CN101286013A - 校准量测工具的衬底及其形成方法以及量测工具校准方法 - Google Patents

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Abstract

为了补偿在量测工具中依赖于取向的变化，本发明提供一种用于校准量测工具的衬底及其形成方法，以及量测工具校准方法。

Description

校准量测工具的衬底及其形成方法以及量测工具校准方法
技术领域
本发明涉及形成用于校准量测工具的衬底的方法，校准衬底以及用于校准量测工具的方法。
背景技术
光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上(通常到所述衬底的目标部分上)的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版(reticle)的图案形成装置用于生成在所述IC的单层上待形成的电路图案。可以将该图案转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个或多个管芯)上。典型地，经由成像将所述图案转移到在所述衬底上设置的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单独的衬底将包含连续形成图案的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括：所谓步进机，在所述步进机中，通过将全部图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；以及所谓扫描器，在所述扫描器中，通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行地扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。还可以通过将所述图案压印(imprinting)到所述衬底上，将所述图案从所述图案形成装置转移到所述衬底上。
为了监测光刻工艺，需要测量图案化衬底的参数，例如在形成在所述衬底中或所述衬底上面的连续的层之间的重叠误差。现有用于测量在光刻工艺中形成的微结构的多种技术，包括使用扫描电子显微镜和多种专用工具。专用的检测工具的一种形式是散射仪，在所述散射仪中，将辐射束引导到衬底的表面上的目标上并测量散射束或反射束的性质。通过比较被衬底反射或散射前后的所述束的性质，可确定衬底的性质。例如，可通过比较反射束和存储在与已知衬底性质相关的已知测量库中的数据来完成。已知两种主要类型的散射仪。光谱散射仪将宽带辐射束引导到衬底上并测量被散射到特定的窄角范围的辐射的光谱(强度作为波长的函数)。角度分解散射仪使用单色辐射束并测量作为角度函数的散射辐射的强度。
用来监测光刻工艺的量测工具，且尤其诸如扫描电子显微镜和散射仪等临界尺寸(CD)量测工具，典型地设置为测量精度可能取决于测量取向的方式。例如，在水平和垂直方向的放大率可具有偏移量。另外，与用于照射量测目标的辐射束的理想形状的偏差和量测目标上的辐射束的入射角的偏差可影响测量结果。明显地，这样的系统量测误差应该最小化。因此，设置这种系统量测误差的严格规范。为了最小化系统量测误差，需要校准量测工具。因此，具有已知量测目标的衬底可以由量测工具在多个不同取向上检验，以便确定依赖于取向的偏移量。然而，例如由于存在凹槽定位机构，要建立许多CD量测工具，以使得不能在不同的取向上加载或测量衬底。
发明内容
旨在提供一种系统，通过其可更易于补偿在量测工具中依赖于取向的偏移量。
根据本发明的实施例，提供一种形成适用于校准量测工具的衬底的方法，所述方法包括：将辐射敏感材料层提供到衬底表面；使用图案形成装置对第一辐射束进行图案化，所述图案形成装置提供包括第一套图案特征和第二套图案特征的校准图案；将图案化的第一辐射束投影到辐射敏感材料上以使得由校准图案的第一套图案特征所图案化的辐射形成具有一套延长的图案特征的第一校准标记，并且由校准图案的第二套图案特征所图案化的辐射形成具有一套延长的图案特征的第二校准标记；相对于投影系统以预定角度围绕基本垂直于衬底表面的轴旋转衬底；使用图案形成装置对第二辐射束进行图案化并将它投影到辐射敏感的材料上，以使得由校准图案的第一套图案特征所图案化的辐射形成具有一套延长的图案特征的第三校准标记，并且由校准图案的第二套图案特征所图案化的辐射形成具有一套延长的图案特征的第四校准标记；其中所述预定角度使得第二校准标记的延长的图案特征的取向基本上平行于第三校准标记的延长的图案特征的取向。
本发明实施例还提供一种根据上述方法制造的衬底以及一种使用由上述方法形成的衬底的校准量测工具的方法。
附图说明
在此仅借助示例，参照所附示意图对本发明的实施例进行描述，在所附示意图中，相同的附图标记表示相同的部分，且其中：
图1a是根据发明的实施例的光刻设备；
图1b是根据发明的实施例的光刻单元或簇；
图2描述第一散射仪；
图3描述第二散射仪；
图4是根据本发明的实施例的、用于形成用于校准量测工具的衬底的工艺；
图5a和5b描述衬底上校准标记的构造；
图5c描述在图5b中描述的校准标记布置的变化；
图6描述可用在发明实施例中的一套可选择的校准标记；
图7描述了用在发明实施例中的所述一套校准标记的另一变化；以及
图8描述了衬底上校准标记的可能的布置。
具体实施方式
图1a示意性地描述了光刻设备LA。所述装置包括：照射系统(照射器)IL，所述照射器IL设置用于调节辐射束B(例如紫外(UV)辐射或极紫外(EUV)辐射)；支撑结构(例如掩模台)MT，所述支撑结构MT构建用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA并连接到配置用于根据确定的参数精确定位图案形成装置的第一定位器PM；衬底支撑件(例如晶片台)WT，所述衬底支撑件WT配置用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W并连接到配置用于根据确定的参数精确定位衬底的第二定位器PW；以及投影系统(例如折射式投影透镜系统)PL，所述投影系统PL配置用于将由图案形成装置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。
照射系统可包括多种类型的光学部件，例如折射式、透射式、磁性式、电磁式、静电式或其它类型的光学部件或其任何组合，用于引导、整形或控制辐射。
支撑结构MT支撑图案形成装置MA，即承受图案形成装置MA的重量。它以依赖于图案形成装置的取向、光刻设备的设计和其它条件(例如图案形成装置是否被保持在真空环境中)的方式保持图案形成装置MA。支撑结构MT可使用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术保持图案形成装置。支撑结构MT可以是框架或台，例如其可根据需要是固定的或可移动的。支撑结构MT可确保图案形成装置MA处于所需的位置上(例如相对于投影系统)。这里使用的任何术语“掩模版”或“掩模”可认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。
这里使用的术语“图案形成装置”应广泛的解释为用来将图案在其横截面上赋予辐射束以便在衬底的目标部分上形成图案的任何器件。应该注意，被赋予辐射束的图案可能不能准确地对应于衬底目标部分中所需要的图案(例如如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征)。通常，被赋予辐射束的图案对应于在目标部分中形成的器件中的特定的功能层，例如集成电路。
图案形成装置MA可以是透射式的或反射式的。图案形成装置的实例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程液晶显示(LCD)面板。在光刻中掩模是公知的，且包括诸如二元掩模类型、交变型相移掩模类型和衰减型相移掩模类型等掩模类型以及多种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的一个例子使用小反射镜的矩阵布置，每个所述小反射镜可单独倾斜以便沿不同方向反射入射的辐射束。倾斜的反射镜将图案赋予由反射镜矩阵反射辐射束。
这里使用的术语“投影系统”应广泛的解释为包括任何类型的投影系统，包括折射式、反射式、反射折射式、磁性式、电磁式和静电式光学系统或其任意组合，如适合所使用的曝光辐射或其它因素(例如浸没液体的使用或真空的使用)。这里使用的任何术语“投影透镜”可认为与更上位的术语“投影系统”同义。
如这里所描述的，装置是透射型的(例如使用透射式掩模)。可选择地，装置可以是反射型的(例如使用上面提到的可编程反射镜阵列类型或使用反射式掩模)。
光刻设备可以是具有两个(双台)或更多的衬底台(和/或两个或更多掩模台)的类型。在这样“多台”机器中，可并行地使用附加的台，或可在一个或多个台上执行预备步骤而同时一个或多个其它台用于曝光。
光刻设备还可以是如下类型：其中至少一部分衬底可由具有相对高折射率的液体(例如水)所覆盖，以便填充投影系统和衬底之间的空间。浸没液还可以施加到光刻设备中的其它空间，例如在图案形成装置(例如掩模)MA和投影系统之间。浸没技术用于增加投影系统的数值孔径在本领域是公知的。这里使用的术语“浸没”不意味着结构(例如衬底)必须浸没在液体中，而是仅意味着在曝光期间液体位于投影系统和衬底之间。
参考图1a，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。例如当该源是准分子激光器时，所述源和光刻设备可以是分离的实体。这样，所述源不会被认为是光刻设备的组成部分，且在包括例如适合的引导反射镜和/或扩束器的光束传送系统BD的帮助下，辐射束从源SO传递到照射器IL。在其它的情况下，例如当所述源是汞灯时，所述源可以是光刻设备的组成部分。源SO和照射器IL(如果需要的话与光束传递系统BD一起)可称为辐射系统。
照射器IL可包括用于调整辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，至少照射器的光瞳面中强度分布的外部和/或内部径向范围(通常分别表示为σ-外部和σ-内部)可被调整。另外，照射器IL可包括多种其它部件，例如积分器IN和聚光器CO。照射器可用于调节辐射束以在它的横截面上具有所需要的均匀性和强度分布。
辐射束B入射到图案形成装置(例如掩模MA)上，所述图案形成装置被保持在支撑结构(例如掩模台MT)上，且由图案形成装置进行图案化。穿过图案形成装置(例如掩模)MA后，辐射束B通过投影系统PL，所述投影系统PL将光束聚焦在衬底W的目标部分C上。在第二定位器PW和定位传感器IF(例如干涉仪器件、线性编码器、2维编码器或电容传感器)的帮助下，衬底台WT可精确地移动，例如为了在辐射束B的路径中定位不同的目标部分C。同样地，例如在来自掩模库的机械获取后，或在扫描期间，第一定位器PM和另一定位传感器(其在图1a中未明确的描述)可用于精确地相对于辐射束B的路径定位图案形成装置(例如掩模)MA。通常，可在长行程模块(粗定位)和短行程模块(精确定位)的帮助下实现支撑结构(例如掩模台)MT的运动，所述长行程模块和短行程模块形成第一定位器PM的一部分。同样地，可使用长行程模块和短行程模块实现衬底支撑件(例如衬底台)WT的运动，所述长行程模块和短行程模块形成第二定位器PW的一部分。在步进机(与扫描器相对)的情况下，支撑结构(例如掩模台)MT可仅连接到短行程致动器，或者是固定的。可使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2对准支撑结构(例如掩模)MA和衬底W。虽然示出的衬底对准标记占有专门的目标部分，但是它们可位于目标部分(这些被称为划线对齐标记)之间的空间中。同样地，在图案形成装置(例如掩模)MA上提供多于一个管芯的情况下，掩模对准标记可位于管芯之间。
所描述的设备可用于下列模式中的至少一个之中：
1.在步进模式中，在被赋予辐射束的整个图案被一次投影到目标部分C上的同时，支撑结构(例如掩模台)MT和衬底支撑件(例如衬底台)WT基本保持静止(即单一静态曝光)。然后衬底支撑件(例如衬底台)WT在X和/或Y方向上移动以使得可以对不同的目标部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制在单一静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。
2.在扫描模式中，在将被赋予辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，同步扫描支撑结构(例如掩模台)MT和衬底支撑件(例如衬底台)WT(即单一动态曝光)。衬底支撑件(例如衬底台)WT相对于支撑结构(例如掩模台)MT的速度和方向可由投影系统PL的放大(缩小)率和图像反转特征决定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制单一动态曝光中的目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而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，用于保持可编程图案形成装置的支撑结构(例如掩模台)MT基本保持静止，且在将被赋予辐射束的图案投影到目标部分C上的同时移动或扫描衬底支撑件(例如衬底台)WT。在该模式中，通常使用脉冲辐射源并且在每个衬底支撑件(例如衬底台)WT的运动后或在扫描期间的连续辐射脉冲之间根据需要更新可编程图案形成装置。操作的模式能易于应用于使用可编程图案形成装置的无掩模光刻上，例如如上所述的类型的可编程反射镜阵列。
还可以采用上述使用的模式的组合和/或变形或采用完全不同的使用模式。
如图1b所示，光刻设备LA形成光刻单元LC的一部分，有时还称为光刻单元(lithocell)或簇，其还可包括用于在衬底上执行曝光前和曝光后的处理的装置。通常地这些包括用于沉积抗蚀层的旋涂器SC、用于显影已曝光的抗蚀剂的显影器DE、激冷板CH和烘烤板BK。衬底输送装置或机械手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移动它们，并且之后分配到光刻设备的进料台LB。常被统称为轨道的这些装置在本身处于管理控制系统SCS控制的轨道控制单元TCU的控制下，还经由光刻控制单元LACU控制光刻设备。这样，可将不同的设备运行以使产量和处理效率最大化。
为了由光刻设备曝光的衬底被正确地和一致地曝光，需要检验曝光衬底以测量例如在连续层之间、线宽之间、临界尺寸(CD)之间的重叠误差的特征。应该理解可以测量额外的特征。如果检测到误差，尤其如果检验可以在短时间内足够快地完成以至于同一批的其它衬底仍在曝光，则对接下来的衬底的曝光可进行调整。已经曝光的衬底还可被剥去并重新加工——以提高产量——或丢弃——由此避免在已知有缺陷的衬底上进行曝光。只有衬底的一些目标部分是有缺陷的情况下，曝光可仅在那些完好的目标部分上进行。
使用检验设备确定衬底的性质，且更具体地，确定不同衬底或相同衬底的不同层的性质从一层到另一层的变化如何。检验设备可被集成到光刻设备LA或光刻单元LC中，或可以是单独的装置。为了进行最快速的测量，需要检验设备在曝光后立刻测量已曝光的抗蚀剂层的性质。然而，抗蚀剂中的潜影具有非常低的对比度——在已经被辐射曝光的抗蚀剂部分和未曝光的抗蚀剂部分之间仅存在非常小的折射率差别——且不是所有的检验设备都具有足够的敏感度以对潜影做有效测量。因此可在曝光后的烘烤步骤(PEB)之后进行测量，所述曝光后的烘烤步骤通常是在已曝光的衬底上进行的第一步骤且增加了抗蚀剂的已曝光部分和未曝光部分之间的对比度。在该阶段，抗蚀剂中的图像可以是半潜在的。还可能测量已被显影的抗蚀剂图像——在该点上抗蚀剂的已曝光或未曝光部分已被去除——或在图案转移步骤(例如刻蚀)之后进行测量。后一种可能限制了有缺陷的衬底重新加工的可能性，但是仍可提供有用信息。
图2描述了可用于本发明实施例中的散射仪SM1。它包括将辐射投影到衬底6上的宽带(白光)辐射投影仪2。被反射的辐射被传递到光谱仪探测器4，其测量镜面反射辐射的光谱10(强度作为波长的函数)。从该数据中，用于生成所检测的光谱的结构或轮廓可通过处理单元PU，例如通过严格耦合波分析和非线性回归或通过与图2底部所示的模拟光谱库比较而重建。通常，对于所述重建，结构的通用形式是已知的且一些参数根据制作所述结构所采用的过程的知识来假定，仅留结构的一些参数根据散射仪数据确定。这样的散射仪可设置为正入射散射仪或斜入射散射仪。
图3示出可用于本发明实施例中的另一散射仪SM2。在该装置中，使用透镜系统12聚焦由辐射源2发射的辐射，所述辐射通过干涉滤光片13和偏振器17，由部分反射表面16反射且经由显微镜物镜15而被聚焦在衬底W上，其具有高数值孔径(NA)，优选至少0.9且更优选至少0.95。浸没式散射仪甚至可具有数值孔径超过1的透镜。然后所反射的辐射透射通过部分反射表面16到达探测器18中以便检测散射光谱。检测器可位于在透镜系统15的焦距F处的后投影光瞳平面11位置上。然而，替代地，光瞳平面可以用辅助光学元件(未示出)重新成像到检测器上。所述光瞳平面是辐射的径向位置限定入射角且角位置限定辐射的方位角的平面。探测器优选是二维探测器以便可测量衬底目标的二维角度散射光谱。例如探测器18可以是电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化半导体(CMOS)传感器阵列，且可使用例如每帧40毫秒的积分时间。
例如参考束经常用于测量入射辐射的强度。为了做上述这些，当辐射束入射到束分离器16上时，它的一部分作为参考束通过束分离器朝参考镜面14透射。然后参考束被投影到相同检测器18的不同部分上。
一组干涉滤光片13可在例如约405-790nm或甚至更低的范围(例如约200-300nm)中选择感兴趣的波长。干涉滤光片可以是可调的而不是包括一组不同的滤光片。光栅可用来取代干涉滤光片。
检测器18可测量单波长(或窄波长范围)的散射光的光强，所述光强分别位于多个波长上或覆盖整个波长范围。而且，检测器可分别测量横向磁偏光和横向电偏光的光强和/或横向磁偏光和横向电偏光之间的相位差。
可使用宽带光源(即具有宽范围的光频率或波长——以及由此产生的彩色)，其给出大的集光率，允许多种波长的混合。宽带中的多个波长优选每个具有δλ的带宽和至少2δλ的间距(即两倍带宽)。多个辐射“源”可以是使用光纤束分离的扩展辐射源的不同部分。这样，在多种波长处可并行地测量角度分解散射光谱。可测量3维光谱(波长和两个不同角度)，其包括多于2维光谱的信息。这允许更多的信息被测量，其增加量测处理的鲁棒性。在EP1,628,164A中更详细的描述了上述情况，由此以引用的方式将它的全部内容并入本文中。
衬底W上的目标可以是光栅，其被印刷以使得在显影后，条纹由固态抗蚀剂线形成。可选择地，所述条纹可以被刻蚀进衬底中。该图案对光刻投影设备(尤其是投影系统PL)中的色差敏感，且照射对称度以及这种像差的存在将体现在所印刷的光栅的变化中。相应地，使用所印刷的光栅的散射仪数据重建光栅。诸如线宽度和线形等光栅参数可输入到重建处理中，由处理单元PU根据印刷步骤和/或其它散射仪处理的知识进行。
本发明的实施例提供制造衬底的方法，该衬底具体设置用于量测工具的校准，特别用于对由在量测工具中由依赖于取向的变化而导致的系统误差的补偿。而且，设置衬底以便在无需以不同方向在量测单元中加载衬底的情况下，在量测单元中可进行校准测试。
具有多个标记的衬底可用于校准量测工具来补偿依赖于取向的变化，所述标记以不同的取向设置但是标记相同。然而，在实际中不可能以不同的取向形成标记且标记又绝对相同。这是因为如果使用不同的图案形成装置或单个图案形成装置的不同部分形成标记，则在不同的图案形成装置之间或图案形成装置的不同部分之间的变化将导致在衬底上形成的标记之间的变化。可选择地，如果通过相同的图案形成装置(或其部分)但在不同时间形成标记(例如使用不同的曝光)，那么在不同时间(例如由不同曝光之间的辐射强度的变化导致)的处理条件的变化将导致标记之间的变化。在标记之间的、除去它们的取向的任何变化，意味着量测工具不能通过根据以不同取向对标记的检验直接比较由量测工具量测所作的测量来校准。
图4示意性描述了根据本发明的用于形成用于校准量测工具的衬底的工艺。在工序410中，辐射敏感材料(例如是抗蚀剂)被提供到衬底表面。在工序420中，所述衬底被加载到光刻设备中且在工序430中所述衬底被由具有校准图案的图案形成装置所图案化的辐射束曝光。如以下更详细的描述，校准图案包括多套图案特征。当校准图案被投影到衬底上时，校准图案中的每套图案特征在衬底上形成对应的校准标记。校准标记包括多个延长的特征且例如可一起形成一个或多个光栅。因此，所述延长的特征可以是光栅的条纹。可选择地，例如所述每个延长的图案特征可包括结构的阵列，例如接触孔阵列。设置包括在校准图案中的多套图案特征以使得每个校准标记的延长的图案特征定位在不同的方向。
衬底形成工艺的工序440中，衬底在光刻设备中被旋转和/或从光刻设备中被去除且以不同取向被重新加载到光刻设备中。结果，工序440通过相对于投影系统围绕垂直于衬底表面的轴以预定的角度旋转衬底，在所述衬底上提供有辐射敏感材料。在工序450中，校准图案在衬底上再次被曝光，提供另外的多个校准标记，所述校准标记每个对应于在校准图案中的多个图案特征中的一个。优选地，第二多个校准标记邻近第一多个校准标记形成但充分分离，在连续的多个校准标记的构造之间没有干扰。
工序440和450可根据需要重复多次，在衬底上形成连续的多个校准标记，邻近但与已经形成的校准标记不相互干扰。因此，如图4所示，衬底形成方法包括在工序460的判定，在工序460中判定校准图案是否以所有希望的取向在衬底上曝光。
一旦所有希望的图案在衬底上被曝光，则衬底可以以常规方式处理。例如，辐射敏感材料可在工序470中显影，尤其如果待校准的量测工具想在辐射敏感材料显影后用于检验衬底上的标记。视情况地，衬底可以在工序480中以常规方式被刻蚀以便提供更耐久的校准衬底。
图5a和5b示意性描述了衬底上校准标记的构造。特别地，图5a描述了校准图案以第一取向在衬底上被曝光之后形成在衬底上的标记，且图5b描述了校准图案以第二取向被第二次曝光后的衬底的相同区域。
图5a详细地示出形成在衬底上的、分别对应于校准图案的第一和第二套图案特征的第一和第二校准标记21、22。如图所示，第一和第二校准标记21、22中的每一个包括多个延长的图案特征21a、22a。而且，第一校准标记的延长的图案特征21a的取向不同于第二校准标记22的延长的图案特征22a的取向。图5a包括取向标记23。包括所述取向标记23仅用于示出第一和第二校准标记21、22的取向。
图5b描述了衬底的区域，第一和第二校准标记21、22在衬底相对于投影系统旋转且校准图案在衬底上再次曝光后在所述衬底的区域上形成。如取向标记23所示，第一和第二校准标记21、22相对于图5a所示的位置旋转。另外，如取向标记26所示，当它们最初形成时，第三和第四校准标记24、25以对应于第一和第二校准标记21、22的取向形成。第三和第四校准标记24、25分别由校准图案的第一和第二套图案特征形成。因此，第一和第三校准标记21、24由校准图案的同一套图案特征形成，但由于在曝光之间的衬底旋转，第三校准标记的延长的图案特征24a的取向不同于第一校准标记的延长的图案特征21a的取向。同样，虽然第二和第四校准标记22、25由校准图案的同一套图案特征形成，但是第二和第四校准标记22、25的延长的图案特征的取向不同。
仔细选择衬底上的校准图案的第一和第二次曝光之间衬底的旋转程度。在图5a和5b所描述的布置中，尤其选择在曝光之间的衬底旋转，以使得第二校准标记22的延长的图案特征22a的取向基本上平行于第三校准标记24的延长的图案特征24a的取向。同样，在图5a和5b所描述的布置中，第一校准标记21的延长的图案特征21a的取向基本平行于第四校准标记25的延长的图案特征25a的取向。
以上述方式形成衬底上的校准标记提供了用于校准量测工具的有益的衬底。特别地，在检验校准标记21、22、24、25的结果之间的差异由如下三个因素产生：(i)校准图案中的第一和第二套图案特征之间的差异和/或由光刻设备的投影系统引起的差异；(ii)两次曝光辐射光强之间的差异；以及(iii)由量测工具的依赖于取向的系统误差所引起的差异。应该理解，第一和第二校准标记21、22结果之间的差异和第三和第四校准标记24、25之间的差异部分是因素(i)且部分是因素(iii)。相比之下，第一校准标记21和第三校准标记24之间结果的差别以及第二校准标记22和第四校准标记25之间结果的差异部分由因素(ii)造成且部分由因素(iii)造成。最终，第一校准标记21和第四校准标记25之间的检验结果的差异以及第二校准标记22和第三校准标记24之间的检验结果的差异部分由因素(i)造成且部分由因素(ii)造成。随后，通过比较由所有四个校准标记21、22、24、25的量测工具检验的结果的差异，可消除因素(i)和(ii)的影响，结果仅是因素(iii)的影响，即量测工具的依赖于取向的系统误差的效果。因此，可使用四个校准标记的检验结果校准量测工具。
虽然如图5a和5b所示，校准图案可简单的包括用于形成两个校准标记的第一和第二套图案特征，所述两个校准标记具有各自一套彼此取向不同的延长的图案特征，但还可使用其他校准图案。例如，如图5c所示，除了用来在每个曝光中形成各自校准标记的第一和第二套图案特征之外，校准图案可包括第三和第四套图案特征，所述第三和第四套图案特征生成两个类似于第一和第二校准标记的额外的校准标记。因此，如图5c所示，对应于单个曝光的每套校准标记31、32、33、34，包括两对具有彼此平行的延长的图案特征的校准标记。这可能是有益处的，因为首先它提供了可改善量测工具的校准的额外数据，且其次因为量测工具可设置用于检验具有所述构造的特征的组合。因此，用于确定“识别”量测目标且在量测工具中定位检验单元以检验量测目标的量测工具中的系统，可通过用于所有校准标记的单一图案下指令。当对于每个校准标记必须使用不同的识别和定位指令时，其消除了所引起的潜在的偏移量。
进而，图5c所示，可使用多于两次的曝光。因此，如图5c所示，在图4所描述的衬底形成方法的工序440和450可被重复四次，以便以不同的各个取向提供四套校准标记31、32、33、34。而且还可提供额外的数据以便提高校准的精度。
另外，虽然如在图5a、5b和5c中所描述的，一些校准标记的延长的图案特征可垂直于其余的校准标记的延长的图案特征的取向，但是可不必是这种情况。例如，如图6所描述的，校准图案可包括三套图案特征，所述图案特征设置为在衬底上形成各自的校准标记以使得在任何两个校准标记的延长的图案特征的取向之间的角度约为120°。因此，可形成例如图6所描述的一套校准标记41。在这样的布置中，如图4所描述的衬底形成方法的工序440和450总共可重复3次，在每个曝光之间，衬底旋转约120°，以使得总共三次曝光提供图6所描述的三套校准标记41、42、43。应该理解，这样做将设置形成在衬底上的校准标记，以使得由给定的曝光从校准图案中的一套图案特征中形成的延长的图案特征将基本平行于由另一次曝光通过校准图案中的另一套图案特征形成的延长的图案特征，如此类推。因此，仍可消除校准图案中使用不同套图案特征的影响和不同曝光中不同辐射光强的影响，以便确定量测工具的依赖于取向的变化的影响。
图7描述了几套校准标记的优选布置。如所示每套校准标记51、52、53、54包括八个校准标记，所述八个校准标记使用校准图案中八套相对应的图案特征同时形成。在每套校准标记中，有四对校准标记，设置每对校准标记以使得它们各自的延长的图案特征基本平行。设置第一和第二对校准标记，以使得它们的延长的图案特征彼此垂直。设置第三和第四对校准标记，以使得它们各自的延长的图案特征彼此垂直且每个到第一和第二对校准标记其中之一的延长图案特征的角度约为45°。另外，如图7所示，由各自的取向标记55、56、57、58所示，在每套校准标记51、52、53、54的构造之间，衬底旋转约45°。
如前所述，可从考虑量测工具中检验校准标记所得的结果之间的差异来消除连续曝光的辐射光强的差异的影响和校准图案中几套图案特征之间差异的影响。因此可确定量测工具依赖于取向的变化的影响。但是，应该理解，使用如图7所描述的几套校准目标可获得另外的信息。因此，至少可部分校准在量测工具中用于照射量测目标的光束的形状中的任何非均匀性和/或辐射束在量测目标上入射角度的缺陷的影响。
如上所述，校准标记优选都彼此邻近地在衬底上形成。这可将由衬底上的临界尺寸变化引起的校准标记之间的任何变化最小化。然而，如图8所示，用于校准量测工具的衬底60可设置为具有设置在衬底的不同区域中的多套61、62、63、64校准标记，其中每套校准标记对应于任何一套上述的校准标记。这样，第一套61校准标记可由第一多次曝光形成且接下来可由第二多次曝光形成第二套62校准目标，以此类推。可选择地，在每套61、62、63、64的校准标记中的校准标记子套可由每次曝光同时形成，减少了形成衬底的时间。
应该理解，可使用上述几套校准标记的变形。特别地，图4描述的衬底形成方法的工序440和450可被重复与上述的次数不同的次数。可选择地或另外地，校准图案可包括不同于上述数目的多套图案特征，且从单一曝光形成的校准标记的延长的图案特征的取向之间的角度可与上述讨论的不同，且/或连续曝光之间的衬底的旋转角度可与上述讨论的有所不同。
尽管在本文中可以做出具体的参考，将所述光刻设备用于制造IC，但应当理解这里所述的光刻设备可以有其他的应用，例如，集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器、薄膜磁头的制造等。对于普通的技术人员，应该理解的是，在这种替代应用的情况中，可以将其中使用的任意术语“晶片”或“管芯”分别认为是与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上，并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测工具和/或检验工具中。在可应用的情况下，可以将所述公开内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为产生多层IC，使得这里使用的所述术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。
尽管以上已经做出了具体的参考，在光学光刻的情况中使用本发明的实施例，但应该理解的是，本发明可以用于其他应用中，例如压印光刻，并且只要情况允许，不局限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的拓扑限定了在衬底上产生的图案。可以将所述图案形成装置的拓扑印刷到提供给所述衬底的抗蚀剂层中，在其上通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使所述抗蚀剂固化。在所述抗蚀剂固化之后，所述图案形成装置从所述抗蚀剂上移走，并在抗蚀剂中留下图案。应当理解，根据本发明的方法所形成的衬底可以被用于校准用于检验由压印光刻工具处理的衬底。
这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括：紫外辐射(例如具有约365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外辐射(例如具有5-20nm范围内的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。
在上下文允许的情况下，所述术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件中的任何一种或它们的组合，包括折射式、反射式、磁性式、电磁式和静电式的光学部件。
尽管以上已经描述了本发明的特定的实施例，但是应该理解的是本发明可以以与上述不同的形式实现。例如，本发明可以采取包含用于描述上述公开的方法的一个或更多个机器可读指令序列的计算机程序的形式，或者采取具有在其中存储的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)的形式。
以上的描述是说明性的，而不是限制性的。因此，本领域的技术人员应当理解，在不背离所附的权利要求的保护范围的条件下，可以对本发明进行修改。

Claims (19)

1、一种形成适用于校准量测工具的衬底的方法，所述方法包括：
将辐射敏感材料层提供到衬底表面；
使用图案形成装置对第一辐射束进行图案化，所述图案形成装置提供包括第一套图案特征和第二套图案特征的校准图案；
将图案化的第一辐射束投影到辐射敏感材料上，以使得由校准图案的第一套图案特征所图案化的辐射形成具有一套延长的图案特征的第一校准标记，并且由校准图案的第二套图案特征所图案化的辐射形成具有一套延长的图案特征的第二校准标记；
相对于投影系统以预定角度围绕基本垂直于衬底表面的轴旋转衬底；
使用图案形成装置对第二辐射束进行图案化并将它投影到辐射敏感材料上，以使得由校准图案的第一套图案特征所图案化的辐射形成具有一套延长的图案特征的第三校准标记，并且由校准图案的第二套图案特征所图案化的辐射形成具有一套延长的图案特征的第四校准标记；
其中所述预定角度使得第二校准标记的延长的图案特征的取向基本上平行于第三校准标记的延长的图案特征的取向。
2、根据权利要求1所述的方法，其中所述校准图案进一步包括第三套图案特征，且由校准图案的第三套图案特征所图案化的第一图案化辐射束中的辐射形成具有一套延长的图案特征的第五校准标记；其中该方法进一步包括：
相对于投影系统围绕所述轴进一步以第二预定角度旋转衬底；且
使用图案形成装置对第三辐射束进行图案化，并将所述辐射束投影到辐射敏感材料上，以使得由校准图案的第一套图案特征所图案化的辐射形成具有一套延长的图案特征的第六校准标记；且
所述第二预定角度使得第五校准标记的延长的图案特征的取向基本平行于第六校准标记的延长的图案特征的取向。
3、根据权利要求2所述的方法，其中，在第一、第二和第五校准标记中，没有两个校准标记的延长的图案特征的取向是基本平行的。
4、根据权利要求2所述的方法，其中当第二辐射束被图案化且被投影到辐射敏感材料上时，由校准图案的第三套图案特征所图案化的辐射形成具有延长的图案特征的校准标记，且当第三辐射束被图案化且被投影到辐射敏感材料上时，由校准图案的第二和第三套图案特征所图案化的辐射形成具有延长的图案特征的各个校准标记。
5、根据权利要求2所述的方法，其中所述校准图案进一步包括第四套图案特征，且由校准图案的第四套图案特征所图案化的第一图案化辐射束中的辐射形成具有一套延长的图案特征的第七校准标记；
其中该方法进一步包括相对于投影系统围绕所述轴进一步以第三预定角度旋转衬底；且
使用所述图案形成装置对第四辐射束进行图案化，并将所述辐射束投影到辐射敏感材料上，以使得由校准图案的第一套图案特征所图案化的辐射形成具有一套延长的图案特征的第八校准标记；且
所述第三预定角度使得第七校准标记的延长的图案特征的取向基本平行于第八校准标记的延长的图案特征的取向。
6、根据权利要求5所述的方法，其中，在第一、第二、第五和第七校准标记中，没有两个校准标记的延长的图案特征的取向是基本平行的。
7、根据权利要求5所述的方法，其中当第二辐射束被图案化并被投影到辐射敏感材料上时，由校准图案的第三和第四套图案特征所图案化的辐射形成具有延长的图案特征的各个校准标记，且当第三和第四辐射束被图案化并分别被投影到辐射敏感材料上时，由校准图案的第二、第三和第四图案特征所图案化的辐射分别形成具有延长的图案特征的各个校准标记。
8、根据权利要求5所述的方法，进一步包括：
在衬底相对于所述投影系统处于相同的取向的情况下，当每一辐射束被图案化并被投影到辐射敏感材料上时，使用图案形成装置对至少一个额外的辐射束进行图案化，并将所述辐射束投影到辐射敏感材料上，以使得每个额外的辐射束形成校准标记，该校准标记对应于由被投影到辐射敏感材料上的图案化的辐射束形成的、在衬底的所述取向上、但在衬底上的不同位置处的校准标记。
9、根据权利要求1的方法，进一步包括：
在衬底相对于所述投影系统处于相同的取向的情况下，当每一辐射束被图案化并被投影到辐射敏感材料上时，使用图案形成装置对至少一个额外的辐射束进行图案化，并将所述辐射束投影到辐射敏感材料上，以使得每个额外的辐射束形成校准标记，该校准标记对应于由被投影到辐射敏感材料上的图案化的辐射束形成的、在衬底的所述取向上、但在衬底上的不同位置处的校准标记。
10、根据权利要求1所述的方法，进一步包括对由辐射敏感材料的选择性曝光而在衬底上形成的图案进行显影。
11、根据权利要求10所述的方法，进一步包括刻蚀衬底。
12、根据权利要求1所述的方法，其中校准标记的延长的图案特征是用于形成光栅的条纹。
13、根据权利要求1所述的方法，其中每个延长的图案特征包括结构的阵列。
14、一种由权利要求1所述的方法形成的、适用于校准量测工具的衬底。
15、一种校准量测工具的方法，包括检验由如下方法在衬底上形成的多个校准标记，该方法包括：
将辐射敏感材料层提供到衬底的表面；
使用图案形成装置对第一辐射束进行图案化，所述图案形成装置提供校准图案，所述校准图案包括第一套图案特征和第二套图案特征；
将图案化的第一辐射束投影到辐射敏感材料上，以使得由校准图案的第一套图案特征所图案化的辐射形成具有一套延长的图案特征的第一校准标记，并且由校准图案的第二套图案特征所图案化的辐射形成具有一套延长的图案特征的第二校准标记；
相对于投影系统围绕基本上垂直于衬底表面的轴以预定角度旋转衬底；
使用图案形成装置对第二辐射束进行图案化，并将所述辐射束投影到辐射敏感材料上，以使得由校准图案的第一套图案特征所图案化的辐射形成具有一套延长的图案特征的第三校准标记，并且由校准图案的第二套图案特征所图案化的辐射形成具有一套延长的图案特征的第四校准标记；
其中所述预定角度使得第二校准标记的延长的图案特征的取向基本平行于第三校准标记的延长的图案特征的取向。
16、根据权利要求15所述的方法，其中检验多个校准标记得到的结果之间的差别被用于校准量测工具的取向的偏移量，所述校准标记由校准图案的相同套图案特征所图案化的辐射形成，但是所述图案特征具有不相互平行的延长的图案特征。
17、根据权利要求16所述的方法，其中检验三个或更多个校准标记的结果之间的差别被用于针对用于照射在量测工具中的校准标记的辐射束的形状的偏移量以及用于照射在量测工具中的校准标记的辐射束的入射角的偏移量中的至少一个来校准量测工具，所述校准标记由校准图案的相同套图案特征所图案化的辐射形成，但是所述图案特征具有不相互平行的延长的图案特征。
18、根据权利要求16所述的方法，其中检验多个具有基本相互平行的延长的图案特征的校准标记所得到的结果之间的差别被用于补偿被用于形成所述校准标记的不同的辐射束的辐射光强的变化。
19、根据权利要求17所述的方法，其中检验多个具有基本相互平行的延长的图案特征的校准标记所得到的结果之间的差别被用于补偿被用于形成所述校准标记的不同的辐射束的辐射光强的变化。
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