CN110088685B

CN110088685B - 测量衬底的属性的方法、检查设备、光刻系统和器件制造方法

Info

Publication number: CN110088685B
Application number: CN201780077607.1A
Authority: CN
Inventors: P·沃纳尔; M·范德沙尔; G·格泽拉; E·J·库普; V·E·卡拉多; 曾思翰
Original assignee: ASML Holding NV
Current assignee: ASML Holding NV
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2022-03-08
Anticipated expiration: 2037-11-29
Also published as: CN110088685A; US10474043B2; US20180173105A1; KR20190094421A; IL267311B2; IL267311B1; JP2020515028A; WO2018108527A1; TW201837611A; EP3336607A1; TWI653514B; KR102284564B1; JP7203725B2; JP2022058401A; IL267311A

Abstract

一种测量衬底的属性的方法，衬底在其上形成有多个目标，该方法包括：使用光学测量系统测量多个目标中的N个目标，其中N是大于2的整数，并且所述N个目标中的每一个目标被测量W_t次，其中W_t是大于2的整数，以便获得N*W_t个测量值；以及使用Q个方程和N*W_t个测量值来确定R个属性值，其中R<Q≤N*W_t；其中，所述光学测量系统具有至少一个可变设置，并且对于所述N个目标中的每一个目标，使用至少一个可变设置中的不同设置值来获得测量值。

Description

测量衬底的属性的方法、检查设备、光刻系统和器件制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年12月16日提交的EP申请16204764.1的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于例如可用于通过光刻技术制造器件中的量测的方法和设备，并且涉及使用光刻技术制造器件的方法。

背景技术

光刻设备是一种将所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，可以在集成电路(IC)的制造中使用光刻设备。在那种情况下，可以使用图案化装置(其可替代地被称为掩模或掩模版)来生成要在IC的个体层上形成的电路图案。可以将该图案转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括裸片的一部分、一个裸片或若干裸片)上。图案的转移通常经由成像到衬底上所提供的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单个衬底将包含被连续图案化的相邻目标部分的网络。

在光刻工艺中，经常期望进行对所创建的结构的测量，例如用于工艺控制和验证。用于进行这样的测量的各种工具是已知的，包括常常用来测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜，和用以测量套刻(器件中的两层的对准准确度)的专用工具。最近，已经开发了各种形式的散射仪以用于在光刻领域中使用。这些装置将辐射的光束引导到目标上并测量散射的辐射的一个或多个属性——例如，根据波长变化的单个反射角度处的强度；根据反射角度变化的一个或多个波长处的强度；或者根据反射角度变化的偏振——以获得衍射“光谱”，可以从其中确定目标的感兴趣的属性。

已知散射仪的示例包括US2006033921A1和US2010201963A1中描述的类型的角度分辨散射仪。由这种散射仪所使用的目标是相对较大的光栅，例如40μm×40μm的光栅，并且测量光束生成小于光栅的斑点(即，光栅欠填充)。除了通过重建测量特征形状之外，还可以使用这种设备测量基于衍射的套刻，如公开的专利申请US2006066855A1中所述。使用衍射级的暗场成像的基于衍射的套刻量测使得能够对较小的目标进行套刻和其他参数的测量。这些目标可以小于照射斑点并且可以被衬底上的产品结构包围。利用图像平面中的暗场检测，可以有效地将来自环境产品结构的强度与来自套刻目标的强度相分离。

暗场成像量测的示例可以在专利申请US20100328655A1和US2011069292A1中找到，所述文献的全部内容通过引用整体并入本文。该技术的进一步发展已在公开的专利公开US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US20120242970A1、US20130258310A、US20130271740A和WO2013178422A1中进行了描述。通常在这些方法中，期望测量不对称性作为目标的属性。可以设计目标，以便可以使用不对称性的测量来获得诸如套刻、聚焦或剂量之类的各种性能参数的测量。通过使用散射仪检测衍射光谱的相对部分之间的强度差异来测量目标的不对称性。例如，可以比较+1和-1衍射级的强度，以获得不对称性的度量。

特别是对于套刻测量而言，散射测量中的测量准确度受到光栅不对称干扰的影响，例如，由于目标结构的处理引起的不对称的侧壁角度、光栅底板的倾斜。由于晶片上位置之间的处理差异，对测量的影响因位置而异。此外，测量对光栅干扰的灵敏度取决于用于测量的照射条件，例如，波长、带宽、偏振、孔径形状等。因此，传统散射测量的准确度是有限的。

发明内容

本发明旨在提高在跨衬底和/或衬底之间存在工艺变化时的测量准确度。

本发明的第一方面提供了一种测量衬底的属性的方法，所述衬底在其上形成有多个目标，所述方法包括：

使用光学测量系统测量所述多个目标中的N个目标，其中N是大于2的整数，并且所述N个目标中的每一个目标被测量W_t次，其中W_t是大于2的整数，以便获得N*W_t个测量值；以及

使用Q个方程和N*W_t个测量值来确定R个属性值，其中R<Q≤N*W_t；

其中，所述光学测量系统具有至少一个可变设置，并且对于所述N个目标中的每一个目标，使用至少一个可变设置中的不同设置值来获得测量值。

本发明的第二方面提供一种器件制造方法，包括：

在衬底上形成第一器件层，所述第一器件层包括多个目标；

关于另一个工艺步骤做出决定；

其中，所述光学测量系统具有至少一个可变设置，并且对于所述N个目标中的每一个目标，使用至少一个可变设置中的不同设置值来获得测量值；以及

所述做出决定是基于所述R个属性值。

本发明的第三方面提供了一种计算机程序，包括指令，用于使光学测量系统执行测量衬底的属性的方法，所述衬底在其上形成有多个目标，所述方法包括：

本发明的第四方面提供了一种用于测量在一个或多个衬底上通过光刻工艺形成的多个结构的属性的检查设备，所述设备包括照射光学系统、收集光学系统和处理系统，所述处理系统被布置为：在由所述照射光学系统建立的一组或多组照射条件下由所述结构散射之后，至少部分地从由所述收集光学系统收集的辐射中导出每个结构的所述属性的测量，所述处理系统被配置为控制所述设备以在上述方法中导出多个结构的属性的测量。

本发明的第五方面提供一种光刻系统，包括：

光刻设备，包括：

照射光学系统，被布置用于照射图案；

投影光学系统，被布置用于将所述图案的图像投影到衬底上；和

如上所述的检查设备，

其中，所述光刻设备被布置为在将所述图案应用于另外的衬底时使用来自所述检查设备的测量结果。

下面参考附图详细描述本发明的其他特征和优点，以及本发明的各种实施例的结构和操作。应注意，本发明不限于本文所述的具体实施例。这些实施例仅出于说明性目的而在本文中被呈现。基于本文所包含的教导，另外的实施例对于(一个或多个)相关领域的技术人员将是显而易见的。

附图说明

现在将参考附图通过示例描述本发明的实施例，其中：

图1描绘了光刻设备以及形成用于半导体器件的生产设施的其他设备；

图2示意性地图示出了(a)适于根据本发明的一些实施例执行角度分辨散射测量和暗场成像检查方法的检查设备，以及(b)由目标光栅在图2的设备中的入射辐射的衍射的放大细节；

图3描绘了可用于本发明的方法中的目标；

图4描绘了在本发明的实施例中使用的示例性测量方案；和

图5描绘了根据本发明的实施例的测量方法。

具体实施方式

在详细描述本发明的实施例之前，呈现在其中可以实现本发明的实施例的示例环境是有益的。

作为实现高容量光刻制造工艺的工业设施的一部分，图1以100示出了光刻设备LA。在本示例中，制造工艺适用于在诸如半导体晶片之类的衬底上制造半导体产品(集成电路)。技术人员将理解，可以通过在该工艺的各变体中处理不同类型的衬底来制造多种多样的产品。半导体产品的生产被纯粹用作示例，其在今天具有重大的商业意义。

在光刻设备(或简称“光刻工具”100)内，测量站MEA在102处示出，曝光站EXP在104处示出。控制单元LACU在106处示出。在该示例中，每个衬底访问测量站和曝光站以被施加图案。在光学光刻设备中，例如，投影系统被用来使用经调节的辐射和投影系统来将产品图案从图案化装置MA转移到衬底上。这是通过在辐射敏感抗蚀剂材料层中形成图案的图像来完成的。

本文中使用的术语“投影系统”应该被广义地解释为涵盖任何类型的投影系统，包括折射、反射、反射折射、磁、电磁和静电光学系统或其任何组合，对于所使用的曝光辐射或者对于诸如使用浸没液体或使用真空之类的其他因素是适合的。图案化MA器件可以是掩模或掩模版，其将图案赋予由图案化装置透射或反射的辐射光束。众所周知的操作模式包括步进模式和扫描模式。众所周知，投影系统可以以各种方式与用于衬底和图案化装置的支撑和定位系统协作，以将所期望的图案施加到衬底上的许多目标部分。可以使用可编程图案化装置代替具有固定图案的掩模版。例如，辐射可以包括深紫外(DUV)或极紫外(EUV)波段中的电磁辐射。本公开还适用于其他类型的光刻工艺，例如压印光刻和例如通过电子束的直写光刻。

光刻设备控制单元LACU控制各种致动器和传感器的移动和测量，使得设备LA接收衬底W和掩模版MA并实现图案化操作。LACU还包括信号处理和数据处理能力，以实现与设备的操作相关的所期望的计算。实际上，控制单元LACU将被实现为许多子单元的系统，每个子单元处理设备内的子系统或组件的实时数据采集、处理和控制。

在曝光站EXP处将图案施加于衬底之前，在测量站MEA处处理衬底，使得可以执行各种准备步骤。准备步骤可以包括：使用水平传感器绘制衬底的表面高度，并使用对准传感器测量衬底上的对准标记的位置。名义上以规则的网格图案布置对准标记。然而，由于在创建标记时的不准确性以及由于在其整个处理过程中发生的衬底变形，标记偏离理想网格。因此，除了测量衬底的位置和取向之外，如果设备要以非常高的准确度在正确的位置处印刷产品特征，则实际上对准传感器必须详细测量衬底区域上的许多标记的位置。该设备可以是所谓的具有两个衬底台的双台类型，每个衬底台具有由控制单元LACU控制的定位系统。当在一个衬底台上的一个衬底在曝光站EXP处被曝光时，另一个衬底可以在测量站MEA处被加载到另一个衬底台上，从而可以执行各种准备步骤。因此，对准标记的测量非常耗时，并且两个衬底台的提供能够显著提高设备的吞吐量。如果位置传感器IF在衬底台位于测量站和曝光站处时不能测量衬底台的位置，则可以提供第二位置传感器以使得在两个站处能够跟踪衬底台的位置。光刻设备LA例如是所谓的双台类型，其具有两个衬底台和两个站——曝光站和测量站——在它们之间可以交换衬底台。

在生产设施内，设备100形成“光刻单元”或“光刻簇”的一部分，“光刻单元”或“光刻簇”还包含涂覆设备108，用于将光敏抗蚀剂和其他涂层施加到衬底W，用于由设备100图案化。在设备100的输出侧，提供烘烤设备110和显影设备112，用于将曝光的图案显影成物理抗蚀剂图案。在所有这些设备之间，衬底处理系统负责支撑衬底并将它们从一件设备转移到下一件设备。这些设备通常被统称为“轨道”，其由轨道控制单元控制，轨道控制单元本身由监督控制系统SCS控制，监督控制系统SCS还经由光刻设备控制单元LACU来控制光刻设备。因此，可以操作不同的设备以最大化吞吐量和处理效率。监督控制系统SCS接收选配方案(recipe)信息R，选配方案信息R非常详细地提供要被执行以创建每个图案化衬底的步骤的定义。

一旦在光刻单元中施加并显影了图案，就将图案化的衬底120转移到其他处理设备，诸如在122、124、126处所图示的。通过典型的制造设施中的各种设备实现各种处理步骤。为了便于示例，该实施例中的设备122是蚀刻站，并且设备124执行蚀刻后退火步骤。在其它设备126等中应用进一步的物理和/或化学处理步骤。可以需要许多类型的操作来制造真实的器件，诸如材料的沉积、表面材料特性的改性(氧化、掺杂、离子注入等)、化学机械抛光(CMP)等。实际上，设备126可以表示在一个或多个设备中执行的一系列不同处理步骤。

众所周知，半导体器件的制造涉及这种处理的许多重复，以在衬底上逐层地构建具有适当材料和图案的器件结构。因此，到达光刻簇的衬底130可以是新准备的衬底，或者它们可以是先前已在该簇中或在另一设备中完全处理过的衬底。类似地，取决于所需的处理，离开设备126上的衬底132可以被返回以用于相同光刻簇中的后续图案化操作，它们可以被旨在用于不同簇中的图案化操作，或者它们可以是要被发送以用于切割和包装的成品。

产品结构的每一层需要不同的处理步骤集合，并且在每一层处使用的设备126的类型可以完全不同。此外，即使在设备126要应用的处理步骤名义上相同的情况下，在大型设施中，也可能存在若干假设相同的机器并行工作以在不同衬底上执行步骤126。设置中的微小差异或者这些机器之间的故障可能意味着它们以不同的方式影响不同的衬底。甚至对每层来说相对公共的步骤，诸如蚀刻(设备122)也可以通过名义上相同但并行工作以最大化吞吐量的若干蚀刻设备来实现。此外，在实践中，根据待蚀刻材料的细节以及诸如各向异性蚀刻之类的特殊要求，不同的层需要不同的蚀刻工艺，例如化学蚀刻、等离子蚀刻。

如所提及，可以在其他光刻设备中执行并且甚至可以在不同类型的光刻设备中执行先前的和/或后续的过程。例如，器件制造工艺中对诸如分辨率和套刻等参数要求非常苛刻的一些层可以在比其他要求较低的层更先进的光刻工具中执行。因此，一些层可以在浸没型光刻工具中被曝光，而其他层则在“干”工具中被曝光。一些层可以在工作在DUV波长的工具中被曝光，而其他层则使用EUV波长辐射被曝光。

为了正确且一致地曝光由光刻设备曝光的衬底，期望检查曝光的衬底以测量诸如后续层之间的套刻误差、线厚度、临界尺寸(CD)等等之类的属性。因此，光刻单元LC位于其中的制造设施还包括量测系统MET，其接收在光刻单元中已处理的一些或全部衬底W。将量测结果直接或间接地提供给监督控制系统(SCS)138。如果检测到误差，则可以对后续衬底的曝光进行调整，尤其是如果可以很快并且足够快地完成量测以使得相同批次的其他衬底仍在待曝光。而且，已经曝光的衬底可以被剥离和再加工以提高产出，或者可能被丢弃，从而避免在已知有缺陷的衬底上进行进一步处理。在衬底的仅仅一些目标部分有缺陷的情况下，可以仅对那些良好的目标部分进行进一步的曝光。

图1中还示出了量测设备140，其被提供以用于在制造工艺中的期望阶段处测量产品的参数。现代光刻生产设施中的量测设备的常见示例是散射仪，例如角度分辨散射仪或光谱散射仪，并且它可以在设备122中进行蚀刻之前在120处被应用来测量显影的衬底的属性。使用量测设备140，例如可以确定诸如套刻或临界尺寸(CD)之类的重要性能参数不满足所显影的抗蚀剂中的指定准确度要求。在蚀刻步骤之前，存在剥离显影的抗蚀剂并通过光刻簇再处理衬底120的机会。众所周知，来自设备140的量测结果142可以被用来通过监督控制系统SCS和/或控制单元LACU 106随时间进行小的调整而维持光刻簇中的图案化操作的准确性能，从而最小化产品超出规格并需要再加工的风险。当然，可以应用量测设备140和/或其他量测设备(未示出)来测量经处理的衬底132、134和进入的衬底130的属性。

示例检查设备

图2(a)示意性地示出了实现所谓的暗场成像量测的检查设备的关键元件。该设备可以是独立装置，或者可以被并入在光刻设备LA中，例如在测量站处，或并入在光刻单元LC中。在整个设备中具有多个分支的光轴由虚线O表示。在图2(b)中更详细地图示出了目标光栅结构T和衍射光线。

如在引言中引用的在先申请中所描述的，图2(a)的暗场成像设备可以是多用途角度分辨散射仪的一部分，该散射仪可以代替光谱散射仪或者作为光谱散射仪的补充而被使用。在这种类型的检查设备中，由辐射源11发射的辐射由照射系统12调节。例如，照射系统12可以包括准直透镜系统12a、滤色器12b、偏振器12c和孔径装置13。经调节的辐射遵循照射路径IP，其中它被部分反射表面15反射并经由显微物镜16而被聚焦到衬底W上的斑点S。可以在衬底W上形成量测目标T。透镜16具有高数值孔径(NA)，优选至少0.9，并且更优选至少0.95。如果期望的话，浸没流体可以被用来获得超过1的数值孔径。

该示例中的物镜16还用于收集已被目标散射的辐射。示意性地，示出了用于该返回辐射的收集路径CP。多功能散射仪可以在收集路径中具有两个或更多测量分支。所图示的示例具有包括光瞳成像光学系统18和光瞳图像传感器19的光瞳成像分支。还示出了将在下面更详细地描述的成像分支。另外，其他光学系统和分支将被包括在实际设备中，例如用于收集参考辐射以用于强度归一化、用于捕获目标的粗略成像、用于聚焦等。这些细节可以在上面提到的先前出版物中找到。

在衬底W上提供量测目标T的情况下，这可以是1D光栅，其被印刷使得在显影之后，条由实心抗蚀剂线形成。目标可以是2D光栅，其被印刷使得在显影之后，光栅由抗蚀剂中的固体抗蚀剂柱或过孔形成。可替代地，可以将条、柱或过孔蚀刻到衬底中。这些光栅中的每一个光栅都是目标结构的示例，其属性可以使用检查设备来研究。在光栅的情况下，结构是周期性的。在套刻量测目标的情况下，将光栅印刷在由先前图案化步骤已形成的另一光栅的顶部或与其交错。

照射系统12的各种组件可以是可调整的，以在同一设备内实现不同的量测“选配方案”。除了选择波长(颜色)和偏振作为照射辐射的特性之外，还可以调整照射系统12以实现不同的照射轮廓。孔径装置13的平面与物镜16的光瞳平面和光瞳图像检测器19的平面共轭。因此，由孔径装置13限定的照射轮廓限定了入射到衬底W上的光在斑点S中的角度分布。为了实现不同的照射轮廓，可以在照射路径中提供孔径装置13。孔径装置可以包括安装在可移动滑动件或轮上的不同孔径13a、13b、13c等。可替代地，它可以包括固定或可编程空间光调制器(SLM)。作为另一替代方案，光纤可以被安置在照射光瞳平面中的不同位置处，并且选择性地被用来在它们各自的位置处递送光或不递送光。这些变体都在上面引用的文献中被讨论和举例说明。孔径装置可以是反射形式，而不是透射的。例如，可以使用反射SLM。实际上，工作在UV或EUV波段中的检查设备中，大多数或所有光学元件可以是反射的。

取决于照射模式，可以提供示例光线30a，使得入射角如图2(b)中的“I”所示。由目标T所反射的零阶光线的路径被标记为“0”(不要与光轴“O”混淆)。类似地，在相同的照射模式中或在第二照射模式中，可以提供光线30b，在这种情况下，与第一模式相比，入射角和反射角将被互换。在图2(a)中，第一示例照射模式和第二示例照射模式的零阶光线分别被标记为0a和0b。

如图2(b)中更详细地所示，将作为目标结构的示例的目标光栅T放置为衬底W垂直于物镜16的光轴O。在离轴照射轮廓的情况下，从离开光轴O的一个角度照在光栅T上的照射I的光线30a产生零阶光线(实线0)和两个一阶光线(点划线+1和双点划线-1)。应该记住，对于过填充的小目标光栅，这些光线只是覆盖包括量测目标光栅T和其他特征的衬底区域的许多平行光线之一。由于照射光线30a的光束具有有限的宽度(对于允许有用光量是必需的)，入射光线I实际上将占据一定角度范围，并且衍射光线0和+1/-1将扩展开一些。根据小目标的点扩散函数，每个阶+1和-1将进一步在一角度范围内扩展，而不是如图所示的单个理想光线。

在用于暗场成像的收集路径的分支中，成像光学系统20在传感器23(例如CCD或CMOS传感器)上形成衬底W上的目标的图像T'。将孔径光阑21提供在收集路径CP的成像分支中的平面中，该平面与物镜16的光瞳平面共轭。孔径光阑21也可以被称为光瞳光阑。孔径光阑21可以采取不同的形式，正如照射孔径可以采取不同的形式。孔径光阑21与透镜16的有效孔径相结合，确定散射辐射的哪个部分被用来在传感器23上产生图像。通常，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(一个或多个)一阶光束形成。在组合两个一阶光束以形成图像的示例中，这将是所谓的暗场图像，相当于暗场显微技术。

将由传感器23捕获的图像输出到图像处理器和控制器PU，其功能将取决于正在执行的特定测量类型。为了本目的，执行目标结构的不对称性的测量。不对称性测量可以与目标结构的知识相结合，以获得用于形成它们的光刻工艺的性能参数的测量。可以以这种方式测量的性能参数包括例如套刻、聚焦和剂量。提供目标的特殊设计以允许通过相同的基本不对称性测量方法对不同性能参数进行这些测量。

再次参见图2(b)和照射光线30a，来自目标光栅的+1阶衍射光线将进入物镜16并对传感器23处记录的图像有贡献。光线30b以与光线30a相反的角度入射，所以-1阶衍射光线进入物镜并对图像有贡献。当使用离轴照射时，孔径光阑21阻挡零阶辐射。如在先前的出版物中所描述的，可以利用X和Y方向上的离轴照射来定义照射模式。

通过在这些不同的照射模式下比较目标光栅的图像，可以获得不对称性测量。可替代地，可以通过保持相同的照射模式但旋转目标来获得不对称性测量。虽然示出了离轴照射，但是可以改为使用目标的轴上照射，并且可以使用修改的离轴孔径光阑21以基本上仅将一个一阶衍射光传递到传感器。在另一示例中，一对离轴棱镜22与轴上照射模式结合使用。这些棱镜具有将+1和-1阶转向到传感器23上的不同位置的效果，使得它们可以被检测和比较，而不需要两个连续的图像捕获步骤。有效地，在图像传感器23上的分开的位置处形成分开的图像。在图2(a)中，例如，使用来自照射光线30a的+1阶衍射所形成的图像T'(+1a)在空间上与使用来自照射光线30b的-1阶衍射所形成的图像T'(-1b)相分离。在上述公开的专利申请US2011102753A1中公开该技术，其内容通过引用结合于此。代替一阶光束或者除了一阶光束之外，可以在测量中使用二阶、三阶和更高阶光束(图2中未被示出)。作为进一步的变体，离轴照射模式可以保持恒定，而目标本身在物镜16下方旋转180度以使用相反衍射阶来捕获图像。

虽然图示出了传统的基于透镜的成像系统，但是本文公开的技术可以与全光相机一起同样地被应用，并且还可以与所谓的“无透镜”或“数字”成像系统一起被应用。因此，关于用于衍射辐射的处理系统的哪些部分在光学域中实现以及哪些在电子和软件领域中实现，存在很大程度的设计选择。

套刻测量

在使用单个波长来获取测量的先前套刻测量算法中，不可能从测量信号中区分由套刻中的变化或光栅不对称性中的变化所引起的强度不对称性。已经提出，通过利用多个波长进行测量和/或通过添加底部光栅焊盘(套刻目标的没有顶部光栅的区域，从而可以直接测量底部光栅中的不对称性)、多个偏置或间距来延伸目标，从而解决该问题。然而，这些方法可以探测波长灵敏度或区分光栅不对称性，但不能两者兼顾。

底部光栅不对称性测量即是测量底部光栅的一部分，其上没有形成顶部光栅，所述底部光栅不对称性测量可以被用来校正用于光栅不对称性的套刻测量。然而，这要求衬底上的附加区域专用于测量目标，并且仅在选配方案设置下校准底部光栅不对称性与套刻之间的关系。此关系中的任何变化都将导致校正中的误差。

其他先前提出的校准方法依赖于测量的不对称性之间的线性关系。一旦附加项发挥作用，这种方法就不再可靠。

虽然已经针对各种不同的误差源提出了校准方法，但是不同的方法收集其自己的测量数据，不共享结果并应用分开的校正。这可能导致一些目标被多次测量以收集用于不同目的的数据。这在可用数据的测量时间和使用方面是低效的。因此，需要一种改进的方法来测量衬底的属性例如套刻。

现在将通过示例并参考图5来参照套刻测量描述本发明的实施例。

本发明的实施例中的第一步骤是选配方案设置S1，其包括合适目标的设计和用于测量的合适波长的选择S11。

传统的套刻目标包括在衬底的第一层中的底部光栅和在第一层上方的衬底的第二层中的顶部光栅，顶部光栅具有与底部光栅相同的间距。通常，顶部光栅相对于底部光栅以预定的偏移(称为偏置)被定位(如果被完美地放置)。目标可以包括具有相反偏置的两对光栅，称为偏置对。本发明的实施例可以使用套刻目标，该套刻目标由每层对多个间距组成，每个间距具有其自己的偏置对。图3中示出了双间距目标示例T。这包括具有垂直于X或Y方向取向的光栅线的子目标G1至G8，具有间距P1或P2以及+ve或-ve偏置，如所指示的。

对于该基本目标结构，确定用于特定应用的最佳套刻轮廓。例如，可以选择用于间距的值以及目标中光栅的精确形状和配置，使得具有特定条件的单个测量——即用于量测设备的可变设置的值，诸如波长、偏振、孔径、ND滤波器——可以被用来收集所有相关强度。基于选配方案的优化，可以确定波长中的相关变化，其可以探测由于波长差异所引起的不对称性变化而无需进入高灵敏度区域。在衬底上提供多个目标，通常每个场或裸片多于一个。并非必须所有都是相同的。一些目标可以具有相同的基本结构，但是所使用的间距和/或偏置的确切值不同。其他目标可以具有非常不同的结构。

还期望设计一种用于对衬底上的多个目标进行采样的方案。在一个实施例中，用有限数量的波长对每个目标进行采样，但是在衬底上，以使得实现均匀覆盖的方式针对每个目标改变波长。图4示出了使用5个波长来测量201个目标的方案示例。每个测量用圆圈m_i表示，其中圆圈的每一半的线条样式指示用于测量每个目标的两个波长之一。

在一个实施例中，测量系统在从目标到目标的移动期间实现波长切换，使得通过多个波长的使用不会损失吞吐量，并且波长切换不会约束所选择的采样图案。在一个实施例中，测量系统被配置为报告用于每次测量的实际波长，例如使用直接光谱测量或基于照射系统的组件的机械位移的间接推导，所述机械位移影响照射辐射的波长。

确定了采样方案后，执行任何必要的校准测量S2。可选地，执行附加测量S3以确定传感器中的任何不对称性，这些将在下面进一步讨论。

在生产过程中，根据设计的方案测量S4每个衬底。N个目标的基本套刻测量S41与诸如测量底部光栅阵列(BGA)S42之类的附加可选测量一起进行；测量每次测量所使用的实际波长S43；改变衬底上使用的波长；和/或传感器或工具引起的误差的测量S45。例如，可以应用校正方法以考虑由量测工具引起的不对称性在最终测量强度中的影响。量测工具的光学器件并不完美，这意味着光线可能遵循在纯粹的几何考虑下与其对称的对应物略微不同的光学路径。这种校正在美国专利申请US 2016-0180517A1中有所描述，该专利申请通过引用整体并入本文。在一个实施例中，仅以批量或批次在第一衬底上执行计算校正所需要的测量，然后导出其他衬底所需的校正，因此消除了在每个衬底上进行这种校正的需要。

一旦获得所有期望的测量值，就执行拟合过程S5。这包括确定校正因子S51、将测量的不对称性与待测量的衬底的属性拟合S52并输出结果S53的子步骤。这些过程将在下面进一步讨论。

可以将针对每个目标的测量强度不对称性表达为：

其中：

As 每偏置*波长*位置*间距[2*w_t*n*p]的(每个偏置测量的不对称性，[gl])

K (套刻灵敏度，[gl/nm])，可以从As(+d)-As(-d)导出[w_m*n*p]

OV 每个目标的(套刻)[n]

d (偏置)＝±20nm

Ap 每个位置*间距[n*p]的(由于工艺引起的不对称性，[rad])

Sp 每个波长*间距[w_m*p]的(对不对称性工艺的灵敏度，[gl/rad])

dSp 每个波长*间距[w_m*p]的(针对WL的对不对称性工艺的灵敏度的导数，[gl/(rad*nm)])

wl 每个目标[n]的(测量波长设定误差，[nm])

b＝每个目标的偏置数(默认值：2)

n＝在晶片上测量的位置数

w_t＝每个目标所测量的波长数

w_m＝在晶片上测量的波长数(w_m≥w_t)

p＝每个目标的间距数

灵敏度的斜率dSp是由于波长设定误差引起的局部斜率。它是按波长选配方案设置确定的，但是涵盖了由于波长选择变化引起的波长变化。

应当注意，对于不同的间距，灵敏度和不对称性不能单独解决，因为它们都依赖于间距。作为部分解决方案，可以以依赖于位置的不对称性来划分Ap_n,p，为与间距无关的部分(Ap_n)和与间距(差异)有关的部分(Ap_n,dp)。在方程(1)中，针对完整衬底确定灵敏度(Sp，dSp)。为了扩展到衬底内组件，可以将附加的位置相关参数添加到方程中。此外，在一些实施例中，如果不需要的话，则可以省略除了基本套刻依赖性(K_n，p·(OV_n+d))之外的项。

因此，可以将从衬底获得的测量值代入到方程(1)以产生要求解的多个方程。这些方程是联立方程，其程度是要被求解的一个或多个变量被约束为在两个或更多个方程中取相同的值。然而，当通过不同波长测量时，可以允许其他变量在衬底上的不同位置处采取不同的值，并且因此在不同的方程之间是独立的。要被求解的变量之间可能存在附加的关系或约束，并且这些可使每个目标方程同时进行。

作为初始步骤，可以使用一半的方程来求解K，从而可用于求解其他变量的方程的数量是w_t*n*p，并且未知数的数量是n+2*w_m*p+n*p。

因此，在仅使用两个波长来测量100个目标的示例中，如果满足以下条件之一，则存在可能的解决方案。

P	w<sub>t</sub>	下限@(w<sub>m</sub>＝2,n＝100)
			1	(2n+2w<sub>m</sub>)/n	w<sub>t</sub>>2.04(因此至少3wl)
>1		w<sub>t</sub>≥2

因此，可以在目标不动产(real-estate)(单个或多个间距)和采集时间(w_t)之间进行权衡，并且可以针对本发明的特定用途确定适当的折衷。不需要在整个衬底上以不同波长进行测量，但是将针对不同波长的灵敏度之间的关系的附加信息以及工艺变化提供稳健性。

附加的不对称项和/或敏感度

方程(1)仅具有有限的不对称项和相关的灵敏度项。可以扩展这两项以探测不同的干扰或更高阶的空间模型。可以确定的可能的不对称项是波长/目标的数量和包含两个间距的目标的灵敏度项的数量的函数。

对于双波长采集(在衬底上没有变化)，可以针对单个不对称贡献求解多达25个灵敏度参数。但是，添加衬底上的波长变化会减少选项的数量。对于附加的不对称项，通常针对每个目标需要测量更多波长。

可以将方程(1)扩展为包括底部光栅不对称性(BGA)测量数据。这实现了BGA和OV之间的关系的线内校准。

其中：

Ab 每个位置*间距[n*p]的(在BGA焊盘上测量的不对称性)

Sb 每个波长*间距[w*p]的(对不对称性BGA的灵敏度)

如上所讨论的，还可以将方程1扩展为包括用于校正由量测工具引起的不对称性的影响的算法。当将所有这些校正组合成一个校正时，校准测量和实际套刻测量之间的差异消失：所有数据点都可以用作校正的输入。可以考虑使用TIS和/或目标位移的任何测量来确定相关的校正项。这使得例如可以使用具有附加干扰(例如，晶片上的随机目标位移)的常规套刻测量作为用于照射斑点中的强度的斑点轮廓变化的校正方案的输入。这种斑点轮廓校正方案校正1个目标内的两个或更多个光栅的情况，其图像在单次曝光中被记录。在这种情况下，光栅必须在照射斑点内不具有相同的位置。在校准期间，在照射点内的不同位置处测量目标。在测量期间根据斑点内的目标位置应用所导出的强度校正因子。在US2012-0242970A1中更详细地描述了这种校正，该文献的全部内容通过引用结合于此。

如果没有足够的输入可用，则通过引入根据衬底上的位置针对感兴趣的属性(例如套刻)的模型，可以大大减少要被求解的方程中的维数。这意味着以前的自变量变为链接的，并且代替针对每个目标位置的套刻，而可以仅针对模型的参数求解方程。可替代地或另外地，方程中的特定项可以由模型近似来替换。例如，表示由于每个间距和每个目标的处理所引起的不对称性的项Ap_n，p可以由表示由于诸如位置、放大率和旋转之类的参数的处理所引起的不对称性的函数来替换。

如果测量完整的晶片，则可以求解不对称性表达式，方程(1)或(2)，并且可以针对每个目标计算出得到的套刻。

下面阐述在本发明的实施例中求解的方程的工作示例。

下面重复的方程(1)将测量的不对称性建模为套刻工艺不对称性和工艺不对称性的波长灵敏度的函数。

作为示例，使用波长WL₁至WL_n测量具有单个间距的一组目标T₁至T_n，以给出以下方程：

(对于所有w个波长)

目标2

(对于w个波长，对于n个目标)

因此，已知变量的数量是n*w(两个偏置被用来求解K)并且未知变量的数量是n+w+w+n。因此，只要满足以下条件，方程就是可解的：

n*w≤2n+2w

即

并且因此在这种情况下需要两个以上的波长。

考虑到不同的波长采样，如果w_t是每个目标所测量的波长数，并且w_m是整个衬底上所测量的波长数，则以下条件适用：

nw_t≤2n+2w_m

同样，每个目标需要两个以上的波长，但增加更多的整体采样波长使得更多的目标能够被测量。

因此，本发明可以提供基于多个间距和波长的套刻不对称性校正以及针对波长设定误差的影响的套刻不对称性校正。此外，它能够在衬底上对多个波长进行采样而对吞吐量的影响有限。还可以校准BGA以套刻多个波长的关系而对吞吐量的影响有限。包含所有不对称性贡献和校准的单一拟合为所有不同的贡献实现了简明且数字上更安全的解决方案。利用本发明，不需要关于堆叠的先验知识。可以在适合于选配方案优化的校准阶段期间确定所有需要的信息，例如，波长范围。在US20160161864A1中给出了这种校准的进一步细节，该文献的全部内容通过引用结合于此。

本发明的方法可以在选配方案设置期间直接被应用(不需要先验知识)，并且可以被用来在大量制造期间选择(一个或多个)最佳波长。多个波长的采样提高了工艺变化的稳健性，尤其是对于较厚的堆叠。单个间距解决方案是可能的(即，能够使用小目标)，代价是每个目标的三个波长采集。

本发明还通过在运行中(每批次、晶片间和晶片内)适配BGA和套刻之间的关系来实现BGA校正误差的减小。

利用本发明，所有测量可以被用于确定最佳校准/校正和套刻结果。没有数据与不同任务相分离。因此，本发明提供了所有相关数据的最快收集。

本发明的方法可以容易地扩展到更多不对称性贡献或模型参数(非线性或更高阶分量)。

可以使用基于衍射的套刻散射仪以及基于光瞳的散射仪来应用本发明。以上描述基于基于衍射的套刻散射测量，但是对于基于光瞳的应用，可以更容易地应用本发明。在基于光瞳的散射测量中，可获得更多测量(根据NA位置)。这提供了以非常有限的成本添加不对称性/敏感度项的可能性。还可以将本发明应用于基于衍射的聚焦散射测量中，其中不同的间距也可以由不同的目标设计(例如CD、占空比、分段)来替换。

如上所指出，对于光谱的某些堆叠和部分，套刻的测量对用于测量的波长中的变化是高度敏感的。通过检查摆动曲线响应，在选配方案设置期间尽可能多地避免这些特别敏感的光谱部分，但在稳健性和灵敏度之间总是进行权衡。然而，通常在整个衬底上没有可用的波长，测量的套刻结果对于测量辐射的波长中的微小变化没有显著变化。在具有固定波长但实际波长与其标称值相比存在系统误差的已知系统中，导致的误差将仅作为工具匹配误差而显示在当前系统上，这很难调查，因为不能直接测量在工具中可能存在的离散滤波器特性。对于聚焦和CD散射测量，会发生由波长变化引起的类似效果。

在一些散射仪中，可以确定测量的实际波长和带宽。这可以是内置光谱仪的直接测量或使用光谱校准数据的基于滤色器伺服的WL估计。将WL误差(dWL)和BW误差(dBW)定义为实际值和设置值之间的差值。在测量了整个衬底后，WLerror和BWerror可以与所测量的套刻相拟合：

dOV＝OV_offset(dWL)+OV_slope(dWL)+OV_offset(dBW)+OV_slope(dBW)+OV_offset(dWL*dBW)+OV_slope(dWL*dBW) (3)

对于dWL和dBW二者，对偏移和斜率项进行拟合以校正静态偏移和灵敏度以及两者之间的交叉项。然后可以从测量的OV中减去dOV以去除波长/带宽相关部分。为了使该方法执行得最佳，波长分布应以其设定点为中心。当设定点未被包括时，可以执行外推。

对于厚的堆叠，已知由于(光学)堆叠高度变化，摆动曲线将沿波长轴偏移。该影响可以通过利用位置相关的线性(高阶)项来扩展拟合而被包括。WL/BW系统性变化的影响将得到校正，所有其他对套刻的贡献(实际套刻、不对称性等)将出现在其他模型的参数中。

可以为聚焦散射仪导出类似的校正。此校正提供以下优点：

-降低对套刻或聚焦摆动曲线响应的敏感度

-降低对滤色镜变化的敏感度(例如由于温度)

-降低由于WL/BW准确度/精度引起的工具匹配误差

-无需附加的测量开销，可在测量后进行校正

-所有测量均在套刻或聚焦中被校正到针对WL/BW的相同设定点。

可以在检查设备的图像处理器和控制器PU内执行计算以获得测量并控制波长和其他选配方案参数的选择。在替代实施例中，可以从检查设备硬件和控制器PU远程执行不对称性和其他感兴趣的参数的计算。它们可以例如在监督控制系统SCS内的处理器中被执行，或者在被布置为从检查设备的控制器PU接收测量数据的任何计算机设备中被执行。可以在与使用所获得的校正值执行高容量计算的处理器相分开的处理器中执行校准测量的控制和处理。所有这些选项都是实施者的选择问题，并且不会改变所应用的原理或所获得的益处。

虽然上面已经描述了本发明的特定实施例，但是应该理解，本发明可以以不同于所描述的方式而被实践。

虽然实施例中图示出的检查设备或工具包括具有第一分支和第二分支的特定形式的散射仪以用于通过平行图像传感器对光瞳平面和衬底平面进行同时成像，但是替代布置是可能的。不是通过分束器17提供与物镜16永久耦合的两个分支，而是可以通过诸如反射镜之类的可移动光学元件来选择性地耦合分支。光学系统可以制成具有单个图像传感器，到传感器的光学路径由可移动元件重新配置以用作光瞳平面图像传感器，并且然后用作衬底平面图像传感器。

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，可以在作为在衬底上形成的器件的功能部件的目标上对属性进行测量。许多器件具有规则的光栅状结构。本文所使用的术语“目标光栅”和“目标结构”不要求该结构已经被专门提供用于正在执行的测量。

与在衬底和图案化装置上实现的检查设备硬件和合适的周期性结构相关联，实施例可以包括计算机程序，该计算机程序包含一个或多个机器可读指令序列，其实现上述类型的测量方法以获得关于光刻工艺的信息。可以例如在图2的设备中的图像处理器和控制器PU和/或图1的控制单元LACU中运行该计算机程序。还可以提供其中存储有这样的计算机程序的数据储存介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。

在下面的条款中进一步描述了根据本发明的其他实施例：

1.一种测量衬底的属性的方法，所述衬底在其上形成有多个目标，所述方法包括：

其中所述光学测量系统具有至少一个可变设置，并且对于所述N个目标中的每一个目标，使用至少一个可变设置中的不同设置值来获得测量值。

2.根据条款1所述的方法，其中，所述Q个方程是联立方程。

3.根据条款1或2所述的方法，其中，跨所有N个目标使用的所述可变设置中的不同设置值的总数W_m大于W_t。

4.根据条款1、2或3的方法，其中，所述光学测量系统是散射仪。

5.根据条款3所述的方法，其中，所述可变设置是所述光学测量系统的照射光束的波长、带宽、孔径形状和/或偏振。

6.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述属性是在所述衬底上形成的两个图案层之间的套刻。

7.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述目标包括光栅。

8.根据条款7所述的方法，其中，所述目标包括具有不同偏置、取向和/或间距的多个光栅。

9.根据前述条款中任一项所述的方法，还包括：在每次测量时测量所述光学测量系统的照射光束的波长和/或带宽，并且其中每个方程包括取决于波长和/或带宽的至少一项。

10.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，所述方程包括与以下至少一项相关的项：目标(光栅)不对称性；底部光栅不对称性；光栅不对称性的波长灵敏度；底部光栅不对称性的波长灵敏度；传感器不对称性，照射均匀性。

11.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，求解Q个方程包括：获得所述N个目标中的每一个目标的位置处的属性值。

12.根据前述条款中任一项所述的方法，其中，求解Q个方程包括：获得跨所述衬底在属性值方面描述属性的函数。

13.一种器件制造方法，包括：

在衬底上形成第一器件层，所述第一器件层包括多个目标；

关于另一个工艺步骤做出决定；

所述做出决定是基于所述R个属性值进行的。

14.一种计算机程序，包括指令，所述指令用于使光学测量系统执行测量衬底的属性的方法，所述衬底在其上形成有多个目标，所述方法包括：

15.一种检查设备，用于测量在一个或多个衬底上通过光刻工艺形成的多个结构的属性，所述设备包括照射光学系统、收集光学系统和处理系统，所述处理系统被布置为：在由所述照射光学系统建立的一组或多组照射条件下由所述结构散射之后，至少部分地从由所述收集光学系统收集的辐射中导出每个结构的所述属性的测量，所述处理系统被配置为控制所述设备以在条款1至12中任一项所述的方法中导出多个结构的属性的测量。

16.一种光刻系统，包括：

光刻设备，包括：

照射光学系统，被布置用于照射图案；

投影光学系统，被布置用于将所述图案的图像投影到衬底上；以及

根据权利要求15所述的检查设备，

尽管上面可能已经在光学光刻的上下文中对本发明的实施例的使用进行了具体参考，但是应当理解，本发明可以使用在其他应用例如压印光刻中，并且在上下文允许的情况下不限于光学光刻。在压印光刻中，图案化装置中的形貌定义了在衬底上产生的图案。可以将图案化装置的形貌压入供给至衬底的抗蚀剂层，由此通过施加电磁辐射、热量、压力或其组合来固化抗蚀剂。在抗蚀剂固化后，将图案化装置移出抗蚀剂，在其中留下图案。

本文使用的术语“辐射”和“光束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，具有或大约365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如，具有在1nm至100nm范围内的波长)，以及诸如离子束或电子束之类的粒子束。散射仪和其他检查设备的实现可以使用合适的源在UV和EUV波长中进行，并且本公开绝不限于使用IR和可见辐射的系统。

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组件中的任何一个或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学组件。反射组件可能被使用在UV和/或EUV范围内操作的设备中。

本发明的广度和范围不应受上述任何示例性实施例的限制，而应仅根据所附权利要求及其等同物来限定。

Claims

使用光学测量系统来测量所述多个目标中的N个目标，其中N是大于2的整数，并且所述N个目标中的每一个目标被测量W_t次，其中W_t是大于2的整数，以便获得N*W_t个测量值；以及

使用Q个方程和N*W_t个测量值来确定R个属性值，其中R<Q<N*W_t；

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述Q个方程是联立方程。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，跨所有N个目标使用的所述可变设置中的不同设置值的总数W_m大于W_t。

4.根据权利要求1、2或3的方法，其中，所述光学测量系统是散射仪。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述可变设置是所述光学测量系统的照射光束的波长、带宽、孔径形状和/或偏振。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述属性是在所述衬底上形成的两个图案层之间的套刻。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述目标包括光栅。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述目标包括具有不同偏置、取向和/或间距的多个光栅。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：在每次测量时测量所述光学测量系统的照射光束的波长和/或带宽，并且其中每个方程包括取决于波长和/或带宽的至少一项。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方程包括与以下至少一项相关的项：目标光栅不对称性；底部光栅不对称性；光栅不对称性的波长灵敏度；底部光栅不对称性的波长灵敏度；传感器不对称性，照射均匀性。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，求解Q个方程包括：获得所述N个目标中的每一个目标的位置处的属性值。

12.一种器件制造方法，包括：

在衬底上形成第一器件层，所述第一器件层包括多个目标；

使用Q个方程和N*W_t个测量值来确定R个属性值，其中R<Q<N*W_t；

关于另一个工艺步骤做出决定；

所述做出决定是基于所述R个属性值进行的。

13.一种非暂时性计算机可读介质，包括处理器可读指令，所述指令用于使光学测量系统执行测量衬底的属性的方法，所述衬底在其上形成有多个目标，所述方法包括：

使用Q个方程和N*W_t个测量值来确定R个属性值，其中R<Q<N*W_t；

14.一种检查设备，用于测量在一个或多个衬底上通过光刻工艺形成的多个结构的属性，所述设备包括照射光学系统、收集光学系统和处理系统，所述处理系统被布置为：在由所述照射光学系统建立的一组或多组照射条件下，由所述结构散射之后，至少部分地从由所述收集光学系统收集的辐射中导出每个结构的所述属性的测量，所述处理系统被配置为控制所述设备，以在根据权利要求1至11中任一项所述的方法中导出多个结构的属性的测量。

15.一种光刻系统，包括：

光刻设备，包括：

照射光学系统，被布置用于照射图案；

根据权利要求14所述的检查设备，

其中，所述光刻设备被布置为在将所述图案应用于另外的衬底时，使用来自所述检查设备的测量结果。