确定周期性结构的边缘粗糙度参数的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年7月24日递交的ep申请17182817.1的优先权，上述ep申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

本公开涉及确定周期性结构的边缘粗糙度参数的方法，以及可用于例如通过光刻技术进行器件的制造中的检测设备。本公开还涉及相关的目标、衬底、计算机程序及计算机程序产品。

背景技术：

光刻设备是将所要图案施加至衬底上(通常施加至衬底的目标部分上)的机器。光刻设备能够用于例如集成电路(1c)的制造中。在这种情况下，图案形成装置(其替代地被称作掩模或掩模版)可用于产生将被形成在ic的各层上的电路图案。可将该图案转印至衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括管芯的部分、一个或多个管芯)上。通常通过成像到设置于衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行图案的转印。一般而言，单个衬底将包括依次被图案化的相邻目标部分的网络。这些目标部分通常被称作“场”。

在光刻工艺中，需要频繁地进行所产生结构的测量，例如用于工艺控制及验证。用于进行这些测量的各种工具是已知的，包括常常用于测量临界尺寸(cd)的扫描电子显微镜以及用于测量重叠(器件中两层的对准准确度)的特殊化工具。近来，已研发出在光刻领域中使用的各种形式的散射计。这些器件将辐射光束导向至目标并测量散射辐射的一个或多个性质-例如依据波长而变化的在单一反射角下的强度；依据反射角而变化的在一个或多个波长下的强度；或依据反射角而变化的偏振-以从可确定目标的所关注的性质中获得衍射“光谱”。

同时，已知的检测技术使用在可见光或紫外线波带中的辐射。这限制了可测量的最小特征，使得该技术会不再直接测量在现代光刻工艺中制得的最小特征。为了允许测量更小的结构，已提出使用例如相似于euv光刻中使用的极紫外(euv)波长的更短波长的辐射。举例而言，这种波长可在1至100纳米，或1纳米至125纳米的范围内。该波长范围的部分或全部还可被称作软x射线(sxr)波长。一些发明者可使用sxr表示较窄范围的波长，例如在1至10纳米或1至20纳米的范围。出于本公开的目的，将使用这些术语sxr及euv而不意指任何硬性区别。还预期使用例如在0.1至1纳米的范围内的较硬x射线的量测。已公开的专利申请wo2015172963a1中公开了以透射和/或反射散射模式使用这些波长的透射及反射量测技术的示例。已公开的专利申请us2016282282a1、us2017045823a1、wo2017025392a1及w02017108404a1中公开了以透射和/或反射散射模式使用这些波长的量测技术及设备的另外的示例。所有这些申请的内容通过引用方式并入本文中。

合宜的sxr辐射的源包括高阶谐波产生(hhg)源，其中来自激光器的红外线泵辐射通过与气态介质的相互作用而转换为较短波长辐射。hhg源可购自例如美国科罗拉多州博尔德市(bouldercolorado)的kmlabs(http://www.kmlabs.com/)。还考虑hhg源的各种修改以用于光刻检测设备的应用。举例而言，2016年11月11日的欧洲专利申请第16198346.5号公开了这些修改中的一些，该欧洲专利申请在本申请的优先权日未公开。已公开的专利申请us20170184511a1及w02017108410a1中公开了其他修改形式。2016年9月14日的在本优先权日未公开的欧洲专利申请第16188816.9号中描述了hhg辐射源中的波前校正，以最小化检测设备中测量光斑的模糊。所有这些申请的内容通过引用方式并入本文中。

新一代集成电路(ic)的最小特征尺寸(所谓的临界尺寸(cd))持续缩小。光刻工艺的每下一代(所谓的节点)面对比前一代更困难的挑战，重要的示例为线边缘粗糙度(ler)。对于100纳米以下的节点，光刻制造的ic结构的边缘可不再假定为直线，这是由于其纳米尺度随机变化变成整个结构的尺寸的不可忽略的部分，从而致使这些边缘“粗糙”。变化的3σ均方根(rms)值被称为线边缘粗糙度。当两个粗糙边缘形成例如线时，其宽度在统计上也变化，这被称为线宽粗糙度(lwr)。ler及lwr导致局部cd变化，局部cd变化可由局部cd均匀性(lcdu)值量化。

当前，通常使用临界尺寸扫描电子显微法(cd-sem)来表征线图案的ler、lwr及lcdu。举例而言，使用cd-sem的ler测量可基于多条线的多个长度的cd量测并由此导出粗糙度功率谱密度(psd)。psd描述了连续信号的功率如何遍及频率而分布。在边缘粗糙度的内容中，bunday等人的“influenceofmetrologyerrorinmeasurementoflineedgeroughnesspowerspectraldensity”(计量误差对测量线边缘粗糙度功率谱密度的影响)(proc.spie9050，metrology,inspection，andprocesscontrolformicrolithographyxxviii，90500g(2014年4月14日))中描述了此情形。本公开的内容通过引用方式并入本文中。

cd-sem测量的问题在于其为极慢的过程。必须使用足够的样本点测量多条线以获得足够代表性的ler参数估计。由于有限的视野对低频ler变化的不敏感通常导致ler的低估。

测量ler的另一方法是使用通常是硬x射线的小角度x射线散射，其中透射小角度x射线散射(saxs)或反射掠入射saxs(gi-saxs)x射线光束由线的(材料)晶格衍射。衍射束包括关于线的材料分布并由此包括ler的信息。

硬x射线散射计具有以下缺点：紧凑的亮源不可用，且在整个晶片/晶片台或在极小掠入射角(gi-saxs；导致极大光斑尺寸)下的透射测量(saxs)在诸如用于半导体器件制造的体积制造环境中难以实现。

对于宽间隔的线(具有许多传播衍射阶)，还已知的是结合在一起的许多阶的衍射强度对所述线的ler敏感。该方法已用于duv/euv(sxr)波长范围内。

来自许多衍射阶的强度的ler确定具有以下缺点：这些阶仅针对大间距/波长比率而传播，这使得该方法不能用于小产品上间距(即使在sxr/euv波长范围内)。

技术实现要素：

本发明旨在改善边缘粗糙度参数的确定。

本发明在第一方面中提供一种确定周期性结构的边缘粗糙度参数的方法，该方法包括：

通过从周期性结构散射的辐射束获得散射信号；以及

基于围绕非镜面衍射阶的散射信号的分布来确定边缘粗糙度参数。

本发明在第二方面中提供一种目标，该目标包括在多于一个方向上呈周期性的且被优化以用于根据该第一方面的方法来确定边缘粗糙度参数的周期性结构。

本发明在第三方面中提供一种衬底，该衬底包括根据该第二方面的目标。

本发明在第四方面中提供一种用于检测衬底上的周期性结构的检测设备，该检测设备包括：

(a)辐射源，其被配置为使用辐射束照射衬底的区域；

(b)检测器，其被配置为检测从该周期性结构反射的散射辐射束以便提供散射信号；

(c)处理器，其可操作以控制该检测设备以便进行该第一方面的方法。

本发明在第五方面中提供一种计算机程序，其包括当在合适计算机设备上运行时使该计算机设备执行该第一方面的方法的计算机可读指令。

本发明进一步提供一种包括该第五方面的计算机程序的计算机程序产品。

以下，将参照附图来详细地描述另外的特征及优点以及各种实施例的结构及操作。应注意，本发明不限于本文中所描述的特定实施例。本文中仅出于说明性目的而呈现此类实施例。基于本文中包括的教导，另外的实施例对于相关领域的普通技术人员而言将是显而易见的。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参考附图描述实施例，在所述附图中：

图1描绘光刻设备以及形成用于半导体器件的生产设施的包括量测设备的其他设备，该量测设备包括根据本发明的实施例的检测设备；

图2示意性地显示可应用本发明的检测设备的实施例中的部件的布置；

图3a至图3c示意性地显示分别针对不具有粗糙度、具有周期性粗糙度及具有随机粗糙度的1-d周期性结构在k空间中的衍射阶，其全部使用单色照射。

图4a及图4b示意性地显示分别针对不具有粗糙度和具有随机粗糙度的1-d周期性结构在k空间中的衍射阶，两者都使用宽带照射。

图5a及图5b示意性地显示分别针对不具有粗糙度和具有随机粗糙度的2-d周期性结构在k空间中的衍射阶，两者都使用宽带照射。

图6为根据本发明的实施例的方法的流程图。

图7示意性地显示根据本发明的实施例的确定边缘粗糙度参数的数据流。

图8显示用于实施本文中所公开的方法的计算机设备。

具体实施方式

在详细地描述本发明的实施例之前，有指导性地呈现可实施本发明的实施例的示例环境。

图1在100处显示了作为实施大容量光刻制造工艺的工业设施的一部分的光刻设备la。在本示例中，制造工艺适于在诸如半导体晶片的衬底上制造半导体产品(集成电路)。技术人员将了解，可通过在该工艺的变型中处理不同类型的衬底来制造各种各样的产品。半导体产品的生产纯粹用作现今具有重大商业意义的示例。

在光刻设备(或简言之，“光刻工具”100)内，在102处显示了测量站mea，在104处显示了曝光站exp。在106处显示了控制单元lacu。在该示例中，每一衬底访问测量站及曝光站以具有被施加的图案。举例而言，在光学光刻设备中，投影系统用于使用经调节的辐射及投影系统将产品图案从图案形成装置ma转印至衬底。通过在辐射敏感抗蚀剂材料层中形成图案的图像来完成该转印。

本文所使用的术语“投影系统”应被广泛地解译为涵盖适于所使用的曝光辐射或适于诸如浸润液体的使用或真空的使用的其他因素的任何类型的投影系统，包括折射、反射、反射折射、磁性、电磁及静电光学系统或其任何组合。图案化ma器件可为将图案赋予至由图案形成装置透射或反射的辐射光束的掩模或掩模版。公知的操作模式包括步进模式及扫描模式。众所周知，投影系统可以以多种方式与用于衬底及图案形成装置的支撑件及定位系统合作，以将所要图案施加至横过衬底的许多目标部分。可使用可程序化图案形成装置来替代具有固定图案的掩模版。辐射例如可包括在深紫外(duv)波带或极紫外(euv)波带中的电磁辐射。本公开还适用于其他类型的光刻工艺，例如(例如)通过电子束的压印光刻及直写光刻。

光刻设备控制单元lacu控制各种致动器及传感器的所有移动及测量，从而致使设备接收衬底w及掩模版ma并实施图案化操作。lacu还包括用于实施与设备的操作相关的所希望的计算的信号处理及数据处理能力。实际应用中，控制单元lacu将被实现为许多子单元的系统，每个子单元处置设备内的子系统或部件的实时数据获取、处理及控制。

在曝光站exp处将图案施加至衬底之前，衬底在测量站mea处被处理使得可进行多种预备步骤。所述预备步骤可包括使用水平传感器来绘图衬底的表面高度以及使用对准传感器来测量衬底上的对准标记的位置。对准标记名义上被布置在规则的栅格图案中。然而，由于产生标记时的不准确度且还由于衬底在其整个处理中发生的变形，标记偏离理想的栅格。因此，除了测量衬底的位置及取向以外，在实际应用中如果设备将以极高的准确度在正确部位处印刷产品特征，对准传感器实际应用中还必须详细地测量跨过衬底区域的许多标记的位置。

光刻设备la可以是具有两个衬底台的所谓的双载物台类型，每个衬底台具有通过控制单元lacu控制的定位系统。在曝光站exp处曝光一个衬底台上的一个衬底的同时，可在测量站mea处将另一衬底装载至另一衬底台上，从而可进行各种预备步骤。因此，对准标记的测量极为耗时，并且提供两个衬底台会实现设备产出率的相当大的增加。如果在衬底台处于测量站处以及处于曝光站处时位置传感器if不能测量衬底台的位置，则可提供第二位置传感器以使得能够在两个站处追踪衬底台的位置。当光刻设备la属于具有两个衬底台的所谓的双载物台类型时，曝光站及测量站可以是在他们之间可交换衬底台的不同位置。然而，该仅为一个可能的配置，测量站及曝光站不必是不同的。举例而言，已知具有单一衬底台，在曝光前测量阶段期间测量台暂时联接至该单一衬底台。本发明不限于任一类型的系统。

在生产设施内，设备100形成“光刻胞”或“光刻簇”的部分，该“光刻胞”或“光刻簇”还包括涂覆设备108以用于将感光抗蚀剂及其他涂层施加至衬底w以供设备100图案化。在设备100的输出侧处，提供烘烤设备110及显影设备112以用于将曝光图案显影成实体抗蚀剂图案。在所有这些设备之间，衬底处置系统负责支撑衬底且将衬底自一台设备转移至下一台设备。常常被统称作“轨道(track)”的这些设备处于轨道控制单元的控制下，轨道控制单元自身受到管理控制系统scs控制，管理控制系统scs还经由光刻设备控制单元lacu而控制光刻设备。因此，不同设备可被操作以使产出及处理效率最大化。管理控制系统scs接收配方信息r，该配方信息r极详细地提供待执行以产生每个图案化衬底的步骤的定义。

一旦图案在光刻胞中被施加和显影，则图案化衬底120被转移至诸如在122、124及126处所示出的其他处理设备。广泛的处理步骤由典型制造设施中的各种设备来实施。出于示例目的，该实施例中的设备122为蚀刻站，设备124执行蚀刻后退火步骤。在另外设备126等中应用另外的物理和/或化学处理步骤。可能需要众多类型的操作以制造实际器件，诸如材料沉积、表面材料特性改质(氧化、掺杂、离子植入等)、化学机械抛光(cmp)等等。实际应用中，设备126可表示在一个或多个设备中执行的一系列不同的处理步骤。

众所周知，半导体器件的制造涉及多次重复这种处理，以在衬底上逐层地构造具有适当材料及图案的器件结构。因此，到达光刻簇的衬底130可为新制备的衬底，或可为先前完全在该簇中或在其他设备中被处理的衬底。类似地，取决于所需的处理，可使离开装置126的衬底132返回以用于同一光刻簇中的后续图案化操作，他们可经指定以用于不同簇中的图案化操作，或他们可为待发送以用于切块及封装的成品。

产品结构的每一层需要一组不同的工艺步骤，用于每一层的设备126可以是完全不同的类型。另外，即使由设备126应用的处理步骤在大型设施中名义上是相同的情况下，还可存在并行地工作的多个假设相同的机器以对不同衬底执行步骤126。这些机器之间小的设置差异或疵点会意味着他们以不同方式影响着不同衬底。甚至对于每一层是相对通用的步骤，诸如蚀刻(设备122)，也可由名义上相同但并行地工作以最大化产出率的多个蚀刻装置来实施。此外，实际应用中，不同层根据待蚀刻的材料的细节需要不同蚀刻工艺，例如化学蚀刻、等离子体蚀刻，而且需要特定的要求，诸如各向异性蚀刻。

先前和/或后续工艺可在如刚才所提及的其他光刻设备中执行，甚至可在不同类型的光刻设备中执行。举例而言，相比于要求不高的其他层，器件制造工艺中的在诸如分辨率及覆盖率(overlay)的参数上要求极高的一些层可在更进阶光刻工具中来执行。因此，一些层可曝光于浸没类型光刻工具中，而其他层于“干式”工具中曝光。一些层可于在duv波长下工作的工具中曝光，而其他层使用euv波长辐射曝光。

为了正确地且一致地曝光通过光刻设备曝光的衬底，需要检测被曝光的衬底以测量诸如后续层之间的覆盖/重叠误差、线厚度、临界尺寸(cd)等的性质。因此，定位有光刻胞lc的制造设施还包括量测系统met，量测系统met收纳已在光刻胞中处理的衬底w中的部分或全部。将量测结果直接地或间接地提供至管理控制系统(scs)138。若检测检测到误差，则可对后续衬底的曝光作出调整，尤其是在可足够迅速地且快速地完成量测以使得同一批量的其他衬底仍处于待曝光的情况下。此外，已经曝光的衬底可被剥离及重新加工以提高良率，或被舍弃，由此避免对已知有缺陷的衬底执行进一步处理。在衬底的仅一些目标部分有缺陷的状况下，可仅对良好的那些目标部分执行进一步曝光。

图1中还显示了量测设备140，该量测设备被提供以用于在制造工艺中的想要阶段对产品的参数进行测量。现代光刻生产设施中的量测设备的常见示例为散射计，例如角度分辨散射计或光谱散射计，且其可应用在设备122中进行蚀刻之前在120处量测显影衬底的性质。在使用量测设备140的情况下，可确定例如诸如重叠或临界尺寸(cd)的重要性能参数并不满足显影抗蚀剂中指定的准确度要求。在蚀刻步骤之前，存在通过光刻簇剥离已显影的抗蚀剂和重新处理衬底120的机会。还众所周知，通过管理控制系统scs和/或控制单元lacu106随着时间推移进行小幅度调整，来自设备140的量测结果142可被用于维持光刻簇中的图案化操作的准确性能，由此使制得不合格产品和需要重新加工的风险最小化。当然，量测设备140和/或其他量测设备(图中未示出)可应用于测量处理衬底132、134及传入衬底130的性质。

量测设备140可视需要实施混合量测系统。现代光刻生产设施中的量测设备的常见示例为散射计，例如角度分辨散射计或光谱散射计，并且其可在设备122中进行蚀刻之前在120处被应用于量测显影衬底的性质。

每一代光刻制造技术(通常被称作技术“节点”)具有对诸如cd的性能参数较严厉的规格/指标。量测中的主要挑战中之一为产品内的特征尺寸变得愈来愈小，而且该更小的特征尺寸还应反映在量测目标的设计中。因此，量测设备140可包括被设计以使用波长短于已知可见光或uv波长的辐射操作的检测设备。作为特定示例，可使用具有在1纳米至10纳米或1纳米至20纳米范围内波长的软x射线(sxr)辐射，或可使用具有在1纳米至100纳米范围内波长的更一般的极紫外euv辐射。

实际应用中，可使用多种检测设备，而非江所有目的依赖于单一检测设备。混合量测系统可包括在不同波长下工作的散射计和其他类型的检测设备，使得可在混合量测系统内执行多种类型的测量以获得给定目标结构上的参数或所关注参数的较佳的总体测量。

混合量测系统内的检测设备中的每一者可具有用于特定特性的辐射的特定照射系统。上文所提及的公开的专利申请w02017108404a1中提供了可结合的设备的类型的更加详细的示例。出于本公开的目的，假定量测设备140是使用短于100纳米的波带中的软x射线(sxr或euv)辐射的检测设备。该sxr检测设备可应用作为混合量测系统中的检测设备中的一者，但还可视需要单独地应用。

图2纯粹作为示例示出了检测设备302的示意性实体配置，该检测设备302包括使用euv/sxr辐射的光谱散射计。检测设备的替代形式可以以角度分辨散射计的形式提供，类似于在更长波长下操作的已知散射计，该角度分辨散射计以正入射或近正入射的方式使用辐射。检测设备302包括辐射源310、照射系统312、衬底支撑件316、检测系统318及量测处理单元(mpu)320。在该示例中，源310包括基于高阶谐波产生(hhg)技术的euv或软x射线辐射的产生器。这种源可购自例如美国科罗拉多州博尔德市(bouldercolorado)的kmlabs(http://www.kmlabs.com/)。辐射源的主要部件是驱动激光器330和hhg气体胞332。气体供应件334将合适的气体供应至气体胞，在该气体胞中，该合适气体可选地由电源336离子化。驱动激光器可例如为具有光学放大器的以光纤为基础的激光器，从而产生每脉冲可持续例如小于1奈秒(1ns)的红外线辐射的脉冲，其中脉冲重复率视需要达到几兆赫兹。红外线辐射的波长可为例如大约1微米(1pm)。将激光脉冲作为第一辐射光束340递送至hhg气体胞332，其中在气体中，辐射的一部分转换为比第一辐射更高的频率，成为包括具有所要(一个或多个)波长的相干第二辐射的光束342。

第二辐射可包括多个波长。若该辐射为单色的，则可简化测量计算(例如重新构建)，但在使用hhg的情况下较易于产生具有若干波长的辐射。气体胞332内的气体体积限定了hhg空间，虽然该空间无需被完全围封并且可使用气体流代替静态体积。举例而言，气体可为惰性气体，诸如氖气(ne)或氩气(ar)。n2、o2、he、ar、kr、xe气体皆可被考虑。这些情形为设计选择问题，并且甚至可为同一设备内可选择的选项。不同波长例如在对不同材料的结构进行成像时将提供不同等级的对比度。举例而言，为了检测金属结构或硅结构，可将不同波长选择为用于成像(碳基)抗蚀剂的特征或用于检测这些不同材料的污染的波长。可提供一个或多个滤光器件344。举例而言，诸如铝(a1)薄膜的滤光器可用于切断基本ir辐射以免进一步传递至检测设备中。可提供光栅(图中未示出)以从气体胞中产生的波长当中选择一个或多个特定谐波波长。在真空环境内可包括光束路径中的一些或全部，应记住，sxr辐射在空气中行进时会被吸收。辐射源310及照射光学元件312的多种部件可以是可调整的，以在同一设备内实施不同量测“配方”。举例而言，可使不同波长和/或偏振为可选择的。

取决于在检测中的结构的材料，不同波长可提供至下层中所希望程度的穿透。为了解决最小器件特征以及最小器件特征当中的缺陷，短波长很可能是较佳的。举例而言，可选择在1纳米至20纳米或1纳米至10纳米的范围内的一个或多个波长。短于5纳米的波长当反射半导体制造中通常所关注的材料时遭受极低的临界角。因此，选择大于5纳米的波长将会在较高的入射角下提供较强的信号。另一方面，若检测任务是检测某一材料的存在例如检测污染，则高达50纳米的波长可能是有用的。

经滤光的光束342自辐射源310进入检测腔室350，在该检测腔室中，包括感兴趣的结构的衬底w由衬底支撑件316保持以用于检测。感兴趣的结构被标注为t。检测腔室350内的环境由真空泵352维持为接近真空，使得euv辐射可在无不当衰减的情况下传递通过该环境。照射系统312具有将辐射聚焦成聚焦光束356的功能，并且可包括例如如上文所提及的公开专利申请w02017108404a1中所描述的二维曲面反射镜或一系列一维曲面反射镜。执行聚焦以在投影至感兴趣的结构上时实现直径低于10微米的圆形或椭圆形光斑s。衬底支撑件316包括例如x-y平移载物台及旋转载物台，通过x-y平移载物台及旋转载物台可使衬底w的任何部分在所希望的定向上到达光束的焦点。因此，辐射光斑s形成于感兴趣的结构上。

散射辐射360由检测器318捕捉并且光谱被提供至处理器320以用于计算目标结构t的性质。照射系统312及检测系统318因此形成检测设备。该检测设备可包括us2016282282a1中所描述种类的sxr光谱反射计。还可提供衬底在一个或多个维度上的倾斜。

为辅助光斑s与所希望产品结构的对准及聚焦，检测设备300还可提供在量测处理器320的控制下使用辅助辐射的辅助光学件。量测处理器320还可与位置控制器372通信，该位置控制器操作平移载物台及旋转载物台。处理器320经由传感器接收关于衬底的位置及定向的高度准确的回馈。传感器374可包括例如干涉计，其可给出大约皮米级的准确度。在检测设备300的操作中，由检测系统318获取的光谱数据382被传送到量测处理单元320。

如所提及，替代形式的检测设备在正入射或近正入射的条件下使用sxr辐射。两种类型的检测设备可被提供在混合量测系统中。待测量的性能参数可包括覆盖率(ovl)、临界尺寸(cd)、相干衍射成像(cdi)及依分辨率覆盖(aro)量测。sxr辐射可例如具有小于100纳米的波长，例如使用5纳米至30纳米的范围内的辐射。该辐射在特性上可以是窄频带或宽频带。

类似于用于当今生产设施中的光学散射计，检测设备140可用于测量在光刻胞内处理的抗蚀剂材料内的结构(显影后检测或adi)，和/或用于在结构已在较硬材料中形成之后测量所述结构(蚀刻后检测或aei)。举例而言，可在衬底已由显影设备112、蚀刻设备122、退火设备124和/或其他设备126处理之后使用量测设备140来检测所述衬底。

图2的检测设备可用于本发明的实施例中以确定作为多种类型的性能参数的边缘粗糙度参数。

边缘粗糙度参数可包括线边缘粗糙度(ler)、线宽粗糙度(lwr)，以及自身可从ler及lwr得到的局部cd均匀性(lcdu)。边缘粗糙度参数可表示粗糙度的“幅度”，也可表示粗糙度的“频率”(或频率分布)。频率可区分于名义衍射阶辐射附近的散射辐射的角度分布。离散粗糙度频率将呈现为离散的衍射峰，其在角度上正交于平滑周期性结构的衍射图案而取向。将从光栅目标确定的边缘粗糙度参数在目标的线的多个边缘进行平均。

当在衬底w的区域s中存在周期性结构(诸如目标t的部分)时，使用辐射束356照射该区域会导致具有衍射阶的散射辐射360。检测器318产生散射信号382，该散射信号编码表示散射辐射360的衍射阶的光谱资料。衍射阶可表示为光谱数据中的波峰。举例而言，当散射信号为强度信号时，依据波长而变化的强度的波峰为衍射阶。散射信号可为模拟的或经数字编码的。其通常为电信号。

周期性结构的周期的偏差被解释为边缘粗糙度。周期性结构中的单个周期性特征(诸如线)的粗糙度导致散射辐射360及散射信号382中围绕衍射阶的分布的改变。因此，粗糙度信息被编码到散射信号中的衍射阶中。可从围绕衍射阶的散射信号强度分布来确定诸如ler和/或lwr的边缘粗糙度参数。

实施例量测围绕非镜面衍射阶的散射强度的分布以确定ler。由于仅需要(至少)一个衍射阶，故该方法可被应用到产品节距(例如18纳米至90纳米)并且使用软x射线或极紫外(euv)波长体系(约1纳米至100纳米，或可选的约5纳米至50纳米，或可选的约10纳米至20纳米)。为了该波长体系，合适的紧凑的源(激光产生等离子体/放电产生等离子体/hhg)存在或被研发。适度或近正入射角可用于这种传感器中，从而允许出现小光斑因此支持小目标的使用。此外，用于衍射阶的成像的光学路径无需另外的光栅或聚焦光学件来实施宽频带光谱检测。

使用硬x射线的标准saxs/gi-saxs围绕镜面/反射光束进行操作。与此相反，在使用软x射线体系的本发明的实施例中，由光栅周期性的广角散射导致衍射峰，其由于粗糙度而从另外的散射被回旋(convoluted)。

现在我们将描述如何能够根据衍射峰附近的强度分布来测量ler/lwr。当电磁波照射于1d周期性结构(即，光栅或线结构)上时，其将取决于该结构的节距而衍射。完美的1d周期性线将在周期性方向上无限重复且沿着线的长度不变。这种1d周期性结构将仅展现可使用单阶指数识别的衍射阶，我们将把该单阶指数标注为h。然而实际应用中，线将展现在非周期性方向上的波动(ler或lwr)。针对于周期性宽度变化，这将导致可使用另外的阶指数k对其进行识别的离散衍射阶。因此，将存在由hk标注的衍射阶的2d晶格。沿着k方向的这些阶的强度在某种程度上对应于周期性线变化的振幅，并且这些阶的位置对应于周期性-类似于给出了在光栅周期的方向上的周期性的信息的h方向。

针对实际的ler或lwr(被描述为连续光谱密度函数)，在k方向上将不会呈现离散阶。替代地，宽广连续强度分布将围绕在h方向上的衍射阶在k方向上形成。接近于衍射阶的强度将对应于ler/lwr中的低频波动，而与该阶相隔大距离的强度将对应于ler/lwr中的快速波动。围绕该衍射阶的测量的强度分布可以以该方式与线粗糙度的光谱密度分布有关。

应注意，该解释适用于任何衍射阶，包括镜面(0阶)。围绕镜面光束的强度分布可以看做源自“小角度散射”，因此将其命名为saxs技术。相比于波长，通过大的周期性/结构散射而形成小角度。

图3a至图3c使用具有qx轴及qy轴的倒易空间或k空间的概念示出了原理。图3a至图3c示意性地显示分别针对不具有粗糙度、具有周期性粗糙度及具有随机粗糙度的1-d周期性结构在k空间中的衍射阶，其全部使用单色照射。

图3a涉及理想的1d周期性光栅。黑色圆点表示衍射阶，其使用来自-2至+2的指数h来标注。大圆圈为埃瓦尔德(ewald)球到qz＝0平面上的投影。此圆圈内的衍射阶被传播并且可被检测。由于光栅被设定为理想的，所以衍射阶为无限窄的δ(delta)波峰。每个波峰中的强度对关于精确的光栅几何形状的信息进行编码。

参照图3b，在y方向上添加具有单频的理想周期性线宽变化作为周期性线宽变化的简单示例。在这种状况下，其中对应于单频的所添加的周期大于光栅周期。所添加的变化可通过调整理想光栅中的每个线的一个或两个边缘的宽度来实现。可添加ler及lwr两者。当ler及lwr两者具有相同的频率时，他们将具有不同衍射“指纹”，这是由于ler具有不对称性质而lwr具有对称性质。不对称ler在奇数衍射指数k中将最明显。这导致在倒易空间中的波峰的2d晶格，其中qy方向通常由整数k标注。仅显示来自-2至+2的k值，但晶格会无限地延伸，然而通常强度随着k幅值的增大而降低。

参照图3c，而非沿着光栅线的真实周期性，我们现在引入更加实际的粗糙度变化。这导致衍射峰沿着qy方向扩展。因此在该方向上的波峰的宽度会增大。波峰内的强度分布可与粗糙度的功率谱密度(psd)有关。一般而言，psd为粗糙度轮廓的自相关函数的傅立叶变换。这提供依据粗糙度的空间频率而变化的表面的粗糙度的振幅的表示。在这种状况下，空间频率与沿着qy轴的位置线性地相关，而且沿着qy轴的衍射强度与粗糙度psd成比例。虚线矩形显示在已知saxs或gi-saxs实验中检测到的倒易空间的部分，其依赖于仅对硬x射线有效的弱散射(波恩近似法)。点线矩形显示在本发明的实施例中为了检测非镜面阶(h＝-l、h＝-l、h＝+l、h＝+2)的k空间中的程度。

实施例针对小散射角度可容易地实施，因此具有比波长大得多的周期。在这种状况下，实施例对ler/lwr中的长程分量最敏感。长程分量将引起相对小的散射角度并且可容易由可具有有限数值孔径(na)的光学系统获取。

图3a至图3c显示了单色照射的情形。然而，对于提供宽带照射的检测设备，衍射图案更复杂。这在图4a至图5b中示出，还是在具有qx轴及qy轴的倒易空间或k空间中。在图4a至图5b中，大圆圈为埃瓦尔德球到qz＝0平面上的投影。与单色情形一样适用同样的原理，但是每个波长的ler/lwr敏感度将在每个波长稍微不同(图4b及图5b中未示出)。

图4a及图4b示意性地显示了分别针对不具有粗糙度及具有随机粗糙度的1-d周期性结构在k空间中的衍射阶，两者都具有宽带照射。图4a显示了不具有粗糙度(在x方向上具有周期性)的1-d理想周期性目标的衍射阶。具有不同灰度的小圆点对应于宽带照射中的不同离散波长的衍射阶。图4b显示ler/lwr沿着qy得到加宽，其中强度变得围绕衍射阶分布，其被显示为具有与图4a的圆点相同的宽度的椭圆形。

图5a及图5b示意性地显示了分别针对不具有粗糙度及具有随机粗糙度的2-d周期性结构在k空间中的衍射阶，两者均使用宽带照射。2-d周期性结构的示例为接触孔阵列。图5a示出了不具有粗糙度的2-d周期性目标的衍射阶。关于图4a，具有不同灰度的小圆点对应于宽带照射中的不同离散波长的衍射阶。图5b显示了随着沿着qx和qy的不同加宽对粗糙度的x及y贡献的不同幅值。与图5a的圆点形成对比，强度变得围绕衍射阶分布，其被显示为椭圆形。

图6为确定周期性结构的边缘粗糙度参数的方法的流程图。在该示例中，周期性结构在衬底上的目标中。周期性结构包括光刻图案化的层或堆叠。周期性结构可为在晶片上制作的堆叠的层中的一层或多层中的另一材料或光阻结构。因此，实施例可用于“蚀刻后检测”处，在蚀刻后检测时，周期性结构被蚀刻到集成电路目标的层中。周期性结构可为在一个方向上呈周期性的结构(诸如1-d光栅)，或在多于一个方向上呈周期性的结构(诸如2-d阵列)。

在诸如参照图2所描述的检测设备中周期性结构被照射(602)。照射辐射束可包括具有在1纳米至100纳米的范围内、可选的在5纳米至50纳米的范围内或可选的在10纳米至20纳米的范围内的波长的辐射。举例而言，其可具有通常用于euv光刻中的13.5纳米的波长。在其他实施例中，照射辐射束可包括具有较长波长、包括高达可见波长的辐射。

可从入射到周期性结构上的单色或非单色辐射束获得散射信号。非单色辐射束可由高阶谐波产生(hhg)照射源产生。入射到周期性结构上的非单色辐射束可接着具有多个离散波长。

较佳地从以相对于包括周期性结构的衬底的垂直于其平面的轴线成小于70度的入射角入射到该衬底上的辐射束中获得散射信号。这不同于作为在使用硬x射线的反射中执行saxs的唯一方式的掠入射saxs(gi-saxs)。典型gi-saxs角度与掠入射相距几度。本发明的实施例使用近正入射而非掠入射，诸如小于70度、小于45度或小于20度。进入较近正入射的原因在于存在较多的传播衍射阶。此最大化在2-d周期性结构的状况下检测到的光的分布及信息内容。远离正入射会在一个方向上给出较低的“k1”值，而在另一方向上产生“k1”的损失(“k1”为光刻术方程式中的前因子，线宽＝ki*波长/na)。

该方法接着具有以下两个步骤：

在步骤604处，从辐射束获得散射信号，该辐射束从周期性结构散射。在该示例中，散射信号包括散射强度信号。其通过检测检测设备中的远场衍射图案的图像来获得。

在步骤606处，基于围绕非镜面衍射阶的散射信号的分布来确定边缘粗糙度参数，诸如ler和/或lwr。举例而言，该确定可使用如下文参照图7所进一步描述的峰加宽模型来完成。

确定ler和/或lwr可涉及将散射信号的分布与校准数据对比。校准数据可以是经验性的，诸如来自还已经使用sem测量的校准样本所获得的散射数据的分布。校准数据可以是模拟的，诸如来自周期性结构及照射及检测的全模拟所获得的散射数据的分布。在模拟校准数据的另一示例中，可基于实体假定从简单模型获得散射数据的分布。

确定ler和/或lwr可涉及对比散射信号的分布与估计数据。估计数据可以是由模型产生的散射数据的分布。可通过反复优化该模型来最小化散射信号的分布与估计数据之间的误差。ler和/或lwr参数可以是模型中的被优化的变量或可从模型中被优化的变量获得。

确定边缘粗糙度参数可包括基于散射信号的分布确定边缘粗糙度参数的功率谱密度。

可基于确定的ler和/或lwr确定临界尺寸均匀性(cdu)值。

边缘粗糙度参数的计算可基于散射信号中的非镜面衍射阶的形状。该计算可基于在垂直于与周期性目标的周期性相关联的方向的倒易空间方向上围绕非镜面衍射阶的散射信号的分布。在图3c中，该垂直的倒易空间方向为qy，阶的分布以及因此散射信号的分布被显示为在该方向上较长地延伸的椭圆形。因此，散射信号中的非镜面衍射阶在qy方向上的宽度可用于确定ler和/或lwr。

在2-d周期性结构的状况下，针对周期性结构的第一周期性方向(例如qy)，围绕第一非镜面衍射阶(例如一阶)的散射信号的第一分布可用于确定ler和/或lwr。针对周期性结构的第二周期性方向(例如qx)，围绕指数与第一非镜面衍射阶不同的第二非镜面衍射阶(例如二阶)的散射信号的第二分布还可被使用。

该方法可实施于检测设备中以用于检测衬底上的周期性结构。诸如参照图2所描述的检测设备具有：

(a)辐射源310，其被配置为使用辐射束356照射衬底w的区域；

(b)检测器318，其被配置为检测从周期性结构散射的散射辐射束360以便提供散射信号382；

(c)处理器320，其可操作以控制检测设备以便执行参照图6所描述的方法。

检测设备的不同实施例可具有用于执行方法的不同实施例的动作/步骤。

如参照图6所描述，周期性结构在衬底上的目标中。检测设备的实施例可用于“显影后检测”或“蚀刻后检测”处的示例。

周期性结构可由辐射源310照射，虽然可使用其他辐射源来提供具有合适波长的辐射。辐射源可被配置为提供具有在1纳米至100纳米的范围内、可选的在5纳米至50纳米的范围内或可选的在10纳米至20纳米的范围内的波长的照射辐射。举例而言，其可具有通常用于euv光刻中的13.5纳米的波长。在其他实施例中，照射辐射束可包括具有包括高达可见波长的较长波长的辐射。

可从入射到周期性结构上的单色或非单色辐射356束获得散射信号。非单色辐射束可由高阶谐波产生(hhg)照射源310产生。入射到周期性结构上的非单色辐射束可接着具有多个离散波长。

较佳地从以相对于包括周期性结构的衬底的垂直于其平面的轴线成小于70度的入射角入射到该衬底上的辐射束获得散射信号。检测设备的实施例使用较近正入射而非掠入射，诸如小于70度(如图2中所示)、小于45度或小于20度。

因此，检测器318从辐射束360获得散射信号382，该辐射束360系从周期性结构散射。在该示例中，散射信号382包括散射强度信号。其通过检测检测设备中的远场衍射图案的图像来获得。

mpu320或另一处理器(其可分布遍及多于一个处理单元)基于围绕非镜面衍射阶的散射信号的分布来确定边缘粗糙度参数，诸如ler和/或lwr。举例而言，该确定可使用如下文参照图7所进一步描述的峰加宽模型来完成。

以与参照图6所描述相同的方式，mpu可通过将散射信号的分布与校准数据对比或与估计数据对比来确定ler和/或lwr。

mpu可通过基于散射信号的分布确定边缘粗糙度参数的功率谱密度从而确定边缘粗糙度参数。

mpu可基于确定的ler和/或lwr来确定临界尺寸均匀性(cdu)值。

以与参照图6所描述的相同的方式，边缘粗糙度参数的mpu的计算可基于散射信号中的非镜面衍射阶的形状。

图7示意性地显示根据本发明的实施例的确定边缘粗糙度参数的数据流。

原始散射信号数据702从如以上所描述的检测设备获得。通常基于目标的几何模型704和使用用于周期性单位胞元的严密电磁求解程序而重新构建几何参数706诸如cd、高度(h)、侧壁角(swa)及覆盖率(ovl)。较难以严密地求解粗糙度参数(因为不存在周期性)。

可使用峰加宽模型708来执行基于围绕非镜面衍射阶的散射信号的分布而确定诸如ler和/或lwr及lcdu的边缘粗糙度参数710。在该示例中，这涉及例如通过曲线拟合确定峰宽。举例而言，可使用供识别衍射峰的单位胞元间距利用来自几何模型704的输入来确定峰宽。

峰宽与粗糙度参数之间的关系可通过例如使用设定/获取实验对参考工具(例如cd-sem)进行校准予以确定。峰宽与粗糙度参数之间的关系可使用严密电磁求解程序(例如有限元素模型化)予以确定。可使用策略，例如通过仅使用标称几何参数来控制计算时间。

可使用机器学习来确定峰宽与粗糙度参数之间的关系，以找到对任何相关可观察到的最佳控制策略(例如良率)加上一个或多个控制参数(例如蚀刻时间)。

本发明的实施例使用光谱解析的小角度散射且对ler/lwr具有良好的敏感度。因为衍射峰的形状可容易被2-d摄影机解析，所以无需另外的硬件或复合光学件。

本发明的实施例可使用计算机程序来实施，该计算机程序包括描述如以上所描述的确定周期性结构的边缘粗糙度参数的方法的计算机可读指令的一个或多个序列。该计算机程序可在合适的计算设备上执行。举例而言，其可在图1的管理控制系统(scs)或图2的量测处理单元(mpu)或某个其他控制器内执行。还可提供其中储存有该计算机程序的数据储存介质(例如半导体内存、磁盘或光盘)。

该控制单元mpu可包括如图8中所示的计算机组件。该计算机组件可以是在根据本发明的组件的实施例中呈控制单元的形式的专用计算机，或替代地是控制光刻投影设备的中央计算机。该计算机组件可被配置为用于加载包括计算机可执行代码的计算机程序产品。这可以使得计算机组件能够在下载计算机程序产品时通过水平传感器as及对准传感器ls的实施例来控制光刻设备的前述使用。

连接至处理器827的内存829可包括多个内存部件，比如硬盘861、只读存储器(rom)862、电可抹除可程序化只读存储器(eeprom)863及随机存取内存(ram)864。所有前述内存部件并不需要都存在。此外，前述内存组件并非必需实体地紧邻处理器827或彼此紧邻。其可经定位成相隔一距离。

处理器827还可连接至某种类的用户接口，例如键盘865或鼠标866。还可使用为技术人员所已知的触控屏幕、轨迹球、语音转换器或其他接口。

处理器827可连接至读取单元867，该读取单元被配置为从数据载体读取例如呈计算机可执行码的形式的数据并且在一些情形下将数据储存于数据载体上，该数据载体比如固态机868或cd-rom869。还可使用dvd或为技术人员所已知的其他数据载体。

处理器827还可连接至打印机870以在纸张上打印出输出数据，以及连接至为技术人员所知的任何其他类型的显示器的显示器871，例如监视器或液晶显示器(lcd)。

处理器827可通过负责输入/输出(i/o)的传输器/接收器873而连接至通信网路872，例如公众交换机网络(pstn)、局域网络(lan)、广域网(wan)等。处理器827可被配置为经由通信网路872而与其他通信系统通信。在本发明的实施例中，外部计算机(图中未示出)(例如操作者的个人计算机)可经由通信网路872而登入至处理器827中。

处理器827可被实施为独立系统或被实施为并行地操作的多个处理单元，其中每个处理单元被配置为执行较大程序的子任务。还可将处理单元划分成一个或多个主处理单元与若干子处理单元。处理器827的一些处理单元可甚至被定位成与其他处理单元相隔一距离且通过通信网路872而通信。模块之间的连接可以是有线的或无线的。

计算设备可为被配置为执行本文中所讨论的功能的具有类比和/或数字和/或软件技术的任何信号处理系统。

上文所描述的目标结构可为出于量测目的而特定地设计及形成的量测目标，但在其他实施例中，可在为形成于衬底上的器件的功能部件的目标上测量性质。许多器件具有类似于光栅的规则周期性结构。如本文中所使用的术语“目标”“光栅”或目标的“周期性结构”无需使已针对正被执行的测量特定提供适用结构。另外，量测目标的间距p接近于测量工具的光学系统的分辨率极限，但可比目标部分c中通过图案化工艺制得的典型产品特征的尺寸大得多。实际应用中，光栅的特征和/或空间可被制造成包括在尺寸方面相似于产品特征的较小结构。

在以下编号条项中定义另外的实施例：

1.一种确定周期性结构的边缘粗糙度参数的方法，该方法包括：

通过从周期性结构散射的辐射束获得散射信号；以及

基于围绕非镜面衍射阶的散射信号的分布来确定边缘粗糙度参数。

2.如条项1所述的方法，其中确定边缘粗糙度参数的步骤包括将该散射信号的分布与校准数据对比或与估计数据对比。

3.如条项1或条项2所述的方法，其中确定边缘粗糙度参数包括基于该散射信号的分布来确定边缘粗糙度参数的功率谱密度。

4.如前述任一条项所述的方法，进一步包括基于该周期性结构的被确定的边缘粗糙度参数确定临界尺寸均匀性值的步骤。

5.如前述任一条项所述的方法，其中确定边缘粗糙度参数是基于该散射信号中的该非镜面衍射阶的形状。

6.如前述任一条项所述的方法，其中基于在垂直于与该周期性目标的周期性相关联的方向的倒易空间方向上围绕所述非镜面衍射阶的所述散射信号的分布来确定边缘粗糙度参数。

7.如条项6所述的方法，其中确定该边缘粗糙度参数是基于在垂直于与该周期性目标的周期性相关联的所述方向的倒易空间方向上该散射信号中的非镜面衍射阶的宽度。

8.如前述任一条项所述的方法，其中该辐射束包括具有在1纳米至100纳米的范围内、可选地在5纳米至50纳米的范围内或可选地在10纳米至20纳米的范围内的波长的辐射。

9.如前述任一条项所述的方法，其中该辐射束包括具有为13.5纳米的波长的辐射。

10.如前述任一条项所述的方法，其中从入射到该周期性结构上的非单色辐射束获得所述散射信号。

11.如条项10所述的方法，其中该非单色辐射束由高阶谐波产生源产生。

12.如条项10或条项11所述的方法，其中入射到周期性结构上的非单色辐射束包括多个离散的波长。

13.如前述任一条项所述的方法，其中通过以相对于包括该所述周期性结构的衬底的垂直于其平面的轴线成小于70度的入射角入射到该所述衬底上的辐射束获得该所述散射信号。

14.如前述任一条项所述的方法，其中该散射信号包括散射强度信号。

15.如前述任一条项所述的方法，其中获得散射信号包括检测远场衍射图案的图像。

16.如前述任一条项所述的方法，其中该周期性结构包括光栅。

17.如前述任一条项所述的方法，其中该周期性结构包括在多于一个方向上呈周期性的结构。

18.如条项17所述的方法，包括基于以下确定边缘粗糙度参数：

针对该周期性结构的第一周期性方向围绕第一非镜面衍射阶的该散射信号的第一分布；和

针对该周期性结构的第二周期性方向围绕第二非镜面衍射阶的该散射信号的第二分布，该第二非镜面衍射阶具有与该第一非镜面衍射阶不同的指数。

19.如前述任一条项所述的方法，其中该周期性结构包括被光刻图案化的层或堆叠。

20.一种用于检测衬底的周期性结构的检测设备，该检测设备包括：

(a)辐射源，其被布置用以使用辐射束照射该衬底的区域；

(b)检测器，其被配置为检测从该周期性结构散射的散射辐射束以便提供散射信号；

(c)处理器，其可操作以控制该检测设备以便执行如条项1至19中任一项所述的方法。

21.一种包括计算机可读指令的计算机程序，当在合适计算机设备上运行时，该计算机可读指令使该计算机设备执行如条项1至19中任一项所述的方法。

22.一种计算机程序产品，其包括如条项21所述的计算机程序。

尽管上文可特定地参考在光学光刻的内容中对实施例的使用，但应了解，本发明的实施例可用于其他应用(例如压印光刻)中，并且在内容允许的情况下不限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的构形(topography)界定产生于衬底上的图案。可将图案形成装置的构形压入被供应至衬底的抗蚀剂层中，在衬底上，抗蚀剂通过施加电磁辐射、热、压力或其组合而固化。在抗蚀剂固化的后，将图案形成装置移出抗蚀剂，从而在其中留下图案。

对特定实施例的上述描述披露本了发明的实施例的一般性质，使得在不脱离本发明的一般概念的情况下，其他人可通过应用技术人员所了解的知识，针对各种应用而易于修改和/或适应于这些特定实施例，而无需进行过度实验。因此，基于本文中所呈现的教导及指导，这些适应于和修改意欲在所披露的实施例的等效的含义及范围内。应理解，本文中的措辞或术语出于例如描述而非限制的目的，以使得本说明书的术语或措辞将由技术人员按照所述教导及该指导进行解译。

本发明的广度及范围不应受上述例示性实施例中的任一者限制，而应仅根据以下权利要求及其等同物进行限定。