(例如，在半導(dǎo)體器件制造情況下最小電路特征尺寸W0和間距p0)。給定選擇的輻照中心波長(zhǎng)λ0以及帶寬±Δλ、各向異性衍射測(cè)量會(huì)聚和成像物鏡413的較低NAx、NAy(見(jiàn)圖4A)，確定本發(fā)明的光柵標(biāo)板455的總尺寸，以確保與所有其它衍射級(jí)次無(wú)關(guān)地探測(cè)一級(jí)衍射(方塊5210)。例如，光柵區(qū)(或子區(qū))的高度H(垂直于主周期P的方向)優(yōu)選大于約 其中在成像方向上的數(shù)值孔徑NAy優(yōu)選在約0.05與0.5之間，作為聚焦深度、標(biāo)板尺寸和圖像銳度之間的折衷，優(yōu)選約0.2。光柵的主周期P優(yōu)選為λ<P<λNAx,]]>其中會(huì)聚全光譜所需的數(shù)值孔徑NAx≥|n|ΔλP]]>隱含著條件λ＞|n|Δλ。對(duì)于n＝±1和λ＝2Δλ，優(yōu)選NAx0.5。重復(fù)元件的數(shù)目N優(yōu)選約為10或更大。標(biāo)板設(shè)計(jì)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)取決于該應(yīng)用是用于CD計(jì)量或用于覆蓋計(jì)量(方塊5225)。對(duì)于CD標(biāo)板，元件尺寸主要基于標(biāo)板部件臨界尺寸W0(方塊5240)。例如，在如圖17所示的CD標(biāo)板1701的設(shè)計(jì)中，存在兩個(gè)光柵子區(qū)1731、1732，其中元件1711、1712分別具有標(biāo)稱寬度Wd1、Wd2。在此，Wd1＝W0+Δ，以及Wd2＝W0-Δ，其中優(yōu)選地，優(yōu)選選擇子光柵標(biāo)板尺寸Wd1、Wd2之間的差異Δ，以使0.01W0≤Δ≤0.25W0，以及優(yōu)選約0.1W0。為提高對(duì)劑量和散焦的靈敏度，光柵元件(例如圖25中的標(biāo)板2500)可由具有沿與主周期P的方向垂直的方向定向的周期pf的子元件勾劃，其中p0≤pfP。對(duì)于利用亞分辨輔助部件(SRAF)的光柵，例如圖26A和26B的標(biāo)板光柵2600，SRAF間隔pSRAF優(yōu)選限制為小于λe(1+σe)NAe,]]>其中參量λe、σe、NAe分別指曝光工具的波長(zhǎng)、相干性以及數(shù)值孔徑。圖26的劑量標(biāo)板2600的亞分辨間距pSRAF必須小于曝光工具的分辨率。
如果標(biāo)板類型為用于覆蓋測(cè)量(方塊5230)，則設(shè)計(jì)參量較少依賴于設(shè)計(jì)的臨界尺寸，但受到以下因素的限制，例如衍射測(cè)量系統(tǒng)的分辨率，即λ、NAy，或在芯片上可得的面積。因此，覆蓋標(biāo)板的尺寸將取決于主周期P，以及對(duì)于如圖40所示的覆蓋標(biāo)板4000，例如，在A工藝元件與B工藝元件之間的標(biāo)稱間隔D0(即水平方向上的Dx或垂直方向上的Dy)優(yōu)選為D0＝0.5P，以及D1＝D0+Δ和D2＝D0-Δ，其中Δ優(yōu)選在約0.01P與0.25P之間。覆蓋標(biāo)板的分立單元的寬度WA、WB優(yōu)選W0≤WA，B≤0.25P。
本發(fā)明的裝置(例如，如圖34、37、50、51所示)可用于進(jìn)行對(duì)晶片上多個(gè)計(jì)量部位的多種測(cè)量，這總結(jié)在圖53-55所示的流程圖中。該應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例是作為在如圖3所示的軌道工具或蝕刻工具上的計(jì)量模塊200，但本發(fā)明的集成計(jì)量工具200也可用于離線應(yīng)用35中。參考圖53，在工具中裝載并對(duì)準(zhǔn)具有多個(gè)計(jì)量部位的襯底(方塊5300)。對(duì)于晶片的計(jì)量部位的數(shù)目和類型可提供作為對(duì)工具的輸入?？蛇x地，在標(biāo)板之間的人為差異(例如，標(biāo)板周期中的偏移)可允許計(jì)量工具識(shí)別在空中的標(biāo)板類型。首先進(jìn)行檢查，以確定晶片是否具有圖形(方塊5310)。通常，如果晶片被構(gòu)圖，在晶片上的所有圖形將以類似的全局方式對(duì)準(zhǔn)，因此通常晶片通過(guò)合適的平移和旋轉(zhuǎn)對(duì)準(zhǔn)(方塊5320)。這可通過(guò)利用例如圖47所示的觀察探測(cè)器485(例如CCD3)得以進(jìn)行。如果晶片沒(méi)有被構(gòu)圖，可跳過(guò)對(duì)準(zhǔn)步驟5312。下一步，然后定位晶片，以便可輻照將要測(cè)量的第一部位(方塊5330)。然后標(biāo)板部位的類型確定將采用哪條分析路徑(方塊5340)。如果沒(méi)有部位圖形(方塊5346)，則僅僅進(jìn)行零級(jí)測(cè)量(路徑5346)。如果該部位被構(gòu)圖，則可通過(guò)沿路徑5348轉(zhuǎn)到方塊5350或5360進(jìn)行非零級(jí)次測(cè)量，或者可通過(guò)沿路徑5347進(jìn)行零級(jí)測(cè)量。零級(jí)測(cè)量和分析可利用本發(fā)明的衍射測(cè)量標(biāo)板或常規(guī)散射測(cè)量標(biāo)板進(jìn)行(方塊5345)，這將參考圖54更詳細(xì)描述。根據(jù)本發(fā)明，如果該部位包括CD衍射測(cè)量標(biāo)板，則沿CD分析路徑(方塊5350)，或者如果該部位包括本發(fā)明的覆蓋衍射測(cè)量標(biāo)板，則沿覆蓋分析路徑(方塊5360)，這將分別參考圖55A和55B更詳細(xì)描述?？衫猛还ぞ哂糜谒羞x擇的計(jì)量部位，繼續(xù)進(jìn)行分析(方塊5390)，以及當(dāng)所有部位都已測(cè)量，可卸載晶片(方塊5399)，或者沿軌道或蝕刻工具繼續(xù)處理。
參考圖54，如果零級(jí)測(cè)量適合選擇的計(jì)量部位(方塊5345)，則根據(jù)是否存在標(biāo)板，可進(jìn)行常規(guī)膜厚測(cè)量或散射測(cè)量(方塊5400)。在這兩種情況下，提供膜特性5403，以分析已獲得的反射零級(jí)測(cè)量(方塊5405)。如果不存在標(biāo)板，則根據(jù)提供的膜特性5403分析零級(jí)強(qiáng)度測(cè)量(方塊5401)，以利用本領(lǐng)域已知的方法通過(guò)與參量化的光譜響應(yīng)(方塊5402)比較，確定膜厚(5406)。如果標(biāo)板部位包括常規(guī)散射測(cè)量標(biāo)板，則根據(jù)校準(zhǔn)信號(hào)庫(kù)和/或參量化的RCWA(嚴(yán)格耦合波分析)(方塊5404)，分析零級(jí)強(qiáng)度(方塊5407)，從而可獲得對(duì)CD、輪廓和膜厚的確定(方塊5408)。如果存在其它將要測(cè)量的部位，可通過(guò)本發(fā)明的工具繼續(xù)處理晶片(方塊5390)。
如果該部位包括本發(fā)明的CD衍射測(cè)量標(biāo)板，則可進(jìn)行方塊5350至5370，如圖53所示，以及在圖55A中更詳細(xì)描述方塊5370。參考圖55A，獲得一級(jí)衍射強(qiáng)度測(cè)量(方塊5501)。例如，由圖17的區(qū)域1(1731)和2(1732)，沿x′方向平均或求和，即如圖18C的I(y′)，獲得標(biāo)板子區(qū)強(qiáng)度之間的對(duì)比(方塊5510)，以及可分析該對(duì)比，以確定平均CD。提供標(biāo)板對(duì)于對(duì)比變化的模擬CD響應(yīng)(方塊5512)，例如，對(duì)于沿y方向具有連續(xù)變化的特征尺寸的標(biāo)板(如圖6的錐形元件標(biāo)板60)，可根據(jù)等式15，或者對(duì)于沿y方向具有離散變化的特征尺寸的標(biāo)板(如圖17的多子區(qū)標(biāo)板1701)，可根據(jù)等式20a和20b。將測(cè)量的對(duì)比輸入模擬的響應(yīng)(方塊5513)，以獲得CD(方塊5514)。如果標(biāo)板部位包括對(duì)工藝條件，例如劑量和散焦，或蝕刻速率和各向同性敏感的子區(qū)，則可通過(guò)利用工藝條件與CD變化之間的關(guān)系模型(方塊5515)，例如通過(guò)在美國(guó)專利5,965,309中所述的Ausschnitt的方法，由所得的平均CD測(cè)量(方塊5516)，獲得工藝條件(方塊5517)。
可選地，可通過(guò)分析隨沿y′方向求和或平均的波長(zhǎng)變化的強(qiáng)度，即I(x′)(方塊5520)，獲得工藝條件，例如劑量和散焦測(cè)量?？蓪?shí)驗(yàn)地提供信號(hào)庫(kù)(5522)，例如通過(guò)利用聚焦曝光矩陣(FEM)，或通過(guò)模擬?？膳c強(qiáng)度光譜比較和匹配信號(hào)庫(kù)(方塊5523)，以導(dǎo)出工藝條件，例如劑量和散焦或者蝕刻速率和各向同性(方塊5527)。由于印刷部件的強(qiáng)度響應(yīng)也取決于CD以及特性例如側(cè)壁輪廓，可將由對(duì)比測(cè)量獲得的CD值(方塊5514)輸入工藝響應(yīng)信號(hào)分析的結(jié)果中(方塊5524)，以導(dǎo)出輪廓測(cè)量(方塊5521)。對(duì)于晶片上的其它部位，可繼續(xù)根據(jù)本發(fā)明的計(jì)量(5390)。
也很重要的是，注意利用本發(fā)明裝置可測(cè)量的非零級(jí)次強(qiáng)度光譜對(duì)標(biāo)板光柵元件的所有輪廓特征-例如側(cè)壁角、抗蝕劑損耗、墊層(footing)等-敏感，以及對(duì)底層膜疊層不敏感。模擬的或經(jīng)驗(yàn)的工藝矩陣信號(hào)庫(kù)可用于確定這些輪廓細(xì)節(jié)并準(zhǔn)確指出對(duì)應(yīng)于測(cè)量光譜的工藝條件。本發(fā)明的微分衍射測(cè)量方法具有優(yōu)于常規(guī)衍射測(cè)量的三方面優(yōu)點(diǎn)1.由上述劑量和聚焦靈敏度很明顯地提高了對(duì)輪廓變化的靈敏度，以及對(duì)底層膜疊層的不靈敏，改善了確定輪廓特性時(shí)的信噪比。
2.通過(guò)本發(fā)明的微分技術(shù)，可使輪廓測(cè)量相對(duì)于平均CD無(wú)關(guān)地確定，從而進(jìn)一步提高信噪比(圖55A中方塊5524)。這一點(diǎn)通過(guò)圖55A中將CD連接到輪廓確定路徑的箭頭5525示意性示出。
3.對(duì)底層膜疊層的不敏感允許通過(guò)在光刻時(shí)通過(guò)聚焦曝光矩陣以及在蝕刻時(shí)通過(guò)速率-各向同性矩陣確定光譜變化，產(chǎn)生更有效的模擬或經(jīng)驗(yàn)庫(kù)。這在光譜與工藝設(shè)置之間建立了直接關(guān)系，用于工藝控制應(yīng)用。這一點(diǎn)通過(guò)圖55A中從光譜和信號(hào)庫(kù)5522向工藝設(shè)置5527的路徑5519示意性示出。
參考圖55B，對(duì)于覆蓋標(biāo)板的情況(方塊5360)，覆蓋分析(方塊5380)包括以下步驟。為了測(cè)量覆蓋，需要從4個(gè)不同方向進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)量(方塊5538)。將測(cè)量強(qiáng)度與覆蓋標(biāo)板的模擬響應(yīng)(方塊5539)比較(方塊5540)，例如，對(duì)于沿y方向具有連續(xù)變化的特征尺寸的標(biāo)板(例如圖36中的標(biāo)板3600)如等式(35a)-(36b)所述，或者對(duì)于沿y方向具有離散變化的特征尺寸的覆蓋標(biāo)板(例如圖23中所示的標(biāo)板2300)如等式40所述。為了確保對(duì)于分析可獲得最佳信噪比，可選擇波長(zhǎng)范圍，以便將γ＞γ閾值選擇為盡可能大(對(duì)于連續(xù)變化特征尺寸的標(biāo)板如等式35所述，或者對(duì)于離散變化特征尺寸的標(biāo)板如等式42所述)。如果標(biāo)板為離散變化類型(方塊5543)，有必要進(jìn)行對(duì)ψ±的相位變換分析(如圖43-45)，以允許選擇有物理意義的覆蓋誤差。然后，對(duì)于連續(xù)變化的特征標(biāo)板尺寸根據(jù)等式35，或者對(duì)于離散變化的特征標(biāo)板尺寸根據(jù)等式40，可計(jì)算覆蓋誤差(方塊5545)，作為在選擇的波長(zhǎng)下確定的覆蓋誤差的平均。如果剩余多個(gè)計(jì)量部位，則繼續(xù)該測(cè)量方法(方塊5390)，直到處理完所有的選擇部位。
該方法適于在計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)，用于在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，例如圖像處理器490(圖4A)上執(zhí)行，其具有中央處理單元、輸入/輸出(I/O)設(shè)備以及存儲(chǔ)設(shè)備，它們能夠執(zhí)行指令以實(shí)施方法，并接受數(shù)據(jù)和控制例如圖4A所示的本發(fā)明的裝置。
相對(duì)于現(xiàn)有的對(duì)CD和覆蓋計(jì)量以及劑量和聚焦控制的顯微鏡方法，由以上發(fā)明實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)包括具有優(yōu)越的精度和速度的更簡(jiǎn)單和更魯棒的計(jì)量裝置。本發(fā)明的微分覆蓋和CD計(jì)量方法提供了僅僅利用探測(cè)強(qiáng)度的相對(duì)振幅，原位校準(zhǔn)對(duì)標(biāo)板的已知周期的測(cè)量，從而消除了在常規(guī)計(jì)量工具中突出的TIS、WIS的來(lái)源以及匹配誤差。此外，本發(fā)明提供了對(duì)劑量和聚焦的監(jiān)視和控制，而不需要CD的散射測(cè)量或輪廓計(jì)量所需的費(fèi)力的設(shè)置步驟。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，根據(jù)本發(fā)明的方法和對(duì)各種版圖的應(yīng)用不限于上述實(shí)施例。因此，本發(fā)明旨在包括落入本發(fā)明和以下權(quán)利要求的范圍和精神內(nèi)的所有這些替換、修改和變化。
工業(yè)適用性通過(guò)確保將適當(dāng)?shù)钠毓夂臀g刻條件用于各被處理晶片，本發(fā)明的方法在集成電路的光刻處理中有用，并且對(duì)于獲得晶片設(shè)計(jì)尺寸和控制臨界尺寸尤其有用。
權(quán)利要求
1.一種在襯底上測(cè)量尺寸的方法，包括以下步驟提供標(biāo)稱圖形，所述標(biāo)稱圖形包括在主方向上具有主間距周期P的部件陣列，其中所述標(biāo)稱圖形由沿所述主方向以所述周期P重復(fù)的標(biāo)稱特征尺寸表征，以及所述標(biāo)稱特征尺寸具有沿與所述主方向垂直的方向的預(yù)定變化；在所述襯底上形成對(duì)應(yīng)于所述標(biāo)稱圖形的標(biāo)板圖形，其中所述標(biāo)板圖形具有對(duì)應(yīng)于所述標(biāo)稱特征尺寸的襯底特征尺寸；用由至少一個(gè)波長(zhǎng)表征的輻射輻照所述標(biāo)板圖形，以從所述標(biāo)板圖形產(chǎn)生衍射級(jí)次；根據(jù)所述襯底特征尺寸相對(duì)于所述標(biāo)稱特征尺寸的偏差，提供所關(guān)心的尺寸與沿所述垂直方向探測(cè)到的一個(gè)或多個(gè)非零衍射級(jí)次的變化之間的關(guān)系；探測(cè)沿所述垂直方向的所述一個(gè)或多個(gè)非零衍射級(jí)次的所述變化；以及基于所述探測(cè)到的所述一個(gè)或多個(gè)非零衍射級(jí)次的變化，根據(jù)所述關(guān)系確定所關(guān)心的所述尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述輻照包括多于一個(gè)波長(zhǎng)，以及所述方法還包括沿所述主方向探測(cè)所述非零衍射級(jí)次的變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其中所述標(biāo)板尺寸包括臨界尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任何一項(xiàng)的方法，其中所述探測(cè)到的變化包括所述一個(gè)或多個(gè)非零衍射級(jí)次的強(qiáng)度變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任何一項(xiàng)的方法，其中所述標(biāo)稱圖形包括第一子圖形和第二子圖形，所述第一子圖形包括由標(biāo)稱長(zhǎng)度和寬度表征的第一色調(diào)的子圖形部件，以及所述第二子圖形包括具有所述標(biāo)稱長(zhǎng)度和寬度的互補(bǔ)色調(diào)的部件，其中所述方法還包括基于對(duì)應(yīng)的標(biāo)板子圖形部件長(zhǎng)度和寬度相對(duì)于所述標(biāo)稱長(zhǎng)度和寬度的偏差，確定工藝條件與標(biāo)稱工藝條件的偏差。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何一項(xiàng)的方法，其中所述標(biāo)板圖形包括形成在所述襯底的第一層上的第一標(biāo)板部分以及形成在所述襯底的第二層上的第二標(biāo)板部分，所述第一標(biāo)板部分對(duì)應(yīng)于所述標(biāo)稱標(biāo)板圖形的第一部分，所述第二標(biāo)板部分對(duì)應(yīng)于所述標(biāo)稱標(biāo)板圖形的第二部分，以及所關(guān)心的所述尺寸包括與所述標(biāo)稱圖形相比所述第一標(biāo)板部分相對(duì)于所述第二標(biāo)板部分的偏移。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中所述探測(cè)到的變化包括所述一個(gè)或多個(gè)非零衍射級(jí)次的強(qiáng)度和相位變化。
8.一種用于實(shí)施權(quán)利要求1-7中任何一項(xiàng)的方法的裝置，包括用于輻照所述標(biāo)板圖形的輻射源；用于探測(cè)一個(gè)或多個(gè)非零衍射級(jí)次的所述變化的探測(cè)器；用于保護(hù)所述襯底的裝置；以及用于定位所述源、所述襯底以及所述探測(cè)器的裝置，以使所述源輻照所述標(biāo)板圖形，以及使所述探測(cè)器探測(cè)從所述標(biāo)板圖形衍射的所述輻射的一個(gè)或多個(gè)非零級(jí)次的所述變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的裝置，還包括用于探測(cè)從所述標(biāo)板圖形衍射的所述輻射的零級(jí)的第二探測(cè)器；用于相對(duì)于所述源和所述襯底定位所述第二探測(cè)器的裝置，以使所述第二探測(cè)器探測(cè)所述零級(jí)；以及用于基于所述探測(cè)到的零級(jí)確定所關(guān)心的第二尺寸的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的裝置，其中所述裝置配置為用于半導(dǎo)體制造的在線處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求9-10中任何一項(xiàng)的裝置，還包括用于基于所述一個(gè)或多個(gè)非零衍射級(jí)次的所述變化確定工藝條件與標(biāo)稱工藝條件的偏差的裝置；以及根據(jù)所述確定的工藝條件的偏差在隨后的工藝條件中提供調(diào)整的裝置。
全文摘要
描述了一種在襯底上測(cè)量尺寸的方法，其中標(biāo)板圖形(455)具有以主間距周期P重復(fù)的標(biāo)稱特征尺寸，并具有垂直于主方向的預(yù)定變化。然后輻照形成在所述襯底上的所述標(biāo)板圖形(455)，以探測(cè)至少一個(gè)非零衍射級(jí)次。將所述非零衍射級(jí)次對(duì)印刷特征尺寸相對(duì)于標(biāo)稱特征尺寸的變化的響應(yīng)用于確定在所述襯底上的所關(guān)心的尺寸，例如臨界尺寸或覆蓋。用于實(shí)施本發(fā)明的方法的裝置(40)包括輻照源(410)、用于探測(cè)非零衍射級(jí)次的探測(cè)器(460)，以及用于相對(duì)于所述標(biāo)板(455)定位所述源(410)的裝置，以便在所述探測(cè)器(460)探測(cè)來(lái)自所述標(biāo)板(455)的一個(gè)或多個(gè)非零衍射級(jí)次。
文檔編號(hào)G01B9/00GK1879063SQ200380110841
公開(kāi)日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2003年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月19日
發(fā)明者C·奧斯科尼特 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司