用于测量微结构的非对称性的方法和设备、位置测量方法、位置测量设备、光刻设备和器 ...的制作方法
【专利说明】用于测量微结构的非对称性的方法和设备、位置测量方法、 位置测量设备、光刻设备和器件制造方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年3月20日递交的美国临时申请61/803, 673的权益，并且其 通过引用全文并入本文。
技术领域
[0003] 本发明设及微结构中非对称性的测量。本发明可W应用在用于测量衬底上的掩模 的位置的改进的设备和方法中。在其它方面本发明提供了一种光刻设备和器件制造方法。
【背景技术】
[0004] 光刻设备是一种将期望的图案应用到衬底上，通常是衬底的目标部分上的机器。 例如，可W将光刻设备用在集成电路（ICs)的制造中。在运种情况下，可W将可选地称为掩 模或掩模版的图案形成装置用于生成将要在所述IC的单层上形成的电路图案。运种图案 可W被转移到衬底（例如娃晶片）上的目标部分（例如包括一个或若干个管忍的一部分） 上。通常，图案转移是通过将图案成像到设置在衬底上的福射敏感材料（抗蚀剂）层上而 被实现的。通常，单个衬底将包含被连续图案化的相邻的目标部分的网络。已知的光刻设 备包括：所谓的步进机，在步进机中通过将整个图案一次曝光到目标部分上来照射每个目 标部分；和所谓的扫描机，在扫描机中通过沿给定方向（"扫描"方向）用福射束扫描图案、 同时沿与该方向平行或反向平行的方向扫描衬底，而照射每个目标部分。还可W通过将图 案压印到衬底上而将图案从图案形成装置转移至衬底。
[0005] 为了控制光刻过程W将器件特征精确地放置在衬底上，通常在衬底上设置对准标 记，并且该光刻设备包括一个或多个对准传感器，通过对准传感器标记在衬底上的位置可 W被精确地测量。运些对准传感器是有效的位置测量设备。已知有来自不同时代和不同制 造商的不同类型的标记和不同类型的对准传感器。在目前的光刻设备中广泛使用的传感器 类型是基于如在US6961116(denBoef等人）中描述的自参考干设仪。通常地，掩模被分 开地测量W获得X和Y位置。然而，可W使用在公开的专利申请US2009/195768A度ijnen 等人）中描述的技术进行组合的X和Y测量。运些申请的内容都通过引用全文并入本文中。
[0006]JeroenHuijbregtse等人在"OverlayPerformancewithAdvanced ATHENA?AlignmentStrategies"，Metrology，Inspection，andProcessControlfor MicrolithographyXVII,DanielJ.Herr,Editor,ProceedingsofSPIEVol. 5038(2003) 中描述了一种使用商业对准传感器的先进的对准技术。运些策略可W在商业上延伸和应用 在上述的US'116和US'768描述的类型的传感器中。商业传感器的特点在于：它们使用在 相同的目标光栅或多个光栅上的几种波长（颜色）和福射（光）的偏振测量位置。没有单 独的一种颜色对于所有情形下的测量是完美的，因此商业系统从多种信号中选择提供最可 靠位置信息的信号。
[0007] 对提供更精确的位置测量的需求是连续不断的，特别是随着产品特征变得越来 越小而对控制重叠误差的需求。造成对准误差的一个原因是位置传感器对掩模中存在的 亚分辨率特征的敏感性。为了说明，对准标记通常由具有比将被应用于光刻设备中的衬底 上的器件图案的特征大许多的特征的光栅形成。因此，所需要的定位精度并不通过对准 光栅的精细度获得，而是通过如下事实获得，该事实是：它提供可在许多周期中被测量到 的周期性的信号，W总体获得非常精确的位置测量。另一方面，非常粗的光栅不代表实际 的产品特征，并且因此它的形成经历除实际产品特征之外的不同处理效果。因此，对于对 准标记的粗光栅，通常由更精细的类似产品的特征组成。运些更精细的光栅是上面提到 的"亚分辨率"特征的实例，它们太过精细而不能被对准传感器分辨。然而，参考光刻设备 中的图案形成系统的分辨能力，它们更常见地可W被称为"存在分辨率（at-resolution)" 特征。运些问题的更多讨论和子分段标记的不同形式在Megens等人，"Advancesin ProcessOverlay-AlignmentSolutionsforFutureTechnologyNodes"inMetrology， Inspection，andProcessControlforMicrolithographyXXI，Proc.ofSPIEVol. 6518， 65181Z，（2007)，doi:10. 1117/12. 712149 中描述。
[0008] 对准标记通常在器件制造过程中的早期阶段、使用与将为后续产品层应用图案的 光刻设备相似或者甚至相同的光刻设备被应用在衬底上。存在分辨率特征比更粗的对准光 栅特征在它们的定位中经受轻微不同的误差，例如由于在用于施加图案的光学投影系统中 的像差。在目前的对准传感器中该效果在于所测量的位置包括未知的误差，即不是粗光栅 的位置也不是更细的存在分辨率光栅的位置。进一步地还发现，取决于用在位置测量中的 颜色和偏振，由粗光栅和细光栅之间的位置的错误匹配导致的所报告的位置中的误差可能 远远大于错误匹配本身。
【发明内容】
[0009] 本发明一方面旨在提供一种改进的位置测量设备，例如光刻设备中的对准传感 器，其能够修正在位置测量中由存在分辨率特征和粗光栅特征之间的错误匹配导致的误 差。就运一点而言，本发明人已经找到了一种能够应用于基于对准标记的位置测量的方法， 而不会过度地降低对准系统的产出量。此外，本发明人还找到了一种方法，其采用在已知的 和提出的类型的传感器中作为位置测量任务的一部分已经捕获的信号。
[0010] 本发明的第一方面提供了一种使用光学系统测量衬底上的标记的位置的方法，每 个标记包括沿至少第一方向周期性地设置的结构，所述结构中的至少一些结构包括更小的 子结构，每个标记形成有子结构与结构之间的位置偏移（所述位置偏移是已知的和未知的 组成部分（component)的组合），所述方法包括：
[0011] (a)用福射照射每个标记，并且使用一个或多个检测器检测由所述结构衍射的福 射，W获得包含关于标记的位置的信息的信号；
[0012] 化）处理所述信号W计算至少一个标记的测量位置，所述计算使用来自多个标记 的信号W及关于所述标记的已知的偏移之间的差的信息，W便对所述位置偏移的所述未知 的组成部分进行修正。
[0013] 所述子结构可W具有小于所述光学系统的分辨率的尺寸。在一些实施例中，所述 方法使用包含对应每个标记的位置信息的多个信号，每个信号具有相同的形式但是例如使 用具有不同特性的福射获得，或者使用由单独的检测器获得的依赖于位置的信号的不同光 谱组分。
[0014] 可W使用上面提到的已知类型的传感器执行本发明，也可W使用具有不同设计的 光学位置传感器执行本发明，只要它们可W使用不同的波长和/或不同的衍射级和/或福 射的不同偏振和照射分布测量标记的位置。
[0015] 在进一步的方面中，本发明提供了一种制造器件的方法，其中器件图案使用光刻 处理被应用于衬底上，所述方法包括参考形成在衬底上的一个或多个标记的测量的位置定 位被应用的所述图案，测量的位置通过根据如前所述的本发明的第一方面的方法获得。
[0016] 本发明还进一步提供了一种设置有多个标记的衬底，每个标记包括被设置为W沿 至少第一方向的空间周期重复的结构，所述结构中的至少一些结构包括具有小于所述空间 周期几倍的尺寸的子结构，其中每个标记形成有子结构和结构之间的位置偏移（所述位置 偏移是已知的和未知的组成部分的组合），对于不同的标记已知的组成部分不同。
[0017] 结构的周期可W例如大于1ym，而子结构具有小于0. 5ym的特征尺寸。每个结构 中的子结构可W具有小于所述空间周期多于5、8或10倍的特征尺寸。
[0018] 本发明还进一步提供了一种光刻设备，包括：
[0019] 用于将图案转移到衬底上的图案形成子系统；
[0020] 用于测量所述衬底相对于所述图案形成子系统的位置的测量子系统，
[0021] 其中所述图案形成子系统被设置为使用由所述测量子系统测量的位置将所述图 案应用于在衬底上的期望位置，并且其中所述测量子系统被设置为使用设置在衬底上的周 期性的结构测量所述衬底的位置，并且使用根据如前所述的本发明的第二方面的方法测量 所述结构的位置。
[0022] 本发明还进一步提供了一种用于测量衬底上的标记的位置的设备，所述设备包 括：
[0023] 光学系统，所述光学系统适于用福射照射每个标记并且使用一个或多个检测器检 测被所述结构衍射的福射，W获得包含关于标记的位置的信息的信号；
[0024] 用于处理代表所衍射的福射的信号、W获得与结构的位置有关的多个结果的处理 装置，每个结果W不同的方式受结构的性质的变化影响；W及
[0025] 用于使用由所述处理装置获得的一个或多个结果计算所述结构的位置的计算装 置，
[0026] 其中所述计算装置被设置为使用来自多个标记的信号计算至少一个标记的测量 位置，每个标记包括沿至少第一方向周期性地设置的结构，所述结构中的至少一些结构包 括具有小于所述光学系统的分辨率的尺寸的子结构，每个标记形成有结构和子结构之间的 位置偏移，其中所述位置偏移是已知的和未知的组成部分的组合，所述计算装置使用所述 信号W及关于所述标记的已知的偏移之间的差的信息，W便对所述位置偏移的所述未知的 组成部分进行修正。本发明还进一步提供了一种计算机程序产品，包括用于使处理装置执 行如上所述的方法中的步骤化）的计算的机器可读指令。
[0027] 本发明的实施例使得能够使用常规地由对准传感器获取、但是常规地没有被采用 的信息分别地获取粗和存在分辨率特征的测量。所述多个结果例如可W包括基于不同的波 长、不同的偏振、不同的空间频率（衍射级）或者所有运些的结果。本方法可W与标记的相 同性质的更多测量、通过其它手段得到的性质，W及使用相同仪器得到的其它性质的测量 组合在一起使用。
【附图说明】
[002引现在参考所附的示意性附图、仅仅通过举例的方式说明本发明的实施例，其中：
[0029] 图1示出了包括形成根据本发明的实施例的测量设备的对准传感器的示例性的 光刻设备；
[0030] 图2包括图2(a)和图2化），图示了可W设置在图1的设备中的衬底上的对准标记 的各种形式；
[0031] 图3是扫描图1的设备中的对准标记的已知的对准传感器的示意性方框图；
[0032] 图4是适于用在本发明的实施例中并且可用作图1的设备中的对准传感器的改 进的对准传感器的更详细的示意图，包括离轴照射和可选的非对称的测量装置（未详细示 出）并且进一步示出多个波长和偏振的特征；
[003引图5是具有存在分辨率特征的对准标记的详细的示意性剖视图，其中（a)粗和存 在分辨率特征位置之间没有错误匹配，和化）粗和存在分辨率特征位置之间有错误匹配；
[0034] 图6示出了对应福射波长和偏振范围模型化关于所测量的位置的某一错误匹配 的影响的响应曲线；
[0035] 图7示出了对应一定范围的错误匹配值计算的响应曲线；
[0036] 图8图示不同的错误匹配值对在不同波长下测量的位置误差的影响；
[0037] 图9图示了不同偏移值（故意的错误匹配）对在具有（a)零错误匹配和化）非 零错误匹配的掩模中不同对的波长之间进