CN104395830A - 确定聚焦的方法、检查设备、图案形成装置、衬底以及器件制造方法 - Google Patents

Abstract

一种确定光刻设备的聚焦的方法具有以下步骤。使用光刻过程在衬底上形成第一和第二结构，第一结构包括具有轮廓的特征，所述轮廓具有依赖于聚焦和例如剂量或像差的曝光扰动的不对称度。第二结构包括具有轮廓的特征，所述第二结构的特征轮廓对聚焦的敏感度与第一结构不同且对曝光扰动的敏感度与第一结构不同。散射仪信号用于确定用于形成第一结构的聚焦值。这可以通过使用第二散射仪信号和/或曝光过程中使用的所记录的曝光扰动设置以选择在使用第一散射仪信号或使用具有与第一和第二散射仪信号相关的参数的模型确定聚焦值中使用的校准曲线来完成。

Description

确定聚焦的方法、检查设备、图案形成装置、衬底以及器件制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年6月22日递交的美国临时申请61/663,115的权益，还要求于2012年12月20日递交的美国临时申请61/740,406的权益，该申请的全部内容一并在此作为参考。

技术领域

本发明涉及用于确定可以例如用于在通过光刻技术制造器件过程中的光瞳平面检测或暗场散射测量中使用的光刻设备的聚焦的方法和设备，并且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(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。通常，图案的转移是通过把图案成像到设置在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。已知的光刻设备包括：所谓的步进机，在所谓的步进机中，每个目标部分通过一次将整个图案曝光到目标部分上来辐照每个目标部分；以及所谓的扫描装置，在所谓的扫描装置中，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照每个目标部分。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移到衬底上。

在光刻过程中，经常期望对所生成的结构进行测量，例如用于过程控制和验证。用于进行这种测量的多种工具是已知的，包括经常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜以及用于测量光刻设备的重叠(在器件中两个层的对准精度)和离焦的专用工具。近来，用于光刻领域中的各种形式的散射仪已经被研制。这些装置将辐射束引导到目标结构(例如光栅)上并测量被散射的辐射的一种或更多种性质(例如作为波长的函数的在单个反射角处的强度；作为反射角的函数的在一个或更多个波长处的强度；或作为反射角的函数的偏振)以获得“光谱”，根据该“光谱”，可以确定目标的感兴趣的性质。感兴趣的性质的确定可以通过各种技术来进行：例如通过迭代方法来重建目标结构，例如严格耦合波分析或有限元方法，库搜索以及主分量分析。

由常规的散射仪所使用的目标是相对大的(例如40μm×40μm)光栅，测量束生成比光栅小的光斑(即光栅被欠填充(underfilled))。这简化了目标的数学重建，因为其可以被看成是无限的。然而，为了减小目标的尺寸，例如减小到10μm×10μm或更小，例如，于是它们可以被定位于产品特征之中而不是划线中，已经提出光栅被制成得比测量光斑更小的量测(即光栅被过填充(overfilled))。典型地，这种目标使用暗场散射术进行测量，在暗场散射术中，第零衍射级(对应于镜面反射)被挡住，仅仅更高的衍射级被处理

使用衍射级的暗场检测的基于衍射的重叠使得能够在更小的目标结构上进行重叠测量。这些目标可以小于照射光斑，并且可以被晶片上的产品结构围绕。多个目标可以在一个图像中被测量。

在已知的量测技术中，重叠测量的结果通过在旋转目标或改变照射模式或成像模式以分别地获得-1^st和+1^st散射仪信号(在该示例中是衍射级的强度)的同时在一定条件下测量目标结构两次来获得。对于给定的光栅比较这些强度，提供光栅中的不对称度的测量。

一对堆叠的光栅结构中的不对称度可以用作重叠误差的指示器。类似地，聚焦敏感光栅中的不对称度可以用作散焦的指示器。光刻设备形成的聚焦敏感目标结构可以具有至少一个特征，其具有依赖于衬底上的光刻设备的聚焦的不对称度的轮廓。通过使用目标中的与用于获得重叠测量结果的测量相同的不对称度的测量，可以获得聚焦测量结果。因此获得的不对称度与散焦相关。所测量的不对称度和散焦之间的关系可以通过实验确定。

然而，散射仪光瞳中的导致散射仪光瞳中的不对称度改变的任何影响将归因于扫描装置散焦。

发明内容

期望提高聚焦测量的精确度。此外，虽然本发明不限于此，但是如果本发明可以应用于可以用基于暗场图像的技术读出的小的目标结构也是非常有利的。

根据第一方面，提供一种确定在衬底上的光刻过程中使用的光刻设备的聚焦的方法，所述方法包括步骤：接收包括通过使用光刻过程形成的第一结构的衬底；在用辐射照射第一结构的同时检测散射辐射以获得第一散射仪信号；基于具有至少一个特征的第一结构和基于用于形成第一结构的曝光扰动的信息，使用第一散射仪信号以确定用于形成第一结构的聚焦值，所述至少一个特征具有轮廓，所述轮廓具有依赖于光刻设备在衬底处的曝光扰动和聚焦的不对称度。

根据第二方面，提供一种检查设备，用于确定在衬底上的光刻过程中使用的光刻设备的聚焦，所述检查设备包括：照射系统，配置成用辐射照射在衬底上使用光刻过程形成的第一结构；检测系统，配置成检测由第一结构的照射产生的散射辐射以获得第一散射仪信号；和处理器，配置成基于具有至少一个特征的第一结构和基于用于形成第一结构的曝光扰动的信息，使用第一散射仪信号以确定用于形成第一结构的聚焦值，所述至少一个特征具有轮廓，所述轮廓具有依赖于光刻设备在衬底处的曝光扰动和聚焦的不对称度。

根据第三方面，提供一种图案形成装置，用于确定在衬底上的光刻过程中使用的光刻设备的聚焦，所述图案形成装置包括目标图案，所述目标图案包括：第一子图案，配置成使用光刻过程形成第一结构，所述第一结构包括具有轮廓的至少一个特征，所述轮廓具有依赖于光刻设备在衬底处的曝光扰动和聚焦的不对称度；和第二子图案，配置成使用光刻过程形成第二结构，所述第二结构具有至少一个特征，所述至少一个特征包括具有依赖于光刻设备在衬底处的曝光扰动和聚焦的形式的轮廓，但是对光刻设备在衬底上的聚焦的敏感度与第一结构不同且对光刻设备的曝光扰动的敏感度与第一结构不同。

根据第四方面，提供一种用于确定在衬底上的光刻过程中使用的光刻设备的聚焦的衬底，所述衬底包括目标，所述目标包括：第一子图案，配置成使用光刻过程形成第一结构，所述第一结构包括具有轮廓的至少一个特征，所述轮廓具有依赖于光刻设备在衬底上的曝光扰动和聚焦的不对称度；和第二子图案，配置成使用光刻过程形成第二结构，所述第二结构具有至少一个特征，所述第二结构的所述至少一个特征包括具有依赖于光刻设备在衬底处的曝光扰动和聚焦的形式的轮廓，但是对光刻设备在衬底上的聚焦的敏感度与第一结构不同且对光刻设备的曝光扰动的敏感度与第一结构不同。

根据第五方面，提供一种制造器件的方法，其中使用光刻过程将器件图案应用至一系列的衬底，所述方法包括：使用根据第一方面所述的方法使用至少一个衬底确定光刻设备的聚焦；和根据确定聚焦的方法的结果控制后续衬底的光刻过程。

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，另外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示出根据本发明一个示例的光刻设备；

图2示出根据本发明一个示例的光刻单元或光刻簇；

图3A-3D包括(a)根据本发明的示例使用第一对照射孔的在测量目标中使用的暗场散射仪的示意图，(b)照射的给定方向上目标光栅的衍射光谱的细节，(c)在使用用于基于衍射的重叠测量的散射仪中提供其它照射模式的第二对照射孔，以及(d)与第一和第二对孔组合的第三对照射孔。

图4示出已知形式的多个光栅目标和在衬底上的测量斑的轮廓。

图5示出图3的散射仪中获得的图4的目标的图像。

图6是示出使用图3的散射仪并适于形成本发明的示例的散焦测量方法的步骤的流程图。

图7示出聚焦敏感的不对称光栅图案。

图8是示出侧壁角差异随用于图7的光栅图案的曝光的聚焦设置变化的图。

图9是用散射仪测量的不对称度随用于类似图7的光栅图案的光栅图案的曝光的光刻设备的散焦变化的曲线。

图10示出剂量敏感的对称的光栅图案。

图11是示出临界尺寸依赖于用于图10的光栅图案的曝光的光刻设备的聚焦设置变化的图。

图12示出剂量敏感的不对称光栅图案。

图13是示出侧壁角差异依赖于用于图12的光栅图案的曝光的光刻设备的聚焦设置变化的图。

图14和15示意地示出适于暗场图像检测散射测量的结合的聚焦和剂量敏感目标。

图16是使用曝光扰动敏感目标的测量和使用暗场散射测量的方法的流程图。

图17是使用曝光扰动敏感目标的测量和使用暗场散射测量的另一方法的流程图。

图18是使用曝光扰动敏感目标的测量和使用光瞳平面检测散射测量的方法的流程图。

图19是使用曝光扰动敏感目标的测量和使用光瞳平面检测散射测量的另一方法的流程图。

图20是使用所记录的曝光扰动设置和使用暗场散射测量的方法的流程图。

图21是使用所记录的曝光扰动设置和使用光瞳平面检测散射测量的方法的流程图。

图22是典型的聚焦敏感目标的计算的像差敏感度的图，用于泽尔尼克项的选择。

图23是与图22的聚焦敏感目标镜像对称的聚焦敏感目标的计算的像差敏感度的图，用于泽尔尼克项的选择。

图24示意地示出适于暗场图像检测散射测量的组合的聚焦和像差敏感目标。

图25示意地示出适于暗场图像检测散射测量的组合的聚焦、像差和剂量敏感目标。

图26示意地示出作为聚焦的函数的镜像的不对称目标的抗蚀剂轮廓性质。

图27示意地示出场内像差变化产生的奇数泽尔尼克项导致的对镜像的不对称的目标的抗蚀剂图案的影响。

图28示意地示出场间过程引起的变化导致的对镜像的不对称目标的抗蚀剂图案的影响。

图29示意地示出适于暗场图像检测散射测量的组合的聚焦、像差和重叠敏感目标。

图30示意地示出适于暗场图像检测散射测量的组合的聚焦、像差和剂量敏感目标。

图31和32是针对两种不同目标设计的由像差引起的不对称误差(对全部像差求和；奇数和偶数)的图。

图33是图31和32中示出的由像差引起的不对称误差(对全部像差求和；奇数和偶数)之间的差异的图。

图34是与图31、32和33对应的目标的不对称度随聚焦变化的图。

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。

具体实施方式

本说明书公开一个或更多个实施例，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。本发明由所附的权利要求来限定。

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信息范围内。

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LA。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)；图案形成装置支撑装置或支撑结构(例如掩模台)MT，其构造用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，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(例如晶片台)WT，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(例如折射式投影透镜系统)PS，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。

图案形成装置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。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。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。图案形成装置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)，以便填充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入射到保持在图案形成装置支撑结构(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(图1中没有明确示出)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)的帮助来实现图案形成装置支撑结构(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(与扫描装置相反)，图案形成装置支撑结构(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。也可以在管芯内部的器件特征之间包括小的对准标记，在这种情况下，期望标记尽可能小，并且不需要任何与相邻特征不同的成像或过程条件。下面进一步描述检测对准标记的对准系统。

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，在将图案形成装置支撑结构(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，在对图案形成装置支撑结构(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结构(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.在另一种模式中，将用于保持可编程图案形成装置的图案形成装置支撑结构(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是所谓的双台型光刻设备，其具有两个衬底台WTa、WTb以及两个站，即曝光站和测量站，在两个站之间可以交换衬底台。当一个衬底台上的一个衬底在曝光站被曝光时，另一个衬底被装载到位于测量站的另一个衬底台上并且执行多种预备步骤。预备步骤可以包括使用水平传感器LS规划衬底表面控制和使用对准传感器AS测量衬底上的对准标记的位置。这使得设备的生产率显著提高。如果在衬底台位于测量站和曝光站的时候位置传感器IF不能够测量衬底台的位置，可以设置第二位置传感器以能够在两个站跟踪衬底台的位置。

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。通常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率和处理效率最大化。

美国专利出版物第US20110249247A号公开使用从聚焦敏感的不对称目标设计测量的散射仪信号以测量光刻设备的散焦。该申请的内容通过引用全文并于此。在此方法中，散射仪光瞳中可用的负第一衍射级强度和正第一衍射级强度之间的差值形式的不对称的信息被用于通过所测量的散射仪信号推导扫描仪散焦。在国际专利申请WO2009/078708和WO2009/106279中可以找到暗场测量的多个示例，这些专利文件通过引用并于此。在专利出版物US20110027704A、US20110043791A以及US20120123581A中公开这种技术的进一步发展。所有这些申请的内容都可以通过引用全文并于此。

适用于本发明的实施例中的暗场量测设备如图3(a)所示。光栅目标T和所衍射的光线在图3(b)中被更详细地示出。暗场量测设备可以是单独的装置或被包含在光刻设备LA(例如在测量站处)或光刻单元LC中。光轴由虚线O表示，其有多个贯穿设备的支路。在该设备中，由源11(例如氙灯)发出的光借助于包括透镜12、14和物镜16的光学系统经由分束器15被引导到衬底W上。这些透镜被布置成4F布置的双序列。可以使用不同的透镜布置，只要这样的透镜布置仍然能够将衬底图像提供到检测器上，并且同时对于空间-频率滤波允许访问中间光瞳平面。因此，辐射入射到衬底上的角度范围可以通过在一平面中定义表示衬底平面(在此称为(共轭)光瞳平面)的空间谱的空间强度分布来选择。尤其，这可以通过将合适形式的孔板13在作为物镜光瞳平面的后投影像的平面中插入到透镜12和14之间来完成。在所示的示例中，孔板13具有不同的形式，以13N和13S标记，允许选择不同的照射模式。在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，孔板13N提供从标记为“N(北)”的方向(仅仅为了说明起见)的离轴。在第二照射模式中，孔板13S用于提供类似的照射，但是从标记为“S(南)”的相反方向离轴。也可以通过使用不同的孔来实现其它的照射模式。光瞳平面的其余部分期望是暗的，因为所期望的照射模式之外的任何非必要的光将干扰所期望的测量信号。

如图3(b)所示，目标光栅T和衬底W被放置成与物镜16的光轴O正交。从偏离光轴O的一角度射到光栅T上的照射光线I产生第零级光线(实线0)和两个第一级光线(单点划线+1和双点划线-1)。应当知晓，在过填充的小目标光栅的情况下，这些光线仅仅是覆盖包括量测目标T和其它特征的衬底的区域的许多平行光线之一。由于板13中的孔具有有限的宽度(允许有用的光量通过所必须的)，所以入射光线I实际上将占据一角度范围，被衍射的光线0和+1/-1将被稍稍扩散。根据小目标的点扩散函数，每个衍射级+1和-1将被进一步在一角范围上扩散，而不是如所示出的理想的单条光线。注意，光栅节距和照射角可以被设计或调整成使得进入物镜的第一级光线与中心光轴接近或紧密地对准。在图3(a)和3(b)中示出的光线被示出为有些离轴，纯粹是为了能够使它们更容易在图中被区分出来。

至少由衬底W上的目标所衍射的0和+1级被物镜16所收集并通过分束器15被引导返回。回到图3(a)，第一和第二照射模式都通过指定标记为北(N)和南(S)的在直径上相对的孔来示出。当入射光线I来自光轴的北侧时，即当使用孔板13N来实现第一照射模式时，被标记为+1(N)的+1衍射光线进入物镜16。相反，当使用孔板13S来应用第二照射模式时，(被标记为-1(S))的-1衍射光线是进入物镜16的衍射光线。

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使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)上形成目标的衍射光谱(光瞳平面图像)。每个衍射级击中传感器上的不同的点，以使得图像处理可以对衍射级进行比较和对比。由传感器19所捕捉的光瞳平面图像可以被用于会聚量测设备和/或对第一级束的强度测量进行归一化。根据本发明的实施例，欠填充目标的光瞳平面图像可用作聚焦测量的输入。

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)上形成衬底W上的目标的图像。在第二测量支路中，孔径光阑21设置在与光瞳平面共轭的平面中。孔径光阑21的功能是阻挡第零级衍射束以使得形成在传感器23上的目标的图像仅仅由-1或+1第一级束形成。由传感器19和23捕捉的图像被输出到图像处理器和控制器PU，所述图像处理器和控制器PU的功能将依赖于所进行的测量的特定类型。注意到，术语“图像”在此用于广泛的含义。如果仅存在-1和+1衍射级中的一个，则光栅线的图像同样将不被形成。

如图3所示的孔板13和场光阑21的特定形式纯粹是示例性的。在本发明的另一实施例中，使用目标的同轴照射，且具有离轴孔的孔径光阑用于基本上仅使第一级衍射光穿过至传感器。在其它的实施例中，替代第一级束或除第一级束之外，可以将第二级、第三级和更高级次的束(未在图3中示出)用于测量。

为了使照射能够适应于这些不同类型的测量，孔板13可以包括在盘周围形成的多个孔图案，所述盘旋转以将期望的图案带入到合适的位置。替代地或附加地，一组板13可以被设置和交换以实现相同的效果。也可以使用可编程照射装置，例如可变形反射镜阵列或透射式空间光调制器。移动的反射镜或棱镜可以被用作调整照射模式的另一种方式。

如刚刚关于孔板13所进行的解释，用于成像的衍射级的选择可以替代地通过变更光瞳光阑(pupil-stop)21或通过更换具有不同的图案的光瞳光阑或通过将固定的场光阑替换为可编程空间光调制器来实现。在这种情况下，测量光学系统的照射侧可以保持恒定，同时，其处于具有第一和第二模式的成像侧。因此，在本发明公开内容中，有效地存在三种类型的测量方法，每一种方法都有其自身的优势和劣势。在一种方法中，照射模式被改变以测量不同的衍射级。在另一种方法中，成像模式被改变。在第三种方法中，照射模式和成像模式保持不变，但是目标被转过180度。在每种情况下，所期望的效果是相同的，即选择非零级衍射辐射的在目标的衍射光谱中彼此对称地对置的第一部分和第二部分。在原理上，衍射级的期望的选择可以通过同时地改变照射模式和成像模式的组合来获得，但是这可能带来缺点而没有优点，因此，其将不被进一步讨论。

尽管用于本示例中的成像的光学系统具有由场光阑21限制的宽的入射光瞳，但是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以限制至所期望的衍射级，因此也用作场光阑。不同的孔板如图3(c)和(d)所示，它们可以被使用，如下文所进一步描述的。

典型地，目标光栅将与其或沿南北或沿东西延伸的光栅线对准。也就是说，光栅将在衬底W的X方向上或Y方向上对准。注意到，孔板13N或13S可以仅仅用于测量在一个方向上定向(X或Y，依赖于设置)的光栅。对于正交光栅的测量，可以实现目标转过90度和270度。然而，更方便地，使用孔板13E或13W将来自东或西的照射设置在照射光学装置中，如图3(c)所示。孔板13N至13W可以被独立地形成和互换，或它们可以是能够旋转90、180或270度的单个孔板。如已经描述的，如图3(c)所示的离轴孔可以被设置在场光阑21中，而不是被设置在照射孔板13中。在该情况下，照射将沿轴线进行。

图3(d)示出可以用于组合第一对和第二对孔板的照射模式的第三对孔板。孔板13NW具有位于北和东的孔，而孔板13SE具有位于南和西的孔。假定在这些不同的衍射信号之间的串扰不太大，则X光栅和Y光栅两者的测量可以在不改变照射模式的情况下进行。

图4示出根据已知的实践在衬底上形成的复合目标。该复合目标包括紧密地定位在一起的四个光栅32至35，以使得它们都将在由量测设备的照射束形成的测量光斑31内。于是，四个目标都被同时地照射并被同时地成像在传感器19和23上。在专用于散焦测量的一示例中，光栅32至35自身是由在形成在衬底W上的半导体器件的层中被图案化的不对称光栅形成的聚焦敏感光栅。光栅32至35可以具有不同的方向，如图所示，以便在X方向和Y方向上衍射入射的辐射。在一个示例中，光栅32和34是X方向光栅。光栅33和35是Y方向光栅。这些光栅的分离的图像可以在通过传感器23获取的图像中被识别。

图5示出可以使用图3的设备中的图4的目标、使用如图3(d)的孔板13NW或13SE在传感器23上形成并由传感器23检测的图像的示例。尽管光瞳平面图像传感器19不能分辨不同的各个光栅32至35，但是图像传感器23可以分辨不同的各个光栅32至35。矩形暗区表示传感器上的图像的场，在其中衬底上的照射斑点31被成像为对应的圆形区域41。在这个矩形暗区内，矩形区域42-45表示小的目标光栅32至35的图像。如果光栅位于产品区域内，产品特征在像场的周围也是可见的。图像处理器和控制器PU使用模式识别处理这些图像以便识别光栅32至35的分离的图像42至45。以此方式，这些图像不必在传感器框架内的特定位置处非常精确地对准，这极大地改善了测量设备作为整体的生产率。然而，如果成像过程在整个像场是不均匀的，则仍然存在对精确对准的需要。在本发明的一个实施例中，识别四个位置P1至P4并用这些已知的位置尽可能好地对准光栅。

一旦识别光栅的独立的图像，可以例如通过将被识别区域内选定的像素强度值平均化或求和来测量这些单个图像的强度。这些图像的强度和/或其他性质可以彼此对比。这些结果可以被组合以测量光刻过程的不同的参数，例如聚焦。

图6示出如何例如使用在申请US2011/027704A(此处通过引用全文并入)中描述的方法通过一个或多更个聚焦敏感光栅的不对称度测量散焦，所述不对称度通过比较它们在+1级和-1级暗场图像中的强度来获得。在步骤S1中，衬底，例如半导体晶片，通过图2的光刻单元一次地或更多次地处理，以形成包括光栅的结构。在步骤S2中，使用图3的量测设备，光栅的图像仅利用第一级衍射束中的一个(例如-1级衍射束)来获得。然后，通过改变照射模式、或改变成像模式、或通过将衬底W在量测设备的视场中旋转180度，可以利用另一个第一级衍射束(+1)来获得光栅的第二图像(步骤S3)。

注意到，通过在每个图像中包括仅仅一半的第一级衍射辐射，在此所述的“图像”不是常规的暗场显微镜图像。单个的光栅线将不被分辨。每个光栅将仅仅由具有一定强度水平的区域来表示。在步骤S4中，感兴趣的区域(ROI)在每个分量光栅或组成光栅(component grating)的图像内被细致地识别，强度水平将根据该图像来测量。这样做是因为，尤其是在各个的光栅图像的边缘周围，通常，强度值可能高度地依赖于过程变量，例如抗蚀剂厚度、成分、线形状以及边缘效应。

在已经识别每个单个光栅的ROI并测量其强度的情况下，随后可以确定光栅结构的不对称度并因此确定散焦。这由成像处理器和控制器PU通过如下方式完成：在步骤S5中，将针对于每个光栅32-35的+1和-1衍射级所获得的强度值进行比较以识别它们的强度的任何差异，在步骤S6中，确定目标T的附近的散焦。

虽然以上描述的目标结构是具体设计和形成用于测量用途的测量目标，但是在其他实施例中，可以测量作为衬底上形成的器件的功能部分的目标上的性质。许多器件具有规则的光栅状结构。此处使用的术语“目标光栅”和“目标结构”不要求设置具体用于执行的测量的结构。

与衬底上实现的目标的物理光栅结构和图案形成装置相关，一个实施例可以包括计算机程序，该计算机程序包含用于描述在衬底上形成目标、测量衬底上的目标和/或分析测量结果以获得关于光刻过程的信息的方法的一个或更多个机器可读指令的序列。该计算机程序可以例如在图3的设备中的单元PU和/或图2的控制单元LACU内执行。也可以设置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)。在例如如图3示出的类型的已有的测量设备已经在产和/或使用的情况下，可以通过设置经过更新的计算机程序产品实现本发明，该经过更新的计算机程序产品用于使处理器执行此处描述的方法并且因此计算对曝光剂量敏感度减小的散焦。该程序可以可选地布置成控制光学系统、衬底支撑结构等类似装置以执行多个合适的目标结构的测量的步骤。

图7示出聚焦敏感的不对称光栅图案。在图7中，仅示出光栅的三个周期的有限部分。在整个光栅中，图案702沿竖直和水平方向上重复。图案702可以例如是掩模版上的铬图案。当图7的图案702在光刻设备中使用以在晶片上形成聚焦敏感的光栅结构时，较小的水平突起可以分辨或不可以分辨，但是给出依赖于聚焦的每个印刷的线的左右侧之间的差异(即，不对称度)。侧壁角的差异是这种不对称的一个示例。这种侧壁角对于右侧的聚焦的依赖性比对于没有突起的左侧的聚焦的依赖性大。图案702因此导致每个线的左右侧之间的不对称度的差异，例如印刷的侧壁角的差异、ASWA，所述不对称度的差异在光栅图案的曝光期间依赖于光刻设备的聚焦。

剂量扰动

图8是示出侧壁角差异ASWA(单位为度)对于使用图7的光栅图案曝光的光刻设备的聚焦设置F(单位nm)的依赖性的图表。用100％标示的黑色曲线表示100％曝光剂量。SWA聚焦敏感度FS的粗测量在图中示出，并且表示随聚焦变化的ASWA的范围。示出另外两条曲线，例如针对于95％和105％剂量中的每一者。不同的剂量分别从100％剂量曲线向上和向下偏移。这种剂量敏感度DS如图所示并且示出随剂量变化的ASWA的范围。虽然对于图7中的光栅图案，聚焦和剂量敏感度具有不同的单元并因此必须小心对比，但是对于聚焦的选定范围-75nm至+75nm上的聚焦敏感度FS看起来比在选定的95％至105％的剂量范围上的剂量敏感度DS大。然而，剂量敏感度仍然足以造成与使用不对称度执行的聚焦测量的精确性相关的问题。这种问题如图9所示。

图9是使用散射仪测量的不对称度AS随使用类似于图7的光栅图案曝光的光刻设备的散焦DF(单位nm)的变化的图表。图中示出5个剂量，分别用剂量20至24mJ/cm²标注。因此图9示出作为聚焦和剂量的函数的所测量的不对称度曲线。使用来自不对称聚焦目标的不对称信息受到剂量串扰效应(用黑色箭头表示)的影响。在本示例中，如果剂量如箭头示出的从21mJ/cm²至22mJ/cm²改变1mJ/cm²(-5％)，则串扰(聚焦误差)是-20nm，如图虚线所示。此处描述的示例使用用以形成聚焦敏感结构的曝光剂量的信息，以将剂量串扰项的影响与使用例如如图7所示的不对称的聚焦敏感光栅测量的实际光刻设备散焦值解耦。在此处描述的多个示例中，该信息可以来自剂量敏感结构的散射测量，例如参考图10至19描述的。在其他示例中，该信息可以来自所记录的光刻设备的曝光剂量设置，例如参考图20至21描述的。虽然参考独立的附图描述了多个示例，但是曝光剂量的信息可以来自光刻设备的所记录的曝光剂量设置和剂量敏感结构的散射测量的结合。附加地或备选地，用以形成聚焦敏感结构的曝光剂量的其他信息源也可以使用。

图10示出剂量敏感对称光栅图案。在图10中，相对于图7，示出光栅的仅三个周期的有限部分。在整个光栅中，图10的光栅的图案1002沿竖直和水平方向重复。图案1002可以例如是掩模版上的铬图案。

当图10的图案用于光刻设备中以在晶片上形成剂量敏感光栅结构时，该结构具有在每条印刷线的左右两侧具有相等地依赖于聚焦的侧壁角的轮廓。图案1002导致依赖于聚焦的线宽或临界尺寸CD。然而，CD更依赖于剂量。这通过图11示出。

图11是示出临界尺寸CD对使用图10的光栅图案曝光的光刻设备的聚焦设置F(单位nm)的依赖性的图表。100％标注的黑色曲线表示100％的曝光剂量。CD聚焦敏感度FS的粗测量如图所示并且示出CD随聚焦变化的范围。示出另外两个曲线，针对于95％和105％剂量中的每一者。不同的剂量分别从100％剂量曲线向上和向下偏移。剂量敏感度DS被示出，并且示出CD随剂量变化的范围。对比由图7的图案702得到的印刷的光栅，通过图10的图案1002得到的所印刷的光栅的形式对光刻设备的聚焦敏感度不同(在该示例中，敏感度更低)，而对光刻设备的曝光剂量敏感度不同(在本示例中敏感度更高)。其他的示例可以具有不同的敏感度，其对聚焦的敏感度不会更低且对曝光剂量的敏感度更高。例如，可以使用两个(或更多个)不同的散射仪波长测量两个(或更多个)不同目标光栅。获得的散射仪信号不可以直接对比(例如，因为“敏感度”依赖于用于形成目标光栅的材料的堆叠的性质)，然而，可以简单地使用两个(或更多个)散射仪信号的组合找出优选的方案。此外，对于对称和不对称光栅的组合，信号或差异在原点。因此这种敏感度值又不可以直接对比，但是又可以简化使用信号的组合以找出优选的方案。

图12示出剂量敏感的不对称光栅图案。在图12中，示出光栅的仅三个周期的有限部分。在整个光栅中，图12的光栅的图案1002沿竖直和水平方向重复。图案1202可以例如是掩模版上的铬图案。当图12的图案被用于光刻设备中以在晶片上形成剂量敏感光栅结构时，较小的水平突起不被分辨，但是给出具有在每个印刷线的右侧的依赖于聚焦的侧壁角的轮廓。侧壁角对右侧的聚焦的依赖性大于没有突起的左侧。图案1202得出在每个线的左右侧之间的所印刷的光栅侧壁角ASWA的差异，它依赖于在光栅图案的曝光期间光刻设备的聚焦，但是没有通过图7的图案702所印刷的光栅对聚焦敏感。因为比图7的图案702对剂量更敏感并且具有更接近图10的图案1002的剂量敏感度，图案1202得到的所印刷的光栅的形式比从图案702得到的光栅对光刻设备的曝光剂量更敏感。这通过图13示出。

图13是示出侧壁角差异ASWA(单位为度)对于使用图12的光栅图案曝光的光刻设备的聚焦设置F(单位nm)的依赖性的图表。用100％标示的黑色曲线表示100％曝光剂量。SWA聚焦敏感度FS的粗测量在图中示出，并且表示ASWA随聚焦变化的范围。示出另外两条曲线，对于95％和105％剂量中的每一者。不同的剂量分别从100％剂量曲线向上和向下偏移。这种剂量敏感度DS如图所示并且示出ASWA随剂量变化的范围。对于图10和11，与图7中的图案702得到的所印刷的光栅对比，从图12的图案1202得到的所印刷的光栅的形式对光刻设备的聚焦较不敏感，但是对光刻设备的曝光剂量更敏感。

图14示意地示出适于暗场图像检测散射测量的组合的聚焦和剂量敏感目标1402。组合的目标具有减小测量扰动的效果。虽然仅图示每个光栅的三个周期，但是这仅是为了表示光栅的类型。图案不是按比例的并且在实际应用中将更小，并且在竖直和水平方向上重复。用FSH和FSV标注的光栅是聚焦敏感不对称光栅，如参照图7描述的，它们分别具有沿水平方向和竖直方向的线。用DSH和DSV标注的光栅是剂量敏感光栅，如参照图10描述的，它们具有分别在水平和竖直方向的线。

图15示意地示出适于暗场图像检测的散射测量的组合的聚焦和剂量敏感目标1502。对于图14，虽然仅示出每个光栅的三个周期，但是这仅是为了表示光栅的类型。用FSH和FSV标注的光栅还是聚焦敏感不对称光栅，如参照图7描述的，它们分别具有沿水平方向和竖直方向的线。用DSH和DSV标注的光栅是剂量敏感光栅，如参照图12描述的，它们具有分别在水平和竖直方向的线。

图16是根据本发明一个实施例的使用暗场散射测量的、适于曝光扰动敏感目标的方法的流程图。下面的图16的说明将剂量作为曝光扰动，并使用如图15的目标。光刻设备的曝光扰动的其他示例是像差和照射条件，对此可以使用其他目标，例如如图24和25所示的那些目标。对于图16和17，将仅说明水平光栅，但是也可以使用竖直光栅，以便独立地测量X和Y聚焦行为。步骤如下：

在步骤1600中：测量作为聚焦和剂量的函数的光栅不对称度。这些测量的结果如图9的图表所示。

在步骤1602中：使用光刻设备处理晶片以在晶片上形成聚焦敏感光栅FSH和剂量敏感光栅DSH。

在步骤1604中：测量使用第一照射模式的-1级散射测量的图像。

在步骤1606中：测量使用第二照射模式的+1级散射测量的图像。

在步骤1608中：从每个图像识别并提取每个光栅的感兴趣区域(ROI)。

在步骤1610中：计算每个光栅的差异(在-1和+1级测量结果之间)图像以确定不对称度。

在步骤1612中：使用剂量敏感光栅DSH不对称度确定对于聚焦敏感光栅FSH选择哪个校准曲线(例如如图9所示)。

在步骤1614中：使用所确定的校准曲线和聚焦敏感光栅FSH不对称度来确定散焦。

图17是根据本发明另一实施例的使用暗场散射测量的方法的流程图。下面图17的说明将剂量作为曝光扰动，并使用如图15所示的目标，但是不同地使用光栅不对称度以确定聚焦。光刻设备的曝光扰动的其他示例是像差和照射条件，对此可以使用其他目标，例如如图24和25所示的那些目标。光刻设备的曝光扰动的其他示例是通常的扫描装置对比度项。光刻设备的曝光扰动的其他示例是移动的标准偏差。术语“移动的标准偏差”或MSD已经被用于动态误差，如下所述。

在光刻设备的多种伺服系统和部件中在衬底上曝光或印刷图案期间不可避免地出现的误差引起所应用的图案的品质相对于理想的图案的误差。这些品质的下降通常通过它们对对准(衬底平面内的位置)和/或产品图案中的临界尺寸(CD)和CD一致性(CDU)的影响来表达。误差源可以是相对静止的，或者它们可以是动态的，例如相对于期望的路径的摆动或摇摆。当随着每个节点和新的光刻平台而减小其他误差源时，这些动态误差变化的相对影响正变成相当大的性能限制因素。此外，用以提高设备的生产率的努力通常暗示部件移动和加速/减速更快，同时设备更轻，因此结构刚度降低。如果不通过认真的设计来缓解的话，这些措施倾向于提高动态误差。这些MSD误差是影响聚焦测量的串扰项。

步骤1600至1610与参照图16的描述相同(对于剂量曝光扰动示例)，随后的步骤如下：

在步骤1702中：在多个维度模式下使用剂量敏感光栅不对称度DSH和聚焦敏感光栅FSH不对称度来确定散焦。

因此在本发明的一些实施例中，提出使用如在原目标上所测量的另一散射目标的信息将串扰项的影响与实际的扫描装置散焦值解耦。这可以通过下列步骤完成：

1.使用例如用图10中的图案1002形成的剂量敏感对称目标获得的对称信息作为为例如使用图7中的图案702形成的聚焦敏感不对称目标的推导曲线设置校正剂量值的输入。对称信息可以是例如用光瞳平面检测散射测量所测量的从使用未填充目标重构获得的CD。对称信息可以是例如通过使用较小的过填充管芯内目标执行的暗场检测散射测量获得的感兴趣区域上的平均强度。

2.使用来自例如通过使用图12中的图案1202形成的剂量敏感不对称目标的不对称信息，例如散射仪不对称度，作为用于为例如通过使用图7中的图案702形成的聚焦敏感不对称目标的推导曲线设置校正剂量值的输入。

来自不对称和对称剂量敏感目标的信息都可以以下面的方式使用：

a)在前馈型应用中，使用来自剂量敏感目标的信息以作为用于选择聚焦目标的正确校准曲线的输入馈送，如参照图16描述的，并且，如果需要，以迭代的方式重复这个步骤。

b)在联合优化方案中，使用两个目标的信号，例如使用图7中的图案702形成的目标和例如使用图12中的图案1202或图10中的图案1002形成的目标，形成多维度的模型，以推导聚焦和剂量信息。

如参照图14和15描述的那样，聚焦敏感和剂量敏感光栅不必物理地分开。它们可以是一个物理目标。诸如参照图16描述的检测方法允许在一次通过检测设备的情况下将剂量敏感和聚焦敏感信息分离。这些目标也可以在晶片上的单个位置上组合，例如通过两种目标结构类型的正交布置(沿水平方向上的剂量敏感目标；沿竖直方向上的聚焦敏感目标)。这适于光瞳平面检测散射测量模式。

对于上面的第2条(使用来自剂量敏感不对称目标的不对称信息)，可以使用不对称散射仪信号检测的原理将堆叠信息与光栅信息解耦，这也是不对称聚焦目标的主要优点。对于第一条(使用来自剂量敏感对称目标的对称信息)，不是这种情况，并且为了首先根据散射测量信号计算CD，需要整个重构周期，或者需要在从测量目标推导剂量信息之前使用诸如CD-SEM(扫描电子显微镜)等其他测量方法进行剂量敏感对称目标或不对称目标的CD测量。

还可以使用光瞳平面检测散射测量，如通过图18和19单独地示出的，作为备选方案，或与暗场图像检测散射测量(如参照图6、16以及17描述的)组合以获得散射测量信号以使用根据本发明的多个实施例。

图18是根据本发明的一实施例的使用光瞳平面检测散射测量的方法流程图。下文图18的说明将剂量作为曝光扰动并可以使用图7和12中示出的欠填充目标。图18中的步骤1600、1602、1612以及1614与参照图16描述的相同。但是步骤1604和1610用光瞳平面检测步骤代替：

在步骤1804中：例如使用图3a中的传感器19测量光瞳平面内第-1和第+1级强度。

在步骤1806中：例如使用图3a中的处理单元计算第-1和第+1级强度之间的差值以便确定不对称度。

图19是根据本发明的另一实施例的使用光瞳平面检测散射测量的方法流程图。对于图18(对于剂量曝光扰动示例)，下文图19的说明将剂量作为曝光扰动并可以使用图7和12中示出的欠填充目标。图19中的步骤1600、1602和1702与参照图17描述的相同。但是与图17相比，步骤1604至1610用参照图18描述的光瞳平面检测步骤1804和1806代替。

可以在衬底上执行聚焦测量，所述衬底通过光刻设备使用通过在整个衬底上改变曝光剂量的配置方案(recipe)限定的曝光条件来曝光以便优化CD一致性。这些CD一致性优化的子配置方案可以典型地应用剂量特征结构(fingerprint)(即，整个晶片上的图案)校正以在蚀刻之后优化CD性能，达到5％。结果，来自剂量串扰的影响显著可见，它们源于典型的光刻设备和光刻元或蔟(包括烘烤板)的有效剂量变化。通常，1.5-2％的变化是期望的。此外，至少一些剂量变化可以不是任意分量，因此可以本身显示为系统的剂量-聚焦串扰项，这导致在散焦特征结构(fingerprint)确定的误差。

因为通过这种CD一致性优化应用的剂量校正是已知的，因此这些剂量校正可以用于减小对所测量的聚焦的剂量串扰效应。

在初始的校准期间，不对称聚焦目标结构的目标不对称度响应，例如不对称的侧壁角(SWA)响应，被记录为聚焦和剂量的函数，这与图9中的图表示出的数据类似。

在不对称聚焦敏感目标的测量期间，计算晶片上不对称目标位置的期望的剂量(根据所记录的有关用于形成聚焦敏感目标的曝光剂量的信息)。

这种计算过程随后用于找出相应的校准曲线，其被优化以便最小化剂量串扰。

因此校正了已知剂量偏离的最终报告的聚焦值，并因此提高了聚焦测量精确度。

在曝光期间还有另一聚焦变化的源。光刻设备聚焦(调平)系统可以用于测量衬底表面高度，以便应用聚焦调节。不同的光刻设备可以具有不同的聚焦偏离，它通过校准确定。在初始的聚焦模型校准期间，模型中的聚焦设置可以通过光刻设备设置聚焦误差补偿。校准精确度因此被提高。然而，不能完全补偿局部的散焦。在后续的生成晶片测量期间，所计算的聚焦可以与前面记录的设置聚焦误差一起报告或记录。依赖于应用(监测器或反馈)，所记录的设置聚焦可以用于改善总体精确度。在此处描述的示例中，对于每个光刻设备的这些聚焦偏差可以记录并用于校正设置聚焦误差。也可以考虑移动调平数据的平均记录(与聚焦偏差对应的所测量的衬底表面高度)以改善聚焦确定精确度。来自任何其他调平或聚焦确定传感器或设备的信息也可以考虑以便改善聚焦确定精确度。扫描装置伺服信息也可以考虑以便改善聚焦确定精确度。

参照图20，这种方法可以执行如下，其中剂量作为曝光扰动，步骤1600、1604、1606以及1614与图16中的步骤是相同的(对于剂量曝光扰动示例)：

在步骤1600中：测量作为聚焦和剂量的函数的光栅不对称度。这些测量的结果与图9的图表示出的那些相同。

在步骤2002中：使用光刻设备处理晶片以在晶片上形成聚焦敏感结构(在该示例中，是聚焦敏感光栅)，并记录用于形成聚焦敏感光栅的剂量和聚焦的信息。

在步骤1604中：测量使用第一照射模式的第-1级散射测量的图像。

在步骤1606中：测量使用第二照射模式的第+1级散射测量的图像。

在步骤2008中：从每个图像识别和提取每个感兴趣区域(ROI)。

在步骤2010中：计算差异(第-1和第+1级测量之间)图像以确定不对称度。

在步骤2012中：接收关于用于形成第一结构的曝光剂量的信息。在该示例中该信息是在步骤2002记录的应用于使用光刻过程形成聚焦敏感结构的剂量校正的形式。使用针对于相应的聚焦敏感光栅的所记录的剂量校正(例如考虑其衬底位置)以确定选择哪个校准曲线用于该聚焦敏感光栅。

在步骤1614中：使用所确定的校准曲线和所确定的聚焦敏感光栅不对称度确定散焦。

在步骤2016中：使用所记录的针对光栅的聚焦校正来校正已确定的散焦。

本方法与参照图20描述的类似，其可以使用通过图21示出的光瞳平面检测散射测量执行，其中剂量作为曝光扰动，并且全部步骤与图16、18以及20中的步骤相同(对于剂量曝光扰动示例)。

像差扰动

对于用于聚焦确定的不对称聚焦敏感目标，发明人已经发现聚焦敏感目标的不期望的像差敏感度导致聚焦测量误差的不期望的增大。

此外，在已知的重叠或覆盖目标设计中，作出了具体的工作以最小化重叠或覆盖目标的印刷中的像差敏感度。这通过广泛的重叠目标类型(计算)评估完成，其中对目标像差敏感度进行评估和分级。

针对重叠目标的像差敏感度最小化仅是在重叠目标优化期间需要最小化的成本函数之一。在实际应用中，需要在全部优化成本函数之间作出折衷以获得优化的重叠目标设计。此外，针对重叠目标的像差敏感度的最小化具有其“极限”，并且最佳的不敏感重叠目标是不存在的。同样，由于残余的像差敏感度总是存在残余的重叠缺陷。

仅已知的是，不对称聚焦敏感目标用于场间(跨晶片)测量。本领域技术人员考虑将这种能力向场间测量的能力(跨过扫描装置曝光场中的狭缝)扩展，当这种方法用于重叠目标时他们将想到类似的方法：最小化聚焦敏感目标的像差敏感度的影响。然而，聚焦敏感目标已经不得不实现一组的多种成本函数(聚焦敏感度、剂量非敏感度、写入误差非敏感度、在最佳聚焦条件下小的不对称值等)。在优化期间还增加另一成本函数将使得优化更加复杂，并且最可能的是不能找到足够好的优化的目标。总结：聚焦敏感目标的像差敏感度将应用能力限制为场间测量能力，并且场内测量能力以前还没有满足足够的精确度。

发明人已经发现，在这种聚焦敏感目标优化过程中，这些聚焦敏感目标可以显示对像差的强的敏感度。这些对偶数(通常是聚焦相关的)和奇数(通常是重叠或图案偏移相关的)泽尔尼克(Zernike)项都敏感。这在图22和23中示出，其中存在优化的聚焦敏感目标的像差敏感度。

图22是所计算的通常的聚焦敏感目标的像差敏感度AS(单位nm)图表，用于最小泽尔尼克项(ZT)的选择。插入示出相应的“右指状”聚焦敏感目标2202。

图23是所计算的聚焦敏感目标的像差敏感度图表，其与图22中的图是镜像的，用于最小泽尔尼克项(ZT)的选择。插入示出相应的“左指状”聚焦敏感目标2302。

如图表中的柱所示，图23中的镜像的目标设计2302给出，与图22的目标2202对比，示出的奇数像差ZT＝Z7、Z10、Z14(以及未示出的Z19、Z23、Z26、Z34)像差敏感度不同(大小相近，符号相反)，偶数像差ZT＝Z4、Z5、Z9、Z12(以及未示出的Z16、Z17、Z25、Z28、Z32、Z36)相同(符号相同)。

可以使用这两种不对称信号的减法反应总的奇数像差水平。两个目标2202或2203中的仅一个的不对称信号的评估提供总的(奇数和偶数)像差水平。要说明的是，在本示例中，因为可以将两个目标放置得极为靠近，所以可以期望两个目标都遭受光刻设备(扫描装置)的相同的像差水平。因此，结果能够通过目标不对称度的测量实现像差测量(奇数和总的)能力。

图24示意地示出组合的聚焦和像差敏感目标2402，其适于暗场图像检测散射测量。虽然仅示出每个光栅的三个周期，但是这仅是为了表示光栅的类型。图案并不按比例，并且在实践中将更小，在竖直和水平方向上是重复的。用FSV和FSH标注的光栅是聚焦敏感不对称光栅，如参照图7描述的，具有分别在水平和竖直方向上的线。用FSVM和FSHM标注的光栅分别是FSV和FSH的镜像形式，具有分别在水平和竖直方向上的线。

如上所述，对于用剂量作为曝光扰动的示例，图16是根据本发明的实施例使用曝光扰动敏感目标的测量并且使用暗场散射测量的方法的流程图。下面的图16的说明将像差(而不是剂量)作为曝光扰动，并使用图24示出的目标。对于参照图16和17的说明，将仅提到竖直的光栅，但是也可以使用水平光栅，以便独立地测量Y和X聚焦行为。步骤如下：

在步骤1600中：测量或模拟作为聚焦和像差的函数的光栅不对称度。聚焦和像差都可以在光刻设备(例如扫描装置)中调节以便于该测量。正常情况下，聚焦(类似剂量)容易调节，并且通常使用来自制造的晶片的反馈控制。像差也可以调节，但是它通常在设置期间被优化以便减小像差，而不是规律地调节以控制扫描装置。因此，与改变扫描装置像差设置以便进行物理测量相比，虽然精确度较差，但是作为像差的函数的不对称的(因为在模型中不得不进行假设)模拟变得更加合理。这种模拟的一些结果在图22和23中的图中示出，如上面讨论的。

在步骤1602中：使用光刻设备处理晶片以在晶片上形成聚焦敏感光栅FSV和不同的聚焦敏感和不同的像差敏感光栅FSVM。

在步骤1604中：测量使用第一照射模式的第-1级散射测量图像。

在步骤1606中：测量使用第二照射模式的第+1级散射测量图像。

在步骤1608中：从每个图像识别并提取每个光栅的感兴趣区域(ROI)。

在步骤1610中：计算每个光栅的差异(在第-1和第+1级测量之间)图像以确定不对称度。

在步骤1612中：使用像差敏感光栅FSVM不对称度来确定聚焦敏感光栅FSV的校准曲线。这可以通过首先把所确定的两个光栅的不对称度相减以显示总的奇数像差水平来实施。一旦用于形成聚焦敏感光栅FSV和FSVM的像差水平(即曝光扰动)是已知的，则其可以用于构造校准曲线或选择模型化的校准曲线(在步骤1600中得到的)，以在由FSV(或替换地，FSVM)的不对称度确定聚焦的过程中使用。

在步骤1614中：使用所确定的校准曲线和聚焦敏感光栅FSV(或替换地，FSVM)的不对称度确定散焦。

图17是根据本发明另一实施例的使用暗场散射测量的方法的流程图。下面的图17的说明将像差作为曝光扰动，并使用如图24示出的目标，但是不同地使用光栅不对称度确定聚焦。步骤1600至1610与参照图16描述的相同(对于像差曝光扰动的示例而言)，后面的步骤是：

在步骤1702中：使用多维度模型中的像差敏感光栅FSVM的不对称度和聚焦敏感光栅FSV的不对称度确定散焦。多维度模型可以通过模拟获得，如参照图1600描述的(对于像差曝光扰动的示例而言)。

因此在本发明的一些实施例中，提出使用如在原始目标上所测量的散射仪目标对的信息将像差串扰项的影响与实际的扫描装置散焦值解耦。

来自不对称像差敏感目标对的信息可以以下面的方式使用：

a)在前馈型应用中，使用来自像差敏感目标对的信息以作为用于选择聚焦目标的正确的校准曲线的输入馈送，如参照图16(针对像差曝光扰动的示例而言)描述的，并且如果需要，迭代地重复该过程。

b)在联合优化方案中，使用通过用图7中的图案702及其镜像图像借助来自所述对中的一个的信号形成的例如图24中的FSV和FSVM的像差敏感目标对的信号，形成多维度模型以推导出聚焦和像差信息。

图25示意地示出适于暗场图像检测散射测量的组合的聚焦、像差以及剂量敏感目标2502。对于图24，虽然仅示出每个光栅的三个周期，但是这仅是为了表示光栅的类型。用FSV和FSVM标注的光栅还是聚焦敏感不对称光栅，如参照图7描述的，但是相对于彼此是镜像的。用DSV标注的光栅是剂量敏感光栅，如参照图12和15描述的。用DSVM标注的光栅相对于用DSV标注的光栅是镜像对称的。

来自不对称像差敏感目标对和剂量敏感目标的信息可以用于导出聚焦、像差和剂量的信息。例如参照图25，借助来自用图12中的图案1202或图10中的图案1002形成的例如图25中的DSV等模型化的剂量敏感目标的信号，使用图7中的图案702及其镜像图像形成的例如图25中的FSV和FSVM等模型化像差敏感目标对的像差信号被用于模拟一组聚焦校准曲线作为像差和剂量的函数，或形成多维度模型以推导出聚焦、像差以及剂量信息。

如参照图24和25描述的，像差敏感对和剂量敏感光栅不必不得不是物理分离的。它们可以是一个物理目标。诸如参照图16描述的检测方法允许在一次通过检查设备的情况下将像差敏感、聚焦敏感以及剂量敏感信息分开。这些目标还可以在晶片上的单一位置上被组合，例如通过两种目标结构类型的正交布置(沿水平方向的像差敏感目标；沿竖直方向的聚焦敏感目标)。这适于光瞳平面检测散射测量模式。

光瞳平面检测散射测量还可以用于作为曝光扰动的像差，如图18和19单独示出的，作为暗场图像检测散射测量(如参照图6、16和17描述的)的备选方案或与之组合以获得散射测量信号，用于根据本发明的实施例使用。

图18是根据本发明的实施例使用光瞳平面检测散射测量的方法的流程图。下面图18的说明将像差作为曝光扰动，并且可以使用如图7示出的欠填充目标，其具有相应的镜像的目标。图18中的步骤1600、1602、1612、以及1614与参照图16的描述相同(针对像差曝光扰动示例而言)。然而，步骤1604至1610被光瞳平面检测步骤替换：

在步骤1804中：例如使用图3a中的传感器19测量光瞳平面内的第-1级和第+1级强度。

在步骤1806中：例如使用图3a中的处理单元PU计算第-1级和第+1级强度之间的差值以确定不对称度。

图19是根据本发明的另一实施例使用光瞳平面检测散射测量的方法的流程图。对于图18(针对像差曝光扰动示例而言)，下面图19的说明也将像差作为曝光扰动，并且可以使用如图7示出的欠填充目标，其具有相应的镜像的目标。图19中的步骤1600、1602以及1702与参照图17的描述相同(针对像差曝光扰动示例而言)。然而，与图17相比(针对像差曝光扰动示例而言)，步骤1604至1610被参照图18描述的光瞳平面检测步骤1804和1806替换(针对像差曝光扰动示例而言)。

可以在衬底上执行聚焦测量，衬底通过光刻设备使用具有由透镜致动器设置限定的优化的像差设置的例如用于最小化跨过扫描装置狭缝的像差的那些条件的曝光条件曝光。结果，源于通常的像差变化的像差串扰可以显现。此外，至少一些像差变化可以不是随机分量，并因此可以证实本身为系统的像差-聚焦串扰项，由此导致场内散焦确定中的误差。

因为从这种CD一致性优化施加的像差校正是已知的，所以这些像差校正可以用于减小像差串扰对所测量的聚焦的影响。

在初始校准期间，不对称聚焦目标结构的目标不对称响应，例如不对称侧壁角(SWA)响应，被模拟为聚焦和像差的函数，它与图9中的图表中显示的数据类似，但是是针对不同的像差设置而不是剂量。

在不对称聚焦敏感目标的测量期间，针对晶片上曝光场内的不对称目标位置计算期望的像差(从所记录的关于用于形成聚焦敏感目标的曝光像差的信息)。

这种计算随后被用于找出优选使用以便最小化像差串扰的相应的校准曲线。

最终报告的聚焦值因此针对已知的像差偏移被校正，并且因而聚焦测量精确度提高。

这种方法可以如下文执行，参照图20，其中像差作为曝光扰动，并且步骤1600、1604、1606以及1614与图16中的步骤是相同的(对于像差曝光扰动示例而言)：

在步骤1600中：测量作为聚焦和像差的函数的光栅不对称度。这些测量的结果与图9的图表示出的那些相同，但是是针对不同的像差设置而不是剂量。

在步骤2002中：使用光刻设备处理晶片以在晶片上形成聚焦敏感结构(在本示例中是聚焦敏感光栅)，并记录用于形成聚焦敏感光栅的像差和聚焦校正的信息。

在步骤1604中：测量使用第一照射模式的第-1级散射测量的图像。

在步骤1606中：测量使用第二照射模式的第+1级散射测量的图像。

在步骤2008中：从每个图像识别和提取每个感兴趣区域(ROI)。

在步骤2010中：计算差异(第-1和第+1级测量之间)图像以确定不对称度。

在步骤2012中：接收关于用于形成第一结构的曝光像差的信息。在该示例中该信息具有在步骤2002记录的在使用光刻过程形成聚焦敏感结构应用的像差校正的形式。使用相应的聚焦敏感光栅的该记录的像差校正(例如考虑其在曝光场中的位置)以确定选择哪个校准曲线用于该聚焦敏感光栅。

在步骤1614中：使用所确定的校准曲线和所确定的聚焦敏感光栅不对称度来确定散焦。

在步骤2016中：使用所记录的针对光栅位置的聚焦校正来校正所确定的散焦。

本方法与参照图20描述的方法(针对像差曝光扰动示例)类似，其可以使用由图21示出的光瞳平面检测散射测量执行，其中像差作为曝光扰动，并且全部步骤与图16、18以及20中的步骤相同(对于像差曝光扰动示例)。

此处描述的像差敏感目标在聚焦测量中具有其他的应用。使用像差敏感目标，也可以监测场间过程变化(例如抗蚀剂烘烤板变化、晶片间的剂量变化、抗蚀剂损失等)。下面参照图27和28讨论这些。但是首先，有用的是详细地考虑由像差敏感目标对响应于聚焦改变而产生的抗蚀剂曝光。

图26示意地示出作为聚焦F的函数的镜像的不对称目标的抗蚀剂轮廓行为。在聚焦敏感目标图案FSV和FSVM的曝光期间产生的空间图像通过虚线轮廓示出，虚线轮廓分别由外轮廓2602和2604包围。分别在显影步骤2608和2610之后形成的抗蚀剂轮廓源自抗蚀剂的曝光，其中空间图像与抗蚀剂相交。在聚焦量F的中心，在+和-之间，抗蚀剂轮廓2612和2614的未偏移的重心被示出为通过每个抗蚀剂轮廓的中心的竖直的虚线。对于正或负偏移的聚焦，空间图像与抗蚀剂层在不同位置处相交，这得出作为聚焦的函数的不同的抗蚀剂轮廓形状。水平小箭头表示抗蚀剂轮廓的各自的重心与聚焦中心相比的偏移方向。可以看到，聚焦敏感目标和聚焦敏感镜像目标相对于彼此具有反向的聚焦敏感度。

图27示意地示出由源自场内像差变化的奇数泽尔尼克项导致的镜像的不对称目标对抗蚀剂图案的影响。在本示例中，泽尔尼克多项式2702示出的奇数θ像差引起抗蚀剂轮廓2704和2706的重心向左偏移。因此这种类型的像差影响与其他下面或上面的图案化层相关的重叠。要注意的是，抗蚀剂图案的源自FSV和FSVM的偏移沿相同的方向，与镜像无关。

图28示意地示出源自场间过程导致的镜像的不对称目标对抗蚀剂图案的影响。在曝光后烘烤和/或显影条件下由处理的不均匀导致的不对称抗蚀剂损失可以导致如图28所示的抗蚀剂轮廓2802-2808。要注意的是，在本示例中抗蚀剂轮廓的重心向右偏移对于源自FSV和FSVM的抗蚀剂图案复绕是沿相同方向的，而不是镜像的。

因此可以看到，重叠影响型的像差和过程引起型的不对称度都导致相同方向的偏移，不管目标(FSV或FSVM)是否是镜像的。因此，使用镜像目标可以监测重叠影响型的像差(场内)和过程一致性(场间)。后者(场间)的潜在应用能力作为过程标记(检测过程异常值)以伴随聚焦敏感目标的测量。

图29示意地示出适于暗场图像检测散射测量的组合的聚焦、像差和重叠敏感目标。这种目标用于校正像差的重叠测量。参照图29，重叠目标OV被放置成紧靠像差敏感对(像差监测器)目标，其具有类似的被印刷的特性(CD和节距)，包括FSV和FSVM。OV和像差敏感对FSV和FSM在扫描装置光瞳中的衍射级位置必须基本上相同以确保对扫描装置像差相似的敏感度。这有效地表示，重叠敏感对目标和像差敏感对目标两者具有相等的节距。在这种配置中，期望由于重叠目标的像差敏感度导致的像差引起(场内)的重叠不利结果可以减小。这种减小通过目标扫描装置的所测量的(奇数)像差水平经由像差敏感对对于使用重叠目标测量重叠的前馈校正来实现。

图30示意地示出适于暗场图像检测散射测量的组合的聚焦、像差和剂量敏感目标。可以通过对比由光栅FSV(聚焦敏感，竖直线)和DSVM(剂量敏感，竖直线，镜像的)确定的不对称度来确定像差水平。因而，对于该竖直线，使用组合的目标中的四个位置的仅两个目标。这种在晶片上真实状态的有效使用意味着其他两个位置可以用于具有水平线的组合的聚焦、像差和剂量敏感目标FSH和DSHM。当使用这种目标时，参照图16至19讨论的方法仍然应用，但是曝光扰动与像差和剂量都相关。

使用从具有不同聚焦敏感度但是具有类似的像差敏感度的两个目标获得的信号的组合将进一步帮助减小由于像差带来的聚焦测量误差。下面参照图31-33讨论该示例。这种观点可以与用于经由前馈校正机制改善聚焦测量精确度和提高重叠测量精确度的像差敏感目标对一起应用。

不同目标设计的像差敏感度可以相似的第一指示在图31和32中示出。

图31和32是像差引起的不对称误差(对于全部像差求和；奇数和偶数)作为针对两个不同目标设计的跨扫描装置狭缝X(单位mm)的距离的函数的图。此处像差引起的不对称误差经由不对称/聚焦校准曲线转换为聚焦误差FE(单位nm)。对于图31，目标尺寸，即图7中示出的参数w1、w2和w3分别是320、20以及110nm。对于图32，目标尺寸，即那些参数w1、w2和w3分别是290、24以及110nm。

这两个目标(图31和32提到的)的典型的目标特性不同，例如印刷的CD不同，但是节距相同。通过图31和32中的曲线，可以清楚地看到，通过狭缝的像差引起的误差对于两个目标类似。这种类似通过图33进一步示出，它是如图31和32示出的像差引起的不对称误差(对全部像差求和；奇数和偶数项)之间的差值的图表。图34是分别对应图31、32和33的目标的不对称度随聚焦变化的具有三角形、棱形以及正方形标记的图表。使用像差引起的不对称误差(正方形标记)之间的差异得出像差信号对聚焦的更低的敏感度，但是有利地极大地减小了像差敏感度。

上面已经公开的示例性实施例涉及使用聚焦敏感目标与曝光扰动的信息计算聚焦值的曝光扰动校正的基于衍射的聚焦测量。

在示例的实施例中可以通过测量具有不同的聚焦敏感度和不同的扰动敏感度的扰动敏感目标提供曝光扰动的信息。

实施例包括(其中FS＝聚焦敏感目标，DS＝剂量敏感目标，OV＝重叠敏感目标，FS+FS_镜像＝像差敏感目标对)。

(A)用于剂量校正的基于衍射的聚焦测量的FS+DS(不同的聚焦敏感度和不同的剂量敏感度)，如参照图14和15中的目标和图16-19中的流程图示出的。

(B)用于剂量校正的基于衍射的聚焦测量的FS+扫描装置剂量设置，如参照图7中的目标和图20-21中的流程图示出的。

(C)用于像差校正的基于衍射的聚焦测量的FS+FS_镜像(反向的聚焦敏感度和不同的像差敏感度)，允许场内基于衍射的聚焦测量，如参照图24中的目标和图16-19中的流程图示出的。

(D)用于像差和剂量校正的基于衍射的聚焦测量的DS+FS+FS_镜像(反向的聚焦敏感度和不同的像差敏感度)，如参照图25中的目标和图16-19中的流程图示出的。

(E)用于像差和剂量校正的基于衍射的聚焦测量的FS+DS_镜像(不同的聚焦敏感度和不同的像差敏感度和不同的剂量敏感度)，如参照图30中的目标示出的。

(F)用于像差校正的基于衍射的聚焦测量的FS+扫描装置像差(透镜致动器)设置，如参照图7中的目标和图20-21中的流程图示出的。

(G)用于产品上的像差监测的FS+FS_镜像(反向的聚焦敏感度和不同的像差敏感度)，如参照图24中的目标示出的。

(H)用于像差校正的基于衍射的重叠测量的OV+FS+FS_镜像(反向的聚焦敏感度和不同的像差敏感度)，如参照图29中的目标示出的。

(I)用于监测场间过程变化(和作为基于衍射的聚焦测量的过程标志)的FS+FS_镜像(反向的聚焦敏感度和不同的“类似像差的过程引起的不对称度”的敏感度)，如参照图24中的目标示出的。

(J)用于改善的(像差不敏感的)基于衍射的聚焦测量的FS+FS_镜像(反向的聚焦敏感度和类似的像差敏感度)，如参照图31-34示出的。

虽然第一衍射级强度信号差异被用于上述的实施例中以确定不对称度，但是在较高衍射级中存在不对称度信息。给出聚焦和不对称度之间的清晰的关系的任何散射测量信号生成和处理都将是合适的。本发明的多个实施例因此不限于使用第一级散射测量信号差异。

示例性实施例提高聚焦测量精确度并减小对目标设计的限制(放松对最小化剂量串扰的成本函数的要求)。此外，在这些实施例中，可以确定扫描装置剂量和/或像差，同时提高扫描装置聚焦精确度。在实际应用中，可以仅在晶片上的若干个点处测量这些剂量和像差敏感目标。

示例性的使用像差敏感目标的实施例得到：

当与角度分辨散射仪一起执行的时候导致OV测量的精确提高；

对重叠目标的像差不敏感度的成本函数要求放松；

得到扫描装置的总像差水平的扫描装置监测能力(产品上)，因此便于缺陷检测；

经由监测像差敏感目标得到对聚焦测量精确度的过程改变(场间)的监测；

间接地经由像差敏感目标得到所印刷的重叠目标(在抗蚀剂中印刷的第二层)的不对称度的监测。

总的来说，获得经由专用的像差敏感测量对抗蚀剂中所印刷的结构的不对称度(变化、偏移)的监测。不对称度可以来自不同的源，例如像差、过程变化等；以及

获得聚焦测量精确度的提高，将性能扩展至场内聚焦测量。

虽然上文已经做出了具体参考，将本发明的实施例用于光学光刻术的情况中，应该注意到，本发明可以用在其它的应用中，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，图案形成装置中的形貌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，所述图案形成装置被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：紫外辐射(UV)(例如具有或约为365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有在5-20nm范围内的波长)，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”可以表示各种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部件。

具体实施例的前述说明将充分地揭示本发明的一般属性，以致于其他人通过应用本领域技术的信息可以在不需要过多的实验、不背离本发明的整体构思的情况下针对于各种应用容易地修改和/或适应这样的具体实施例。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举例描述的目的，而不是限制性的，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。

本发明的覆盖度和范围不应该受上述的示例性实施例的任何一个限制，而应该仅根据随附的权利要求及其等价物限定。

Claims (37)

1.一种确定在衬底上的光刻过程中使用的光刻设备的聚焦的方法，所述方法包括下述步骤：

(a)接收包括通过使用光刻过程形成的第一结构的衬底；

(b)在用辐射照射第一结构的同时检测散射辐射以获得第一散射仪信号；

(c)基于具有至少一个特征的第一结构和基于用于形成第一结构的曝光扰动的信息，使用第一散射仪信号以确定用于形成第一结构的聚焦值，所述至少一个特征具有轮廓，所述轮廓具有依赖于光刻设备在衬底处的曝光扰动和聚焦的不对称度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述曝光扰动包括曝光剂量。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述曝光扰动包括像差。

4.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中衬底还包括使用光刻过程形成的第二结构，所述方法还包括在使用辐射照射第二结构的同时检测散射辐射以获得第二散射仪信号；其中，所述方法还包括：基于具有至少一个特征的第二结构，使用第二散射仪信号以确定用于形成第一结构的聚焦值，所述第二结构的所述至少一个特征包括具有依赖于光刻设备在衬底处的曝光扰动和聚焦的形式的轮廓，但是对光刻设备在衬底处的聚焦的敏感度与第一结构不同且对光刻设备的曝光扰动的敏感度与第一结构不同。

5.根据权利要求4所述的方法，其中第一结构和第二结构是镜像对称的，并且其中第二结构对光刻设备的曝光扰动的敏感度与第一结构的不同在于具有相似的敏感度幅值但是符号相反，并且其中，使用第二散射仪信号确定用于形成第一结构的聚焦值的步骤包括：使用第一散射仪信号和第二散射仪信号之间的差异。

6.根据权利要求4或5所述的方法，还包括步骤：使用光刻过程在衬底上形成第一结构，所述第一结构包括具有轮廓的至少一个特征，所述第一结构的所述至少一个特征的所述轮廓具有依赖于光刻设备在衬底上的曝光扰动和聚焦的不对称度；和，使用光刻过程在衬底上形成第二结构，所述第二结构具有至少一个特征，所述第二结构的所述至少一个特征包括具有依赖于光刻设备在衬底上的曝光扰动和聚焦的形式的轮廓，但是对光刻设备在衬底上的聚焦的敏感度与第一结构不同且对光刻设备的曝光扰动的敏感度与第一结构不同。

7.根据权利要求6或所述的方法，其中使用光刻过程形成第一和第二结构的步骤同时执行。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其中通过使用图像平面检测散射测量法执行在照射第一结构和第二结构的同时检测散射辐射的步骤。

9.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其中通过使用光瞳平面检测散射测量法执行在照射第一结构和第二结构的同时检测散射辐射的步骤。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的方法，同时地执行在照射第一结构和第二结构的同时检测散射辐射的步骤。

11.根据权利要求4至10中任一项所述的方法，其中第一散射仪信号和第二散射仪信号用于基于具有轮廓的第二结构的至少一个特征确定用于形成第一结构的聚焦值，所述第二结构的所述至少一个特征的所述轮廓具有依赖于光刻设备的曝光扰动的不对称度和在用于确定聚焦值的第二散射仪信号中产生不对称信息。

12.根据权利要求4至11中任一项所述的方法，其中使用第一散射仪信号和第二散射仪信号确定聚焦值的步骤包括：使用第二散射仪信号以选择用于在使用第一散射仪信号确定聚焦值时使用的校准曲线。

13.根据权利要求4至12中任一项所述的方法，其中使用第一散射仪信号和第二散射仪信号确定聚焦值的步骤包括使用具有与第一散射仪信号和第二散射仪信号相关的参数的模型。

14.根据权利要求4至13中任一项所述的方法，还包括确定用于形成第一结构的曝光扰动值。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括接收关于用于形成第一结构的曝光扰动的信息的步骤。

16.根据权利要求15所述的方法，其中关于用于形成第一结构的曝光扰动的信息包括在使用光刻过程形成第一结构时应用的曝光扰动校正。

17.根据权利要求15或16所述的方法，其中使用第一散射仪信号确定用以形成第一结构的聚焦值的步骤包括使用所接收的关于曝光扰动的信息以选择用于在使用第一散射仪信号确定聚焦值中使用的校准曲线。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，还包括接收关于用于形成第一结构的聚焦的信息并在确定用于形成第一结构的聚焦值中使用所接收的关于聚焦的信息。

19.根据权利要求18所述的方法，其中关于用于形成第一结构的聚焦的信息包括在使用光刻过程形成第一结构中应用的聚焦校正。

20.一种检查设备，用于确定在衬底上的光刻过程中使用的光刻设备的聚焦，所述检查设备包括：

-照射系统，配置成用辐射照射使用光刻过程在衬底上形成的第一结构；

-检测系统，配置成检测由第一结构的照射产生的散射辐射以获得第一散射仪信号；和

-处理器，配置成基于具有至少一个特征的第一结构和基于用于形成第一结构的曝光扰动的信息，使用第一散射仪信号以确定用于形成第一结构的聚焦值，所述至少一个特征具有轮廓，所述轮廓具有依赖于光刻设备在衬底处的曝光扰动和聚焦的不对称度。

21.根据权利要求20所述的检查设备，其中曝光扰动包括曝光剂量。

22.根据权利要求20所述的检查设备，其中曝光扰动包括像差。

23.根据权利要求20至22中任一项所述的检查设备，其中照射系统配置成用辐射照射使用光刻过程在衬底上形成的第二结构，所述检测系统还配置成检测由第二结构的照射产生的散射辐射以获得第二散射仪信号，并且所述处理器还配置成，基于具有至少一个特征的第二结构，使用第一散射仪信号和第二散射仪信号以确定用于形成第一结构的聚焦值，所述第二结构的所述至少一个特征包括具有依赖于光刻设备在衬底处的曝光扰动和聚焦的形式的轮廓，但是对光刻设备在衬底处的聚焦的敏感度与第一结构不同且对光刻设备的曝光扰动的敏感度与第一结构不同。

24.根据权利要求23所述的检查设备，其中第一结构和第二结构是镜像对称的，并且其中第二结构对光刻设备的曝光扰动的敏感度与第一结构的不同在于具有相似的敏感度幅值但是符号相反，并且其中，所述处理器配置成通过使用第一散射仪信号和第二散射仪信号之间的差异使用第一散射仪信号和第二散射仪信号确定用于形成第一结构的聚焦值。

25.根据权利要求23或24所述的检查设备，其中处理器配置成通过使用第二散射仪信号选择在使用第一散射仪信号确定聚焦值中使用的校准曲线以使用第一散射仪信号和第二散射仪信号确定聚焦值。

26.根据权利要求25所述的检查设备，其中处理器配置成通过使用具有与第一散射仪信号和第二散射仪信号有关的参数的模型使用第一散射仪信号和第二散射仪信号确定聚焦值。

27.根据权利要求23至26中任一项所述的检查设备，其中处理器还配置成确定用以形成第一结构的曝光扰动值。

28.根据权利要求20至27中任一项所述的检查设备，其中处理器还配置成接收关于用于形成第一结构的曝光扰动的信息。

29.根据权利要求28所述的检查设备，其中处理器还配置成接收包括在使用光刻过程形成第一结构中应用的曝光扰动校正的信息。

30.根据权利要求28或29所述的检查设备，其中处理器还配置成通过使用所接收的关于曝光扰动的信息选择在使用第一散射仪信号确定聚焦值中使用的校准曲线来使用第一散射仪信号确定用于形成第一结构的聚焦值。

31.根据权利要求28至30中任一项所述的检查设备，其中处理器还配置成接收关于用于形成第一结构的聚焦的信息并且在确定用于形成第一结构的聚焦值的过程中使用所接收的关于聚焦的信息。

32.根据权利要求31所述的检查设备，其中处理器还配置成接收包括在使用光刻过程形成第一结构中应用的聚焦校正的信息。

33.一种图案形成装置，用于确定在衬底上的光刻过程中使用的光刻设备的聚焦，所述图案形成装置包括目标图案，所述目标图案包括：

第一子图案，配置成使用光刻过程形成第一结构，所述第一结构包括具有轮廓的至少一个特征，所述轮廓具有依赖于光刻设备在衬底上的曝光扰动和聚焦的不对称度；和

第二子图案，配置成使用光刻过程形成第二结构，所述第二结构具有至少一个特征，所述第二结构的所述至少一个特征包括具有依赖于光刻设备在衬底处的曝光扰动和聚焦的形式的轮廓，但是对光刻设备在衬底上的聚焦的敏感度与第一结构不同且对光刻设备的曝光扰动的敏感度与第一结构不同。

34.根据权利要求33所述的图案形成装置，其中第二子图案配置成形成第二结构的至少一个特征，所述第二结构的所述至少一个特征包括具有依赖于光刻设备的曝光扰动的不对称度的轮廓。

35.一种用于确定在衬底上的光刻过程中使用的光刻设备的聚焦的衬底，所述衬底包括目标，所述目标包括：

第一子图案，配置成使用光刻过程形成第一结构，所述第一结构包括具有轮廓的至少一个特征，所述轮廓具有依赖于光刻设备在衬底上的曝光扰动和聚焦的不对称度；和

第二子图案，配置成使用光刻过程形成第二结构，所述第二结构具有至少一个特征，所述第二结构的所述至少一个特征包括具有依赖于光刻设备在衬底上的曝光扰动和聚焦的形式的轮廓，但是对光刻设备在衬底上的聚焦的敏感度与第一结构不同且对光刻设备的曝光扰动的敏感度与第一结构不同。

36.根据权利要求35所述的衬底，其中第二子图案配置成形成所述第二结构的至少一个特征，所述第二结构的所述至少一个特征包括具有依赖于光刻设备的曝光扰动的不对称度的轮廓。

37.一种制造器件的方法，其中使用光刻过程将器件图案应用至一系列的衬底，所述方法包括：

使用根据权利要求1-19中任一项所述的方法使用至少一个衬底确定光刻设备的聚焦；和

根据确定聚焦的方法的结果来控制后续衬底的光刻过程。