检查设备和方法、光刻系统和器件制造方法与流程

本申请要求享有2013年12月13日提交的EP申请13197291的权益，该申请在此通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及在例如通过光刻技术在制造器件中可用的度量的方法和设备，以及涉及使用光刻技术制造器件的方法。

背景技术：

光刻设备是将期望的图案施加至衬底上、通常至衬底的目标部分上的机器。光刻设备可以例如用于集成电路(IC)的制造中。在该情形中，备选地称作掩模或刻线板的图案化装置可以用于产生将要形成在IC的单独层上的电路图案。该图案可以转移至衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括一个或数个裸片的一部分)上。图案的转移通常是经由对在衬底上提供的辐射敏感材料(抗蚀剂)的层上成像的。通常，单独衬底将包含后续图案化的相邻目标部分的网络。

在光刻工艺中，频繁地希望对例如用于工艺控制和验证所产生的结构进行测量。用于做出这些测量的各种工具是已知的，包括扫描电子显微镜，其通常用于测量临界尺度(CD)，以及用于测量器件中两个层的叠置、对准精度的专用工具。近来，已经开发了散射仪各种形式以用于光刻领域。这些装置将辐射束引导至目标上并且测量被散射辐射的一个或多个属性－例如作为波长函数的在单独反射角下的强度；作为反射角函数的在一个或多个波长下的强度；或者作为反射角函数的偏振－以获得“频谱”，由此可以确定感兴趣目标的属性。可以由各种技术执行感兴趣属性的确定：例如，由诸如严格耦合波分析或有限元方法的迭代逼近对目标结构的重构；库搜索；以及主分量分析。

已知散射仪的示例包括在US2006033921A1和US2010201963A1中所述类型的角分辨散射仪。由这些散射仪使用的目标相对较大，例如40μm乘以40μm，光栅和测量光束产生了比光栅较小的光斑(也即光栅未充满)。当其可以有效地认作是无限时未充满光栅简化了目标的数学重构，光斑有效地限定了散射仪的视场(FOV)。然而，由该大型目标占据的“占用面积”的成本是主要问题。将有用的是包括横跨衬底的多个度量目标。将特别感兴趣的是将目标的尺寸减小至例如10μm乘以10μm或更小，例如5μm乘以5μm，因此它们可以位于产品特征中间，而不是在划片线中。已经提出了用于叠置的度量，其中光栅被制成小于测量光斑(也即光栅被充满)。对形式为暗场图像的衍射谐波的检测使得能对更小的目标进行叠置测量。暗场度量的示例可以在国际专利申请WO2009/078708和WO2009/106279中找到。

尽管使用暗场成像检测以允许对小的充满的目标进行有用的叠置测量，但其并未为其他类型度量提供合适的信号。此外，叠置测量很大程度上取决于除了叠置之外所有参数的并未改变的假设。用以确定诸如临界尺度(CD)、侧壁角度(SWA)或高度的参数的对目标结构的重构仍然要求大型目标，其由照射光斑(视场)未充满。专利申请US2012/0123748A1更详细地描述了该重构方法。在专利US6850333中，其提出形成伸长的照射光斑。该光斑用于沿光栅周期性方向尽可能照射更多线条，并未在线条方向上(垂直于周期性方向)充满。然而对于未充满光栅的需求限制了其可以缩减的程度。为了减小照射光斑的尺寸以便于允许光栅更小，减小了在给定时间中可以捕获到辐射的量，导致测量方法缓慢，和/或精度损失。

技术实现要素：

希望提供用于度量的技术。

本发明在第一方面提供了一种测量衬底上结构的属性的方法，所述方法包括如下步骤：

(a)提供具有光栅的衬底，其中多个结构在第一方向上以距离gP周期性地设置，每个结构在垂直于第一方向的第二方向上单独地延伸了距离gL；

(b)采用具有限定尺寸和形状的辐射光斑照射所述结构，使得光斑在所述第一方向上的范围fP大于距离gP，而光斑在第二方向上的范围fL小于距离gL；

(c)检测由所述光斑限定的视场内所述结构和所述辐射之间相互作用得到的信号；以及

(d)基于检测到的信号计算所述属性的测量。

在本发明的一些实施例中，光栅是伸长的，使得gL是gP的两倍或更多倍、或三倍或更多倍。光栅可以小于传统的光栅，使得gP例如小于8μm、小于6μm或小于4μm。

在一些实施例中，视场是伸长的，使得fP是fL的两倍或更多倍，或者fL的三倍或更多倍。视场可以在至少一个方向上小于传统的照射光斑，使得fL例如小于6μm，小于4μm或小于3μm。

在一些实施例中，在照射光学系统中由可调的视场光阑限定所述光斑的尺寸和形状。相反地，如上所述的专利US’333仅提出限制照射光瞳以定形照射光斑。

方法的步骤(d)可以包括例如如下项：

(d1)定义数学模型，其中所述结构的形状和材料属性由包括至少一个感兴趣的参数的多个参数表示；

(d2)当改变参数或感兴趣的参数时通过仿真所述辐射与所述数学模型之间的相互作用来计算多个模型信号；

(d3)计算在已检测信号与步骤(d2)中计算的模型信号的至少一些之间的匹配程度；以及

(d4)基于计算的匹配程度来报告所述感兴趣的参数的测量。

由于光栅和照射光斑之间的相互关系，模型信号的计算可以简化。例如，可以仅相对于两个尺度计算所述模型信号，其中假设结构在第二方向上是无限的。在一些实施例中，以迭代循环执行步骤(d2)和(d3)以回归地找到感兴趣的参数的值。

本发明在另一方面提供了一种用于测量衬底上结构的属性的检查设备，设备包括：

－用于衬底的支座，衬底具有在其上形成的目标结构；

－光学系统，用于采用辐射光斑照射目标结构并且检测由所述辐射和所述目标结构之间的相互作用得到的信号；

－处理器，被设置用于基于所述检测到的信号计算所述属性的测量，

其中所述处理器被设置用于基于所述目标结构包括光栅的假设而计算所述测量值，在光栅中多个结构在第一方向上以距离gP周期性地设置，每个结构在垂直于第一方向的第二方向上单独地延伸了距离gL，

以及其中所述光学系统可操作用于照射限定所述辐射光斑的形状和尺寸，使得光斑在所述第一方向上的范围fP大于距离gP，而光斑在所述第二方向上的范围fL小于距离gL。

可以修改设备的特征以执行以上所述方法的实施例。

在一些实施例中，自动地设置设备以针对相同衬底上的多个光栅重复所述照射、检测和计算，以及其中第一方向和第二方向的定向对于所述光栅中的不同光栅而不同。设备也可以可操作为使用针对不同定向的光栅光斑的尺寸和形状。

本发明在第四方面进一步提供了一种计算机程序产品，包括用于使得处理器执行如上所述方法的步骤(d)的机器可读指令。

计算机程序产品可以进一步包括用于使得处理器控制检查设备以针对多个光栅执行方法的步骤(b)和(c)的指令。

#本发明另外进一步提供了一种光刻系统，包括：

－光刻设备，被设置用于以叠置方式将图案的序列从图案化装置转移至衬底上；以及

－检查设备，根据如上所述本发明的任意方面。

可以设置光刻设备以控制光刻设备，从而用于响应于使用之前衬底上检查设备做出的测量而应用校正。

本发明另外进一步提供了一种制造器件的方法，其中使用光刻工艺将器件图案的序列施加至一连串衬底，方法包括使用根据如上所述本发明的测量方法测量形成作为所述衬底的至少一个上的所述器件图案的一部分或者在所述器件图案旁侧的度量光栅的属性，其中响应于在一个或多个之前衬底上测量的属性而控制用于一个或多个衬底的光刻工艺。

以下参照附图详细描述本发明的其他特征和优点，以及本发明各个实施例的结构和操作。应该注意的是本发明不限于在此所述的具体实施例。这些实施例在此仅为了示意说明目的而展示。基于在此所包含的教导，额外的实施例对于本领域技术人员而言是明显的。

附图说明

现在将仅借由示例的方式参考附图描述本发明的实施例，其中：

图1示出了根据本发明的一个实施例的光刻设备；

图2示出了根据本发明的一个实施例的光刻单元或集群；

图3包括根据本发明一个实施例的形成检查设备的散射仪的示意图；

图4示出了衬底上的目标光栅以及在图3的设备的操作中在衬底上每个目标光栅上的测量光斑的轮廓，照射光斑和目标的相对尺寸根据本发明实施例设置；

图5示出了用于从使用图3和图4的设备和目标光栅检测到的信号重构结构的示例方法；

图6示意性示出了图3的散射仪中允许选择定制照射光斑尺寸的孔径转轮；

图7和图8示出了可以应用于本发明实施例的目标光栅和照射光斑的备选设计；以及

图9示出了包括使用图3至图8的设备和方法测量参数的器件制造方法。

具体实施方式

在详细描述本发明的实施例之前，有益的是展示其中可以实施本发明实施例的示例性环境。

图1示意性示出了光刻设备LA。设备包括配置用于调节辐射束B(例如UV辐射或DUV辐射)的照射系统(照射器)IL，构造用于支撑图案化装置(例如掩模)MA并且连接至配置用于根据某些参数精确地定位图案化装置的第一定位器PM的图案化装置支座或支撑结构(例如掩模工作台)MT；构造用于保持衬底(例如涂覆抗蚀剂的晶片)W并且连接至配置用于根据某些参数精确地定位衬底的第二定位器PW的衬底工作台(例如晶片工作台)WT；以及配置用于将通过图案化装置MA赋予辐射束B的图案投影至衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个裸片)上的投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS。

照射系统可以包括用于引导、定形或控制辐射的各种类型光学部件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电或其他类型光学部件，或者其任意组合。

图案化装置支座以取决于图案化装置的定向、光刻设备的设计、以及其他条件诸如例如图案化装置是否保持在真空环境中的方式保持图案化装置。图案化装置支座可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术以保持图案化装置。图案化装置支座可以是框架或工作台，例如，如所需要的其可以是固定或可移动的。图案化装置支座可以确保图案化装置处于所希望的位置处，例如相对于投影系统。在此术语“刻线板”或“掩模”的任何使用可以视作与更常用术语“图案化装置”同义。

在此使用的术语“图案化装置”应该广泛地解释为涉及可以用于在其截面赋予辐射束图案以便于在衬底的目标部分中产生图案的任何装置。应该注意的是赋予辐射束的图案可以不严密地对应于衬底的目标部分中的期望的图案，例如如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征。通常，赋予辐射束的图案将对应于在目标部分中产生的器件、诸如集成电路中的特定功能层。

图案化装置可以是透射式或反射式的。图案化装置的示例包括掩模、可编程镜面阵列、以及可编程LCD面板。掩模在光刻中是众所周知的，并且包括诸如二元、交替相移、和衰减相移的掩模类型，以及各种混合掩模类型。可编程镜面阵列的示例采用小镜面的矩阵设置，每个镜面可以单独地倾斜以便于沿不同方向反射入射的辐射束。倾斜的镜面在辐射束中赋予图案，其由镜面矩阵反射。

在此使用的术语“投影系统”应该广泛地解释为包括任何类型投影系统，包括折射、反射、折反射、磁性、电磁和静电光学系统，或其任意组合，如对于所使用曝光辐射合适的，或者对于诸如使用沉浸液体或使用真空的其他因素合适的。在此术语“投影透镜”的任何使用可以视作与更常用术语“投影系统”同义。

如在此所示，设备是透射式类型(例如采用透射式掩模)。备选地，设备可以是反射式类型(例如采用如上所述类型的可编程镜面阵列，或者采用反射式掩模)。

光刻设备可以是具有两个(双工作级)或多个衬底工作台(和/或两个或多个掩模工作台)的类型。在该“多工作站”机器中可以并联使用额外的工作台，或者当一个或多个其他工作台正用于曝光时可以执行预备步骤。

光刻设备也可以这样的类型，其中衬底的至少可以由具有相对高折射率的液体例如水覆盖，以便于填充投影系统和衬底之间的空间。沉浸液体也可以施加至光刻设备中其他空间，例如在掩模和投影系统之间。沉浸技术在本领域是众所周知用于提高投影系统的数值孔径。如在此使用的术语“沉浸”并非意味着诸如衬底的结构必须浸没在液体中，而是相反地仅意味着在曝光期间液体位于投影系统和衬底之间。

参照图1，照射器IL从辐射源SO接收辐射束。源和光刻设备可以是分立实体，例如当源是受激准分子激光器时。在这些情形中，源并不视作形成了光刻设备的一部分，并且辐射束借助于包括例如合适的引导镜面和/或扩束器的光束传递系统而从源SO传至照射器IL。在其他情形中源可以是光刻设备的整体部分，例如当源是汞灯时。源SO和照射器IL、如果需要的话与光束传递系统BD一起可以称作辐射系统。

照射器IL可以包括用于调节辐射束的角强度分布的调节器AD。通常，可以调节照射器光瞳面中强度分布的至少外和/或内半径范围(通常分别称作σ-外侧和σ-内侧)。此外，照射器IL可以包括各种其他部件，诸如积分器IN和聚光器CO。照射器可以用于调节辐射束，以在其截面具有所希望的均匀性和强度分布。

辐射束B入射在图案化装置(例如掩模)MA上，其保持在图案化装置支座(例如掩模工作台MT)上，并且由图案化装置而图案化。通过横跨图案化装置(例如掩模)MA，辐射束B穿过投影系统PS，其将光束聚焦至衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如干涉仪装置、线性编码器、2-D编码器或电容性传感器)，可以精确地移动衬底工作台WT，例如以便于在辐射束B的路径中定位不同的目标部分C。类似的，第一定位器PM和另一位置传感器(图1中并未示出)可以用于相对于辐射束B的路径精确地定位图案化装置(例如掩模)MA，例如在从掩模库机械检索之后，或者在扫描期间。通常，可以借助于形成了第一定位器PM的一部分的长冲程模块(粗略定位)和短冲程模块(精细定位)而实现图案化装置支座(例如掩模工作台)MT的移动。类似的，可以使用形成了第二定位器PW的一部分的长冲程模块和短冲程模块实现衬底工作台WT的移动。在步进机(与扫描仪相反)的情形中，图案化装置支座(例如掩模工作台)MT可以仅连接至短冲程促动器，或者可以被固定。

图案化装置(例如掩模)MA和衬底W可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2而对准。尽管如所示的衬底对准标记占据了专用的目标部分，它们可以位于目标部分之间的空间中(这些已知作为划片线对准标记)。类似的，在其中图案化装置(例如掩模)MA上提供多于一个裸片的情形中，掩模对准标记可以位于裸片之间。小型对准标记也可以位于裸片内，在器件特征之中，在该情形中希望的是标记尽可能小并且无需与相邻特征不同的任何成像或工艺条件。

所示设备将用于模式中。在扫描模式中，当赋予辐射束的图案被投影至目标部分C上时，同步地扫描图案化装置支座(例如掩模工作台)MT和衬底工作台WT(也即单次动态曝光)。可以由投影系统PS的(缩小)放大和图像反转属性而确定衬底工作台WT相对于图案化装置支座(例如掩模工作台)MT的速率和方向。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单次动态曝光中部分的宽度(沿非扫描方向)，而扫描运动的长度确定了目标部分的高度(沿扫描方向)。其他类型的光刻设备和工作模式是可能的，如本领域众所周知。例如，步进模式是已知的。在所谓的“无掩模”光刻中，可编程图案化装置保持固定但是具有变化的图案，并且移动或扫描衬底工作台WT。

也可以采用对如上所述使用模式的组合和/或改变或者采用完全不同的使用模式。

光刻设备LA是所谓的双工作级类型，其具有两个衬底工作台WTa、WTb和两个工作站－曝光工作站和测量工作站－衬底工作台可以在它们之间交换。尽管一个衬底工作台上一个衬底在曝光工作站处被曝光，另一衬底可以装载至测量工作站处的另一衬底工作台上并且执行各种预备步骤。预备步骤可以包括使用水平传感器LS映射衬底的表面控制，以及使用对准传感器AS测量衬底上对准标记的位置。

如图2中所示，光刻设备LA形成了光刻单元LC的一部分(有时也称作光刻单元或集群)，其也包括用于在衬底上执行预曝光或后曝光工艺的设备。传统地，这些设备包括用以沉积抗蚀剂层的旋涂器SC，用于显影已曝光抗蚀剂的显影器DE，冷却板CH和烘焙板BK。衬底处理器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底，在不同工艺设备之间移动它们并且将它们输送至光刻设备的装载处LB。通常共同地称作轨道的这些装置在轨道控制单元TCU的控制下，其自身由监管控制系统SCS控制，该系统也经由光刻控制单元LACU而控制光刻设备。因此，可以操作不同的设备以最大化产量和处理效率。

图3示出了适合用于在此所公开本发明实施例中的检查设备100的示例。在该示例中，设备是适用于除了其他功能之外执行角分辨散射度量的散射仪。在如上所述的现有技术专利申请US2006033921A1和US2010201963A1中更详细描述了散射仪的工作原理。散射仪可以是独立装置或者包含在光刻设备LA中，例如在测量工作站处，或者包含在光刻单元LC中。由虚线O表示遍布设备具有数个分支的光轴。在该设备中，由源110(例氙气灯)发出的光经由光学系统引导至衬底W上，光学系统包括：透镜120，孔径挡板130，透镜系统140，分束器150以及物镜160。这些透镜120、140、160以4F设置的双重序列而设置。如果需要的话可以使用不同的透镜设置。可以通过在展示了衬底平面的空间谱的、在此称作(共轭)光瞳面的平面中限定空间强度分布而选择辐射入射在衬底上的角度范围。特别地，这可以通过在作为物镜光瞳面的背投成像的平面中在透镜120和140之间插入合适形式的孔径挡板130而实现。通过使用不同的孔径不同的照射模式是可能的。剩余的光瞳面希望是黑暗的，因为在所希望照射模式之外的任何不希望的光将干涉所希望的测量信号。可以均调整沿径向和圆周方向的照射角分布、以及诸如辐射的波长、偏振和相干性的属性以获得所需的结果。这些概念对于熟练读者是熟悉的并且在此将不再详细描述。

如图3中所示，光栅目标T放置于衬底W正交于物镜160的光轴O。照射射线170、172聚焦至照射光斑，从偏离轴线O的角度撞击在目标T上引起衍射线174、176。应该记住的是采用充满的小目标光栅，这些射线仅是覆盖了包括度量目标T和其他特征的衬底区域的许多平行射线的一个。照射光斑内每个元件在散射仪的视场内。因为板13中孔径具有有限的宽度(接纳有用的光量所需)，入射的射线170、172将实际上占据角度范围，并且衍射的射线174、176将稍微展开。根据小目标的点展开函数，每个衍射阶分量将进一步在角度范围之上展开，并非如所示的单独理想射线。

由物镜160收集由衬底W上目标衍射的至少0和+1阶分量并且通过分束器150引导返回。第二分束器180将衍射的光束划分为两个测量分支。在第一测量分支中，光学系统182使用第零和第一阶分量衍射光束而在第一传感器190(例如CCD或CMOS传感器)上形成目标的衍射谱(光瞳面图像)。每个衍射阶分量在传感器上撞击不同点，以使得图像处理可以比较并且对照阶分量。设备也可以用于诸如暗场成像的许多测量目的，其并非本公开的主题。例如，提供第二测量分支200以在第二传感器23(例如CCD或CMOS传感器)上形成衬底W上目标的图像。第二管理分支可以用于诸如聚焦散射仪的各种辅助功能，以及用于介绍中所述类型的暗场成像。

为了对于不同尺寸和形状光栅提供定制的视场，在从源110至物镜的路径上在透镜系统140内提供可调的场阑300。场阑300包含孔径302并且位于于目标T平面共轭的平面中，以使得照射光斑成为孔径302的图像。可以根据缩放因子缩放图像，或者孔径与照射光斑可以为1:1尺寸关系。为了制造适用于这些不同类型测量的照射，孔径挡板300可以包括形成在盘片周围的许多孔径图案，盘片旋转以使得所需图案处于合适位置。以下描述图6中所示的该简单示例。备选地或者额外地，可以提供一组挡板300并交换，以实现相同效果。也可以使用诸如可变形镜面阵列或透射式空间光调制器的可编程孔径装置。

图3中示出了轴线X和Z。轴线Y引入页面中。通常，目标光栅将与平行于Y轴线或者平行于X轴线延伸的其光栅线条对准。关于其衍射行为，具有平行于Y轴线延伸线条的光栅在X方向上具有周期性，而具有平行于X轴线延伸线条的光栅在Y方向上具有周期性。为了沿两个方向测量光刻工艺的性能，通常均提供了两个光栅类型，或者衬底W的Y方向循环。尽管我们为了简要将涉及光栅线条，实际上，每个线条和/或线条之间空间可以是由更小的子结构形成的结构。光栅可以立刻沿两个尺度周期性而形成，例如建模的结构是柱体或通孔。这些变化对于本领域技术人员是众所周知的。

为了本发明的目的，孔径302可以是伸长的，并且以两个版本而提供，如在302X和302Y处所示，以使得可以相对于光栅的周期性方向以所需方式定向照射光斑(视场)的长轴。

图4示出了在第一实施例中照射光斑(视场)和目标光栅的定制设计的原理。示出了目标，一个具有在X方向上的周期性而另一个具有在Y方向上的周期性。将使用具有后缀X的附图标记描述X方向光栅。Y方向光栅具有含有后缀Y的对应特征。X和Y方向光栅的尺寸和其他特征在该示图中是等同的。然而，通常它们可以不同。此外，具有不同尺寸的光栅可以提供在相同衬底上。具有不同尺寸的照射光斑可以用于照射相同的光栅，以及不同的光栅。

目标光栅400X包括许多光栅线条，也即由光刻设备LA形成并且如所示沿平行于Y轴线方向延伸的限定结构。光栅400XR的尺度被标注并且标记为在周期性方向(第一方向)上的gPX和在平行于线条的方向(第二方向)上的gLX。在光栅周围，边界402X限定了禁区。在该禁区内，不允许将干涉光栅属性的测量的产品特征。示出了照射光斑410X，其在该示例中具有伸长形式。照射光斑可以形式为矩形，或者如所示为椭圆/卵形。如已经所述，照射光斑410X的尺寸和形状有效地限定了散射仪的视场(FOV)。尺度fPX是在光栅周期性方向上的视场的尺度，以及尺度fLX是在横跨周期性方向的、在光栅线条方向上的视场的尺度。

可以看出，已经进行了光栅400X和视场410X的设计，使得视场比在周期性的方向上比光栅更长(fPX>gPX)，而在平行于光栅线条方向上视场的尺度要小于光栅的尺度(fPX<gPX)。因此，由照射光斑410X限定的视场包括衬底的在周期性方向上越过光栅延伸的部分412X。相反地，光栅线条具有在平行于线条方向上适当延伸越过视场的部分414X。

关于Y方向光栅400Y，由照射光斑410Y限定的视场被设计为具有与刚才对于X方向光栅所述的相同关系。标记了尺寸，从而示出在周期性方向上视场比光栅更长(fPY>gPY)并且在线条方向上小于光栅的尺寸(fLY<gLY)。因此通常被设计为使得fP>gP并且fL<gL，无论光栅的定向。可以设置光栅和照射光斑的许多不同组合以满足这两个准则。将这些通常称作具有作为本公开主题的“定制视场”。

使用定制视场的重构工艺

诸如“基于回归”和“基于库”方法的图案重构方法的详细描述、以及不同类型散射仪的描述可以在US2012/0123748A1中找到。本文件描述了在“基于回归”的重构方法中具有定制视场的散射仪的使用。定制视场可以用于其他重构模型中，诸如“基于库”方法以及回归和库方法的混合。定制的视场可以应用在不同重构方法中，如果需要的话。

图5示出了用于使用参数化模型的目标重构以及使用诸如散射仪之类的检查设备检测的衍射图案(衍射谱)的“基于回归”方法。在该重构方法的类型中，计算基于目标形状(第一候选结构)的第一估算值的衍射图案，并且将其与测量的衍射图案比较。计算仿真了辐射与由模型描述的结构之间的相互作用。随后可以系统地改变模型的参数并且连续地迭代重新计算衍射图案，以产生新的候选结构并且因此达到最佳匹配。对于该说明书将假设目标是在一个方向上的周期性结构，例如如参照图3所述。实际上其可以沿两个(或更多)方向是周期性的，并且因此将改变工艺处理。衍射图案可以例如是由在图3的散射仪中的传感器190检测到的2-D光瞳图像。

在背景技术和权利要求的术语中，由散射仪测量的衍射图案是所检测到的信号的示例。使用参数化模型计算的衍射图案是模型信号的示例。更详细的方法步骤如下：

502：建立“重构模型”，其按照许多参数Pi(P1、P2、P3等等)限定了目标结构的参数化模型。这些参数可以表示为例如1-D周期性结构，侧壁的角度，特征的高度或深度，特征的宽度。目标和下置层的材料属性也由诸如折射率(在散射仪辐射束中存在的特定波长下)之类的参数表示。重要的，尽管目标结构可以由描述了其形状和材料属性的许多参数限定，重构模型将许多这些限定为具有固定数值，而其他的对于以下工艺步骤的目的将是可变的或“浮动”参数。在现有技术公开US2012/0123748A1中描述了一种方法，由此对在固定和浮动参数之间做出选择。选择的集合可以称作对于重构方法的“配方”，并且可以尝试不同的配方。例如，现有技术公开介绍了其中可以允许参数改变而并未完全独立浮动参数的方式。在实施本发明中可以采用或不采用这些技术。为了描述图5的目的，仅浮动参数被视作参数pi。

503：通过针对浮动参数(也即P1⁽⁰⁾,P2⁽⁰⁾,P3⁽⁰⁾等等)设置初始数值Pi⁽⁰⁾而估算模型目标形状。每个浮动参数将在某些预定范围内产生，如配方中所限定的那样。

504：使用散射仪并且使用图4中所示定制视场测量衬底上真实目标的衍射图案。该测得衍射图案转发至诸如计算机之类的计算系统。计算系统可以是如上所述的处理单元PU，或者其可以是分立设备。506：表示目标的估算形状的参数、与建模目标的不同元件的材料属性一起用于计算散射行为。这可以例如使用诸如RCWA的严格光学衍射方法或者电磁学的麦克斯韦方程的其他求解程序(称作EM求解程序)而实现。如以下进一步所述，当使用作为本申请主题的定制视场时，可以采用适用于有限光栅的特定求解程序。这对于估算的目标形状给出了模型衍射图案。

508，510：随后比较测得的衍射图案和模型衍射图案，并且它们的相似性和差异性将用于计算针对模型目标形状的“评价(merit)函数”。

512：假设评价函数指示：在其精确表示真实目标形状之前模型需要改进，估算新参数P1⁽¹⁾,P2⁽¹⁾,P3⁽¹⁾等并且将其迭代地反馈至步骤506中。步骤506－512重复，以便于搜索最佳地描述了测得目标的参数值集合。为了帮助搜索，在步骤506中的计算可以进一步产生评价函数的偏导数，指示随着参数增大或减小的灵敏度将增大或减小评价函数，在该特定区域中在参数空间中。评价函数的计算以及导数的使用在本领域通常是已知的，并且在此不再详述。

514：当评价函数指示该迭代过程已经以所需精度收敛在解上时，将当前估算的参数报告作为真实目标结构的测量值。

为了解释的方便，已经以某些顺序展示了以上方法的步骤。它们不必以所述顺序执行。例如，步骤502和/或503可以在步骤504中进行测量之后而执行。该迭代过程的耗时主要地由所使用的正向衍射模型而确定，也即使用来自估算的目标结构的严格光学衍射理论对估算模型衍射图案的计算。如果要求更多浮动参数，则存在更多自由度。计算时间随着自由度数目而增大。估算的或者在506处计算得到的模型衍射图案可以表示为各种形式。例如，当模型包括设备的从照射源110至检测器190的光学行为以及目标在检查下的散射行为时，建模的衍射谱可以容易地与由图3的散射仪设备测得的衍射谱比较。当将要在每个衬底上测量许多目标时这成为重要的考虑事项。

本说明书全文中从图5开始，术语“衍射图案”将基于使用角分辨散射仪的假设而作为检测到的信号的示例，如以上的图3的示例性设备中以及现有技术公开US2012/0123748A1中所述。本领域技术人员可以容易地将所教导的内容适用于不同类型散射仪，或者甚至其他类型测量仪器。

总之，图5的方法使用模型适配方案以从散射仪测量信号推推导目标结构的参数。尽管概念原则上是简单的，实际上难以设计重构模型。当对于噪声、校准误差、模型近似值和其他参数变化敏感时，应该优化模型以响应于感兴趣的参数的真实变化而实现最优测量。最终，应该减小模型运行时间。尽管已经设计并且连续改进了对这些问题的解决方法，但是当前不存在精确地测量比检查设备FOV更小目标的解决方案。在目标被充满时，来自目标的有限性以及其周围环境的信息有助于所检测的信号，并且在重构的测量中引入偏置。可以尝试减小FOV但是可应用的光量对应地减小。调查了不同光源和其他方法，但是所有均受限于目标的有限性。也即是说，即便光斑足够小以至于未充满目标，但是因为边缘衍射，照射光斑的真实范围较大并且目标的有限性仍然在检测到衍射图案中是重要的影响。

比FOV小的目标可以在建模过程中称作“孤立”的目标，而比FOV(未充满)大的目标可以视作是无限的。为了从所检测的信号重构3-D孤立目标，要求软件研发并且不可避免地具有较慢的重构过程。在处理时间和/或存储器方面要求3-D EM求解程序。发明人已经认识到对于减小目标尺寸问题的备选解决方案是产生可以在一个方向上小于视场、但是在另一方向上大于视场的目标的定制组合。通过合适的选择这些尺寸，可以减小或消除有限性的影响。此外，可以利用额外的信息以改进测量针对除了感兴趣的参数之外的其他参数变化的稳健性。额外地，使用定制设计的知识，可以简化重构模型步骤506中使用的EM求解程序，从而减小了计算负担。

在此所展示的实施例中设计的目的是将目标(线条光栅)照射为在模型中可以做出以下假设：

－光栅线条沿着垂直于周期性方向的方向是无限的；以及

－光栅自身在周期性方向上是有限的(孤立的)。

这可以通过关于光栅尺寸和定向选择合适的FOV来实现，如图4中所示。例如矩形FOV形状(将仪器的场阑300中放置该孔径形状)将使得FOV看到二维孤立目标(尺度X，Z；沿Y无限)。步骤506中的散射分析可以通过将3-D孤立结构制成更简单易于仿真的2-D孤立结构而大大简化，并且诸如RCWA之类的合适求解程序可用，2-D孤立结构更为简单地仿真。由Pisarenco和Setija在US20130035911A1中公开了特别适用于有限光栅的求解程序。注意到术语1-D可以用在文献中，涉及在X(或Y)方向上但是并非两个方向建模的光栅。当涉及“1-D”光栅时，第二尺度(Z)视作是隐含的。

进一步预期，相比于针对2-D无限光栅而言，针对2-D孤立光栅的重构问题更好地被调节(针对未知变量更稳健)。相信这是由于来自越过光栅的视场部分(图4中412X)的漫射场贡献。这可以有助于根据下置堆叠的材料和几何结构中的其他影响提取散射结构的几何结构参数。

与可以使得仿真更精确和/或可以简化工艺处理同时地，可以减小目标的整体尺度。作为尺度的示例，使得目标在一个方向上更小，这可以导致例如2.5×10μm的形状。使用定制的FOV，该目标可以占据与5×5平方μm光栅相同的面积，但是提供了改进的精确度和/或简化的处理。注意在该示例中，较短的尺度是在周期性方向上(gP<gL)，这与背景技术中提到的专利US6,850,333中所述的形状相反。

图6示出了孔径转轮600，其可以在图3的设备中用作场阑300。孔径转轮的形式为薄板，其可以在透镜系统140内合适的平面中以各种定向和位置安装，使得不同的单独孔径可以如期望地位于光轴上。在该简单示例中，孔径转轮的旋转轴线示出在602处。单独孔径形成在各个位置处，例如设置在第一环形604和第二环形606上。通过朝向或者远离散射仪的光轴O而移动轴线602，可以使用任一环形上的所选择孔径。在内侧环形604上，提供各种圆形孔径，其被标注为610S(最小的)、610L(最大的)和610M(中间尺寸)。在真实的示例中，可以比在此所述的提供更多的中间尺寸。可以设计圆形孔径的直径以给出直径范围例如从1μm至8μm的光斑(视场)。在该示例中在照射光学系统中存在倍率，使得圆形孔径限定了视场，该视场是直径小于物理孔径的圆形光斑。例如，具有0.015的倍率，人们可以使用200μm(0.2mm)直径的孔径以获得直径3μm的视场。使用比辐射波长大许多倍的孔径避免了孔径中衍射效应，并且自然使得孔径挡板更易于制造。

在外侧环形606上，限定了许多矩形孔径，标注为620至630。620是小方形孔径，尽管其他孔径具有不同的伸长程度。为了示例，最长、最窄的孔径626示出为与光轴O对准。在实际器具中，可以提供更多数目的矩形孔径，并且它们可以在X和Y方向上均提供。采用虚线轮廓在环形606周围也示出了相同孔径622－630的旋转版本。孔径626’例如是孔径626的旋转版本。这些中的哪些用于X方向以及哪些用于Y是光学系统细节设计以及轴线标注的事宜。例如，尺寸范围可以包括被设计为给出3×3μm视场的方形，伴随有诸如0.3×4.5、3×7.5、3×12μm的FOV尺寸的其他伸长孔径。可以提供更窄的孔径，例如用以给出1.5×10.5μm的FOV尺寸，以及提供更宽的矩形孔径以给出诸如5.25×10.5μm的FOV尺寸。也可以提供不同尺寸的方形孔径，例如如在620’处采用虚线轮廓所示。应该理解，替代于旋转轮，可以提供可互换的孔径挡板，或者有数字微镜面装置(DMD)或液晶装置形成的可编程孔径装置(空间调光器)。自然，使用诸如DMD的反射装置或任何反射光斑以限定照射光斑尺寸和形状将暗示光学系统的重新设置。“孔径”应该理解为也包括合适的反射光斑，具有与重新设置的照射系统的情形中孔径相同的效果。

图7和图8示出了根据参照图3所述原理的、对于采用定制视场的目标设计的其他选项。光栅700X和700Y具有在X方向和Y方向上的周期性，之前分别提供了禁区702X和702Y。光栅700X和700Y在该示例中基本上是方形的。照射光斑710X和710Y在周期性方向上拉长，并且沿光栅线条方向缩窄，以便于符合如上所述条件。设置类似于图3中所示，除了孔径更矩形之外。方形光栅700X、700Y的侧边尺寸可以例如是5μm，而矩形照射光斑710X、710Y例如是2.5μm×10μm。当半导体器件的制造将希望光栅面积减小至例如5×5μm时，应该知晓，FOV将在一个方向上具有小于5μm的尺寸，例如小于4μm或甚至小于3μm。

查看图8，以与图7相同方式但是采用首尾数码“8”标注对应的特征。注意，尽管图7的示例以具有伸长视场的方向光栅为特征，图8的示例示出了具有粗略或精确方形的视场810X、810Y的伸长光栅800X、800Y。在该情形中，光栅沿光栅线条方向伸长，该方向垂直于它们的周期性方向。视场对于X和Y光栅基本上是相同的，以使得相同的光斑可以均用于X和Y光栅。

可以构思对于视场和光栅设计的很多变化。例如，其中图7和图8中已经示出了矩形/方形视场，可以使用椭圆和/或圆形视场。如果它们减小了孔径内和周围衍射效应，则弯曲的轮廓可以是有益的(该效应的强度取决于孔径尺度与所使用辐射波长之间的相互关系)。

光栅目标可以占据比图7中5×5μm更小面积、但是具有2.5×7.5μm的尺寸。在该情形中，FOV可以例如在一个方向上具有小于3.5×5μm的尺寸。在所有示例中，禁区可以比视场范围更大。可以例如设计合适的禁区以在光栅周围提供只消耗1μm的清晰边界。应该理解，边界在周期性方向上更重要，其中设计的视场延伸越过光栅。

图9是示出了其中如上所述类型测量用作用于控制度量和/或制造工艺基准的制造工艺的流程图。在步骤S11中，处理晶片(衬底)以产生产品特征以及包括具有如上所述小尺寸的光栅的度量目标。在步骤S12处，均使用图5的方法，采用定制视场检测来自光栅的衍射图案，并且计算光栅的属性。测得的属性可以例如是CD、SWA和光栅线条的高度。在步骤S13处，可选地使用测得属性(与可应用的其他信息一起)，以更新度量配方以使得可以更精确和/或更快速地做出未来目标的测量。已更新度量配方可以用于相同目标和晶片的重复测量，和/或用于后续处理晶片上目标的测量。如果期望，则更新过程可以是自动的。

至于度量工艺的主要目的，测得属性也可以用作对于光刻步骤品质以及通常工艺处理效果的指示符。在步骤S14中，从步骤S12得到的属性的知识用于更新控制了器件制造工艺中光刻图案化步骤和/或工艺处理步骤的配方。测量也可以用于触发缺陷晶片的返工，和/或用于调节配方中参数以用于处理其他晶片。同样，如果期望，则该更新可以是自动的。

结论

在此所公开的教导使得更小度量目标的设计和使用以实现除了叠置之外感兴趣的参数的重构。实现了大规模制造中更好的品质控制。

除了以上所述之外，许多变化和修改是可能的。

尽管如上所述目标结构是为了测量目的特别设计和形成的度量目标，在其他实施例中，可以对作为形成在衬底上器件的功能部分的目标测量属性。许多器件具有矩形的、类似光栅的结构。如在此使用的术语“目标光栅”和“目标结构”无需对于正执行的测量已经特定地提供结构。如已经所述，可以通过收集更精细子结构形成粗略结构特征、诸如光栅的线条和间隔。

根据如在衬底和图案化装置上实现的目标的物理光栅结构，实施例可以包括一种计算机程序，包括描述了在衬底上制造目标、测量衬底上目标和/或分析测量值以获得关于光刻工艺信息的方法的机器可读指令的一个或多个序列。该计算机程序可以例如在图3的设备中单元PU内和/或图2的控制单元LACU内执行。也可以提供具有存储在其中该计算机程序的数据存储媒介(例如半导体存储器，磁盘或光盘)。其中例如图3中所示类型的现有度量设备已经在制造和/或使用中，可以通过提供已更新计算机程序产品以用于使得处理器执行修改步骤506并且因此计算感兴趣的参数而实施本发明。程序可以可选地设置用于控制光学系统、衬底支座等等以对于合适的多个目标结构的测量值自动地执行步骤504等。控制程序的特殊功能是选择合适的场阑(孔径302)以对于每个目标限定定制的视场。可以与在度量配方中、与衬底或一批衬底一起接收的测量方法的其他参数一起而指示对于每个目标的合适的视场。

在以下条目中提供了根据本发明的其他实施例：

1.一种测量衬底上结构属性的方法，所述方法包括步骤：

(a)提供具有光栅的衬底，其中多个结构在第一方向上在距离gP之上被周期性地设置，每个结构在垂直于第一方向的第二方向上单独地延伸距离gL，

(b)采用具有限定尺寸和形状的辐射光斑照射所述结构以使得光斑在所述第一方向上的范围fP大于距离gP，而光斑在所述第二方向上的范围fL小于距离gL；

(c)检测从在所述辐射与由所述光斑限定的视场内所述结构之间的相互作用引起的信号；以及

(d)基于检测到的信号计算所述属性的测量值。

2.根据条目1的方法，其中gL是gP的两倍或更多倍，或者gP的三倍或更多倍。

3.根据条目1或2的方法，其中gP小于6μm。

4.根据任一前述条目的方法，其中fP是fL的两倍或更多倍，或者fL的三倍或更多倍。

5.根据任一前述条目的方法，其中fL小于4μm。

6.根据任一前述条目的方法，其中对于相同衬底上多个光栅重复步骤(a)至(d)，以及其中第一和第二方向的定向对于所述光栅的不同一个而不同。

7.根据条目6所述的方法，其中光斑的尺寸和形状对于不同定向不改变。

8.根据任一前述条目的方法，其中所述光斑的尺寸和形状由照射光学系统中可调场阑限定。

9.根据任一前述条目的方法，其中所述步骤(d)包括：

(d1)定义数学模型，其中所述结构的形状和材料属性由包括至少一个甘心去参数的多个参数表示；

(d2)通过当改变参数或感兴趣的参数时仿真所述辐射与所述数学模型之间相互作用而计算多个模型信号；

(d3)计算检测到的信号与步骤(d2)中计算的模型信号的至少一些之间的匹配程度；以及

(d4)基于计算的匹配程度报告所述感兴趣的参数的测量值。

10.根据条目9的方法，其中在迭代循环中执行步骤(d2)和(d3)以通过回归找到感兴趣的参数的数值。

11.根据条目9或10的方法，其中仅关于两个尺度计算所述模型信号，假设在第二方向上的结构是无限的。

12.根据任一前述条目的方法，其中所述检测到的信号是由角分辨散射仪获得的二维衍射图案。

13.一种用于测量衬底上结构的属性的检查设备，设备包括：

－支座，用于具有形成在其上的目标结构的衬底；

－光学系统，用于采用辐射光斑照射目标结构并且检测从所述辐射与所述目标结构之间相互作用引起的信号；

－处理器，设置用于基于所述检测到的信号计算所述属性的测量值，

其中所述处理器设置用于基于所述目标结构包括光栅的假设而计算所述测量值，其中多个结构在第一方向上周期性地设置在距离gP之上，每个结构单独地沿垂直于第一方向的第二方向延伸距离gL，

以及其中所述光学系统可操作用于照射限定所述辐射光斑的形状和尺寸以使得当光斑沿所述第二方向的范围fL小于距离gL时光斑沿所述第一方向的范围fP大于距离gP。

14.根据条目13的设备，设置以使得gL是gP的两倍或更多倍，或者是gP的三倍或更多倍。

15.根据条目13或14的设备，设置以使得gP小于6μm。

16.根据条目13至15任一项的设备，其中fP可以设置为是fL的两倍或更多倍。

17.根据条目13至16任一项的设备，其中fL可以设置为小于4μm。

18.根据条目13至17任一项的设备，其中自动地设置设备以对于相同衬底上多个光栅重复所述照射、检查和计算，以及其中第一和第二方向的定向对于所述光栅的不同一个而不同。

19.根据条目18的设备，可操作以使用光斑的尺寸和形状以用于不同定向的光栅。

20.根据条目13至19任一项的设备，其中由所述光学系统中可调场阑限定所述光斑的尺寸和形状。

21.根据条目13至20任一项的设备，其中设置所述处理器以通过以下计算所述属性的所述测量值：

－定义数学模型，其中由包括至少一个感兴趣的参数的多个参数表示所述结构的形状和材料属性；

－通过当改变参数或感兴趣的参数时仿真所述辐射与所述数学模型之间的相互作用而计算多个模型信号；

－计算在检测到的信号与计算得到模型信号的至少一些之间的匹配程度；以及

－基于计算得到的匹配程度报告所述感兴趣的参数的测量值。

22.根据条目21的设备，设置用于在迭代循环中执行所述计算步骤以通过回归找到感兴趣的参数的数值。

23.根据条目21或22的设备，其中仅关于两个尺度计算所述模型信号，假设结构在第二方向上是无限的。

24.根据条目13至23任一项的设备，其中所述检测到的信号是由角分辨散射仪获得的二维衍射图案。

25.一种计算机程序产品，包括用于使得处理器执行根据条目1至12任一项方法的步骤(d)的机器可读指令。

26.根据条目25的计算机程序产品，进一步包括用于使得处理器控制检查设备以对于多个光栅执行方法的步骤(b)和(c)的指令。

27.一种光刻系统，包括：

－光刻设备，设置用于将图案的序列从图案化装置转移至衬底上；以及

－根据条目13至24任一项的检查设备，设置用于测量由光刻设备转移的图案的属性。

28.根据条目27的光刻系统，设置用于控制光刻设备以响应于使用之前衬底上检查设备做出的测量而施加校正。

29.一种制造器件的方法，其中使用光刻工艺将器件图案的序列施加至一系列衬底，方法包括使用根据条目1至12任一项的测量方法测量作为至少一个所述衬底上所述器件图案的一部分或在其旁边而形成的度量光栅的属性，其中响应于在一个或多个之前衬底上测得的属性而控制对于一个或多个衬底的光刻工艺。

尽管以上已经在光学光刻的上下文中对本发明实施例的使用做出了具体参考，应该知晓的是本发明可以用于其他应用，例如压印光刻，并且其中上下文允许，不限于光学光刻。在压印光刻中，图案化装置中的拓扑结构限定了在衬底上产生的图案。图案化装置的拓扑结构可以压入提供至衬底的抗蚀剂层中，通过施加电磁辐射、热量、压力或其组合在衬底上固化抗蚀剂。在抗蚀剂固化之后从抗蚀剂移除图案化装置而在抗蚀剂中留下图案。

在此使用的术语“辐射”和“光束”包括所有类型电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有是或者约为365、355、248、193、157或126nm的波长)以及极紫外(EUV)辐射(例如具有在5－20nm范围中的波长)，以及粒子束，诸如离子束或电子束。

如上下文允许的，术语“透镜”可以涉及各种类型光学部件的任意一个或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学部件。

具体实施例的前述说明将完全揭露本发明的普通本质使得他人通过应用本领域内知识可以容易地修改和/或改变具体实施例以用于各种应用，而并未进行不适当的试验，并未脱离本发明的常规概念。因此，这些改变和修改意在基于在此所展示的教导和指引的而落入所公开实施例的等价方式的含义和范围内。应该理解的是在此的成语或术语是为了以示例描述说明、而并非限制的目的，以使得本说明书的术语或成语应由本领域技术人员受到教导和指引而解释。

本发明的宽度和范围不应受限于上述示例性实施例的任一，而是应该仅根据以下权利要求及其等价形式而限定。