CN102483582A - 量测方法和设备、光刻设备、光刻处理单元和包括量测目标的衬底 - Google Patents

量测方法和设备、光刻设备、光刻处理单元和包括量测目标的衬底 Download PDF

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Abstract

一种量测设备布置成以离轴照射模式照射多个目标。仅利用一个第一级衍射束获得目标的图像。在目标是复合光栅的情况下，可以根据不同光栅的图像的强度获得重叠测量。重叠测量可以被针对于由光栅在像场中的位置变化引起的误差进行校正。

Description

量测方法和设备、光刻设备、光刻处理单元和包括量测目标的衬底
技术领域
本发明涉及用于量测的方法和设备，例如可用于通过光刻技术制造器件中，还涉及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(通常应用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的图案形成装置用于生成待形成在所述IC的单层上的电路图案。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，单个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，通过将整个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的方向同步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到所述衬底上，而将所述图案从所述图案形成装置转移到所述衬底上。
在光刻过程中，经常期望对生成的结构进行测量，例如为过程控制和检验的需要。进行这样的测量的各种工具是已知的，包括经常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜，和用于测量器件中的两个层的重叠、对准精度的专用工具。近来，已经开发各种形式的散射仪用于光刻领域中。这些装置将辐射束引导到目标上和测量散射辐射的一个或更多的性质，例如单个反射角的作为波长函数的强度；在一个或更多的波长处作为反射角的函数的强度；或作为反射角的函数的偏振，用于获得可以确定目标的感兴趣的性质的“光谱”。对感兴趣的性质的确定可以通过各种技术来执行：例如通过诸如严格耦合波分析或有限元方法等迭代方法来重建目标结构；库检索；和主成分分析。
传统散射仪使用的目标是相对大的(例如40μm×40μm)的光栅，测量束产生比光栅小的斑(即光栅是未被填满的)。这简化了目标的重建，因为它可以被看做成无限的。然而，为了减小目标的尺寸，例如10μm×10μm或更小，因此它们可以定位在产品特征中间，而不是在划线中，已经提出所谓的暗场量测术。因为更小的目标以更类似于产品特征的方式受过程变化的影响和因为可能需要更少的插值来确定过程变化在实际特征位置处的作用，所以将目标放置在产品特征中间增加了测量精度。
在暗场量测术中，用大的测量斑照射小的光栅(即光栅是过填充的)。通常照射时离轴的，或者说，测量束在窄的角度范围内入射到目标上，所述窄的角度范围不包括与衬底垂直的角度。在散射仪的测量支路中，由目标所衍射的第零级被场阑阻挡，光栅仅利用第一级衍射束中的一个被成像到检测器上。仅利用第一级衍射束中的另一个获得光栅的第二图像。如果光栅通过相同的光栅的叠加而形成，则在这两个叠置的光栅之间的重叠误差的测量可以从由各个第一级衍射束形成的图像的强度差获得。暗场量测术具有一些缺点。例如，因为需要每一光栅的两个图像和为了精确确定重叠而需要多对不同地偏置的光栅，所以降低了生产率。多对光栅的使用还增加了衬底上的空间，所述空间需要致力于量测目标且因此对于产品特征是不可利用的。因为光栅被过填充，所以成像系统中的像差可能导致光栅位置的变化以影响测量结果。
发明内容
期望提供一种改进的量测方法和设备，例如其可以实现更精确的测量和/或在更小的目标上进行测量。
根据本发明的一实施例，提供了一种量测设备，配置成测量衬底上的多个目标的性质。所述量测设备包括源、物镜、传感器和图像处理器。所述源配置成发出照射辐射束。所述物镜配置成将所述测量辐射束引导到在所述衬底上的目标上和收集由所述目标所衍射的辐射。所述传感器配置成检测所述目标的图像。所述源、物镜和传感器布置成使得所述照射束基本上同时照射所述目标，由所述传感器检测的所述目标的图像由一个第一级衍射束形成。图像处理器配置成在由所述传感器检测的图像中识别所述目标中的各个目标的独立的图像。
根据本发明的另一实施例，提供了一种测量衬底上的多个目标的性质的方法，所述方法包括以下步骤：产生照射束；使用物镜将作为测量束的照射束引导到所述目标上，使得所述测量束同时照射所述目标；利用所述物镜收集由所述目标所衍射的辐射；检测所述目标的图像，所述图像仅由一个第一级衍射束形成。在所述检测到的图像中识别所述目标中的各个目标的独立的图像。
根据本发明的另一实施例，提供了一种衬底，所述衬底在其上具有至少四个量测目标，其中所述量测目标包括光栅并在可以由圆圈紧密地限制的阵列中彼此相邻定位。
根据目标图像在传感器图像中的位置，可以在重叠测量上施加校正，以补偿光学像差。
本发明的另外的特征和优点以及本发明各种实施例的结构和操作将在下文中参考附图进行详细描述。注意到，本发明不限于此处描述的具体实施例。此处呈现出这样的实施例仅是为了说明的目的。基于此处包含的教导，相关领域的技术人员将明白另外的实施例。
附图说明
此处包含的且形成了说明书的一部分的附图示出了本发明，且与所述文字描述一起用于进一步说明本发明的原理，和使相关领域的技术人员能够制造和使用本发明。
图1示出根据本发明的一实施例的光刻设备。
图2示出根据本发明的一实施例的光刻单元或簇。
图3示出根据本发明的一实施例的暗场散射仪。
图4示出根据本发明的一实施例的在衬底上的测量斑的轮廓和目标。
图5示出根据本发明的一实施例的方法中获得的图4的目标的图像。
图6示出根据本发明的一实施例的第二衬底上的测量斑的轮廓和目标。
图7示出根据本发明的一实施例的方法中获得的图6的目标的图像。
图8示出根据本发明的一实施例的方法中使用的照射模式。
图9示出了根据本发明的一实施例的与图8的照射模式一起使用的第三衬底上的测量斑的轮廓和目标。
图10示出根据本发明的一实施例的方法中获得的图9的目标的图像。
在结合附图时，通过下文阐述的详细描述，将更加明白本发明的特征和优点，在附图中相同的附图标记在全文中表示对应的元件。在附图中，相同的附图数字通常表示相同的、功能类似的和/或结构类似的元件。元件首次出现的附图用相应的附图数字中最左边的数字表示。
具体实施方式
本说明书公开了包括本发明的特征的一个或更多的实施例。所公开的实施例仅示例性说明本发明。本发明的范围不受所述公开的实施例的限制。本发明由随附的权利要求限定。
所描述的实施例和在说明书中对“一个实施例”、“一实施例”、“示例性实施例”等的提及表示所述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例不一定包括特定的特征、结构或特性。此外，这些措词不必表示同一实施例。此外，当特定特征、结构或特性被关于实施例进行描述时，应该理解，无论是否被明确地描述，结合其他的实施例实现这些特征、结构或特点是在本领域技术人员的知识范围内。
本发明的实施例可以在硬件、固件、软件或其任何组合中实施。本发明实施例还可以被实施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用于储存或传输成机器(例如计算装置)可读形式的信息的任何机制。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；闪存装置；电、光、声或其他形式的传播信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)，以及其他。此外，固件、软件、例行程序、指令可以在此处被描述成执行特定动作。然而，应该认识到，这样的描述仅是为了方便并且这些动作实际上由计算装置、处理器、控制器或用于执行所述固件、软件、例行程序、指令等的其他装置产生。
然而，在更详细地描述这样的实施例之前，有必要阐述本发明的实施例可以被实施的示例性环境。
图1示意性地示出光刻设备LA。所述设备包括：照射系统(照射器)IL，配置用于调节辐射束B(例如，紫外(UV)辐射或深紫外(DUV)辐射)；图案形成装置支撑件或支撑结构(例如掩模台)MT，构造用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA并与配置用于根据确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(例如晶片台)WT，构造用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据确定的参数精确地定位衬底的第二定位装置PW相连；和投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS，所述投影系统PS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(例如包括一根或多根管芯)上。
所述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。
图案形成装置支撑件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它条件的方式保持图案形成装置。图案形成装置支撑件可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术来保持图案形成装置。图案形成装置支撑件可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。图案形成装置支撑件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式的或反射式的。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液晶显示(LCD)面板。掩模在光刻术中是公知的，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，所述设备是透射型的(例如，采用透射式掩模)。替代地，所述设备可以是反射型的(例如，采用如上所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。
光刻设备还可以是其中至少一部分衬底可以被折射率相对高的液体(例如水)覆盖、以便填充在投影系统和衬底之间的空间的类型。浸没液体还可以被施加至光刻设备中的其它空间，例如在掩模和投影系统之间。在本领域中公知，浸没技术用于增加投影系统的数值孔径。如在此处所使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底等结构必须浸没在液体中，而是仅意味着在曝光期间液体位于投影系统和衬底之间。
参照图1，所述照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射束。该源和所述光刻设备可以是分立的实体(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AD。通常，可以对所述照射器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。可以将所述照射器用于调节所述辐射束，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入射到保持在图案形成装置支撑件(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。已经穿过图案形成装置(例如掩模)MA之后，所述辐射束B通过投影系统PS，所述投影系统PS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、2D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(图1中未明确示出)用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位图案形成装置(例如掩模)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)的帮助来实现图案形成装置支撑件(例如掩模台)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)，所述图案形成装置支撑件(例如掩模台)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来对准图案形成装置(例如掩模)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图案形成装置(例如掩模)MA上的情况下，所述掩模对准标记可以位于所述管芯之间。小的对准标识还可以被包含在管芯内、在器件特征中间，在该情形中，期望标识尽可能小，且不需要任何与相邻的特征不同的成像或处理条件。检测对准标识的对准系统在下文被进一步描述。
可以将所述设备用于以下模式中的至少一种中：
1.在步进模式中，在将图案形成装置支撑件(例如掩模台)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，使得可以对不同目标部分C曝光。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，在对图案形成装置支撑件(例如掩模台)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相对于图案形成装置支撑件(例如掩模台)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.在另一模式中，将用于保持可编程图案形成装置的图案形成装置支撑件(例如掩模台)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。
光刻设备LA是所谓的双平台类型，其具有两个衬底台WTa，WTb和两个站(曝光站和测量站)在它们之间可以更换衬底台。在一个衬底或一个衬底台被在曝光站曝光的同时，另一衬底可以被装载到在测量站的另一衬底台上和执行各种预备步骤。所述预备步骤可以包括利用水平传感器LS映射对衬底的表面控制和利用对准传感器AS测量衬底上的对准标识的位置。这使得实质地增加了设备的生产率。如果位置传感器IF不能够在它处于测量站以及曝光站时测量衬底台的位置，则第二位置传感器可以被提供以能够使衬底台的位置在两个站被追踪。
如图2所示，光刻设备LA形成光刻单元LC的一部分(有时也称为光刻单元或簇)，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。传统地，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，在不同的处理设备之间移动所述衬底，然后将他们传递到光刻设备的进料台LB。经常统称为轨道的这些装置处于轨道控制单元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来控制光刻设备。因此，不同的设备可以被操作用于将生产率和处理效率最大化。
暗场测量术的例子可以在WO 2009/078708和国际申请WO2009/106279(于2009年2月23日申请的、未在本优先权日公开的PCT/EP09/001271)，通过引用将上述文件的全部内容并入本文中。
在图3中显示根据本发明的一实施例的暗场量测设备。暗场量测设备可以是独立的装置或包含在光刻设备LA(例如在测量站处)或光刻单元LC中。在所述设备中，由源11(例如氙灯)发射的光被经由分束器15通过包括透镜12、14和物镜16的光学系统引导到衬底W上。这些透镜布置成4F布置的二重序列。因此，辐射入射到衬底上的角度范围可以通过限定在与衬底共轭的平面(即光瞳面)中的空间强度分布来选择。尤其是，这可以通过在透镜12和14之间的共轭面中插入合适形式的孔板13来完成。在本发明的实施例中，孔板13具有离开由透镜12、14和16形成的照射系统的光轴定位的单个小孔，使得测量束以不包含衬底的法线的窄锥角入射到衬底W上。由此，照射系统形成具有单个极的离轴照射模式。光瞳面的其余部分期望是暗的，因为在单个极之外的任何不必要的光将减小被检测的图像中的对比度。在一实施例中，测量束的主光线入射到光栅上的入射角被根据光栅的节距进行选择，使得来自光栅的第一级衍射束中的一个被沿着其光轴引导到物镜16中。物镜16具有高的数值孔径(NA)，例如0.95或更大。
在一个例子中，由衬底W上的目标衍射的第零级束(实线)和一个第一级束(点链线)由物镜16收集且被引导返回通过分束器15。第二分束器17将衍射束分成两个测量支路。在第一测量支路中，光学系统18利用第零级和第一级衍射束在第一传感器19(例如CCD或CMOS传感器)上形成了目标的衍射光谱(光瞳面图像)。由传感器19捕获的光瞳面图像可以用于对量测设备调焦和/或对第一级束的强度测量进行归一化。光瞳面图像还可以用于诸如重建等没有作为本申请所公开的主要内容的许多测量目的。
在第二测量支路中，光学系统20、22在传感器23(例如CCD或CMOS传感器)上形成了衬底W的目标的图像。在第二测量支路中，孔径光阑21设置在与传感器23和衬底W的平面共轭的平面中。孔径光阑21作用是阻挡第零级衍射束，使得形成在传感器23上的目标的图像仅由第一级束形成。由传感器19和23捕获的图像被输出至图像处理器和控制器24，其功能将在下文进一步描述。在本发明的另一实施例中，使用目标的轴上照射，具有离轴孔的孔径光阑用于基本上仅使一个第一级衍射光穿过至传感器。在另一实施例中，替代第一级束或除第一级束之外，第二级、第三级和更高级次的束也可以用于测量。
图4示出根据本发明的一实施例的形成在衬底上的复合目标。复合目标包括四个光栅32-35，所述光栅32-35紧密定位在一起以使得它们将都在由量测设备的照射束形成的测量斑31内，因此都同时被照射且同时被成像到传感器19和23上。光栅32-35自身是通过重叠光栅形成的复合光栅，所述重叠光栅在形成在衬底W上的半导体器件的不同层中形成图案。光栅32-35被不同地偏置以便于形成有复合光栅的不同部分的层之间的重叠的测量。在本发明的一实施例中，光栅32-35可以具有+D，-D，+3D，-3D的偏置。这意味着光栅中的一个所具有的组成部分布置成使得如果它们都被在它们的名义位置精确地印刷，那么所述组成部分中的一个将被相对于另一个偏移距离D。第二光栅所具有的组成部分布置成使得如果其完美地印刷，那么偏移将为D但是与第一光栅的方向相反，以此类推。
在根据图5显示的本发明的一实施例的方法中，包括光栅32-35的组成部件的两个层之间的重叠误差被测量。使用图3的量测设备，光栅32-35的图像由第一级衍射束中的一个获得。如果光栅位于产品区域中，那么还可以在这一图像中看到产品特征。之后，衬底W或孔板13被旋转180°，使得可以利用另一第一级衍射束获得光栅的第二图像。图像处理器和控制器24处理这些图像以识别光栅32-35的独立的图像。这可以通过模式匹配技术来完成。如果光栅的独立的图像已经被识别，那么这些单独的图像的强度可以被测量，例如通过对已选择的强度值进行平均化处理或对已选择的强度值求和。之后可以通过图像处理器和控制器24根据由此获得的强度值来确定重叠，例如根据下述方程：
Figure BDA0000137122510000111
因此，这一实施例允许比如果使用了单对相反地偏置的光栅的情形更精确地确定重叠，而不降低生产率。在方程(1)中，N等于不同地偏置的光栅的数量减去一，使得例如对于四种不同地偏置的光栅，重叠和强度之间的关系可以被以具有三种谐波的函数进行模型化。因为每一光栅具有不同的已知的重叠偏置，所以，针对于每一光栅在上述方程中的重叠值是实际的未知的重叠的和，其对于所有光栅和各个已知的重叠偏置是共同的。因此，在N个不同的光栅中的每个上的两个测量给出了N个方程，其可以被求解以给出未知的实际重叠值和(N-1)个K值。
如图6和7所示，本发明的这一实施例可以扩展至包括将同时成像的更多数量的光栅。图6显示9个复合光栅51-59，其可以具有偏置-4D，-3D，-2D，-D，0，+D，+2D，+3D，+4D。如图7所示，这些光栅的独立的图像61-69可以在由传感器23捕获的图像中被识别。
在所述斑的强度轮廓在光栅的区域上是非均匀的情况下，可以在计算强度值之前，通过图像处理器和控制器24进行校正。所述校正可以利用晶片的未形成图案的部分在校准程序中测量所述斑的强度轮廓来定义。如果光栅在衬底上相互非常靠近，那么第二测量支路中的光学滤波可能导致信号之间的串扰。在所述情形中，空间滤波器21中的中心开口应当制成尽可能大，同时仍然阻止第零级。
在本发明的另一实施例中，允许同时测量X和Y两者的重叠误差。在第二实施例中，照射支路的光瞳面中的强度分布被布置成如图8所示，例如通过设置具有孔阑71和72的孔板70来设置。这一布置确保衬底上的测量斑由两个光锥照射，一个光锥在YZ平面中具有其主光线，另一光锥在XZ平面中具有其主光线。或者说，照射系统形成了具有两个极的离轴照射模式。测量束被布置成如图9所示地照射一组光栅82-85。光栅82-85包括为了测量在X方向上的重叠而定向的两个光栅，即具有平行于Y轴的线且分别具有+D和-D的偏置；和为了测量在Y方向上的重叠而定向的两个光栅，即具有平行于X轴的线和再次具有各自的偏置+D和-D。在图10中显示这些光栅的独立的图像92-95。如在第一实施例中，这些图像可以被独立地识别，它们的强度可以由图像处理器和控制器24确定。在一个例子中，第二实施例的操作与第一实施例相同，应用相同的考虑和优点。
应当认识到，在本发明的实施例中设置的目标阵列可以位于划线中或产品区域内。通过在由测量斑31照射的区域内包括多个目标，可以产生多个优点。例如，通过在一次曝光中获取多个目标图像来增加生产率，需要专门指定给量测目标的衬底区域较少，且可以改进重叠测量的精度，尤其是在不同的第一级衍射束的强度和重叠之间存在非线性关系的情况下更是如此。
目标位置校正
在光学系统遭受像差、离焦、照射不均匀性或他们的组合时，测量的不对称性(在小的目标重叠测量中)或强度(在暗场中)不仅依赖于重叠，而且还依赖于目标在光束中的实际位置。因为我们不能预测该位置，所以可能在所测量的重叠中导致显著的噪声和不可接受的误差。在精确定位上花费的时间将减小设备的生产率。提供具有较少的像差的光学元件，将容易使得设备更昂贵。因此，现在将描述用于依赖位置的误差的校正的技术。
在暗场中，目标在光束中的位置在原理上是已知的，因为DF图像被记录在像平面(在YS中的对准照相机)中。这一信息可以用于通过经验校准或由像差的理论知识来校正所测量的强度。
在校准的情况下，在所移位的位置处进行一系列测量以建立校准表用于校正未来的测量。在理论方法的情况下，如果知道测量的光学系统中的像差，那么所述测量的位置依赖性可以被计算。在此处，可以在校准步骤中测量照射不均匀性，且随后用作用于重叠测量的理论校正程序的输入。所校正的重叠可以之后被以不同的模式获得：
·重叠的重建可以使用具有以下输入的标量模型进行：(i)位置信息、(ii)离焦和(iii)像差。
·在库方法中，可以使用标量或矢量模拟，且2D位置变量、和离焦和像差集(aberration-set)用作参数。相对于镜面反射的依赖于堆叠的第一级衍射效率可以用作(线性)缩放因子。为此目的，镜面(第零级)反射信号可以在传感器19中被测量，而暗场图像由传感器23捕获。
作为在Z方向上的位置误差的离焦用作额外的像差。因此，如果已知聚焦变化，那么可以应用相同的原理来校正测量信号的强度或其它性质，其由测量之间的聚焦变化引起。如果聚焦(Z定位)也不需要以极高精确度进行，那么这将节省测量时间。这可以以下方式来解决：
·测量聚焦，作为校准程序的一部分，和在校正程序中使用这一知识或提前校正聚焦。这需要在测量期间聚焦是可重现的。
·在每一测量位置测量(和/或校正)聚焦，例如通过分析光栅的图像。
对考虑了位置变化的测量的校正可以被应用于其它类型的测量，而不仅是上述的暗场重叠测量。如上文所述，可以以上述的设备进行其它类型的测量。在共同未决的国际专利申请PCT/EP2009/006518中，例如，光瞳图像传感器19被用于测量来自目标的+1和-1级衍射信号的强度，这些强度信号被组合以获得重叠测量。在这样的测量期间，传感器23可以被用于同时获得第二图像和记录在光瞳面传感器19中的图像。该第二图像给出位置信息，其可以用于类似于上述的程序对在光瞳面中测量的信号进行校正。PCT/EP2009/006518被于2009年9月9日申请，且要求于2008年9月16日申请的US 61/097,374的优先权。
尽管以上已经做出了具体的参考，在光学光刻术的情形中使用本发明的实施例，但应该理解的是，本发明的实施例可以用于其他应用中，例如压印光刻术，并且只要情况允许，不局限于光学光刻术。在压印光刻术中，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(例如具有在5-20nm的范围内的波长)以及粒子束，诸如离子束或电子束。
在上下文允许的情况下，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。
结论
应该认识到，具体实施方式部分，而不是发明内容和摘要部分，要用于解释权利要求。发明内容和摘要部分可以阐明由本发明人设想的本发明的一个或更多个示例性实施例但不是所有的示例性实施例，因而不是要以任何方式限制本发明和随附的权利要求。
在上文借助示出具体功能的实施方式及其关系的功能构建块描述了本发明。为了描述方便，这些功能构建块的边界在本文中是任意限定的。可以限定可替代的边界，只要具体功能及其关系被适当地执行即可。
具体实施例的前述说明如此充分地揭示了本发明的一般特性，使得其他人通过应用本技术领域的知识可以在不需要过多的实验且在不背离本发明的总体构思的情况下容易地修改和/或改变用于各种应用的这样的具体实施例。因此，基于这里给出的教导和引导，这种改变和修改是在所公开的实施例的等价物的范围和含义内的。可以理解，这里的措词或术语是为了描述的目的，而不是限制性，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引导进行解释。
本发明的覆盖度和范围不应该受上述的任何示例性实施例的限制，而应该仅根据随附的权利要求及其等价物来限定。

Claims (72)

1.一种量测设备，配置成测量衬底上的多个目标的性质，所述量测设备包括：
源，配置成发射照射辐射束；
物镜，配置成将测量辐射束引导到所述衬底上的目标上和收集由所述目标衍射的辐射；和
传感器，配置成检测所述目标的图像；
其中所述源、物镜和传感器布置成使得所述照射束同时照射所述目标，由所述传感器检测的所述目标的图像由一个第一级衍射束形成；和所述设备还包括：
图像处理器，配置成在由所述传感器检测的图像中识别所述目标中的各个目标的独立的图像。
2.根据权利要求1所述的量测设备，其中所述图像处理器包括图案识别器。
3.根据权利要求2所述的量测设备，其中所述图案识别器配置成识别四个或更多的独立的图像的阵列。
4.根据权利要求1、2或3所述的量测设备，还包括控制器，所述控制器配置成根据所述独立的图像中的每一图像确定强度值。
5.根据权利要求4所述的量测设备，其中所述控制器还配置成确定所述衬底的层之间的重叠误差，在所述层中所述目标的部分由所确定的强度值形成。
6.根据权利要求5所述的量测设备，其中所述控制器配置成基于下述的方程确定重叠：
Figure FDA0000137122500000011
7.根据权利要求4-6中任一项所述的量测设备，其中所述控制器还配置成确定所述目标图像在所述传感器的图像场内的位置和参考所确定的位置对所确定的强度或重叠值施加校正。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的量测设备，其中所述源和所述物镜被布置用于以离轴照射模式照射所述目标。
9.根据权利要求8所述的量测设备，其中所述离轴照射模式基本上由单极构成。
10.根据权利要求9所述的量测设备，其中所述离轴照射模式基本上由第一极和第二极构成。
11.根据权利要求10所述的量测设备，其中所述第一极位于所述光瞳面的第一轴线上，所述第二极位于所述光瞳面的第二轴线上，所述第一轴线和所述第二轴线是正交的。
12.根据权利要求10或11所述的量测设备，其中所述目标包括具有垂直于所述第一轴线的线的至少一个光栅和具有垂直于所述第二轴线的线的至少一个光栅。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的量测设备，其中所述目标包括具有第一偏置的第一光栅和具有第二偏置的第二光栅，所述第二偏置不同于所述第一偏置。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的量测设备，还包括在所述物镜和所述传感器之间的孔径光阑，所述孔径光阑配置成阻挡由所述目标衍射的第零级辐射。
15.根据权利要求14所述的量测设备，其中所述孔径光阑配置成基本上仅使由所述目标衍射的一个第一级辐射通过。
16.一种光刻设备，包括：
照射光学系统，布置成照射图案；
投影光学系统，布置成将所述图案的图像投影到衬底上；和
根据权利要求1-15中任一项所述的量测装置。
17.根据权利要求16所述的光刻设备，包括曝光站、测量站和能够在所述曝光站和所述测量站之间移动的衬底台，其中所述量测装置定位在所述测量站处。
18.一种光刻单元，包括光刻设备、至少一个处理装置、衬底输送装置和根据权利要求1-14中任一项所述的量测装置。
19.一种测量衬底上的多个目标的性质的方法，所述方法包括以下步骤：
产生照射束；
使用物镜将作为测量束的照射束引导到所述目标上，使得所述测量束同时照射所述目标；
利用所述物镜收集由所述目标衍射的辐射；
检测所述目标的图像，所述图像仅由一个第一级衍射束形成；和
在所检测到的图像中识别所述目标中的各个目标的独立的图像。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述识别步骤由图案识别器来执行。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述图案识别器配置成识别四个或更多的图像的阵列。
22.根据权利要求19、20或21所述的方法，还包括根据所述独立的图像中的每一图像确定强度值的步骤。
23.根据权利要求22所述的方法，还包括确定所述衬底的层之间的重叠误差的步骤，在所述层中所述目标的部分根据所确定的强度值形成。
24.根据权利要求23所述的方法，其中确定重叠误差的步骤基于下述方程来执行：
Figure FDA0000137122500000031
25.根据权利要求22-24中任一项所述的方法，其中根据在所检测到的图像中的每一目标图像的位置对所确定的强度或重叠值施加校正。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述照射束被以离轴照射模式引导所述目标上。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述离轴照射模式基本上由单极构成。
28.根据权利要求26所述的方法，其中所述离轴照射模式基本上由第一极和第二极构成。
29.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一极位于所述光瞳面的第一轴线上，所述第二极位于所述光瞳面的第二轴线上，所述第一轴线和所述第二轴线是正交的。
30.根据权利要求28或29所述的方法，其中所述目标包括具有垂直于所述第一轴线的线的至少一个光栅和具有垂直于所述第二轴线的线的至少一个光栅。
31.根据权利要求19-30中任一项所述的方法，其中所述目标包括具有第一偏置的第一光栅和具有第二偏置的第二光栅，所述第二偏置不同于所述第一偏置。
32.根据权利要求19-31中任一项所述的方法，还包括阻挡由在所述物镜和用于检测所述图像的传感器之间的目标所衍射的第零级辐射的步骤。
33.根据权利要求19-30中任一项所述的方法，还包括基本上仅允许被所述目标所衍射的一个第一级辐射到达用于检测所述图像的传感器的步骤。
34.一种衬底，所述衬底在其上具有至少四个量测目标，其中所述量测目标包括光栅且在能够由圆圈紧密地限制的阵列中彼此相邻定位。
35.根据权利要求34所述的衬底，其中所述目标中的第一个目标具有第一偏置，所述目标中的第二个目标具有第二偏置，所述第二偏置不同于所述第一偏置。
36.根据权利要求34或35所述的衬底，其中所述光栅中的第一个光栅具有平行于第一方向延伸的线，所述光栅中的第二个光栅具有平行于第二方向延伸的线，所述第一方向和第二方向正交。
37.一种设备，包括：
物镜，配置成将辐射束引导到衬底上的目标上和收集由所述目标衍射的辐射；
传感器，配置成检测所述目标的图像；和
图像处理器，配置成在由所述传感器检测的图像中识别所述目标中的各个目标的独立的图像，
其中所述源、所述物镜和传感器布置成使得所述束同时照射所述目标并使得由所述传感器检测的所述目标的图像由一个第一级衍射束形成。
38.根据权利要求37所述的设备，其中所述图像处理器包括图案识别器。
39.根据权利要求38所述的设备，其中所述图案识别器配置成识别四个或更多的独立的图像的阵列。
40.根据权利要求37所述的设备，还包括控制器，所述控制器配置成由所述独立图像中的每一图像确定强度值。
41.根据权利要求40所述的设备，其中所述控制器还配置成确定所述衬底的层之间的重叠误差，在所述层中所述目标的部分由所确定的强度值形成。
42.根据权利要求41所述的设备，其中所述控制器配置成基于下述的方程确定重叠：
Figure FDA0000137122500000051
43.根据权利要求40-42中任一项所述的设备，其中所述控制器还配置成确定所述目标图像在所述传感器的图像场内的位置和参考所确定的位置对所确定的强度或重叠值施加校正。
44.根据权利要求37所述的设备，其中所述源和所述物镜被布置用于以离轴照射模式照射所述目标。
45.根据权利要求44所述的设备，其中所述离轴照射模式基本上由单极构成。
46.根据权利要求44所述的设备，其中所述离轴照射模式基本上由第一极和第二极构成。
47.根据权利要求46所述的设备，其中所述第一极位于所述光瞳面的第一轴线上，所述第二极位于所述光瞳面的第二轴线上，所述第一轴线和所述第二轴线是正交的。
48.根据权利要求46或47所述的设备，其中所述目标包括具有垂直于所述第一轴线的线的至少一个光栅和具有垂直于所述第二轴线的线的至少一个光栅。
49.根据权利要求37所述的设备，其中所述目标包括具有第一偏置的第一光栅和具有第二偏置的第二光栅，所述第二偏置不同于所述第一偏置。
50.根据权利要求37所述的设备，还包括在所述物镜和所述传感器之间的孔径光阑，所述孔径光阑配置成阻挡由所述目标衍射的第零级辐射。
51.根据权利要求50所述的设备，其中所述孔径光阑配置成基本上仅使由所述目标衍射的一个第一级辐射通过。
52.一种光刻设备，包括：
照射光学系统，布置成照射图案；
投影光学系统，布置成将所述图案的图像投影到衬底上；和
量测装置，包括：
物镜，配置成将辐射束引导到所述衬底上的目标上和收集由所述目标衍射的辐射；
传感器，配置成检测所述目标的图像；
图像处理器，配置成在由所述传感器检测的图像中识别所述目标中的各个目标的独立的图像，
其中所述源、所述物镜和传感器布置成使得所述束基本上同时照射所述目标且使得由所述传感器检测的所述目标的图像由一个第一级衍射束形成。
53.根据权利要求52所述的光刻设备，还包括：
曝光站；
测量站；和
能够在所述曝光站和所述测量站之间移动的衬底台，其中所述量测装置定位在所述测量站处。
54.一种光刻单元，包括：
光刻设备；
至少一个处理装置；
衬底输送装置；和
量测装置，包括：
物镜，配置成将辐射束引导到所述衬底上的目标上和收集由所述目标衍射的辐射；
传感器，配置成检测所述目标的图像；和
图像处理器，配置成在由所述传感器检测的图像中识别所述目标中的各个目标的独立的图像，
其中所述源、所述物镜和传感器布置成使得所述束基本上同时照射所述目标且使得由所述传感器检测的所述目标的图像由一个第一级衍射束形成。
55.一种方法，包括：
使用物镜将作为测量束的照射束引导到目标上，使得所述测量束基本上同时照射所述目标；
利用所述物镜收集由所述目标衍射的辐射；
检测所述目标的图像，所述图像仅由一个第一级衍射束形成；和
在所检测到的图像中识别所述目标中的各个目标的独立的图像。
56.根据权利要求55所述的方法，其中所述识别步骤由图案识别器来执行。
57.根据权利要求56所述的方法，其中所述图案识别器配置成识别四个或更多的独立的图像的阵列。
58.根据权利要求55所述的方法，还包括根据所述独立的图像中的每一图像确定强度值的步骤。
59.根据权利要求58所述的方法，还包括确定所述衬底的层之间的重叠误差的步骤，在所述层中所述目标的部分由所确定的强度值形成。
60.根据权利要求59所述的方法，其中确定重叠误差的步骤基于下述方程来执行：
Figure FDA0000137122500000071
61.根据权利要求58-60中任一项所述的方法，其中根据在所检测到的图像中的每一目标图像的位置对所确定的强度或重叠值施加校正。
62.根据权利要求55所述的方法，其中所述照射束被以离轴照射模式引导所述目标上。
63.根据权利要求62所述的方法，其中所述离轴照射模式基本上由单极构成。
64.根据权利要求62所述的方法，其中所述离轴照射模式基本上由第一极和第二极构成。
65.根据权利要求64所述的方法，其中所述第一极位于所述光瞳面的第一轴线上，所述第二极位于所述光瞳面的第二轴线上，所述第一轴线和所述第二轴线是正交的。
66.根据权利要求65所述的方法，其中所述目标包括具有垂直于所述第一轴线的线的至少一个光栅和具有垂直于所述第二轴线的线的至少一个光栅。
67.根据权利要求55所述的方法，其中所述目标包括具有第一偏置的第一光栅和具有第二偏置的第二光栅，所述第二偏置不同于所述第一偏置。
68.根据权利要求55所述的方法，还包括阻挡由在所述物镜和用于检测所述图像的传感器之间的目标衍射的第零级辐射的步骤。
69.根据权利要求55所述的方法，还包括基本上仅允许被所述目标衍射的一个第一级辐射到达用于检测所述图像的传感器的步骤。
70.一种衬底，所述衬底在其上具有至少四个量测目标，其中所述量测目标包括光栅且在由圆圈紧密地限制的阵列中彼此相邻定位。
71.根据权利要求70所述的衬底，其中所述目标中的第一个目标具有第一偏置，所述目标中的第二个目标具有第二偏置，所述第二偏置不同于所述第一偏置。
72.根据权利要求70所述的衬底，其中所述光栅中的第一个光栅具有平行于第一方向延伸的线，所述光栅中的第二个光栅具有平行于第二方向延伸的线，所述第一方向和第二方向正交。
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