确定图案化工艺的感兴趣参数的值的方法、器件制造方法与流程
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本申请要求于2018年10月31日提交的欧洲专利申请18203837.2的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本说明书涉及获取图案化工艺(诸如使用光刻装置作为器件制造工艺的一部分的图案化工艺)的感兴趣参数的值。
背景技术：
光刻装置是一种将所需的图案施加到衬底上、通常施加到衬底的目标部分上的机器。光刻装置例如可以用于集成电路(ic)或其他被设计为起作用的器件的制造中。在这种情况下，可以将图案形成装置(备选地称为掩模或掩模版)用于生成电路图案，该电路图案要在被设计为起作用的器件的单个层上形成。该图案可以被转印到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或几个管芯的一部分)上。图案的转印通常是经由成像到在衬底上提供的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行的。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。已知的光刻装置包括：所谓的步进器，其中通过一次将整个图案曝光到目标部分上来照射每个目标部分；以及所谓的扫描仪，其中通过在给定方向(“扫描”方向)上通过辐射束扫描图案同时平行或反平行于该方向同步扫描衬底来照射每个目标部分。也可以通过将图案压印到衬底上来将图案从图案形成装置转印到衬底上。
可以使用不同制造工艺(例如，沉积、光刻、蚀刻、化学机械抛光和离子注入)来制造和处理多个层和/或特征。可以在衬底上的多个管芯上制造多个器件，并且然后将其分离成单个器件。该器件制造工艺可以被认为是图案化工艺。图案化工艺涉及图案转印步骤，诸如使用光刻装置进行光学和/或纳米压印光刻，以在衬底上提供图案，并且通常但可选地涉及一个或多个相关的图案处理步骤，诸如通过显影装置进行抗蚀剂显影，使用烘烤工具进行衬底的烘烤，通过蚀刻装置对图案进行蚀刻等。此外，图案化工艺涉及一个或多个计量过程。
在图案化工艺期间的各个步骤使用计量过程以监测和/或控制该工艺。例如，计量过程用于测量衬底的一个或多个特性，诸如在图案化工艺期间在衬底上形成的特征的相对位置(例如，配准、套刻、对准等)或尺寸(例如，线宽、临界尺寸(cd)、厚度等)，使得例如，可以根据一个或多个特性来确定图案化工艺的性能。如果一个或多个特性是不可接受的(例如，超出特性的预定范围)，则可以例如基于对一个或多个特性的测量来设计或更改图案化工艺的一个或多个变量，使得通过图案化工艺制造的衬底具有可接受的特性。
随着光刻技术和其他图案化工艺技术的发展，功能元件的尺寸不断减小，同时每个器件的功能元件(诸如晶体管)的数量在数十年中稳定增加。同时，在套刻、临界尺寸(cd)等方面对精度的要求变得越来越严格。图案化工艺中不可避免地会产生误差(诸如套刻误差、cd误差等)。例如，成像误差可能是由光学像差、图案形成装置加热、图案形成装置误差和/或衬底加热产生的，并且可以通过例如套刻、cd等来表征。附加地或备选地，误差可能被引入到图案化工艺的其他部分(诸如蚀刻、显影、烘烤等)中，并且类似地可以通过例如套刻、cd等来表征。误差可能会导致器件功能出现问题，包括器件无法运行或功能器件发生一个或多个电气问题。因此，需要能够表征这些误差中的一个或多个误差并且采取步骤来设计、修改、控制等图案化工艺以减少或最小化这些误差中的一个或多个误差。
技术实现要素：
根据一方面，提供了一种确定图案化工艺的感兴趣参数的值的方法，该方法包括：获取多个校准数据单元，每个校准数据单元表示在计量过程中从相应目标散射的检测辐射，目标包括使用图案化工艺在衬底上形成的结构；其中至少两个校准数据单元中的每个校准数据单元表示在计量过程中使用不同相应偏振设置而获取的检测辐射，每个偏振设置限定计量过程的入射辐射的偏振性质和计量过程的检测辐射的偏振性质；使用校准数据单元获取关于计量过程的校准信息；获取表示从另外的目标散射的检测辐射的测量数据单元，该另外的目标包括使用图案化工艺在衬底上或在另外的衬底上形成的结构；以及使用测量数据单元和所获取的校准信息确定感兴趣参数的值。
根据一方面，提供了一种确定图案化工艺的感兴趣参数的值的方法，该方法包括：获取第一对校准数据单元，每个校准数据单元表示在计量过程中从目标散射的检测辐射，目标包括使用图案化工艺在衬底上形成的结构；在衬底处于参考角位置的情况下，获取第一对校准数据单元中的第一校准数据单元；在衬底通过预定角度旋转离开参考角位置的情况下，获取第一对校准数据单元中的第二校准数据单元；使用第一对校准数据单元获取关于计量过程的第一校准信息；获取表示从另外的目标散射的检测辐射的测量数据单元，该另外的目标包括使用图案化工艺在衬底上或在另外的衬底上形成的结构；以及使用测量数据单元和所获取的第一校准信息确定感兴趣参数的值。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考附图来描述实施例，在附图中：
图1示意性地描绘了光刻装置的实施例；
图2示意性地描绘了光刻单元或簇的实施例；
图3a是根据实施例的使用提供某些照射模式的第一对照射孔的用于测量目标的计量装置的示意图；
图3b是给定照射方向的目标的衍射光谱的示意图；
图3c是为基于衍射的套刻测量提供另外的照射模式的第二对照射孔的示意图；
图3d是为基于衍射的套刻测量提供另外的照射模式的组合第一对孔和第二对孔的第三对照射孔的示意图；
图4示意性地描绘了多个周期性结构(例如，多个光栅)目标的形式以及衬底上的测量点的轮廓；
图5示意性地描绘了使用图3a的装置获取的图4的目标的图像；
图6示意性地描绘了示例计量装置和计量技术；
图7示意性地描绘了示例计量装置；
图8示出了计量装置的照射点与计量目标之间的关系；
图9示意性地描绘了基于测量数据来导出一个或多个感兴趣变量的过程；
图10示意性地描绘了示例计量装置；
图11描绘了确定感兴趣参数的值的示例方法；
图12描绘了在衬底的第一角位置处获取用于获取偏振不平衡的值所需要的两个强度中的第一强度；
图13描绘了在衬底的第二角位置处获取用于获取偏振不平衡的值所需要的两个强度中的第二强度；
图14是描绘确定聚焦误差的方法的流程图，其中校正因子是从在0度和90度的衬底旋转位置处的初始目标的测量中获取的；
图15是依次描绘四个衬底的模拟测量的曲线图，以说明使用基准目标的测量考虑漂移来确定多个目标的感兴趣参数的值的方法；
图16是描绘图15中所示的类型的示例方法的流程图；以及
图17示意性地描绘了可以实现本公开的实施例的计算机系统。
具体实施方式
在详细描述实施例之前，介绍可以在其中实现实施例的示例环境是有益的。
图1示意性地描绘了光刻装置la。该装置包括：
-照射系统(照射器)il，被配置为调整辐射束b(例如，uv辐射或duv辐射)；
-支撑结构(例如，掩模台)mt，被构造为支撑图案形成装置(例如，掩模)ma并且连接到第一定位器pm，该第一定位器pm被配置为根据某些参数准确地定位图案形成装置；
-衬底台(例如，晶片台)wt，被构造为保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)w并且连接到第二定位器pw，该第二定位器pw被配置为根据某些参数准确地定位衬底；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形成装置ma赋予辐射束b的图案投影到衬底w的目标部分c(例如，包括一个或多个管芯)上，投影系统被支撑在参考框架(rf)上。
照射系统可以包括用于引导、整形或控制辐射的各种类型的光学组件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电或其他类型的光学组件或其任何组合。
支撑结构以取决于图案形成装置的方向、光刻装置的设计和其他条件(诸如例如，图案形成装置是否被保持在真空环境中)的方式来支撑图案形成装置。支撑结构可以使用机械、真空、静电或其他夹紧技术来保持图案形成装置。支撑结构可以是例如框架或工作台，其可以根据需要是固定的或可移动的。支撑结构可以确保图案形成装置例如相对于投影系统处于期望位置。本文中对术语“掩模版”或“掩模”的任何使用可以被认为与更通用的术语“图案形成装置”同义。
本文中使用的术语“图案形成装置”应当广义地解释为是指可以用于在衬底的目标部分中赋予图案的任何设备。在实施例中，图案形成装置是可以用于向辐射束的横截面赋予图案以便在衬底的目标部分中产生图案的任何设备。应当注意的是，例如，如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征，则赋予辐射束的图案可能不完全对应于衬底的目标部分中所需的图案。通常，赋予辐射束的图案将对应于在目标部分(诸如集成电路等)中产生的器件中的特定功能层。
图案形成装置可以是透射的或反射的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程lcd面板。掩模在光刻中是众所周知的，并且包括诸如二进制、交替相移和衰减相移等掩模类型、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，每个小反射镜可以单独地倾斜，以便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赋予图案，该辐射束被反射镜矩阵反射。
本文中使用的术语“投影系统”应当广义地解释为涵盖任何类型的投影系统，包括折射、反射、折反射、磁性、电磁和静电光学系统、或其任何组合，具体取决于所使用的曝光辐射或者其他因素，诸如浸没液体的使用或真空的使用。本文中对术语“投影透镜”的任何使用可以被认为与更通用的术语“投影系统”同义。
投影系统ps具有可能不均匀的光学传递函数，这会影响在衬底w上成像的图案。对于非极化辐射，这种影响可以通过两个标量图很好地描述，这两个标量图描述射出投影系统ps的辐射的透射(变迹)和相对相位(像差)作为其光瞳面中的位置的函数。这些标量图(其可以称为透射图和相对相位图)可以表示为一组完整的基函数的线性组合。一个特别方便的集合是zernike多项式，它形成在单位圆上定义的一组正交多项式。每个标量图的确定可以涉及确定这种扩展中的系数。由于zernike多项式在单位圆上正交，因此zernike系数可以通过依次计算每个zernike多项式的测量标量图的内积并且将其除以该zernike多项式的范数的平方来确定。
透射图和相对相位图取决于场和系统。即，通常，每个投影系统ps对于每个场点(即，对于在其图像平面中的每个空间位置)将具有不同的zernike扩展。投影系统ps在其光瞳面中的相对相位可以通过例如通过投影系统ps从投影系统ps的物平面(即，图案形成装置ma的平面)中的点状源投影辐射并且使用剪切干涉仪测量波前(即，具有相同相位的点的轨迹)来确定。剪切干涉仪是公共路径干涉仪，并且因此，有利地，不需要辅助参考光束来测量波前。剪切干涉仪可以包括在投影系统(即，衬底台wt)的图像平面中的衍射光栅(例如，二维栅格)、以及被布置为检测与投影系统ps的光瞳面共轭的平面中的干涉图案的检测器。干涉图案与相对于剪切方向上的光瞳面中的坐标的辐射的相位的导数有关。检测器可以包括感应元件(诸如例如，电荷耦合器件(ccd))的阵列。
光刻装置的投影系统ps可能不会产生可见的条纹，并且因此波前的确定的准确性可以使用诸如例如移动衍射光栅等相位步进技术来增强。可以在衍射光栅的平面中并且在垂直于测量的扫描方向的方向上执行步进。步进范围可以是一个光栅周期，并且可以使用至少三个(均匀分布的)相位步进。因此，例如，可以在y方向上执行三个扫描测量，对于x方向上的不同位置执行每个扫描测量。衍射光栅的这种步进将相位变化有效地转换为强度变化，从而可以确定相位信息。光栅可以在垂直于衍射光栅的方向(z方向)上步进以校准检测器。
投影系统ps在其光瞳面中的透射(变迹)可以通过例如通过投影系统ps从投影系统ps的物平面(即，图案形成装置ma的平面)中的点状源投影辐射并且使用检测器测量与投影系统ps的光瞳面共轭的平面中的辐射强度来确定。可以使用与用于测量波前以确定像差的检测器相同的检测器。
投影系统ps可以包括多个光学(例如，透镜)元件，并且还可以包括被配置为调整一个或多个光学元件以校正像差(贯穿场的整个光瞳面上的相位变化)的调整机构am。为了实现这一点，调整机构可以可操作以一种或多种不同方式来操纵投影系统ps内的一个或多个光学(例如，透镜)元件。投影系统可以具有坐标系，其中其光轴在z方向上延伸。调整机构可以可操作以进行以下各项的任何组合：位移一个或多个光学元件；倾斜一个或多个光学元件；和/或使一个或多个光学元件变形。光学元件的位移可以在任何方向上(x、y、z或其组合)。光学元件的倾斜通常是通过在x和/或y方向上绕轴旋转而在垂直于光轴的平面之外发生，尽管绕z轴的旋转可以用于非旋转对称的非球面光学元件。光学元件的变形可以包括低频形状(例如，像散)和/或高频形状(例如，自由形式的非球面)。光学元件的变形例如可以通过使用一个或多个致动器在光学元件的一个或多个侧面上施加力和/或通过使用一个或多个加热元件来加热光学元件的一个或多个选定区域来执行。通常，可能无法调整投影系统ps来校正变迹(整个光瞳面上的透射变化)。当设计用于光刻装置la的图案形成装置(例如，掩模)ma时，可以使用投影系统ps的透射图。使用计算光刻技术，可以将图案形成装置ma设计为至少部分地校正变迹。
如这里描绘的，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，采用上述类型的可编程反射镜阵列，或者采用反射掩模)。
光刻装置可以是具有两个(双级)或更多个工作台(例如，两个或更多个衬底台wta、wtb、两个或更多个图案形成装置台、衬底台wta和在投影系统下方的工作台wtb，该工作台wtb没有专用于例如有助于测量和/或清洁等的衬底)的类型。在这种“多级”机器中，可以并行使用附加工作台，或者可以在使用一个或多个其他工作台进行曝光的同时在一个或多个工作台上执行准备步骤。例如，可以进行使用对准传感器as的对准测量和/或使用水平传感器ls的水平(高度、倾斜等)测量。
光刻装置也可以是如下类型：其中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，以填充投影系统与衬底之间的空间。也可以将浸没液体施加到光刻装置中的其他空间，例如在图案形成装置与投影系统之间。浸没技术在本领域中是众所周知的，其用于增加投影系统的数值孔径。如本文中使用的术语“浸没”并不表示诸如衬底等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与衬底之间。
参考图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单独的实体，例如当源是准分子激光器时。在这种情况下，不认为源是光刻装置的一部分，并且借助于包括例如合适的导向镜和/或扩束器的光束传输系统bd，将辐射束从源so传递到照射器il。在其他情况下，例如当源是水银灯时，源可以是光刻装置的组成部分。可以将源so和照射器il以及光束传输系统bd(如果需要的话)一起称为辐射系统。
照射器il可以包括被配置为调整辐射束的角强度分布的调整器ad。通常，照射器的光瞳面中的强度分布的至少外部和/或内部径向范围(通常分别称为外部σ和内部σ)是可以调整的。另外，照射器il可以包括各种其他组件，诸如积分器in和聚光器co。照射器可以用于调整辐射束，以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。
辐射束b入射在被保持在支撑结构(例如，掩模台)mt上的图案形成装置(例如，掩模)ma上，并且由图案形成装置图案化。在穿过图案形成装置ma之后，辐射束b穿过投影系统ps，该投影系统ps将光束聚焦到衬底w的目标部分c上。借助于第二定位器pw和位置传感器if(例如，干涉仪、线性编码器、二维编码器或电容传感器)，可以准确地移动衬底台wt，例如，以便在辐射束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(其未在图1中明确描绘)可以用于相对于辐射束b的路径准确地定位图案形成装置ma，例如在从掩模库中进行机械检索之后或者在扫描期间。通常，支撑结构mt的移动可以借助于形成第一定位器pm的一部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精细定位)来实现。类似地，衬底台wt的移动可以使用形成第二定位器pw的一部分的长行程模块和短行程模块来实现。在步进器的情况下(与扫描仪相反)，支撑结构mt可以仅连接到短行程致动器，或者可以是固定的。可以使用图案形成装置对准标记m1、m2和衬底对准标记p1、p2来对准图案形成装置ma和衬底w。尽管所示出的衬底对准标记占据专用的目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中(这些被称为划道对准标记)。类似地，在图案形成装置ma上提供有一个以上的管芯的情况下，图案形成装置对准标记可以位于管芯之间。
所描绘的装置可以在以下模式中的至少一种模式下使用：
1.在步进模式下，支撑结构mt和衬底台wt基本上保持静止，同时将赋予辐射束的整个图案一次投影到目标部分c上(即，单次静态曝光)。然后，衬底台wt在x和/或y方向上移动，使得可以暴露不同的目标部分c。在步进模式下，曝光场的最大尺寸限制了在单次静态曝光中成像的目标部分c的大小。
2.在扫描模式下，同步地扫描支撑结构mt和衬底台wt，同时将赋予辐射束的图案投影到目标部分c上(即，单次动态曝光)。衬底台wt相对于支撑结构mt的速度和方向可以通过投影系统ps的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。在扫描模式下，曝光场的最大尺寸限制了单次动态曝光中目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度决定了目标部分的高度(在扫描方向上)。
3.在另一模式下，支撑结构mt保持基本静止以保持可编程图案形成装置，并且移动或扫描衬底台wt，同时将赋予辐射束的图案投影到目标部分c上。在这种模式下，在衬底台wt的每次移动之后或者在扫描期间的连续辐射脉冲之间，通常采用脉冲辐射源并且根据需要来更新可编程图案形成装置。这种操作模式可以容易地应用于利用可编程图案形成装置的无掩模光刻，诸如上述类型的可编程反射镜阵列。
也可以采用上述使用模式或完全不同的使用模式的组合和/或变体。
如图2中所示，光刻装置la可以形成光刻单元lc的一部分，有时也称为光刻单元或簇，还包括用于在衬底上执行曝光前和曝光后工艺的装置。通常，这些包括用于沉积一个或多个抗蚀剂层的一个或多个旋涂器sc、用于显影曝光的抗蚀剂的一个或多个显影剂de、一个或多个激冷板ch和/或一个或多个烘烤板bk。衬底处理机或机械手ro从输入/输出端口i/o1、i/o2拾取一个或多个衬底，在不同的处理装置之间移动它们，并且将它们传送到光刻装置的进料台lb。这些装置(通常统称为轨道)在轨道控制单元tcu的控制下，轨道控制单元tcu本身由监督控制系统scs控制，监督系统scs也经由光刻控制单元lacu来控制光刻装置。因此，可以操作不同的装置以使生产量和处理效率最大化。
为了使光刻装置所曝光的衬底正确且一致地曝光，需要检查曝光的衬底以测量或确定一种或多种特性，诸如套刻(例如，其可以在上覆层中的结构之间，或者在同一层中通过例如双重图案化工艺而单独地提供给该层的结构之间)、线宽、临界尺寸(cd)、离焦偏移、材料属性等。因此，光刻机lc通常也位于其中的制造设施包括测量系统met，该测量系统met接收在光刻单元中已经处理过的一些或全部衬底w。测量系统met可以是光刻机lc的一部分，例如它可以是光刻装置la的一部分。
测量结果可以直接或间接地提供给监督控制系统scs。如果检测到误差，则可以对后续衬底的曝光进行调整(特别是在可以尽快且足够快地进行检查以使批次中的一个或多个其他衬底仍然要暴光的情况下)，和/或对曝光的衬底的后续曝光进行调整。而且，可以剥离和再加工已经曝光的衬底以提高产率，或者将其丢弃，从而避免对已知有缺陷的衬底执行进一步处理。在衬底的仅一些目标部分有缺陷的情况下，可以仅对良好的目标部分执行进一步的曝光。
在测量系统met中，测量装置用于确定衬底的一个或多个性质，尤其是确定不同衬底的一个或多个性质如何变化或者同一衬底的不同层之间如何变化。计量装置可以被集成到光刻装置la或光刻单元lc中，或者可以是独立设备。为了能够进行快速测量，需要计量装置在曝光之后立即测量曝光的抗蚀剂层中的一种或多种属性。但是，抗蚀剂中的潜像的对比度较低，暴露于辐射的抗蚀剂部分与未暴露于辐射的抗蚀剂部分之间的折射率只有很小的差异，并且并非所有计量装置都具有足够的感光度对潜像进行有用的测量。因此，可以在曝光后烘烤步骤(peb)之后进行测量，该步骤通常是在曝光的衬底上执行的第一步骤并且会增加抗蚀剂已曝光部分与未曝光部分之间的对比度。在这个阶段，抗蚀剂中的图像可以被称为半潜像。也可以对显影后的抗蚀剂图像进行测量(此时已经除去抗蚀剂的已曝光部分或未曝光部分)，也可以在图案转印步骤(诸如蚀刻)之后进行测量。后一种可能性限制了对有缺陷的衬底进行返工的可能性，但仍可以提供有用的信息。
为了实现计量，可以在衬底上提供一个或多个目标。在实施例中，目标被特别地设计并且可以包括周期性结构。在实施例中，目标是器件图案的一部分，例如器件图案的周期性结构。在实施例中，器件图案是存储器器件的周期性结构(例如，双极晶体管(bpt)、位线接触(blc)等结构)。
在实施例中，衬底上的目标可以包括一个或多个一维周期性结构(例如，光栅)，该结构被印刷使得在显影之后，周期性结构特征由固体抗蚀剂线形成。在实施例中，目标可以包括一个或多个二维周期性结构(例如，光栅)，该结构被印刷使得在显影之后，一个或多个周期性结构由抗蚀剂中的固体抗蚀剂柱或通孔形成。可以将栅条、柱或通孔备选地蚀刻到衬底中(例如，蚀刻到衬底上的一层或多层中)。
在实施例中，图案化工艺的感兴趣参数中的一个参数是套刻。套刻可以使用暗场散射法来测量，在暗场散射法中，零阶衍射(对应于镜面反射)被阻止，而仅处理高阶。暗场计量的示例可以在pct专利申请出版物号wo2009/078708和wo2009/106279(其全部内容通过引用并入本文)中找到。在美国专利申请公开us2011-0027704、us2011-0043791和us2012-0242970(其全部内容通过引用合并于此)中描述了该技术的进一步发展。使用衍射级的暗场检测的基于衍射的套刻可以在较小的目标上进行套刻测量。这些目标可以小于照射点，并且可以被衬底上的器件产品结构围绕。在实施例中，可以在一次辐射捕获中测量多个目标。
图3a中示意性地示出了适用于在实施例中用于测量例如套刻的计量装置。图3b中更详细地示出了目标t(包括诸如光栅等周期性结构)和衍射射线。计量装置可以是独立设备，或者可以并入光刻装置la中，例如在测量站处，或者并入光刻单元lc中。在整个装置中具有多个分支的光轴用虚线o表示。在该装置中，由输出11(例如，诸如激光或氙气灯等光源或连接到该光源的开口)发出的辐射通过包括透镜12、14和物镜16的光学系统经由透镜15被引导到衬底w上。这些透镜以4f布置的双重序列进行布置。可以使用不同的透镜布置，只要它仍将衬底图像提供到检测器上。
在实施例中，透镜布置允许进入中间光瞳面以进行空间频率滤波。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)中定义空间强度分布来选择辐射入射到衬底上的角度范围。特别地，这可以例如通过在作为物镜光瞳面的反投影图像的平面中在透镜12和14之间插入合适形式的孔板13来进行。在所示的示例中，孔板13具有标记为13n和13s的不同形式，从而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。在第一照射模式下，孔板13n从仅出于描述目的被指定为“北”的方向提供离轴照射。在第二照射模式下，孔板13s用于提供类似的照射，但是从标记为“南”的相反方向。通过使用不同的孔径，其他照射模式也是可能的。光瞳面的其余部分理想地是暗的，因为在期望的照射模式之外的任何不必要的辐射都可能干扰期望的测量信号。
如图3b中所示，将目标t与基本垂直于物镜16的光轴o的衬底w放置在一起。从偏离轴线o的特定角度入射到目标t的照射射线i产生零阶射线(实线0)和两个一阶射线(点链线+1和双点链线-1)。在小目标t过度填充的情况下，这些射线只是覆盖衬底的区域(包括计量目标t和其他特征)的很多平行射线中的一个射线。由于板13中的孔具有有限宽度(必须允许有用的辐射量)，所以入射射线i实际上将占据一定角度范围，并且衍射射线0和+1/-1将稍微散开。根据小目标的点扩展函数，每个+1和-1阶将在特定角度范围内进一步扩展，而不是如图所示的单个理想射线。注意，可以设计或调整周期性结构的间距和照射角度，使得进入物镜的一阶射线与中心光轴紧密对准。图3a和3b中所示的射线有些偏轴，仅为了使得它们在图中能够更容易区分。由目标在衬底w上衍射的至少0和+1阶被物镜16收集并且通过棱镜15被引导回去。
返回图3a，通过指定被标记为北(n)和南(s)的沿直径相对的孔，示出了第一照射模式和第二照射模式。当入射射线i来自光轴的北侧时，即，当使用孔板13n施加第一照射模式时，被标记为+1(n)的+1衍射射线进入物镜16。相反，当使用孔板13s施加第二照射模式时，-1衍射射线(标记为1(s))是进入透镜16的射线。因此，在实施例中，通过在某些条件下(例如，在旋转目标或改变照射模式或改变成像模式之后)两次测量目标以分别获取-1和+1衍射级强度，可以获取测量结果。比较给定目标的这些强度提供了目标中非对称性的量度，并且目标中的非对称性可以用作光刻工艺的参数(例如，套刻)的指标。在上述情况下，改变照射模式。
分束器17将衍射光束分成两个测量分支。在第一测量分支中，光学系统18使用零阶和一阶衍射光束在第一传感器19(例如，ccd或cmos传感器)上形成目标的衍射光谱(光瞳面图像)。每个衍射阶次到达传感器上的不同点，以便图像处理可以比较和对比阶次。由传感器19捕获的光瞳面图像可以用于聚焦计量装置和/或标准化强度测量。光瞳面图像还可以用于其他测量目的，诸如重构，如下文中进一步描述的。
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)的衬底w上形成目标的图像。在第二测量分支中，在与物镜16的光瞳面共轭的平面中设置孔径光阑21。孔径光阑21用于阻挡零阶衍射光束，从而在传感器23上形成的目标的图像由-1或+1阶光束形成。关于由传感器19和23测量的图像的数据被输出到处理器和控制器pu，处理器和控制器pu的功能将取决于所执行的特定测量类型。注意，术语“图像”在广义上使用。如果仅存在-1和+1阶中的一个，则将不会形成周期性结构特征(例如，光栅线)的图像。
图3所示的孔板13和孔径光阑21的特定形式仅是示例。在另一实施例中，使用目标的同轴照射，并且使用具有离轴孔径的孔径光阑将基本上仅一个第一阶衍射辐射传递到传感器。在其他实施例中，代替或除了一阶光束，可以在测量中使用二阶、三阶和更高阶光束(图3中未示出)。
为了使照射适应于这些不同类型的测量，孔板13可以包括围绕盘形成的多个孔图案，该盘旋转以将所需的图案放置到位。注意，孔板13n或13s用于测量沿一个方向(x或y，取决于设置)定向的目标的周期性结构。为了测量正交周期性结构，可以实现目标旋转90°和270°。图3c和图3d中示出了不同的孔板。图3c示出了另外两种类型的离轴照射模式。在图3c的第一照射模式下，孔板13e从仅出于描述目的相对于先前描述的“北”被指定为“东”的方向提供离轴照射。在图3c的第二照射模式下，孔板13w用于提供相似的照射，但是从标记为“西”的相反方向。图3d示出了另外两种类型的离轴照射模式。在图3d的第一照射模式下，孔板13nw从如前所述指定为“北”和“西”的方向提供离轴照射。在第二照射模式下，孔板13se用于提供类似的照射，但是从如前所述标记为“南”和“东”的相反方向。这些的使用以及装置的很多其他变型和应用在例如上述的先前公开的专利申请出版物中进行了描述。
图4描绘了在衬底上形成的示例复合计量目标t。复合目标包括紧密定位在一起的四个周期性结构(在这种情况下为光栅)32、33、34、35。在实施例中，可以使周期性结构布局小于测量点(即，周期性结构布局被过度填充)。因此，在实施例中，周期性结构足够紧密地定位在一起，使得它们都在由计量装置的照射束形成的测量点31内。因此，在这种情况下，四个周期性结构全部同时被照射并且同时在传感器19和23上被成像。在专用于套刻测量的示例中，周期性结构32、33、34、35本身是通过套刻周期性结构而形成的复合周期性结构(例如，复合光栅)，即，在衬底w上形成的器件的不同层中对周期性结构进行图案化，并且使得一层中的至少一个周期性结构与另一层中的至少一个周期性结构套刻。这样的目标的外部尺寸可以在20μmx20μm之内或在16μmx16μm之内。此外，所有周期性结构都用于测量特定的一对层之间的套刻。为了促进目标能够测量一对以上的层，周期性结构32、33、34、35可以具有不同偏移的套刻偏移，以便于测量复合周期性结构的不同部分形成在其中的不同层之间的套刻。因此，用于衬底上的目标的所有周期性结构将被用于测量一对层，并且用于衬底上的另一相同目标的所有周期性结构将被用于测量另一对层，其中不同的偏移有利于区分层对。
返回图4，如图所示，周期性结构32、33、34、35的取向也可以不同，以便沿x和y方向衍射入射辐射。在一个示例中，周期性结构32和34是分别具有偏移+d、-d的x方向周期性结构。周期性结构33和35可以是分别具有偏移+d和-d的y方向周期性结构。虽然示出了四个周期性结构，但是另一实施例可以包括更大的矩阵以获取所需的精度。例如，九个复合周期性结构的3x3阵列可以具有偏移-4d、-3d、-2d、-d、0、+d、+2d、+3d、+4d。这些周期性结构的单独图像可以在由传感器23捕获的图像中被标识。
图5示出了可以使用图3d的孔板13nw或13se在图3的装置中使用图4的目标在传感器23上形成并且由传感器23检测的图像的示例。尽管传感器19不能解析不同的个体周期性结构32至35，但传感器23可以。深色矩形表示传感器上图像的场，在该场中，衬底上的照射点31被成像到对应圆形区域41中。在其中，矩形区域42至45表示周期性结构32至35的图像。可以将目标放置在器件产品功能中，而不是在划道中或除划道之外。如果周期性结构位于器件产品区域中，则器件特征在该图像场的外围也可能可见。处理器和控制器pu使用模式识别来处理这些图像以标识周期性结构32至35的单独图像42至45。以这种方式，不必在传感器框架内的特定位置非常精确地对准图像。整体上提高了测量装置的生产率。
一旦已经标识出周期性结构的单独图像，就可以例如通过对所标识区域内的所选择的像素强度值求平均或求和来测量这些个体图像的强度p1至p4。图像的强度和/或其他属性可以相互比较。可以将这些结果进行组合以测量光刻工艺的不同参数。套刻性能是这种参数的示例。
在实施例中，图案化工艺的感兴趣参数中的一个参数是特征宽度(例如，cd)。图6描绘了能够实现特征宽度确定的高度示意性的示例计量装置(例如，散射仪)。它包括将辐射投影到衬底w上的宽带(白光)辐射投影仪2。重定向辐射被传递到光谱仪检测器4，光谱仪检测器4测量镜面反射辐射的光谱10(强度作为波长的函数)，如例如在图表中的左下方所示。根据该数据，可以由处理器pu重构产生检测到的光谱的结构或轮廓，例如通过严格耦合波分析和非线性回归，或者通过与模拟光谱库进行比较，如图6的右下方所示。通常，对于重构，结构的一般形式是已知的，并且从制造结构的工艺的知识中假定了一些变量，仅剩下一些结构变量要从测量数据来确定。这种计量装置可以被配置为正常入射计量装置或倾斜入射计量装置。除了通过重构来测量参数，角度分辨散射法还可以用于测量产品和/或抗蚀剂图案中的特征的不对称。不对称测量的特殊应用是用于套刻的测量，其中目标包括叠加在另一组周期性特征上的一组周期性特征。以这种方式进行的非对称性测量的概念在美国专利申请公开us2006-066855(其全部内容并入本文)中有描述。
图7示出了适用于本文中公开的本发明的实施例的计量装置100的示例。这种类型的计量装置的操作原理在美国专利申请号us2006-033921和us2010-201963(在此通过引用整体并入本文)中更详细地解释。在整个装置中具有多个分支的光轴用虚线o表示。在该装置中，由源110(例如，氙气灯)发出的辐射通过光学系统被引导到衬底w上，该光学系统包括透镜系统120、孔板130、透镜系统140、部分反射表面150和物镜160。在实施例中，这些透镜系统120、140、160以4f布置的双重序列进行布置。在实施例中，使用透镜系统120准直由辐射源110发射的辐射。如果需要，可以使用不同的透镜布置。可以通过在呈现衬底平面的空间光谱的平面中定义空间强度分布来选择辐射入射到衬底上的角度范围。特别地，这可以通过在作为物镜光瞳面的反投影图像的平面中在透镜120和140之间插入合适形式的孔板130来进行。通过使用不同的孔，可以实现不同的强度分布(例如，环形、偶极子等)。可以调整径向和周边方向上的照射角度分布以及诸如辐射的波长、极化和/或相干性等属性以获取所需的结果。例如，可以在光源110与部分反射表面150之间提供一个或多个干涉滤光片135(参见图9)，以在例如400nm至900nm或更小(诸如200nm至300nm)的范围内选择感兴趣波长。干涉滤光片可以是可调的，而不是包括一组不同的滤光片。可以使用光栅代替干涉滤光片。在实施例中，可以在源110与部分反射表面150之间提供一个或多个极化器175(参见图9)以选择感兴趣极化。极化器可以是可调的，而不是包括一组不同的极化器。
如图7中所示，将目标t与垂直于物镜160的光轴o的衬底w放置在一起。因此，来自源110的辐射被部分反射表面150反射并且经由物镜160被聚焦到衬底w上的目标t上的照射点s中(参见图8)。在实施例中，物镜160具有高数值孔径(na)，理想地为至少0.9或至少0.95。浸入式计量装置(使用相对较高折射率的液体，诸如水)甚至可以具有大于1的数值孔径。
从偏离轴线o的特定角度聚焦到照射点的照射光170、172产生衍射光174、176。应当记住的是，这些射线只是覆盖衬底的区域(包括目标)的很多平行射线中的一个射线。照射点内的每个元素在计量装置的视场内。由于板130中的孔具有有限宽度(必须允许有用的辐射量)，所以入射射线170、172实际上将占据一定角度范围，并且衍射射线174、176将稍微散开。根据小目标的点扩展函数，每个衍射级在特定角度范围内进一步扩展，而不是如图所示的单个理想射线。
由目标在衬底w上衍射的至少0阶被物镜160收集并且通过部分反射表面150被引导回去。光学元件180将至少一部分衍射光束提供给光学系统182，该光学系统182使用零阶和/或一阶衍射光束在传感器190(例如，ccd或cmos传感器)上形成目标t的衍射光谱(光瞳面图像)。在实施例中，提供孔186以滤出某些衍射级，从而将特定衍射级提供给传感器190。在实施例中，孔186允许基本上或主要仅零阶辐射到达传感器190。在实施例中，传感器190可以是二维检测器，使得可以测量衬底目标t的二维角散射光谱。传感器190可以是例如ccd或cmos传感器的阵列，并且可以使用例如每帧40毫秒的积分时间。传感器190可以用于在单个波长(或窄的波长范围)下测量重定向辐射的强度、在多个波长下单独地测量强度或者在特定波长范围内测量积分强度。此外，传感器可以用于分别测量具有横向磁极化和/或横向电极化的辐射强度和/或横向磁极化辐射与横向电极化辐射之间的相位差。
可选地，光学元件180将至少一部分衍射束提供给测量分支200以在传感器230(例如，ccd或cmos传感器)上在衬底w上形成目标的图像。测量分支200可以用于各种辅助功能，诸如使计量装置聚焦(即，使衬底w与物镜160对准焦点)和/或用于以上参考图3至图5描述的暗场成像。
为了为不同尺寸和形状的光栅提供定制视场，在透镜系统140内从源110到物镜160的路径上提供可调整视场光阑300。视场光阑300包含孔径302并且位于与目标t的平面共轭的平面中，使得照射点成为孔径302的图像。该图像可以根据放大系数进行缩放，或者孔径和照射点可以具有1：1尺寸关系。为了使照射适应于不同类型的测量，孔板300可以包括围绕盘形成的多个孔图案，该盘旋转以将所需的图案放置到位。备选地或附加地，可以提供一组板300并且使其交换，以实现相同的效果。附加地或备选地，也可以使用可编程孔径光阑装置，诸如可变形反射镜阵列或透射空间光调制器。
通常，目标将与其平行于y轴或x轴的周期性结构特征对准。关于其衍射特性，具有沿与y轴平行的方向延伸的特征的周期性结构在x方向上具有周期性，而具有沿与x轴平行的方向延伸的特征的周期性结构在y方向上具有周期性。为了测量两个方向上的性能，通常提供两种类型的特征。尽管为简单起见将参考线和间隔，但是周期性结构不必由线和间隔形成。而且，每条线和/或线之间的间隔可以是由较小的子结构形成的结构。此外，周期性结构可以一次以二维周期性地形成，例如，在周期性结构包括柱和/或通孔的情况下。
图8示出了示例目标t的平面图以及图7的装置中的照射点s的范围。为了获取不受周围结构干扰的衍射光谱，在实施例中，目标t是大于照射点s的宽度(例如，直径)的周期性结构(例如，光栅)。点s的宽度可以小于目标的宽度和长度。换言之，目标被照射“填充不足”，并且衍射信号基本上没有来自目标自身外部的产品特征等任何信号。这可以简化目标的数学重构，因为可以将其视为无限目标。
图9示意性地描绘了基于使用计量学而获取的测量数据来确定目标图案30’的一个或多个感兴趣变量的值的示例过程。由检测器190检测的辐射为目标30’提供所测量的辐射分布108。
对于给定目标30’，可以使用例如数值麦克斯韦求解器210从参数化数学模型206计算/模拟辐射分布208。参数化数学模型206示出了组成目标和与目标相关联的各种材料的示例层。参数化数学模型206可以包括所考虑的目标的一部分的特征和层的一个或多个变量，这些变量可以被改变和导出。如图中9所示，一个或多个变量可以包括一个或多个层的厚度t、一个或多个特征的宽度w(例如，cd)、一个或多个特征的高度h、一个或多个特征的侧壁角度α和/或特征之间的相对位置(本文中被视为套刻)。尽管未示出，但是一个或多个变量还可以包括但不限于一个或多个层的折射率(例如，实数或复数折射率、折射率张量等)、一个或多个层的消光系数、一个或多个层的吸收率、显影过程中的抗蚀剂损失、一个或多个特征的立足点和/或一个或多个特征的线边缘粗糙度。一维周期性结构或二维周期性结构的一个或多个参数的一个或多个值(诸如宽度、长度、形状或三维轮廓特征的值)可以从图案化工艺和/或其他测量过程的知识被输入到重构过程中。例如，变量的初始值可以是被测量的目标的一个或多个参数的这些期望值，诸如cd、间距等的值。
在某些情况下，可以将目标划分为单位单元的多个实例。为了在这种情况下帮助简化目标的辐射分布的计算，可以将模型206设计为使用目标的结构的单位单元进行计算/模拟，其中单位单元在整个目标上作为实例被重复。因此，模型206可以使用一个单位单元进行计算，并且使用适当的边界条件来复制结果以适合整个目标，以便确定目标的辐射分布。
附加地或备选地在重构时计算辐射分布208，可以针对所考虑的目标部分的变量的多个变化来预先计算多个辐射分布208，以创建辐射分布库以在重构时使用。
然后，在212中，将所测量的辐射分布108与所计算的辐射分布208(例如，在该时间附近计算的或从库中获取的)进行比较以确定两者之间的差异。如果存在差异，则可以改变参数化数学模型206的一个或多个变量的值，获取新的计算的辐射分布208(例如，从库中计算或获取的)，并且将其与所测量的辐射分布108进行比较，直到所测量的辐射分布108与辐射分布208之间有足够的匹配。此时，参数化数学模型206的变量的值提供实际目标30’的几何形状的良好或最佳匹配。在实施例中，当所测量的辐射分布108与所计算的辐射分布208之间的差在公差阈值之内时，存在足够的匹配。
如上所述，可以通过以下方式从目标(例如，产品图案内的衍射目标或专门设计用于测量并且与器件图案分离的衍射目标)的结构确定一个或多个感兴趣参数(诸如cd和/或套刻)：照射目标、使用物镜收集来自结构的重定向辐射以及通过物镜的傅立叶平面中的光瞳检测器检测重定向辐射。这种测量的光瞳可以使用例如从中获取信号分量的推理方法来处理，该信号分量与适当的一组权重组合以产生例如套刻值。附加地或备选地，诸如关于图9所述的方法可以使用这种测量的光瞳来确定例如cd。
在实施例中，用于照射目标的辐射是线性偏振的电磁辐射。线性偏振将电磁辐射的电场沿传播方向限制在单个平面上。在实施例中，在本文中为了方便起见，将在垂直于传播方向的第一方向上的第一类型的线性偏振指定为“h”或水平线性偏振，并且在本文中为了方便起见，将在正交于第二方向并且垂直于传播方向的第二方向上的第二类型的线性偏振指定为“v”或垂直线性偏振。当然，辐射不必是垂直或水平的。第一线性偏振可以是p偏振，第二线性偏振可以是s偏振。当然，第一线性偏振和第二线性偏振可以用其他标记来标记。
衍射结构(例如，衍射光栅)和其他类似的复杂结构改变照射辐射的偏振状态。因此，在实施例中，可以通过如下的反射率矩阵来表征包括研究中的结构的目标的光学性质：
其中r是反射率，下标对应于适用的线性偏振。特别地，下标的第一索引指代从目标出射的辐射的偏振状态，下标的第二索引指代照射到目标上的照射辐射的偏振状态。例如，rhv是指从v偏振照射到h偏振的反射率。该矩阵的每个元素取决于波长以及入射的极性和方位角。当然，这些结构可以通过基于s偏振和p偏振等的反射率矩阵来表征。此外，尽管本文根据反射率描述了实施例，但是可以使用与反射率不同的或附加的光学性质，该不同的或附加的光学性质可以在相似的方面在不同的照射偏振和出射偏振下确定。此外，尽管本文中根据两种不同类型的线性偏振描述了实施例，但是可以使用多于两种类型的线性偏振。
在计量装置中，检测器的可观察量可以是全反射强度。即，该检测不是偏振敏感的。因此，如果照射是h偏振的，则检测强度与以下项成正比：
|rhh|2+|rvh|2
如果照射是v偏振的，则检测强度与以下项成正比：
|rvv|2+|rhv|2
但是，期望不同的偏振通道(即，反射率矩阵的不同元素)携带关于诸如cd和/或套刻等感兴趣参数的不同信息。因此，在实施例中，有利的是，检测从目标出射的h线性偏振和v线性偏振辐射，以例如分别使更多的轮廓参数解相关(例如，作为推理方法的一部分)并且提高对它们的灵敏度。因此，在实施例中，与选自rhh、rvh、rvv和rhv中的至少两个相关联的值的组合(或如上所述的附加或不同的光学性质)被用于导出感兴趣参数(例如，套刻、cd等)。应当理解的是，该组合可以用于导出感兴趣参数的单个值。在实施例中，与rhh、rvh、rvv和rhv相对应的值一起使用以导出感兴趣参数。在备选实施例中，仅与rvh和rhv相对应的值用于导出感兴趣参数。
图10示意性地描绘了根据实施例的用于使得能够分别检测从目标出射的h偏振和v偏振的示例计量装置。该实施例与图7的计量装置相似，但有一些变化。具体地，在实施例中，计量装置包括在光瞳传感器190之前的交叉偏振元件192，以将辐射的出射偏振状态分离成具有第一线性偏振的第一部分196和具有不同的第二线性偏振的第二部分198。交叉偏振元件192提供用于通过分别将水平线性偏振照射辐射施加到目标并且分别将垂直线性偏振照射辐射施加到相同目标来测量分别与rhh、rvh、rvv和rhv相关联的值(诸如|rhh|2、|rvh|2、|rvv|2和|rhv|2)的能力。因此，对于h偏振，交叉偏振元件192使得能够分别测量出射的v和h偏振，从而分别获取|rvh|2和|rhh|2。类似地，对于v偏振，交叉偏振元件192使得能够分别测量出射的v和h偏振，从而分别获取|rvv|2和|rhv|2。
在实施例中，可以将不同的偏振交替地提供给目标。例如，在实施例中，源110可以交替地提供时间h和v偏振。在实施例中，源110与目标之间的光路中的偏振元件可以用于交替地提供时间h和v偏振(例如，使用如图中9所示的偏振器175，其在图7和图10中，可以类似地设置在源110与物镜160之间)。
在实施例中，可以平行地提供多个照射点，这些照射点中的一个或多个照射点具有h偏振并且这些照射点中的一个或多个其他照射点具有v偏振。因此，在具有两个照射点并且一个照射点具有v偏振而另一照射点具有h偏振的实施例中，交叉偏振元件192可以将每个照射点的偏振分别分离，以测量4组线性偏振：用于v照射的来自目标的v偏振出射辐射、用于v照射的来自目标的h偏振出射辐射、用于h照射的来自目标的v偏振出射辐射、以及用于h照射的来自目标的h偏振出射辐射。
在实施例中，交叉偏振元件192可以被不同地布置。例如，它可以以偏振分束器类型布置，其中特定线性偏振在第一方向上穿过分束表面朝向第一方向上的一个传感器190，并且正交线性偏振在基本与第一方向正交的第二方向上从分束表面被反射到第二方向上的另一传感器190。其他布置是可能的，包括其他光束引导组件。
但是，仅交叉偏振检测对反射系数的相位不敏感，因为仅测量其绝对值。为了能够测量至少一些相对相位，将延迟器194(例如，四分之一波片)放置在交叉偏振元件192之前。在这种延迟器194和交叉偏振元件192配置中，目标的h偏振照射的两个输出强度通道为：
并且目标的v偏振照射的两个输出强度通道为：
干扰项携带有关反射率矩阵的对角线和非对角线通道之间的相对相位的信息。
因此，可以提供一种能够执行具有多个不同偏振设置的计量过程的计量装置。每个偏振设置限定计量过程的入射辐射(可以称为入射辐射通道)的偏振性质。每个偏振设置还限定计量过程的检测辐射(可以称为检测辐射通道)的偏振性质。
在以上参考图10描述的计量过程中，入射辐射通道的偏振性质的示例包括h(或水平线性偏振)和v(垂直线性偏振)。其他偏振性质也是可能的，包括s偏振和p偏振。在实施例中，入射辐射通道的偏振性质由设置在源110与目标t之间的偏振器限定。
在以上参考图10描述的计量过程中，检测辐射通道的偏振性质的示例包括h(或水平线性偏振)和v(垂直线性偏振)。其他偏振性质也是可能的，包括s偏振和p偏振。在实施例中，检测辐射通道的偏振性质由设置在目标t与用于检测从目标t散射的辐射的传感器190、230之间的偏振器限定。
因此，不同偏振设置的四个示例包括：入射＝h，检测＝h(可以称为hh或h/h)；入射＝h，检测＝v(可以称为hv或h/v)；入射＝v，检测＝h(可以称为vh或v/h)；入射＝v，检测＝v(可以称为v/v或vv)。
计量过程中可以使用各种其他设置。这些包括：
a.限定从目标t中的周期性结构检测到哪个衍射级(例如，零阶、+1阶或-1阶)的设置；
b.限定目标t中的周期性结构中的偏差(例如，+d或-d或任何其他偏差)的设置；
c.限定目标t中的周期性结构(例如，x方向周期性结构或y方向周期性结构)的周期性的方向的设置。
在使用具有不同设置的计量过程而获取的测量结果之间进行的比较会受到由于不希望有的条件差异(例如，光程和/或光学组件(诸如光纤)的差异)而引起的误差的影响。这些误差可能会导致不是由目标t引起的来自相等和相反衍射级的散射辐射之间的强度不对称和/或不是由目标t引起的与不同偏振设置相对应的散射辐射之间的偏振不平衡(例如，导致强度或强度分布的差异)。
导致来自相等和相反衍射级的散射辐射之间的强度不对称的误差可以被称为传感器不对称，并且在下面被标记为δ。偏振不平衡在下面称为θ。
在目标t是多周期性结构目标的示例情况下，其中该多周期性结构目标包括具有不同偏差和取向的四个周期性结构(光栅)，如图4中所描绘的，并且目标t被旋转到不同位置(例如，角位置的度数为0、90、180或270)，则δ和θ对检测强度的影响可以用线性扰动来表示，如下所示：
等式左侧的强度i表示针对给定目标站点st1至st4(参见图12和13)、偏振设置(例如，h/h、h/v、v/h或v/v)、楔形级(限定接收的衍射级)和衬底角位置(例如，0度、90度、180度或270度)使用计量过程而测量的强度。
等式右侧的强度i表示将在δ和θ均为零的情况下获取的并且相对于目标t的性质而限定的强度。该强度i是相关目标站点st1至st4处的周期性结构的周期性的方向(称为光栅方向，例如x或y)、相关目标站点st1至st4处的周期性结构的偏差(例如，+d或-d或任何其他偏差)、光栅级(限定与楔形级相对应的衍射级，例如+1或-1)、和相关目标站点st1至st4处的相对于周期性结构的偏振设置的函数。目标站点st1至st4和衬底角位置的组合限定所分析的周期性结构。
在实施例中，设置的不同组合(例如，不同的光栅方向、偏差、阶数、偏振设置和角位置)产生128个测量强度和128个对应等式。可以求解这些等式，以得出δ和θ的值。如果有更多的自由度(例如，光栅方向、偏差、阶数、偏振设置和角位置中的一个或多个的更多可能性)，则可以获取更多的等式并且对其求解以产生δ和θ的值。例如，通常将存在两个可能的偏差(例如，+d和-d)，但可以使用其他偏差或连续偏差，这可以通过测量另外的强度以求解附加等式和/或通过插值技术来解决。
在实施例中，如图11中示意性地描绘的，基于上述分析，提供了确定图案化工艺的感兴趣参数的值的方法。
在步骤s1中，从计量过程s0获取多个校准数据单元60。计量过程s0可以使用例如以上参考图3、图6、图7和图9所述的任何计量装置来执行。每个校准数据单元60表示在计量过程中从相应目标t散射的检测辐射。相应目标t可以是用于校准数据单元60的至少子集的相同目标，或者可以是用于校准数据单元60的至少子集的不同目标。如上所述，目标t包括使用图案化工艺(例如，形成光刻制造工艺的一部分)在衬底w上形成的结构。在实施例中，目标t包括多个周期性结构目标，例如如图4中所描绘的。在实施例中，目标t在不同层中包括用于测量套刻的周期性结构。
计量过程由能够施加多个不同偏振设置的计量装置执行。在实施例中，至少两个校准数据单元60中的每个校准数据单元表示在计量过程中使用不同相应偏振设置而获取的检测辐射(即，入射和检测辐射通道的偏振性质的不同组合)。
在步骤s2和s3中，使用在步骤s1中获取的校准数据单元60获取关于计量过程的校准信息。如下文进一步详细描述的，校准信息可以包括关于偏振不平衡θ的信息(步骤s2)，以及可选地包括关于传感器不对称δ的信息(步骤s3)。
在步骤s4中，获取表示从另外的目标t散射的检测辐射的测量数据单元。另外的目标t可以包括形成在与用于获取一个或多个校准数据单元60的衬底w相同的衬底w上的结构，或者可以包括形成在另外的衬底w上的结构。另外的目标t是使用与用于获取校准数据单元60的一个或多个目标t相同的图案化工艺来形成的。
每个校准数据单元60和每个测量数据单元可以包括光瞳面中的检测辐射的各种表示，包括例如检测辐射强度、检测辐射相位、检测辐射强度分布或检测辐射相位分布。备选地或附加地，每个校准数据单元60和每个测量数据单元包括在图像平面中的检测辐射强度、检测辐射相位、检测辐射强度分布或检测辐射相位分布。
在步骤s5中，使用在步骤s4中获取的测量数据单元以及在步骤s2中以及可选地在步骤s3中获取的校准信息来确定感兴趣参数的值。校准信息可以例如用于减少偏振不平衡和/或传感器不对称的影响(如上所述)。
可以在步骤s5中确定各种感兴趣参数。在实施例中，该结构包括多层结构，并且感兴趣参数包括该多层结构中的两个或更多个不同层之间的套刻误差。备选地或附加地，感兴趣参数可以包括聚焦误差、临界尺寸或与控制图案化工艺有关的任何其他感兴趣参数。
在实施例中，用于获取校准数据单元60的不同偏振设置至少包括第一偏振设置和第二偏振设置。在实施例中，第一偏振设置的入射辐射与第二偏振设置的入射辐射不同地(例如，正交地)偏振，并且第一偏振设置的检测辐射与第二偏振设置的检测辐射不同地(例如，正交)偏振。
在这种类型的实施例中，使用一对校准数据单元60获取校准信息单元。在实施例中，校准信息单元包括针对计量过程设置的特定子集的偏振不平衡θ的值。
在衬底w处于参考角位置的情况下，使用第一偏振设置来获取一对校准数据单元60中的第一校准数据单元60。在衬底w相对于基准角位置旋转预定角度(例如，90度)的情况下，使用第二偏振设置来获取一对校准数据单元60中的第二校准数据单元60。在实施例中，预定角度等于第一偏振设置的入射辐射的偏振方向与第二偏振设置的入射辐射的偏振方向之间的角度(例如，90度)。在实施例中，预定角度等于第一偏振设置的检测辐射的偏振方向与第二偏振设置的检测辐射的偏振方向之间的角度。
因此，可以在衬底w的角位置处获取一对校准数据单元60，该角位置分离的角度量与入射和/或检测辐射中的偏振之间的角间距相同。在本文中描述的具体示例中，预定角度是90度，但是其他角度也是可能的，包括例如45度。因此，目标t可以进行计量过程，该计量过程在相对于目标t的入射和检测辐射通道的偏振方向方面在名义上是相同的，但是该计量过程由计量装置使用不同偏振设置来实现。发明人发现，这提供了偏振不平衡θ的灵敏量度。
在实施例中，通过在图4中所描绘的类型的多周期性结构目标(具有四个周期性结构32至35)中在衬底旋转90度之后导出目标t的测量强度之间的归一化差来获取偏振不平衡θ。针对一般的计量设置，这可以如下表示：
其中“hv”和“vh”表示所获取的两个强度的偏振设置始终相对(例如，h/h和v/v、h/v和v/h、v/h和h/v或v/v和h/h)，“siten”和“siten-1”表示考虑到由于衬底w的旋转而引起的周期性结构32-35的位置变化，“wr”表示衬底的基准角位置，“θ+90°”表示基准角位置+90度旋转。
上述等式的示例实现在图11和图12中示出并且由以下等式描述：
其中
通过导出如图12中所示的强度
图12(左)描绘了在衬底w的0度角位置处的目标t。站点1至4分别被标记为st1、st2、st3和st4。使用图12(右)所示的偏振设置，从偏差为+d并且位于st1的x方向周期性结构32获取强度。偏振设置使得入射辐射通道51的偏振性质为h并且检测辐射通道52的偏振性质也为h。因此，在该示例中，入射和检测辐射通道是同偏振的，并且与x方向周期性结构32的周期性的方向平行。
图13(左)描绘了在衬底w的90度角位置(逆时针旋转)处的图11的目标t。站点1至4分别被标记为st1、st2、st3和st4。偏差为+d的周期性结构32已经从st1移动到st4，并且x方向周期性结构已经变成y方向周期性结构。使用图13(右)中所描绘的偏振设置，从st4处的y方向周期性结构32获取强度。偏振设置使得入射辐射通道51的偏振性质为v并且检测辐射通道52的偏振性质也为v。因此，入射和检测辐射通道仍然是同偏振的，并且仍然与周期性结构32的周期性的方向平行(尽管现在平行于y方向而不是x方向)。
从周期性结构32的角度来看，对于图12中执行的计量过程和图13中执行的计量过程(即，平行于周期性结构32的周期性的方向的同偏振)，入射辐射通道51和检测辐射通道52的偏振性质相同。因此，任何非零的θ值都可以是偏振不平衡的度量。
上文参考图12和13所述的实施例属于一类实施例，其中在衬底处于参考角位置的情况下获取第一对校准数据单元中的第一校准数据单元(例如，如图12中所示)并且在衬底旋转离开参考角位置预定角度的情况下获取第一对校准数据单元中的第二校准数据单元。在一些实施例中，预定角度是90度(例如，如图13中所示)，但是可以使用诸如倾斜角等其他角度。校准数据单元用于获取第一校准信息，该第一校准信息随后可以用于以提高的精度确定感兴趣参数的值。在以上参考图11和图12所述的实施例中，第一校准信息包括关于偏振不平衡θ的信息。这是通过布置要使用第一偏振设置来获取的第一校准数据单元和要使用第二偏振设置来获取的第二校准数据单元来实现的。第一偏振设置的入射辐射的偏振方向与第二偏振设置的入射辐射的偏振方向之间的角度等于预定角度(例如，90度)，或者第一偏振设置的检测辐射的偏振方向与第二偏振设置的检测辐射的偏振方向之间的角度等于预定角度(例如，90度)。使用在0度和远离0度的预定角度(例如，90度)时衬底的测量的一般方法可以用于确定其他类型的校准信息，而不必要求使用不同偏振设置。
在一些实施例中，以上方法用于确定校准信息，该校准信息用于在衬底上形成结构的图案化工艺中校正感兴趣参数的测量。在实施例中，该方法用于确定用于校正聚焦误差的测量的校准信息。对于校正聚焦误差的测量的情况，图14的流程图例示了一种方法。
在步骤s11和s13中，在包括第一周期性结构32和第二周期性结构33的目标上执行计量测量。在步骤s11和s13之间，在步骤s12中，将衬底旋转预定角度(例如，90度)。从步骤s11和s13获取的校准数据单元用于在步骤s14中以校正因子的形式获取校准信息。目标可以例如采取上述图11和图12中所示的形式。第一周期性结构32相对于第二周期性结构33以预定角度(例如，90度)定向。在实施例中，第一周期性结构32和第二周期性结构33是具有相同间距的光栅。
该方法包括获取第一对校准数据单元。每个校准数据单元表示在计量过程中从目标散射的检测辐射。目标是使用图案化工艺在衬底上形成的结构。在衬底处于参考角位置的情况下获取第一对校准数据单元中的第一校准数据单元(在步骤s11中)。在衬底旋转离开参考角位置预定角度(例如，90度)的情况下获取第一对校准数据单元中的第二校准数据单元(在步骤s13中)。从第一周期性结构32中获取第一对校准单元中的第一校准数据单元和第二校准数据单元。使用第一对校准数据单元获取关于计量过程的第一校准信息(在步骤s14中)。第一校准信息可以包括第一校正因子。
该方法还包括获取第二对校准数据单元。每个校准数据单元表示在计量过程中从目标散射的检测辐射。当衬底处于参考角位置时，从第二周期性结构33中获取第二对校准数据单元中的第一校准数据单元(在步骤s11中)。当衬底与参考角位置相距预定角度(例如，90度)时，从第二周期性结构33中获取第二对校准数据单元中的第二校准数据单元(步骤s13)。使用第二对校准数据单元获取关于计量过程的第二校准信息(在步骤s14中)。第二校准信息可以包括第二校正因子。
在步骤s15中，测量另外的目标以获取测量数据单元。测量数据单元表示从另外的目标散射的检测辐射。另外的目标包括使用图案化工艺在衬底上或在另外的衬底上形成的结构。在实施例中，另外的目标包括相对于彼此以预定角度(例如，90度)定向的第一周期性结构32和第二周期性结构33。第一周期性结构32和第二周期性结构33可以具有与用于在步骤s14中获取第一校准信息和第二校准信息的目标的第一周期性结构32和第二周期性结构33相同的形式(例如，包括具有相同间距的光栅)。在步骤s16中，使用测量数据单元以及在步骤s14中获取的第一校准信息和第二校准信息来获取感兴趣参数的值。在实施例中，感兴趣参数的确定包括确定聚焦误差。基于包括第一数据和第二数据的测量数据单元来确定感兴趣参数(例如，聚焦误差)。第一数据表示从第一周期性结构32散射的检测辐射。第二数据表示从第二周期性结构33散射的检测辐射。感兴趣参数(例如，聚焦误差)的确定包括将第一校正因子应用于第一数据并且将第二校正因子应用于第二数据。
在实施例中，第一数据表示来自第一周期性结构32的辐射的+1和-1衍射级的强度的第一总和。第二数据表示来自第二周期性结构33的辐射的+1和-1射级级的强度的第二总和。第一数据和第二数据可以使用暗场成像模式来获取。感兴趣参数(例如，聚焦误差)的确定包括在将校正因子应用于第一数据和第二数据之后确定第一总和与第二总和之间的差值。
上述方法对于确定聚焦误差特别有效，因为已经发现，相对于彼此不同地定向(例如，相对于彼此成90度)并且具有相同间距的周期性结构(例如，第一周期性结构32和第二周期性结构33)对某些类型的像差(例如，与像散成比例的像差，诸如z5)具有不同响应。这导致来自一个周期性结构(例如，第一周期性结构32)的+1和-1衍射级的总和与来自另一周期性结构(例如，第二周期性结构33)的+1和-1衍射级的总和之间的差值与用于形成周期性结构的光刻装置的焦点相关(例如，随着其单调变化)。因此，可以导出校准曲线，以使得可以从对不同周期性结构的+1和-1衍射级的两个总和之间的差值的测量中导出聚焦误差。在实施例中，该方法还包括使用具有有意施加的像散的图案化工艺来形成目标和另外的目标，以增强聚焦误差与第一总和与第二总和之间的差值之间的相关性。
在没有第一校正因子和第二校正因子的情况下，所测量的第一总和和第二总和将受到由计量装置的透镜和其他光学组件引起的传感器不对称的影响。由于第一周期性结构32和第二周期性结构33沿不同方向(垂直于周期性结构的取向)散射光，所以光将沿着计量装置中的不同光路通过。因此，与第二周期性结构33的所测量的+1和-1衍射级相比，第一周期性结构32的所测量的+1和-1衍射级将受到不同传感器不对称的影响。结果，第一总和与第二总和之间的差值会受到传感器不对称的影响，这对于不同计量装置可能会有所不同。
在预定角度为90度的情况下，上面参考图14所述的方法利用以下事实：衬底旋转90度会导致第一周期性结构32和第二周期性结构33旋转到彼此的取向中(例如，水平变为垂直，垂直变为水平)。因此，来自与衬底呈90度的周期性结构中的一个结构的散射辐射将遵循与来自与衬底呈0度的另一周期性结构的散射辐射相同的光路。如果将第一校正因子和第二校正因子分别标记为ωv(将第一周期性结构的方向视为“垂直”)和ωh(将第二周期性结构的方向视为“水平”)，则其表达式可以如下：
来自第一周期性结构32的衍射强度的已校正值
来自第二周期性结构33的衍射强度的已校正值
上述方法允许在不同计量装置之间的变化最小且不需要在衬底的多个旋转位置处进行测量的情况下准确且可靠地测量聚焦误差(除了最初需要获取第一校正因子和第二校正因子)。
在实施例中，针对至少一对校准数据单元60中的每个在至少两个不同参考角位置中的每个处获取校准信息单元(例如，针对计量过程设置的特定子集的偏振不平衡θ的值)。在实施例中，不同参考角位置包括彼此分离180度的至少两个角位置。因此，例如，可以使用在衬底w处于0度和90度下获取的一对校准数据单元60来获取第一校准信息单元，并且可以使用在衬底w处于180度和270度下获取的一对校准数据单元60来获取第二校准信息单元。如下所述，在彼此分离180度的衬底w的角位置处获取的校准数据单元60也可以用于导出关于传感器不对称δ的信息。
尽管本文中描述的示例涉及衬底w的示例角位置和90度的倍数的偏振方向，但是对于入射辐射通道中的任何偏振角和检测辐射通道中的任何偏振角，都可以从相同的测量中导出(使用三角学)偏振不平衡θ的值。
在实施例中，针对多对校准数据单元60中的每对获取校准信息单元(例如，偏振不平衡θ的值)，每对校准数据单元60均是使用具有不同相应偏差(例如，+d或-d)的周期性结构32至35而获取的。如上所述，每个偏差可以表示在周期性结构32至35的不同层之间的有意施加的名义偏移(例如，+d或-d)。
在实施例中，在计量过程设置的不同值上对校准信息单元(例如，偏振不平衡θ的值)求平均。例如，可以在衬底w的不同偏差和/或不同参考角位置上对校准信息单元求平均。这种平均可以减少由于在计量过程中用于照射目标t的辐射点的不需要的不均匀性而引起的负面影响。
在实施例中，针对目标t的多个不同取向中的每个获取校准数据单元60，例如，对于目标t的一个取向，目标t中的周期性结构32至35的周期性平行于x，而对于目标t的另一取向，目标t中的周期性结构32至25的周期性平行于y。对于每个不同取向，获取至少一个单独的校准信息单元(例如，偏振不平衡θ的值)。
在实施例中，针对从目标t散射的辐射的多个不同衍射级中的每个获取校准数据单元60，例如+1衍射级和-1衍射级。对于每个不同衍射级，获取至少一个单独的校准信息单元(例如，偏振不平衡θ的值)。
在实施例中，针对相对于目标的多个不同偏振设置中的每个获取校准数据单元60，例如：1)入射和检测辐射同偏振，并且平行于目标t中的周期性结构的周期性的方向；2)入射和检测辐射交叉偏振，并且入射辐射与目标t中的周期性结构的周期性的方向平行地偏振；3)入射和检测辐射交叉偏振，并且检测辐射平行于目标t中的周期性结构的周期性的方向偏振；以及4)入射和检测辐射与目标t中的周期性结构的周期性的方向正交地同偏振。在实施例中，针对相对于目标t的每个不同偏振设置，获取至少一个单独的校准信息单元(例如，偏振不平衡θ的值)。
在实施例中，在步骤s5中从测量数据单元确定感兴趣参数的值包括根据用于获取测量数据单元的计量过程的配置来选择一个或多个单独的校准信息单元(例如，偏振不平衡θ的一个或多个值)。(例如，以便所选择的校准信息单元适当地表示获取测量数据单元的条件，因此最佳地校正诸如偏振不平衡θ和/或传感器不对称δ等误差)。
可以使用与以上关于偏振不平衡θ所讨论的类似的方法来获取传感器不对称δ的值。在这种情况下，可以通过在图4中描绘的类型的目标(具有四个周期性结构32-35)中获取180度的衬底旋转之后导出目标的测量强度之间的归一化差值来求解δ。针对一般的计量设置，这可以如下表示：
其中“hv”表示所获取的两个强度之间的偏振设置始终相同(例如，h/h和h/h，h/v和h/v，v/h和v/h或v/v和v/v)，“siten”和“siten+2”表示考虑到由于衬底w的旋转而引起的周期性结构32-35的位置变化，“wr”表示衬底的基准角位置。“wr+180”表示参考角位置+180度旋转，“±1”和“
上述等式的示例实现由以下等式描述：
其中
在实施例中，对于δ覆盖可以找到32个单独的解：周期性结构的2个方向(例如，平行于x和y)，2个偏差(例如，+d和-d)，相对于目标的4个偏振设置，以及衬底的2个参考角位置(例如，0度和90度)。可以在不同的偏差和/或参考角位置上求平均，以减少照射点不均匀性的影响并且提高准确性。在其他实施例中，取决于可用自由度的数目，可以有更少或更多的δ的单独的解。例如，如果可以进行多于四个的偏振设置(例如，在可获取更多数目的不同偏振方向的情况下)，则相应地可以有更多数目的δ的单独的解。
图案化工艺的性质可以随时间变化，从而导致缺陷的变化，诸如偏振不平衡θ和/或传感器不对称δ。例如，由于光刻装置la的光学组件的温度变化，可能出现这种漂移。例如，物镜中辐射的吸收可能会导致加热和应力引起的双折射。
频繁更新校准信息(例如，以重复更新偏振不平衡θ和/或传感器不对称δ的值)可以减少漂移的影响，但是在进行必要的测量时所浪费的时间会对吞吐量产生负面影响。下述实施例提供了减少漂移影响同时允许将整个过程保持在可接受水平的方法。
图15是描绘在一组(批)四个衬底w1至w4上的模拟测量的曲线图，以用于示出示例性方法。在该实施例中，在从t0到t4的测量时间窗口上执行测量。在t0到t1之间测量衬底w1上的目标，在t1到t2之间测量衬底w2上的目标，在t2到t3之间测量衬底w3上的目标，在t3到t4之间测量衬底w4上的目标。纵轴表示套刻ov的测量漂移，这是可以随时间漂移的感兴趣参数的示例。横轴表示时间，在所示的示例中，测量时间窗口延伸大约80分钟。实心圆表示对具有相对较低堆叠灵敏度的目标执行的测量。空心圆圈表示对具有更高堆叠灵敏度的目标执行的测量。套刻ov＝0的水平线上方和下方的曲线分别对应于在0度和180度旋转位置上对衬底执行的测量。可以看出，套刻ov在整个测量时间窗口内随时间变化显著，在该示例中，最大偏差约为0.2nm。
图16是描绘在考虑漂移的同时确定感兴趣参数的值的示例方法的流程图。该方法适用于长时间内在多个目标和多个衬底上进行的测量，如图15中所描绘。
在步骤s21中，从目标获取校准信息。校准信息可以包括关于偏振不平衡θ和/或传感器不对称δ的信息，并且可以使用上述任何方法(例如，通过执行以上参考图11描述的步骤s0至s2或s0至s3)或其他方法来获取。在图15所示的示例中，可以从在t0之后不久的时间点61执行的测量中获取校准信息。例如，可以如以上参考图11的步骤s0所述来执行测量。
从图16的步骤s22开始，该方法还包括在测量时间段内(在图15中以实心和空心圆表示)针对n个另外的目标中的每个目标获取测量数据单元(表示从目标散射的检测辐射)。针对每个另外的目标的测量数据单元的获取可以使用上述任何方法(例如，如参考图11的步骤s4所述)或其他方法来执行。该方法还包括针对单个固定基准目标在测量时间段内在m个不同时间获取测量数据单元。m通常小于n。在实施例中，对于基准目标的测量数据单元是以每个衬底被处理则进行一次的频率获取的。在图15的示例中，基准目标的测量数据单元可以是以每个衬底被处理则进行一次的频率获取的，例如，在该衬底的测量开始时(例如，在时间t1、t2、t3和t4之后不久)。基准目标理想地被配置为与n个另外的目标尽可能相似(例如，具有相同的间距)，并且理想地使用与n个另外的目标相同的光学设置(例如，在相同的波长下)进行测量。使用为目标而获取的测量数据单元、所获取的校准信息、以及从基准目标的一个或多个测量中获取的测量数据针对一个或多个另外的目标中的每个确定感兴趣参数的值(例如，套刻)。测量数据单元提供关于感兴趣参数的值的名义信息。校准信息提供感兴趣参数的值的第一校正水平。基准目标的一个或多个测量允许通过考虑漂移来改善由校准信息提供的校正。预期基准目标的一个或多个测量与漂移相关，因为预期基准目标的性质随时间保持恒定。
遵循图16的示例流程，在步骤s22中，对第一衬底w1上的每个另外的目标执行测量数据单元的获取。在步骤s22之后，在步骤s23中，针对基准目标获取测量数据单元(例如，在图15中的t1处)。在步骤s23之后，在步骤s24中，对第二衬底w2上的每个另外的目标执行测量数据单元的获取。重复步骤s23和s24，直到处理了该批次的倒数第二衬底w3(在本示例中为衬底w3)。在该示例中，因此测量了衬底w2和w3的另外的目标，并且在t2在其之间测量了基准目标。在该实施例中，该方法然后继续进行到步骤s25，在步骤s25中，从最后的衬底w4上的目标中获取校准信息。校准信息可以包括关于偏振不平衡θ和/或传感器不对称δ的信息，并且可以使用上述任何方法(例如，通过执行以上参考图11所述的步骤s0至s2或s0至s3)或其他方法来获取。在图15所示的示例中，从t3之后不久的时间点62执行的测量(例如，如以上参考图11的步骤s0所述)中获取校准信息。在步骤s25之后，在步骤s26中，针对最后的衬底w4的另外的目标执行另外的目标的测量数据单元的获取。在步骤s27中，使用针对目标而获取的测量数据单元、所获取的校准信息以及从基准目标的一个或多个测量中获取的测量数据针对一个或多个另外的目标中的每个确定感兴趣参数的值。在所示的示例中，该方法可以涉及在测量时间段期间(例如，在时间点62)将获取多个校准数据单元(以获取校准信息)的步骤至少重复一次，以获取更新后的校准信息。然后可以使用更新后的校准信息来执行在步骤s27中针对一个或多个另外的目标的感兴趣参数的值的确定。
对基准目标的测量和校准信息(例如，如使用在时间点61和62的测量所获取的)允许在生产量损失最小化的情况下有效地考虑图案化工艺中的漂移。由基准目标的测量提供的信息和校准信息可以以各种方式使用。在一些实施例中，在基准目标上的测量和校准信息提供校正数据，该校正数据可以用于校正感兴趣参数(例如，套刻)的名义值。校正数据可以包括关于诸如作为时间的函数的偏振不平衡θ和/或传感器不对称δ等特性的预期漂移的信息。在时间点61获取的校准信息提供偏振不平衡θ和/或传感器不对称δ的初始值，并且在基准目标上的测量然后提供关于偏振不平衡θ和/或传感器不对称δ如何随时间变化的信息。备选地或附加地，如图15中所示，校正数据可以被提供为图案化工艺的一个或多个性质的漂移产生的对感兴趣参数的测量值的贡献的表观漂移(例如，对套刻ov的贡献的漂移)的预测曲线63(参见图15)。在此，可以根据在点61处获取的校准信息来确定漂移的初始值(例如，通过确定偏振不平衡θ和/或传感器不对称δ)，并且在基准目标上的后续测量提供关于预期漂移如何随时间变化的信息。在基准目标上的后续测量提供关于曲线63的预期形式的信息。在其中在两个时间点获取校准信息的实施例中，例如，对于一批衬底中的第一衬底w1和最后的衬底w4(例如，在图15中的时间点61和62)，在基准目标上的测量可以用于在两个时间点获取的校准信息之间进行内插和/或外推到一个或两个时间点之外(例如，图15中的时间点62之外，以校正最后的衬底w4的另外的目标的测量)。确定每个另外的目标的感兴趣参数的值的步骤可以包括：以通常的方式计算感兴趣参数，然后从校正数据应用校正以获取感兴趣参数的改进值。可以对每个另外的目标应用单独的个性化校正。
上述方法使用基准目标上的测量来监测诸如偏振不平衡θ和/或传感器不对称δ等性质的漂移，例如，基于在一个或多个时间点获取的校准信息通过内插和/或外推。在替代方法中，可以通过确定校准信息如何与光刻装置或可以测量并且用于更新校准信息以考虑漂移的目标的一个或多个其他参数相关联来替换内插和/或外推。
作为上述校正漂移的方法的替代或补充，可以导出一个或多个预先校准曲线并且将其用于至少部分校正漂移。可以通过计算建模或校准测量来导出预先校准曲线，并且预先校准曲线可以考虑各种因素对偏振不平衡θ和/或传感器不对称δ的影响，包括以下中的一项或多项：仅随时间的变化(例如，其中光刻装置la空闲的场景)；输入空气温度的变化(例如，经由传感器获取的)；以及物镜温度的变化(例如，经由传感器获取的)。
参考图16，示出了计算机系统3200。计算机系统3200包括总线3202或用于传达信息的其他通信机制以及与总线3202耦合以用于处理信息的处理器3204(或多个处理器3204和3205)。计算机系统3200还包括主存储器3206，诸如随机存取存储器(ram)或其他动态存储设备，主存储器3206被耦合到总线3202以用于存储要由处理器3204执行的信息和指令。主存储器3206还可以用于在要由处理器3204执行的指令的执行期间存储临时变量或其他中间信息。计算机系统3200还包括只读存储器(rom)3208或被耦合到总线3202以用于存储处理器3204的静态信息和指令的其他静态存储设备。提供诸如磁盘或光盘等存储设备3210并且将其耦合到总线3202以用于存储信息和指令。
计算机系统3200可以经由总线3202被耦合到显示器3212，诸如用于向计算机用户显示信息的阴极射线管(crt)或平板显示器或触摸面板显示器。包括字母数字键和其他键的输入设备3214被耦合到总线3202以用于将信息和命令选择传递给处理器3204。另一种类型的用户输入设备是光标控件3216，诸如鼠标、轨迹球或光标方向键，光标控件3216用于将方向信息和命令选择传递给处理器3204并且用于控制显示器3212上的光标移动。该输入设备通常在两个轴(第一轴(例如，x)和第二轴(例如，y))上具有两个自由度，以允许设备指定平面中的位置。触摸面板(屏幕)显示器也可以用作输入设备。
计算机系统3200可以适合于响应于处理器3204执行主存储器3206中包含的一个或多个指令的一个或多个序列而在本文中用作处理单元。这种指令可以从另一计算机可读介质(诸如存储设备3210)读取到主存储器3206中。包含在主存储器3206中的指令序列的执行会引起处理器3204执行本文中描述的过程。也可以采用多处理布置中的一个或多个处理器来执行包含在主存储器3206中的指令序列。在替代实施例中，可以使用硬连线电路系统代替软件指令或与软件指令相结合。因此，实施例不限于硬件电路系统和软件的任何特定组合。
如本文中使用的，术语“计算机可读介质”是指参与向处理器3204提供指令以供执行的任何介质。这种介质可以采取很多形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，诸如存储设备3210。易失性介质包括动态存储器，诸如主存储器3206。传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括构成总线3202的电线。传输介质也可以采用声波或光波的形式，诸如在射频(rf)和红外(ir)数据通信期间生成的声波或光波。计算机可读介质的常见形式包括例如软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁介质、cd-rom、dvd、任何其他光学介质、打孔卡、纸带、具有孔图案的任何其他物理介质、ram、prom和eprom、flash-eprom、任何其他存储芯片或盒、下文中所述的载波、或计算机可以从中读取的任何其他介质。
各种形式的计算机可读介质可以涉及将一个或多个指令的一个或多个序列传送给处理器3204以供执行。例如，指令最初可以承载在远程计算机的磁盘上。远程计算机可以将指令加载到其动态内存中，并且使用调制解调器通过电话线发送指令。计算机系统3200本地的调制解调器可以在电话线上接收数据，并且使用红外发射器将数据转换为红外信号。被耦合到总线3202的红外检测器可以接收红外信号中携带的数据并且将数据放置在总线3202上。总线3202将数据携带到主存储器3206，处理器3204从主存储器3206中检索并且执行指令。由主存储器3206接收的指令可以可选地在由处理器3204执行之前或之后存储在存储设备3210上。
计算机系统3200也可以包括被耦合到总线3202的通信接口3218。通信接口3218提供被耦合到连接到局域网3222的网络链路3220的双向数据通信。例如，通信接口3218可以是用于提供与对应类型的电话线的数据通信连接的集成服务数字网络(isdn)卡或调制解调器。作为另一示例，通信接口3218可以是用于提供与兼容lan的数据通信连接的局域网(lan)卡。也可以实现无线链路。在任何这种实现中，通信接口3218发送和接收携带表示各种类型的信息的数字数据流的电、电磁或光信号。
网络链路3220通常提供通过一个或多个网络到其他数据设备的数据通信。例如，网络链路3220可以提供通过本地网络3222到主机计算机3224或到由互联网服务提供商(isp)3226操作的数据设备的连接。isp3226进而通过全球分组数据通信网络(现在通常将其称为“互联网”3228)提供数据通信服务。局域网3222和互联网3228都使用携带数字数据流的电、电磁或光信号。通过各种网络的信号以及在网络链路3220上并且通过通信接口3218的信号(其携带去往和来自计算机系统3200的数字数据)是传输信息的载波的示例性形式。
计算机系统3200可以通过网络、网络链路3220和通信接口3218发送消息并且接收数据，包括程序代码。在互联网示例中，服务器3230可能会通过互联网3228、isp3226、本地网络3222和通信接口3218为应用程序传输所请求的代码。根据一个或多个实施例，一个这种下载的应用提供例如本文中公开的方法。所接收的代码可以在接收到时由处理器3204执行，和/或存储在存储设备3210或其他非易失性存储装置中以供以后执行。以这种方式，计算机系统3200可以获取载波形式的应用代码。
本公开的实施例可以采取以下形式：包含描述本文中公开的方法的一个或多个机器可读指令序列的计算机程序、或者其中存储有这种计算机程序的数据存储介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。此外，机器可读指令可以体现在两个或更多个计算机程序中。两个或更多个计算机程序可以存储在一个或多个不同的存储器和/或数据存储介质上。
在以下编号的条款中描述了根据本发明的另外的实施例：
1.一种确定图案化工艺的感兴趣参数的值的方法，包括：
获取多个校准数据单元，每个校准数据单元表示在计量过程中从相应目标散射的检测辐射，所述目标包括使用所述图案化工艺在衬底上形成的结构；
其中所述校准数据单元中的至少两个校准数据单元中的每个校准数据单元表示在所述计量过程中使用不同相应偏振设置而获取的检测辐射，每个偏振设置限定所述计量过程的入射辐射的偏振属性和所述计量过程的检测辐射的偏振属性；
使用所述校准数据单元来获取关于所述计量过程的校准信息；
获取测量数据单元，所述测量数据单元表示从另外的目标散射的检测辐射，所述另外的目标包括使用所述图案化工艺在所述衬底上或在另外的衬底上形成的结构；以及
使用所述测量数据单元和所获取的所述校准信息来确定所述感兴趣参数的所述值。
2.根据条款1所述的方法，其中：
用于获取所述校准数据单元的所述不同偏振设置至少包括第一偏振设置和第二偏振设置；并且
所述第一偏振设置的所述入射辐射与所述第二偏振设置的所述入射辐射不同地偏振。
3.根据条款2所述的方法，其中所述第一偏振设置的所述入射辐射与所述第二偏振设置的所述入射辐射正交地偏振。
4.根据条款2或3所述的方法，其中所述第一偏振设置的所述检测辐射与所述第二偏振设置的所述检测辐射不同地偏振。
5.根据条款4所述的方法，其中所述第一偏振设置的所述检测辐射与所述第二偏振设置的所述检测辐射正交地偏振。
6.根据条款2至5中任一项所述的方法，其中：
使用一对校准数据单元来获取校准信息单元；
所述一对校准数据单元中的第一校准数据单元是使用所述第一偏振设置在所述衬底处于参考角位置的情况下被获取的；以及
所述一对校准数据单元中的第二校准数据单元是使用所述第二偏振设置在所述衬底通过预定角度旋转离开所述参考角位置的情况下被获取的。
7.根据条款6所述的方法，其中所述预定角度等于所述第一偏振设置的入射辐射的偏振方向与所述第二偏振设置的入射辐射的偏振方向之间的角度。
8.根据条款6或7所述的方法，其中所述预定角度等于所述第一偏振设置的检测辐射的偏振方向与所述第二偏振设置的检测辐射的偏振方向之间的角度。
9.根据条款6至8中任一项所述的方法，其中所述预定角度等于90度。
10.根据条款6至9中任一项所述的方法，其中针对多个不同参考角位置中的每个参考角位置获取校准信息单元。
11.根据条款10所述的方法，其中所述不同参考角位置包括彼此分离180度的至少两个角位置。
12.根据条款6至11中任一项所述的方法，其中：
所述校准信息单元中的至少一个子集包括针对多对校准数据单元中的每对校准数据单元的校准信息单元，多对校准数据单元中的每一对是使用周期性结构而被获取的，所述周期性结构具有相对于每个其他对不同的相应偏差；以及
每个偏差表示在所述周期性结构的不同层之间有意施加的标称偏移。
13.根据条款10至12中任一项所述的方法，其中所述校准信息的所述获取包括对所述校准信息单元中的两个或更多个校准信息单元求平均。
14.根据条款6至13中任一项所述的方法，其中：
针对所述目标的多个不同取向中的每个取向，获取校准数据单元；以及
针对所述不同取向中的每个取向，获取至少一个单独的校准信息单元。
15.根据条款6至14中任一项所述的方法，其中：
针对从所述目标散射的所述辐射的多个不同衍射级中的每个衍射级，获取校准数据单元；以及
针对所述不同衍射级中的每个衍射级，获取至少一个单独的校准信息单元。
16.根据条款6至15中任一项所述的方法，其中：
针对相对于所述目标的多个不同偏振设置中的每个偏振设置，获取校准数据单元；并且
针对相对于所述目标的所述不同偏振设置中的每个偏振设置，获取至少一个单独的校准信息单元。
17.根据条款14至16中任一项所述的方法，其中从所述测量数据单元对所述感兴趣参数的所述值的所述确定包括：根据用于获取所述测量数据单元的所述计量过程的所述配置，来选择所述单独的校准信息单元中的一个或多个校准信息单元。
18.根据前述条款中任一项所述的方法，其中每个校准数据单元包括以下各项或者是从以下各项中导出的：
光瞳面中的检测辐射强度、光瞳面中的检测辐射相位、光瞳面中的检测辐射强度分布、或光瞳面中的检测辐射相位分布；或者
图像面中的检测辐射强度、图像面中的检测辐射相位、图像面中的检测辐射强度分布、或图像面中的检测辐射相位分布。
19.根据前述条款中任一项所述的方法，其中每个测量数据单元包括以下各项或者是从以下各项中导出的：
光瞳面中的检测辐射强度、光瞳面中的检测辐射相位、光瞳面中的检测辐射强度分布、或光瞳面中的检测辐射相位分布；或者
图像面中的检测辐射强度、图像面中的检测辐射相位、图像面中的检测辐射强度分布、或图像面中的检测辐射相位分布。
20.根据前述条款中任一项所述的方法，其中：
获取测量数据单元的所述步骤是在测量时间段期间针对另外的n个目标中的每个目标而执行的；
获取测量数据单元的所述步骤还针对单个固定基准目标，在所述测量时间段期间的m个不同时间处被执行，其中m小于n；以及
所述感兴趣参数的所述值如下被确定：针对所述另外的目标中的一个或多个目标中的每个目标，使用针对该目标所获取的所述测量数据单元、所获取的校准信息以及从所述基准目标的所述测量中的一个或多个测量中获取的所述测量数据。
21.根据条款20所述的方法，还包括在所述测量时间段期间将获取多个校准数据单元的所述步骤重复至少一次，以获取更新后的校准信息，其中：
针对所述另外的目标中的一个或多个目标的所述感兴趣参数的所述值的所述确定是使用所述更新后的校准信息来执行的。
22.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述结构包括多层结构，并且所述感兴趣参数包括所述多层结构中的两个或更多个不同层之间的套刻误差。
23.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述感兴趣参数包括聚焦误差或临界尺寸。
24.一种确定图案化工艺的感兴趣参数的值的方法，包括：
获取第一对校准数据单元，每个校准数据单元表示在计量过程中从目标散射的检测辐射，所述目标包括使用所述图案化工艺在衬底上形成的结构；
所述第一对校准数据单元中的第一校准数据单元是在所述衬底处于参考角位置的情况下被获取的；
所述第一对校准数据单元中的第二校准数据单元是在所述衬底通过预定角度旋转离开所述参考角位置的情况下被获取的；
使用所述第一对校准数据单元来获取关于所述计量过程的第一校准信息；
获取测量数据单元，所述测量数据单元表示从另外的目标散射的检测辐射，所述另外的目标包括使用所述图案化工艺在所述衬底上或在另外的衬底上形成的结构；以及
使用所述测量数据单元和所获取的所述第一校准信息来确定所述感兴趣参数的所述值。
25.根据条款24所述的方法，其中：
所述第一校准数据单元是在所述计量过程中使用第一偏振设置而被获取的；
所述第二校准数据单元是在所述计量过程中使用与所述第一偏振设置不同的第二偏振设置而被获取的；
每个偏振设置限定所述计量过程的入射辐射的偏振属性和所述计量过程的检测辐射的偏振属性；以及以下中的一项或两项被满足：
所述第一偏振设置的入射辐射的偏振方向与所述第二偏振设置的入射辐射的偏振方向之间的角度等于所述预定角度；以及
所述第一偏振设置的检测辐射的偏振方向与所述第二偏振设置的检测辐射的偏振方向之间的角度等于所述预定角度。
26.根据条款24或25所述的方法，其中：
所述目标包括第一周期性结构和第二周期性结构，所述第一周期性结构相对于所述第二周期性结构以所述预定角度被定向；以及
所述第一对校准单元中的所述第一校准数据单元和所述第二校准数据单元是从所述第一周期性结构被获取的。
27.根据条款26所述的方法，还包括：
获取第二对校准数据单元，每个校准数据单元表示在所述计量过程中从所述目标散射的检测辐射；
所述第二对校准数据单元中的第一校准数据单元是在所述衬底处于所述参考角位置时从所述第二周期性结构被获取的；
所述第二对校准数据单元中的第二校准数据单元是在所述衬底与所述参考角位置相距所述预定角度时从所述第二周期性结构被获取的；以及
所述第二对校准数据单元用于获取关于所述计量过程的第二校准信息。
28.根据条款27所述的方法，其中：
所述另外的目标包括相对于每个彼此以所述预定角度定向的第一周期性结构和第二周期性结构；
所述感兴趣参数的所述确定使用如下测量数据单元，所述测量数据单元包括第一数据和第二数据，所述第一数据表示从所述第一周期性结构散射的检测辐射，所述第二数据表示从所述第二周期性结构散射的检测辐射；并且
所述感兴趣参数的所述确定包括：基于所述第一校准信息向所述第一数据施加校正因子，以及基于所述第二校准信息向所述第二数据施加校正因子。
29.根据条款28所述的方法，其中：
所述第一数据表示来自所述第一周期性结构的辐射的+1衍射级和-1衍射级的强度的第一总和；
所述第二数据表示来自所述第二周期性结构的辐射的+1衍射级和-1射级级的强度的第二总和；以及
所述感兴趣参数的所述确定包括：在向所述第一数据和所述第二数据施加所述校正因子之后，确定所述第一总和与所述第二总和之间的差。
30.根据条款24至29中任一项所述的方法，其中所述感兴趣参数包括聚焦误差。
31.根据条款30所述的方法，其中所述目标和所述另外的目标是使用图案化工艺而形成的，所述图案化工艺具有有意施加的像散，以增强所述聚焦误差与所述第一总和与所述第二总和之间的所述差之间的相关性。
32.根据条款24至31中任一项所述的方法，其中所述预定角度是90度。
33.一种器件制造方法，包括：
使用图案化工艺在衬底上形成结构，其中所述图案化工艺形成光刻制造工艺的一部分；
执行根据任一前述条款所述的方法，以确定所述图案化工艺的感兴趣参数的值；以及
基于所述感兴趣参数的所确定的值来调整所述图案化工艺。
尽管在本文中可以具体参考在ic的制造中计量装置的使用，但是应当理解的是，本文中描述的计量装置和过程可以具有其他应用，诸如集成光学系统的制造、用于磁畴存储器、平板显示器、液晶显示器(lcd)、薄膜磁头等的引导和检测图案。本领域技术人员将理解，在这种备选应用的上下文中，术语“晶片”或“管芯”在本文中的任何使用分别被认为是更通用的术语“衬底”或“目标部分”的同义词。本文所指的衬底可以在曝光之前或之后进行加工，例如在轨道(通常在衬底上施加一层抗蚀剂并且显影曝光的抗蚀剂的工具)、计量工具和/或一个或多个其他工具中。在适用的情况下，本文的公开可以应用于这种和其他衬底处理工具。此外，例如可以为了制造多层ic而对衬底进行一次以上的处理，使得本文中使用的术语“衬底”也可以是指已经包含多个处理过的层的衬底。
尽管上文可能已经在光学光刻的上下文中具体参考了本公开的实施例的使用，但是应当理解的是，本公开可以在其他应用中使用，例如纳米压印光刻，并且在上下文允许的情况下，不仅限于光刻。在纳米压印光刻的情况下，图案形成装置是压印模板或模具。
本文中使用的术语“辐射”和“光束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外线(uv)辐射(例如，波长为或约为365、355、248、193、157或126nm)和极紫外线(euv)辐射(例如，波长在5至20nm的范围内)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”可以指各种类型的光学组件中的任何一种或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学组件。
本文中对误差的校正或纠正的参考包括消除误差或将误差减小到公差范围内。
如在本申请中通篇使用的，词语“可以(may)”以允许的意义(即，表示有可能)而不是强制性的意义(即，必须)来使用。词语“包括(include)”、“包括(including)”和“包括(includes)”等表示包括但不限于。如在本申请中通篇使用的，除非内容另外明确指出，否则单数形式的“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括复数指示物。因此，例如，对“一个(an)”元素或“一个(a)”元素的引用包括两个或更多个元素的组合，尽管对于一个或多个元素使用其他术语和短语，诸如“一个或多个”。除非另外指出，否则术语“或”是非排他性的，即，包括“和”和“或”。描述条件关系的术语(例如，“响应于x，y”、“在x时，y”、“如果x，则y”、“当x时，y”等)包含因果关系，其中先决条件是必要的因果条件，先决条件是充分的因果条件，或者先决条件是结果的附带的因果条件，例如，“状态x在获取条件y时发生”是“x仅在y时发生”和“x在y和z时发生”的通称。这种条件关系不限于在获取先决条件之后立即发生的后果，因为某些后果可能会延迟，并且在条件陈述中，先决条件与它们的后果相关，例如，先决条件与发生后果的可能性有关。除非另外指出，否则其中多个性质或功能被映射到多个对象(例如，执行步骤a、b、c和d的一个或多个处理器)的陈述既包含所有这种性质或功能被映射到所有这种对象，又包含性质或功能的子集被映射到性质或功能的子集(例如，既包含所有处理器均执行步骤ad，又包含如下情况：处理器1执行步骤a，处理器2执行步骤b和步骤c的一部分，并且处理器3执行步骤c的一部分和步骤d)。此外，除非另外指出，否则一个值或动作“基于”另一条件或值的陈述既包含条件或值是唯一因素的情况，又包含条件或值是多个因素中的一个因素的情况。除非另外指出，否则某个集合的“每个”实例具有某个性质的陈述不应当解读为排除较大集合的某些以其他方式相同或相似的成员不具有该性质的情况，即，每个不一定表示每一个。
在某些美国专利、美国专利申请或其他材料(例如，文章)通过引用并入的程度上，这种美国专利、美国专利申请和其他材料的文本仅通过引用并入到使得这种材料与本文中给出的陈述和附图之间不存在冲突的程度。在发生这种冲突的情况下，在这种通过引用并入的美国专利、美国专利申请和其他材料中的任何这种冲突文本均不通过引用明确并入本文。
上文的描述旨在是说明性的，而不是限制性的。因此，对于本领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离下文阐述的权利要求的范围的情况下，可以对所描述的本公开进行修改。
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