CN106062634B - 测量涉及光刻术的制造过程的过程参数 - Google Patents

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Abstract

公开了一种测量用于涉及光刻术的制造过程的过程参数的方法。在所公开的布置中，所述方法包括在衬底上的区域中进行对于重叠误差的第一测量和第二测量、以及基于对于重叠误差的第一测量和第二测量获得过程参数的量度。对于重叠误差的第一测量被设计成对所述过程参数的扰动的灵敏度比对于重叠误差的第二测量对所述过程参数的扰动的灵敏度高出一已知的量。

Description

测量涉及光刻术的制造过程的过程参数
相关申请的交叉引用
本申请主张于2014年2月21日提交的美国临时申请61/943,160的权益，其通过援引而全文合并到本文中。
技术领域
本发明涉及用来测量涉及光刻术的制造过程的过程参数(尤其是特征不对称度，如侧壁角不平衡度或沟道的底面的倾斜度)的方法和设备。
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。所述图案的转移通常是通过将图案成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(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，期望频繁地对所创造的结构进行测量，例如用于过程控制和验证。结构的一个或更多参数通常被测量或确定，例如在形成于衬底之中或之上的连续层之间的重叠误差。存在着用于对形成于光刻过程中的微观结构进行测量的各种技术。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。这样的工具的一个示例是已经被研发用于光刻领域的散射仪。这种装置将辐射束引导到衬底的表面上的目标上并测量改变方向后的辐射的一种或更多种属性(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)以获得一组数据，根据该组数据，可以确定目标的感兴趣的属性。感兴趣的属性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
尽管重叠误差可以被相对快速和有效地测量，但是某些过程参数，如侧壁角不对称度等的测量可能是非常耗时的和/或涉及对于被检验的衬底的损坏。
希望例如允许这些过程参数的测量能够更有效地进行。
在一实施例中，提供一种测量用于涉及光刻术的制造过程的过程参数的方法，所述方法包括：在衬底上的区域中进行对于重叠误差的第一测量和第二测量；以及基于对于重叠误差的第一测量和第二测量获得过程参数的量度。对于重叠误差的第一测量被设计成对所述过程参数的扰动的灵敏度比对于重叠误差的第二测量对所述过程参数的扰动的灵敏度高出一已知的量。
在另一实施例中，提供一种用于测量涉及光刻术的制造过程的过程参数的检验设备。所述检验设备包括：光学系统，所述光学系统布置成将辐射引导至衬底上。检测器布置成检测在辐射和衬底之间相互作用之后的辐射。重叠误差处理模块布置成通过分析来自检测器的输出来获得重叠误差的测量。过程参数获得模块布置成通过使光学系统、检测器和重叠误差处理模块来进行以下操作而获得过程参数的量度：在衬底上的区域中进行对于重叠误差的第一测量和第二测量；以及基于对于重叠误差的第一测量和第二测量获得过程参数的量度。对于重叠误差的第一测量被设计成对所述过程参数的扰动的灵敏度比对于重叠误差的第二测量对所述过程参数的扰动的灵敏度高出一已知的量。
本发明的进一步的特征和优点以及本发明的各种实施例的结构和操作将在下文中参照附图进行详细描述。应当注意，本发明不限于本文所述的具体实施例。这种实施例在本文中仅仅以示例的目的给出。另外的实施例将是相关领域的技术人员根据本文中所包含的教导能够理解的。
附图说明
包含在本文中并形成说明书的一部分的附图与文字描述一起示出了本发明，还用于解释本发明的原理以使相关领域的技术人员能够实现和使用本发明。
在此仅仅以示例的方式参照附图对实施例进行描述，在附图中：
图1示意性地示出一种光刻设备的实施例；
图2示意性地示出一种光刻单元或簇(cluster)的实施例；
图3示意性地示出一种散射仪的实施例；
图4示意性地示出一种散射仪的另一实施例；
图5示意性地示出一种形式的多光栅目标和在衬底上的测量光斑的轮廓；
图6A和6B示意性地描绘了重叠目标的一个周期的模型结构，示出了源自例如两种类型的过程所致不对称度的目标从理想状况的改变的实例；
图7是示出光刻模拟模型的功能模块的示例性框图；
图8示出测量过程参数的示例性方法的框架；
图9示出用于图8的方法中的示例性的第一和第二目标结构；以及
图10示出用于测量过程参数的示例性设备。
本发明的特征和优势将根据下面阐述的具体说明并结合附图而更容易理解，在附图中，自始至终，同样的参考符号表示对应的元件。在附图中，同样的附图标记大体上表示相同的、功能相似和/或结构相似的元件。元件第一次出现所在的附图由相应的附图标记的最左面的数字表示。
具体实施方式
本说明书公开了包含本发明的特征的一个或更多个实施例。所公开的实施例仅仅示例性地说明本发明。本发明的范围不限于所公开的实施例。本发明由所附的权利要求来限定。
所述实施例以及在本说明书中提及的“一个实施例”、“一实施例”、“示例实施例”等表示所述实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括该特定的特征、结构或特性。另外，这些措辞不必涉及同一实施例。而且，当特定的特征、结构或特性结合实施例进行描述时，应当理解，不论是否明确地描述，结合其他实施例来实现这种特征、结构或特性都在本领域技术人员的知识范围内。
本发明的实施例可以被实现为硬件、固件、软件或其任意组合。本发明的实施例也可以被实现为存储在机器可读介质上的指令，其可以由一个或更多个处理器来读取和执行。机器可读介质可以包括用于存储或传送呈机器(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；光存储介质；闪存装置；电、光、声或其他形式的传播信号及其他。而且，固件、软件、例程、指令可以在此被描述为执行特定的动作。然而，应当理解，这种描述仅仅是为了方便起见，这种动作实际上由计算装置、处理器、控制器或用于执行固件、软件、例程、指令等的其他装置所导致。
然而，在更详细地描述这些实施例之前，提供本发明的实施例可以实施的示例环境是有意义的。
图1示意地示出了光刻设备LAP，所述光刻设备包括根据本发明的实施例的源收集器模块SO。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(例如掩模或掩模版)MA，并与配置用于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(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于精确地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。
所述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例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)。这里使用的任何术语“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。这里使用的任何术语“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)或更多台(例如，两个或更多衬底台、两个或更多图案形成装置支撑结构、或衬底台和量测台)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(例如水)覆盖，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中的其他空间，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(这些公知为划线对齐标记)之间的空间中。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过程条件。检测对准标记的对准系统将在下文中进一步描述。
所描述的设备可以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件(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性来确定。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件(例如，掩模台)MT保持为基本静止，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所述台可以被进行交换。例如，当一个台上的一个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。如果当台处于测量站以及处于曝光站时，位置传感器IF不能测量所述台的位置，则可以设置第二位置传感器来使得所述台的位置能够在两个站处被追踪。作为另一实例，当在一个台上的衬底在曝光站处被曝光的同时，另一没有衬底的台在测量站(其中，可选地可能发生测量活动)处等候。这个另外的台具有一个或更多测量装置并且可以可选地具有其它工具(例如，清洁设备)。当衬底已经完成曝光时，没有衬底的台移动至曝光站以执行例如测量，并且具有衬底的台移动至其中所述衬底被卸载并且另一衬底被加载的位置(例如，测量站)。这些多台式布置能实现设备的生产率的实质性增加。
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簇)的一部分，光刻单元LC还包括用以在衬底上执行一个或更多曝光前和曝光后处理的设备。通常情况下，这些设备包括用以沉积抗蚀剂层的一个或更多旋涂器SC、用以对曝光后的抗蚀剂显影的一个或更多显影器DE、一个或更多激冷板CH和一个或更多烘烤板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，然后将它在不同的处理装置之间移动，然后将它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，需要检验曝光后的衬底以测量一个或更多属性。这些属性可以包括连续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。另外，如下文所述，该检验可以用于得出诸如侧壁角不平衡度等过程参数。如果检测到误差，可以对一个或更多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另一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剔除并被重新加工(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，可以仅对是完好的那些目标部分进行进一步曝光。另一种可能性是采用一种随后过程步骤的设置来补偿误差，例如，修整刻蚀步骤的时间可以被调节以对源自光刻过程步骤的衬底-衬底CD变动进行补偿。
检验设备被用于确定衬底的一个或更多的属性，且尤其，用于确定不同的衬底或同一衬底的不同层的一个或更多属性如何从层到层和/或跨越整个衬底变化。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个或更多属性。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未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，用于过程控制目的。
图3示出散射仪SM1的实施例。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，强度的测量值是波长的函数)。通过这个数据，产生所检测的光谱的结构或轮廓可以通过处理单元PU重构，例如，通过严格耦合波分析和非线性回归或者与如图3底部所示的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，仅留有结构的少数几个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的另一实施例在图4中所示。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)(理想地至少0.9或至少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。所述检测器理想地为二维检测器，以使得可以测量衬底目标的两维角散射光谱(即，强度的测量值是散射角的函数)。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，且可以具有例如每帧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或补充一个或更多干涉滤光片。
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，或者所述强度集中在一个波长范围上。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。
能够采用给出大集光率的宽带辐射源2(即具有宽的辐射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。在宽带中的多个波长理想地各个具有δλ的带宽和至少2δλ(即波长带宽的两倍)的间距。已经被用例如光纤束分割的扩展辐射源的多个不同部分可以被考虑成独立的源。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，其增加量测过程的鲁棒性(robustness)。这在以引用方式整体并入本文的美国专利申请公开号US2006-0066855中进行了更详细的描述。
通过在束已经被目标所重新引导之前和之后对比所述束的一个或更多属性，可以确定所述衬底的一个或更多属性。这可以例如通过将重新引导的束与使用衬底的模型而计算出的理论上的重新引导的束进行对比、以及通过对给出在所测量的和所计算的重新引导的束之间的最佳拟合的模型进行搜索来实现。通常情况下，使用了参数化的通用模型，并且所述模型的参数例如图案的宽度、高度和侧壁角度发生变化直至获得最佳的匹配。
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(或在椭偏仪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参数，通常在由衬底模型所产生的理论光谱与作为波长(显微式散射仪)或角度(角度分辨散射仪)的函数的重新引导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比较。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比较。这些步骤重复进行，目的在于找到给出最佳匹配光谱的所述一组参数。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所述一组参数的模型被认为是对所测量的衬底的最佳描述。
第二方法是制造光谱库，每个光谱对应于特定组的模型参数。通常情况下，成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，具有与给出最佳匹配的光谱对应的所述一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一组参数。
在任何方法中，应使用在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个数据点或更多之间。使用迭代方法，对于每个参数值的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分布(profile)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，在精确度与建立所述库所需时间之间存在类似折衷。
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中。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焦距、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。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进行。
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一个实施例中。例如，可以使用诸如在以引用方式整体并入本文的美国专利申请公开号2013-0308142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，以便便于在复合光栅的不同部分形成所在的层之间的重叠测量。光栅32，33，34，35也可以在它们的取向上不同，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，所述重叠分量布置成使得如果它们都恰好被印刷在它们的名义位置上，则所述重叠分量之一将相对于另一重叠分量偏置距离d。光栅34具有其分量，所述分量布置成使得如果被完好地印刷则将是d的偏置，但是该偏置的方向与第一光栅的方向相反，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一起使用的重叠目标、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公司购得。
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先进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加先进，经常需要使用分辨率增强技术，诸如相移图案形成装置，以及光学邻近校正，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经受测试和/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-采集-移动时间的组合，因为缓慢的采集有损于对于生产线而言的总生产率。现代的基于微衍射的重叠目标(μDBO)可以在一侧为10μm的量级，这提供了与诸如那些用于监控衬底情况下40×160μm2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可检测性变化的目标。同样，将要用来生产待成像的微电子器件的特定机器的指纹(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生产。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指纹影响。
图6A和6Bb示意性地示出了重叠目标的一个周期的模型结构，示出了源自例如两种类型的过程所致不对称度的目标改变的实例。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面702的倾斜。此底面倾斜FT可以被表示为结构参数，例如，跨越整个底面702上的高度降低的量度，单位为nm。BARC(底部抗反射涂层)层704支撑顶部光栅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度，即，底面倾斜，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度，其能够导致在所测量的重叠偏移中的误差。这可以被称为侧壁角(SWA)不平衡度，是侧壁角不对称度的一种示例。与图6A中共同的特征被标记为相同。此处，底部光栅的一个侧壁708具有相对于其它侧壁710的不同坡度。这种不平衡度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。不对称度参数底面倾斜和SWA不平衡度两者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。
能够模拟各种量测目标设计以便确定它们的特性。
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限定所述图案形成装置的图案如何基于所述目标设计而布局为呈多边形；图案形成装置模型模块73，所述图案形成装置模型模块73建模了待运用于模拟过程期间的像素显示的并且连续色调的图案形成装置的物理属性；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中提供一个或更多所述模拟模块的结果，例如，所预测的轮廓和CD。
在光学模型模块74中捕捉照射和投影光学器件的属性，光学模型模块74包括但不限于NA-西格玛(σ)设定以及任何特定的照射源形状，其中σ(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，传播和偏振效应一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或作用，以便预测例如在衬底上所形成的抗蚀剂特征的轮廓。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(该文献以引用方式整体并入本文)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设置和临界尺寸(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联系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”，其由扩散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期望对应于独特的物理或化学效应。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限。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，各种过程参数的变化对于可以如实地反映器件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(由蚀刻或显影过程而确定)，(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，底面倾斜度，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侵蚀中的变化，等等。
量测目标设计可以由各种参数表征，例如，目标系数(TC)，重叠灵敏度(SS)，重叠影响(OV)，等等。重叠灵敏度可以被理解为由于在目标(例如，光栅)层之间的衍射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以确定目标系数。重叠影响测量了作为目标设计的函数的重叠误差中的改变。
已发现过程扰动的影响与扰动量显著地成线性关系，特别是对于例如蚀刻侧壁角，跨越衬底上的共同变化。这一发现允许对于每个波动参数进行一次模拟，并且可以针对参数计算出灵敏度。当变化量不同或存在着多次变化时，对于量测目标的影响可以仅是线性地成比例的或总和。在变化足够大以进入非线性域的情况下，则可能的是，线性灵敏度可以保持为对于非线性性能的良好指示，并且足以在过程鲁棒性方面对目标评级。因而，在实施例中，可以实现减少的模拟和对于合适目标的更快评估。例如，每个扰动参数可以执行一次模拟，并且可以线性地添加其它扰动量和组合。
已发现，量测目标参数par的变化可以被认为是线性地依赖于一个或更多过程参数ppar的变化，并且可以表示为用于一个或更多不同过程参数ppar，如：
其中项是量测目标参数par对特定过程参数ppar的灵敏度。此外，已发现，用于创建量测目标的量测目标参数par对过程参数ppar的灵敏度大致独立于在过程扰动的范围内的其它过程参数。相应地，可能独立地确定对于每个过程参数的灵敏度项并且使用那些对于不同过程参数值的灵敏度和/或不同过程参数分布(例如，过程参数的不同组合)。在实施例中，量测目标参数对特定过程参数的灵敏度被认为在制造过程中的过程变化的设计范围内是线性的。因而，使用例如公式(1)，对于多个过程参数而言使用灵敏度及其相应过程参数变化的乘积之和，可以确定多个过程参数的变化对于量测目标参数的影响。
在实施例中，量测目标参数可以是叠层灵敏度、目标系数、重叠误差，等等。在实施例中，过程参数可以是表征曝光后和/或在使用之前用于量测的目标的任何参数。在实施例中，过程参数可以是表征量测目标的物理构成和/或用于量测的量测目标的使用的参数。在实施例中，过程参数可以是选自下列中的任一个：量测目标的侧壁角，量测目标的材料厚度，材料相对介电常数，材料折射率，量测辐射波长，蚀刻参数(例如，蚀刻深度，蚀刻类型，等等)，底面倾斜，消光系数，涂层不对称度，化学-机械抛光侵蚀，等等。
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，诸如散射测量和/或椭圆偏光法这样的技术可以测量薄膜的折射率，相对介电常数，厚度，等等。原子力显微镜和/或横截面扫描电子显微镜可以检查和测量结构的轮廓，例如，侧壁角，沟道宽度，沟道深度，等等。因此，可以设计实验，其中实质上仅一个过程参数主要地改变并且被测量，并且也可通过量测工具(例如，散射仪)来测量具有或不具有变化的一个或更多量测目标参数。随后可以通过得到所观察到的量测目标参数改变除以过程参数改变的比率，来计算出灵敏度。因为改变的大小与测量不确定性是可比的或相当的，所以可能需要大量的测量来建立在所测量的和所模拟的灵敏度之间的统计相关性。例如，在实施例中，可以执行过程参数扰动实验(过程参数扰动实验的一个子集有时被称为曲折路径(meander)实验)来确定灵敏度。作为示例，在衬底加工期间，可以略微改变过程，导致在过程参数中的变化。这可能导致例如在产品图案中以及在量测目标中的可测量的重叠误差。过程参数可以利用传感器来测量或确定，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)对过程参数的灵敏度。类似地，灵敏度可以通过使用光刻模型(例如，一个或更多的模块71-75)以及量测模型而加以模拟。例如，通过对于相关过程参数使用光刻模型可以执行模拟，其中过程参数被改变一定量(例如，若干nm或一定的小百分比(例如1-5％))以获得一个分布(profile)并且所述分布被提供给量测模拟以给出适用参数的变化，例如，对于过程参数中的改变而言的重叠，并且因而产生了灵敏度。
如上所述，过程参数，例如侧壁角不平衡度，可以通过测量或模拟来获得。然而，测量可以是破坏性的和/或缓慢的。这是例如在横截面扫描电子显微镜(SEM)用于确定侧壁角不平衡度的情况。模拟趋向于不是破坏性的，但可以是复杂的(且因此缓慢或不可靠)。
本发明人已经意识到执行对于针对过程参数中的扰动具有不同的灵敏度的重叠误差的测量可以提供对于扰动自身的方便有效而不依赖于实际的重叠误差的测量。
图8示出用于以这种方式测量过程参数的示例性方法的框架。在第一步骤P101中，进行对于重叠误差的第一测量。在第二步骤P102中，进行对于重叠误差的第二测量。对于重叠误差的第一测量和第二测量是不同的。例如，第一测量和第二测量可以使用不同的量测目标和/或不同的测量方式。这将在下文中更详细地讨论。在第三步骤P103中，基于在第一步骤P101中和第二步骤P102中获得的第一测量和第二测量来获得过程参数的量度。这是可以实现的，因为对于重叠误差的第一测量被设计成对于过程参数的扰动比对于重叠误差的第二测量对所述过程参数的扰动的灵敏度高出一个已知的量。灵敏度是过程参数中的扰动影响重叠误差测量(例如造成重叠误差测量中的偏差或误差)的程度的量度。灵敏度可以被表达成重叠误差测量的输出相对于过程参数的变化率。
将对于重叠误差的第一测量的输出表示为OV1，将对于重叠误差的第二测量的输出表示为OV2，对于重叠误差的第一测量对过程参数A中的扰动的灵敏度可以被表示成对于重叠误差的第二测量对过程参数A中的扰动的灵敏度可以被表示成在这种情况下，在所测量的重叠误差之差OV2-OV1可以用于通过下式来提供过程参数A的量度：
于是，过程参数A的度量可以通过测量重叠误差之差OV2-OV1并将该差异除以对重叠误差测量的过程参数中的扰动的灵敏度之差来获得。灵敏度之差可以通过预先测量(例如通过在所关心的过程参数的不同的值的范围内将同样的重叠误差测量应用于量测目标的测量)或通过计算机模拟来确定。
于是，提供了一种方法，在该方法中，重叠误差测量可以用于获得过程参数(例如侧壁角不平衡度)的量度(其可能是困难的、耗时的和/或破坏性的)以经由独立的测量(例如横截面SEM)来获得。
在一实施例中，对于重叠误差的第一测量和第二测量被布置成使得对于重叠误差的第二测量对过程参数的扰动的灵敏度远大于对于重叠误差的第一测量对过程参数的扰动的灵敏度(例如对于重叠误差的第二测量对过程参数的扰动的灵敏度超过对于重叠误差的第一测量对过程参数的扰动的灵敏度的五倍，优选超过10倍，优选超过20倍，优选超过100倍)。在这种情况下，过程参数的量度可以近似为
在一实施例中，对于重叠误差的第一测量对过程参数的扰动的灵敏度被设置成基本上为0(例如被优化以在最大可能的程度上将灵敏度最小化)。
在一实施例中，对于重叠误差的第一测量和第二测量使用两个不同的目标结构(例如量测目标)来进行。在这种实施例中，测量目标结构的方法在每一情况下可以是相同的。例如，在测量涉及将辐射应用于目标结构(例如散射仪测量或椭圆仪测量)的情况下，所应用的辐射的属性在每一情况下可以是相同的(例如相同的入射方向、相同的波长或波长范围和/或相同的偏振特性)。进而，检测和/或分析辐射的方式可以是相同的。然而，目标结构本身被设计成(或选择成)利用不同的目标结构使对于重叠的测量具有对感兴趣的过程参数的不同的灵敏度。该目标结构可以使用如上所述的计算机模拟来进行设计。在一实施例中，基于使用大量的不同的目标结构和/或检验目标结构的方式的模拟来选择一种或更多种合适的目标结构。
图9示出示例性的第一目标结构和第二目标结构。在该示例中，该第一目标结构包括两个线光栅51和52。该第二目标结构包括两个线光栅53和54。该第一目标结构51、52被配置成使得使用第一目标结构51、52对于重叠误差的测量对于感兴趣的一个或更多个过程参数中的扰动的灵敏度比使用第二目标结构53、54进行的重叠误差的测量更大。
在其他实施例中，第一目标结构和/或第二目标结构可以包括其它类型的特征或周期结构和/或多于两个或少于两个线光栅。线光栅51-54是包括在两个不同的层中的光栅图案的复合线光栅。图9是俯视图且仅仅示出形成在上层中的光栅图案。线光栅51-54包括对应于线特征56的区域(其中线特征将在显影或蚀刻之后形成)和对应于沟道特征55的区域(其中沟道将在显影或蚀刻之后形成)。由上层覆盖的下层包括光栅图案，该光栅图案已经被完全形成，例如通过在材料中蚀刻沟道而形成。然而，在上层中的光栅图案不必须完全形成。在上层中的光栅图案例如可以是潜像(即在光刻过程的曝光之后立即由抗蚀剂限定的像)。替代地，在上层中的光栅图案可以是半潜像(例如在曝光之后和曝光后焙烤步骤之后由抗蚀剂限定的像)。替代地，在上层中的光栅图案可以在该层的显影或蚀刻过程中去除材料之后被限定。
计算机模拟可以被用于设计具有期望的灵敏度的量测目标。例如，计算机模拟可以用于设计大量的目标，该目标对于所关心的应用具有期望的重叠测量特性。然后可以从该组目标中选择出满足对感兴趣的过程参数的灵敏度的要求的更小量的目标。
在示意性示例中，发明人模拟了大量的目标，所述目标包括复合光栅，该复合光栅具有在500-600nm之间的节距以及在两层光栅中都存在的临界尺寸(CD)变化。从这些模拟的目标中，选择出下面两个目标：
目标1：线-线型(具有在一层中的光栅线，其与另一层中的光栅线对准)，节距＝500nm，底层CD＝225nm，顶层CD＝255nm，目标系数(TC)＝0.049。
目标2：线-沟道型(具有在一层中的光栅线，其与另一层中的光栅沟道对准)，节距＝560nm，底层CD＝275nm，顶层CD＝275nm，目标系数(TC)＝0.088。
在0.1以下的目标系数(TC)被考虑成能够被很好地测量。模拟表明，对于重叠误差为零且SWA不平衡度＝1度的情况下所测量的重叠误差对于目标1是0.01nm，对于目标2是1.01nm。于是，在SWA不平衡度中的每1度与两个目标之间的重叠误差之差中的大约1nm相对应。如果重叠误差之差的测量可重复性是大约0.2nm，则这意味着SWA不平衡度的测量可重复性是大约0.2度。
在一实施例中，对于重叠误差的第一测量和第二测量测量了与第一线(例如X轴)平行的重叠误差。在该情况下，该过程参数可以包括被相对于第一线定义的参数。例如，该过程参数可以包括当沿着与该线垂直的方向观察的特征的不对称度(例如垂直于该第一线延伸的光栅线的SWA不平衡度)。在这一实施例中，该方法还可以包括对于重叠误差的第三测量和第四测量，所述第三测量和第四测量测量了与第二线平行的重叠误差，所述第二线(例如Y轴，与X轴垂直)相对于第一线成非零角度。该过程参数还可以包括相对于第二线定义的参数(例如，与第二线垂直延伸的光栅线的SWA不平衡度)。
在图9所示的实施例中，光栅线垂直于X轴，并因此适合于测量与X轴平行的重叠误差。以与参照图5所述的方式相同的方式，光栅可以设置有不同的偏移。例如，光栅51和53可以设置有+d偏移且光栅52和54可以设置有-d偏移。在其他的实施例中，另外的复合光栅可以被设置以通过不同的偏移组合来提高精度。例如，如上所述，可以使用3×3阵列的、具有-4d，-3d，-2d，-d，0，+d，+2d，+3d，+4d的偏移的九个复合光栅。
在其他实施例中，目标结构可以具有不同的取向以便测量与其他方向平行的重叠。在其他实施例中，提供了被配置成测量在两个或更多个不同的方向上的重叠误差的目标结构。例如，一组在图9中示出的类型的目标结构可以与相对于其旋转90度(或任意其它角度)的一组类似的光栅结构组合设置。这种目标结构组的组合可以独立地配置以测量与不同的方向平行的重叠误差。
在一实施例中，目标结构是基于微衍射的重叠目标(μDBO)。这种目标足够小以允许目标既被设置在管芯内(器件特征之间)又被设置在管芯之间的划线中。
在上述实施例中，对于重叠误差的第一测量和第二测量使用不同的目标结构来进行。然而，这不是必须的。在其它实施例中，可以使用相同的一个或多个目标结构但不同的测量技术来进行对于重叠误差的第一测量和第二测量。不同的测量技术被选择以使得对于重叠误差的第一测量对感兴趣的过程参数中的扰动的灵敏度比对于重叠误差的第二测量对所述过程参数的扰动的灵敏度高出一已知的量。例如，在对于重叠误差的第一测量和第二测量涉及将辐射应用于目标结构(例如在散射仪测量或椭圆仪测量中)的情况下，所应用的辐射的属性可以是不同的(例如入射方向可以是不同的，所应用的波长或波长范围可以是不同的，和/或偏振特性可以是不同的)。替代地或附加地，检测和/或分析辐射所采用的方式可以是不同的。
使用不同的目标结构和相同的测量技术可以促进快速测量并因此提高生产率。使用不同的测量技术来测量相同的量测目标可以减小所需要的目标结构的数量。
对于重叠误差的第一测量和第二测量可以在衬底上的多个不同位置进行，例如通过在衬底上的对应的多个位置提供合适的目标结构来实现。这允许感兴趣的一个或多个过程参数即使在过程参数作为衬底上的位置的函数而显著变化的情况下也能够被精确地确定。
根据一实施例，所测量的过程参数是目标结构的特征的不对称度。该特征的不对称度例如可以包括在目标结构的线光栅中的线或沟道的横截面形状的不对称度。该不对称度例如可以包括相对于当沿着线或沟道观察时通过该线或沟道的中心且垂直于光栅平面延伸的镜像平面的不对称度。该特征不对称度可以包括在线光栅中限定线的侧壁角的不对称度(例如在侧壁相对于光栅平面的法线的角度的幅值与线的相反侧上的侧壁不同)这已经在上文被称为SWA不平衡度，并参照图6B进行讨论。尽管在特征的壁通过对经过曝光的抗蚀剂进行显影或通过对其进行蚀刻来形成所在的位置经常可能仅仅应用于下层，在此其是已经被这样处理的仅仅一层，但是该特征不对称度可以涉及在复合光栅的上层和下层中的一者或两者中的特征。然而，该方法也可以被应用于复合光栅，在所述复合光栅中，多于一层已经经历了曝光后的显影或蚀刻。
在线或沟道的横截面形状中的不对称度可以包括在线光栅的线之间的沟道的底面的倾斜度。该几何构型在上文已经参照图6A进行了讨论。线或沟道的横截面形状的不对称度还可以包括侧壁角不平衡度和倾斜度的组合。该不对称度可以附加地或替代地包括其它因素，例如侧壁和/或沟道底面的曲率。
因此，由一实施例测量的过程参数可以包括以下参数中的一个或更多个：量测目标的特征的不对称度、在目标结构的线光栅中的线或沟道的横截面形状中的不对称度、在目标结构的线光栅中限定线的侧壁角的不对称度。
附加地或替代地，所测量的过程参数可以包括来自以下参数中一个或更多个的参考值的变量：衬底上形成的特征的蚀刻深度、衬底上形成的特征或层的厚度、用于形成在衬底上的特征或层的材料的相对介电常数、形成在衬底上的特征或层的材料的折射率。
图10示出适于测量过程参数(例如使用上述任意方法中的一种或更多种)的检验设备71。该设备71包括光学系统71(包括例如辐射源和用于引导来自辐射源的输出的光学装置)，该光学系统布置成将辐射引导到衬底W上(例如衬底W上的一个或更多个目标结构上)。检测器72布置成检测在辐射与衬底之间(例如在辐射与一个或更多个量测目标的)相互作用(例如散射、反射等)之后的辐射。光学系统71和检测器72由处理单元74控制。该处理单元74包括重叠误差处理模块76，所述重叠误差处理模块76布置成通过分析来自检测器72的输出来获得重叠误差的测量。该处理单元74还包括过程参数获得模块78，所述过程参数获得模块78布置成通过使光学系统71、检测器72和重叠误差处理模块76进行以下步骤来获得感兴趣的过程参数的量度。首先，在衬底上的区域中进行对于重叠误差的第一测量和第二测量(例如基于来自光学系统71的辐射和衬底之间、由检测器72检测的相互作用)。第二，基于对于重叠误差的第一测量和第二测量来获得过程参数的量度，对于重叠误差的第一测量被设计以在上述示例性方法中对过程参数的扰动的灵敏度比对于重叠误差的第二测量对过程参数的扰动的灵敏度高出一已知的量。
在一实施例中，该检验设备70形成光刻系统的一部分。该光刻系统包括布置成照射图案的照射系统、布置成将图案的图像投影到衬底W上的投影系统PS和检验设备70。该光刻设备可以配置成在将图案应用于衬底或其他衬底中使用由检验设备测量的一个或更多个过程参数。例如，该光刻设备可以被配置成进行适应性改变以改进过程参数。例如，在过程参数表示误差的情况下，光刻设备可以进行适应性改变以减小误差的尺寸。在过程参数是侧壁角不平衡度的量度的情况下，光刻设备可以进行适应性改变以减小不平衡度。
可以提供一种制造器件的方法，其利用上述测量过程参数的方法。该方法可以包括通过检验形成作为器件图案或器件图案旁的区域(例如在划线中)的一部分的一个或更多个目标结构来测量过程参数。该方法可以包括根据过程参数的测量的结果、针对于相同的衬底的之后的图案化的区域或针对于之后的衬底来控制光刻过程(例如以提高或校正如上所述的过程参数)。
上述示例性的目标结构是为测量目的而专门设计和形成的量测目标。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属性进行测量。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”不需要该结构已经具体提供用于正在进行的测量。
尽管已描述了呈光栅形式的重叠目标，在实施例中，可以使用其它目标类型诸如基于盒中盒(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，替代地或补充地，可以使用量测目标来确定更多其它特征诸如焦距、剂量等之一。
结合在衬底和图案形成装置上实现的目标的物理光栅结构，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取如下形式：计算机程序，包含对如本文中所披露方法加以描述的一个或更多机器可读指令序列；或数据储存介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)，其中储存有这样的计算机程序。此外，机器可读指令可以体现于两个或更多计算机程序中。所述两个或更多计算机程序可以储存于一个或更多不同存储器和/或数据储存介质上。
当一个或更多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机器可读指令的计算机程序的一个或更多处理器。控制器可以包括用于储存这样的计算机程序的数据储存介质，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跟多计算机程序的机器可读指令而操作。
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，将理解本发明的实施例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。
此外，尽管在本文中可以对用于制造集成电路的光刻设备作出了具体引用，但是应理解到，本文中所描述的光刻设备可以具有其它应用，诸如制造集成光学系统、用于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，等等。本领域技术人员将领会到，在这些替代应用的情形下，本文中使用的任何术语“晶片”或“管芯”可以被认为分别与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义的。本文中所称的衬底可以在曝光之前或之后被处理，例如在轨道(一种通常将一层抗蚀剂涂覆到衬底上并且使得被曝光的抗蚀剂显影的工具)中，量测工具和/或检验工具中。在适合的情况下，本文的公开内容可以适用于这些和其它衬底处理工具。此外，所述衬底可以被多于一次地处理，例如以便产生多层集成电路，从而使得本文中所用的术语衬底也可以表示已包含多个经过处理的层的衬底。
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。
上文的描述意图是示例性的而不是限制性的。因此，本领域技术人员应该认识到，在不背离下文所阐述的权利要求的情况下可以对本发明做出修改。例如，一个或更多实施例的一个或更多方面可酌情与一个或更多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，这种修改和适应意欲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限制，而应该仅根据随附的权利要求及其等价物进行限定。
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阐述本发明人所构思的本发明的一个或更多个示例性实施例、但不是全部示例性实施例，因而不意图以任何方式限制本发明和随附的权利要求。
上面借助示出具体功能及其关系的实施方式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。可以限定替代的边界，只要特定功能及其关系被适当地执行即可。
具体实施例的前述说明将充分地揭示本发明的一般性质，以致于其他人通过应用本领域技术的知识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限制，而应该仅根据随附的权利要求及其等价物限定。

Claims (16)

1.一种测量用于涉及光刻术的制造过程的过程参数的方法，包括：
在衬底上的区域中进行对于重叠误差的第一测量和第二测量；以及
基于对于重叠误差的第一测量和第二测量获得过程参数的量度，
其中对于重叠误差的第一测量和第二测量使用不同的目标结构，测量目标结构的方法和目标结构自身被配置成使得对于重叠误差的第一测量被设计成对所述过程参数的扰动的灵敏度比对于重叠误差的第二测量对所述过程参数的扰动的灵敏度高出一已知的量，
其中，所述过程参数的度量是通过测量重叠误差之差并将该重叠误差之差除以对重叠误差测量的过程参数中的扰动的灵敏度之差来获得。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述过程参数包括在通过光刻过程在衬底上形成的目标结构的特征中的不对称度。
3.根据权利要求2所述的方法，其中特征中的不对称度包括在目标结构的线光栅中的线或沟道的横截面形状中的不对称度，所述不对称度被相对于镜像平面定义，所述镜像平面在沿着所述线或沟道观察时穿过所述线或沟道的中心并垂直于光栅平面延伸。
4.根据权利要求3所述的方法，其中特征中的不对称度包括在线光栅中限定线的侧壁相对于光栅平面的法线的角度的不对称度。
5.根据权利要求3所述的方法，其中特征中的不对称度包括在线光栅的线之间形成的沟道的底面中的倾斜度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中对于重叠误差的第一测量和第二测量的模拟被用于将重叠误差的第一测量设计成对所述过程参数的扰动的灵敏度比对于重叠的第二测量对所述过程参数的扰动的灵敏度高出一已知的量。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，
对于重叠误差的第一测量使用具有第一波长特性和第一偏振特性的辐射来测量目标结构的重叠误差，且对于重叠误差的第二测量使用具有第二波长特性和第二偏振特性的辐射来测量同一目标结构的重叠误差，其中所述第一波长特性与所述第二波长特性是不同的，或者所述第一偏振特性与所述第二偏振特性是不同的，或者两者兼有。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中对于重叠误差的第一测量和第二测量使用包括线光栅的一个或更多个目标结构。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述过程参数包括来自以下参数中一个或更多个的参考值的变量：衬底上形成的特征的蚀刻深度、衬底上形成的特征或层的厚度、用于形成在衬底上的特征或层的材料的相对介电常数、用于形成在衬底上的特征或层的材料的折射率。
10.一种计算机可读存储介质，包括用于使处理器执行根据权利要求1至9中任一项所述的获得步骤的机器可读指令。
11.一种用于测量涉及光刻术的制造过程的过程参数的检验设备，所述检验设备包括：
光学系统，所述光学系统布置成将辐射引导至衬底上；
检测器，所述检测器布置成检测在辐射和衬底之间相互作用之后的辐射；
重叠误差处理模块，所述重叠误差处理模块布置成通过分析来自检测器的输出来获得重叠误差的测量；以及
过程参数获得模块，所述过程参数获得模块布置成通过使光学系统、检测器和重叠误差处理模块来进行以下操作而获得过程参数的量度：
在衬底上的区域中进行对于重叠误差的第一测量和第二测量；以及
基于对于重叠误差的第一测量和第二测量获得过程参数的量度，
其中对于重叠误差的第一测量和第二测量使用不同的目标结构，测量目标结构的方法和目标结构自身被配置成使得对于重叠误差的第一测量被设计成对所述过程参数的扰动的灵敏度比对于重叠误差的第二测量对所述过程参数的扰动的灵敏度高出一已知的量，
其中，所述过程参数的度量是通过测量重叠误差之差并将该重叠误差之差除以对重叠误差测量的过程参数中的扰动的灵敏度之差来获得。
12.一种用于根据权利要求1至9中任一项所述的方法的衬底，所述衬底具有通过光刻过程在衬底上形成的一个或更多个目标结构。
13.根据权利要求12所述的衬底，其中所述一个或更多个目标结构被适应性改变以允许进行重叠误差的测量。
14.根据权利要求13所述的衬底，其中，所述目标结构包括第一目标结构和第二目标结构，所述第一目标结构和第二目标结构配置成使得使用第一目标结构的对于重叠误差的第一测量对过程参数的扰动的灵敏度比使用第二目标对重叠误差的第二测量对过程参数的扰动的灵敏度高出一已知的量。
15.一种光刻系统，包括：
光刻设备，所述光刻设备包括：
照射系统，所述照射系统布置成照射图案；
投影光学系统，所述投影光学系统布置成将图案的图像投影到衬底上；以及
根据权利要求11所述的检验设备，其中所述光刻设备被布置成在将所述图案应用于所述衬底或其它衬底时使用由所述检验设备测量的一个或更多个过程参数。
16.一种制造器件的方法，其中使用光刻过程将器件图案应用于一系列衬底，所述方法包括：通过使用根据权利要求1至9中任一项所述的方法检验形成为所述衬底中的至少一个衬底上的所述器件图案的一部分或形成在所述衬底中的至少一个衬底上的所述器件图案的旁边的至少一个目标结构来测量过程参数；以及根据所述过程参数的测量结果来控制对于之后的衬底的光刻过程。
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