用于光刻度量的方法、设备和衬底的制作方法

用于光刻度量的方法、设备和衬底的制作方法
【专利摘要】一种衬底具有通过光刻工艺形成在其上的三个或更多叠置光栅。每个叠置光栅具有已知的叠置偏置。叠置偏置的值包括例如在居中于零点上区域中的两个值，以及居中在P/2上区域中的两个值，其中P是光栅的节距。使用不同的叠置偏置值的认知以及在叠置和目标非对称性之间的假设非线性相互关系从对于光栅的非对称性测量而计算叠置，由此校正特征非对称性。在零偏置和P/2区域中周期性关系具有相反符号的梯度。计算允许所述梯度具有不同的幅度以及相反的符号。计算也提供关于特征非对称性和其他处理效果的信息。该信息用于改进测量方法和/或光刻方法的后续性能。
【专利说明】
用于光刻度量的方法、设备和衬底
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求享有2013年11月26日提交的欧洲申请13194522的权益，并且该申请在 此通过全文引用的方式并入本文。
技术领域
[0003] 本发明涉及用于度量的方法和设备，其例如在光刻技术制造器件中以及在使用光 刻技术制造器件的方法中可用。
【背景技术】
[0004] 光刻设备是将所希望图形施加至衬底上、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（1C)的制造。在该实例中，备选地称作掩模或刻线板的图形化 装置可以用于产生将要形成在1C的单个层上的电路图形。该图形可以转移至衬底（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。图形的转移通常是经由成像 至提供在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂）的层上。通常，单个衬底将包含后续图形化的相 邻目标部分的网络。在光刻方法中，频繁地希望对所形成结构进行测量，例如用于方法控制 和验证。用于进行这些测量的各种工具是已知的，包括扫描电子显微镜，其通常用于测量关 键尺寸(CD)，以及包括用于测量器件中两个层的叠置、对准精确度的专用工具。最近，已经 研发了用于光刻领域的各种形式散射仪。这些装置引导辐射束至目标上，并且测量被散射 辐射的一个或多个特性-例如取决于波长的在单个反射角度处的强度;取决于反射角的在 一个或多个波长下的强度;或者取决于反射角的偏振-以获得由此可以确定感兴趣目标特 性的"频谱"。可以由各种技术执行对感兴趣特性的确定:例如，通过诸如严格耦合波形分析 或有限元方法的迭代逼近而对目标结构重构;库搜索；以及主要成分分析。
[0005] 由传统散射仪使用的目标是相对较大的，例如40wii乘以40wii，光栅和测量束产生 比光栅小的光斑(也即光斑未充满）。这简化了目标的数学重构，因为其可以视作是无限的。 然而，为了减小目标的大小(例如至10M1乘以10M1或更小）以例如使得它们可以位于产品特 征之中而不是在划片线中，已经提出了度量，其中光栅制作为小于测量光斑（也即光斑充 满）。通常使用暗场散射法测量这些目标，其中阻断了衍射的零阶分量(对应于镜面反射）， 并且仅处理更高阶分量。暗场度量的示例可以在国际专利申请W02009/078708和W02009/ 106279中找到，该申请在此通过全文引用的方式将这些文件并入本文。在专利公开 1^201100277044、1^201100437914和1]52012024297(^中已经描述了技术的进一步发展。在 此通过引用的方式将所有这些申请的内容并入本文。使用衍射分量的暗场检测而基于衍射 的叠置使能对较小目标的叠置测量。这些目标可以小于照射光斑并且可以由晶片上产品结 构围绕。可以在一个图像中测量多个目标。
[0006]在已知的度量技术中，当旋转目标或者改变照射模式或成像模式以分离地获得-1 阶和+1阶衍射分量强度时，通过在某些条件下两次测量目标而得到叠置测量结果。对于给 定光栅比较这些强度提供了对光栅非对称性的测量，并且在叠置光栅中的非对称性可以用 作叠置误差的指示。
[0007] 尽管已知的基于暗场图像的叠置测量是快速和计算上非常简单的（只要已校准）， 它们依赖于叠置是目标结构非对称性的唯一起因的假设。堆叠中任何其他非对称性，诸如 一个或两个叠置光栅内特征的非对称性，也在1阶分量中引起非对称性。不涉及叠置的该非 对称性明显干扰叠置测量，给出不精确的叠置结果。在叠置光栅的底部光栅中的非对称性 是特征非对称性的普通形式。其可以源自例如在原始形成底部光栅之后执行的、诸如化学 机械抛光(CMP)的晶圆处理步骤。
[0008] 因此在此时，本领域技术人员必须在如下两个之间做出选择:一方面给出叠置测 量但是当存在非对称性的其他起因时经受不准确性的简单的快速测量方法，另一方面计算 上加强并且通常要求对大的未充满光栅进行数次测量以避免光瞳成像受到来自叠置光栅 环境的污染而妨碍对其重构的更传统技术。
[0009] 因此，需要以更直接和简单的方式区分对由叠置和其他效应引起的目标结构非对 称性的贡献影响。

【发明内容】

[0010] 希望提供一种用于使用目标结构的叠置度量的方法和设备，其中可以相对于现有 公开的技术改进吞吐量和精确度。此外，尽管本发明不限于此，如果其可以适用于可以采取 基于暗场成像的技术而读出的小目标结构，则这将大大有利。
[0011] 本发明在第一方面提供了一种测量光刻方法参数的方法，该方法包括如下步骤：
[0012] (a)在衬底上提供多个目标结构，每个目标结构包括叠置的周期性结构并且均具 有已知的叠置偏置；
[0013] (b)照射目标并且检测由每个目标结构散射的辐射，以对于该目标结构获得表示 总体非对称性的测量值，该总体非对称性包括因（i)所述已知叠置偏置、（ii)用于形成目标 结构的光刻方法的叠置性能以及(iii) 一个或多个所述周期性结构内的特征非对称性所致 的贡献；
[0014] (c)对于三个或更多个目标结构使用所述总体非对称性测量，以计算所述叠置误 差的测量，使用已知的叠置偏置值以及叠置误差和非对称性之间的假定的非线性周期性关 系执行所述计算，由此排除因特征非对称性所致的贡献，
[0015] 其中对于所述三个或更多个目标结构的叠置偏置的已知值包括落入所述周期性 关系的第一区域内的至少两个值，以及落入所述周期性关系的第二区域内的至少一个值， 在第一和第二区域中周期性关系具有符号相反的梯度。
[0016] 在所公开的实施例中，所述周期性关系的第一区域是在零偏置上居中的半周期， 以及第二区域是居中在P/2上的半周期，其中P是周期性关系的节距。
[0017] 在一些所公开的实施例中，使用叠置偏置的四个或更多不同值，并且四个或更多 不同值在周期性关系的所述第一和第二区域中的每个区域内包括至少两个偏置值。可以执 行在该情形中的计算，而允许所述梯度在周期性关系的第一和第二区域中具有不同幅度。 这可以给出对于目标中的某些类型的工艺诱导的非对称性的更强健的叠置测量。
[0018] 计算可以递送其他性能参数，其可以用于控制步骤(c)的性能和/或在其他衬底上 光刻工艺性能。
[0019] 本发明进一步提供了一种用于测量光刻工艺的参数的检查设备，该设备包括：
[0020] -用于衬底的支架，衬底上具有多个目标结构，每个目标结构包括叠置的周期性结 构并且均具有已知的叠置偏置；
[0021 ]-光学系统，用于照射目标并且检测由每个目标结构散射的辐射以针对该目标结 构获得测量，测量表示总体非对称性，总体非对称性包括因（i)所述已知叠置偏置、（ii)所 述光刻工艺的叠置性能、和（iii) 一个或多个所述周期性结构内的特征非对称性所致的贡 献。
[0022] _处理器，被设置用于对于具有三个或更多不同叠置偏置值的三个或更多个目标 结构使用所述总体非对称性测量以计算叠置性能的测量值，所述计算使用已知叠置偏置 值、以及叠置和目标非对称性之间的假设的非线性关系而执行，由此排除因特征非对称性 引起的贡献，其中用于三个或更多个目标结构的叠置偏置的已知值包括落入所述周期性关 系的第一区域内的至少两个值，以及落入所述周期性关系的第二区域内的至少一个值，在 第一和第二区域中的所述周期性关系具有相反符号的梯度。
[0023] 本发明另外进一步提供了一种用于如上所述根据本发明的方法或设备中的衬底， 衬底具有通过光刻工艺形成在其上的多个目标结构，每个目标结构包括叠置的周期性结构 并且均具有具体的叠置偏置，其中对于所述三个或更多个目标结构的叠置偏置值包括落入 居中在零偏置上的半周期内的至少两个值，以及落入居中在P/2上半周期内的至少一个值， 其中P是所述周期性结构的周期。
[0024] 在一个实施例中，提供了至少四个目标结构，并且其中对于所述三个或更多个目 标结构的叠置偏置值包括:落入居中在零偏置上的半周期内的至少两个值，以及落入居中 在P/2的上半周期内的至少两个值，其中P是所述周期性结构的周期。
[0025] 本发明另外进一步提供了一种用于形成如上所述根据本发明任意方面的衬底的 图形化装置的配对，图形化装置一起适用于形成具有至少三个叠置偏置的所述目标结构。 [0026]本发明另外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 述根据本发明方法的处理步骤(c)的机器可读指令。
[0027] 本发明另外进一步提供了一种光刻系统，包括：
[0028] -光刻设备，被设置用于将图形序列以叠置方式从图形化装置转移至衬底上；以及
[0029] -如上所述根据本发明的检查设备，
[0030] 其中光刻设备设置用于在将所述图形序列施加至其他衬底中使用由检查设备计 算的一个或多个参数。
[0031] 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形的 序列施加至一系列衬底，方法包括使用如上所述根据本发明的方法检查在至少一个所述衬 底上作为所述器件图形的一部分或者在其旁边而形成的至少一个周期性结构，以及根据方 法的步骤(c)计算的多个参数之一而控制光刻工艺用于后续衬底。
[0032] 参照附图以下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，本发明不限于在此所述的具体实施例。这些实施例仅为了示意说明性目 的而展示。额外的实施例对于基于在此所包含教导的相关领域技术人员而言将是明显的。
【附图说明】
[0033] 现在将参照附图仅借由示例的方式描述本发明的实施例，其中：
[0034] 图1示出了根据本发明实施例的光刻设备；
[0035]图2示出了根据本发明实施例的光刻单元或簇；
[0036] 图3包括：（a)使用照射孔径的第一配对用于根据本发明的实施例测量目标的暗场 散射仪的示意图，（b)对于给定照射方向的目标光栅的衍射光谱的细节，（c)对于基于衍射 的叠置测量提供了使用散射仪的其他照射模式的照射孔径的第二配对，以及(d)组合第一 和第二孔径配对的照射孔径的第三配对；
[0037] 图4示出了多个光栅目标的已知形式以及衬底上测量光斑的轮廓；
[0038]图5示出了在图3的散射仪中获得的图4的目标的图像；
[0039] 图6是示出了使用图3的散射仪并且可适用于形成本发明实施例的叠置测量方法 的步骤的流程图；
[0040] 图7(a)至图7(c)示出了在零点区域中具有不同叠置值的叠置光栅的示意性截面 图；
[0041] 图7(d)是因处理效果所致的在底部光栅中具有特征非对称性的叠置光栅的示意 性截面图；
[0042]图7(e)至图7(g)示出了如用于本发明实施例中的在半节距区域中具有不同偏置 值的叠置光栅的示意性截面图；
[0043]图8示出了未经受特征非对称性的、在理想目标结构中叠置测量的已知原理；
[0044] 图9示出了如W02013143814A1中所公开的采用特征非对称性的修正、在非理想目 标结构中叠置测量的已知原理；
[0045]图10示出了根据本发明第一实施例的具有偏置方案的复合光栅目标；
[0046]图11示出了使用图10的目标的采用特征非对称性修正的叠置测量的原理；
[0047]图12示出了根据本发明第二实施例的具有偏置方案的复合光栅目标；
[0048]图13示出了使用图12的目标采用特征非对称性修正的叠置测量的原理以及由更 高阶谐波引起的模型误差；
[0049]图14示出了（a)已知方法和和(b)使用图12的目标以及图13的原理的方法的模拟 性能；
[0050] 图15示出了存在增大的特征非对称性时不同方法的性能；
[0051] 图16示出了特征非对称性对于在图3的设备中使用波长和偏振的不同组合的影 响；以及
[0052] 图17示出了使用特征非对称性测量的控制检查设备和/或光刻工艺性能的方法； 以及
[0053]图18示出了具有第二实施例的偏置方案的复合光栅目标的三个备选设计。
【具体实施方式】
[0054]在详细描述本发明实施例之前，展示其中可以实施本发明实施例的示例性环境是 有益的。
[0055]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，构造用于支撑图形化装置(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形化装置的第一定位器PM的图形化装置支架或支架结构 (例如掩模工作台)MT;构造用于固定衬底(例如涂敷了抗蚀剂的晶片)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 配置用于将由图形化装置MA赋予辐射束B的图形投影至衬底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。
[0056] 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，诸如折射式、 反射式、磁性、电磁、静电或其他类型的光学部件。
[0057] 图形化装置支架以取决于图形化装置的朝向、光刻设备的设计、以及诸如例如图 形化装置是否固定在真空环境中的其他条件的方式固定图形化装置。图形化装置支架可以 使用机械、真空、静电或其他夹持技术以固定图形化装置。图形化装置支架可以是框架或工 作台，例如其如所需要的可以是固定或可移动的。图形化装置支架可以确保图形化装置在 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"图形化装置"含义相同。
[0058] 在此使用的术语"图形化装置"应该广义地解释为涉及可以用于在辐射束截面赋 予其图形以便于在衬底的目标部分中产生图形的任何装置。应该注意，赋予辐射束的图形 可以不精确地对应于衬底的目标部分中的所希望的图形，例如如果图形包括相移特征或所 谓的辅助特征。通常，赋予辐射束的图形将对应于在目标部分中形成的器件中的特定功能 层，诸如集成电路。
[0059] 图形化装置可以是透射或反射的。图形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。掩模在光刻中是广泛已知的，并且包括诸如二元、交变相移、以及衰减 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。倾斜的镜面在由镜面矩阵 反射的辐射束中赋予图形。
[0060] 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）。
[0061] 光刻设备也可以是这种类型，其中衬底的至少一部分可以由具有相对较高折射率 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。沉浸技术在本领域广泛已知用于增大投影 系统的值孔径。如在此使用的术语"沉浸"并未意味着诸如衬底的结构必须沉浸在液体中， 而是相反地仅意味着液体在曝光期间位于投影系统和衬底之间。
[0062]参照图1，照射器IL从辐射源S0接收辐射束。源和光刻设备可以是分离的实体，例 如当源是受激准分子激光器时。在这些情形中，源并未视作形成了光刻设备的一部分并且 辐射束从源S0借助于束传递系统BD传至照射器IL，束传递系统包括例如合适的引导镜面 和/或扩束器。在其他情形中，源可以是光刻设备的集成部分，例如当源是水银灯时。源S0和 照射器IL、如果需要的话与束传递系统BD-起可以称作辐射系统。
[0063]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，可以调节在 照射器的光瞳面中强度分布的至少外侧和/或内侧径向范围（通常分别称作0-外侧和0-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C0。照射器可以用于调 节辐射束，以在其截面中具有所希望的均匀性和强度分布。
[0064]辐射束B入射在图形化装置(例如掩模)MA上，其固定在图形化装置支架(例如掩模 工作台MT)上，并且被图形化装置图形化。通过横跨图形化装置(例如掩模)MA，辐射束B穿过 投影系统PS，其将束聚焦至衬底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 如干涉测量装置，线性编码器，2-D编码器或电容性传感器），衬底工作台WT可以精确地移 动，例如以便于在辐射束B的路径中定位不同的目标部分C。类似地，第一定位器PM和另一位 置传感器(图1中并未明确示出）可以用于相对于辐射束B的路径精确地定位图形化装置(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。
[0065]图形化装置(例如掩模)MA和衬底W可以使用掩模对准标记Ml、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位置，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）。类似地，在其中多于一个裸片提供在图形 化装置(例如掩模)MA上的情形中，掩模对准标记可以位于裸片之间。小的对准标记也可以 包括在裸片内，在器件特征之中，在该情形中可以希望标记尽可能小并且除了相邻特征之 外无需任何不同的图像或工艺条件。以下进一步描述检测对准标记的对准系统。
[0066]光刻设备LA在该示例中是所谓的双级类型，其具有两个衬底工作台WTa、WTb，以及 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。当一个衬底工作 台上一个衬底在曝光工作站处曝光时，另一个衬底可以装载至测量工作站处另一个衬底工 作台上并且执行各种准备步骤。准备步骤可以包括使用水平传感器LS绘制衬底的表面控 制，并且使用对准传感器AS测量衬底上对准标记的位置。这使能大幅度增大设备的吞吐量。
[0067] 所示设备可以用于各种模式，包括例如步进模式或扫描模式。光刻设备的构造和 操作对于本领域技术人员是广泛已知的，并且无需为了理解本发明而进一步描述。
[0068] 如图2中所示，光刻设备LA形成了光刻单元LC有时也称作光刻单元或簇的一部分， 其也包括用于对衬底执行前曝光和后曝光工艺处理的设备。传统地，这些包括用于沉积抗 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和烘培板BK。衬底操纵器 或机器人R0从输入/输出端口 I/0UI/02拾取衬底，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进料台LB。通常共同地称作轨道的这些装置在轨道控制单元TCU的 控制之下，T⑶自身由监管控制系统SCS控制，SCS也经由光刻控制单元LA⑶而控制光刻设 备。因此，可以操作不同的设备以最大化吞吐量和处理效率。
[0069] 适用于本发明实施例中的暗场度量设备示出在图3(a)中。目标光栅T和衍射射线 更详细地示出在图3(b)中。暗场度量设备可以是独立装置，或者包含在光刻设备LA中，例如 在测量工作站处，或者光刻单元LC。具有遍布设备数个分支的光轴由虚线0表示。在该设备 中，由源11 (例如氙气灯)发出的光由包括透镜12、14和物镜16的光学系统经由分束器15而 引导至衬底W。这些透镜以4F排列的二重序列而设置。可以使用不同的透镜排列，假如其仍 然提供衬底成像至检测器上，并且同时允许访问中间光瞳面以用于空间频率滤波。因此，可 以通过在表示衬底平面的空间谱的平面、在此称作(共辄)光瞳面中定义空间强度分布而选 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面投影成像 的平面中、在透镜12和14之间插入合适形式的孔径挡板13而完成。在所示的示例中，孔径挡 板13具有不同的形式，标注为13N和13S，允许选择不同的照射模式。照射系统在本示例中形 成了离轴照射模式。在第一照射模式中，孔径挡板13N从仅为了描述方便标注为"北"的方向 提供离轴。在第二照射模式中，孔径挡板13S用于提供类似的照射，但是从标注为"南"的相 反方向。通过使用不同孔径，其他照射模式是可能的。剩余的光瞳面希望是暗的，因为除了 所需照射模式之外的任何不必要的光将干扰所希望的测量信号。
[0070] 如图3(b)中所示，目标光栅T放置为使得衬底W正交于物镜16的光轴0。从偏离轴0 的角度照射在光栅T上的照射射线I引起零阶辐射(实线0)和两个一阶射线（点链线+1和双 重点链线-1)。应该记住，在充满的小目标光栅的情形下，这些射线仅是覆盖了包括度量目 标光栅T和其他特征的衬底区域的许多平行射线之一。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I将实际上占据角度范围，并且衍射的射线〇和+1/-1将稍 微展开。根据小目标的点扩展功能，每个+1和-1阶将进一步在角度范围之上扩展，而不是如 所示的单个理想射线。注意，可以设计或调节光栅节距和照射角度以使得进入物镜的第一 阶射线与中央光轴紧密地对准。图3(a)和图3(b)中所示的射线示出为稍微离轴，纯粹仅是 用于使得它们在图中更易于区分。
[0071] 由物镜16收集由衬底W上目标衍射地至少0阶和+1阶并且通过分束器15引导返回。 返回至图3(a)，通过将直径相对的孔径标注为北(N)和南(S)，示出了第一和第二照射模式。 当入射的辐射I来自光轴的北侧时，也即当使用孔径挡板13N应用第一照射模式时，标注为+ 1(N)的+1衍射射线进入物镜16。相反地，当使用孔径挡板13S应用第二照射模式时，-1阶衍 射射线(标注为-1(S))是进入物镜16的射线。
[0072] 第二分束器17将衍射的束分隔为两个测量分支。在第一测量分支中，光学系统18 使用零阶和第一阶衍射束在第一传感器19(例如CCD或CMOS传感器)上形成目标的衍射谱 (光瞳面成像）。每个衍射阶量在传感器上照射不同的点，以使得图像处理可以比较并对比 阶量。由传感器19捕获的光瞳面成像可以用于聚焦度量设备和/或归一化第一阶束的强度 测量值。光瞳面成像也可以用于诸如重构的许多测量目的，这不是本公开的主题。
[0073] 在第二测量分支中，光学系统20、22在传感器23(例如(XD或CMOS传感器)上形成了 衬底W上目标的图像。在第二测量分支中，孔径光阑21提供在与光瞳面共辄的平面中。孔径 光缆21用于阻挡第零阶衍射束以使得形成在传感器23上目标成像仅由-1阶和+1阶束形成。 由传感器19和23捕获的图像输出至图像处理器和控制器PU，其功能取决于正执行的测量的 特定类型。注意，术语"图像"在此广义地使用。光栅线条的图像同样地将不会形成，如果仅 存在-1和+1阶之一。
[0074] 图3中所示孔径挡板13和场阑21的特定形式纯粹是示例。在本发明的另一实施例 中，使用目标的在轴照射，并且具有离轴孔径的孔径光阑用于基本上仅将衍射光的一个第 一阶分量传至传感器。在另外又一实施例中，替代于第一阶分量束或者除了第一阶分量束 之外，可以在测量中使用第2、第3和更高阶分量束(图3中未示出）。
[0075] 为了使得照射适用于这些不同类型的测量，孔径挡板13可以包括形成在盘片周围 的许多孔径图形，其旋转使得所需图形处于合适的位置。注意，可以仅使用孔径挡板13N或 13S以测量沿一个方向（X或Y取决于设置)朝向的光栅。对于正交光栅的测量，可以通过90° 和270°实施目标的旋转。不同的孔径挡板示出在图3(c)和图3(d)中。在如上所述在线公开 的申请中描述了这些的使用、以及设备的数个其他改变和应用。
[0076] 图4示出了根据已知实践的形成在衬底上的复合目标。复合没表包括紧密地定位 在一起的四个光栅32至35,从而它们均将在由度量设备的照射束所形成的测量光斑31内。 四个目标因此均同时被照射并且同时地成像在传感器19和23上。在专用于叠置测量的示例 中，光栅32至35它们自身是由叠置光栅所形成的复合光栅，叠置光栅被图形化在形成于衬 底W上半导体器件的不同层中。光栅32至35可以具有不同偏置的叠置偏移以便于促进在其 中形成了复合光栅的不同部分的层之间叠置的测量。以下将参照图7解释叠置偏置的含义。 光栅32至35也可以朝向不同，如所示，以便于沿X和Y方向衍射入射的辐射。在一个示例中， 光栅32和34是分别具有+d、-d偏置的X方向光栅。光栅33和35分别是具有+d和-d偏移的Y方 向光栅。在由传感器23捕获的图像中可以识别这些光栅的分离图像。
[0077]图5示出了在图3设备中使用图4的目标、使用来自图3(d)的孔径挡板13NW或13SE 而可以形成在传感器23上并且由其检测的图像的示例。当光瞳面图象传感器19无法解析不 同的单个光栅32至35时，图像传感器23可以完成。暗色矩形表示传感器上图像的场域，在其 内衬底上照射光斑31被成像至对应的圆形区域41中。在该区域内，矩形区域42-45表示小目 标光栅32至35的成像。如果光栅位于产品区域中，产品特征也可以在该成像场域外周中可 见。图像处理器和控制器PU使用图形识别处理这些图像以识别光栅32至35的分离图像42至 45。以此方式，图像不必在传感器框架内非常精确地对准在特殊位置处，这大大改进了测量 设备作为整体的吞吐量。
[0078] 一旦已经识别了光栅的分离图像，就可以测量那些单个图像的强度，例如通过在 已识别区域内对所选择像素强度值求平均或求和。图像的强度和/或其他特性可以相互比 较。这些结果可以组合以测量光刻工艺的不同参数。叠置性能是该参数的重要示例。
[0079]图6示出了使用申请W02011/012624中所述方法以如何通过光栅的非对称性来测 量包含了组成光栅32至35的两个层之间的叠置误差，如通过比较在+1阶和-1阶暗场图像中 它们强度所揭示。在步骤S1处，通过图2的光刻单元一次或多次处理衬底例如半导体晶片， 以形成包括叠置目标32-35的结构。在S2处，使用图3的度量设备，使用第一阶衍射束(也即-1)的仅一个而获得光栅32至35的图像。随后，不论是否改变照射模式，或者改变成像模式， 或者通过在度量设备的视场中以180°旋转衬底，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。
[0080] 注意，通过在每个图像中仅包括第一阶衍射辐射的一半，在此涉及的"图像"不是 传统的暗场显微镜图像。将不会解析单个光栅线条。每个光栅将简单地由某一强度水平的 区域表示。在步骤S4中，在每个组成光栅的图像内识别感兴趣区域(R0I)，由此将测量强度 水平。
[0081] 通过对于每个单独光栅识别R0I并且测量其强度，随后可以确定光栅结构的非对 称性以及因此叠置误差。这是由图像处理器和控制器PU在对于每个光栅32-35比较对于+1 和-1阶获得的强度值以识别它们强度的任何差异的步骤S5中而实现的。术语"差异"并非意 在仅涉及减法。可以以比例形式计算差异。在步骤S6中，对于大量光栅测得的非对称性与那 些光栅的叠置偏置的知识一起使用以计算在目标T附近光刻工艺的一个或多个性能参数。 感兴趣的性能参数是叠置。如稍后所述，新颖方法也允许计算光刻工艺的其他性能参数。这 些可以反馈用于改进光刻工艺，和/或用于改进图6自身的测量和计算方法。
[0082] 在现有的申请中，如上所述，公开了用于使用上述基本方法改进叠置测量质量的 各种技术。在此不再进一步详述这些技术。它们可以与现在将描述的本申请中最新公开的 技术组合使用。
[0083] 图7示出了具有不同偏置的叠置光栅的示意截面图。如图3和图4中所见，这些可以 用作衬底W上的目标T。仅为了示例方便示出沿X方向具有周期性的光栅。可以分离地或者作 为复合目标一部分提供这些光栅的、具有不同偏置和具有不同朝向的不同组合。
[0084] 在图7(a)中，可以看到在标注L1和L2的两个层中形成的叠置光栅600。在底层L1 中，光栅由衬底606上的空间604和线条602形成。在层L2中，第二光栅由线条608和空间610 形成。（绘制截面，从而线条602、608延伸进入页面中）。光栅图形在两个层中均以节距P而重 复。仅为了示例方便而提到线条602和608,其他类型特征诸如点、方块和通孔均可以使用。 在(a)处所示的情形中，不存在叠置误差并且没有偏置，从而每个标记608精确地位于底部 光栅中标记602之上。
[0085] 在(b)处，可以看到具有偏置+d的相同目标，以使得上部光栅的标记608相对于顶 部光栅的标记以距离d向右偏移。偏置距离d可以在实际中为若干纳米，例如10nm-20nm，而 节距P例如在范围300-1000nm中，例如500nm或600nm。在(c)处，可以看到具有偏置-d的另一 标记，以使得608的标记向左偏移。在(a)至（c)处所示该类型偏置目标在本领域中广泛已 知，并且用于如上所述的现有申请。
[0086] 图7(d)示意性示出了底部光栅非对称的现象。当真实的特征在侧边上具有一些梯 度以及某一粗糙度时，在(a)至(c)处光栅中特征示出为完全方形边。然而它们意在至少在 剖面是对称的。在(d)处底部光栅中标记602和/或空间604根本不再具有对称形式，而是相 反地变为被工艺处理步骤变形。因此，例如，每个空间的底表面变得倾斜。线条和空间的侧 壁角度也变得非对称。当仅使用两个偏置光栅由图6的方法测量叠置时，无法区分工艺导致 的非对称与叠置，并且结果叠置测量变得不可靠。
[0087] 在W02013143814A1中，如上所述，我们提出使用三个或更多组成光栅以由图6方法 的修改版本测量叠置。使用图7(a)至(c)中所示类型的三个或更多光栅用于获得一定程度 上将要对于目标光栅中特征非对称性校正的叠置测量，特征非对称性诸如由实际光刻工艺 中底部光栅非对称性引起。然而，如果信号是嘈杂的，变得难以进行该校正。此外，如果用作 计算基础的周期性关系并未对真实目标中存在的更高阶谐波精确地建模，额外的误差可以 出现在叠置测量结果中。
[0088]图7(e)示出具有P/2(也即半节距）的已编程偏置的掩模，从而上部光栅中每个线 条608精确地位于下部光栅中空间604之上。在(f)处，可以看到类似的光栅，但是具有添加 至P/2偏置的向右(+d)小偏置。在(g)处可以看到类似的但是具有添加至偏置P/2的向左(-d)小偏置。在P/2区域中具有偏置的叠置光栅自身是已知的。它们有时被称作"沟槽上线条 (line on trench)"目标，而具在零区域中具有偏置的光栅称作"线条上线条"目标。
[0089] 在以下将要描述的本发明的实施例中，额外地使用如在(e)、（f)和(g)处所示的P/ 2偏置光栅中的一个或多个，以改进叠置测量针对工艺诱导非对称性的稳健性，其中相比于 已知的技术具有更大的噪声抗扰性。本发明的特定实施例在测得非对称性与目标中叠置误 差之间周期性关系中对抗更高阶谐波是更稳健的。图8和图9将用于解释现有技术，以及随 后图10向前将显示在此公开的技术。
[0090] 在图8中，曲线702示出了针对具有零偏移并且在形成了叠置光栅的单个光栅内不 具有特征非对称性的"理想"目标，在叠置误差0V与测得非对称性A之间的关系。这些图仅用 于说明本发明的原理，并且在每个图中，测得非对称性A和叠置误差0V的单位是任意的。以 下将进一步给出真实尺寸的示例。
[0091] 在图7的"理想"情形中，曲线702指示测得的非对称性A与叠置具有正弦关系。正弦 改变的周期P对应于光栅的周期(节距），当然转换为合适的比例。正弦形式在该示例中是纯 粹的，但是在真实情形中可以包括谐波。为了简明目的，在该示例中假设，（a)仅来自目标的 第一阶衍射辐射到达图像传感器23(或在给定实施例中其等价形式），以及(b)实验性目标 被设计使得在这些第一阶分量内，在顶部和底部光栅结果之间在强度和叠置之间存在单纯 的正弦关系。在实践中，这是否为真取决于光学系统设计、照射辐射波长、光栅节距P、以及 目标的设计和堆叠。在实施例中，第2、第3或更高阶分量也有助于由传感器23测量的强度， 将要描述的新颖技术将帮助获得精确的叠置测量。
[0092] 如上所述，偏置的光栅可以用于测量叠置，而不是依赖于单个测量。该偏置具有在 图形化装置(例如刻线板）中限定的已知值，由此进行的是用作对应于测得信号的叠置的片 上校准。在附图中，在图形上示出了计算。在步骤S1-S5中，针对具有+d和-d偏置的组成光 栅，分别获得了非对称性测量值A(+d)和A(-d)(例如如图7(b)和(c)中所示）。将这些测量值 拟合至正弦曲线给出了如所示的点704和706。在知晓偏置的情形下，可以计算真实的叠置 误差0V。根据目标的设计可以知晓正弦曲线的节距P。曲线702的纵坐标开始不知，但是我们 可以将其称作第1阶谐波比例常数心的未知因子。
[0093] 在等式中，叠置和非对称性之间关系被假设为：
[0094] A=Ki ? sin(OV)
[0095]其中0V在尺度上被表达为使得光栅节距P对应于角度2JI弧度。使用具有不同已知 偏置的光栅的两个测量，可以求解两个等式以计算未知的Ki和叠置0V。
[0096] 图9(取自W02013143814A1)显示了引入特征非对称性(例如底部光栅在图7(d)中 示出非对称性）的第一效果。理想的"正弦"曲线702不再适用。然而，底部光栅非对称性或其 他特征非对称性至少近似地具有添加偏置至非对称值A的效果，A针对所有叠置值是相对恒 定的。结果曲线在图中示出为712,其中标记Abca指示了因特征非对称性所致的偏移。在等式 项中，用于在步骤S6中计算的关系变为：
[0097] A=Ko+Ki ? sin(OV)
[0098] 通过提供具有三个或更多不同偏置值的偏置方案的多个光栅，在先申请试图通过 将测量值拟合至偏移正弦曲线712并消除常数而获得准确的叠置测量。
[0099] 在在先申请中对于各种不同偏置方案给出了修改过的测量和计算的详细示例。对 于用于说明原理的简单示例，图9示出了拟合至曲线712的三个测量点714、716和718。从具 有偏置+d和-d的光栅测得点714和716,与图7中点704和706相同。来自具有零偏置光栅的第 三非对称测量(在该示例中）被绘制在718处。将曲线拟合至三个点，将允许因特征非对称性 所致的恒定非对称性值Abga与由于叠置误差导致的基值Aov分离，从而可以更准确地计算叠 PjJ、口 -y^ 置祆差。
[0100] 如已经所述，修改步骤S6的叠置计算依赖于某些假设。首先，假设因特征非对称性 (例如BGA)所致的第1阶强度非对称性独立于感兴趣叠置范围的叠置，并且结果其可以由恒 定偏移K〇描述。另一假设是强度非对称性表现为叠置的正弦函数，其中周期P对应于光栅节 距。谐波的数目可以被设计为小，这是因为小的节距-波长比率仅允许来自光栅的少量的传 播衍射阶。然而，在实际中对于强度非对称性的叠置贡献可以不仅是正弦，并且可以关于0V =0不对称。
[0101] 现在将描述可以包括三个但是也可以例如包括四个光栅的新颖复合目标设计。每 个示例示出了所提出的复合目标版图。每个复合目标版图包括多个组成光栅，每个组成光 栅形成了在介绍和权利要求中涉及的目标结构之一。与已知目标的偏置方案相比，通过在 P/2的区域中以及在零点区域中具有光栅偏置而区分新颖目标。参照图7,新颖目标包括至 少三个光栅，包括选自线条上线条形式(a)至（c)中的至少一个，以及选自沟槽上的线条形 式(e)至(g)中的至少一个。
[0102] 图10示出了可以用于实施具有改进噪声抗扰性的叠置测量的第一示例性目标 800。为了对叠置求解，在此要求至少三个光栅，这是因为三个未知项:Ko，h和叠置。图10的 目标在X方向具有三个光栅周期以及在Y方向具有三个光栅周期，从而可以测量沿两个方向 的叠置。在该示例中，偏置并未如它们在在先申请中那样均居中在零叠置上。相反地，零周 围存在至少两个偏置(+d和-d)，并且第三偏置在P/2处。根据图7,组成光栅具有形式(b)、 (c)和(e)。目标也可以采用形式(f)或(g)的第三光栅形成目标。
[0103] 图11图形地示出了叠置和非对称性之间的周期性关系与图10的新偏置方案之间 的关系。如前所述，特征非对称性(BGA)引入(未知的）垂直偏移项Ko,从而给出曲线712。再 次参照等式
[0104] A=Ko+Ki ? sin(OV)
[0105] 其中从光栅获取的非对称性测量A(+d)、A(_d)以及A(P/2)可以用于求解Ko、KdP 0V。在图11中在814、816和818处分别绘制测量值。这些点比图9中点714-718更稳健地限定 了曲线712。因此，在该情形中叠置测量地准确性比图9的偏置方案更稳健。然而，模型仍然 是基于周期性相互关系是对称的假设，使得斜率的绝对值在P/2处不同于在0周围。因此，如 果真实的相互关系由于某些更高谐波分量而并非对称，则叠置结果将是不准确的。
[0106]图12示出了可以用于实施具有改进噪声抗扰性的叠置测量的第二示例性目标 900,并且也在该情形中在真实周期性关系中存在更高谐波。图10的目标具有沿X方向四个 光栅周期以及沿Y四个光栅周期，从而可以测量沿两个方向的叠置。在该示例中，偏置并未 如它们在在先申请中那样均居中在零叠置上。相反地存在零点以及居中在半节距P/2周围 的两个偏置(P/2+d和P/2-d)。根据图7,组成光栅在两个配对中，具有形式(b)、（c)以及(f)、 (g)〇
[0107] 可以理解，四个偏置给出求解四个未知项等式的潜力。四个偏置的特定选择可以 是在步骤S6的特定修改版本中，以获得不仅针对噪声还针对更高阶谐波的稳健的叠置测 量。
[0108] 图13图形地示出了在图12的新偏置方案之间的关系以及在叠置和非对称性之间 周期性关系。为了示意性说明更高阶谐波的存在，由并非单纯正弦的曲线902表示在叠置0V 与所观测非对称性A之间的周期性关系。此外，曲线902不再关于0V = 0对称。如前，特征非对 称性(BGA)引入(未知)垂直偏移项K0,给出曲线912。从光栅获取非对称性测量值A(+d)、A(-d)、A(P/2+d)以及A(P/2-d)。测量值在图13中分别绘制在914、916、920和922处。
[0109]不同于使用四个点以用于如在先申请那样使用单个正弦等式对于三个未知项求 解，在该示例方法中步骤S6对四个未知项求解。这可以以各种方式设置。在本发明示例中， 执行计算以使得以上等式中L的值不再假设为全局相同，而是允许在0V = 0区域中以及在 〇V = P/2的区域中局部地不同。这可以由两个等式表示： \A = K{) + K\-sm(OV\ O F ~0 [0110] { =A：() + &〃.sin(OK)，~/)Z2
[0111] 效果在于:不再约束h采取单个值，而是在其中叠置在零附近区域中具有值h '而 在叠置位于半节距P/2附近的区域中具有值Kf。有效地，其中现有技术的模型假设在0V = 0 区域中曲线702的斜率必须与0V = P/2区域中符号相反而幅度相等，新模型允许在这些区域 中的斜率的幅度相等或不相等。
[0112] 将该新模型与在每个区域中包含具有两个或更多偏置值的目标组合，可以使用非 对称测量值A(+d)、A(-d)对于h'求解等式，以及使用配对A(P/2+d)和A(P/2-d)对于h"求解 等式。因为模型中额外的自由度，在该情形中叠置测量的准确性比图9的偏置方案更稳健， 并且不仅在噪声方面，而且也当真实关系包含更高阶谐波分量时。在其中结构并未包含有 效谐波的情形中，图10/图11的方法的准确性将与图12/图13方法的相同。
[0113] 提供额外的光栅偏置增大了目标的大小以及将要进行测量的数目。在大小方面， 每个复合目标800、900横切于周期性方向具有基本尺寸a的组成光栅，以使得复合目标作为 整体具有总尺寸3a、2a等，如图所示。可以提供组合了 X和Y方向光栅的复合光栅目标，如图 所示，或者可以对于X和Y方向提供分离的目标。纯粹为了示意说明作为示例，目标具有a = 4 Mi或5mi的尺寸。这些目标均可以读出用于叠置，也采用从如上所述和在图4和图5中示出的 之前专利申请已知的基于暗场图像的技术。这使得BGA校正的叠置在小目标处，而没有堆叠 重构。已修改的步骤S6的计算无需为本领域技术人员详细描述。尽管对于计算方便的是使 用在0V = 0或0V = P/2周围对称的偏置值，但是所示的偏置方案不仅是唯一可能的方案。偏 置的幅度d选择以适用于情形。在示例性实施例中，每个区域内不同的叠置偏置值跨比所述 周期性结构的间距(也即2d/P>0.01、0.02或0.05)更大的范围。
[0114] 可以采用任何偏置值执行计算，只要它们预先已知。偏置与子偏置之间的区别是 方便标记的问题。对于四个光栅的偏置可以写作(11、(12、(13、(14，不论它们是否具有值+(1、-(1、 P/2+d和P/2-d或者一些其他值。如果需要的话，则可以在每个区域中进行多于两次测量。现 有技术申请W02013143814A1显示了如何可以应用四个光栅以对三个变量求解。
[0115] 在所示的示例性目标中，每个具有偏置值的X和Y光栅并排，尽管这并非必须。X和Y 光栅以交替图案相互交替散布，从而不同的X光栅对角地间隔，而并未相互并排，并且Y光栅 对角地间隔，而并未相互并排。该排列可以有助于减小不同偏置光栅的衍射信号之间的串 扰。整个布置因此允许紧凑的目标设计，而不具有良好性能。尽管图10和图12中的组成光栅 均是方形的，但是具有X和Y组成光栅的复合光栅目标也可以形成为伸长的光栅。在已公开 的专利申请US20120044470中例如描述了示例。
[0116] 结果和应用
[0117] 在使用在此公开的新颖的目标和计算的情形下，当保留了当前2偏置目标设计的 更高阶谐波稳健性时，可以做出对于例如来自晶片处理的叠置度量目标中不希望的非对称 性显著更稳健的叠置测量。该方法可以用在使用已有度量设备的制造场所处并且没有改变 任何传感器硬件。产生目标也是简单的。与图4中所示的当前目标相比，例如可以产生不具 有目标设计改变的目标900，仅向当前设计添加第二目标但是采用半节距的额外偏置。通过 选择，该额外目标可以例如仅添加用于工艺敏感层。
[0118] 图14示出将针对图12和图13中所示的类型的（a)2偏置目标和(b)4偏置目标叠置 测量的仿真性能进行比较的两个示图。在每个示图中，水平轴线是以纳米计的照射辐射的 波长。真实的仪器可以提供数个波长以供选择。垂直轴线显示叠置0V。线条OV(act)标记仿 真目标的真实叠置。曲线930、932等等示出了如在步骤S6中使用不同辐射偏振以及不同标 记类型计算的叠置。仿真包括在底部光栅中基底倾斜，作为工艺诱导的特征非对称性的示 例。如图可见，在最大波长下计算的值完全远离真实的叠置OV(act)。此外，计算得到的值非 常大程度地取决于波长和偏振，以使得测量配方的选择因此是关键性的。
[0119] 相反地，在(b)处的示图示出计算得到的叠置值940、942在偏振和波长范围内非常 接近于真实的叠置值〇V(act)。因此不仅当选择正确的配方时，新方法更精确，而且配方选 择更容易和较不关键。
[0120] 图15显示了当特征非对称性改变时各种偏置方案的性能。在该情形中水平轴线表 示任意单位的基底倾斜FT。真实的叠置再次标记为OV(act)。曲线T2显示由当前2偏置方案 计算得到的叠置，而曲线T30显示由现有技术申请W02013143814A1的偏置方案计算得到的 叠置。在这些已知方案中，均可以看出，计算得到的叠置如何高度地受到特征非对称性的影 响。曲线T30特别地由非对称性中更高阶谐波影响。曲线T3jt示出使用图10和图11的3偏置方 案计算得到的叠置，而曲线T4示出使用图12和图13的4偏置方案计算得到的叠置。可见当特 征非对称性为低时两种测量是精确的，而当特征非对称性(基底倾斜)增大时4偏置方法维 持更好的精确性。
[0121] 图16示出了计算得到的值K〇如何可以用作指示符以选择最佳配方(波长和偏振的 组合）以用于测量度量设备中的叠置。同样地，水平轴线表示基底倾斜，而垂直轴线示出了 在步骤S6中计算的K〇的值。曲线950显示针对不同配方的计算结果。由曲线952表示的配方 具有最低的K〇值并且因此对于工艺处理最不敏感。选择该配方以进行最精确的叠置测量。 也注意到，与其他目标设计相比，甚至在存在不希望的特征非对称性时，与当前2偏置目标 相比，叠置结果显示出波长之间的较小展宽。因此存在配方选择也基于在该范围内对于叠 置最敏感的范围。
[0122] 图17显示了示出制造方法的流程图，其中Ko用于监控性能，并且作为用于控制度 量和/或制造工艺的基准。在步骤S11中，处理晶片以产生产品特征以及包括具有如上所述 新颖偏置方案的叠置光栅的度量目标。在步骤S12处，使用图6的方法测量并计算叠置和/或 特征非对称性(Ko)。在步骤S13处，测得的Ko(与可以可应用的其他信息一起)用于更新度量 配方。已更新的度量配方用于叠置的重复测量，和/或用于在后续处理晶片上叠置的测量。 以此方式，使得改进了计算得到叠置测量的精确度。如果需要的话，更新过程可以是自动 的。
[0123] 如上所述，不仅相对于叠置测量，Ko也可以用作针对一般工艺处理效果的存在和 重要性的指示符。因此其可以在工业企业中用作所谓的"标志函数"以指示处理效果何时对 于特定晶片变得重要。人们也可以产生跨衬底Ko的地图，并且可以计算Ko/^的相对值。在步 骤S14中，通过计算Ko获得的工艺非对称性的认知用于更新在器件制造方法中控制光刻图 形化步骤和/或工艺处理步骤的配方，以用于返工和/或其他晶片的处理。同样地，如果需 要，则该更新可以是自动的。
[0124] 也可以绘制h(和/或心'和Kf)的计算得到的值以获得关于跨晶片的堆叠中对称 性改变的信息。K1'和K1"之间的差异（以绝对项或以比例计算)可以告知高阶谐波在堆叠中 有多大，其自身可以用作用于监控器件制造中的性能的参数。
[0125] 应该知晓，4偏置方案比已知方案要求更多测量和更多目标。额外的测量可以影响 吞吐量，如果复合目标无法完全安装在辐射光斑内。如果这是所关注的，则可以采用使用了 更大均匀照射光斑和合适目标版图布局的度量设备，其允许在目标900中每个方向所有4个 光栅的单次读出。如果光斑不比图3和图4中的大，则将分为两半测量目标并且测量时间将 增长高达两倍。然而两个半边均需要相同的配方条件(波长，偏振，曝光时间等），因此对于 波长切换/孔径切换没有时间损失。仅如果测量时间完全受限于图像采集，则引起花费两倍 时间的最坏情形。如果其他步骤是速率受限步骤，则对于吞吐量的影响将较小。与图4的双 偏置目标相比，目标900占据了较大的"占用面积"。然而，对于许多原因，结果对于晶片处理 更稳健。
[0126] 图18示出了一些目标的备选设计，所有基于参照图12所述的4偏置方案。在(a)处 可以看到如上所述的配置，其中两个4光栅目标以传统方式900a、900b并排形成。每个目标 900a、900b可以由图3的散射仪单次读取。单位尺寸a可以例如是5mi。在(b)和（c)处可以看 到备选设计，其中八个伸长目标形成在四个配对中，每个配对占据方形区域。偏置值和周期 性方向以与之前相同方式指示在附图上。这些目标的大小可以是基于稍微较大的单元大小 b，以使得每个伸长目标可以例如具有4 X 8Mi(b = 8wii)的大小。只要散射仪可以捕获整个方 形(2b X 2b= 16 X 16mi)的暗场图像，则可以单次测量沿X和Y方向的偏置。注意，其中在光栅 的顶层中存在具有偏置位置的伸长光栅配对，为了制造底层，可以简单地形成具有尺寸bX b的四个方形光栅。
[0127] 此外，注意，在此公开的每个叠置方向使用三个、四个或更多组成光栅的技术可以 适用大型散射仪目标，也称作标准目标，其通常修改以包括每个叠置方向一个或两个额外 偏置光栅。通过使用图3的设备，例如，可以由角度分辨散射仪使用光瞳面传感器19替代或 者除了暗场成像分支和传感器23中进行的测量之外而测量在这些较大目标中的叠置。
[0128] 实施方式
[0129]尽管如上所述目标结构是专门设计并且形成用于测量目的的度量目标，在其他实 施例中，可以对作为形成在衬底上的器件的功能部分的目标测量特性。许多器件具有规则 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"无需为了所执行测量专 门提供结构。此外，度量目标的节距P接近散射仪的光学系统的分辨极限，但是可以远大于 目标部分C中由光刻工艺制造的典型产品特征的尺寸。实际上可以使得叠置光栅的线条和/ 或间距包括尺寸类似于产品特征的较小特征。
[0130]结合实现在衬底和图形化装置上的目标的物理光栅结构，实施例可以包括一种计 算机程序，包含机器可读指令的一个或多个序列，描述了在衬底上制造目标的方法，测量衬 底上目标和/或分析测量值以获得关于光刻工艺的信息。该计算机程序可以例如运行在图3 的设备中的单元PU和/或图2的控制单元LACU内。也可以提供一种数据存储媒介(例如半导 体存储器、磁盘或光盘），具有存储在其中的计算机程序。其中例如图3所示类型的现有度量 设备已经在生产和/或使用，本发明可以通过提供用于使得处理器执行修改步骤S6并且也 计算误差或其他参数而对特征非对称性具有减小的敏感性的已更新计算机程序产品而实 施。
[0131] 可以任选地设置程序以控制光学系统、衬底支架等等以执行步骤S2-S5以用于测 量在合适的多个目标结构上的非对称性。程序可以更新用于测量其他衬底的度量配方 (S13)。可以设置程序以控制（直接地或间接地)光刻设备以用于其他衬底的图形化和处理 (步骤S14)。
[0132] 尽管可以在光学光刻的上下文中对于本发明实施例的使用做出具体参考，应该知 晓的是本发明可以用于其他应用，例如压印光刻，以及其中上下文允许的话，不限于光学光 亥IJ。在压印光刻中，图形化装置中的拓扑结构限定了形成在衬底上的图形。图形化装置的拓 扑结构可以压入施加至衬底的抗蚀剂层中，通过施加电磁辐射、热量、压力或其组合而将抗 蚀剂固化至衬底上。在抗蚀剂固化之后，将图形化装置移出抗蚀剂，在其中留下图形。
[0133] 在此使用的术语"辐射"和"束"包含所有类型电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如 具有为或约365、355、248、193、157或12611111的波长)和极紫外江群)辐射(例如具有范围在5-20nm的波长），以及粒子束，诸如离子束或电子束。
[0134] 上下文允许的话，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 括折射式、反射式、磁性、电磁和静电光学部件。
[0135] 具体实施例的前述说明将完全揭示本发明的普通本质以使得他人可以通过应用 本领域内认知而对于各种应用容易地修改和/或改变这些具体实施例，并未不适当的试验， 并未脱离本发明的通常概念。因此，基于在此所展示的教导和引导，这些改变和修改意在落 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短语或术语是为了借由 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短语应该由本领域技术人员受 到教导和引导而解释。
[0136] 本发明的宽度和范围不应受限于任意如上所述示例性实施例，而是应该仅根据以 下权利要求和它们变形方式而限定。
【主权项】
1. 一种测量光刻工艺的参数的方法，所述方法包括如下步骤： (a) 在衬底上提供多个目标结构，每个目标结构包括叠置的周期性结构并且均具有已 知的叠置偏置； (b) 照射所述目标并且检测由每个目标结构散射的辐射以针对所述目标结构获得表示 整体非对称性的测量值，所述整体非对称性包括因（i)所述已知叠置偏置、（ii)用于形成所 述目标结构的光刻工艺的叠置性能以及(iii)所述周期性结构中的一个或多个内的特征非 对称性所致的贡献； (c) 使用针对三个或更多个目标结构的所述整体非对称性测量值计算所述叠置误差的 测量值，使用所述已知的叠置偏置值和在叠置误差与非对称性之间的假设的非线性周期关 系来执行所述计算，从而排除因特征非对称性所致的贡献， 其中针对所述三个或更多个目标结构的叠置偏置的已知值包括落入所述周期性关系 的第一区域内的至少两个值、以及落入所述周期性关系的第二区域内的至少一个值，在所 述第一区域和所述第二区域中的周期性关系具有相反符号的梯度。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述周期性关系的所述第一区域是居中在零偏置 上的半周期，以及所述第二区域是居中在P/2上的半周期，其中P是所述周期性关系的节距。3. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，使用叠置偏置的四个或更多个不同值，并且所 述叠置偏置的四个或更多个不同值包括在所述周期性关系的所述第一区域和所述第二区 域中的每个区域内的至少两个偏置值。4. 根据权利要求1所述的方法，其中，使用叠置偏置的至少四个不同值，并且所述叠置 偏置的至少四个不同值包括落入居中在零偏置上的半周期内的至少两个偏置值、以及落入 居中在P/2上的半周期内的至少两个偏置值。5. 根据权利要求3或4所述的方法，其中在所述步骤(c)中，执行所述计算以便允许所述 梯度在所述周期性关系的所述第一区域和所述第二区域中具有不同的幅度。6. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述假设的非线性关系是正弦函数。7. 根据权利要求1或2所述的方法，其中，基于因特征非对称性所致的所述贡献针对所 有叠置值为恒定的，执行所述计算。8. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，进一步包括步骤(d)，所述步骤(d)使用在 步骤(c)中获得的所述特征非对称性的测量值以控制步骤(b)在所述方法的后续执行中的 性能。9. 根据权利要求1至8中任一项所述的方法，进一步包括步骤(e)，所述步骤(e)使用步 骤(c)中获得的所述特征非对称性的测量值以控制施加至另一衬底的光刻工艺。10. 根据权利要求1至9中任一项所述的方法，进一步包括步骤(d)，所述步骤(d)使用步 骤(c)中获得的一个或多个梯度值以控制步骤(b)在所述方法的后续执行中的性能。11. 根据权利要求1至10中任一项所述的方法，进一步包括步骤(e)，所述步骤(e)使用 步骤(c)中获得的一个或多个梯度值以控制施加至另一衬底的光刻工艺。12. -种用于测量光刻工艺的参数的检查设备，所述设备包括： -用于其上具有多个目标结构的衬底的支架，每个目标结构包括叠置的周期性结构并 且均具有已知的叠置偏置； -光学系统，用于照射所述目标并且检测由每个目标结构散射的辐射以针对该目标结 构获得表示整体非对称性的测量值，所述整体非对称性包括因（i)所述已知叠置偏置、（i i) 所述光刻工艺的叠置性能以及(iii) 一个或多个所述周期性结构内的特征非对称性所致的 贡献； -处理器，被设置用于针对具有叠置偏置的三个或更多个不同值的三个或更多个目标 结构使用所述整体非对称性测量值，以计算叠置性能的测量值，使用已知的叠置偏置值以 及在叠置和目标非对称性之间假设的非线性关系来执行所述计算，由此排除因特征非对称 性引起的贡献，其中针对所述三个或更多个目标结构的叠置偏置的所述已知值包括落入所 述周期性关系的第一区域内的至少两个值、以及落入所述周期性关系的第二区域内的至少 一个值，所述第一区域和所述第二区域中的周期性关系具有相反符号的梯度。13. 根据权利要求12所述的设备，其中，使用叠置偏置的至少四个不同值，并且所述叠 置偏置的至少四个不同值将落入居中在零偏置上的半周期内的至少两个偏置值以及落入 居中在P/2上的半周期内的至少两个偏置值进行比较。14. 根据权利要求9所述的设备，其中，所述处理器被设置用于在允许所述梯度在周期 性关系的所述第一区域和所述第二区域中具有不同的幅度时执行所述计算。15. 根据权利要求12、13或14所述的设备，其中，所述处理器被设置用于基于因特征非 对称性所致的所述贡献针对所有叠置值是恒定的，来执行所述计算。16. 根据权利要求8至11中任一项所述的设备，其中，所述光学系统包括图像传感器并 且可操作用于在所述图像传感器的不同部分上同时地捕获来自不同目标结构散射的辐射。17. -种在根据权利要求1至11中任一项所述的方法中使用的衬底，所述衬底具有通过 光刻工艺在其上形成的多个目标结构，每个目标结构包括叠置周期性结构并且均具有特定 的叠置偏置，其中针对所述三个或更多个目标结构的叠置偏置的值包括落入居中在零偏置 上的半周期内的至少两个值以及落入居中在P/2上的半周期内的至少一个值，其中P是所述 周期性结构的周期。18. 根据权利要求17所述的衬底，其中，提供至少四个目标结构，并且其中针对所述三 个或更多个目标结构的叠置偏置的值包括落入居中在零偏置上的半周期内的至少两个值、 以及落入居中在P/2上的半周期内的至少两个值，其中P是所述周期性结构的周期。19. 根据权利要求18所述的衬底，其中，具有沿第一方向的周期性的目标结构、与具有 沿第二方向的周期性的目标结构在复合目标结构中以交替图形被设置一起，从而具有沿第 一方向的周期性的结构由具有沿第二方向的周期性的结构分离。20. 根据权利要求18或19所述的衬底，其中，所述复合目标结构包括在两个不同的周期 性方向中的每个周期性方向上具有四个不同偏置的目标结构。21. 根据权利要求18或19所述的衬底，其中，以两个2 X 2阵列设置具有沿两个不同方向 中的每个方向的四个不同偏置的八个目标结构。22. -种图形化装置的配对，用于形成根据权利要求17至21中任一项所述的衬底。23. -种计算机程序产品，包括用于使得处理器执行根据权利要求1至11中任一项所述 的方法的处理步骤(c)的机器可读指令。24. 根据权利要求23所述的计算机程序产品，进一步包括用于使得所述处理器执行根 据权利要求8或10所述的方法的所述步骤(d)的指令。25. 根据权利要求23或24所述的计算机程序产品，进一步包括用于使得处理器执行根 据权利要求9或11所述的方法的所述步骤(e)的指令。26. -种光刻系统： 光刻设备，包括： 照射光学系统，被设置用于照射图案； 投影光学系统，被设置用于将所述图案的图像投影至衬底上；以及 根据权利要求12至16中任一项所述的检查设备， 其中所述光刻设备被设置用于在施加所述图案至另一些衬底时使用由所述检查设备 计算得到的一个或多个参数。27. -种制造器件的方法，其中使用光刻工艺将器件图案施加至一系列的衬底，所述方 法包括，使用根据权利要求1至11中任一项所述的检查方法来检查被形成为在所述衬底中 的至少一个衬底上的所述器件图案的一部分的至少一个周期性结构或者除所述器件图案 之外形成的至少一个周期性结构，以及根据检查方法的结果来控制所述光刻工艺以用于后 续的衬底。28. 根据权利要求27所述的方法，其中，根据权利要求9或11所述的方法的步骤(e)控制 所述光刻工艺。
【文档编号】G03F7/20GK105900015SQ201480072870
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年11月4日
【发明人】H·J·H·斯米尔德, A·J·登博夫, O·A·O·亚达姆, M·J·J·加克
【申请人】Asml荷兰有限公司