CN112352202A - 量测方法、设备和计算机程序 - Google Patents

Abstract

公开了一种确定衬底上的目标的特性的方法和用于确定衬底上的目标的特性的相关联的量测设备。所述方法包括：获得多个强度不对称性测量结果，每个强度不对称性测量结果与形成于所述衬底上的目标有关；和根据所述多个强度不对称性测量结果，确定与每个目标对应的敏感度系数。使用这些敏感度系数，确定所述多个目标的代表性敏感度系数或确定所述多个目标中的多于一个目标的子集的代表性敏感度系数。然后，使用所述代表性敏感度系数，确定所述目标的特性。

Description

量测方法、设备和计算机程序

背景

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年5月29日提交的欧洲申请18174831.0的优先权，该欧洲申请通过引用全文并入本文。

技术领域

本发明涉及用于例如在通过光刻技术制造器件中可使用的量测术的方法和设备，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的图案施加到衬底上(通常施加到衬底的目标部分上)的机器。光刻设备能够例如用于集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可替代地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成要在IC的单层上形成的电路图案。该图案能够被转印到衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括管芯的一部分、一个或若干管芯)上。典型地，通过将图案成像到设置在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，单个衬底将包含被连续地图案化的相邻目标部分的网络。在光刻过程中，经常期望对所产生的结构进行测量，例如用于过程控制和验证。已知用于进行这种测量的各种工具，包括通常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜和用于测量重叠的专用工具，重叠是器件中的两个层的对准的准确度的度量。重叠可以依据两个层之间的未对准程度来描述，例如，对测量到的1nm的重叠的参考可以描述两个层存在1nm的未对准的情形。

近来，各种形式的散射仪已经被开发应用在光刻领域中。这些装置将辐射束引导到目标上，并且测量散射辐射的一个或更多个性质——例如作为波长的函数的在单个反射角下的强度；作为反射角的函数的在一种或更多种波长下的强度；或者作为反射角的函数的偏振——以获得“光谱”，可以根据该“光谱”确定目标的感兴趣的性质。确定感兴趣的性质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等迭代方法进行的目标的重构；库搜索；和主成分分析。

常规散射仪所使用的目标相对较大，例如40μm×40μm，光栅和测量束产生比光栅更小的斑(即，光栅未被充满)。这简化了目标的数学重构，这是由于可以将目标视为无限的。然而，为了减小所述目标的大小(例如至10μm×10μm，或更小)，例如使得它们能够被定位于产品特征当中、而非定位于划线中，已提出使光栅小于测量斑(即，光栅过度填充)的量测术。典型地，使用暗场散射测量来测量这些目标，其中零阶衍射(对应于镜面反射)被阻挡，且仅较高阶被处理。暗场量测的示例可以在国际专利申请WO 2009/078708和WO 2009/106279中找到，这些文献通过引用全文并入本文。已经在专利出版物US20110027704A、US20110043791A和US20120242970A中描述了上述技术的进一步发展。所有这些申请的内容也通过引用并入本文。使用衍射阶的暗场检测的基于衍射的重叠，实现在较小的目标上进行重叠测量。这些目标能够小于照射斑并且可以被晶片上的产品结构包围。目标能够包括能够在一个图像中测量的多个光栅。

在已知的量测技术中，通过在某些条件下测量重叠目标两次，同时旋转所述重叠目标、或改变照射模式或成像模式以分别地获得-1和+1衍射阶强度，来获得重叠测量结果。关于给定重叠目标的强度不对称性(这些衍射阶强度的比较)提供目标不对称性(即，目标中的不对称性)的测量结果。重叠目标中的这种不对称性能够用作重叠(两个层的不期望的未对准)的指示器。

可以根据重叠与强度不对称性之间的所假定的线性关系(即，基于关系式或敏感度常数K)，从目标确定重叠。然而，这一关系式仅对于理想的目标是线性的，对于理想的目标来说，仅有的目标不对称性是正在被测量的重叠和任一故意的偏置。对于实际目标，包括实体缺陷会导致附加的不对称性，这一敏感度常数K可以在目标至目标之间变化。

发明内容

将期望能够以提高的准确度来执行重叠量测。

本发明的第一方面提高了一种确定衬底上的目标的特性的方法，包括：获得多个强度不对称性测量结果，每个强度不对称性测量结果与形成于所述衬底上的目标有关；根据所述多个强度不对称性测量结果，确定与每个目标对应的敏感度系数；根据前一步骤确定的敏感度系数，确定所述多个目标的代表性敏感度系数或确定所述多个目标中的多于一个目标的子集的代表性敏感度系数；和通过使用所述代表性敏感度系数，确定所述目标的所述特性。

本发明的第二方面提供了一种量测设备，包括：照射系统，配置成利用辐射照射目标；检测系统，配置成检测由对所述目标进行的照射引起的散射辐射：其中，所述量测设备能够操作以执行第一方面所述的方法。

本发明还提供了一种计算机程序，包括处理器可读指令，其中，当在适当的处理器所控制的设备上运行时，所述处理器可读指令使得所述处理器所控制的设备执行第一方面所述的方法；本发明还提供了一种包括这种计算机程序的计算机程序载体。

本发明的另外的特征和优点以及本发明的各实施例的结构和操作被参考附图在下文更详细地描述。注意，本发明不限于本文描述的具体实施例。本文仅出于图示的目的来呈现这些实施例。基于本文包含的教导，相关领域的技术人员将明白另外的实施例。

附图说明

现在将参考附图仅通过举例方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1描绘了根据本发明的实施例的光刻设备；

图2描绘了根据本发明的实施例的光刻单元或簇；

图3包括：(a)用于使用第一对照射孔来测量目标的暗场散射仪的示意图；(b)用于给定照射方向的目标光栅的衍射光谱的细节；(c)在使用散射仪以用于基于衍射的重叠测量时提供另外的照射模式的第二对照射孔；和(d)将第一对孔径与第二对孔径进行组合的第三对照射孔；

图4描绘了多重光栅目标的已知形式和衬底上的测量斑的轮廓；

图5描绘了在图3的散射仪中获得的图4的目标的图像；

图6是示出使用图3的散射仪的重叠测量方法的步骤的流程图；

图7是K相对于用于衬底中的多个目标的波长的摇摆曲线图；

图8图示对图7所示的摇摆曲线进行聚类的步骤；和

图9是描述根据本发明的实施例的确定重叠的方法的流程图。

具体实施方式

在详细地描述本发明的实施例之前，提出一个可以实施本发明的实施例的示例性环境是有指导意义的。

图1示意性地描绘了一种光刻设备LA。所述设备包括：照射光学系统(照射器)IL，配置成调节辐射束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，构造成支撑图案形成装置(例如掩模)MA并且连接到第一定位器PM，所述第一定位器PM配置成根据特定参数来准确地定位图案形成装置；衬底台(例如晶片台)WT，构造成保持衬底(例如涂覆抗蚀剂的晶片)W并且连接到第二定位器PW，所述第二定位器PW配置成根据特定参数来准确地定位衬底；以及投影光学系统(例如折射型投影透镜系统)PS，配置成将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一个或更多个管芯)上。

照射光学系统可以包括各种类型的光学部件或非光学部件，诸如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的部件、或其任意组合，用以引导、成形、或控制辐射。

所述图案形成装置支撑件以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计、以及诸如例如图案形成装置是否保持在真空环境中等其它条件的方式，保持图案形成装置。所述图案形成装置支撑件可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术保持图案形成装置。所述图案形成装置支撑件可以是框架或台，例如，其可以根据需要是固定的或可移动的。所述图案形成装置支撑件可以确保图案形成装置(例如相对于投影系统)位于期望的位置上。本文使用的任何术语“掩模版”或“掩模”可以被认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。

本文使用的术语“图案形成装置”应该被广义地解释为表示能够用于在辐射束的横截面上赋予辐射束图案、以在衬底的目标部分上创建图案的任何装置。应注意，被赋予至辐射束的图案可以不完全对应于衬底的目标部分中的所期望的图案，例如，如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征。通常，被赋予至辐射束的图案将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。

所述图案形成装置可以是透射式的或反射式的。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。掩模在光刻术中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型相移掩模类型以及各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每一个小反射镜能够单独地倾斜，以便沿不同的方向反射入射的辐射束。被倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。

如这里所描绘的，所述设备属于透射类型(例如，采用透射式掩模)。可替代地，所述设备可以属于反射类型(例如，采用如上文所提及类型的可编程反射镜阵列，或采用反射式掩模)。

光刻设备也可以是这样一种类型：其中衬底的至少一部分可以被具有相对高折射率的液体(例如水)覆盖，以便填充投影系统和衬底之间的空间。浸没液体也可以被施加至光刻设备中的其它空间，例如掩模和投影系统之间的空间。本领域中众所周知的是，浸没技术用于增加投影系统的数值孔径。本文使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底之类的结构必须浸没在液体中；相反，“浸没”仅意味着在曝光期间液体位于投影系统和衬底之间。

参照图1，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。例如，当所述源是准分子激光器时，所述源和光刻设备可以是分立的实体。在这种情况下，所述源并不被认为是构成光刻设备的一部分，且辐射束被借助于包括(例如)适合的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD从源SO传递至照射器IL。在其它情况下，例如当所述源是汞灯时，所述源可以是所述光刻设备的组成部分。可以将源SO和照射器IL以及需要时设置的束传递系统BD一起称为辐射系统。

所述照射器IL可以包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。一般而言，能够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(通常分别被称为σ-外部和σ-内部)。此外，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。所述照射器可以用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所期望的均匀性和强度分布。

所述辐射束B入射到保持在图案形成装置支撑件(例如，掩模台MT)上的所述图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且通过所述图案形成装置来图案化。在已横穿图案形成装置(例如，掩模)MA的情况下，辐射束B传递通过投影光学系统PS，所述投影光学系统PS将所述束聚焦到衬底W的目标部分C上，由此将图案的图像投影到目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉仪器件、线性编码器、二维编码器或电容传感器)，可以准确地移动衬底台WT，例如以便将不同的目标部分C定位于辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后，或在扫描期间，可以将第一定位器PM和另一个位置传感器(图1中未明确示出)用于相对于辐射束B的路径准确地定位图案形成装置(例如，掩模)MA。

可以通过使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记Pl、P2来对准图案形成装置(例如，掩模)MA和衬底W。尽管所图示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于多个目标部分之间的空间(这些公知为划线对准标记)中。类似地，在将多于一个的管芯设置在图案形成装置(例如，掩模)MA上的情况下，掩模对准标记可以位于所述管芯之间。在期望小的对准标识尽可能小并且不需要任何与相邻特征不同的成像或过程条件的情况下，在器件特征之中，小的对准标识也可以被包括在管芯内。下面进一步描述检测对准标识的对准系统。

光刻设备LA在该示例中是所谓的双平台型，其具有两个衬底台WTa和WTb以及两个站——曝光站和测量站——在所述两个站之间衬底台可以被交换。当一个衬底台上的一个衬底在曝光站处进行曝光时，另一个衬底可以被装载到测量站处的另一个衬底台上，并且执行各种预备步骤。预备步骤可以包括：使用水平传感器LS来映射衬底的表面控制；和使用对准传感器AS测量在衬底上的对准标识的位置。这实现设备的生产量大量增加。

所描绘的设备可以在各种模式下使用，包括(例如)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是公知的，且无需对其进一步描述以理解本发明的实施例。

如图2中所示，光刻设备LA构成光刻系统的部分，其被称作光刻单元LC或光刻元或簇。光刻单元LC也可以包括用以对衬底执行曝光前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机SC、用于显影曝光后的抗蚀剂的显影器DE、激冷板CH和焙烤板BK。衬底运送器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底，在不同的过程设备之间移动衬底，然后将其传送到光刻设备的进料台LB。这些装置通常统称为涂覆显影系统(track)，并且由涂覆显影系统控制单元TCU控制，该涂覆显影系统控制单元TCU本身由管理控制系统SCS控制，该管理控制系统SCS也经由光刻控制单元LACU来控制光刻设备。因此，可以操作不同的设备以最大化生产量和处理效率。

图3的(a)中示出了一种量测设备。图3的(b)中更为详细地图示了目标T和用于照射目标的测量辐射的衍射射线。所图示的量测设备属于已知的暗场量测设备。这里描绘的量测设备纯粹是示例性的，用于提供对暗场量测的解释。所述量测设备可以是独立的装置，也可以被包括在光刻设备LA中(例如处于测量站)，或被包括在光刻单元LC中。用虚线O表示具有贯穿所述设备的几个支路的光轴。在这种设备中，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引导到衬底W上。这些透镜被布置成双序列的4F布置。可以使用不同的透镜布置，只要它仍然将衬底图像提供到检测器上，并同时允许接近中间光瞳平面用于空间频率滤光。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)中限定空间强度分布，选择辐射入射到衬底上的角度范围。具体地，这可以通过在物镜光瞳平面的背向投影图像的平面中、在透镜12和14之间插入适当形式的孔板13来完成。在图示的示例中，孔板13具有被标注为13N和13S的不同的形式，以允许选择不同的照射模式。本示例中的照射系统形成了离轴照射模式。在第一照射模式中，孔板13N提供从(仅为了便于描述起见)指定为“北”的方向的离轴(照射)。在第二照射模式中，孔板13S用于提供类似的照射，但是从标注为“南”的相反方向。通过使用不同的孔径，其它的照射模式是可能的。期望光瞳平面的其余部分是暗的，这是因为在所期望的照射模式之外的任何不必要的光都将干扰所期望的测量信号。

如图3的(b)所示，目标T被放置成使得衬底W垂直于物镜16的光轴O。衬底W可以由支撑件(未示出)支撑。从偏离轴线O的一角度射到目标T上的测量辐射的射线I产生零阶射线(实线0)和两个一阶射线(点划线表示+1阶，双点划线表示-1阶)。应注意，对于过度填充的小目标而言，这些射线只是覆盖包括量测目标T和其它特征的衬底区域的多个平行射线之一。由于板13中的孔具有有限的宽度(对于允许有用数量的光而言是必需的)，因而入射射线I实际上将占据一角度范围，并且衍射射线0和+1/-1将会稍微展开。根据小目标的点扩散函数，每个阶+1和-1都将在一角度范围上进一步展开，而不是如图示的单条理想的射线。注意，目标的光栅节距和照射角度可以被设计或调整成使得进入物镜的第一阶射线与中心光轴紧密对准。图3的(a)和图3的(b)所图示的射线被显示为略微偏离轴线，这纯粹是为了使它们能够在图中更容易区分开。

由衬底W上的目标T所衍射的至少0和+1阶被物镜16收集，并且被引导返回通过分束器15。返回至图3的(a)，第一照射模式和第二照射模式两者都通过指定标注为北(N)和南(S)的完全相对的孔来图示。当测量辐射的入射射线I来自光轴的北侧时，也就是当使用孔板13N施加第一照射模式时，标注为+1(N)的+1阶衍射射线进入物镜16。相比，当使用孔板13S施加第二照射模式时，-1阶衍射射线(标注为-1(S))是进入透镜16的射线。

第二分束器17将衍射束分成两条测量支路。在第一测量支路中，光学系统18利用零阶衍射束和一阶衍射束在第一传感器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，以便图像处理可以比较和对比多个阶。由传感器19捕获的光瞳平面图像能够用于聚焦所述量测设备和/或对一阶束的强度测量结果进行归一化。光瞳平面图像也能够用于诸如重构等多个测量目的。

在第二测量支路中，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。在第二测量支路中，孔径光阑21设置在与光瞳平面共轭的平面中。孔径光阑21起到阻挡零阶衍射束的作用，使得形成在传感器23上的目标的图像仅由-1阶或+1阶束形成。由传感器19和23捕获的图像被输出到处理所述图像的处理器PU，该处理器PU的功能将依赖于正在执行的特定类型的测量。应该注意的是，术语“图像”在这里被在广义上使用。如果仅存在-1阶和+1阶中的一个，则同理将不会形成光栅线的图像。

图3所示的特定形式的孔板13和场阑21仅仅是示例。在本发明的另一个实施例中，使用对目标的同轴照射，并且使用具有离轴孔的孔径光阑，将衍射光中的大致仅一种一阶衍射光传递到传感器。在其它示例中，可以使用二象限孔径。这可以使得能够同步检测加阶和减阶，其中检测支路中的光楔(或其它合适的元件)用以分离所述阶以用于成像。在另外的其它实施例中，代替第一阶束或者除一阶束之外，可以在测量中使用二阶束、三阶束和更高阶束(图3中未示出)。

为了使测量辐射适应这些不同类型的测量，孔板13可以包括围绕盘形成的多个孔径图案，该盘旋转以将所期望的图案带到合适的位置中。应该注意的是，孔板13N或13S能够仅用于测量在一个方向(X方向或Y方向，这依赖于设定)上定向的光栅。为了测量正交的光栅，可以实施90°和270°的目标旋转。图3的(c)和(d)示出了不同的孔板。在上文提到的先前公开的申请中描述了这些设备的使用和所述设备的多个其它变型及应用。

图4描绘了根据已知的实践形成于衬底上的重叠目标或复合重叠目标。在该示例中的重叠目标包括紧密地定位在一起的四个子目标(例如光栅)32至35，使得它们全部都将在由量测设备的量测辐射照射束形成的测量斑31内。因此，四个子重叠目标都全部被同时地照射并被同时地成像在传感器23上。在专用于重叠的测量的示例中，子目标32至35本身是通过重叠的光栅所形成的复合结构，所述重叠的光栅在形成于衬底W上的半导体器件的不同层中被图案化。子目标32至35可以具有被不同偏置的重叠偏移，以便促进其中形成有复合子目标的不同部分的层之间的重叠的测量。下面将参照图7解释重叠偏置的意义。子目标32至35也可以在其方向方面不同，如所示，以便沿X方向和Y方向对入射辐射进行衍射。在一个示例中，子目标32和34分别是具有+d、-d偏置的X方向子目标。子目标33和35是分别具有+d和-d偏移的Y方向子目标。这些子目标的分立的图像能够在由传感器23捕获的图像中被识别。这仅是重叠目标的一个示例。重叠目标可以包括多于四个子目标或少于四个子目标。

图5示出了在图3的设备中使用图4的重叠目标、使用来自图3的(d)的孔板13NW或13SE可以在传感器23上形成和由传感器23检测的图像的示例。虽然光瞳平面图像传感器19不能分辨不同的单独子目标32至35，但图像传感器23能够分辨出不同的单独子目标32至35。阴影区域40表示传感器上的图像的场，衬底上的照射斑31在该场内被成像到相应的圆形区域41中。在该图像内，矩形区域42-45表示小的重叠目标子目标32至35的图像。如果重叠目标位于产品区域中，则也可能在该图像场的周边看见产品特征。图像处理器和控制器PU使用图案识别来处理这些图像，以识别子目标32至35的分立的图像42至45。这样，所述图像不必非常精确地在传感器框架内的特定部位处被对准，这极大地改善了整个测量设备的生产量。

一旦重叠目标的分立的图像已被识别，那些单独的图像的强度就能够被测量，例如通过对所识别的区域内的选定的像素强度值求平均值或求和。图像的强度和/或其它性质能够相互比较。这些结果能够被组合以测量光刻过程的不同参数。重叠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WO 2011/012624中所描述的方法来测量含有子目标32至35的两个层之间的重叠误差(即，不期望的且非故意的重叠未对准)。这种方法可以被称作基于微衍射的重叠(μDBO)。经由如通过比较重叠目标在+1阶和-1阶暗场图像中的强度(能够比较其它对应的更高阶的强度，例如，+2阶与-2阶)以获得强度不对称性的量度而揭露的重叠目标不对称性，进行这种测量。在步骤S1处，通过光刻设备(诸如图2的光刻单元)而处理衬底(例如，半导体晶片)一次或更多次，以产生包括子目标32至35的重叠目标。在S2处，通过使用图3的量测设备，仅通过使用一种一阶衍射束(例如-1阶衍射束)获得子目标32至35的图像。在步骤S3处，无论是通过改变照射模式、或改变成像模式，还是通过在量测设备的视场中将衬底W旋转180°，都能够使用另一种一阶衍射束(+1阶衍射束)获得重叠目标的第二图像。因此，在第二图像中捕获了+1衍射辐射。

应注意，通过在每个图像中仅包括一阶衍射辐射的一半，这里所指的“图像”不是常规的暗场显微镜图像。重叠目标的单个重叠目标线将不会被分辨。每个重叠目标将简单地由某一强度水平的区域表示。在步骤S4中，在每个部件重叠目标的图像内识别感兴趣的区(ROI)，将从所述区测量强度水平。

在已经识别每个单独的重叠目标的ROI并测量了其强度的情况下，然后能够确定重叠目标的不对称性，并因此确定重叠误差。这在步骤S5中(例如通过处理器PU)比较针对每个子目标32至35的+1阶和-1阶所获得的强度值以识别其强度不对称性(例如其强度的任何差异)来进行。术语“差异”并不旨在仅是指减法。差异可以以比例的形式计算。在步骤S6中，使用用于多个重叠目标的被测量的强度不对称性，连同那些重叠目标的任何已知被强加的重叠偏置的知识，以计算重叠目标T附近的光刻过程的一个或更多个性能参数。所感兴趣的性能参数是重叠。

当前重叠计算方法依赖于如图4中所图示的该两种子目标(或两种垫(pad))目标(例如每个方向)，其中重叠OV经由以下等式确定：

其中：

是来自正偏置目标(例如强度值)的+1衍射阶；

是来自正偏置目标的-1衍射阶；

是来自负偏置目标的+1衍射阶；

是来自负偏置目标的-1衍射阶；

(例如来自正偏置目标的+1强度和-1强度的不对称性)；和

(例如来自负偏置目标的+1强度和-1强度的不对称性)。

方程式1可以依据敏感度系数K重新调配，该系数K是具有独立于重叠(假定理想的目标)的特殊性质的依赖于叠层的参数：

A_+d+A_-d＝K·OV 方程式2

其中：

然而，该理想的目标的假设由于实际上目标不是理想的而导致在重叠计算中的误差。除强加的偏置(即，在每层中的光栅每个都被设计成结构上是对称的)以外，目标典型地设计成在结构上是对称的。然而，每一目标应始终包括一些结构不对称性而非强加的偏置。例如，目标结构的最低或底部光栅中的不对称性(例如由于偶然的地板倾角(floor tilt)、侧壁角或高度差导致的)是结构不对称性的常见形式。结构不对称性可以例如在最初形成底部光栅之后所执行的晶片处理步骤(诸如化学机械抛光(CMP))中产生。

诸如结构不对称性之类的目标缺陷导致的结果是受影响的敏感度系数K，因而横跨衬底在目标至目标之间变化。然而，已提出此处应存在不是依赖于目标的代表性敏感度系数K*。因此提出一种用于确定这种代表性敏感度系数K*的方法，其中任一者用于衬底的所有目标，或其子集(大于一个)。更具体地，代表性敏感度系数K*的确定可以包括代表性敏感度系数函数K*(λ)(通常称作摇摆曲线)的确定。

图7是敏感度系数K相对于用于衬底上的所有目标的波长λ的曲线图(即，每条曲线是关于特定目标的单独的摇摆曲线)。在没有目标缺陷的情况下，将仅存在单条摇摆曲线，对所有目标来说摇摆曲线将是相同的。然而，可以看见，在每个目标中结构不对称性的效应是摇摆曲线K(λ)在目标至目标之间变化。这意味着对于给定波长，该敏感度系数K对于一个目标与另一个目标相较而言可能具有较大差异。尽管如此，也应该清楚的是，在波长范围内存在目标至目标的清晰趋势。本文提出基于这一趋势而确定代表性敏感度系数函数K*(λ)。基于此，敏感度系数K的估算可以通过使用更加不受目标缺陷影响的代表性敏感度系数K*来改善，并用于重叠计算中，由此导致改善的重叠准确性。可以确定用于衬底的所有目标或用于其子集的代表性敏感度系数函数K*(λ)；例如，每个区(例如，外(边缘)衬底区和内衬底区，可能延伸以包括一个或更多个中间区)。

提出用于确定代表性敏感度系数K*的多种不同的方法。在一个实施例中，这可以包括采用如被确定用于测量域(例如每个区或衬底)内的所有目标的被测量的敏感度系数K的中位值。在多个波长是可获得的情况下，可以按回归通过每个波长确定这些中位值来确定代表性敏感度系数函数K*(λ)。可选地，这类方法可以通过减弱在该代表性敏感度系数K*中存在最大目标至目标变化的波长(例如仅包括具有基本K变化或低于阈值变化量度的变化的那些波长)来改善。

图8图示可以使用机器学习技术以对如每个目标确定的该代表性敏感度系数函数K*(λ)进行聚类或分类的另一种方法。其示出了与图7(左)相同的聚类成三个簇的曲线图。接着可以每个簇地确定代表性敏感度系数函数K*(λ)，或仅为一个簇确定代表性敏感度系数函数K*(λ)并全局应用所述代表性敏感度系数函数K*(λ)。可以使用中位值确定用于如已描述的该簇的代表性敏感度系数函数K*(λ)。该机器学习技术可以包括k均值或高斯(Gaussian)混合建模技术。可以在依赖于过程的基础上确定选定的簇的数目，或可以选择任意数目(诸如在2与5之间的任一数目)。诸如主成分分析(PCA)之类的降维技术也能够用于确定簇的最佳数目，所述最佳数目接着能够由簇算法使用。

可以基于针对特定簇确定的敏感度系数函数K*(λ)来全局地确定用于整个衬底的代表性敏感度系数函数K*(λ)。由于在衬底中心区处目标缺陷不大可能是问题，因此这一特定簇可以是(例如)表示衬底中心区的目标的簇(已观察到，聚类往往会产生根据目标区聚类的组)。如果聚类导致径向对称聚类(例如基于中心区对外部区(和如果簇的数目超过2的一个或更多个中间环)的聚类)，则每个衬底仅使用单个代表性敏感度系数函数K*(λ)可以是优选的。如果该聚类并没有表示出这样的趋势，则随后每个簇的代表性敏感度系数函数K*(λ)的确定和应用可以是优选的。

一旦确定了代表性敏感度系数K*，就可以随后使用通过A_+d+A_-d相对于代表性敏感度系数K*的曲线图的依赖于波长的点(例如n个波长λ₁至λ_n)的线性回归来估算重叠；例如，根据方程式2，在矩阵表示中，其变为：

其可以通过以下来求解重叠OV：

OV＝(X^TX)^-1XY 方程式5

其中X^T是X的转置。

尽管以上方法的优势之一是其利用来自两个子目标的所有数据，但是该方法可以扩展至仅具有单个子目标(例如每个方向)的目标的测量。这样的方法可以包括根据A_+d或A_-d(例如依赖于该单个子目标的偏置)相对于该代表性敏感度系数K*的曲线图的线性拟合的斜率确定。因而，方程式4将稍微修改以使得矩阵Y中每一行仅具有单个项A_+d(λ₁)或A_-d(λ₁)。

图9是使用本文中所描述的技术来测量重叠的示例性方法的流程图。在步骤S11处，通过光刻设备(诸如图2的光刻单元)而处理衬底(例如，半导体晶片)一次或更多次，以产生(例如根据采样方案而策略性定位的)横跨衬底的多个重叠目标。在S12处，在使用例如图3的(a)的量测设备的情况下，使用仅包含一阶/更高阶衍射束(例如，+1)中的一个阶衍射束的第一(多波长)辐射来获得重叠目标的第一(正常)图像。在步骤S13处，使用包括另一一阶/更高阶衍射束(例如，-1)的第二(多波长)辐射来获得重叠目标的第二(补充)图像。可以同时执行步骤S12和S13(例如通过使用光楔来分离所述衍射阶)。步骤S11至S13对应于图6的步骤S1至S3。

在步骤S14处，来自步骤S12和S13测量获得的图像的强度值被用于确定目标中的每一个目标的摇摆曲线或敏感度系数函数K(λ)。

在步骤S15处，从步骤S14的摇摆曲线确定至少一个代表性摇摆曲线或敏感度系数函数K*(λ)。代表性摇摆曲线可以被确定用于整个衬底或仅用于目标的子集(例如每个区)。这一步骤可以使用聚类或其他机器学习技术，和/或确定回归通过中位值，如所描述的。

在步骤S16处，使用(至少一个)代表性摇摆曲线或敏感度系数函数K*(λ)来确定重叠。在实施例中，可以根据方程式4/方程式5确定重叠。

虽然上文描述的目标是为测量目的而专门设计和形成的量测目标，但是在其它实施例中，可以在作为在衬底上形成的器件的功能部分的目标上测量性质。许多器件具有规则的类似光栅的结构。本文使用的术语“目标光栅”和“目标”不需要该结构已经专门设置用于正在执行的测量。另外，量测目标的节距P接近散射仪的光学系统的分辨率极限，但可以比通过目标部分C中的光刻过程制造的典型产品特征的尺寸大得多。实际上，可以使所述目标内的重叠光栅的线和/或空间包括在尺寸上类似于产品特征的较小结构。

与在衬底和图案形成装置上实现的目标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更多个机器可读指令序列，其描述测量衬底上的目标和/或分析测量结果以获得关于光刻过程的信息的方法。该计算机程序可以例如在图3的设备中的单元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储存介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。在现有量测设备(例如图3中所示的类型)已经在生产和/或使用中的情况下，本发明能够通过如下实施：提供更新的计算机程序产品，以使处理器执行步骤S14-S16，并因此计算重叠误差。

该程序可以可选地布置成控制所述光学系统、衬底支撑件等等以执行步骤S12至S15，以用于测量关于合适的多个目标的不对称性。

尽管上文已经具体参考了在光学光刻术的内容背景中使用本发明的实施例，但是应当了解，本发明可以用于其它应用，例如压印光刻术，并且在所述内容背景允许的情况下，不限于光学光刻术。在压印光刻术中，图案形成装置中的形貌限定了在衬底上产生的图案。图案形成装置的形貌可以被压制到被供给衬底的抗蚀剂层中，于是抗蚀剂通过施加电磁辐射、热、压力或者它们的组合被固化。在抗蚀剂被固化之后所述图案形成装置被移出抗蚀剂，在其中留下图案。

在下面编号的方面中描述了根据本发明的其它实施例：

1.一种确定衬底上的目标的特性的方法，包括：

获得多个强度不对称性测量的结果，每个强度不对称性测量的结果与形成于所述衬底上的目标有关；

根据所述多个强度不对称性测量的结果，确定与每个目标对应的敏感度系数；

根据前一步骤确定的所述敏感度系数，确定所述多个目标的代表性敏感度系数或确定所述多个目标中的多于一个目标的子集的代表性敏感度系数；和

使用所述代表性敏感度系数确定所述目标的所述特性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标的所述特性包括重叠。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述敏感度系数描述将重叠与强度不对称性相关的比例常数。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，包括：使用每个目标的所述代表性敏感度系数，确定所述多个目标的所述特性。

5.根据权利要求1、2或3所述的方法，包括：使用所述子集的每个目标的所述代表性敏感度系数，确定所述多个目标的所述子集的所述特性。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定代表性敏感度系数包括：确定所述多个目标的敏感度系数的中位值。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用具有多个不同的照射特性的辐射，执行所述多个强度不对称性测量。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述多个不同的照射特性包括多个不同的波长和/或偏振。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述确定与每个目标对应的敏感度系数包括：确定每个目标的依赖于照射特性的敏感度系数函数；和

所述确定代表性敏感度系数包括：确定代表性的依赖于照射特性的敏感度系数函数。

10.根据权利要求9所述的方法，包括：执行机器学习过程以将所述依赖于照射特性的敏感度系数函数分类成不同的组。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述机器学习过程是聚类过程。

12.根据权利要求10或11所述的方法，包括：从所述组中的单个组确定单个代表性的依赖于照射特性的敏感度系数函数，以确定全部所述多个目标中的所述目标的所述特性。

13.根据权利要求10或11所述的方法，包括：确定所述组中的每个组的组代表性的依赖于照射特性的敏感度系数函数。

14.根据权利要求9-13中任一项所述的方法，其中，确定所述多个目标和/或所述多个组中的一组或更多组的代表性的依赖于照射特性的敏感度系数函数包括：在每个照射特性下，回归通过与所述多个目标或适当的组相对应的所述敏感度系数的中位值。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述目标包括具有第一偏置的第一子目标和具有第二偏置的第二子目标，所述确定所述目标的所述特性的步骤包括：使用来自所述第一子目标和第二子目标两者的不对称性测量的结果的组合。

16.根据权利要求1-14中任一项所述的方法，其中，所述目标包括单个子目标。

17.一种量测设备，包括：

照射系统，配置成用辐射对目标进行照射；和

检测系统，配置成检测由对于所述目标的照射引起的散射辐射；

其中，所述量测设备能够操作以执行根据权利要求1-16中任一项所述的方法。

18.一种计算机程序，包括处理器可读指令，其中，当在适当的处理器所控制的设备上运行时，所述处理器可读指令使得所述处理器所控制的设备执行根据权利要求1至16中任一项所述的方法。

19.一种计算机程序载体，包括根据权利要求18所述的计算机程序。

本文使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，所述电磁辐射包括紫外(UV)辐射(例如具有或约为365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有在5-20nm的范围内的波长)以及诸如离子束或电子束等粒子束。

在所述内容背景允许的情况下，术语“透镜”可以表示各种类型的部件中的任何一种或其组合，包括折射式部件、反射式部件、磁性部件、电磁部件和静电部件。

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，在不背离本发明的整体构思且不进行过度实验的情况下，其他人可以通过应用本领域技术范围内的知识而容易地修改和/或调适这些具体实施例的各种应用。因此，基于本文展示的教导和指导，这些调适和修改旨在落入所公开实施例的等同方案的含义和范围内。应理解，本文的措辞或术语是出于通过举例的描述的目的，而非限制的目的，使得本说明书的术语或措辞将由技术人员根据教导和指导来解释。

本发明的宽度和范围不应受任一上述示例性实施例限制，而应仅由随附的权利要求书及其等同物来限定。

Claims (15)

1.一种确定衬底上的目标的特性的方法，包括：

获得多个强度不对称性测量的结果，每个强度不对称性测量的结果与形成于所述衬底上的目标有关；

根据所述多个强度不对称性测量的结果，确定与每个目标对应的敏感度系数；

根据前一步骤确定的所述敏感度系数，确定所述多个目标的代表性敏感度系数或确定所述多个目标中的多于一个目标的子集的代表性敏感度系数；和

使用所述代表性敏感度系数，确定所述目标的所述特性。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述目标的所述特性包括重叠。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述敏感度系数描述将重叠与强度不对称性相关的比例常数。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，包括：使用每个目标的所述代表性敏感度系数，确定所述多个目标的所述特性。

5.根据权利要求1、2或3所述的方法，包括：使用所述子集的每个目标的所述代表性敏感度系数，确定所述多个目标的所述子集的所述特性。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，确定代表性敏感度系数包括：确定所述多个目标的敏感度系数的中位值。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用具有多个不同的照射特性的辐射，执行所述多个强度不对称性测量。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述多个不同的照射特性包括多个不同的波长和/或偏振。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中，所述确定与每个目标对应的敏感度系数包括：确定每个目标的依赖于照射特性的敏感度系数函数；和

所述确定代表性敏感度系数包括：确定代表性的依赖于照射特性的敏感度系数函数。

10.根据权利要求9所述的方法，包括：执行机器学习过程，以将所述依赖于照射特性的敏感度系数函数分类成多个组。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述机器学习过程是聚类过程。

12.根据权利要求10或11所述的方法，包括：从所述多个组中的单个组确定单个代表性的依赖于照射特性的敏感度系数函数，以用于确定全部所述多个目标中的所述目标的所述特性。

13.根据权利要求10或11所述的方法，包括：确定所述多个组中的每个组的组代表性的依赖于照射特性的敏感度系数函数。

14.根据权利要求9-13中任一项所述的方法，其中，确定所述多个目标的代表性的依赖于照射特性的敏感度系数函数和/或确定所述多个组中的一组或更多组的代表性的依赖于照射特性的敏感度系数函数包括：在每个照射特性下，回归通过与所述多个目标或适当的组相对应的所述敏感度系数的中位值。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述目标包括具有第一偏置的第一子目标和具有第二偏置的第二子目标，所述确定所述目标的所述特性的步骤包括：使用来自所述第一子目标和第二子目标两者的不对称性测量的结果的组合。

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