CN110832398B - 用于测量光刻设备的聚焦性能的方法、图案形成装置和设备、以及器件制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明披露了不依赖于子分辨率特征的聚焦量测图案和方法。可以通过测量印制图案(T)、或印制图案的互补对(TN/TM)的不对称性来测量聚焦。可以通过散射测量来测量不对称性。可以使用EUV辐射或DUV辐射来印制图案。第一类型的聚焦量测图案包括与第二特征(424)交叉的第一特征(422)。每个第一特征中的最小尺寸(w1)接近于印制分辨率。每个第二特征在周期性的方向上的最大尺寸(w2)为所述第一特征的最小尺寸的至少两倍。每个第一特征定位在两个相邻的第二特征之间，使得介于所述第一特征与其最接近的第二特征的间距(w1’)介于所述第一特征的所述最小尺寸的一半与两倍之间。第二类型的聚焦量测图案包括成对地布置的特征(1122、1124)。

Description

用于测量光刻设备的聚焦性能的方法、图案形成装置和设备、 以及器件制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年6月26日提交的欧洲/美国申请17177774.1的优先权，所述申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及可用于例如在由光刻技术进行器件制造中执行量测的检查设备以及方法。本发明还涉及用于在光刻过程中监测聚焦参数的这样的方法。

背景技术

光刻设备是将所需图案施加至衬底上(通常施加至所述衬底的目标部分上)的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造中。在该情况下，图案形成装置(其替代地被称作掩模或掩模版)可以用于产生待形成在IC的单层上的电路图案。可以将此图案转印至衬底(例如硅晶片) 上的目标部分(例如包括管芯的部分、一个管芯或若干管芯)上。通常经由成像到设置于所述衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行图案的转印。通常，单个衬底将包含依次形成图案的相邻的目标部分的网络。

在光刻过程中，需要频繁地进行所产生的结构的测量，例如以进行过程控制以及验证。用于进行这些测量的各种工具是已知的，包括常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(器件中两个层的对准的准确度)的专用工具。近来，已开发出供光刻领域中使用的各种形式的散射仪。这些装置将辐射束引导至目标上并且测量散射辐射的一个或更多个属性-例如根据波长而变化的在单个反射角下的强度；根据反射角而变化的在一个或更多个波长下的强度；或根据反射角而变化的偏振 -以获得可以根据其确定目标的感兴趣的属性的衍射“光谱”。

已知散射仪的示例包括US2006033921A1以及US2010201963A1中所描述的类型的角分辨散射仪。由这样的散射仪使用的目标是相对较大的 (例如40微米乘以40微米)光栅，并且测量束产生小于光栅的斑(即，光栅填充不足或欠填充)。使用衍射阶的暗场成像进行的基于衍射的重叠量测使得能够对较小目标的重叠以及其它参数进行测量。这些目标可以小于照射斑并且可以由衬底上的产品结构环绕。可以利用图像平面中的暗场检测将来自环境产品结构的强度与来自重叠目标的强度有效地分离。

可以在国际专利申请US20100328655A1和US2011069292A1中找到暗场成像量测的示例，所述申请的全部内容通过引用并入本文。已公布的专利公开出版物US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、 US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、US20130271740A 以及W02013178422A1中已描述了所述技术的进一步开发。这些目标可以小于照射斑并且可以由晶片上的产品结构环绕。可以使用复合光栅目标在一个图像中测量多个光栅。所有这些申请的内容也通过引用并入本发明中。

需要监测的光刻过程的一个重要参数是聚焦。需要将不断增加数目的电子部件集成在IC中。为了实现这种集成，有必要减小部件的大小并且因此增加投影系统的分辨率，使得可以将越来越小的细节或线宽投影于衬底的目标部分上。随着光刻中的临界尺寸(CD)缩小，横跨衬底以及在衬底之间的聚焦的一致性变得越来越重要。CD是这样的一个或更多个特征(诸如晶体管的栅极宽度)的尺寸：所述特征的变化将造成所述特征的物理属性的不期望的变化。

传统地，最佳设定是通过“提前发送晶片”来确定的，即，在生产运行之前曝光、显影和测量的衬底。在提前发送晶片中，在所谓的聚焦能量矩阵(FEM)中曝光测试结构，并且从那些测试结构的检查来确定最佳聚焦和能量(曝光剂量)设定。近年来，聚焦量测目标被包括在生产设计中用以允许对聚焦性能的连续监测。这些量测目标应允许对聚焦的快速测量，以允许大容量制造中的快速性能测量。理想地，量测目标应足够小，使得它们可以被放置在产品特征中，而没有空间的不当损失。

当前的测试结构设计以及聚焦测量方法具有若干缺点。已知聚焦量测目标需要具有大节距的子分辨率特征和/或光栅结构。这些结构可能违反光刻设备的用户的设计规则。可以使用在可见光辐射波长下工作的高速检查设备(诸如散射仪)来有效地测量光栅结构的不对称性。已知的聚焦测量技术利用以下事实：聚焦敏感的不对称性可以通过限定所述目标结构的图案形成装置上的图案的特殊设计而引入至印制在抗蚀剂层中的结构中。对于EUV光刻，在使用波长小于20纳米(例如13.5纳米)的辐射来执行印制的情况下，子分辨率特征的产生变得更加困难。对于EUV光刻，抗蚀剂厚度以及因此目标结构的厚度较小。这减弱了衍射效率，并且因此减弱可以用于聚焦量测的信号强度。

出于这些原因，通常，需要开发用于在光刻过程中(尤其在EUV光刻中)进行聚焦性能的测量，而并且用于基于投影的光刻的新技术。

发明内容

本发明旨在提供测量聚焦性能的替代方法。在一些方面中，本发明旨在提供可适应于新环境的方法，诸如EUV光刻术。在一些方面中，本发明旨在避免对于待限定于图案形成装置中的子分辨率特征的需求。

在本发明的第一方面中，本发明人已认识到，可以设计出在不使用子分辨率特征的情况下提供依赖于聚焦的不对称性信号的替代目标设计。

本发明在第一方面中提供一种测量光刻设备的聚焦性能的方法，所述方法包括：

(a)使用所述光刻设备以将至少一个聚焦量测图案印制在衬底上，印制的聚焦量测图案包括特征的至少第一周期性阵列，

(b)使用检测辐射来测量用于所述印制的聚焦量测图案中的所述第一周期性阵列的衍射光谱的相反的部分之间的不对称性；以及

(c)至少部分地基于步骤(b)中测量的所述不对称性来得出聚焦性能的测量结果，

其中所述第一周期性阵列包括与第二特征交叉的第一特征的重复布置，每个第一特征的最小尺寸接近于但不小于印制步骤(a)的分辨率极限，每个第二特征在周期性的方向上的最大尺寸为所述第一特征的所述最小尺寸的至少两倍；

其中每个第一特征定位在两个相邻的第二特征之间，使得在所述周期性的方向上介于所述第一特征与其最接近的第二特征之间的间距介于所述第一特征的所述最小尺寸的一半与两倍之间。

本发明在第二方面中提供一种测量光刻设备的聚焦性能的方法，所述方法包括：

(a)使用所述光刻设备以将至少一个聚焦量测图案印制在衬底上，印制的聚焦量测图案包括特征的阵列，所述特征的阵列在至少一个方向上是周期性的；

(b)测量所述印制的聚焦量测图案的属性；以及

(c)从所述属性的所述测量得出聚焦性能的测量结果，

其中所述聚焦量测图案包括特征的至少第一周期性阵列，每个特征的尺寸接近于但不小于所述印制步骤(a)的分辨率极限，

其中所述特征成对地布置，并且在周期性的方向上在所述聚焦量测图案内的相邻的成对特征之间的间距比每个第一特征的尺寸和介于一对内的第一特征之间的间距两者都大得多。

词组“接近于但不小于分辨率极限”应被解释为包括可高达分辨率极限的两倍或甚至21/2倍的尺寸。

测量的属性可以是不对称性。可以用不同方式将不对称性引入至所述特征对。这可以用于在不违反设计规则的情况下产生不对称性对于聚焦敏感的聚焦量测图案，或可以用于包括子分辨率特征。

在一些实施例中，EUV辐射与反射类型的图案形成装置之间的相互作用的三维性质导致一对精细特征的相对尺寸的聚焦灵敏度，即使这样的特征在所述光刻设备的印制分辨率内。在这样的实施例中，所述聚焦量测图案由图案形成装置限定，并且步骤(a)中的所述印制利用以倾斜角入射于所述图案形成装置上的图案化辐射来投影所述图案形成装置的图像。以这种方式，即使在图案自身对称时，也可以引入依赖于聚焦的不对称性。

可以用不同方式测量不对称性。例如，可以通过光学散射测量来测量不对称性，或可以通过电子显微法测量不对称性。

本发明另外还提供一种用于光刻设备中的图案形成装置，所述图案形成装置包括用以限定一个或更多个器件图案以及一个或更多个量测图案的特征的反射部分和非反射部分，所述量测图案包括至少一个聚焦量测图案，所述至少一个聚焦量测图案适合用于根据如上文所阐述的本发明的所述第一方面的方法中。

本发明另外还提供用于测量光刻过程的聚焦性能的量测设备，所述量测设备可操作以执行根据如上文所阐述的本发明的所述第一方面或所述第二方面的方法的步骤(b)和(c)。

本发明另外还提供一种光刻系统，所述光刻系统包括光刻设备，所述光刻设备包括：

照射光学系统，所述照射光学系统布置成照射反射式图案形成装置；

投影光学系统，所述投影光学系统布置成将所述图案形成装置的图像投影至衬底上；以及

根据如上文所阐述的本发明的任何方面的量测设备，

其中所述光刻设备布置成当将图案施加至其它衬底时使用由所述量测设备得出的聚焦性能的测量。

本发明另外还提供用于实施根据如上文所阐述的本发明的各种方面的方法以及设备的计算机程序产品。

本发明另外还提供一种使用根据如上文所阐述的本发明的所述第一方面或所述第二方面的方法来制造器件的方法。

下文参考随附附图详细地描述本发明的另外的特征以及优点，以及本发明的各种实施例的结构以及操作。应注意，本发明不限于本文中所描述的特定实施例。本发明中仅出于说明性目的而呈现这样的实施例。基于本文中包含的教导，额外的实施例对于本领域技术人员而言将是显而易见的。

附图说明

现在将参考随附的示意性附图而仅通过举例的方式来描述本发明的实施例，在所述附图中，对应的附图标记指示对应部分，并且在所述附图中；

图1描绘具有反射式图案形成装置的光刻设备；

图2描绘光刻单元或簇，在光刻单元或簇中，光刻设备以及量测设备可以用于执行根据本发明的方法；

图3示意性地图示被调适以执行角分辨散射测量以及暗场成像检测方法的检查设备；

图4图示在本发明的一个实施例中使用反射式图案形成装置在衬底上形成聚焦量测目标；

图5示出用于本发明的第一方面的实施例中的四个示例聚焦量测图案 5(a)至5(d)的示意性细节；

图6图示图5(b)中所示类型的聚焦量测图案中的设计参数的一些变化 6(a)-6(c)；

图7(a)更详细地图示了图5(b)中所示类型的聚焦量测图案的部分，并且图7(b)示出了所述图案的互补变型；

图8示出包括图7(a)和7(b)中所示类型的聚焦量测图案的互补变型的复合聚焦量测目标的形成；

图9示出图8的目标的量测聚焦图案的暗场图像，所述暗场图像是使用图3的设备获得的；

图10是根据本发明的实施例的监测聚焦的方法的流程图；

图11示出用于本发明的第二方面的实施例中的两个示例聚焦量测图案11(a)和11(b)的示意性细节；

图12(a)图示当在图1的光刻设备中使用倾斜照射来印制聚焦量测图案时形成隔离的双栅条特征的空间图像；

图12(b)和12(c)示出在所述聚焦量测目标的某些参数与聚焦之间的关系的模拟，其图示本发明的第二方面的一个实施例；

图13(a)和13(b)示出用于图12的方法中的聚焦量测目标的形式；

图14(a)至14(c)示出用于本发明的第二方面的替代实施例中的使用图 11(b)中所示类型的一对偏置的聚焦量测图案来形成复合聚焦量测目标；

图15示出图14的目标的量测聚焦图案的暗场图像，所述暗场图像是使用图3的设备获得的；以及

图16是根据本发明的实施例的监测聚焦的方法的流程图。

具体实施方式

在详细地描述本发明的实施例之前，呈现可供实施本发明的实施例的示例环境是有指导性的。

图1示意性地描绘根据本发明的一个实施例的包括源模块SO的光刻设备100。所述设备包括：

-照射系统(照射器)IL，所述照射系统配置成调节辐射束B(例如 EUV辐射)，

-支撑结构(例如掩模台)MT，所述支撑结构构造成支撑图案形成装置(例如掩模或掩模版)MA并且连接至配置成准确地定位所述图案形成装置的第一定位装置PM；

-衬底台(例如晶片台)WT，所述衬底台构造成保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并且连接至配置成准确地定位所述衬底的第二定位装置PW；以及

-投影系统(例如反射式投影系统)PS，所述投影系统配置成将由图案形成装置MA赋予至辐射束B的图案投影至所述衬底W的目标部分C (例如包括一个或更多个管芯)上。

照射系统可以包括用于引导、成形或控制辐射的各种类型的光学部件，诸如折射式、反射式、磁性式、电磁式、静电式或其它类型的光学部件或其任何组合。

支撑结构MT以取决于所述图案形成装置的方向、所述光刻设备的设计、以及其它条件(诸如例如所述图案形成装置是否被保持于真空环境中) 的方式来保持所述图案形成装置MA。所述支撑结构可以使用机械、真空、静电或其它夹持技术来保持所述图案形成装置。支撑结构可以是例如框架或台，其可以根据需要而是固定的或可移动的。支撑结构可以确保图案形成装置例如相对于投影系统处于所需位置。

术语“图案形成装置”应被广泛地解释为是指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产生图案的任何装置。被赋予至辐射束的图案可对应于在目标部分中产生的器件(诸如集成电路)中的特定功能层。

通常，光刻中所使用的图案形成装置可以是透射式或反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列、和可编程LCD面板。掩模在光刻中是众所周知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、和衰减型相移掩模类型，以及各种混合式掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例使用小反射镜的矩阵布置，所述小反射镜中的每个小反射镜可单独地倾斜，以便使入射辐射束在不同方向上反射。已倾斜的反射镜将图案赋予由反射镜矩阵反射的辐射束中。

类似于照射系统，投影系统可以包括任何类型的投影系统，包括折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件，或其任何组合，如对于所使用的曝光辐射或者对于诸如真空的使用之类的其它因素所适合的。可能需要将真空用于EUV辐射，因为其它气体可能吸收过多辐射。因此，可以借助于真空壁和真空泵将真空环境提供至整个束路径。

如此处所描绘的，所述设备属于反射型(例如使用反射式掩模)。本公开的聚焦量测技术已被开发成特别地用于与反射式图案形成装置(掩模版)一起使用，其中照射不是在与图案形成装置表面的平面垂直的方向上，而是略微呈倾斜角。原则上，如果出于一些原因，照射引入不对称性，则相同的技术可以适用于透射式图案形成装置。常规地，掩模版的照射被设计为对称的，但在反射掩模版的情况下，这通常不可能。

本公开的某些实施例使用反射式图案形成装置来利用所述投影系统中的不对称性。其它实施例适用于任何种类的投影系统。

所述光刻设备可以是具有两个(双平台)或多于两个衬底台(和/或两个或更多个掩模台)的类型。在这些“多平台”机器中，可以并行地使用额外的台，或可以在一个或更多个台上执行预备步骤，同时将一个或更多个其它台用于曝光。

参考图1，照射器IL接收来自源模块SO的极紫外线辐射束。用于产生EUV光的方法包括但不一定限于将具有在EUV范围内的一个或更多个发射谱线的至少一种元素(例如氙气、锂或锡)的材料转换成等离子体状态。在一种这样的方法(常常被称为激光产生的等离子体“LPP”)中，可以通过利用激光束来辐射燃料(诸如，具有所需谱线发射元素的材料的小滴、流或簇)而产生所需等离子体。源模块SO可以是包括激光器(图 1中未示出)的EUV辐射系统的部分，所述激光器用于提供激发燃料的激光束。得到的等离子体发射输出辐射，例如EUV辐射，所述辐射是使用设置于源模块中的辐射收集器来收集的。例如，当使用CO₂激光器以提供用于燃料激发的激光束时，激光器与源模块可以是分立的实体。

在这些情况下，不认为激光器形成光刻设备的部分，并且辐射束是借助于包括例如合适定向反射镜和/或扩束器的束传递系统而从激光器传递至源模块。在其它情况下，例如，当源为放电产生等离子体EUV产生器 (常常被称为DPP源)时，源可以是源模块的组成部分。

照射器IL可以包括用于调整辐射束的角强度分布的调整器。通常，可调整照射器的光瞳平面中的强度分布的至少外部径向范围和/或内部径向范围(通常分别被称作σ-外部和σ-内部)。另外，照射器IL可以包括各种其它部件，诸如琢面场反射镜器件和琢面光瞳反射镜器件。照射器可以用于调节辐射束，以在其横截面中具有所需均一性和强度分布。

辐射束B入射在被保持于所述支撑结构(例如掩模台)MT上的图案形成装置(例如掩模)MA上，并且由所述图案形成装置图案化。在从图案形成装置(例如掩模)MA反射之后，辐射束B传递通过投影系统PS，投影系统PS将束聚焦至衬底W的目标部分C上。借助于第二定位装置 PW以及位置传感器PS2(例如干涉器件、线性编码器或电容式传感器)，可以准确地移动衬底台WT，例如以便使不同目标部分C定位于辐射束B 的路径中。类似地，第一定位装置PM以及另一位置传感器PS1可以用于相对于辐射束B的路径准确地定位所述图案形成装置(例如掩模)MA。可以使用掩模对准标记Ml、M2以及衬底对准标记P1、P2来对准图案形成装置(例如掩模)MA以及衬底W。

所描绘的设备可以用于以下模式中的至少一种模式：

1.在步进模式中，在将被赋予至辐射束的整个图案一次性投影至目标部分C上的同时，使支撑结构(例如掩模台)MT以及衬底台WT保持基本上静止(即，单次静态曝光)。接着，使衬底台WT在X和/或Y方向上移位，使得可以曝光不同目标部分C。

2.在扫描模式中，在将被赋予至辐射束的图案投影至目标部分C上的同时，同步地扫描支撑结构(例如掩模台)MT和衬底台WT(即，单次动态曝光)。可以通过投影系统PS的放大率(缩小率)和图像反转特性来确定衬底台WT相对于支撑结构(例如掩模台)MT的速度和方向。

3.在另一模式中，在将被赋予至辐射束的图案投影至目标部分C上的同时，使支撑结构(例如掩模台)MT保持基本上静止，从而保持可编程图案形成装置，并且移动或扫描所述衬底台WT。在此模式中，通常使用脉冲式辐射源，并且在衬底台WT的每个移动之后或在扫描期间的连续辐射脉冲之间根据需要而更新可编程图案形成装置。此操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(诸如上文提及的类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻术。

也可以使用上文所描述的使用模式的组合和/或变化，或完全不同的使用模式。

将理解，所述光刻设备在图1中以高度示意性形式表示，但所述形式为本公开所必要的全部形式。

如图2中所示，光刻设备LA形成光刻单元LC(有时也被称作光刻元(lithocell)或簇)的部分，光刻单元LC也包括用于对衬底执行曝光前过程和曝光后过程的设备。常规地，这些设备包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于显影经曝光的抗蚀剂的显影器DE、激冷板CH以及焙烤板 BK。衬底处理装置或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底、在不同过程设备之间移动衬底，并且接着将衬底传递至光刻设备的进料台 LB。常常被统称为轨道或涂覆显影系统(track)的这些器件是在轨道控制单元TCU的控制下，轨道控制单元TCU自身受到管理控制系统SCS控制，管理控制系统SCS也经由光刻控制单元LACU来控制光刻设备。因此，不同设备可以被操作以最大化生产量和处理效率。

为了正确地并且一致地曝光由所述光刻设备曝光的衬底，需要检查被曝光的衬底来测量属性，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸 (CD)等。因此，定位有光刻单元LC的制造设施也包括量测系统MET，量测系统MET接收已在光刻单元中处理的衬底W中的一些或全部。将量测结果直接或间接地提供至管理控制系统SCS。如果检测到误差，则可以对后续衬底的曝光进行调整，尤其是在如果可以足够迅速地且快速地完成检查以使得同一批次的其它衬底仍待曝光的情况下。另外，已经曝光的衬底可以被剥离并返工以改善良率，或被丢弃，由此避免对已知有缺陷的衬底执行进一步处理。在衬底的仅一些目标部分有缺陷的情况下，可仅对良好的那些目标部分执行进一步曝光。

在量测系统MET内，检查设备用于确定衬底的属性，并且具体地说，确定不同衬底或同一衬底的不同层的属性如何在不同层间变化。检查设备可以被集成至光刻设备LA或光刻单元LC中，或可以是单独的装置。为了能实现最快速的测量，需要使检查设备紧接在曝光之后测量已曝光的抗蚀剂层中的属性。然而，抗蚀剂中的潜像具有极低对比度-在已曝光至辐射的抗蚀剂的部分与尚未曝光至辐射的抗蚀剂的部分之间仅存在极小折射率差-并且并非所有检查设备都具有足够的灵敏度以对潜像进行有用测量。因此，可以在曝光后焙烤步骤(PEB)之后进行测量，曝光后焙烤步骤(PEB) 通常为对已曝光的衬底进行的第一步骤并且增加在抗蚀剂的经曝光的部分与未经曝光的部分之间的对比度。在此阶段，抗蚀剂中的图像可以被称作半潜图像(semi-latent)。也有可能对经显影的抗蚀剂图像进行测量-此时，抗蚀剂的已曝光的部分或未经曝光的部分已被移除-或在诸如蚀刻的图案转印步骤之后进行经显影的抗蚀剂图像的测量。后一种可能性限制了将有缺陷的衬底返工的可能性，但仍可提供有用的信息。

图3(a)示意性地示出实施所谓的暗场成像量测的检查设备的关键元件。所述设备可以是单独的设备，或被并入例如测量站处的光刻设备LA 中或并入光刻单元LC中。由虚线O表示具有遍及所述设备的若干支路的光轴。图3(b)中更详细地图示了目标光栅结构T和衍射射线。

如现有技术中所引用的在先申请中所描述的，图3(a)的暗场成像设备可以是可以用于代替光谱散射仪或除光谱散射仪之外的多用途角分辨散射仪的部件。在这种类型的检查设备中，由辐射源11发射的辐射被照射系统12调节。例如，照射系统12可以包括准直透镜系统、滤色器、偏振器和孔阑器件13。经调节的辐射沿循照射路径IP，在照射路径IP中，经调节的辐射是由部分反射表面15反射的并且经由显微镜物镜16聚焦至衬底W上的斑S中。量测目标T可以形成在衬底W上。透镜16具有高数值孔径(NA)，优选地为至少0.9并且更优选地为至少0.95。可以根据需要使用浸没流体以获得大于1的数值孔径。

在此示例中，物镜16也用于收集已由目标散射的辐射。示意性地，示出用于这种返回辐射的收集路径CP。多用途散射仪可以在收集路径中具有两个或更多个测量支路。图示为光瞳成像支路的示例包括光瞳成像光学系统18以及光瞳图像传感器19。也示出成像支路，下文将更详细地描述所述成像支路。另外，其它光学系统及支路将被包括在实际设备中，例如用以收集参考辐射以用于强度归一化、用于对捕获目标的粗略成像、用于聚焦，等等。可以在上文所提及的在先公开出版物中发现这些光学系统以及支路的细节。

在量测目标T设置于衬底W上的情况下，这可以是1-D光栅，其被印制使得在显影之后，栅条是由实体抗蚀剂线形成。目标可以是2-D光栅，其被印制以使得在显影之后，光栅是由抗蚀剂中的实体抗蚀剂导柱(pillar) 或通孔形成。栅条、导柱或通孔可替代地被蚀刻至衬底中。这些光栅中的每个光栅是可以使用检查设备来对其属性进行研究的目标结构的示例。

照射系统12的各种部件可以是可调整的，以在同一设备内实施不同的量测“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，照射系统12也可以被调整以实施不同的照射轮廓。孔阑器件13的平面与物镜16的光瞳平面以及光瞳图像检测器19的平面共轭。因此，由孔阑器件13限定的照射轮廓限定了以斑S入射于衬底W上的光的角度分布。为了实施不同照射轮廓，孔阑器件13可设置于照射路径中。孔阑器件可以包括安装于可移动滑动件或轮上的不同孔阑。其可替代地包括可编程空间光调制器。作为另一替代方案，光纤可以设置于照射光瞳平面中的不同部位处，并且可选择性地用于在它们的相应部位处传递光或不传递光。这些变型都在上文所引用的文件中加以论述并例示。

在第一示例照射模式中，使用孔阑13N并且提供射线30a，使得入射角如在图3(b)中的‘I’处所示。由目标T反射的零阶射线的路径被标注为“0”(不与光轴“O”混淆)。在第二照射模式中，使用孔阑13S，使得可以提供射线30b，在此情况下，相较于第一模式，入射角与反射角将交换。在图3(a)中，第一示例照射模式和第二示例照射模式的零阶射线分别被标注为0(13N)和0(13S)。这些照射模式两者都将被识别为离轴照射模式。可出于不同目的而实施许多不同照射模式，包括轴上照射模式。

如图3(b)中更详细地示出，作为目标结构的示例的目标光栅T被放置成使得衬底W垂直于物镜16的光轴O。在离轴照射轮廓的情况下，与轴线O偏离一角度照射于光栅T上的照射射线I产生零阶射线(实线0)和两个一阶射线(点划线+1以及双点划线-1)。应记住，利用填充过度的小目标光栅，这些射线仅为覆盖包括量测目标光栅T以及其它特征的衬底的区域的许多平行射线中的一条射线。由于照射射线30a的束具有有限的宽度(允许有用量的光所必需的)，因此入射射线I事实上将占据一角度范围，并且衍射射线0和+1/-1将略微散开。根据小目标的点扩散函数(points spread function)，每个阶+1以及-1将遍及角度范围而进一步散布，而不是如所示出的单条理想射线。

在用于暗场成像的收集路径的支路中，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’。孔径光阑21设置于所述收集路径CP的成像支路中的平面中，所述平面与物镜 16的光瞳平面共轭。孔径光阑20也可以被称为光瞳光阑。孔径光阑21 可采取不同形式，正如照射孔阑可以采取不同形式一样。与透镜16的有效孔阑组合的孔径光阑21确定了使用散射辐射的何部分会在传感器23上产生图像。通常，孔径光阑21用于阻挡零阶衍射束，使得形成在传感器 23上的目标的图像仅从一阶束形成。在两个一阶束被组合以形成图像的示例中，所述图像将会是所谓的暗场图像，其等效于暗场显微法。作为孔径光阑21的示例，可以使用仅允许通过轴上辐射的孔阑21a。在使用与孔阑 21a组合的离轴照射的情况下，一次仅成像所述一阶之一。

由传感器23捕获的图像被输出至图像处理器以及控制器PU，图像处理器以及控制器PU的功能将取决于正被执行的测量的特定类型。出于本目的，执行对所述目标结构的不对称性的测量。不对称性测量结果可以与所述目标结构的知识相组合以获得用于形成所述目标结构的光刻过程的性能参数的测量结果。可以这种方式测量的性能参数包括例如重叠、聚焦以及剂量。提供目标的专门设计以允许经由同一基本不对称性测量方法进行不同性能参数的这些测量。

再次参考图3(b)和具有射线30a的第一示例照射模式，来自目标光栅的+1阶衍射射线将进入物镜16并且对在传感器23处所记录的图像做出贡献。当使用第二照射模式时，射线30b以与射线30b相对的角度入射，并且因此-1阶衍射射线进入物镜并且对图像做出贡献。当使用离轴照射时，孔径光阑21a阻挡零阶辐射。如在在先出版物中所描述的，照射模式可以利用在X以及Y方向上的离轴照射来限定。

通过比较在这些不同照射模式下的所述目标光栅的图像，可以获得不对称性测量结果。可替代地，可以通过保持同一照射模式但旋转所述目标来获得不对称性测量结果。虽然示出离轴照射，但可以替代地使用所述目标的轴上照射，并且可以使用经修改的离轴孔阑21以将实质上仅一个一阶衍射光传递至传感器。在另一示例中，一对离轴棱镜21b与轴上照射模式组合使用。这些棱镜具有这样的效果：将+1阶以及-1阶转向至传感器 23上的不同部位使得它们可以被检测和比较，而不需要两个循序的图像捕获步骤。上文提及的已公布的专利申请US2011102753A1中披露此技术，所述专利申请的内容通过引用并入本文。代替一阶束或除了一阶束之外，也可以将二阶、三阶以及更高阶的束(图3中未示出)用于测量中。作为另外的变型，可使离轴照射模式保持恒定，而使目标自身在物镜16下方旋转180度以使用相反的衍射阶来捕获图像。

在以下公开中，将说明用于对在反射类型的图案形成装置上使用倾斜照射的光刻过程的聚焦性能进行测量的技术。这些技术可尤其应用于EUV 光刻中，在此情况下需要近真空环境中的反射光学器件。在印制产品特征的同时，将在衬底上印制包括某些聚焦量测图案的量测目标。将使用例如图3的设备中的基于衍射的技术来测量这些印制图案的不对称性。为了允许使用小目标，将假定将使用所述设备的暗场成像支路来执行这些不对称性测量。然而，也可以使用光瞳成像支路来对不对称性进行基于衍射的测量。当然，图3中所示的设备仅是可以用于测量不对称性的检查设备和方法的一个示例。

在DUV波长范围内工作的光刻设备的情境中，已成功地设计并使用了用于基于衍射的聚焦(DBF)测量的目标。通过将子分段特征包括在所述掩模版上的光栅图案中来产生已知类型的DBF目标。在更多的实体特征旁边，这些特征具有低于所述光刻设备的成像分辨率的尺寸。因此，它们不作为单独的特征而印制在所述衬底上的所述抗蚀剂层中，但它们以对聚焦误差敏感的方式影响所述实体特征的印制。具体地，这些特征的存在针对于所述DBF量测目标内的光栅中的每条线产生不对称的抗蚀剂轮廓，其中不对称性的程度取决于聚焦。因此，诸如图3检查设备的量测工具可以从形成在所述衬底上的目标测量出不对称性的程度，并且将此平移至扫描仪聚焦中。

令人遗憾的是，已知的DBF量测目标设计不适合用于所有情形。在 EUV光刻中，抗蚀剂膜厚度显著低于用于DUV浸没光刻中的抗蚀剂膜厚度，从而导致低衍射效率并且难以从散射仪中的衍射辐射提取准确的不对称性信息。另外，由于所述成像系统的分辨率在EUV光刻中固有地较高，因此具有低于DUV浸没光刻术的印制分辨率的尺寸的特征变成可以通过 EUV光刻印制的“实体”特征。将类似的子分辨率特征提供在EUV掩模版上是非常不实际的，和/或可能违反半导体制造商的“设计规则”。这样的规则通常被建立作为用于限制特征设计的方式，以确保印制特征符合它们的过程要求。在任何情况下，超出所述设计规则以外进行工作使得难以对过程在DBF目标上的执行进行仿真，从而最佳目标设计和聚焦测量的校准变成试错问题。符合设计规则的需要适用于DUV光刻术中的DBF目标，而不仅仅适用于EUV光刻术。

图4图示了根据本公开的对光刻设备的聚焦性能进行测量的方法的原理。在所披露的方法中，所述光刻设备用于将至少一个聚焦量测图案T印制在衬底W上。印制的聚焦量测图案T包括在至少一个方向上是周期性的特征的阵列。出于此示例的目的，聚焦量测图案T在Y方向上是周期性的，Y方向对应于所述光刻设备的扫描方向。在所描述类型的光刻设备中，在Y-Z平面内，照射方向呈一倾斜角。使聚焦量测图案T在此Y方向上是周期性的，以利用成像过程中由照射的所述倾斜造成的不对称性。通过例如使用上文所描述的类型的检查设备来测量印制的聚焦量测图案的不对称性，可以导出聚焦性能的测量结果。

图案形成装置MA包括用于限定一个或更多个器件图案以及一个或更多个量测图案的特征的反射部分和非反射部分。作为本公开的感兴趣的一种类型量测图案，待形成于所述衬底W上的聚焦量测图案T是由形成在所述反射式图案形成装置MA上的对应的图案T”限定的。在402处示出了所述掩模版的部分的放大细节。通过利用以倾斜角θ入射的EUV辐射404辐射照射所述掩模版，在图1的所述光刻设备中执行将此图案转印至衬底W上的抗蚀剂层上的印制操作，倾斜角θ可以例如在5°至10°的范围内。承载所述量测目标图案(以及待印制在所述衬底上的所有产品特征) 的信息的反射辐射406进入所述投影系统PS。所述掩模版的基底为反射结构408，反射结构408通常为多层结构，其被调适以反射在所述光刻设备中所使用的辐射的波长。EUV辐射通常比20纳米更短。例如，大致13.5 纳米的波长用在基于锡等离子体辐射源的当前实施方式中。

在所述反射结构408的顶部上，设置辐射吸收结构410，辐射吸收结构410可以包括EUV吸收材料层，并且可选地包括保护罩盖层。根据需要被印制在所述衬底上的抗蚀剂材料中的图案，选择性地移除结构410以便留下反射部分412、414以及非反射部分416。取决于所使用的抗蚀剂材料的类型，经显影的图案可以具有对应于反射部分的抗蚀剂特征(负性抗蚀剂)或对应于非反射部分的抗蚀剂特征(正性抗蚀剂)。对于本说明，除非另外陈述，否则将假定正性抗蚀剂过程。本公开的教导可易于由本领域技术人员针对任一类型的过程进行调适。

聚焦量测图案T包括在周期性的方向上具有长度L的光栅图案。在此示例中，周期性的方向为Y方向，如所提及的。对所述结构的周期P加标记，并且示出所述图案的包括重复单元420中的一个重复单元的放大部分。在此示例中，每个重复单元包括一个或更多个第一特征422以及一个或更多个第二特征424的组。在此示例中，第一特征422的每个组包括由掩模版部分402上的窄反射部分412所限定的薄栅条结构。本领域技术人员将理解，典型光刻设备的投影系统PS将在印制来自所述图案形成装置MA 的图案至所述衬底W上时应用预定缩小率因子。因此，在以下示例中给出的特征的尺寸将被理解为是指印制在衬底上的特征的大小，并且诸如掩模版402的图案形成装置上的对应特征的大小可实体地大若干倍。在以下描述中，此比例因子应被认为理所当然的，并且将不会再次提及。类似地，除非情境另外要求，否则所述量测图案T的特征的尺寸被陈述为在所述图案从所述图案形成装置完美地转移至抗蚀剂的情况下将会具有的尺寸。如应了解的，聚焦量测方法的基础为：当存在非零聚焦误差时，特征将不会被完美地印制。

印制步骤中所使用的辐射(例如EUV辐射)的波长比通常用于测量图3的所述检查设备的不对称性的辐射的波长短得多。EUV辐射可以被定义为在0.1纳米至100纳米的范围内的辐射，而印制步骤中所使用的辐射的波长可以例如小于20纳米。在一些实施例中，所述检查设备可以使用处于在200纳米至2000纳米的范围内的一个或更多个波长的可见光或红外线辐射。在这样的情况下，印制步骤中所使用的辐射的波长可比测量不对称性时所使用的辐射的波长短十倍或更多倍。在其它示例中，测量辐射的波长可短于200纳米，例如在150纳米至400纳米或甚至100纳米至200 纳米的范围内。

无论用何种辐射波长进行图案的印制及其测量，聚焦量测图案都包含具有被调适以适合这些条件的一系列属性的特征。第一特征422被设计成其尺寸类似于作为产品图案的部分被印制的最小特征的尺寸。如果不是这样，则使用所述聚焦量测图案T而测量的聚焦性能可能无法准确地表示感兴趣实际产品特征中的聚焦性能。

另一方面，鉴于所述检查设备中所使用的较长的波长(即使允许可以应用使用较短波长的所述检查设备的事实)，这些单独的第一特征太小以致于不能被检查设备直接地分辨。通过将多组第一特征布置在具有与所述检查设备波长相当的总周期P的光栅图案中，则所述图案的整个衍射光谱变得可以在所述检查设备中分辨，并且可以推断较小特征的属性。所述光栅图案的周期P可以例如为350纳米或450纳米或600纳米。所述光栅图案的总长度L可以是例如5微米。这样的大小允许在器件区域内包括所述图案，但仍使用图3的所述检查设备的暗场成像支路来分辨。(如果使用所述光瞳成像支路来进行测量，则通常需要例如L为30微米或40微米的较大目标，使得照射斑S可以被完全放置在所述光栅内)。特征和光栅的相对大小、以及每个光栅中的特征的数目并非旨在按比例示出于此处图中的任一幅图中。

根据本公开的第一方面的示例

图5图示了基于本发明中关于现有技术中所提及的本发明第一方面所披露的原理而可以使用的各种聚焦量测图案以及(当然)可设想的其它示例。在所有示例中，仅示出图案的小区段，包括具有周期P的重复单元。

图5(a)孤立地示出用作图4中的示例的相同聚焦量测图案的小部分。此图案的重复单元包括在周期性的方向上彼此间隔开的一个第一特征422 和一个第二特征424。在此示例中，周期性的方向可以是图案形成装置和衬底的X方向。每个第一特征422包括各自具有接近于但不小于所述印制步骤的分辨率极限的最小尺寸w1的栅条或其它特征。例如，这个值w1 可以在周期性的方向上小于50纳米。其可以类似于或略微小于待使用所述光刻过程印制在同一衬底或另一衬底上的产品图案中的最小特征的临界尺寸CD。在一个示例中，这些特征的线宽可以是22纳米。在其它示例中，这些特征的线宽可以在15纳米至50纳米，或20纳米至45纳米的范围内。另一方面，每个第二特征424在周期性的方向上的最大尺寸w2比所述分辨率极限大得多。例如，第二特征的最大尺寸w2可以是第一特征的最小尺寸w1的两倍或大于两倍，并且可能是大于三倍或四倍。注意，在此示例中，最大尺寸w2也是第二特征在周期性的方向上的最小尺寸。将说明不是这种情况的其它实施例。

介于每个第一特征422和与其最接近的相邻的第二特征424之间的间隔具有尺寸w1’并且也接近于但不小于所述印制步骤的所述分辨率极限。所述尺寸w1’可以等于或略微不同于第一特征422的尺寸w1。(在此情境中“略微不同”可以被视为包括介于一半与两倍之间的比率)。介于每个第一特征422和与其仅次于最接近的相邻的第二特征424之间的第二间隔具有尺寸w2’并且类似于第二特征424自身的尺寸w2。因此，将看到，包括薄的第一特征以及较厚的第二特征的图案T实际上以正和负两种形式存在。设置这些尺寸w1、w1’以及大得多的周期P，应了解，尺寸w2以及w2’比第一特征422的最小尺寸w1大得多，并且因此比所述印制步骤的所述分辨率极限大得多。尺寸w2以及w2’可以各自例如为超过尺寸w1 的四倍、超过尺寸w1的五倍、六倍、八倍或十倍。

可以调整所述聚焦量测图案的若干参数，作为用于最佳聚焦量测图案的设计过程的部分。针对产品的每个过程和每个层，最佳聚焦量测可能不同，尤其在所述光刻设备的操作参数可以针对每个层定制的情况下。尺寸 w1与w1’可以选择为彼此相等，或如所示出的那样略微不相等。例如，第一间隔尺寸w1’可以介于第一特征尺寸w1的一半与两倍之间。类似地，第二间隔最大尺寸w2’可以介于第二特征最大尺寸w2的一半与两倍之间。可以任何合适的格式来表达设计参数。比率(诸如刚刚给出的比率)可以方便地用于表达特征的相对尺寸，而绝对尺寸可以被直接地表达，或由相对于指定分辨率极限和/或相对于周期P的比率来表达。当然在此示例中，总尺寸w1、w1’、w2、w2’的总和必须等于周期P。

在所说明的示例中，其中针对第一特征的周期P为450或600纳米并且线宽w1为大约22纳米，第二特征的最大尺寸w2和第二间隔w2’可以各自超过100纳米，或超过200纳米或超过250纳米。通常，如果特征之间的间隔为特征自身的五倍或六倍的尺寸，则成像技术领域技术人员将考虑有效地将特征彼此隔离。因而，在此示例中，每个第一特征靠近于其相邻的第二特征中的一个第二特征，但与其另一相邻的第二特征隔离开。

本发明人已发现，通过适当的设计，可以使用诸如图3的检查设备这样的散射仪的基于衍射的不对称性测量功能，从图5(a)中所示的形式的目标光栅来获得聚焦性能测量结果。可以使用所述检查设备的光瞳成像支路 (传感器19)或使用暗场成像支路(传感器23)非常简单地测量这种不对称性。相较于诸如重新构造或聚焦-剂量模型化这样的其它测量技术，仅需要非常简单的信号处理。在某些实施例中，如在下文中更详细地解释的，聚焦量测目标图案可以包括这样的类型的光栅的互补对。将从这些互补光栅所测量到的不对称性进行组合，会允许测量聚焦误差的正负号以及量值两者。

可以使用这样的类型的图案以使用反射式图案形成装置MA或常规的透射过程来测量用于EUV光刻过程的聚焦性能。在利用不对称照射的光刻过程(诸如EUV光刻过程)的情况下，可以预期额外的取决于聚焦的不对称性效应。这些效应中的一个效应为：在不对称照射下，薄的特征 422的位置将相对于较厚的特征424的位置移位。此移位对不对称性的额外分量做出贡献，其通过适当设计可以增强聚焦信号。

图5(b)呈现聚焦量测图案的另一示例，其与图5(a)的不同之处在于：周期性阵列中的每个第二特征还包括子特征426，所述子特征在横向于所述周期性的方向的方向上的最小尺寸接近于但不小于所述印制步骤的分辨率极限。在此示例中，所述子特征是从第一特征的主体428不对称地突起的线。这些突起的线或指状物的长度被标注为w3。每个第二特征424 的主体428限定第二特征在周期性的方向上的最小尺寸w4。因此，在此表示法中，第二特征424的最大尺寸w2等于w3+w4。子特征在横向方向上的最小尺寸被标注为w5。

类似于图5(a)的示例，图5(b)的示例可以同时以正(白底黑色)和负 (黑底白色)两个版本看到。在所述附图中负版本的尺寸被标记为w1’、 w2’、w3’、w4’、w5’。将看到，尺寸w1、w1’、w3、w4总计为一个周期 P。尺寸w5以及w5’在横向方向上高达一个周期Pt。取决于所选择的设计参数，正版本与负版本的尺寸可以相同(但呈镜像)或不同。相较于图5(a) 的示例，图5(b)的示例具有更大数目的参数，其可以变化以优化对聚焦的灵敏度，并且减小对其它效应的灵敏度。子特征426的最小尺寸可与第一特征的最小尺寸相同或不同。

图6图示出以刚刚描述的方式使设计参数中的一些变化的结果。在图 6(a)中，尺寸与在图5(b)中的尺寸相同。在图6(b)中，由第二特征的主体 428所限定的最小尺寸w4相较于图5(b)已有所增大，而尺寸w3已有所减小。已将第二特征的最大尺寸w2以及其与第一特征的间距维持相同。其它参数，诸如在图案的负(黑底白色)版本中第二特征的最小尺寸w4’并未变化。在图6(c)中，尺寸以与图6(b)中的变化相反的方式而变化。由第二特征的主体428所限定的最小尺寸w4维持与在图6(a)中的情况相同。子特征426的长度(尺寸w3)已有所减小，使得第二特征424在周期性的方向上的最大尺寸w2减小并且其与一侧处的第一特征的间距w4’相较于图5(b)已有所增大。在此情况下，在图案的负(黑底白色)版本中第二特征的最小尺寸已有所增大。

图6的示例中未变化的参数中的任一个参数可以变化。例如，横向周期Pt可以变化，并且每个周期内的“指状物”尺寸的比率w5：w5’也可以变化。如可以预期的，第一特征的阵列在横向方向上的周期Pt将比在周期性(指的是聚焦量测图案整体上的周期性)的方向上的周期P小得多。

感兴趣的另一设计参数是第一特征在相邻的第二特征之间定位的均匀度。例如，在白底黑色图案中，情形w1’＝w4’表示每个第一特征精确地定位于其相邻的第二特征之间的中间位置。在黑底白色图案中，情形w1＝w4表示每个第一特征精确地定位于其相邻的第二特征之间的中间位置。因此，一些实施例可以由设计规则来限定，使得每个第一特征的任一侧的间隔大致类似，例如，其中一个间隔为介于另一间隔的一半与两倍之间，或介于三分之二与11/2倍之间。

取决于过程，出现每个变型将比另一个变型更好地或更差地工作的情形，并且因此通过使用模拟和/或实验来优化设计。图6中的这些变型(b) 或(c)之一可以适合于负性显影过程(其中在白底黑色图案上，假定经显影的抗蚀剂在其已曝光至辐射的情况下保留)，而另一个变型更适合于正性显影过程(其中经显影的抗蚀剂在其未曝光的情况下保留，这种情况对应于黑底白色图案)。

返回至图5，变型(c)与图5(a)和(b)的不同之处在于：周期性阵列中的每个第一特征422在横向于周期性的方向的方向上具有其最小尺寸w1。每个第一特征的最小尺寸w1仍接近于但不小于所述印制步骤的分辨率极限。(从这里应理解，图5(a)至(c)中的尺寸并未按比例绘制)。在此示例中，每个第一特征包括栅条，所述栅条在周期性的方向上具有实质上比最小尺寸更长的长度w3，但此仅为一个可能的配置。在横向方向上在第一特征之间的间隔w1”也与所述印制步骤的分辨率相当。它们可以与第一特征自身的最小尺寸w1以及介于每个第一特征与其最接近的第二特征之间的间隔w1’相同或不同。

取决于所述光刻投影系统并且也取决于例如所选择的照射模式，所述印制步骤在一个方向上的分辨率极限可以不同于在另一方向上的分辨率极限。在存在此差异的情况下，可以在设定不同参数时并且在解释权利要求书的语言时考虑此差异。有时选择双极照射模式，例如，特定地用于比另一方向优先地增强在一个方向上的分辨率。

第二特征424的尺寸，以及介于第一特征与第二特征之间的间距也是可以根据与图5(a)和(b)的示例相同的原理来限定和设定的设计的参数。出于方便起见，所述参数可以通过绝对值与相对值的混合来设计。第一特征的最小尺寸w1可以例如小于50纳米。所述最小尺寸w1可以类似于或略微小于待由光刻过程形成在所述衬底或另一衬底上的产品图案符号中的最小特征的临界尺寸CD。在一个示例中，这些特征的线宽可以是22纳米。在其它示例中，这些特征的线宽可以在15纳米至50纳米，或20纳米至 45纳米的范围内。另一方面，每个第二特征424在周期性的方向上的最大尺寸w2比所述分辨率极限大得多。例如，第二特征的最大尺寸w2可以是第一特征的最小尺寸w1的两倍或大于两倍，并且可以是大于三倍或四倍。

尺寸w1、w1’以及w1’可以被选择为彼此相等，或如所示出的那样略微不相等。例如，空间尺寸w1’以及w1”可以各自介于第一特征尺寸w1 的一半与两倍之间。可以用任何合适的格式来表达设计参数。比率(诸如刚刚给出的比率)可以方便地用于表达特征的相对尺寸，而绝对尺寸可以被直接地表达，或由相对于指定分辨率极限、和/或相对于周期P、和/或相对于横向周期Pt的比率来表达。当然，在此示例中尺寸w1’、w2、w3 和w4的总和必须等于周期P。类似地，尺寸w1和w1”的总和必须等于横向周期Pt。

将看到，在此示例中所述聚焦量测图案的负(黑底白色)形式具有与其正的(白底黑色)对应物不同的形式。然而，当然可以根据需要制成所图示的图案的负的对应物。

图5(d)示出另一变型。这种变型在特性上与图5(c)的示例类似，但第一特征具有二维特性，例如为T形、十字形和/或L形。第一特征的设计可以例如基于待由所述光刻过程产生的实际产品特征。

虽然包括上述聚焦量测目标图案的目标可以得到聚焦测量结果(当针对过程被适当设计时)，但也预期到目标的所述聚焦测量结果将经受由于可以引入的各种各样的像差(除聚焦之外)引起的不确定度。因此，也披露了对两个或更多个聚焦量测图案进行多个差异测量的测量方法的实施例。这些聚焦量测图案可以呈互补对的方式提供并且在所述互补对的设计中具有镜像不对称性，和/或成对地提供并且具有除镜像对称之外的设计差异。

图7图示了可以一起使用以获得有所改善的对于聚焦的测量结果的两个互补聚焦量测图案。纯粹作为示例，图5(b)的图案已选择为这种互补对的基底，如在图7(a)中所看到的。在图7(b)处看到的所述对的另一图案是镜像图像。

图8示出两个或更多个互补图案并排印制在衬底W上，从而形成复合聚焦量测目标T。在此特定示例中，存在布置成两个互补对TNa/TMa 和TNb/TMb的四个聚焦量测图案。在每个互补对中，第一图案(印制在右侧)被标注为TN(将N用于“正常”)，而第二图案印制在左侧并且被标注为TM(M用于“镜像”)。应理解，所述标签是任意的，但效应为印制的聚焦量测图案包括特征的至少第一周期性阵列和第二周期性阵列，特征的每个周期性阵列形成单独的聚焦量测图案。接着在每个周期性阵列内存在经程序的不对称性，第二周期性阵列的不对称性与第一周期性阵列的不对称性是相反的，以形成互补对。接着，获得改善的聚焦测量结果包括测量第一周期性阵列和第二周期性阵列中的每个周期性阵列的不对称性，并且通过将针对周期性阵列(TN,TM)而测量到的不对称性进行组合来确定聚焦性能的量度。

通过使用多个目标(在多个目标的设计中具有相反的不对称性)来组合来自测量的结果，可以使聚焦测量结果对于出现在投影系统或量测系统中的不对称性较不敏感，否则，所述不对称性可能被误认为聚焦误差。可以使用互补图案对以这种方式区分的缺陷的特定类型是彗差(coma)和投影不对称性。例如，可预期到，当图像散焦或离焦时，慧差会引入在特定方向上的不对称性。相比之下，由聚焦误差引发的不对称性将在“镜像”图案中相较于“正常”图案是相反的。将来自上述两种图案的不对称性测量进行组合会允许更准确地测量实际聚焦误差。

另外，在此示例中，提供两个互补对目标，其由后缀“a”和“b”识别。在这些对之间，所述聚焦量测图案的设计参数发生变化。作为第一差异，所述对TNa/TMa的周期Pa比所述对TNb/TMb的周期Pb更长，并且“指状物”的长度已缩短。在其它实施例中，不同参数可以发生变化，并且周期可以相同或不同。替代提供不同图案设计或除了提供不同图案设计之外，也可以使用不同的捕获条件来获得更加多样化的信号。例如，辐射的不同波长和/或偏振可以用于获得衍射信号。

因此，如图8中所图示的，可以通过在同一步骤中所印制的一个或更多个互补对聚焦量测图案TN和TM来形成复合聚焦量测目标T。如所图示的，可以在图3的检查设备的暗场成像模式中使用辐射斑S来使这些单独的图案同时成像。换句话说，可以通过使用由所述设备收集的+1以及-1 阶衍射辐射来获取第一图像和第二图像，从而进行这些聚焦量测图案的两者的不对称性的测量。在图9中示出一个这样的图像。例如，暗矩形表示记录在图3的设备中的传感器23上的暗场图像。圈S’指示成像至所述检测器上的辐射斑S的区域。较亮矩形TNa’、TNb’、TMa’以及TMb’分别表示对应聚焦量测图案TNa、TNb、TMa以及TMb的图像。来自每个目标的一个衍射阶的强度可以通过例如限定较亮矩形中的每个矩形内的感兴趣区ROI并且对像素值取平均值来进行测量。针对相反的衍射阶重复进行此测量允许计算不对称性。在使用图3中所示的棱镜21b的替代测量方法中，实际上随后可以同时捕获两个图案的两个图像。

可以将图7至图9中所图示的原理应用至图5和图6中所图示的图案中的任一个。

在另外的其它实施例中，可以例如使用图3的检查设备的光瞳成像支路、或更通常的角分辨散射仪来分别测量每个聚焦量测图案的不对称性。来自一个图案的相反的衍射阶位于光瞳图像的互补区中，但每次可测量仅一个图案。

图10是根据示例性实施例的用于测量光刻过程的聚焦性能的方法的步骤的流程图。可以使用上文所描述以及附图中所图示的示例聚焦量测图案中的任一个来执行所述方法。步骤如下，并且接着在后文中更详细地描述所述步骤：

1000-通过限定具有量测目标的产品设计或量测晶片设计并且制备合适的图案形成装置(掩模版)的集合而开始。在生产之前，利用已知的多种聚焦-曝光变化进行多次曝光，并且测量这些曝光以获得一个或更多个校准曲线。(这可以涉以及设计、曝光和测量步骤的反复循环)。

1010-将一个或更多个聚焦量测图案印制在衬底上的产品图案旁边；

1020-使用合适的检查设备来测量每个聚焦量测图案的衍射光谱的一部分的强度(例如，+1阶是衍射光谱的合适的部分)；

1030-使用所述检查设备来测量每个聚焦量测图案的衍射光谱的相反的部分(例如-1阶)的强度；

1040-通过比较相反衍射阶的强度来计算一个或更多个聚焦量测图案的不对称性的测量结果；

1050-使用不对称性测量结果，利用在步骤1000中所储存的校准曲线和/或诸如SEM的其它测量结果，计算在印制所述聚焦量测图案时的聚焦误差。

1060-在聚焦设定中使用导出的聚焦测量结果以用于在后续衬底上曝光。

1070-结束或重复。

如已经解释的，步骤1020和步骤1030可以作为单个步骤执行，使得可以在单次采集中获得聚焦量测图案的相反衍射阶。另外，在两个或更多个图案(例如图8中所示的一个或更多个互补对图案)被测量的情况下，可以使用单次图像采集来测量这些两个或更多个图案的相反衍射阶，以获得对应数目的不对称性测量值。

虽然测量步骤被示出为由作为专用检查设备的散射仪进行，但其可以是单独的设备，或其可集成在光刻单元中。此外，可以在没有专用量测设备的情况下例如使用具有设置于所述光刻设备中的对准传感器的合适目标进行不对称性测量。计算步骤1040以及1050可以全部在所述检查设备的处理器中执行，或可以在与所述光刻设备的监测以及控制相关联的不同的处理器中执行。每个步骤可以由经程序化的处理器执行，并且所披露的技术的优点是所述检查设备可以被修改以执行聚焦测量方法而没有硬件修改。

根据本公开的第二方面的示例

图11图示了基于本发明的第二方面(若在本文中被披露)的原理可以使用的聚焦量测图案的另外两个示例，以及当然可设想的其它示例。在这些示例中，聚焦量测图案包括了成对特征1122、1124的阵列，成对特征1122、1124的阵列在至少一个方向上是周期性的。仅示出图案的包括具有周期P的重复单元的小区段。图5(a)的示例每周期包括仅一对特征1122、1124。将一对特征的部分的放大视图示出于插图细节中，使得可标注某些尺寸。测量在周期性的方向上的尺寸。每个特征在被完美聚焦时在周期性的方向上的最小尺寸L1、L2接近于但不小于所述印制步骤的分辨率极限。在图示的示例中，每对内的特征的尺寸L1、L2和介于每对内的特征之间的间距d的尺寸全部具有相同的数量级。一对内的特征1122、1124的尺寸L1以及L2在一些实施例中可相等，或它们可不相等，如插图细节中所示。介于每对内的第一特征之间的间距d的尺寸可以例如介于每对内的特征1122、1124的平均尺寸的一倍与11/2倍之间，或介于平均尺寸的一倍与两倍之间。介于每对内的第一特征之间的间距d的尺寸可以例如介于每对内的特征的最小尺寸的一倍与11/2倍之间，或介于最小尺寸的一倍与两倍之间。在周期性的方向上在成对特征之间的间距D比每个特征的最小尺寸、以及介于一对内的特征之间的间距d两者都大得多。

再次参考图4，将容易理解可以如何设计掩模版的反射部分和非反射部分来实现此图案，从而代替图4中所示的图案。在一些实施例中，作为特征1122、1124的栅条将在通常反射性的背景内由掩模版上的窄的非反射部分限定，而在其它实施例中，特征1122、1124可以在通常非反射性的背景内由反射栅条限定。在任一情况下，对正性抗蚀剂或负性抗蚀剂的选择将确定这些第一特征是否表示经显影的聚焦量测图案中的剩余的抗蚀剂，或确定其是否表示不存在抗蚀剂。本发明的原理在所有这些变型中是相同的。

图11(b)图示了除了一定数目的成对特征1122、1124被设置于聚焦量测图案的每个周期P中之外，实际上与图11(a)中相同的图案。即，在此示例中所述聚焦量测图案包括多组成对特征的周期性阵列。所述附图并未按比例绘制。在此示例中，每个组中的对的数目为三个，但其可以是适合于周期P内并且经受以下约束的任何数目。将对的数目倍增的效应仅是：相较于图11(a)中所示的单对图案，放大了从图案获得的衍射信号。在其它方面，两个图案的功能相同。在周期性的方向上介于所述聚焦量测图案内的相邻组的成对特征之间的间距D1比每个特征1122、1124的尺寸L1、 L2大得多，并且比介于一对内的特征之间的间距d大得多。另外，介于多组的对之间的间距D2比介于一组内的对之间的间距D1大得多。下文将呈现设计规则的更多示例。

如下文将描述的，可以通过多种方法利用依赖于聚焦的不对称性来印制所图示类型的图案。这些方法中的一些仅适用于反射式(例如EUV)投影系统中，而其它方法可被应用于较常规的投影系统中。例如，在一对内的特征1122和1124的尺寸L1个L2可以相等，或它们可以不相等。在图 11(a)中的插图细节中示出了具有不相等尺寸的示例。相同的选项适用于图 11(b)的图案中。在一对内的尺寸不相等的情况下，这自动引入不对称性，所述不对称性可以利用例如图3的所述检查设备来测量。通过合适选择尺寸，可以使不对称性以单调方式依赖于聚焦，从而允许不对称性测量成为测量聚焦误差的方式。

在一对内的尺寸相等的情况下，仍可以由所述印制步骤的属性来引入依赖于聚焦的不对称性。在如图4中所图示的掩模版中具有不对称照射以及3-D效应的EUV光刻设备的情况下，可以由成像步骤的固有属性引入不对称性。另外，并且在其它类型的投影系统中，可以通过有意地操纵所述投影系统的参数和/或过程步骤(其诸如是掩模版特性、照射特性、和抗蚀剂处理)而引入不对称性。因此，在一个示例中，可设置不对称掩模版特征。在另一示例中，可以使用不对称照射模式。原则上，此情形对于本文中所论述的所有目标都成立。

图12图示了这种类型的方法，其中每对特征内的特征的尺寸是在名义上相等的(即，在掩模版上相等)，但通过考虑到掩模版402的三维性质、与非垂直照射404的遮蔽效应相结合，引入了不对称性，则所述光刻设备100的所述投影系统PS以取决于聚焦的方式印制所述聚焦量测图案的第一特征。图12(a)示意性地图示了在抗蚀剂附近由所述投影系统形成的“空间图像”的形式。竖直轴表示Z方向上的在已施加辐射敏感抗蚀剂涂层的衬底表面附近的聚焦误差FE。水平轴表示Y方向，Y方向也被假定为所述光栅图案T的周期性的方向。示出了单个双栅条特征的空间图像 1202，应理解，此图案跨越印制光栅的区域而重复。所述空间图像具有由附图中的较浅的阴影指示的较高强度的区。在所述衬底W的曝光期间强度超过某一阈值持续足够时间的情况下，所述抗蚀剂将充分反应以限定印制图案的特征。在正性显影(PTD)过程中，抗蚀剂的超过此阈值的部分将在显影期间被移除。在负性显影(NTD)过程中，抗蚀剂的超过此阈值的部分将在显影之后继续存在。

如在成像实践中所众所周知的，印制图案最佳地限定于由零聚焦误差表示的聚焦平面中。在聚焦平面上方和下方，所述空间图像的强度较小。然而，由于使用EUV光刻设备的反射光学器件进行成像的三维性质，所述空间图像不仅在最佳聚焦平面上方以及下方减弱，并且也以各种方式因所述投影系统的不同像差而失真。

首先要注意的是，图12(a)中明确图示的是，该对特征对在它们的空间图像中具有非常不相等的形状，使得各自针对给定的聚焦误差不同地进行响应。左侧特征的强度最初随着负聚焦误差FE-增大，之后随着聚焦误差变为极值而减小。相反地，关于右侧特征的空间图像的强度最初随着正聚焦误差FE+而增大。这在所述抗蚀剂材料中印制的特征的大小方面的效应是由位于三个代表性聚焦水平(0、FE-、FE+)处的实心黑色栅条表示的。对于小的负聚焦误差FE-，实际上左侧特征的宽度相对于右侧特征较大。在零聚焦误差处，宽度相等(假定它们在掩模版上相等并且所有其它事项都相等)。在小的正聚焦误差FE+处，右侧特征的宽度大于左侧特征的宽度。

图13示出用于当前参考图12而描述的方法中的所述聚焦量测图案的示例。图13(a)示出类似于图11(b)的图案，其具有成对特征1122和1124 中的两对的放大横截面细节。尺寸L1、L2、d、D1、D2全部以与在图11(b) 中相同的意义加以标记。在此示例中，假定(在零聚焦误差处)特征1122 和1124以相等宽度印制，使得L1＝L2。如在图13(b)中所见的，包括多组成对特征的所述聚焦量测图案作为聚焦量测目标T而形成在衬底W上。可以例如使用在图3的所述检查设备中的辐射斑S来测量此目标的所述衍射光谱的不对称性。

图12(b)图示了图12(a)中所图示的空间图像的形式当使用所述光刻设备印制的情况下如何导致聚焦量测图案的不对称性的有用的单调响应曲线1230。在水平轴上绘制出聚焦误差FE。在所述竖直轴上标出介于所述聚焦量测图案的左侧特征与右侧特征之间的临界尺寸(CD)的差ΔCD_LR。此外，在此示例中，假定所述聚焦量测图案包含具有相等设计尺寸(L1＝L2) 的成对特征1122和2124。在印制图案中实现的实际尺寸变得不相等，并且这导致不对称性，所述不对称性可以使用图3的所述检查设备或其它构件来测量。出于刚刚在图12(a)中所图示的原因，聚焦误差FE为负的区由左侧特征(比如1122)比右侧特征(1124)更宽的不对称性来加以表征。相反地，聚焦误差FE为负的区是由左侧特征(比如1122)比右侧特征更窄的不对称性来加以表征。由于曲线1230是单调的，因此将看到，此目标的不对称性的测量结果也将是单调的，并且因此可以提供聚焦误差的可用测量结果，其不仅指示所述聚焦误差的量值还指示其符号。

为了比较，图12(c)示出为示例目的而测量的在特征1122与1124的中心之间的间距dY的曲线1240。所述空间图像1202的形式使得此间距也随着聚焦误差变化而变化。尽管在图12(a)中难以看到，但表示特征1122 和2124的栅条在正和负两个聚焦误差之下移动成相隔略微较远。因此，每对内的特征的相对位置的此移位不提供可以直接导出聚焦误差的单调信号。

图12(a)中提供的图示当然仅是近似的，并且又一效应可以出现于实际空间图像中。所看到的另一效应为，由于用于EUV光刻设备100的投影系统PS中的倾斜照射，则针对每个栅条的空间图像具有倾斜。所述倾斜粗略地由线1252和1254指示。因此，使印制栅条的有效位置发生移位了随着聚焦误差FE而变化的量。如果所述聚焦量测图案被设计成使得可以测量窄栅条特征的位移，则可以通过测量此位移来获得聚焦的测量结果。允许测量所述位移的一种方式是在图5的示例图案中设置较宽特征，诸如第二特征424。这些较宽的特征并不展现相同的移位。这就是上文关于图5(a)和(b)的示例提及额外的效应的原因。

现在参考图14，在一些实施例中，在同一步骤中印制两个或更多个类似的聚焦量测图案。这些图案是“经偏置的”，这意味着它们被设计为即使当印制为具有零聚焦误差时也具有内在的已知不对称性值。图14(a)和 14(b)示出一个互补对的聚焦量测图案TN(“正常”)以及TM(“镜像”)。这些图案具有通过使每对中的特征1122和1124的尺寸不相等而引入的不对称性。换句话说，尺寸L1与L2不相等。在“正常”图案TN中，每对中的特征1122比特征1124更宽(L1>L2)。这种不相等性可以在图14(a) 中的横截面细节中看到。相反地，在“镜像”图案TN中，每对中的特征 1124比特征1122更宽(L1<L2)。这种不相等性可以在图14(b)中的横截面细节中看到。这些图案TN和TM当并排印制时一起形成复合聚焦量测目标T，如图14(c)中所示。如果它们足够小，则可以在图3的所述检查设备的暗场成像模式中使用辐射斑S来使这些图案同时成像。换句话说，可以通过使用由所述设备收集的+1以及-1阶衍射辐射来获取第一图像和第二图像从而对这些聚焦量测图案的两者的不对称性进行测量。

在图15中示出一个这样的图像。例如，暗矩形表示记录在图3的所述设备中的传感器23上的暗场图像。圈S’指示成像至所述检测器上的辐射斑S的区域。较亮的矩形TN’以及TM’表示聚焦量测图案TN和TM的互补对的图像。可以通过例如限定较亮的矩形中的每个矩形内的感兴趣区 ROI、并且对像素值取平均值，来测量来自每个目标的一个衍射阶的强度。针对相反的衍射阶重复此测量允许计算不对称性。在使用图3中所示的棱镜21b的替代测量方法中，实际上随后可同时捕获两个图案的两个图像。

在另外的其它实施例中，可以例如使用图3的检查设备的光瞳成像支路、或更通常角分辨散射仪，来分别测量每个聚焦量测图案TN、TM的不对称性。来自一个图案的相反的衍射阶位于所述光瞳图像的互补区中，但每次仅可测量一个图案。

与之前在图8和图9的示例中一样，所述复合聚焦量测目标可以包括多于一个互补对图案。因此，成对图案TNa/TMa和TNb/TMb可以具有不同的设计参数，例如不同的周期和/或不同的间距和/或不同的线宽。

应注意，通过所述图案形成装置(掩模版)MA的合适设计，将图14 中所示的图案中的每个图案“预程序化”为具有不对称性。因此，相较于图13的示例，所述不对称性由于设计而存在，而不管不对称性是由投影系统引入还是由印制过程的其它步骤引入。因此，图14的所述聚焦量测图案可以用于测量透射式(例如DUV)光刻设备中的聚焦性能，而不仅是反射式(EUV)光刻设备中的聚焦性能。

无论使用哪种类型的设备，并排地设置具有已知的不对称性“偏置”的聚焦量测图案允许以比利用单个图案将可能存在的准确度更大的准确度来获得聚焦误差的测量。可以区分出其它效应，诸如彗差。使用两个或更多个偏置目标允许获得不对称性的差异测量。将这些差异测量与经程序化的不对称性和在先校准的知识相组合，允许得出聚焦误差的测量结果，同时抵消其它依赖于过程的变量。

所述方法依赖于目标的不对称性(或其它属性)与曝光(印制)期间的所述聚焦误差之间存在已知关系的事实。此关系应为单调变化函数(即，针对正聚焦以及负聚焦，不对称性的符号应不同)。当此关系是已知的(例如通过计算方式，并且通常也通过校准)时，可以从对两个或更多个目标的不对称性测量结果提取实际聚焦位置。

为了以这种方式实现可靠的聚焦测量，可以基于目标T、TN、TM的衍射属性的数学仿真和/或基于关于不同设计的实验来优化设计的参数。例如，为了消除彗差的效应，预期将使用其中不对称性相等且相反的镜像目标。然而，针对特定情形可以设想不相等的偏置值。

再次假定在所述检查设备中使用具有波长200纳米至2000纳米的辐射，例如在350纳米至800纳米的范围内的辐射。周期P可以是例如450 纳米或600纳米。(如果检测波长小于350纳米，例如在150纳米至300 纳米的范围内，则可以优选较短周期P)。聚焦量测图案中的单独的特征的最小尺寸L1以及L2可以例如在周期性的方向上小于50纳米。其可以类似于或略微小于产品图案中的最小特征的临界尺寸CD。例如，这些特征的线宽可能在10纳米与30纳米之间。

可以被认为具有类似于图13的相等的成对特征的设计的示例具有尺寸为Ll/d/L2＝15/20/15nm的图案。可以被认为具有类似于图14的不相等的成对特征的设计的示例具有在“正常”图案TN中尺寸为 Ll/d/L2＝12/20/18nm并且在镜像图案TM中尺寸为Ll/d/L2＝18/20/12nm的图案。可以将间距D1和D2选择为足够大，使得相邻的成对特征1122、 1124实际上被隔离(如上文所限定)。作为设计过程的部分，可以用绝对项和/或用相对项来定义参数L1、L2、d、D、D1、D2、P。例如，首先可以限定平均特征尺寸L，并且接着可以由不对称性参数ΔL限定每对内的特征的相等性或不相等性，使得L1＝L+ΔL并且L2＝L-ΔL。可以用绝对或相对项来限定不对称性参数ΔL，例如将其限定为L的百分比。例如，值ΔL＝L/10将会表示大致20％的设计不对称性。一对内的间距d也可以根据 L或L1或L2来限定。例如，间距d可以介于特征的平均尺寸L的一半与三倍之间。

每周期P的对的数目N为另一参数，其确定通过每周期提供多对而将衍射信号放大的程度。为了最大化每周期P的对的数目，应将值D1设定为尽可能小，同时仍保持相邻对实质上隔离。例如，比率D1/(L+d+L) 可以大于但小于三，例如介于11/2与21/2之间。介于组之间的间距D2可能例如比介于一组内的对之间的间距D1大两倍以上。

对设计这样的图案有用的参数可以被称作“覆盖率”，其意味着由引起所需衍射信号的特征占据的每个周期P的比例。在简单的线-空间光栅的情况下，覆盖率将会仅是线宽(CD)除以周期P。衍射信号当此涵盖比率为大约一半(例如在1/4至3/4的范围内)时趋向于最强。在图12至图14 中所图示的成对线以及多组成对线的情况下，覆盖率可以由“有效CD”CDeff限定，所述CDeff考虑成对线和多组成对线整体，而不是仅考虑线自身。例如，图13和图14的示例中的有效CD可以由每个周期内除了大间隔D2之外的所有事物限定。使用附图的表示法的公式接着变为：

CDeff＝N(L1+d+L2)+(N-1)D1

并且可以限定设计规则，使得有效CD大致为周期的一半。根据CDeff 对P的比率，可以将此设计规则表达为：

1/4<CDeff/P<3/4

图16示出根据示例性实施例的用于测量光刻过程的聚焦性能的方法的步骤。可以使用上文所描述以及附图中所图示的示例聚焦量测图案中的任一个来执行所述方法。步骤如下，并且接着在后文中更详细地描述所述步骤：

1600-通过利用量测目标限定产品设计并制备一组合适的图案形成装置(掩模版)而开始。在生产之前，利用已知的聚焦-曝光变化进行曝光，并且测量这些曝光以获得一个或更多个校准曲线。(这可以涉及设计、曝光以及测量步骤的迭代循环)。

1610-将一个或更多个聚焦量测图案印制在衬底上的产品图案旁边；

1620-使用合适的检查设备来测量每个聚焦量测图案的衍射光谱的一部分的强度(例如，+1阶是衍射光谱的合适部分)；

1630-使用所述检查设备来测量每个聚焦量测图案的所述衍射光谱的相反的部分(例如-1阶)的强度；

1640-通过比较所述相反的衍射阶的强度来计算一个或更多个聚焦量测图案的不对称性的测量结果；

1650-使用不对称性测量结果，可选地利用聚焦量测图案之间的经程序化的不对称性的知识和/或诸如实际重叠性能的其它测量结果，在印制所述聚焦量测图案时计算聚焦误差。

1660-在聚焦设定中使用得出的聚焦测量结果以用于在后续衬底上曝光。

1670-结束或重复。

如已经所解释的，步骤1620以及步骤1630可作为单个步骤执行，使得聚焦量测图案的相反的衍射阶可以在单次采集中获得。另外，在多于两个目标正在被测量的情况下，可以在单次采集中测量所有目标以获得对应数目的测量值。

尽管所述测量步骤被示出为由作为专用检查设备的散射仪进行，但此可以是单独的设备，或其可以集成在光刻单元中。此外，可以在没有专用量测设备的情况下，例如使用具有设置于光刻设备中的对准传感器的合适目标来进行不对称性测量。

在另一实施例中，基于相同方法以及目标设计，成对线的不对称性测量并没有通过光学散射测量来进行(或不仅仅通过光学散射测量来进行)，而是通过电子显微法来进行。可以直接测量L1和L2(因此)ΔCD_LR。不对称性L1-L2可以通过除以L1+L2的平均值或总和以获得相当的测量结果而实现归一化。除测量不对称性的方法之外，所述方法的步骤可与在图16 中的步骤相同。CD-SEM(扫描电子显微法)通常用于半导体检查中。其它电子束检查工具可以例如从台湾的Hermes Microvision(HMI)购买。

计算步骤1640和1650可以全部在所述检查设备的处理器中执行，或可以在与光刻设备的监测和控制相关联的不同处理器中执行。每个步骤可以由经程序化的处理器执行，并且检查设备可以被修改以执行聚焦测量方法而没有硬件修改是所披露的技术的优点。

在后续被编号的方面中披露另外的实施例：

1.一种测量光刻设备的聚焦性能的方法，所述方法包括：

(a)使用所述光刻设备以将至少一个聚焦量测图案印制在衬底上，印制的聚焦量测图案包括特征的至少第一周期性阵列，

(b)使用检测辐射来测量用于所述印制的聚焦量测图案中的所述第一周期性阵列的衍射光谱的相反的部分之间的不对称性；以及

(c)至少部分地基于步骤(b)中测量的所述不对称性来得出聚焦性能的测量结果，

其中所述第一周期性阵列包括与第二特征交叉的第一特征的重复布置，每个第一特征的最小尺寸接近于但不小于印制步骤(a)的分辨率极限，每个第二特征在周期性的方向上的最大尺寸为所述第一特征的所述最小尺寸的至少两倍；

其中每个第一特征定位在两个相邻的第二特征之间，使得在所述周期性的方向上介于所述第一特征与其最接近的第二特征之间的间距介于所述第一特征的所述最小尺寸的一半与两倍之间。

2.根据方面1所述的方法，其中所述周期性阵列中的每个第一特征在所述周期性的方向上具有所述最小尺寸。

3.根据方面1所述的方法，其中所述周期性阵列中的每个第一特征在所述周期性的方向横向的方向上具有所述最小尺寸。

4.根据方面1至3中任一项所述的方法，其中所述周期性阵列中的每个第二特征还包括子特征，所述子特征在所述周期性的方向横向的方向上具有接近于但不小于所述印制步骤的分辨率极限的最小尺寸。

5.根据任一前述方面所述的方法，其中所述印制的聚焦量测图案包括特征的至少第一周期性阵列和第二周期性阵列，特征的每个周期性阵列具有根据前述权利要求所指定的形式，其中在每个周期性阵列内存在程序化的不对称，所述第二周期性阵列的不对称性与所述第一周期性阵列的不对称性是相反的，并且其中步骤(b)包括测量所述第一周期性阵列和第二周期性阵列中的每个的不对称性，并且步骤(c)通过将针对所述周期性阵列所测量到的所述不对称性进行组合从而确定聚焦性能的所述测量。

6.根据方面5所述的方法，其中所述子特征布置成使得每个第二特征关于所述周期性的方向是不对称的，并且其中特征的所述第二周期性阵列中的每个第二特征的不对称性与特征的所述第一周期性阵列中的每个第二特征的不对称性是相反的。

7.根据方面1至6中任一项所述的方法，其中每个第一特征的介于两个相邻的第二特征之间的间距在所述周期性的方向上是不相等的，并且其中特征的所述第二周期性阵列中介于相邻的第二特征之间的不相等的间距与特征的所述第一周期性阵列中介于相邻的第二特征之间的不相等的间距是相反的。

8.根据方面7所述的方法，其中在所述周期性的方向上在每个第一特征与所述相邻的第二特征中的一个第二特征之间的距离是在介于所述第一特征与所述相邻的第二特征中的另一个第二特征之间的距离的一倍与两倍之间。

9.根据方面1至8中任一项所述的方法，其中使用具有比所述第一特征的所述最小尺寸长得多的波长的辐射来执行步骤(b)中的所述测量。

10.根据方面9所述的方法，其中在所述第一特征的所述最小尺寸小于 40纳米时使用具有长于150纳米的波长的辐射来执行步骤(b)中的所述测量。

11.根据方面1至10中任一项所述的方法，其中在由所述光刻设备用于印制所述聚焦量测图案的辐射的波长小于20纳米时，使用具有比150 纳米更长的波长的辐射来执行步骤(b)中的所述测量。

12.根据方面1至11中任一项所述的方法，其中所述聚焦量测图案中的特征的所述周期性阵列中的每个周期性阵列的周期大于350纳米。

13.一种测量光刻设备的聚焦性能的方法，所述方法包括：

(a)使用所述光刻设备以将至少一个聚焦量测图案印制在衬底上，印制的聚焦量测图案包括特征的阵列，所述特征的阵列在至少一个方向上是周期性的；

(b)测量所述印制的聚焦量测图案的属性；以及

(c)从所述属性的所述测量得出聚焦性能的测量结果，

其中所述聚焦量测图案包括特征的至少第一周期性阵列，每个特征的尺寸接近于但不小于所述印制步骤(a)的分辨率极限，

其中所述特征成对地布置，并且在周期性的方向上在所述聚焦量测图案内的相邻的成对特征之间的间距比每个第一特征的尺寸和介于一对内的第一特征之间的间距两者都大得多。

14.根据方面13所述的方法，其中所述聚焦量测图案包括多组成对特征的周期性阵列，并且其中在所述周期性的方向上介于所述聚焦量测图案内的成对特征的相邻组之间的间距比每个特征的所述尺寸和介于一对内的特征之间的所述间距两者都大得多。

15.根据方面13或15所述的方法，其中在所述周期性的方向上，每对内的所述特征的所述尺寸和介于每对内的特征之间的所述间距的尺寸具有相同的数量级。

16.根据方面15所述的方法，其中在所述周期性的方向上，介于每对内的特征之间的所述间距的所述尺寸介于每对内的所述特征的平均尺寸的一半与两倍之间。

17.根据方面16所述的方法，其中在所述周期性的方向上，介于每对内的特征之间的所述间距的所述尺寸介于每对内的所述特征的平均尺寸的2/3与11/2倍之间。

18.根据方面15、16或17所述的方法，其中在所述周期性的方向上，介于每对内的所述第一特征之间的所述间距的所述尺寸介于每对内的所述特征的最小尺寸的一倍与两倍之间。

19.根据方面13至18中任一项所述的方法，其中所述聚焦量测图案是由图案形成装置限定，并且步骤(a)中的所述印制利用以倾斜角入射于所述图案形成装置上的图案化辐射来投影所述图案形成装置的图像。

20.根据方面13至19中任一项所述的方法，其中所述聚焦量测图案还包括至少第二周期性阵列的成对特征，除了在每个阵列中的每对内的特征之间的尺寸方面存在经程序化的差异之外，所述第二周期性阵列具有与所述第一周期性阵列相同的形式，并且所述经程序化的差异在所述第一周期性阵列与所述第二周期性阵列之间是相反的。

21.根据方面20所述的方法，其中所述步骤(b)包括单独地针对所述第一周期性阵列和第二周期性阵列的成对特征来测量所述印制的聚焦量测图案的所述属性，并且其中在步骤(c)中，所述聚焦性能的所述测量结果是通过将针对至少所述第一周期性阵列和第二周期性阵列的所述属性的测量结果进行组合而获得的。

22.根据方面13至21中任一项所述的方法，其中在步骤(b)中测量的所述属性为不对称性。

23.根据方面22所述的方法，其中通过测量所述印制的聚焦量测图案中的所述或每个周期性阵列的衍射光谱的不对称性来测量所述不对称性。

24.根据方面13至23中任一项所述的方法，其中使用在所述周期性的方向上具有比所述聚焦量测图案中的所述成对特征内的所述特征的尺寸长得多的波长的辐射来执行步骤(b)中的所述测量。

25.根据方面24所述的方法，其中在所述聚焦量测图案中的成对特征内的所述特征的所述尺寸小于40纳米时，使用具有比150纳米更长的波长的辐射来执行步骤(b)中的所述测量。

26.根据方面13至25中任一项所述的方法，其中在由所述光刻设备用于印制所述聚焦量测图案的辐射的波长小于20纳米时，使用具有比150 纳米更长的波长的辐射来执行步骤(b)中的所述测量。

27.根据方面13至21中任一项所述的方法，其中使用电子显微法来执行步骤(b)中的所述测量。

28.根据方面13至27中任一项所述的方法，其中所述聚焦量测图案中的特征对的所述或每个周期性阵列的周期大于350纳米。

29.一种用于光刻设备中的图案形成装置，所述图案形成装置包括用以限定一个或更多个器件图案和一个或更多个量测图案的特征的反射部分以及非反射部分，所述量测图案包括至少一个聚焦量测图案，所述聚焦量测图案包括特征的至少第一周期性阵列，

其中所述第一周期性阵列包括与第二特征交叉的第一特征的重复布置，每个第一特征的最小尺寸接近于但不小于所述光刻设备的分辨率极限，每个第二特征在周期性的方向上的最大尺寸为所述第一特征的所述最小尺寸的至少两倍；

其中每个第一特征定位在两个相邻的第二特征之间，使得在所述周期性的方向上介于所述第一特征与其最接近的第二特征之间的间距介于所述第一特征的所述最小尺寸的一半与两倍之间。

30.根据方面28所述的图案形成装置，其中所述聚焦量测图案包括特征的至少第一周期性阵列和第二周期性阵列，特征的每个周期性阵列具有根据方面29所指明的形式，其中在每个周期性阵列内存在经程序化的不对称性，所述第二周期性阵列的不对称性与所述第一周期性阵列的不对称性是相反的。

31.一种用于光刻设备中的图案形成装置，所述图案形成装置包括用以限定一个或更多个器件图案以及一个或更多个量测图案的特征的反射部分和非反射部分，所述量测图案包括至少一个聚焦量测图案，

其中所述聚焦量测图案包括特征的至少第一周期性阵列，每个特征的尺寸接近于但不小于所述光刻设备的分辨率极限，

其中所述特征成对地布置，并且在周期性的方向上介于所述聚焦量测图案内的相邻的成对特征之间的间距比每个第一特征的尺寸和介于一对内的第一特征之间的间距两者都大得多。

32.根据方面31所述的图案形成装置，其中所述聚焦量测图案还包括至少第二周期性阵列的成对特征，除了在每个阵列中的每对内的特征之间的尺寸方面存在经程序化的差异之外，所述第二周期性阵列具有与所述第一周期性阵列相同的形式，并且所述经程序化的差异在所述第一周期性阵列与所述第二周期性阵列之间是相反的。

33.根据方面29至32中任一项所述的图案形成装置，其中所述反射部分适用于反射用于所述光刻设备中的比20纳米更短的辐射的波长，并且其中每个第一特征当由所述光刻设备印制时在周期性的方向上具有小于40纳米的最小尺寸。

34.一种用于测量光刻过程的参数的量测设备，所述量测设备可操作以执行根据方面1至28中任一项所述的方法的步骤(b)和(c)。

35.一种光刻系统，包括：

光刻设备，所述光刻设备包括：

照射光学系统，所述照射光学系统布置成照射反射式图案形成装置；

投影光学系统，所述投影光学系统布置成将所述图案形成装置的图像投影至衬底上；以及

根据方面34所述的量测设备；

其中所述光刻设备布置成当将图案施加至其它衬底时使用由所述量测设备得出的聚焦性能的测量。

36.一种计算机程序，所述计算机程序包括处理器可读指令，所述处理器可读指令当运行于合适的处理器控制的设备上时使所述处理器控制的设备执行根据方面1至28中任一项所述的方法的步骤(b)和/或(c)。

37.一种制造器件的方法，其中使用光刻过程将器件图案施加至一系列衬底，所述方法包括：

-使用根据方面1至28中任一项所述的方法来测量所述光刻过程的聚焦性能，以及

-根据测量的聚焦性能，控制用于稍后的衬底的所述光刻过程。

结论

总的来说，可以通过以下操作改善使用所述光刻过程来制造器件的方法：执行如本文中所披露的聚焦测量方法，使用所述聚焦量测方法测量经处理的衬底以测量所述光刻过程的性能参数，以及调整所述过程的参数 (尤其是聚焦)以改善或维持所述光刻过程的性能以用于后续衬底的处理。

虽然包括以及上文所描述的聚焦量测图案的目标结构是出于测量的目的而特定设计并形成的量测目标，但在其它实施例中，可以针对作为形成在所述衬底上的器件的功能性部分的目标测量属性。许多器件具有规则的类光栅结构。如本文中所使用的术语“量测图案”和“量测目标”等不需要特定地针对正在执行的测量来提供结构。

形成有这些量测图案的衬底可以是产品开发中的生产晶片或实验晶片。它们也可以是专用量测晶片，例如作为先进过程控制(APC)机制的部分而间歇地处理的监测晶片。

与限定在衬底和图案形成装置上实现的所述聚焦量测图案的实体光栅结构相关联，实施例可以包括计算机程序，所述计算机程序包含机器可读指令的一个或更多个序列，所述机器可读指令描述设计聚焦量测图案、量测选配方案和/或控制所述检查设备以实施照射模式和那些量测选配方案的其它方面的方法。可以例如在用于设计/控制过程的单独的计算机系统中执行此计算机程序。如所提及的，可以在图3的设备中的单元PU和/ 或图2的控制单元LACU内完全地或部分地执行计算和控制步骤。也可以提供其中储存有此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)。

本文中所使用的术语“辐射”以及“束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外线(UV)辐射(例如具有为或约为365纳米、355纳米、248纳米、193纳米、157纳米或126纳米的波长)和极紫外线(EUV)辐射(例如具有在5纳米至20纳米的范围内的波长)，以及粒子束，诸如离子束或电子束。

术语“透镜”在情境允许时可以指各种类型的光学部件中的任一个或其组合，包括折射式、反射式、磁性式、电磁式以及静电式光学部件。

本发明的广度以及范围不应受上述示例性实施例中的任一个限制，而应仅根据随附权利要求以及其等效者来限定。

Claims (21)

1.一种测量光刻设备的聚焦性能的方法，所述方法包括：

(a)使用所述光刻设备以将至少一个聚焦量测图案印制在衬底上，印制的聚焦量测图案包括特征的至少第一周期性阵列，

(b)使用检测辐射来测量用于所述印制的聚焦量测图案中的所述第一周期性阵列的衍射光谱的相反的部分之间的不对称性；以及

(c)至少部分地基于步骤(b)中测量的所述不对称性来得出聚焦性能的测量结果，

其中所述第一周期性阵列包括与第二特征交叉的第一特征的重复布置，每个第一特征的最小尺寸接近于但不小于印制步骤(a)的分辨率极限，每个第二特征在周期性的方向上的最大尺寸为所述第一特征的所述最小尺寸的至少两倍；

其中每个第一特征定位在两个相邻的第二特征之间，使得在所述周期性的方向上介于所述第一特征与其最接近的第二特征之间的间距介于所述第一特征的所述最小尺寸的一半与两倍之间。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述周期性阵列中的每个第一特征在所述周期性的方向上具有所述最小尺寸，或其中所述周期性阵列中的每个第一特征在所述周期性的方向横向的方向上具有所述最小尺寸。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中所述周期性阵列中的每个第二特征还包括子特征，所述子特征在所述周期性的方向横向的方向上具有接近于但不小于所述印制步骤的分辨率极限的最小尺寸。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述印制的聚焦量测图案包括特征的至少第一周期性阵列和第二周期性阵列，特征的每个周期性阵列具有根据前述权利要求所指定的形式，其中在每个周期性阵列内存在程序化的不对称，所述第二周期性阵列的不对称性与所述第一周期性阵列的不对称性是相反的，并且其中步骤(b)包括测量所述第一周期性阵列和第二周期性阵列中的每个的不对称性，并且步骤(c)通过将针对所述周期性阵列所测量到的所述不对称性进行组合从而确定聚焦性能的所述测量。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所述印制的聚焦量测图案包括特征的至少第一周期性阵列和第二周期性阵列，特征的每个周期性阵列具有根据前述权利要求所指定的形式，其中在每个周期性阵列内存在程序化的不对称，所述第二周期性阵列的不对称性与所述第一周期性阵列的不对称性是相反的，并且其中步骤(b)包括测量所述第一周期性阵列和第二周期性阵列中的每个的不对称性，并且步骤(c)通过将针对所述周期性阵列所测量到的所述不对称性进行组合从而确定聚焦性能的所述测量。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述子特征布置成使得每个第二特征关于所述周期性的方向是不对称的，并且其中特征的所述第二周期性阵列中的每个第二特征的不对称性与特征的所述第一周期性阵列中的每个第二特征的不对称性是相反的。

7.根据权利要求4所述的方法，其中每个第一特征的介于两个相邻的第二特征之间的间距在所述周期性的方向上是不相等的，并且其中特征的所述第二周期性阵列中介于相邻的第二特征之间的不相等的间距与特征的所述第一周期性阵列中介于相邻的第二特征之间的不相等的间距是相反的。

8.根据权利要求7所述的方法，其中在所述周期性的方向上在每个第一特征与所述相邻的第二特征中的一个第二特征之间的距离是在介于所述第一特征与所述相邻的第二特征中的另一个第二特征之间的距离的一倍与两倍之间。

9.根据权利要求1所述的方法，其中使用具有比所述第一特征的所述最小尺寸长得多的波长的辐射来执行步骤(b)中的所述测量。

10.根据权利要求9所述的方法，其中在所述第一特征的所述最小尺寸小于40纳米时使用具有长于150纳米的波长的辐射来执行步骤(b)中的所述测量。

11.根据权利要求1所述的方法，其中在由所述光刻设备用于印制所述聚焦量测图案的辐射的波长小于20纳米时，使用具有比150纳米更长的波长的辐射来执行步骤(b)中的所述测量。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚焦量测图案中的特征的所述周期性阵列中的每个周期性阵列的周期大于350纳米。

13.一种测量光刻设备的聚焦性能的方法，所述方法包括：

(a)使用所述光刻设备以将至少一个聚焦量测图案印制在衬底上，印制的聚焦量测图案包括特征的阵列，所述特征的阵列在至少一个方向上是周期性的；

(b)测量所述印制的聚焦量测图案的属性；以及

(c)从所述属性的所述测量得出聚焦性能的测量结果，

其中所述聚焦量测图案包括特征的至少第一周期性阵列，每个特征的尺寸接近于但不小于所述印制步骤(a)的分辨率极限，

其中所述特征成对地布置，并且在周期性的方向上在所述聚焦量测图案内的相邻的成对特征之间的间距比每个第一特征的尺寸和介于一对内的第一特征之间的间距两者都大得多，并且

其中每对特征包括宽度不相等的两个特征。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述聚焦量测图案包括多组成对特征的周期性阵列，并且其中在所述周期性的方向上介于所述聚焦量测图案内的成对特征的相邻组之间的间距比每个特征的所述尺寸和介于一对内的特征之间的所述间距两者都大得多。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其中在所述周期性的方向上，每对内的所述特征的所述尺寸和介于每对内的特征之间的所述间距的尺寸具有相同的数量级。

16.根据权利要求15所述的方法，其中在所述周期性的方向上，介于每对内的特征之间的所述间距的所述尺寸介于每对内的所述特征的平均尺寸的一半与两倍之间。

17.一种用于光刻设备中的图案形成装置，所述图案形成装置包括用以限定一个或更多个器件图案和一个或更多个量测图案的特征的反射部分以及非反射部分，所述量测图案包括至少一个聚焦量测图案，所述聚焦量测图案包括特征的至少第一周期性阵列，

其中所述第一周期性阵列包括与第二特征交叉的第一特征的重复布置，每个第一特征的最小尺寸接近于但不小于所述光刻设备的分辨率极限，每个第二特征在周期性的方向上的最大尺寸为所述第一特征的所述最小尺寸的至少两倍；

其中每个第一特征定位在两个相邻的第二特征之间，使得在所述周期性的方向上介于所述第一特征与其最接近的第二特征之间的间距介于所述第一特征的所述最小尺寸的一半与两倍之间。

18.一种用于光刻设备中的图案形成装置，所述图案形成装置包括用以限定一个或更多个器件图案以及一个或更多个量测图案的特征的反射部分和非反射部分，所述量测图案包括至少一个聚焦量测图案，

其中所述聚焦量测图案包括特征的至少第一周期性阵列，每个特征的尺寸接近于但不小于所述光刻设备的分辨率极限，

其中所述特征成对地布置，并且在周期性的方向上介于所述聚焦量测图案内的相邻的成对特征之间的间距比每个第一特征的尺寸和介于一对内的第一特征之间的间距两者都大得多，并且

其中每对特征包括宽度不相等的两个特征。

19.一种用于测量光刻过程的参数的量测设备，所述量测设备可操作以执行根据权利要求1至14中任一项所述的方法的步骤(b)和(c)。

20.一种光刻系统，包括：

光刻设备，所述光刻设备包括：

照射光学系统，所述照射光学系统布置成照射反射式图案形成装置；

投影光学系统，所述投影光学系统布置成将所述图案形成装置的图像投影至衬底上；以及

根据权利要求19所述的量测设备；

其中所述光刻设备布置成当将图案施加至其它衬底时使用由所述量测设备得出的聚焦性能的测量。

21.一种制造器件的方法，其中使用光刻过程将器件图案施加至一系列衬底，所述方法包括：

-使用根据权利要求1至15中任一项所述的方法来测量所述光刻过程的聚焦性能；以及

-根据测量的聚焦性能，控制用于稍后的衬底的所述光刻过程。

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