本公开涉及例如可用于通过图案化工艺制造器件的量测的方法、装置和衬底以及使用图案化工艺制造器件的方法。
背景技术：
光刻装置是将期望图案施加于衬底(通常为衬底的目标部分)的机器。例如，光刻装置可用于制造集成电路(ic)。在这种情况下，图案化设备(可替换地称为掩模或中间掩模)可用于生成将要形成在ic的对应层上的电路图案。该图案可以转印到衬底(例如，硅晶圆)上的目标部分(包括部分裸片、一个裸片或多个裸片)上。图案的转印通常经由成像到衬底上设置的辐射敏感材料(光刻胶)的层上。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，其中通过将整个图案一次暴露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”)上的辐射束扫描图案来辐射每个目标部分，同时与该方向平行或反平行地同步扫描衬底。还可以通过在衬底上压印图案来将图案从图案化设备转移到衬底。
在图案化工艺(即，创建涉及图案化的设备或其他结构的工艺(诸如光刻曝光或压印)，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)，期望频繁地进行所创建结构的测量，例如用于工艺控制和验证。所以，为了监控图案化工艺，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和/或显影光敏光刻胶、蚀刻结构的临界线宽等。这种测量可以在产品衬底的目标表面上执行和/或以专用量测目标的形式执行。量测目标(或标记)可以包括周期性结构，例如水平和垂直条的组合(诸如栅格)。
用于进行这种测量的各种工具是已知的，包括通常用于测量临界尺寸(cd)的扫描电子显微镜以及专用工具，以测量覆盖、器件中两个层的对准精度。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，并且测量散射辐射的一个或多个特性(例如，根据波长的单个反射角度处的强度、根据反射角度的一个或多个波长处的强度、或者根据反射角度的偏振)，以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，通过迭代方法重构目标结构，诸如严格耦合波分析或有限元方法；库搜索；和/或主要组成分析。
技术实现要素：
期望提供用于使用目标的量测的方法和装置，其中可以改进产量、灵活性和/或精度。此外，尽管不限于此，但如果可应用于可利用基于暗场图案的技术读出的小目标结构，则会具有很大优势。
在一个实施例中，提供了一种方法，包括：利用具有第一偏振的第一辐射束照射量测目标的至少第一周期结构；利用具有不同的第二偏振的第二辐射束照射量测目标的至少第二周期结构；将从第一周期结构衍射的辐射与从第二周期结构衍射的辐射进行组合，以引起干涉；使用检测器来检测所组合的辐射；以及根据经检测的所组合的辐射来确定感兴趣的参数。
在一个实施例中，提供了一种量测装置，包括：光学元件，被配置为在具有多个周期结构的量测目标上提供具有第一偏振的第一辐射束和具有第二偏振的第二辐射束；检测器，被配置为检测来自被周期结构衍射的第一和第二辐射束的辐射，其中来自周期结构的衍射辐射被组合并且干涉；以及控制系统，被配置为根据经检测的组合的衍射辐射确定感兴趣的参数。
在一个实施例中，提供了一种制造器件的方法，其中使用图案化工艺将器件图案施加于一系列衬底，该方法包括：使用本文描述的方法检查在至少一个衬底上形成为器件图案的一部分或者除器件图案之外形成的至少一个衍射测量目标；以及根据该方法的结果控制用于稍后衬底的图案化工艺。
在一个实施例中，提供了一种非暂态计算机程序产品，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，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，以确定图案化工艺的参数；以及本文描述的非暂态计算机程序产品。
参照附图在这里描述实施例的特征和/或优势以及各种实施例的结构和操作。应注意，本发明不限于本文描述的具体实施例。这里仅为了说明的目的来给出实施例。相关领域的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
仅通过示例，现在参照附图描述实施例，其中：
图1示出了光刻装置的一个实施例；
图2示出了光刻单元或簇的一个实施例；
图3(a)是用于使用提供特定照射模式的第一对照射孔径测量目标的测量装置的一个实施例的示意图；
图3(b)是用于给定照射方向的目标周期结构的衍射光谱的详细示意图；
图3(c)是在使用用于基于衍射的覆盖测量的散射仪中提供又一些照射模式的第二对照射孔径的示意图；
图3(d)是在使用用于基于衍射的覆盖测量的散射仪中提供又一些照射模式的组合第一和第二对孔径的第三对照射孔径的示意图；
图4示出了多个周期结构(例如，栅格)目标的形式以及衬底上的测量斑点的概况；
图5是示出了在图3的装置中得到的图4的目标的图像；
图6是示出使用图3的装置的覆盖测量方法的步骤的流程图；
图7(a)至图7(c)示出了在零区域中具有不同覆盖值的覆盖周期结构的示意性截面图；
图8示出了理想目标结构中的覆盖测量的原理；
图9示意性示出了用于测量装置的光学系统设计的实施例；
图10a示意性示出了衬底的层中的量测目标和入射测量辐射束的实施例的侧视图；
图10b示意性示出了图10a的量测目标和入射辐射束的顶视图；
图11a示意性示出了衬底的层中的量测目标和入射测量辐射束的实施例的侧视图；
图11b示意性示出了图11a的量测目标和入射辐射束的顶视图；
图12示意性示出了与量测目标组合的测量装置的实施例；
图13a示意性示出了衬底的层中的量测目标和入射测量辐射束的实施例的侧视图；
图13b示意性示出了图13a中的量测目标和入射辐射束的顶视图；
图14a示意性示出了衬底的层中的量测目标和入射测量辐射束的实施例的侧视图；
图14b示意性示出了图14a中的量测目标和入射辐射束的顶视图；
图15示意性示出了来自图14的目标的衍射辐射的测量；
图16示意性示出了衬底的层中的量测目标和入射测量辐射束的实施例的侧视图；
图17示意性示出了来自图16的目标的衍射辐射的测量；
图18示出了量测方法的一个实施例的流程图；
图19示意性示出了设计量测目标的系统的实施例；
图20示出了设计量测目标的工艺的实施例的流程图；以及
图21示出了量测目标用于监控性能以及作为用于控制量测、设计和/或生产工艺的基础的工艺的实施例的流程图。
具体实施方式
在详细描述实施例之前，展示可以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，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，被构造为支持图案化设备(例如，掩模)ma，并且连接至被配置为根据特定参数精确定位图案化设备的第一定位器pm；衬底台(晶圆台)wt，被构造为保持衬底(例如，光刻胶涂覆晶圆)w，并且连接至被配置为根据特定参数精确定位衬底的第二定位器pw；以及投影系统(例如，折射投影透镜系统)ps，被配置为将通过图案化设备ma给予辐射束b的图案投影到衬底w的目标部分c(例如，包括一个或多个裸片)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，用于定向、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)来保持图案化设备。图案化设备支持件可以使用机械、真空、静电或其他夹持(clamping)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，例如其可以根据需要为固定的或可移动的。图案化设备支持件可以确保图案化设备处于期望位置，例如相对于投影系统。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”一致。
本文使用的术语“图案化设备”应该被广义地解释为可用于施加在其截面中具有图案的辐射束以例如在衬底的目标部分中创建图案的任何设备。应该注意，例如如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征，施加于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。一般地，施加于辐射束的图案将对应于将在目标部分中创建的器件(诸如集成电路)中的特定功能层。
图案化设备可以是透射或反射的。图案化设备的示例包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程lcd面板。掩模在光刻中是已知的，并且包括诸如二元、交替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，每一个均可以被单独倾斜，以便在不同的方向上反射进入的辐射束。倾斜的反射镜在辐射束中施加图案，辐射束被反射镜矩阵反射。
如本文所示，该装置是透射型的(例如，采用透射型掩模)。备选地，该装置可以是反射型的(例如，采用上面提到的可编程反射镜阵列的类型或者采用反射掩模)。
光刻装置还可以是一种类型，在该类型中，至少一部分衬底可以被具有相对较高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充投影系统与衬底之间的空间。浸没液体还可以应用于光刻装置中的其他空间，例如掩模和投影系统之间。浸没技术在用于增加投影系统的数值孔径的领域中是已知的。本文使用的术语“浸没”不表示诸如衬底的结构必须淹没在液体中，而是仅表示在曝光期间液体位于投影系统和衬底之间。
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例如包括适当的引导反射镜和/或束扩展器。在其他情况下，源可以是光刻装置的集成部分，例如当源是汞灯时。源so和照射器il与束传送系统bd一起(如果要求的话)可以称为辐射系统。
照射器il可以包括调整器ad，用于调整辐射束的角强度分布。通常，至少可以调整照射器的光瞳面中的强度分布的外部和/或内部径向范围(通常分布称为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和聚光器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度和强度分布。
辐射束b入射到图案化设备(例如，掩模)ma上并且通过图案化设备进行图案化，其中图案化设备ma被保持在图案化设备支持件(例如，掩模台mt)上。穿过图案化设备(例如，掩模)ma，辐射束b穿过投影系统ps，其将束聚焦到衬底w的目标部分c上。在第二定位器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)的帮助下，可以精确地移动衬底台wt，例如在辐射束b的路径中定位不同的目标部分c。类似地，第一定位器pm和另一位置传感器(在图1中未明确示出)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，例如在从掩模库中机械检索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用专用的目标部分，但它们可以定位在目标位置之间的空间中(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上设置多于一个裸片的情况下，掩模对准标记可以位于裸片之间。在器件特征中，还可以在裸片内包括小对准标记，在这种情况下期望标记尽可能小并且除相邻特征之外不要求任何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。
可以在以下模式中的至少一种中使用所示装置：
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mta保持为基本静止，而施加于辐射束的整个图案一次(即，单个静态曝光)被投影在目标部分c上。然后，在x和/或y方向上偏移衬底台wta，使得可以曝光不同的目标部分c。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被同步扫描，同时施加于辐射束的图案被投影在目标部分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影系统ps的放大(缩小)和图像反向特性来确定。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(非扫描方向上)，而扫描运动的长度确定目标部分的高度(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，并且在施加于辐射束的图案被投影到目标部分c上的同时衬底台wta被移动或被扫描。在该模式中，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，根据要求采用脉冲辐射源并且更新可编程图案化设备。该操作模式可以容易应用于利用可编程图案化设备(诸如上面提到的可编程反射镜阵列的类型)的无掩模光刻。
还可以采用上述模式使用的组合和/或变形或者完全不同的使用模式。
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，在它们之间可以交换至少一个台)。例如，在一个台上的衬底在曝光站处被曝光的同时，另一个衬底可以在测量站处加载到其他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，两个传感器均可以被参考框架rf支持。如果位置传感器if在其处于测量站以及曝光站时不能够测量台的位置，则可以提供第二位置传感器来使能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(可发生任选的测量行为)。该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，以例如执行测量，并且具有衬底的台移动到衬底被卸载且另一衬底被加载的位置(例如，测量站)。这些多台布置能够大大增加装置的生产力。
如图2所示，光刻装置la形成光刻单元lc(有时也称为光刻单元或光刻簇)的一部分，其还包括在衬底上执行一个或多个曝光前和曝光后工艺的装置。传统地，这些包括一个或多个旋涂机sc以沉积光刻胶层、用于显影曝光的光刻胶的一个或多个显影机de、一个或多个冷硬板ch和一个或多个烘烤板bk。衬底处理器或机器人ro从输入/输出端口i/o1、i/o2拾取衬底，在不同的处理设备之间使其移动，并且将其传送到光刻装置的加载场lb。这些设备(通常统称为轨道)通过轨道控制单元tcu进行控制，轨道控制单元tcu本身被管理控制单元scs所控制，管理控制单元scs还经由光刻控制单元lacu来控制光刻装置。因此，不同的装置可以被操作以最大化产量和处理效率。
为了通过光刻装置曝光的衬底被正确且一致地曝光，期望检查曝光后的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后续衬底的曝光进行调整，尤其在如果可以足够快地进行检查且相同批次的另一衬底仍然将被曝光的情况下。此外，已经曝光的衬底可以被剥离和重新架构(以改进产量)或丢弃，从而避免对已知故障的衬底执行曝光。在仅衬底的一些部分故障的情况下，可以仅对良好的那些目标部分执行进一步的曝光。另一可能性是采用后续工艺步骤的设置来补偿误差，例如修剪蚀刻步骤的时间可以被调整以补偿由光刻工艺步骤所导致的衬底间cd变化。
检查装置用于确定衬底的一个或多个特性，具体地，确定不同衬底或者相同衬底的不同层的一个或多个特性如何可以根据层和/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，并且可以是单独的设备。为了使能最快速地测量，期望检查装置在曝光之后立即在曝光的光刻胶中测量一个或多个特性。然而，光刻胶中的潜像具有非常低的对比度(在曝光给辐射和没有曝光给辐射的光刻胶的部分之间的折射率中存在非常小的差异)并且不是所有的检查装置都具有足够的灵敏度来进行潜像的有效测量。因此，可以在曝光后烘烤步骤(peb)之后进行测量，peb步骤通常是在曝光衬底之后执行的第一步骤，并且增加光刻胶的曝光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被称为半潜像。还可以进行显影光刻胶图像的测量(此处去除光刻胶的曝光或未曝光部分)或者在诸如蚀刻的图案转移步骤之后。后者的可能性限制了用于重新加工故障衬底的可能性，但是仍然可以提供有用信息来例如用于工艺控制的目的。
由传统散射仪使用的目标包括相对较大的周期结构(例如，栅格)布局，例如40μmx40μm。在这种情况下，测量束通常具有小于周期结构布局的斑点尺寸(即，周期结构布局未填满)。这简化了目标的数学重构，因为其可以认为是无限的。然而，例如，目标可以定位在产品特征中而非划线中，目标的尺寸可以减小到例如20μmx20μm以下，或者10μmx10μm以下。在这种情况下，周期结构布局可以制造得小于测量斑点(即，周期结构布局被过填充)。典型地，使用暗场散射仪来测量这种目标，其中零阶衍射(对应于光谱反射)被阻挡，并且只有高阶被处理。可以在pct专利申请公开第wo2009/078708和wo2009/106279号中找到暗场量测的示例，其内容结合于此作为参考。技术的进一步开发在美国专利申请公开us2011-0027704、us2011-0043791和us2012-0242970中进行了描述，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实现对较小目标的覆盖测量。这些目标可以小于照射斑点，并且可以被衬底上的周期结构环绕。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)中示出了暗场量测装置的一个实施例。在图3(b)中更详细地示出了目标t(对应于周期结构)和衍射射束。暗场量测装置可以是独立的设备或者结合到光刻装置la(例如，在测量站处)或光刻单元lc中。通过点线o来表示遍布装置具有多个分支的光轴。在该装置中，由输出11发射(例如，诸如激光器或氙灯的源或者连接至源的开口)的辐射通过光学系统(包括透镜12、14和物镜16)经由棱镜15引导到衬底w上。这些透镜以4f布置的双序列进行布置。可以使用不同的透镜布置，只要仍然在检测器上提供衬底图像。
在一个实施例中，透镜布置允许访问中间光瞳面，用于空间频率滤波。因此，可以通过限定呈现衬底平面的空间光谱的平面(这里称为(共轭)光瞳面)中的空间强度分布来选择在衬底上入射辐射的角度范围。具体地，例如这可以通过在作为物镜光瞳面的背面投影图像的平面中在透镜12和14之间插入适当形式的孔径板13来进行。在所示示例中，孔径板13具有不同的形式，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，孔径板13n提供相对于指定方向(仅为了描述的方便，为“北”)的离轴照射。在第二照射模式中，孔径板13s用于提供类似照射但是相对于不同(例如，相反)方向(标为“南”)。可以通过使用不同的孔径来实现其他照射模式。剩余光瞳面期望为暗，因为期望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，在衬底w基本正交于物镜16的光轴o的情况下放置目标t。从偏离轴o的角度撞击目标t的照射射束i产生零阶射束(实线0)和两个一阶射束(点链线+1和双点链线-1)。通过过填充的小目标t，这些射束仅是覆盖衬底的包括量测目标t和其他特征的区域的多个并行射束中的一个。在提供组合周期结构目标的情况下，目标内的每个单独周期结构都将给出其自身的衍射光谱。由于板13中的孔径具有有限宽度(需要容许有用量的辐射)，入射射束i实际上将占用一定范围的角度，并且衍射射束0和+1/-1将在一定程度上扩展。根据小目标的点扩散函数，每阶+1和-1将进一步扩散角度范围，不是所示的单个理想射束。应注意，可以设计或调整周期结构间距和照射角度，使得进入物镜的一阶射束与中心光轴紧密对准。图3(a)和图3(b)所示的射束被示为略微离轴，仅使它们更加容易地在图中区分。
被衬底w上的目标衍射的至少0和+1阶被物镜16收集并且通过棱镜15引导回。返回到图3(a)，通过指定标为北(n)和南(s)的直径相对(在这种情况下)的孔径来示出第一和第二照射模式。当入射射束i来自光轴的北侧时，即当使用孔径板13n应用第一照射模式时，标为+1(n)的+1衍射射束进入物镜16。相反，当使用孔径板13s应用第二照射模式时，-1衍射射束(标为-1(s))是进入透镜16的射束。因此，在一个实施例中，通过在特定条件下测量两次目标来得到测量结果，例如在旋转目标或改变照射模式或改变成像模式之后，以分别获取-1和+1阶衍射强度。比较给定目标的这些强度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(例如，覆盖误差)。在上述情况下，改变照射模式。
分束器17将衍射束划分为两个测量分支。在第一测量分支中，光学系统18使用零阶和一阶衍射束形成第一传感器19(例如，ccd或cmos传感器)上的目标的衍射光谱(光瞳面图像)。每个衍射级撞击传感器上的不同点，使得图像处理可以比较和对照阶数。被传感器19捕获的光瞳面图像可用于聚焦量测装置和/或标准化一阶束的强度测量。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，诸如没有详细描述的重构。将被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阶束形成。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具体类型。应注意，本文使用的术语“图像”具有广泛的含义。如果只存在-1和+1阶中的一个，则将不会如此形成目标的周期结构的特征的图像。
图3所示的孔径板13和光阑21的具体形式仅是示例。在另一实施例中，使用目标的轴上照射，并且具有离轴孔径的孔径光阑被用于仅将一阶衍射辐射传送给传感器(13和21所示的孔径在这种情况下被有效交换)。在又一些其他实施例中，代替一阶束或者除一阶束之外，可以在测量中使用二、三或更高阶束(图3中未示出)。
为了使照射适合于这些不同类型的测量，孔径板13可以包括在盘周围形成的多个孔径图案，其被旋转以使期望图案形成在适当位置。备选地或附加地，可以设置并交换板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。
如刚刚参照孔径板13所解释的，用于成像的衍射级的选择可以通过更改孔径光阑21、或者通过代替具有不同图案的光瞳光阑、或者通过替换具有可编程空间光调制器的固定场光阑来实现。在这种情况下，测量光学系统的照射侧可以保持恒定，而成像侧具有第一和第二模式。实际上，存在许多可能类型的测量方法，每种方法均具有其自身的优点和缺点。在一种方法中，照射模式被改变以测量不同的阶。在另一种方法中，改变成像模式。在第三种方法中，照射和成像模式保持不变，但是目标被旋转例如180度。在每一种情况下，期望的效果是相同的，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对称地相对。
虽然在本示例中用于成像的光学系统具有被孔径光阑21限制的宽入射光瞳，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来限制期望的阶，由此还用作场光阑。在图3(c)和图3(d)中示出了不同的孔径板，它们可如下面进一步描述的进行使用。
典型地，目标将与其沿北-南或东-西延伸的周期结构特征对准。也就是说，周期结构将在衬底w的x方向或y方向上对准。但是，其可以不同的角度(即，45°)进行对准。孔径板13n或13s被用于测量在一个方向(例如，x、y或其他方向，这取决于设置)中定向的目标的周期结构。对于另一角度(例如，基本正交)处周期结构的测量，可以实施目标的旋转(例如，针对基本正交的周期结构，旋转90°和270°)。或者，使用图3(c)所示的孔径板13e或13w，在照射光学器件中设置来自另一角度(例如，东或西)的照射，其可以具有处于适当角度(例如，东或西)的孔径。孔径板13n至13w可以分别形成并交换，或者它们可以是可旋转适当角度(例如，90、180或270度)的单个孔径板。
在图3(c)和图3(d)中示出了不同的孔径板。图3(c)示出了离轴照射模式的另两种类型。在图3(c)的第一照射模式中，孔径板13e提供来自指定方向(仅为了描述的方便，如先前所描述的相对于“北”的“东”)的离轴照射。如上所述，“东”可以处于与所示不同的角度。在图3(c)的第二照射模式中，孔径板13w用于提供类似的照射，但是来自不同(例如，相对)的方向(标为“西”)。图3(d)示出了离轴照射模式的另外两种类型。在图3(d)的第一照射模式中，孔径板13nw提供来自如前所述指定为“北”和“西”的方向的离轴照射。在第二照射模式中，孔径板13se用于提供类似照射，但是来自不同(例如，相对)的方向(如前所述标为“南”和“东”)。假设这些不同的衍射信号之间的串扰不是太大，则可以执行在不同方向(例如，x和y)上延伸的周期结构的测量而不改变照射模式。例如，在上述现有公开的专利申请中描述了装置的这些以及多种其他变形和应用的使用。如已经提到的，图3(c)和图3(d)中示出的离轴孔径可以设置在孔径光阑21中来代替在孔径板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组合量测目标。组合目标包括紧密定位到一起的四个周期结构(例如，栅格)32、33、34、35。在实施例中，周期结构被足够紧密地定位到一起，使得它们都在通过量测装置的照射束形成的测量斑点31内。在这种情况下，四个周期结构由此均同步地被照射并且被同步地成像在传感器19和23上。在专用于覆盖测量的示例中，周期结构32、33、34、35本身是组合周期结构，其通过覆盖在衬底w上形成的器件的不同层中图案化的另一目标的周期结构来形成。这种目标可以具有20μmx20μm内或者16μmx16μm内的外围尺寸。此外，所有周期结构用于测量特定的层对之间的覆盖。为了利于目标能够测量多于单对的层，周期结构32、33、34、35可具有不同偏置的覆盖偏移，以利于形成组合周期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结构将用于测量一对层，并且用于衬底上的另一相同目标的所有周期结构可用于测量另一对层，其中覆盖偏置利于层对之间的区分。覆盖偏置的含义将在下面进行解释，具体是参照图7。
图7(a)至图7(c)示出了具有不同偏置的相应目标t的覆盖周期结构的示意性截面。如图3和图4所示，这些可以在衬底w上使用。仅为了示例的目的而示出在x方向上具有周期性的周期结构。可以提供具有不同偏置且具有不同定向的这些周期结构的不同组合。
以图7(a)开始，示出了形成在两层(标为l1和l2)中的组合覆盖目标600。在下层l1中，通过衬底606上的特征(例如，线)602和间隔604形成第一周期结构。在层l2中，通过特征(例如，线)608和间隔610形成第二周期结构。(示出截面，使得特征602、608延伸到纸中。)周期结构图案在两层中以间距p重复。仅为了示例而提到线602和608，还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，没有覆盖误差且没有偏置，使得每个周期结构608精确地位于下层周期结构中的周期结构特征602上方。
在图7(b)中，示出了具有偏置+d的相同目标，使得上周期结构的特征608相对于下周期结构的特征602向右偏移距离d。即，布置特征608和特征602，使得如果它们均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实际上可以为几纳米，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，在上面提到的专利申请公开中描述了图7(a)至图7(c)所示的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(具有或不具有小偏置+d或-d)(其被称为在零区域中具有偏置的“线上线”目标)，但目标可以具有p/2的编程偏置(即，间距的一半)，使得上周期结构中的每个特征608都位于下周期结构中的间隔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”目标的选择取决于应用。
返回到图4，周期结构32、33、34、35还可以如图所示具有不同定向，以便在x和y方向上衍射进入的辐射。在一个示例中，周期结构32和34是分别具有偏置+d、-d的x方向周期结构。周期结构33和35可以是分别具有偏移+d、-d的y方向周期结构。虽然示出了四个周期结构，但另一实施例可以包括较大矩阵以得到期望的精度。例如，九个组合周期结构的3x3阵列可以具有偏置-4d、-3d、-2d、-d、0、+d、+2d、+3d、+4d。可以在被传感器23捕获的图像中识别这些周期结构的独立图像。
图5示出了可在图3的装置中使用图4的目标、使用图3(d)的孔径板13nw或13se的可形成在传感器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结构32-35，但传感器23可以解析。交叉阴影矩形表示传感器上的图像的场，其中衬底上的照射斑点31被成像到对应的圆形区域41中。在一个实施例中，场是暗的。在该图像内，矩形区域42-45表示周期结构32-35的图像。如果周期结构位于产品区域中，则产区特征还可以在该图像场的外围中可见。虽然仅在图5的暗场图像中示出单个组合栅格目标，但实际上，通过光刻制造的产品可以具有多个层，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，使用一个或多个组合栅格目标，因此可以在图像场内存在其他组合目标。图像处理器和控制器pu使用图案识别处理这些图像，以识别周期结构32-35的独立图像42-45。以这种方式，图像不是必须在传感器框架内的特定位置处非常精确地对准，这从整体上显著提高了测量装置的产量。
一旦周期结构的独立图像已经被识别，就可以测量这些各个图像的强度，例如通过将所识别区域内的所选像素强度值求平均或求和。图像的强度和/或其他特性可以相互比较。这些结果可以被组合，以测量图案化工艺的不同参数。覆盖性能是这些参数的一个示例。例如，比较强度揭示可用作覆盖测量的不对称。在用于测量不对称并由此测量覆盖的另一技术中，使用传感器19。
图6示出了使用例如在pct专利申请公开第wo2011/012624号和美国专利申请公开第2011/027704号中描述的方法并且使用例如图3和图4的装置如何通过周期结构的不对称来测量包含组合周期结构32-35的两层之间的覆盖误差，如通过将它们在+1阶和-1阶暗场图像中的强度进行比较所揭示的。
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，目标包括形成量测目标的周期结构32-35。在m2中，使用图3的量测装置，使用一阶衍射束(即，-1)中的一个来获取周期结构32-35的图像。在一个实施例中，使用第一照射模式(例如，使用孔径板13nw创建的照射模式)。然后，通过改变照射模式或者改变成像模式或者通过在量测装置的视场中将衬底w旋转180°，可以获取使用其他一阶衍射束(+1)的周期结构的第二图像(步骤m3)。因此，+1阶衍射辐射在第二图像中被捕获。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，使用孔径板13se创建的照射模式)。这是设计选择问题：是否可以在每个图像中捕获所有周期结构，或者需要测量装置和衬底之间的相对移动，以便在独立图像中捕获周期结构。在任一种情况下，假设经由传感器23捕获所有组成周期结构的第一和第二图像。
应注意，通过在每个图像中仅包括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。各个周期结构特征没有被解析，因为只存在+1和-1阶衍射辐射中的一个。每个周期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，在每个组成周期结构的图像内识别感兴趣区域(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附近，强度值通常可以高度依赖于工艺变量，诸如光刻胶厚度、组成、线形状以及边缘效应。
针对每个相应的周期结构32-35识别感兴趣区域p1、p2、p3、p4并且测量其强度，随后可以确定周期结构的不对称性，并由此例如确定覆盖误差。这在步骤m5中通过图像处理器和控制器pu将针对每个周期结构32-35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)来进行。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，以获取用于每个周期结构的不对称的测量。在步骤m6中，用于多个周期结构的测量不对称性与那些周期结构的覆盖基础的知识(如果可应用的话)一起使用，以计算目标t附近的图案化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(overlay)。可以计算图案化工艺的性能的其他参数，诸如聚焦和/或剂量。可以反馈一个或多个性能参数，用于改进图案化工艺，和/或用于改进图6本身的测量和计算工艺。
在确定覆盖的实施例中，图8示出了曲线702，其示出用于具有零偏移且在形成覆盖周期结构的各个周期结构内没有特征不对称的“理想”目标的覆盖误差ov与测量的不对称性a之间的关系。该曲线仅示出了确定覆盖的原理，并且在该曲线中，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指示测量的不对称性a与覆盖具有正弦关系。正弦变化的周期p对应于周期结构的周期(间距)，当然转换为适当的标度。正弦形式在该示例中是纯理论的，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)只有来自目标的一阶衍射辐射达到图像传感器23(或者在给定实施例中为其等效物)，以及(b)试验目标设计使得在这些一阶内，在顶部和下部周期结构结果之间的强度和覆盖之间存在纯粹的正弦关系。实际上是否如此是光学系统设计、照射辐射的波长和周期结构的间距p以及目标的设计和堆叠的函数。
如上所述，偏置的周期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，图形地示出计算。在图6的步骤m1-m5中，针对分别具有偏置+d和-d(例如，如图7(b)和图7(c)所示)的组成周期结构获取不对称测量值a(+d)和a(-d)。使这些测量值适应正弦曲线给出所示的点704和706。已知偏置，可以计算真正的覆盖误差ov。从目标的设计中已知正弦曲线的间距p。曲线702的垂直标度一开始不知道，但是是可以要求第一谐波比例常数k1的未知因素。
在方程式项中，覆盖和不对称之间的关系被假设为：
a＝k1.sin(ov)
其中ov在标度上表示，使得周期结构间距p对应于角度2π弧度。使用具有不同的已知偏置的周期结构的两个测量值，一个可以对两个等式求解，以计算未知的k1和覆盖ov。
因此，通常来说，对于包括覆盖周期结构(即，多层中的每一个层中的周期结构，并且至少一个周期结构被隔开不至少覆盖至少一个下部周期结构)的覆盖目标来说，通过上和下周期结构的幅度衍射系数以及在上周期结构处衍射和在下周期结构处衍射的波之间的相位差来确定覆盖目标上的入射辐射的衍射强度。当一个周期结构在相互覆盖方面相对于其他周期结构偏移(例如，水平地)时，引入附加的相位偏移，这对于+1和-1阶来说是相反的。这在两个一阶衍射强度中引发强度差。如上所讨论的，强度不对称(+1和-1衍射级之间的强度差)与覆盖成比例(a＝k*ov)。所以，通过测量关于具有两个不同施加的附加偏移(偏置+d和-d，例如+20和-20nm)的两个不同周期结构的不对称性，可以确定比例常数(k)，并且可以确定覆盖(ov)。
目标、测量装置和测量方法的许多方面对于实现良好结果是重要的。例如，应该具有良好的“可检测性”，例如高信噪比。这在很大程度上通过目标的衍射效率(期望的(通常为一阶)衍射辐射的量和照射束的比率)和堆叠敏感性(由于目标(例如，栅格)层之间的衍射，信号的强度随着覆盖改变而改变多少的测量值，例如每个覆盖的单位量的辐射量的相对改变)来确定。它们应该是良好的“精度”。例如，这表明测量应该对工艺引入的变化(例如，目标的下和上周期结构中的工艺引入的结构不对称性(例如，侧壁角度的变化、底壁角度的变化等))相对敏感。期望通过创建和选择正确的目标设计以及通过选择正确的测量设置(例如，照射束的波长和/或偏振)来优化可检测性和精度。因此，可以通过各种参数来表征量测目标设计，诸如目标系数(tc)、堆叠敏感性(ss)、覆盖影响(ov)等。目标系数可以理解为作为测量系统进行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值。在一个实施例中，目标系数也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值，以确定目标系数。根据目标设计，覆盖影响测量覆盖误差中的变化。
实际上，选择材料和层厚度以优化将在衬底上制造的器件的产量和性能，并且不优化量测目标的性能。与其他限制(诸如设计规则)组合，有时难以，或者甚至不可能得到“良好”的目标/配方组合。作为一个示例，如果目标的上和下周期结构中的层是吸收的，则来自下周期结构的辐射的量可以显著弱于来自上周期结构的辐射。从而，当通过检测器测量时，目标可以是“明亮的”，但是覆盖敏感性会较小，所以覆盖的适当确定会困难。
此外，目标设计可以基于例如在仿真模型中使用的标称堆叠(即，形成测量周期结构的层和材料的组合)。然而，“真实的”堆叠可不同于标称堆叠，和/或可以由于图案化工艺中的变化而变化。这以及测量工艺中的可能变化使得目标响应可以完全不同于(典型地，恶化)所期望的(例如，仿真的)，并且使得难以找到适当的量测目标设计和测量配方。这进一步通过以下事实而加剧：通常，一旦量测目标设计已经被置于图案化设备上，就不可以改变，直到创建新的图案化设备，并且测量配方的改变不足以使能实现感兴趣参数的良好测量/确定。
此外，尽管一些波长可用于测量中的照射束，但测量装置的光学器件可具有“甜蜜点”，性能好于其他波长的波长范围。但是，该“甜蜜点”与量测目标应该被期望能够实现感兴趣参数的良好测量/确定的波长范围不一致。
在典型的量测目标中，上周期结构(例如，栅格)至少部分地覆盖下周期结构(例如，栅格)。此外，当使用测量装置进行测量时，通过单个测量束来照射所有这些周期结构。并且，上和下周期结构具有基本相同的间距，使得上和下周期结构的输出衍射辐射组合成为单个束(每个衍射阶)。为了解决上述一个或多个问题或者其他问题，提出了不同的量测目标设计、测量装置和测量工艺。
根据一个实施例，与下周期结构(例如，栅格)相比，上周期结构(例如，栅格)通过不同的测量束来照射。因此，可以独立地控制不同的测量束。此外，在一个实施例中，那些不同的测量束彼此相干(即，具有基本固定的相位关系)，并且设置为使得它们在被相应的周期结构衍射之前相互基本不干涉。然后，来自上和下周期结构的衍射辐射被组合成单个光学束，使得来自上和下周期结构的衍射辐射可以干涉并且承载覆盖信息。组合的衍射束可以在光瞳面(例如，基于光瞳的覆盖确定)或在场平面(例如，在暗场图像中)中进行检测和分析。下面进一步描述的量测目标设计被设置为能够实现这些步骤。
通过控制进入上和下周期结构的辐射的强度比和/或相位差，变得可以有效地控制量测目标的响应。例如，可以调整堆叠敏感度、对工艺变化的稳健性和/或对下周期结构不对称的结构不对称的敏感度。因此，在一个实施例中，可以在目前可能之外优化测量性能。附加地或备选地，可以放大应用空间。
根据一个实施例，使用具有垂直偏振的至少两个独立的照射束。以这种方式，照射束不能干涉(例如，干涉会引起条状图案照射目标来代替均匀的斑点)。参照图9，示意性示出了使能提供这种束的光学系统的实施例。光学系统接收例如来自灯或光纤(仅为了方便而没有示出)的入射束900，束被提供给偏光器或减速器910。来自偏光器或减速器910的束可以任选地被提供给补偿器920。无论来自偏光器或减速器910还是任选的补偿器920，随后都将偏振辐射提供给分束器930。在一个实施例中，分束器930是偏振分束器或wollaston或nomarski棱镜。从分束器930提供第一偏振束940和分离的第二偏振束950。第一和第二偏振束940、950被正交地偏振。例如，如960所示，第一束940可以具有第一方向上的线性偏振，而如970所示，第二束950可以具有与第一方向正交的第二方向上的线性偏振。例如，偏振方向可以沿着0和90度进行选择(如图9所示)，但它们可以旋转，例如在图9中旋转整个单元。在一个实施例中，偏振被选择相对于目标的周期结构的特征的延长方向为+45和-45度；在这种情况下，与目标的交互对于束940、950来说将基本相同。虽然在该示例中使用线性偏振的束940、950，但一个实施例可以使用不同的偏振(例如，左旋圆偏振和右旋圆偏振)，只要束940、950的偏振是正交的即可。为了帮助使能第一和第二束940、950具有基本固定的相位关系，如980所示，入射束900应该以第一和第二束940、950的相应偏振之间的角度被偏振(例如，与这些偏振成45度)。
通过改变入射偏光器或减速器910处的偏振方向的位置(例如，旋转角度)，可以控制束940、950的强度比。此外，如果在偏光器或减速器910与分束器930之间设置任选的补偿器(例如，减速器，诸如四分之一波长板)，则可以改变束940、950之间的相位差。一旦已经创建了束940、950，任何光学设计都可用于将束940、950引导至它们自身的光瞳和/或场位置。
现在，在一个实施例中，提供了这些束940、950的配置、相关联的量测目标设计以及重新组合来自束940、950的衍射辐射的方式。
参照图10，示意性示出了与入射测量束一起的量测目标的实施例。参照图10a，与具体的基于衍射的量测目标相比，提供了两个测量束940、950来代替一个测量束，每个束均在量测目标的相应周期结构1000、1010上具有基本相同的入射角度。此外，周期结构并非完全彼此覆盖。参见图10a，下周期结构和上周期结构横向偏移基本相同的距离，因为测量束940、950横向偏移。如图10a所示，束950照射周期结构1000，而束940照射不同的周期结构1010，其中周期结构1010是下层1020，并且周期结构1000是上层1030。由于每个束940、950均照射相应的一个周期结构1010、1000，所以每个周期结构1000、1010均将提供其自身的辐射的衍射束。
在一个实施例中，分束器930(例如，wollaston或nomarski棱镜)的分裂照射束900的分裂平面与等效光瞳面一致。以这种方式，两个束940、950源于基本相同的光瞳点，但是在场平面中彼此相对地偏移。因此，在目标上创建两个不同的斑点，例如参见图10b中的束940、950的斑点。
在一个实施例中，在光瞳模式中测量图10b所示的“未填满”斑点(即，相应的斑点包含在其相应的周期结构的边界内)。在一个实施例中，可以支持其他测量模式。例如，可以获取(暗)场图像来代替光瞳图像。这可以与图11b所示的“过填充”斑点(即，相应的斑点延伸到其相应的周期结构的边界外)组合。所以，如图10，在独立的部分(上层1030中的周期结构1000和下层1020中的周期结构1010)中设置图11中的目标。在图11中，束940、950的斑点(由此，目标的周期结构1000、1010)之间的间距大于斑点尺寸本身，由此斑点被清楚地分离。
此外，图10示出了单个栅格形式的周期结构的示例，而图11示出了栅格组合形式的周期结构的示例(在图11的示例中，栅格具有栅格特征的延长的正交方向)。但是，可以在图10的实施例中使用该图11的周期结构。所以，本文的实施例可以具有例如具有单种周期结构(例如，栅格)的周期结构、例如具有多个周期结构(例如，栅格)的周期结构(其中周期结构可以具有相互不同的角度下的特征延长方向)和/或它们的组合。
例如为了确定覆盖，来自用相应束940、950照射周期结构1000、1000的衍射辐射应该干涉，并且需要被重新组合。对于该重新组合，可以使用用于将束900分裂为束940、950的相似技术，但是在反向上。例如，可以在检测路径中设置组合光学元件(例如，wollaston或normarski棱镜)以接收从利用相应束950、940照射周期结构1000、1000创建的具有正交偏振的衍射辐射，并且组合光学元件将衍射辐射组成为单个束。该组合光学元件随后跟随有另一偏光器或减速器，以帮助确保具有正交偏振的衍射辐射可以干涉。
在期望实施例中，组合光学元件是分束器930，以使能衍射辐射的分裂和组合。例如，设置wollaston或nomarski棱镜930，创建束940、950并且组合从利用相应束950、940照射周期结构1000、1000创建的具有正交偏振的衍射辐射。
在一个实施例中，在照射中应用偏振，并且检测路径可以通过相同的一个或多个光学元件来设置。然而，在一个实施例中，由于期望例如通过改变偏振角度来优化量测目标响应，所以期望具有独立的偏光器或减速器(例如，参见图12)，使得可以获取最优和/或定制的性能。
参照图12，示意性示出了测量装置的实施例，以使能创建束940、950，组合从利用相应束950、940照射周期结构1000、1000创建的具有正交偏振的衍射辐射，并且测量组合的衍射辐射来得到感兴趣的一个或多个参数(例如，覆盖)。辐射输入1200(例如，来自辐射源的灯或光纤)提供入射束900。任选的光学元件1205(例如，透镜)将入射束提供给偏光器或减速器910。在一个实施例中，入射束900可以不被偏振，并且偏光器910为束提供期望的偏振。在实施例中，入射束900可以被偏振，并且减速器910将偏振改变为期望偏振。
来自偏光器或减速器910的辐射被提供给光瞳面(或其共轭面)1210，此处或其附近可以设置孔径光阑。然后，来自平面1210的辐射被任选的光学元件(例如，透镜系统)1215处理。无论是来自平面1210还是光学元件1215，在一个实施例中，辐射被提供给光学元件1220以将辐射引导至分束器930。在实施例中，光学元件1220可以是偏振敏感的，使得其反射特定偏振的辐射，并且允许特定的不同偏振的辐射穿过其中。在一个实施例中，光学元件1220在用于将束900提供给目标t的照射路径以及来自目标t的衍射辐射的检测路径中。
任选地，在偏光器或减速器910与分束器930之间的光学路径中，来自偏光器或减速器910的束可以被提供给补偿器(图12中未示出，但是例如参见图9中的补偿器920)。
如上所述，来自偏光器或减速器910的偏振辐射900被提供给分束器930。在一个实施例中，分束器930是偏振分束器或者wollaston或nomarski棱镜。在一个实施例中，分束器930的束分裂表面位于光瞳面(或其共轭面)1225处或其附近。在一个实施例中，分束器930的束分裂表面位于场平面(或其共轭面)处或其附近。以这种方式，创建两个不同的光瞳分布(即，两个不同的入射角)，并且衬底上具有单个斑点。上文将进一步讨论相关联的目标和照射束的实施例。
第一偏振束940和分离的第二偏振束950从分束器930朝向目标t提供。第一和第二偏振束940、950被正交地偏振。例如，第一束940可以具有第一方向上的线性偏振，并且第二束950可以具有与第一方向正交的第二方向上的线性偏振。在一个实施例中，第一和第二束940、950的偏振被选择为相对于目标的周期结构的特征的延长方向呈+45和-45度；在这种情况下，与目标的交互对于束940、950来说将基本相同。虽然在该示例中使用线性偏振的束940、950，但实施例可以使用不同的偏振(例如，左旋圆偏振和右旋圆偏振)，只要束940、950的偏振是正交的即可。为了帮助确保第一和第二束940、950具有基本固定的相位关系，入射束900应该以第一和第二束940、950的相应偏振之间的角度被偏振(例如，与这些偏振成45度)。光学元件1230(例如，透镜)可以向目标t提供束940、950。
在目标t处，束940、950被目标t的周期结构衍射。然后，沿着检测路径将衍射辐射提供给检测器1245。如上所提到的，例如为了确定覆盖，来自用束940、950照射目标t的周期结构的衍射辐射应该干涉，并且需要被重新组合。在一个实施例中，可以使用用于将束900分裂为束940、950的相似技术，但是在反向上。例如，可以在检测路径中设置组合光学元件(例如，wollaston或normarski棱镜)以接收从利用束950、940照射目标t的周期结构创建的具有正交偏振的衍射辐射，并且组合光学元件将衍射辐射组成为单个束。该组合光学元件随后跟随有另一偏光器或减速器1240，以帮助确保具有正交偏振的衍射辐射可以干涉。即，如果目标t保持偏振状态(使得甚至在衍射之后，它们是正交的)，可需要检测路径中的偏光器或减速器1240，以“迫使”衍射辐射束干涉。
在图12的实施例中，组合光学元件是分束器930，以使能衍射辐射的分裂和组合。例如，设置wollaston或nomarski棱镜930，其创建束940、950并且组合与从用束940、950照射目标t的周期结构创建的具有正交偏振的衍射辐射。
在图12的实施例中，光学元件1220在来自目标t的衍射辐射的检测路径中，并且接收来自分束器930的组合辐射。光学元件1220可以是偏振敏感的，使得其反射入射束900的辐射，并且允许来自目标t的衍射辐射穿过其中。然后，来自平面分束器930的辐射被任选的光学元件(例如，透镜系统)1240处理，并且被提供给偏光器或减速器1240。辐射从偏光器或减速器1240提供给检测器1245。在一个实施例中，检测器的检测表面接收光瞳面(或其共轭面)1250的图像。
在一个实施例中，测量装置可以包括现有的测量装置，其可以补充有偏光器或减速器910、偏光器或减速器1240和分束器930(例如，wollaston或nomarski棱镜)的封装。因此，现有测量装置的行为例如可以通过将偏光器或减速器的偏振轴与分束器930的偏振轴对准或者通过从光学路径移除分束器930来恢复。在一个实施例中，偏光器或减速器910、1240和分束器930可以从现有的测量装置中移除，以留下工作的现有测量装置。
在一个实施例中，在光学路径中，偏光器或减速器910是可移除的(例如，可旋转)。在一个实施例中，在光学路径中，偏光器或减速器1240是可移除的(例如，可旋转)。此外，在一个实施例中，在设置的情况下，在光学路径中，补偿器920是可移除的(例如，可旋转)。如上所讨论的，通过改变光学路径中的偏光器或减速器910处的偏振方向的位置(例如，旋转角度)，可以控制束940、950的强度比。此外，如果设置任选的补偿器920(例如，诸如四分之一波板的减速器)，可以改变束940、950之间的相位差。
如之前所指示的，期望控制目标t的响应。这通过改变照射或检测路径中的偏振方向或相位滞后来实现。例如，这可以通过旋转偏光器或减速器910、补偿器920和/或偏光器或减速器1240来机械地进行。为了提高速度，可以使用诸如普克尔斯盒(pockelscell)的电-光调制器。
偏光器或减速器910、补偿器920和/或偏光器或减速器1240的设置可以在优化过程期间被优化一次，然后在随后的测量中保持恒定。在一个实施例中，可以在测量期间根据观察到的目标特性来动态地更新设置。在一个实施例中，每个目标可以使用多个偏光器或减速器910、补偿器920和/或偏光器或减速器1240设置，并且组合成为单个测量。无论在优化期间还是运行时间期间，设置的选择可以基于多个参数的优化，诸如堆叠敏感度、衍射效率、对下周期结构的结构不对称的敏感度和/或与外部接口(诸如sem)的匹配。
如从图10和图11明显得到的，与上层中的周期结构完全覆盖下层中的周期结构的目标相比，该目标布置占用更多的空间，因为上周期结构没有完全覆盖下周期结构。如果仅仅例如由于完全覆盖下周期结构的上周期结构可以在占用较少的“基板面”的同时这样做而测量覆盖，则这会是不利的。但是，通过这种新目标布置和测量模式，下周期结构(和/或上周期结构)可以分别被测量，例如监控周期结构的例如由于工艺变化而引起的结构不对称。如此，通过具有完全覆盖下周期结构的上周期结构的目标，应该印刷独立的目标，这现在是不需要的。确实，通过具有完全覆盖下周期结构的上周期结构的目标，可需要三个目标，一个用于上周期结构，一个用于下周期结构，一个用于测量感兴趣的参数(例如，覆盖)。在这种布置中，单个目标可以设置有图10和图11所示的横向偏移的周期结构，并且每个周期结构可自身进行监控，以及可一起使用周期结构来确定感兴趣的参数(诸如覆盖)。例如，使用束940、950，可以测量感兴趣的参数(诸如覆盖)，并且仅使用束930、940中的一个(例如，适当地将照射偏光器或减速器910的偏振轴与分束器930的特定偏振轴对准)，可以独立地测量下周期结构1010或上周期结构1000。
在图11所示的实施例中，斑点(由此，目标的周期结构)之间的间距大于斑点尺寸本身，由此两个斑点是独立的。然而，这不是必须的。如图13b示意性示出的，过填充斑点也可以重叠，使得目标的周期结构1000、1010可以放置得更接近。然而，周期结构1000、1010的中心之间的距离应该与斑点中心之间的偏移匹配。仅在这种情况下，束940的至少一部分撞击在周期结构1000上，并且束950的至少一部分撞击到周期结构1010上。
在图14中示意性示出了图13的布置的简化版本，其中周期结构1000、1010分别包括单个栅格而非图13所示的均包括多个栅格的周期结构1000、1010。在图15中示出了使用图14示意性示出的布置在检测器1245上创建的图像。即，在重新组合束930、940之后在检测器1245上得到的图像在第二次穿过分束器930之后从目标t衍射。虽然具有目标的两个周期结构，但如图15所示，图像示出由于第二次通过重新组合两个束的分束器930而得到的三个独立的辐射分布。第一辐射分布1500组合被上和下周期结构衍射的辐射，并由此承载例如“正常”覆盖信息。通过该组合的辐射分布1500，可以确定感兴趣的参数(诸如覆盖)。其他辐射分布(第二辐射分布1510和第三辐射分布1520)分别提供关于相应的各个上和下周期结构1000、1010的一个或多个特性(例如，衍射效率、结构不对称等)的信息。例如，第二辐射分布1510可以与周期结构1000相关联，而第三辐射分布1520可以与周期结构1010相关联。有利地，可以同时/相互同步地并且利用获取关于周期结构的组合的信息(例如，覆盖信息)而获得关于各个周期结构的信息。来自各个周期结构或者来自周期结构的组合的确定信息可用于优化一个或多个设置或者校正测量值(例如，针对一个或多个对应周期结构确定的信息可用于校正从它们的组合确定的信息(例如，覆盖))。
上面概述的实施例主要集中于在场中将进入的束900分裂为束940、950，使得束940、950以基本相同的入射角照射目标，并且斑点在不同的空间位置处击中目标。然而，在一个实施例中，进入的束900可以分裂为束940、950，使得束940、950击中目标上基本相同的斑点，并且以目标处的不同的入射角照射目标。在这种情况下，束900可以在光瞳中被分裂为束940、950。以这种方式，将仍然可以独立地控制多个周期结构的分布，上周期结构1000完全覆盖下周期结构1010，周期结构1000、1010的周期结构矢量(例如，周期结构间距和/或周期结构的方向)的差值与光瞳中的束940、950的位移相匹配。以这种方式，可以形成组合束，并且可以测量感兴趣的参数(例如，覆盖)。因此，该实施例可以具有周期结构完全覆盖另一周期结构但是仍然能够测量对应周期结构而不具有另一目标的优势。
在一个实施例中，周期结构矢量由此代表周期结构的周期特征的方向和/或间隔(例如，间距)(例如，周期结构矢量指向垂直于周期特征(例如，栅格线)的延长方向和具有2π/间距的长度标度)。由此，周期结构矢量确定周期结构的衍射角度(即，光瞳空间中的位置)。
图17示意性示出了在光瞳中使用束分离的一个实施例。源于不同的光瞳位置的两个照射束940、950照射包括周期结构1000、1010的目标。在这种情况下，类似于用于测量例如覆盖的传统衍射目标，周期结构1000覆盖周期结构1010。但是，周期结构1000、1010具有不同的周期结构矢量(例如，周期特征的不同间距和/或不同方向)。并且，如图17所示，每个束940、950以不同的入射角照射周期结构1000、1010。所以，两个周期结构均创建用于每个束940、950的一阶束。通过使不同的周期结构矢量(例如，周期结构间距和/或周期特征方向)与光瞳中的束的位移(即，光瞳分离)“匹配”，将产生多个辐射分布，包括用于每个周期结构以及用于周期结构的组合的光瞳中的独立的一阶辐射分布。所以，在一个实施例中，针对一个周期结构提供第一个一阶辐射分布，针对第二个周期结构提供第二个一阶辐射分布，并且针对周期结构的组合提供第三个一阶辐射分布。例如，第一个一阶辐射分布1720包括单独来自周期结构1010的大多数一阶辐射，第二个一阶辐射分布1740包括单独来自周期结构1000的大多数一阶辐射，并且第三个一阶辐射分布1730包括来自周期结构1000、1010的组合的一阶辐射。因此，第三个一阶辐射分布1730例如承载覆盖信息。光瞳将还包含针对每个束940、950的从目标衍射的0阶辐射分布。因此，在一个实施例中，第一个0阶辐射分布1700包括来自束950的大多数0阶辐射，并且第二个0阶辐射分布1710包括来自束940的大多数0阶辐射。因此，在一个实施例中，参照图17，选择周期结构1000、1010的周期结构矢量(例如，间距和/或周期特征方向)，使得周期结构1000、1010适合于照射束940、950的光瞳位置，并且形成覆盖区域1730。附加地或备选地，在一个实施例中，照射束940、950的光瞳位置适于周期结构1000、1010的周期结构矢量(例如，间距和/或周期特征方向)。
在该实施例中，分束器930可以将辐射分裂为两个光瞳分布。但是，在该实施例中，目标不仅衍射辐射，而且还重新组合衍射辐射。因此，在检测路径中不需要分束器930或其他组合器。
此外，虽然图16和图17所示的实施例示出了束940、950在光瞳中分裂，但是相同方法可应用于场检测。例如，通过使用仅透射组合的一阶辐射(例如，一阶辐射分布1730)暗场孔径以及成像场，可以创建图像。
期望地，可以制造灵活的光瞳选择(例如，通过数字微镜设备(dmd)或基于lcd的“孔径”)，使得可以收集各个周期结构的分布，以提取例如关于周期结构的结构不对称的信息。在一个实施例中，全景相机用于同时成像所有三个分量。
在一个实施例中，可以在上和/或下周期结构中存在多个编程覆盖偏置(如上所讨论的)，从而例如校准覆盖值。
所以，参照图18，呈现量测方法的一个实施例。在1800，用具有第一偏振的第一辐射束照射量测目标的至少第一周期结构。
在1802，用具有第二不同的偏振的第二辐射束照射量测目标的至少第二周期结构。在一个实施例中，同时发生第一和第二周期结构的照射。在一个实施例中，第二偏振基本垂直于第一偏振。在一个实施例中，第一和第二辐射束彼此相干。
在一个实施例中，分束器用于将进入的束分裂为具有第一偏振的第一辐射束和具有第二偏振的第二辐射束。在一个实施例中，分束器包括wollaston或nomarski棱镜。在一个实施例中，进入的束具有偏振角或相位和/或平面波的幅度，它们在第一和第二偏振的相应值之间。在一个实施例中，分束器将从第一周期结构衍射的辐射与从第二周期结构衍射的辐射进行组合。在一个实施例中，分束器的分裂平面基本与光瞳面或其共轭面一致，以在目标上产生第一辐射束的斑点的中心，其与目标上的第二辐射束的斑点的中点横向偏移。在一个实施例中，分束器的分裂平面基本与场平面或其共轭面一致，以在目标上产生第一辐射束的入射角，其与目标上的第二辐射束的入射角不同。
在一个实施例中，目标上的第一辐射束的斑点的中心与目标上的第二辐射束的斑点的中心横向偏移。在一个实施例中，第二周期结构的至少一部分不覆盖第一周期结构的至少一部分，并且第一辐射束的斑点的中心入射在第一周期结构的至少一部分上，并且第二辐射束的斑点的中心不入射在第一周期结构的至少一部分上。在一个实施例中，目标上的第一辐射束的斑点与目标上的第二辐射束的斑点重叠。在一个实施例中，第一辐射束的斑点和/或第二辐射束的斑点大于相应的第一周期结构和/或第二周期结构。
在一个实施例中，目标上的第一辐射束的入射角不同于目标上的第二辐射束的入射角。在一个实施例中，第二周期结构的至少一部分覆盖第一周期结构的至少一部分，并且第一和第二辐射束入射到第二周期结构的至少一部分上。在一个实施例中，在第一和第二周期结构之间存在周期结构矢量差。在一个实施例中，周期结构矢量差包括第一周期结构的特征的间距不同于第二周期结构的特征的间距。
在一个实施例中，该方法还包括：改变第一和第二辐射束之间的强度比。在一个实施例中，该方法还包括：改变第一和第二辐射束之间的相位。在一个实施例中，对分裂为第一和第二辐射束的进入束执行强度比和/或相位的改变。
在一个实施例中，第一和第二偏振相对于第一和第二周期结构的栅格线的延长方向大约为45度。在一个实施例中，第一和第二偏振是线性偏振。
在1804，从第一周期结构衍射的组合辐射与从第二周期结构衍射的辐射进行组合，以引起干涉。在一个实施例中，组合辐射在检测之前穿过偏光器或减速器。
在1806，使用检测器来检测组合辐射。在1808，根据检测的组合辐射确定感兴趣的参数。在一个实施例中，确定感兴趣的参数包括：从组合辐射中确定用于目标的感兴趣的参数，并且从组合辐射中针对第一周期结构和/或第二周期结构确定感兴趣参数。在一个实施例中，感兴趣的参数包括覆盖。在一个实施例中，感兴趣的参数包括针对第一周期结构和/或第二周期结构的衍射效率和/或结构不对称。
所以，在一个实施例中，提供了一种量测装置，包括：光学元件，被配置为在具有多个周期结构的量测目标上提供具有第一偏振的第一辐射束和具有第二偏振的第二辐射束；检测器，被配置为检测被周期结构衍射的来自第一和第二辐射束的辐射，其中来自周期结构的衍射辐射被组合并干涉；以及控制系统，被配置为根据检测的组合衍射辐射确定感兴趣的参数。
在一个实施例中，第二偏振基本垂直于第一偏振。在一个实施例中，第一和第二辐射束彼此相干。在一个实施例中，第一和第二偏振相对于第一和第二周期结构的栅格线的延长方向大约呈45度。在一个实施例中，第一和第二偏振是线性偏振。在一个实施例中，感兴趣的参数包括覆盖。在一个实施例中，感兴趣的参数包括针对第一周期结构和/或第二周期结构的衍射效率和/或结构不对称。
在一个实施例中，光学元件包括分束器，其被配置为将进入的束分裂为具有第一偏振的第一辐射束和具有第二偏振的第二辐射束。在一个实施例中，分束器包括wollaston或nomarski棱镜。在一个实施例中，进入的束具有偏振角或相位和/或平面板的幅度，在第一和第二偏振的幅度之间。在一个实施例中，分束器将从第一周期结构衍射的辐射与从第二周期结构衍射的辐射进行组合。在一个实施例中，目标上的第一辐射束的斑点的中心与目标上的第二辐射束的斑点的中心横向偏移。在一个实施例中，分束器的分裂平面基本与光瞳面或其共轭面一致，以产生目标上的第一辐射束的斑点的中心与目标上的第二辐射束的斑点的中心横向偏移。在一个实施例中，第二周期结构的至少一部分不覆盖第一周期结构的至少一部分，并且第一辐射束的斑点的中心入射在第一周期结构的至少一部分上，而第二辐射束的斑点的中心不入射到第一周期结构的至少一部分上。在一个实施例中，目标上的第一辐射束的斑点与目标上的第二辐射束的斑点重叠。在一个实施例中，第一辐射束的斑点和/或第二辐射束的斑点大于相应的第一周期结构和/或第二周期结构。
在一个实施例中，目标上的第一辐射束的入射角不同于目标上的第二辐射束的入射角。在一个实施例中，分束器的分裂平面基本与场平面或其共轭面一致，以产生目标上的第一辐射束的入射角不同于目标上的第二辐射束的入射角。在一个实施例中，第二周期结构的至少一部分覆盖第一周期结构的至少一部分，并且第一和第二辐射束入射在第二周期结构的至少一部分上。在一个实施例中，第一周期结构的特征的间距不同于第二周期结构的特征的间距。
在一个实施例中，该装置还包括偏光器或减速器，其被配置为改变第一和第二辐射束之间的强度比。在一个实施例中，该装置还包括减速器，其被配置为改变第一和第二辐射束之间的相位。
在一个实施例中，该装置还包括被配置为在检测之前处理组合辐射的偏光器或减速器。
在一个实施例中，被配置为根据经检测的组合确定感兴趣的参数的控制系统被配置为：根据组合的辐射确定目标的感兴趣的参数，并且根据组合的辐射确定针对第一周期结构和/或第二周期结构的感兴趣的参数。
因此，在一个实施例中，用至少两个相干的、正交偏振的束来照射目标。提供至少两个照射束的空间或角度分离。被目标衍射的辐射被组合(例如，通过光学元件或者通过目标本身)以发生干涉。测量组合的衍射辐射，并且根据测量确定感兴趣的参数。提供对应的目标设计(例如，空间分离的上和下周期结构，或者上和下周期结构之间的周期结构矢量差)。可以通过在光学路径中使用一个或多个偏光器和/或减速器来提供目标特性的积极处理。例如，可以提供至少两个照射束之间的强度比和/或相位差的优化。
本文的装置和/或量测方法例如可以使能更好的测量准确性、更好的测量精度、针对工艺变化更好的测量稳定性、较大的应用范围、目标较大的设计自由度和/或波长选择的较大自由度。
如前所述，从可印刷性和可检测性的观点来看，所提出的量测目标设计可以经受测试和/或仿真，以确认它们的适合性和/或可行性。在商业环境中，良好的覆盖标记可检测性可以认为是较低的总测量不确定性以及短移动-获取-移动时间的组合，因为较慢的获取不利于生产线的总产量。在一个方面，现代基于微衍射的覆盖目标(μdbo)可以为10-20μm的等级。
此外，一旦选择了满足上述标准的量测目标，就存在可检测性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/或抛光工艺引入的几何不对称)改变的可能性。因此，选择具有低可检测性变化和测量的感兴趣参数(例如，覆盖、对准等)相对于各种工艺变化的较少变化的目标是有用的。类似地，一般来说，用于制造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)将影响量测目标的成像和制造。因此，确保量测目标对指纹效应具有抵抗力是有用的，因为一些图案将或多或少地被特定的光刻指纹所影响。
因此，在一个实施例中，提供了一种设计用于本文描述的量测方法和/或装置的量测目标的方法。在一个实施例中，期望仿真各种量测目标设计，以确认所提出的一个或多个量测目标设计的适应性和/或可行性。
在用于仿真涉及光刻和量测目标的制造工艺的系统中，例如如图19所示，可通过各种功能模块来描述主要的制造系统部件和/或工艺。参照图19，功能模块可以包括：设计布局模块1300，其限定量测目标(和/或微电子设备)涉及图案；图案化设备布局模块1302，其限定如何基于目标设计在多边形中布局图案化设备；图案化设备模型模块1304，其在仿真处理期间对将被利用的像素化且连续色调的图案化设备的物理特性进行建模；光学模型模块1306，限定光刻系统的光学部件的性能；光刻胶模型模块1308，其限定在给定工艺中使用的光刻胶的性能；工艺模型模块1310，其限定光刻胶后显影工艺(例如，蚀刻)的性能；以及量测模块1312，其限定量测目标(例如，本文描述的量测方法和/或装置)使用的量测系统的性能，并由此限定当被量测系统使用时的量测目标的性能。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中捕获照射和投影光学器件的特性，其包括但不限于na-西格玛(σ)设置以及任何特定的照射源形状，其中σ(或西格玛)是照射器的外部辐射程度。涂覆在衬底上的光刻胶层的光学特性(即，折射率、膜厚、传播和偏振效应)还可以被捕获为光学模型模块1306的一部分，其中光刻胶模型模块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处理的效应，以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捕获目标设计特征在图案化设备的图案中如何被布图，并且可以包括图案化设备的详细物理特性的表示，例如如美国专利第7,587,704号所描述的。仿真的目标在于精确地预测例如边缘放置和cd，其随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，并且将以诸如gdsii或oasis的标准数字文件格式来提供。
通常，光学和光刻胶模型之间的连接是光刻胶层内的仿真投影(aerialimage)强度，其源于衬底上的辐射的投射、光刻胶界面处的折射和光刻胶膜堆叠中的多重反射。辐射强度分布(投影强度)通过光子的吸收转换为潜在的“光刻胶图像”，其进一步通过扩散工艺和各种加载效应进行修改。足够快用于全芯片应用的有效仿真方法通过二维投影(和光刻胶图形)接近光刻胶堆叠中的真实三维强度分布。
因此，模型公式描述了总工艺的大多数(如果不是全部)已知物理和化学现象，并且每个模型参数期望地对应于不同的物理或化学效应。由此，模型公式设置关于模型如何可以很好地用于仿真总制造工艺的上限。然而，有时模型参数可以不准确地来自测量和读取误差，并且在系统中可能存在其他缺陷。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，各种工艺参数中的变化对可忠实地反映设备设计的适当目标的设计具有显著的影响。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确定)、(器件层或光刻胶层的)折射率、(器件层或光刻胶层的)厚度、入射辐射的频率、蚀刻深度、地面倾斜、用于辐射源的消光系数、(用于光刻胶层或器件层的)涂覆不对称、化学-机械抛光工艺期间的侵蚀变化等。
本文描述了限定例如用于量测系统仿真或者目标制造工艺仿真(例如，包括使用光刻工艺曝光量测目标、显影量测目标、蚀刻目标等)的量测目标设计的计算机实施方法。在一个实施例中，用于目标的一个或多个设计参数(例如，几何尺寸)可以被指定，并且可以针对一个或多个设计参数指定进一步的离散值或值的范围。例如，一个或多个设计参数可以指定上层的周期结构相对于下层的周期结构横向偏移，使得上层的周期结构的至少一部分不覆盖下层的周期结构的至少一部分。作为另一示例，设计参数可以是基于本文讨论的第一和第二辐射束的横向间距的上和下周期结构的横向间距的关系，或者设计参数可以是基于第一和第二辐射束的入射角的周期结构矢量差(例如，上和下周期结构之间的间距差)的关系。此外，例如基于目标期望的图案化工艺，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)和间距之间的关系(例如，特征宽度小于间距)等)施加一个或多个约束。例如，约束可以是基于本文讨论的第一和第二辐射束的横向间距的上和下周期结构的横向间距的关系，或者约束可以是基于第一和第二辐射束的入射角的周期结构矢量差(例如，上和下周期结构之间的间距差)的关系。在一个实施例中，一个或多个约束可以关于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20示意性示出了根据一个实施例的限定量测目标设计的计算机实施方法。在框b1中，该方法包括为量测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，量测目标设计系统的用户可以指定用于量测目标的一个或多个设计参数(例如，几何尺寸)。用户可以进一步指定量测目标的多个周期结构1000、1010。此外，在一个实施例中，用户可以指定(例如，选择)用于量测目标的一个或多个设计参数、一个或多个周期结构以及周期结构的一个或多个周期子结构中的每一个的离散值或值的范围。例如，用户可以选择用于量测目标的特征(例如，线)宽度、空间宽度、量测尺寸的尺寸等的值的范围或集合。在一个实施例中，在量测目标包括多个周期结构(栅格)或者分段周期结构(栅格)的情况下，用户可以选择或提供用于其他设计参数(例如，共享间距)的值的范围或集合。
在一个实施例中，设计参数可以包括从以下参数中选择的任何一个或多个几何尺寸：目标的周期结构的间距、目标的周期结构特征(例如，线)宽度、目标的周期结构空间宽度、周期结构的特征的一个或多个分段参数(取决于分段类型的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，两层或两层加上中间屏蔽层)指定参数。对于多层来说，它们可以共享间距。对于特定量测目标(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诸如从以下参数中选择的物理限制：在用于目标的量测系统中使用的辐射的波长、量测系统中使用的辐射的偏振、量测系统的数值孔径、目标类型和/或工艺参数。在一个实施例中，可以提供不均匀和不对称的图案，例如调制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是必须均匀的。
在框b2中，提供了用于量测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。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，使得如果已知三个中的两个，就可以完全确定第三个。
在一个实施例中，用户可以指定对量测目标的面积、尺寸或二者的约束。用户可以指定对周期结构的数量的约束。
在一个实施例中，约束可以是量测参数约束。例如，在一些量测系统中，系统的物理特性可设置约束。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，对作为波长、目标的类型和/或量测系统的孔径的函数的间距存在(上/下)限制。可用作约束的物理限制包括从以下中选择的一个或多个：量测系统中使用的辐射的波长、量测系统中使用的辐射的偏振、量测系统的数值孔径和/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)和另一层的设计参数(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解出和/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量测目标设计。例如，在涉及求解的一个实施例中，一个或多个潜在的量测目标设计可以被解出。即，可以通过例如使用一个或多个等式约束解出允许值解出特定值来得到一个或多个潜在的量测设计。例如，在涉及采样的一个实施例中，可以通过各种设计参数和约束来限定凸多边形。可以根据一个或多个规则来采样凸多边形的体积，以提供满足所有约束的采样量测目标设计。一个或多个采样规则可应用于采样量测目标设计。
然而，应该注意，不是所有的由此发现的量测目标设计是工艺变化的等效表达。如此，在一个实施例中，使用本文所述方法发现的量测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量测目标设计的可行性和/或适用性。然后，可以在框b5中评价仿真的量测目标设计，以识别哪一个或哪一些量测目标设计是工艺变化的最佳表达，例如通过基于关键性能指数或稳健性标准将它们进行排序。在框b6中，特定的量测设计可以被选择和用于例如测量。
图21示出了量测目标被用于监控性能并且作为用于控制量测、设计和/或生产工艺的基础的工艺的流程图。在步骤d1中，衬底被处理以制造产品特征以及本文描述的一个或多个量测目标。在步骤d2中，例如使用本文描述的方法和/或装置，测量和计算图案化工艺参数(例如，覆盖)值。在步骤d3中，测量的图案化工艺参数(例如，覆盖)值可以(与可用的其他信息一起)被使用，以更新量测配方。更新的量测配方被用于图案化工艺参数的再测量和/或用于随后处理的衬底上的图案化工艺参数的测量。以这种方式，精确地改进了所计算的图案化工艺参数。如果期望的话，更新处理可以是自动的。在步骤d4中，图案化工艺参数值用于更新设备制造工艺中的图案化步骤和/或其他工艺步骤的配方，用于重新工作和/或用于其他衬底的处理。再次，如果期望的话，这种更新可以是自动的。
虽然本文描述的量测目标的实施例主要根据覆盖测量进行了描述，但本文描述的量测目标的实施例可用于测量一个或多个附加或备选的图案化工艺参数。例如，量测目标可用于测量曝光剂量变化、测量曝光聚焦/散焦等。在一个实施例中，相同的量测目标可用于测量多个不同的参数。例如，量测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、焦点、剂量等。作为示例，一个或多个周期结构可被设计为测量覆盖(例如，在不同的层中具有它们相关联的周期结构)，并且一个或多个其他周期结构可以被设计为测量临界尺寸和/或焦点和/或剂量等。在一个实施例中，周期结构的特定组合可被设计为测量两个或更多个参数(例如覆盖)和一个或多个其他参数(诸如临界尺寸、焦点、剂量等)。如本文所讨论的，可以用多个辐射束来测量多个周期结构，并且来自多个周期结构的组合衍射辐射可用于测量来自多个周期结构的组合的参数(例如，覆盖)以及针对两个或更多个周期结构的参数(例如，结构不对称、衍射效率等)。
虽然上述目标结构是具体设计且被形成用于测量目标的量测目标，但在其他实施例中，可以在作为形成在衬底上的器件的功能部分的目标测量特性。许多器件具有规则、栅格状的结构。本文使用的术语“目标栅格”和“目标周期结构”不要求该结构被设置为特别用于被执行的测量。此外，量测目标的间距p接近散射仪的光学系统的分辨率限制，但是可以远大于目标部分c中通过图案化工艺制造的典型产品特征的尺寸。实际上，覆盖周期结构的特征和/或空间可以制造得包括尺寸类似于产品特征的较小结构。
此外，附图仅仅是目标的周期结构的示例。例如，一些附图可以仅示出周期结构的一些周期特征，但实际上，周期结构可以具有更多的周期特征。
在特定实施例中，量测目标的周期结构可以是旋转对称的。即，可以具有量测目标的两个或更多个周期结构(例如，三个或更多个、四个或更多个等)，其中周期结构被配置为共享公共的对称中心，并且每个周期结构都绕着公共对称中心180度或以上旋转是不变的。此外，每个周期结构可以包括两个或更多个周期子结构(例如，三个或更多个、四个或更多个等)。其中每个周期子结构具有对应的对称中心，并且每个周期子结构绕着对应的对称中心180度以上旋转是不变的。
但是，在一个实施例中，量测目标的周期结构可以是旋转对称的。这可以任何多种方式来实现。例如，三个或更多个的周期结构中的周期结构可以远离其他周期结构的公共对称中心偏移(定位)。作为另一示例，一个或多个周期结构中的一个或多个特征可以相对于一个或多个其他周期结构中的一个或多个特征稍稍缩短、加长或偏移。作为另一示例，可以在周期结构之间插入一个或多个伪结构，以破坏任何对称。在一个实施例中，一个或多个伪结构是旋转不对称的。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、缩短或加长为1nm范围或以下。这种改变将对测量读数具有较小到可忽略的影响。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。
虽然根据暗场量测描述了实施例，但本文的实施例可以适当地应用于角度分解和/或图像量测。
本文使用的术语“结构”不限于任何形式的结构，诸如简单的栅格线。确实，诸如线和栅格的空间的粗结构特征可以通过较细子结构的收集来形成。
与在衬底和图案化设备上实现的目标的物理周期结构相关联，一个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、制造衬底上的目标的方法、测量衬底上的目标的方法和/或分析测量以得到关于图案化工艺的信息的方法的机器可读指令的一个或多个序列。一个实施例可以包括计算机程序代码，其包含机器可读指令的序列或描述目标的数据。该计算机程序或代码可以例如在图3的装置的单元pu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、磁盘或光盘等)，其中存储有这种计算机程序或代码。当现有的量测装置(例如，图3所示类型)已经在生产和/或使用时，本发明的实施例可以通过提供用于使处理器执行本文描述的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被布置为控制光学系统、衬底支持件等，以执行在适当的多个目标上测量图案化工艺的参数的方法。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/或量测配方。计算机程序或代码可以布置为控制(直接或间接地)用于又一些衬底的图案化和处理的光刻装置。在一个实施例中，提供了一种非暂态计算机程序产品，其包括限定本文描述的测量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测量目标的衬底。在一个实施例中，提供了一种图案化设备，其被配置为至少部分地本文所述的形成测量目标。
在下面编号的条款中提供根据本发明的又一些实施例：
1.一种方法，包括：
利用具有第一偏振的第一辐射束照射量测目标的至少第一周期结构；
利用具有不同的第二偏振的第二辐射束照射量测目标的至少第二周期结构；
将从第一周期结构衍射的辐射与从第二周期结构衍射的辐射进行组合，以引起干涉；
使用检测器来检测组合的辐射；以及
根据检测的组合的辐射来确定感兴趣的参数。
2.根据条款1所述的方法，其中第二偏振基本正交于第一偏振。
3.根据条款1或2所述的方法，其中第一辐射束和第二辐射束彼此相干。
4.根据条款1至3中任一项所述的方法，还包括：使用分束器来将进入的束分裂为具有第一偏振的第一辐射束和具有第二偏振的第二辐射束。
5.根据条款4所述的方法，其中分束器包括wollaston或nomarski棱镜。
6.根据条款4或5所述的方法，其中进入的束具有偏振角或者平面波的相位和/或幅度，在第一偏振和第二偏振的相应值之间。
7.根据条款4至6中任一项所述的方法，其中分束器将从第一周期结构衍射的辐射与从第二周期结构衍射的辐射进行组合。
8.根据条款4至7中任一项所述的方法，其中分束器的分裂表面基本与光瞳面或其共轭面一致，以产生目标上的第一辐射束的斑点的中心与目标上的第二辐射束的斑点的中心横向偏移。
9.根据条款4至7中任一项所述的方法，其中分束器的分裂表面基本与场平面或其共轭面一致，以产生目标上的第一辐射束的入射角不同于目标上的第二辐射束的入射角。
10.根据条款1至8中任一项所述的方法，其中目标上的第一辐射束的斑点的中心与目标上的第二辐射束的斑点的中心横向偏移。
11.根据条款10所述的方法，其中第二周期结构的至少一部分不覆盖第一周期结构的至少一部分，并且第一辐射束的斑点的中心入射到第一周期结构的至少一部分上，而第二辐射束的斑点的中心不入射到第一周期结构的至少一部分上。
12.根据条款10或11所述的方法，其中目标上的第一辐射束的斑点与目标上的第二辐射束的斑点重叠。
13.根据条款10至12中任一项所述的方法，其中第一辐射束的斑点和/或第二辐射束的斑点大于相应的第一周期结构和/或第二周期结构。
14.根据条款1至7或9中任一项所述的方法，其中目标上的第一辐射束的入射角不同于目标上的第二辐射束的入射角。
15.根据条款14所述的方法，其中第二周期结构的至少一部分覆盖第一周期结构的至少一部分，并且第一和第二辐射束入射到第二周期结构的至少一部分上。
16.根据条款14或15所述的方法，其中第一周期结构的特征的间距不同于第二周期结构的特征的间距。
17.根据条款1至16中任一项所述的方法，还包括：改变第一辐射束和第二辐射束之间的强度比。
18.根据条款1至17中任一项所述的方法，还包括：改变第一辐射束和第二辐射束之间的相位。
19.根据条款1至18中任一项所述的方法，其中第一和第二偏振相对于第一和第二周期结构的栅格线的延长方向大约成45度。
20.根据条款1至19中任一项所述的方法，还包括：在检测之前，使组合的辐射通过偏光器或减速器。
21.根据条款1至20中任一项所述的方法，其中第一和第二偏振是线性偏振。
22.根据条款1至21中任一项所述的方法，其中包括确定感兴趣的参数包括：根据组合的辐射确定目标的感兴趣的参数，并且根据组合的辐射确定针对第一周期结构和/或第二周期结构的感兴趣的参数。
23.根据条款1至22中任一项所述的方法，其中感兴趣的参数包括覆盖。
24.根据条款1至22中任一项所述的方法，其中感兴趣的参数包括针对第一周期结构和/或第二周期结构的衍射效率和/或结构不对称。
25.根据条款1至24中任一项所述的方法，还包括优化第一和/或第二偏振。
26.根据条款25所述的方法，其中基于量测目标的观察特性来执行优化。
27.根据条款25或26所述的方法，其中优化包括：优化多个量测目标参数。
28.根据条款27所述的方法，其中量测目标参数包括从以下中选择的一个或多个参数：堆叠敏感度、衍射效率、对下周期结构的结构不对称的敏感度和/或与外部参考的匹配。
29.一种量测装置，包括：
光学元件，被配置为在具有多个周期结构的量测目标上提供具有第一偏振的第一辐射束和具有第二偏振的第二辐射束；
检测器，被配置为检测来自被周期结构衍射的第一辐射束和第二辐射束的辐射，其中来自周期结构的衍射辐射被组合并且干涉；以及
控制系统，被配置为根据检测的组合衍射辐射确定感兴趣的参数。
30.根据条款29所述的装置，其中第二偏振基本正交于第一偏振。
31.根据条款29或30所述的装置，其中第一辐射束和第二辐射束彼此相干。
32.根据权利要求29至31中任一项所述的装置，其中光学元件包括分束器，分束器被配置为将进入的束分裂为具有第一偏振的第一辐射束和具有第二偏振的第二辐射束。
33.根据条款32所述的装置，其中分束器包括wollaston或nomarski棱镜。
34.根据条款32或33所述的装置，其中进入的束具有偏振角或者平面波的相位和/或幅度，在第一偏振和第二偏振的相应值之间。
35.根据条款32至34中任一项所述的装置，其中分束器将从第一周期结构衍射的辐射与从第二周期结构衍射的辐射进行组合。
36.根据条款32至35中任一项所述的装置，其中分束器的分裂表面基本与光瞳面或其共轭面一致，以产生目标上的第一辐射束的斑点的中心与目标上的第二辐射束的斑点的中心横向偏移。
37.根据条款32至35中任一项所述的装置，其中分束器的分裂表面基本与场平面或其共轭面一致，以产生目标上的第一辐射束的入射角不同于目标上的第二辐射束的入射角。
38.根据条款29至36中任一项所述的装置，其中目标上的第一辐射束的斑点的中心与目标上的第二辐射束的斑点的中心横向偏移。
39.根据条款38所述的装置，其中第二周期结构的至少一部分不覆盖第一周期结构的至少一部分，并且第一辐射束的斑点的中心入射到第一周期结构的至少一部分上，而第二辐射束的斑点的中心不入射到第一周期结构的至少一部分上。
40.根据条款38或39所述的装置，其中目标上的第一辐射束的斑点与目标上的第二辐射束的斑点重叠。
41.根据条款38至40中任一项所述的装置，其中第一辐射束的斑点和/或第二辐射束的斑点大于相应的第一周期结构和/或第二周期结构。
42.根据条款29至35或37中任一项所述的装置，其中目标上的第一辐射束的入射角不同于目标上的第二辐射束的入射角。
43.根据条款42所述的装置，其中第二周期结构的至少一部分覆盖第一周期结构的至少一部分，并且第一和第二辐射束入射到第二周期结构的至少一部分上。
44.根据条款42或43所述的装置，其中第一周期结构的特征的间距不同于第二周期结构的特征的间距。
45.根据条款29至44中任一项所述的装置，还包括：偏光器或减速器，被配置为改变第一辐射束和第二辐射束之间的强度比。
46.根据条款29至45中任一项所述的装置，还包括：减速器，被配置为改变第一辐射束和第二辐射束之间的相位。
47.根据条款29至46中任一项所述的装置，其中第一和第二偏振相对于第一和第二周期结构的栅格线的延长方向大约成45度。
48.根据条款29至47中任一项所述的装置，还包括：偏光器或减速器，被配置为在检测之前处理组合的辐射。
49.根据条款29至48中任一项所述的装置，其中第一和第二偏振是线性偏振。
50.根据条款29至49中任一项所述的装置，其中被配置为根据检测的组合确定感兴趣的参数的控制系统被配置为：根据组合的辐射确定目标的感兴趣的参数，并且根据组合的辐射确定针对第一周期结构和/或第二周期结构的感兴趣的参数。
51.根据条款29至50中任一项所述的装置，其中感兴趣的参数包括覆盖。
52.根据条款29至51中任一项所述的装置，其中感兴趣的参数包括针对第一周期结构和/或第二周期结构的衍射效率和/或结构不对称。
53.根据条款29至52中任一项所述的装置，其中控制系统进一步被配置为优化第一和/或第二偏振。
54.一种制造器件的方法，其中使用图案化工艺将器件图案施加于一系列衬底，该方法包括：使用条款1至28中任一项所述的方法，检查在至少一个衬底上形成为器件图案的一部分或者除器件图案之外形成的至少一个衍射测量目标，并且根据该方法的结果控制用于稍后衬底的图案化工艺。
55.一种非暂态计算机程序产品，包括用于使处理器执行条款1至28中任一项所述的方法的机器可读指令。
56.一种系统，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，以确定图案化工艺的参数；以及
根据权利要求55所述的非暂态计算机程序产品。
57.根据条款56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投射到辐射敏感衬底上的投射光学系统。
尽管上面已经具体参考了在光学光刻的情况下使用本发明的实施例，但应理解，本发明可用于其他应用(例如，压印光刻)，并且在条件允许的情况下不限于光学光刻。在压印光刻中，图案化设备的拓扑限定在衬底上创建的图案。图案化设备的拓扑可以被按压在提供给衬底的光刻胶层中，通过施加电磁辐射、热量、压力或它们的组合来固化光刻胶。在光刻胶固化之后，图案化设备脱离光刻胶，在其中留下图案。
本文使用的术语“优化”表示调整装置或工艺，例如光刻装置或光学光刻工艺步骤，使得图案化和/或器件制造结果和/或工艺(例如，光刻)具有一个或多个更加期望的特性，诸如设计布局在衬底上的投射的更高精度、更大的工艺窗等。
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范围内的波长)以及颗粒束(诸如离子束或电子束)。
在条件允许时，术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件的任何一种或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学部件。
具体实施例的前述内容示出了本发明的实施例的一般特性，使得可以通过应用本领域的知识容易地针对各种应用修改和/或适应这些具体实施例而不过度试验，也不背离本发明的一般概念。因此，基于本文呈现的教导和指引，这种适应和修改包括在所公开实施例的含义和等效范围内。应理解，本文的措辞或术语用于描述示例的目的而不用于限制，使得技术人员考虑到教导和指引来解释本说明的措辞或术语。
本发明的范围不应该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。