CN102422226A - 确定重叠误差的方法 - Google Patents

Abstract

一种确定衬底上重叠误差的方法，其中衍射图案的第一级的不对称度被模型化为谐波的加权和。第一级谐波和更高级谐波都是不可忽略的，并且计算两者的权重。使用最小均方方法使用叠印图案组中的三组或更多组计算权重。

Description

确定重叠误差的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年5月11日递交的美国临时申请61/177,081的权益，该申请的全部内容一并在此作为参考。

技术领域

本发明涉及例如能够用在利用光刻技术的器件制造中的检查方法和使用光刻技术制造器件的方法。

背景技术

光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上，通常是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(ICs)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版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。通常，图案的转移是通过把图案成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行的。通常，单个的衬底将包含被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：所谓的步进机，在步进机中，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；和所谓的扫描器，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的方向同步地扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。也可能通过将图案压印(imprinting)到衬底上的方式从图案形成装置将图案转移到衬底上。

为了监测光刻过程，需要测量图案化的衬底的参数，例如形成在衬底中或衬底上的连续的层之间的重叠误差。已经存在不同的技术，用于测量在光刻过程中形成的显微结构，包括使用扫描电子显微镜和各种专用工具。专用的检查工具的一种形式是散射仪，在散射仪中辐射束被引导至衬底表面上的目标上并测量被散射或反射的束的性质。通过对比束在被衬底散射或反射之前和之后的性质，可以确定衬底的性质。例如通过将反射束与存储在与已知衬底性质相关的已知的测量值的库中的数据对比可以确定衬底的性质。已知两种主要类型的散射仪。分光镜散射仪引导宽带辐射束到衬底上并测量散射到具体窄角度范围中的辐射的光谱(强度作为波长的函数)。角分辨散射仪使用单色辐射束并测量散射辐射的强度作为角度的函数。

衍射图案包括多个衍射级，对于第一级衍射级和更高级衍射级，存在一对衍射级(±第一级、±第二级、±第三级等)。因此，对于第一级衍射和更高级衍射，每个像素具有相对的像素(形成一对像素)，其具有相等的且相对的衍射角。对于给定角度的衍射(或一对像素)，通过从相同衍射级内、从(在相同时间点测量的)另一像素对的强度减去像素的强度可以得出不对称度。被检测束的不对称度可以被模型化为振荡基函数的加权和，并且最普遍地，模型化为一系列的谐波。通常，当检测第一级衍射图案时，仅第一级谐波被使用，因为更高级谐波被使用的意义下降。具有两个相反的偏置的两组分开的叠印图案被用以确定在检测的衍射图案中每个像素的第一级谐波的振幅以及重叠误差。然而，如果第二级(或更高级)谐波很大且不能被忽略，则忽略较高级谐波会导致所确定的重叠误差中的不能容忍的偏移量。

基函数的振幅已知为K值，对于每个像素确定K值，由此得出“K图”。使用一对叠印图案可以确定K值，然后将K图重新应用在仅有单组叠印图案组的目标上。然而，如果所确定的K值不精确(例如由于忽略较高级谐波)，则所确定的重叠也将会不精确。此外，由于对于整个衬底的工艺处理(例如由于化学机械抛光)的变化，在整个衬底上K值会变化，并且在离开所确定的重叠误差一定距离的位置处确定K值。

发明内容

期望提供一种确定衍射级不对称度的模型的改进方法。

根据本发明实施例的一方面，提供一种测量衬底上的重叠误差的方法，所述衬底包括多组叠印图案，每组叠印图案包括顶部图案和底部图案。顶部图案和底部图案是周期性的。每组叠印图案在顶部图案和底部图案之间具有不同的偏置，使得对应的顶部图案和底部图案之间的总的偏移等于重叠误差和偏置之和。所述方法包括下列步骤。检测多个偏置中的每一个偏置的衍射图案，衍射图案包括第一级和更高级。从第一级或更高级确定对应于叠印图案组中的每一组的不对称度。基于多个偏置的不对称度组计算重叠误差。所述计算包括对叠印图案组中的每一组的不对称度建立模型、作为总偏移的函数，所述总偏移是至少两个不同的振荡基函数的加权和，所述基函数相对于顶部图案和底部图案之间的总偏移具有不对称度并且具有等于周期性图案的节距的周期。

根据本发明的另一个实施例，提供一种确定衬底上重叠误差的方法，所述衬底具有多组叠印图案，所述方法包括下列步骤。检测包括第一级或更高级的衍射图案以测量在多个位置中的每一个位置处的多个不对称度，每个位置对应场。将所述不对称度模型化为至少两个不同的不对称度振荡基函数的加权和并且对于多个位置中的每一个位置确定至少两个不同的不对称度振荡基函数的每一个的权重。在与所述多个位置不同的检测位置处检测包括第一级或更高级的衍射图案以测量不对称度。通过在对应多个场位置所确定的第一振荡基函数的权重之间进行内插来确定对应检测位置的第一振荡基函数的权重。在对应多个场位置所确定的第二振荡基函数的权重之间进行内插来确定对应检测位置的第二振荡基函数的权重。计算检测位置处的重叠误差。

本发明的其他特征和优点以及本发明不同实施例的结构和操作将在下文中参照附图进行描述。要注意的是，本发明不限于这里所描述的具体实施例。在这里给出的这些实施例仅是示例性用途。基于这里包含的教导，其他的实施例对本领域技术人员将是显而易见的。

附图说明

这里附图并入说明书并且形成说明书的一部分，其示出本发明并且与说明书一起进一步用来说明本发明的原理，以允许本领域技术人员能够实施和使用本发明。

图1示出一个光刻设备。

图2示出光刻单元或簇。

图3示出第一散射仪。

图4示出第二散射仪。

图5示出在第一级衍射图案中的第一谐波和基函数。

图6示出与本发明一个实施例结合使用的衬底的一部分。

图7示出与本发明的替换实施例结合使用的衬底的一部分。

结合附图通过下面详细的说明，本发明的特征和优点将变得更加清楚，在附图中相同的附图标记在全文中表示对应元件。在附图中，相同的附图标记通常表示相同的、功能类似的和/或结构类似的元件。元件第一次出现的附图用相应的附图标记中最左边的数字表示。

具体实施例

本说明书公开一个或多个实施例，其中并入了本发明的特征。所公开的实施例仅给出本发明的示例。本发明的范围不限于这些公开的实施例。本发明由未决的权利要求来限定。

所述的实施例和在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括特定的特征、结构或特性。而且，这些段落不必指的是同一个实施例。此外，当特定特征、结构或特性与实施例结合进行描述时，应该理解，无论是否明确描述，实现将这些特征、结构或特性与其他实施例相结合是在本领域技术人员所知的知识范围内。

本发明的实施例可以应用到硬件、固件、软件或其任何组合。本发明实施例还可以应用为存储在机器可读介质上的指令，其可以通过一个或更多个处理器读取和执行。机器可读介质可以包括任何用于以机器(例如计算装置)可读形式存储或传送信息的机构。例如，机器可读介质可以包括：只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；光学存储介质；闪存设备；传播信号的电、光、声或其他形式(例如，载波、红外信号、数字信号等)，以及其他。此外，这里可以将固件、软件、程序、指令描述成执行特定动作。然而，应该认识到，这些描述仅为了方便并且这些动作实际上由计算装置、处理器、控制器或其他执行所述固件、软件、程序、指令等的装置来完成的。

然而，在详细描述这些实施例之前，给出应用本发明的实施例的示例环境是有利的。

图1示意地示出了一个光刻设备。所述设备包括：照射系统(照射器)IL，其配置用于调节辐射束B(例如紫外(UV)辐射或深紫外(DUV)辐射)；支撑结构MT(例如掩模台)，其构造用于支撑图案形成装置MA(例如掩模)，并与配置用以根据特定的参数精确地定位图案形成装置的第一定位装置PM相连；衬底台WT(例如晶片台)，其构造用于保持衬底W(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)，并与配置用以根据特定的参数定位衬底的第二定位装置PW相连；和投影系统(例如反射式投影透镜系统)PL，配置成将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一根或多根管芯)上。

照射系统可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。

支撑结构支撑，即承载图案形成装置的重量。支撑结构以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置是否保持在真空环境中等其他条件的方式保持图案形成装置。支撑结构可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术来保持图案形成装置。支撑结构可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。支撑结构可以确保图案形成装置位于所需的位置上(例如相对于投影系统)。在这里任何使用的术语“掩模版”或“掩模”都可以认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。

这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为表示能够用于将图案在辐射束的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装置。应当注意，被赋予辐射束的图案可能不与在衬底的目标部分上的所需图案完全相符(例如如果该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将与在目标部分上形成的器件中的特定的功能层相对应，例如集成电路。

图案形成装置可以是透射型的或反射型的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程LCD面板。掩模在光刻技术中是熟知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每一个小反射镜可以独立地倾斜，以便沿不同方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。

这里使用的术语“投影系统”应该广义地解释为包括任意类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统、或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所适合的。这里使用的术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。

如这里所示的，所述设备可以是透射型的(例如，采用透射式掩模)。替代地，所述设备是反射型的(例如，采用上述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射式掩模)。

所述光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多的掩模台)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台，或可以在一个或更多个台上执行预备步骤的同时，将一个或更多个其它台用于曝光。

所述光刻设备还可以是这种类型，其中衬底的至少一部分可以由具有相对高的折射率的液体覆盖(例如水)，以便填满投影系统和衬底之间的空间。浸没液体还可以施加到光刻设备的其他空间中，例如掩模和投影系统之间的空间。浸没技术在本领域是熟知的用于提高投影系统的数值孔径。这里使用的术语“浸没”并不意味着必须将结构(例如衬底)浸入到液体中，而仅意味着在曝光过程中液体位于投影系统和该衬底之间。

参照图1，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。所述源和光刻设备可以是分开的实体(例如当该源为准分子激光器时)。在这种情况下，不会将该源考虑成形成光刻设备的一部分，并且通过包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助，将所述辐射束从所述源SO传到所述照射器IL。在其它情况下，所述源可以是所述光刻设备的组成部分(例如当所述源是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如果需要时设置的所述束传递系统BD一起称作辐射系统。

所述照射器IL可以包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器。通常，可以对所述照射器IL的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。此外，所述照射器IL可以包括各种其它部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器IL用于调节所述辐射束B，以在其横截面中具有所需的均匀性和强度分布。

所述辐射束B入射到保持在支撑结构(例如，掩模台MT)上的所述图案形成装置(例如，掩模MA)上，并且通过所述图案形成装置来形成图案。已经穿过掩模MA反射之后，所述辐射束B通过投影系统PL，所述投影系统将辐射束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置PW和位置传感器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，可以精确地移动所述衬底台WT，例如以便将不同的目标部分C定位于所述辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后，或在扫描期间，可以将所述第一定位装置PM和另一个位置传感器用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位掩模MA。通常，可以通过形成所述第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现掩模台MT的移动。类似地，可以采用形成所述第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底台WT的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，掩模台MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准掩模MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分C之间的空间(这些公知为划线对齐标记)中。类似地，在将多于一个的管芯设置在掩模MA上的情况下，所述掩模对准标记可以位于所述管芯之间。

可以将所示的设备用于以下模式中的至少一种中：

1.在步进模式中，在将掩模台MT和衬底台WT保持为基本静止的同时，将赋予所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上(即，单一的静态曝光)。然后将所述衬底台WT沿X和/或Y方向移动，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一的静态曝光中成像的所述目标部分C的尺寸。

2.在扫描模式中，在对掩模台MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于掩模台MT的速度和方向可以通过所述投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单一动态曝光中所述目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度确定了所述目标部分的高度(沿所述扫描方向)。

3.在另一种模式中，将用于保持可编程图案形成装置的掩模台MT保持为基本静止，并且在对所述衬底台WT进行移动或扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WT的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(例如，如上所述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻术中。

也可以采用上述使用模式的组合和/或变体或完全不同的使用模式。

如图2所示，光刻设备LA形成光刻单元LC的一部分(有时也成为光刻单元或簇)，光刻单元LC还包括用以在衬底上执行曝光前和曝光后处理的设备。这些设备包括用以沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用以显影曝光后的抗蚀剂的显影器DE、激冷板CH和烘烤板BK。衬底输送装置或机械手RO从输入/输出口I/O1、I/O2拾取衬底，然后在不同的处理设备之间移动所述衬底，然后将他们移动到光刻设备的进料台LB。经常统称为轨道的这些装置处在轨道控制单元TCU的控制之下，所述轨道控制单元TCU自身由管理控制系统SCS控制，所述管理控制系统SCS也经由光刻控制单元LACU控制光刻设备。因此，不同的设备可以被操作用于将生产量和处理效率最大化。

在一个示例中，为了由光刻设备曝光的衬底被正确地和一致地曝光，需要检验经过曝光的衬底以测量属性，例如连续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。如果检测到误差，可以对连续衬底的曝光进行调整(尤其是如果检验能够即刻完成或足够迅速到使同一批次的其他衬底仍处于待曝光状态时)。此外，已经曝光过的衬底也可以被剥离并被重新加工(以提高产率)，或被遗弃，由此避免在已知存在缺陷的衬底上进行曝光。在仅仅衬底的一些目标部分存在缺陷的情况下，可以仅对完好的那些目标部分进行进一步曝光。

在一个示例中，检验设备被用于确定衬底的属性，且尤其，用于确定不同的衬底或同一衬底的不同层的属性如何从层到层变化。检验设备可以被集成到光刻设备LA或光刻单元LC中，或可以是独立的装置。为了能进行最迅速的测量，需要检验设备在曝光后立即测量在经过曝光的抗蚀剂层上的属性。然而，抗蚀剂中的潜影具有很低的对比度(在经过辐射曝光的抗蚀剂部分和没有经过辐射曝光的抗蚀剂部分之间仅有很小的折射率差)，且并非所有的检验设备都对潜影的有效测量具有足够的灵敏度。因此，测量可以在曝光后的烘烤步骤(PEB)之后进行，所述曝光后的烘烤步骤通常是在经过曝光的衬底上进行的第一步骤，且增加了抗蚀剂的经过曝光和未经曝光的部分之间的对比度。在该阶段，抗蚀剂中的图像可以被称为半潜在的。也能够在抗蚀剂的曝光部分或者非曝光部分已经被去除的点上，或者在诸如刻蚀等图案转移步骤之后，对经过显影的抗蚀剂图像进行测量。后一种可能性限制了有缺陷的衬底进行重新加工的可能，但是仍旧可以提供有用的信息。

图3示出散射仪SM1，其可以用于本发明的实施例。散射仪SM1包括宽带(白光)辐射投影装置2，其将辐射投影到衬底W上。反射的辐射通至光谱仪检测器4，光谱仪检测器4测量镜面反射辐射的光谱10(强度是波长的函数)。通过这个数据，引起检测的光谱的结构或轮廓可以通过处理单元PU(例如通过严格耦合波分析和非线性回归，或通过与图3底部示出的模拟光谱库进行比较)进行重建。通常，对于所述重建，获知所述结构的通常形式，且通过根据所述结构的制作工艺的知识假定一些参数，仅留有一些结构参数根据散射仪的数据确定。这种散射仪可以被配置为正入射散射仪或斜入射散射仪。

可以用于本发明一个实施例的另一个散射仪SM2，如图4所示。在该装置中，由辐射源2发出的辐射采用透镜系统12通过干涉滤光片13和偏振器17被聚焦，由部分反射表面16反射并经由具有高数值孔径(NA)(优选至少0.9或更优选至少0.95)的显微镜物镜15聚焦到衬底W上。浸没式散射仪甚至可以具有超过1的数值孔径的透镜。然后，所反射的辐射通过部分反射表面16透射入检测器18，以便检测散射光谱。检测器可以位于在透镜系统15的焦距处的后投影光瞳平面11上；然而，光瞳平面可以替代地以辅助的光学元件(未示出)在检测器上重新成像。所述光瞳平面是在其上辐射的径向位置限定入射角而角位置限定辐射的方位角的平面。所述检测器为二维检测器，以使得可以测量衬底目标30的两维角散射光谱。检测器18可以是例如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的阵列，且可以采用例如每帧40毫秒的积分时间。

在一个示例中，参考束经常被用于例如测量入射辐射的强度。为此，当辐射束入射到分束器16上时，辐射束的一部分通过所述分束器作为参考束朝向参考反射镜14透射。然后，所述参考束被投影到同一检测器18的不同部分上。

在一个示例中，一组干涉滤光片13可用于在如405-790nm或甚至更低例如200-300nm的范围中选择感兴趣的波长。干涉滤光片可以是可调谐的，而不是包括一组不同的滤光片。光栅可能被用于替代干涉滤光片。

在一个示例中，检测器18可以测量单一波长(或窄波长范围)的被散射的光的强度，所述强度在多个波长上是独立的，或者所述强度集中在一个波长范围上。进而，检测器可以分立地测量横向磁场(TM)和横向电场(TE)偏振光的强度和/或在横向磁场和横向电场偏振光之间的相位差。

在一个示例中，能够采用给出大集光率的宽带光源(即具有宽的光频率范围或波长以及由此而生的色彩)，由此允许多个波长的混合。在宽带上的多个波长优选每个具有δλ的带宽和至少2δλ(即带宽的两倍)的间距。多个辐射“源”可以是已经用光纤束被分割的扩展辐射源的不同部分。以这样的方式，角分辨散射光谱可以并行地在多个波长上被测量。可以测量包含比二维光谱更多的信息的三维光谱(波长和两个不同角度)。这允许更多的信息被测量，这增加量测工艺的鲁棒性。这在EP1,628,164A中进行了更详细的描述。

在一个示例中，衬底W上的目标30可以是被印刷的光栅，以在显影后由实抗蚀剂线形成条纹。所述条纹可以替代地被蚀刻到所述衬底中。该图案对于光刻投影设备(尤其是投影系统PL)中的色差和照射对称度敏感，且这种像差的存在将表明自身在所印刷的光栅中的变化。相应地，所印刷的光栅的散射仪数据被用于重建光栅。光栅的参数(例如线宽和线形)可以被输入到重建过程中，所述重建过程由处理单元PU根据印刷步骤和/或其他的散射测量工艺的知识实现。

在一个示例中，为了确定重叠误差，使用多组叠印图案。每组叠印图案(除了未知的重叠误差以外)具有给定的已知的(且不同的)偏置。检测每组叠印图案的衍射图案，包括至少第一级和更高级。第一级或更高级衍射图案被用以检测不对称度，所述不对称度是在相等且相反的角度处的强度减去在给定角度处的强度。可以计算每个反射角或每个像素的不对称度。计算每组叠印图案的不对称度并建立模型，每组叠印图案具有不同的偏置。通过在多个偏置上的模型化的不对称度，可以计算重叠误差。

根据本发明的一个实施例，不对称度可以模型化为图案的多个不同的振荡基函数，每一个具有周期T。最普遍地，不对称度被模型化为一系列的谐波。如果考虑更高级谐波而不是仅考虑第一级谐波，则对于给定的重叠d，对于每个像素p所检测的不对称度为：

$A_p^{\±d}=\underset{n=0}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{K}_{n,p}\sin \left[n\frac{2\mathrm{\π}}{T}(o\±d)\right]$

其中A为不对称度，o为重叠误差，K是每个谐波的权重。第一级谐波和第二级谐波(n＝1、2)将是最重要的。如果第三级和更高级谐波被忽略，则上式变为：

$A_p^{\±d}=K_{1,p}\sin \left[\frac{2\mathrm{\π}}{T}(o\±d)\right]+K_{2,p}\sin \left[2\frac{2\mathrm{\π}}{T}(o\±d)\right]$

根据本发明的一个实施例，图5示出第一级谐波和第二级谐波作为偏移量的函数，等于重叠误差加所述偏置。如图5所示，第一谐波在半个周期(T/2)上改变符号，而第二谐波的符号保持不变。如果使用具有偏置±d，±d+T/2的图案组，则等式变为：

$A_p^{\±d}=+K_{1,p}\sin \left[\frac{2\mathrm{\π}}{T}(o\±d)\right]+K_{2,p}\sin \left[2\frac{2\mathrm{\π}}{T}(o\±d)\right]$

$A_p^{\±d+\frac{T}{2}}=-K_{1,p}\sin \left[\frac{2\mathrm{\π}}{T}(o\±d)\right]+K_{2,p}\sin \left[2\frac{2\mathrm{\π}}{T}(o\±d)\right]$

因此，如果计算和和差，则可以得出K_1，p和K_2，p的表示式：

$S_p^{\±d}=\frac{1}{2}[A_p^{\±d}+A_p^{\±d+\frac{T}{2}}]=K_{2,p}\sin \left[2\frac{2\mathrm{\π}}{T}(o\±d)\right]$

$D_p^{\±d}=\frac{1}{2}[A_p^{\±d}-A_p^{\±d+\frac{T}{2}}]=K_{1,p}\sin \left[\frac{2\mathrm{\π}}{T}(o\±d)\right]$

上式可以解出：

$K_{1,p}=\mathrm{sign}(D_p^{+d}-D_p^{-d})\sqrt{{\left(\frac{D_p^{+d}-D_p^{-d}}{2\cos \left(\frac{2\mathrm{\π}}{T}d\right)}\right)}^2+{\left(\frac{D_p^{+d}-D_p^{-d}}{2\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{T}d\right)}\right)}^2}$

$K_{2,p}=\mathrm{sign}(S_p^{+d}-S_p^{-d})\sqrt{{\left(\frac{S_p^{+d}-S_p^{-d}}{2\cos \left(2\frac{2\mathrm{\π}}{T}d\right)}\right)}^2+{\left(\frac{S_p^{+d}-S_p^{-d}}{2\sin \left(2\frac{2\mathrm{\π}}{T}d\right)}\right)}^2}$

这些表示式对于K_1，p在|o|＜T/4成立，并且对于K_2，p在|o|＜T/8成立。

然后，使用最小均方方法可以确定重叠误差：

$\mathrm{\δ}=\arg \min \left\{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^4{\mathrm{\Σ}}_p{(A_p^i-\left(K_{1,p}\sin \right[\frac{2\mathrm{\π}}{T}(o+d^i)]+K_{2,p}\sin [2\frac{2\mathrm{\π}}{T}(o+d^i)\left]\right))}^2\right\}$

虽然在该示例中已经使用了第一级谐波和第二级谐波，但是其可以应用于任何两个谐波，其中一个谐波是偶函数，一个谐波是奇函数。

通过使用仅三组叠印图案可以实现计算不同振荡基函数的权重的替换方法，其中每组叠印图案具有不同的偏置。在该示例中，不必将偏置选择为任何特定的值。对于给定的重叠值，使用每个像素的两个线性等式组可以确定K_1，p和K_2，p：

M·x_p＝b_p

$M=\left(\begin{array}{cc}{\mathrm{\Σ}}_i{\sin }^2{x}_i& {\mathrm{\Σ}}_i\sin x_i\sin 2x_i\\ {\mathrm{\Σ}}_i\sin x_i\sin 2x_i& {\mathrm{\Σ}}_i{\sin }^{2}2x_i\end{array}\right)$

$x_p=\left(\begin{array}{c}{K}_{1,p}\\ K_{2,p}\end{array}\right)$

$b_p=\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\Σ}}_i{A}_p^i\sin x_i\\ {\mathrm{\Σ}}_i{A}_p^i\sin 2x_i\end{array}\right)$

其中x是偏移量(等于重叠加上偏置)。在该示例中，使用最小二乘法确定第一级谐波和第二级谐波的权重。对于给定的重叠值，K_1，p和K_2，p是导致最小平方值的值。这是对多个不同重叠值的计算，并且实际的重叠值是对应最小平方值的重叠值。

虽然在该方法中三个不同偏置可以是任何值，但是所选的值可以影响所确定的重叠误差的精确性。因此，应该优化三个偏置以减小来自除那些使用的谐波以外的谐波的串扰，并且减少用于确定K_1，p和K_2，p的条件数量。

对于每个角度或像素，确定每个基函数或所用的谐波的权重或K值。因此，为每个像素确定的权重或K₁和K₂值可以形成对应整个像素阵列的K₁和K₂值的图。这是已知的K图。一旦确定了K图，其可以用于确定单组叠印图案的重叠值，而不需要再得出K值。该方法的成功依赖于所确定的K值的精确性，并且假定K值在整个衬底上不变。

图6示出多个场21、22、23、24，每个场具有叠印图案组31、32、33、34。根据本发明的一个实施例，确定不同场中的每一个场的K₁和K₂值。根据本发明的一个实施例，代替仅使用依附于相应的场的K₁和K₂值，内插来自相邻场的K值。因此，当使用场内的(单个)叠印图案组28确定重叠误差时，从由所有相邻场确定的K₁和K₂图内插用于计算重叠误差的K₁和K₂图。

图7中示出了另一实施例。在该实施例中存在多组叠印图案41、42、43、44、45、46、47，它们彼此不相邻，因而不被假定为具有相同的重叠误差。叠印图案组中任何三组可以被选择以生成K₁和K₂值，因此使用最小均方方法生成K₁和K₂图。替换地，如果四组叠印图案具有重叠±d，±d+T/2，则还可以使用生成±d，±d+T/2图的第一方法。

虽然本说明书涉及衬底上的叠印图案组，然而，最普遍地是使用光栅。

本发明的实施例已经结合第一级衍射图案进行描述，但是本发明的实施例可以应用于任何更高级衍射图案。

虽然本申请详述了光刻设备在制造集成电路中的应用，应该理解到，这里描述的光刻设备可以有其他应用，例如制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCDs)、薄膜磁头等。本领域技术人员应该认识到，在这种替代应用的情况中，可以将这里使用的任何术语“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。

虽然上面详述了本发明的实施例在光学光刻中的应用，应该注意到，本发明可以有其它的应用，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。

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(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范围的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。

在允许的情况下，术语“透镜”可以表示不同类型的光学部件中的任何一种或其组合，包括折射式的、反射式的、磁性的、电磁的以及静电的光学构件。

尽管以上已经描述了本发明的具体实施例，但应该认识到，本发明可以以与上述不同的方式来实现。例如，本发明可以采用包含用于描述一种如上面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，或具有存储其中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。

结论

应该认识到，具体实施例部分、而不是发明内容和摘要部分用于解释权利要求。发明内容和摘要部分可以提出一个或多个示例性实施例、但不是发明人预期的本发明的全部示例性实施例，因而不能够以任何方式限制本发明和未决的权利要求。

上面借助示出具体功能的应用及其关系的功能性构造块描述了本发明。为了方便说明，这些功能性构造块的边界在此任意限定。可以限定替换的边界，只要特定功能及其关系被适当地实施就可。

具体实施例的前述说明将充分地揭示本发明的一般特性，以致于其他的实施例通过应用本领域技术人员的知识可以在不需要过多的实验、不脱离本发明的一般概念的情况下容易地修改和/或适应不同应用。因此，基于这里给出的教导和启示，这种修改和适应应该在所公开的实施例的等价物的范围和含义内。应该理解，这里的术语或措辞是为了描述和说明而不是限制，使得本说明书的术语或措辞由本领域技术人员根据教导和启示进行解释。

本发明的宽度和范围不应该受到上述的示例性实施例的限制，而应该仅根据权利要求及其等价物限定。

Claims (26)

1.一种测量衬底上的重叠误差的方法，所述衬底包括多组叠印图案，每组叠印图案包括顶部图案和底部图案，其中顶部图案和底部图案是周期性的，并且每组叠印图案在顶部图案和底部图案之间具有不同的偏置，使得对应的顶部图案和底部图案之间的总的偏移量等于重叠误差和所述偏置之和，所述方法包括：

(a)检测多个偏置中的每一个偏置的衍射图案，所述衍射图案包括第一级或更高级；

(b)从第一级或更高级确定对应于叠印图案组中的每一组叠印图案的不对称度；

(c)基于所述多个偏置的不对称度组计算重叠误差，其中所述计算包括对叠印图案组中的每一组叠印图案的不对称度建立模型、作为总的偏移量的函数，其中所述总的偏移量是至少两个不同的振荡基函数的加权和，所述基函数相对于顶部图案和底部图案之间的总偏移量具有不对称度并且具有等于周期图案的节距的周期。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少两个不同的振荡基函数包括具有等于周期图案的节距的周期的第一谐波和具有等于周期图案的节距的一半的周期的第二谐波。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述不同振荡基函数组包括一组不同谐波级的正弦函数，所述加权和的权重表示相应的谐波级的重要性。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定步骤包括：在至少三个不同的偏置的条件下确定不对称度。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，计算步骤包括：使用最小均方方法确定所述至少两个不同振荡基函数的权重。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，确定步骤包括：在至少下列偏置的条件下确定不对称度：+d、-d、+d+T/2以及-d+T/2，其中T是图案的周期。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，确定步骤包括：在±d和±d+T/2的条件下使用不对称度之间的差值计算第一振荡基函数的权重。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，确定步骤包括：在±d和±d+T/2的条件下使用不对称度的和计算第二振荡基函数的权重。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，检测多个像素中的每一个像素的不对称度。

10.根据权利要求1确定重叠误差的方法，其中，所述叠印图案组中的至少一组叠印图案远离所述叠印图案组中的其余组叠印图案并且具有不必与所述叠印图案组中的其余组叠印图案相同的重叠误差。

11.一种确定衬底上重叠误差的方法，所述衬底具有多组叠印图案，所述方法包括：

(a)检测包括第一级或更高级的衍射图案、以测量在多个位置中的每一个位置处的多个不对称度，每个位置对应一场；

(b)将所述不对称度模型化为至少两个不同的不对称振荡基函数的加权和并且对于所述多个位置中的每一个位置确定至少两个不同的不对称振荡基函数中的每一个的权重；

(c)检测包括第一级或更高级的衍射图案、以测量与所述多个位置不同的检测位置处的不对称度；

(d)通过在针对多个场位置确定的第一振荡基函数的权重之间进行内插，确定对应检测位置的第一振荡基函数的权重；

(e)通过在针对多个场位置确定的第二振荡基函数的权重之间进行内插，确定对应检测位置的第二振荡基函数的权重；和

(f)计算检测位置处的重叠误差。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，每个位置包括多组叠印图案。

13.一种器件制造方法，包括：

使用光刻设备在衬底上形成图案；和

通过根据权利要求11所述的方法确定图案的重叠误差。

14.一种测量衬底上的重叠误差的方法，所述衬底包括多组叠印图案，每组叠印图案包括顶部图案和底部图案，其中顶部图案和底部图案是周期性的，并且每组叠印图案在顶部图案和底部图案之间具有不同的偏置，使得相应的顶部图案和底部图案之间的总偏移量等于重叠误差和偏置之和，所述方法包括：

检测多个偏置中的每一个偏置的衍射图案，所述衍射图案包括第一级或更高级；

由所述第一级或更高级确定对应于叠印图案组中的每一组叠印图案的不对称度；和

对于多个偏置基于不对称度组确定重叠误差，

其中确定步骤包括：对于叠印图案组中的每组叠印图案，将不对称度模型化为总偏移量的函数，其中所述总偏移量是至少两个不同的振荡基函数的加权和，所述基函数相对于顶部图案和底部图案之间的总偏移量具有不对称度并且具有等于周期图案的节距的周期。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述至少两个不同的振荡基函数包括具有等于周期图案的节距的周期的第一谐波和具有等于周期图案的节距的一半的周期的第二谐波。

16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述不同振荡基函数组包括一组不同谐波级的正弦函数，在所述和中的权重表示相应的谐波级的重要性。

17.根据权利要求14所述的方法，其中，确定不对称度的步骤包括：在至少三个不同偏置的条件下确定不对称度。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，确定重叠误差的步骤包括：使用最小均方方法确定至少两个不同振荡基函数的权重。

19.根据权利要求14所述的方法，其中，确定不对称度的步骤包括：在至少下列偏置的条件下确定不对称度：+d、-d、+d+T/2以及-d+T/2，其中T是图案的周期。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，确定不对称度的步骤包括：在±d和±d+T/2的条件下使用不对称度之间的差值计算第一振荡基函数的权重。

21.根据权利要求19所述的方法，其中，确定不对称度的步骤包括：在±d和±d+T/2的条件下使用不对称度的和计算第二振荡基函数的权重。

22.根据权利要求14所述的方法，其中，检测多个像素中的每一个像素的不对称度。

23.根据权利要求14所述的方法，其中，叠印图案组中的至少一组叠印图案远离所述叠印图案组中的其余组叠印图案并且具有与所述叠印图案组中的其余组叠印图案不同的重叠。

24.一种确定衬底上重叠误差的方法，所述衬底具有多组叠印图案，所述方法包括：

检测包括第一级或更高级的衍射图案、以测量在多个位置中的每一个位置处的多个不对称度，每个位置对应一场；

将所述不对称度模型化为至少两个不同的不对称振荡基函数的加权和并且对于多个位置中的每一个位置确定所述至少两个不同的不对称振荡基函数中的每一个的权重；

检测包括第一级或更高级的衍射图案、以在与所述多个位置不同的检测位置处测量不对称度；

通过在针对多个场位置确定的第一振荡基函数的权重之间进行内插，确定对应检测位置的第一振荡基函数的权重；

通过在针对多个场位置确定的第二振荡基函数的权重之间进行内插，确定对应检测位置的第二振荡基函数的权重；和

确定检测位置处的重叠误差。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，每个位置包括多组叠印图案。

26.一种器件制造方法，包括：

使用光刻设备在衬底上形成图案；和

确定具有多组叠印图案的衬底上的重叠误差，所述方法包括：

检测包括第一级或更高级的衍射图案、以测量在多个位置中的每一个位置处的多个不对称度，每个位置对应一场；

将所述不对称度模型化为至少两个不同的不对称振荡基函数的加权和并且对于所述多个位置中的每一个位置确定至少两个不同的不对称振荡基函数中的每一个的权重；

检测包括第一级或更高级的衍射图案、以在与所述多个位置不同的检测位置处测量不对称度；

通过在针对多个场位置确定的第一振荡基函数的权重之间进行内插，确定对应检测位置的第一振荡基函数的权重；

通过在针对多个场位置确定的第二振荡基函数的权重之间进行内插，确定对应检测位置的第二振荡基函数的权重；和

计算检测位置处的重叠误差。

Images