本公开涉及半导体工艺，尤其涉及用于在半导体芯片的制造期间监视光刻和/或蚀刻工艺的度量方法。
背景技术：
半导体工艺包括许多图案化步骤，其中器件设计首先被转移到光刻掩膜且该掩膜被暴露到光源，从而使得该图案被印刷在沉积于半导体晶片上逐层构建的层堆叠上的光致抗蚀剂膜上。在抗蚀剂显影之后，蚀刻将该图案转移到该堆叠的一层，例如用于在集成电路芯片的后道工序的一层中实现金属导体图案。后续加工还可包括附加沉积、蚀刻以及抛光步骤以诸如在自对准多图案化中进一步修改该图案。当今加工技术中图案的部件尺寸是纳米级，并且对各部件的监视需要特定度量工具。感兴趣的主尺寸被称为各加工步骤中的每一步骤处的物理图案的直线部件的临界尺寸(CD)。
用于测量CD变化的当前方法具有显著缺陷：(a)高分辨率方法(诸如扫描电子显微镜(SEM)或原子力显微镜(AFM))相对缓慢、昂贵且可能是破坏性的(尤其是对于抗蚀剂图案而言)。当前光学方法(例如，散射测量)需要针对每一图案和工艺配置的模型开发，难以校准且易受底层膜堆叠的变化的影响。因此存在对允许以可靠且非侵入式方式验证所印刷和/或蚀刻的图案部件的临界尺寸的替换方法的需求。
自对准多图案化SAxP是半导体密度缩放的必需方法。这是通过在周期性心轴(也称为核)结构上形成侧壁分隔件来将规则阵列的空间周期性倍乘(通常是翻倍(SADP)或四倍(SAQP))的手段。为了在最终阵列中实现均匀周期性，心轴元件的宽度尺寸必需相对于它们的节距和分隔件宽度来被控制。在 SAQP示例中，心轴节距可以是128nm，分隔件的宽度是16nm，使得心轴元件宽度必须被控制在48nm才能得到32nm的SAQP节距。心轴宽度的变化导致标称32nm节距跨该阵列的变化，称为“距走(pitch walking)”。距走是半导体器件制造中的重要故障机制。当前距走度量和控制方法是缓慢、昂贵且易错的。
技术实现要素：
本发明涉及一种在所附权利要求书中公开的方法。公开了一种用于监视在一工艺步骤中产生在基板上的图案中的临界尺寸的方法和装置，所述工艺步骤作为用于产生半导体器件(诸如集成电路芯片)的制造工艺的一部分或与所述制造工艺相关，所述工艺步骤根据预定义图案设计来执行，其中一个或多个度量目标被添加到所述图案设计。所述目标可例如被嵌入在芯片制造工艺中使用的光刻掩膜的有源器件区域的周界之中或之上，或者所述目标可被添加到在工具或工艺评定和校准序列中产生在测试晶片上的测试图案。术语‘图案设计’因此不被理解为仅指芯片制造中应用的器件设计。本发明发现在此类制造工艺以及相关工艺(诸如光刻掩膜的上述评定/校准以及生产)中的重要应用。
该图案设计中包括的每一目标包括非对称度量标记的一个或多个版本，所述标记的每一版本包括均匀部分和周期性部分，所述周期性部分包括平行1维部件(即，线形部件)的规则阵列或2维部件的阵列(即，正方形或矩形的阵列)。根据一实施例，部件的设计尺寸(例如，线部件的设计宽度w跨一定范围来分布，该范围在与该制造工艺中产生的部件的临界尺寸相对应的标称值w0的周围并且包括该标称值w0。对于检测到的标记图案的质心的位置，导出与所述范围中的设计尺寸基本上成比例的位置相关参数S。根据本发明，这一参数的偏移δS是相对于在该生产工艺的设立和校准期间先前确定的工艺操作点来确定的。根据该方法的各实施例，也可确定S与设计尺寸之间的关系的比例因子以及在制造工艺中印刷的部件的临界尺寸相对于在工艺操作点处测量的参考值CDp的偏移δCD。非对称标记设计使得比例因子>>1；即S对δCD的响应的放大使得S>>δCD，并且CD确定的有效精度远好于该测量本身的固有精度。
本发明更具体地涉及一种用于用于监视布置在图案中且通过一工艺步骤来产生在基板上的矩形部件(即，1维部件)和/或2维部件的临界尺寸的方法，所述工艺步骤作为用于产生半导体器件的制造工艺的一部分或与所述制造工艺相关，所述工艺步骤根据预定义图案设计来执行，其中一个或多个度量目标被添加到所述图案设计，每一目标包括非对称设计的一个或多个标记，每一标记包括在给定方向上相邻地布置的宽度为K的均匀部分和宽度为L的周期性部分，所述周期性部分包括布置在规则阵列中的1维或2维部件，其中所述周期性部分包括1-D部件的阵列或2-D部件的阵列，所述1-D部件的阵列具有一设计节距(p)并且设计尺寸等于标称值(w0)和/或位于所述标称值周围的某一范围中，所述2-D部件的阵列具有一设计节距(pa,pb)并且设计尺寸等于标称值(w0a,w0b)和/或位于所述标称值(w0a,w0b)周围的某一范围中。换言之：所述周期性部分包括1-D部件或2-D部件的阵列，所述1-D部件或2-D部件的阵列具有一设计节距((p；pa,pb)并且所述2-D部件的各设计尺寸之一或所述1-D 部件设计尺寸等于标称值(w0)和/或位于所述标称值(w0)周围的某一范围中。标称值w0因而可以是1-D部件的宽度的标称值，或者它可以是2-D部件在一个或另一维度上的宽度的标称值。
所述方法包括与所述一个或多个目标中的每一者相关地执行的以下步骤：
执行所述工艺步骤，从而获得分别与所述一个或多个非对称标记相对应的一个或多个非对称标记图案。术语‘对应于’意味着标记图案是标记的再现。
定义代表所述标记图案的质心的位置的参数S，其中所述参数S根据所述1-D或2-D部件的所述设计尺寸w中的至少一者而基本上线性地变化，即 dS/dw＝α，其中α是比例因子，
根据所述标记图案确定具有设计尺寸为w0的部件的非对称标记的S参数相对于所述S参数的参考值的偏移δS，所述参考值在所述工艺步骤的先前定义的工艺操作点处是有效的，
在δS的基础上评估由所述工艺步骤产生的所述一个或多个标记图案的 1D和/或2D部件的临界尺寸。
根据一实施例，该方法包括对于每一目标：
确定比例因子α，
计算δw0＝δS/α
相对于容限来评估δw0。
该方法可进一步包括相对于容限来评估|α-α0|的步骤，其中α0是在所述工艺操作点处的α值。
根据一实施例：
所述目标中的一者或多者包括非对称标记，所述非对称标记被配置成使得所述非对称标记图案的质心的位置能由光学工具检测，使得所述参数S能借助于所述工具来测量，
所述一个或多个目标包括多个所述非对称标记，所述一个或多个设计尺寸处于所述标称值w0周围的某一范围中，并且可能包括具有等于所述标称值w0的设计尺寸的标记，
对于所述一个或多个目标中的每一者：
通过将线性函数拟合到所述多个标记的S参数的测得值来确定所述参数α，
δS被确定为S0-S0ref，其中：
S0是具有标称设计尺寸的部件的标记的标记图案的参数值，
S0ref是在所述工艺操作点处的所述S参数的参考值。
根据一实施例，所述一个或多个非对称标记被布置在所述一个或多个目标中的每一者中作为等同标记的镜像对，绕垂直于其中布置了所述均匀部分和周期性部分的方向的线来镜像，并且其中所述位置代表参数S是代表所述两个镜像标记的所述两个镜像标记图案的质心之间的距离D的函数。
根据一实施例，所述一个或多个非对称标记相对于一个或多个对称标记被布置在所述一个或多个目标中的每一者中，并且其中所述位置代表参数S是代表所述一个或多个非对称标记与代表所述一个或多个对称标记或者从所述一个或多个对称标记导出的一个或多个对称标记图案的质心之间的距离D的函数。
根据一实施例，所述位置代表参数S等于D–Ds，其中Ds是两个镜像标记的几何中点之间的距离的设计值，其中对于所述多个设计宽度(w0,w-1,w+1, 等等)且对于所述给定方向而言，Ds是常数。
根据一实施例：
所述目标中的一者或多者包括至少第一和第二衍射光栅集合，每一集合由在相同方向上且以重复的方式相邻地布置的两个光栅标记形成，每一集合中的所述光栅标记中的至少一者是如先前权利要求中定义的非对称标记，
所述第一光栅集合的非对称标记包括设计尺寸为w0-Δw0的部件，其中Δw0是预定义偏移值，
所述第二光栅集合的非对称部件包括设计尺寸为w0+Δw0的部件，
δS和α是根据下式计算得到的：
α＝(ΔI1-ΔI2)/2κΔw0
δS＝(ΔI1+ΔI2)/2κ
其中：
ΔI1和ΔI2是在通过所述光刻步骤或所述蚀刻步骤在所述第一和第二光栅集合的基础上获得的第一和第二标记部件集合上测量的加和减第一阶衍射强度之差，
κ是衍射因子。
根据一实施例，κ是根据位于所述图案设计之内或附近的两个光栅的附加集合的加和减衍射强度的测量来计算的，每一光栅集合由相邻地且按重复的方式布置的两个标记形成，所述标记中的至少一者是非对称标记，并且其中在所述第一光栅中与所述第二光栅相比，两个相邻标记A’和B’之间的距离是不同的，所述距离之间的差异是预定义的。
该方法可进一步包括对于每一目标以及对于所述尺寸中的至少一者：
根据δS相对于在所述工艺操作点处的临界尺寸的值CDp来计算所述标称设计尺寸w0的部件的临界尺寸CD的偏移δCD，并且其中δCD被计算为β.δw0，其中β是表达XΔ与部件的设计尺寸之间的线性关系的比例因子，即 dCD/dw＝β，
相对于容限来评估δCD。
根据一实施例，所述因子β被计算为(α/G)，其中G与L/p成比例，其中L 是所述一个或多个标记图案的周期性部分的在非对称性方向上的宽度且p是所述周期性部分的线部件的标称节距。
该方法可进一步包括相对于容限来评估|β-1|的步骤。
根据一实施例，所述目标中的一者或多者包括一个或多个非对称标记，所述一个或多个非对称标记配置成使得所述非对称标记图案的质心的位置能由光学工具检测，使得能借助于所述工具来检测所述参数S，并且其中至少一个目标包括具有等于所述标称值的所述设计尺寸中的至少一者标记，并且其中所述方法进一步包括以下步骤：
根据δS来计算所述标称设计尺寸w0的部件的临界尺寸CD相对于在所述工艺操作点处的临界尺寸的值CDp的偏移δCD，并且其中δCD被计算为δS/G，其中G与L/p成比例，其中L是所述标记的周期性部分的宽度且p是所述部件阵列在所述尺寸的方向上的节距，
相对于容限来评估δCD。
根据一实施例，所述目标中的至少一者中的所述一个或多个非对称标记是梳形标记，其中所述周期性部分包括在其中布置了所述均匀部分和周期性部分的方向上延伸的平行部件阵列。
根据一实施例，所述目标中的至少一者中的所述一个或多个非对称标记是轨形标记，其中所述周期性部分包括在与其中布置了所述均匀部分和周期性部分的方向垂直的方向上延伸的平行部件阵列。
根据一实施例，所述目标中的至少一者包括其中所述均匀部分和周期性部分被布置在第一方向上的第一群非对称标记，和其中所述均匀部分和周期性部分被布置在与所述第一方向垂直的第二方向上的第二群相同的非对称标记，并且其中针对所述两个方向中的每一方向来确定δS。
根据一实施例，所述目标中的一者或多者包括非对称标记，所述非对称标记配置成使得所述非对称标记图案的质心的位置能由光学工具检测，使得能借助于所述工具测量所述参数S，并且其中所述标记被布置成十字形，每个十字包括四个等同的标记。
所述目标可包括至少一个第一区域和至少一个第二区域，所述第二区域中的标记是相对于所述第一区域中的标记的镜像。
根据一实施例，所述工艺步骤是使用光刻掩膜的光刻步骤或所述光刻步骤之后的蚀刻步骤，并且其中所述一个或多个目标被包括在所述光刻掩膜中。
根据一实施例，所述工艺步骤是在所述光刻掩膜上产生所述器件设计的步骤。
此外，本发明涉及一种用于监视布置在图案中且通过初始工艺步骤来产生在基板上的1维和/或2维部件的临界尺寸的方法，所述初始工艺步骤作为用于产生半导体器件的制造工艺的一部分或与所述制造工艺相关，所述工艺步骤根据预定义图案设计来执行，其中一个或多个度量目标被添加到所述图案设计，每一目标包括非对称设计的一个或多个掩膜(1)，每一标记包括在给定方向上(x，y)相邻地布置的宽度为K的均匀部分(2)和宽度为L的周期性部分(3)，所述周期性部分(3)包括布置在规则阵列中的1维或2维部件，其中所述周期性部分包括某设计节距(p；pa,pb)的1-D部件或2-D部件的阵列，并且其中所述2-D部件的各设计尺寸之一或所述1-D部件的设计尺寸等于标称值(w0)和/或位于所述标称值(w0)周围的某一范围中，并且其中所述方法进一步包括所述初始工艺步骤之后的附加工艺步骤，由此获得不与所述一个或多个非对称标记直接相对应而是从所述一个或多个非对称标记导出的一个或多个非对称标记图案，其中所述方法包括与所述一个或多个目标中的每一者相关地执行的以下步骤：
执行所述初始工艺步骤，从而获得分别与所述一个或多个非对称标记相对应的一个或多个初始非对称标记图案，
定义代表所述初始标记图案的质心的位置的参数S，其中所述参数S根据所述1-D或2-D部件的所述设计尺寸w中的至少一者而基本上线性地变化，即dS/dw＝α，其中α是比例因子，
根据所述初始标记图案确定具有设计尺寸为w0的部件的非对称标记的S 参数相对于所述S参数的参考值的偏移δS，所述参考值在所述工艺步骤的先前定义的工艺操作点处是有效的，
在δS的基础上评估由所述工艺步骤产生的所述一个或多个初始标记图案的1D和/或2D部件的临界尺寸，
和/或其中所述方法包括与所述一个或多个目标中的每一者相关地执行的以下步骤：
定义代表所导出的标记图案的质心的位置的参数S，其中所述参数S根据所述1-D或2-D部件的所述设计尺寸w中的至少一者而基本上线性地变化，即dS/dw＝α，其中α是比例因子，
对于所述附加工艺步骤中的一者或多者：
根据所导出的标记图案确定具有设计尺寸为w0的部件的非对称标记的S参数相对于所述S参数的参考值的偏移δS，所述参考值在所述附加工艺步骤的先前定义的工艺操作点处是有效的，
在δS的基础上评估所述一个或多个标记图案的1D和/或2D部件的临界尺寸。
根据前一段落中描述的方法的一实施例，所述方法被应用来在通过自对准多图案化的半导体器件部件阵列的制造工艺期间验证距走误差，所述制造工艺包括通过光刻和蚀刻产生充当所述自对准多图案化的起点的心轴结构的步骤，其中所述光刻步骤包括通过光刻掩膜使抗蚀剂层曝光，
其中所述初始工艺步骤是所述光刻步骤或所述蚀刻步骤，并且其中所述一个或多个附加工艺步骤是产生从所述心轴结构导出的自对准标记图案的一个或多个步骤。
并且其中所述光刻掩膜包括一个或多个度量目标，每一目标包括一个或多个梳形度量标记，所述度量标记被设计成产生包括基部和周期性部分的心轴结构，所述周期性部分包括从所述基部向外延伸的相等设计宽度w0的平行部件的心轴阵列，所述心轴结构阵列具有相同节距p和所述平行部件的一个或多个不同设计宽度，并且其中通过自对准多图案化在所述心轴结构的基础上获得的所导出的标记图案是包括在每一自对准图案化步骤中增加的周期性的阵列的蛇形结构，其中所述蛇形结构的质心在横向于所述阵列的周期性的方向上的位置对所述平行部件的宽度敏感，并且其中所述方法包括确定所述蛇形结构的所述质心的位置和/或所述心轴结构的质心的位置，以及相对于在所述制造工艺中产生的半导体器件部件阵列中的一者或多者中没有或基本上没有发生距走误差的条件来评估所述位置。
根据包括一个或多个附加工艺步骤的该方法的一实施例，该方法包括对于每一目标：
确定比例因子α，
计算δw0＝δS/α
相对于容限来评估δw0。
包括一个或多个附加工艺步骤的该方法可进一步包括相对于容限来评估 |α-α0|的步骤，其中α0是在所述初始工艺步骤或所述附加工艺步骤的工艺操作点处的α值。
根据包括一个或多个附加工艺步骤的该方法的一实施例：
所述目标中的一者或多者包括非对称标记，所述非对称标记被配置成使得所述非对称标记图案的质心的位置能由光学工具检测，使得所述参数S能借助于所述工具来测量，
所述一个或多个目标包括多个所述非对称标记，所述一个或多个设计尺寸处于所述标称值w0周围的某一范围中，并且可能包括具有等于所述标称值w0的设计尺寸的标记，
对于所述一个或多个目标中的每一者：
通过将线性函数拟合到所述多个标记的S参数的测得值来确定所述参数α，
δS被确定为S0-S0ref，其中：
S0是具有标称设计尺寸的部件的标记的标记图案的参数值，
S0ref是初始工艺步骤或附加工艺步骤的工艺操作点处的S参数的参考值。
根据包括一个或多个附加工艺步骤的该方法的一实施例，所述一个或多个非对称标记被布置在所述一个或多个目标中的每一者中作为等同标记的镜像对，绕垂直于其中布置了所述均匀部分和周期性部分的方向的线来镜像，并且其中所述位置代表参数S是代表所述两个镜像标记的所述两个镜像标记图案的质心或从所述两个镜像标记导出的所述两个镜像标记图案的质心之间的距离D 的函数。
根据包括一个或多个附加工艺步骤的该方法的一实施例，所述一个或多个非对称标记相对于一个或多个对称标记被布置在所述一个或多个目标中的每一者中，并且其中所述位置代表参数S是代表距离D的函数，所述距离D是所述一个或多个非对称标记的非对称标记图案的质心或从所述一个或多个非对称标记导出的非对称标记图案的质心与代表所述一个或多个对称标记的一个或多个对称标记图案的质心或从所述一个或多个对称标记导出的一个或多个对称标记图案的质心之间的距离。
根据包括一个或多个附加工艺步骤的该方法的一实施例，所述位置代表参数S等于D–Ds，其中Ds是两个镜像标记的几何中点之间的距离的设计值，其中对于所述多个设计宽度(w0,w-1,w+1,等等)且对于所述给定方向而言，Ds是常数。
根据包括一个或多个附加工艺步骤的该方法的一实施例：
所述目标中的一者或多者包括至少第一和第二衍射光栅集合，每一集合由在相同方向上且以重复的方式相邻地布置的两个光栅标记形成，每一集合中的所述光栅标记中的至少一者是如先前权利要求中定义的非对称标记，
所述第一光栅集合的非对称标记包括设计尺寸为w0-Δw0的部件，其中Δw0是预定义偏移值，
所述第二光栅集合的非对称部件包括设计尺寸为w0+Δw0的部件，
δS和α是根据下式计算得到的：
α＝(ΔI1-ΔI2)/2κΔw0
δS＝(ΔI1+ΔI2)/2κ
其中：
ΔI1和ΔI2是在通过所述光刻步骤或所述蚀刻步骤在所述第一和第二光栅集合的基础上获得的第一和第二标记部件集合上测量的加和减第一阶衍射强度之差，
κ是衍射因子。
根据一实施例，κ是根据位于所述图案设计之内或附近的两个光栅的附加集合的加和减衍射强度的测量来计算的，每一光栅集合由相邻地且按重复的方式布置的两个标记形成，所述标记中的至少一者是非对称标记，并且其中在所述第一光栅中与所述第二光栅相比，两个相邻标记A’和B’之间的距离是不同的，所述距离之间的差异是预定义的。
该方法可进一步包括对于每一目标以及对于初始工艺步骤和对于所述尺寸中的至少一者：
根据δS相对于在所述初始工艺的工艺操作点处的临界尺寸的值CDp来计算所述标称设计尺寸w0的部件的临界尺寸CD的偏移δCD，并且其中δCD被计算为β.δw0，其中β是表达XΔ与部件的设计尺寸之间的线性关系的比例因子，即dCD/dw＝β，
相对于容限来评估δCD。
根据包括一个或多个附加工艺步骤的该方法的一实施例，所述因子β被计算为(α/G)，其中G与L/p成比例，其中L是所述一个或多个标记图案的周期性部分的在非对称性方向上的宽度且p是所述周期性部分的线部件的标称节距。
包括一个或多个附加工艺步骤的该方法可进一步包括相对于容限来评估 |β-1|的步骤。
根据包括一个或多个附加工艺步骤的该方法的一实施例，所述目标中的一者或多者包括一个或多个非对称标记，所述一个或多个非对称标记配置成使得所印刷和蚀刻的非对称标记图案的质心的位置能由光学工具检测，使得能借助于所述工具来测量所述参数S，并且其中至少一个目标包括具有等于所述标称值的所述设计尺寸中的至少一者标记，并且其中所述方法进一步包括以下步骤：
根据δS来计算所述标称设计尺寸w0的部件的临界尺寸CD相对于在所述初始工艺步骤或所述附加工艺步骤的工艺操作点处的临界尺寸的值CDp的偏移δCD，并且其中δCD被计算为δS/G，其中G与L/p成比例，其中L是所述标记的周期性部分的宽度且p是所述部件阵列在所述尺寸的方向上的节距，
相对于容限来评估δCD。
根据包括一个或多个附加工艺步骤的该方法的一实施例，所述目标中的至少一者中的所述一个或多个非对称标记是梳形标记，其中所述周期性部分包括在其中布置了所述均匀部分和周期性部分的方向上延伸的平行部件阵列。
根据包括一个或多个附加工艺步骤的该方法的一实施例，所述目标中的至少一者中的所述一个或多个非对称标记是轨形标记，其中所述周期性部分包括在与其中布置了所述均匀部分和周期性部分的方向垂直的方向上延伸的平行部件阵列。
根据包括一个或多个附加工艺步骤的该方法的一实施例，所述目标中的至少一者包括其中所述均匀部分和周期性部分被布置在第一方向上的第一群非对称标记，和其中所述均匀部分和周期性部分被布置在与所述第一方向垂直的第二方向上的第二群相同的非对称标记，并且其中针对所述两个方向中的每一方向来确定δS。
根据包括一个或多个附加工艺步骤的该方法的一实施例，所述目标中的一者或多者包括非对称标记，所述非对称标记配置成使得所述非对称标记图案的质心的位置能由光学工具检测，使得能借助于所述工具测量所述参数S，并且其中所述标记被布置成十字形，每个十字包括四个等同的标记。
包括一个或多个附加工艺步骤的该方法中使用的目标可包括至少一个第一区域和至少一个第二区域，所述第二区域中的标记是相对于所述第一区域中的标记的镜像。
根据一实施例，所述初始工艺步骤是使用光刻掩膜的光刻步骤或所述光刻步骤之后的蚀刻步骤，并且其中所述一个或多个目标被包括在所述光刻掩膜中。
根据一实施例，所述初始工艺步骤是在所述光刻掩膜上产生所述器件设计的步骤。
本发明同样涉及一种能应用于根据本发明的方法中的度量标记。
本发明同样涉及一种用于确定半导体芯片的两个相应图案化层的两个部件之间的边缘放置误差的方法，包括以下步骤：
通过本发明的方法确定第一和第二部件的尺寸，
确定第一和第二层之间的覆盖误差，
将在所述第一步骤中确定的所述第一和第二部件的尺寸纳入考虑，在所述覆盖误差的基础上确定所述边缘放置误差。
根据一实施例，用于产生所述两个层的图案设计包括混合目标的相应部分，第一部分包括在第一图案设计中提供的标记，第二部分包括在第二图案设计中提供的标记，并且其中所述第一和第二层之间的覆盖误差的测量是从在从所述第一和第二部分获得的印刷和/或蚀刻标记部件之间的覆盖值获得的。
本发明同样涉及一种计算机实现的监视单元，其被配置成集成在用于包括光刻和蚀刻步骤的半导体工艺的装置中，所述装置进一步包括度量工具，其中所述监视单元被配置成执行根据本发明的方法的各步骤。
根据一实施例，度量工具是基于图像的覆盖工具或基于衍射的覆盖工具。此外，该监视单元可配置成——在评估结果的基础上——计算由半导体工艺装置执行的一个或多个工艺的经更新工艺参数，并且将所述经更新参数反馈给该装置。该监视单元可包括提供有计算机程序的存储器，当所述程序在所述监视单元上运行时，所述计算机程序用于执行所述方法步骤。
本发明同样涉及一种能应用于本发明的监视单元中的计算机程序产品，并且所述计算机程序产品被配置成当所述程序在所述监视单元上运行时执行所述方法步骤。
此外，本发明涉及一种在通过自对准多图案化的半导体器件部件阵列的制造工艺期间验证距走误差的方法，所述制造工艺包括通过光刻和蚀刻产生充当所述自对准多图案化的起点的心轴结构的步骤，其中所述光刻步骤包括通过光刻掩膜使抗蚀剂层曝光，
并且其中所述光刻掩膜包括一个或多个度量目标，每一目标包括一个或多个梳形度量标记，所述度量标记被设计成产生包括基部和周期性部分的心轴结构，所述周期性部分包括从所述基部向外延伸的相等设计宽度的平行部件的心轴阵列，所述心轴结构阵列具有相同节距p和所述平行部件的一个或多个不同设计宽度，并且其中通过自对准多图案化在所述心轴结构的基础上获得的结构是包括在每一自对准图案化步骤中增加的周期性的阵列的蛇形结构，其中所述蛇形结构的质心在横向于所述阵列的周期性的方向上的位置对所述平行部件的宽度敏感，并且其中所述方法包括确定所述质心的位置和/或所述心轴结构的位置，以及相对于在所述制造工艺中产生的半导体器件部件阵列中的一者或多者中没有或基本上没有发生距走误差的条件来评估所述位置。
根据用于验证距走误差的方法的优选实施例，光刻掩膜包括一个或多个度量目标，每一目标至少包括第一和第二梳形度量标记，其中该标记被设计成产生包括基部和周期性部分的第一和第二‘设计’心轴结构，所述周期性部分包括从所述基部向外延伸的平行部件阵列，并且其中根据所述‘设计’心轴结构：
这两个心轴结构的阵列具有相同的节距p，
第一心轴结构具有宽度为w0-Δw的部件，
第二心轴结构具有宽度为w0-Δw的部件，其中w0是部件宽度的标称值且p是在心轴结构的基础上产生的自对准结构中获得均匀周期性所需的阵列节距的标称值，并且Δw是距标称宽度的预定义偏差，
该掩膜包括配置用于产生与一个或多个度量目标相关联的器件部件阵列的心轴图案，所述相关联的阵列通过在所述心轴图案的基础上进行自对准多图案化来产生，所述心轴图案被设计成产生具有宽度基本上等于或类似于w0且节距基本上等于或类似于p的心轴结构，
并且其中所述方法包括以下步骤：
在第一和第二梳形标记的基础上通过光刻和蚀刻产生第一和第二‘真实’心轴结构。可以理解，心轴结构的印刷版本在光刻之后获得(仍存在有抗蚀剂材料的结构)，此后该结构的经蚀刻版本通过蚀刻工艺来获得(并且优选地在抗蚀剂移除之后)。这意味着各测量可以在光刻之后以及在蚀刻之后在心轴结构上完成，
通过一个或多个自对准图案化步骤在第一和第二心轴结构的基础上来产生蛇形结构，所述蛇形结构包括在每一图案化步骤处增加的周期性的阵列，
对于光刻和/或蚀刻步骤，确定第一和第二心轴结构的质心在横向于心轴阵列的方向上的位置，和/或：对于自对准图案化步骤中的一者或多者，确定所述蛇形结构的质心在横向于所述增加的周期性阵列的方向上的位置。
相对于心轴阵列和/或蛇形结构中没有或基本上没有发生距走误差的条件来评估所述位置。
根据用于验证距走误差的方法的一实施例，每一目标进一步包括设计成通过光刻和蚀刻步骤以及通过自对准图案化步骤来产生一个或多个偏移结构的一个或多个偏移标记，并且其中质心的位置是相对于所述偏移结构中的一者或多者的特征位置来确定的。
根据用于验证距走误差的方法的一实施例，每一目标包括：
包括第一梳形标记和置于距其标称距离处的偏移标记的第一标记对，
包括第二梳形标记和置于距其标称距离处的偏移标记的第二标记对，其中所述质心位置被确定为在第一和第二标记的基础上产生的心轴结构和/或蛇形结构的质心与在它们相应的偏移标记的基础上产生的结构的特征位置之间的距离S(+Δw)和S(-Δw)。
第一和第二标记对的偏移标记可以分别是第一和第二标记的镜像图像，所述镜像图像通过绕平行于所述阵列的轴对第一和第二标记进行镜像来获得，其中所述特征位置是在偏移标记的基础上产生的心轴结构和/或蛇形结构的质心的位置。
第一和第二标记对的偏移标记可以是经分割的对称标记，其中特征位置是在对称的经分割偏移标记的基础上产生的阵列结构的质心的位置。
根据用于验证距走误差的方法的一实施例，配置用于产生与一个或多个度量目标相关联的器件部件阵列的心轴图案包括针对所述度量目标中的每一者的参考标记，所述参考标记被设计来产生具有均匀部分和周期性部分的心轴结构，所述周期性部分在所述心轴结构的横向方向上具有与所述心轴结构相同的针对其设计第一和第二标记的尺寸，所述参考标记被设计用于参数具有等于p 的节距和等于w0的部件宽度的心轴阵列。
用于每一度量目标的参考标记可被包括在所述相应目标中。该掩膜可包括用于每一参考标记的偏移参考标记，偏移参考标记被设计成通过光刻和蚀刻步骤以及通过自对准图案化步骤来产生参考偏移结构，其中偏移结构的质心的位置可相对于参考偏移结构的特征位置来确定。
根据用于验证距走误差的方法的一实施例，评估步骤包括：
对每一自对准图案化在计算参数其中S0是距离 S的针对从具有与第一和第二标记相同的节距p且被设计成产生具有标称部件宽度w0的梳形标记获得的心轴结构或蛇形结构确定的参考值，所述参考值代表没有或基本上没有距走误差的条件。
将δS与容限相比较，从而评估在制造工艺中产生的半导体部件阵列的距走程度。
用于验证距走误差的方法可进一步包括：
对每一自对准图案化步骤计算参数
验证α偏离预定义常数值α0的程度。
根据用于验证距走误差的方法的一实施例，该方法进一步包括——根据评估步骤的结果——调整制造工艺中应用的一个或多个工艺参数和/或在用于确定质心位置的方法中应用的参数的步骤，以从而在一个或多个半导体芯片的制造工艺期间控制距走。
根据用于验证距走误差的方法的一实施例，该目标包括布置在两个相互正交的方向上的多个梳形标记集合。
本发明同样涉及一种能应用于如前述权利要求中的任一项所述的验证距走误差的方法的度量目标。
本发明同样涉及一种计算机实现距走验证单元，所述距走验证单元被配置成集成在用于包括光刻、蚀刻和自对准图案化步骤的半导体工艺的装置中，所述装置进一步包括度量工具，其中所述验证单元被配置成执行用于验证距走误差的方法的以下步骤：通过控制度量工具来确定质心的位置，并相对于没有或基本上没有距走误差的条件来评估所述位置。
在根据本发明的验证单元中，度量工具可以是基于图像的覆盖工具。此外，本发明的验证单元可被配置成——在评估结果的基础上——计算由半导体工艺装置执行的一个或多个工艺的经更新工艺参数，并且将所述经更新参数反馈给该装置。
根据一实施例，该验证包括提供有计算机程序的存储器，当所述程序在所述验证单元上运行时，所述计算机程序用于执行所述方法步骤。
本发明同样涉及一种能应用于本发明的验证单元中的计算机程序产品，并且所述计算机程序产品被配置成当所述程序在所述验证单元上运行时执行用于验证距走误差的所述方法步骤。
附图说明
图1解说了可应用于本发明的方法中的两个非对称度量标记。
图2解说了可应用于本发明的方法中的非对称标记的质心位置。
图3a和3b解说了光学度量工具可如何确定非对称标记的质心。
图4示出了可应用于本发明的方法中的度量目标的可能布局。
图5是示出非对称标记的部件宽度与代表质心位置的参数S之间的关系的图表。
图6示出了可应用于本发明的方法中的度量目标的另一示例。
图7a和7b示出了从具有如图6所示的布局的目标上的测量获得的相关图表。
图8解说了可应用于本发明的方法中的梳形标记的几何质心的位置，其中线部件具有等于标称值w0的设计宽度。
图9示出了通过在图8中所示的类型的标记的基础上进行印刷或蚀刻而获得的两个标记图案，并且其中线部件具有在标称值w0的任一侧上故意偏移的设计宽度。
图10示出了可应用于本发明的方法的非对称标记的另一示例，其中该标记的周期性部分在两个正交方向上具有周期性。
图11示出了图10中所示的形式的两个标记，但其中周期性地重复的部件在所述正交方向之一上的设计宽度相对于标称值在所述标称值的任一侧上故意偏移。
图12解说了从图11的标记设计获得的经印刷或蚀刻的标记图案集。
图13解说了在基于衍射的覆盖目标的基础上测量覆盖误差的原理。
图14解说了适用于本发明的方法的衍射光栅。
图15解说了包括可应用于本发明的方法中的基于衍射的标记(包括带有具有相对于标称值w0偏移的宽度的线部件的标记)的目标。
图16解说了包括基于衍射的标记的目标，并且其中线部件的设计宽度等于标称宽度w0。
图17解说了可应用来确定衍射因子k的辅目标。
图18解说了可应用于本发明的方法中来评估两个正交方向上的临界尺寸的基于衍射的目标。
图19a和19b分别解说了线形和点形部件的两层的设计尺寸和印刷或蚀刻尺寸。
图20a和20b是部件19a和19b的细节，解说了边缘放置误差(EPE)。
图21示出了根据本发明的适用于确定边缘放置误差的混合目标的示例。
图22是可应用于本发明的方法来监视距走误差的度量标记的图像。
图23a到23e解说了在通过图22中所示的类型的度量标记获得的结构上应用的自对准多图案化工艺的各连贯步骤。
图24解说了与图23a-23e中所示的SAxP工艺步骤的各阶段相对应的强度轮廓。
图25是可应用于本发明的方法中的目标的示例，该目标包括两个不同标记。
图26示出了经由图25所示的图案的标记获得的心轴结构的图像的不同强度轮廓。
图27示出了在第一自对准图案化步骤之后获得的分隔件结构的强度轮廓。
图28示出了在第二自对准图案化步骤之后获得的分隔件结构的强度轮廓。
图29a和29b解说了从在图25的目标中的标记的基础上通过光刻和/或蚀刻(图29a)自对准图案化(图29b)产生的结构获得的位置相关参数。
图30示出了可应用于校准规程来确定位置相关参数的参考值的目标。
图31示出了具有不同部件设计宽度值w的各种SA2产生的蛇形结构的SEM 图像。
图32示出了将图31中的w值与在图31的结构上测得的位置相关参数进行相关的图表。
图33示出了可应用于本发明的方法的另选目标设计。
具体实施方式
根据本发明的优选实施例，向用于在半导体制造工艺中生产图案化层的光刻掩膜提供一个或多个度量目标，包括特定几何形状的一个或多个非对称标记。在本上下文内，‘标记’被定义为出于度量目的来设计的预定义图案。目标包括一个或多个标记且被包括在包含要印刷或蚀刻以形成半导体芯片的一层的实际图案的掩膜区域内部或被包括在该掩膜区域附近。可应用于本发明的方法的非对称标记的典型示例在图1中示出，它解说了梳型标记(图1a)和轨型标记(图1b)。在本发明的方法中应用的非对称标记需要兼容设计规则，从而意味着标记的尺寸和设计使得印刷图案的细节距直线部件(也称为线部件) (诸如梳型标记的细节距腿)可被转移到抗蚀剂层，使得细节距图案可通过蚀刻工艺被进一步转移到底层。
然而，本发明的方法不限于在通过光刻印刷和蚀刻获得的图案上执行的度量，而是可被应用于不需要掩膜的技术。该方法还可被应用于通过在初始光刻和蚀刻之后施加的工艺步骤(例如，沉积、在双图案化应用中执行的进一步蚀刻和抛光步骤、并且包括用于生产光刻掩膜本身的工艺)所获得的图案。作为解释本发明的方法的方式，本说明书首先将集中于用于在基板上生产图案的初始光刻和蚀刻步骤。在本说明书中将进一步描述对其他工艺步骤的应用。
如图2中解说的，可应用于本发明的方法中的非对称标记1包括均匀部分 2和周期性部分3。均匀部分的宽度K不必等于周期性部分的宽度L。在分别以印刷和蚀刻掩膜图案的形式进行光刻及蚀刻之后，在半导体晶片上再现该标记。图2将图案的“几何中点”(定义为距掩膜设计外边缘21等距的x位置M) 与几何质心C区分开。几何质心C被定义为该图案在非对称性方向上(在这一情形中是x方向)的积分面积是总体积分面积的一半的位置。换言之，由图案部件在几何质心C的左侧和右侧所覆盖的区域是相等的。标记图案的几何质心位置C对定义非对称标记图案的周期性部分3的周期性部件阵列中的部件的宽度敏感。周期性阵列可以是宽度为w且节距为p的梳腿部件或轨部件的阵列，如图1中解说的。对于该阵列的节距的给定常数值，较窄部件覆盖比较宽部件更小的区域，这转换成质心位置的偏移。
发明人发现，在设计尺寸K和L被维持时，质心偏移与部件宽度w的偏移之间存在线性关系。在这一发现的基础上，开发了一种允许在制造工艺期间监视和确定临界尺寸的方法。根据涉及图1a和图22中所示的梳形标记的一实施例，该方法被应用来监视通过多图案化工艺产生的部件阵列中发生距走误差。随后参考图22到33来描述这一实施例。首先，描述了一种用于通过确定与如上文定义的几何质心C的位置相一致的位置或代表该位置的位置来确定纳米规模标记图案的质心偏移的优选方法。这一代表性质心位置可通过能够捕捉标记图案的图像的光学度量工具来确定。此类工具是现有技术中本身已知的。在本发明的方法中，光学度量工具被配置成使得印刷和蚀刻阵列(图1中的梳腿或轨)的节距不可由该工具分辨出。图3a和3b解说了光学度量工具看到的对称标记图案5(在这一情形中是实心矩形)和非对称梳型标记图案6的图像7和 8。各图案的几何中点由中心线M指示。该工具对照对比背景来查看各图案；在图3的情形中，各图案被示为对照浅色背景设置的深色场(但相反设置也是可能的，取决于经图案化对未图案化区域在度量波长带中的相对反射率)。该光学工具允许根据横贯标记图案的维度x来测量强度轮廓9和10。对于对称标记图案5，强度轮廓9同样是对称的。对于非对称标记图案6，由于细节距p 不可由该光学工具分辨出，所以该工具看到跨该标记的非对称强度轮廓10。该光学工具随后允许检测各轮廓的图像质心11和12的位置。图像质心被定义成 x方向积分强度轮廓是总积分强度的一半的x位置，即该轮廓下方的面积在图像质心的左侧和右侧是相同的(在图3的情形中，图像强度积分被称为水平 Iref)。这些图像质心位置与标记图案的几何质心相一致或代表几何质心(即，几何质心的偏移转换成轮廓质心的相等或成比例的偏移)。在本说明书和所附权利要求书的上下文内，除非明确指明，对‘标记图案的质心的位置’的任何引用可以指几何质心的位置或其代表(诸如图像质心)的任何位置，如上所述。各附图解说了非对称标记图案6的图像质心12相对于图案的几何中点M偏移，而对称标记5的图像质心11与其几何中点M一致。根据本发明的优选实施例，所使用的光学度量工具是基于图像的覆盖工具(IBO)(在现有技术中本身已知用于测量光刻/蚀刻工艺中后续层之间的覆盖误差)。这尤其有用，因为IBO 工具被配备用于测量两个不同标记图案的质心之间的距离。此类特征的有用性将在可应用于本发明的方法的优选目标设计的以下描述中变得明显。
图4示出了可结合使用如上所述的光学工具(例如，IBO工具)来捕捉标记图案的图像以应用于本发明的方法中的目标的示例。目标包括三个梳形标记对15、16和17，每一对包括两个等同但镜像的标记。中间对16针对印刷和蚀刻标称节距p的部件阵列来设计。设计宽度w0是非对称标记的线部件的标称设计宽度。值w0代表通过其中包括目标的掩膜来印刷和蚀刻以及通过诸如沉积、蚀刻等附加工艺步骤进一步处理的器件或测试图的线部件的临界尺寸。术语‘代表’被如下解释。在本发明的方法可被应用到的每一工艺步骤，产生由它们的线宽(称为临界尺寸CD)来表征的线部件。对于每一步骤，图案部件的临界尺寸的工艺值CDp是在图案和工艺开发阶段期间确定的，涉及本领域已知的图案设计和校准方法。这些开发规程的结果是(对于每一工艺步骤)：称为工艺操作点的一组工艺条件，以及各种图案部件的CDp的值。度量方法的目标是确定在晶片上实际获得的这些CDp值的程度。标记设计值w0被选择成使得w0在设计值周围的给定范围内的变化导致可被用来确定在每一工艺步骤中与CDp的偏差的、从度量目标获得的可测量参数(例如S，参见下文)。这是w0‘代表器件图案的部件的临界尺寸的含义’。值w0可等于一个或多个工艺步骤中的工艺值CDp，但这不是必需的且w0可(显著)不同于CDp。
如所述的，通过本领域已知的校准规程来为每一工艺步骤确定工艺操作点。对于光刻和蚀刻步骤，工艺操作点由最优剂量、聚焦以及蚀刻参数来定义。在校准期间，由光刻掩膜限定的图案(即该掩膜中包括的器件图案和目标图案 (例如，图4中所示的目标))通过一定范围的工艺参数来印刷，至少包括光刻工具的聚焦和剂量。聚焦参数是距曝光工具上的预定义零散焦设置的偏差，例如以nm为单位来表达。剂量被定义为在曝光器件透过掩膜施加的能量，例如以mJ/cm2为单位来表达。聚焦和剂量两者是可在光刻工具上设置的值。校准工艺可以在测试晶片上执行，在测试晶片上，掩膜图案被多次印刷，每一次都有剂量或聚焦的调整。此类规程在本领域中是已知的，用于光刻工艺的校准。测试晶片被称为聚焦能量调制(FEM)晶片。器件图案和标记由传统测量技术来测量，诸如SEM或AFM，以确定部件宽度(器件图案的CD以及标记的w)的印刷值。对于光刻和蚀刻以外的工艺步骤，以相同的方式确定工艺操作点。
在一个或多个在先步骤之后的工艺步骤的工艺操作点包括所有在先步骤的最优条件。例如，自对准多图案化工艺中的SA1步骤的工艺操作点由以下各项来定义：用于产生心轴结构的光刻和蚀刻步骤的一组最优操作条件、以及在产生心轴之后的分隔件沉积的最优条件、以及用于蚀刻以移除心轴的最优条件。
返回图4的目标设计，上部标记对15包括设计宽度为w-1＝w0-Δw0且节距为p的部件阵列。下部对17包括设计宽度为w+1＝w0+Δw0且节距为p的部件阵列。所有对被设计成再现彼此相距Ds的两个镜像图案，Ds是在将标记的均匀部分和周期性部分分隔开的各线之间测得的。Δw0是设计宽度w0的预定义偏移值。
根据本发明的第一实施例的方法的以下步骤在图4的标记的印刷版本的基础上描述，即在蚀刻之前。然而，相同方法步骤可在蚀刻图案或由不同于光刻和蚀刻的其他工艺步骤获得的图案的基础上执行。在图4中，(优选地通过上述光学IBO工具)检测到的质心位置被指示用于三个标记对的印刷标记图案。参数S被定义为D-Ds，其中D是两个镜像标记的图像的质心之间的距离，且 Ds是各标记的几何中点之间的上述设计距离。图4示出了其中非对称标记的几何中点位于该标记的均匀区域和周期性区域之间的边界处的实施例(暗示K＝ L)，但这不是本发明必需的，如针对图3中的标记6所示。Ds是由标记设计和目标设计内的各标记的相对位置来确定的恒定值。S是代表每一对的镜像标记中的任一者在x方向上测得的质心位置的参数。质心偏移导致参数S的变化。参数S的其他选择是可能的，例如距离D本身可被用作此类参数，但在任何情形中S是在x方向上测得的质心偏移的线性函数。质心偏移并且因此S可由IBO 工具以上述方式通过检测两个镜像标记的图像的观察到的强度轮廓的质心并测量它们在x方向上的相互距离来测量。对于三个标记对的印刷图案，该测量产生三个值，标记为S0、S-1以及S+1：
随后确定S值与部件宽度w的设计值之间的关系。对于梳形和轨形非对称标记，在对于梳和轨阵列而言设计尺寸K和L被维持的情况下，这一关系大约是线性的。如图5所解说的，数据点可通过最佳拟合线性函数来逼近。
S＝α(w-w0)+b (2)
线性拟合可通过本领域已知的任何优化方法来完成，例如通过最小二乘优化算法。这一规程的结果是参数α。斜率α代表S根据设计宽度w的变化速率，即
此后，参数δw0可被计算为：
δw0＝δS/α＝(S0-S0ref)/α (4)
S0ref是在光刻步骤的工艺操作点处针对所印刷的标记图案来确定的S参数，参见上文。
从式(4)获得的值δw0是由所印刷的目标所代表的设计宽度相对于在工艺操作点的参考条件下的印刷的有效偏移。在δw0不同于零时，这意味着器件图案已被印刷成如同标记部件的设计宽度偏移超出值δw0。因此，它不一定意味着设计宽度w0的印刷部件的临界尺寸已偏移超出这一值。然而，δw0的确定是与所需晶片上尺寸有偏差的指示符。δw0因而可与容限相比较，从而允许作出由光刻步骤产生的线部件的印刷质量的评估。
优选地，多个目标被包括在光刻掩膜上。根据第一实施例，每一目标包括具有均匀部分和周期性部分的多个非对称标记。优选地，使用梳型标记和/或轨型标记。每一目标包括由部件(腿或轨)的不同设计宽度w表征的非对称标记，优选地包括各部件的设计宽度等于标称值w0且进一步包括在w0值周围的一定范围内的数个设计宽度的标记。各宽度不必一定从w0偏移固定量(如在先前示例中：-Δw0和+Δw0的偏移)，但它们必须跨与在制造工艺的各步骤中产生的部件的临界尺寸的预期误差裕度相对应的给定范围分布。图6示出了可应用于本发明中的目标布局的另一示例。该目标包括按十字形布局来布置的梳型标记。每个十字旁边的数字指示构成十字形的标记的梳腿的以nm为单位的相应设计宽度。w0值是44nm且每一部件阵列中的设计节距p是96nm。目标包括标记为‘0’的两个区域和标记为‘180’的两个区域。这指示来自‘0’区域的标记相对于来自‘180’区域的标记而言是镜像的。非对称标记被布置在充当用来测量质心偏移的成像工具的定位参考的中央标记20周围。如上所述，这优选地是IBO工具，其被配备来测量‘0’区域中的标记质心之一相对于‘180’区域中的对应标记质心之间的距离D。十字设计中的各标记的布置允许测量两个正交方向x和y上的D，即以获得设计宽度中的每一者的Sx＝Dx–Ds和Sy＝ Dy–Ds。在针对等于标称值w0(参见式(1))的线宽来设计的标记对上测量式 (4)所需的S0值(在x和y方向上)。在由工艺操作点定义的条件下获得同一标记对的S0ref值。在目标不包括具有针对标称宽度w0来设计的线部件的标记而只具有针对w0周围的一定范围内的宽度来设计的标记时，S0和S0ref值可以从最佳拟合线性曲线和y轴的相交点来获得。
图7a示出了图6的目标的作为(w-w0)的函数的Sx和Sy，如在校准规程期间在工艺操作点处因此在光刻步骤的参考剂量和聚焦条件下测量的。该图表包括数据的数值线性逼近以及相关系数的平方R2，这是x和y值之间的线性关系的测量(接近1的值指示极好线性度)，从而确认以下事实：S与设计宽度之间的关系对于Sx以及对于Sy而言是近似线性的。比例因子α0可以在x和y方向上从数据点的最佳拟合导出：
α0x＝6.7
α0y＝6
后缀‘0’指示这些α值是在工艺操作点处获得的。校准值S0ref被发现是w＝w0的S值。在这一情形中，在x和y方向上，S0ref≈-185nm。图7b解说了用于也针对w0＝44nm且p＝96nm来设计的轨型标记的相同图表。线性关系同样是明显的。
在执行本发明的方法时，α0值本身可被用于验证制造工艺和度量工艺的稳定度。在实践中，n个目标，例如图6中示出的类型的目标，可以分布在使用其中包括目标的光刻掩膜印刷的经制造器件图案周围。对于目标中包括的设计宽度中的每一者(例如，w＝36nm，40nm，44nm，48nm，52nm，96nm)，n 个目标中的每一者产生数个S值(在x和y方向上)。对于w＝96nm，标记只是对称矩形且没有检测到偏移。对于每一目标，数据点的最佳拟合产生α的值，从而得到一系列值αi(I＝1…n)。与α0的偏差指示度量工艺的工艺稳定度或不稳定度。掩膜也可包括不同设计的目标，例如针对不同w0和/或p值来设计。在这一情形中，每一目标设计得到S和α值，它们要相对于特定值S0ref和α0来评估。
总之：在图6的设计的n个目标的后一示例的基础上，跨光刻掩膜的视野分布，根据本发明的第一实施例执行以下步骤：
·执行光刻印刷步骤，即掩膜被暴露给光源且掩膜图案在抗蚀剂层上再现，从而在抗蚀剂层上得到标记图案，具有纳米尺度的尺寸，
·对于每一目标i(i＝1…n)，为设计宽度36nm、40nm、44nm、48nm、52nm 测量值Sx和Sy。测量优选地通过IBO工具完成，如上所述。
·在每一目标中，作为(w-w0)的函数阐明S的图表中从数据点的最佳线性拟合中确定比例因子αix和αiy，
·在从中获得S0xref和S0yref的先前校准的基础上从式(4)计算设计宽度的偏移δw0x和δw0y，
·相对于容限来评估δw0x和δw0y，
·将αix和αiy的值与在校准规程中获得的值α0x和α0y相比较。将|αix-α0x| 和αiy-α0y|与容限相比较。
δw0x和δw0y的评估给出距所印刷的器件图案的线部件的所需临界尺寸的可能不能允许的偏差的指示。优选地，各目标被置于需要CD监视的临界器件部件的紧密邻近度中。各目标可被针对不同w0值来设计。对|αix-α0x|和αiy-α0y| 的监视给出可能的工艺不规则度以及如此给出度量工艺的不稳定度的附加指示。
相同方法步骤可以在蚀刻图案的基础上执行，即在抗蚀剂显影和蚀刻以在半导体晶片上再现实际图案之后。这产生附加一组值δw0x和δw0y(在特定S0xref和S0yref值的基础上计算)，且|αix-α0x|和αiy-α0y|要相对于特定容限来被评估。用于确定S0xref和S0yref的校准规程同样是基于FEM的规程，从而不仅将光刻参数的变化还将蚀刻参数(诸如蚀刻时间、蚀刻速率、电压、室压，等等)纳入考虑。
如上所述，设计部件宽度w的偏移δw0不一定等于晶片上器件部件的实际临界尺寸的偏移，实际临界尺寸被设计成基本上等于w0且被印刷为目标的一部分或者在目标的邻近度内，如以上描述且在图4和6中的示例性实施例中示出的。根据第二实施例，实际CD偏移的估计(此后称为δCD)在以上描述且其示例在图4和6中示出的IBO型目标的基础上确定。偏移是相对于在工艺步骤中产生并且针对标称宽度值w0来设计或从此类标记线部件导出(例如，在双图案化工艺中获得的线部件)的线部件的、在工艺操作点处获得的临界尺寸值CDp来确定的。对于这一工艺操作点周围的代表预期制造变化的变化，在该工艺步骤中产生的线部件的宽度CD因而可被写为：
CD＝CDp+δCD。 (5)
此外，因子β被计算使得：
δCD＝β.δw0 (6)
因子β代表根据设计宽度w的变化的CD变化率：
因子β与α表直接相关，如下文针对在晶片上首先再现标记的光刻步骤将解说的，图8示出了具有宽度为K的均匀部分和宽度为L的周期性部分(在非对称x方向上测量)的梳形标记的设计尺寸。周期性部分包括宽度为w0且节距为p的梳部件。几何质心Cg在x方向上的位置由以下公式给出
这根据标记图案的表面积在Cg的左侧和右侧相同的条件得出。图9示出了从图8中所示的标记的两个不同变化获得的两个印刷标记部件。上部标记图案是从图8中的梳形标记获得的，但梳标记的设计宽度为w0-Δw0，而下部标记图案是从图8中的梳形标记获得的，但梳标记的目标宽度为w0+Δw0。Δw0是预定义偏移值。在β如公式(6)定义的情况下，附图9中印刷梳形部件的宽度从而可分别被写为CDp-βΔw0和CDp+βΔw0，值CDp如上所述地定义，即工艺操作点处的临界尺寸。
质心C-和C+沿x轴的位置可以在公式(6)的基础上写成如下：
将式(10)和(9)相减产生：
ΔC＝C+-C-＝(L/p)βΔw0＝gβΔw0 (11)
其中g＝L/p定义为标记设计的固有增益因子。从图4中的参数S是从镜像标记导出的事实中，可以得出：
|ΔS|＝2|ΔC|＝GβΔw0 (12)
其中镜像标记对的增益是G＝2g。将α＝ΔS/Δw0纳入考虑，得到β＝α/G，即给定标记设计和它们在目标内的布置，β可从α直接计算得到。
在制造器件，α和β可在每一工艺步骤(例如，光刻、蚀刻、抛光、SA1、 SA2、……)确定，从而允许确定和评估δw0，如上所述，而晶片上CD的估计因而可被计算为CD＝CDp+βδw0。
因子β可被称为图案化/度量保真度因子，其中β等于1是完美保真度。β包含可影响图案转移和测量的各种已知效果(例如，散焦、MEEF、LER、邻近度偏置、色差，等等)。尽管β可随每一图案化步骤(光刻、蚀刻、沉积，等等)而变化且可依赖于标记取向(尤其是对于各向异性光刻照明而言)，但对于给定一组工艺/度量条件应当相对恒定。β的值本身可被用作本发明的方法中以用于监视工艺或度量不稳定度，这可以在|β-1|超出给定容限时被标志。
参数g＝L/p是基于标记设计恒定的，并且在本文中称为固有标记放大因子。为了增强度量信噪比，有利的是设计该标记以使得g显著高于1。这确保例如L在标记图案的印刷和蚀刻版本中有效地是恒定的，使得α和β之间的关系成立(并且假定K也是恒定的)。在实验期间，发现可获得比例因子α的高值。这意味着本发明的方法达到比现有度量方法更高的精度水平。
本发明不限于适于基于图像确定δS、α、β以及δCD的目标的以上实施例 (诸如通过使用IBO工具来确定质心位置)。总是在两个或更多个标记之间作出任何替换标记放置测量。代替镜像非对称标记对，该目标可包括对称标记和非对称标记的对。对称标记的质心充当具有部件宽度w的不同设计值的非对称标记的质心的位置的参考。位置相关参数随后可被测量为对称标记的质心与所配对的非对称标记的质心之间的距离。该目标甚至可包括单个对称标记，例如置于目标设计的中心，并且还充当定位参考，其中所有非对称标记以上述方式相对于所述单个对称标记来被参考，即通过测量非对称标记质心相对于该单个对称标记的质心的偏移差。所有上述方法步骤和公式对于目标和标记设计的这些变化而言保持有效。每一非对称标记由固有增益因子g＝L/p来表征；其中，根据定义，对于对称标记，g＝0。对于镜像标记对，G＝g1+g2＝L1/p1+L2/p2。因而，在标记之一对称时，G＝g；而在镜像标记等同时，G＝2g，如式12所示。
对于如上所述包括非对称标记的目标，β和α之间的关系可被写为：
β＝α/G (13)
其中G是取决于标记设计和布置的恒定增益因子。G一般与g＝L/p成比例，最优选情形是G＝g或G＝2g。式(13)至少对于梳式标记或轨式标记是有效的，并且对于如下工艺步骤是有效的：其中该工艺步骤获得的标记图案维持标记的原始形状(例如，第一光刻和蚀刻步骤、沉积步骤、抛光步骤)。
对于从可应用于本发明中的非对称标记导出的任何标记图案，因子β可通过线性拟合来获得(通过本领域已知的任何优化方法来完成)，例如通过最小二乘优化算法、按与确定上述α的方式类似的方式(即，基于包括具有线部件的不同设计宽度w的非对称标记的目标)、在标称值周围的一定范围中。以此方式，确定基板上的不同标记图案的测得的CD值(例如通过SEM来测量)与具有w0周围的设计宽度w的不同标记图案的设计值之间的线性关系。这一规程的结果代表参数β的估计。
从以下观察得出基于图像确定参数S的特定实施例。从式(4)及(6)及(13)，得到：
δCD＝β.δw0＝(α/G).(δS/α)，使得
δCD＝δS/G
因为G是恒定的，所以相对于CDp的CD偏移因而可根据S0的一个测量来确定，例如根据包括设计宽度为w0的线部件的镜像非对称标记对的S参数的单个测量。这代表根据本发明的‘基本’实施例，其中‘IBP型’目标可只包括单个非对称标记类型，针对w0(例如，具有设计宽度为w0的线部件的单对镜像标记，即图4的中央对)来设计。在这一情形中，针对w0周围的一定范围中的宽度来设计的标记不是必需的。然而，根据这一实施例，δw0、α和β未被确定，并且对工艺和度量不稳定度的上述监视不能被执行。
适于在本发明的方法中使用且包括2维部件阵列的非对称标记的示例在图 10中示出。该附图示出了该标记的目标尺寸。该标记同样具有在x方向上的宽度为K的均匀部分2和在x方向上的宽度为L的周期性部分3。周期性部分显著具有在两个正交方向x和y上的周期性，即标记部件是在x方向上的宽度w0b以及在y方向上的高度w0a的矩形点。标记部件在x和y方向上的节距分别是 pb和pa。几何质心Cg的位置同样可通过表达以下条件来计算：标记部件的表面在质心位置的左侧和右侧是相同的。这产生：
图11示出了基于图10的标记的两个标记的设计尺寸的图像，但标记部件在x方向上的设计宽度w0b存在有意偏移。偏移分别是+Δw0和-Δw0，其中Δw0是预定义值，其中Δw0<<w0b。该偏移在设计宽度w0b的面向该标记的具有宽度K 的非周期性部分的一侧(在该附图中是左手侧)被增加或减去，以使得尺寸L 被维持。y方向上的设计宽度w0a保持不变。x和y方向上的节距也分别保持相同的pb和pa。图11中的标记的几何质心相对于图10中的质心位置在x方向上偏移，到达相应质心位置Cg-和Cg+。这些位置被表达为：
其中
包括图10和11中所示的三个标记镜像对且可能包括具有不同于+Δw0和 -Δw0的偏移值的附加标记的目标可以按与图4的目标相同的方式应用于本发明的方法中。质心偏移可通过IBO工具来测量，该IBO工具被配置成使得印刷和蚀刻标记的节距pb和pa不可由该工具分辨出。以此方式，质心偏移可由该工具通过分析图像强度来检测，如相关于图3解释的。这一分析按上述相同方式得到各标记对的δS值(从测得的S0和在工艺设立处获得的先前测得的S0ref获得)、α值和x方向上的设计宽度偏移δw0b。β值同样通过放大因子gb直接相关于α值。这在图12的基础上解释，图12示出了在图11的标记被印刷或蚀刻时获得的标记图案的图像。标记部件在x方向上的临界尺寸可分别被写为CDbp- βΔw0和CDbp+βΔw0。因此，这些位置C-和C+是：
其中CDbp是在印刷或蚀刻步骤的工艺操作点的条件下印刷或蚀刻的、具有设计宽度w0b的标记部件在x方向上的宽度。将式(19)和(18)相减并应用式(12)的关系，随后得到：
ΔC＝C+-C-＝ΔS/2＝gb.β.Δw0 (20)
使得β可再次被发现β＝α/2g，这允许估计在x方向上的尺寸：
CDb＝CDbp+β.δw0b (21)
代替应用针对使用基于图像的工具(诸如IBO工具)测量来设计的目标，本发明的方法可采用允许基于衍射现象的测量的目标。这一测量可以按本领域已知的方式且由本领域已知的用于测量两层之间的覆盖误差的工具(称为DBO (基于衍射的覆盖)工具)完成。图13示出了本领域中已知的DBO覆盖目标的布局，其由光学上不同的元件(A,B)以具有节距“P”(通常在500-1000nm的量级)的交错衍射光栅结构进行布置来形成。换言之，包括元件A的第一光栅与包括元件B的第二光栅交错。在每一周期“P”内的是重复元件(A,B)。光栅元件A和B必须显著不同以造成加和减第一阶衍射强度之间的可测量差异I＝ I+1–I-1。这一强度差是在DBO覆盖工具中测量的。它是覆盖值OVL的测量，在元件A和B通过不同光刻掩膜来印刷时，这允许确定覆盖误差。
可应用于本发明的DBO目标包括类似的交错光栅结构，但元件A和B被包括在同一光刻掩膜中。在本发明的术语中，元件A和B此后被称为‘标记’或‘光栅标记’。另外，标记A或B中的至少一者在以上描述的意义上是非对称的。图14a和14b示出了可应用于本发明的DBO目标的布局的两个示例。在第一示例(图14a)中，标记A是对称的且标记B是非对称的：它是包括以节距 p<<P来布置的细结构的梳式标记。p在排除由细结构本身导致的衍射(这可混淆或转移来自粗节距P的光栅元件的衍射)的程度上低于P。图14b示出了其中A和B两者都非对称的示例。然而，A和B不能是镜像图像：它们必须具有显著不同的尺寸以造成加和减第一阶衍射强度之间的可测量差异。在至少一个光栅中应用的标记必须是非对称的，以使图案化工艺条件导致一个印刷和/ 或蚀刻光栅的非对称标记B的质心C相对于对称光栅(图14a)的标记A的质心C’或相对于相对非对称光栅(图14b)的标记A的质心C’的相对移动。此类相对移动造成来自光栅的加和减第一阶衍射的相对强度的成比例变化。因而， DBO工具可以通过在由光栅集合形成的DBO目标的印刷或蚀刻版本或以其他方式处理的版本上测量该强度差来测量质心偏移，光栅集合由印刷或蚀刻标记或以其他方式处理的A和B形成。
根据本发明的DBO目标包括交错的两个光栅标记集合，每一光栅标记集合包括非对称标记，该非对称标记具有在该标记的周期性部分中的标记部件的有意地且相对地偏移的宽度。合适的目标设计的示例在图15a中示出。该目标包括第一和第二组光栅30和31。第一光栅集合30包括交错的光栅标记A和B1。 A是由具有设计宽度为w0的线部件形成的对称光栅标记，而B1是带有具有设计宽度为w0-Δw0的标记部件的梳式标记。第二光栅集合31包括交错的光栅标记 A和B2。A是与用于第一光栅集合30对称光栅标记的相同的对称光栅标记，而 B2是带有具有设计宽度为w0+Δw0的标记部件的梳式标记，即针对该宽度的印刷和蚀刻部件来设计。尺寸K和L对于非对称部件光栅B1和B2而言是相同的。部件A不必一定是具有针对宽度w0来设计的线部件的标记。任何对称标记设计适于用作标记A。
图15b示出了相同的目标设计，除了梳式部件的宽度被设计成等于w0。光栅部件A与图15a中相同，光栅部件B与B1和B2相同，除了梳式部件宽度的差异之外。图15a的目标设计是以针对图4中IBO目标解说的方式通过减去和增加偏移值Δw0相对于图15b的设计的偏移版本。图15b的设计不必被包括在适用于本发明的方法的DBO目标中。在图15b的标记设计中，光栅部件A和B 的质心之间的距离是0.5P。
在光栅30和31被印刷和蚀刻时，印刷和蚀刻光栅部件B1和B2的质心将根据偏移值Δw0来偏移。这在图16中解说，其示出了从图15a的目标获得的印刷或蚀刻标记图案。标记光栅A和B1以及A和B2的质心之间的距离被选择成代表光栅标记的这些位置的参数S。根据式(3)，距离S是设计宽度的线性函数，即这一距离相对于根据图15b的印刷或蚀刻目标的距离(即其中线部件是针对宽度w0来设计的)针对图15a中示出的两个光栅相应地按值+αΔw0和-αΔw0来偏移。根据图15b的印刷或蚀刻目标的距离等于0.5P+δS，其中δS如式(4)中定义。因此，图16中的标记部件的质心之间的相应距离是：
S1＝0.5P+δS+αΔw0 (22)
S2＝0.5P+δS-αΔw0 (23)
强度差ΔI1和ΔI2是使用DBO工具在两个光栅30和31的印刷或蚀刻版本上测量的。这些参数经由衍射吸收k与值δS+αΔw0和δS-αΔw0成比例：
ΔI1＝κ.(δS+αΔw0) (24)
ΔI2＝κ.(δS-αΔw0) (25)
从这些式中求解δS和α得到：
α＝(ΔI1-ΔI2)/2κΔw0 (26)
δS＝(ΔI1+ΔI2)/2κ (27)
系数k可以从包括类似于图15a的光栅集合的目标上的测量来确定。这些光栅集合在图17中示出。该目标包括由相同标记A’和B’形成但具有两个相邻标记A’和B’之间的距离的良好定义的差异的两个光栅集合30’和31’。节距P 对于这两个光栅集合30’和31’是相同的。在光栅集合30’中，两个相邻标记A’和B’的质心之间的‘设计’距离是0.5P+ΔD。在光栅集合31’中，这一距离是 0.5P-ΔD。偏移ΔD是显著小于0.5P的良好定义的值，使得光栅集合30’和31’代表具有ΔD＝0的光栅的稍微偏移的版本。在目标被印刷或蚀刻时，非对称标记B’的质心位置将偏移距离δ。这意味着：
·光栅集合30中的印刷或蚀刻标记图案A’和B’之间的距离是0.5P+ΔD+ δ，
·光栅集合31中的印刷或蚀刻标记图案A’和B’之间的距离是0.5P-ΔD+ δ。
强度差ΔI1和ΔI2是使用DBO工具在这两个光栅的印刷或蚀刻版本上测量的。同样，这些参数经由衍射系数k与值ΔD+δ和-ΔD+δ成比例：
ΔI1＝κ.(ΔD+δ) (28)
ΔI2＝κ.(-ΔD+δ) (29)
从这些式中求解k和δ得到：
κ＝(ΔI1-ΔI2)/2ΔD (30)
δ＝ΔD(ΔI1+ΔI2)/(ΔI1-ΔI2) (31)
以此方式，图17中示出的目标允许计算k。式(26)和(27)随后允许计算δS和α。因子β同样可从α计算得到。因为参数S现在是对称标记A与非对称标记(B， B1或B2)之间的距离而非两个镜像非对称标记之间的距离，所以α和β之间的关系是：
β＝α/g，其中g是放大因子L/p
同样，β允许根据式(5)和(6)估计针对宽度w0设计的线部件的临界尺寸，其中δw0等于δS/α。CDp在校准规程期间在确定工艺操作点时确定，如相关于IBO实施例描述的。
如果图17中所示的光栅集合不可用，则k可以从DBO工具的规范或从其他实验知悉。如果k是未知的，则本发明的方法仍然可被执行，除了β不能从α直接计算得到。根据式(26)和(27)，k可被消除，从而得到：
δw0＝δS/α＝(ΔI1+ΔI2)Δw0/(ΔI1-ΔI2) (32)
在使用IBO型目标时，这一等式因而允许计算从式(4)获得的δw0。δw0的评估随后可按与以上针对IBO实施例描述的相同方式来完成。
图15a和17的DBO型目标因而允许根据上述第一和第二实施例执行本发明的方法，包括相对于容限来评估|α-α0|和|β-1|。同样与IBO型目标类似，DBO型目标有效的包括定向在两个正交方向x和y上的光栅集合，以用于评估 x和y方向上的临界尺寸。图18解说了可应用于本发明的典型DBO型目标的示例。光栅集合35到38代表两对光栅集合，如在图15a中示出(即，包括具有有意地偏移的线部件宽度的梳式标记)的一个。光栅集合39-42包括两对光栅集合，如图17中所示的，用于确定kx和ky。光栅集合39-42不必一定与光栅集合35-38一起形成单个目标区域，但这些光栅集合39-42可被置于要被产生的图案附近的独立目标区域中，并且优选地在光栅集合35-38附近。
根据又一实施例，按上述方式确定的所估计的临界尺寸可被用于估计在两个不同层中产生的部件之间的边缘放置误差(EPE)。这可以通过基于具有代表所讨论的部件的设计宽度的目标将上述方法应用于每一层并进一步考虑两层之间的覆盖误差来达成。
图19a示出了两层结构的示例，第一层包括平行线形部件40的阵列，而第二层包括覆盖各线的矩形部件41的阵列。这典型地在图案化第一层中的金属线阵列和第二层中的触点通孔阵列时发生，其中通孔需要覆盖各线以使各线接触3D互连结构的上层。
图19a示出线40以及通孔部件41的所设计的尺寸以及各层之间的覆盖程度的所设计的尺寸。图19b示出了在各层的实际生产步骤(即，这两层的光刻和蚀刻)之后的可能情形。线40被再现为线40’且矩形通孔部件被再现为椭圆形通孔部件41’。图20a和20b示出了图19a和19b的图像的细节。所印刷和蚀刻的线部件40’在y方向上的宽度被称为CD1y。通孔通孔部件41’在y方向上的宽度被称为CD2y。这些尺寸偏离设计值的事实连同两层之间的覆盖误差OVL 一起导致以下事实：在线部件的一侧，通孔部件没有覆盖这些线部件。这一误差被称为边缘放置误差(EPE)，并且如在图20b解说的，这一误差被量化为：
EPE＝D0+OVL-(CD1y+CD2y)/2， (33)
其中D0是线部件40与通孔部件41之间的设计距离。
本发明的方法通过在用来印刷和蚀刻各层的掩膜中的每一者中包括光学 (例如，基于IBO的)或衍射(例如，基于DBO的)目标来允许估计CD1y和CD2y，其中光学或衍射目标是在线和触点通孔部件40和41的设计尺寸的基础上设计的。第一层的掩膜可例如包括类似于图4中所示的IBO型目标，其中w0等于线部件40的设计尺寸。第二层的掩膜可包括类似于图10和11中所示的包括镜像标记对的IBO型目标，其中至少在y方向上的设计尺寸w0a等于通孔部件41的设计y尺寸。
CD1y和CD2y通过在这两层上执行本发明的方法来确定。OVL是这两层之间的覆盖测量，如本领域中已知的且由IBO工具或DBO工具(取决于掩膜是基于光学的还是基于衍射的)来执行。根据式(33)，EPE随后可被计算。这是确定边缘放置误的直接方式，而无需SEM测量等等。
迄今描述的目标可被用于确定OVL值，例如通过测量从图4中所示的目标获得的镜像标记图案对的偏移，所述偏移是在所述标记对在第一层中的版本相对于相同标记对在第二层中的版本之间测量的。
另选地，混合IBO型目标可被设计，包括包含在第一光刻掩膜中的第一标记集合和包含在第二光刻掩膜中的第二标记集合。图22示出此类目标设计的示例。区域50中的标记在第一掩膜中，区域51中的标记在第二掩膜中。梳形标记CD1-和CD1+具有设计宽度分别为w0-Δw0和w0+Δw0的线部件，Δw0代表线宽度在y方向上的预定义偏移。在第一掩膜中，每一类型(CD1-和CD1+)的若干镜像标记对可供用于测量这两种标记类型的质心之间的距离S，从而允许根据上述实施例确定CD1y，例如根据线性曲线拟合确定α、确定δS、确定CD1y＝ CD1y0+δCD1y，其中δCD1y＝βδw0、β＝α/G、G＝2L/p且δw0＝δS/α。
第二掩膜包括在周期性部分具有通孔型标记的2D阵列的非对称标记的十字形布置的版本：垂直布置的标记CD2+和CD2-分别具有在y方向上的设计尺寸为w0y+Δw0和w0y-Δw0的通孔型部件。这允许根据本发明的方法确定CD2y。水平布置的标记CD2+和CD2-分别具有在x方向上的设计尺寸为w0y+Δw0和w0y-Δw0的通孔型部件。这允许根据本发明的方法确定CD2x。另外，每一掩膜包括标记 OVL1和OVL2，它们专用于通过测量掩膜OVL2之一相对于标记OVL1之一在x 和y方向上的偏移来测量覆盖误差OVL。
如所述的，根据以上描述的实施例中的任一者的方法不仅可应用于光刻和蚀刻步骤。相同方法步骤可基于通过附加工艺步骤产生的非对称标记图案，其中通过这些步骤产生的标记图案不是非对称标记的实际再现，但其中所述标记图案是从该非对称标记导出的。非对称标记图案的1D或2D部件的临界尺寸的评估可以基于这些标记图案的实际再现，诸如例如通过光刻和蚀刻产生的。这在上文已经描述。在本说明书和数个所附权利要求的上下文中，这些标记图案被称为‘初始’标记图案。然而，这一评估也可基于所导出的非对称标记图案，或者它可以基于初始和所导出的标记图案这两者。例如，进一步处理步骤可以是将分隔件沉积在经蚀刻梳形标记图案上，此后移除原始梳形标记图案，从而留下蛇形(serpentine)标记图案。这在自对准双图案化工艺中被称为SA1步骤。即使所得的标记图案不再具有原始标记的形状，该图案也具有允许根据w0周围的w设计值来确定质心的位置并因此允许确定参数S的值的非对称程度。对于这一特定步骤，S0ref同样可在工艺操作点处被测量。这允许确定上述α、δS 以及δw0。对SA2步骤可同样这样做，这是在SA1中执行的分隔件沉积和移除工艺的重复，但基于作为SA1的结果获得的蛇形结构。从这些所导出的标记图案获得的δS值还允许评估通过光刻和蚀刻或通过另一方法获得的心轴结构的梳式部件的临界尺寸。在这些临界尺寸偏离标称值w0时，这在通过自对准多图案化所产生的阵列中导致距走现象。以此方式，基于从在SA1和SA2之后获得的图案获得的δS值评估梳式部件的临界尺寸实际上是评估在这些图案中发生的距走。这一特定实施例在下文更详细地描述。这一实施例需要包括包含如图 22中所示的梳形标记60的目标。
标记60包括矩形基部60a和周期性部分60b，周期性部分包括形成阵列的多个相互平行的部件61。当被包括在光刻掩膜中时，这一标记允许将与该标记相同形状的图案印刷在产生于半导体晶片上的抗蚀剂层上，并蚀刻该晶片以使得所述相同形状的心轴结构60’被形成在晶片上，如图23a中解说的，从而具有矩形基部60a’和包括线形部件61’的阵列的周期性部分60b’。标记60被配置成产生具有特定尺寸的心轴，由部件61’的宽度w0和部件阵列的节距p来定义。换言之，w0和p是该标记被设计的尺寸。工艺不稳定度或不均匀度可以造成偏离这些值，这在SAxP工艺被应用于心轴结构时进而可导致距走误差。本发明的方法旨在检测此类误差。
作为有关本发明的示例，图23b-23e示出了通过自对准四重图案化(SAQP) 工艺来处理图1的标记，从图a的心轴开始，即由设计尺寸w0和p来表征。当在这一心轴结构上执行第一自对准图案化步骤(通常称为SA1)时，在心轴结构的侧壁上产生宽度为s的分隔件62，如图23b所示。此后，该心轴结构本身被移除。如图23c所示，这在部件的位置处留下蛇形分隔件结构63以及在原始心轴结构的相对侧上留下线部件64。进一步自对准图案化步骤(SA2)使用图23c的结构作为心轴来重复该规程，参见图23d，即在第一蛇形结构63的侧壁和线部件64的侧壁上产生宽度为s的分隔件65。当蛇形心轴62和线部件 64被移除时，如图23e所示，在初始标记的一侧上获得了双组互卷的蛇形66 并在另一侧上获得了双线67。图23e代表SAQP工艺的最终步骤，由此图23a 的周期性心轴元件被转换成具有原始心轴阵列的空间频率的四倍空间频率的分隔件材料的阵列。这一转换的关键是原始心轴节距(p)、原始心轴元件宽度(w0)以及分隔件宽度(s)之间的良好地控制的尺寸关系。用于产生四倍以外的多倍空间频率的自对准工艺需要各图案元件之间的不同关系，以确保得到正常地周期性的结构，但方法是类似的。在所有情形中，分隔件形成在周期性心轴元件的端部创建了与周期性平行的连接环路。
图24首先示出了代表w＝48nm、p＝128nm、s＝16nm的情形的、对应于图23a到23e中解说的连贯结构的光学图像的仿真强度轮廓。各曲线以对应于相应附图的数字23a-23e来编号。可以看到，在移除心轴之后获得的结构的图像，由曲线23c-23e代表，在强度轮廓中全部具有第一最小值25(这对应于各结构左手侧上的线部件64、65和67)和第二最小值26。对于所仿真的结构，这一第二最小值对应于蛇形结构63和66的质心。在这一第二最小值26处的强度依赖于组成各蛇形结构的分隔件图案的密度。分隔件图案密度越高，与该蛇形结构相对应的强度对比越大。对于完美地执行的SAQP工艺，蛇形结构63和66 是对称的。这意味着第二强度最小值26位于蛇形结构63和66在x方向上的几何中点处。在真实结构上(不是仿真的)，代表强度最小值的位置是蛇形结构在x方向上的质心，可由光学度量工具按上述方式检测。
根据本发明，蛇形结构的质心沿x轴的位置对心轴结构的原始部件60’的宽度w的偏移高度敏感。这一敏感性被用来创建允许监视距走的度量目标。根据本发明的用于监视距走的方法基于在光刻掩膜只包括一个或多个度量目标，每一目标包括上述类型的一个或多个非对称梳形标记。通过在这些标记上进行自对准多图案化获得的蛇形结构的质心被检测，并且这些质心的位置和/或在梳形标记的基础上产生的心轴结构的质心的位置在横向于蛇形结构中包含的阵列的周期性的方向上被确定并且相对于没有或基本上没有距走的条件来被评估。
图25中所示的目标可应用于本发明的方法的优选实施例以用于表征由 SAQP在具有标称设计宽度w0和标称设计节距p的心轴阵列的基础上产生的部件阵列中的距走。需要标称设计尺寸w0和p来获得通过SAQP在心轴的基础上产生的阵列中的均匀周期性。该目标包括第一对等同且对称地布置的标记70和 70’以及第二对等同且对称地布置的标记71和71’，每一对具有以上相关于图 23和24描述的梳形。标记70’和71’是标记70和71关于与线部件的阵列的方向(即，垂直于线部件本身的方向)平行的轴的镜像图像。第一对标记70/70’被设计成产生具有节距p和带有宽度为w0-Δw的部件的心轴阵列，其中Δw是给定值。第二对标记71/71’被设计成产生具有节距p和带有宽度为w0+Δw的部件的心轴阵列。例如，在w0等于48nm且p等于128nm时，如在介绍中描述的示例中，Δw可以是16nm，即第一标记70被设计成产生具有节距为128nm的32nm 部件的心轴阵列，且第二标记71被设计成产生具有节距也为128nm的64nm部件的心轴阵列。一方面非对称版本70和70’以及另一方面非对称版本71和71’被设计成彼此相距距离A放置，这对于对70/70’以及对71/71’是相同的。
图26示出了在w＝48nm且Δw＝16nm的示例性情形中从标记70和71获得的两个印刷和蚀刻心轴结构的所仿真的强度轮廓(同样编号为70和71)，可通过使用上述光学度量工具来获得。背景强度被归一化成最大强度为1的值 (即，心轴结构的外部)并且各图案化区域相对于背景而言降低了图像强度。可以看到，与0.5的强度相对应的位置根据Δw值来偏移。这意味着印刷和蚀刻心轴结构的质心位置对设计宽度偏移Δw敏感。
图27和28示出了在SA1和SA2之后获得的结构的细节以及对应的强度轮廓。在这两种情形中，可以看到，蛇形结构图像的图像强度质心(在所仿真的结构中，这对应于图24中的最小值26)在x方向上根据Δw而偏移。这是在Δw ≠0时在蛇形的左手侧75和右手侧76之间的固有非对称性的结果，如图27 和28中示出的线端环路的细节所解说的。对这些质心偏移的检测和测量允许在图25的目标的基础上检测距走误差。
在图25的目标中的结构通过光刻+蚀刻来产生、此后是SA1和SA2时，图 25的梳式结构以及图29的蛇形结构的质心的偏移可以在IBO工具中测量，这被很好地装备用于测量该工具的视野中的两个结构之间的距离。具体而言，距离S(+Δw)和S(-Δw)被测量，如图29a(它解说了心轴结构的光刻和/或蚀刻之后的参数S(+Δw)和S(-Δw))和图29b(在SA1(上部两图像)和SA2(下部两图像)之后)中解说的。在图29a中，S(-Δw)是一对心轴结构70/70’的质心之间的距离(部件设计宽度w0-Δw))，且S(+Δw)是一对心轴结构71/71’的质心之间的距离(部件设计宽度w0+Δw))。在图29b中，S(-Δw)是从对称地布置的心轴70/70’生成的蛇形结构的质心之间的距离(部件设计宽度w0-Δw))，S(+Δw) 是从对称地布置的心轴71/71’生成的S形结构的质心之间的距离(部件设计宽度w0+Δw))。先前段落从而定义了这一特定实施例中的参数S。
S(-Δw)和S(+Δw)随后与代表工艺操作点的参考值S0ref相比较(在每一图案化步骤考虑不同参考值；例如，心轴光刻、心轴蚀刻、SA1和SA2)，这基本上是‘无距走误差’的条件。参考值可通过在要被用于本发明的方法中的光刻掩膜(即，包括根据图25的一个或多个目标的掩膜(或在本文进一步描述的其他合适设计))上执行的校准工艺来确定。掩膜可进一步包括用于产生要在芯片上制造的半导体器件部件的图案。这些图案中的一些是用于产生与该目标相关联的器件部件的阵列的心轴图案。这意味着心轴结构被设计成产生由等于或类似于标称节距p的节距以及由等于或类似于标称宽度w0的部件宽度来表征的心轴结构。相关联的部件阵列通过针对其来设计该目标的相同的自对准多图案化步骤(例如，在SAQP的情形中是SA1和SA2)来在所述心轴结构的基础上产生。相关联的器件阵列优选地位于针对p和w0来设计的目标(例如，图25 的目标)的邻近度中。
在使用图25的目标时，用于产生相关联的部件阵列的心轴图案之一本身是图30中示出的心轴目标80。目标80优选地位于图25的目标的邻近度中且可被包括在所述目标中，从而得到图4的目标。目标80包括针对节距p和部件宽度w0来设计的一对梳形标记81/81’，从而具有与图25中的标记的均匀部分60a和周期性部分61b相同的尺寸且被设计成按与图25中的标记相同的相互距离A来放置。
在校准工艺中，掩膜图案(器件图案和目标)通过一定范围的工艺参数通过在一个或多个测试晶片上的自对准多图案化来被印刷、蚀刻和处理。通过特定范围来调制的工艺参数可包括用于印刷第一心轴结构的光刻工艺的剂量和聚焦、以及应用于第一心轴的蚀刻工艺的蚀刻参数、以及应用于自对准图案化步骤的工艺参数。聚焦参数是距曝光工具上的预定义零散焦设置的偏差，例如以nm为单位来表达。剂量被定义为在曝光器件透过掩膜施加的能量，例如以 mJ/cm2为单位来表达。聚焦和剂量两者是可在光刻工具上设置的值。可被调制的蚀刻工艺参数是：蚀刻时间、蚀刻速率、电压、室压，等等。SA1和SA2分隔件沉积参数也可以作为优化矩阵的一部分来被调制。
校准规程包括在一个或多个测试晶片上多次印刷和蚀刻目标图案和相关联的心轴图案，此后进行SA1和SA2工艺步骤，每一次都应用不同工艺参数，例如按固定步长递增心轴蚀刻时间同时SA沉积保持恒定，且反之亦然。为确定最优工艺操作点，通过高分辨率测量技术(诸如SEM(扫描电子显微镜)、 AFM(原子力显微镜)或TEM(传输电子显微镜))来测量通过SAxP产生的相关联的器件图案，并且在IBO工具上测量光学目标，至少包括测量目标80上的S值，即目标80的两个标记的质心之间的距离。在该工艺的每一步骤：光刻、蚀刻、SA1、SA2等之后测量S值。
校准规程得到‘黄金标准’，这是在完成自对准图案化步骤(SA1、SA2等) 之后获得的相关联的器件部件阵列中的一者或多者中基本上没有发生矩阵误差的准则的基础上确定的一组工艺条件。在这些工艺条件下，在光刻之后、蚀刻之后、SA1之后、SA2之后等在目标80上确定的S值被当作相应参考S0ref值。
返回图25的目标，通过计算如下定义的值δS来将在制造工艺期间在光刻、蚀刻、SA1、SA2之后获得的值S(+Δw)和S(-Δw)与它们对应的参考值S0ref相比较：
在S0没有在如图30所示的标记对(即针对w＝w0来设计)上显式地测量时，这是计算出现在式(4)中的δS的替换方式。基于S和w之间的线性关系，S0可的确被写为：
在基于图25的目标的结构已经在没有导致距走误差或非常低的距走误差的条件下产生时，δS等于零或基本上为零。由此，对δS的监视允许监视制造工艺期间距走误差的发生。根据上述实施例，监视光刻之后、蚀刻之后、SA1之后以及SA2之后的δS值。根据另一实施例，只有自对准图案化步骤中的一者或多者之后的δS值被监视。根据又一实施例，只有光刻和/或蚀刻之后的δS值被监视。
根据一优选实施例，第二参数可以从图25的目标中导出。这是定义为S 值根据部件宽度w的变化的变化速率的参数α。
根据本发明，(在光刻、蚀刻、SA1、SA2等之后)测得的S参数与w之间的关系在与真实误差裕度相对应的设计值w0周围区域中大致是线性的。图31 示出了在SA2之后获得的针对数个不同部件宽度值w：36nm、42nm、48nm、 54nm、64nm(它包括标称值w0(在这一情形中是48nm)和低于和高于所述标称值w0的数个值)的多个蛇形结构的SEM图像。图32中的图表示出了根据这些w值的S值以及该数据的最佳逼近，从而指示该相关在很大程度上是线性的。参数α可以根据从图25中的目标导出的S(+Δw)和S(-Δw)的测量来计算得到，如下：
另选地，如果附加具有不同设计宽度w的标记对在目标中是可用的，则可基于 S值的最佳拟合来确定α，如上文相关于图5和式(2)描述的。
如上所述，α可以与在工艺操作点处确定的参考值α0相比较。以此方式，α变成可从图25的目标导出的第二控制参数。在制造期间，|α-α0|的值随后可以与容限相比较。
如还相关于先前实施例所描述的，α值可被用来计算与测得的S变化相对应的设计宽度w的有效偏移。
δw0＝δS/α (37)
这一偏移要如下解释：在δS高于零时，光刻、蚀刻或Sax步骤所产生的阵列如同是从具有设计宽度w0+Δw0的心轴导出的。同样，在δS低于零时，该阵列如同是从具有设计宽度w0-Δw0的心轴导出的。为了抵消距走误差，可以考虑将实际设计宽度调整-Δw0值，即重新设计掩膜。然而，更优选地，基于工艺参数与通过光刻、蚀刻和自对准图案化获得的临界尺寸之间的已知关系来调整这些参数。此类关系通过本领域技术人员已知的校准规程(在此不必详细描述)来获得。简言之，以值δS和α的形式提供给本领域技术人员的信息允许本领域技术人员采取措施来抵消检测到的超过可允许水平的距走误差。
用于监视距走的方法不限于使用图25所示的目标设计。一般而言，从自对准图案化步骤获得的蛇形结构的非对称环路端的质心偏移需要能相关于给定偏移结构来测量。这一偏移结构可以是梳式标记图案70和71的对称地镜像的版本(70’，71’)，如图25中的情形。这的确是优选选项，因为它提供对测得的S值的高敏感性，鉴于S按单个质心偏移值的两倍来变化。另选地，梳式标记图案70和71可被引用到对称偏移标记图案72，如图33中所示的另选设计所解说的。对称标记图案72被分割以允许通过SAxP步骤创建对称阵列结构，所述对称结构的质心处于阵列的几何中点处的固定位置。在这一设计的基础上测得的S值允许计算与以上描述的相同参数δS和α(其中S0ref可以从图33的目标设计的校准来获得)。根据一实施例，目标可包括单个对称经分割标记72，例如置于目标的中心处且还充当定位参考。针对w0-Δw和w0+Δw来设计的对称标记随后被置于中央标记周围，例如在中央对称标记的两侧对称地放置，从而允许按上述方式测量S(-Δw)和S(+Δw)。
根据一优选实施例，在用于监视距走的方法中应用的目标不仅包括针对宽度w0-Δw和w0+Δw来设计的标记70和71，还包括针对标称宽度w0和节距p来设计的相同梳式标记(此后称为‘w0’标记)。在这一情形中，该目标可包括针对w0和p来设计的一对镜像标记81/81’(如图30所示)和对称偏移标记72。该目标可进一步包括具有其他部件宽度设计值w(即，+Δw和/或-Δw的其他值) 的梳式标记的附加版本。后者的示例在上文描述且在图6中示出。
在另一替换方案中，适用于监视距走误差的方法的目标可包括多组梳形标记，每一组由针对另选SAxP工艺条件定制的不同标称值p和/或w0来定义。
基于以上内容，本发明的一实施例涉及一种用于在通过自对准多图案化工艺的半导体结构制造工艺期间验证距走的方法。在用于产生SAxP阵列的心轴结构的光刻掩膜上，定义要印刷在半导体器件部件阵列的附近的参考结构的一个或多个目标被包括，半导体器件部件阵列中的至少一些与目标相关联，即这些器件阵列是基于被设计成具有基本上等于或类似于w0和p的部件宽度和节距的心轴结构通过多图案化来获得的。每一目标包括图25中所示的类型的至少两个标记70和71，这两个标记被配置用于产生具有节距p和用于产生均匀SAxP 周期性所需的相对于标称部件宽度w0分别偏移-Δw和+Δw的心轴结构。
在制造工艺器件，在SAxP工艺步骤中的一者或多者处和/或在心轴结构的光刻和蚀刻之后(或者只在光刻之后或只在蚀刻之后)在跨印刷区分布的各目标中的每一者中测量值S(+Δw)和S(-Δw)，并且使用先前通过校准工艺确定的 S0ref值来计算δS值。优选地，也计算α值。相对于容限来评估从由特定目标中的给定一组p、w0、s值来表征的标记导出的δS允许评估晶片上Sax产生的阵列 (它们位于目标附近)中发生的距走程度。‘相关于容限来评估δS’至少需要相对于该容限来评估δS的绝对值。如上所述，δS的符号随后可被用来导出设计宽度w0的所需校准。
在|δS|接近或超过容限时，工艺参数可被调整，诸如光刻期间的剂量和聚焦值或者在心轴结构的蚀刻期间影响蚀刻偏置的参数，以维持跨印刷区域的距走误差的可接受水平。α值提供了用于监视生产工艺和/或度量工艺(即，IBO 工具中S值的测量)的稳定度的附加准则，将α与恒定参考值αref(参见上文) 相比较。
在制造期间获得的δS和α值可被应用于各种反馈控制策略并且本发明不限于任何特定策略。根据一个实施例，该控制在逐晶片或可能在逐芯片的基础上执行。
·S(+Δw)和S(-Δw)在跨芯片的制造工艺中使用的一个或多个光刻掩膜分布的多个目标的基础上测得，
·多个δS值被计算(例如，在光刻之后、在蚀刻之后、在SA1之后、在SA2 之后，等等)
·相对于容限来评估δS值，
·在δS值接近或超过容限时，在下一晶片或芯片的生产工艺中一个或多个工艺参数被调整。这可以是光刻工艺期间的剂量调整、和/或用于产生心轴结构的蚀刻工艺期间的蚀刻参数的调整、或可能是自对准图案化步骤(SA1、SA2，等等)期间应用的沉积参数的调整。如上所述，校正距走误差所需的精确调整可由光刻/蚀刻和SAxP工艺领域的技术人员来确定且在此不必详细描述。
如果相同目标被用在芯片的不同层中，则在单个芯片的处理期间可以实现反馈控制：在一个层中发生的距走随后可在该芯片的后续层之一中被补偿。
在自对准图案化工艺的各步骤期间调整工艺参数也是可能的。例如，在SA1 之后确定的δS过高时，SA2工艺可被调整。以此方式，所应用的控制策略是前馈控制。
本发明的方法还被应用于在光刻掩膜的生产中执行的图案化步骤中。例如，通过将EUV空白板上的吸收层图案化来产生EUV掩膜。通过包括根据本发明的一个或多个度量目标，在吸收层上再现的部件的临界尺寸可被监视。
本发明的方法不仅适用于涉及光刻掩膜的工艺，还适用于其中部件的图案根据预定义图案被再现在基板上的任何工艺步骤。这包括应用称为‘无掩膜光刻’或‘直接写’的技术的步骤。重要的是包括如上所述的一个或多个非对称标记的至少一个目标被包括在预定义图案中，使得该标记作为标记图案被再现在基板上，从中可确定δS。
该方法也不限于芯片制造工艺中涉及器件布局的工艺步骤，而是还适用于不直接得到微电子器件的工艺，例如用于图案化工具或工艺评定的测试图案的印刷。
根据本发明的优选实施例，在δw0和/或δCD(在x和/或y方向上)接近或超过给定容限时，工艺参数(诸如光刻期间的剂量和聚焦值或者一个或多个蚀刻参数)可被调整，以抵消与设计宽度w0的偏差。取决于S参数的确切定义，δw0和/或δCD的符号指示某些参数需要增加还是降低以抵消与设计宽度的偏差。α和β值提供用于监视生产工艺和/或度量工艺的稳定度的附加准则。
所获得的δw0、δCD、α和β值可被应用于各种反馈控制策略并且本发明不限于任何特定策略。根据一个实施例，该控制可以在逐芯片的基础上执行，此后描述用于基于(从包括光学标记(IBO，例如)的目标确定的)δw0的评估，但对于基于DBO和/或δCD、α或β的评估也是有效的。
·δw0在跨芯片的制造工艺中使用的一个或多个光刻掩膜分布的多个目标的基础上测得，
·相对于容限来评估δw0值，
·在δw0值接近或超过容限时，在下一芯片的生产工艺中一个或多个工艺参数被调整。这可以是光刻工艺期间聚焦和剂量的调整、和/或蚀刻工艺期间蚀刻参数的调整。校正该误差所需的精确调整可由光刻/蚀刻工艺领域的技术人员来确定且在此不必详细描述。
如果相同目标被用在芯片的不同层中，则在单个芯片的处理期间可以实现反馈控制：在一个层中与w0的偏差随后可以在该芯片的后续层之一中被校正。
本发明同样涉及计算机实现的监视单元，该监视单元被配置成集成在用于包括光刻和蚀刻步骤的半导体工艺的装置中，该装置进一步包括光学度量工具，例如基于图像或基于衍射的覆盖工具。监视单元基本上是配置成执行在所附权利要求中的任一项所述的本发明的方法步骤的计算机。
根据优选实施例，本发明的监视单元包括提供有计算机程序的存储器，在该程序在监视单元上运行时，该计算机程序用于执行所述方法步骤。本发明同样涉及配置成在该程序在监视单元上运行时执行以上方法步骤的软件产品。
监视单元优选地进一步配置成——在评估结果的基础上——计算由半导体工艺装置执行的一个或多个工艺的经更新工艺参数，并且将所述经更新参数反馈给该装置。
尽管已经在附图和前面的描述中具体地解说和描述了本发明，但是此类解说和描述被认为是解说性的或者示例性的而非限制性的。通过研究附图、公开和所附权利要求，本领域技术人员可在实践要求保护的发明时理解和实施所公开实施例的其他变体。在权利要求中，单词“包括”不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除复数。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的纯粹事实并不表示不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何引用符号不应被解释为限制范围。