CN109791367A - 量测选配方案选择 - Google Patents

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Abstract

一种方法，包括：针对堆叠灵敏度和套刻灵敏度，评估用于对使用图案化工艺处理的量测目标进行测量的多个衬底测量选配方案，以及从多个衬底测量选配方案中选择堆叠灵敏度的值满足或越过阈值并且套刻灵敏度的值在距离套刻灵敏度的最大值或最小值的特定有限范围内的一个或多个衬底测量选配方案。

Description

量测选配方案选择
相关申请的交叉引用
本申请要求日期为2016年9月27日的EP申请16190877.7和日期为2017年2月23日的EP申请17157572.3的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及例如可用于通过光刻技术制造器件的检查(例如，量测)方法和装置以及使用光刻技术制造器件的方法。
背景技术
光刻设备是一种将期望图案施加到衬底上(通常施加到衬底的目标部分上)的机器。例如，光刻设备可以用于制造集成电路(IC)。在这种情况下，可以使用图案化装置(其替代地称为掩模或掩模版)来生成要在IC的单独层上形成的电路图案。该图案可以被转印到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括部分、一个或几个裸片)上。图案的转印通常经由成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行。通常，单个衬底将包含连续被图案化的相邻目标部分的网络。
用于实现图案化工艺(即，涉及图案化的创建器件或其他结构的工艺(诸如光刻曝光或压印)，其通常可以包括一个或多个相关联的处理步骤，诸如抗蚀剂的显影、蚀刻等)的重要方面包括开发该工艺本身，将其设置用于监测和控制，以及然后实际监测和控制工艺本身。假定图案化工艺的基本原理的配置，诸如图案化装置图案、抗蚀剂类型、光刻后工艺步骤(例如，显影、蚀刻等)，则需要设置图案化工艺中的设备以用于将图案转印到衬底上，显影一个或多个量测目标以监测该工艺，建立量测工艺以测量量测目标，并且然后基于测量结果来实现对该工艺进行监测和/或控制的过程。
因此，在图案化工艺中，期望确定(例如，使用对图案化工艺的一个或多个方面进行建模的一个或多个模型来测量、模拟等)一个或多个感兴趣的参数，诸如结构的临界尺寸(CD)、形成在衬底中或上的连续层之间的套刻误差(即，连续层的不期望的和无意的未对准)等。
期望确定由图案化工艺创建的结构的这样的一个或多个感兴趣的参数，并且将它们用于与图案化工艺有关的设计、控制和/或监测，例如，用于工艺设计、控制和/或验证。所确定的图案化结构的一个或多个感兴趣参数可以用于图案化工艺设计、校正和/或验证、缺陷检测或分类、产量估计和/或工艺控制。
因此，在图案化工艺中，经常需要对所创建的结构进行测量，例如，用于工艺控制和验证。用于进行这种测量的各种工具是已知的，包括通常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜以及用于测量套刻的专用工具，其中套刻是器件中的两个层的对准准确度的量度。套刻可以根据两个层之间的未对准程度来描述，例如，对1nm的测量套刻的引用可以描述两个层的未对准为1nm的情况。
已经开发了各种形式的检查设备(例如，量测设备)用于光刻领域。这些装置将辐射束引导到目标上并且测量重定向(例如，散射)的辐射的一个或多个特性——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多个波长处的强度；或者作为反射角的函数的偏振——以获得可以用于确定目标的感兴趣特性的“光谱”。感兴趣的特性可以通过各种技术来确定：例如，通过诸如严格耦合波分析或有限元方法等迭代方法；库搜索；和主成分分析来重建目标。
另一种技术涉及阻挡零阶衍射(对应于镜面反射)，并且仅处理更高阶。这种量测的示例可以在PCT专利申请公开No.WO2009/078708和WO2009/106279中找到，其全部内容通过引用并入本文。该技术的进一步发展已经在美国专利申请公开No.US2011-0027704、US2011-0043791和US2012-0242940中描述，其各自整体并入本文。这种基于衍射的技术通常用于测量套刻。技术的目标可以小于照射斑并且可以被衬底上的产品结构包围。目标可以包括多个周期性结构，其可以在一个图像中测量。在这种量测技术的特定形式中，套刻测量结果通过在某些条件下测量目标两次来获得，同时旋转目标或改变照射模式或成像模式以分别获得-1和+1衍射阶强度。对于给定目标，强度不对称性(这些衍射阶强度的比较)提供了对目标不对称性的测量，即目标中的不对称性。目标中的这种不对称性可以用作套刻误差的指示符。
发明内容
在套刻测量的示例中，它们依赖于套刻(即，套刻误差和故意偏差)是目标中的目标不对称性的唯一原因的假定。目标中的任何其他不对称性(诸如上层中的周期性结构内的特征的结构不对称性、在由上层中的周期性结构覆盖的下层中的周期性结构内的特征的结构不对称性、或两者)也导致1(或其他更高)阶的强度不对称性。这种强度不对称性归因于目标中的这种其他不对称性，并且与套刻(包括故意偏差)无关，扰乱套刻测量，给出不准确的套刻测量值。目标的下部或底部周期性结构中的不对称性是结构不对称的常见形式。它可能源自例如在最初形成底部周期性结构之后执行的衬底处理步骤，诸如化学机械抛光(CMP)。
在一个实施例中，提供了一种方法，其包括：针对堆叠灵敏度和套刻灵敏度，评估用于对使用图案化工艺处理的量测目标进行测量的多个衬底测量选配方案；以及从多个衬底测量选配方案中选择堆叠灵敏度的值满足或越过阈值并且套刻灵敏度的值在距离套刻灵敏度的最大值或最小值的特定有限范围内的一个或多个衬底测量选配方案。
在一个实施例中，提供了一种方法，其包括：针对表示跨使用图案化工艺处理的衬底的灵敏度参数的统计变化的稳健性指示符，评估用于对衬底上的量测目标进行测量的多个衬底测量选配方案；以及从多个衬底测量选配方案中选择稳健性指示符满足或越过阈值的一个或多个衬底测量选配方案。
在一个实施例中，提供了一种方法，其包括：针对堆叠差异参数，评估用于对使用图案化工艺处理的衬底上的量测目标进行测量的多个衬底测量选配方案，该堆叠差异参数表示量测目标的相邻周期性结构之间或量测目标与衬底上另一相邻目标之间的物理配置的非设计差异；以及从多个衬底测量选配方案中选择堆叠差异参数满足或越过阈值的一个或多个衬底测量选配方案。
在一个实施例中，提供了一种用于测量光刻工艺的参数的量测设备，该量测设备可操作以执行如本文中描述的方法。
在一个实施例中，提供了一种非瞬态计算机程序产品，其包括用于使得处理器引起如本文中描述的方法的执行的机器可读指令。
在一个实施例中，提供了一种系统，其包括：检查设备，被配置为在衬底上的两个相邻周期性结构或测量目标上提供辐射束并且检测由目标衍射的辐射以确定图案化工艺的参数；以及如本文中描述的非瞬态计算机程序。在一个实施例中，该系统还包括光刻设备，该光刻设备包括：被配置为保持图案化装置以调节辐射束的支撑结构；以及被布置为将经调节的辐射束投影到辐射敏感衬底上的投影光学系统。
下面参考附图详细描述其他特征和优点以及各种实施例的结构和操作。应当注意，本发明不限于本文中描述的具体实施例。这些实施例仅出于说明性目的而在本文中呈现。基于本文中包含的教导，其他实施例对于相关领域的技术人员将是很清楚的。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考附图来描述实施例，在附图中：
图1描绘了光刻设备的实施例；
图2描绘了光刻单元或簇的实施例；
图3示意性地描绘了示例检查设备和量测技术；
图4示意性地描绘了示例检查设备；
图5示出了检查设备的照射斑与量测目标之间的关系；
图6示意性地描绘了基于测量数据导出多个感兴趣变量的过程；
图7A描绘了被配置为使用第一对照射孔来测量目标的检查设备(例如，在这种情况下为暗场散射仪)的示意图；
图7B示意性地描绘了对于给定照射方向的目标周期性结构的衍射光谱的细节；
图7C示意性地描绘了在使用图7A的检查设备进行基于衍射的套刻测量时提供另外的照射模式的第二对照射孔；
图7D示意性地描绘了组合第一和第二对孔的第三对照射孔；
图8描绘了多个周期性结构目标的形式和衬底上的测量斑的轮廓；
图9描绘了在图7A的检查设备中获得的图8的目标的图像；
图10是示出使用图3的检查设备的套刻测量方法的步骤的流程图；
图11A、图11B和图11C分别示出了在零区域中具有不同套刻值的套刻周期性结构的示意性截面；
图11D是由于处理效应而在底部周期性结构中具有结构不对称性的套刻周期性结构的示意性截面；
图12示出了理想目标中的套刻测量的原理，不受结构不对称性的影响；
图13示出了非理想目标中的套刻测量的原理，具有如本文中的实施例中公开的结构不对称性的校正；
图14是根据实施例的方法的步骤的流程图；
图15是针对单个偏振(在这种情况下为线性X偏振)的在各种波长下的测量的目标的套刻灵敏度的曲线图；
图16是针对单个偏振(在这种情况下为线性Y偏振)的在各种波长下的测量的目标的套刻灵敏度的曲线图；
图17是对于没有特征不对称的套刻光栅的A+相对于A-的曲线图；
图18是堆叠灵敏度SS相对于多个衬底测量选配方案的稳健性指示符的图表；
图19是示出联合优化/协同优化的示例方法的各方面的流程图；
图20示出了根据一个实施例的另一优化方法的实施例；以及
图21是示出其中量测目标用于监测性能并且作为控制量测、设计和/或生产过程的基础的过程的流程图。
具体实施方式
在详细描述实施例之前，呈现可以实现实施例的示例环境是有益的。
图1示意性地描绘了光刻设备LA。该设备包括：照射光学系统(照射器)IL，被配置为调节辐射束B(例如，UV辐射或DUV辐射)；图案化装置支撑件或支撑结构(例如，掩模台)MT，被构造成支撑图案化装置(例如，掩模)MA并且连接到第一定位器PM，第一定位器PM被配置为根据某些参数精确地定位图案化装置；衬底台(例如，晶片台)WT，被构造成保持衬底(例如，抗蚀剂涂覆的晶片)W并且连接到第二定位器PW，第二定位器PW被配置为根据某些参数精确地定位衬底；以及投影光学系统(例如，折射投影透镜系统)PS，被配置为将由图案化装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个裸片)上。
照射光学系统可以包括各种类型的光学部件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电或其它类型的光学部件、或其任何组合，用于引导、成形、或控制辐射。
图案化装置支撑件以取决于图案化装置的定向、光刻设备的设计以及其它条件(诸如，图案化装置是否被保持在真空环境中)的方式保持图案化装置。图案化装置支撑件可以使用机械、真空、静电或其它夹持技术来保持图案化装置。例如，图案化装置支撑件可以是框架或台，其可以根据需要固定或移动。图案化装置支撑件可以确保图案化装置处于(例如，相对于投影系统)期望的位置。本文中对术语“掩模版”或“掩模”的任何使用可以被认为与更通用的术语“图案化装置”同义。
本文使用的术语“图案化装置”应该广义地解释为指代可用于在辐射束的截面中向辐射束赋予图案的任何器件，以便在衬底的目标部分中产生图案。应当注意，赋予辐射束的图案可能不完全对应于衬底的目标部分中的期望图案，例如，如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征。通常，赋予辐射束的图案将对应于在目标部分中创建的器件中的特定功能层(例如，集成电路)。
图案化装置可以是透射的或反射的。图案化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。掩模在光刻中是众所周知的并且包括如下掩模类型，诸如，二元、交替相移、和衰减相移、以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每个小反射镜可以单独地倾斜以便在不同方向上对入射辐射束进行反射。倾斜的反射镜在由反射镜矩阵反射的辐射束中赋予图案。
如这里描绘的，设备是透射型的(例如，采用透射掩模)。备选地，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、或采用反射掩模)。
光刻设备还可以是如下类型，其中至少一部分衬底可以被具有相对高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充投影系统与衬底之间的空间。浸液还可以被施加于光刻设备中的其它空间(例如，掩模与投影系统之间)。浸没技术在本领域中是众所周知的，用于增加投影系统的数值孔径。在此使用的术语“浸没”并不意味着(诸如衬底的)结构必须淹没在液体中，而是仅意味着在曝光期间液体位于投影系统与衬底之间。
参考图1，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。源和光刻设备可以是单独的实体(例如，当源是准分子激光器时)。在这种情况下，源不被认为是光刻设备的一部分，并且辐射束借助于光束传输系统BD(例如，包括合适的定向反射镜和/或扩束器)从源SO传递到照射器IL。在其它情况下，例如当源是汞灯时，源可以是光刻设备的组成部分。如果需要，源SO和照射器IL与光束传输系统BD一起可以称为辐射系统。
照射器IL可以包括调节器AD，用于调节辐射束的角强度分布。通常，可以调节照射器的光瞳平面中的强度分布的至少外径向范围和/或内径向范围(通常分别称为σ-外和σ-内)。另外，照射器IL可以包括各种其它部件，诸如积分器IN和聚光器CO。照射器可以用于调节辐射束，以在其截面中具有期望的均匀性和强度分布。
辐射束B入射在图案化装置(例如，掩模)MA上，并且由图案化装置图案化，图案化装置MA被保持在图案化装置支撑件(例如，掩模台)MT上。在穿过图案化装置(例如，掩模)MA之后，辐射束B穿过投影光学系统PS，其将光束聚焦到衬底W的目标部分C上，从而将图案的图像投影在目标部分C上。例如，借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉测量装置、线性编码器、2-D编码器或电容传感器)，可以精确地移动衬底台WT，以便将不同的目标部分C定位在辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库机械获取之后或在扫描期间，第一定位器PM和另一个位置传感器(图1中未明确示出)可以用来相对于辐射束B的路径精确地定位图案化装置(例如，掩模)MA。
可以使用图案化装置对准标记M1、M2以及衬底对准标记P1、P2来对准图案化装置(例如，掩模)MA和衬底W。尽管如图所示的衬底对准标记占据专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中(这些被称为划线对准标记)。类似地，在图案化装置(例如，掩模)MA上提供多于一个裸片的情况下，图案化装置对准标记可以位于裸片之间。在器件特征中，小的对准标记还可以包括在裸片内，在这种情况下，期望标记尽可能小并且不需要与相邻特征相比的任何不同的成像或工艺条件。在下面进一步描述检测对准标记的对准系统。
在这个示例中的光刻设备LA是所谓的双级类型，其具有两个衬底台WTa、WTb以及两个站——曝光站和测量站——在它们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处曝光时，另一个衬底可以在测量站处加载到另一个衬底台上并且进行各种准备步骤。准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构图，并且使用对准传感器AS测量衬底上的对准标记的位置。这使得设备的吞吐量显着增加。
所描绘的设备可以以各种模式使用，例如，包括步进模式或扫描模式。光刻设备的构造和操作对于本领域技术人员来说是公知的，并且不需要进一步描述以理解本发明的实施例。
如图2所示，光刻设备LA形成光刻系统(称为光刻单元LC或光刻单元或簇)的部分。光刻单元LC还可以包括在衬底上执行曝光前和曝光后处理的装置。通常，这些包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于显影曝光的抗蚀剂的显影机DE、激冷板CH和烘烤板BK。衬底处理器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底，在不同的处理装置之间移动它们，然后将其传送到光刻设备的进料台LB。这些通常统称为轨道的器件受轨道控制单元TCU的控制，轨道控制单元TCU本身由管理控制系统SCS控制，管理控制系统SCS还经由光刻控制单元LACU控制光刻设备。因此，可以操作不同的装置以最大化吞吐量和处理效率。
为了设计、监测、控制等包括至少一个图案化步骤(例如，光学光刻步骤)的图案化工艺(例如，器件制造工艺)，可以检查图案化的衬底并且测量图案化衬底的一个或多个参数。例如，一个或多个参数可以包括形成在图案化衬底中或上的连续层之间的套刻、例如形成在图案化衬底中或上的特征的临界尺寸(CD)(例如，临界线宽)、光学光刻步骤的焦距或焦聚误差、光学光刻步骤的剂量或剂量误差、光学光刻步骤的光学像差等。该测量可以在产品衬底本身的目标上和/或在衬底上提供的专用量测目标上执行。存在各种用于测量在图案化工艺中形成的结构的技术，包括使用扫描电子显微镜、基于图像的测量或检查工具和/或各种专用工具。如上所述，相对快速且非侵入式的专用量测和/或检查工具是这样一种技术：其中将辐射束引导到衬底的表面上的目标上，并且测量散射(衍射/反射)光束的属性。通过比较光束被衬底散射之前和之后的一个或多个属性，可以确定衬底的一个或多个属性。这可以称为基于衍射的量测或检查。
图3描绘了示例检查设备(例如，散射仪)。它包括将辐射投影到衬底W上的宽带(白光)辐射投影仪2。重定向的辐射被传递到光谱仪检测器4，光谱仪检测器4测量镜面反射辐射的光谱10(作为波长的函数的强度)，如例如左下方的图中所示。根据该数据，可以由处理器PU重建产生检测到的光谱的结构或轮廓，例如通过严格耦合波分析和非线性回归或者通过与图3的右下方所示的模拟光谱库相比较。通常，对于重建，结构的一般形式是已知的，并且一些变量是根据用于制造结构的工艺的知识而假定的，只留下结构的一些变量要根据所测量的数据来确定。这种检查设备可以被配置为垂直入射检查设备或倾斜入射检查设备。
图4中示出了可以使用的另一种检查设备。在该设备中，由辐射源2发射的辐射使用透镜系统120进行准直并且被传输通过干涉滤波器130和偏振器170，由部分反射表面160反射并且经由物镜150聚焦成衬底W上的斑点S，物镜15具有高数值孔径(NA)，理想地为至少0.9或至少0.95。浸没式检查设备(使用诸如水等相对较高折射率的流体)甚至可以具有越过1的数值孔径。
如在光刻设备LA中，可以提供一个或多个衬底台以在测量操作期间保持衬底W。衬底台的形式可以与图1的衬底台WT相似或相同。在检查设备与光刻设备集成的示例中，它们甚至可以是同一衬底台。粗略和精细定位器可以被提供给第二定位器PW，第二定位器PW被配置为相对于测量光学系统准确地定位衬底。提供各种传感器和致动器，例如以获取感兴趣目标的位置，并且将其带到物镜150下方的位置。通常，将在衬底W上的不同位置处对目标进行很多测量。衬底支撑件可以在X和Y方向上移动以获取不同的目标，并且在Z方向上移动以获得目标相对于光学系统的焦点的期望位置。例如，在实践中，当光学系统可以保持基本上静止(通常在X和Y方向，但也可能在Z方向上)并且仅衬底移动时，可能方便的是，将操作视为和描述为好像物镜被带到相对于衬底的不同位置。如果衬底和光学系统的相对位置是正确的，则原则上哪一个在现实世界中移动，或者两者都在移动，或者光学系统的一部分的组合在移动(例如，在Z和/或倾斜方向上)并且光学系统的其余部分是静止的并且衬底正在移动(例如，在X和Y方向上，但也可选地在Z和/或倾斜方向上)是无关紧要的。
然后，由衬底W重新定向的辐射穿过部分反射表面160进入检测器180中以便检测光谱。检测器180可以位于背投影焦平面110处(即，在透镜系统150的焦距处)，或者平面110可以利用辅助光学器件(未示出)被重新成像到检测器180上。检测器可以是二维检测器，从而可以测量衬底目标30的二维角散射光谱。检测器180可以是例如CCD或CMOS传感器的阵列，并且可以使用例如每帧40毫秒的积分时间。
例如，可以使用参考光束来测量入射辐射的强度。为此，当辐射束在部分反射表面160上入射时，其部分朝向参考镜140透射穿过部分反射表面160作为参考光束。然后参考光束被投影到同一检测器180的不同部分上，或者替代地被投影到不同的检测器(未示出)上。
一个或多个干涉滤波器130可用于在例如405至790nm的范围内或甚至更低(诸如200至300nm)选择感兴趣的波长。干涉滤波器可以是可调谐的，而不是包括一组不同的滤波器。可以使用光栅代替干涉滤波器。可以在照射路径中设置孔径光阑或空间光调制器(未示出)以控制目标上的辐射的入射角的范围。
检测器180可以测量单个波长(或窄波长范围)处的重定向辐射的强度，该强度单独在多个波长处或在波长范围上积分。此外，检测器可以单独测量横向磁偏振辐射和横向电偏振辐射的强度和/或横向磁偏振辐射和横向电偏振辐射之间的相位差。
衬底W上的目标30可以是1D光栅，这些光栅被印刷为使得在显影之后，由实心抗蚀剂线形成条。目标30可以是2D光栅，这些光栅被印刷为使得在显影之后，由抗蚀剂中的固体抗蚀剂柱或过孔形成光栅。可以将条、柱或过孔蚀刻到衬底中或衬底上(例如，到衬底上的一个或多个层中)。(例如，条、柱或过孔的)图案对图案化工艺中的处理的变化(例如，光刻投影设备(特别是投影系统PS)中的光学像差、焦距变化、剂量变化等)是敏感的，并且将在印刷的光栅的变化中表现出来。因此，印刷光栅的测量数据用于重建光栅。可以将1D光栅的一个或多个参数(诸如线宽和/或形状)或2D光栅的一个或多个参数(诸如柱或过孔宽度或长度或形状)输入到由处理器PU根据印刷步骤和/或其他检查过程的知识而执行的重建过程。
除了通过重建对参数进行测量之外，可以使用基于衍射的量测或检查来测量产品和/或抗蚀剂图案中的特征的不对称性。例如，不对称性测量的特定应用是套刻的测量，但是其他应用也是已知的。在这种情况下，目标30通常包括叠置在彼此之上的一组周期性特征。例如，可以通过比较来自目标30的衍射光谱的相对部分来测量不对称性(例如，比较周期性光栅的衍射光谱中的-1和1阶)。使用图3或图4的仪器的不对称测量的概念在例如美国专利申请公开US20060066855中描述，该专利申请通过引用整体并入本文。简单地说，虽然目标的衍射光谱中衍射阶的位置仅由目标的周期性确定，但是衍射光谱中的不对称性指示构成目标的各个特征中的不对称性。在图4的仪器中，其中检测器180可以是图像传感器，衍射阶中的这样的不对称性直接表现为由检测器180记录的光瞳图像中的不对称性。这种不对称性可以通过单元PU中的数字图像处理来测量，并且针对已知的套刻值来进行校准。
图5示出了典型目标30的平面图、以及图4的设备中的照射斑S的范围。为了获得不受周围结构干扰的衍射光谱，在一个实施例中，目标30是大于照射斑S的宽度(例如，直径)的周期性结构(例如，光栅)。斑点S的宽度可以小于目标的宽度和长度。换言之，目标由照射“欠填充”，并且衍射信号基本上没有来自目标本身之外的产品特征等的任何信号。照射装置2、120、130、170可以被配置为跨物镜150的后焦平面提供均匀强度的照射。或者，通过例如在照射路径中包括孔径，可以将照射限制到轴上或离轴方向。
图6示意性地描绘了基于使用量测方法获得的测量数据来确定目标图案30'的一个或多个感兴趣变量的值的示例过程。检测器180检测到的辐射为目标30'提供测量辐射分布108。
对于给定目标30'，可以使用例如数值麦克斯韦尔求解器210从参数化模型206计算/模拟辐射分布208。参数化模型206示出了构成目标和与目标相关联的各种示例材料层。参数化模型206可以包括所考虑的目标的一部分的特征和层的一个或多个变量，其可以变化和导出。如图6所示，一个或多个变量可以包括一个或多个层的厚度t、一个或多个特征的宽度w(例如，CD)、一个或多个特征的高度h、和/或一个或多个特征的侧壁角度α。尽管未示出，但是一个或多个变量可以还包括但不限于一个或多个层的折射率(例如，实数或复数折射率、折射率张量等)、一个或多个层的消光系数、一个或多个层的吸收率、显影期间的抗蚀剂损失、一个或多个特征的基础、和/或一个或多个特征的线边缘粗糙度。变量的初始值可以是针对被测量目标的预期值。然后在212处将测量辐射分布108与计算辐射分布208相比较以确定两者之间的差异。如果存在差异，则可以改变参数化模型206的一个或多个变量的值，计算新的计算辐射分布208并且将其与测量辐射分布108相比较，直到测量辐射分布108与计算辐射分布208之间存在足够的匹配。此时，参数化模型206的变量值提供实际目标30'的几何形状的良好或最佳匹配。在一个实施例中，当测量辐射分布108与计算辐射分布208之间的差异在容限阈值内时，存在足够的匹配。
适合在实施例中使用的另外的检查设备在图7A中示出。在图7B中更详细地示出了目标T和用于照射目标的测量辐射的衍射射线。所示的检查设备是已知的暗场测量设备。检查设备可以是独立设备，或者并入光刻设备LA中，例如，在测量站处，或者并入光刻单元LC中。在整个设备中具有多个分支的光轴由虚线O表示。在该设备中，由源11(例如，氙灯)发射的辐射由包括透镜12、14和物镜16的光学系统经由光源元件15引导到衬底W上。这些透镜以4F布置的双重序列布置。可以使用不同的透镜布置，只要它例如将衬底图像提供到检测器上，并且同时允许访问中间光瞳平面以进行空间频率滤波。因此，可以通过在呈现衬底平面的空间光谱的平面(这里称为(共轭)光瞳平面)中定义空间强度分布来选择辐射在衬底上入射的角度范围。特别地，这可以通过在作为物镜光瞳平面的反投影图像的平面中在透镜12和14之间插入适当形式的孔板13来进行。在所示的示例中，孔板13具有不同的形式，标记为13N和13S，以允许选择不同的照射模式。本示例中的照射系统形成离轴照射模式。在第一照射模式下，孔板13N从仅为了描述的目的而指定为“北”的方向提供离轴辐射。在第二照射模式下，孔板13S用于提供类似的照射，但是从标记为“南”的相反的方向。通过使用不同的孔径可以实现其他照射模式。光瞳平面的其余部分理想地是暗的，因为在期望的照射模式之外的任何不必要的辐射会干扰期望测量信号。
如图7B所示，目标T与衬底W一起被放置为垂直于物镜16的光轴O。衬底W可以由支撑件(未示出)支撑。从离开轴O的角度照射在目标T上的测量辐射射线I引起零阶射线(实线0)和两个一阶射线(点划线+1和双点划线-1)。应当记住，对于过填充的小目标，这些射线只是覆盖衬底的包括量测目标T和其他特征的区域的很多平行射线之一。由于板13中的孔径具有有限的宽度(允许有用的辐射量所必需的)，所以入射射线I实际上将占据一定角度范围，并且衍射射线0和+1/-1将在某种程度上展开。根据小目标的点扩散函数，每个阶+1和-1将在一定角度范围内进一步扩展，而不是如图所示的单个理想射线。注意，可以设计或调节目标的周期性结构间距和照射角度，使得进入物镜的一阶射线与中心光轴紧密对准。图7A和7B所示的射线被示出为稍微偏离轴线，纯粹是为了使得它们在图中更容易区分。
由衬底W上的目标T衍射的至少0和+1阶由物镜16收集并且通过光学元件15被引导回。返回到图7A，通过指定标记为北(N)和南(S)的径向相对的孔径，示出了第一照射模式和第二照射模式。当测量辐射的入射射线I来自光轴的北侧时，即当使用孔板13N施加第一照射模式时，标记为+1(N)的+1衍射射线仍然进入物镜16。相反，当使用孔板13S施加第二照射模式时，-1衍射射线(标记为-1(S))是进入透镜16的射线。
分束器17将衍射光束分成两个测量分支。在第一测量分支中，光学系统18使用第零和第一阶衍射光束在第一传感器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)。每个衍射阶撞击传感器上的不同点，因此图像处理可以比较和对比阶数。由传感器19捕获的光瞳平面图像可以用于聚焦检查设备和/或归一化第一阶光束的强度测量结果。光瞳平面图像还可以用于很多测量目的，诸如重建。
在第二测量分支中，光学系统20、22在传感器23(例如，CCD或CMOS传感器)上形成目标T的图像。在第二测量分支中，孔径光阑21设置在与光瞳平面共轭的平面中。孔径光阑21用于阻挡零阶衍射光束，使得形成在传感器23上的目标的图像仅由-1或+1一阶光束形成。由传感器19和23捕获的图像被输出到处理图像的处理器PU，处理器PU的功能将取决于正在执行的特定测量类型。注意，术语“图像”在这里在广义上使用。如果仅存在-1和+1阶中的一个，则将不形成这样的周期性结构特征的图像。
图7A、7C和7D所示的特定形式的孔板13和场阑21纯粹是示例。在一个实施例中，使用目标的轴上照射，并且使用具有离轴孔径的孔径光阑基本上仅将一个第一阶衍射辐射传递到传感器。在其他实施例中，代替或者除了第一阶光束，可以在测量中使用第二、第三和更高阶光束(图7A、7B、7C和7D中未示出)。
为了使测量辐射适合于这些不同类型的测量，孔板13可以包括围绕盘而形成的多个孔图案，该盘旋转以将期望图案带入适当位置。注意，孔板13N或13S可以仅用于测量在一个方向(X或Y，取决于设置)上定向的周期性结构。为了测量正交周期性结构，可以实现目标的90°和270°的旋转。图7C和7D中示出了不同孔板。上述专利申请公开中描述了这些装置的使用以及很多其他变型和应用。
图8描绘了根据已知实践而形成在衬底上的(复合)目标。该示例中的目标包括四个周期性结构(例如，光栅)32至35，这四个周期性结构紧密地定位在一起使得它们都将位于由检查设备的量测辐射照射束形成的测量斑31内。因此，四个周期性结构同时被照射并且同时在传感器19和23上成像。在专用于测量套刻的示例中，周期性结构32至35本身是通过覆盖在例如形成在衬底W上的半导体器件的不同层中图案化的周期性结构而形成的复合周期性结构。周期性结构32至35可以具有不同地偏差的套刻偏移，以便于测量形成有复合周期性结构的不同部分的层之间的套刻。套刻偏差的含义将在下面参考图8进行解释。周期性结构32至35的定向也可以不同，如图所示，以便在X和Y方向上对入射辐射进行衍射。在一个示例中，周期性结构32和34是X方向周期性结构，其偏差偏移分别为+d、-d。周期性结构33和35是Y方向周期性结构，其偏差偏移分别为+d、-d。可以在由传感器23捕获的图像中标识这些周期性结构的单独图像。这仅是目标的一个示例。目标可以包括多于或少于4个周期性结构，或者仅包括单个周期性结构。
图9示出了使用图7D的孔板13NW或13SE、使用图7的设备中的图8的目标、可以在传感器23上形成并且由传感器23检测的图像的示例。虽然光瞳平面图像传感器19不能分辨不同的各个周期性结构32至35，但是图像传感器23可以这样做。暗矩形表示传感器上的图像的场，在该场中，衬底上的照射斑31被成像到相应的圆形区域41中。在其中，矩形区域42-45表示小目标周期性结构32至35的图像。如果目标位于产品区域中，则产品特征也可以在该图像场的外围可见。图像处理器和控制系统PU使用图案识别来处理这些图像以标识周期性结构32至35的单独图像42至45。以这种方式，图像不必在传感器框架内的特定位置处非常准确地对准，这整体上大大地提高了测量设备的吞吐量。
一旦标识出周期性结构的单独图像，就可以测量那些单独图像的强度，例如，通过对所标识区域内的所选择像素强度值求平均或求和。可以将图像的强度和/或其他属性彼此进行比较。可以组合这些结果以测量图案化工艺的不同参数。套刻性能是这种参数的一个重要的示例。
图10示出了如何使用例如PCT专利申请公开No.WO2011/012624(其整体通过引用并入本文)中描述的方法来测量包含分量周期性结构32至35的两个层之间的套刻误差(即，不期望的和无意的套刻未对准)。这种测量是通过标识目标不对称性来完成的，如通过比较目标周期性结构的+1阶和-1阶图像的强度(可以比较其他相应的更高阶的强度，例如+2阶和-2阶)以获得强度不对称的度量所揭示的。在步骤S1，通过光刻设备(诸如图2的光刻单元)对衬底(例如，半导体晶片)进行一次或多次处理以产生包括周期性结构32-35的目标。在S2，使用图7的检查设备，仅使用一阶衍射光束中的一个(例如，-1)获得周期性结构32至35的图像。在步骤S3，通过改变照射模式，或改变成像模式，或者通过在检查设备的视场中将衬底W旋转180°，可以使用另一一阶衍射光束(+1)获得周期性结构的第二图像。因此，在第二图像中捕获+1衍射辐射。
注意，通过在每个图像中仅包括一阶衍射辐射的一半，这里提到的“图像”不是传统的暗视野显微镜图像。目标周期性结构的各个目标特征将无法分辨。每个目标周期性结构将仅由具有一定强度级别的区域表示。在步骤S4中，在从中测量强度水平的每个分量目标周期性结构的图像内标识感兴趣区域(ROI)。
在标识出每个单独的目标周期性结构的ROI并且测量其强度之后，可以确定目标的不对称性，并且从而确定套刻误差。这在步骤S5中完成(例如，由处理器PU)，步骤S5比较针对每个目标周期性结构32-35的+1和1阶而获得的强度值，以标识它们的强度不对称性，例如，它们的强度的任何差异。术语“差异”并非旨在仅指代减法。差异可以以比率形式计算。在步骤S6中，使用针对多个目标周期性结构的所测量的强度不对称性以及对那些目标周期性结构的任何已知的所施加的套刻偏差的知识，来计算目标T附近的图案化工艺的一个或多个性能参数。
图11A-11D示出了具有不同偏差偏移的目标周期性结构(套刻周期性结构)的示意性截面。这些可以用作衬底W上的目标T，如图7至图9所示。仅出于示例的目的，示出了在X方向上具有周期性的周期性结构。具有不同偏差和不同定向的这些周期性结构的不同组合可以单独地或作为目标的一部分提供。
从图11A开始，示出了形成在标记为L1和L2的至少两个层中的目标600。在下层或底层L1中，第一周期性结构(下部或底部周期性结构)(例如，光栅)由衬底606上的特征602和空间604形成。在层L2中，第二周期性结构(例如，光栅)由特征608和空间610形成。(绘制截面使得特征602、608(例如，线)延伸到页面中。)周期性结构图案在两个层中以间距P重复。特征602和608可以采用线、点、块和过孔的形式。在图11A所示的情况下，不存在由于未对准而引起的套刻贡献，例如没有套刻误差和没有施加偏差，因此第二结构的每个特征608恰好位于第一结构中的特征602上。
在图11B中，示出了具有第一已知施加偏差+d的相同目标，使得第一结构的特征608相对于第二结构的特征向右移位距离d。在实践中，偏差距离d可以是几纳米，例如10nm-20nm，而间距P例如在300-1000nm的范围内，例如500nm或600nm。在图11C中，描绘了具有第二已知施加偏差-d的另一特征，使得608的特征向左移动。每个结构的d值不必相同。图11A至11C所示的这种类型的偏差周期性结构在上述现有专利申请公开中进行了描述。
图11D示意性地示出了结构不对称现象，在这种情况下为第一结构中的结构不对称(底部结构不对称)。图11A至11C中的周期性结构中的特征被示出为完全正方形，而真实特征在侧面具有一些斜率和一定的粗糙度。然而，它们的轮廓倾向于至少是对称的。第一结构中的图11D中的特征602和/或空间604根本不再具有对称形式，而是通过一个或多个处理步骤而变得扭曲。因此，例如，每个空间的底表面已经倾斜(底壁倾斜)。例如，特征和空间的侧壁角度变得不对称。因此，目标的总体目标不对称性将包括独立于结构不对称性的套刻贡献(即，由于第一结构和第二结构的未对准导致的套刻贡献；其本身包括套刻误差和任何已知的施加偏差)和由于目标中的这种结构不对称性而产生的结构贡献。
当使用仅两个偏差周期性结构通过图10的方法测量套刻时，由于未对准，不能将工艺引起的结构不对称性与套刻贡献区分开，并且结果套刻测量值(特别是测量不期望的套刻误差)变得不可靠。目标的第一结构(底部周期性结构)中的结构不对称性是结构不对称性的常见形式。例如，它可以起源于在最初形成第一结构之后进行的衬底处理步骤，诸如化学机械抛光(CMP)。
在PCT专利申请公开No.WO2013-143814中，提出了使用三个或更多个分量周期性结构来通过图10的方法的修改版本来测量套刻。图11A到11C所示类型的三个或更多个周期性结构用于获得套刻测量值，这些套刻测量值在某种程度上针对目标周期性结构中的结构不对称性得到校正，诸如在实际图案化工艺中由底部结构不对称引起的结构不对称性。然而，该方法需要新的目标设计(例如，与图8所示的不同)，并且因此将需要新的图案化装置或图案化装置图案。此外，目标区域较大，并且因此消耗更多的衬底面积。另外，在该现有方法和其他现有方法中忽略了由结构不对称性导致的套刻贡献的相位元素，这表示校正不如在相位元素也被校正时那样准确。
在图12中，曲线702示出了“理想”目标的套刻OV与强度不对称性A之间的关系，其中“理想”目标具有零偏移并且在形成目标的各个周期性结构内没有结构不对称性，并且特别地在第一结构的各个周期性结构内没有结构不对称性。因此，该理想目标的目标不对称性仅包括由于已知施加的偏差和套刻误差OVE引起的第一结构和第二结构的未对准导致的套刻贡献。该曲线图和图13的曲线图仅示出了本公开背后的原理，并且在每个图中，强度不对称性A和套刻OV的单位是任意的。实际尺寸的示例将在下面进一步给出。
在图12的“理想”情况下，曲线702指示强度不对称性A与套刻具有非线性周期性关系(例如，正弦关系)。正弦变化的周期P对应于周期性结构的周期或间距P，当然转换为适当的比例。在这个示例中，正弦形式是纯粹的，但是在实际情况下可能包括谐波。
如上所述，偏差周期性结构(具有已知的施加的套刻偏差)可以用于测量套刻，而不是依赖于单个测量值。该偏差具有在制作它的图案化装置(例如，掩模版)中定义的已知值，其用作与所测量的强度不对称性相对应的套刻的衬底上校准。在图中，以图形方式说明计算。在步骤S1-S5中，针对分别具有施加偏差+d和-d的周期性结构获得强度不对称性测量值A+d和A-d(例如，如图11B和图11C所示)。将这些测量值拟合到正弦曲线给出了点704和706，如图所示。在知道偏差之后，可以计算出真正的套刻误差OVE。从目标的设计中已知正弦曲线的间距P。曲线702的垂直标度尚不知道，而是未知因子，其可以被称为第一谐波比例常数K。因此，套刻灵敏度K是强度不对称测量值对套刻的灵敏度的度量。在一个实施例中，它是所测量的强度相对于套刻的比例。因此，它有助于检测套刻的工艺依赖性。
在等式项中，套刻误差OVE与强度不对称A之间的关系假定为：
A±d＝K sin(OVE±d) (1)
其中套刻误差OVE以特定比例表示，使得目标间距P对应于角度2π弧度。使用具有不同已知偏差(例如，+d和-d)的两个光栅测量值，可以使用以下公式计算套刻误差OVE：
图13示出了引入结构不对称性的第一效果，例如图11D所示的底部周期性结构不对称性。“理想的”正弦曲线702不再适用。然而，至少近似地，底部周期性结构不对称性或其他结构不对称性具有将强度偏移项K0和相位偏移项φ添加到强度不对称性A±d的效果。所得到的曲线在图中示出为712，标记K0指示强度偏移项，并且标记φ表示相位偏移项。强度偏移项K0和相位偏移项φ取决于目标和测量辐射的所选择的特性的组合，诸如测量辐射的波长和/或偏振，并且对工艺变化敏感。在等式项中，步骤S6中用于计算的关系式变为：
A±d＝K0+K sin(OVE±d+φ) (3)
在存在结构不对称性的情况下，由等式(2)描述的套刻模型将提供受强度偏移项K0和相位偏移项φ影响的套刻误差值，并且因此将是不准确的。由于强度和相位偏移例如取决于波长和/或偏振，所以当对套刻误差进行绘图时，结构不对称性还将导致使用一个或多个不同测量参数(例如，测量光束的波长、测量光束的偏振等)对同一目标的测量值的差异。
经修改的步骤S6的套刻计算依赖于某些假定。首先，假定强度不对称性表现为套刻的正弦函数，其中周期P对应于光栅间距。这些假定对于当前的套刻范围有效。谐波的数目可以设计得很小，因为小的间距波长比仅允许来自光栅的少量传播衍射阶。然而，实际上，由于未对准而导致的对强度不对称的套刻贡献可能不一定是真正的正弦曲线，并且可能不一定关于OV＝0完全对称。
因此，结构不对称的影响通常可以表述为：
ΔI+＝K(OV+d)+ΔIBG (4)
ΔI-＝K(OV-d)+ΔIBG (5)
其中ΔI-(也与A-同义)和ΔI+(也与A+同义)表示所测量的强度不对称性，并且ΔIBG是结构不对称性对强度不对称性的贡献。因此，套刻误差ΔOV可以被认为是ΔIBG/K的函数。
现在，已经进一步发现，除了或替代目标中的结构不对称性，目标的相邻周期性结构之间或相邻目标之间的堆叠差异可能是对诸如套刻测量等测量准确度产生不利影响的因素。堆叠差异可以被理解为相邻周期性结构或目标之间的物理配置的非设计差异。堆叠差异导致相邻周期性结构或目标之间的测量辐射的光学性质(例如，强度、偏振等)的差异，这是由于不是套刻误差，不是故意偏差并且不是相邻周期性结构或目标公共的其他结构不对称性。堆叠差异包括但不限于相邻周期性结构或目标之间的厚度差异(例如，一个或多个层的厚度差异，使得一个周期性结构或目标高于或低于被设计为在基本上相等水平的另一周期性结构或目标)、相邻周期性结构或目标之间的折射率差(例如，一个或多个层的折射率差异，使得一个周期性结构或目标的一个或多个层的组合折射率不同于另一周期性结构或目标的一个或多个层的组合折射率，即使被设计为具有基本上相等的组合折射率)、相邻周期性结构或目标之间的材料差异(例如，一个或多个层的材料类型、材料均匀性等方面的差异，使得一个周期性结构或目标与被设计为具有基本上相同材料的另一周期性结构或目标的材料存在差异)、相邻周期性结构或目标的结构的光栅周期的差异(例如，一个周期性结构或目标与被设计为具有基本上相同的光栅周期的另一周期性结构或目标的光栅周期存在差异)、相邻周期性结构或目标的结构的深度的差异(例如，一个周期性结构或目标的结构与被设计为具有基本上相同深度的另一周期性结构或目标的深度中的由于蚀刻而引起的差异)、相邻周期性结构或目标的特征的宽度(CD)的差异(例如，一个周期性结构或目标与被设计为具有基本上相同的特征宽度的另一周期性结构或目标的特征的宽度的差异)等。在一些示例中，通过图案化工艺中的诸如CMP、层沉积、蚀刻等处理步骤引入堆叠差异。在一个实施例中，如果彼此相距200μm以内，相距150μm以内，相距100μm以内，相距75μm以内，相距50μm以内，相距40μm以内，相距30μm以内，相距20μm以内，或者相距10μm以内，则周期性结构或目标是相邻的。
堆叠差异的影响(其可以称为光栅之间的光栅不平衡性)通常可以表示为：
ΔI+＝(K+ΔK)(OV+d) (6)
ΔI-＝(K-ΔK)(OV-d) (7)
其中ΔK表示可归因于堆叠差异的套刻灵敏度的差异。因此，套刻误差ΔOV可以与成比例。
因此，为了表征堆叠差异，可以定义一个或多个堆叠差异参数。如上所述，堆叠差异参数是相邻周期性结构或目标的非设计的不同物理配置的度量。在一个实施例中，堆叠差异参数可以通过评估相邻周期性结构或目标的截面来确定。
在一个实施例中，可以通过在施加上光栅之前评估相邻下光栅来确定复合光栅的相邻下光栅的堆叠差异参数。在一个实施例中，堆叠差异参数可以从相邻周期性结构或目标的重建来从相邻周期性结构或目标的光学测量值或者从相邻周期性结构或目标的截面得到。也就是说，重建物理尺寸、特性、材料特性等，并且确定相邻周期性结构或目标之间的差异以得到堆叠差异参数。
堆叠差异参数的实施例是周期性结构强度不平衡性(GI)，其可以定义为：
其中是由具有+d偏差的第一周期性结构衍射的+1衍射阶强度信号和由具有+d偏差的第一周期性结构衍射的-1衍射阶强度信号的平均值。类似地，是由具有-d偏差的第二周期性结构衍射的+1衍射阶强度信号和具有-d偏差的第二周期性结构衍射的-1st衍射阶强度信号的平均值。在一个实施例中，周期性结构强度不平衡性(GI)可以是d导出版本，诸如等。
现在，面对结构不对称、堆叠差异和任何其他工艺变化，期望得出目标布局、测量光束波长、测量光束偏振等的组合，其将产生期望的工艺参数(例如，套刻)的准确测量和/或产生对工艺可变性稳健的期望工艺参数的测量值。因此，例如，期望获得期望的目标测量参数组合的最佳选择，以便获得更准确的工艺参数测量和/或产生对工艺可变性稳健的期望的工艺参数的测量值。
目标的测量准确度和/或灵敏度可以相对于目标本身的一个或多个属性和/或提供到目标上的测量辐射的一个或多个属性而变化，例如，辐射的波长、辐射的偏振、和/或辐射的强度分布(即，角度或空间强度分布)。在一个实施例中，辐射的波长范围限于选自特定范围(例如，选自约400nm至900nm的范围)的一个或多个波长。此外，可以提供辐射束的不同偏振的选择，并且可以使用例如多个不同的孔来提供各种照射形状。
因此，为了实现这样的选择和测量，可以使用衬底测量选配方案，其使用测量系统指定测量的一个或多个参数。在一个实施例中，术语“衬底测量选配方案”包括测量本身的一个或多个参数、所测量的图案的一个或多个参数、或两者。
在该上下文中，所测量的图案(也称为“目标”或“目标结构”)可以是光学地测量的图案，例如，测量其衍射。所测量的图案可以是为测量目的而专门设计或选择的图案。目标的多个副本可以放置在衬底上的很多位置上。例如，衬底测量选配方案可以用于测量套刻。在一个实施例中，衬底测量选配方案可以用于测量另一工艺参数(例如，剂量、焦距、CD等)。在一个实施例中，衬底测量选配方案可以用于针对衬底上的现有图案来测量被成像的图案的层的对准；例如，通过测量衬底的相对位置，可以使用衬底测量选配方案来将图案化装置与衬底对准。
在一个实施例中，如果衬底测量选配方案包括测量本身的一个或多个参数，则测量本身的一个或多个参数可以包括与用于进行测量的测量光束和/或测量设备有关的一个或多个参数。例如，如果在衬底测量选配方案中使用的测量是基于衍射的光学测量，则测量本身的一个或多个参数可以包括测量辐射的波长和/或测量辐射的偏振和/或测量辐射强度分布和/或测量辐射相对于衬底的照射角度(例如，入射角、方位角等)和/或衍射测量辐射相对于衬底上的图案的相对定向和/或目标的测量斑或实例的数目和/或在衬底上测量的目标的实例的位置。测量本身的一个或多个参数可以包括测量中使用的量测设备的一个或多个参数，其可以包括检测器灵敏度、数值孔径等。
在一个实施例中，如果衬底测量选配方案包括所测量的图案的一个或多个参数，则所测量的图案的一个或多个参数可以包括一个或多个几何特性(诸如图案的至少一部分的形状，和/或图案的至少一部分的定向和/或图案的至少一部分的间距(例如，周期性结构的间距，包括高于下部周期性结构的层中的上部周期性结构的间距和/或下部周期性结构的间距)和/或图案的至少一部分的尺寸(例如，CD)(例如，周期性结构的特征的CD，包括上部周期性结构和/或下部周期性结构的特征的CD)和/或图案的特征的分段(例如，周期性结构的特征到子结构的划分)和/或周期性结构的长度或周期性结构的特征的长度)，和/或图案的至少一部分的材料特性(例如，折射率、消光系数、材料类型等)和/或图案的标识(例如，将图案与另一图案区分开)等。
衬底测量选配方案可以以类似(r1，r2，r3，...rn；t1，t2，t3，...tm)的形式表示，其中ri是测量的一个或多个参数，并且tj是所测量的一个或多个图案的一个或多个参数。可以理解，n和m可以是1。此外，衬底测量选配方案不需要具有测量的一个或多个参数以及所测量的一个或多个图案的一个或多个参数；它可以只具有测量的一个或多个参数，或者只具有所测量的一个或多个图案的一个或多个参数。
可以使用两个衬底测量选配方案A和B对目标进行测量，例如，在测量目标的阶段上不同(例如，A在其包括潜像结构时测量目标并且B在不包括潜像结构时测量目标)和/或在它们的测量参数上不同。衬底测量选配方案A和B至少可以在所测量的目标上不同(例如，A测量第一目标，并且B测量不同的第二目标)。衬底测量选配方案A和B可以在其测量和目标测量的参数方面可以不同。衬底测量选配方案A和B甚至可能不是基于相同的测量技术。例如，选配方案A可以基于基于衍射的测量，并且选配方案B可以基于扫描电子显微镜(SEM)或原子力显微镜(AFM)测量。
因此，在一个实施例中，为了确定将产生期望的工艺参数(例如，套刻)的准确测量和/或产生对工艺可变性稳健的期望工艺参数的测量值的一个或多个衬底测量选配方案，可以针对一个或多个性能指示符评估多个衬底测量选配方案，以标识这样的一个或多个准确和/或稳健的衬底测量选配方案。
参考图14，示意性地描绘了一种用于确定将产生期望的工艺参数(例如，套刻)的准确测量和/或产生对工艺可变性稳健的期望工艺参数的测量值的一个或多个衬底测量选配方案的方法的实施例。在该示例方法中，针对多个不同的测量光束波长值(即，从可以用于测量目标的检查设备可获得的波长)和多个不同的偏振值(即，从可以用于测量目标的检查设备可获得的偏振)，评估多个不同的量测目标中的每个；目标、波长和偏振的每个特定组合对应于特定衬底测量选配方案。然而，该方法不限于此。例如，该方法可以用于评估除了波长和偏振之外的其他或附加参数。作为另一示例，该方法可以用于仅评估单个目标(例如，针对多个不同波长和偏振，对于单个偏振针对多个不同波长，对于多个不同偏振针对单个波长，等等)。作为另一示例，该方法可以用于对于单个偏振针对多个不同波长来评估多个目标。作为另一示例，该方法可以用于对于单个波长针对多个不同偏振，评估多个目标。
此外，尽管按顺序示出了各种步骤，但是它们不一定必须以该顺序执行。此外，并不需要执行所有步骤。例如，可以执行一个或多个步骤。因此，可以执行从步骤中选择的任何组合。
在1400处，针对多个不同波长和针对多个不同偏振(在这种情况下为两个偏振)执行对单个目标的数据的第一分析。该数据可以通过实验获得或者使用目标从生产测量值来获得。例如，可以使用将使用目标的图案化工艺跨衬底印刷所考虑的目标的多个实例，并且然后使用适用的检查设备在多个不同的设置(例如，不同的波长、不同的偏振等)下测量每个实例。
可以模拟通过使用衬底测量选配方案测量目标而得到的工艺参数(例如，套刻、对准、焦距)测量。在模拟中，使用衬底测量选配方案的参数ri和/或tj来确定(例如，由其提供或由其确定)测量的一个或多个参数。例如，与衬底测量选配方案相对应的辐射与目标之间的相互作用可以通过使用例如麦克斯韦解算器和严格耦合波分析(RCWA)或其他数学建模来从衬底测量选配方案的那些参数来确定。因此，可以从相互作用确定使用目标和相关联的衬底测量选配方案而预期的测量。因此，在某些情况下，例如，为了确定产生强信号的目标，可以使用测量过程的模拟器来获得数据；模拟器可以在数学上推导出如何通过例如计算将在例如图7的装置的检测器中测量的强度，根据检查设备的测量技术(例如，基于衍射的套刻测量)使用检查设备来测量特定特性的特定目标(例如，根据间距、特征宽度、材料类型等指定的目标)。为了获得稳健性数据，模拟器可以在一定范围内向模拟工艺变化(其可以在衬底上扩展)引入扰动(例如，最多10％的变化，最多5％的变化，最多2％的变化，最多1％的变化，或最多0.5％的变化)。
因此，实验方法或模拟可以使用例如上述公式产生特定参数或指示符(诸如OV、K等)的值。
一个这样的指示符是堆叠灵敏度(SS)(也被视为信号对比度)。堆叠灵敏度可以被理解为信号强度随着套刻改变而改变多少(由于目标(例如，光栅)层之间的衍射)的量度。也就是说，在套刻上下文中，它检测套刻目标的上部周期性结构与下部周期性结构之间的对比度，并且因此表示上部周期性结构与下部周期性结构之间的衍射效率之间的平衡。因此，它是测量灵敏度的示例度量。在一个实施例中，堆叠灵敏度是强度不对称性与平均强度之间的比率。在一个实施例中，堆叠灵敏度可以表示为SS＝KL/IM，其中L是用户定义的常数(例如，在一个实施例中，值L是20nm和/或偏差d的值)并且IM是由目标衍射的测量光束的平均强度。在一个实施例中，应当最大化衬底测量选配方案的堆叠灵敏度。然而，已经发现，使用具有最大堆叠灵敏度的衬底测量选配方案可能不是最佳的。例如，堆叠灵敏度最大的测量光束波长可能对应于低的套刻灵敏度和差的工艺稳健性。
衬底测量选配方案数据的示例在图15和16中示出。该数据可以表示作为一个或多个衬底测量选配方案参数、特别是测量本身的一个或多个参数(诸如测量光束的波长)的函数的测量数据的依赖性。在一个实施例中，该数据可以表示作为测量辐射波长的函数的测量数据的振荡依赖性(例如，被获得作为场数据(在图像平面处)或光瞳数据(在光瞳平面处)的强度)。图15是针对单个偏振(在这种情况下为线性X偏振)在各种波长下的测量目标的数据的示例曲线图。通过数据来拟合曲线，并且因此该表示可以称为摆动曲线。可以理解，不需要生成曲线图，因为只能处理数据。图16是针对不同的单个偏振(在这种情况下为线性Y偏振)在不同波长下测量的相同目标的数据的曲线图。在图15和16中，对于各种测量光束波长，绘制了堆叠灵敏度和套刻灵敏度。此外，虽然这里的偏振是线性X和Y偏振，但是它可以是不同的或附加的偏振(诸如左旋椭圆偏振辐射、右旋椭圆偏振辐射等)。
使用该数据，从考虑中去除一个或多个特定衬底测量选配方案以产生一组衬底测量选配方案的选择，以用于进一步考虑。在这种情况下，衬底测量选配方案共享相同的目标，但是在测量辐射波长和测量辐射偏振方面变化。
现在，最初，可以消除某些波长，因为它们超出该特定目标的间距/波长限制。也就是说，目标特征的间距和测量辐射波长使得在该组合下的测量将是无效的。在区域1500中排除了这些一种或多种衬底测量选配方案。
该选择的另一方面是选择堆叠灵敏度满足或越过阈值(即，在特定堆叠灵敏度值范围内)的那些一个或多个衬底测量选配方案(例如，从跨衬底的目标的多个实例获得的平均堆叠灵敏度(然后可以确定多个衬底的平均堆叠灵敏度))。在一个实施例中，应当最大化堆叠灵敏度(但是如上所述，不以其他指示符或参数为代价，而且，下面讨论的堆叠灵敏度可能存在上限，其可能影响对工艺变化的稳健性)。例如，可以选择堆叠灵敏度的绝对值大于或等于0.05的一个或多个衬底测量选配方案以用于进一步考虑。当然，不需要使用0.05。如果该数字在这种情况下更高，则将排除更多测量选配方案。因此，在这种情况下，堆叠灵敏度数字相对较低。因此，通过选择的这个方面排除的那些一个或多个衬底测量选配方案被标记为区域1510(其中这些区域大致对应于在这种情况下检查设备可用的波长；如果连续波长范围是可用的并且检查设备可以精确且稳定地调谐到该范围内的任何波长，则应用于图15和16中的曲线的分析将更精确)。
可选的额外标准是考虑目标标准差。目标标准差(TS)可以被理解为跨目标的多个测量像素的测量参数(例如，套刻)的统计变化。理论上，每个像素应当由检测器测量以读取特定目标的相同参数值。然而，实际上，像素之间可能存在差异。在一个实施例中，目标标准差是标准偏差或方差的形式。因此，目标标准差的低值表示跨目标的测量参数的期望的低变化。目标标准差(TS)的高值可以表示目标打印中的问题(例如，错误形成的光栅线)、污染问题(例如，目标上的大颗粒)、测量光束斑点定位中的问题、和/或跨目标的测量光束强度变化的问题。
因此，该选择的另一方面可以是选择目标标准差满足或越过阈值(即，在一定的目标标准差值范围内)的那些一个或多个衬底测量选配方案(例如，从衬底上的目标的多个实例获得的平均目标标准差(然后可以确定多个衬底的平均目标标准差))。在一个实施例中，应当最小化目标标准差。例如，可以选择目标标准差小于或等于10nm的一个或多个衬底测量选配方案以用于进一步考虑。当然，不需要使用10nm。如果该数字在这种情况下较低，则将排除更多衬底测量选配方案。因此，在这种情况下，目标标准差数字相对较高。因此，通过选择的这个方面排除的那些一个或多个衬底测量选配方案被标记为区域1515(其中这些区域大致对应于在这种情况下检查设备可用的波长)。
此外，参考上面关于等式(4)和(5)的讨论，为了减少套刻的测量误差，应当选择具有大的套刻灵敏度K的一组测量条件(例如，目标选择、测量光束波长、测量光束偏振等)。因此，该选择的另一方面是选择套刻灵敏度满足或越过阈值(即，在一定的套刻灵敏度值范围内)的那些一个或多个衬底测量选配方案(例如，从跨衬底的目标的多个实例获得的平均套刻灵敏度(然后可以确定多个衬底的平均套刻灵敏度))。在一个实施例中，对于衬底测量选配方案，应当最大化套刻灵敏度。例如，可以选择套刻灵敏度的绝对值在最高套刻灵敏度的绝对值的范围内的一个或多个衬底测量选配方案，以用于进一步考虑。例如，该范围可以在最高套刻灵敏度值的35％、30％、25％、20％、15％或10％内。例如，可以选择在套刻灵敏度值的局部最小值或最大值的范围内的一个或多个衬底测量选配方案。例如，范围可以在局部最小值或最大值的35％、30％、25％、20％、15％或10％内。当然，可以使用不同的范围。范围越大，保留的衬底测量选配方案越多。因此，通过选择的这个方面排除的那些一个或多个衬底测量选配方案被标记为区域1520(其中区域大致对应于在这种情况下检查设备可用的波长)。
结果，应当保留一个或多个衬底测量选配方案(当然，如果没有剩余衬底测量选配方案，则可能需要修改一个或多个其他衬底测量选配方案参数，例如，目标本身的一个或多个参数)。在该示例中(其中检查设备提供特定波长)，剩余的衬底测量选配方案是其中利用450nm、500nm、520nm、567nm、580nm和600nm波长的线性X偏振辐射测量目标，并且其中利用450nm、500nm、580nm、600nm、610nm、703nm和728nm的线性Y偏振辐射测量目标的选配方案。此时，可以输出一个或多个所选择的衬底测量选配方案并且将其用于测量操作，并且其应当产生相对较强的测量信号。
在1410处，可以进一步细化来自1400的多个所选择的衬底测量选配方案以选择具有增加的测量准确度的一个或多个衬底测量选配方案。在一个实施例中，可以使用一个或多个各种性能指示符来应用一个或多个另外的阈值。
在一个实施例中，可以通过针对另外的更严格的阈值评估堆叠灵敏度来选择一个或多个衬底测量选配方案的子集。例如，可以选择堆叠灵敏度的绝对值大于或等于0.13且小于或等于0.8的一个或多个衬底测量选配方案，以用于进一步考虑。当然，不需要使用0.13和0.8。使用上限(在该示例中为0.8)来避免选择对于工艺变化可能趋于不稳健的堆叠灵敏度过高的衬底测量选配方案。
在一个实施例中，可以通过针对另外的更严格的阈值评估目标标准差来选择一个或多个衬底测量选配方案的子集。例如，可以选择目标标准差小于或等于4nm的一个或多个衬底测量选配方案以用于进一步考虑。当然，不需要使用4nm。
在一个实施例中，可以通过针对阈值评估目标标准差变化来选择一个或多个衬底测量选配方案的子集。目标标准差变化对应于跨衬底的目标的多个实例的目标标准差的统计变化。在一个实施例中，目标标准差变化是标准偏差或方差的形式。在一个实施例中，目标标准差变化是标准偏差的形式，并且目标标准差3σ可以针对阈值来评估。例如，可以选择目标标准差3σ小于或等于1nm的一个或多个衬底测量选配方案，以用于进一步考虑。当然，不需要使用1nm。在一个实施例中，应当最小化目标标准差变化。
在一个实施例中，可以通过针对阈值评估堆叠差异参数来选择一个或多个衬底测量选配方案的子集。在一个实施例中，堆叠差异参数包括光栅不平衡性(GI)。因此，例如，可以通过针对阈值评估光栅不平衡性(GI)(例如，从跨衬底上目标的多个实例获得的平均光栅不平衡性或光栅不平衡性的变化(例如，方差、标准偏差等)(然后可以确定多个衬底的平均光栅不平衡性或光栅不平衡性的变化))来选择一个或多个衬底测量选配方案的子集。例如，可以选择光栅不平衡性小于或等于0.05或5％的一个或多个衬底测量选配方案以用于进一步考虑。当然，不需要使用0.05或5％。在一个实施例中，最小化堆叠差异参数。
在一个实施例中，可以通过针对阈值评估自参考指示符(从跨衬底的目标的多个实例获得(然后可以确定多个衬底的自参考指示符))来选择衬底测量选配方案的子集。在一个实施例中，自参考指示符是或涉及使用在PCT专利申请公开No.WO2015/018625(其通过引用整体并入本文)中描述的A+相对于A-分析获得的自参考性能参数(例如，套刻)。
本文中的A+相对于A-分析将表示评估包含具有正偏差(A+)的周期性结构和具有负偏差(A-)的周期性结构的目标的多个实例的衬底测量选配方案。因此，对于套刻作为性能参数，确定每个衬底测量选配方案和目标的每个实例的A+和A-，并且针对所确定的A-值来评估所确定的A+值，以通过这样的数据产生拟合并且与该拟合相关的值对应于目标的实例的“真实”套刻。这将针对目标的每个实例重复以产生多个自参考性能参数值。在一个实施例中，对这些多个值进行平均以产生跨衬底的平均(例如，平均值)“真实”套刻(其中假定目标的每个实例旨在具有相同的套刻)。
图17是没有特征不对称的套刻光栅的A+相对于A-的示例曲线图，使得存在的唯一不对称性是由于偏差和套刻引起的不对称性，以示出拟合。在这种情况下，A+相对于A-之间的关系位于通过原点的直线上(因为假定没有特征不对称)。所有衬底测量选配方案的相应的A+相对于A-数据点位于该线上。该线的斜率(其拟合)与“真实”套刻相关。图17示出了：标记为OV＝0的虚线，其是指示零套刻的线并且具有为-1的斜率；标记为OV∞的虚线，其是具有为+1的斜率的线并且指示套刻接近无穷大；标记为OV<0的实线，其是具有小于-1的斜率的线并且指示小于零的套刻；以及标记为OV>0的实线，其是具有大于-1的斜率的线并且表示套刻大于零。另外，可以看出，等于+d的套刻(其中d是光栅偏差)将导致沿y轴绘制的线；并且等于-d的套刻将导致沿x轴绘制的线。
因此，通过确定通过数据集的拟合线的斜率，A+相对于A-回归可以产生“真实”套刻，因为它将没有归因于特征不对称的贡献，该线不一定通过原点拟合。可选地，可以经由拟合线与原点的偏移(例如，截距项)来确定特征不对称性。
此外，可以针对目标的每个实例以及针对每个衬底测量选配方案确定套刻的实际测量值(其中假定目标的每个实例旨在具有相同的套刻)。可以统计地处理这些值以产生特定衬底测量选配方案的套刻的平均值和统计变化(例如，标准偏差)。
然后，自参考指示符可以是特定衬底测量选配方案的真实“套刻”与套刻的测量值之间的比较。在一个实施例中，自参考指示符是平均“真实套刻”与套刻的平均测量值之间的差异加上3个标准偏差，其可以针对阈值来评估(例如，如果自参考指示符在这种情况下小于或等于3nm，则将选择衬底测量选配方案，尽管可以使用不同于3nm的值)。因此，该自参考指示符实际上是跨衬底的残留指纹。在一个实施例中，应当最小化自参考指示符。
因此，实际上，该技术涉及拟合跨衬底使用多个不同的衬底测量选配方案检测到的周期性结构(例如，偏差的套刻光栅)的不对称性，以产生“真实”工艺参数的自参考指纹(例如，套刻)。然后将自参考“真实”工艺参数(例如，套刻)与一个或多个衬底测量选配方案的工艺参数(例如，套刻)的测量值进行比较，以标识哪个或哪些衬底测量选配方案产生接近自参考指纹的结果，以帮助确保使用这些一个或多个衬底测量选配方案的测量的准确度。
因此，在1410处，可以进一步细化来自1400的多个衬底测量选配方案以选择一个或多个衬底测量选配方案，诸如图18所示的那些一个或多个衬底测量选配方案，其中利用500nm、520nm、567nm和580nm波长的线性X偏振辐射测量目标，并且其中利用580nm、610nm、703nm和728nm的线性Y偏振辐射测量目标。此时，可以输出一个或多个所选择的衬底测量选配方案并且将其用于测量操作，并且其应当产生相对准确的测量结果。
在1420处，可以进一步细化来自1410的多个所选择的衬底测量选配方案，以选择具有增强的工艺变化稳健性的一个或多个衬底测量选配方案。在一个实施例中，可以使用一个或多个各种性能指示符来应用一个或多个其他阈值。
在一个实施例中，可以通过针对阈值评估稳健性指示符来选择一个或多个衬底测量选配方案的子集。在一个实施例中，稳健性指示符可以被理解为参数或指示符的变化的度量，该参数或指示符表示对于跨衬底定位的目标的多个实例的跨衬底的灵敏度(然后可以确定多个衬底的灵敏度)。在一个实施例中，稳健性指示符可以被理解为对于跨衬底定位的目标的多个实例的跨衬底的套刻灵敏度的变化(可以确定多个衬底的套刻灵敏度的变化)的量度。在一个实施例中，稳健性指示符采用σK/|KM|的形式，其中σK是跨衬底的套刻灵敏度K的统计变化(例如，标准偏差、方差)，并且|KM|是跨衬底的套刻灵敏度K的绝对值的平均)(例如，平均值)。
参考图18，描绘了在1410中选择的多个衬底测量选配方案的堆叠灵敏度SS相对于稳健性指示符的图表。因此，在一个实施例中，阈值可以应用于稳健性指示符以及堆叠灵敏度。在该实施例中，描绘了实际上产生几个稳健性区域的几个阈值。
在一个实施例中，第一阈值是稳健性指示符的阈值1800，例如，如图18所示的0.25。因此，考虑选择稳健性指示符的值小于或等于0.25的任何衬底测量选配方案。如图18所示，在1410中选择的所有衬底测量选配方案都有资格被选择作为用于例如生产用途的衬底测量选配方案。
在一个实施例中，第二阈值是稳健性指示符的阈值1810，例如，如图18所示的0.15。因此，考虑选择稳健性指示符的值小于或等于0.15的任何衬底测量选配方案。如图18所示，在1410中选择的所有衬底测量选配方案都有资格被选择作为用于例如生产用途的衬底测量选配方案。
在一个实施例中，第三阈值是堆叠灵敏度的阈值1820，例如，如图18所示的0.13。因此，考虑选择堆叠灵敏度的值大于或等于0.13的任何衬底测量选配方案。如上所述，在1410中，可能先前已经应用了堆叠灵敏度的这种选择性阈值，并且因此在1410中选择的所有测量选配方案可能已经合格。如图18所示，在1410中选择的所有衬底测量选配方案都有资格被选择作为用于例如生产用途的衬底测量选配方案。
在一个实施例中，第四阈值是堆叠灵敏度的阈值1830，例如，如图18所示的0.2。因此，考虑选择堆叠灵敏度的值大于或等于0.2的任何衬底测量选配方案。如图18所示，仅在1410中选择的衬底测量选配方案的子集有资格在该约束下用于选择作为用于例如生产用途的衬底测量选配方案。
因此，第一至第四阈值限定用于选择一个或多个衬底测量选配方案的区域。在第一和第三阈值之外的第一区域1840可以限定如下区域：其中如果衬底测量选配方案位于该区域中，则进一步考虑是不可接受的。第二区域1850可以被定义为在第二和第四阈值之外但在第一和第三阈值内。如果衬底测量选配方案位于该区域1850中，则其仍可接受用于进一步考虑。并且，第三区域1860可以被定义为在第二和第四阈值内。如果衬底测量选配方案位于该区域1850中，则认为其可接受用于进一步考虑。如在图18中可见，选择衬底测量选配方案在区域1850内，特别是如下衬底测量选配方案：其中目标利用520nm和567nm波长的线性X偏振辐射测量，并且其中目标利用703nm和728nm的线性Y偏振辐射测量。获得参数的准确值(例如，套刻)的进一步细化是使用例如来自区域1860的波长的组合。
可选地，选择堆叠灵敏度为至少0.25且小于或等于0.5的一个或多个衬底测量选配方案。
在一个实施例中，稳健性指示符可以采用σSS/|SSM|的形式，其中σSS是跨衬底的堆叠灵敏度SS的统计变化(例如，标准偏差、方差)(然后可以确定多个衬底的统计变化)，并且|SSM|是跨衬底的堆叠灵敏度SS的绝对值的平均(例如，平均值)。
因此，在1420处，可以进一步细化在1410中选择的衬底测量选配方案，以选择一个或多个衬底测量选配方案，诸如如下衬底测量选配方案：其中利用520nm和567nm波长的线性X偏振辐射测量目标，并且其中利用703nm和728nm的线性Y偏振辐射测量目标。此时，可以输出一个或多个所选择的衬底测量选配方案并且将其用于测量操作，并且其应当产生对于工艺变化相对稳健的测量结果。
在1430处，可以进一步细化来自1420的多个衬底测量选配方案以选择衬底测量选配方案。在一个实施例中，可以使用一个或多个各种性能指示符来应用其他阈值。
在一个实施例中，可以针对相应的摆动曲线(或其相关联的数据)重新评估来自1420的衬底测量选配方案。特别地，可以评估一个或多个指示符(诸如套刻灵敏度和/或堆叠灵敏度)是否稳定。在一个实施例中，可以评估指示符的导数。例如，如果指示符的导数的绝对值小于或等于5，小于或等于1，小于或等于0.5，或小于或等于0.1，则可以认为衬底测量选配方案是稳定的(并且被选择)。在一个实施例中，导数可以在衬底测量选配方案的参数(例如，波长)的值的范围内(例如，在10％内，在5％内，或在1％内)进行评估，以查看导数(例如，该范围内的各个值，该范围内的导数的平均值等)越过阈值。
因此，作为示例，再次参考图15并且获得在1420处利用520nm的线性X偏振辐射测量的目标的所选择的衬底测量选配方案，可以看出，该衬底测量选配方案的堆叠灵敏度的导数很高(例如，大于1)。此外，在衬底测量选配方案的520nm附近的约518nm至525nm范围内的堆叠灵敏度的导数也具有高导数(例如，平均且单独地大于1)。因此，即使套刻灵敏度的导数可以接受，也可以排除该衬底测量选配方案。
相比之下，可以看出，参考图15并且或者1420处利用567nm的线性X偏振辐射测量的目标的所选择的衬底测量选配方案，可以看出，该衬底测量选配方案的堆叠灵敏度的导数相对较低。类似地，套刻灵敏度的导数也相对较低。因此，可以选择该衬底测量选配方案。
在一个实施例中，两个或更多个指示符的导数值应当彼此相同或在一定范围内(例如，在5％内，10％内，20％内或30％内)。例如，如果一个指示符的导数(例如，堆叠敏感度)为1，则另一指示符的导数应当在0.95至1.05(5％范围)或0.9至1.1的范围内(对于10％的范围)等。
此外，在1430处，示出了可选地，对于在步骤1400、1410、1420和/或1430中评估的多个衬底测量选配方案上保持的不同组的衬底测量选配方案参数，可以重复步骤1400、1410、1420和/或1430中的一个或多个。例如，在上面给出的示例中，针对变化的波长和偏振来评估特定目标类型。因此，例如，不同的集合可以是不同类型的目标(例如，如上所述的一个或目标参数的差异，诸如间距、特征宽度、材料等)，然后在步骤1400、1410、1420和/或1430中评估例如变化的波长和偏振。
在一个实施例中，如果不存在从步骤1400、1410、1420和/或1430标识的至少一个衬底测量选配方案，则可以触发重复。也就是说，在步骤1400、1410、1420和/或1430中评估的多个衬底测量选配方案中保持的一个或多个新的不同组的衬底测量选配方案参数每个都可以由用户提供或者计算(例如，通过来自先前组的内插或外推方法)。
在一个实施例中，可以对在步骤1400、1410、1420和/或1430中评估的多个衬底测量选配方案上维持的多个所选择的不同组的衬底测量选配方案参数执行重复。在步骤1400、1410、1420和/或1430中评估的多个衬底测量选配方案中保持的一个或多个组的衬底测量选配方案参数可以由用户提供或者计算(例如，通过来自先前组的内插或外推方法)。重复的结果可以是仅一种衬底测量选配方案的标识。或者，结果可以是多个衬底测量选配方案的标识，例如，与一组(例如，特定目标类型)相关联的多个衬底测量选配方案或者用于多个组(例如，多个不同目标类型)中的两个或更多个组(例如，两个或更多个目标类型)中的每一组的至少一个衬底测量选配方案。
因此，在1430处(无论是否存在如上所述的重复)，可以输出一个或多个所选择的衬底测量选配方案并且将其用于测量操作，并且其应当产生相对准确和稳健的测量结果。
在1440处，在存在多个衬底测量选配方案的情况下，然后可以将衬底测量选配方案一起或相对于每组进行排序。然后可以输出顶部衬底测量选配方案或顶部5个内或顶部10个内的衬底测量选配方案并且将其用于测量操作，并且其应当产生相对准确和稳健的测量结果。
在一个实施例中，排序可以基于匹配指示符，该匹配指示符标识使用衬底测量选配方案测量的工艺参数(例如，套刻)与衬底上的功能器件图案的工艺参数的值匹配的程度。也就是说，在一个实施例中，匹配指示符提供使用衬底测量选配方案的目标测量的参数与功能器件图案的实际参数值(目标旨在确定其参数的值)之间的相关性。这可以例如通过将使用衬底测量选配方案进行的测量与使用例如SEM测量的功能器件图案的测量值相关联来确定。
在一个实施例中，排序可以基于上面标识的指示符或参数中的任何一个或组合。例如，排序可以基于堆叠灵敏度(例如，堆叠灵敏度在0.35到0.40的范围内)或稳健性指示符(例如，σK/|KM|小于0.04)。在一个实施例中，排序可以基于上面标识的两个或更多个指示符或参数的组合以及组合中的指示符或参数的可选的不同加权。
因此，在1440处，可以输出一个或多个所选择的衬底测量选配方案并且将其用于测量操作，并且其应当产生相对准确和稳健的测量结果。
在一个实施例中，参数或指示符中的一个或多个(例如，堆叠差异参数)可以用于导出例如使用目标做出的感兴趣的参数的校正测量，诸如套刻、CD、焦距、剂量等。经校正的测量值自然可以用于通过图案化工艺来例如对器件进行创建、鉴定、验证等。附加地或替代地，一个或多个参数或指示符(或从堆叠差异参数导出的参数，诸如经校正的测量)可以用于衬底测量选配方案的(重新)设计(例如，在目标中，诸如以改变设计的布局)，或者可以用于形成目标的工艺(例如，改变材料，改变印刷步骤或条件等)，可以用于测量条件的制定(例如，在测量光束的波长、偏振、照射模式等方面改变光学测量选配方案)等。
在一个实施例中，一个或多个参数或指示符(例如，堆叠差异参数)可以用于模拟目标的光学测量以导出例如感兴趣的参数的经校正的模拟测量，诸如套刻、CD、焦距、剂量等。例如，一个或多个参数或指示符(例如，堆叠差异参数)可以用于校准数学模型，该数学模型例如用于模拟图案化工艺的至少一部分，模拟测量过程的至少一部分，等等。
在一个实施例中，提供了一种标识期望目标设计以及目标设计和测量参数的期望组合的方法。一旦标识，组合可以用于执行量测测量。如上所述，目标设计可以以多种方式变化。例如，可以存在一个或多个参数的变化，诸如临界尺寸、侧壁角度或间距。因此，可以评估多个候选目标设计，每个候选目标设计示出这些参数中的一个或多个的变化。此外，测量参数可以在波长、偏振等方面变化。
因此，在一个实施例中，可以对各种衬底测量选配方案的参数空间进行采样以标识候选衬底测量选配方案，并且然后通过本文中描述的一种或多种方法来标识衬底测量选配方案是否合适。衬底测量选配方案参数的内插和/或外推(例如，基于本文中的评估结果)可以用于选择衬底测量选配方案候选。因此，可以评估很多衬底测量选配方案，每个选配方案示出一个或多个可用参数的变化。
因此，在一个实施例中，提供了一种用于量测的衬底测量选配方案的最佳选择方法。在一个实施例中，该方法产生准确且稳健的衬底测量选配方案。在一个实施例中，使用测量数据执行优化。在一个实施例中，使用模拟数据执行优化。在一个实施例中，使用模拟和测量数据执行优化。
因此，在一个实施例中，可以根据一个或多个指示符或参数(例如，堆叠差异、套刻灵敏度等)来优化衬底测量选配方案。可以在优化中调节衬底测量选配方案的一些或所有参数。例如，可以调节目标的一个或多个参数和/或测量的一个或多个参数。优化可以使用成本函数，成本函数代表表示一个或多个指示符(例如，多个指示符)的度量。如上所述，每个适用的指示符可以被最大化或最小化，这受制于任何可用的约束条件。
在过程或设备的优化中，品质因数可以表示为成本函数。优化过程归结为找到优化(例如，最小化或最大化)成本函数的系统或过程的一组参数(设计变量)的过程。成本函数可以具有任何合适的形式，这取决于优化的目标。例如，成本函数可以是过程和/或系统的某些特性相对于这些特性的预期值(例如，理想值)的偏差的加权均方根(RMS)；成本函数也可以是这些偏差的最大值(即，最差偏差)。由于过程和/或系统的实现的实用性，设计变量可以被限制在有限范围内和/或相互依赖。在测量过程的情况下，约束通常与硬件的物理属性和特性、测量步骤和/或图案化步骤相关联，诸如可调谐的硬件范围和/或目标可制造性设计规则。
作为示例，成本函数可以表示为
其中(z1，z2，…，zN)是N个设计变量或其值。fp(z1，z2，…，zN)可以是设计变量(z1，z2，…，zN)的函数，诸如表示针对设计变量(z1，z2，…，zN)的一组值的与特定衬底测量选配方案相对应的一个或多个指示符或参数(例如，堆叠差异、套刻灵敏度等)的度量。因此，更一般地，fp(z1，z2，…，zN)可以是表征相关联的衬底测量选配方案的性能(例如，灵敏度、稳健性(即，使用衬底测量选配方案的测量结果在扰动下变化多少)等)的度量。虽然CF(z1，z2，…，zN)可以对应于单个fp(z1，z2，…，zN)，但是在一个实施例中，CF(z1，z2，…，zN)是fp(z1，z2，…，zN)的组合，其中每个fp(z1，z2，…，zN)表征选自以下中的一个或多个：堆叠灵敏度、套刻灵敏度、自参考指示符、稳健性指示符，目标标准差等。可以如上所述优化每个参数或指示符(例如，最大化堆叠灵敏度，最大化套刻灵敏度，等等)，并且每个参数或指示符可以受到一个或多个约束(例如，某些极限值)。wp是与fp(z1，z2，…，zN)相关联的权重常数，并且当然可以针对不同的fp(z1，z2，…，zN)有不同的值。当然，CF(z1，z2，…，zN)不仅限于等式1中的形式。CF(z1，z2，…，zN)可以是任何其他合适的形式。
因此，在一个实施例中，成本函数可以包括准确度和稳健性两者的一个或多个性能指示符或参数。在一个实施例中，成本函数可以与以下形式相同或类似：
其中PIaccuracy是用于准确度的一个或多个性能指示符或参数(例如，套刻灵敏度)，PIrobustness是用于稳健性的一个或多个性能指示符或参数(例如，稳健性指示符)，并且W1和W2是加权系数。使用这种格式，可以在数学上共同优化准确性和稳健性。如果需要更好的准确度，则W1将大于W2。
在一个实施例中，设计变量(z1，z2，…，zN)包括目标的一个或多个特性/参数。例如，设计变量可以包括一个或多个几何特性(例如，目标的周期性结构的特征的间距、目标的周期性结构的特征的CD(例如，暴露部分和/或未曝露部分的宽度)、图案的周期性结构的各个特征的分割、周期性结构的至少一部分的形状、周期性结构的长度或周期性结构的特征的长度等)和/或一种或多种材料特性(例如，目标的层的折射率、目标的层的消光系数等)。在一个实施例中，设计变量包括目标的多个特性/参数。在一个实施例中，设计变量可以包括测量本身的任何可调节参数。例如，设计变量(z1，z2，…，zN)可以包括在衬底测量选配方案中指定的波长、偏振和/或光瞳形状。
在一个实施例中，可以引入和评估/优化设计变量的多组初始值(“种子”)。例如，可以存在少于或等于500、少于或等于200、少于或等于100个种子，或者少于或等于50个种子。
可以通过从不同种子开始重复优化。初始值可以是随机的(蒙特卡罗方法)，或者可以由用户提供。种子可以在由设计变量跨越的值空间中均匀地间隔开。使用不同的种子开始优化减少了被困在局部极值的机会。
此外，为了利用并行计算，可以独立地引入和评估/优化多个不同的种子，以增加找到最佳的机会。因此，可以使用多个种子导出各自的最佳，从中可以选择最佳候选。
设计变量可以具有约束，约束可以表示为(z1，z2，…，zN)∈Z，其中Z是设计变量的一组可能值。约束可以是例如目标设计的一个或多个几何特性(例如，一个或多个设计规则，其指定最终目标设计的特定几何特征必须落入由可用的工艺设计规则设定的边界内)和/或例如由用于利用测量选配方案测量目标的测量设备设置的尺寸要求。
此外，在一个实施例中，引入惩罚函数以自动地将成本函数限制在一个或多个度量的期望范围内。例如，对设计变量的一种可能的约束可以是与根据其相关联的选配方案的目标设计的测量相关联的性能(例如，准确性、稳健性等)可以不必或必须越过相关联的阈值。在没有这样的约束的情况下，优化可能产生导致信号太弱或太不稳定的衬底测量选配方案。在一个实施例中，惩罚函数包括对目标的特性的约束(例如，目标的几何特性)。例如，它可以将堆叠灵敏度约束在例如0.2到0.8之间。在这种情况下，在一个实施例中，用于堆叠灵敏度的惩罚函数可以是或包括以下形式：P(x)＝c*((max(0，0.2-x))2+(max(0，x-0.8))2)，其中c是常数，并且值0.2和0.8可以不同。但是，约束和惩罚函数的有用性不应当被解释为必要性。
因此，优化过程是在可选约束(z1，z2，…，zN)∈Z下并且根据可选惩罚函数找到一个或多个设计变量的一组值，该组值优化成本函数，例如找到：
根据一个实施例，图19中示出了一般的优化方法。该方法包括定义如上所述的多个设计变量的多变量成本函数的步骤1302。例如，在一个实施例中，设计变量包括目标设计和/或测量的一个或多个特性/参数。在步骤1304中，同时调节设计变量，使得成本函数朝向收敛移动。在步骤1306中，确定是否满足预定义的终止条件。预定终止条件可以包括各种可能性，例如，选自以下中的一个或多个：成本函数被最小化或最大化，如所使用的数字技术所要求的，成本函数的值等于阈值或越过阈值，成本函数的值达到预设的误差极限内，和/或达到预设的迭代次数。如果满足步骤1306中的条件，则该方法结束。如果不满足步骤1306中的一个或多个条件，则迭代地重复步骤1304和1306，直到获得期望的结果。优化不一定导致一个或多个设计变量的值的单个集合，因为可能存在物理约束。优化可以为一个或多个设计变量提供多组值，并且允许用户选择一个或多个集合。
可以交替地调节设计变量(称为交替优化)或同时调节设计变量(称为同时优化)。本文中使用的术语“同时”、“同时地”、“联合”和“联合地”表示允许设计变量同时改变。本文中使用的术语“交替”和“交替地”表示允许并非所有设计变量同时改变。
在图19中，同时执行所有设计变量的优化。这种流程可以称为同时流程或共同优化流程。或者，交替执行所有设计变量的优化，如图20所示。在该流程中，在每个步骤中，一些设计变量是固定的，而其他设计变量被优化以优化成本函数；然后在下一步骤中，一组不同的变量是固定的，同时优化其他变量以最小化或最大化成本函数。交替执行这些步骤直到满足收敛或特定终止条件。如图20的非限制性示例流程图所示，在步骤2004中，其中调节第一组设计变量(例如，目标设计的一个或多个参数)以最小化或最大化成本函数，而第二组设计变量(例如，目标的一个或多个其他参数或测量的一个或多个参数)固定。然后在下一步骤2006中，调节第二组设计变量以最小化或最大化成本函数，同时第一组设计变量固定。交替执行这两个步骤，直到在步骤2008中满足特定终止条件。可以使用一个或多个各种终止条件，诸如成本函数的值变为等于阈值，成本函数的值越过阈值，成本函数的值达到预设的误差极限内，达到预设迭代次数等。最后，在步骤2010中获得优化结果的输出，并且该过程停止。
本文中描述的优化过程可以有利地实现堆叠调节，诸如改变量测目标的一个或多个材料层、几何特性等，以实现特定图案化工艺的准确且稳健的测量结果。
图21示出了说明其中衬底测量选配方案用于监测性能并且作为控制量测、设计和/或生产过程的基础的过程的流程图。在步骤D1中，根据可用的衬底测量选配方案处理衬底以产生如本文中描述的产品特征和一个或多个量测目标。在步骤D2，使用(如果适用的话)衬底测量选配方案的一个或多个测量参数测量并且使用例如图6或10的方法计算并且可选地使用不对称性和/或堆叠差异参数校正图案化工艺参数(例如，套刻)值。在可选步骤D3，可以使用测量的图案化工艺参数(例如，套刻)值(与可能的其他信息一起)更新衬底测量选配方案(例如，使用如本文中描述的方法改变波长)。已更新的量测选配方案用于重新测量图案化工艺参数和/或用于测量随后处理的衬底上的图案化工艺参数。以这种方式，所计算的图案化工艺参数的准确度得到提高。如果需要，更新过程可以自动化。在步骤D4中，使用图案化工艺参数值更新控制光刻图案化步骤和/或器件制造工艺中的其他工艺步骤的选配方案，以进行再加工和/或处理其他衬底。如果需要，这种更新也可以自动化。
在一个实施例中，提供了一种方法，其包括：针对堆叠灵敏度和套刻灵敏度，评估用于对使用图案化工艺处理的量测目标进行测量的多个衬底测量选配方案；以及从多个衬底测量选配方案中选择堆叠灵敏度的值满足或越过阈值并且套刻灵敏度的值在距离套刻灵敏度的最大值或最小值的特定有限范围内的一个或多个衬底测量选配方案。
在一个实施例中，该方法还包括针对目标标准差评估多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的目标标准差的值满足或越过阈值。在一个实施例中，该方法还包括针对表示跨衬底的灵敏度参数的统计变化的稳健性指示符，评估多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的稳健性指示符的值达到或越过阈值。在一个实施例中，稳健性指示符表示跨衬底的套刻灵敏度的统计变化除以跨衬底的套刻灵敏度的绝对值的平均值。在一个实施例中，该方法还包括针对堆叠灵敏度评估多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的堆叠灵敏度的值满足或越过更严格的阈值。在一个实施例中，该方法还包括针对堆叠差异参数评估多个衬底测量选配方案，堆叠差异参数表示量测目标的相邻周期性结构之间或量测目标与衬底上的另一相邻目标之间的物理配置的非设计差异，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的堆叠差异参数的值满足或越过阈值。在一个实施例中，堆叠差异参数包括周期性结构强度不平衡性。在一个实施例中，周期性结构强度不平衡性是以下各项的函数：(i)来自第一相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度与来自第二相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度之间的差值，以及(ii)来自第一相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度与来自第二相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度的总和。在一个实施例中，来自第一相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度对应于+n阶辐射，并且来自第二相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度对应于-n阶辐射，其中n是大于或等于1的整数。在一个实施例中，该方法还包括针对自参考指示符评估多个衬底测量选配方案，自参考指示符涉及根据第一周期性结构的不对称数据与第二周期性结构的不对称数据之间的拟合而确定的工艺参数值，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的自参考指示符的值满足或越过阈值。在一个实施例中，自参考指示符涉及工艺参数值与工艺参数的测量值的至少平均值的比较。在一个实施例中，自参考指示符涉及工艺参数值与工艺参数的测量值的平均值和工艺参数的测量值的标准偏差的三倍的组合的比较。在一个实施例中，评估包括计算多变量成本函数，多变量成本函数表示表征堆叠灵敏度和套刻灵敏度的度量，度量是来自衬底测量选配方案的多个参数的函数；以及调节参数中的一个或多个参数并且利用经调节的一个或多个设计参数计算成本函数，直到满足特定终止条件。在一个实施例中，衬底测量选配方案中的每个衬底测量选配方案在波长方面不同。在一个实施例中，评估包括根据衬底测量选配方案中的每个衬底测量选配方案使用检查设备获得量测目标的测量值。
在一个实施例中，提供了一种方法，其包括：针对表示跨使用图案化工艺处理的衬底的灵敏度参数的统计变化的稳健性指示符，评估用于对衬底上的量测目标进行测量的多个衬底测量选配方案；以及从多个衬底测量选配方案中选择稳健性指示符满足或越过阈值的一个或多个衬底测量选配方案。在一个实施例中，稳健性指示符表示跨衬底的套刻灵敏度的统计变化除以跨衬底的套刻灵敏度的绝对值的平均值。在一个实施例中，该方法还包括针对堆叠灵敏度评估多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的堆叠灵敏度的值满足或越过阈值。在一个实施例中，该方法还包括针对套刻灵敏度评估多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的套刻灵敏度的值在距离套刻灵敏度的最大值或最小值的特定有限范围内。在一个实施例中，该方法还包括针对堆叠差异参数评估多个衬底测量选配方案，堆叠差异参数表示量测目标的相邻周期性结构之间或量测目标与衬底上的另一相邻目标之间的物理配置的非设计差异，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的堆叠差异参数的值满足或越过阈值。在一个实施例中，堆叠差异参数包括周期性结构强度不平衡性。在一个实施例中，周期性结构强度不平衡性是以下各项的函数：(i)来自第一相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度与来自第二相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度之间的差值，以及(ii)来自第一相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度与来自第二相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度的总和。在一个实施例中，来自第一相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度对应于+n阶辐射，并且来自第二相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度对应于-n阶辐射，其中n是大于或等于1的整数。在一个实施例中，该方法还包括针对自参考指示符评估多个衬底测量选配方案，自参考指示符涉及根据第一周期性结构的不对称数据与第二周期性结构的不对称数据之间的拟合而确定的工艺参数值，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的自参考指示符的值满足或越过阈值。在一个实施例中，自参考指示符涉及工艺参数值与工艺参数的测量值的至少平均值的比较。在一个实施例中，自参考指示符涉及工艺参数值与工艺参数的测量值的平均值和工艺参数的测量值的标准偏差的三倍的组合的比较。在一个实施例中，该方法还包括针对目标标准差评估多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的目标标准差的值满足或越过阈值。
在一个实施例中，提供了一种方法，其包括：针对堆叠差异参数，评估用于对使用图案化工艺处理的衬底上的量测目标进行测量的多个衬底测量选配方案，堆叠差异参数表示量测目标的相邻周期性结构之间或量测目标与衬底上的另一相邻目标之间的物理配置的非设计差异；以及从多个衬底测量选配方案中选择堆叠差异参数满足或越过阈值的一个或多个衬底测量选配方案。
在一个实施例中，堆叠差异参数包括周期性结构强度不平衡性。在一个实施例中，周期性结构强度不平衡性是以下各项的函数：(i)来自第一相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度与来自第二相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度之间的差值，以及(ii)来自第一相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度与来自第二相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度的总和。在一个实施例中，来自第一相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度对应于+n阶辐射，并且来自第二相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度对应于-n阶辐射，其中n是大于或等于1的整数。在一个实施例中，该方法还包括针对堆叠灵敏度评估多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的堆叠灵敏度的值满足或越过阈值。在一个实施例中，该方法还包括针对套刻灵敏度评估多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的套刻灵敏度的值在距离套刻灵敏度的最大值或最小值的特定有限范围内。在一个实施例中，该方法还包括针对目标标准差评估多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的目标标准差的值满足或越过阈值。在一个实施例中，该方法还包括针对表示跨衬底的灵敏度参数的统计变化的稳健性指示符，评估多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的稳健性指示符的值达到或越过阈值。在一个实施例中，稳健性指示符表示跨衬底的套刻灵敏度的统计变化除以跨衬底的套刻灵敏度的绝对值的平均值。在一个实施例中，该方法还包括针对自参考指示符评估多个衬底测量选配方案，自参考指示符涉及根据第一周期性结构的不对称数据与第二周期性结构的不对称数据之间的拟合而确定的工艺参数值，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的自参考指示符的值满足或越过阈值。在一个实施例中，自参考指示符涉及工艺参数值与工艺参数的测量值的至少平均值的比较。在一个实施例中，自参考指示符涉及工艺参数值与工艺参数的测量值的平均值和工艺参数的测量值的标准偏差的三倍的组合的比较。
虽然上面公开的实施例是在基于衍射的套刻测量(例如，使用图7A所示的装置的第二测量分支进行的测量)方面来描述的，但是原则上，相同的模型可以用于基于光瞳的套刻测量(例如，使用图7A所示装置的第一测量分支进行的测量)。因此，应当理解，本文中描述的概念同样适用于基于衍射的套刻测量和基于光瞳的套刻测量。
虽然本文中描述的量测目标和工艺参数的实施例主要在用于测量套刻的套刻目标方面来描述，但是本文中描述的量测目标的实施例可以用于测量一个或多个附加或替代的图案化工艺参数。例如，量测目标可以用于测量曝光剂量变化，测量曝光焦距/离焦，测量CD等。此外，这里的描述也可以在适当修改的情况下应用于例如使用对准标记在光刻设备中进行的衬底和/或图案化装置对准。类似地，可以确定用于对准测量的适当选配方案。
因此，尽管感兴趣的性能参数是套刻，但是可以使用本文中描述的方法确定图案化工艺的性能的其他参数(例如，剂量、焦距、CD等)。可以反馈(或前馈)性能参数(例如，套刻、CD、焦距、剂量等)以改善图案化工艺，改善目标，和/或用于改进本文中描述的建模、测量和计算过程。
虽然上述目标结构是为测量目的而专门设计和形成的量测目标，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件的目标上测量特性。很多器件具有类似于光栅的规则的周期性结构。本文中使用的术语“目标”、“光栅”或“周期性结构”不要求已经专门为正在进行的测量提供适用的结构。此外，量测目标的间距P接近于测量工具的光学系统的分辨率极限，但是可以远大于通过目标部分C中的图案化工艺产生的典型产品特征的尺寸。在实践中，可以使周期性结构的特征和/或空间包括尺寸与产品特征相似的较小结构。
与在衬底和图案化装置上实现的目标的物理结构相关联，实施例可以包括一种计算机程序，该计算机程序包含描述以下各项的一个或多个机器可读指令序列和/或功能数据：目标设计、设计衬底的目标的方法、在衬底上产生目标的方法、在衬底上测量目标的方法和/或分析测量以获得关于图案化工艺的信息的方法。该计算机程序可以例如在图7的装置中的单元PU和/或图2的控制单元LACU内执行。还可以提供其中存储有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)。在例如图7所示类型的现有检查设备已经在生产和/或使用中的情况下，可以通过提供用于使得处理器引起执行本文中描述的方法中的一个或多个的已更新的计算机程序产品来实现实施例。该程序可以可选地布置成控制光学系统、衬底支撑件等以执行在合适的多个目标上测量图案化工艺的参数的方法。该程序可以更新光刻和/或量测选配方案以测量其他衬底。该程序可以被布置成控制(直接或间接)光刻设备以用于图案化和处理其他衬底。
此外，本文中已经关于基于衍射的量测描述了实施例，其例如测量重叠周期性结构与来自衍射阶的强度的相对位置。然而，本文中的实施例可以在需要时通过适当修改应用于基于图像的量测，其例如使用目标的高质量图像测量从层1中的目标1到层2中的目标2的相对位置。通常，这些目标是周期性结构或“盒子”(盒子中盒子(BiB))。
如本文中使用的术语“进行优化”和“优化”是指或意指调节图案化工艺的设备和/或过程，其可以包括调节光刻工艺或设备，或者调节量测过程或设备(例如，目标、测量工具等，)，使得品质因数具有更理想的值，诸如测量、图案化和/或器件制造结果，和/或使得工艺具有一个或多个期望的特性，设计布局在衬底上的投影更准确，工艺窗口更大，等等。因此，进行优化和优化是指或表示标识与设计变量的初始值集合相比较提供改进的一个或多个设计变量的一个或多个值的过程，例如品质因数的局部最优值。应当相应地解释“最佳”和其他相关术语。在一个实施例中，可以迭代地应用优化步骤以提供一个或多个品质因数的进一步改进。
在面对区别仅由于结构不对称性而引起的强度值时，发现由例如与量测目标(诸如用于提供套刻值的目标)紧密相邻放置的单个光栅形成的结构提供有益的校正。仅结构不对称结构(例如，图11中仅存在于L1中的光栅，因此没有如图11的L2所示的顶部光栅)与量测目标同时测量，因为两者都具有适合于允许包含在测量斑中的尺寸。检测源自仅结构不对称结构的强度不对称性(量测目标提供包括结构不对称性和套刻误差或不对称性的强度值)允许校正从量测目标获得的套刻值。
监测源自结构不对称相关散射的强度贡献的有利方法包括同时检测从包括重叠光栅的量测目标散射的强度和从仅目标结构不对称性散射的强度，计算与由结构不对称性散射的强度成比例的值，其中计算是由相应的衍射阶散射的强度的相加。
与由结构不对称结构散射的强度成比例的值(诸如仅包括底部光栅的目标，其中该值是通过添加由相应衍射阶散射的强度获得的)在以下各方面提供了进一步的优势：校准和校正套刻度量设置，提供与套刻度量的准确度相关的估计，提供与光刻工艺的其他感兴趣的参数相关的进一步估计，例如光刻设备内的光刻步骤的工艺变化。
使用与相应衍射阶的强度的总和成比例的值的另一优点是比例因子的计算，该比例因子以“nm”值提供源自仅结构不对称目标的强度值。这种转化有利于比较、监测和校正光刻工艺或量测选配方案设置或量测过程本身。
本发明的实施例可以采取包含描述本文中公开的方法的一个或多个机器可读指令序列的计算机程序或者其中存储有这样的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，机器可读指令可以包含在两个或更多个计算机程序中。两个或更多个计算机程序可以存储在一个或多个不同的存储器和/或数据存储介质上。
本文中公开的一个或多个方面可以在控制系统中实现。当位于设备的至少一个部件内的一个或多个计算机处理器读取一个或多个计算机程序时，本文中描述的任何控制系统可以各自或组合地可操作。控制系统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的配置。一个或多个处理器被配置为与至少一个控制系统通信。例如，每个控制系统可以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多个处理器。控制系统可以包括用于存储这种计算机程序的数据存储介质、和/或用于容纳这种介质的硬件。因此，控制系统可以根据一个或多个计算机程序的机器可读指令进行操作。
尽管以上可以已经在光学光刻的上下文中对实施例的使用进行了具体参考，但是应当理解，本发明的实施例可以用于其他应用，例如压印光刻，并且在上下文允许的情况下，不是仅限于光学光刻。在压印光刻中，图案化装置中的形貌限定在衬底上产生的图案。图案化装置的形貌可以被压入被提供给衬底的抗蚀剂层中，然后通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来固化抗蚀剂。在抗蚀剂固化之后，将图案化装置移出抗蚀剂，以在其中留下图案。
本文中使用的术语“辐射”和“光束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，波长为或约为365、355、248、193、157或126nm)和极紫外(EUV)辐射(例如，波长在5-20nm的范围内)、以及粒子束，诸如离子束或电子束。
在上下文允许的情况下，术语“透镜”可以指代各种类型的光学元件中的任何一个或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学部件。
具体实施例的以上描述揭示了本发明的实施例的一般性质，使得其他人可以在不脱离本发明的一般概念的情况下通过应用本领域技术范围内的知识来容易地修改各种应用和/或使各种应用适应这样的具体实施例，而无需过多的实验。因此，基于本文中给出的教导和指导，这样的适应和修改旨在落入所公开的实施例的等同物的含义和范围内。应当理解，本文中的措辞或术语是出于描述而非限制的目的，因此本说明书的术语或措辞将由本领域技术人员鉴于这些教导和指导来解释。
本发明的广度和范围不应当受任何上述示例性实施例的限制，而应当仅根据所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (44)

1.一种方法，包括：
针对堆叠灵敏度和套刻灵敏度，评估用于对使用图案化工艺处理的量测目标进行测量的多个衬底测量选配方案；以及
从所述多个衬底测量选配方案中选择所述堆叠灵敏度的值满足或越过阈值并且所述套刻灵敏度的值在距离所述套刻灵敏度的最大值或最小值的特定有限范围内的一个或多个衬底测量选配方案。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：针对目标标准差评估所述多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的所述目标标准差的值满足或越过阈值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：针对表示跨所述衬底的灵敏度参数的统计变化的稳健性指示符，评估所述多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的所述稳健性指示符的值达到或越过阈值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述稳健性指示符表示跨所述衬底的套刻灵敏度的统计变化除以跨所述衬底的套刻灵敏度的绝对值的平均值。
5.根据权利要求3或4所述的方法，还包括：针对堆叠灵敏度评估所述多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的所述堆叠灵敏度的值满足或越过更严格的阈值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，还包括：针对堆叠差异参数评估所述多个衬底测量选配方案，所述堆叠差异参数表示所述量测目标的相邻周期性结构之间或所述量测目标与所述衬底上的另一相邻目标之间的物理配置的非设计差异，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的所述堆叠差异参数的值满足或越过阈值。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述堆叠差异参数包括周期性结构强度不平衡性。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述周期性结构强度不平衡性是以下各项的函数：(i)来自第一相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度与来自第二相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度之间的差值，以及(ii)来自所述第一相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度与来自所述第二相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度的总和。
9.根据权利要求8所述的方法，其中来自所述第一相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度对应于+n阶辐射，并且来自所述第二相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度对应于-n阶辐射，其中n是大于或等于1的整数。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，还包括：针对自参考指示符评估所述多个衬底测量选配方案，所述自参考指示符涉及根据第一周期性结构的不对称数据与第二周期性结构的不对称数据之间的拟合而确定的工艺参数值，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的所述自参考指示符的值满足或越过阈值。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述自参考指示符涉及所述工艺参数值与所述工艺参数的测量值的至少平均值的比较。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述自参考指示符涉及所述工艺参数值与所述工艺参数的测量值的平均值和所述工艺参数的测量值的标准偏差的三倍的组合的比较。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述评估包括：计算多变量成本函数，所述多变量成本函数表示表征所述堆叠灵敏度和所述套刻灵敏度的度量，所述度量是来自所述衬底测量选配方案的多个参数的函数；以及调节所述参数中的一个或多个参数并且利用经调节的一个或多个设计参数计算所述成本函数，直到满足特定终止条件。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述衬底测量选配方案中的每个衬底测量选配方案在波长方面不同。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中所述评估包括：根据所述衬底测量选配方案中的每个衬底测量选配方案使用检查设备获得所述量测目标的测量值。
16.一种方法，包括：
针对表示跨使用图案化工艺处理的衬底的灵敏度参数的统计变化的稳健性指示符，评估用于对所述衬底上的量测目标进行测量的多个衬底测量选配方案；以及
从所述多个衬底测量选配方案中选择所述稳健性指示符满足或越过阈值的一个或多个衬底测量选配方案。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述稳健性指示符表示跨所述衬底的套刻灵敏度的统计变化除以跨所述衬底的套刻灵敏度的绝对值的平均值。
18.根据权利要求16或17所述的方法，还包括：针对堆叠灵敏度评估所述多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的所述堆叠灵敏度的值满足或越过阈值。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的方法，还包括：针对套刻灵敏度评估所述多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的所述套刻灵敏度的值在距离所述套刻灵敏度的最大值或最小值的特定有限范围内。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的方法，还包括：针对堆叠差异参数评估所述多个衬底测量选配方案，所述堆叠差异参数表示所述量测目标的相邻周期性结构之间或所述量测目标与所述衬底上的另一相邻目标之间的物理配置的非设计差异，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的所述堆叠差异参数的值满足或越过阈值。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述堆叠差异参数包括周期性结构强度不平衡性。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述周期性结构强度不平衡性是以下各项的函数：(i)来自第一相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度与来自第二相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度之间的差值，以及(ii)来自所述第一相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度与来自所述第二相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度的总和。
23.根据权利要求22所述的方法，其中来自所述第一相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度对应于+n阶辐射，并且来自所述第二相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度对应于-n阶辐射，其中n是大于或等于1的整数。
24.根据权利要求16至23中任一项所述的方法，还包括：针对自参考指示符评估所述多个衬底测量选配方案，所述自参考指示符涉及根据第一周期性结构的不对称数据与第二周期性结构的不对称数据之间的拟合而确定的工艺参数值，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的所述自参考指示符的值满足或越过阈值。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述自参考指示符涉及所述工艺参数值与所述工艺参数的测量值的至少平均值的比较。
26.根据权利要求25所述的方法，其中所述自参考指示符涉及所述工艺参数值与所述工艺参数的测量值的平均值和所述工艺参数的测量值的标准偏差的三倍的组合的比较。
27.根据权利要求16至26中任一项所述的方法，还包括：针对目标标准差评估所述多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的所述目标标准差的值满足或越过阈值。
28.一种方法，包括：
针对堆叠差异参数，评估用于对使用图案化工艺处理的衬底上的量测目标进行测量的多个衬底测量选配方案，所述堆叠差异参数表示所述量测目标的相邻周期性结构之间或所述量测目标与所述衬底上的另一相邻目标之间的物理配置的非设计差异；以及
从所述多个衬底测量选配方案中选择所述堆叠差异参数满足或越过阈值的一个或多个衬底测量选配方案。
29.根据权利要求28所述的方法，其中所述堆叠差异参数包括周期性结构强度不平衡性。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述周期性结构强度不平衡性是以下各项的函数：(i)来自第一相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度与来自第二相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度之间的差值，以及(ii)来自所述第一相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度与来自所述第二相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度的总和。
31.根据权利要求30所述的方法，其中来自所述第一相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度对应于+n阶辐射，并且来自所述第二相邻周期性结构或目标的测量辐射的平均强度对应于-n阶辐射，其中n是大于或等于1的整数。
32.根据权利要求28至31中任一项所述的方法，还包括：针对堆叠灵敏度评估所述多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的所述堆叠灵敏度的值满足或越过阈值。
33.根据权利要求28至32中任一项所述的方法，还包括：针对套刻灵敏度评估所述多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的所述套刻灵敏度的值在距离所述套刻灵敏度的最大值或最小值的特定有限范围内。
34.根据权利要求28至33中任一项所述的方法，还包括：针对目标标准差评估所述多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的所述目标标准差的值满足或越过阈值。
35.根据权利要求28至34中任一项所述的方法，还包括：针对表示跨所述衬底的灵敏度参数的统计变化的稳健性指示符，评估所述多个衬底测量选配方案，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的所述稳健性指示符的值达到或越过阈值。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述稳健性指示符表示跨所述衬底的套刻灵敏度的统计变化除以跨所述衬底的套刻灵敏度的绝对值的平均值。
37.根据权利要求28至36中任一项所述的方法，还包括：针对自参考指示符评估所述多个衬底测量选配方案，所述自参考指示符涉及根据第一周期性结构的不对称数据与第二周期性结构的不对称数据之间的拟合而确定的工艺参数值，并且所选择的一个或多个衬底测量选配方案的所述自参考指示符的值满足或越过阈值。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述自参考指示符涉及所述工艺参数值与所述工艺参数的测量值的至少平均值的比较。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述自参考指示符涉及所述工艺参数值与所述工艺参数的测量值的平均值和所述工艺参数的测量值的标准偏差的三倍的组合的比较。
40.一种测量方法，包括根据权利要求1至39中任一项的所选择的衬底测量选配方案来测量衬底上的量测目标。
41.一种用于测量光刻工艺的参数的量测设备，所述量测设备可操作以执行根据权利要求1至39中任一项所述的方法。
42.一种非瞬态计算机程序产品，包括用于使得处理器引起执行根据权利要求1至39中任一项所述的方法的机器可读指令。
43.一种系统，包括：
检查设备，被配置为在衬底上的两个相邻周期性结构或测量目标上提供辐射束并且检测由所述目标衍射的辐射以确定图案化工艺的参数；以及
根据权利要求36所述的非瞬态计算机程序产品。
44.根据权利要求43所述的系统，还包括光刻设备，所述光刻设备包括：
支撑结构，被配置为保持图案化装置以调节辐射束；以及
投影光学系统，被布置为将经调节的辐射束投影到辐射敏感衬底上。
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