CN105874388B

CN105874388B - 用于量测目标的设计的方法和设备

Info

Publication number: CN105874388B
Application number: CN201480071609.6A
Authority: CN
Inventors: 陈光青; 埃里克·R·肯特; 王祯祥; 欧麦·A·O·亚当
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2013-12-30
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2019-03-15
Anticipated expiration: 2034-12-04
Also published as: TW201531811A; US20160252820A1; US9804504B2; JP6312834B2; TWI559100B; US9355200B2; JP2017503195A; US20150186581A1; WO2015101458A1; CN105874388A; KR101898087B1; KR20160104066A

Abstract

描述了一种量测目标设计的方法。该方法包括：确定量测目标设计的参数对于光学像差的灵敏度、基于所述灵敏度与光学系统的像差的乘积确定在对于量测目标设计的参数的影响与对于使用光刻设备的光学系统进行曝光的产品设计的参数的影响之间的差异。该方法还包括：确定量测目标设计的参数对于多个像差中的每个像差的灵敏度；和基于所述灵敏度与用于光学系统的相应的像差的乘积的总和来确定对于量测目标设计的参数的影响。该参数可以是重叠误差、临界尺寸和聚焦。该像差可以在曝光狭缝上有所不同，但是灵敏度基本上独立于狭缝位置。

Description

用于量测目标的设计的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请主张2013年12月30日提交的美国临时申请61/921,874的权益，其通过引用而全文合并到本文中。

技术领域

本发明涉及用于确定量测目标的一种或更多种结构参数的方法和设备以及使用光刻技术的制造方法，所述量测目标例如可用于例如由光刻技术进行的器件制造中。

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。公知的光刻设备包括：所谓的步进机，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)到衬底的方式从图案形成装置将图案转移到衬底上。

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。结构的一种或更多种参数典型地被测量或确定，例如在衬底上或衬底中形成的连续层之间的重叠误差。存在用于对在光刻过程中形成的显微结构进行测量的多种技术。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重叠(在器件中两个层的对准精度)的专用工具。这种工具的一个示例是针对光刻领域中的用途所研发的散射仪。该装置将辐射束引导到衬底表面上的目标上并测量被转向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(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来重建目标结构。

发明内容

希望提供用于量测目标的设计的方法和设备。而且，不限于此，只要该方法和设备能够被用于将光刻过程中重叠误差最小化就是有益的。

一方面，提供一种量测目标设计的方法。该方法包括：确定量测目标设计的参数对于多个光学像差的灵敏度；确定使用光刻设备的光学系统进行曝光的产品设计的参数；和基于所述产品设计的所述参数以及所述灵敏度与光学系统的相应的像差中的一种或更多种像差的乘积来确定对于所述量测目标设计的所述参数的影响。

一方面，提供一种量测目标设计的方法。所述方法包括：确定量测目标设计的重叠误差对于多个像差中的每个像差的灵敏度；和基于所述灵敏度与用于曝光该量测目标的光刻设备的光学系统的相应的像差的乘积的总和来确定量测目标设计的重叠误差影响。

附图说明

在此仅仅以示例的方式参照附图对本发明的实施例进行描述，在附图中：

图1示意性的示出光刻设备的实施例；

图2示意性的示出光刻单元或集群(cluster)的实施例；

图3示意性的示出散射仪的实施例；

图4示意性的示出散射仪的另一实施例；

图5示意性的示出多光栅目标的形式和衬底上的测量光斑的略图；

图6A和6B示意性的示出重叠目标的一个周期的模型结构，其示出由理想的、例如两种类型的过程诱发的不对称度带来的目标的变化的示例；

图7是示出光刻模拟模型的功能模块的示例性方框图；

图8示意性的示出量测目标设计的过程；以及

图9示意性的示出量测目标设计的另一过程。

具体实施方式

在更详细地描述这些实施例之前，阐释本发明的实施例可以实施的示例环境是有意义的。

图1示意地示出一种光刻设备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(例如深紫外(DUV)辐射或极紫外(EUV)辐射)；

-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，并与配置用于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)WTa，其构造用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据特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，其配置成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(例如包括一根或更多根管芯)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。所述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。所述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。所述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)。这里使用的术语“掩模版”或“掩模”可以看作与更为上位的术语“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。应该注意的是，赋予辐射束的图案可能不与衬底的目标部分上的所需图案精确地对应(例如，如果所述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”可以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。这里任何使用的术语“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)。

光刻设备可以是具有两个(双台)或更多的台(例如两个或更多的衬底、两个或更多的图案形成装置支撑结构、或者衬底台和量测台)的类型。在这种“多平台”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。浸没技术用于提高投影系统的数值孔径在本领域是熟知的。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，例如整合器IN和聚光器CO。可以将所述照射器IL用于调节所述辐射束，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、二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WTa，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(在图1中没有明确地示出)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WTa的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，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)上。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。小的对准标记也可以被包括在管芯内、在器件特征之间，在这种情况下，期望所述标记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。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WTa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WTa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结构(例如掩模台)MT和衬底台WTa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WTa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的动态曝光中的所述目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描移动的长度确定了所述目标部分的高度(沿扫描方向)。

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结构(例如掩模台)MT保持为基本静止状态，并且在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上的同时，对所述衬底台WTa进行移动或扫描。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WTa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(例如两个衬底台)和两个站——曝光站和测量站，在曝光站和测量站之间衬底台可以被进行交换。例如，当一个台上的衬底在曝光站被进行曝光时，另一衬底可以被加载到测量站处的另一衬底台上且执行各种预备步骤。所述预备步骤可以包括使用水平传感器LS对衬底的表面控制进行规划和使用对准传感器AS测量衬底上的对准标记的位置。两个传感器都由参考框架RF支撑。如果当台位于测量站以及位于曝光站时，位置传感器IF不能够测量台的位置，则第二位置传感器可以被提供以能够在两个站上都能够追踪该台的位置。作为另一示例，当在一个台上的衬底在曝光站处被曝光时，不具有衬底的另一台在测量站处等待(在此处可以视情况地出现测量活动)。该另一台具有一个或更多个测量装置且可以视情况而具有其它工具(例如清洁设备)。当该衬底已经完成曝光时，该不具备衬底的台移动至该衬底卸载而另一衬底装载的位置(例如测量站)。这种多台布置能够明显增加设备的生产率。

如图2所示，光刻设备LA形成光刻单元LC(有时也称为光刻元或者光刻集群)的一部分，光刻单元LC还包括用以在衬底上执行一种或更多种曝光前和曝光后处理的设备。通常情况下，这些包括用以沉积抗蚀剂层的一个或更多个旋涂器SC、用以对曝光后的抗蚀剂显影的一个或更多个显影器DE、一个或更多个激冷板CH和一个或更多个烘烤板BK。衬底操纵装置或机械人RO从输入/输出口I/O1、I/O2拾取衬底，然后将它们在不同的处理设备之间移动，然后将它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。

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一种或更多种属性，例如连续层之间的重叠误差、线条粗细、临界尺寸(CD)等。如果检测到误差，可以对后续衬底的曝光进行调整(尤其是在检验能够很快完成且足够迅速到使同一批次的其他衬底仍处于待曝光状态的情况下)。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)，或可以被遗弃，由此避免在已知存在缺陷的衬底上进行曝光。在衬底的仅仅一些目标部分存在缺陷的情况下，可以仅对认为是完好的那些目标部分进行进一步曝光。另一种可能是适应性的修改后续处理步骤的设定以补偿误差，例如修整蚀刻步骤的时间可以被调整以补偿由光刻过程步骤所导致的衬底之间的CD变化。

检验设备被用于确定衬底的一种或更多种属性，且尤其，用于确定不同的衬底或同一衬底的不同层的一种或更多种属性如何从层到层变化和/或跨衬底变化。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经过曝光的抗蚀剂层中的一种或更多种属性。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，测量可以在曝光后烘烤步骤(PEB)之后进行，所述曝光后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处，或者在诸如蚀刻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性，但是仍旧可以提供有用的信息，例如对于过程控制的目的。

图3示出可以用在本发明的实施例中的散射仪SM1。散射仪包括宽带(白光)辐射投影装置2，其将辐射投影到衬底6上。反射的辐射传递至光谱仪检测器4，光谱仪检测器4测量镜面反射辐射的光谱10(即作为波长的函数的强度的测量)。通过这个数据，如图3下部所示，产生所检测的光谱I(λ)的结构或轮廓可以通过处理单元PU重构，例如，这通过严格耦合波分析(RCWA)和非线性回归来完成，或通过与模拟光谱库进行比较来完成。通常，对于所述重构，已知所述结构的总体形式，且通过根据所述结构的制作过程的知识假定一些参数，仅留有结构的一些参数根据散射测量数据确定。这种散射仪可以被配置为正入射散射仪或斜入射散射仪。

散射仪SM2的另一实施例如图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聚焦并透射通过干涉滤光片13和偏振器17，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数值孔径超过1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通过辅助的光学元件(未示出)在检测器18上重新成像。所述光瞳平面是在其中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。所述检测器优选为二维检测器，以使得可以测量衬底目标的两维角散射光谱(即作为散射角的函数的强度的测量)。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。

参考束经常被用于例如测量入射辐射的强度。为此，当辐射束入射到部分反射表面16上时，辐射束的一部分透射通过所述表面作为参考束朝向参考反射镜14行进。然后，所述参考束被投射到同一检测器18的不同部分上。

一个或更多个干涉滤光片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的，而不是包括一组不同的滤光片。光栅可以被用于替代一个或更多个干涉滤光片或与一个或更多个干涉滤光片附加使用。

检测器18可以测量单一波长(或窄波长范围)的散射辐射的强度，所述强度在多个波长处是分立的，或者所述强度在一个波长范围上被积分。进而，检测器可以独立地测量横向磁场(TM)和横向电场(TE)偏振辐射的强度和/或在横向磁场和横向电场偏振辐射之间的相位差。

可以采用给出大集光率的宽带光源2(即具有宽的光频率或波长范围以及由此具有大的色彩范围)，由此允许多种波长的混合。宽带中的多个波长中的每一个波长希望具有δλ的带宽，并且具有至少2δλ(即波长带宽的两倍)的间距。多个辐射“源”可以是已经被用光纤束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处被测量。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，这增加量测过程的鲁棒性(robustness)。这在公开号为US 2006-0066855的美国专利申请中进行了更详细的描述，该文献以引用的方式整体并入本文中。

通过对比束在其已经被目标改变方向之前和之后的一种或更多种属性，可以确定衬底的一种或更多种属性。这例如可以通过对比被改变方向的束与使用衬底的模型计算的理论上的被改变方向的束和搜索给出在所测量的和计算的被改变方向的束之间的最佳拟合的模型来完成。典型地，使用参数化的通用模型并改变模型的参数，例如图案的濶、高度和侧壁角，直至获得最佳匹配为止。

使用了两种主要类型的散射仪。分光式散射仪将宽带辐射束引导到衬底上并且测量散射入特定窄角度范围内的辐射的光谱(强度是波长的函数)。角度分辨式散射仪使用单色辐射束并且测量作为角度的函数的散射辐射的强度(或在椭圆偏振配置情况下的强度比率以及相位差)。替代地，不同波长的测量信号可以在分析阶段单独地和组合地被测量。偏振辐射可以被用来产生来自同一衬底的多于一个光谱。

为了确定衬底的一个或更多的参数，通常在由衬底模型所产生的理论光谱与作为波长(分光式散射仪)或角度(角度分辨式散射仪)的函数的通过被改变方向的束所产生的测量光谱之间找到最佳匹配。为找出该最佳匹配，存在着可以组合的许多方法。例如，第一方法是迭代搜索方法，其中第一组模型参数用来计算第一光谱，与所测量的光谱进行对比。随后选择第二组模型参数，计算出第二光谱并且进行第二光谱与所测量光谱的对比。这些步骤重复进行，目的在于找到给出最佳匹配光谱的成组的参数。通常情况下，源自对比的信息被用来操纵对后续组参数的选择。此过程被称为迭代搜索技术。具有给出最佳匹配的成组参数的模型被认为是对所测量的衬底的最佳描述。

第二方法是做出光谱库，每个光谱对应于特定组的模型参数。通常情况下，该组的模型参数被选择用来覆盖衬底属性的所有或几乎所有可能变化。所测量的光谱与库中的光谱进行比较。与迭代搜索方法类似地，具有与给出最佳匹配的光谱对应的该组参数的模型被认为是对所测量的衬底的最佳描述。插值技术可用来更精确地确定在此库搜索技术中的最佳的该组参数。

在任何方法中，应使用所计算的光谱中的充足的数据点(波长和/或角度)以便使得能实现精确的匹配，通常对于每个光谱而言在80至800个数据点或更多个数据点之间。使用迭代方法，对于每个参数值每次迭代将会涉及在80个或更多数据点处进行的计算。这被乘以所需迭代次数以获得正确的轮廓参数。因而可能需要许多计算。实践中，这导致在精确度与处理速度之间的折衷。在库方法中，这是在精确度与设置所述库所需时间之间的类似折衷。

在如上讨论的任何散射仪中，衬底W上的目标可以是光栅，其被印刷成使得在显影之后，所述条纹由实抗蚀剂线构成。所述条纹可以替代地被蚀刻到所述衬底内。所述目标图案被选择为对感兴趣的参数诸如光刻投影设备中的聚焦、剂量、重叠、色差等敏感，从而使得相关参数的变化将表明为是在所印刷目标中的变化。例如，目标图案可以对光刻投影设备(尤其是投影系统PL)中的色差以及照射对称度敏感，且这种像差的存在将表明自身在所印刷的目标图案中的变化。相应地，所印刷的目标图案的散射测量数据被用于重构所述目标图案。目标图案的参数(诸如线宽和线形)可以被输入到重构过程中，所述重构过程由处理单元PU根据印刷步骤和/或其它散射测量过程的知识实现。

尽管本文中已经描述了散射仪的实施例，其它类型的量测设备可以用于实施例中。例如，可以使用诸如在以引用方式整体并入本文的公开号为2013-0308142的美国专利申请中所描述的暗场量测设备。此外，那些其它类型的量测设备可以使用与散射测量完全不同的技术。

图5示出根据已知的实践在衬底上形成的示例性的复合量测目标。该复合目标包括紧密地定位在一起的四个光栅32，33，34，35，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4，18上。在专用于重叠测量的一示例中，光栅32，33，34，35自身是由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被图案化。光栅32，33，34，35可以具有被不同地偏置的重叠偏移，以便便于在形成复合光栅的不同部分的层之间的重叠测量。光栅32，33，34，35也可以具有不同的取向，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分别是具有+d、-d偏置的X方向光栅。这意味着，光栅32具有其重叠分量或成分，所述重叠分量或成分布置成使得如果它们都恰好被印刷在它们的名义位置上，则所述重叠分量或成分之一将相对于另一重叠分量或成分偏置距离d。光栅34具有其分量或成分，所述分量或成分布置成使得如果被完好地印刷则将存在d的偏置，但是该偏置的方向与第一光栅的相反，等等。光栅33和35可以分别是具有偏置+d和-d的Y方向光栅。尽管四个光栅被示出，但是另一实施例可能包括更大的矩阵来获得所期望的精度。例如，9个复合光栅的3×3阵列可以具有偏置-4d、-3d、-2d、-d、0、+d、+2d、+3d、+4d。这些光栅的独立的图像可以在由传感器4，18捕捉的图像中被识别。

本文所描述的量测目标可以例如是被设计用于诸如Yieldstar独立或集成量测工具这样的量测工具的重叠目标、和/或诸如那些通常用于TwinScan光刻系统的对准目标，它们二者都可以从ASML购得。

一般而言，用于这些系统的量测目标应当被印刷在衬底尺寸满足将要在该衬底上形成图像的特定微电子器件的设计规格的衬底上。随着过程继续进行以克服在超前的过程节点中的光刻器件成像分辨率的限制，则设计规则和过程兼容性需求强调对恰当目标的选择。随着目标本身变得更先进，经常需要使用分辨率增强技术，诸如相移图案形成装置，以及光学接近校正，则在过程设计规则内的目标的可印刷性变得更不确定。结果，所提出的量测目标设计可以受测试和/或模拟以便确认它们的适合性和/或可行性，二者均根据可印刷性和可检测性观点。在商业环境中，良好的重叠标记可检测性可以被认为是低的总测量不确定性以及短的移动-获取-移动时间的组合，因为缓慢的获取有损于生产线的总生产率。现代的基于微衍射的重叠目标(μDBO)在一侧上可以为大约10μm量级，这提供了与诸如那些用于监视器衬底情况下40x160μm²的目标相比固有地较低的检测信号。

另外，一旦已选择了满足上述标准的量测目标，则可能的是可检测性将相对于由蚀刻和/或抛光过程所引起的诸如膜厚变化、各种蚀刻偏差、以及几何不对称度这样的过程变化而改变。因此，可能有用的是选择相对于各种过程变化而言具有低的可检测性变化和低的重叠/对准变化的目标。同样，将要用来生产待成像的微电子器件的特定机器的标志特征(fingerprint)(印刷特征，包括例如透镜像差)将(一般而言)影响到量测目标的成像和产生。因此可能有用的是确保所述量测目标能耐受指纹效应，因为某些图案将或多或少受到特别的光刻标志特征的影响。

图6A和6B示意性地示出了重叠目标的一个周期的模型结构，示出了源自理想的、例如两种类型的过程所致不对称性的目标的改变的实例。关于图6A，衬底W被图案化为具有蚀刻到衬底层内的底部光栅700。用于所述底部光栅的蚀刻过程导致了所蚀刻沟道的底板702的倾斜。此底板倾斜(FT)可以被表示为结构参数，例如，作为跨越整个底板702上的高度降低的测量，单位为nm。BARC(底部抗反射涂层)层704支持了顶部光栅706的图案化的抗蚀剂特征。在此实例中，在顶部与底部光栅之间的对准重叠误差为零，因为顶部和顶部光栅特征的中心位于相同的横向位置处。然而，底层的过程引起的不对称性，即，底板倾斜，导致了在所测量的重叠偏移中的误差，在此情况下给出了非零的重叠偏移。图6B示出了另一种类型的底层的过程引起的不对称性，其能够导致在测量的重叠偏移中的误差。这是侧壁角(SWA)不平衡，SWAun。与图6A中的那些相同的特征被标记为相同。此处，底部光栅的一个侧壁708具有与另一侧壁710不同的坡度或倾斜度。这种不平衡可以表示为结构参数，例如表示为相对于衬底的平面而言的两个侧壁角的比率。两个不对称度参数底板倾斜和SWA不平衡引起了在顶部和底部光栅之间的“表观的”重叠误差。这个表观的重叠误差产生于顶部和底部光栅之间将要测量的“实际的”重叠误差的顶部。

因此，在实施例中，希望模拟各种量测目标设计以便确认所提出的一个或更多的目标设计的适合性和/或可行性。

在用于对涉及光刻和量测目标的制造过程进行模拟的系统中，主要制造系统部件和/或过程可以利用各种功能模块加以描述，例如，如图7中所示。参考图7，功能模块可包括设计布局模块71，所述设计布局模块71限定量测目标(和/或微电子器件)设计图案；图案形成装置布局模块72，所述图案形成装置布局模块72限定如何基于所述目标设计而将所述图案形成装置的图案布局为呈多边形；图案形成装置模型模块73，所述图案形成装置模型模块73对于模拟过程期间待运用的像素化的(pixilated)并且连续色调的图案形成装置的物理性质进行建模；光学模型模块74，所述光学模型模块74限定了所述光刻系统的光学部件的性能；抗蚀剂模型模块75，所述抗蚀剂模型模块75限定了运用于给定过程中的抗蚀剂的性能；过程模型模块76，所述过程模型模块76限定了抗蚀剂后显影过程(例如，蚀刻)的性能；以及量测模块77，所述量测模块77限定了用于量测目标的量测系统的性能并且因而当用于量测系统时限定了量测目标的性能。在结果模块78中提供一个或更多的所述仿真模块的结果，例如，所预测的外形和CD。

在光学模型模块74中捕捉照射和投影光学器件的性质，光学模型模块74包括但不限于NA-西格玛()设置以及任何特定的照射源形状，其中(或西格玛)是照射器的外部径向范围。涂覆于衬底上的光致抗蚀剂层的光学属性-即，折射率，膜厚度，传播和偏振效应-也可以作为光学模型模块74的部分而被捕捉，而抗蚀剂模型模块75描述了在抗蚀剂曝光、曝光后烘烤(PEB)以及显影的期间发生的化学过程的影响，以便预测例如在衬底上所形成的抗蚀剂特征的外形。图案形成装置模型模块73捕捉了目标设计特征如何被布局呈所述图案形成装置的图案，并且可包括对于例如在美国专利号7,587,704中所描述的图案形成装置的详细物理属性的表示。模拟的目的是精确地预测例如边缘定位和临界尺寸(CD)，它们随后可与目标设计相比。目标设计一般地被限定为OPC前的图案形成装置布局，并且将被设置为呈标准化的数字化文件格式诸如GDSII或OASIS。

一般而言，在光学模型和抗蚀剂模型之间的连接是在抗蚀剂层内的经模拟的空间图像强度，这是由辐射在衬底上的投影、在抗蚀剂界面处的折射以及在抗蚀剂膜叠层中的多次反射所造成的。辐射强度分布(空间图像强度)通过光子的吸收而被转化为潜在的“抗蚀剂图像”，其由衍射过程和各种加载效应而进一步更改。对于全芯片应用而言足够快的有效模拟方法以二维空间(以及抗蚀剂)图像来近似在抗蚀剂叠层中的现实的三维强度分布。

因而，模型公式描述了整体过程中的公知的物理和化学特性的大部分(若非全部)，并且模型参数中每个模型参数理想地对应于独特或不同的物理或化学效应。模型公式因而对于模型可以在何种程度上模拟整体制造过程设定了上边界。然而，有时所述模型参数可能由于测量和读取误差而不精确，并且可能在系统中存在其它缺陷。利用对于模型参数的精密校准，可以实现极精确的模拟。

在制造过程中，各种过程参数中的变化对于可以如实地反映产品设计的合适目标的设计具有显著影响。这样的过程参数包括但不限于：侧壁角(由蚀刻或显影过程确定)、(器件层或抗蚀剂层的)折射率、(器件层或抗蚀剂层的)厚度、入射辐射的频率、蚀刻深度、底板倾斜、辐射源的消光系数、(对于抗蚀剂层或器件层的)涂层不对称度、在化学-机械抛光过程期间的腐蚀中的变化，等等。

量测目标设计可以由多种参数(例如目标系数(TC)、叠层灵敏度(SS)、重叠影响(OV)等)来特征化。叠层灵敏度测量随着重叠的改变而由于目标(例如光栅)层之间的衍射而造成的强度改变。目标系数测量来自测量系统的噪声并可以被考虑成对于量测目标的信噪比的等价物。目标系数也可以被考虑成叠层灵敏度与光子噪声之比。重叠影响将重叠误差的变化作为目标设计的函数来进行测量。

如上所述，可能存在能够影响或限定特定的量测目标设计的选择的多种模型参数。例如，一个或更多个几何尺寸可以针对于特定的目标设计(例如量测目标设计的特征的节距、临界尺寸等)来定义。

模型参数之一可以是用于将量测目标设计传递到衬底的系统的光学像差；用于对量测目标(和/或，例如电子器件图案)成像的投影系统PL可以具有非均匀的光学传递函数，该光学传递函数可以影响在衬底W上成像的图案。存在能够表达这样的参数的多种方式。对于光学模型，用于限定像差的一种方便的方式是通过一组泽尼克多项式。泽尼克多项式形成在单位圆上限定的一组正交多项式。在本申请的公开内容中，泽尼克多项式用作用于设计量测目标的方法的非限制性示例。然而，注意到，在此描述的设计方法可以被扩展到具有类似特性的其他任何像差基。

在一实施例中，对于非偏振辐射，像差效应可以由两个标量图相当好地描述，该标量图将从投影系统PL出射的辐射的透射(变迹术)和相对相位(像差)描述为投影系统的光瞳面中的位置的函数。这些标量图(可以被称为透射图和相对相位图)可以被表达为一组完整的基函数的线性组合。每个标量图的确定可以涉及确定在这种扩展中的系数。由于泽尼克多项式在单位圆上是正交的，所以泽尼克系数又可以通过依次计算所测量的标量图与每个泽尼克多项式的内积和将其除以泽尼克多项式的范数的平方来确定。

在此所述的方法提供了用于基于设计参数对于一个或更多个泽尼克多项式的设计参数的灵敏度来设计量测目标的途径。作为背景，被表达为泽尼克项的像差、霍普金斯理论和传递交叉函数(TCC)在此被简短地讨论。空间图像AI可以被表达为：

其中

其中AI(x，y)是空间域中的空间图像，A(k₁，k₂)是来自源光瞳面上的点k的源振幅，L(k₁，k₂)是对于在光学系统光瞳面上的点(k₁，k₂)的投影光学装置振幅和相位函数，在本申请的公开内容中也被称为“光瞳图像”。在空间域中的投影光学装置函数将由投影光学装置对通过投影光学装置(例如振幅的变形、相位或这两者)的辐射造成的变形表示为位置的函数。M(k₁，k₂)是空间频率域中的图案形成装置函数(即设计布局函数)，并且可以通过傅里叶变换从空间域中的图案形成装置函数来获得。在空间域中的图案形成装置函数将由图案形成装置对经过该图案形成装置的辐射所造成的变形(例如振幅的变形、相位或这两者)表示为位置的函数。更多的细节可以例如在专利号为US7,857,704的美国专利中找到，该文献以引用方式整体并入本文。在空间域中的函数可以通过傅里叶变换而被变换成在空间频率域中的函数，反之亦然。在此，x和k都是矢量。还要注意，尽管在给定的示例中，上述等式由标量成像模型推导出，但是该公式形式也可以扩展到矢量成像模型，其中TE和TM或其他的偏振辐射分量被独立地求和。

可以被看成矩阵，其包括排除图案形成装置的光刻投影设备的光学性质。也注意到TCC矩阵是厄比特(Hermitian)矩阵，即

使用上述方程计算空间图像可以在仅仅使用的主特征值情况下可以被简化。特别地，当被对角化且最大的R个特征值被保留时，可以被近似成：

其中λ_r(r＝1，...，R)是R个最大特征值，Φ_r是对应于特征值λ_r的特征矢量。

在实际的光刻投影设备中，对于泽尼克系数z_n，可以被很好地近似为

和不依赖于z_n。因此，一旦和被计算，则作为z_n的函数是已知的。可以从名义条件z_n＝z_n0直接计算。系数和可以从z_n的一组已知的值拟合或可以被作为部分偏导数推导出，其细节可以在共同转让的、公开号为2009-0157360的美国专利申请中找到，该文献的公开内容以引用的方式全部并入本文。

一旦和被计算，则空间图像AI的计算可以使用相对于z_n的展开来进一步简化：

AI(Z_n)≈AI(z_n0)+a_I，n(Z_n-Z_n0)+b_I，n(Z_n-Z_n0)²

注意到，AI(z_n0)、a_I，n和b_I，n被称为伪空间图像，其可以由图案形成装置图案和和来分别计算。而且，注意到这些伪空间图像都不依赖于z_n。

对于具有光瞳图像L(k₁，k₂)和A(k₁，k₂)的光学装置，所得到的TCC是：

对于泽尼克系数z_n，光瞳图像被表达成：

L(k₁，k₂)＝L₀(k₁，k₂)exp(j(z_n-z_n0)P_n(k₁，k₂))

其中L₀(k₁，k₂)是对于z_n＝z_n0的名义光瞳图像，P_n(k₁，k₂)是对应于z_n的内核图像(或泽尼克多项式)。为了简化符号，在不失一般性的情况下，我们假定z_n0＝0，即L(k₁，k₂)＝L₀(k₁，k₂)exp(jz_nP_n(k₁，k₂))。本领域技术人员将理解所有的讨论对于非零的z_n0都是合理的。还假定名义条件被设定成使得所有的z_n0＝0，因此L₀(k₁，k₂)是没有像差的，除去其可以具有离焦量。因此，L₀(k₁，k₂)是旋转对称度，即对于任何两个频率对，(k₁’，k₂’)和(k₁”，k₂”)，L₀(k₁’，k₂’)＝L₀(k₁”，k₂”)，无论何时，k₁’²+k₂’²＝k₁”²+k₂”²。

TCC拟合过程可以被看成泰勒展开，其中

这意味着：

在公开号为2013-0014065的美国专利申请中(该文献以引用的方式整体并入本文)，描述了一种设计用于经由投影光刻系统成像的一组测试图案的方法，该组测试图案包括与投影光刻系统的预定的波前像差项相关联的光刻响应参数，所属预定的波前像差项以数学方式表示波前像差的特征，所述方法包括：a)生成数学级数展开式作为光刻响应参数的近似，该光刻响应参数作为预定的波前像差项的函数；b)从数学级数展开式中选择一组被选择的展开项；c)生成包括所述被选择的展开项的成本函数；和d)求解成本函数以在将未被选择的展开项的至少一部分限制为基本上为零的同时限定该组测试图案的参数。可以根据之前的用于生成对于预定的波前像差项的变化的预定响应的方法来设计经由投影光刻系统成像的一组测试图案，其中所述预定的响应基本上是线性的。

量测目标设计可以由各种参数表征，例如，目标系数(TC)，叠层灵敏度(SS)、重叠影响(OV)，等等。叠层灵敏度可以被理解为对于由于在目标(例如，光栅)层之间的衍射而随着重叠改变而使得信号强度改变多少的测量。目标系数可以被理解为对于因为由测量系统所收集的光子的变化而导致的对于特定测量时间而言的信噪比的测量。在实施例中，目标系数也可以被认为是叠层灵敏度与光子噪声的比率；即，信号(即，叠层灵敏度)可以除以光子噪声的测量值以确定目标系数。重叠影响测量作为目标设计的函数的重叠误差中的改变。

在给定的光学系统中，更具体地对于给定的光刻设备，当使用光刻设备曝光量测目标时和当使用光刻设备曝光产品(例如器件)图案时，由光刻设备的各种光学元件导致的光学像差可以对于光刻设备的成像狭缝上的不同的位置i而变化。已经发现，在光刻设备像差变化的正常范围中，特定的参数par的变化可以被考虑成在光刻设备的成像狭缝上的特定位置i处线性的依赖于泽尼克项z_n，所述特定的参数par表征量测目标。例如：

其中，可以被考虑成该参数对于特定的泽尼克项z_n的灵敏度。还已经发现，该参数对于特定的泽尼克项z_n的灵敏度基本上独立于狭缝位置和光刻设备。相应地，能够确定对于一个或更多个泽尼克项z_n的灵敏度并对于不同的狭缝位置和/或不同的光刻设备使用这些灵敏度(例如不同的像差值和/或不同的像差轮廓)。

在各种实施例中，可以测量或模拟所述一个或更多参数的灵敏度。例如，可以测量一个或更多过程变化。例如，在一实施例中，可以执行像差扰动(“蜿蜒曲路(meander)”)实验来确定灵敏度。作为示例，在衬底曝光期间，可以略微加热光刻设备中的投影系统，使得投影系统中的一个或更多个光学元件变形并因此导致光学像差。光刻设备可以具有控制机构来减小这种像差。但是，当该控制被关闭后，该像差被期望足够大以引起例如产品图案中以及量测目标中的可测量的重叠误差。像差量可以通过在光刻设备中的传感器测量或确定，并且感兴趣的参数(例如，重叠)也可以被测量或确定。因而，可以计算出参数(例如重叠)对像差的灵敏度。类似地，灵敏度可以通过使用光刻模型(例如，模块71-75中的一个或更多个)以及量测模型而加以模拟。例如，通过对于每个相关的泽尼克像差使用光刻模型可以执行模拟，其中该像差被改变一定量(例如，若干nm或一定的小百分比(例如1-5％))以获得轮廓并且所述轮廓被提供给量测模拟以给出适用参数的变化，例如，对于像差的改变而言的重叠，并且因而产生了灵敏度。

进而，通常，量测目标设计的目标是设计在被特定的光刻设备曝光时精确地模拟对于特定的产品(例如器件)设计的感兴趣的参数的变化的目标。换句话说，在一实施例中，对于使用特定的光刻设备进行曝光的特定的产品设计，优化的目标设计可以是将对于产品设计的感兴趣的参数Par_p的变化和对于量测目标设计的感兴趣的参数Par_t之间的差异最小化的目标设计。于是，在一实施例中，该差异对于光学像差可以使用该灵敏度利用等式(1)计算为：

在一实施例中，对于该产品设计的感兴趣的参数Par_p(例如重叠)可以通过使用光刻模型(例如模块71-75中的一个或更多个)、利用用于形成量测目标的光学系统来进行模拟来确定。该兴趣的参数可以针对于具体的狭缝位置来确定或对于整个狭缝(可视情况在例如用于等式(2)中的狭缝上平均)来确定。如果能够使用合适的传感器和/或实验构架来使用，则可以测量该感兴趣的参数。

图8示意性地示出一种用于设计量测目标的方法。该方法包括：在框P101处，确定量测目标的感兴趣的参数对于多种光学像差中的一种或更多种的灵敏度；在框P102处，确定对于使用光刻设备的光学系统来曝光的产品设计的感兴趣的参数；以及在框P103处，基于产品设计的参数和灵敏度确定对感兴趣的参数的影响。在一实施例中，基于灵敏度确定对感兴趣的参数的影响包括基于该灵敏度和光学系统的各个像差中的一种或更多种的乘积来确定影响。在一实施例中，所述各个像差中的一种或更多种的值可以在光刻设备的整个成像狭缝上的多个特定位置i。在一实施例中，感兴趣的参数对于特定的像差类型的灵敏度被考虑成在光刻设备中的光学像差变化的设计范围内是线性的。

于是，光学像差在光刻设备的曝光狭缝上的变化的影响可以使用该灵敏度和光学系统的其各个像差值的乘积在该狭缝上求和(例如使用等式(1)和/或(2))来确定。

在一实施例中，感兴趣的参数可以是重叠误差。在一实施例中，多种光学像差中的每一个由泽尼克多项式表示。

相应地，在一实施例中，多个不同的量测目标设计可以被评估以使用上述方法来确定对于量测目标设计的一个或更多个参数的影响以识别具有在对于目标设计的参数的影响和在产品(器件)设计的参数的影响之间的最小差异的量测目标设计。因此，有益地，在一实施例中，一个或更多个参数对于一个或更多个光学像差类型的灵敏度可以最初被模拟且可选地被仅仅模拟一次，例如，可以针对于多个量测目标设计中的每一个模拟一个或更多个参数对于一个或更多个光学像差类型的灵敏度。然后，可以相对于产品设计的参数评估每个量测设计的一个或更多个参数，以确定量测目标对于该产品设计的适应性。因此，不同的产品设计可以在不必重新确定灵敏度或不进行对于量测目标设计的新的模拟的情况下被评估。类似地，对于该狭缝中的任何不同点的不同的像差值可以被评估和/或像差类型的不同组合可以被评估，其中每一种像差值或每一种组合都在不必重新确定灵敏度或不进行对于量测目标设计的新的模拟的情况下被评估。于是，例如，光刻和量测的模拟可能不需要对于狭缝像差轮廓中的每一点重复进行，类似地，光刻和量测模拟可能不需要在像差轮廓被改变时(例如对于不同的光刻设备)被重复。该灵敏度的线性关系允许新的像差轮廓和/或像差值的相对简单的规范，以确定像差变化对于量测目标设计的参数的影响。

多个量测目标设计可以根据对于所述一个或更多个参数的影响值来进行分级或排队。这种分级或排队可以允许使用光刻模型来选择可能不是被分级为最佳的设计但更适合于使用者的制造过程的特定设计。在一实施例中，在该参数为重叠的情况下，合适的量测目标设计可以是对重叠具有小于或等于10nm的影响的量测目标设计，例如具有小于或等于7nm的影响、小于或等于5nm的影响或者小于或等于3nm的影响。

图9示意性地示出设计量测目标的另一种方法。该方法包括，在框P201处，确定量测目标设计的重叠误差对于多个像差类型中的一个或更多个的灵敏度。在一实施例中，所述多种光学像差中的每一个由泽尼克多项式来表示。在框202处，该方法还包括基于光刻设备的用于曝光该量测目标的光学系统的相应的像差值与该灵敏度的乘积确定量测目标设计的重叠误差影响。在一实施例中，确定量测目标设计的重叠误差影响的步骤是基于多个像差类型的灵敏度与光刻设备的用于曝光该量测目标的光学系统的相应的像差值的乘积的总和。

在一实施例中，该量测目标设计的重叠误差的灵敏度被考虑成在光学像差变化的设计范围内是线性的。

随后，对于在光学像差在光刻设备的曝光狭缝上的变化的重叠误差的影响可以使用灵敏度和光学系统的多种像差的其相应的像差的乘积的总和来确定，例如使用以下等式来确定：

其中，ov_p(i)是产品设计在曝光狭缝位置i处的重叠误差，而ov_t(i)是量测目标设计在曝光狭缝位置i处的重叠误差。Δov的尽可能小的值表示最小的重叠影响。在一实施例中，合适的量测目标设计可以是Δov的值小于或等于10nm的量测目标设计，例如Δov的值小于或等于7nm、小于或等于5nm或者小于或等于3nm的量测目标设计。

在一实施例中，可能不确定特定的曝光狭缝位置i的ov_p(i)。相反，ov_p(i)可以是在曝光狭缝上的平均值(并因此对于在曝光狭缝上的总值在等式(3)中在该狭缝上被求和)。

在一实施例中，Δov是量测目标设计的示例性的性能指示器。其它的性能指示器可以被公式化。例如，可以通过省略ov_p(i)来从等式(3)来对性能指示器进行公式化。

相应地，在一实施例中，多个不同的量测目标设计可以被评估以使用所述方法来确定对于量测目标设计的重叠误差的影响，以识别具有在目标设计的重叠误差的影响和对于产品(器件)设计的重叠误差的影响之间的最小差异的量测目标设计。

多个量测目标设计可以根据对于所述一个或更多个参数的影响值来进行分级或排队。这种分级或排队可以允许使用光刻模型来选择可能不是被分级或排队为最佳的设计但更适合于使用者的制造过程的特定设计。在一实施例中，在该参数为重叠的情况下，合适的量测目标设计可以是对重叠具有小于或等于10nm的影响的量测目标设计，例如具有小于或等于7nm的影响、小于或等于5nm的影响或者小于或等于3nm的影响的量测目标设计。

在一实施例中，灵敏度中的一个或更多个可以具有与其他的灵敏度不同的权重。例如，对于特定的泽尼克系数的灵敏度可以具有比另一特定的泽尼克系数的灵敏度更大的权重。在一实施例中，某些泽尼克系数的灵敏度可以不被确定或评估。例如，球面泽尼克系数可能不具有任何重叠影响，并因此其确定或评估可能不是必须的。而且，依赖于特定的量测目标设计，在特定方向(例如X或Y方向)中的泽尼克系数对称可以不被确定或评估，因为其可以在该特定方向上对于特定的量测目标设计不具有重叠影响。

即使在本申请的公开内容中，泽尼克项被用作展示该量测的主要示例，但是该方法可以被推广至其它的像差表示或甚至其它的光刻参数，例如可能对非线性CD响应有贡献的光瞳拟合参数。

总之，可以提供一种用于促使特定的产品设计的有效的量测目标的更快的确定的技术。期望使对于像差的目标灵敏度将产品灵敏度/行为与像差匹配。如果它们匹配，则目标对于产品是更好的预测器。问题是要对于众多的目标设计将冗长复杂的光刻和量测模拟运行多次(并然后在像差被改变(例如不同工具)时完全再执行一遍)。已经公开，在设计该目标中，量测目标参数(例如目标重叠)对于每个泽尼克系数(对于一个或更多个泽尼克系数z_n)的灵敏度在光刻设备的像差变化的范围内通常是线性的。于是，可能对于目标仅仅模拟一次以确定对于每个泽尼克系数的参数灵敏度。该目标的参数(例如重叠)影响然后可以被计算成泽尼克系数的灵敏度与特定的泽尼克量(例如，在特定工具的狭缝中的多个位置中的每个位置处的泽尼克量)的乘积的总和。这可以与产品(例如在该狭缝中的同样的多个位置中的每一位置处)的参数(例如重叠)组合以产生对于该目标的性能指示器。该过程可以对于多个目标设计进行重复，然后具有最佳性能指示器值的目标设计是最佳匹配(对该准则而言)。

在一实施例中，量测目标设计可以被评估以便确定是否该量测目标设计具有与产品设计对于光学像差参数的类似的灵敏度，以使得更好的预测可以在测量该目标时由该产品设计制成。

于是，如前所述，表征产品设计和量测目标设计的参数对于光学像差参数的响应度或灵敏度(即，参数值的变化对于光学像差参数的值的变化的测量)可以被测量或模拟。在一实施例中，该灵敏度可以对每种类型的像差被测量或模拟。

多个量测目标设计然后可以被评估以找到在灵敏度方面与产品设计相匹配的量测目标设计。这种匹配可以是针对特定的像差或针对于一组像差。

于是，可以提供对量测目标设计的收集，该量测目标设计具有相对于一种或更多种像差的灵敏度，且从该对量测目标设计的收集来选择期望的量测目标设计。借助于产品设计对于所确定(例如通过模拟)的一组具体的像差的灵敏度，随后来自所述收集的的量测目标设计可以被识别这与该产品设计的灵敏度匹配(例如对于单一像差或多个像差)。

尽管上述目标结构是为测量目的而具体指定和形成的量测目标，但是在其他实施例中，可以在作为形成在衬底上的器件的功能部分的目标上对性质进行测量。许多器件具有规则的类似光栅的结构。在此所使用的术语“目标”、“目标光栅”和“目标结构”不需要该结构已经为正在进行的测量所具体提供。

尽管已描述了呈光栅形式的重叠目标，但是在实施例中，可以使用其它目标类型诸如基于套盒(box-in-box)图像的重叠目标。

尽管已经主要描述了用以确定重叠的量测目标，但是替代地或补充地，可以使用量测目标来确定一个或更多的其它特征诸如焦距、剂量等。

可以使用诸如基于像素的数据结构或基于多边形的数据结构这样的数据结构来限定根据实施例的量测目标。基于多边形的数据结构可以例如使用在芯片制造行业中相当常见的GDSII数据格式来加以描述。另外，在不背离实施例的范围的情况下，可以使用任何合适的数据结构或数据格式。量测目标可以被储存于数据库中，用户可以从该数据库选择所需的量测目标用于特定半导体加工步骤中。这样的数据库可以包括根据多个实施例而选择或设计的单个量测目标或多个量测目标。数据库也可以包括多个量测目标，其中数据库包括对于多个量测目标中每个量测目标的额外信息。这种额外信息可包括例如与用于特定光刻过程步骤的量测目标的适合性或品质相关的信息并且甚至可包括单个量测目标对于不同光刻过程步骤的品质和/或适合性。量测目标的适合性和/或品质可以分别表达为适合性值和/或品质值，或可在从将要用于特定光刻过程步骤的数据库中选择一种量测目标的选择过程或设计过程期间使用的任何其它值。

在一实施例中，计算机可读介质可包括使用从远程计算机或从远程系统至计算机可读介质的连接来用于启动至少某些方法步骤的指令。这些连接可以例如在安全网络上或经由在万维网(互联网)上的(安全)连接而生成。在此实施例中，用户可例如从远程位置登录以使用计算机可读介质用于确定所述量测目标设计的适合性和/或品质，或用于设计合适的量测目标设计。所提出的量测目标设计的一个或多个参数可以由远程机计算机提供(或由使用远程计算机的操作者提供以向所述系统提供量测目标设计来用于确定量测目标设计的适合性或用于确定量测目标设计对于该参数的影响)。因此，与在模拟过程或确定过程期间所使用的模型相比，所提出的量测目标设计可以例如使用模型来模拟和可以被不同实体或公司拥有。随后，例如，用以评估目标品质的所得到的所确定的影响可被往回提供给远程计算机，例如而不留下超出量测目标设计的所提出的参数或所用的模拟参数的任何残余细节。在这样的实施例中，客户可能需要用以运行对于独立地提出的量测目标设计或评估的选项，而不拥有软件或不具有软件的处于其远程位置的副本。这样的选项可以由例如用户协议而获得。这种用户协议的益处可以是，用于模拟中的模型可以总是最新的和/或最详细的可用模型，而不需要在本地升级任何软件。此外，通过分离所述模型模拟和量测目标设计或量测目标提案的所提出的参数，所设计的标记或不同层的细节用于处理不被两个公司分享的需求。

与在衬底和图案形成装置上实现的目标的物理光栅结构相关联，一实施例可以包括计算机程序，该计算机程序包含一个或更多个机器可读指令序列，所述机器可读指令序列用于描述设计出目标、在衬底上产生目标、测量在衬底上的目标和/或分析测量结果以获得关于光刻过程的信息的方法。该计算机程序可以例如在图3和图4的设备中的单元PU中和/或在图2的控制单元LACU中被执行。也可以提供数据存储介质(例如半导体存储器、磁盘或光盘)，该数据存储介质具有存储于其中的所述计算机程序。在已有的设备(例如如图1-4所示类型的量测设备)已经处于生产中和/或使用中的情况下，一个实施例可以通过提供用于使设备的处理器执行本文所描述方法的经更新的计算机程序产品来实现。

本发明的实施例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，或具有存储其中的所述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。此外，计算机可读指令可以实现于两个或更多的计算机程序中。所述两个或更多的计算机程序可以储存于一个或更多的不同存储器和/或数据存储介质上。

当一个或更多的计算机程序由位于光刻设备的至少一个部件内的一个或更多的计算机处理器读取时，本文中所描述的任何控制器可以是各自或组合地可操作的。控制器可以各自或组合地具有用于接收、处理和发送信号的任何合适配置。一个或更多的处理器被配置成用以与控制器中至少一个控制器通信。例如，每个控制器可包括用于执行包括用于上述方法的计算机可读指令的计算机程序的一个或更多的处理器。控制器可以包括用于存储这样的计算机程序的数据存储介质，和/或用以接收这样的介质的硬件。因此，控制器可以根据一个或更多的计算机程序的机器可读指令而操作。

本发明还可使用下列方面加以描述：

1.一种量测目标设计的方法，所述方法包括：

确定量测目标设计的参数对于光学像差的灵敏度；和

基于使用光刻设备的光学系统来曝光的产品设计的所述参数以及所述灵敏度与光学系统的相应的像差的乘积来确定对于所述量测目标设计的所述参数的影响。

2.根据方面1所述的方法，包括确定量测目标设计的参数对于多个光学像差中的每个光学像差的灵敏度和基于产品设计的所述参数以及所述灵敏度与光学系统的相应的像差的乘积来确定对于所述量测目标设计的所述参数的影响。

3.根据方面1或方面2所述的方法，还包括确定使用光刻设备的光学系统进行曝光的产品设计的参数。

4.根据方面3所述的方法，还包括通过模拟使用光学系统进行曝光的产品设计来确定所述产品设计的参数。

5.根据方面1至4中任一项所述的方法，其中通过使用光刻模型进行模拟来执行确定灵敏度的步骤。

6.根据方面1至5中任一项所述的方法，其中所述参数包括重叠误差。

7.根据方面1至6中任一项所述的方法，其中光学像差包括泽尼克多项式。

8.根据方面1至7中任一项所述的方法，其中确定所述影响的步骤包括针对于光刻设备的曝光狭缝的多个位置来对所述灵敏度与其对应的光学系统的像差的乘积求和。

9.根据方面1至8中任一项所述的方法，其中所述灵敏度被考虑成在光学系统像差变化的设计范围内是线性的。

10.根据方面1至9中任一项所述的方法，包括对于多个不同的量测目标设计来执行所述确定，以识别具有在量测目标设计的参数和产品设计的参数之间的最小差异的量测目标设计。

11.一种量测目标设计的方法，所述方法包括：

确定量测目标设计的重叠误差对于多个像差中的相应的像差的灵敏度；和

基于所述灵敏度与用于曝光该量测目标的光刻设备的光学系统的相应的像差的乘积的总和来确定量测目标设计的重叠误差影响。

12.根据方面11所述的方法，其中所述像差分别包括泽尼克多项式。

13.根据方面11或方面12所述的方法，其中，所述灵敏度被考虑成在光学系统像差变化的设计范围内是线性的。

14.根据方面11至13中任一项所述的方法，其中通过使用光刻模型进行模拟来实现确定所述灵敏度。

15.根据方面11至14中任一项所述的方法，还包括对使用光学系统进行曝光的产品设计的重叠误差进行模拟。

16.根据方面11至15中任一项所述的方法，其中确定所述影响的步骤包括针对于光刻设备的曝光狭缝的多个位置来对所述灵敏度与光学系统的相应的像差的乘积求和。

17.一种计算机可读介质，包括能够由计算机执行以实现根据方面1至16中任一项所述的方法的指令。

18.根据方面7所述的计算机可读介质，其中能够由计算机执行的指令还包括使用从远程计算机至计算机可读介质的连接来启动所述方法步骤中至少一个方法步骤的指令。

19.根据方面18所述的计算机可读介质，其中与远程计算机的连接是安全连接。

20.根据方面18和19中任一项所述的计算机可读介质，其中量测目标设计的参数由远程计算机提供。

21.根据方面20所述的计算机可读介质，其中所述方法还配置成用于提供对返回至远程计算机的量测设计的影响。

22.一种用以在衬底上使用量测目标设计的系统，所述系统包括：

处理单元，配置和布置成用以：

确定量测目标设计的参数对于光学像差的灵敏度；和

23.根据方面22所述的系统，其中所述系统包括至用于与远程系统通信的网络的连接。

24.根据方面23所述的系统，其中所述远程系统被配置成用于将量测目标设计的参数提供至所述系统。

25.根据方面23或24所述的系统，其中所述系统被配置成用于使用与远程系统的连接来将对于量测目标设计的参数的影响发送回所述远程系统。

26.一种配置成使用量测测量系统来测量的量测目标，所述量测目标使用根据上述方面1至16中任一项所述的方法或根据上述方面17至21中任一项所述的计算机可读介质来设计或选择。

27.根据方面26所述的量测目标，其中所述量测测量系统包括基于衍射的测量系统。

28.一种使用量测目标的量测测量系统，所述量测目标通过根据方面1至16中任一项所述的方法或根据方面17至21中任一项所述的计算机可读介质来设计或选择。

29.一种配置成用于测量量测目标的量测测量系统，所述量测目标通过根据方面1至16中任一项所述的方法或根据方面17至21中任一项所述的计算机可读介质来设计或选择。

30.一种包括量测目标的衬底，所述量测目标通过根据方面1至16中任一项所述的方法或根据方面17至21中任一项所述的计算机可读介质来设计或选择。

31.根据方面30所述的衬底，其中所述衬底是包括集成电路的至少一些层的晶片。

32.一种配置成用于对量测目标进行成像的光刻成像设备，所述量测目标通过根据方面1至16中任一项所述的方法或根据方面17至21中任一项所述的计算机可读介质来设计或选择。

33.一种配置成用于对根据方面26和27中任一项所述的量测目标进行成像的光刻成像设备。

34.一种表示量测目标的数据结构，所述量测目标通过根据方面1至16中任一项所述的方法或根据方面17至21中任一项所述的计算机可读介质来设计或选择。

35.一种表示根据方面25和26中任一项所述的量测目标的数据结构。

36.一种包括量测目标设计的数据库，所述量测目标设计通过根据方面1至16中任一项所述的方法或根据方面17至21中任一项所述的计算机可读介质来设计或选择。

37.根据方面36所述的数据库，其中所述数据库包括多个量测目标，每个量测目标通过根据方面1至16中任一项所述的方法或根据方面17至21中任一项所述的计算机可读介质来设计或选择。

38.一种包括根据方面34和35中任一项所述的数据结构的数据库。

39.根据方面38所述的数据库，其中所述数据库包括多个数据结构，每个数据结构表示通过根据方面1至16中任一项所述的方法或根据方面17至21中任一项所述的计算机可读介质来设计或选择的量测目标。

40.根据方面36至39中任一项所述的数据库，其中所述数据库包括与量测目标设计相关联的适合性值，所述适合性值指示用于光刻过程步骤的量测目标设计的适合性。

41.一种数据载体，包括根据方面34和35中任一项所述的数据结构和/或包括根据方面36至40中任一项所述的数据库。

42.根据方面26和27所述的量测目标的用途，其中量测目标用于确定所述衬底上一个层相对于另一层的定位，和/或用于确定所述衬底上的层相对于光刻成像设备的投影光学装置的对准，和/或用于确定结构在所述衬底上的临界尺寸。

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，但是应该注意到，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形貌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。

另外，虽然在本文中已经做出了具体参考，在制造IC(集成电路)中使用光刻设备，但是应该理解到这里所述的光刻设备可以有其他的应用，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(LCD)、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。

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。

本说明书是为了说明而不是限制。因此，本领域技术人员应该认识到，在不背离权利要求的精神和范围的情况下可以对本发明做出修改。例如，一个或更多的实施例的一个或更多方面可酌情与一个或更多的其它实施例的一个或更多方面相组合、或替代一个或更多其它实施例的一个或更多方面。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到上述的示例性实施例中的任一个的限制，而应该仅根据随附的权利要求及其等价物限定。

Claims

1.一种量测目标设计的方法，所述方法包括：

确定量测目标设计的参数对于光学像差的灵敏度；和

2.根据权利要求1所述的方法，包括确定量测目标设计的参数对于多个光学像差中的每个光学像差的灵敏度和基于产品设计的所述参数以及所述灵敏度与光学系统的相应的像差的乘积来确定对于所述量测目标设计的所述参数的影响。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括确定使用光刻设备的光学系统进行曝光的产品设计的参数。

4.根据权利要求3所述的方法，还包括通过对使用光学系统进行曝光的产品设计进行模拟来确定所述产品设计的参数。

5.根据权利要求1所述的方法，其中通过使用光刻模型进行模拟来执行确定灵敏度。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述参数包括重叠误差。

7.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述影响包括针对于光刻设备的曝光狭缝的多个位置来对所述灵敏度与光学系统的其对应的像差的乘积求和。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述灵敏度被考虑成在光学系统像差变化的设计范围内是线性的。

9.根据权利要求1所述的方法，包括对于多个不同的量测目标设计来执行所述确定步骤，以识别具有在量测目标设计的参数和产品设计的参数之间的最小差异的量测目标设计。

10.一种量测目标设计的方法，所述方法包括：

基于使用光刻设备的光学系统来曝光的产品设计的重叠误差并且基于所述灵敏度与用于曝光该量测目标的光刻设备的光学系统的相应的像差的乘积的总和来确定量测目标设计的重叠误差影响。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述灵敏度被考虑成在光学系统像差变化的设计范围内是线性的。

12.根据权利要求10所述的方法，其中通过使用光刻模型进行模拟来执行确定灵敏度。

13.根据权利要求10所述的方法，还包括对使用光学系统进行曝光的产品设计的重叠误差进行模拟。

14.根据权利要求10所述的方法，其中确定所述影响包括针对于光刻设备的曝光狭缝的多个位置来对所述灵敏度与光学系统的相应的像差的乘积求和。