本申请要求2015年9月30日提交的ep申请15187671.1和2016年2月5日提交的us临时申请62/292,211的优先权，其内容结合于此作为参考。
本公开涉及用于例如可用于通过光刻技术制造设备的计量的方法、装置和衬底以及使用光刻技术制造设备的方法。
背景技术：
光刻装置是将期望图案施加于衬底、通常施加于衬底的目标部分的机器。例如，光刻装置可用于集成电路(ic)的制造。在这种情况下，图案化设备(可替换地称为掩模或中间掩模)可用于生成将形成在ic的对应层上的电路图案。该图案可以被转移到衬底上的目标部分(例如，包括一个或多个管芯的一部分)。图案的转印通常经由在衬底上设置的辐射敏感材料(光刻胶)的层上的成像来完成。通常，单个衬底将包含被连续图案化的相邻目标部分的网络。已知光刻装置包括所谓的步进机(其中通过同时将整个图案曝光至目标部分上来辐射每个目标部分)以及所谓的扫描仪(其中通过在给定方向(“扫描”方向)上利用辐射束扫描图案来辐射每个目标部分，同时同步地扫描与该方向平行或反平行的衬底)。还可以通过将图案压印到衬底上来将图案从图案化设备转印到衬底。
为了监控光刻工艺，测量图案化衬底的一个或多个参数。例如，参数可以包括形成在图案化衬底中或上的连续层之间的覆盖误差以及显影的光敏光刻胶的临界线宽。可以对产品衬底的目标表面和/或以专用计量目标的形式来执行这种测量。计量目标(或标记)例如可以包括例如形成周期性结构(诸如栅格)的水平和垂直条的组合。
在光刻工艺(即，显影设备或涉及光刻曝光的其他结构的工艺，其通常可以包括一个或多个相关联的处理步骤，诸如光刻胶的显影、蚀刻等)中，期望频繁地进行例如针对工艺控制和验证创建的结构的测量。用于进行这种测量的各种工具是已知的，包括扫描电子显微镜(通常用于测量临界尺寸(cd))以及测量重叠、设备中两层的对齐精度的专用工具。近来，开发了各种形式的散射仪来用于光刻领域。这些设备将辐射束引导到目标上，并且测量扫射(scattered)辐射的一个或多个特性(例如，作为波长的函数的单角度反射的强度；作为反射角度的函数的一个或多个波长处的强度；或者作为反射角度的函数的极化)从而得到从中可以确定目标的感兴趣特性的“光谱”。可以通过各种技术来执行感兴趣特性的确定：例如，通过迭代方法对目标结构的重构，诸如严格耦合波分析或有限元法、库搜索和主成分分析。
技术实现要素：
期望提供用于使用目标的计量的方法和装置，其中可以提高产量、灵活性和/或精度。此外，尽管不限于此，但如果可以应用于可利用基于暗场图像的技术读出的小目标结构，则这将是非常有利的。
在一个实施例中，提供了一种测量光刻工艺的参数的方法，该方法包括：利用辐射照射衬底上的衍射测量目标，测量目标包括至少第一子目标、至少第二子目标和至少第三子目标，其中第一、第二和第三子目标均包括周期性结构，第一子目标、第二子目标和第三子目标均具有不同的设计，并且至少两个子目标分别被设计用于确定不同的光刻工艺参数；以及检测由至少两个子目标散射的辐射，以针对该目标获取表示光刻工艺的不同参数的测量值。
在一个实施例中，提供了一种衍射测量目标，其包括至少第一子目标、至少第二子目标和至少第三子目标，其中第一、第二和第三子目标均包括周期性结构，第一子目标、第二子目标和第三子目标均具有不同的设计，并且至少两个子目标分别被设计用于确定不同的光刻工艺参数。
在一个实施例中，提供了一种测量光刻工艺的参数的方法，该方法包括：利用辐射同时照射衬底上的衍射测量目标的至少第一子目标和至少第二子目标，第一和第二子目标均包括周期性结构，第二子目标被设计用于确定光刻工艺参数的校正，第一子目标被设计用于确定光刻工艺参数；以及检测至少由第一和第二子目标散射的辐射，以针对该目标获取表示光刻工艺参数的测量值和光刻工艺参数的校正。
在一个实施例中，提供了一种衍射测量目标，其包括至少子目标和至少第二子目标，其中第一和第二子目标均包括周期性结构，第二子目标被设计用于确定光刻工艺参数的校正，第一子目标被设计用于确定光刻工艺参数，并且第一和第二子目标的每个周期性结构的至少一部分在衬底上的小于或等于1000μm2的连续区域内。
在一个实施例中，提供了一种测量光刻工艺的参数的方法，该方法包括：利用辐射照射衬底上的衍射测量目标的至少第一子目标，其中第一子目标的周期性结构处于衬底上的第一层处，并且该测量目标还包括处于第一层的至少第二子目标的周期性结构，第一和第二子目标分别被设计用于确定不同的光刻工艺参数；检测由至少第一子目标散射的辐射，以针对该目标获取表示其设计的光刻工艺参数的测量值；利用辐射照射衬底上的衍射测量目标的至少第二子目标和第三子目标，其中第二子目标和第三子目标的周期性结构分别处于衬底上的覆盖第一层的第二层处，并且第二和第三子目标分别被设计用于确定不同的光刻工艺参数；以及检测由第二和第三子目标散射的辐射，以针对该目标获取表示其相应设计的不同光刻工艺参数的测量值。
在一个实施例中，提供了一种衍射测量目标，其包括至少第一子目标、第二子目标和第三子目标，当位于衬底上时，第一子目标和第二子目标的周期性结构分别处于衬底上的第一层中，以及第二子目标和第三子目标的周期性结构分别处于衬底上的覆盖第一层的第二层中，其中第一和第二子目标分别被设计用于确定不同的光刻工艺参数，并且第二和第三子目标分别被设计用于确定不同的光刻工艺参数。
在一个实施例中，提供了一种制造设备的方法，其中，使用光刻工艺向一系列衬底施加设备图案，该方法包括：使用本文描述的方法至少检查形成为至少一个衬底上的设备图案的一部分或在设备图案旁边形成的衍射测量目标；以及根据该方法的结果控制用于随后衬底的光刻工艺。
在一个实施例中，提供了一种被配置为至少部分地形成本文所述衍射测量目标的图案化设备。
在一个实施例中，提供了一种非暂态计算机程序产品，其包括用于使处理器执行本文所述方法的机器可读指令。
在一个实施例中，提供了一种非暂态计算机程序产品，其包括用于使处理器执行本文所述方法的机器可读指令。
在一个实施例中，提供了一种非暂态计算机程序产品，其包括限定本文所述目标的机器可读指令或数据。
在一个实施例中，提供了一种包括本文所述目标的衬底。
在一个实施例中，提供了一种系统，包括：检查装置，被配置为在衬底上的衍射测量目标上提供束，并且检测被目标衍射的辐射以确定光刻工艺的参数；以及本文所述的非暂态计算机程序产品。
本文参照附图详细描述了实施例的调整和/或优点以及各个实施例的特征和操作。应注意，本发明不限于本文所述的具体实施例。本文提供这种实施例仅为用于说明的目的。本领域技术人员将基于本文包含的教导明白附加实施例。
附图说明
现在将仅参照附图通过示例来描述实施例，其中：
图1示出了根据一个实施例的光刻装置；
图2示出了根据一个实施例的光刻单元或簇；
图3(a)是用于使用提供特定照射模式的第一对照射孔测量根据实施例的目标的暗场散射仪的示意图；
图3(b)是用于给定照射方向的目标周期性结构的衍射光谱的示意性细节；
图3(c)是用于基于衍射的覆盖测量的散射仪的提供又一照射模式的第二对照射孔的示意图；
图3(d)是用于基于衍射的覆盖测量的提供又一照射模式的与第一和第二对孔结合的第三对照射孔的示意图；
图4示出了多个周期性结构(例如，栅格)目标的形式以及衬底上的测量点的概况；
图5示出了在图3的装置中获得的图4的目标的图像；
图6是示出使用图3的装置并且可适用于本文所述实施例的覆盖测量方法的步骤的流程图；
图7(a)、图7(b)和图7(c)示出了在零区域中具有不同的覆盖值的覆盖周期性结构的示意性截面；
图8示出了理想目标结构中的覆盖测量的原理；
图9示出了根据一个实施例的扩展操作范围计量目标；
图10示出了根据一个实施例的扩展操作范围计量目标用于解决工艺堆叠变化；
图11示出了根据一个实施例的扩展操作范围计量目标用于多层覆盖测量；
图12a、图12b、图12c、图12d和图12e示出了根据一个实施例的扩展操作范围计量目标的变化；
图13示意性示出了设计根据一个实施例的扩展操作范围计量目标的系统；
图14示出了设计根据一个实施例的扩展操作范围计量目标的工艺的流程图；
图15示出了根据一个实施例的扩展操作范围计量目标用于监控性能并且作为用于控制计量、监控设计和/或制造工艺的基础的工艺的流程图；
图16(a)、图16(b)和图16(c)示出了根据一个实施例的扩展操作范围计量目标；
图17(a)、图17(b)和图17(c)示出了根据一个实施例的扩展操作范围计量目标；
图18(a)、图18(b)和图18(c)示出了根据一个实施例的扩展操作范围计量目标；
图19(a)、图19(b)和图19(c)示出了根据一个实施例的扩展操作范围计量目标；
图20(a)、图20(b)、图20(c)、图20(d)和图20(e)示出了根据一个实施例的扩展操作范围计量目标；
图21示出了根据一个实施例的扩展操作范围计量目标的示例性子目标；
图22(a)、图22(b)和图22(c)示出了根据一个实施例的扩展操作范围计量目标；
图23(a)、图23(b)和图23(c)示出了根据一个实施例的扩展操作范围计量目标；
图24(a)、图24(b)和图24(c)示出了根据一个实施例的扩展操作范围计量目标的子目标；
图25(a)、图25(b)和图25(c)示出了根据一个实施例的扩展操作范围计量目标的子目标的一部分的侧视图；
图26示出了根据一个实施例的扩展操作范围计量目标的子目标的一部分的侧视图和顶视图；
图27(a)和图27(b)示出了根据一个实施例的扩展操作范围计量目标；以及
图28示出了根据一个实施例的单个测量点内的整体目标的顶视图。
具体实施方式
在详细描述实施例之前，有利地呈现其中可实施实施例的示例性环境。
图1示意性示出了光刻装置la。该装置包括：照射系统(照射器)il，其被配置为调节辐射束b(例如，uv辐射或duv辐射)；图案化设备支持件或支持结构(例如，掩模台)mt，其被构造为支持图案化设备(例如，掩模)ma并且连接至第一定位器pm，第一定位器被配置为根据特定参数精确地定位图案化设备；衬底台(例如，晶圆台)wt，其被构造为保持衬底(例如，光刻胶涂覆晶圆)w并且连接至第二定位器pw，第二定位器pw被配置为根据特定参数精确地定位衬底；以及投射系统(例如，折射投射透镜系统)ps，其被配置为通过图案化设备ma将给予辐射束b的图案投射到衬底w的目标部分c(例如，包括一个或多个管芯)上。
照射系统可以包括各种类型的光学部件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电或其他类型的光学部件、或者任何它们的组合，用于引导、成形或控制辐射。
图案化设备支持件以取决于图案化设备的定向、光刻装置的设计和其他条件(诸如图案化设备是否保持在真空环境中)的方式来保持图案化设备。图案化设备支持件可以使用机械、真空、静电或其他钳位技术来保持图案化设备。图案化设备支持件可以是框架或台，例如其可以根据要求是固定的或可移动的。图案化设备支持件可以确保图案化设备例如相对于投射系统处于期望位置。本文对术语“中间掩模”或“掩模”的任何使用可以认为是与更一般的术语“图案化设备”同义。
本文使用的术语“图案化设备”应该广义地解释为可用于为辐射束在其截面中给予图案，诸如在衬底的目标部分中创建图案的任何设备。应该注意，给予辐射束的图案可以不精确地对应于衬底的目标部分中的期望图案，例如如果图案包括相移特征或者所谓的辅助特征。通常，给予辐射束的图案将对应于在目标部分(诸如集成电路)中创建的设备中的特定功能层。
图案化设计可以是透射的或反射的。图案化设备的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程lcd面板。掩模在光刻中是已知的，并且包括诸如二元、交变相移和衰减相移的掩模类型以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每个小反射镜都可以独立的倾斜以在不同方向上反射入射的辐射束。倾斜的反射镜在辐射束中给予图案，其被反射镜矩阵反射。
如这里所示，该装置是透射型的(例如，采用透射掩模)。备选地，该装置可以是反射型的(例如，采用上面提到的类型的可编程反射镜阵列，或者采用反射掩模)。
光刻装置还可以是衬底的至少一部分可以被具有相对较高折射率的液体(例如，水)覆盖以填充投射系统和衬底之间的空间的类型。浸液还可以施加于光刻装置中的其他空间，例如掩模和投射系统之间。浸没技术在本领域是已知的，用于增加投射系统的数值孔径。本文使用的术语“浸没”不表示结构(诸如衬底)必须浸没在液体中，而是仅表示在曝光期间液体位于投射系统和衬底之间。
参照图1，照射器il接收来自辐射源so的辐射束。源和光刻装置可以是独立的实体，例如当源是准分子(excimer)激光器时。在这种情况下，源不认为形成光刻装置的一部分，并且辐射束在束传送系统bd的帮助下从源so传输到照射器il，束传送系统bd例如包括适当的定向反射镜和/或束扩展器。在其他情况下，例如当源是汞灯时，源可以是光刻装置的组成部分。源so和照射器il与束传送系统bd(如果需要的话)一起可以称为辐射系统。
照射器il可以包括用于调整辐射束的角强度分布的调整器ad。一般地，至少可以调整照射器的光瞳面中的强度分布的外和/或内径向范围(分别统称为σ外和σ内)。此外，照射器il可以包括各种其他部件，诸如积分器in和冷凝器co。照射器可用于调节辐射束，以在其截面中具有期望的均匀性和强度分布。
辐射束b入射到保持在图案化设备支持件(例如，掩模台mt)上的图案化设备(例如，掩模)ma上，并且通过图案化设备来图案化。通过穿过图案化设备(例如，掩模)ma，辐射束b经过投射系统ps，将束聚集在衬底w的目标部分c上。通过第二定位器pw和位置传感器if(例如，干涉设备、线性编码器、2d编码器或电容传感器)的帮助，可以精确地移动衬底台wt，例如从而在辐射束b的路径中定位不同的目标部分c。类似地，第一定位器pw和另一位置传感器(图1中没有具体示出)可用于相对于辐射束b的路径精确地定位图案化设备(例如，掩模)ma，例如在从掩模库机械取回之后或者在扫描期间。
图案化设备(例如，掩模)ma和衬底w可以使用掩模对准标记m1、m2以及衬底对准标记p1、p2来对准。尽管衬底对准标记被示为占据专用目标部分，但它们可以定位在目标部分之间的空间中(这些已知为划线对准标记)。类似地，在图案化设备(例如，掩模)ma上设置多于一个的管芯的情况下，掩模对准标记可以位于管芯之间。在设备特征中，也可以在管芯内包括小对准标记，在这种情况下，期望标记尽可能小并且不要求任何与相邻特征不同的成像或工艺条件。下面进一步描述可检测对准标记的对准系统的实施例。
所示装置可在以下模式中的至少一种中使用：
1.在步进模式中，图案化设备支持件(例如，掩模台)mt和衬底台wta基本保持静止，而给予辐射束的整个图案被一次(即，单个静止曝光)投射到目标部分c上。然后，衬底台wta在x和/或y方向上偏移，使得不同的目标部分c可以被曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单个静态曝光中成像的目标部分c的尺寸。
2.在扫描模式中，图案化设备支持件(例如，掩模台)mt和衬底台wta被同时扫描，同时给予辐射束的图案被投射到目标部分c上(即，单个动态曝光)。衬底台wta相对于图案化设备支持件(例如，掩模台)mt的速率和方向可以通过投射系统ps的(反)放大和图像反转特性来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单个动态曝光中的目标部分的宽度(在非扫描方向上)，其中扫描运动的长度确定目标部分的高度(在扫描方向上)。
3.在另一模式中，图案化设备支持件(例如，掩模台)mt保持基本静止地保持可编程图案化设备，并且衬底台wta被移动或扫描，同时给予辐射束的图案被投射到目标部分c上。在该模式中，通常采用脉冲辐射源，并且可编程图案化设备在衬底台wta的每次移动之后或者在扫描期间的连续辐射脉冲之间根据要求被更新。这种操作模式可以容易地应用于利用可编程图案化设备的无掩模光刻，诸如上面提到的类型的可编程反射镜阵列。
还可以采用上述使用模式的组合和/或变化或者整体不同的使用模式。
光刻装置la是所谓的双级类型，其具有至少两个台wta、wtb(例如，两个衬底台)和至少两个站(曝光站和测量站)，它们之间可以交换至少一个台。例如，当一个台上的衬底在曝光站被曝光的同时，另一衬底可以加载到测量站处的另一衬底台上，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映射衬底的表面控制，以及使用对准传感器as测量衬底上的对准标记的位置，这两个传感器均被参考框rf支持。如果位置传感器if不能够在其处于测量站和曝光站处测量台的位置，则可以提供第二位置传感器以能够在两个站处跟踪台的位置。作为另一示例，在一个台上的衬底在曝光站处被曝光的同时，不具有衬底的另一台在测量站处等待(其中可选择地，可发生测量行为)。另一台具有一个或多个测量设备，并且可以任选地具有其他工具(例如，清洁装置)。当衬底被完全曝光时，不具有衬底的台移动到曝光站，以执行例如测量，并且具有衬底的台移动到没有加载衬底的位置(例如，测量站)且另一衬底为负载。这些多台布置能够显著增加装置的产量。
如图2所示，光刻装置la形成光刻单元lc的一部分，光刻单元lc有时也被称为光刻单元或光刻簇，并且还包括装置以在衬底上执行一个或多个曝光前和曝光后工艺。传统地，它们包括一个或多个旋涂机(spincoater)sc以沉积光刻胶层、一个或多个显影机de以显影曝光的光刻胶、一个或多个冷却板ch以及一个或多个烘烤板bk。衬底操作器或机器人ro从输入/输出端口i/o1、i/o2拾取衬底，将其在不同的处理设备之间移动，并且将其传送到光刻装置的进料台lb中。这些设备(有时统称为轨道)受跟踪控制单元tcu的控制，跟踪控制单元tcu自身通过监控系统scs来控制，监控系统scs还经由光刻控制单元lacu控制光刻装置。因此，不同的装置可被操作以最大化产量和处理效率。
为了使通过光刻装置曝光的衬底被正确且一致地曝光，期望检查曝光衬底以测量一个或多个特性，诸如后续层之间的覆盖误差、线厚度、临界尺寸(cd)等。如果检测到误差，则可以对一个或多个随后衬底的曝光进行调整，尤其可以在相同批/批次的另一衬底仍然被曝光时很快进行检查的情况下。此外，已经曝光的衬底可以被剥离或重做(以提高产量)或丢弃，从而避免对已知缺陷的衬底执行曝光。在只有衬底的一些目标部分具有缺陷的情况下，可以仅对良好的那些目标部分执行进一步的曝光。另一可能性是修改后续工艺步骤的设置以补偿误差，例如可以调整修剪蚀刻步骤的时间以补偿源于光刻工艺步骤的衬底-衬底cd变化。
检查装置用于确定衬底的一个或多个特性，具体地，不同衬底或者相同衬底的不同层的一个或多个特性如何根据层而不同和/或横跨衬底而不同。检查装置可集成到光刻装置la或光刻单元lc中，或者可以是独立的设备。为了能够最快速地进行测量，期望检查装置在曝光之后立即测量曝光光刻胶层中的一个或多个特性。然而，光刻胶中的潜像(latentimage)具有非常低的对比度(在已经曝光给辐射与没有曝光给辐射的光刻胶的部分之间存在折射率的非常小的差异)并且不是所有的检查装置都具有足够的敏感性来进行潜像的有用测量。因此，可以在曝光后烘烤步骤(peb)之后进行测量，该步骤通常是对曝光衬底执行的第一步骤，并且增加光刻胶的曝光部分和未曝光部分之间的对比度。在该阶段，光刻胶中的图像可以称为半潜像。还可以进行显影光刻胶图像的测量(在这点处，光刻胶的曝光部分或未曝光部分都已经被去除)或者在图案转移步骤(诸如蚀刻)之后。后一种可能性限制了缺陷衬底的重做的可能性，但是仍然可以提供有用信息，例如为了工艺控制的目的。
由传统散射仪使用的目标包括相对较大的周期性结构(例如，栅格)布局，例如40μm×40μm。在这种情况下，测量束通常具有小于周期性结构布局的点尺寸(即，周期性结构布局未充满)。这简化了目标的机械重构，因为其可以认为是无限的。然而，例如，目标可定位于产品特征中而非划线中，目标的尺寸减小到例如20μm×20μm以下，或者10μm×10μm以下。在这种情况下，周期性结构布局可以制造得小于测量点(即，周期性结构布局被过填充)。通常，使用暗场散射计量来测量这种目标，其中，零阶衍射(对应于镜面反射)被阻挡，并且仅处理更高阶。可以在pct专利申请公开第wo2009/078708和wo2009/106279号中找到暗场剂量的示例，其结合于此作为参考。在美国专利申请公开us2011-0027704、us2011-0043791和us2012-0242970中描述了技术的进一步开发，其内容结合于此作为参考。使用衍射级的暗场检测的基于衍射的覆盖能够对较小目标进行覆盖测量。这些目标可以小于照射点，并且可以被衬底上的产品结构所环绕。在一个实施例中，可以在一个图像中测量多个目标。
在图3(a)中示出了用于实施例的暗场计量装置。在图3(b)中更详细地示出了目标t(包含周期性结构)和衍射射线。暗场计量装置可以是单独的设备，或者结合到光刻装置la(例如，在测量站处)或者光刻单元lc中。通过点线o来表示在装置中具有多个分支的光轴。在该装置中，由输出11(例如，诸如激光器或汞灯的源或者连接至源的开口)发射的辐射通过包括透镜12、14和物镜16的光学系统经由棱镜15引导到衬底w上。以4f布置的双序列布置这些透镜。如果仍然在检测器上提供衬底图像，则可以使用不同的透镜布置。
在一个实施例中，透镜布置允许访问用于空间频率过滤的中间光瞳面。因此，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)光瞳面)中限定空间强度分布来选择入射到衬底上的辐射的角度范围。具体地，例如这可以通过在作为物镜光瞳面的背面投射图像的平面中在透镜12和14之间插入适当形式的孔板13来进行。在所示示例中，孔板13具有不同形式(标记为13n和13s)，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。在第一照射模式中，从仅为了说明方便指定为“北”的方向，孔板13n提供离轴照射。在第二照射模式中，孔板13s用于提供类似照射，但是从不同(例如，相反)的方向，标为“南”。通过使用不同的孔可以实现照射的其他模式。剩余的光瞳面期望为暗，因为在期望的照射模式外的任何不需要的辐射会干扰期望的测量信号。
如图3(b)所示，目标t利用衬底w放置为基本垂直于物镜16的光轴o。从轴o外的角度撞击目标t的照射光线i产生零阶光线(实线0)和两个一阶光线(点划线+1和双点划线-1)。通过过填充小目标t，这些光线仅仅是覆盖包括计量目标t和其他特征的衬底的区域的许多平行光线中的一条。在提供复合周期性结构目标的情况下，目标内的每个独立的周期性结构都将产生其自身的衍射光谱。由于板13中的孔具有有限宽度(需要准许较大数量的辐射)，所以入射光线i将实际上占据一定范围的角度，并且衍射光线0和+1/-1将在一定程度上扩展。根据小目标的点扩展函数，每个+1和-1阶将进一步在角度范围上扩展，而不是所示的单个理想光线。应注意，可以设计或调整周期性结构间距和照射角度，使得进入物镜的第一阶光线接近与中心光轴对准。图3(a)和图3(b)所示的光线被示出在稍微离轴，仅仅能够使它们更加容易地在图中区分开来。
至少由衬底w上的目标衍射的0阶和+1阶被物镜16收集，并且通过棱镜15返回。返回到图3(a)，通过指定标为北(n)和南(s)的直径相反(在这种情况下)的孔，示出了第一和第二照射模式。当入射光线i来自光轴的北侧，即当使用孔板13n应用第一照射模式时，标为+1(n)的+1衍射光线进入物镜16。相反，当使用孔板13s应用第二照射模式时，-1衍射光线(标为-1(s))进入物镜16。因此，在一个实施例中，通过在特定条件下测量目标两次来得到测量结果，例如在旋转目标或者改变照射模式或改变成像模式以分别获得-1和+1衍射级强度。将用于给定目标的这些强度进行比较提供了目标中不对称的测量，并且目标中的不对称可用作光刻工艺的参数的指示符，例如覆盖误差。在上述情况下，改变照射模式。
束分裂器17将衍射束分为两个测量分支。在第一测量分支中，光学系统18使用零阶和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(光瞳面图像)。每个衍射级撞击传感器上的不同点，使得图像处理可以进行比较和对比阶。被传感器19捕获的光瞳面图像可用于聚焦计量装置和/或标准化第一阶束的强度测量。光瞳面图像还可以用于不对称测量以及用于许多测量目的，诸如这里没有详细描述的重构。将要描述的第一示例将使用第二测量分支来测量不对称。
在第二测量分支中，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上的目标的图像。在第二测量分支中，在与光瞳面共轭的平面中设置孔径光阑(aperturestop)21。孔径光阑21用于阻挡零阶衍射束，使得形成在传感器23上的目标的图像df由-1或+1第一阶束来形成。被传感器19和23捕获的图像被输出至图像处理器和控制器pu，其功能将取决于被执行的测量的特定类型。应注意，本文使用的术语“图像”是广义的。如果仅存在-1和+1阶中的一个，则将不如此形成目标的周期性结构的特征的图像。
图3中示出的孔板13和孔径光阑21的具体形式仅仅是示例。在另一实施例中，使用目标的轴上照射，并且具有离轴孔的孔径光阑被用于仅将一个第一阶衍射辐射传送到传感器(13和21处示出的孔在这种情况下被有效调换)。在又一实施例中，代替第一阶束或者除第一阶束之外，还可以在测量中使用第二、第三和更高阶的束(图3中未示出)。
为了进行适用于这些不同类型的测量的照射，孔板13可以包括由盘形成的多个孔图案，其旋转以将期望图案带至特定位置。备选地或附加地，可以设置和调换板13的集合，以实现相同的效果。还可以使用诸如可变形反射镜阵列或透射型空间光调制器的可编程照射设备。移动反射镜或棱镜可用作调整照射模式的另一种方式。
如刚刚参照孔板13所解释的，可以通过改变孔径光阑12或者通过代替具有不同图案的光瞳-光阑或者通过用可编程空间光调制器替代固定场光阑，可以备选地实现用于成像的衍射级的选择。在这种情况下，测量光学系统的照射侧可以保持恒定，同时其是具有第一和第二模式的成像侧。实际上，存在许多可能的测量方法的类型，每一种均具有其自身的优势和缺点。在一种方法中，改变照射模式以测量不同阶。在另一方法中，改变成像模式。在第三方法中，照射和成像模式保持不变，但是目标旋转例如180度。在每一种情况下，期望效果是相同的，即选择非零阶衍射辐射的第一和第二部分，它们例如在目标的衍射光谱中相互不对称地相反。
虽然本示例中用于成像的光学系统具有宽入射光瞳(其由孔径光阑21限制)，但在其他实施例或应用中，成像系统自身的入射光瞳尺寸可以足够小以限制到期望阶，由此还用作场光阑。在图3(c)和图3(d)中示出了不同的孔板，它们可如下面进一步描述得来使用。
典型地，目标将与其沿北-南或东-西延伸的周期性结构特征对准。也就是说，周期性结构(例如，栅格)将在衬底w的x方向或y方向上对准。但是，其可以不同的角度(即，45°)成角。孔板13n或13s用于测量在一个方向上(例如，根据设置，x、y或其他方向)定向的目标的周期性结构。对于另一角度(例如，基本正交)处周期性结构的测量，可以实施目标的旋转(例如，对于基本正交的周期性结构，旋转90°和270°)。或者，如图3(c)所示，使用孔板13e或13w(可以在适当角度(例如，东或西)处具有孔)，可以在照射光学器件中设置来自另一角度(例如，东或西)的照射。孔板13n和13w可独立地形成和互换，或者它们可以是可旋转适当角度(例如，90、180或270度)的单个孔板。
在图3(c)和图3(d)中示出了不同的孔板。图3(c)示出了另外两种类型的离轴照射模式。在图3(c)的第一照射模式中，孔板13e从仅为了描述的方便指定为“东”(相对于先前描述的“北”)的方向提供离轴照射。如上所述，“东”可以是不同于所示的角度。在图3(c)的第二照射模式中，孔板13w用于提供类似照射，但是来自于不同(例如，相反)方向，标为“西”。图3(d)示出了两种其他类型的离轴照射模式。在图3(d)的第一照射模式中，孔板13nw从指定为前面描述的“北”和“西”的方向提供离轴照射。在第二照射模式中，孔板13se用于提供类似照射，但是来自于不同(例如，相反)方向，标为前面所述的“南”和“东”。假设这些不同衍射信号之间的串扰(crosstalk)不是太大，可以执行在不同方向(例如，x和y)上延伸的周期性结构的测量而不改变照射模式。例如，在上述现有技术的专利申请公开中描述了装置的这些和多种其他变化和应用的使用。如已经所提到的，图3(c)和图3(d)所示的离轴孔可设置在孔径光阑21中而非孔板13中。在这种情况下，照射可以在轴上。
图4示出了形成在衬底上的示例性复合计量目标。复合目标包括紧密定位到一起的四个周期性结构(例如，栅格)32、33、34、35。在一个实施例中，周期性结构足够紧密地定位到一起，使得它们都在通过计量装置的照射束形成的测量点31内。在这种情况下，四个周期性结构由此同时被照射，并且同时成像在传感器19和23上。在专用于覆盖测量的示例中，周期性结构32、33、34、35它们是通过覆盖形成在衬底w上的设备的不同层中被图案化的另一目标的周期性结构所形成的复合周期性结构。这种目标可以具有20μmx20μm或16μmx16μm内的外围尺寸。此外，所有周期性结构用于测量特定的一对层之间的覆盖。为了利于目标能够测量多于一对的层，周期性结构32、33、34、35可具有不同偏置的覆盖偏移，以利于其中形成复合周期性结构的不同部分的不同层之间的覆盖的测量。因此，用于衬底上的目标的所有周期性结构将用于测量一对层，并且衬底上的另一相同目标的所有周期性结构将用于测量另一对层，其中覆盖偏置利于区分层对(layer-pair)。以下将具体参照图7解释覆盖偏置的含义。
图7(a)至图7(c)示出了具有不同偏置的相应目标t的覆盖周期性结构的示意性截面。如图3和图4所示，这些可用于衬底w上。仅为了示例，示出了在x方向上具有周期性的周期性结构。可以提供具有不同偏置且具有不同定向的这些周期性结构的不同组合。
从图7(a)开始，示出了形成在标为l1和l2的两层中的复合覆盖目标600。在下层l1中，通过衬底606上的特征(例如，线)602和空间604来形成第一周期性结构。在层l2中，通过特征(例如，线)608和空间610来形成第二周期性结构。(绘制截面，使得特征602、608延伸到纸中。)在两个层中，周期性结构图案通过间距p重复。仅为了示例而提到线602和608，可以使用其他类型的特征，诸如点、块和通孔。在图7(a)所示情况下，没有覆盖误差和偏置，使得每个周期性结构特征608精确地位于下面的周期性结构中的周期性结构特征602上方。
在图7(b)中，示出了具有偏置+d的相同目标，使得上述周期性结构的特征608相对于下部周期性结构的特征602向右偏移距离d。即，布置特征608和602，使得如果它们都被精确地印刷到它们的标称位置，则特征608将相对于特征602偏移距离d。偏置距离d实际上可以是几纳米，例如5-60nm，而间距p例如在300-1000nm的范围内，例如500nm或600nm。在图7(c)中，示出了具有偏置-d的相同目标，使得特征608相对于特征602向左偏移。例如，在上述专利申请公开中描述了图7(a)至图7(c)所示这种类型的偏置目标。
此外，虽然图7(a)至图7(c)示出了特征608位于特征602上方(施加或者不施加+d或-d的小偏置)，其被称为“线上线”目标，具有在零的区域中的偏置，但目标可以具有p/2的编程偏置(即，间距的一半)，使得上部周期性结构中的每个特征608位于下部周期性结构中的空间604上方。这被称为“沟槽上线”目标。在这种情况下，还可以应用+d或-d的小偏置。“线上线”目标或“沟槽上线”目标之间的选择取决于应用。
返回到图4，如图4所示，周期性结构32、33、34、35还可以具有不同的定向，以在x和y方向上衍射进入的辐射。在一个示例中，周期性结构32和34分别是具有偏置+d、-d的x方向周期性结构。周期性结构33和35分别是具有偏置+d、-d的y方向周期性结构。虽然示出了四个周期性结构，但另一实施例可以包括较大矩阵以得到期望精度。例如，九个复合周期性结构的3x3阵列可以具有偏置-4d、-3d、-2d、-d、0、+d、+2d、+3d、+4d。可以在由传感器23捕获的图像中识别这些周期性结构的独立图像。
图5示出了可使用图3装置中的图4的目标、使用图3(d)的孔板13nw或13se形成在传感器23上且被传感器23检测的图像的示例。虽然传感器19不能解析不同的各个周期性结构32至35，但传感器23可以。交叉阴影矩形表示传感器上的图像的场，其中衬底上的照射点31被成像为对应的圆形区域41。在一个实施例中，场是暗的。在该图像内，矩形区域42至45表示周期性结构32至35的图像。如果周期性结构位于产品区域内，则产品特征也可以在该图像场的外围可见。虽然在图5的暗场图像中仅示出了单个复合栅格目标，但实际上，通过光刻制造的产品可以具有许多层，并且期望在不同的层对之间进行覆盖测量。对于层对之间的每个覆盖测量，使用一个或多个复合栅格目标，因此其他复合目标可以存在于图像场内。图像处理器和控制器pu使用图案识别来处理这些图像，以识别周期性结构32至35的独立图像42至45。以这种方式，图像不是必须非常精确地在传感器框内的特定位置对准，这整体上显著提高了测量装置的产量。
一旦识别了周期性结构的独立图像，例如就可以通过平均化或相加所识别区域内的所选像素强度值来测量这些各个图像的强度。图像的强度和/或其他特性可以相互比较。这些结果可以被组合以测量光刻工艺的不同参数。覆盖性能是这种参数的示例。例如，比较强度揭示了可用作覆盖测量的不对称。在用于测量不对称且由此测量覆盖的另一技术中，使用传感器19。
图6示出了如何使用例如在pct专利申请公开第wo2011/012624号和美国专利申请公开第2011/027704号中描述的方法以及例如使用图3和图4的装置，通过周期性结构的不对称来测量包含复合周期性结构32至35的两层之间的覆盖误差，如通过比较它们在+1阶和-1阶暗场图像中的强度所揭示的。
在步骤m1中，通过图2的光刻单元处理衬底(例如，半导体晶圆)一次或多次，以创建包括目标的结构，目标包括形成计量目标的周期性结构32至35。在m2中，使用图3的计量装置，使用第一阶衍射束中的一个(即，-1)来获取周期性结构32至35的图像。在一个实施例中，使用第一照射模式(例如，使用孔板13nw创建的照射模式)。然后，在计量装置的视场中，通过改变照射模式或改变成像模式或将衬底旋转180°，可以获取使用另一第一阶衍射束(+1)的周期性结构的第二图像。从而，在第二图像中捕获+1衍射辐射。在一个实施例中，改变照射模式，并且使用第二照射模式(例如，使用孔板13se创建的照射模式)。可以进行如下设计选择，是否可以在每个图像中捕获所有周期性结构，或者是否需要测量装置与衬底之间的相对移动以在独立图像中捕获周期性结构。在任一情况下，假设经由传感器23捕获所有复合周期性结构的第一和第二图像。
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”不是传统的暗场显微镜图像。各个周期性结构特征不被解析，因为只存在+1和-1阶衍射辐射中的一个。每个周期性结构将简单地通过特定强度等级的区域来表示。在步骤m4中，在每个复合周期性结构的图像内识别感兴趣的区域(roi)，从中将测量强度等级。这样做是因为尤其在各个栅格图像的边缘周围，强度值通常会高度依赖于工艺变化，诸如光刻胶厚度、组成、线形成以及边缘效应。
通过针对每个对应的周期性结构32至35识别感兴趣区域p1、p2、p3、p4并且测量其强度，随后可以确定周期性结构的不对称，因此可确定例如覆盖误差。这在步骤m5中通过图像处理器和控制器pu来进行，将针对每个周期性结构32至35的+1和-1阶得到的强度值进行比较以识别它们强度中的任何差异，即不对称。术语“差异”不用于仅表示减法。可以比率形式来计算差异。因此，在步骤m5中计算强度差，以得到用于每个周期性结构的不对称的测量。在步骤m6中，针对多个周期性结构测量的不对称与这些周期性结构的覆盖偏置的知识(如果可应用的话)一起来计算目标t附近的光刻工艺的一个或多个性能参数。感兴趣的性能参数可以是覆盖。可以计算光刻工艺的性能的其他参数，诸如聚焦和/或剂量。一个或多个性能参数可以被反馈，用于改进光刻工艺，和/或用于改进图6的测量和计算工艺本身。
在确定覆盖的实施例中，图8示出了曲线702，其示出了用于“理想”目标(其具有零偏移且在形成覆盖周期性结构的各个周期性结构内没有特征不对称)的覆盖误差ov和测量不对称a之间的关系。该曲线图仅示出了确定覆盖的原理，并且在该曲线图中，测量不对称a和覆盖误差ov的单位是任意的。
在图7(a)至图7(c)的“理想”情况下，曲线702指示测量不对称a与覆盖具有正弦关系。正弦变化的周期p对应于周期性结构的周期(间距)，当然转换为适当刻度。正弦形式在该示例中是纯粹的，但是在实际情况下可以包括谐波。为了简化，假设在该示例中，(a)只有来自目标的第一阶衍射辐射到达图像传感器23(或者在给定实施例中的等效物)，并且(b)试验目标设计使得在这些第一阶内，在上部和下部周期性结构结果的强度和覆盖之间存在纯粹的正弦关系。实际上是否这样取决于光学系统设计、照射辐射的波长和周期性结构的间距p以及目标的设计和堆叠。
如上所述，偏置的周期性结构可用于测量覆盖，而非依赖于单个测量。这种偏置具有在从中制造其的图案化设备(例如，中间掩模)中限定的已知值，其用作与测量信号相对应的覆盖的衬底上校准。在附图中，图形化地示出了计算。在图6的步骤m1至m5中，针对分别具有偏置+d和-d的复合周期性结构得到不对称测量a(+d)和a(-d)(例如，如图7(b)和图7(c)所示)。如图所示，使这些测量适应正弦曲线给出点704和706。已知偏置，可以计算真实的覆盖误差ov。从目标的设计中知道正弦区域的间距p。曲线702的垂直刻度刚开始未知，但是是未知因子，可以称为第一谐波比例常数k1。
在等式项中，覆盖和不对称之间的关系被假设为：
a＝k1·sin(ov)
其中在刻度上表示ov，使得周期性结构间距p对应于角度2π弧度。使用具有不同的已知偏置的周期性结构的两个测量，一个可以对两个等式求解以计算未知的k1和覆盖ov。
上述计量目标被设计用于与特定工艺堆叠(即，工艺堆叠是用于构建用于该层的特定设备或其部分的工艺和材料，例如一个或多个涉及的材料层(例如，厚度和/或材料类型)、光刻曝光工艺、光刻胶显影工艺、烘烤工艺、蚀刻工艺等)相关联的一个或多个特定层，具有计量目标将提供用于工艺堆叠的标称改变的测量鲁棒性的灵活性。即，使用工艺层的知识(例如，它们的材料、厚度等)、施加于层的处理步骤等来设计计量目标，以实现将给出用于被测量的光刻工艺的参数的良好测量结果(即使不是最佳)的计量目标。
然而，在光刻工艺开发期间，用于特定层的工艺堆叠会显著改变到标称外。现有目标不能处理工艺堆叠中的较大变化(即，工艺改变)。因此，多个目标可以被设计来针对这些改变的极端情况。这要求新的目标设计，意味着工艺开发必须在新目标例如在掩模上达到要求之前等待很长时间；因此，显著增加了r&d循环时间。此外，多个目标会意味着大量的成本来为每个不同的目标创建不同的图案化设备(例如，掩模)。或者，容纳这些目标的空间(即，图案化设备图案上的可用空间)会变得无法得到，和/或会显著影响测量这些多个目标的产量。
此外，典型的基于衍射的覆盖目标用于测量一对层之间的覆盖。但是，新工艺(例如，多图案化工艺、后通孔工艺等)不仅在单个层对之间而且还在多个层对之间进行覆盖测量。类似于上面讨论的工艺开发示例，用于多层覆盖的解决方案将增加覆盖目标的数量(即，不同的目标需要不同的层对)，因此测量的数量增加(即，用于多层组合中的每一对的测量)。即，由于增加的测量时间，这以目标“不动产”(即，图案化设备图案上容纳这些对应的层对目标的可用空间)和产量为代价。
因此，根据一个实施例，提供了一种衍射计量目标，其包括总体尺寸较小的多周期性结构目标簇(周期性结构的单簇)，但是包括多设计周期性结构的集合；为了便于参考，该目标被称为扩展操作范围计量目标。因此，例如对于工艺开发，来自扩展操作范围计量目标的周期性结构的子集可用于特定的工艺堆叠条件，而来自扩展操作范围计量目标的周期性结构的另一子集可用于另一工艺堆叠条件，由此能够解决工艺堆叠中的显著变化。备选地或附加地，例如对于多层覆盖，来自扩展操作范围计量目标的周期性结构的子集可用于特定的层对，而扩展操作范围计量目标的周期性结构的另一子集可用于另一层对，从而能够实现多层覆盖。
因此，在显著的工艺堆叠变化的情况下(例如，不能通过计量目标的特定周期性结构设计适当处理的工艺堆叠的变化)，如果对工艺堆叠做出改变的话，扩展操作范围计量目标允许放置明显不同的设计(所有都在目标的合理尺寸内)，这将增加成功测量结果的机会。由于主动地参与工艺堆叠变化的不同设计的存在，这将增加第一次测量成功的机会。并且，在多覆盖测量的情况下，扩展操作范围计量目标允许在一个测量序列中测量多层之间的覆盖。即，在一个实施例中，可以在一个测量序列中测量多个层对，并且在一个实施例中，可以同时检测多个层对的衍射数据。
通过在扩展操作范围计量目标中具有不同设计的周期性结构，可以通过其中具有周期性结构的不同设计集合的单个计量目标来处理工艺堆叠和/或多层中的显著变化。从而，可以显著降低针对每个不同的对应目标创建不同的图案化设备(例如，掩模)的成本和/或测量时间的成本。此外，通过相对较小尺寸的扩展操作范围计量目标，用于多个不同对应目标的目标“不动产”(即，图案化设备上容纳这些对应层对目标的可用空间)的成本以及由于增加的测量时间而导致的产量的成本可显著降低。因此，与多个对应目标相比，扩展操作范围计量目标可以使得单个目标簇内的所有这些多个目标从不动产观点来看足够小，并且在测量时间方面还更加有利。
参照图9，示出了扩展操作范围计量目标800的实施例。扩展操作范围计量目标800包括多个子目标，在该示例中为四个衍射子目标802、804、806、808。应理解，可以提供不同数量的子目标。例如，可以仅提供两个子目标。备选地，可以提供三个、五个、六个、七个、八个等的子目标。在一个实施例中，每个子目标802至808都通过间隙820与相邻的子目标分离。在一个实施例中，间隙为200nm以上、250nm以上、350nm以上、500nm以上、750nm以上或者1μm以上。间隙利于子目标的重构，使得它们可以被独立地识别。此外，间隙可以帮助防止衍射从一个子目标衍射到另一子目标上的串扰。
每个子目标都包括周期性结构。在一个实施例中，每个子目标都包括至少一对周期性结构。在一个实施例中，每个子目标都包括至少两对周期性结构。在一个实施例中，子目标中的周期性结构的特征(例如，线)在相同方向上延伸。在一个实施例中，子目标的至少一个周期性结构可以具有沿与子目标的另一周期性结构的特征延伸的方向不同(例如，基本垂直于该方向)的方向上延伸的特征。在一个实施例中，一个子目标的周期性结构的特征延伸的方向可以不同于另一子目标的方向。
在一个实施例中，如图9所示，每个子目标都具有：第一对周期性结构810，具有沿第一方向(例如，x方向)延伸的特征；以及第二对周期性结构812，具有沿第二不同的方向(例如，基本垂直于第一方向的第二方向，诸如y方向)延伸的特征。如上所讨论的，一个或多个子目标不需要具有沿不同方向延伸的第二对周期性结构，或者第二不同的方向可以不垂直于或不平行于用于一个或多个子目标的第一方向。在该示例中，每个子目标802至808都具有与图4的目标类似的总体布局。即，每个子目标都具有：第一对周期性结构，具有在相对边角中具有沿x方向延伸的特征；以及第二对周期性结构，具有相对于第一对周期性结构在相对边角中具有沿y方向延伸的特征。然而，子目标的布局可以不同于图9所示。例如，周期性结构的位置可以不同。作为另一示例，一对周期性结构的长度和/或宽度可以不同于另一对周期性结构的长度和/或宽度。一对周期性结构延伸到另一对周期性结构的相对角度可以不同。参照图12a至图12e描述用于子目标的不同布局的示例。
子目标802至808具有使得它们可以完全或至少部分地适合与图4的目标相同的连续区域内的尺寸。例如，扩展操作范围计量目标800可以具有等于或小于25μmx25μm、等于或小于20μmx20μm、等于或小于16μmx16μm、等于或小于12μmx12μm、等于或小于10μmx10μm或者等于或小于8μmx8μm的外围尺寸。在一个实施例中，每个子目标的至少一部分在衬底上的特定尺寸的连续区域内。在一个实施例中，多个子目标的每个周期性结构的至少一部分在衬底上特定尺寸的连续区域内。在一个实施例中，多个子目标的每个周期性结构在衬底上特定尺寸的连续区域内。在一个实施例中，特定尺寸小于或等于1000μm2、小于或等于900μm2、小于或等于800μm2、小于或等于700μm2、小于或等于600μm2、小于或等于500μm2、小于或等于450μm2、小于或等于400μm2、小于或等于350μm2、小于或等于300μm2、小于或等于250μm2、小于或等于200μm2、小于或等于150μm2、或者小于或等于100μm2。在一个实施例中，子目标802至808的每个周期性结构不小于约3μmx3μm，或者不小于约4μmx4μm。在一个实施例中，子目标802至808的每个周期性结构不小于约9μm2或者不小于约16μm2。
在一个实施例中，每个子目标的至少一部分在衬底上的测量点的区域内(例如，在测量点的宽度内)。在一个实施例中，多个子目标的每个周期性结构的至少一部分在衬底上的测量点的区域内(例如，在测量点的宽度内)。在一个实施例中，多个子目标的每个周期性结构在衬底上的测量点的区域内(例如，在测量点的宽度内)。在一个实施例中，测量点具有约35μm以下、约30μm以下、约25μm以下、约20μm以下、约15μm以下、或者约10μm以下的宽度(例如，直径)。所以，在一个实施例中，多个子目标可以在一个测量序列中被测量，并且在一个实施例中，可以同时检测多个子目标的衍射数据。
类似于图4的目标，在一个实施例中，多个子目标至少部分地覆盖另一周期性结构(仅为了清楚，在图9中未示出其他周期性结构)。在一个实施例中，每个子目标802至806至少部分地覆盖相应的周期性结构。在一个实施例中，第一扩展操作范围计量目标800覆盖第二扩展操作范围计量目标800。在这种情况下，第一扩展操作范围计量目标800的多个子目标802至806中的每一个都将覆盖第二扩展操作范围计量目标800的相应子目标802至806。在一个实施例中，第一扩展操作范围计量目标800可以在一层中，而第二扩展操作范围计量目标800可以在另一层中。在一个实施例中，第一扩展操作范围计量目标800可以在一层中，并且第二扩展操作范围计量目标800可以具有不同层中的多个子目标中的每一个。
此外，除了在单个布局中创建多个子目标，多个子目标中的每一个都被设计用于：(a)不同的工艺条件，和/或(b)用于多层覆盖的不同层对。换句话说，在一个实施例中，多个子目标的第一子目标802具有与多个子目标的第二子目标804不同的设计。在一个实施例中，每个子目标802至808都可以具有不同的设计。在一个实施例中，多个子目标中的两个或更多个子目标802、808可以具有与多个子目标中的两个或更多个其他子目标804、806不同的设计。
参照图10，示出了具有被设计用于不同工艺条件的多个子目标的(图9的设计的)扩展操作范围计量目标900、902的示例的使用。为了方便参照，在图10中以行示出子目标802、804、806、808。如将从图9的目标中所理解的，图10中的子目标806、808实际上分别位于图10中的子目标802、804的“前面”或“后面”，即进出纸张的方向。此外，在该实施例中，第一扩展操作范围计量目标900处于一层中，而第二扩展操作范围计量目标902处于另一层中。即，在图10中，第一扩展操作范围计量目标900的每个子目标802、804、806、808处于顶层，而第二扩展操作范围计量目标902的每个子目标802、804、806、808处于第一扩展操作范围计量目标900下方的单层中，使得第一扩展操作范围计量目标900的每个子目标802、804、806、808至少部分地覆盖第二扩展操作范围计量目标902的相应子目标802、804、806、808。
在图10的示例中，每个子目标802、804、806、808被设计用于不同的工艺堆叠。在该示例中，子目标802被设计用于具有100nm的第一层904和100nm的第二层906的工艺堆叠，子目标804被设计用于具有100nm的第一层904和110nm的第二层906的不同工艺堆叠，子目标806被设计用于具有110nm的第一层904和110nm的第二层906的不同工艺堆叠，以及子目标808被设计用于具有120nm的第一层904和110nm的第二层906的工艺堆叠。应理解，不同工艺堆叠的条件可以不同于该示例中所使用的条件。例如，工艺条件可以是其他层厚度。其他工艺条件可以包括折射率、层材料、蚀刻率、烘烤温度、曝光聚焦、曝光剂量等。此外，虽然在该实施例中扩展操作范围计量目标900与其覆盖的相关联扩展操作范围计量目标902进行不同设计(例如，在图10中，扩展操作范围计量目标902中的周期性结构被分段，而扩展操作范围计量目标900中的周期性结构没有被分段)，但扩展操作范围计量目标900和扩展操作范围计量目标902可以相同。此外，虽然能够在图10中成功地测量4个不同的工艺堆叠，但可以具有能够被成功测量的不同数量的工艺堆叠。
根据设计的不同，在一个实施例中，这种差异是子目标802、804、806、808中的至少一个与子目标802、804、806、808中的另一个之间的周期性结构的间距的差异。在一个实施例中，从100nm到1000nm的范围内选择间距。在一个实施例中，设计的差异在于子目标802、804、806、808中的至少一个与子目标802、804、806、808中的另一个之间的周期性结构的特征(例如，线)或空间宽度的差异。在一个实施例中，设计的差异在于子目标802、804、806、808中的至少一个与子目标802、804、806、808中的另一个之间的周期性结构的特征的分段的差异(例如，虚线而非实线)。在一个实施例中，设计的差异在于子目标802、804、806、808中的至少一个与子目标802、804、806、808中的另一个之间的周期性结构的偏置的差异(例如，量和/或方向)。在一个实施例中，在1nm至60nm的范围内选择偏置。箭头示出了偏置的方向的实施例。当然，不要求偏置。在一个实施例中，设计的差异在于覆盖的扩展操作范围计量目标之间的特征或空间宽度的差异(例如，“顶部和底部cd”的差异)，例如，第一扩展操作范围计量目标的子目标802、804、806、808中的至少一个的特征或空间宽度不同于覆盖的第二扩展操作范围计量目标的子目标802、804、806、808中相关联的至少一个的特征或空间宽度。在一个实施例中，设计的差异在于子目标802、804、806、808的布局以及它们相关联的周期性结构的差异。例如参见稍后描述的图12a至图12e。在一个实施例中，设计的差异在于子目标802、804、806、808中的至少一个与子目标802、804、806、808中的另一个之间的测量束的最佳波长的差异。在针对每个子目标802、804、806、808使用相同波长测量方法的情况下，子目标802、804、806、808可以被优化，以接受每个子目标上的最小性能损失。或者，在一个实施例中，多个波长可用于多个子目标，或者波长可以从施加于子目标的宽带辐射中分离。应理解，可以使用设计参数的组合。
所以，在一个实施例中，可以在第一示例中为具有子目标802的特性的工艺堆叠(即，具有100nm的第一层904和100nm的第二层906的工艺堆叠)提供扩展操作范围计量目标900、902。因此，当进行那些扩展操作范围计量目标900、902的测量时，来自子目标802的测量结果对于该工艺堆叠来说是良好的，而来自子目标804、806、808的测量结果将不太好。但是，便利地，可以在第二示例中为具有子目标802的特性的工艺堆叠(即，具有100nm的第一层904和110nm的第二层906的工艺堆叠)提供相同的扩展操作范围计量目标900、902。因此，当在这种不同的工艺堆叠中进行那些扩展操作范围计量目标900、902的测量时，在这种情况下来自子目标804的测量结果将对于该工艺堆叠来说是良好的，而来自子目标802、806、808的测量结果将不太好。
为了确定测量结果是否较好，可以使用一种或多种不同的技术。例如，在上面提到的第一示例中，仅仅可以不是任何或者显著较弱的来自子目标804、806和808的测量结果，因为它们是有效不可测量的。在另一示例中，可以针对每个子目标测量残留(例如，覆盖残留)，并且用于一个子目标的较低或最低残留可以表示来自子目标的测量结果是良好的。在另一示例中，可以通过另一处理来测量相同参数(例如，覆盖)。作为一个示例，可以执行电测试，以确定用于参数的值和具有与电测试测量的值最接近的值的子目标可以表示来自子目标的测量结果是良好的。
参照图11，示出了具有用于多层覆盖的(图9的设计的)多个子目标的扩展操作范围计量目标1000、1002的示例的使用。为了便于参考，在图11中以行示出子目标802、804、806、808。如将从图9的设计中理解的，图11中的子目标806、808实际上将分别位于图11中的子目标802、804的“前面”或“后面”，即进出纸张的方向。此外，在该实施例中，第一扩展操作范围计量目标900处于一层中，而第二扩展操作范围计量目标902处于另一层中。即，在图11中，第一扩展操作范围计量目标900的每个子目标802、804、806、808处于顶层，而第二扩展操作范围计量目标902的每个子目标802、804、806、808处于第一扩展操作范围计量目标900下方的单层中，使得第一扩展操作范围计量目标900的每个子目标802、804、806、808至少部分地覆盖第二扩展操作范围计量目标902的相应子目标802、804、806、808。
在图11的示例中，每个子目标802、804、806、808被设计用于不同的层。在该示例中，子目标802被设计用于测量顶层和层1010的第一层对的覆盖，子目标804被设计用于测量顶层和层1008的第二层对的覆盖，子目标806被设计用于测量顶层和层1006的第三层对的覆盖，以及子目标808被设计用于测量顶层和层1004的第四层对的覆盖。虽然在该实施例中每个子目标测量不同的层对，但在一个实施例中，两个或更多个子目标可测量第一层对，并且一个或多个其他子目标可测量第二层对。此外，虽然4个不同的层对能够在图11中被测量，但可以具有能够被测量的不同数量的层对。
在该实施例中，第一扩展操作范围计量目标900的每个子目标802、804、806、808具有相同的设计，并且第一扩展操作范围计量目标900的子目标802、804、806、808在设计方面与第二扩展操作范围计量目标902的子目标802、804、806、808相同。然而，如上所述，第二扩展操作范围计量目标902的两个或更多个子目标802、804、806、808在不同层中(由此为不同设计)，同时仍然位于第一扩展操作范围计量目标900下方。在一个实施例中，第一扩展操作范围计量目标900的一个或多个子目标802、804、806、808可以具有与第一扩展操作范围计量目标900的另外一个或多个子目标802、804、806、808不同的设计。在一个实施例中，第一扩展操作范围计量目标900的一个或多个子目标802、804、806、808可以具有与第二扩展操作范围计量目标902的一个或多个子目标802、804、806、808不同的设计。
在一个实施例中，由于扩展操作范围计量目标中的每个子目标802、804、806、808的位置，用于每个特定不同层对的覆盖可以容易地进行。此外，由于扩展操作范围计量目标针对每个不同的层对具有子目标802、804、806、808，所以可以在一个测量序列中进行多个不同层对的测量，例如，可以一次捕获每一个不同层对的衍射信息。代替地或附加地，使用每个不同层对的测量覆盖值或者除了独立地使用每个不同层对的测量覆盖值，是使用子目标802、804、806、808的测量的中间或其他统计值可用于工艺控制。这在由于小型化而关注一个或多个子目标802、804、806、808的具体可靠性的情况下是有用的。统计值可帮助消除异常。
图12a至图12e示出了扩展操作范围计量目标的又一些实施例。在一个实施例中，扩展操作范围计量目标的这些实施例被设计用于多层覆盖测量。然而，附加或备选地，这些扩展操作范围计量目标可以在进行适当修改的情况下使用，例如工艺堆叠变化(即，扩展操作范围计量目标的不同子目标被设计用于不同的工艺堆叠条件)。当然，用于扩展操作范围计量目标的设计可能性不限于图9以及图12a至图12e所示。扩展操作范围计量目标的不同设计变化是可能的，例如适应不同或者更多的工艺堆叠变化、不同数量的层、不同的布局约束等。此外，图12a至图12e中的每个扩展操作范围计量目标示出了两个子目标。应理解，扩展操作范围计量目标可具有多于两个的子目标。
在一个实施例中，扩展操作范围计量目标被设计为最大化暴露给辐射的特征的数量。在一个实施例中，扩展操作范围计量目标被设计为最大化相同类型的周期性结构(例如，相同尺寸、面积等)。在一个实施例中，扩展操作范围计量目标被设计为最大化对称性。在一个实施例中，扩展操作范围计量目标被设计为相对于另一子目标的周期性结构的尺寸来最大化一个子目标的周期性结构的尺寸，同时针对这些子目标中的每一个保持基本相同或相似的衍射效率。
参照图12a，示出了具有第一子目标1202和第二子目标1204的扩展操作范围计量目标1200的实施例。与图9的扩展操作范围计量目标相比，子目标相互“交错(interleaved)”，在这种情况下，第二子目标1204的周期性结构在扩展操作范围计量目标1200的中心处相会，并且第一子目标1202的周期性结构布置在外围。在该实施例中，第一子目标1202的每个周期性结构的长度l1和宽度w1基本与第二子目标1204的每个周期性结构的长度l2(参见图12b)和宽度w2相同。在一个实施例中，长度l1、l2为8μm，而宽度w1、w2为4μm。在一个实施例中，特征长度在3500-4000nm的范围内，例如3875nm。在一个实施例中，第一和第二子目标的周期性结构的相邻侧之间的间距在140-400nm的范围内，例如250nm。在一个实施例中，第一和第二子目标的周期性结构的所有相邻侧之间的间距不是均匀的。在一个实施例中，可以在第一和第二子目标1202、1204之前存在偏置差。箭头示出了偏置的方向的实施例。当然，不要求偏置。在一个实施例中，偏置小于或等于60nm。在一个实施例中，扩展操作范围计量目标1200能够测量30nm以下的覆盖。
参照图12b，示出了具有第一子目标1222和第二子目标1224的扩展操作范围计量目标1220的实施例。每个子目标都是扩展操作范围计量目标1220的不同连续部分。在这种情况下，第一子目标1222在“顶”部中，并且第二子目标1224在“底”部中。在该实施例中，第一子目标1222的每个周期性结构的长度l1和宽度w1与第二子目标1224的每个周期性结构的长度l2和宽度w2基本相同。在一个实施例中，长度l1、l2为8μm，并且宽度w1、w2为4μm。在一个实施例中，特征长度在3500-4000nm的范围内，例如3875nm。在一个实施例中，第一和第二子目标的周期性结构的相邻侧之间的间距在150-400nm的范围内，例如250nm。在一个实施例中，第一和第二子目标的周期性结构的所有相邻侧之间的间距不是均匀的。在一个实施例中，可以在第一和第二子目标1222、1224之前存在偏置差。箭头示出了偏置的方向的实施例。当然，不要求偏置。在一个实施例中，偏置小于或等于60nm。在一个实施例中，扩展操作范围计量目标1220能够测量30nm以下的覆盖。
参照图12c，示出了具有第一子目标1242和第二子目标1244的扩展操作范围计量目标1240的实施例。图12c的设计与图12a的设计的相似之处在于，子目标相互“交错”，在这种情况下，第二子目标1244的周期性结构在扩展操作范围计量目标1240的中心处相会，并且第一子目标1242的周期性结构布置在外围。在该实施例中，第一子目标1242的每个周期性结构的长度l1不同于第二子目标1244的每个周期性结构的长度l2，并且第一子目标1242的每个周期性结构的宽度w1与第二子目标1244的每个周期性结构的宽度w2基本相同。在一个实施例中，长度l1为6μm，并且宽度w1为4.9μm。在一个实施例中，长度l2为10.4μm，并且宽度w2为4.9μm。在一个实施例中，特征长度在3500-4000nm的范围内，例如3875nm。在一个实施例中，第一和第二子目标的周期性结构的相邻侧之间的间距在150-400nm的范围内，例如250nm。在一个实施例中，第一和第二子目标的周期性结构的所有相邻侧之间的间距不是均匀的。在一个实施例中，可以在第一和第二子目标1242、1244之前存在偏置差。箭头示出了偏置的方向的实施例。当然，不要求偏置。在一个实施例中，偏置小于或等于60nm。在一个实施例中，扩展操作范围计量目标1240能够测量30nm以下的覆盖。该实施例可有利地用于多层覆盖，其中第二子目标1244用于比第一子目标1242低的层，这是因为层材料、厚度等的特性显著衰减或以其他方式干扰来自下层的衍射辐射。用于设计扩展操作范围计量目标的软件(下面更加详细地进行描述)可以基于层材料、厚度等的特性选择第一和第二子目标1242、1244的周期性结构的设计参数(例如，特征和空间宽度、间距、布局等)，使得每个第一和第二子目标1242、1244的衍射效率基本相同或相似。这可以帮助防止测量传感器的修剪免受来自第一子目标1242或第二子目标1244的过量衍射辐射。
参照图12d，示出了具有第一子目标1262和第二子目标1264的扩展操作范围计量目标1260的实施例。图12d的设计类似于图12c的设计，除了该设计更加对称。在这种情况下，第二子目标1264是截面形式，并且第一子目标1262布置在外围。在该实施例中，第一子目标1262的每个周期性结构的长度l1不同于第二子目标1264的每个周期性结构的长度l2，并且第一子目标1262的每个周期性结构的宽度w1与第二子目标1264的每个周期性结构的宽度w2基本相同。在一个实施例中，长度l1为5.4μm，并且宽度w1为5.4μm。在一个实施例中，长度l2为7.5μm，并且宽度w2为5.4μm。在一个实施例中，特征长度在3500-4000nm的范围内，例如3875nm。在一个实施例中，第一和第二子目标的周期性结构的相邻侧之间的间距在150-400nm的范围内，例如250nm。在一个实施例中，第一和第二子目标的周期性结构的所有相邻侧之间的间距不是均匀的。在一个实施例中，可以在第一和第二子目标1262、1264之前存在偏置差。箭头示出了偏置的方向的实施例。当然，不要求偏置。在一个实施例中，偏置小于或等于60nm。在一个实施例中，扩展操作范围计量目标1260能够测量30nm以下的覆盖。该实施例可有利地用于多层覆盖，其中第二子目标1264用于比第一子目标1262低的层，这是因为层材料、厚度等的特性显著衰减或以其他方式干扰来自下层的衍射辐射。用于设计扩展操作范围计量目标的软件(下面更加详细地进行描述)可以基于层材料、厚度等的特性选择第一和第二子目标1262、1264的周期性结构的设计参数(例如，特征和空间宽度、间距、布局等)，使得每个第一和第二子目标1262、1264的衍射效率基本相同或相似。这可以帮助防止测量传感器的修剪免受来自第一子目标1262或第二子目标1264的过量衍射辐射。该设计比图12c的设计稍微更加平衡。
参照图12e，示出了具有第一子目标1282和第二子目标1284的扩展操作范围计量目标1280的实施例。图12e的设计与图12c和图12d的设计的相似之处在于，第一和第二子目标1282、1284的周期性结构不同。在图12e的设计中，第一子目标1282的周期性结构在内部集中，并且第二子目标1284的周期性结构布置在外围。在该实施例中，第一子目标1282的每个周期性结构的长度l1和宽度w1不同于第二子目标1284的每个周期性结构的长度l2和宽度w2。在一个实施例中，长度l1为6.25μm，并且宽度w1为6.25μm。在一个实施例中，长度l2为12.5μm，并且宽度w2为7.5μm。在一个实施例中，特征长度在3500-4000nm的范围内，例如3875nm。在一个实施例中，第一和第二子目标的周期性结构的相邻侧之间的间距在150-400nm的范围内，例如250nm。在一个实施例中，第一和第二子目标的周期性结构的所有相邻侧之间的间距不是均匀的。在一个实施例中，可以在第一和第二子目标1282、1284之前存在偏置差。箭头示出了偏置的方向的实施例。当然，不要求偏置。在一个实施例中，偏置小于或等于60nm。在一个实施例中，扩展操作范围计量目标1280能够测量30nm以下的覆盖。该实施例可有利地用于多层覆盖，其中，第二子目标1284用于比第一子目标1282低的层，这是因为层材料、厚度等的特性显著衰减或以其他方式干扰来自下层的衍射辐射。用于设计扩展操作范围计量目标的软件(下面更加详细地进行描述)可以基于层材料、厚度等的特性选择第一和第二子目标1282、1284的周期性结构的设计参数(例如，特征和空间宽度、间距、布局等)，使得每个第一和第二子目标1282、1284的衍射效率基本相同或相似。这可以帮助防止测量传感器的修剪免受来自第一子目标1282或第二子目标1284的过量衍射辐射。该设计比图12c的设计稍微更加平衡。此外，在该实施例中，第一子目标1282可以小于测量点(即，第一子目标1282被过填充)，而第二子目标1284将大于测量点(即，第二子目标1284未充满)。虽然未充满，但可以捕获足够的第二子目标1284来进行测量。
参照图16(a)至图16(c)，示出了具有用于多层覆盖的多个子目标的扩展操作范围计量目标1500、1502的示例的使用。在该实施例中，扩展操作范围计量目标1500、1502包括子目标1504和1506。子目标1504包括周期性结构1508，而子目标1506包括周期性结构1510。
在该示例中，图16(a)示出了指定为层1的下层中的子目标1504的周期性结构1510的位置。图16(b)示出了指定为层2的更高层中的子目标1506的周期性结构1512的位置，层2位于层1上方。图16(c)示出了指定为层3的更高层中的子目标1504和1506的周期性结构的位置，层3位于层1和层2上方。这些层不是必须相互紧邻。例如，可以在层1和层2之间或者层2和层3之间设置一个或多个其他层，其他层中不具有与图16(a)至图16(c)的任何周期性结构重叠的周期性结构。在一个实施例中，扩展操作范围计量目标1500、1502可以具有一个或多个又一些子目标。在一个实施例中，一个或多个又一些子目标可以定位在相应的一个或多个又一些层中(由此允许又一些层对被检测)。
此外，实际上，图16(c)中的周期性结构将至少部分地覆盖图16(a)中的周期性结构，并且图16(c)中的周期性结构将至少部分地覆盖图16(b)中的周期性结构。具体地，图16(c)中的周期性结构1510将至少部分地覆盖图16(a)中的周期性结构1510。此外，图16(c)中的周期性结构1512将至少部分地覆盖图16(b)中的周期性结构。在一个实施例中，层中的周期性结构的顺序可以改变。例如，图16(c)可以位于层2处，而图16(b)可以位于层3处(这种情况下，图16(a)将处于层1处)或者可以位于层1处(这种情况下，图16(a)可以处于层3处)。在这种情况下，可以测量不同的层对组合，即，层1和2之间和/或层2和3之间的覆盖。或者，例如，图16(c)可以定位在层1处，而图16(b)仍然可以定位在层2处(由此，图16(a)可以定位在层3处)，或者图16(b)可以定位在层3处(这种情况下，图16(a)将位于层2处)。
在该实施例中，子目标1504的周期性结构1510的特征沿第一方向延伸，第一方向可以表示为y方向。因此，周期性结构1510能够确定第二方向上的覆盖，第二方向可以表示为x方向，其基本垂直于第一方向。此外，子目标1506的周期性结构1512的特征沿相同的第一方向延伸。因此，周期性结构1512类似地能够确定x方向上的覆盖。
在一个实施例中，子目标1504的周期性结构1510的特征沿第二方向延伸。在这种情况下，周期性结构1510能够确定y方向上的覆盖。此外，子目标1506的周期性结构1512的特征将沿相同的第二方向延伸。因此，周期性结构1512将类似地能够确定y方向上的覆盖。
因此，在图16的实施例中，扩展操作范围计量目标1500、1502允许确定层1(图16(a))和层3(图16(c))之间沿x方向(或y方向)的覆盖，同时还允许确定层2(图16(b))和层3(图16(c))之间沿x方向的覆盖。因此，在单个测量序列中，可以完成不同层对之间沿相同方向的覆盖。
为了利于检查周期性结构的对准以帮助确保适当的一个或多个周期性结构至少部分地覆盖相关联的一个或多个周期性结构，可以在多层的每一层处设置任选的标记1508。例如，可以使用标记1508来执行粗对准，以例如帮助确保周期性结构通常覆盖其他周期性结构(例如，如果一个标记1508与另一个显著未对准，则可以不使用目标来进行测量)。附加地或备选地，标记1508可用于利于目标中间的测量束点的对准。
参照图17(a)至图17(c)，示出了具有用于多层覆盖的多个子目标的扩展操作范围计量目标1600、1602的示例的使用。在该实施例中，扩展操作范围计量目标1600、1602包括子目标1604、1606、1608、1610。子目标1604包括周期性结构1612，子目标1606包括周期性结构1614，子目标1608包括周期性结构1616，以及子目标1610包括周期性结构1618。
在该示例中，图17(a)示出了指定为层1的下层中的子目标1606的周期性结构1614和子目标1608的周期性结构1616的位置。图17(b)示出了指定为层2的更高层中的子目标1604的周期性结构1612和子目标1610的周期性结构1618的位置，层2位于层1上方。图17(c)示出了指定为层3的更高层中的子目标1604、1606、1608、1610的周期性结构的位置，层3位于层1和层2上方。这些层不是必须相互紧邻。例如，可以在层1和层2之间或者层2和层3之间设置一个或多个其他层，其他层中不具有与图17(a)至图17(c)的任何周期性结构重叠的周期性结构。
此外，实际上，图17(c)中的周期性结构将至少部分地覆盖图17(a)中的周期性结构，并且图17(c)中的周期性结构将至少部分地覆盖图17(b)中的周期性结构。具体地，图17(c)中的周期性结构1614和1616将至少部分地覆盖图17(a)中的周期性结构1614和1616。此外，图17(c)中的周期性结构1612和1618将至少部分地覆盖图17(b)中的相应周期性结构1612和1618。在一个实施例中，层中的周期性结构的顺序可以改变。例如，图17(c)可以位于层2处，而图17(b)可以位于层3处(这种情况下，图17(a)将处于层1处)或者可以位于层1处(这种情况下，图17(a)可以处于层3处)。在这种情况下，可以测量不同的层对组合，即，层1和2之间和/或层2和3之间的覆盖。或者，例如，图17(c)可以定位在层1处，而图17(b)仍然可以定位在层2处(由此，图17(a)可以定位在层3处)，或者图17(b)可以定位在层3处(这种情况下，图17(a)将位于层2处)。
在该实施例中，子目标1604的周期性结构1612的特征沿第一方向延伸，第一方向可以表示为y方向。因此，周期性结构1612能够确定第二方向上的覆盖，第二方向可以表示为x方向，其基本垂直于第一方向。此外，子目标1606的周期性结构1614、子目标1608的周期性特征1616和子目标1610的周期性结构1618的特征沿相同的第一方向延伸。因此，周期性结构1614、1616和1618类似地能够确定x方向上的覆盖。
在一个实施例中，子目标1604的周期性结构1612的特征沿第二方向延伸。在这种情况下，周期性结构1612能够确定y方向上的覆盖。此外，周期性结构1614、1616和1618的特征将沿相同的第二方向延伸。因此，周期性结构1614、1616和1618将能够类似地能够确定y方向上的覆盖。
因此，在图17的实施例中，扩展操作范围计量目标1600、1602允许确定层1(图17(a))和层3(图17(c))之间沿x方向(或y方向)的覆盖，同时还允许确定层2(图17(b))和层3(图17(c))之间沿x方向的覆盖。此外，在这种情况下，由于至少两个子目标的一个或多个周期性结构在每一层中，所以将针对每个层对测量x方向(或y方向)上的覆盖至少两次。例如，在一个实施例中，通过至少子目标1604和1610中的每一个来测量层1和3之间沿x方向(或y方向)上的覆盖。类似地，例如，在一个实施例中，通过至少子目标1606和1608的每一个来测量层2和3之间沿x方向(或y方向)的覆盖。因此，在单个测量序列中，可以针对每个层对多次完成不同层对之间沿相同方向的覆盖。覆盖结果可以统计性地组合(例如，平均化)或者通过加权来组合(例如，使用一个子目标为层对测量的覆盖值比使用另一子目标测量的层对测量的覆盖值更重地加权)。
参照图18(a)至图18(c)，示出了具有用于多层覆盖的多个子目标的扩展操作范围计量目标1700、1702的示例的使用。在该实施例中，扩展操作范围计量目标1700、1702包括子目标1704和1706。子目标1704包括周期性结构1708，而子目标1706包括周期性结构1710。
在该示例中，图18(a)示出了指定为层1的下层中的子目标1704的周期性结构1708的位置。图18(b)示出了指定为层2的更高层中的子目标1706的周期性结构1710的位置，层2位于层1上方。图18(c)示出了指定为层3的更高层中的子目标1704和1706的周期性结构的位置，层3位于层1和层2上方。这些层不是必须相互紧邻。例如，可以在层1和层2之间或者层2和层3之间设置一个或多个其他层，其他层中不具有与图17(a)至图17(c)的任何周期性结构重叠的周期性结构。
此外，实际上，图18(c)中的周期性结构将至少部分地覆盖图18(a)中的周期性结构，并且图18(c)中的周期性结构将至少部分地覆盖图18(b)中的周期性结构。具体地，图18(c)中的周期性结构1708将至少部分地覆盖图18(a)中的周期性结构1708。此外，图18(c)中的周期性结构1710将至少部分地覆盖图18(b)中的周期性结构1710。在一个实施例中，层中的周期性结构的顺序可以改变。例如，图18(c)可以位于层2处，而图18(b)可以位于层3处(这种情况下，图18(a)将处于层1处)或者可以位于层1处(这种情况下，图18(a)可以处于层3处)。在这种情况下，可以测量不同的层对组合，即，层1和2之间和/或层2和3之间的覆盖。或者，例如，图18(c)可以定位在层1处，而图18(b)仍然可以定位在层2处(由此，图18(a)可以定位在层3处)，或者图18(b)可以定位在层3处(这种情况下，图18(a)将位于层2处)。
在该实施例中，子目标1704的周期性结构1708的特征沿第一方向延伸，第一方向可以表示为y方向。因此，周期性结构1708能够确定第二方向上的覆盖，第二方向可以表示为x方向，其基本垂直于第一方向。此外，子目标1706的周期性结构1710的特征沿第二方向延伸。因此，周期性结构1710能够确定y方向上的覆盖。
在一个实施例中，子目标1704的周期性结构1708的特征沿第二方向延伸。在这种情况下，周期性结构1708能够确定y方向上的覆盖。此外，在这种情况下，子目标1706的周期性特征1710的特征将沿相同的第二方向延伸。因此，周期性结构1710将能够类似地确定y方向上的覆盖。
因此，在图18的实施例中，扩展操作范围计量目标1700、1702允许确定层1(图18(a))和层3(图18(c))之间沿x方向的覆盖，同时还允许确定层2(图18(b))和层3(图18(c))之间沿y方向的覆盖。或者，例如，通过偏移图18(b)到层1且偏移图18(a)到层2，这种情况下的扩展操作范围计量目标1700、1702将允许确定层1和层3之间沿y方向的覆盖，同时还允许确定层2和层3之间沿x方向的覆盖。因此，在单个测量序列中，可以完成不同层对之间沿不同方向的覆盖。
参照图19(a)至图19(c)，示出了具有用于多层覆盖的多个子目标的扩展操作范围计量目标1800、1802的示例的使用。在该实施例中，扩展操作范围计量目标1800、1802包括子目标1804、1806、1810和1812。子目标1804包括周期性结构1812，子目标1806包括周期性结构1814，子目标1808包括周期性结构1816，并且子目标1810包括周期性结构1818。
在该示例中，图19(a)示出了指定为层1的下层中的子目标1808的周期性结构1816和子目标1810的周期性结构1818的位置。图19(b)示出了指定为层2的更高层中的子目标1806的周期性结构1812和子目标1806的周期性结构1814的位置，层2位于层1上方。图19(c)示出了指定为层3的更高层中的子目标1804、1806、1808和1810的周期性结构的位置，层3位于层1和层2上方。这些层不是必须相互紧邻。例如，可以在层1和层2之间或者层2和层3之间设置一个或多个其他层，其他层中不具有与图19(a)至图19(c)的任何周期性结构重叠的周期性结构。
此外，实际上，图19(c)中的周期性结构将至少部分地覆盖图19(a)中的周期性结构，并且图19(c)中的周期性结构将至少部分地覆盖图19(b)中的周期性结构。具体地，图19(c)中的周期性结构1816和1818将至少部分地覆盖图19(a)中相关联的周期性结构1816和1818。此外，图19(c)中的周期性结构1812和1814将至少部分地覆盖图19(b)中的相关联的周期性结构1812和1814。在一个实施例中，层中的周期性结构的顺序可以改变。例如，图19(c)可以位于层2处，而图19(b)可以位于层3处(这种情况下，图19(a)将处于层1处)或者可以位于层1处(这种情况下，图19(a)可以处于层3处)。在这种情况下，可以测量不同的层对组合，即，层1和2之间和/或层2和3之间的覆盖。或者，例如，图19(c)可以定位在层1处，而图19(b)仍然可以定位在层2处(由此，图19(a)可以定位在层3处)，或者图19(b)可以定位在层3处(这种情况下，图19(a)将位于层2处)。
在该实施例中，子目标1804的周期性结构1812和子目标1806的周期性结构1814的特征沿第一方向延伸，第一方向可以表示为y方向。因此，周期性结构1812和1814能够分别确定第二方向上的覆盖，第二方向可以表示为x方向，其基本垂直于第一方向。此外，子目标1808的周期性结构1816和子目标1810的周期性结构1818的特征沿第二方向延伸。因此，周期性结构1816和1818能够分别确定y方向上的覆盖。
在一个实施例中，子目标1804的周期性结构1812和子目标1806的周期性结构1814的特征沿第二方向延伸。在这种情况下，周期性结构1812和1814能够确定y方向上的覆盖。此外，在这种情况下，子目标1808的周期性特征1816和子目标1810的周期性结构1818的特征将沿相同的第一方向延伸。因此，周期性结构1816和1818将能够类似地确定x方向上的覆盖。
因此，在图19的实施例中，扩展操作范围计量目标1800、1802允许确定层2(图19(b))和层3(图19(c))之间沿x方向的覆盖，同时还允许确定层1(图19(a))和层3(图18(c))之间沿y方向的覆盖。或者，例如，通过偏移图19(b)到层1且偏移图19(a)到层2，这种情况下的扩展操作范围计量目标1800、1802将允许确定层1和层3之间沿x方向的覆盖，同时还允许确定层2和层3之间沿y方向的覆盖。此外，在这种情况下，由于至少两个子目标的一个或多个周期性结构在每一层中，所以可以针对每个层对测量x方向和y方向上的覆盖两次。例如，在一个实施例中，通过至少子目标1804和1806中的每一个测量层2和3之间沿x方向的覆盖。类似地，例如，在一个实施例中，通过至少子目标1808和1810的每一个测量层1和3之间沿y方向的覆盖。因此，在单个测量序列中，可以针对每个层对多次完成不同层对之间沿不同方向的覆盖。覆盖结果可以统计性地组合(例如，平均化)，或者通过加权来组合(例如，针对使用一个子目标的层对测量的覆盖值可以比针对使用另一子目标的层对测量的覆盖值更重地加权)。
参照图20(a)至图20(e)，示出了具有用于多层覆盖的多个子目标的扩展操作范围计量目标1800、1802的示例的使用。在该实施例中，扩展操作范围计量目标1800、1802包括子目标1804、1806、1810、1812。子目标1804包括周期性结构1812，子目标1806包括周期性结构1814，子目标1808包括周期性结构1816，以及子目标1810包括周期性结构1818。
在该示例中，图20(a)示出了指定为层1的下层中的子目标1806的周期性结构1814的位置。图20(b)示出了指定为层2的更高层中的子目标1810的周期性结构1818的位置，层2位于层1上方。图20(c)示出了指定为层3的更高层中的子目标1808的周期性结构1816的位置，层3位于层1和层2上方。图20(d)示出了指定为层4的更高层中的子目标1804的周期性结构1812的位置，层4位于层1-3上方。图20(e)示出了指定为层5的更高层中的子目标1804、1806、1808和1810的周期性结构的位置，层5位于层1-4上方。这些层不是必须相互紧邻。例如，可以在层1和层2之间、层2和层3之间、层3和层4之间和/或层4和层5之间设置一个或多个其他层，其他层中不具有与图20(a)至图20(e)的任何周期性结构重叠的周期性结构。
此外，实际上，图20(e)中的周期性结构将至少部分地覆盖图20(a)中的周期性结构，图20(e)中的周期性结构将至少部分地覆盖图20(b)中的周期性结构，图20(e)中的周期性结构将至少部分地覆盖图20(c)中的周期性结构，以及图20(e)中的周期性结构将至少部分地覆盖图20(d)中的周期性结构。具体地，图20(e)中的周期性结构1814将至少部分地覆盖图20(a)中的周期性结构1814。此外，图20(e)中的周期性结构1818将至少部分地覆盖图20(b)中的周期性结构1818，图20(e)中的周期性结构1816将至少部分地覆盖图20(c)中的周期性结构1816，并且图20(e)中的周期性结构1812将至少部分地覆盖图20(d)中的周期性结构1812。在一个实施例中，层中的周期性结构的顺序可以改变。例如，图20(e)可以位于层3处，而图20(c)可以位于层5或另一层处，假设应该位于该层中的结构移动到另一层。在这种情况下，可以测量不同的层对组合，即层1和3之间、层2和3之间、层3和4之间和/或层3和5之间的覆盖。或者，例如，图20(e)可以位于层2处，而图20(b)可以位于层5或另一层处，假设应该位于该层中的结构移动到另一层。
在该实施例中，子目标1804的周期性结构1812和子目标1806的周期性结构1814的特征沿第一方向延伸，第一方向可以表示为y方向。因此，周期性结构1812和1814能够分别确定第二方向上的覆盖，第二方向可以表示为x方向，其基本垂直于第一方向。此外，子目标1808的周期性结构1816和子目标1810的周期性结构1818的特征沿第二方向延伸。因此，周期性结构1816和1818能够分别确定y方向上的覆盖。
在一个实施例中，子目标1804的周期性结构1812和子目标1806的周期性结构1814的特征沿第二方向延伸。在这种情况下，周期性结构1812和1814能够确定y方向上的覆盖。此外，在这种情况下，子目标1808的周期性结构1816和子目标1810的周期性结构1818的特征将沿第一方向延伸。因此，在这种情况下，周期性结构1816和1818能够确定x方向上的覆盖。
因此，在图20的实施例中，扩展操作范围计量目标1800、1802允许确定层1(图20(a))和层5(图20(e))之间以及层4(图20(d))与层5(图20(e))之间沿x方向的覆盖，同时还允许确定层2(图20(b))和层5(图20(e))之间以及层3(图20(c))和层5(图20(e))之间沿y方向的覆盖。或者，例如，通过将图20(b)偏移到层1以及将图20(a)偏移到层2，扩展操作范围计量目标1800、1802在这种情况下将允许确定层2和层5之间沿x方向的覆盖，同时还允许确定层1和层5之间沿y方向的覆盖。或者，例如，通过将图20(c)偏移到层4以及将图20(d)偏移到层3，扩展操作范围计量目标1800、1802在这种情况下将允许确定层3和层5之间沿x方向的覆盖，同时还允许确定层4和层5之间沿y方向的覆盖。因此，在单个测量序列中，可以完成不同层对之间沿不同方向的覆盖。
此外，在图18至图20的实施例中，子目标被描述和示为包括在一个具体方向上具有特征的周期性结构。不是必须为这种情况。相反，在图18至图20中，子目标可以包括在第一方向上具有特征的一个或多个周期性结构，并且包括在第二不同方向上具有特征的一个或多个周期性结构。例如，在图18中，子目标1704可以包括周期性结构1708和周期性结构1710。类似地，子目标1706可以包括周期性结构1708和周期性结构1710。可以在图19和图20中应用类似的组合。
由此，扩展操作范围计量目标可以打开与计量目标合作的新方式，例如在工艺开发阶段和多层覆盖测量中。在高级节点(例如，困难的并且变化的用于多图案化(例如，双图案化)的工艺和/或多层)，设备设计者和制造者动态地改变工艺堆叠和/或使用多层，并且期望计量将工作。由此，扩展操作范围计量目标可以为计量测量带来更多的工艺鲁棒性，并且增加相对未知工艺堆叠上的计量的第一次成功的机会。例如，如果扩展操作范围计量目标的每个子目标的至少一部分在测量点的区域内，则可以实现来自测量速度的优势。如果这样，扩展操作范围计量目标例如可以增加工艺堆叠上计量的第一次成功的机会，而工艺条件可以未知。此外，扩展操作范围计量目标能够快速地测量多层和/或处理工艺堆叠中的显著变化，并且降低目标“不动产”、图案化设备制造和/或产量的成本。并且，使用现有的计量装置并且可以不要求传感器硬件变化，扩展操作范围计量目标可用于开发和/或制造站处。
如上所述，在一个实施例中，提供了设计扩展操作范围计量目标的系统和方法。在一个实施例中，扩展操作范围计量目标应该适合于不同的期望工艺堆叠和/或需要的多层覆盖测量。此外，扩展操作范围计量目标应该覆盖典型的工艺变化(它们不同于来自不同工艺堆叠的显著差异)。因此，在一个实施例中，采用设计方法来帮助确保扩展操作范围计量目标的鲁棒性。即，扩展操作范围计量目标(包括其子目标及其相关联的周期性结构)可以通过使用工艺堆叠信息的计算和/或仿真来设计以帮助确保扩展操作范围计量目标的鲁棒性。具体地，例如，对于用于不同工艺堆叠的扩展操作范围计量目标来说，可以针对与子目标相关联的特定不同工艺堆叠相关联的期望典型工艺变化来确定每个子目标的鲁棒性。
如所提到的，从可印刷性和可检测性的立场来看，所提出的计量目标设计可经受测试和/或仿真以确认它们的稳定性和/或可行性。在商业环境中，良好的覆盖标记可检测性可认为是低总测量不确定性和短移动-获取-移动(move-acquire-move)时间的组合，因为缓慢的收购对于产品线的总产量来说是不利的。现代基于微衍射的覆盖目标(μdbo)在一侧可以为10-20μm的等级，这与诸如用于监控器衬底的40x160μm2目标相比，提供了固有较低的检测信号。
因此，一旦选择了满足上述标准的计量目标，就存在可检测性将相对于典型的工艺变化(诸如膜厚变化、各种蚀刻偏置和/或由蚀刻和/或抛光工艺引起的几何不对称)而改变的可能性。因此，针对各种工艺变化在感兴趣的测量参数(例如，覆盖、对准等)中选择具有低检测性变化和低变化的目标是有用的。类似地，用于产生将被成像的微电子设备的特定机器的指纹(印刷特性，例如包括透镜像差)通常将影响计量目标的成像和产生。因此，确保计量目标对指纹效应有抵抗力是有用的，一些图案将更多或更少地被特定的光刻指纹所影响。
因此，在一个实施例中，提供了一种方法来设计扩展操作范围计量目标。在一个实施例中，期望仿真各种扩展操作范围计量目标设计，以便确认一个或多个所提出的扩展操作范围计量目标设计的适合性和/或可行性。
在用于仿真涉及光刻和计量目标的制造工艺的系统中，可以通过各种功能模块来描述主要的制造系统部分和/或工艺，例如如图13所示。参照图13，功能模块可以包括：设计布局模块1300，用于限定计量目标(和/或微电子设备)设计图案；图案化设备布局模块1302，用于限定如何基于目标设计来以多边形安排图案化设备图案；图案化设备模型模块1304，用于对在仿真工艺期间使用的像素化和连续色调图案化设备的物理特性进行建模；光学模型模块1306，用于限定光刻系统的光学部件的性能；光刻胶模型模块1308，用于限定在给定工艺中使用的光刻胶的性能；工艺模型模块1310，用于限定光刻胶后显影工艺(例如，蚀刻)的性能；以及计量模块1312，用于限定计量目标使用的计量系统的性能，由此限定当被计量系统使用时计量目标的性能。在结果模块1314中提供一个或多个仿真模块的结果(例如，预测轮廓和cd)。
在光学模型模块1306中捕获照射和投射光学器件的特性，包括但不限于na-sigma(σ)设置以及任何特定的照射源形状，其中σ(或信号)是照射器的外径向延伸。涂覆在衬底上的光刻胶层的光学特性(即，折射率、膜厚、传播和极化效应)还可以被捕获作为光学模型模块1306的一部分，而光刻胶模型模块1308描述在光刻胶曝光、曝光后烘烤(peb)和显影期间发生的化学工艺的效应，以便预测例如形成在衬底上的光刻胶特征的轮廓。图案化设备模型模块1304捕获目标设计特征如何布置在图案化设备的图案中，并且可以包括图案化设备的详细物理特性的表示，如例如在美国专利第7,587,704号中所描述的。仿真的目的在于精确地预测例如边缘放置和cd，然后可与目标设计进行比较。目标设计通常被限定为预opc图案化设备布局，并且将以标准化数字文件格式(诸如gdsii或oasis)来提供。
一般地，光学和光刻胶模型之间的连接是光刻胶层内的仿真投影图像强度，其源于辐射投射在衬底上、光刻胶界面处的折射以及光刻胶膜堆叠中的多次反射。辐射强度分布(投射图像强度)通过光子的吸收被转换为潜在的“光刻胶图像”，这进一步通过扩散工艺和各种加载效应来修改。对于全芯片应用足够快的有效仿真方法通过二维投射(和光刻胶)图像接近光刻堆叠中的现实三维强度分布。
因此，模型构想描述了总体工艺的大多数已知物理和化学特性(如果不是所有)，并且每个模型参数都期望地对应于不同的物理或化学效应。由此，模型构想设置关于如何使模型很好地用于仿真总体制造工艺的上限。然而，有时，模型参数会由于测量和读取误差而是不准确的，并且在系统中会存在其他缺陷。通过模型参数的精确校准，可以进行极其精确的仿真。
在制造工艺中，各种工艺参数的变化对适当目标的设计具有显著影响，这会忠实地反映设备设计。这种工艺参数包括但不限于侧壁角度(通过蚀刻或显影工艺来确定)、(设备层或光刻胶层的)折射率、(设备层或光刻胶层的)厚度、入射辐射的频率、蚀刻深度、底板倾斜、用于辐射源的消光系数、(用于光刻胶层或设备层的)涂覆不对称、化学机械抛光工艺期间侵蚀的变化等。
可以通过各种参数来表征计量目标设计，诸如目标系数(tc)、堆叠敏感性(ss)、覆盖影响(ov)等。堆叠敏感性可以理解为由于目标(例如，栅格)层之间的衍射而使得信号强度随着覆盖改变而改变多少的测量。目标系数可理解为作为测量系统的光子收集的变化结果的用于特定测量时间的信噪比的测量。在一个实施例中，目标系数还可以认为是堆叠敏感性与光子噪声的比率：即，信号(即，堆叠敏感性)可以除以光子噪声的测量，以确定目标系数。覆盖影响根据目标设计来测量覆盖误差的改变。
本文描述了一种计算机实施方法，其限定例如用于计量系统仿真或目标制造工艺仿真的计量目标设计(例如，包括使用光刻工艺曝光计量目标，显影计量目标，蚀刻目标等)。在一个实施例中，可以指定用于目标的一个或多个设计参数(例如，几何尺寸)，并且可以针对一个或多个设计参数来指定又一些离散值或值的范围。此外，例如基于期望目标的光刻工艺，无论在相同层中或者在层之间，用户和/或系统可以对一个或多个设计参数(例如，间距和空间宽度之间的关系、对间距或空间宽度的限制、特征(例如，线)宽度(cd)与间距(例如，特征宽度小于间距)之间的关系等)施加一个或多个约束。在一个实施例中，一个或多个约束可以针对已经指定离散值或范围的一个或多个设计参数或者一个或多个其他设计参数。
图14示意性示出了根据一个实施例的限定扩展操作范围计量目标设计的计算机实施方法。该方法包括：在框b1中，为计量目标的多个设计参数(例如，几何尺寸)中的每一个提供范围或者多个值。
在一个实施例中，计量目标设计系统的用户可以为计量目标指定一个或多个设计参数(例如，几何尺寸)。例如，用户可以指定需要的扩展操作范围计量目标。用户可以进一步指定扩展操作范围计量目标的子目标的数量。此外，在一个实施例中，用户可以为扩展操作范围计量目标的一个或多个设计参数、其一个或多个子目标以及子目标的一个或多个周期性结构中的每一个指定(例如，选择)离散值或值的范围。例如，用户可以为扩展操作范围计量目标选择扩展操作范围计量目标的特征(例如，线)宽度、空间宽度、尺寸选择值的范围或集合、间距等。在一个实施例中，在计量目标包括多个周期性结构(栅格)或者分段式周期性结构(栅格)的情况下，用户可以为其他参数(例如，共享间距)选择或提供值的范围或集合。
在一个实施例中，设计参数可以包括选自以下尺寸中的任何一个或多个几何尺寸：目标的周期性结构的间距、目标的周期性结构特征(例如，线)宽度、目标的周期性结构空间、周期性结构的特征的一个或多个分段参数(根据分段类型，x和/或y方向上的分段间距/特征宽度/空间宽度)。此外，可以为单层或多层(例如，两层或者两层加上中间屏蔽层)指定参数。对于多层，可以共享间距。对于特定计量目标(例如，聚焦或对准目标)，可以使用其他参数。其他设计参数可以是物理限制，诸如选自以下中的一个或多个：用于目标的计量系统的辐射的波长、计量系统中使用的辐射的极化、计量系统的数值孔径、目标类型和/或工艺参数。在一个实施例中，可以提供非均匀和非对准图案，例如调制化覆盖目标和聚焦目标。因此，设计参数可以改变，并且在特定方向上不需要是均匀的。
在框b2中，提供了用于计量目标的一个或多个设计参数的一个或多个约束。任选地，用户可以限定一个或多个约束。约束可以是线性代数表达式。在一个实施例中，约束可以是非线性的。一些约束可以与其他约束相关。例如，特征宽度、间距和空间宽度是相关的，使得如果已知任三个中的两个，则可以完全确定第三个。
在一个实施例中，用户可以指定扩展操作范围计量目标的面积、尺寸或二者的约束。用户可以为子目标的数量指定约束。
在一个实施例中，约束可以是计量参数约束。例如，在一些计量系统中，系统的物理可以放置约束。例如，系统中使用的辐射的波长可以约束目标设计的间距，例如下限。在一个实施例中，根据波长、目标的类型和/或计量系统的孔，对间距存在(上/下)限。可用作约束的物理限制包括选自以下中的一个或多个：在计量系统中使用的辐射的波长、计量系统中使用的辐射的极化、计量系统的数字孔径和/或目标类型。在一个实施例中，约束可以是工艺参数约束(例如，取决于蚀刻类型、显影类型、光刻胶类型等的约束)。
根据被使用的特定工艺，在一个实施例中，一个或多个约束可以与一层的设计参数(例如，几何尺寸)与另一层的设计参数(例如，几何尺寸)之间的约束相关。
在框b3中，通过处理器，该方法通过在用于设计参数的范围或多个值内进行采样来求解和/或选择具有满足一个或多个约束的一个或多个设计参数的多个计量目标设计。例如，在涉及求解的实施例中，一个或多个潜在的计量目标设计可以被求解。即，可以通过例如使用用于求解特定值的一个或多个等式约束来为允许的值进行求解，从而可以求得一个或多个潜在的计量设计。例如，在涉及采样的实施例中，可以通过各种设计参数和约束来限定正(凸)多胞形。可以根据一个或多个规则来采样正多胞形的体积，以提供满足所有约束的采样计量目标设计。可以为采样计量目标设计应用一个或多个采样规则。
然而，应注意，不是如此发现的所有计量目标设计均是工艺变化的相等表示。如此，在一个实施例中，使用本文所述方法发现的计量目标设计可以进一步在框b4中被仿真，以确定例如一个或多个计量目标设计的可行性和/或适合性。然后，可以在框b5中评价仿真的计量目标设计，以通过例如基于关键性能指数或鲁棒性标准对它们进行排序来识别哪一个或多个计量目标设计是最好的或者是工艺变化的更好表示。在框b6中，可以选择特定的计量目标设计并且例如用于测量。
图15示出了扩展操作范围计量目标被用于监控性能并且作为用于控制计量、设计和/或生产工艺的基础的工艺的流程图。在步骤d1中，如本文所述，衬底被处理，以产生产品特征和一个或多个扩展操作范围计量目标。在步骤d2中，例如使用图6的方法来测量和计算光刻工艺参数(例如，覆盖)值。在步骤d3中，(与可用的其他信息一起)使用测量的光刻工艺参数(例如，覆盖)值，以更新计量配方(recipe)。更新的计量配方被用于光刻工艺参数的重新测量和/或用于随后处理的衬底上的光刻工艺参数的测量。以这种方式，计算的光刻工艺参数被精确地改善。如果期望的话，更新工艺可以自动化。在步骤d4中，光刻工艺参数值被用于更新在用于进一步衬底的重做和/或处理的设备制造工艺中控制光刻图案化步骤和/或其他工工艺步骤的配方。如果期望的话，这种更新也可以是自动化的。
虽然本文描述的扩展操作范围计量目标的实施例主要根据覆盖测量进行了描述，但本文描述的扩展操作范围计量目标的实施例可用于测量一个或多个附加的或替换的光刻工艺参数。例如，扩展操作范围计量目标可用于测量曝光剂量变化、测量曝光聚焦/散焦等。因此，在一个实施例中，相同的扩展操作范围计量目标可用于测量多个不同的参数。例如，扩展操作范围计量目标可布置为测量覆盖以及测量一个或多个其他参数，诸如临界尺寸、聚焦、剂量等。作为示例，一个或多个子目标可被设计为测量覆盖(例如，在不同层中具有它们相关联的周期性结构)，并且一个或多个其他子目标可被设计为测量临界尺寸和/或聚焦和/或剂量等。在一个实施例中，特定的子目标可被设计为测量两个或更多个参数(例如，覆盖)以及一个或多个其他参数(诸如，临界尺寸、聚焦、剂量等)。
参照图22，示出了扩展操作范围计量目标1900、1902的一个实施例，其包括用于测量两个不同的光刻工艺参数的子目标。图22示出了被设计用于至少多层覆盖测量的扩展操作范围计量目标1900、1902的实施例。在该实施例中，扩展操作范围计量目标1900、1902包括子目标1904、1906和1908。子目标1904包括周期性结构1910，子目标1906包括周期性结构1912，并且子目标1908包括周期性结构1914(虽然图22中的子目标1908的每个周期性结构被示为单个元件，但应理解，元件表示周期性结构(例如，栅格))。子目标1904、1906和1908如上所讨论地进行不同设计(例如，根据周期性结构间距、特征和/或空间宽度等不同)。在一个实施例中，设计扩展操作范围计量目标1900、1902及其相关联的工艺，使得每个子目标1904、1906和1908的至少一部分被同时照射，以能够使用一个或多个检测器/传感器来捕获这种辐射。
在该示例中，图22(c)示出了指定为层1的下层中的子目标1906的周期性结构1912的位置。图22(b)示出了指定为层2的更高层中的子目标1904的周期性结构1910的位置，层2位于层1上方。图22(a)示出了指定为层3的更高层中的子目标1904、1906和1908的周期性结构的位置，层3位于层1和层2上方。这些层不是必须相互紧邻。例如，可以在层1和层2之间或者层2和层3之间设置一个或多个其他层，其他层中不具有与图22(a)至图22(c)的任何周期性结构重叠的周期性结构。
此外，实际上，图22(a)中的周期性结构将至少部分地覆盖图22(b)中的周期性结构，并且图22(a)中的周期性结构将至少部分地覆盖图22(c)中的周期性结构。具体地，图22(a)中的周期性结构1910将至少部分地覆盖图22(b)中的周期性结构1910。此外，图22(a)中的周期性结构1912将至少部分地覆盖图22(c)中的周期性结构1912。在一个实施例中，层中的周期性结构的顺序可以改变。例如，图22(a)可以位于层2处，而图22(b)可以位于层3处(这种情况下，图22(c)将处于层1处)或者可以位于层1处(这种情况下，图22(c)可以处于层3处)。在这种情况下，可以测量不同的层对组合，即，层1和2之间和/或层2和3之间的覆盖。或者，例如，图22(a)可以定位在层1处，而图22(b)仍然可以定位在层2处(由此，图22(c)可以定位在层3处)，或者图22(b)可以定位在层3处(这种情况下，图22(c)将位于层2处)。
在该实施例中，子目标1904和1906可用于测量不同层对处的覆盖。例如，在图22的实施例中，子目标1904可用于测量层3和2之间的覆盖，并且子目标1906可用于测量层3和1之间的覆盖。
此外，在该实施例中，提供另一子目标1908，其可用于测量与子目标1904、1906不同的光刻工艺。在一个实施例中，子目标1908可被设计为测量在子目标1908的创建期间产生的曝光剂量变化。在一个实施例中，子目标1908可以被设计为在子目标1908的创建期间测量曝光聚焦/散焦。在一个实施例中，子目标1908可以被设计为在子目标1908的创建期间测量光学像差。在一个实施例中，子目标1908可以被设计为测量临界尺寸。在一个实施例中，子目标1908可以被设计为测量对准。即，子目标1908具有利于其特定光刻参数的测量的特定设计。例如，子目标1908可以具有周期性结构(具有特定的特征/空间宽度、和/或间距、和/或特征的子片段等)，与其他光刻工艺参数相比，其设计具有对特定的光刻工艺参数更大的敏感性。在一个实施例中，计量目标1900、1902可以省略子目标1904或子目标1906，或者除图22所示的覆盖，子目标1904或子目标1906可被设计用于不同的光刻工艺参数。
在一个实施例中，由子目标1904、1906和1908重新定向的入射辐射可以同时被检测器/传感器捕获，由此可以根据辐射获取可以确定至少两个不同的光刻工艺参数。此外，在一个实施例中，可以与另一光刻工艺参数(诸如聚焦和/或剂量)一起确定覆盖的两个不同值。或者，在一个实施例中，可以与另一光刻工艺参数(诸如聚焦和/或剂量)一起从两个不同设计的子目标中确定光刻工艺参数的两个值。在一个实施例中，只有来自子目标1904或1906的测量辐射可用于得到光刻工艺参数。
此外，如图22(a)所示，子目标1908每次仅可处于1层。即，不同于例如子目标1904在层3和2中具有周期性结构或者子目标1906在层3和1中具有周期性结构，在该实施例中，子目标1908的周期性结构仅处于层3中(如下所讨论的，子目标1908的周期性结构可以附加地或备选地处于一个或多个其他层中)。然而，如果与使用子目标1904和1906测量的参数不同的光刻参数要求或者得益于另一层中的周期性结构(例如，不同层中的覆盖周期性结构)，则不是必须是这种情况。为了方便，本文的讨论将着重导论一次只在1层中的子目标1908。
在一个实施例中，可以在光刻胶中测量子目标1908(通常为显影后)，例如用于确定曝光聚焦和/或剂量。所以，在一个实施例中，在利用子目标1904和/或子目标1906测量子目标1908的情况下，子目标1904和/或子目标1906也将在光刻胶中测量。但是，在一个实施例中，子目标1904和/或子目标1906不是必须在光刻胶中测量。因此，在这种实施例中，如果具有子目标1908的光刻胶没有被进一步处理，则子目标1908在测量子目标1904和/或子目标1906时不出现在目标1900中。
在一个实施例中，如分别由子目标1908’和1908”所示，子目标108可以附加地或备选地提供给层1和/或2。可以在光刻胶中测量子目标1908’和1908”(通常为显影后)。在这种情况下，在层1中印刷目标之后但在层2中印刷目标之前，进行子目标1908’的测量。类似地，在层2中印刷目标之后但在层3中印刷目标之前，进行子目标1908”的测量。此外，在测量子目标1908’时，可以测量子目标1906的周期性结构1912。虽然子目标1906可以不用于在该时刻测量覆盖(但是稍后在子目标1906的周期性结构1912被转印到层3中时进行)，但其可用于测量另一参数(例如，剂量或聚焦)。类似地，在测量子目标1908”时，可以测量子目标1904的周期性结构1910。虽然子目标1904不可用于在该时刻测量覆盖(但是稍后在子目标1904的周期性结构1910被转印到层3中时进行)，但其可用于测量另一参数(例如，剂量或聚焦)。类似地，如上所讨论的，如果具有子目标1908’和/或子目标1908”的光刻胶没有被进一步处理，则子目标1908’和/或子目标1908”在测量层3处的子目标1904和/或子目标1906时不出现在目标1900中。或者，如果子目标1908’和/或子目标1908”在后续层中出现在目标1900、1902中并且子目标1908’和/或子目标1908”中的较低一个会干扰测量更高的子目标，则可以插入阻挡层或者一个或多个子目标1908、1908’和1908”可以相对于一个或多个其他子目标1908、1908’和1908”适当相对水平地偏移，例如如图22(a)至图22(c)所示，使得两个或更多个子目标1908、1908’和1908”不垂直地覆盖。
在一个实施例中，可以一次测量两个或更多个子目标1908、1908’和1908”。例如，如图22(a)至图22(c)所示，例如如图22(a)至图22(c)所示，一个或多个子目标1908、1908’和1908”可以相对于一个或多个其他子目标1908、1908’和1908”适当相对水平地偏移，使得两个或更多个子目标1908、1908’和1908”不垂直地覆盖。因此，例如，如果提供了所有子目标1908、1908’和1908”，则可以在层3中一次测量所有的子目标1908、1908’和1908”。在一个实施例中，可以提供子目标1908、1908’和1908”的不同组合。
参照图23，示出了扩展操作范围计量目标1900、1902的又一实施例，其包括用于测量两个不同的光刻工艺参数的子目标。图23示出了被设计用于至少多层覆盖测量的扩展操作范围计量目标1900、1902的实施例。在该实施例中，扩展操作范围计量目标1900、1902包括子目标1904、1906、1908、1916和1936。子目标1904包括周期性结构1910，子目标1906包括周期性结构1912，子目标1908包括周期性结构1920、1922、1924和1926，子目标1916包括周期性结构1928、1930、1932和1934，并且子目标1936包括周期性结构1938、1940、1942和1944。在一个实施例中，子目标1904和1906与上面讨论的不同地进行设计(例如，周期性结构间距、特征和/或空间宽度等不同)。在一个实施例中，设计扩展操作范围计量目标1900、1902及其相关联的工艺，使得每个子目标1904、1906以及从子目标1908、1916和1936中选择的一个或多个子目标的至少一部分被同时照射，以能够使用一个或多个检测器/传感器来捕获这种辐射。
在该示例中，图23(c)示出了指定为层1的下层中的子目标1906的周期性结构1912的位置以及子目标1936的周期性结构1938、1940、1942和1944的位置。图23(b)示出了指定为层2的更高层中的子目标1904的周期性结构1910以及子目标1916的周期性结构1928、1930、1932和1934的位置，层2位于层1上方。图23(a)示出了指定为层3的更高层中的子目标1904的周期性结构1910和子目标1906的周期性结构1910的位置，层3位于层1和层2上方，以及子目标1908的周期性结构1920、1922、1924和1926的位置。这些层不是必须相互紧邻。例如，可以在层1和层2之间或者层2和层3之间设置一个或多个其他层，其他层中不具有与图23(a)至图23(c)的任何周期性结构重叠的周期性结构。
此外，实际上，图23(a)中的周期性结构将至少部分地覆盖图23(b)中的周期性结构，并且图23(a)中的周期性结构将至少部分地覆盖图23(c)中的周期性结构。具体地，图23(a)中的周期性结构1910将至少部分地覆盖图23(b)中的周期性结构1910。此外，图23(a)中的周期性结构1912将至少部分地覆盖图23(c)中的相应周期性结构1912。在一个实施例中，层中的周期性结构的顺序可以改变。例如，图23(a)可以位于层2处，而图23(b)可以位于层3处(这种情况下，图23(c)将处于层1处)或者可以位于层1处(这种情况下，图23(c)可以处于层3处)。在这种情况下，可以测量不同的层对组合，即，层1和2之间和/或层2和3之间的覆盖。或者，例如，图23(a)可以定位在层1处，而图23(b)仍然可以定位在层2处(由此，图23(c)可以定位在层3处)，或者图23(b)可以定位在层3处(这种情况下，图23(c)将位于层2处)。
在该实施例中，子目标1904和1906可用于测量不同层对处的覆盖。例如，在图23的实施例中，子目标1904可用于测量层3和2之间的覆盖，并且子目标1906可用于测量层3和1之间的覆盖。
此外，在该实施例中，提供三个其他子目标1908、1916和1936，它们可用于测量与子目标1904、1906不同的光刻工艺参数。在一个实施例中，如下所讨论的，子目标1908、1916和1936可用于校正从子目标1904、1906得到的光刻工艺参数。例如，虽然测量两层之间的覆盖，但又一子目标可被测量以确定使用计量目标测量的覆盖相对于产品特征本身的覆盖的偏移。在一个实施例中，计量目标1900、1902可以省略子目标1904或子目标1906，或者除图22所示的覆盖，子目标1904和/或子目标1906可被设计用于不同的光刻工艺参数。
在现代光刻工艺中，由光刻装置转印的功能产品特征可以具有非常小的尺寸，小于可以由传统计量装置所处理的尺寸。从而，子目标1904、1906中的特征形成在较大尺度上。作为一个示例，计量目标的间距可以在500nm或600nm至1000nm或甚至2000nm的范围内。换句话说，各个周期性结构特征(例如，栅格线)的宽度可以为250nm至1000nm。以光刻装置的分辨率形成的产品特征可以具有小于100nm的尺寸，例如小于50nm或者甚至小于20nm。通过参考光刻装置中的图案化系统的分辨功率，这些更微小的特征被称为“分辨率处(at-resolution)”特征。
虽然计量装置可以精确地测量粗周期性结构之间的覆盖误差，但这种粗周期性结构不表示实际的产品特征。计量目标通过相同的光刻装置和形成功能产品特征的工艺步骤应用于衬底，但是分辨率处特征变得在它们的定位中经受与粗周期性结构特征稍微不同的误差，例如由于用于施加图案的光学投射系统中的像差(aberration)。所以，这样的效应是测量覆盖，虽然精确地表示粗周期性结构的位置的覆盖误差，但不能精确地表示相同衬底上其他地方的细小、分辨率处特征中的覆盖。由于其是限定功能末端产品的性能的分辨率处特征，但结果是覆盖测量的精度不与想要的相关。
因此，在一个实施例中，子目标1908、1916和1936包括具有粗结构的周期性结构，但是还具有分辨率处子结构和粗结构之间的编程(已知)偏移的较小尺度(分辨率处)子结构。子目标1909、1916和1936分别在单层中，并且相互不覆盖。如下所讨论的，子目标1904和1906的周期性结构可以仅在测量装置的分辨功率内包括粗结构，或者可以包括分辨率处特征，但是在分辨率处特征和粗结构之间不具有不同的编程偏移。
如子目标1904、1906，可以在子目标1908、1916和1936中测量衍射辐射的不对称，以测量衬底上粗周期性结构特征和分辨率处特征之间的位置差。通过这种测量，使用子目标1904、1906得到的覆盖测量可以被校正，以更好地表示衬底上的产品特征中的分辨率处覆盖。
参照图24，更加详细地示出了子目标1908、1916和1936的实施例(尽管没有示出它们相对于子目标1904、1906的定向)。图24(a)示出了子目标1908及其周期性结构1920、1922、1924和1926的实施例。如下面进一步讨论的，图24(a)中的剖面线指示包括分辨率处特征。图24(b)示出了子目标1916及其周期性结构1928、1930、1932和1934的实施例。如下面进一步讨论的，图24(b)中的剖面线指示包括分辨率处特征。图24(c)示出了子目标1936及其周期性结构1938、1940、1942和1934的实施例。如下面进一步讨论的，图24(c)中的剖面线指示包括分辨率处特征。
如图24(a)所示，周期性结构1922和1924具有沿基本垂直于周期性结构1920和1926的方向延伸的特征。这是因为子目标1904、1906类似地具有周期性结构，其具有在基本垂直的方向上延伸的特征。在该实施例中，目标1900、1902允许两个正交方向上的覆盖的确定。但是如上所述，目标1900、1902可以具有仅在单个方向上延伸的周期性结构，在这种情况下，可以根据需要省略周期性结构1922、1924的集合或者周期性结构1920、1926的集合。可以对图24(b)和图24(c)进行类似的修改。
现在参照图25，示出了周期性结构的一部分，其具有尺寸类似于衬底上的功能产品特征但是太小而不能分别被测量装置分辨的“分辨率处”特征。图25(a)以截面示出了子目标(诸如图23(a)和图24(a)中的子目标1908的周期性结构1922)的周期性结构的小部分。具体地，粗略示出了一个重复单元，其包括利用已知周期性重复的特征空间图案，以形成整个周期性结构。周期性结构形成在具有不同折射率的材料2000、2002中，其以重复单元包括“特征”区域2003和“空间”区域2004的周期性图案来布置。特征空间图案可具体地通过蚀刻使用图1的光刻装置或类似装置施加于衬底的图案来形成。这种图案中的指定“特征”和“空间”是任意的。例如，应注意，形成每个“空间”区域2004，使得材料2000不是均匀地缺乏(absent)，而是以包括较小特征2006和空间2008的细间距周期性图案来存在。任选地，每个“特征”区域2003都可以形成为使得材料2000不是均匀地存在，而是以类似的细间距周期性图案存在。该细间距周期性可以在正交方向(即，进入纸张)上具有周期性，因此在图25所示的截面中不可见。这些更细小特征和空间在本文被称为“分辨率处”特征，处于或接近将使用它们的光刻装置中的投射系统的分辨率的限值。它们还可以称为“子分辨率”特征，只要涉及到计量装置即可。
理想地，通过特征2006形成的细小周期性结构将集中于与粗周期性结构2003、2004相同的点2010上。在周期性结构中的所有特征上平均化的该点2010可以限定整个目标的中心参考位置。然而在形成目标的工艺中，类似于这些的子分段特征和/或空间可例如对光学像差敏感。这些像差引起分辨率处特征和粗周期性结构间距之间的偏移。
图25(b)示出了这种子分段周期性结构的示例性形式，其类似于图25(a)的理想形式，但是显示出粗周期性结构间距和分辨率处特征之间的偏移或失配。该周期性结构由于较大周期性结构间距与分辨率处结构之间的偏移而变得不对称。空间2020在区域2004的一端处，子分段空间部分变得稍窄于另一端处的空间2022。因此，分辨率处周期性结构在位置xar处具有中心点，其不精确地与粗周期性结构的中心点x0一致。失配或偏移δds表示x0和xar之间的差值，并且可以例如以纳米为单位来测量。
类似于可具有编程到它们中的偏移-d和+d的子目标1904、1906的周期性结构，子目标1908、1916和1936的周期性结构可以在相对于粗周期性结构定位分辨率处特征中具有编程偏移。这些偏移例如可以针对每个周期性结构1920和1926为-ds，以及针对每个周期性结构1922和1924为+ds。类似地，对于每个周期性结构1928和1934，偏移例如可以为-ds，并且对于每个周期性结构1930和1932可以为+ds，并且对于每个周期性结构1938和1944来说，偏移例如可以为-ds，并且对于每个周期性结构1940和1942来说为+ds。分辨率处特征和粗周期性结构之间的偏移可以与可测量主覆盖相同的方式通过不对称信号来测量。通过将覆盖测量与在每个层中分别进行的子目标1908、1916和1936的测量进行组合，可以计算校正的覆盖测量。
图26示出了一个子目标内的两个周期性结构(例如，子目标1908的周期性结构1922和1924)中的编程偏移的应用的实施例。在图26的顶部示出了第一周期性结构1922的示意性截面，而在图中的底部示出了第二周期性结构1924的截面。在截面中，与图25一样，仅示出了总图案的重复单元中的一个，以空间区域为中心。仅示出了三个分辨率处特征，并且为了简化放大了偏移。分辨率处特征的实际周期性结构在区域中具有五至二十个分辨率处特征以及较大图案的每个空间区域中的空间。在每个片段中，存在在目标形成期间由像差等引起的未知失配δds以及编程(已知)偏移-ds或+ds。未知失配对于两个周期性结构来说是相同的(或假设相等)。再次，为了简化选择这些偏移的值为相等或相反，但是编程偏移的数量和值是选择问题。实际上，可以选择偏移为相等量值的正值和负值。然而，该方法可以与不相等量级一起协作，并且具有均在相同方向上的偏移。类似地，偏移不是必须大于或小于未知失配。图26所示的示例在相反方向上具有偏移，但是量级小于(未知)失配δd。因此，两个片段的总偏移处于相同方向上。
因此，使用子目标1908、1916和1936，可以针对目标1900、1902附近的粗特征和分辨率处特征之间的失配校正覆盖测量。例如，编程偏移-ds/+ds以及未知失配δds在测量时将产生特定的不对称信号。以与可从测量的不对称信号和已知偏移中计算得到层-层覆盖δd相同的方式，因此可以从子目标1908、1916和1936的测量中计算得到粗周期性结构和分辨率处特征之间的每层(在图23的示例中为层1、2和3)中的失配δds。因此，测量工艺可以包括对子目标1908和子目标1916的测量。它们与对子目标1904的覆盖测量组合，以得到对层3和2之间的覆盖更具代表性的校正覆盖测量δd(ar)。类似地，测量工艺可以包括对子目标1908和子目标1936的测量。它们与对子目标1906的覆盖测量进行组合，以得到对层3和1之间的覆盖更具代表性的校正覆盖测量δd(ar)。各种算法可用于计算校正测量。例如，一种算法可以在组合之前针对每个组成目标明确计算δd和δds值。备选地，一种算法可以首先组合不对称信号，然后计算校正覆盖。一种算法可以应用更加复杂的分析(如果期望的话)，例如带入使用不同技术测量的工艺和/或校准数据的知识。
针对覆盖的每个方向重复相同的工艺，并且还横跨衬底为期望的许多目标执行。可以改变子目标1904、1906、1908、1916和1936的布置，例如使子目标1904、1906、1908、1916和1936成组。当然，也可以改变子目标及其周期性结构的数量，并且不需要在子目标1908、1916和1936中具有与子目标1904、1906相同数量的组成周期性结构。原则上，如果不要求其他层中移位的校正，则可以仅在一层中设置子目标1908、1916或1936。
此外，虽然该示例中的分辨率特征包括密集特征，但分辨率处特征可以采用其他形式，尤其在别处的产品特征(它们是用户真正感兴趣的)具有其他形式的情况下。因此，分辨率处特征可以为单个特征(例如，线)而非周期性结构。它们可以是块的阵列来代替线或单个块。
此外，在一个实施例中，可以向图23的目标1900、1902添加一个或多个又一些周期性结构，以测量又一些光刻工艺参数(例如，剂量和/或聚焦)。附加地或备选地，子目标1908、1916或1936中的一个可以是更改意图的(例如，类似于上面参照图22所描述的，用于测量不同时间处的两个不同的光刻参数)或者备选为是专用的，以测量又一些光刻工艺参数(例如，剂量和/或聚焦)。
图27示出了扩展操作范围计量目标1900、1902的又一实施例，其包括用于测量一个或多个光刻工艺参数的多个子目标。图27示出了被设计用于至少多层覆盖测量的扩展操作范围计量目标1900、1902的实施例。在该实施例中，扩展操作范围计量目标1900、1902包括子目标1904和1906。子目标1904包括周期性结构1910，并且子目标1906包括周期性结构1912。子目标1904和1906如上所讨论被不同地设计(例如，在周期性结构间距、特征和/或空间宽度等方面不同)。在一个实施例中，扩展操作范围计量目标1900、1902及其相关联的工艺被设计为使得每个子目标1904和1906的至少一部分被同时照射，以能够使用一个或多个检测器/传感器捕获这种辐射。
在该示例中，图27(b)示出了指定为层1的下层中的子目标1906的周期性结构1912的位置以及子目标1904的周期性结构1910的位置。图27(a)示出了指定为层2的更高层中的子目标1904的周期性结构1910的位置(层2位于层1上方)以及子目标1906的周期性结构1912的位置。这些层不是必须相互紧邻。例如，可以在层1和层2之间设置一个或多个其他层，其他层中不具有与图27(a)至图27(b)的任何周期性结构重叠的周期性结构。
此外，实际上，图27(a)中的周期性结构将至少部分地覆盖图27(b)中的周期性结构。具体地，图27(a)中的周期性结构1910将至少部分地覆盖图27(b)中的周期性结构1910。此外，图27(a)中的周期性结构1912将至少部分地覆盖图27(b)中的周期性结构1912。
因此，在图27的实施例中，扩展操作范围计量目标1900、1902允许使用两个不同设计的子目标来确定层1和2之间的覆盖，并且在这种情况下还允许确定每个子目标在两个正交方向上(例如，x方向和y方向)的覆盖。因此，在单个测量序列中，可以使用不同设计的子目标针对层对多次完成层对之间的每个方向上的覆盖。用于每个方向的覆盖结果可以统计地组合(例如，针对每个方向平均化)或者通过加权组合(例如，使用一个子目标针对层对的特定方向测量的覆盖值比使用另一子目标针对相同特定方向测量的层对的覆盖值更重地加权；此外，加权可以在方向之间不同，例如，与另一方向上的那些子目标之间的加权相比，一个子目标可以相对于一个方向上的另一子目标不同地加权)。测量的这种组合可以减小子目标对例如测量配方中的变形或差异(例如，波长、极化等)的敏感性。
尽管根据利用一个或多个其他光刻工艺参数测量覆盖描述了图22至图27的实施例，但其可以是光刻工艺参数的不同组合，诸如剂量和聚焦。此外，虽然根据两个光刻工艺参数描述了图22至图27的实施例，但通过为一个或多个附加的光刻工艺参数增加一个或多个又一些子目标，扩展操作范围计量目标可以被扩展，以测量多于两个的光刻工艺参数。
此外，尽管根据为多层覆盖设计的扩展操作范围计量目标描述了图22至图27的实施例，但这些附图的原理可以扩展到例如为工艺开发设计的扩展操作范围计量目标，其中，子目标可用于特定的工艺堆叠条件，而另一子目标可用于另一工艺堆叠条件，由此能够解决工艺堆叠中的显著变化。在这种情况下，参照图22，可以在图22(c)中的层1处的目标中包括子目标1904且可以在图22(b)中的层2处的目标中包括子目标1906，并且可以在相应层(而非例如仅在层3处)处进行测量。类似地，参照图23，可以在图23(c)中的层1处的目标中包括子目标1904且在图23(b)中的层2处的目标中包括子目标1906，并且可以在相应层(而非例如仅在层3处)处进行测量。
在一个实施例中，本文描述的一个或多个实施例可应用于测量其他情况以及层-层覆盖的情况下的分辨率处特征之间的失配。具体应用为所谓的双重图案化工艺(通常为多重图案化)，其中连续的光刻图案化步骤用于在单个产品层内产生非常小的结构的图案，甚至小于图案化设备的分辨率。该类别中的技术包括间距加倍，例如通过后端制程(beol)层中的光刻-蚀刻-光刻-蚀刻(lele)和自对准双重镶嵌(damascene)。相同层中的这些相应图案化工艺可以称为分裂(split)。因此，本文描述的一个或多个实施例可以允许蚀刻后检查以及实际设备图案分辨率处的两个相应分裂之间的实际覆盖偏移的检测。例如，扩展操作范围计量目标可通过双重图案化来形成。在多重图案化工艺示例中，子结构形成在产品的一层中，但是不形成在一个图案化操作中而是在两个或更多个步骤中形成。因此，参照例如图25的周期性结构，分辨率处结构的第一群体(population)与分辨率处结构的第二群体交错，其中每个群体利用相应的双重图案化分裂来转印。虽然相应群体的放置是对称的，但在群体之间可以存在特定的位置偏移或“失配”。具体地，一个群体通过失配相对于其理想位置偏移。因此，编程偏移可以类似地如上参照图23至图26所述来应用，以达到校正量。
在一个实施例中，可以实现使用计量目标的不同光刻工艺参数的并行测量。相反，许多计量测量(剂量、成像、聚焦、覆盖、像差)已经顺次地进行且在衬底上的不同x、y位置处进行。这可以是产量和物理衬底空间方面的成本。
此外，多层测量技术能够实现多层和/或分裂的并行覆盖测量的可能性。但是，如果例如不需要该技术，则该技术可用于一个或多个其他光刻工艺参数的并行测量，在相同的时间跨度内产生有价值的信息。此外，这还可以减小由计量目标消耗的衬底上的不动产。
所以，根据目标类型的组合，本文的实施例可以：1)将计量目标消耗的衬底上的不动产减小多达约50％；2)能够两次运行(runtorun)聚焦/成像/剂量等的控制(即，第一多个衬底的测量和第二多个衬底的控制处理)；3)测量目标并根据测量确定光刻工艺参数和用于光刻工艺参数的校正(例如，通过将用于确定覆盖的周期性结构与用于确定所确定覆盖的校正的周期性结构进行组合，减小计量目标结构与产品结构之间的像差效应差异)；4)减小覆盖目标变形；以及5)能够并行地测量两个、三个、四个或更多个不同的参数。
在一个实施例中，周期性结构期望地长于例如图21所示的宽度。图21示出了图12(a)的实施例的示例，其中子目标1202和1204的每个周期性结构长于其宽度。这种布置帮助减少x个y方向之间的串扰。对于为例如扩展操作范围计量目标期望的较小周期性结构，串扰趋于更强，因为栅格侧和总表面积之间的比率较大。引起串扰的面积是0.5乘以波长乘以栅格侧乘以2。因此，长于宽周期性结构趋于减小串扰，由此可以更加有利。在一个实施例中，周期性结构长于宽度的方面可以应用于本文所述和所示的其他特定目标设计。
图28示意性示出了实施例2800。在该实施例中，线2801和2802界定四个相邻的曝光场，例如28a、28b、28c和28d。曝光场是在诸如扫描仪的光刻装置的每个镜头中曝光的区域。发现存在对于在不同曝光场中曝光的层存在覆盖误差、聚焦误差或剂量误差的可能性。图28的实施例具有以这种配置布置的区域2840、2841、2842或2843中的至少两个，所述区域可以与计量装置的一个照射点2831同时被照射。通过测量对应于区域2840、2841、2842或2843中的至少两个的覆盖或聚焦或剂量，可以对曝光步骤对曝光场之间的曝光的量的影响进行建模。由于所述区域被同时测量，所以这种放置将提供测量时间的相对减少。区域2840、2841、2842或2843可以是成组到一起的周期性结构，诸如图4中的32、33、34和35，它们都包括在适合于测量覆盖的诸如2840、2841、2842或2843的区域中，或者可以是适合于测量聚焦和/或剂量的成组到一起的对应周期性结构。在优选实施方式中，至少一个所述区域测量覆盖并且至少一个所述区域测量聚焦。在优选实施方式中，区域2840、2841、2842或2843中的每一个都包含图4的所有周期性结构32、33、34、35。
虽然上述目标结构是针对测量目的而具体设计和形成的计量目标，但在其他实施例中，可以对作为形成在衬底上的设备的功能部分的目标测量特性。许多设备具有规则的、栅格类结构。本文使用的术语“目标栅格”和“目标周期性结构”不要求该结构具体针对执行测量来提供。此外，计量目标的间距p接近散射仪的光学系统的分辨率限值，但是可以远大于由目标部分c中的光刻工艺制造的典型产品特征的尺寸。实际上，覆盖周期性结构的特征和/或空间可以制造为包括尺寸类似于产品特征的更小结构。
此外，附图仅仅是目标和子目标的周期性结构的示例。例如，一些附图可以仅示出周期性结构的少量周期性特征，当实践时，周期性结构可以具有更多的周期性特征。
在特定实施例中，扩展操作范围计量目标的子目标的周期性结构可以旋转对称。即，可以是扩展操作范围计量目标的两个或更多个子目标(例如，三个或更多个、四个或更多个等)，其中子目标被配置为共享对称的公共中心，并且每个子目标绕着公共的对称中心旋转不变的180度或更多。此外，每个子目标可以包括两个或更多个周期性结构(例如，三个或更多个、四个或更多个等)，其中每个周期性结构都具有对应的对称中心，并且每个周期性结构都围绕对应的对称中心旋转不变的180度以上。
但是，在一个实施例中，扩展操作范围计量目标的子目标的周期性结构可以不对称地旋转。这可以以多种方式来完成。例如，三个或更多个子目标中的子目标可以远离其他子目标的公共对称中心偏移(定位)。作为另一示例，子目标的一个或多个周期性结构的一个或多个特征可以相对于子目标的一个或多个其他周期性结构的一个或多个特征或者相对于另一子目标的一个或多个周期性结构的一个或多个特征稍微缩短、加长或偏移。作为另一示例，一个或多个伪结构可以插入到子目标的周期性结构之间或者子目标之间，以破坏任何对称。在一个实施例中，一个或多个伪结构不对称地旋转。偏移、缩短或加长可以低于测量装置的可测量范围。在一个实施例中，偏移、缩短或加长在1nm范围以下。这种改变将对测量读数具有小的可忽略效应。类似地，伪结构可以具有低于测量装置的有效测量范围的特征尺寸或间距。
虽然根据暗场计量描述了许多实施例，但本文的实施例可以适当地应用于角度分解和/或图像计量。
本文使用的术语“结构”不限于任何具体形式的结构，诸如简单的栅格线。确实，可以通过更细小的子结构的集合形成诸如栅格的线和空间的粗结构特征。
与在衬底和图案化设备上实现的目标的物理周期性结构相关联，实施例可以包括计算机程序，其包含描述设计用于衬底的目标的方法、在衬底上产生目标的方法、测量衬底上的目标的方法和/或分析测量以得到关于光刻工艺的信息的方法的机器可读指令的一个或多个序列。实施例可以包括计算机代码，其包含描述目标的机器可读指令或数据的一个或多个序列。该计算机程序或代码例如可以在图3的装置中的单元pu内和/或图2的控制单元lacu内执行。还可以提供数据存储介质(例如，半导体存储器、磁性或光盘等)，其中存储有这种计算机程序或代码。在现有计量装置(例如图3所示的类型)已经制造和/或使用的情况下，实施例可以通过提供用于使处理器执行本文所述一种或多种方法的更新计算机程序产品来实施。计算机程序或代码可以任选地布置为控制光学系统、衬底支持等，以执行测量适当的多个目标上的光刻工艺的参数的方法。计算机程序或代码可以更新用于又一些衬底的测量的光刻和/或计量配方。计算机程序或代码可以布置为控制(直接或间接地)用于图案化又一些衬底的图案化和处理的光刻装置。
在下面编号的条款中提供根据本发明的又一些实施例：
1.一种测量光刻工艺的参数的方法，所述方法包括：
利用辐射照射衬底上的衍射测量目标，所述测量目标包括至少第一子目标、至少第二子目标和至少第三子目标，其中所述第一子目标、所述第二子目标和所述第三子目标均包括周期性结构，并且其中所述第一子目标、所述第二子目标和所述第三子目标均具有不同的设计，并且其中所述子目标中的至少两个子目标分别被设计用于确定不同的光刻工艺参数；以及
检测由所述至少两个子目标散射的辐射，以针对该目标获取表示所述光刻工艺的不同参数的测量。
2.根据条款1所述的方法，其中至少所述第一子目标被设计用于确定曝光聚焦、曝光剂量和/或光学像差。
3.根据条款1或2所述的方法，其中至少一个光刻参数包括覆盖。
4.根据条款1至3中任一项所述的方法，其中照射包括：照射所述衍射测量目标上的测量点，所述测量点同时覆盖所述第一子目标、所述第二子目标和所述第三子目标中的每个周期性结构的至少一部分。
5.根据条款1至4中任一项所述的方法，其中所述第一子目标、所述第二子目标和所述第三子目标中的每个周期性结构的至少一部分在衬底上小于或等于1000μm2的连续区域内。
6.根据条款1至5中任一项所述的方法，其中所述第一子目标、所述第二子目标和所述第三子目标中的每个周期性结构的至少一部分在衬底上小于或等于400μm2的连续区域内。
7.根据条款1至6中任一项所述的方法，其中每个所述第二子目标和所述第三子目标均被设计用于所述衬底的不同工艺堆叠。
8.根据条款1至7中任一项所述的方法，其中每个所述第二子目标和所述第三子目标均被设计用于多层覆盖测量的不同层对。
9.根据条款1至8中任一项所述的方法，其中不同的设计包括具有与第二子目标周期性结构不同的间距、特征宽度、空间宽度和/或分段的所述第一子目标的周期性结构。
10.根据条款1至9中任一项所述的方法，其中所述第二子目标至少部分地覆盖第一周期性结构，并且所述第三子目标至少部分地覆盖第二周期性结构，其中所述第一周期性结构在所述衬底上处于与所述第二周期性结构不同的层处。
11.根据条款1至10中任一项所述的方法，其中所述第二子目标和所述第三子目标均包括具有沿第一方向延伸的特征的第一周期性结构以及具有沿第二不同方向延伸的特征的第二周期性结构。
12.根据条款1至11中任一项所述的方法，其中所述第一子目标包括具有沿第一方向延伸的特征的第一周期性结构以及具有沿第二不同方向延伸的特征的第二周期性结构。
13.一种衍射测量目标，包括至少第一子目标、至少第二子目标和至少第三子目标，其中所述第一子目标、所述第二子目标和所述第三子目标均包括周期性结构，并且其中所述第一子目标、所述第二子目标和所述第三子目标均具有不同的设计，并且其中所述子目标中的至少两个子目标分别被设计用于确定不同的光刻工艺参数。
14.根据条款13所述的目标，其中所述第二子目标和所述第三子目标中的每一个都被设计用于多层覆盖测量的不同层对。
15.根据条款13或14所述的目标，其中不同的设计包括具有与所述第二子目标周期性结构不同的间距、特征宽度、空间宽度和/或分段的所述第一子目标周期性结构。
16.根据条款13至15中任一项所述的目标，其中当在所述衬底上时，所述第一子目标、所述第二子目标和所述第三子目标的每个周期性结构的至少一部分在小于或等于1000μm2的连续区域内。
17.根据条款13至16中任一项所述的目标，其中当在所述衬底上时，所述第一子目标、所述第二子目标和所述第三子目标的每个周期性结构的至少一部分在小于或等于400μm2的连续区域内。
18.根据条款13至17中任一项所述的目标，其中至少一个光刻参数包括覆盖。
19.根据条款13至18中任一项所述的目标，其中当在所述衬底上时，所述第二子目标至少部分地覆盖第一周期性结构，并且当在所述衬底上时，所述第三子目标至少部分地覆盖第二周期性结构，其中所述第一周期性结构在所述衬底上处于与所述第二周期性结构不同的层处。
20.根据条款13至19中任一项所述的目标，其中所述第二子目标和所述第三子目标均包括具有沿第一方向延伸的特征的第一周期性结构以及具有沿第二不同方向延伸的特征的第二周期性结构。
21.根据条款13至20中任一项所述的目标，其中所述第一子目标包括具有沿第一方向延伸的特征的第一周期性结构以及具有沿第二不同方向延伸的特征的第二周期性结构。
22.一种测量光刻工艺的参数的方法，所述方法包括：
利用辐射同时照射衬底上的衍射测量目标的至少第一子目标和至少第二子目标，所述第一子目标和所述第二子目标均包括周期性结构，并且其中所述第二子目标被设计用于确定光刻工艺参数的校正，所述第一子目标被设计用于确定所述光刻工艺参数；以及
检测至少由所述第一子目标和所述第二子目标散射的辐射，以针对该目标获取表示所述光刻工艺参数的测量和所述光刻工艺参数的校正。
23.根据条款22所述的方法，其中所述光刻工艺参数包括覆盖。
24.根据条款22或23所述的方法，其中照射包括：照射所述衍射测量目标上的测量点，所述测量点同时覆盖所述第一子目标和所述第二子目标中的每个周期性结构的至少一部分。
25.根据条款22至24中任一项所述的方法，其中所述第一子目标和所述第二子目标的每个周期性结构的至少一部分在所述衬底上的小于或等于1000μm2的连续区域内。
26.根据条款22至25中任一项所述的方法，其中所述第一子目标和所述第二子目标的每个周期性结构的至少一部分在所述衬底上的小于或等于400μm2的连续区域内。
27.根据条款22至26中任一项所述的方法，其中所述第一子目标包括具有沿第一方向延伸的特征的第一周期性结构以及具有沿第二不同方向延伸的特征的第二周期性结构。
28.一种衍射测量目标，包括至少第一子目标和至少第二子目标，其中所述第一子目标和所述第二子目标均包括周期性结构，其中所述第二子目标被设计用于确定光刻工艺参数的校正，所述第一子目标被设计用于确定所述光刻工艺参数，并且其中所述第一子目标和所述第二子目标的每个周期性结构的至少一部分在所述衬底上的小于或等于1000μm2的连续区域内。
29.根据条款28所述的目标，其中当在所述衬底上时，所述第一子目标和所述第二子目标的每个周期性结构的至少一部分在小于或大于400μm2的连续区域内。
30.根据条款28或29所述的目标，其中所述光刻工艺参数包括覆盖。
31.根据条款28至30中任一项所述的目标，其中所述第一子目标包括具有沿第一方向延伸的特征的第一周期性结构以及具有沿第二不同方向延伸的特征的第二周期性结构。
32.一种测量光刻工艺的参数的方法，所述方法包括：
利用辐射照射衬底上的衍射测量目标的至少第一子目标，其中所述第一子目标的周期性结构处于所述衬底上的第一层处，并且所述测量目标进一步包括处于所述第一层的至少第二子目标的周期性结构，并且其中所述第一子目标和所述第二子目标被分别设计用于确定不同的光刻工艺参数；
检测被至少所述第一子目标散射的辐射，以针对该目标获取表示其设计的光刻工艺参数的测量；
利用辐射照射所述衬底上的所述衍射测量目标的至少所述第二子目标和第三子目标，其中所述第二子目标和所述第三子目标的周期性结构分别处于所述衬底上的覆盖所述第一层的第二层处，并且其中所述第二子目标和所述第三子目标分别被设计用于确定不同的光刻工艺参数；以及
检测被至少所述第二子目标和所述第三子目标散射的辐射，以针对该目标获取表示其相应设计的不同光刻工艺参数的测量。
33.根据条款32所述的方法，其中所述第一子目标具有与所述第二子目标不同的设计。
34.根据条款32或33所述的方法，其中所述第二子目标具有与所述第三子目标不同的设计。
35.根据条款32至34中任一项所述的方法，其中所述第一子目标和所述第三子目标被设计用于相同的光刻工艺参数。
36.根据条款32-35中任一项所述的方法，其中所述第一子目标和所述第三子目标被设计为确定曝光聚焦、曝光剂量和/或光学像差。
37.根据条款32-36中任一项所述的方法，其中至少一个光刻参数包括覆盖。
38.一种衍射测量目标，包括至少第一子目标、第二子目标和第三子目标，当在衬底上时，所述第一子目标和所述第二子目标的周期性结构分别处于所述衬底上的第一层中，并且所述第二子目标和所述第三子目标的周期性结构分别处于所述衬底上的覆盖所述第一层的第二层中，其中所述第一子目标和所述第二子目标分别被设计用于确定不同的光刻工艺参数，并且其中所述第二子目标和所述第三子目标被分别设计用于确定不同的光刻工艺参数。
39.根据条款38所述的目标，其中所述第一子目标具有不同于所述第二子目标的设计。
40.根据条款38或39所述的目标，其中所述第二子目标具有不同于所述第三子目标的设计。
41.根据条款38-40中任一项所述的目标，其中所述第一子目标和所述第三子目标被设计用于相同的光刻工艺参数。
42.根据条款38-41中任一项所述的目标，其中所述第一子目标和所述第三子目标被设计为确定曝光聚焦、曝光剂量和/或光学像差。
43.一种制造设备的方法，其中使用光刻工艺将设备图案应用于一系列衬底，所述方法包括：使用条款1-12、22-27以及32-37中任一项的方法检查在至少一个衬底上形成为所述设备图案的一部分或在所述设备图案旁边的至少衍射测量目标，以及根据所述方法的结果控制用于稍后衬底的光刻工艺。
44.一种非暂态计算机程序产品，包括用于使处理器执行条款1-12、22-27以及32-37中任一项的方法的机器可读指令。
45.一种非暂态计算机程序产品，包括限定权利要求13-21、28-31和38-42中任一项的目标的机器可读指令或数据。
46.一种衬底，包括权利要求13-21、28-31和38-42中任一项的目标。
47.一种图案化设备，被配置为根据权利要求13-21、28-31和38-42中的任一项至少部分地形成所述衍射测量目标。
48.一种系统，包括：
检查装置，被配置为在衬底上的衍射测量目标上提供束，并且检测被所述目标衍射的辐射以确定光刻工艺的参数；以及
条款44或条款45的非暂态计算机程序产品。
49.根据条款48所述的系统，还包括光刻装置，包括被配置为保持图案化设备以调制辐射束的支持结构以及被布置为将调制束投射到辐射敏感衬底上的投射光学系统。
50.根据条款4所述的方法，其中照射包括：照射所述衍射测量目标上的测量点，所述测量点至少覆盖在不同曝光场中曝光的周期性结构。
51.根据条款24所述的方法，其中照射包括：照射所述衍射测量目标上的测量点，所述测量点至少覆盖在不同曝光场中曝光的周期性结构。
尽管上面具体参考了光学光刻条件下的实施例的使用，但将理解，本发明可用于其他应用中，例如压印光刻，并且所允许的应用条件不限于光学光刻。在压印光刻中，图案化设备中的拓扑限定衬底上创建的图案。图案化设备的拓扑可以被按压到提供给衬底的光刻胶的层中，通过施加电磁辐射、热量、压力或它们的组合来固化光刻胶。图案化设备被移出光刻胶，在光刻胶被固化之后在其中留下图案。
本文使用的术语“辐射”和“束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外(uv)辐射(例如，具有约365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(euv)辐射(例如，具有5-20nm的范围内的波长)以及粒子束(诸如离子束或电子束)。
在上下文允许的情况下，术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件中的任何一个或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学部件。
上文具体实施例的描述揭示了本发明的实施例的一般特性，使得通过应用本领域的知识可以在不进行过度试验的情况下容易地修改和/或适应这些实施例的各种应用，而不背离本发明的总体范围。因此，基于本文呈现的教导和引导，这些适应和修改包括在所公开实施例的等效物的含义和范围内。应理解，本文的措辞或术语用于描述的目的而不用于限制，使得本说明书的术语或措辞将通过本领域技术人员根据教导和引导来解释。
本发明的幅度和范围不应通过任何上述示例性实施例来限制，而是应该仅根据以下权利要求及其等效物来限定。