CN111201489B - 量测方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于测量与具有至少两个层的结构有关的感兴趣参数的方法和相关联的装置。方法包括利用测量辐射照射该结构并且检测由上述结构散射的散射辐射。散射辐射包括正常和互补的更高衍射阶。限定将散射辐射参数与至少一个感兴趣参数关联的散射测量模型和将散射辐射参数与至少一个不对称参数关联的不对称模型，该不对称参数与一个或多个测量系统误差和/或目标中的除两个层之间未对准之外的不对称有关。散射测量模型和不对称模型的组合被用于确定方程组，然后针对感兴趣的参数对方程组求解。

Description

量测方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年10月10提交的欧洲专利申请号17195664.2、于2017年12月21日提交的欧洲专利申请号17209775.0以及于2018年1月25日提交的欧洲专利申请号18153470.2的优先权，其通过整体引用并入本文。

技术领域

本发明涉及针对可用于例如通过光刻技术的器件制造中的量测的方法和装置，以及涉及使用光刻技术制造器件的方法。

背景技术

光刻装置是将期望的图案施加到衬底上，通常施加到衬底目标部分上的机器。光刻装置可以被用于例如集成电路(IC)的制造中。在该情况下，图案形成装置(备选地被称为掩模或掩模版)可以被用于生成待被形成在IC的单个层上的电路图案。该图案可以被转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或若干个裸片的一部分)上。图案的转移通常通过成像到被提供在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)的层上。通常，单个衬底将包含被连续图案化的邻近目标部分的网络。在光刻工艺中，经常需要对所形成的结构进行测量，例如用于工艺控制和验证。进行这种测量的各种工具是已知的，包括通常被用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜，以及被用于测量刻套的专用工具，刻套是对器件中两个层的对准的精确度的测量。可以根据两个层之间的未对准程度来描述刻套，例如，参考所测量的1nm的刻套可以描述其中两个层未对准1nm的情况。

最近，已经开发出各种形式的散射仪以用于光刻领域。这些设备将辐射束引导到目标结构上，并且测量散射辐射的一个或多个属性(例如，作为波长函数的单个反射角的强度；作为反射角函数的一个或多个波长的强度；或作为反射角函数的偏振)来获得“光谱”，从中可以确定目标的感兴趣属性。感兴趣属性的确定可以通过各种技术来执行：例如，通过诸如严格耦合波分析或有限元方法的迭代方法来重建目标结构；库检索；以及主成分分析。

常规散射仪使用的目标结构相对较大(例如40μm×40μm的光栅)，并且测量光束生成小于光栅(即，光栅未被充满)的斑点。这可以简化目标结构的数学重建，因为它可以被认为是无限的。然而，为了将目标结构的尺寸减小到例如10μm×10μm或更小，例如以便可以将它们定位在产品特征中，而不是定位在刻线中，量测已经被提出，其中光栅被制成小于测量斑点(即，光栅被充满)。通常，使用暗场散射法测量这种目标结构，在暗场散射测量法中，衍射的零阶(对应于镜面反射)被阻挡，并且只对更高级进行处理。暗场量测的示例可以在国际专利申请WO2009/078708和WO2009/106279中找到，这些文献通过整体引用合并于此。在专利公布US20110027704A、US20110043791A和US20120242970A中已经描述了该技术的进一步发展。所有这些申请的内容也通过引用并入本文。使用衍射阶暗场检测的基于衍射的刻套使得能够在较小的目标结构上进行刻套测量。这些目标结构可以照射斑点更小，并且可以被晶片上的产品结构包围。目标结构可以包括可以在一幅图像中被测量的多个目标。

在已知的量测技术中，通过在某些条件下两次测量目标结构，同时旋转目标结构或改变照射模式或成像模式以单独地获得第-1和第+1衍射阶强度，来获得刻套测量结果。针对给定的目标结构，强度的不对称(对这些衍射阶强度进行比较)提供了目标不对称的度量，即目标结构中的不对称。目标结构中的该不对称可以被用作刻套误差(两个层之间的不期望的未对准)的指标。

尽管已知的基于暗场图像的刻套测量是快速且计算上非常简单的(一经校准)，但是它们依赖这种假设：刻套(即，刻套误差和有意偏差)是目标结构中不对称的唯一原因。目标结构中的其他任何不对称(例如一个或两个刻套光栅内结构性的特征不对称)也会导致第一阶(或其他更高阶)的强度不对称。归因于结构不对称且与刻套无关的强度不对称会明显干扰刻套测量，从而导致不准确的刻套测量。目标结构的最下部或底部光栅中的不对称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光栅之后执行的诸如化学机械抛光(CMP)的晶片处理步骤。

而且，传感器误差(例如，使用传感器或检测器检测来自目标的散射辐射的误差)通常通过执行一个或多个离线传感器校准步骤来被校准。但是，这些校准步骤可能是耗费时间的，并且可能引入其他校准误差，这在某些情况下实际上可能使任何测量误差变得更糟。

因此，期望用一种以更直接和准确的方式区分由刻套误差和其他影响(诸如工艺引起的结构不对称和/或传感器误差)造成的、对不对称测量的贡献。

发明内容

本发明在第一方面中，提供一种测量与具有至少两个层的结构有关的感兴趣参数的方法，方法包括：利用测量辐射照射该结构并且检测被上述结构散射的散射辐射，其中散射辐射包括正常和互补的更高衍射阶；限定与该结构有关的散射测量模型和不对称模型，其中：上述散射测量模型将散射辐射参数与至少感兴趣参数关联；并且上述不对称模型将散射辐射参数与至少一个不对称参数关联，上述至少一个不对称参数与一个或多个测量系统误差和/或目标中除两个层之间的未对准之外的不对称有关；使用散射测量模型和不对称模型的组合来确定方程组，上述方程组中的每个方程涉及针对上述散射辐射参数的一组测量值的不同测量值，上述一组测量值至少包括针对上述正常和互补更高衍射阶中的每个正常和互补更高衍射阶的不同测量值；并且针对上述感兴趣参数对上述方程组求解。

本发明还提供一种用于测量光刻工艺的感兴趣参数的检查装置，该检查装置可操作以执行第一方面的方法。

本发明还提供一种包括处理器可读指令的非瞬态计算机程序产品，该处理器可读指令在合适的处理器控制的装置上运行时，使处理器控制的装置执行第一方面的方法。

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。注意，本发明不限于本文描述的具体实施例。本文呈现的这种实施例仅出于说明性目的。基于本文所包含的教导，附加的实施例对于相关领域的技术人员将是明显的。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1描绘了根据本发明的一个实施例的光刻装置；

图2描绘了根据本发明的一个实施例的光刻单元或光刻簇；

图3包括(a)根据本发明的实施例，用于使用第一对照射孔径测量目标的暗场散射仪的示意图，(b)针对给定的照射方向，目标光栅的衍射光谱细节(c)第二对照射孔径，在使用散射仪进行基于衍射的刻套测量时提供进一步的照射模式，以及(d)组合第一对孔径和第二对孔径的第三对照射孔径；

图4描绘了已知形式的多光栅目标结构和衬底上的测量斑点的轮廓；

图5描绘了在图3的散射仪中获得的图4的目标图像；

图6是示出使用图3的散射仪的、并且可适用于形成本发明实施例的刻套测量方法的步骤流程图；

图7(a)至图7(c)示出了在零区域中具有不同刻套值的刻套光栅的示意性截面图；

图7(d)是由于处理效果而在底部光栅中具有结构不对称的刻套光栅的示意性截面图；

图8图示了理想目标结构中的刻套测量的已知原理，刻套测量不受结构不对称的影响；

图9是利用两个层目标用于描述来自目标辐射衍射的简单模型的示意图；

图10图示了非理想目标结构中的刻套测量的原理，其中对如本发明的实施例中所公开的结构不对称进行的校正；以及

图11是根据本发明的一个实施例的测量感兴趣参数的方法流程图。

具体实施方式

在详细描述本发明实施例之前，呈现可以在其中实现本发明实施例的示例环境是有益的。

图1示意性地描绘了光刻装置LA。该装置包括：照射光学系统(照射器)IL，被配置为调整辐射束B(例如UV辐射或DUV辐射)，图案形成装置支撑件或支撑结构(例如掩模台)MT，被构造为支撑图案形成装置(例如，掩模)MA，并且连接到第一定位器PM，该第一定位器PM被配置为根据某些参数精确地定位图案形成装置；衬底台(例如，晶片台)WT，被构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)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；以及投射光学系统(例如，折射投射透镜系统)PS，被配置为将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投射到衬底W的目标部分C上(例如，包括一个或多个裸片)。

照射光学系统可以包括各种类型的光学部件(诸如折射光学部件、反射光学部件、磁性光学部件、电磁光学部件、静电光学部件或其他类型的光学部件，或其任何组合)，以用于引导、成形或控制辐射。

图案形成装置支撑件以取决于图案形成装置的定向、光刻装置的设计以及其他条件(诸如，图案形成装置是否被保持在真空环境中)的方式保持图案形成装置。图案形成装置支撑件可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术来保持图案形成装置。图案形成装置支撑件例如可以是可以根据需要固定或移动的框架或工作台。图案形成装置支撑件可以确保图案形成装置例如相对于投射系统处于所期望的位置。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术语“图案形成装置”同义。

本文中使用的术语“图案形成装置”应当被广义地解释为指代可以被用于在辐射束的截面上赋予图案以便在衬底的目标部分中形成图案的任何装置。应当注意，例如，如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征，则被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。通常，被赋予辐射束的图案将对应于器件中的、被形成在目标部分(诸如集成电路)中的特定功能层。

图案形成装置可以是透射的或反射的。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。掩模在光刻中是熟知的，并且包括诸如二元的、交替相移和衰减相移的掩模类型，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，小反射镜中的每个小反射镜可以被单独地倾斜，以便将沿不同方向入射的辐射束反射。倾斜的反射镜将图案赋予在被反射镜矩阵反射的辐射束中。

如此处所描绘的，该装置是透射型的(例如，采用透射掩模)。备选地，该装置可以是反射型的(例如，采用上述类型的可编程反射镜阵列，或者采用反射掩模)。

光刻装置也可以是这种类型，其中衬底的至少一部分可以被具有相对高的折射率的液体(例如水)所刻套，以便填充投射系统和衬底之间的空间。浸入液体也可以被施加到光刻装置中的其他空间，例如在掩模和投射系统之间。浸入技术在本领域中是熟知的，用于增加投射系统的数值孔径。本文所使用的术语“浸入”并不意味着诸如衬底的结构必须浸入在液体中，而是仅意味着在曝光期间液体位于投射系统与衬底之间。

参照图1，照射器IL从辐射源SO接收辐射束。该源和光刻装置可以是分离的实体(例如当该源是准分子激光器时)。在这种情况下，该源不被认为形成光刻装置的一部分，并且借助于例如包括合适的引导镜和/或扩束镜的光束传输系统BD，将辐射束从源SO传递到照射器IL。在其他情况下，例如当该源是汞灯时，该源可以是光刻装置的组成部分。该源SO和照射器IL，以及与光束传输系统BD(如果需要)一起可以被称为辐射系统。

照射器IL可以包括用于调节辐射束的角强度分布的调节器AD。通常，在照射器的光瞳面中强度分布的至少外部和/或内部的径向延伸(通常分别被称为σ-外部和σ-内部)可以被调节。另外，照射器IL可以包括各种其他部件，诸如积分器IN和聚光器CO。照射器可以被用于调整辐射束，以在其截面中具有期望的均匀性和强度分布。

辐射束B入射在图案形成装置(例如，掩模)MA上，该图案形成装置(例如，掩模)MA被保持在图案形成装置支撑件(例如，掩模台MT)上，并且辐射束B被图案形成装置图案化。穿过图案形成装置(例如，掩模)MA之后，辐射束B通过投射光学系统PS，投射光学系统PS将该束聚焦到衬底W的目标部分C上，从而将图案的图像投射到目标部分C上。借助于第二定位器PW和定位传感器IF(例如，干涉装置、线性编码器、二维编码器或电容性传感器)，衬底台WT可以被精确地移动，例如，以便将不同的目标部分定位在辐射束B的路径中。类似地，第一定位器PM和另一个定位传感器(未在图1中明确描绘)可以被用于(例如在从掩模库中机械检索之后或在扫描期间)，相对于辐射束B的路径精确地定位图案形成装置(例如，掩模)MA。

可以使用掩模对准标记M1，M2和衬底对准标记P1，P2来对准图案形成装置(例如掩模)MA和衬底W。尽管所示的衬底对准标记占据了专用的目标部分，但是它们可以位于目标部分(这些被称为刻线对准标记)之间的空间中。类似地，在图案形成装置(例如，掩模)MA上提供一个以上裸片的情况下，掩模对准标记可以位于裸片之间。在装置特征之中，小的对准标记也可以被包括在裸片内，在这种情况下，期望标记尽可能小并且不需要任何与邻近特征不同的成像或处理条件。下面进一步描述检测对准标记的对准系统。

在该示例中的光刻装置LA是所谓的双台型，其具有两个衬底台WTa、WTb和两个站(曝光站和测量站)，可以在两个站之间交换衬底台。当一个衬底台上的一个衬底在曝光站上曝光时，另一衬底可以被加载到测量站上的另一衬底台上，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来绘制衬底的表面控制图，以及使用对准传感器AS来测量衬底上的对准标记的位置。这使得能够显著提高装置的吞吐量。

所描绘的装置可以被用于多种模式中，例如包括步进模式或扫描模式。光刻装置的构造和操作对于本领域技术人员是熟知的且无需为理解本发明而进一步描述。

如图2所示，光刻装置LA形成光刻系统的一部分，被称为光刻单元LC或光刻单元或光刻簇。光刻单元LC还可以包括用于在衬底上执行前曝光和后曝光工艺的装置。常规地，这些装置包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂机SC、用于显影所曝光抗蚀剂的显影剂DE、冷却板CH和热烘板BK。衬底搬运器或机械手RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底，将它们在不同的处理设备之间移动，然后将其传送至光刻装置的装载台LB。这些通常被统称为轨道的装置处于轨道控制单元TCU的控制，轨道控制单元TCU本身由监督控制系统SCS进行控制，监督系统也通过光刻控制单元LACU控制光刻装置。因此，可以操作不同的装置以使吞吐量和处理效率最大化。

图3(a)示出了适用于本发明实施例的量测装置。在图3(b)中更详细的说明目标结构T和用于照亮目标结构的测量辐射的衍射线。所示的量测装置是被称为暗场量测装置的类型。量测装置可以是独立装置，或者可以被并入光刻装置LA(例如在测量站处)或光刻单元LC中。用虚线O表示在整个装置中具有多个分支的光轴。在该装置中，由源11(例如，氙灯)发射的光通过包括透镜12、14和物镜16的光学系统，经由分束器15而被引导到衬底W上。这些透镜以4F布置的双重顺序布置。不同的透镜布置可以被使用，只要它仍将衬底图像提供到检测器上，并且同时允许访问中间光瞳面以进行空间频率滤波。因此，可以通过在呈现衬底平面空间光谱的平面(这里被称为(共轭)光瞳面)中限定空间强度分布，来选择入射到衬底上的辐射角度范围。特别地，这可以通过在透镜12和14之间的平面中(在该平面中是物镜光瞳面的背投射图像)插入合适形式的孔径板13来完成。在所示的示例中，孔径板13具有不同的形式，标记为13N和13S，从而允许选择不同的照射模式。本示例中的照射系统形成偏轴照射模式。在第一照射模式中，孔径板13N提供从仅出于描述目的被指定为“北”的方向的偏轴。在第二照射模式中，孔径板13S被用于提供类似的照射，但是从，被标记为“南”的相反的方向提供。通过使用不同的孔径，其他照射模式也是可以的。期望光瞳面的其余部分都是暗的，因为在期望的照射模式之外的任何不必要的光都将会妨碍期望的测量信号。

如图3(b)所示，将目标结构T随衬底W放置于与物镜16的光轴O垂直。衬底W可以由支撑件(未示出)支撑。从未对准轴O的角度入射到目标结构T的测量辐射线束I产生零阶射线(实线0)和两个一阶射线(点链线+1和双点链线-1)。应当记得，利用过度填充的小目标结构，这些射线只是刻套衬底该区域(包括量测目标结构T和其他特征)的许多平行射线中的一个射线。由于板13中的孔径具有有限的宽度(必须允许入射有用的光量，所以实际上入射射线I将占据一定角度范围，并且衍射射线0和+1/-1将稍微展开。根据小目标的点扩展函数，+1级和-1阶的每个阶将进一步遍布一些角度，而不是如图所示的单个理想射线。注意，目标结构的光栅间距和照射角度可以进行设计或调整，使得进入物镜的一阶射线与中心光轴紧密对准。图3(a)和3(b)中所示的射线有些未对准轴线，纯粹是为了使其更容易在图中被区分。

物镜16收集由衬底W上的目标结构T衍射的至少0阶和+1阶，并且通过分束器15导回。返回图3(a)，第一照射模式和第二照射模式均通过指定在直径上相对的、被标记为北(N)和南(S)的孔径来进行说明。当测量辐射的入射射线I来自光轴的北侧时，即当使用孔径板13N施加第一照射模式时，被标记为+1(N)的+1阶衍射射线进入物镜16。相反，当使用孔径板13S施加第二照射模式时，-1阶衍射射线(被标记为1(S))是进入透镜16的那些射线。

第二分束器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使用零阶和一阶衍射光束在第一传感器19(例如，CCD或CMOS传感器)上形成目标结构的衍射光谱(光瞳面图像)。每个衍射阶到达传感器上的不同点，使得图像处理可以比较和对比衍射阶。由传感器19捕获的光瞳面图像可以被用于聚焦量测装置和/或对一阶光束的强度测量进行归一化。光瞳面图像还可以被用于许多测量目的(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)上形成目标结构的图像。在第二测量分支中，在与光瞳面共轭的平面中提供孔径光阑21。孔径光阑21起到阻挡零阶衍射光束的作用，使得形成在传感器23上的目标图像仅由-1阶或+1阶的一阶光束形成。由传感器19和23捕获的图像被输出至处理该图像的处理器PU，其功能将取决于正被执行的、特定类型的测量。注意，此处使用的是广义的术语“图像”。如果仅存在-1阶和+1阶中的一个阶，则不会形成这种光栅线图像。

图3中所示的孔径板13和视场光阑21的特定形式仅是示例。在本发明的另一实施例中，使用目标的同轴照射并且使用具有离轴孔径的孔径光阑，来基本上仅将一个一阶衍射光传递至传感器。在又一其他实施例中，二阶、三阶和更高阶的光束(图3中未示出)可以被用于测量中，来代替或补充一阶光束。

为了使测量辐射可适用于这些不同类型的测量，孔径板13可以包括围绕盘形成的一些孔径图案，该孔径图案旋转以将期望的图案就位。注意，孔径板13N或13S仅可以被用于测量沿一个方向(X或Y取决于设置)定向的光栅。将目标旋转90°和270°可以实现用于正交光栅的测量。图3(c)和(d)示出了不同的孔径板。在先前公开的申请中已经描述了以上提到的这些装置及其其他许多变型和应用的使用。

图4描绘了根据已知实践在衬底上形成的目标结构或复合目标。在该示例中，目标结构包括紧密定位在一起的四个目标(例如，光栅)32至35，使得它们将全部位于由量测装置的量测辐射照射光束形成的测量斑点31内。因此，这四个目标全部同时地被照射并且在传感器19和23上同时成像。在专用于刻套的测量的示例中，目标32至35本身是通过刻套在半导体器件的不同层中被图案化的光栅而形成的复合光栅。目标32至35可以具有被不同偏置的刻套偏移，以便于测量在形成复合光栅的不同部分的层之间的刻套。下面将参考图7解释刻套偏差的含义。如图所示，目标32至35的定向也可以不同，以便衍射X和Y方向上的入射辐射。在一个示例中，目标32和34分别是具有+d、-d偏差的X方向的光栅。目标33和35是分别具有偏移+d和-d的Y方向光栅。这些光栅的单独图像可以在由传感器23捕获的图像中表示。这仅仅是目标结构的一个示例。目标结构可以包括多于或少于4个的目标，或仅包括单个目标。

图5示出了可以使用来自图3(d)的孔径板13NW或13SE在图3的装置中使用图4的目标，在传感器23上形成且由传感器23检测的图像示例。虽然光瞳面图像传感器19不能分辨不同的单个目标32至35，但是图像传感器23可以做到。深色矩形表示传感器上的图像场，在该图像场中，衬底上被照射的斑点31被成像到对应的圆形区域41中。在该区域之中，矩形区域42至45表示小目标光栅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中课件。图像处理器和控制器PU使用模式识别来处理这些图像，以标识目标32至35的单独图像42至45。以这种方式，不必在传感器框架内的具体位置处非常精确地对准图像，这从整体上大大提高了测量装置的吞吐量。

一旦已经标识了目标的单独图像，就可以例如通过对所标识区域内的所选像素强度值进行平均化或求和来测量那些单独图像的强度。图像的强度和/或其他属性可以相互比较。这些结果可以被组合以测量光刻工艺的不同参数。刻套性能是这种参数的重要示例。

图6图示了如何使用例如申请WO2011/012624中描述的方法来测量包含组分目标32至35的两个层之间的刻套误差(即不期望的和无意的刻套未对准)。这种测量是通过目标不对称来完成的，如通过比较它们在正常和互补更高衍射阶的强度可以看出的；例如，通过比较+1阶和-1阶暗场图像(可以比较其他对应的更高级的强度，例如+2和-2级)来获得强度不对称的量度。在步骤S1，衬底(例如，半导体晶片)通过光刻装置(诸如图2的光刻单元)被处理一次或多次，来形成包括目标32至35的目标结构。在步骤S2，使用图3的量测装置，仅使用一阶衍射光束(例如-1阶)获得目标32至35的图像。在步骤S3，无论是通过改变照射模式，还是改变成像模式，或者通过在量测装置的视场中将衬底W旋转180°，使用另一个一阶衍射光束(+1阶)可以获得目标的第二图像。因此，+1阶衍射辐射被捕获在第二图像中。

注意，通过仅将一阶衍射辐射的一半纳入到每个图像中，此处所指的“图像”不是常规的暗场显微镜图像。目标的单个目标线将无法被分辨。每个目标将仅仅由某个强度水平的区域表示。在步骤S4中，在每个组分目标的图像内标识感兴趣区域(ROI)，将测量来自感兴趣区域的强度水平。

已经针对每个单独目标的ROI进行了识别并且测量了其强度，然后可以确定目标结构的不对称，从而确定刻套误差。这在步骤S5中完成(例如，通过处理器PU)，在步骤S5中比较针对每个目标32至35的+1阶和-1阶所获得的强度值，来标识它们的强度不对称(例如它们的强度中的任何差)。术语“差”并不旨在仅指代减法。可以用比率的形式来计算差。在步骤S6中，针对一些目标所测量的强度不对称与任何已知所施加的那些目标的刻套偏差一起被用于计算目标结构T附近中的光刻工艺的一个或多个性能参数。在本文所描述的应用中，将包括使用两个或多个不同测量方案的测量。非常感兴趣的一个性能参数是刻套。如稍后将描述的，新颖的方法还允许计算光刻工艺性能的其他参数。这些可以被反馈以改进光刻工艺、和/或被用于改进图6自身的测量和计算过程。

在上述的先前应用中，公开了使用上述基本方法来改进刻套测量质量的各种技术。这些技术将不在此处作进一步地详细说明。可以将它们与本申请中新公开的技术结合使用，现在将对其进行描述。

图7示出了具有不同偏差的目标(刻套光栅)的示意性截面图。如图3和图4中看到的，这些可以被用作衬底W上的目标结构T。在X方向上具有周期性的光栅仅出于示例的目的被示出。这些具有不同偏差且具有不同定向的光栅的不同组合可以被单独地提供或被提供为目标结构的一部分。

从图7(a)开始，形成在两个层中(被标记为L1和L2)的目标600被示出。在最低的或底层L1中，第一结构(最低的或底部结构)，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。)光栅图案在两个层中以间距P重复。特征602和608可以采取线、点、块和通孔的形式。在(a)所示的情况下，由于未对准而没有刻套贡献(例如，没有刻套误差和没有施加的偏差)，使得每个特征608恰好位于第一结构中的特征602的上方。

在图7(b)处，具有第一已知施加偏差+d的同一目标被示出，使得第一结构的特征608相对于第二结构的特征向右移动距离d。结构体。在实践中偏差距离d可以是几纳米(例如10nm至20nm)，而间距P例如在300至1000nm的范围内(例如500nm或600nm)。在(c)处，我们看到了另一具有第二个已知施加偏差-d的特征，使得特征608向左移动。(a)至(c)所示的这种类型的偏差目标在本领域中是熟知的，并且被用于上述的先前应用中。

图7(d)示意性地示出了结构不对称现象，在该情况下是第一结构中的结构不对称(底部光栅不对称)。(a)至(c)光栅中的特征被示为完美的正方形截面，然而实际特征的截面具有一定的倾斜度和一定的粗糙度。不过它们旨在至少在轮廓上对称。(d)的第一结构中的特征602和/或空间604完全不再具有对称形式，而是由于处理步骤而变形。因此，例如，每个空间的底表面变得倾斜。特征和空间的侧壁角度也变得不对称。由此，目标的整体目标不对称将包括独立于结构不对称的刻套贡献(即，由于第一结构和第二结构的未对准而引起的刻套贡献；其本身由刻套和已知施加的任何偏差组成)，和由于目标中的这种结构不对称而产生的结构性贡献。

当仅使用两个偏置光栅通过图6的方法测量刻套时，由于未对准，无法区分工艺引起的结构不对称和刻套贡献，并且因此刻套测量(特别是测量不期望的刻套)变得不可靠。目标结构的第一结构(底部光栅)中的结构不对称是结构不对称的常见形式。例如，它可能源自最初形成第一结构之后执行的诸如化学机械抛光(CMP)衬底处理步骤。

在WO2013143814A1中，提出使用三个或多个组分目标以通过图6方法的修改版本来测量刻套。使用图7(a)至图7(c)中所示类型的三个或多个目标用于获得刻套测量，在一定程度上针对目标光栅中的结构不对称(诸如在实际光刻工艺中由底部光栅不对称引起的)对刻套测量进行了校正。然而，该方法需要新的目标结构设计(例如，不同于图4所示的设计)，并且因此将需要新的掩模版。此外，目标结构面积较大，并且因此消耗更多的衬底面积。另外，在该方法和其他现有技术方法中，由结构不对称而导致的刻套贡献中的相位元素被忽略，这意味着校正不如如果还对相位元素进行校正时那样准确。

在图8中，曲线702图示了在形成目标结构的单个光栅内的针对具有零偏移且无结构不对称的“理想”目标结构的刻套OV与强度不对称ΔI之间的关系。因此，该理想目标结构的目标不对称仅包括由于已知被施加的偏差和刻套OV引起的第一结构和第二结构的未对准而导致的刻套贡献。该曲线图以及图9的曲线图仅用于说明本公开背后的原理，并且在每个曲线图中，强度不对称ΔI和刻套OV的单位是任意的。下面将进一步给出实际尺寸的示例。

在图8的“理想”情况下，曲线702指示强度不对称ΔI与刻套具有非线性周期性关系(例如，正弦关系)。正弦变化的周期P与光栅的周期或节距P(当然会被转换为适当的比例)相对应。在该示例中，正弦形式是纯粹的，但在实际情况下可以包括谐波。

如上所述，偏置的光栅(具有已知被施加的刻套偏差)可以被用于测量刻套，而不是依赖于单个测量。该偏差具有在制作图案形成装置(例如掩模版)中限定的已知值，该偏差被用作与所测量的强度不对称相对应的刻套的晶片上校准。在该图中，该计算以图形方式示出。在步骤S1至S5中，分别获得针对具有偏置+d和-d的目标(例如，如图7(b)和(c)所示的)的强度不对称测量值ΔI^+d和ΔI-^d。将这些测量值拟合为正弦曲线给出了如图所示的点704和706。知道了偏差，就可以计算出真实的刻套误差OV_E。正弦曲线的间距P从目标结构的设计中得知。曲线702开始的竖直刻度是未知的，但是可以被称为一阶谐波比例常数K₁的未知因子。该常数K₁是对目标结构进行强度不对称测量的灵敏度量度。

以方程来说，刻套OV与强度不对称ΔI之间的关系被假定为：

ΔI_±d＝K₁sin(OV±d) (1)

其中刻套OV在比例上被表达为目标间距P对应于2π弧度角。通过对具有不同已知偏差(例如+d和-d)的目标进行两次测量，可以使用以下方程计算刻套OV：

图9是用于描述来自具有两个层目标(诸如在图7(a)至7(c)中所示)的目标(诸如，子目标32或33，此处被示为+d偏差)的辐射衍射简单模型的示意图。来自上层和下层的衍射辐射的复振幅被示出。来自下层的衍射辐射包括刻套OV的相位贡献。刻套OV也可以被评估。具体地，可以按以下方程(方程3)计算衍射辐射的+1阶和-1阶的强度：

其中

是由于刻套和偏差引起的相位差，并且

是来自上层L2和下层L1的衍射辐射之间的剩余相位差，它与上层和下层目标之间的层厚T成正比例，并且与入射辐射的波长成反比。

为了方便起见，一个目标方向(例如X)的四个强度可以被指定如下：

是来自正偏差目标的+1衍射阶；

是来自正偏差目标的-1衍射阶；

是来自负偏差目标的+1衍射阶；以及

是来自负偏差目标的-1衍射阶

因此，强度不对称

和强度不对称

然后，假设来自+1阶和-1阶辐射以及来自正偏差和负偏差目标的衍射波的振幅和相位(不包括刻套相位)相等，并且量测装置的光学器件本身是对称的，得出+1阶和-1阶辐射强度之间的差为ΔI＝K.sin(Φ_OV)，其中K为刻套比例，等于K＝4A.B.sin(β)。因此，可以按以下方程计算刻套：

图10示出了引入结构不对称的第一影响，例如，图7(d)中所示的底部光栅不对称。“理想”正弦曲线702不再适用。然而，至少近似地，底部光栅不对称或其他结构不对称的影响为：向强度不对称ΔI_±d添加强度移位项K₀和相移项Φ。所得曲线在图中被示为712，其中标签K₀指示强度移位项，标签Φ指示相移项。强度移位项K₀和相移项Φ依赖于目标结构和测量辐射的所选择特性的组合，诸如测量辐射的波长和/或偏振和/或入射角(“测量方案”)，并且对工艺变化敏感。以方程式来说，步骤S6中被用于计算的关系变为：

ΔI^±d＝K₀+K₁sin(OV_E±d+Φ) (5)

在其中存在结构不对称，由方程(2)描述的刻套模型将提供受强度移位项K₀和相移项Φ影响的刻套误差值，并且因此将是不准确的。当绘制刻套误差时，由于强度和相位移位(例如，依赖于测量方案的)，结构不对称还将导致使用一种或多种不同测量方案(例如，测量光束的波长、测量光束的偏振等)对相同目标进行测量时的差。

步骤S6的刻套计算依赖某些假设。首先，假定强度不对称表现为刻套的正弦函数，周期P对应于光栅间距。这些假设对当前的刻套范围有效。谐波数目可以被设计得很小，因为小的间距-波长比率仅允许少数的来自光栅的传播衍射阶。然而，实际上，由于未对准而导致的刻套对强度不对称的贡献可能不一定是真实的正弦曲线，也可能不一定关于OV＝0是完全对称的。

因此，结构不对称的影响通常可以表述为：

ΔI^+d＝K(OV+d)+ΔI_BG (6)

ΔI^-d＝K(OV-d)+ΔI_BG (7)

其中ΔI_BG是对结构不对称的强度不对称的贡献。并且因此，刻套OV可以被视为ΔI_BG/K的函数。

影响刻套测量的另一问题是传感器中的不对称和其他误差。为了解决这些问题，通常在传感器相机中的图像采集与参数(诸如刻套和焦距)的最终计算之间在图像(像素)的水平执行几个校准步骤。这种校准步骤可以包括针对以下方面的校准：相机的暗电流偏移、CCD非线性、内部和外部重影以及斑点不均匀性。随后，将校正后的图像导入模式识别算法以进行信号提取，并且报告平均强度值。此后，在线传感器不对称校准可以被应用于平均强度，以便校正依赖于目标和堆叠的其余传感器误差。

这种用于消除传感器误差的校准方法的问题在于：每个校准步骤都可能引入校准误差，并且因此该校准方法实际上可能更糟反而未改进传感器的性能。附加地，对于可以被用于使用大量测量方案和带宽的应用中的传感器，为每个可能的测量方案提供校准是麻烦的。在某些情况下应用空间出于这个原因而受到限制，而未受硬件限制。此外，由于传感器误差的一些来源是常见，传感器误差可能具有依赖性，并且逐步消除它们可能无法给与最佳性能。

为了解决来自除了刻套和偏差之外因素的不对称贡献的问题，(例如结构不对称和/或传感器误差)，散射测量光学重建方法被提出。这种方法使用基于来自衍射辐射的强度信号形成的物理原理的模型，并且计算刻套值，该刻套值对于目标不对称和传感器不对称更加稳健，而无需堆叠属性信息。更具体地，该方法使用散射测量模型和不对称模型的组合来解释目标不对称。不对称模型使得能够计算出更精确的刻套值，该值对于目标不对称更加稳健。散射测量模型可以将每个衍射强度值(例如，根据每个测量方案)描述为刻套、测量方案以及参数A、B和β的函数，其中参数A和B表示干扰波的幅度(根据以上方程(3)，β表示干扰波的相位差。不对称模型可以依据一个或多个α参数来描述每个衍射强度值，每个α参数表示除刻套和偏差之外的不对称因素。不对称模型可以被改变以考虑不同的影响。由于传感器和目标的不对称都可以导致刻套或其他感兴趣参数的计算误差；不对称模型可以包括传感器不对称和目标不对称。备选地，不对称模型可以解释只有传感器不对称和目标不对称中的一个，或者将这两者的影响组合在单个α参数中的情况。

根据实施例的实际模型组合(散射测量模型和不对称模型的具体组合)的示例通过以下所示的方程组进行描述，每个方程针对来自+d和-d偏置目标的每个衍射强度

根据波长λ_j(或测量方案)：

考虑第一散射测量模型(在以上每个方程的方括号中)，两个自由振幅参数A和B表示依赖于波长的干扰波的振幅。干扰波之间的相位差(相位参数β)的波长依赖性与波长近似成反比，并且因此，对于单个波长，该相位参数仅被估算一次，并且针对其他波长相应地进行缩放。根据限定，刻套OV对于所有波长都是相同的。现在考虑不对称模型(每个方程的第一部分)，该第一部分包括表示例如目标不对称的不对称参数α，并且捕获+1和-1阶之间的任何不期望的、不是由于刻套或偏差而引起的差。该参数不依赖于波长或测量方案。然而，将该参数与参数A和B相乘会导致模型中组合的依赖于波长的不对称表示。可以使用非线性最小二乘最优化求解器将模型的右手侧和左手侧(所测得的强度)之间的差最小化。

为了计算不对称参数α(和刻套OV)，不同的输入可以被用于模型中。所需的最少波长数目是两个。然而，仅利用两个波长，波长的选择则变得更加重要。例如，如果从具有非常低的堆叠灵敏度的摆动曲线区域(堆叠灵敏度或相对于波长的类似参数的图)中选择一个波长，则强度变化可能不足以使以上模型的方程组稳定且可稳健地求解。如果两个波长被选择的彼此过于接近，则会出现另一问题，这也可能导致数值问题。为了使波长选择更容易获得模型稳健性，使用更多的波长似乎是好的选项。可使用两个以上的波长，这是因为来自许多波长的测量在任何情况下的方案优化工艺中是可用的。但是，如果只有两个波长可用，则可以系统地选择这些波长。这可以包括选择足够分离的一对波长；例如，在最小阈值间隔以上，并且针对所选的每个波长都显示出足够高的堆叠灵敏度(例如，高于最小阈值堆叠灵敏度)。

不对称参数α包括目标不对称和传感器中的不对称。因此，理想情况下，传感器的不对称和目标的不对称应当被分离，使得不对称参数仅表示目标的不对称，而与传感器的任何不对称无关，并且因此可以被用作目标限定符。在第一实施例中，这可以通过首先将当前技术应用于传感器不对称强度校正(例如，已经描述的传感器校准步骤)，然后使用校正后的强度作为上述模型的输入来实现。以这种方式，不对称参数α将仅表示目标不对称。

在另一实施例中，除了目标不对称之外，不对称模型还可以包括传感器不对称。以这种方式，前述的传感器校准步骤不需要被执行，并且上述缺点可以被避免。所得的方程组如下所示：

唯一的区别在于不对称模型，并且更具体地，利用第一不对称参数α₁和第二不对称参数α₂替换不对称参数α，第一不对称参数和第二不对称参数α₁、α₂表示来自目标不对称和传感器不对称组合的影响，其中相应地对模型进行调节。

上述不对称模型可以被进一步扩展以捕获更多或所有的传感器误差(例如，由此解释离线和在线校准)。这种方法的扩展将涉及对传感器和目标不对称的分离。因此，更复杂的传感器不对称模型可以被用于其中考虑所有可能的误差(具有缩放和偏移因子)其他实施例中。这种不对称模型可以包括多于两个的不对称参数。这种复杂的不对称模型与散射测量模型的组合将形成新的散射测量光学重建模型，如所描述的，该模型可以被数值求解。

图11是根据本发明的一个实施例的方法的流程图。该方法包括选择散射测量模型S10和选择不对称模型S11。步骤S12至S14分别对应于以上图6的步骤S1至S4，以获得针对第一波长/测量方案的四个强度测量

在步骤S15，根据未知数和所需的稳健性，将步骤S12至S14重复j次(即，针对至少一个其他波长/测量方案)。显然，测量方案的数目应当是使得有足够的信息来求解未知的模型参数。在步骤S16处，所选的散射测量模型和不对称模型被组合，并且在步骤S17处，使用所测量的强度值

对所得的模型方程组求解得到未知的模型参数和感兴趣的参数(例如，刻套/聚焦/底部光栅不对称/传感器不对称等)。这可以包括使用非线性最小二乘最优化求解器将模型方程组的右手侧和左手侧之间的差(所测得的强度值)最小化。

在另一实施例中，目标结构可以基于散射辐射被用于确定刻套，该目标结构可以包括如US2016/0291481A1中所述的形式；特别是如该文献的图12和18所描绘的，并且在这些附图所附的文字中进行了描述。文献US2016/0291481A1通过整体引用并入本文。简言之，目标结构包括除图4中所示四个目标以外的附加目标(或对于等效的1个方向的目标结构，多于两个目标)。在一个实施例中，目标结构可以包括(在适用的情况下对于每个方向)基于线上线结构(LoL)的两个目标，每个目标具有偏差(例如，+d，-d)(诸如图4中所示)；以及附加地基于槽上线结构(LoT)的两个目标，而且每个目标具有偏差(例如，总偏差可以为P/2+d和P/2-d)。因此，与图4中所示目标等效的2个方向的目标将具有8个目标：在X方向上周期性的四个目标(光栅)以及在Y方向上周期性的四个目标光栅，其中，对于每个方向，目标都具有偏差+d、-d、P/2+d和P/2-d)。以文献US2016/0291481A1的图7来说，组分光栅为两对，其形式为图7中的(b)、(c)和(f)、(g)。

以与上述相同的方式获得目标结构的测量。当测量由被包括在目标结构中的单个LoL和LoT目标衍射的强度时，将测量8种不同的强度，即：

其中下标LoL和LoT分别描述强度值与线上线目标有关还是与槽上线目标有关。在该具体实施例中，所提供的公式与单个波长处的测量有关。针对该具体实施例待被求解的不对称模型是：

在以上模型中，不对称由不对称参数α建模。可以使用更复杂的不对称模型(诸如以上公开的那些)。参数A、B、P和d已经在先前的实施例中进行了讨论。以上模型在8个方程中具有5个未知数。因此，基于单个波长的测量，未知数可以被确定，并且因此刻套值OV可以被确定。与先前所讨论的实施例一致，该模型可以以先前实施例中所讨论的类似方式扩展到利用不同波长的测量。利用多个波长进行测量可以导致更稳健地确定刻套值。

在下面的实施例中，本文描述的概念将扩展到单个目标(每个方向)。每个方向仅使用一个目标具有许多优点，其中包括：

由于两个目标之间的结构不对称差(光栅不平衡)，使用两个目标方法通常可能在刻套计算中引入误差；

由于模式识别和ROI标识所导致的、针对两个目标的误差相对于一个目标的误差加倍；

两个目标所占据大约是一个目标的两倍的宝贵的衬底面积。

将以上教导扩展到单个目标的测量(例如，在该示例中具有偏差+d)意味着每个波长仅存在两个强度可用作方程组的输入。这导致了不确定的问题；即未知数的数目将超过方程式的数目。以下示例基于使用具有偏差+d的单个目标。然而，尽管期望偏差以减少噪声，但是没有偏差的目标也可以被使用。同样，偏差的方向也不重要。

物理模型可以通过误差优化的非线性最小二乘法被拟合到所测量的强度。为了求得模型参数的全局最优解，应当通过正则化技术引入先验信息。在这种情况下，先验信息可以包括对依赖于堆叠的参数(A，B和β)的粗略估算，这些参数依赖于波长(如已经被讨论过的)，但并不倾向于在整个衬底上变化太大(例如，从目标到目标)。利用该行为，正则项可以被用于优化问题，以提供关于参数A、B和β的先验信息，并且围绕正确搜索空间引导针对这些参数的优化问题。

优化问题可以采取以下形式：

其中I_mean是所测量强度的平均，即：

并且物理模型可以采用以下形式，其中模型的前两个方程与正常(例如+1)衍射阶有关，而下面两个方程与互补(例如-1)衍射阶有关：

提出用于对参数进行初始估算的许多方法。一种提议包括在衬底上提供并且测量一种常规的双偏差目标结构(例如，诸如图4中所示的每个方向)，从中可以对这些参数进行粗略估算(例如，使用已经被描述过的技术)。在另一提议中，提供多于一个的双偏差目标结构。例如，可以为每个场提供多于一个的双偏差目标结构，以捕获跨衬底的堆叠变化。在另一实施例中，代替提供专用的双偏差目标结构，可以通过共同优化两个相邻的单目标目标结构并且添加限制A、B和β参数值偏离的附加约束来捕获先验信息，该参数值涉及两个单个目标中的每个目标(即，针对每个目标约束这些参数值以逼近)。

可以证明，对A、B和β参数的粗略估算足够，并且该优化方案能够进一步针对每个目标的参数进行优化，以便捕获与每个目标和测量波长相关联的堆叠和其他衍射变化。而且，更感兴趣的其他参数(刻套OV和不对称参数α)不受正则化的约束，并且因此具有更大的搜索空间。这与在下一节呈现的仿真结果一致。

在以上模型中，不对称由不对称参数α建模。可以使用更复杂的不对称模型(诸如以上公开的那些)。

最后，该概念可以被调适且扩展到其他刻套计算模型(甚至是与利用单个波长的测量相对应的那些刻套模型)，并且不限于这里所呈现的模型选择。这包括当前所使用的利用单个良好波长用于刻套计算的简化模型(例如，如方程(1)和(2)所述)，经适当修改以仅适应单个目标(例如，仅具有单个偏差)。更重要的是，此处呈现的通用方法，也结合了任何可以被调适用于未来的传感器模型的描述。

在一个实施例中，方程组包括3*NWL+3个未知数，其中NWL是波长的数目。在这种情况下，求解方程组所需的最少波长数目为4*NWL。在一个实施例中，该条件被表达为4*NWL≥3*n+3。在该特定示例中，2个波长不会提供可求解的方程组。在该特定示例中，3个波长将是确保方程组可解的最少波长数目。在另一实施例中，可以选择增加方程组，使得它包括与光栅的几何不对称或光栅的不平衡度成正比的参数。在该实施例中，确保方程组可解的条件由4*NWL≥3*n+3给出。

在一个实施例中，方程组包括2*NWL+3个未知数，其中NWL是波长的数目。在该情况下，求解方程组所需的最少波长数目为4*NWL。在实施例中，该条件被表达为4*NWL≥2*n+3。在该特定示例中，1个波长不能确保方程组是可解的。在该特定示例中，2个波长是确保方程组可解的最少波长数目。

在一个实施例中，所测量的强度I是针对图5中的图像(例如，P1)中的一个图像中的所有像素的平均值。在一个实施例中，图5钟的图像中的一个图像的每个像素可以被用于创建方程组。在一个实施例中，可以选择针对该特定簇提供平均强度的像素簇。在一个实施例中，方程组包括2*NWL*c+1个未知数，其中NWL是波长的数目，并且c是由单个图像(诸如图5的图像P1)形成的簇数。在该情况下，求解方程组所需的最少波长数目为2*NWL*c。在一个实施例中，该条件被表达为2*NWL*c≥2*NWL+c+1。在该特定示例中，对于2个簇的情况，1个波长不能确保方程组是可解的。在该特定示例中，对于2个簇的情况，2个波长是确保方程组可求解的最少波长数目。

在一个实施例中，方程组包括3*NWL+4个未知数，其中，NWL是波长的数目。在该情况下，求解方程组所需的最少波长数目为8*NWL。在实施例中，该条件被表达为4*NWL≥2*n+3。在该特定示例中，1个波长不能确保方程组是可解的。在该特定示例中，2个波长是确保方程组可解的最少波长数目。

在一个实施例中，受线性标量和矩阵不等式的约束，为求解先前实施例中描述的方程组所必需的优化可以用线性的方式来表达。在示例中，优化过程是半定编程(SDP)。SDP优化过程可以通过本领域已知的高效且快速的全局求解器来求解。在一个实施例中，经历优化过程的成本函数相对于刻套的变化具有凸函数的表现。换言之，它具有作为刻套函数的最小值。因此，为了解决总体刻套估算问题，可以对刻套执行二分搜索，二分搜索可以被描述为有效的SDP问题。二分法的边界可以被任意选择(在示例中介于-20nm至20nm之间)。二分法中的第一步是对SDP优化进行求解得到刻套的上界、下界和间隔中间的点。在随后的步骤中，将针对这些固定刻套值比较所优化的目标函数，移除具有最高值的目标函数，然后在半个间隔内，对SDP优化进行求解得到间隔中间的刻套值。重复这两个步骤，直到刻套值具有所需的精度为止。在典型示例中，需要5至7个SDP优化例程才能获得具有所需精度的刻套值。

这样，公开了一种测量与每个方向上的具有至少两个层的单个目标有关的感兴趣参数的方法，该方法包括：

利用测量辐射照射目标并且检测已被所述目标散射的散射辐射，以及获得与散射辐射的正常和互补更高衍射阶中的每个衍射阶有关的测量参数值(例如强度值)；

限定与该目标有关的模型；

将测量的参数值拟合到模型以便确定感兴趣的参数，其中所述拟合包括：

对一个或多个依赖于目标的参数进行估算值；以及

在拟合步骤中将这些估算的值用作约束。

估算值可以从以下任一项中获得：包括两个目标的目标结构；或两个接近的单个目标，上述估算值被约束以将两个接近的单个目标之间的估算值变化最小化。

总之，目标不对称和不对称模型的不对称参数之间的强关联已被确定，而无需关于堆叠几何形状、材料等信息。此外，该关联与极化和堆叠属性无关，并且在测量方案选择中具有稳健性。另外，描述了一种能够移除离线传感器校准的方法。以前，离线传感器校准被认为是用于提高刻套精度的最佳解决方案，尽管人们认识到这不可避免地会引入一些新的误差。通过使用具有本文所述模型或类似模型的光学重建的多采集算法，离线传感器校准则变得多余。

尽管上述目标结构是为了测量目的而被专门设计和形成的量测目标结构，但在其他实施例中，可以对目标结构的属性进行测量，目标结构是形成在衬底上的装置的功能部分。许多装置具有规则的、类似光栅的结构。如本文所使用的术语“目标光栅”和“目标结构”不要求专门为正被执行的测量提供该结构。此外，量测目标结构的间距P接近散射仪光学系统的分辨率极限，但可能比目标部分C中通过光刻工艺制成的典型产品特征的尺寸大得多。在实践中可以将目标结构内的刻套光栅的线和/或空间制造为以包括更小的、与产品特征尺寸相似的结构。

与在衬底和图案形成装置上实现的目标结构的物理光栅结构相关联，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，这些序列描述了测量衬底上的目标结构和/或分析测量以获得关于光刻工艺信息的方法。该计算机程序可以例如在图3的装置中的单元PU和/或图2的控制单元LACU内执行。还可以提供具有这种存储在其中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)。在现存量测装置(例如图3中所示类型的)已经在生产和/或在使用的情况下，本发明可以通过提供更新的计算机程序产品来实现，该更新的计算机程序产品用于使处理器相对其他不对称误差利用降低的灵敏度来计算刻套误差或其他参数。

程序可以可选地被布置为控制光学系统、衬底支撑件等以执行用于测量合适的多个目标结构的步骤S2至S4。

虽然根据基于衍射的刻套测量(例如，使用图3(a)所示装置的第二测量分支进行的测量)描述了以上公开的实施例，但是原则上相同的模型可以被用于基于光瞳的刻套测量(例如，使用图3(a)所示装置的第一测量分支进行的测量)。因此，应当理解，本文所述的概念同样适用于基于衍射的刻套测量和基于光瞳的刻套测量。

尽管以上在光学光刻的上下文中对本发明实施例的用途可能已经进行了具体的引用，但是应当理解，本发明可以被用于其他应用中(例如压印光刻)，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，图案形成装置中的形貌限定了在衬底上产生的图案。图案形成装置的形貌可以被压入被供应至衬底的抗蚀剂层中，届时通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使抗蚀剂固化。在抗蚀剂固化之后，将图案形成装置移出抗蚀剂，从而在抗蚀剂中留下图案。

在以下编号的条款中进一步描述了根据本发明的其他实施例：

1.一种测量与具有至少两个层的结构有关的感兴趣参数的方法，包括：

利用测量辐射照射所述结构并且检测已被所述结构散射的散射辐射，其中所述散射辐射包括正常和互补的更高衍射阶；

限定与所述结构有关的散射测量模型和不对称模型，其中：

所述散射测量模型将散射辐射参数与至少感兴趣的参数关联；以及

所述不对称模型将所述散射辐射参数与至少一个不对称参数关联，所述至少一个不对称参数与一个或多个测量系统误差和/或所述目标中的、除两个层之间的未对准之外的不对称有关；

使用所述散射测量模型和所述不对称模型的组合来确定方程组，所述方程组中的每个方程与针对所述散射辐射参数的一组测量值的不同测量值有关，所述一组测量值至少包括针对所述正常和互补更高衍射阶中的每个衍射阶的不同测量值；以及

针对所述感兴趣参数对所述方程组求解。

2.根据条款1所述的方法，其中所述照射和检测步骤针对两个或多个波长而被执行，并且针对所述散射辐射参数的所述一组测量值包括针对与所述两个或多个波长中的每个波长有关的所述正常和互补更高衍射阶中的每个衍射阶的测量值。

3.根据条款2所述的方法，其中所述照射和检测步骤是使用包括所述两个或多个波长的多波长测量辐射的单个步骤。

4.根据条款2所述的方法，其中所述照射和检测步骤包括针对所述两个或多个波长中的每个波长的单独的照射和检测步骤。

5.根据条款2至4中任一项所述的方法，其中所述照射和检测步骤仅针对一对波长而被执行，并且所述一对波长中的波长被最小阈值间隔分离，并且其中所选择的波长中的每个波长显示出高于最小阈值堆叠灵敏度的堆叠灵敏度。

6.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述感兴趣的参数包括刻套，并且所述两个层之间的所述未对准包括刻套和有意偏差的组合。

7.根据条款6所述的方法，其中所述结构包括具有至少两个周期性子目标的目标，每个子目标具有不同的有意偏差，并且针对所述散射辐射参数的所述一组测量值包括针对与每个子目标有关的所述正常和互补的更高衍射阶中的每个衍射阶的测量值。

8.根据条款7所述的方法，其中所述至少两个子目标各自具有相等幅度但相反方向的有意偏差。

9.根据条款7或8所述的方法，其中所述至少两个周期性子目标包括线上线的周期性子目标，其中包括所述线上线的周期性子目标的光栅线除所述有意偏差所施加的偏移之外实质上被对准，并且所述结构还包括至少两个附加的空间上线的周期性子目标，除了相应的所述线上线的周期性子目标的所述有意偏差之外，附加的空间上线的周期性子目标各自具有所述光栅节距一半的偏差。

10.根据条款1至6中任一项所述的方法，其中所述结构包括单个目标，并且所述求解方程组包括：针对一个或多个依赖于目标的参数估算值；并且将所估算的所述值用作求解步骤中的约束。

11.根据条款10所述的方法，其中所估算的所述值从以下任一项中获得：

包括两个目标的目标结构；或

两个接近的单个目标，所估算的所述值被约束，以将两个接近的单个目标之间的所估算的所述值的变化最小化。

12.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述至少一个不对称参数包括与所述目标中的、除所述两个层之间的所述未对准的不对称有关的单个不对称参数。

13.根据条款12所述的方法，包括执行检测器校准以对所述测量系统误差进行校正的初始步骤。

14.根据条款1至11中任一项所述的方法，其中所述至少一个不对称参数包括至少第一不对称参数和第二不对称参数，所述第一不对称参数和所述第二不对称参数与所述目标中的、除所述两个层之间的未对准之外的不对称的组合有关，以及与一个或多个测量系统误差有关。

15.根据条款14所述的方法，其中所述一个或多个测量系统误差与被用于检测所述散射辐射的检测器中的不对称误差有关。

16.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述散射测量模型还将所述散射辐射参数与表示所述散射辐射中的干扰波幅度的幅度参数以及表示所述散射辐射中的干扰波之间的相位差的相位参数关联。

17.根据条款16所述的方法，其中所述相位参数仅针对单个波长而被确定，并且所述相位参数根据所述相位参数与所述波长成反比的假设在每个方程中被缩放。

18.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述散射辐射参数包括散射辐射的强度度量。

19.根据前述条款中任一项所述的方法，其中求解方程组的步骤包括将一组测量值与方程组之上的所述散射测量模型和所述不对称模型的所述组合之间的所述差最小化。

20.根据条款19所述的方法，其中将所述差最小化的步骤包括使用非线性最小二乘最优化求解器。

21.一种用于测量光刻工艺的感兴趣参数的检查装置，所述检查装置能够被操作以执行根据前述任何条款的方法。

22.一种非瞬态计算机程序产品，包括用于使处理器执行根据条款1至20中任一项方法的机器可读指令。

23.一种系统，包括：

检查装置，被配置为在衬底上的目标上提供测量辐射束，并且检测由所述目标散射的辐射以确定图案形成工艺的感兴趣参数；以及

根据条款22中的非瞬态计算机程序产品。

24.根据条款23所述的系统，还包括光刻装置，所述光刻装置具有被配置为保持图案形成设备以调制辐射光束的支撑结构、以及被布置为经调制的所述辐射光束投射到辐射敏感衬底上的投射系统；

其中所述光刻装置能够操作以将所述感兴趣参数用于在后续衬底上的图案形成工艺中。

在以下编号的条款中描述了根据本发明的其他实施例：

I一种测量与具有至少两个层的单个目标有关的感兴趣参数的方法，包括：

利用测量辐射照射目标并且检测已被所述目标散射的散射辐射，以及获得与散射辐射的正常和互补更高衍射阶中的每个衍射阶有关的测量参数值；

限定与目标有关的模型；

将测量的参数值拟合到模型以确定感兴趣的参数，其中所述拟合包括：

对一个或多个依赖于目标的参数进行估算值；和

在拟合步骤中将这些估算的值用作约束。

II根据条款I所述的方法，其中估算的值从以下任一项中获得：

包括两个目标的目标结构；或

两个接近的单个目标，所述估算的值被约束以将两个接近的单个目标之间的估算值变化最小化。

本文使用的术语“辐射”和“束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外线(UV)辐射(例如，波长约为365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm)和极紫外(EUV)辐射(例如，波长在5nm至20nm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部件中的任何一种或组合，包括折射的、反射的、磁性的、电磁的和静电的光学部件。

对具体实施例的前述描述将如此充分地揭示本发明的一般性质，以至于他人在不脱离本发明一般概念的情况下，可以通过应用本领域技术内的知识容易地对这种具体的实施例进行修改和/或调适以用于各种应用而无需过度的实验。因此，基于本文所呈现的教导和指导，这种调适和修改旨在所公开实施例的等同物的含义和范围内。应当理解，本文中的措词或术语是为了通过示例描述而非限制的目的，从而本说明书的术语或措辞将由技术人员根据教导和指导进行解释。

本发明的广度和范围不应由任何上述示例性的实施例所限制，而应仅根据所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (24)

1.一种测量与具有至少两个层的结构有关的感兴趣参数的方法，包括：

利用测量辐射照射所述结构并且检测已被所述结构散射的散射辐射，其中所述散射辐射包括正常和互补的更高衍射阶；

限定与所述结构有关的散射测量模型和不对称模型，其中：

所述散射测量模型将散射辐射参数与至少感兴趣参数关联；以及

所述不对称模型将所述散射辐射参数与至少一个不对称参数关联，所述至少一个不对称参数与一个或多个测量系统误差和/或目标中的、除所述两个层之间的未对准之外的不对称有关；

使用所述散射测量模型和所述不对称模型的组合来确定方程组，所述方程组中的每个方程与针对所述散射辐射参数的一组测量值的不同测量值有关，所述一组测量值至少包括针对所述正常和互补更高衍射阶中的每个衍射阶的不同测量值；以及

针对所述感兴趣参数对所述方程组求解。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述照射和检测步骤针对两个或多个波长而被执行，并且针对所述散射辐射参数的所述一组测量值包括针对与所述两个或多个波长中的每个波长有关的所述正常和互补更高衍射阶中的每个衍射阶的测量值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述照射和检测步骤是使用包括所述两个或多个波长的多波长测量辐射的单个步骤。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述照射和检测步骤包括针对所述两个或多个波长中的每个波长的单独的照射和检测步骤。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中所述照射和检测步骤仅针对一对波长而被执行，并且所述一对波长中的波长被最小阈值间隔分离，并且其中所选择的波长中的每个波长显示高于最小阈值堆叠灵敏度的堆叠灵敏度。

6.根据前述权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述感兴趣的参数包括刻套，并且所述两个层之间的所述未对准包括刻套和有意偏差的组合。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述结构包括具有至少两个周期性子目标的目标，每个子目标具有不同的有意偏差，并且针对所述散射辐射参数的所述一组测量值包括针对与每个子目标有关的所述正常和互补的更高衍射阶中的每个衍射阶的测量值。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述至少两个子目标各自具有相等幅度但相反方向的有意偏差。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述至少两个周期性子目标包括线上线的周期性子目标，其中包括所述线上线的周期性子目标的光栅的线除所述有意偏差所施加的偏移之外实质上被对准，并且所述结构还包括至少两个附加的空间上线的周期性子目标，除了相应的所述线上线的周期性子目标的所述有意偏差之外，附加的空间上线的周期性子目标各自具有所述光栅节距一半的偏差。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述结构包括单个目标，并且所述求解方程组包括：针对一个或多个依赖于目标的参数估算值；并且将所估算的所述值用作求解步骤中的约束。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所估算的所述值从以下任一项中获得：

包括两个目标的目标结构；或

两个接近的单个目标，所估算的所述值被约束，以将两个接近的单个目标之间的所估算的所述值的变化最小化。

12.根据权利要求1、2、3、4、7、8或11中任一项所述的方法，其中所述至少一个不对称参数包括与所述目标中的、除所述两个层之间的所述未对准的不对称有关的单个不对称参数。

13.根据权利要求12所述的方法，包括执行检测器校准以对所述测量系统误差进行校正的初始步骤。

14.根据权利要求1、2、3、4、7、8或11中任一项所述的方法，其中所述至少一个不对称参数包括至少第一不对称参数和第二不对称参数，所述第一不对称参数和所述第二不对称参数与所述目标中的、除所述两个层之间的未对准之外的不对称的组合有关，以及与一个或多个测量系统误差有关。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述一个或多个测量系统误差与被用于检测所述散射辐射的检测器中的不对称误差有关。

16.根据权利要求1、2、3、4、7、8、11、13或15中任一项所述的方法，其中所述散射测量模型还将所述散射辐射参数与表示所述散射辐射中的干扰波幅度的幅度参数以及表示所述散射辐射中的干扰波之间的相位差的相位参数关联。

17.根据权利要求16所述的方法，其中所述相位参数仅针对单个波长而被确定，并且所述相位参数根据所述相位参数与所述波长成反比的假设在每个方程中被缩放。

18.根据权利要求1、2、3、4、7、8、11、13、15或17中任一项所述的方法，其中所述散射辐射参数包括散射辐射的强度度量。

19.根据权利要求1、2、3、4、7、8、11、13、15或17中任一项所述的方法，其中求解方程组的步骤包括将一组测量值与方程组之上的所述散射测量模型和所述不对称模型的所述组合之间的差最小化。

20.根据权利要求19所述的方法，其中将所述差最小化的步骤包括使用非线性最小二乘最优化求解器。

21.一种用于测量光刻工艺的感兴趣参数的检查装置，所述检查装置能够被操作以执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。

22.一种非瞬态计算机可读介质，其上存储有用于使处理器执行根据权利要求1至20中任一项所述的方法的机器可读指令。

23.一种用于测量光刻工艺的感兴趣参数的系统，包括：

检查装置，被配置为在衬底上的目标上提供测量辐射束，并且检测由所述目标散射的辐射以确定图案形成工艺的感兴趣参数；以及

根据权利要求22中的非瞬态计算机可读介质 。

24.根据权利要求23所述的系统，还包括光刻装置，所述光刻装置具有被配置为保持图案形成设备以调制辐射光束的支撑结构、以及被布置为经调制的所述辐射光束投射到辐射敏感衬底上的投射系统；

其中所述光刻装置能够操作以将所述感兴趣参数用于在后续衬底上的图案形成工艺中。

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