测量光刻工艺的参数的方法与流程
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本描述涉及对光刻工艺的参数的测量以及量测装置。
背景技术：
光刻装置是一种将期望图案施加到衬底上(通常施加到衬底的目标部分上)的机器。例如，光刻装置可以用于制造集成电路(ic)。在该实例中，图案形成装置(其可替代地被称为掩模或掩模版)可以用于生成要形成在ic的个体层上的电路图案。这种图案可以转印到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或多个裸片的一部分)上。图案的转印通常经由到被设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上的成像来进行。一般而言，单个衬底包含连续形成图案的相邻目标部分的网络。在光刻过程中，经常期望对创建的结构进行测量，以例如进行过程控制和验证而。用于进行这样的测量的各种工具是已知的，包括通常用于测量临界尺寸(cd)的扫描电子显微镜、以及用于测量套刻(设备中的两个层的对准准确性的度量)的专用工具。套刻可以根据两个层之间的未对准程度来描述，例如，对所测量的套刻为1nm的引用可以描述两个层未对准1nm的情形。
已经开发了各种形式的散射计用于光刻领域。这些设备将辐射束引导到目标上并且测量散射辐射的一个或多个特性以确定感兴趣参数，诸如套刻。目标中的干涉效应可以使得对感兴趣参数进行的测量的灵敏度根据辐射的波长、入射角和/或方位角而发生变化。为了在这种场景下提供高灵敏度，可以在不同波长下进行多次测量，但这会增加系统复杂性，增加测量时间和/或降低量测吞吐量。
技术实现要素：
在灵敏度随波长而发生显著变化的情况下，期望改进对感兴趣参数的测量。
根据一个方面，提供了一种测量光刻工艺的参数的方法，包括：修改来自辐射源的辐射并且利用经修改的辐射照射使用光刻工艺形成在衬底上的目标；以及检测从目标散射的辐射并且分析所检测的辐射以确定参数，其中对辐射进行修改包括：修改辐射的波长谱以具有介于全局最大值与局部最大值之间的局部最小值，其中局部最小值处的辐射的功率谱密度小于全局最大值处的辐射的功率谱密度的20％，并且局部最大值处的辐射的功率谱密度至少为全局最大值处的辐射的功率谱密度的50％。
根据一个方面，提供了一种用于测量光刻工艺的参数的量测装置，包括光学系统，该光学系统被配置为将来自辐射源的辐射引导到形成在衬底上的目标上；以及束修改设备，该束修改设备被配置为修改从辐射源接收的辐射并且将经修改的辐射提供给光学系统，其中束修改设备被配置为修改来自辐射源的辐射的波长谱以具有介于全局最大值与局部最大值之间的局部最小值，其中局部最小值处的辐射的功率谱密度小于全局最大值处的辐射的功率谱密度的20％，并且局部最大值处的辐射的功率谱密度至少为全局最大值处的辐射的功率谱密度的50％。
附图说明
现在将仅通过示例参考附图对实施例进行描述，其中
图1描绘了与其他装置一起形成半导体器件的生产设施的光刻装置；
图2包括(a)用于使用第一照射孔径对测量目标的暗场散射仪的示意图以及(b)给定照射方向上的目标光栅的衍射谱的细节；
图3示意性地描绘了具有两个层的目标的一部分和导致灵敏度曲线发生周期性变化的干涉效应；
图4是示出了灵敏度曲线以及三个不同波长下的量测测量的曲线图；
图5示意性地描绘了具有辐射源和滤波器的照射系统；
图6示意性地描绘了用于测量光刻工艺的参数的量测装置；
图7示意性地描绘了具有辐射源和束修改设备的照射系统；
图8示意性地描绘了具有辐射源、滤波器和束修改设备的照射系统；
图9示意性地描绘了包括法布里-珀罗(fabry–pérot)干涉仪的可调多带滤波器；
图10是示出了从束修改设备输出的示例经修改的波长谱的曲线图；
图11是图10所描绘的类型的经修改的波长谱与灵敏度曲线的乘积的曲线图。
图12示意性地描绘了包括空间光调制器(slm)的束修改设备，该空间光调制器被配置为修改辐射波长谱以根据到衬底上的入射角度而变化；
图13示意性地描绘了图12的束修改设备所产生的以不同入射角度引导到目标上的示例光线。
具体实施方式
在详细描述本发明的实施例之前，有指导意义的是呈现其中可以实现本发明的实施例的示例环境。
图1以200示出了作为实现大规模光刻制造过程的工业设施的一部分的光刻装置la。在本示例中，制造过程适于在诸如半导体晶片之类的衬底上制造半导体产品(集成电路)。技术人员将会理解，可以在该过程的变型中通过处理不同类型的衬底来制造广泛多种的产品。半导体产品的生产单纯地被作为示例，这在当今具有重要的商业意义。
在光刻装置(或简称为“光刻工具”200)内，以202示出了测量站mea而以204示出了曝光站exp。以206示出了控制单元lacu。在该示例中，每个衬底访问测量站和曝光站以施加图案。例如，在光学光刻装置中，投影系统用于使用调节的辐射和投影系统将产品图案从图案形成装置ma转印到衬底上。这通过在辐射敏感抗蚀剂材料层中形成图案的图像来完成。
本文中所使用的术语“投影系统”应当广义地解释为涵盖任何类型的投影系统，这些投影系统视正在使用的曝光辐射或其他因素(诸如使用浸没液体或使用真空)的情况而定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、磁性型光学系统、电磁型光学系统和静电型光学系统、或其任何组合。图案形成ma装置可以是掩模或掩模版，其将图案赋予由图案形成装置透射或反射的辐射束。众所周知的操作模式包括步进模式和扫描模式。众所周知，投影系统可以以各种方式与用于衬底和图案形成装置的支撑和定位系统协作，以将期望图案施加到跨衬底的许多目标部分。可以使用可编程图案形成装置来代替具有固定图案的掩模版。辐射例如可以包括深紫外(duv)或远紫外(euv)波段中的电磁辐射。本公开还可适用于其他类型的光刻过程，例如，压印光刻和直接写入光刻(例如通过电子束)。
光刻装置控制单元lacu控制各种致动器和传感器的所有移动和测量，以接收衬底w和掩模版ma并且实现图案化操作。lacu还包括信号处理和数据处理能力，以实现与装置的操作有关的期望计算。实际上，控制单元lacu被实现为具有许多子单元的系统，每个子单元对装置内的子系统或部件的实时数据采集、处理和控制进行处置。
在图案施加到曝光站exp处的衬底之前，在测量站mea处对衬底进行处理，以使可以执行各种准备步骤。该准备步骤可以包括：使用调平传感器来映射衬底的表面高度；以及使用对准传感器来测量衬底上的对准标记的位置。对准标记名义上以规则网格图案排列。然而，由于产生标记时缺乏精度以及由于衬底在其整个处理过程中发生的变形，所以标记偏离了理想网格。因此，除了测量衬底的位置和方位之外，如果装置要在非常高的精度下在正确位置处印刷产品特征，则对准传感器实际上还必须详细测量跨衬底区域的许多标记的位置。该装置可以是所谓的双台型，其具有两个衬底台，每个衬底台具有由控制单元lacu控制的定位系统。当一个衬底台上的一个衬底正在在曝光站exp处曝光时，另一衬底可以在测量站mea处装载到另一衬底台上，以使可以进行各种准备步骤。因此，测量对准标记非常耗时，并且提供两个衬底台使得能够大大提高装置的吞吐量。如果位置传感器if在测量站和曝光站时都无法测量衬底台的位置，则可以提供第二位置传感器，以使得能够在两个站处跟踪衬底台的位置。光刻装置la可以例如是所谓的双台型，其具有两个衬底台和两个站(曝光站和测量站)，衬底台可以在这两个站之间交换。
在生产设施内，装置200形成“光刻单元”或“光刻簇”的一部分，该“光刻单元”或“光刻簇”还包含涂覆装置208，该涂覆装置208用于将感光抗蚀剂和其他涂层施加到衬底w用于通过装置200进行图案化。在装置200的输出侧处提供烘烤装置210和显影装置212，用于将经曝光图案显影为物理抗蚀剂图案。在所有这些装置之间，衬底处置系统负责支撑衬底并且将它们从一个设备转印到另一设备。通常被统称为轨道的这些装置处于轨道控制单元的控制之下，该轨道控制单元本身由监控系统scs控制，该监控系统还经由光刻装置控制单元lacu控制光刻装置。因此，可以操作不同装置以使吞吐量和处理效率最大化。监控系统scs接收处置方案信息r，该处置方案信息r详细提供了被执行为创建每个经图案化衬底的步骤的定义。
一旦在光刻单元中施加并显影了图案，经图案化衬底220就被转印到其他处理装置，诸如以222、224、226图示的处理装置。在典型制造设施中，许多各种不同的处理步骤由各种装置执行。仅为举例，该实施例中的装置222为蚀刻站，并且装置224执行蚀刻后退火步骤。其他物理和/或化学处理步骤在其他装置226中应用等。制作真实设备可能需要进行多种类型的操作，诸如沉积材料、表面材料特点修饰(氧化、掺杂、离子注入等)、化学机械抛光(cmp)等。实际上，装置226可以表示在一个或多个装置中执行的一系列不同的处理步骤。
众所周知，半导体器件的制造包括这种处理的许多重复，以在衬底上逐层构建具有适当材料和图案的器件结构。因而，到达光刻簇的衬底230可以是新准备的衬底，或它们可以是先前全部已经在该簇或另一装置中处理过的衬底。同样，依据期望处理，离开装置226时，衬底232可以返回以在同一光刻簇中进行后续图案化操作，它们的目的可能是在不同簇中进行图案化操作，或它们可以是要发送用于切块和封装的成品。
产品结构的每个层都需要不同的一组过程步骤，并且每个层处使用的装置226的类型可以完全不同。进一步地，即使在装置226要应用的处理步骤名义上相同的情况下，在大型设施中，也可能会有数个假定相同的机器并行工作以在不同衬底上执行步骤226。这些机器之间的设置或故障之间的细微差别可能意味着它们以不同方式影响不同衬底。甚至对于每个层而言相对通用的步骤(诸如蚀刻(装置222))也可以由名义上相同但并行工作的几个蚀刻装置来实现，以使吞吐量最大。而且，实际上，不同层根据要蚀刻的材料的细节需要不同的蚀刻过程，例如，化学蚀刻、等离子蚀刻，以及特殊要求，诸如例如，各向异性蚀刻。
如刚刚所提及的，先前过程和/或后续过程可以在其他光刻装置中执行，并且甚至可以在不同类型的光刻装置中执行。例如，与要求较低的其他层相比较，可以在更先进的光刻工具中执行在器件制造过程中对诸如分辨率和套刻之类的参数要求非常高的一些层。因此，一些层可能会在浸没型光刻工具中曝光，而其他层可能会在‘干燥’工具中曝光。一些层可能会在以duv波长工作的工具中曝光，而其他层则使用euv波长辐射曝光。
为了正确且一致地曝光光刻装置所曝光的衬底，期望检查经曝光衬底以测量诸如后续层之间的套刻误差、线厚度、临界尺寸(cd)等之类的特性。因而，光刻单元lc所位于的制造设施还包括一个或多个量测系统。该量测系统可以包括独立量测装置met240和/或集成量测装置im207。该独立量测系统met240接收用于离线执行测量的已经在光刻单元中处理过的衬底w中的一些或全部衬底。集成量测装置im207执行在线测量，并且被集成到轨道中，以在曝光之后立即接收并测量衬底w中的一些或全部衬底w。量测结果直接或间接提供给监控系统(scs)238。如果检测到误差，则可以对后续衬底的曝光进行调整，尤其是在量测能够快速完成且足够快以致于同一批次的其他衬底仍然处于待曝光的情况下。
现代光刻生产设施中量测装置的常见示例是散射仪，例如，角度分辨散射仪或光谱散射仪，并且它通常可以用于在装置222中蚀刻之前测量经显影衬底220的特性。使用独立量测装置240和/或集成量测装置207，可以确定例如诸如套刻或临界尺寸(cd)之类的重要的性能参数没有满足经显影抗蚀剂中的指定容差。在蚀刻步骤之前，存在通过光刻簇剥离经显影抗蚀剂并且对衬底220进行重新处理的机会。还众所周知，通过监控系统scs和/或控制单元lacu206随时间而进行小的调整，来自装置240的量测结果242可以用于维持光刻簇中图案形成操作的准确性能，从而使产品不合规格并需要返工的风险最小化。当然，量测装置240和/或其他量测装置(未示出)可以用于测量经处理衬底232、234和传入衬底230的特性。
图2(a)示出了量测装置。独立量测装置240和/或集成量测装置207可以包括例如这种量测装置或任何其他合适的量测装置。图2(b)更详细地图示了目标t和用于照射目标的测量辐射的衍射光线。所图示的量测装置属于一种被称为暗场量测装置的类型。量测装置可以是独立设备或被并入例如测量站处的光刻装置la中或光刻单元lc中。在整个装置中具有几个分支的光轴由点线o表示。在该装置中，源11(例如，氙气灯)所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。这些透镜以4f布置的双序列布置。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，并且同时允许进入中间光瞳平面以进行空间频率滤波即可。通过在呈现衬底平面的空间光谱的平面(本文中被称为(共轭)光瞳平面)中定义空间强度分布，可以选择辐射入射在衬底上的角度范围。例如，这可以通过在作为物镜光瞳平面的反向投影图像的平面中在透镜12和14之间插入合适形式的孔板13来进行。在所图示的示例中，孔板13具有被标记为13n和13s的不同形式，从而允许选择不同的照射模式。本示例中的照射系统形成离轴照射模式。在第一照射模式下，孔板13n从仅出于描述的目的而被指定为‘北’的方向提供离轴照射。在第二照射模式下，孔板13s用于提供类似照射，但从被标记为‘南’的相反方向提供。通过使用不同的孔径，其他照射模式也是可能的。理想情况下，因为期望照射模式之外的任何不必要的光都有可能干涉期望测量信号，所以光瞳平面的其余部分是暗的。
如图2(b)所示的，目标t与垂直于物镜16的光轴o的衬底w放置在一起。衬底w可以由支撑件(未示出)支撑。以偏离轴o的角度撞击在目标t上的测量辐射i的光线产生零阶光线(实线0)和两个一阶光线(点链线+1和双点链线-1)。应当记住，对于过填充的小目标t的情况，这些光线只是覆盖衬底区域(包括计量目标t和其他特征)的许多平行光线中的一个光线。由于板13中的孔的宽度有限(必须准许有用量的光进入)，所以入射光线i实际上会占据一定的角度范围，并且衍射光线0和+1/-1会稍微散开。每个阶+1和-1会在一定的角度范围内进一步扩散，而非如所示出的单个理想光线。应当指出，可以设计或调整目标的光栅节距和照射角度，以使进入物镜的一阶光线与中心光轴接近对准。图2(a)和图2(b)所图示的光线被示为略微偏离轴，纯粹是为了使得它们能够在图中更容易区分。
衬底w上的目标t所衍射和反射的阶中的至少一个阶通过物镜16收集并且通过分束器15引导回来。返回图2(a)，通过指定被标记为北(n)和南(s)的沿直径相对的孔径，图示了第一照射模式和第二照射模式两者。当测量辐射的入射光线i来自光轴的北侧时，也就是说，当使用孔板13n施加第一照射模式时，被标记为+1(n)的+1衍射光线进入物镜16。相比之下，当使用孔板13s施加第二照射模式时，被标记为1(s)的-1衍射光线是进入透镜16的光线。
第二分束器17将衍射光束划分为两个测量分支。在第一测量分支中，光学系统18使用零阶衍射光束和一阶衍射光束在第一传感器19(例如，ccd传感器或cmos传感器)上形成目标的衍射光谱(光瞳平面图像)。每个衍射阶都会撞击传感器上的不同点，以使图像处理可以比较并对比各阶。传感器19所捕获的光瞳平面图像可以用于聚焦量测装置和/或归一化一阶光束的强度测量。光瞳平面图像还可以用于许多测量目的，诸如重建。
在第二测量分支中，光学系统20、22在传感器23(例如，ccd传感器或cmos传感器)上形成目标t的图像。在第二测量分支中，孔径光阑21设置在与光瞳平面共轭的平面中。孔径光阑21用于阻挡零阶衍射束，以使形成在传感器23上的目标的图像仅由-1阶束或+1阶束形成。传感器19和23所捕获的图像输出到处理图像的处理器pu，该处理器pu的功能取决于正在执行的特定类型的测量。注意，术语‘图像’在本文中按宽泛含义使用。如此，如果仅存在-1阶和+1阶中的一个阶，则不会形成本身为光栅线的图像。
图2所示的孔板13和场阑21的特定形式纯粹作为示例。在本发明的另一实施例中，使用目标的同轴照射并且使用具有离轴孔径的孔径光阑来使基本上仅一个一阶衍射光传递到传感器。在又其他实施例中，代替一阶光束或者除了一阶光束之外，还可以在测量中使用二阶束、三阶束和更高阶的束(图2未示出)。
为了使测量辐射适应于这些不同类型的测量，孔板13可以包括围绕盘形成的若干个孔图案，该盘旋转以将期望图案置于适当位置。注意，孔板13n或13s只能用于测量沿一个方向(x或y，其取决于设置)定向的光栅。为了测量正交光栅，可以实施目标旋转90°和270°。
量测装置可以允许选择测量辐射的波长。可以对来自源11的测量辐射进行滤波，使得可以执行特定测量。每次全衬底测量可以调整波长一次。最佳波长可以取决于层。通常，量测装置包括少数(例如，约7个到10个)分立滤波器以对测量辐射进行滤波，从而使得能够仅从相同数目的可能波长中进行波长选择。这会限制性能。附加地，分立波长之间的电流开关时间很长，因此每次总衬底测量只能调整一次电流开关时间。
因此，已经提出使用一个或多个线性可变滤波器(lvf)代替分立滤波器。lvf是一种具有光谱特性的滤波器，该光谱特性随着沿着滤波器的一个(或多个)方向上的位置而基本上呈线性变化。通过相对于辐射束移动滤波器(通过物理移动滤波器、束或两者)，使得束通过滤波器的位置发生变化，经滤波的束波长可以在宽波长范围内(例如，介于400nm与900nm之间)线性变化。输出辐射束可以是用于诸如图2(a)所图示的量测装置之类的量测装置的测量辐射束。
lvf的最简单实现是单个可调带通滤波器，其中输出波长仅通过滤波器上的空间位置来选择。在实施例中，lvf可以包括这种单个可调带通滤波器。然而，可以通过组合两个边通lvf——一个长波通lvf和一个短波通lvf——来设计更灵活的滤波器，以创建可调通带。通过一起移动两个滤波器，可以连续调整中心波长，并且通过相对于彼此移动滤波器，还可以调谐组合滤波器的带宽。因此，在其他实施例中，lvf可以包括串联的短波通滤波器和长波通滤波器两者，从而提供可以跨大的中心波长带(例如，介于400nm与900nm之间)和/或不同的通带连续调谐的带通滤波器。
在基于衍射的套刻量测中，从目标衍射的辐射中的非对称性α用于确定套刻。例如，非对称性a可以基于从衍射辐射提取的分量a和b之间的差异来获得，如下所示：
不同分量a和b可以例如与散射辐射的+1衍射阶和-1衍射阶的强度相对应，如上文参考图2所讨论的。通常，采集分量a和b以及由此产生的非对称性a作为图像以允许对目标上的不同区域进行相互比较。例如，目标可以包括其中应用了不同的预先应用的套刻偏差β的区域。在一个实施例中，分别从具有相等且相反偏差β的区域获得非对称性a+和a-。这些非对称性可以组合起来以获得数量b，如下所示：
可以根据b导出套刻，其具有减少了的来自非套刻目标非对称性(例如，经蚀刻结构的侧壁角度)的影响。
如图3所示意性地描绘的，干涉效应发生在从目标中的不同层51、52(例如，其间套刻被确定的层)反射的辐射(实线箭头)之间。干涉效应使得非对称性a根据入射辐射的波长而周期性变化(可以经由波数
其中k为比例常数，
灵敏度s通常是目标(例如，几何形状和材料)和测量条件(例如，辐射波长、辐射偏振、辐射入射角度)的函数。灵敏度s随波长的变化可以称为灵敏度曲线。灵敏度曲线可以根据波长标绘或根据波数(波长的倒数)标绘。图4示意性地示出了根据波长标绘的灵敏度曲线的示例，如下所述。灵敏度曲线的振荡频率随着叠层的厚度而增加。对于一些应用，诸如3dnand应用，相邻最大值之间的距离可以变得小于30nm，这与一些量测装置中使用的滤波器的带宽相当。
为了实现高灵敏度s并且避免在给定非对称性a测量内抵消正灵敏度s和负灵敏度s，可以产生入射辐射的更窄带宽(例如，小于30nm)并且将其定位在灵敏度曲线中的峰值(局部最小值或局部最大值)附近。这可以使用调谐带通滤波器(诸如上文所描述的lvf)来进行。图5描绘了用于实现这种功能性的照射系统120，该照射系统120包括辐射源11和带通滤波器112。带通滤波器112对来自辐射源11的宽带辐射进行滤波，以提供窄带输出辐射130。使用用于创建较小带宽的这种滤波器112可以解决抵消问题。然而，滤波会减少可用于测量的光量，该光量与选定的带宽成比例。减少可用于测量的光量增加了测量时间并减小了吞吐量。
灵敏度曲线可以在不同目标之间发生变化，例如，由于跨衬底或不同衬底之间的叠层厚度的不希望的变化。该问题的解决方案是使用例如带通滤波器的多个相应设置在多个波长处顺序测量。最大信号或多个信号的加权组合可以用于抑制叠层厚度变化的影响并且以可靠方式确定感兴趣参数。图4中针对三个波长描绘了这一方案的示例，该图4示意性地示出了三个测量(由圆圈表示)的典型灵敏度曲线和位置。本文中，灵敏度s被定义为测量信号的相对变化，该相对变化与所测量的感兴趣参数的固定变化相对应。使用较大的两个波长测量非对称性a获得相对较高的灵敏度，而使用三个波长中最低波长的测量将实现相对较低的灵敏度。因此，三个测量的组合可以用于获得高灵敏度(因为测量中的两个测量具有相对较高的灵敏度，即使测量中的一个测量没有相对较高的灵敏度)。这种方案对于灵敏度曲线的相位和/或频率的变化是稳健的，只要灵敏度曲线的频率不会变得太高以至于所有三个测量波长可能同时位于零灵敏度s附近。然而，在不同波长下进行顺序测量的需求要求附加测量时间并且不利于吞吐量。
下文所描述的实施例允许在多个波长下更有效地执行量测测量，从而提高测量速度和吞吐量，特别是在灵敏度曲线根据波长而快速变化的情况下。
图6示意性地描绘了适于实现下文所描述的实施例的量测装置。该量测装置被配置为测量光刻工艺(例如，如上文参考图1和图2所描述的工艺)的参数。量测装置包括照射系统120。光学系统122将来自照射系统120的辐射(实线箭头)引导到衬底w上形成的目标t上。在一个实施例中，目标t包括多层结构并且参数包括多层结构的不同层之间的套刻误差。光学系统122还将从目标t散射的辐射引导到检测器23。在一个实施例中，光学系统122使用图2(a)中所描绘的量测装置的一个或多个部件来实现，这些部件包括例如透镜12、14和16中的一个或多个透镜、孔板13、分束器15、第一测量分支(包括光学系统18的一个或多个元件)、以及第二测量分支(其包括光学系统20、22的一个或多个元件、以及孔径光阑21)。在一个实施例中，检测器23如上文关于第二测量分支所描述的那样实现并且包括ccd传感器或cmos传感器。在一个实施例中，光学系统122被配置为在传感器23上形成目标t的一个或多个图像。
照射系统120包括辐射源11和束修改设备30(参见图7和图8)。束修改设备30修改来自辐射源11的辐射并且将经修改辐射32提供给光学系统122。束修改设备30修改来自辐射源11的辐射波长谱以同时具有至少一个局部最小值和两个局部最大值(其中局部最大值中的一个局部最大值也可能是全局最大值)。辐射波长谱定义了根据波长而呈现的辐射量(例如，功率或强度)。参考功率谱密度，可以对功率在波长谱上的分布进行描述，该功率谱密度描述了每个波长间隔存在多少功率。至少一个局部最小值和两个局部最大值表示波长谱中的显著特征而非诸如波纹或噪声之类的次要特征。在一个实施例中，经修改波长谱包括介于全局最大值与局部最大值之间的局部最小值，其中局部最小值处的辐射的功率谱密度小于全局最大值处的辐射的功率谱密度的20％(可选地，小于15％，可选地，小于10％，可选地，小于5％)，并且局部最大值处的辐射的功率谱密度至少为全局最大值处的辐射的功率谱密度的50％(可选地，至少为60％，可选地，至少为70％，可选地，至少80％，可选地，至少90％)。通过以这种方式将波长谱修改为同时具有至少两个最大值，束修改设备30使得可能同时使用以不同波长为中心的两个(或更多个，其取决于所提供的最大值的数目)辐射带来照射目标t。与上文参考图4所描述的相继施加不同波长的照射的顺序方案相对比，束修改设备30使得可能同时施加多个窄带照射。这种方案改进了对辐射源11所提供的辐射的使用(通过丢弃较小比例的辐射)并且还允许并行执行测量。可以例如在单个测量中执行(即，同时)上文参考图4所描述的不同波长下的三个测量的序列。因此，束修改设备30支持了有所改善的测量速度和吞吐量。
在一个实施例中，如图7所描绘的，照射系统120被配置为使得束修改设备30接收宽带辐射(例如，无需来自宽带辐射源11的滤波)作为传入辐射束31。在另一实施例中，如图8所描绘的，照射系统120被配置为使得束修改设备30接收已经被诸如带通滤波器之类的滤波器112滤波的传入辐射束31。在图8中所描绘的类型的实施例中，滤波器112的带宽可以大于与束修改设备30所引入的个体最小值或个体最大值相关联的带宽(例如，如下文所描述的图10中所描绘的)。
在一个实施例中，束修改设备30包括可调多带滤波器，该可调多带滤波器使用干涉测量原理(例如，通过布置干涉测量谐振以产生所需最大值和最小值)来修改波长谱。在这种实施例的示例中，如图9所示意性描绘的，束修改设备30包括法布里-珀罗干涉仪(即，被配置为基于法布里-珀罗干涉仪的原理来操作的干涉仪)。法布里-珀罗干涉仪以产生梳状波长谱的方式对输入辐射进行滤波，其中局部最大值34和局部最小值36有规律地隔开。按照法布里-珀罗干涉仪的原理，法布里-珀罗干涉仪包括两个平行的部分反射表面38。透射波长谱包括与部分反射表面38之间的空间的谐振相对应的峰值(局部最大值34)。图10描绘了图9的束修改设备30的输出辐射束32的示例。该实施例中的照射系统120被配置为如图8所示。通过滤波器112对去往图9的法布里-珀罗干涉仪的传入辐射束31进行带通滤波，以具有由图10中的虚线包络所指示的形式的波长谱。随后通过法布里-珀罗干涉仪进行的滤波使得传出辐射束32具有叠加在传入辐射束31的较宽带波长谱上的梳状波长谱。在图10所描绘的特定示例中，束修改设备30因此以具有五个局部最大值34(其中一个为全局最大值)和四个局部最小值36的方式修改来自辐射源11的辐射的波长谱。
法布里-珀罗干涉仪所提供的局部最大值34之间的(波数空间中的)间距
其中h为部分反射面38之间的距离。
在一个实施例中，与波长谱未被修改相比，经修改波长谱可以使得更接近地匹配或遵循灵敏度曲线。以这种方式将波长谱与灵敏度曲线匹配提高了整体灵敏度，从而提高了准确度和/或允许更快地执行测量和/或使用更简单的设备。在一个实施例中，位于任一侧上且与局部最小值直接相邻的局部最大值34和全局最大值34，和/或至少两个其他局部最大值34与根据波数而标绘的局部最大值或局部最小值的位置相匹配(例如，使得经修改的波长谱中的所有相关的最大值，与灵敏度曲线中的局部最大值对齐或与灵敏度曲线中的局部最小值对齐)，其程度为根据波数而标绘的灵敏度曲线中局部最大值之间的平均间隔或局部最小值之间的平均间隔的25％之内，可选地，15％之内，可选地，10％之内，可选地，5％之内，可选地，1％之内。灵敏度曲线可以通过执行校准测量(例如，通过在多个波长下执行测量并且计算每个波长处的灵敏度)和/或通过数学建模来导出。
在一个实施例中，波长谱被修改为使得当根据波数而标绘波长谱时，两对或更多对相邻局部最大值34(可选地，包括全局最大值在内)或相邻局部最小值36均匀隔开(例如，使得波长谱至少是局部周期性或伪周期性的)。在这样的实施例中，均匀隔开的最大值之间的间隔(即，根据波数而标绘的波长谱的周期或单位单元)被调谐为与根据波数而标绘的灵敏度曲线中的局部最大值之间的或根据波数而标绘的灵敏度曲线中的局部最小值之间的平均间隔(在波长谱的光谱范围内平均)匹配，其程度为灵敏度曲线中的局部最大值之间的平均间隔的25％之内，可选地，15％之内，可选地，10％之内，可选地，5％之内，可选地，1％之内。在使用如上文参考图9所描述的法布里-珀罗干涉仪的实施例中，这种匹配可以通过调谐法布里-珀罗干涉仪使得h＝δl/2来实现。以这种方式匹配周期会使对路径长度差δl处的套刻的灵敏度更高，除非相位近似为
在一个实施例中，根据波数而标绘的经修改波长谱中的与均匀隔开的局部最大值或均匀隔开的局部最小值相对应的周期性变化的相位被调谐为与根据波数而标绘的灵敏度曲线同相(例如，其中局部最大值或局部最小值分别沿着表示波数的水平轴对准)，其程度为在根据波数而标绘的灵敏度曲线中局部最大值之间的平均间隔的25％之内，可选地，15％之内，可选地，10％之内，可选地，5％之内，可选地，1％之内(例如，使得束修改设备30所施加的周期性变化中的局部最大值出现在与灵敏度曲线中的最大值或灵敏度曲线中的最小值接近或相同的波长或波数处)。这在图11中进行了示意性图示。短段虚线曲线以沿着垂直轴的任意单位描绘了根据波长而标绘的预期灵敏度曲线(根据波数的标绘图看起来相似，但其中峰值间距更规律)。长段虚线曲线以沿着垂直轴的任意单位描绘了束修改设备30所产生的周期性变化的波长谱(其遵循图10中的曲线的形式)，其中周期和相位被调谐为使得周期性变化的波长谱中的局部最大值与灵敏度曲线中的局部最大值相对应，而周期性变化的波长谱中的局部最小值与灵敏度曲线中的局部最小值相对应。实线曲线以沿着垂直轴的任意单位示出了周期性变化的波长谱和灵敏度曲线的乘积，该灵敏度曲线与过程对感兴趣参数的总体灵敏度相关，并且在所考虑的波长范围内主要保持正值。在一个备选布置中，经修改波长谱中的局部最大值可以与灵敏度曲线中的局部最小值对准，在这种情况下，实线曲线可能主要为负值，并且可能会获得在提高灵敏度方面的类似益处。
图11中实线下的积分等于滤波器112的带宽的近似1/6(与图10中的虚线曲线相对应)乘以灵敏度曲线的最大值。由于该方案允许对滤波器112进行更广泛的设置而不会因取消而丢失信号，所以滤波器112的带宽可以设置得更高(例如，高于灵敏度曲线中单个峰值的宽度的6倍)，从而支持减少测量时间并且提高吞吐量。
在使用法布里-珀罗干涉仪的实施例中，可以调整相位，使得最大值j出现在波数处：
其中j为整数并且f为介于0与1之间的数。这可以例如使用适当的多层涂层来实现产生非零f的部分反射表面38而实现。例如，如果特定套刻参数与
在一个备选实施例中，束修改设备30使用声光可调滤波器来修改辐射波长谱。这样的滤波器还可以称为布拉格单元，它通过使用声波来使用声光效应来衍射穿过其的辐射。通过控制所施加的声波的频率，可能提供具有可调周期和可调相位的周期性输出波长谱(与上文参考法布里-珀罗干涉仪所描述的光谱相似)。
在一个实施例中，重复该方法以使用不同目标和不同衬底中的一者或两者来多次获得光刻工艺的参数，并且以不同方式修改光谱以与多个测量的至少一个子集中的每个测量的不同的相应灵敏度曲线相匹配。因此，由于工艺在不同衬底之间或在衬底上的不同位置处发生改变，所以该方法可以通过跟随灵敏度曲线的改变来维持高的整体灵敏度。
在另一备选方案中，如图12和图13所描绘的，束修改设备30通过将要修改的辐射的不同波长分量引导(例如，使用适当的光学元件，诸如棱镜或光栅)到不同位置并且至少在不同的相应位置的子集中以不同方式对辐射进行调制以执行对波长谱的修改来操作。在一个实施例中，不同的位置与空间光调制器(也可以称为slm)53的不同的相应区域相对应。在这样的实施例中，slm53然后至少在不同的相应区域的子集中以不同方式对辐射进行调制以执行对波长谱的修改。因此，为了产生如图10所描绘的波长谱，例如，slm53可以被编程为使slm53的接收与最大值34相对应的波长分量的区域中的辐射通过并且被编程为移除slm53的接收与最小值36相对应的波长分量的区域中的辐射。slm53可以定义波长谱的周期和相位两者。slm53可以以各种方式实现。在一个实施例中，slm53被配置为修改通过slm53的辐射的偏振并且与偏振器配合以选择性地通过或阻挡来自slm53的不同区域的辐射。在一个实施例中，slm53包括液晶(lc)掩模、铁电掩模、或可倾斜反射镜阵列。在一个实施例中，slm53包括硬掩模(例如，具有孔径的轻质金属片))，该硬掩模的可能比较重的玻璃衬底滤波器的更快地进行机械切换。
图12示出了这种类型的示例束修改设备30。束修改设备30包括第一光栅51、第一柱透镜52、slm53、第二柱透镜54和第二光栅55。去往束修改设备30的传入辐射束31中的光线可以以它们的x，y坐标来表征。传入辐射束31通过第一光栅51衍射。在所示的实施例中，第一光栅51和第二光栅55为透射式，但是可以在不背离基本原理的情况下使用反射光栅来构想等同配置。传入辐射束31中的每个波长分量被衍射到不同方向。代表性长波长分量被标记为61，而代表性短波长分量被标记为62，但实际上可能存在连续范围的波长分量。所衍射的波长分量通过第一柱透镜52聚焦到slm53上的线焦点43、44。长波长分量61聚焦到slm53上的线焦点43。短波长分量62聚焦到slm53上的线焦点44。slm53可以根据slm53上的x′，y′坐标来改变透射光的特性。在所示的束修改设备30的配置中，x′坐标与波长有关(这是由于第一光栅51所提供的波长相关衍射扩散的周期性与x′方向平行，其中光栅线平行于y′方向延伸)，并且y′坐标与入射辐射束31中的y坐标相匹配。在一个实施例中，slm53所改变的透射辐射的特性是偏振。因此，与偏振器(其可以紧接在slm53的下游或下游的其他地方)相组合，slm53可以有效地作为位置相关衰减器操作。因此，slm53可以根据x′，y′或等同地λ，y′来衰减辐射，从而提供上文所提及的辐射的选择性通过或移除。从slm53输出的辐射通过第二柱透镜54和第二光栅55，它们将波长分量组合为具有光线坐标x″和y″的单个准直传出辐射束32。如果传入辐射束31具有辐照度分布i(x，y，λ)，其中λ为波长，则传出辐射束32的辐照度分布由以下表达式给出：
i″(x″，y″，λ)＝i(x″，y″，λ)t(y′，λ)，
其中t(y′，λ)为可以自由选取的传递函数(尽管通常使得0＜t＜1)。类似功能性可以通过折叠图12的配置来实现，以便只有一个透镜和单个光栅。可替代地，可以调整该配置，以使辐射从光栅反射两次或四次。在图12所示的配置中，距离51-52、52-53、53-54和54-55都等于柱透镜52和54的焦距。
图12所描绘的类型的实施例允许针对辐射到目标t上的给定入射角度对辐射的波长谱进行灵活有效的修改。附加地，几何形状允许修改波长谱以根据入射角度而发生变化。这是期望的，因为对于许多应用，灵敏度曲线也将根据入射角而发生变化(例如，根据入射角度改变频率和/或相位)。在一个实施例中，相对于针对所有入射角度应用恒定波长谱的情况而言，通过使得波长谱随入射角度的变化更接近地跟随灵敏度曲线随入射角度的预期变化(例如，通过匹配周期和/或相位)，实现了有所改进的整体测量灵敏度。
图12和图13示出了可以如何使用slm53实现根据入射角度对波长谱的修改。在这种类型的实施例中，修改是通过slm53在slm53的部分中以不同方式对辐射进行调制来应用的，这些部分对辐射到目标t上的不同相应入射角度有所贡献。在所示的几何结构中，slm53的这些不同部分与沿着y′方向的不同位置相对应。沿着y′方向的不同位置与传出辐射束32中沿着y″方向的不同位置相对应。由于可以使波长谱取决于y″坐标，所以它也取决于目标上的入射角度θ。这在图13中图示，该图13示出了束修改设备30与光学系统122的选定元件(分束器15与物镜16)之间的相互作用。传出辐射束32的示例光线在y″坐标y1″和y2″处示出。光轴由虚线指示。光线通过分束器15重定向，然后聚焦到目标t上。所散射的辐射穿过物镜16和分束器15到达检测器(未示出)。入射角度取决于y″坐标：来自y1″的光线以θ1入射，而来自y2″的光线以θ2入射。
图12和图13所示的布置是这样的示例，其中光学元件(第一光栅51)跨slm53以仅平行于第一轴(平行于x′方向)扩散不同波长分量，使得slm53的与第一轴正交的每个细长区域(条带)接收不同的波长分量。光学系统122被配置为使得在沿着slm53的第二轴(平行于y′方向)的不同位置处由slm53所接收的辐射对到目标t上的不同的相应入射角有所贡献。在slm53的对辐射到目标t上的不同相应入射角有所贡献的部分中以不同形式对辐射进行调制包括：根据沿着第二轴的位置以非均匀方式对辐射进行调制。在所示的示例中，第一轴与第二轴正交，但其他布置也是可能的。例如，第一轴可能相对于第二轴以倾斜角度定向。
以给定入射角度施加的波长谱因此可以通过对slm53的细长区域(条带)的适当致动来定义，该细长区域平行于x′并且穿过与给定入射角度相对应的y′坐标。通过致动穿过不同y′坐标的对应条带，可以将不同光谱施加到以不同入射角度入射到目标上的辐射。将光谱与不同入射角度下灵敏度曲线的预期变化相匹配提高了整体灵敏度。
本公开的实施例可以应用于期望获得多个套刻参数(例如，分别表示目标中不同层组合之间的偏移)的情况。在这种情况下，可以预期不同的套刻参数会有不同的灵敏度曲线，并且可以使用每次独立修改的辐射波长谱进行多次测量，以便对于正在获得的特定套刻参数而言是最优的和/或降低对其他层对和/或惹人厌的非对称性特性(例如，侧壁角度)参数的灵敏度。例如，在期望从目标获得n个套刻参数的情况下，可以使用以不同形式修改的光谱执行m(例如，
其中q为稀疏n×m矩阵。
在其中束修改设备使用基于法布里-珀罗干涉仪原理(诸如图9所描绘的)的可调多带滤波器的实施例中，部分反射表面38可以被配置为(例如，经由对涂层的适当选择)使透射波长谱
尽管上文可能已经参考了本发明的实施例在光学光刻的背景下的使用，但是应当领会，本发明可以用于其他应用，例如，压印光刻，并且在背景允许的情况下，不局限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成设备中的形貌定义了在衬底上创建的图案。图案形成设备的形貌可以压入供应给衬底的抗蚀剂层中，之后抗蚀剂通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来固化。在抗蚀剂固化后，图案形成设备移出抗蚀剂，从而在其中留下图案。
在下文带编号的条款中呈现了根据本发明的其他实施例：
1.一种光刻工艺的参数的测量方法，包括：
修改来自辐射源的辐射并且利用经修改的辐射照射使用光刻工艺形成在衬底上的目标；以及
检测从目标散射的辐射，并且分析所检测的辐射以确定参数，其中
对辐射的修改包括：修改辐射波长谱以具有介于全局最大值与局部最大值之间的局部最小值，其中局部最小值处的辐射的功率谱密度小于全局最大值处的辐射的功率谱密度的20％，并且局部最大值处的辐射的功率谱密度至少为全局最大值处的辐射的功率谱密度的50％。
2.根据条款1所述的方法，其中
灵敏度曲线将确定参数的过程的灵敏度的变化定义为从目标散射的辐射的波长的函数；以及
相对于波长谱未被修改的情况而言，经修改的波长谱更为接近地匹配灵敏度曲线，使得通过分析所检测的辐射来确定参数的过程的整体灵敏度得以提高。
3.根据条款2所述的方法，其中局部最大值和全局最大值的位置，或经修改的波长谱的至少两个其他局部最大值的位置与根据波数而标绘的灵敏度曲线中的局部最小值或局部最大值的位置相匹配，匹配程度为根据波数而标绘的灵敏度曲线中的局部最大值之间的平均间隔或局部最小值之间的平均间隔的25％之内。
4.根据条款2或3所述的方法，其中波长谱被修改为使得当波长谱根据波数进行标绘时，两对或更多对相邻局部最大值被均匀隔开。
5.根据条款4所述的方法，其中均匀隔开的局部最大值之间的间隔被调谐为与根据波数而标绘的灵敏度曲线中的局部最大值之间或局部最小值之间的间隔相匹配，匹配程度为根据波数而标绘的灵敏度曲线中的局部最大值之间的平均间隔或局部最小值之间的平均间隔的25％之内。
6.根据条款5所述的方法，其中根据波数而标绘的经修改的波长谱中的与均匀隔开的局部最大值相对应的周期性变化的相位被调谐为与根据波数而标绘的灵敏度曲线同相，同相程度为根据波数而标绘的灵敏度曲线中的局部最大值之间的平均间隔或局部最小值之间的平均间隔的25％之内。
7.根据条款2至6中任一项所述的方法，其中光刻工艺的参数使用不同目标和不同衬底中的一者或两者来测量多次，并且光谱以不同方式进行修改，以便与光刻工艺的参数的测量的至少子集的每个测量的不同相应灵敏度曲线相匹配。
8.根据任一前述条款所述的方法，其中波长谱使用基于干涉测量的可调多带滤波器来修改。
9.根据条款8所述的方法，其中可调多带滤波器包括法布里-珀罗干涉仪。
10.根据任一前述条款所述的方法，其中波长谱使用声光可调滤波器来修改。
11.根据任一前述条款所述的方法，其中
要修改的辐射的不同波长分量被引导到不同的相应位置；以及
辐射至少在不同相应位置的子集中以不同方式进行调制，以执行对波长谱的修改。
12.根据任一前述条款所述的方法，其中
要修改的辐射的不同波长分量被引导到空间光调制器的不同的相应区域；以及
空间光调制器至少在不同的相应区域的子集中以不同方式对辐射进行调制，以执行对波长谱的修改。
13.根据任一前述条款所述的方法，其中对辐射进行修改还包括：修改波长谱以作为辐射到目标上的入射角度的函数而变化。
14.根据条款13所述的方法，其中
灵敏度曲线将确定参数的过程的灵敏度的变化定义为从目标散射的辐射的波长的函数；以及
相对于针对所有入射角度而应用恒定波长谱而言，作为入射角度的函数的波长谱的变化更为接近地匹配作为入射角度的函数的灵敏度曲线的变化，使得通过分析所检测的辐射来确定参数的过程的整体灵敏度得以提高。
15.根据条款14所述的方法，其中作为入射角度的函数的波长谱的变化使用空间光调制器来应用。
16.根据条款15所述的方法，其中空间光调制器在空间光调制器的对不同的相应入射角度有所贡献的部分中以不同方式对辐射进行调制。
17.根据任一前述条款所述的方法，其中目标包括多层结构并且参数包括多层结构的不同层之间的套刻误差。
18.一种用于测量光刻工艺的参数的量测装置，包括：
光学系统，被配置为将来自辐射源的辐射引导到形成在衬底上的目标上；以及
束修改设备，被配置为修改从辐射源接收的辐射并且将经修改的辐射提供给光学系统，其中
束修改设备被配置为修改来自辐射源的辐射的波长谱以具有介于全局最大值与局部最大值之间的局部最小值，其中局部最小值处的辐射的功率谱密度小于全局最大值处的辐射的功率谱密度的20％，并且局部最大值处的辐射的功率谱密度至少为全局最大值处的辐射的功率谱密度的50％。
19.根据条款18所述的装置，其中束修改设备还被配置为修改波长谱以根据到目标上的入射角度而变化。
20.根据条款18至19中任一项所述的装置，其中所述波束修改设备包括以下各项中的一项或多项：可调多带滤波器、法布里-珀罗干涉仪、声光可调滤波器。
21.根据条款18至20中任一项所述的装置，其中束修改设备包括：
光学元件；以及
空间光调制器，其中
光学元件被配置为将要修改的辐射的不同波长分量引导到空间光调制器的不同的相应区域上；以及
空间光调制器被配置为至少在不同的相应区域的子集中以不同方式对辐射进行调制，从而修改波长谱。
22.根据条款21所述的装置，其中空间光调制器还被配置为在空间光调制器的对到目标上的不同的相应入射角度有所贡献的部分中以不同方式对辐射进行调制。
23.根据条款22所述的装置，其中
光学元件被配置为跨空间光调制器以仅平行于第一轴而扩散不同的波长分量，使得空间光调制器的与第一轴正交的每个细长区域接收不同的波长分量；以及
光学系统被配置为使得在沿着空间光调制器的第二轴的不同位置处的由空间光调制器所接收的辐射对到目标上的不同的相应入射角度有所贡献；以及
在空间光调制器的对辐射到目标上的不同的相应入射角度有所贡献的部分中以不同方式对辐射进行调制包括：根据沿着第二轴的位置以非均匀方式对辐射进行调制。
24.根据条款23所述的装置，其中第一轴与第二轴正交。
本文中所使用的术语“辐射”和“束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外线(uv)辐射(例如，具有或约为365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外(euv)辐射(例如，5nm至20nm范围内的波长)、以及粒子束(例如，离子束或电子束)。
在上下文允许的情况下，术语“透镜”可以是指各种类型的光学部件中的任何一种或组合，这些光学部件包括折射型光学部件、反射型光学部件、磁性型光学部件、电磁型光学部件、以及静电型光学部件。
对特定实施例的前述描述将如此充分地揭示本发明的一般性质，以至于在不脱离本发明的一般构思的情况下，其他人可以通过应用本领域技术人员的知识而容易地针对各种应用修改和/或调整这些特定实施例，而无需过度实验。因此，基于本文中所提出的教导和指导，这样的调整和修改旨在落入所公开的实施例的等同物的含义和范围之内。应当理解，本文中的术语或措词的目的是为了举例描述而并非限制，使得本说明书的术语或措辞要由本领域技术人员根据教导和指导进行解释。
本发明的广度和范围不应由上文所描述的示例性实施例的任一示例性实施例限制，而应仅根据所附权利要求及其等同物来限定。
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