光刻过程中的量测的制作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年9月11日提交的欧洲申请17190401.4和2017年9月27日提交的欧洲申请17193415.1的优先权，这些申请通过引用全文并入本文。
本发明涉及用于估计光刻过程的参数的方法和设备，特别涉及确定这种估计的品质的方法和设备。在特别的布置中，所述参数可以是重叠。
背景技术：
光刻设备是一种构造为将所期望的图案应用到衬底上的机器。光刻设备能够例如用于集成电路(ic)的制造中。光刻设备可例如将在图案形成装置(例如，掩模)处的图案(也经常称为“设计布局”或“设计”)投影到设置在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。
为了将图案投影到衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。这种辐射的波长确定能够形成在衬底上的特征的最小尺寸。当前使用的典型的波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。使用极紫外(euv)辐射(其波长在4-20nm范围内，例如6.7nm或13.5nm)的光刻设备可用于在衬底上形成比使用例如波长为193nm的辐射的光刻设备更小的特征。
低k1光刻术可以用于处理尺寸小于光刻设备的经典分辨率极限的过程特征。在这种过程中，分辨率公式可以表达为
在光刻过程中，期望频繁地测量所产生的结构的参数。一个这种参数是重叠，其是结构的两个或更多个层已相对于彼此被制作的准确度的测量。一种用于测量重叠的技术是标绘具有正重叠偏置的第一特征的不对称性强度数据对具有负重叠偏置的第二特征的不对称性强度数据，然后确定通过该数据拟合的线的梯度。这种技术可以称为不对称性强度回归分析。这一过程在下文中更为详细地进行解释。
然而，不对称强度数据的品质受一个或更多个其它参数的影响，诸如第一特征和/或第二特征本身中的不对称性。期望确定重叠测量的估计的品质，以使得其可被接受、被拒绝或在量测方法期间被加权。
技术实现要素：
本文公开的方法和设备旨在解决或减轻与现有技术相关联的一个或更多个问题，包括本文所论述的或从本文导出的问题。特别地，所公开的方法和设备可以寻求解决确定参数(诸如重叠)的测量品质的问题。
此外，本发明人还认识到，针对一特定晶片确定重叠测量的品质可能是耗费时间的，并且也不适于半导体器件的高容量制造。因此，本发明人已经证实，期望具有用于确定诸如重叠的参数的品质而不会在光刻过程中引入高的时间负担的方法和设备。
根据本发明，在一方面中，提供了一种用于估计已经在被测试衬底上进行的光刻过程的参数的设备，所述估计基于已经通过不对称性强度数据的回归分析确定的回归分析数据，所述不对称性强度数据又通过使用由光学系统在一个或更多个波长处发射并由所述被测试衬底的至少第一特征衍射的辐射确定，所述设备包括：处理器，配置成基于在被测试衬底的至少第一特征的特征不对称性的测量并且还基于针对表示所述被测试衬底的至少一个另外的衬底的多个相应的至少第一特征所确定的关系，确定与所述被测试衬底有关的参数的估计的品质，所述关系是在与所述至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量与相应的第一特征的特征不对称性的测量之间的关系。
所述关系允许基于仅较少的不对称性强度测量确定重叠估计的准确度。
可选地，所述估计基于所述光学系统在多个波长处发射的辐射。
可选地，所发射的辐射由第一特征和第二特征衍射，第一特征具有正的重叠偏置，第二特征具有负的重叠偏置。
可选地，所述关系针对至少一个另外的衬底上的多个相应的第一特征和第二特征对确定。
可选地，所述特征不对称性的测量包括回归分析数据的截距项。
可选地，针对至少一个另外的衬底的参数的估计的品质的测量包括针对至少一个另外的衬底的相应的回归分析数据的拟合优度。
可选地，针对另外的衬底的相应的回归分析已经通过使用至少一个另外的衬底的多个相应的至少第一特征在大于所述光学系统发射的一个或更多个波长的多个波长下发射并衍射的辐射确定。
可选地，所述处理器还被配置为：如果被测试衬底的至少第一特征的特征不对称性的测量的幅值超过阈值，则忽略被测试衬底上的参数的估计，所述阈值基于针对至少一个另外的衬底的相应的至少第一特征确定的关系。
可选地，至少第一特征形成量测目标的一部分。
可选地，光学系统被配置为发射波长在如下的范围内的辐射：400nm至900nm；0.1nm至100nm；和/或10nm至20nm。
可选地，所述处理器还被配置为基于所述光学系统在三个或更多个波长处发射的并且从所述另外的衬底的多个相应的至少第一特征衍射的辐射，以：针对与所述另外的衬底有关的多个相应的至少第一特征确定另外的衬底的不对称性强度数据；基于所确定的另外的衬底的不对称性强度数据，确定与所述至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量以及与所述另外的衬底有关的特征不对称性的测量；和确定与至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量与多个相应的至少第一特征的特征不对称性的测量之间的关系。
可选地，所述处理器还被配置为：通过对所述另外的衬底的不对称性强度数据进行回归分析，确定与所述至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量。
可选地，与所述至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量包括回归分析的拟合优度。
可选地，所述处理器还被配置为：基于所确定的另外的衬底的不对称性强度数据来确定多个相应的至少第一特征的特征不对称性的测量。
可选地，所述多个相应的至少第一特征的特征不对称性的测量包括回归分析的截距项。
可选地，所述设备还包括以下中的一个或更多个：所述光学系统；和传感器，配置成感测被衍射的辐射。
可选地，光刻过程的参数包括重叠。
根据本发明的一方面，提供了一种用于基于辐射确定光刻过程的参数的估计的品质的测量与至少一个示例衬底的多个至少第一特征的特征不对称性的测量之间的关系的设备，所述辐射由光学系统在一个或更多个波长处发射并且从示例衬底的多个至少第一特征衍射，所述设备包括处理器，所述处理器配置为：基于被衍射的辐射确定与至少一个示例衬底有关的多个至少第一特征的不对称性强度数据；基于所确定的不对称性强度数据，确定与所述至少一个示例衬底有关的参数的估计的品质的测量以及与所述另外的衬底有关的特征不对称性的测量；和确定与至少一个示例衬底有关的参数的估计的品质的测量与多个至少第一特征的特征不对称性的测量之间的关系。
根据本发明的一方面，提供了一种检查设备，包括本文所述的任意设备。
可选地，检查设备是量测设备。
根据本发明的一方面，提供了一种光刻设备，包括本文所述的任意设备。
根据本发明的一方面，提供了一种光刻胞，包括本文所述的任意设备。
根据本发明的一方面，提供了一种用于估计已经在被测试衬底上执行过的光刻过程的参数的方法，所述估计基于已经通过不对称性强度数据的回归分析确定的回归分析数据，所述不对称性强度数据又通过使用由光学系统在一个或更多个波长处发射并由所述被测试衬底的至少第一特征衍射的辐射确定，所述方法包括：基于在被测试衬底的至少第一特征的特征不对称性的测量并且还基于针对表示所述被测试衬底的至少一个另外的衬底的多个相应的至少第一特征所确定的关系，确定与所述被测试衬底有关的参数的估计的品质，所述关系是在与所述至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量与相应的第一特征的特征不对称性的测量之间的关系。
可选地，所述估计基于光学系统在多个波长处发射的辐射。
可选地，所发射的辐射被第一特征和第二特征衍射，第一特征具有正的重叠偏置，第二特征具有负的重叠偏置。
可选地，针对至少一个另外的衬底上的多个相应的第一特征和第二特征对确定所述关系。
可选地，所述特征不对称性的测量包括回归分析数据的截距项。
可选地，其中针对至少一个另外的衬底的参数的估计的品质的测量包括针对至少一个另外的衬底的相应的回归分析数据的拟合优度。
可选地，针对另外的衬底的相应的回归分析已经通过使用从至少一个另外的衬底的多个相应的至少第一特征在大于所述光学系统发射的一个或更多个波长的波长发射并衍射的辐射确定。
可选地，所述方法还包括：如果被测试衬底的至少第一特征的特征不对称性的测量的幅值超过阈值，则忽略被测试衬底上的参数的估计，所述阈值基于针对至少一个另外的衬底的相应的至少第一特征确定的关系。
可选地，至少第一特征形成量测目标的一部分。
可选地，光学系统被配置为发射在如下的范围内的波长的辐射：400nm至900nm；0.1nm至100nm；和/或10nm至20nm。
可选地，所述方法还包括基于所述光学系统在三个或更多个波长处发射并且从所述另外的衬底的多个相应的至少第一特征衍射的辐射，以：针对与所述另外的衬底有关的多个相应的至少第一特征确定另外的衬底的不对称性强度数据；基于所确定的另外的衬底的不对称性强度数据，确定与所述至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量以及与所述另外的衬底有关的特征不对称性的测量；和确定与至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量与多个相应的至少第一特征的特征不对称性的测量之间的关系。
可选地，所述方法还包括：通过对所述另外的衬底的不对称性强度数据进行回归分析，确定与所述至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量。
可选地，与所述至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量包括回归分析的拟合优度。
可选地，所述方法还包括：基于所确定的另外的衬底的不对称性强度数据来确定多个相应的至少第一特征的特征不对称性的测量。
可选地，所述多个相应的至少第一特征的特征不对称性的测量包括回归分析的截距项。
可选地，光刻过程的参数包括重叠。
根据本发明的一方面，提供了一种用于基于辐射确定光刻过程的参数的估计的品质的测量与至少一个示例衬底的多个至少第一特征的特征不对称性的测量之间的关系的方法，所述辐射由光学系统在一个或更多个波长处发射并且从示例衬底的多个至少第一特征衍射，所述方法包括：基于被衍射的辐射确定与至少一个示例衬底有关的多个至少第一特征的不对称性强度数据；基于所确定的不对称性强度数据，确定与所述至少一个示例衬底有关的参数的估计的品质的测量以及与所述另外的衬底有关的特征不对称性的测量；和确定与至少一个示例衬底有关的参数的估计的品质的测量与多个至少第一特征的特征不对称性的测量之间的关系。
根据本发明的一方面，提供了一种计算机程序，包括指令，当在至少一个处理器上执行所述指令时所述指令使得至少一个处理器控制设备以执行根据本文所公开的方法。
根据本发明的一方面，提供了一种载体，包含上述的计算机程序，其中所述载体是电子信号、光学信号、无线电信号、或非暂时性计算机可读储存介质中的一个。
附图说明
本文参照附图描述了示例性实施例，其中：
图1是光刻设备的示意性表示；
图2a是光刻胞或簇的示意性表示；
图2b是用于光刻过程的整体控制环境的示意性表示；
图3a示出了散射仪的示意性表示；
图3b示出了目标和相关联的衍射辐射射线；
图3c和3d示出了与图3a的重叠设备一起使用的多对孔；
图4示出了多个光栅目标的形式和衬底上的测量斑的轮廓的示意性表示；
图5示出了在图3的散射仪中获得的图4的目标的图像的示意性表示；
图6是示出了估计重叠的方法的流程图；
图7是示出了估计重叠的方法的流程图；
图8是针对不具有特征不对称性的重叠光栅的a+随a-变化的描绘图；
图9是针对具有特征不对称性的重叠光栅的a+随a-变化的描绘图；
图10是示出了用于确定特征不对称性和光刻过程的参数的品质的关系的方法的流程图；
图11示出了晶片上的目标的分布和针对每个目标的拟合优度的测量；
图12示出了针对示例晶片拟合优度对特征不对称性的描绘图；
图13是示出了用于基于特征不对称性和光刻过程的参数的品质的关系确定光刻过程的参数的测量的品质的方法的流程图；
图14是计算机系统的示意性表示。
具体实施方式
在本文中，术语“辐射”和“束”被用于涵盖全部类型的电磁辐射，包括紫外辐射(例如具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外辐射(euv，例如具有在约5-100nm的范围内的波长)。
如本文中所使用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以被宽泛地解释为指代可以用于将图案化的横截面赋予入射辐射束的通用图案形成装置，所述图案化的横截面对应于待在衬底的目标部分中产生的图案；术语“光阀”也可以用于这种内容背景中。除了经典掩模(透射式或反射式；二元式、相移式、混合式等)以外，其它此类图案形成装置的示例包括：
-可编程反射镜阵列。关于这种反射镜阵列的更多信息在美国专利no.5,296,891和no.5,523,193中给出,所述专利通过引用并入本文中。
-可编程lcd阵列。这种构造的示例在美国专利no.5,229,872中给出，该专利通过引用并入本文。
图1示意性地描绘了一种光刻设备la。所述光刻设备la包括：照射系统(也称为照射器或光学系统)il，配置成调节辐射束b(例如uv辐射、duv辐射或euv辐射)；支撑结构(例如掩模台)t，构造成支撑图案形成装置(例如掩模)ma并且连接到第一定位器pm，所述第一定位器pm配置成根据特定参数来准确地定位图案形成装置ma；衬底台(例如晶片台)wt，构造成保持衬底(例如涂覆抗蚀剂的晶片)w并且连接到第二定位器pw，所述第二定位器pw配置成根据特定参数来准确地定位衬底；以及投影系统(例如折射型投影透镜系统)ps，配置成将由图案形成装置ma赋予辐射束b的图案投影到衬底w的目标部分c(例如包括一个或更多个管芯)上。
在操作中，照射器il接收来自辐射源so的辐射束，例如经由束传递系统bd来接收。照射系统il可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。照射器il可以用于调节辐射束b，以在图案形成装置ma的平面处在其横截面中具有所期望的空间和角度强度分布。
本文使用的术语“投影系统”ps应该被广义地解释为涵盖各种类型的投影系统，包括折射型光学系统、反射型光学系统、反射折射型光学系统、变形(anamorphic)光学系统、磁性型光学系统、电磁型光学系统和静电型光学系统或其任意组合，例如对于所使用的曝光辐射或者对于诸如浸没液体的使用或真空的使用之类的其它因素合适的。本文使用的任何术语“投影透镜”可以被认为与更上位的术语“投影系统”ps同义。
光刻设备la可以是这样一种类型：其中衬底的至少一部分可以被具有相对高折射率的液体(例如水)覆盖，以便填充投影系统和衬底之间的空间-其也称为浸没光刻术。关于这种浸没技术的更多信息在美国专利no.6,952,253和pct公布案no.wo99-49504中给出,其通过引用并入本文。
光刻设备la也可以是具有两个(双平台)或更多个衬底台wt和例如两个或更多个支撑结构t(未示出)的类型。在这种“多平台”机器中，可以并行地使用附加的台/结构，或可以在一个或更多个台上执行预备步骤的同时，将一个或更多个其它台用于将图案形成装置ma的设计布局曝光至衬底w。
在操作中，所述辐射束b入射到保持在支撑结构(例如，掩模台t)上的所述图案形成装置(例如，掩模ma)上，并且通过所述图案形成装置ma来图案化。在已穿过掩模ma的情况下，辐射束b传递通过投影系统ps，所述投影系统将所述束聚焦到衬底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编码器或电容传感器)，可以准确地移动衬底台wt，例如以便将不同的目标部分c定位于辐射束b的路径中。类似地，可以将第一定位器pm和可能的另一个位置传感器(图1中未明确描绘出)用于相对于辐射束b的路径准确地定位掩模ma。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来对准。尽管所图示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于多个目标部分之间的空间(这些公知为划线对准标记)中。
如图2所示，光刻设备la可以构成光刻胞lc的一部分，所述光刻胞lc有时也称为光刻元或(光刻)簇，其通常还包括在衬底w上执行曝光前和曝光后过程的设备。常规地，这些设备包括：用于沉积抗蚀剂层的旋涂机sc，用于显影被曝光的抗蚀剂的显影机de，例如用于调节衬底w的温度(例如用于调节抗蚀剂层中的溶剂)的激冷板ch和焙烤板bk。衬底处置器或机器人ro从输入/输出端口i/o1、i/o2拾取衬底w，在不同的过程设备之间移动衬底，然后将衬底w传送到光刻设备la的装载台lb。光刻元中的这些装置通常还统称为涂覆显影系统，并且典型地由涂覆显影系统控制单元tcu控制，该涂覆显影系统控制单元tcu本身可以由管理控制系统scs控制，该管理控制系统scs也可以例如经由光刻控制单元lacu来控制光刻设备la。
为了使由光刻设备la曝光的衬底w正确且一致地曝光，期望检查衬底以测量图案化结构的属性或参数，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(cd)等。为此，在光刻元lc中可包括检查工具。如果检测到误差，例如可以对随后的衬底的曝光或将要在衬底w上执行的其它处理步骤进行调整，特别是如果检查是在同一批量或批次的其它衬底w仍待曝光或处理之前进行的情况下。
检查设备(其也可以被称为量测设备)用于确定衬底w的属性，尤其是确定不同衬底w的属性如何变化或与同一衬底w的与不同层相关联的属性如何在不同层间变化。检查设备可以可替代地被构造为识别衬底w上的缺陷，并且例如可以是光刻元lc的一部分，或者可以被集成到光刻设备la中，或者甚至可以是独立的装置。检查设备可以测量潜像(曝光后的抗蚀剂层中的图像)、半潜像(曝光后焙烤步骤peb之后的抗蚀剂层中的图像)或显影后的抗蚀剂图像(其中已去除抗蚀剂的已曝光的或未曝光的部分)、或者甚至蚀刻后的图像(在图案转印步骤(诸如蚀刻)之后)的属性。
典型地，光刻设备la中的图案化过程是在所述处理中最关键的步骤之一，所述处理要求以高准确度尺寸化和放置衬底w上的结构。为了确保这种高准确度，可以将三个系统组合为所谓的“整体”控制环境，如图3所示意性地描绘。这些系统中的一个是光刻设备la，所述光刻设备la(实质上)连接到量测工具mt(第二系统)和计算机系统cl(第三系统)。这种“整体”环境的关键是优化这三个系统之间的协作，以增强整个过程窗口，并提供紧密的控制回路以确保由光刻设备la执行的图案化保持在过程窗口内。过程窗口定义了过程参数(例如，剂量、聚焦、重叠)的范围，在所述范围内，特定的制造过程会产生明确的结果(例如，功能半导体器件)，典型地在所述范围内允许在光刻过程或图案化过程中的过程参数改变。
计算机系统cl可以使用待被图案化的设计布局(的一部分)，以预测使用哪种分辨率增强技术并执行计算光刻模拟和计算以确定哪些掩模布局和光刻设备设定实现图案化过程的最大的整个过程窗口(在图2b中由第一标度sc1中的双箭头描绘)。典型地，分辨率增强技术被布置为匹配光刻设备la的图案化的可能性。计算机系统cl还可以用于检测光刻设备la当前正在过程窗口内何处操作(例如，使用来自量测工具mt的输入)，以预测是否可能存在由于例如次优处理导致的缺陷(在图2b中由第二标度sc2中的箭头指向“0”所描绘)。
量测工具mt可以向计算机系统cl提供输入以实现准确的模拟和预测，并且可以向光刻设备la提供反馈以识别可能的漂移，例如，在光刻设备la的校准状态下(在图2b中由第三标度sc3中的多个箭头描绘出)。
在光刻过程中，期望频繁地测量所产生的结构，例如用于进行过程控制和验证。进行这种测量的工具典型地称为量测工具mt。已知用于进行这种测量的不同类型的量测工具mt，包括扫描电子显微镜或各种形式的散射仪量测工具mt。散射仪是一种多功能仪器，其允许通过在散射仪物镜的光瞳或与该光瞳共轭的平面中设置传感器来测量光刻过程的参数(该测量通常称为基于光瞳的测量)，或者允许通过将传感器设置在图像平面或与图像平面共轭的平面中来测量光刻过程的参数(在这种情况下，所述测量通常称为基于图像或场的测量)。在专利申请us20100328655、us2011102753a1、us20120044470a、us20110249244、us20110026032或ep1,628,164a中进一步描述了这种散射仪和相关联的测量技术，所述专利申请通过引用将其全部内容并入本文。前述散射仪可以使用从软x射线辐射、极紫外辐射、可见光到近ir波长范围的辐射来测量光栅。
在一种布置中，散射仪mt是角度分辨散射仪。在这种散射仪中，可以将重构方法施加于所测量的信号以重构或计算光栅的属性。例如，这种重构可以由模拟散射辐射与目标结构的数学模型的相互作用并将模拟结果与测量结果进行比较产生。调整数学模型的参数，直到模拟的相互作用产生类似于从实际目标观察到的衍射图案的衍射图案为止。
在另一种布置中，散射仪mt是光谱散射仪。在这样的光谱散射仪mt中，由辐射源发射的辐射被引导到目标上，并且从目标反射或散射的辐射被引导到光谱仪检测器，所述光谱仪检测器测量镜面反射辐射的光谱(即，作为波长的函数强度的测量)。根据该数据，例如通过严格耦合波分析和非线性回归或通过与被模拟的光谱库进行比较，可以重构产生检测到的光谱的目标的结构或轮廓。
在另一种布置中，散射仪mt是椭偏散射仪。椭偏散射仪允许通过测量多个偏振态中的每个的散射辐射来确定光刻过程的参数。这种量测设备通过在量测设备的照射区段中使用例如适当的偏振滤波器来发射偏振光(诸如线性、圆形或椭圆形)。适用于量测设备的源也可以提供偏振辐射。现有的椭偏散射仪的各种实施例在美国专利申请11/451,599、11/708,678、12/256,780、12/486,449、12/920,968、12/922,587、13/000,229、13/033,135、13/533,110和13/891,410中进行了描述，所述申请通过引用其全部内容并入本文。
散射仪mt可以适于通过测量反射光谱和/或检测配置中的不对称性来测量两个未对准的光栅或周期性结构的重叠，该不对称性与重叠的程度有关。两个(典型的，交叠的)光栅结构可以施加在两个不同的层(不一定是连续的层)中，并且可以形成在晶片上的实质上相同的位置处。散射仪可以具有例如在共同拥有的专利申请ep1,628,164a中所述的对称检测配置，从而任何不对称性可被清楚地区分。这提供了一种测量光栅中未对准的简单方法。用于通过作为目标的周期性结构的不对称性来测量包含周期性结构的两层之间的重叠误差的其它示例可以在pct专利申请公布案no.wo2011/012624或美国专利申请us20160161863中找到，这些申请通过引用其全部内容并入本文。
其它感兴趣的参数可以是聚焦和剂量。如美国专利申请us2011-0249244中所述，聚焦和剂量可以通过散射测量法(或可替代地通过扫描电子显微法)同时确定，该专利申请通过引用其全部内容并入本文。可以使用单个结构，该结构对聚焦能量矩阵(fem-也称为聚焦曝光矩阵)中的每个点具有临界尺寸和侧壁角度测量结果的唯一组合。如果临界尺寸和侧壁角度的这些唯一组合是可获得的，则可以从这些测量结果中唯一确定聚焦和剂量值。
量测目标可以是通过光刻过程主要是在抗蚀剂中形成的复合光栅的整体(ensemble)，但是也可以在例如蚀刻过程之后形成。典型地，光栅中结构的节距和线宽强烈地依赖于测量光学元件(特别是光学元件的na)，以便能够捕获来自量测目标的衍射阶。如前所述，衍射信号可用于确定两层之间的偏移(也称为“重叠”)，或可用于重构光刻过程产生的至少部分的原始光栅。这一重构可以用于提供光刻过程的品质的指导，并且可以用于控制光刻过程的至少一部分。目标可以具有较小的子分段，所述子分段配置成模仿目标中的设计布局的功能性部分的尺寸。由于这种子分段，目标将表现得更类似于设计布局中的功能性部分，从而整个过程参数测量较佳地类似于设计布局的功能性部分。可以在填充不足的模式或填充过度的模式下测量目标。在填充不足的模式下，测量束产生小于整个目标的斑。在填充过度模式下，测量束产生大于整个目标的斑。在这种填充过度的模式下，也可能同时测量不同的目标，从而同时确定不同的处理参数。
使用特定目标的光刻参数的整个测量品质至少部分地由用于测量该光刻参数的测量选配方案确定。术语“衬底测量选配方案”可以包括测量本身的一个或更多个参数、测量的一个或更多个图案的一个或更多个参数、或两者。例如，如果在衬底测量选配方案中使用的测量是基于衍射的光学测量，则所述测量的一个或更多个参数可以包括辐射的波长、辐射的偏振、辐射相对于衬底的入射角、辐射相对于衬底上的图案的方向等。选择测量选配方案的标准之一可以是例如测量参数中的一个对处理变化的敏感性。在美国专利申请us2016-0161863和尚未公开的美国专利申请15/181,126中描述了更多示例，所述申请通过引用其全部内容并入本文。
适用于本发明的本文中所公开的示例性方法和设备的基于微衍射的重叠(μdbo)量测设备在图3(a)中示出。目标光栅t和衍射射线在图3(b)中更详细地图示出。所述μdbo量测设备可以是独立的装置，也可以被包括在光刻设备la中(例如处于测量站)，或被包括在光刻胞lc中。用虚线o表示具有贯穿所述设备的几个支路的光轴。在这种设备中，由源11(例如氙灯)发射的光通过包括透镜12、14和物镜16的光学系统经由分束器15引导到衬底w上。这些透镜可以被以4f布置的双次序布置。可以使用不同的透镜布置，只要它仍然将衬底图像提供到检测器上，并同时允许接近中间光瞳平面用于空间频率滤光。因此，辐射入射到衬底上的角度范围可以通过在呈现衬底平面的空间光谱的平面(这里称为(共轭)光瞳平面)中限定空间强度分布来选择。具体地，这可以通过在物镜光瞳平面的后投影图像的平面中、在透镜12和14之间插入适当形式的孔板13来完成。在图示的示例中，孔板13具有被标注为13n和13s的不同的形式，以允许选择不同的照射模式。本示例中的照射系统形成了离轴照射模式。在第一照射模式中，孔板13n提供从(仅为了便于描述起见)指定为“北”的方向的离轴(照射)。在第二照射模式中，孔板13s用于提供类似的照射，但是从标注为“南”的相反方向。通过使用不同的孔，其它的照射模式是可能的。期望光瞳平面的其余部分是暗的，这是因为在所期望的照射模式之外的任何不必要的光都会干扰所期望的测量信号。
如图3(b)所示，目标光栅t被放置成使得衬底w垂直于物镜16的光轴o。从偏离轴线o的一角度射到光栅t上的照射的射线i产生第零阶射线(实线0)和两个第一阶射线(点划线表示+1阶，双点划线表示-1阶)。应注意，对于过填充的小目标光栅而言，这些射线只是覆盖包括量测目标光栅t和其它特征的衬底区域的许多平行射线之一。由于板13中的孔具有有限的宽度(对于允许有用数量的光而言是必需的)，因而入射射线i实际上会占据一角度范围，并且衍射射线0和+1/-1将会稍微展开。根据小目标的点扩散函数，每个阶+1和-1都将进一步在一个角度范围上展开，而不是如图示的单条理想的射线。注意的是，光栅节距和照射角度可以被设计或调整成使得进入物镜的第一阶射线与中心光轴接近对准。图3(a)和图3(b)所图示的射线被显示为离轴，这纯粹是为了使它们能够在图中更容易区分开。
由衬底w上的目标所衍射的至少0和+1阶被物镜16收集，并且通过分束器15被引导返回。返回至图3(a)，第一照射模式和第二照射模式两者都通过指定标注为北(n)和南(s)的完全相对的孔来图示。当入射射线i来自光轴的北侧时，也就是当使用孔板13n施加第一照射模式时，标注为+1(n)的+1阶衍射射线进入物镜16。相比，当使用孔板13s施加第二照射模式时，-1阶衍射射线(标注为-1(s))是进入透镜16的射线。
第二分束器17将衍射束分成两条测量支路。在第一测量支路中，光学系统18利用第零阶和第一阶衍射束在第一传感器19(例如ccd或cmos传感器)上形成目标的衍射光谱(光瞳平面图像)。每个衍射阶撞击传感器上的不同点，以便图像处理可以比较和对比多个阶。由传感器19捕获的光瞳平面图像可以用于聚焦量测设备和/或对第一阶束的强度测量结果进行归一化。光瞳平面图形也能够用于许多并非本公开的主题的测量目的，诸如重构。
在第二测量支路中，光学系统20、22在传感器23(例如ccd或cmos传感器)上形成衬底w的目标的图像。在第二测量支路中，孔径光阑21设置在与光瞳平面共轭的平面中。孔径光阑21起到阻挡第零阶衍射束的作用，使得形成在传感器23上的目标的图像仅由-1阶或+1阶束形成。由传感器19和23捕获的图像被输出到处理器(诸如图像处理器)和控制器pu，其功能将依赖于正在执行的特定类型的测量。应该注意的是，术语“图像”在这里被在宽的含义上使用。如果仅存在-1阶和+1阶中的一个，则同理将不会形成光栅线的图像。
图3所示的特定形式的孔板13和场阑21仅仅是示例。在本发明的另一个示例性设备中，使用对目标的同轴照射，并且使用具有离轴孔的孔径光阑以将衍射光中的实质上仅一种第一阶衍射光传递到传感器。在另外的其它示例性设备中，代替第一阶束或者除第一阶束之外，可以在测量中使用第二阶、第三阶和更高阶束(未在图3(b)中示出)。
为了使照射适应这些不同类型的测量，孔板13可以包括围绕盘形成的多个孔图案，该盘旋转以将所期望的图案带到合适的位置。可替代地或另外地，可以提供和调换一组板13以实现相同的效果。可编程照射装置(诸如可变形反射镜阵列或透射式空间视线调制器)也能被使用。移动的反射镜或棱镜能够用作调整照射模式的另一种方式。
如刚刚关于孔板13所解释的，用于成像的衍射阶的选择能够可替代地通过改变光瞳光阑21、或通过取代具有不同图案的光瞳光阑、或通过用可编程的空间光调制器替换固定的场阑来实现。在那种情况下，测量光学系统的照射侧能够保持恒定，而是成像侧具有第一模式和第二模式。因此，在本公开中，有效地存在三种类型的测量方法，每种方法具有其自身的优点和缺点。在一种方法中，改变照射模式以测量不同的阶。在另一种方法中，改变成像模式。在第三种方法中，照射模式和成像模式保持不变，但是将目标旋转180度。在每种情况下，所期望的效果都是相同的，即选择非零阶衍射辐射的第一部分和第二部分，它们在目标的衍射光谱中彼此对称相对。原则上，期望的阶的选择可以通过同时改变照射模式和成像模式的组合来获得，但是这很可能由于没有优点而带来缺点，因此将不作进一步论述。
尽管在本示例中用于成像的光学系统具有被场阑21限制的宽的入射光瞳，但是在其它布置或应用中，成像系统本身的入射光瞳尺寸可能足够小以限制于所期望的阶，因此也可以用作场阑。图3(c)和图3(d)中示出了不同的孔板，其可以如下面进一步描述的那样使用。
典型地，目标光栅将与其沿南北或东西方向延伸的光栅线对准。也就是说，光栅将在衬底w的x方向或y方向上对准。请注意，孔板13n或13s能够仅用于测量沿一个方向(x或y，这依赖于设定)定向的光栅。为了测量正交的光栅，可以实施90°和270°的目标旋转。然而，更方便的是，通过使用图3(c)所示的孔板13e或13w，在照射光学元件中提供从东或西的照射。孔板13n至13w可以分离地形成并互换，或者它们可以是能够旋转90度、180度或270度的单个孔板。如已经提到的，图3(c)中所图示的离轴孔径可以设置在场阑21中而不是照射孔板13中。在那种情况下，照射将是同轴。
图3(d)示出了第三对孔板，其能够用于组合第一对和第二对的照射模式。孔板13nw在北和东具有孔，而孔板13se在南和西具有孔。只要这些不同的衍射信号之间的串扰不太大，就可以在不改变照射模式的情况下执行x光栅和y光栅两者的测量。
图4描绘了根据已知的实践形成于衬底上的复合目标。该复合目标包括紧密地定位在一起的四个光栅32至35，使得它们都将在由量测设备的照射束形成的测量斑31内。因此，四个目标都被同时地照射并被同时地成像在传感器19和23上。在专用于重叠测量的示例中，光栅32至35本身是通过交叠的光栅所形成的复合光栅，所述交叠的光栅在形成于衬底w上的半导体器件的不同层中被图案化。光栅32至35可以具有不同的重叠偏置，以便促进其中形成有复合光栅的不同部分的层之间的重叠测量。如本文中使用的，术语“重叠偏置”涵盖故意赋予的重叠，并且除了所述偏置之外，将存在任何重叠误差。光栅32至35也可以在其方向方面不同，如所示，以便沿x方向和y方向衍射入射辐射。在一个示例中，光栅32和34是分别具有+d、-d重叠偏置的x方向光栅。这意味着光栅32使其交叠的部件布置成使得，如果他们两个都被完全印制在其名义上的部位处，则所述部件中的一个将相对于另一个偏移距离d。光栅34使其部件布置成使得，如果被完美印制，则将存在为d的但与第一光栅等相反的方向的偏移。光栅33和35是分别具有+d和-d偏移的y方向光栅。虽然图示了四个光栅，但是另一实施例可以要求更大矩阵以获得期望的准确度。例如，9个复合光栅的3×3阵列可以具有偏置-4d、-3d、-2d、-d、0、+d、+2d、+3d、+4d。这些光栅的分立的图像可以在由传感器23捕获的图像中被识别。
图5示出了在图3的设备中使用图4的目标、使用来自图3(d)的孔板13nw或13se可以在传感器23上形成和由传感器23检测的图像的示例。虽然光瞳平面图像传感器19不能分辨不同的单独光栅32至35，但图像传感器23可以分辨出不同的单独光栅32至35。黑色的矩形表示传感器上的图像的场，衬底上的照射斑31在该场内被成像到相应的圆形区域41内。在该图像内，矩形区域42-45表示小的目标光栅32至35的图像。如果光栅位于产品区域中，则也可能在该图像场的周边看见产品特征。图像处理器和控制器pu使用图案识别来处理这些图像，以识别光栅32至35的分立的图像42至45。这样，所述图像不必非常精确地在传感器框架内的特定部位处被对准，这极大地提高了整个测量设备的生产量。然而，如果成像过程跨过成像场经受非均一性，则仍然需要准确对准。在本发明的一个实施例中，识别出四个位置p1至p4，并且光栅与这些已知位置尽可能地对准。
一旦光栅的分立的图像已被识别，那些单独的图像的强度就能够被测量，例如通过对所识别区域内的选定的像素强度值求平均值或求和。图像的强度和/或其它属性能够相互比较。这些结果能够被组合以测量光刻过程的不同参数。重叠性能是这种参数的重要示例，且是两个光刻层的侧向对准的测量。更具体地，重叠可以被限定为例如底部光栅的顶部的中心与对应顶部光栅的底部的中心之间的侧向位置差。
暗场量测的示例可以在国际专利申请wo2009/078708和wo2009/106279中找到，这些文献通过引用其全部内容并入本文。上述技术的进一步发展已经在专利出公布案us20110027704a、us20110043791a和us20120242970a中描述过。所有这些申请的内容也通过引用并入本文。
图6图示了通过例如使用在申请wo2011/012624中描述的方法，如何通过光栅的不对称性来测量包含第一特征和/或第二特征(诸如分量光栅32至35)的两层之间的重叠误差，通过比较它们在+1阶和-1阶暗场图像中的强度来揭示。在步骤s1，通过图2(a)的光刻胞处理衬底(例如半导体晶片)一次或更多次，以创建包括重叠目标32-35的结构。在s2，使用图3(a)的量测设备，通过使用第一阶衍射束(例如-1)获得光栅32至35的图像。然后，无论是通过改变照射模式，改变成像模式，还是通过在量测设备的视场中将衬底w旋转180°，都可以使用另一个第一阶衍射束(+1)获得光栅的第二图像(步骤s3)。因此，在第二图像中捕获了+1衍射辐射。
应注意，通过在每个图像中仅包括第一阶衍射辐射的一半，这里所指的“图像”不是常规的暗场显微镜图像。单独的光栅线将无法被分辨出来。每个光栅将简单地由一定强度水平的区域表示。在步骤s4中，在每个分量光栅的图像内识别感兴趣的区(roi)，将从中测量强度水平。这样做是因为，尤其是在单独的光栅图像的边缘周围，强度值通常能够高度依赖于过程变量，诸如抗蚀剂厚度、成分、线形以及边缘效应。
在已经识别每个单独的光栅的roi并测量了其强度的情况下，然后可以确定光栅结构的不对称性，并因此确定重叠误差。这是由处理器完成的，例如图像处理器和控制器pu在步骤s5中，比较每个光栅32-35的+1和1阶获得的强度值，以识别其强度的任何差，以及(s6)根据光栅的重叠偏置的知识来确定目标t附近的重叠误差。
在上面提到的现有申请中，公开了用于改良重叠测量的品质的各种技术。例如，图像之间的强度差可归因于用于不同测量的光路的差异，而不是纯粹地归因于目标的不对称性。照射源11可以使得照射斑31的强度和/或相位不均匀。可以例如通过参考目标图像在传感器23的像场中的位置来确定并施加校正，以最小化此类误差。这些技术在现有申请中进行了说明，在此不再详细说明。它们可以与本文描述的本申请中新公开的技术结合使用。
根据示例性方法的重叠测量假定所测量的不对称性与光栅层之间的实际重叠偏移成比例。然而，由于所测量的不对称性还受到光栅生产中出现的特征不对称性效应影响，因此也不一定是这种情况。这些特征不对称性效应包括侧壁角度不对称性和地板倾斜，并且干扰基于第一阶不对称性的重叠测量，这将导致准确度较低的重叠测量。
图7是适应图6流程图的步骤s6以使用a+随a-变化的回归来分析基于衍射的重叠测量(dbo和μdbo)的流程图，该分析通过确定作为负偏置光栅a-的不对称性的函数的正偏置光栅a+的不对称性来进行。如本文所使用的，术语a+和a-可以被称为“不对称性强度”。术语a+涉及上文论述且针对正(+d)重叠偏置光栅确定的第一图像和第二图像的强度的比较。此外，a-涉及上文论述的且针对负(-d)重叠偏置光栅确定的第一图像和第二图像的强度的比较。
在步骤s6-1，针对多个不同的测量光瞳像素和/或多个或不同的波长偏振组合(即，针对多个不同的照射条件或照射“选配方案”)确定a+和a-。在一些示例中，可以使用从光学系统在多个波长处发射的光来确定a+和a-。在此之后，在步骤s6-2，可以标绘所确定的a+值随所确定的a-值的变化曲线以得到重叠。应注意，实际上可以不需要标绘a+和a-值，可以通过对a+和a-值进行回归分析来估计重叠。
图8是不具有特征不对称性的重叠光栅的a+随a-变化的曲线图，从而存在的唯一不对称性是由于重叠偏置(±d)和重叠引起的不对称性。在这种情况下，a+和a-之间的关系位于通过原点的一条直线上，可以对a+和a-(不对称性强度)数据进行回归分析以确定该线的位置和梯度。所有测得的波长-偏振组合都在这条线上。这条线的斜率与重叠有关，可以用来确定重叠。该图显示了四条线：
·标注为ov＝0的虚线是表示零重叠的线，斜率为-1；
·标注为ov→∞的虚线是斜率为+1的线，表示重叠接近无穷大；
·标注为ov<0的实线是斜率小于-1的线，其表示重叠小于零；和
·标注为ov>0的实线是斜率大于-1的线，其表示重叠大于零。
此外，可以看出，等于+d的重叠(其中d是光栅偏置)将导致沿y轴标绘的一条线；而等于-d的重叠将导致沿x轴标绘的一条线。
图9是a+随a-变化的描绘图，其图示了这些方面中的前两个，诸如可以在步骤s6-2中标绘出。根据上文论述的方法，将用通过原点的线900拟合数据点930。然而，在这一实施例中，根据最佳拟合方法(例如，最小二乘)由不必穿过原点的线910拟合数据点(步骤s6-3)。这样，仍然可以根据线910的斜率计算出重叠(步骤s6-4)；可以看出，线910平行于线920，线920指示对于不具有特征不对称性的同一被测量的结构将看到的线。线910的轴线截距，即线910与线920(具有与线910相同的斜率但通过原点标绘的线)的偏移，定量地表示了特征不对称性的效应(步骤s6-5)。
在“d”表示目标的两个对称偏置光栅的重叠偏置和“斜率”表示线910的斜率的情况下，重叠可以根据图9计算为(在不对称性和重叠之间具有线性关系)：
对于节距-周期性的正弦关系，重叠可以类似地理解为：
其中“节距”是光栅节距。
可以将上述过程称为不对称性强度回归分析，并且可以在光刻过程中使用不对称性强度回归分析来确定参数，例如重叠。然而，从光学系统发射并用于确定不对称性强度，接着顺序地用于回归分析的不同波长-偏振组合的数目，对所确定的重叠的准确度和品质有重大影响。必须存在多个波长-偏振组合，并且两个以上可以被认为是期望的。
就方程式而言，假设重叠误差ove和强度不对称性a之间的关系为：
a±d＝k1sin(ove±d)(3)
其中，以使得目标节距p对应于角度2π弧度的比例表示重叠误差ove。在使用具有不同已知重叠偏置(例如，+d和-d)的光栅的两次测量的情况下，能够使用以下方程式来计算重叠误差ove：
引入结构(或特征)不对称性(例如底部光栅不对称性)的第一个效应是方程式(1)的“理想”正弦曲线不再适用。然而，至少近似地，底部光栅不对称性或其它结构不对称性具有将强度偏移项k0和相移项φ添加到强度不对称性a±d的效应。强度偏移项k0和相移项φ依赖于目标和所选择的测量辐射的特性(诸如测量辐射的波长和/或偏振)的组合，并且对过程变化敏感。就方程式而言，用于计算重叠的关系式变为：
a±d＝k0+k1sin(ove±d+φ)(5)
使用不同的波长-偏振组合的每次不对称性强度测量都会给量测过程增加时间负担。此外，光学系统只能发射有限数目的波长，因此只有有限数目的波长偏振组合是可行的。
发明人已经认识到，对于较大特征的不对称性，不对称强度回归分析方法开始不太准确。这是因为特征不对称性使得不对称性强度数据中有误差，当误差很大时，可能会难以准确地将直线拟合至数据。这种效应能够通过确定所确定的重叠的品质看到。在一个示例中，所确定的重叠的品质可以通过确定回归分析中对不对称性强度数据的拟合优度来确定。也就是，可以通过图8的直线拟合所标绘的不对称性强度(a+/a-)数据的良好程度来确定所确定的重叠的品质。拟合优度可以用r2表示，r2是所标绘的不对称性强度数据与所确定的直线的距离的平方的总和。
鉴于以上内容，发明人已经开发了基于重叠估计和特征不对称性的测量之间的关系来确定重叠测量的品质的方法和设备。在示例性布置中，如下所述，特征不对称性的测量可以使用距回归分析数据的原点值或截距值的距离来确定，尽管也可以使用确定特征不对称性测量的其它方法。
在示例性布置中，所述关系可以使用一个或更多个另外的衬底来确定，所述另外的衬底表示将在其上进行测量的衬底(被测试衬底)。在这样的布置中，并且如下文所解释的，可以对另外的衬底上的多个特征(可以包括第一特征和第二特征并且具体地可以是成对的光栅32、35)进行上述不对称性强度回归分析方法。可以针对每个特征对重叠估计的品质的测量(诸如回归分析数据的拟合优度)相对于同一对特征的特征不对称性的测量的变化进行标绘，以确定它们之间的关系。在示例性布置中，特征不对称性的测量可以包括在回归分析中确定的直线相对于原点的偏移。这也可以称为到原点的距离，或者可以定义为截距值或项，即回归分析数据截取x轴和y轴中的一个或两个的值。
图10示出了示例性布置的设定阶段的流程图，其中，关于表示被测试衬底的一个或更多个另外的衬底(可以是示例晶片或设定晶片we)确定在示例晶片we的一个或更多个特征的特征不对称性的测量和重叠估计的品质的测量之间的关系。
图3(a)所示的量测设备的光学系统在第一波长偏振下向示例衬底(或晶片)we的第一特征和第二特征中的一个或更多个发射(1000)辐射。第一特征和第二特征可以形成量测目标t的至少一部分，诸如图3(b)和图4所示。在示例性布置中，量测设备可以被配置为允许使用与上文论述的那些相同或相似的方法从目标t衍射并具有较高衍射阶(诸如±1)的辐射入射(1002)到传感器23或传感器19上。
图像处理器和控制器cu以与上文论述的方法相同或相似的方式，基于衍射光确定(1004)在第一波长-偏振下目标t的不对称性强度数据(a+/a-)。
在示例性布置中，由光学系统以一个或更多个另外的波长-偏振发射辐射，并且在特定布置中以多个另外的波长-偏振发射辐射。实际上，在此设定阶段中，辐射以例如5、10或更多个波长偏振发射，以便为后续回归分析提供更多个数据点。在步骤1006，确定是否要发射更多的波长-偏振，如果是，则对每个波长-偏振重复步骤1000至1004，以给出目标t的多个不对称性强度数据(a+/a-)对，并且每对基于不同的波长-偏振确定。可以标绘这些不对称性强度数据对并对其进行回归分析1008，如上文所论述，以提供回归分析数据。应注意，在示例性布置中，顺序地发射多个波长-偏振。
多个目标t可以围绕衬底分布，并且可以针对每个目标t确定不对称性强度数据和相应的回归分析数据。在示例性布置中，并且如图11所示，示例晶片we可以具有跨过其表面分布的目标t。衬底上的每个目标t可以表现出不同的特征不对称性和/或重叠，并且可以利用该属性以允许确定重叠估计的品质与目标t中存在的特征不对称性的量之间的关系。可替代地或另外地，目标t的特征不对称性可以被控制，以便提供特征不对称性的测量范围(例如dto)，由此允许确定所述关系。
在步骤1010，确定是否要照射更多的目标，如果是，则对多个目标t中的每一个重复步骤1000至1008。这产生了多组不对称强度数据(a+/a-)，一组针对每个目标t。
对每个目标的每组不对称性强度数据进行回归分析(1012)，从而将一模型拟合至每组不对称性强度数据，可以根据其确定重叠。在示例性布置中，所述模型是线性的，并且一直线被拟合至不对称性强度数据，但是其它非线性模型也可以使用。当使用线性模型时，直线的斜率是目标t的重叠的估计，截距值是目标t中的特征不对称性的估计。此外，直线越好地拟合至不对称性强度数据，可以从回归分析数据定义的直线的梯度确定的重叠估计的品质越好。
发明人已经认识到，重叠估计的品质与目标t中的特征不对称性的数量有关，并且当测量后续晶片上的重叠时，可以确定并使用这种关系。
在示例性布置中，重叠估计的品质可以使用回归分析数据与每个目标的一组不对称性强度数据的拟合优度来确定。在特定示例中，可以使用r2测量来确定重叠估计的品质。因此，针对每个目标t确定(1014)这种重叠估计的品质的测量。
在示例性布置中，目标t中的特征不对称性可以使用用于回归分析数据的截距项或dto值来确定。如上文所解释的，dto的增加表示特征不对称性的增加。针对确定了一组不对称性数据的每个目标t确定(1016)特征不对称性的测量。
如图12所示，可以绘制或以其它方式分析每个目标t的重叠估计的品质(在这种情况下为r2)和特征不对称性的测量(在这种情况下为dto)，以针对示例晶片确定它们之间的关系。如图12所示，随着回归分析数据的dto幅值的增加，重叠测量的品质降低。这允许确定(1018)用于特征不对称性的测量的阈值，在该阈值上，重叠测量的品质不具有足够的品质，然后可以在测量后续晶片上的重叠时使用该阈值。在图12的示例性情况下，确定0.95的拟合优度以提供所需的重叠测量的准确度。可以看出，这要求dto在从-5到+5的范围内。
可以针对多个晶片重复以上概述并在图10中示出的过程，并且所产生的阈值可以全部用于定义在随后的晶片上的重叠测量期间要使用的最终阈值。还应注意，如上所述确定的阈值可能依赖于堆叠和测量模式，因此可能需要依赖于要在被测试衬底上测量的堆叠为多个不同堆叠中的每一个确定阈值。
在设定阶段确定重叠估计的品质和特征不对称性之间的关系之后，该关系可以在图13所示的过程中使用，例如，以确定在被测试衬底上重叠测量的准确度水平。
图3(a)中所示的量测设备的光学系统以第一波长-偏振向被测试衬底(或晶片)w的一个或更多个第一特征和/或第二特征发射(1300)辐射。第一特征和第二特征可以形成量测目标t的至少一部分，诸如图3(b)和4所示。在示例性布置中，量测设备可以被配置为允许使用与上文论述的那些相同或相似的方法从目标t衍射并具有较高衍射阶(诸如±1)的辐射入射(1302)到传感器23或传感器19上。
图像处理器和控制器cu以与上文论述的方法相同或相似的方式，基于衍射光确定(1304)在第一波长-偏振下目标t的不对称性强度数据(a+/a-)。
在示例性布置中，由光学系统以一个或更多个另外的波长-偏振发射辐射，并且在特定布置中以多个另外的波长-偏振发射辐射。实际上，在此测量阶段中，辐射以2个但可能更多个波长-偏振发射，以便为后续回归分析提供充分的数据点。在步骤1306，确定是否要发射更多的波长-偏振，如果是，则对每个波长-偏振重复步骤1300至1304，以给出在待被测试衬底上的目标t的多个不对称性强度数据(a+/a-)对。每对基于不同的波长-偏振确定。可以标绘这些不对称性强度数据对并对其进行回归分析(1308)，如上文所论述，以提供针对待被测试衬底上的目标t的回归分析数据。
回归分析数据可以用于确定(1310)待被测试衬底上的目标t的特征不对称性的测量。在本文所使用的示例中，可以基于针对被测试衬底的目标t确定的回归分析数据的dto来确定特征不对称性。
现在可以使用特征不对称性和重叠估计的品质之间的关系来确定(1312)重叠估计的品质。例如，如果要从以更大数目的波长-偏振发射的辐射中计算出更多的不对称性强度数据，则所确定的关系可以用于确定已经对所述重叠估计的拟合优度。此外，如果针对被测试衬底上的目标t的回归分析数据的dto(或其它特征不对称性的测量)大于阈值，则在设定阶段确定的阈值还可以允许拒绝重叠估计。
本发明的优点在于，在被测试衬底上进行的测量需要以更少(少至两个)波长-偏振发射辐射，并且仍然提供对所得的重叠估计的准确度的理解。应当认识到，使用两个点的回归分析数据的拟合优度始终为1。但是，使用本文公开的示例性方法和设备，即使仅使用两个波长-偏振时，所得到的重叠测量的准确度也可以基于目标t中的不对称性的测量(例如dto)确定。
上文提供的示例基于重叠的测量，但应注意，其它参数的准确度也可以使用相同或相似的技术来确定。此外，特征不对称性的测量可以使用替代方法来确定，诸如使用底栅不对称性(bga)目标，其可以具有单层光栅。在这样的布置中，特征不对称性可以通过仅以一个波长-偏振从光学系统发射辐射来确定。此外，如果要使用分立的目标确定特征不对称性和重叠(或另一个参数)，则示例性布置可以使那些分立的目标并置在示例性衬底和待被测试衬底上。分立的目标可以在x-y平面中彼此相邻，或者可以在x-y平面中彼此邻近地定位，使得每个目标的特征不对称性在容许度内。
图14是图示可以辅助实施本文所公开的方法和流程的计算机系统1600的框图。计算机系统1600包括用于通信信息的总线1602或其它通信机构，和与总线1602耦接以用于处理信息的处理器1604(或多个处理器1604和1605)。所述处理器可以配置成进行本文公开的方法中的任一种。计算机系统1600还包括耦接至总线1602以用于储存待由处理器1604执行的信息和指令的主存储器1606，诸如随机存取存储器(ram)或其它动态储存装置。主存储器1606还可以用于在待由处理器1604执行的指令的执行期间储存暂时性变量或其它中间信息。计算机系统1600还包括耦接至总线1602以用于储存用于处理器1604的静态信息和指令的只读存储器(rom)1608或其它静态储存装置。设置诸如磁盘或光盘的储存装置1610，且将该储存装置耦接至总线1602以用于储存信息和指令。
计算机系统1600可经由总线1602耦接至用于向计算机使用者显示信息的显示器1612，诸如阴极射线管(crt)或平板显示器或触控面板显示器。包括字母数字键和其它键的输入装置1614耦接至总线1602以用于将信息和命令选择通信至处理器1604。另一类型的使用者输入装置是光标控制器1616(诸如鼠标、轨迹球或光标方向键)，用于将方向信息和命令选择通信至处理器1604且用于控制显示器1612上的光标移动。这种输入装置典型地在两个轴线(第一轴线(例如x)和第二轴线(例如y))上具有两个自由度，这允许所述装置指定平面中的位置。触摸面板(屏)显示器也可以用作输入装置。
本文描述的方法中的一个或更多个可以由计算机系统1600响应于处理器1604执行包含在主存储器1606中的一个或更多个指令的一个或更多个序列而被执行。这样的指令可以被从另一计算机可读介质(诸如储存装置1610)读取到主存储器1606中。包含在主存储器1606中的指令的序列的执行使得处理器1604执行本文描述的过程步骤。在多处理布置中的一个或更多个处理器也可以被用于执行包含在主存储器1606中的指令的序列。在可替代的实施例中，硬接线电路可以用于替代软件指令或与软件指令结合。因此，本文的描述不限于硬件电路和软件的任何特定的组合。
本文中使用的术语“计算机可读介质”是指参与向处理器1604提供指令以供执行的任何介质。这样的介质可以采用很多形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，诸如储存装置1610。易失性介质包括动态存储器，诸如主存储器1606。传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含总线1602的电线。传输介质还可以采用声波或光波的形式，诸如在射频(rf)和红外(ir)数据通信期间生成的声波或光波。常见形式的计算机可读介质包括例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其它磁性介质、cd-rom、dvd、任何其它光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔图案的任何其它物理介质、ram、prom和eprom、flash-eprom、任何其它存储器芯片或盒、如下文中所述的载波、或计算机可以从其进行读取的任何其它介质。
各种形式的计算机可读介质可以涉及将一个或更多个指令的一个或更多个序列传送到处理器1604以供执行。例如，指令最初可以承载在远程计算机的磁盘上。远程计算机可以将指令加载到其动态存储器中，并且使用调制解调器通过电话线发送指令。计算机系统1600本地的调制解调器可以在电话线上接收数据并且使用红外发射器将数据转换成红外信号。耦接到总线1602的红外检测器可以接收红外信号中携带的数据并且将数据放置在总线1602上。总线1602将数据传送到主存储器1606，处理器1604从主存储器1606检索并且执行指令。由主存储器1606接收的指令可以可选地在由处理器1604执行之前或之后储存在储存装置1610上。
计算机系统1600还优选地包括耦接到总线1602的通信接口1618。通信接口1618提供耦接到网络链路1620的双向数据通信,所述网络链路连接到本地网络1622。例如，通信接口1618可以是用于提供与相应类型的电话线的数据通信连接的综合业务数字网(isdn)卡或调制解调器。作为另一示例，通信接口1618可以是用于提供与兼容lan的数据通信连接的局域网(lan)卡。还可以实施无线链路。在任何这样的实施方式中，通信接口1618发送和接收携带表示各种类型的信息的数字数据流的电信号、电磁信号或光信号。
网络链路1620典型地通过一个或更多个网络提供到其它数据装置的数据通信。例如，网络链路1620可以通过本地网络1622提供到主计算机1624或到由因特网服务提供商(isp)1626操作的数据设备的连接。isp1626又通过现在通常称为“因特网”1628的全球分组数据通信网络提供数据通信服务。本地网络1622和因特网628两者都使用携带数字数据流的电信号、电磁信号或光信号。通过各种网络的信号和在网络链路1620上并且通过通信接口1618的信号(其将数字数据传送到计算机系统1600和从计算机系统1600传送数字数据)是输送信息的载波的示例性形式。
计算机系统1600可以通过网络、网络链路1620和通信接口1618发送消息和接收数据，其包括程序代码。在因特网示例中，服务器1630可以通过因特网1628、isp1626、本地网络1622和通信接口1618传输用于应用程序的所请求的代码。例如，一个这样的下载的应用可以提供本文中描述的技术中的一个或更多个。所接收的代码可以在被接收时由处理器1604执行，和/或储存在储存装置1610或其它非易失性储存器中以供稍后执行。以这种方式，计算机系统1600可以获取呈载波的形式的应用代码。
其它实施例在后续编号的方面中公开：
1.一种用于估计已经在被测试衬底上进行的光刻过程的参数的设备，所述估计基于已经通过不对称性强度数据的回归分析确定的回归分析数据，所述不对称性强度数据又通过使用由光学系统在一个或更多个波长处发射并由所述被测试衬底的至少第一特征衍射的辐射确定，所述设备包括：
处理器，配置成基于在被测试衬底的至少第一特征的特征不对称性的测量并且还基于针对表示所述被测试衬底的至少一个另外的衬底的多个相应的至少第一特征所确定的关系，确定与所述被测试衬底有关的参数的估计的品质，所述关系是在与所述至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量与相应的第一特征的特征不对称性的测量之间的关系。
2.根据方面1所述的设备，其中，所述估计基于所述光学系统在多个波长处发射的辐射。
3.根据方面1或2所述的设备，其中，所发射的辐射被所述第一特征和第二特征衍射，所述第一特征具有正的重叠偏置，所述第二特征具有负的重叠偏置。
4.根据方面3所述的设备，其中，针对所述至少一个另外的衬底上的多个相应的第一特征和第二特征对确定所述关系。
5.根据任一前述方面所述的设备，其中，所述特征不对称性的测量包括回归分析数据的截距项。
6.根据前述方面中任一项所述的设备，其中，针对所述至少一个另外的衬底的参数的估计的品质的测量包括针对所述至少一个另外的衬底的相应的回归分析数据的拟合优度。
7.根据方面6所述的设备，其中，已经通过使用从所述至少一个另外的衬底的多个相应的至少第一特征在大于所述光学系统发射的一个或更多个波长的波长下发射并衍射的辐射确定针对所述另外的衬底的相应的回归分析。
8.根据前述方面中任一项所述的设备，其中，所述处理器还被配置为：如果所述被测试衬底的至少第一特征的特征不对称性的测量的幅值超过阈值，则忽略对所述被测试的衬底的参数的估计，所述阈值基于针对至少一个另外的衬底的相应的至少第一特征确定的关系。
9.根据前述方面中任一项所述的设备，其中，所述至少第一特征形成量测目标的一部分。
10.根据前述方面中任一项所述的设备，其中，所述光学系统被配置为发射在如下的范围内的波长的辐射：400nm至900nm；0.1nm至100nm；和/或10nm至20nm。
11.根据前述方面中任一项所述的设备，其中，所述处理器还被配置为基于所述光学系统在三个或更多个波长处发射并且从所述另外的衬底的多个相应的至少第一特征衍射的辐射，以：
针对与所述另外的衬底有关的多个相应的至少第一特征确定另外的衬底的不对称性强度数据；
基于所确定的另外的衬底的不对称性强度数据，确定与所述至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量以及与所述另外的衬底有关的特征不对称性的测量；和
确定与至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量与多个相应的至少第一特征的特征不对称性的测量之间的关系。
12.根据方面11所述的设备，其中，所述处理器还被配置为：通过对所述另外的衬底的不对称性强度数据进行回归分析，确定与所述至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量。
13.根据方面12所述的设备，其中，与所述至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量包括所述回归分析的拟合优度。
14.根据方面11至13中任一项所述的设备，其中，所述处理器还被配置为：基于所确定的另外的衬底的不对称性强度数据来确定所述多个相应的至少第一特征的特征不对称性的测量。
15.根据方面14所述的设备，其中，所述多个相应的至少第一特征的特征不对称性的测量包括所述回归分析的截距项。
16.根据前述方面中任一项所述的设备，还包括以下中的一个或更多个：所述光学系统；和传感器，配置成感测被衍射的辐射。
17.根据前述方面中任一项所述的设备，其中，所述光刻过程的参数包括重叠。
18.一种用于基于辐射确定光刻过程的参数的估计的品质的测量与至少一个示例衬底的多个至少第一特征的特征不对称性的测量之间的关系的设备，所述辐射由光学系统在一个或更多个波长处发射并且从示例衬底的多个至少第一特征衍射，所述设备包括处理器，所述处理器配置为：
基于被衍射的辐射确定与至少一个示例衬底有关的多个至少第一特征的不对称性强度数据；
基于所确定的不对称性强度数据，确定与所述至少一个示例衬底有关的参数的估计的品质的测量以及与所述另外的衬底有关的特征不对称性的测量；和
确定与至少一个示例衬底有关的参数的估计的品质的测量与多个至少第一特征的特征不对称性的测量之间的关系。
19.一种检查设备，包括前述方面中任一项的设备。
20.根据方面19所述的检查设备，其中，所述检查设备是量测设备。
21.一种光刻设备，包括根据方面1-18中任一项所述的设备。
22.一种光刻胞，包括根据方面1-20中任一项所述的设备。
23.一种用于估计已经在被测试衬底上进行的光刻过程的参数的方法，所述估计基于已经通过不对称性强度数据的回归分析确定的回归分析数据，所述不对称性强度数据又通过使用由光学系统在一个或更多个波长处发射并由所述被测试衬底的至少第一特征衍射的辐射确定，所述方法包括：
基于在被测试衬底的至少第一特征的特征不对称性的测量并且还基于针对表示所述被测试衬底的至少一个另外的衬底的多个相应的至少第一特征所确定的关系，确定与所述被测试衬底有关的参数的估计的品质，所述关系是在与所述至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量与相应的第一特征的特征不对称性的测量之间的关系。
24.根据方面23所述的方法，其中，所述估计基于所述光学系统在多个波长处发射的辐射。
25.根据方面23或24所述的方法，其中，由所述第一特征和第二特征衍射所发射的辐射，所述第一特征具有正的重叠偏置，所述第二特征具有负的重叠偏置。
26.根据方面25所述的方法，其中，针对所述至少一个另外的衬底上的多个相应的第一特征和第二特征对确定所述关系。
27.根据方面23-26中任一项所述的方法，其中，所述特征不对称性的测量包括所述回归分析数据的截距项。
28.根据方面23-27中任一项所述的方法，其中，针对所述至少一个另外的衬底的参数的估计的品质的测量包括针对所述至少一个另外的衬底的相应的回归分析数据的拟合优度。
29.根据方面28所述的方法，其中，通过使用从所述至少一个另外的衬底的多个相应的至少第一特征在大于所述光学系统发射的一个或更多个波长的波长下发射并衍射的辐射确定针对所述另外的衬底的相应的回归分析。
30.根据方面23-29中任一项所述的方法，还包括：如果所述被测试衬底的至少第一特征的特征不对称性的测量的幅值超过阈值，则忽略对所述被测试的衬底的参数的估计，所述阈值基于针对至少一个另外的衬底的相应的至少第一特征确定的关系。
31.根据方面23-30中任一项所述的方法，其中，所述至少第一特征形成量测目标的一部分。
32.根据方面23-30中任一项所述的方法，其中，所述光学系统被配置为发射在如下的范围内的波长的辐射：400nm至900nm；0.1nm至100nm；和/或10nm至20nm。
33.根据方面23-32中任一项所述的方法，还包括：基于所述光学系统在三个或更多个波长处发射并且从所述另外的衬底的多个相应的至少第一特征衍射的辐射，以：
针对与所述另外的衬底有关的多个相应的至少第一特征确定另外的衬底的不对称性强度数据；
基于所确定的另外的衬底的不对称性强度数据，确定与所述至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量以及与所述另外的衬底有关的特征不对称性的测量；和
确定与至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量与多个相应的至少第一特征的特征不对称性的测量之间的关系。
34.根据方面33所述的方法，还包括：通过对所述另外的衬底的不对称性强度数据进行回归分析，确定与所述至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量。
35.根据方面34所述的方法，其中，与所述至少一个另外的衬底有关的参数的估计的品质的测量包括所述回归分析的拟合优度。
36.根据方面33至35中任一项所述的方法，还包括：基于所确定的另外的衬底的不对称性强度数据来确定所述多个相应的至少第一特征的特征不对称性的测量。
37.根据方面36所述的方法，其中，所述多个相应的至少第一特征的特征不对称性的测量包括所述回归分析的截距项。
38.根据方面23-37中任一项所述的方法，其中，所述光刻过程的参数包括重叠。
39.一种用于基于辐射确定光刻过程的参数的估计的品质的测量与至少一个示例衬底的多个至少第一特征的特征不对称性的测量之间的关系的方法，所述辐射由光学系统在一个或更多个波长处发射并且从示例衬底的多个至少第一特征衍射，所述方法包括：
基于被衍射的辐射确定与至少一个示例衬底有关的多个至少第一特征的不对称性强度数据；
基于所确定的不对称性强度数据，确定与所述至少一个示例衬底有关的参数的估计的品质的测量以及与所述另外的衬底有关的特征不对称性的测量；和
确定与至少一个示例衬底有关的参数的估计的品质的测量与多个至少第一特征的特征不对称性的测量之间的关系。
40.一种计算机程序，包括指令，当在至少一个处理器上执行所述指令时所述指令使得所述至少一个处理器控制设备以执行根据方面23-39中任一项所述的方法。
41.一种载体，包含方面40所述的计算机程序，其中所述载体是电子信号、光学信号、无线电信号、或非暂时性计算机可读储存介质中的一个。
尽管在本文中可以对在ic制造中的光刻设备的使用进行了详细的参考，但是应该理解，本文描述的光刻设备可以具有其它应用。可能的其它应用包括集成光学系统，用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(lcd)、薄膜磁头等的制造。
尽管在本文中在光刻设备的内容背景下对本发明的实施例进行详细的参考，但是本发明的实施例可以用于其它设备。本发明的实施例可以构成掩模检查设备、量测设备或测量或处理诸如晶片(或其它衬底)或掩模(或其它图案形成装置)之类的物体的任何设备的一部分。这些设备通常可称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。
尽管上文已经在光学光刻术的内容背景下对本发明的实施例的使用进行详细的参考，但是应当认识到，在内容背景允许的请看下，本发明不限于光学光刻术，并可以用于其它应用，例如压印光刻术。
虽然上文已经描述了本发明的具体实施例，但是应该认识到，本发明可以以与上述不同的方式来实践。上文描述旨在是说明性的而不是限制性的。因此，本领域技术人员将明白，可以在不背离下文所阐述的权利要求的范围的情况下对所描述的本发明进行修改。
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