CN112840270A - 用于测量光刻设备的聚焦性能的方法 - Google Patents

Abstract

一种光刻设备将聚焦量测图案(T)印刷在衬底上，所印刷的图案至少包括特征的第一阵列(800)。该阵列内的任何部位处的特征限定至少在第一周期性方向(X)上重复的图案，而重复图案的几何参数(w1，w3)在整个所述阵列内变化。从该阵列的在部位的选定子集(ROI)处的测量结果导出聚焦测量结果。结果，聚焦性能的测量结果所基于的几何参数能够通过选择阵列内的部位而优化。减少或消除了对优化掩模版(MA)上的目标设计的几何参数的需求。所测量的属性可以是例如不对称的和/或具有衍射效率的。可以通过暗场成像拍摄用于所有部位的所测量的属性，并且在拍摄之后选择部位的子集。

Description

用于测量光刻设备的聚焦性能的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年10月12日提交的EP专利申请18200000.0的优先权，该EP申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及能够用于例如在利用光刻技术进行的器件制造中执行量测的检测设备和方法。本发明进一步涉及用于监控光刻工艺中的聚焦参数的此类方法，并且涉及用于实施该方法的图案化装置。

背景技术

光刻设备是将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。光刻设备可以用于例如制造集成电路(IC)。在这种情况下，图案化装置(其可替代地被称作掩模或掩模版)能够用于产生待形成于IC的单层上的电路图案。可以将此图案转移到衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括管芯的一部分、一个管芯或多个管芯)上。通常通过成像到提供于衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行图案的转移。通常，单个衬底将包含经连续地图案化的相邻目标部分的网格。

在光刻工艺中，需要频繁地进行所产生结构的测量，例如以用于工艺控制和验证。用于进行这些测量的各种工具是已知的，包括经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准确度)的特殊化工具。近来，已经开发了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到目标上且测量散射辐射的一个或多个属性——例如根据波长而变化的在单一反射角下的强度；根据反射角而变化的在一个或多个波长下的强度；或根据反射角而变化的偏振——以获得可供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和US2010201963A1中描述的类型的角度分辨散射仪。由这些散射仪使用的目标是相对大(例如40μm乘40μm)的光栅，并且测量束产生小于光栅的光斑(即，光栅填充不足)。使用衍射阶的暗场成像进行的以衍射为基础的重叠量测使得能够对较小目标的重叠和其他参数进行测量。这些目标可能小于照射光斑且可能被衬底上的产品结构环绕。来自环境产品结构的强度可以利用图像平面中的暗场检测与来自重叠目标的强度有效地分离。

可以在国际专利申请案US20100328655A1和US2011069292A1中找到暗场成像量测的示例，该申请案的文件的全文以引用方式并入本文中。已公布的专利公开案US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、US20130271740A和WO2013178422A1中描述了该技术的进一步进展。这些目标可能小于照射光斑且可能被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。所有这些申请案的内容也以引用方式并入本文中。

需要监控的光刻工艺的一个重要参数是焦点。需要将数量不断增加的电子部件集成到IC中。为了实现此目标，有必要减小部件的尺寸并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)收缩，在整个衬底中以及在衬底之间的聚焦的一致性变得越来越重要。CD是变化将造成一个或多个特征的物理属性的不良变化的该特征的尺寸(诸如晶体管的栅极宽度)。

传统地，最优设定是通过“提前发送晶片”来确定的，“提前发送晶片”即，在生产运作时间之前曝光、显影和测量的衬底。在提前发送晶片中，在所谓的焦点能量矩阵(FEM)中曝光测试结构，并且根据那些测试结构的检查结果确定最优焦点和能量(曝光剂量)设定。近年来，聚焦量测目标被包括在生产设计中，以允许对聚焦性能的连续监控。这些量测目标应该准许对焦点的快速测量，以允许大量制造中的快速性能测量。理想地，量测目标应该足够小，使得量测目标可以被放置于产品特征中，而没有空间的不当损耗。

已知聚焦测量技术采用如下事实：可以利用图案的特殊设计将聚焦敏感不对称性引入印刷在抗蚀剂层中的结构中，使得散焦致使光致抗蚀剂线的侧壁角具有不同的斜率。可以使用在红外辐射波长、可见光辐射波长或紫外辐射波长下工作的高速检测设备(诸如散射仪)来有效地测量光栅结构中的不对称性。当前测试结构设计和聚焦测量方法具有多个缺点。已知聚焦量测目标需要具有较大节距的次分辨率特征和/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。

对于EUV光刻，在使用波长小于20nm(例如13.5nm)的辐射来执行印刷的情况下，次分辨率特征的产生变得更加困难。对于EUV光刻，抗蚀剂厚度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。在本申请案的优先权日未公布的国际专利申请案PCT/EP2018/063959中，呈现用于聚焦量测目标的多个新设计，该多个新设计可以展现聚焦依赖不对称性，而无需违反设计规则的次分辨率特征。这些设计尤其适用于EUV光刻，但是也可以应用于DUV光刻中。该国际专利申请案的全部内容以引用方式并入本文中。

然而，这些技术的实际实施带来多个挑战。依赖于散焦以使光致抗蚀剂线的侧壁角具有不同的斜率需要在光刻设备及抗蚀剂的成像能力的精确裕度下进行操作。基于计算仿真选择目标参数是非常困难的。因此，现今用于选择那些参数的方式是印刷参数的所有使用的组合以及从产品或测试晶片读取所有所述参数。基于那些测量，选择特定设计以放置于产品掩模版上。在将该目标印刷在产品晶片上之后，进行选配方案优化步骤以便选择在测量时间时使用的最优聚焦量测选配方案。此外，对于每一个产品及产品内的每一层，可能需要完全单独的设计和优化工艺，使得用于每一个掩模版的目标设计和量测选配方案是不同的。该目标选择工序因此是耗时的并且需要客户提供特定的晶片和动作。设计在产品掩模版中是固定的，并且随着工艺条件改变可能变得不太理想。

出于这些原因，需要开发用于在光刻工艺中(尤其在EUV光刻中)进行聚焦性能的测量并且也用于通常以投影为基础的光刻的新技术。

发明内容

本发明旨在提供测量聚焦性能的替代方法。

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，该方法包括：

(a)接收其上已经印刷有聚焦量测图案的衬底，所印刷的聚焦量测图案至少包括特征的第一阵列，其中，所述第一阵列内的任何部位处的特征限定至少在第一周期性方向上重复的图案，并且重复的图案的至少一个几何参数在整个所述阵列中在不同的部位处是变化的；

(b)测量至少在整个所述阵列中的所述部位的选定子集处的所印刷的聚焦量测图案的属性；以及

(c)从在整个所述阵列中测量的所述部位的选定子集处测量的所述属性导出聚焦性能的测量结果，由此，聚焦性能的测量结果所基于的重复的图案具有部分地通过选择所述阵列内的部位的所述子集来确定的几何参数。

本发明在第二方面中提供一种用于光刻设备中的图案化装置，该图案化装置包括限定一个或多个器件图案的部分以及限定一个或多个量测图案的部分，所述量测图案至少包括一个聚焦量测图案，该聚焦量测图案至少包括特征的第一阵列，其中，所述第一阵列内的任何部位处的特征限定至少在第一周期性方向上重复的图案，并且重复的图案的至少一个几何参数在整个所述阵列中在不同的部位处是变化的，由此能够通过使用在整个所述阵列中的所述部位的选定子集测量所印刷的聚焦量测图案的属性来执行使用具有不同几何参数的重复的图案进行的聚焦性能的测量。

本发明在第三方面中提供一种确定用于控制光刻设备的量测选配方案的方法，该方法包括：

(a)接收多个聚焦量测图案的属性的测量结果，所述聚焦量测图案已经由光刻设备在一个或多个衬底上以程序化聚焦偏移印刷了多次，所印刷的聚焦量测图案至少包括特征的第一阵列，其中，所述第一阵列内的任何部位处的特征限定至少在第一周期性方向上重复的图案，并且重复的图案的至少一个几何参数在整个所述阵列中在不同的部位处是变化的，已经在整个阵列的多个部位处进行每一个所印刷的聚焦量测图案的所述属性的测量；以及

(b)基于在所述多个部位处测量的属性以及基于在印刷每一个聚焦量测图案时应用的聚焦偏移的知识，确定在整个所述阵列中测量的所述部位的最优子集，以及将识别选定子集的信息存储为用于经历相似处理的后续衬底上的聚焦性能的测量的量测选配方案的一部分。

本发明又进一步提供一种用于测量光刻工艺的聚焦性能的量测设备，该量测设备能够操作以执行根据如上文所阐述的本发明的第一方面所述的方法中的步骤(a)和(b)。

本发明又进一步提供一种用于确定量测选配方案的设备，该量测设备能够操作以执行如上文所阐述的本发明的第二方面所述的方法中的步骤(a)和(b)。

本发明又进一步提供一种光刻系统，该光刻系统包括光刻设备，该光刻设备包括：

照射光学系统，该照射光学系统被配置为照射图案化装置；

投影光学系统，该投影光学系统被配置为将该图案化装置的图像投影到衬底上；以及

根据如上文所阐述的本发明的量测设备，

其中，所述光刻设备被配置为在将图案施加到其他衬底时使用由所述量测设备导出的聚焦性能的测量结果。

本发明又进一步提供一种用于实施根据如上文所阐述的本发明的各个方面所述的方法和设备的计算机程序产品。该计算机程序产品可以包括存储于非暂时性介质上的指令。

本发明又进一步提供一种使用根据如上文所阐述的本发明的方法中的任一者来制造器件的方法。

下文参照附图详细地描述本发明的另外特征及优点，以及本发明的各种实施例的结构和操作。应当注意的是，本发明不限于本发明所描述的特定实施例。本公开内容中仅出于说明性目的呈现此类实施例。基于本公开内容中所包含的教导，额外实施例对于相关领域的技术人员而言将是显而易见的。

附图说明

现在将参照随附的示意性附图并仅作为示例来描述本发明的实施例，在附图中，对应的附图标记指示对应的部件，并且在附图中：

图1描绘具有(在该示例中)反射型图案化装置的光刻设备；

图2描绘光刻设备和量测设备能够用于执行根据本发明的方法的光刻元或光刻簇；

图3中的(a)和(b)示意性地说明经调适以执行角度分辨散射测量和暗场成像检测方法的检测设备；

图4说明形成示例性聚焦量测图案的特征的阵列中的重复图案的部分，并且示出在示例(a)和(b)之间重复图案的几何参数的变化，该设计是在本申请案的优先权日未公布的以上所提及的国际专利申请案PCT/EP2018/063959中描述的示例中的一个；

图5示出复合聚焦量测目标的形成，该复合聚焦量测目标包括基于图4中所示出的重复图案的变化的特征的四个阵列，并且包括阵列的镜像对；

图6示意性地示出使用图3的设备获得的图5的目标的聚焦量测图案的暗场图像；

图7是根据以上所提及的PCT/EP2018/063959中的实施例的监控聚焦的方法的流程图；

图8示出(a)根据本发明的第一实施例的包括特征的单一阵列的聚焦量测目标，特征的该单一阵列包括重复图案中的几何参数的二维变化，以及图8示出(b)使用图3的设备获得的图5的目标的聚焦量测图案的暗场图像；

图9是根据本发明的实施例的监控聚焦的方法的流程图；

图10示出在本发明的实施例中的获得聚焦量测选配方案的方法；

图11示出根据本发明的另一个实施例的包括特征的两个阵列的聚焦量测目标，特征的该两个阵列包括重复图案中的几何参数的二维变化；

图12是根据本发明的另一个实施例的使用多个目标来监控聚焦的方法的流程图；

图13是根据本发明的另一个实施例的使用多个图像拍摄条件来监控聚焦的方法的流程图；

图14示出根据本发明的另一个实施例的包括三个几何参数的二维变化的另一个示例性聚焦量测目标；

图15示意性地示出用于具有节距及CD参数的二维变化的聚焦量测目标的特征的阵列的另一个示例；

图16示出用于本发明的实施例中的另外四个示例性聚焦量测图案(a)至(d)的示意性细节；

图17示出用于本发明的另外实施例中的两个示例性聚焦量测图案(a)和(b)的示意性细节。

具体实施方式

在详细地描述本发明的实施例之前，有指导性的是呈现可供实施本发明的实施例的示例性环境。作为示例，将描述EUV光刻环境，但是本文中披露的技术同样适用于其他类型的光刻术。

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。该设备包括：

-照射系统(照射器)IL，该照射系统(照射器)IL配置成调节辐射束B(例如EUV辐射)；

-支撑结构(例如掩模台)MT，该支撑结构(例如掩模台)MT构造成支撑图案化装置(例如掩模或掩模版)MA并且连接到配置成准确地定位该图案化装置的第一定位器PM；

-衬底台(例如晶片台)WT，该衬底台(例如晶片台)WT构造成保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W并且连接到配置成准确地定位该衬底的第二定位器PW；以及

-投影系统(例如反射投影系统)PS，该投影系统(例如反射投影系统)PS配置成将由图案化装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)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，诸如包括折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其他类型的光学部件、或其任何组合。

支撑结构MT以依赖于图案化装置的取向、光刻设备的设计、和其他条件(诸如例如图案化装置是否被保持在真空环境中)的方式来保持该图案化装置MA。支撑结构可以使用机械、真空、静电型或其他夹持技术来保持图案化装置。支撑结构可以是例如框架或台，框架或台可以根据需要是固定的或者可移动的。支撑结构可以确保图案化装置例如相对于投影系统处于期望的位置。

术语“图案化装置”应该被宽泛地解释为是指能够用于在辐射束的横截面中向辐射束赋予图案以便在衬底的目标部分中产生图案的任何装置。被赋予辐射束的图案可以对应于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，光刻术中所使用的图案化装置可以是透射型或反射型的。图案化装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列、以及可编程LCD面板。掩模在光刻中是熟知的，并且包括诸如二元、交变相移、及衰减相移的掩模类型、以及各种混合式掩模类型。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一者可以独立地倾斜，以使入射辐射束在不同方向上反射。倾斜的反射镜在由反射镜矩阵反射的辐射束中赋予图案。

类似于照射系统，投影系统可以包括适于所使用的曝光辐射或适于诸如真空的使用的其他因素的各种类型的光学部件，诸如包括折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其他类型的光学部件、或其任何组合。可能期望将真空用于EUV辐射，这是由于其他气体可能吸收过多辐射。因此，可以借助于真空壁及真空泵而将真空环境提供到整个束路径。

如此处所描绘的，设备是反射型的(例如使用反射型掩模)。本发明的聚焦量测技术经开发以特别用于与反射型图案化装置(掩模版)一起使用，其中，照射不在垂直于图案化装置表面的平面的方向上，而是呈稍微倾斜的角。原则上，如果由于一些原因照射引入不对称性，则相同的技术可以应用于透射型图案化装置。通常，掩模版的照射被设计为对称的，但是在反射型掩模版的情况下，这通常是不可能的。

本发明的某些实施例使用反射型图案化装置来采用投影系统中的不对称性。其他实施例适用于任何种类的投影系统。

光刻设备可以属于具有两个(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，或者可以对一个或多个台进行预备步骤，同时将一个或多个其他台用于曝光。

参照图1，照射器IL接收来自源模块SO的极紫外辐射束。用于产生EUV光的方法包括但不必限于利用在EUV范围内的一个或多个发射谱线将具有至少一种元素(例如氙、锂或锡)的材料转换成等离子体状态。在一种此类方法(经常被称为激光产生等离子体“LPP”)中，可以通过利用激光束来辐照燃料(诸如具有所需谱线发射元素的材料的小滴、串流或簇)而产生所需要的等离子体。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，该激光器用于提供激发燃料的激光束。所产生的等离子体发射输出辐射，例如EUV辐射，该辐射是使用安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，不认为激光形成光刻设备的一部分，并且辐射束借助于包括例如适当的引导镜和/或扩束器的束传输系统而从激光传递到源模块。在其他情况下，例如，当源是放电产生等离子体EUV产生器(经常被称为DPP源)时，源可以是源模块的整体部分。

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，可以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可以包括各种其他部件，诸如琢面场反射镜装置和琢面光瞳反射镜装置。照射器能够用于调节辐射束，以在其横截面中具有期望的均一性和强度分布。

辐射束B入射于被保持在支撑结构(例如掩模台)MT上的图案化装置(例如掩模)MA上，并且由该图案化装置图案化。在从图案化装置(例如掩模)MA反射之后，辐射束B传递通过投影系统PS，该投影系统PS将束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器PS2(例如干涉装置、线性编码器或电容式传感器)，可以准确地移动衬底台WT，例如以使不同的目标部分C定位于辐射束B的路径中。相似地，第一定位器PM和另一个位置传感器PS1能够用于相对于辐射束B的路径准确地定位图案化装置(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来对准图案化装置(例如掩模)MA和衬底W。

所描绘的设备可以用于以下模式中的至少一种模式中：

1.在步进模式中，在将被赋予辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上时，使支撑结构(例如掩模台)MT和衬底台WT保持大致静止(即，单次静态曝光)。然后，使衬底台WT在X和/或Y方向上移位，使得能够曝光不同的目标部分C。

2.在扫描模式中，在将被赋予辐射束的图案投影到目标部分C上时，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)。可以由投影系统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.在另一种模式中，在将被赋予辐射束的图案投影到目标部分C上时，使支撑结构(例如掩模台)MT保持大致静止，从而保持可编程图案化装置，并且移动或扫描衬底台WT。在此模式中，通常使用脉冲式辐射源，并且在衬底台WT的每一次移动之后或在扫描期间的连续辐射脉冲之间根据需要来更新可编程图案化装置。此操作模式可以易于应用于利用可编程图案化装置(诸如上文所提及的类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻。

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。

将理解的是，光刻设备在图1中以高度示意性形式表示，但该形式是本发明所必要的全部形式。

如图2中所示出的，光刻设备LA形成光刻元LC(有时也被称作光刻元或光刻簇)的部分，光刻元LC也包括用于对衬底执行曝光前工艺及曝光后工艺的设备。通常，这些设备包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用于显影被曝光的抗蚀剂的显影器DE、激冷板CH和烘烤板BK。衬底处置器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底，在不同工艺设备之间移动衬底，并且然后将衬底传输至光刻设备的装载台LB。经常被统称为涂覆显影系统(track)的这些装置是在涂覆显影系统控制单元TCU的控制下，涂覆显影系统控制单元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，不同的设备可以被操作以最大化生产量和处理效率。

为了正确且一致地曝光由光刻设备曝光的衬底，需要检测被曝光的衬底以测量属性，诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。因此，光刻元LC在其中定位的制造设施也包括量测系统MET，量测系统MET接收已经在光刻元中处理的衬底W中的一些或全部。将量测结果直接或间接地提供到管理控制系统SCS。尤其是在可足够迅速地且快速地完成检测以使得同一批量的其他衬底仍待曝光的情况下，如果检测到误差，则可以对后续衬底的曝光进行调整。此外，已经曝光的衬底可以被剥离及返工以改善良率，或被舍弃，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，可以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，检测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之间变化。检测设备可以一体形成到光刻设备LA或光刻元LC中，或者可以是单机装置。为了实现最快速的测量，需要使检测设备紧接在曝光之后测量被曝光的抗蚀剂层中的属性。然而，抗蚀剂中的潜影具有极低的对比度——在已经曝光到辐射的抗蚀剂的部分与尚未曝光到辐射的抗蚀剂的部分之间仅存在极小的折射率差——并且不是所有的检测设备都具有足够敏感度以对潜影进行有用的测量。因此，可以在曝光后烘烤步骤(PEB)之后进行测量，曝光后烘烤步骤(PEB)通常是对被曝光的衬底进行的第一步骤并且增加抗蚀剂的被曝光的部分与未被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像。也有可能对被显影的抗蚀剂图像进行测量——此时，抗蚀剂的被曝光的部分或未被曝光的部分已被移除——或在诸如蚀刻的图案转移步骤之后进行被显影的抗蚀剂图像的测量。后者的可能性限制返工有缺陷衬底的可能性，但仍可以提供有用信息。

图3中的(a)示意性地示出实施所谓的暗场成像量测的检测设备的关键元件。该设备可以是单机装置或并入光刻元LC中或例如测量站处的光刻设备LA中。由点线O表示贯穿设备的具有多个分支的光学轴线。图3中的(b)中更详细地说明目标光栅结构T和衍射射线。

如引言中所引用的先前申请案中所描述的，图3中的(a)的暗场成像设备可以是可代替光谱散射仪使用的或者除光谱散射仪以外加以使用的多用途角度分辨散射仪的一部分。在该类型的检测设备中，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、彩色滤光片、偏振器和孔径装置13。被调节的辐射遵循照射路径IP，在照射路径IP中，被调节的辐射由部分反射表面15反射且经由显微镜物镜16聚焦到衬底W上的光斑S中。量测目标T可以形成于衬底W上。透镜16具有较高的数值孔径(NA)，优选地是至少0.9并且更优选地是至少0.95。如果需要，则可以使用浸没流体以获得大于1的数值孔径。

在该示例中，物镜16也用于收集已经由目标散射的辐射。示意性地，示出用于此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分支。作为光瞳成像分支的所说明的示例包括光瞳成像光学系统18和光瞳图像传感器19。还示出成像分支，下文将更详细地描述该成像分支。另外，其他光学系统及分支将被包括在实际设备中，例如以收集参考辐射以用于强度归一化、用于拍摄目标的粗成像、用于聚焦等。可以在上文所提及的先前公开案中找到这些光学系统及分支的细节。

在量测目标T被提供于衬底W上的情况下，这可以是1D光栅，1D光栅被印刷使得在显影之后，由固体抗蚀剂线形成长条。目标可以是2D光栅，2D光栅被印刷以使得在显影之后，由抗蚀剂中的固体抗蚀剂导柱或通孔形成光栅。长条、导柱或通孔可替代地被蚀刻到衬底中。这些光栅中的每一个都是其属性可以使用检测设备来研究的目标结构的示例。

可以调整照射系统12的各种部件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)及偏振作为照射辐射的特性以外，照射系统12也可以被调整以实施不同的照射轮廓。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以光斑S入射于衬底W上的光的角度分布。为了实施不同的照射轮廓，孔径装置13可以被提供于照射路径中。孔径装置可以包括安装于可移动滑杆或轮上的不同孔径。孔径装置可以可替代地包括可编程空间光调变器。作为另一个替代方案，光纤可安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其各个部位处传输光或不传输光。这些变型例都在上文所引用的文件中被论述及例示。

在第一示例性照射模式中，使用孔径13N并提供射线30a，使得入射角如在图3中的(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”(不应与光学轴线“O”混淆)。在第二照射模式中，使用孔径13S，使得可以提供射线30b，在这种情况下，相较于第一模式，入射角与反射角将调换。在图3中的(a)中，第一示例性照射模式和第二示例性照射模式的零阶射线分别被标注为0(13N)和0(13S)。这些照射模式都将被辨识为离轴照射模式。可以出于不同目的实施许多不同照射模式，包括同轴照射模式。

如图3中的(b)中更详细地示出的，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的光学轴线O。在离轴照射轮廓的情况下，与轴线O偏离一角度而照射于光栅T上的照射射线I产生一个零阶射线(实线0)和两个一阶射线(点链线+1和双点链线-1)。应该记住的是，在利用填充过度的小目标光栅的情况下，这些射线仅是覆盖衬底的包括量测目标光栅T和其他特征的区域的许多平行射线中的一类射线。由于照射射线30a的束具有有限宽度(为接纳有用量的光所必须的)，所以入射射线I事实上将占据角度的一个范围，并且衍射射线0及+1/-1将稍微散开。根据小目标的点散布函数，每一阶+1和-1将进一步散布在整个角度范围中，而不是如所示出的那样是单一的理想射线。

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’。孔径光阑21被提供于收集路径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20也可以被称为光瞳光阑。孔径光阑21可以采用不同形式，正如照射孔径可以采用不同形式一样。与透镜16的有效孔径组合的孔径光阑21确定使用散射辐射的哪一部分在传感器23上产生图像。通常，孔径光阑21用于阻挡零阶衍射束，使得形成于传感器23上的目标的图像仅是由一阶束形成的。在两个一阶束被组合以形成图像的示例中，该图像将是所谓的暗场图像，该图像等效于暗场显微镜。作为孔径光阑21的示例，可以使用仅允许通过同轴辐射的孔径21a。在使用与孔径21a组合的离轴照射的情况下，一次仅成像一阶中的一个。

将由传感器23拍摄的图像输出到图像处理器及控制器PU，图像处理器及控制器PU的功能将依赖于正被执行的测量的特定类型。出于本目的，执行对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组合以获得用于形成所述目标结构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重叠、焦点及剂量。提供目标的专门设计以允许经由同一大致不对称性测量方法进行不同性能参数的这些测量。

再次参照图3中的(b)及具有射线30a的第一示例性照射模式，来自目标光栅的+1阶衍射射线将进入物镜16并贡献于记录在传感器23处的图像。当使用第二照射模式时，射线30b以与射线30a相反的角度入射，并且因此-1阶衍射射线进入物镜并贡献于图像。当使用离轴照射时，孔径光阑21a阻挡零阶辐射。如先前公开案中所描述的，照射模式可以利用在X和Y方向上的离轴照射来限定。

通过比较目标光栅的在这些不同照射模式下的图像，可以获得不对称性测量结果。可替代地，可以通过保持相同的照射模式但旋转目标来获得不对称性测量结果。虽然示出了离轴照射，但是可以可替代地使用目标的同轴照射，并且可以使用被修改的离轴孔径21以将实质上仅一个一阶衍射光传递到传感器。在另一个示例中，一对离轴棱镜21b与同轴照射模式组合使用。这些棱镜具有以下作用：将+1阶和-1阶转向至传感器23上的不同部位，使得+1阶和-1阶可以被检测到以及比较而无需两个连续的图像拍摄步骤。上文所提及的已公布专利申请案US2011102753A1中披露了此技术，该专利申请案的内容以引用方式并入本文中。代替一阶束或者除了一阶束以外，也可以将二阶、三阶及更高阶束(图3中未示出)用于测量中。作为另一种变型例，可以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拍摄图像。

以衍射为基础的聚焦量测引入

在以下公开内容中，将说明用于测量光刻工艺的聚焦性能的技术。在印刷产品特征的同时，将于衬底上印刷包括某些聚焦量测图案的量测目标。将使用例如图3的设备中的以衍射为基础的技术来测量这些被印刷的图案中的不对称性。将假定将使用设备的暗场成像分支来执行这些不对称性测量。然而，也可以使用光瞳成像分支并利用其他形式的设备来对不对称性进行以衍射为基础的测量。当然，图3中所示出的设备仅是能够用于测量不对称性的检测设备及方法的一个示例。

在于DUV波长范围内工作的光刻设备的内容背景中，已成功地设计并使用用于以衍射为基础的聚焦(DBF)测量的目标。通过使在掩模版上的光栅图案中包括子分段特征来产生已知类型的DBF目标。在第一类型的DBF目标中，在更坚固的特征旁边，这些特征具有低于光刻设备的成像分辨率的尺寸。因此，它们并不作为单个特征印刷在衬底上的抗蚀剂层中，而是以对聚焦误差敏感的方式影响固体特征的印刷。具体地，这些特征的存在针对DBF量测目标内的光栅中的每一条线产生不对称抗蚀剂轮廓，其中，不对称性的程度依赖于焦点。因此，诸如图3的检测设备的量测工具可以测量形成于衬底上的目标的不对称性的程度并将该不对称性的程度转译成扫描仪焦点。

遗憾的是，已知DBF量测目标设计并不适用于所有情形。在EUV光刻中，抗蚀剂膜的厚度显著低于用于DUV浸没光刻中的抗蚀剂膜的厚度，从而导致衍射效率低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，在掩模版上提供次分辨率特征可能相当不切实际并且/或者可能违反半导体制造商的“设计规则”。此类规则通常作为用于限定特征设计的方式而建立，以确保被印刷的特征符合其工艺要求。在任何情况下，当尝试采用成像系统的极限以获得可用且可预测的焦点依赖不对称性时，最优目标设计和聚焦测量的校准变成试错法的事件。对符合设计规则的希望适用于DUV光刻中的DBF目标，而不仅是适用于EUV光刻中的DBF目标。本发明的原理可以同样应用于具有次分辨率特征的常规DBF目标中，或者应用于不包括低于印刷分辨率的特征的目标设计中。

以下示例包括可以用作本发明的实施的基础的各种聚焦量测图案，并且当然可以设想基于本公开内容中所披露的原理的其他示例。通常，在所述示例中，仅详细示出重复图案400的一小部分，包括具有特征的重复单元402，所述特征的尺寸是由各种几何参数限定的。

图4中的(a)和(b)示出重复图案的相同的基本设计的不同变型例。孤立地将相同的聚焦量测图案的一小部分用作图4中的示例。该图案的重复单元402包括一个第一特征422和一个第二特征424，该第一特征和该第二特征在第一周期性方向上彼此隔开距离w1。在该示例中，第一周期性方向是图案化装置和衬底的X方向。重复单元402在第一周期性方向上具有对应于重复图案的周期(节距)的第一尺寸Px，并且在第二周期性方向上具有对应于重复图案(如果存在的话)的周期(节距)的第二尺寸Py。该示例的重复图案中的每一个第二特征还包括在第二周期性方向(Y)上具有尺寸w2的子特征426。在该示例中，子特征是从第一特征的主体428不对称地突出的线。这些突出线或指状物的长度被标注为w3。该图案中的特征的最小尺寸接近但不小于印刷步骤的分辨率极限，使得无需违反设计规则。

尺寸Px、Py、w1、w2、w3是限定重复图案的几何参数的示例，并且可能需要多个其他参数来完全限定图案，这依赖于图案的形式和对设计的任何约束。如图4中的(b)中所示，可以调整聚焦量测图案的参数，以作为用于最优聚焦量测图案的设计工艺的一部分。在该示例中，参数w1和w3已变更，而w2和节距参数Px、Py保持与图4中的(a)参数相同。尤其在光刻设备的操作参数可以针对每一层自限定的情况下，针对每一层并针对产品的每一个工艺，最优的聚焦量测图案可能是不同的。可以以任何适当的格式来表达设计参数。比率可方便地用于表达特征的相对尺寸，而绝对尺寸可以直接地表达，或者由相对于指定分辨率极限和/或相对于周期Px或Py的比率来表达。

节距Px是在散射仪中采用的衍射的关键，并且节距Px的阶数通常与用于测量的辐射波长的阶数相同，并且比印刷步骤的分辨率大得多。Px的值可以是例如450nm或600nm。横向节距Py通常会小得多，例如是70nm，并且可能更接近于印刷步骤的印刷分辨率。本公开内容中的重复单元和重复图案中都不意图按比例绘制。应当注意的是，可以同时在正(白底黑字)和负(黑底白字)两个版本上看到每一个图案。可以通过参考正特征或负特征或者两者的混合来限定特定的设计。依赖于所选择的设计参数，正版本与负版本的尺寸可以相同(但是在镜像中相同)或不同。

可以使图4的示例中未变化的参数中的任一者变化。例如，可以使主节距Px和/或横向节距Py变化。

每一个变型例将比另一个变型例更好地或更差地起作用的情形依赖于工艺，并且因此通过使用模拟和/或实验来优化设计。依赖于光刻投影系统并且也依赖于例如所选择的照射模式，印刷步骤在一个方向上的分辨率极限可以不同于在另一个方向上的分辨率极限。在存在这种差别的情况下，可以在设定不同参数时以及在解释权力要求书的语言时考虑该差别。有时特定地选择例如双极照射模式，从而使在一个方向上的分辨率相较于在另一个方向上的分辨率优先地增强。

虽然包括上述聚焦量测目标图案的目标可以产生聚焦测量结果(当针对工艺适当设计时)，但是也预期到目标的聚焦测量结果由于除了聚焦之外也可能引入的广泛多种像差而经受不确定度的影响。因此，还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以在它们的设计中具有镜像不对称性的方式被成对地提供；以及/或者这些聚焦量测图案可以以具有除了镜像对称性之外的设计差异的方式被成对地提供。

图5示出在衬底W上并排印刷两个或更多个互补图案，从而形成从以上所提及的国际专利申请案获得的示例中的复合聚焦量测目标T。在该特定示例中，存在以两个互补对TNa/TMa和TNb/TMb布置的四个聚焦量测图案。在每一个互补对中，第一图案(被印刷在右侧)被标注为TN(使用N表示“正常”)，而第二图案被印刷在左侧且被标注为TM(M表示“反射镜”)。将理解的是，所述标签是任意的，但效果是所印刷的聚焦量测图案至少包括特征的第一周期性阵列和第二周期性阵列，特征的每一个周期性阵列形成单个聚焦量测图案。每一个周期性阵列内的重复图案的部分在附图各处被放大示出。将看到的是，所述示例都是图4中所示出的一般类型，但具有几何参数的变化并具有镜像对称性。然后，在每一个周期性阵列内存在程序化的不对称性，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相反，从而形成镜像对。然后，获得改善的聚焦测量包括测量第一周期性阵列和第二周期性阵列中的每一者的不对称性，并且通过组合针对周期性阵列(TN，TM)所测量的不对称性来确定聚焦性能的测量结果。

通过组合使用在其设计中具有相反的不对称性的目标所进行的测量的结果，可以使聚焦测量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。可以以这种方式使用互补图案对被辨别的缺陷的特定类型为彗差和投影不对称性。例如，可以预期彗差会在图像散焦时在特定方向上引入不对称性。相比之下，与“正常”图案相比，在“镜像”图案中由聚焦误差诱发的不对称性是相反的。组合来自两个图案的不对称性测量结果允许更准确地测量实际的聚焦误差。

另外，在该示例中，提供两个目标对，它们由后缀“a”和“b”来标识。在这些对之间，聚焦量测图案的设计参数被改变。作为第一差异，目标对TNa/TMa的周期Pa比目标对TNb/TMb的周期Pb长，并且“指状物”的长度已经被缩短。在其他实施例中，不同的参数可以被改变，并且周期可以是相同或不同的。替代提供不同的图案设计或者除了提供不同的图案设计以外，还可以使用不同的拍摄条件来获得更多样的信号。例如，可以使用辐射的不同波长和/或偏振以获得衍射信号。

因此，如图5中所说明的，可以通过在同一个步骤中印刷一个或多个互补对的聚焦量测图案TN和TM而形成复合聚焦量测目标T。如所说明的，可以在图3的检测设备的暗场成像模式中使用辐射光斑S来使这些单个图案同时成像。换句话说，可以通过使用由设备收集的+1和-1阶衍射辐射来拍摄第一图像和第二图像而对这些聚焦量测图案中的两者的不对称性进行测量。在图6中示出了一个此类图像。例如，深色矩形表示记录于图3的设备中的传感器23上的暗场图像。圆圈S’指示成像到检测器上的辐射光斑S的区域。较亮的矩形TNa’、TNb’、TMa’和TMb’分别表示对应的聚焦量测图案TNa、TNb、TMa和TMb的图像。可以通过例如在较亮矩形中的每一者内限定感兴趣区域ROI且对像素值平均化来测量来自每一个目标的一个衍射阶的强度。针对相反的衍射阶重复该测量允许计算不对称性。在使用图3中所示出的棱镜21b的替代性测量方法中，实际上然后可以同时拍摄两个图案的两个图像。

图7是根据示例性实施例的用于测量光刻工艺的聚焦性能的方法中的步骤的流程图。可以使用上文所描述的以及附图中所说明的示例性聚焦量测图案中的任一者来执行该方法。这些步骤被简要概述如下，并且然后在上文提及的国际专利申请案中更详细地描述：

700-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适当的图案化装置(掩模版)的集合开始。在生产之前，通过已知聚焦-曝光变化进行曝光，并且测量这些变化以获得一个或多个校准曲线。(这可能涉及设计、曝光和测量步骤的反复循环)。

710-在衬底上的产品图案旁边印刷一个或多个聚焦量测图案；

720-使用适当的检测设备来测量每一个聚焦量测图案的衍射光谱的一部分的强度(例如，+1阶是衍射光谱的适当部分)；

730-使用检测设备来测量每一个聚焦量测图案的衍射光谱的相反部分(例如-1阶)的强度；

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

750-使用不对称性的测量值与存储于步骤700中的校准曲线和/或诸如SEM的其他测量，计算在印刷聚焦量测图案时的聚焦误差。

760-将所导出的聚焦测量结果用于焦点设定，该焦点设定用于后续衬底上的曝光。

770-结束或重复。

以上方法允许在大量制造环境中测量产品晶片上的扫描仪焦点。然而，如引言中所提及的，放置于产品掩模版上的目标需要针对将使用产品掩模版的特定叠层而特定地调节。(“叠层”是指示具有关联的图案化及处理历史的底层的特定集合的方便的术语)。为了调节目标，可以改变一组参数，如图4中所示。由于其中散焦致使光致抗蚀剂线的侧壁角具有不同斜率的DBF目标的性质，所以很难以基于计算仿真选择目标参数。因此，现今用于选择那些参数的方式为印刷参数的所有使用的组合并且从产品或测试晶片读取所有所述使用的组合。

基于那些测量结果，选择复合目标以放置于产品掩模版上。在将该目标印刷在产品晶片上之后，需要选配方案优化步骤以便选择最优的获取设定。对于诸如图4中所示的设计，即使具有诸如黑白图案的品质的约束并针对每一个几何参数仅有几个值，也可能存在参数的数百个排列。

该目标选择工序因此是耗时的并且需要客户提供特定晶片和动作。原则上针对产品的每一层以及针对制造商可能希望生产的每一个产品，都需要重复目标选择工序。另外，尽管可以重复优化步骤并调整测量选配方案以在新条件下维持测量性能，但是目标的设计的参数在掩模版上将是固定的，除非且直至以相关联的费用制备新的掩模版。

利用渐进目标的以衍射为基础的聚焦量测

本发明旨在通过使用减小的目标设计集合或甚至单个目标设计来简化或甚至完全消除目标选择步骤，所述目标设计或单个目标设计可以始终被印刷并且在较宽的范围的产品叠层中使用。

在一些实施例中，本公开内容的多个方面包括：

1.一种待利用图像平面成像方法测量的新的渐进目标类型。该目标旨在较宽的范围的叠层中被使用，而无需特别地对于每一叠层的目标选择。

2.一种用于利用该目标(例如使用图3中所示出的类型或相似类型的散射仪)来执行选配方案优化的方法。

3.一种对于渐进目标使用具有可变感兴趣区域(ROI)的暗场成像的测量模式。

如图8中的(a)中所示出的，根据本发明的一些实施例的聚焦量测目标T至少包括特征的第一阵列800，其中，所述阵列内的任何部位处的特征限定至少在第一周期性方向上重复的图案，并且重复的图案的至少一个几何参数在整个所述阵列中在不同的部位处是变化的。

特征的阵列内的重复图案的形式可以是用于DBF的示例中的任一者，包括上文所提及的国际专利申请案中描述的示例。在图8中的(a)的示例中，图案与图4和图5中所示出的图案局部地相似，将理解的是，特征没有按比例，并且真实目标将具有更多的线。然而，渐进目标(在该示例中)具有在整个阵列中在不同部位之间连续地或至少渐进地变化的参数w1和w3，而不是四个目标各自具有针对重复图案的几何参数所限定的值。在所说明的示例中，两个参数在两个方向上变化。在其他实施例中，一个或多个参数可以仅在一个方向上变化。下文将示出并描述其他示例。

图8中的(a)也示出散射仪的辐射光斑S，其出于示例的目的进行目标的不对称性的暗场测量。假定光斑的尺寸与在图6中的光斑的尺寸相同，将明白的是，特征的阵列800涵盖大于图5的单个目标的区域。例如，代替各自为10μm×10μm正方形的四个目标，图8的目标可以是尺寸为20μm×20μm的正方形。

图8中的(b)示出当阵列800被测量时所得到的暗场图像。代替四个独立的目标区域，可以看到单个图像区域T’，其中，像素强度根据重复图案的不同响应连续地变化，这是因为参数w1和w3在整个阵列中变化。概述了示例性感兴趣区域ROI，示例性感兴趣区域ROI包括在整个阵列中的部位的子集。将理解的是，与目标图像T’内的其他部位不同，在该ROI内，衍射信号来自具有几何参数的特定值的重复图案。因此，其他感兴趣区域(诸如图8中的(b)中的点线示出的感兴趣的区域)包括具有相似重复图案但具有几何参数的不同值的部位。

使用渐进目标的聚焦量测方法包括测量至少在整个阵列中的部位的选定子集处的所印刷的聚焦量测图案的一个或多个属性(例如不对称性和/或衍射效率)。然后，从在在整个阵列中所测量的部位的选定子集处测量的所述属性导出聚焦性能的测量值。这样，聚焦性能的测量所基于的重复的图案具有部分地通过选择阵列内的部位的该子集来确定的几何参数。也就是说，可以在印刷用于聚焦性能的测量的目标之后选择该目标的几何参数。因此，在将设计提交到图案化装置之前，不需要通过耗时且不确定的工艺来选择参数。

图9是用于使用渐进聚焦量测图案来测量光刻工艺的聚焦性能的方法中的步骤的流程图。这些步骤如下，并且然后进行更详细的描述：

900-通过限定具有一个或多个渐进量测目标的产品设计或量测晶片设计并且制备图案化装置(掩模版)的适当的集合开始。

910-在衬底上的产品图案旁边印刷一个或多个渐进聚焦量测目标；

920-使用适当的检测设备来测量每一个量测目标的衍射光谱的一部分的强度(例如+1阶是衍射光谱的适当部分)；

930-使用检测设备来测量每一个聚焦量测图案的衍射光谱的相反部分(例如-1阶)的强度；

940-通过仅使用在整个目标图像T’中的部位的选定子集(ROI)来比较相反的衍射阶的强度，计算一个或多个聚焦量测图案的不对称性的测量值，这些部位的该选定子集连同其他拍摄条件一起被限定为聚焦量测选配方案的一部分；

950-使用不对称性测量与被存储的校准曲线和/或诸如SEM的其他测量，计算在印刷聚焦量测图案时的聚焦误差。

960-将所导出的聚焦测量用于焦点设定，该焦点设定用于后续衬底上的曝光。

970-结束或者对其他衬底重复。

如参照图3已经解释的，可以将步骤920和步骤930执行为单一步骤，使得可以在单次获取中获得聚焦量测图案的相反的衍射阶。

另外，应该理解的是，不对称性仅是可以被测量并用于获得聚焦测量结果的目标的属性的一个示例。简单的图像强度提供关于衍射效率的信息，衍射效率也与被印刷的图案的品质相关。因此，可以在目标的整个区域中的衍射辐射的强度中观测到“类柏桑”(Bossung-like)行为。可以通过平均化相反的衍射阶的强度来获得该强度，同时根据差值计算不对称性。原则上，可以在无需分别测量相反的衍射阶的情况下测量衍射效率。在其他实施例中，可以将来自目标的一个部分处的感兴趣区域的不对称性测量与同一目标上的不同的感兴趣区域中的强度测量组合，以获得完整的测量。可替代地或另外地，可以将在照射条件的一个集合下获得的不对称性测量与在照射条件的另一集合下进行的强度测量组合，以获得完整的测量。例如，虽然以不对称性为基础的测量给出关于焦点的正负号的良好信息，但是没有给出关于其数值的信息，而强度测量给出关于散焦的数值的较好信息。通过组合来自一个或多个目标的这两种类型的信息，可以获得较准确的测量结果。

尽管测量步骤被示出为由作为专用检测设备的散射仪执行，但是该散射仪可以是单机设备，或者它可以被集成到光刻元中。此外，可以在没有专用量测设备的情况下例如利用提供于光刻设备中的对准传感器使用适当目标来进行不对称性测量。原则上，仅在将用于计算聚焦性能的测量值的部位的子集处需要强度。当使用暗场成像时，其中，图像场足够大使得可以拍摄整个阵列而没有任何时间损失，拍摄整个图像并且稍后选择数据将更方便。

计算步骤940和950可以全部在检测设备的处理器中执行，或者可以在与光刻设备的监控及控制相关联的不同处理器中执行。每一个步骤可以由程序化处理器执行，并且所披露的技术的优点为：可以在没有硬件修改的情况下修改检测设备以执行聚焦测量方法。

比较图9的方法与已知的DBF方法，使用渐进目标的益处是：在任何设计被提交给掩模版之前可以跳过传统的目标选择步骤，或者将传统的目标选择步骤至少缩减为从几个通用目标设计中进行选择。例如，不同的渐进目标设计可能适合于不同类别的产品及工艺，例如较广泛类别的DRAM产品、或ROM产品、或逻辑产品。然而，避免了针对每单个产品的每一层选择及优化目标设计的步骤。原则上，始终印刷相同的一个或多个渐进目标。目标参数的选择有效地被推迟至目标被印刷之后。

图10说明了用于针对每一情况选择最好的图像拍摄条件及信号提取的优化工艺的一个示例的一般流程。作为第一步骤1000，使用其上具有渐进聚焦量测图案中的一个或多个的掩模版或其他图案化装置MA以将图案施加到一个或多个校准晶片W上。使用传统的聚焦曝光矩阵(FEM)技术来曝光这些校准晶片，其中，使用能量剂量及聚焦的不同设定，根据已知的曝光序列来曝光不同的场。熟知的是，可以将已知的曝光设定与对在那些场中曝光的量测目标所测量的不对称性或其他属性进行比较，以积聚待用于真实生产晶片上的量测方法的校准信息，并且评估测量方法自身的性能品质。

该工艺包括预选阶段1002及优化阶段1004。然后，使用散射仪(诸如图3中示出的散射仪)来测量这些校准晶片，该散射仪可以是与将用于大量生产中的量测工具相同的量测工具，或者是具有相似能力的量测工具。假定可以控制散射仪或其他器具，以便在完整的波长范围内且使用偏振及非偏振照射来测量在整个目标中的所有部位，所有部位是都可以通过图9的方法中的量测选配方案来控制的所有参数。

在步骤1010中的预选阶段1002内，在整个FEM晶片中的部位处使用偏振0、90以及它们两者利用稀疏的波长取样来测量每一个目标。可能需要“高动态范围”获取模式，这是因为根据几何参数的渐进变化，预期到整个目标将示出衍射效率的较大变化以及因此强度的较大变化。

在步骤1012中，在样本部位处分析在步骤1010期间获取的数据(可以考虑单个像素或超像素)以用于聚焦敏感度及稳固性(例如使用于引用方式并入本文中的WO2017/198422中所披露的波长相似性方法)。

在步骤1014中，使用分析步骤1012以识别最好的拍摄条件，例如偏振窗口及波长窗口。

在优化阶段1004内，在步骤1020处，执行经由这些最好的波长窗口内的不同波长的密集测量，以获得来自在整个目标中和在整个FEM中的部位的测量值。在步骤1022中分析测量步骤1020的结果以评估确定最好的选配方案的一组关键性能指示符(KPI)。可以针对在整个目标区域中的所有部位(例如每一个像素或包括结合在一起的数个像素的每一个超像素)来进行该分析。

在步骤1024处，使用步骤1022中的评估结果以限定拍摄条件以及那些拍摄条件在其中产生良好测量性能的目标区域的一个或多个组合。将区域和拍摄条件的限定存储起来，以形成用于当前掩模版和工艺步骤的聚焦量测选配方案。

如下文将进一步说明的，聚焦性能的测量并不必须在一个图像或图像对中进行而是在多个目标中进行，并且/或者拍摄条件的多个集合在被组合时可以产生良好的性能。因此，选配方案可以限定每一个目标多于一个的ROI，以及拍摄条件的多于一个的集合。

如图11中所说明的，聚焦量测图案可以包括特征的多于一个的阵列。在同一个步骤中在衬底上的大致相同部位处印刷特征的第一阵列TN和特征的第二阵列TM。实际上，可以在整个衬底中的许多部位处，在划线区域中或在装置特征中，印刷多个目标和多个目标对。在该示例中，特征的第一阵列TN与图8的示例中的目标T相同。特征的第二阵列TM包括特征的重复的图案，特征的重复的图案与第一阵列TN中的重复图案大致相同，但是在第一周期性方向(X)上成镜像。不同于图5的小目标，这些单个图案可能过大而不能在图3的检测设备的暗场成像模式中使用辐射光斑S进行同时成像。作为替代，在连续拍摄步骤中通过将光斑移动至如所示出的位置S1和S2来拍摄所述这些单个图案。可以通过使用由设备收集的+1和-1阶衍射辐射获取第一图像和第二图像来进行作为这些聚焦量测目标的属性的不对称性的测量。所述图像将各自具有与图8中的(b)中所示出的图像相同的形式。在镜像目标TN和TM的情况下，虽然部位的选定子集(ROI)将没有针对每一个目标而独立地优化，但是ROI、ROIN和ROIM将包括部位的对应子集处的测量结果，如所说明的那样。

图12是用于使用图11中所说明的目标对来测量光刻工艺的聚焦性能的方法中的步骤的流程图。虽然步骤1200至1270与图9中的步骤900至970相同，但是具有如下调整：

1200-通过限定具有一个或多个渐进量测目标对的产品设计或量测晶片设计并且制备图案化装置(掩模版)的适当集合来开始。

1210-在衬底上的产品图案旁边印刷渐进聚焦量测目标的一个或多个镜像对，每一个目标包括特征的阵列，所述特征具有在整个所述阵列中在不同的部位处是变化的的参数；

1220-必要时使用多个获取步骤(光斑位置)使用适当的检测设备来测量每一个量测目标的衍射光谱的一部分的强度(例如+1阶是衍射光谱的适当部分)；

1230-必要时再次使用多个获取步骤(光斑位置)使用检测设备来测量每一个聚焦量测目标的衍射光谱的相反部分(例如-1阶)的强度；

1240-通过仅使用在整个目标图像中的部位的选定子集(ROIN，ROIM)，比较相反的衍射阶的强度来计算聚焦量测图案的不对称性的测量值，部位的该选定子集连同其他拍摄条件一起被限定为聚焦量测选配方案的一部分；

1250-使用不对称性测量与被存储的校准曲线和/或诸如SEM的其他测量，计算在印刷聚焦量测图案时的聚焦误差。

1260-将所导出的聚焦测量用于焦点设定，该焦点设定用于后续衬底上的曝光。

1270-结束或者对其他衬底重复。

如已经解释的，步骤1220和步骤1230可以作为单一步骤执行，使得可以在单次获取中获得聚焦量测图案的相反的衍射阶。

如已经解释的，不对称性不是可以用于聚焦测量中的目标的唯一属性。强度(衍射效率)是可代替不对称性或与不对称性结合来测量和使用的另一个示例性属性。

尽管测量步骤被示出为由作为专用检测设备的散射仪进行，但此散射仪可以是单机设备，或此散射仪可以被集成到光刻元中。此外，可以在没有专用量测设备的情况下例如利用提供于光刻设备中的对准传感器使用适当的目标来进行不对称性测量。

计算步骤1240和1250可以全部在检测设备的处理器中被执行，或者可以在与光刻设备的监控及控制相关联的不同处理器中被执行。每一个步骤可以由程序化处理器执行，并且所披露的技术的优点为：可以在没有硬件修改的情况下修改检测设备以执行聚焦测量方法。

如何组合来自不同目标的测量结果以获得单一的聚焦性能测量结果是实施事件。一方面，将有可能从每一个目标导出单独的聚焦性能测量结果，并且然后将导出的单独的聚焦性能测量结果组合。另一方面，将有可能从每一个目标导出组合的不对称性测量结果，并且然后从导出的组合的不对称性测量结果导出聚焦测量结果。

除了具有镜像特征的目标以外，可以提供具有其他差异的目标对，特别以增强“目标空间”的覆盖范围，该目标空间是可以由在不同设计之间变化的几何参数的集合限定的多维空间。因此，聚焦量测图案可以包括特征的第三阵列和/或第四阵列，并且这些特征可以与来自第一阵列和(在提供时)第二阵列的测量结果并行地处理。这些额外测量结果的处理与针对第一特征对的处理相似，如图12中的步骤1220至1240之后的点线步骤所示出的那样。

该示例可以包括例如两个聚焦量测图案Ta和Tb，或具有镜像特征的两对，从而分别给出四个聚焦量测图案TNa、TNb、TMa和TMb。这些标签与用于图5中的那些标签相同，其中，差异在于：每一个阵列是渐进聚焦量测目标，而不是特征的简单的周期性阵列。就以上提及的目标空间而言，渐进聚焦量测目标的每一个变型例允许覆盖多维目标空间的区域，而图5的常规光栅目标仅容许该目标空间中的特定点。

组合多于一个的渐进聚焦量测目标的这些和其他示例可以如在表1中所示：表1

尽管预期在暗场成像模式中进行测量，但是为了速度及灵活性，在其他实施例中，可以例如使用图3的检测设备的光瞳成像分支或者更通用的角度分辨散射仪来分别测量每一个聚焦量测图案的不对称性。虽然来自一个图案的相反的衍射阶位于光瞳图像的互补区域中，但是每一次仅可以测量一个图案。

图13说明可以作为图11和图12中所说明的变型例的替代例或者除了图11和图12中所说明的变型例之外使用的另一个变型例。图13是用于使用图11中所说明的目标对来测量光刻工艺的聚焦性能的方法中的步骤的流程图。虽然步骤1300至1370与图9中的步骤1200至1270相同，但是具有如下调整：

1300-通过限定具有一个或多个渐进量测目标对的产品设计或量测晶片设计且制备图案化装置(掩模版)的适当集合而开始。

1310-在衬底上的产品图案旁边印刷一个或多个渐进聚焦量测目标，每一个目标包括特征的阵列，所述特征具有在整个所述阵列中在不同的部位处是变化的的参数；

1320-使用多个拍摄条件(根据波长λ1至λ4、偏振p1至p4)使用适当的检测设备来测量每一个量测目标的衍射光谱的一部分的强度(例如+1阶是衍射光谱的适当部分)；

1330-再次使用相同的多个拍摄条件(根据波长λ1至λ4、偏振p1至p4)使用检测设备来测量每一个聚焦量测目标的衍射光谱的相反部分(例如-1阶)的强度；

1340-通过仅使用在整个目标图像中的部位的选定子集(ROI(λ1，p1)至ROI(λ4，p4))来比较相反的衍射阶的强度，计算聚焦量测图案的不对称性的测量值，部位的该选定子集连同其他拍摄条件一起被限定为用于拍摄条件的每一个集合的聚焦量测选配方案的一部分；

1350-使用不对称性测量与被存储的校准曲线和/或诸如SEM的其他测量，计算在印刷聚焦量测图案时的聚焦误差。

1360-将所导出的聚焦测量用于焦点设定，该焦点设定用于后续衬底上的曝光。

1370-结束或者对其他衬底重复。

应当注意的是，在优化工艺(图10)中，针对聚焦量测目标的部位的选定子集(ROI)针对拍摄条件的每一个集合很可能是不同的。因此，根据本发明的原理的渐进目标设计的使用实际上允许在每一个获取步骤中应用几何参数及拍摄条件的优化组合，其中，常规的周期性阵列目标可以针对所有拍摄条件仅具有几何参数的一个集合。

如已经解释的，步骤1320和步骤1330可以作为单一步骤执行，使得可以在单次获取中获得聚焦量测图案的相反的衍射阶。尽管测量步骤被示出为由作为专用检测设备的散射仪执行，但是它可以是单机设备，或者它可以被集成到光刻元中。此外，可以在没有专用量测设备的情况下(例如利用具有提供于光刻设备中的对准传感器使用适当的目标)进行不对称性测量。

如已经解释的，不对称性并非可以用于聚焦测量中的目标的唯一属性。强度(衍射效率)为可代替不对称性或与不对称性结合来测量和使用的另一个示例性属性。

计算步骤1340和1350可以全部在检测设备的处理器中执行，或者可以在与光刻设备的监控及控制相关联的不同处理器中执行。每一个步骤可以由程序化处理器执行，并且所披露的技术的优点为：可以在没有硬件修改的情况下修改检测设备以执行聚焦测量方法。另一方面，检测设备被调适以在不同的拍摄条件下进行快速的多个获取将是有利的。

怎样组合来自不同目标的测量结果以获得单一聚焦性能测量结果是实施事件。一方面，将有可能从每一个目标导出单独的聚焦性能测量结果，并且然后将导出的单独的聚焦性能测量结果组合。另一方面，将有可能从每一个目标导出组合的不对称性测量结果，并且然后从导出的组合的不对称性测量结果导出聚焦测量结果。

除了目标的镜像对以外，还可以提供具有其他差异的目标对，特别以增强“目标空间”的覆盖范围，该目标空间是由可以在不同设计之间变化的几何参数的集合限定的多维空间。因此，聚焦量测图案可以包括特征的第三阵列和/或第四阵列，并且这些特征可以与来自第一阵列和(在提供时)第二阵列的测量结果并行地处理。这些额外测量结果的处理与针对第一特征对的处理相似，如图12中的步骤1220至1240之后的点线步骤所示出的那样。

可以在单个实施例中组合图12和图13的技术，以获得其他测量结果并改善聚焦测量性能。换句话说，具有多个拍摄条件的示例也可以包括多个聚焦量测图案Ta和Tb或两个镜像对，从而分别给出四个聚焦量测图案TNa、TNb、TMa和TMb。例如，表1中所示的排列是可用的，而其他设计变化是可能的，如现在将加以说明的。

渐进目标设计考虑因素及变化

现在参照图14，仅作为示例示出渐进聚焦量测目标1400的另一种设计。在目标1400中，尺寸w1在第一周期性方向上变化，但是在不同区域中采用两个离散值。节距参数Px在每一个区域中渐进地变化，在X方向上也渐进地变化。尺寸w3在第二周期性方向上变化，与在图8的目标中一样。如前文所述，该图像中的比例(包括线的数量)没有按比例。然而，在该示例中，变化成多个步长的形式，而不是连续的。将理解的是，连续变化(特别是线厚度的连续变化)可能难以在设计规则内实施。如果步长足够小，则即使是连续变化，也可以存在任何重复结构，使得变化无法在例如暗场成像系统中被分辨，则变化可以被视为真正连续的。在任何情况下，无论是成两个步长、十个步长或百个步长的形式，都可以实施参数的渐进改变。

图15示出除了尺寸w1、w2、w3之外的几何参数，即CD(线宽)和节距，可以在一个或两个方向上变化。将理解的是，附图仅是示意性的，并且特征都没有按比例。如所提及的，实际上通常并不容易形成连续的倾斜线。因此，线厚度和节距的较小的逐步变化很可能用于真实设计中。

图16示出可代替图4中所示出的重复图案使用的重复图案的不同示例(a)至(d)。虽然示例(a)与图4中的示例相似，但是不具有子特征(指状物)。示例(b)与图4的示例相似，并且说明了白底黑字图案及黑底白字图案的对称性。作为第二特征的示例(c)完全包括指状物，而没有实心长条。示例(d)在第二特征中具有二维结构。在上文所提及国际专利申请案PCT/EP2018/063959中说明并更详细地描述了所有这些示例。

可以使这些参数中的任一者或全部在整个渐进聚焦量测目标中变化。可以设想镜像特征和其他变化。

图17示出可以使用的聚焦量测图案的另外两个示例。这些示例也在上文所提及的国际专利申请案PCT/EP2018/063959中被说明及更详细地描述。在这些示例中，聚焦量测图案包括在至少一个方向上是周期性的多对特征1722、1724的阵列。仅示出图案的包括具有周期P的重复单元的小区段。图5中的(a)的示例包括每周期仅一对特征1722、1724。将一对特征的部分的放大视图示出于插图细节中，使得可以标注某些尺寸。测量在周期性方向上的尺寸。每一个特征在被完美聚焦时在周期性方向上的最小尺寸L1、L2接近但不小于印刷步骤的分辨率极限。在说明的示例中，每一对内的特征的尺寸L1、L2以及每一对内的特征之间的间距d的尺寸全部具有相同的数量级。在周期性方向上在特征对之间的间距D比每一个特征的最小尺寸以及一对内的特征之间的间距d两者大得多。

可以使这些参数中的任一者或全部在特征的整个阵列中在一个或两个方向上变化，以使渐进聚焦量测目标用于本发明的方法。可以设想镜像目标和其他变化。

图17中的(b)说明了图案，除了多对特征1722、1724提供于聚焦量测图案的每一个周期P中，该图案实际上与在图17中的(a)中的图案相同。即，在该示例中，聚焦量测图案包括特征对的群组的周期性阵列。该附图没有按比例。在该示例中，虽然每一群组中的对的数量为三个，但是每一群组中的对的数量可以是在周期P内适合且经受以下约束的任何数量。与图17中的(a)中所示出的单对图案进行比较，将对的数量倍增的效应仅是放大从图案获得的衍射信号。在其他方面，两个图案的功能相同。在周期性方向上在聚焦量测图案内的特征对的邻近群组之间的间距D1比每一个特征1722、1724的尺寸L1、L2大得多并且比一对内的特征之间的间距大得多。另外，多个对的群组之间的间距D2比一个群组内的对之间的间距D1大得多。也可以使这些参数在特征的整个阵列中在一个或两个方向上变化，以使渐进聚焦量测目标用于本发明的方法。可以设想镜像目标和其他变化。

如下文将描述的，可以通过多种方法利用焦点依赖不对称性来印刷所说明类型的图案。这些方法中的一些仅适用于反射型(例如EUV)投影系统中，而其他方法可以应用于较常规的投影系统中。例如，一对内的特征1722和1724的尺寸L1和L2可以相等，或者可以不相等。在图17中的(a)中的细节插图中示出具有不相等尺寸的示例。同样的选项适用于图17中的(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，该不对称性可以由例如图3的检测设备来测量。

在一对内的尺寸相等的情况下，仍然可以由印刷步骤的属性引入焦点依赖不对称性。在具有掩模版中的不对称照射和3D效应的EUV光刻设备的情况下，如以引用方式并入本文中的上文提及的国际专利申请案所说明的那样。

结论

总之，可以通过以下操作来改善使用光刻工艺来制造器件的方法：执行如本公开内容中所披露的聚焦测量方法，使用该聚焦测量方法来测量被处理的衬底以测量光刻工艺的性能参数，以及调整工艺的参数(尤其是焦点)以改善或维持光刻工艺的性能以用于后续衬底的处理。

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，例如作为进阶工艺控制(APC)机制的部分而间歇地处理的监控晶片。

与限定在衬底和图案化装置上实现的聚焦量测图案的实体光栅结构相关联，实施例可以包括包含机器可读指令的一个或多个序列的计算机程序，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/或控制检测设备以实施照射模式以及那些量测选配方案的其他方面所述的方法。此计算机程序可以例如在用于设计/控制工艺的单独计算机系统中执行。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及控制步骤。也可以提供非暂时性数据存储介质(例如半导体内存、磁盘或光盘)，在非暂时性数据存储介质中存储有该计算机程序。

在后续编号的方面中披露了进一步的实施例：

1.一种测量光刻设备的聚焦性能的方法，该方法包括：

(a)接收其上已经印刷有聚焦量测图案的衬底，所印刷的聚焦量测图案至少包括特征的第一阵列，其中，所述第一阵列内的任何部位处的特征限定至少在第一周期性方向上重复的图案，并且重复的图案的至少一个几何参数在整个所述阵列中在不同的部位处是变化的；

(b)测量至少在整个所述阵列中的所述部位的选定子集处的所印刷的聚焦量测图案的属性；以及

(c)从在整个所述阵列中测量的所述部位的选定子集处测量的所述属性导出聚焦性能的测量结果，由此，聚焦性能的测量结果所基于的重复的图案具有部分地通过选择所述阵列内的部位的所述子集来确定的几何参数。

2.如方面1所限定的方法，其中，在导出步骤(c)中应用选择部位的所述子集，而在测量步骤(b)中在整个所述阵列中的大致所有部位处测量所述属性。

3.如方面1或2所限定的方法，其中，步骤(b)包括拍摄所述阵列的至少一个暗场图像，该暗场图像内的每一个部位对应于所述阵列内的一个部位。

4.如方面1、2或3所限定的方法，其中，所述重复的图案的至少第一几何参数在所述阵列的至少整个第一区域中渐进地变化。

5.如方面1至4中任一项所限定的方法，其中，所述重复的图案的至少第一几何参数在所述阵列的至少整个第一区域中在第一变化方向上逐渐地变化，并且其中，所述重复的图案的至少第二几何参数在整个所述阵列中在不同的部位处是变化的。

6.如方面5所限定的方法，其中，所述重复的图案的第二几何参数在整个所述阵列中在与所述第一变化方向正交的第二变化方向上变化。

7.如方面1至5中任一项所限定的方法，其中，所述聚焦量测图案还至少包括特征的第二阵列，其中，所述第二阵列中的特征的重复的图案与所述第一阵列中的重复的图案大致相同，但是其中，所述第二阵列中的某些特征在所述第一周期性方向上具有与所述第一阵列中的对应特征的不对称性相反的不对称性，并且其中，在步骤(c)中从在所述第一阵列和所述第二阵列中的整个一个阵列或整个两个阵列中测量的所述部位的对应子集处测量的所述属性导出聚焦性能的测量结果。

8.如方面1至7中任一项所限定的方法，其中，所述聚焦量测图案还至少包括特征的第三阵列，其中，所述第三阵列中的特征的重复的图案在形式上与所述第一阵列中的重复的图案不同，或者在形式上相似但涵盖由所述重复的图案的几何参数限定的目标空间中的不同部位，在步骤(c)中从在所述第一阵列和所述第三阵列中的整个一个阵列或整个两个阵列中所测量的所述部位的选定子集处测量的所述属性导出聚焦性能的测量结果。

9.如方面8所限定的方法，其中，所述聚焦量测图案还至少包括特征的第四阵列，该第四阵列中的重复图案的特征与在所述第三阵列中的重复图案中大致相同，但是在所述第一周期性方向上成镜像，在步骤(c)中从在所述第三阵列和所述第四阵列中的整个两个阵列中所测量的所述部位的对应子集处测量的所述属性导出聚焦性能的测量结果。

10.如方面7至9中任一项所限定的方法，其中，步骤(b)包括拍摄特征的每一个阵列的至少一个暗场图像，该暗场图像内的每一个部位对应于特征的对应阵列内的一个部位，并且在步骤(c)中将来自特征的两个或更多个阵列的暗场图像的测量结果组合，以导出聚焦性能的测量结果。

11.如方面1至10中任一项所限定的方法，其中，在整个所述第一阵列中变化和/或在所述第一阵列与一个或多个其他阵列之间不同的一个或多个所述几何参数包括以下各项中的一项或多项：所述重复的图案在所述第一周期性方向上的节距；所述重复的图案在与所述第一周期性方向正交的第二方向上的节距；所述重复的图案内的特征的宽度的尺寸；所述重复的图案中的特征之间的间距。

12.如方面1至11中任一项所限定的方法，其中，所述步骤(b)包括在不同拍摄条件下多于一次地测量特征的所述阵列或每一个阵列的属性，并且在步骤(c)中将在不同拍摄条件下进行的所述属性的测量结果组合，以导出聚焦性能的测量结果。

13.如方面12所限定的方法，其中，所述不同拍摄条件在照射波长和/或偏振方面是不同的。

14.如方面13或14所限定的方法，其中，对于在不同拍摄条件下进行的所述测量，所述阵列或每一个阵列内的部位的选定子集是不同的。

15.如方面1至14中任一项所限定的方法，其中，在步骤(b)中测量的属性是不对称性。

16.如方面15所限定的方法，其中，通过测量所述特征的阵列中的选定部位的衍射光谱的不对称性来测量所述不对称性。

17.如方面1至15中任一项所限定的方法，其中，在特征的所述阵列或每一个阵列内，所述特征的最小尺寸接近但不小于在步骤(a)中所接收的衬底上的聚焦量测图案的印刷的分辨率极限。

18.如方面1至17中任一项所限定的方法，其中，使用具有比所述特征的最小尺寸长得多的波长的辐射来执行步骤(b)中的测量。

19.如方面1至18中任一项所限定的方法，其中，步骤(a)还包括：作为初步步骤，使用光刻设备将所述聚焦量测图案印刷在所述衬底上。

20.如方面19所限定的方法，其中，所述聚焦量测图案连同一个或多个器件图案被印刷在所述衬底上。

21.一种用于光刻设备中的图案化装置，该图案化装置包括限定一个或多个器件图案的部分以及限定一个或多个量测图案的部分，所述量测图案至少包括一个聚焦量测图案，该聚焦量测图案至少包括特征的第一阵列，其中，所述第一阵列内的任何部位处的特征限定至少在第一周期性方向上重复的图案，并且重复的图案的至少一个几何参数在整个所述阵列中在不同的部位处是变化的，由此能够通过使用在整个所述阵列中的所述部位的选定子集测量所印刷的聚焦量测图案的属性来执行使用具有不同几何参数的重复的图案进行的聚焦性能的测量。

22.如方面21所限定的图案化装置，其中，所述重复的图案的至少第一几何参数在所述阵列的至少整个第一区域中渐进地变化。

23.如方面21或22所限定的图案化装置，其中，所述重复的图案的至少第一几何参数在所述阵列的至少整个第一区域中在第一变化方向上逐渐地变化，并且其中，所述重复的图案的至少第二几何参数在整个所述阵列中在不同的部位处是变化的。

24.如方面23所限定的图案化装置，其中，所述重复的图案的第二几何参数在整个所述阵列中在与所述第一变化方向正交的第二变化方向上变化。

25.如方面21至24中任一项所限定的图案化装置，其中，所述聚焦量测图案还至少包括特征的第二阵列，所述第二阵列中的特征的重复的图案与所述第一阵列中的重复的图案大致相同，但是在所述第一周期性方向上成镜像。

26.如方面21至25中任一项所限定的图案化装置，其中，所述聚焦量测图案还至少包括特征的第三阵列，该第三阵列中的特征的重复的图案在形式上与所述第一阵列中的重复的图案不同，或者在形式上与所述第一阵列中的重复的图案相似，但涵盖由所述重复的图案的几何参数限定的目标空间中的不同部位。

27.如方面26所限定的图案化装置，其中，所述聚焦量测图案还至少包括特征的第四阵列，该第四阵列的重复图案与所述第三阵列中的重复图案大致相同，但是在所述第一周期性方向上成镜像。

28.如方面21至27中任一项所限定的图案化装置，其中，在整个所述第一阵列中变化和/或在所述第一阵列与一个或多个其他阵列之间不同的一个或多个所述几何参数包括以下各项中的一项或多项：所述重复的图案在所述第一周期性方向上的节距；所述重复的图案在与所述第一周期性方向正交的第二方向上的节距；所述重复的图案内的特征的宽度的尺寸；所述重复的图案中的特征之间的间距。

29.如方面21至28中任一项所限定的图案化装置，其中，所述阵列或每一个阵列中的重复图案在第一周期性方向的所述第一方向上具有不对称性。

30.一种如方面21至28中任一项所限定的两个或更多个图案化装置的组合，器件图案在所述集合中的图案化装置之间是不同的，所述聚焦量测图案在所述不同的图案化装置之间是相同的。

31.一种确定用于控制光刻设备的量测选配方案的方法，该方法包括：

(a)接收多个聚焦量测图案的属性的测量结果，所述聚焦量测图案已经由光刻设备在一个或多个衬底上以程序化聚焦偏移印刷了多次，所印刷的聚焦量测图案至少包括特征的第一阵列，其中，所述第一阵列内的任何部位处的特征限定至少在第一周期性方向上重复的图案，并且重复的图案的至少一个几何参数在整个所述阵列中在不同的部位处是变化的，已经在整个阵列中的多个部位处进行每一个所印刷的聚焦量测图案的所述属性的测量；以及

(b)基于在所述多个部位处测量的属性以及基于在印刷每一个聚焦量测图案时应用的聚焦偏移的知识，确定在整个所述阵列中测量的所述部位的最优子集，以及将识别选定子集的信息存储为用于经历相似处理的后续衬底上的聚焦性能的测量的量测选配方案的一部分。

32.如方面31所限定的方法，其中，所接收的测量结果包括在不同拍摄条件下进行的对特征的所述阵列或每一个阵列的属性的测量结果，并且在步骤(b)中，基于在多个部位处测量的属性以及基于多个拍摄条件的知识，以及基于在印刷每一个聚焦量测图案时所应用的聚焦偏移的知识，确定拍摄条件和在整个所述阵列中所测量的部位的子集的一个或多个最优组合，并且存储识别选定组合的信息作为用于经历相似处理的后续衬底上的聚焦性能的测量的量测选配方案的一部分。

33.如方面32所限定的方法，其中，所述不同拍摄条件在照射波长和/或偏振方面是不同的。

34.如方面32或33所限定的方法，其中，所述量测选配方案限定在不同拍摄条件下以及使用部位的不同选定子集进行的测量的组合，以用于导出聚焦性能的测量结果。

35.如方面32或33所限定的方法，其中，所述量测选配方案限定所述阵列或每一个阵列内的部位的不同子集，以用于在不同拍摄条件下进行测量。

36.如方面31至35中任一项所限定的方法，其中，步骤(a)还包括：作为初步步骤，接收所述一个或多个衬底并且对所述多个聚焦量测图案执行所述测量。

37.如方面36所限定的方法，其中，步骤(a)还包括：作为初步步骤，使用光刻设备以及使用所述程序化聚焦偏移在所述一个或多个衬底上印刷所述聚焦量测图案。

38.如方面31至37中任一项所限定的方法，其中，针对另外的图案化装置重复所述步骤(a)和(b)，所述另外的图案化装置限定不同的器件图案以及相同的聚焦量测图案。

39.一种用于测量光刻工艺的聚焦性能的量测设备，该量测设备能够操作以执行如方面1至20中任一项所述的方法中的步骤(a)和(b)。

40.一种用于确定量测选配方案的设备，所述量测设备能够操作以执行如方面31至38中任一项所述的方法中的步骤(a)和(b)。

41.一种光刻系统，包括：

光刻设备，包括：

照射光学系统，该照射光学系统被布置为照射图案化装置；

投影光学系统，该投影光学系统被布置为将该图案化装置的图像投影到衬底上；以及

根据方面39所述的量测设备，

其中，所述光刻设备被布置为在将图案施加到其他衬底时使用由所述量测设备导出的聚焦性能的测量结果。

42.一种计算机程序产品，包括处理器可读指令，当在适当的处理器控制式设备上运行所述处理器可读指令时，所述处理器可读指令使得所述处理器控制式设备执行如方面1至20中任一项所述的方法中的步骤(b)和/或步骤(c)。

43.一种计算机程序，包括处理器可读指令，当在适当的处理器控制式设备上运行处理器可读指令时，所述处理器可读指令使得所述处理器控制式设备执行如方面31至38中任一项所述的方法中的步骤(a)和/或步骤(b)。

44.一种制造器件的方法，其中，使用光刻工艺将器件图案施加到一系列衬底，所述方法包括：

-使用如方面1至20中任一项所述的方法测量所述光刻工艺的聚焦性能上，以及

-根据所测量的聚焦性能控制用于后续衬底的光刻工艺。

本文中使用的术语“辐射”和“束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有为或约为365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有在5nm至20nm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”在内容背景允许时可以指各种类型的光学部件中的任一种或其组合，包括折射型、反射型、磁性型、电磁型和静电型光学部件。

本发明的广度和范围不应该受上述示例性实施例中的任一者限制，而应该仅根据以下权利要求及其等同内容进行限定。

Claims (15)

1.一种测量光刻设备的聚焦性能的方法，该方法包括：

(a)接收其上已经印刷有聚焦量测图案的衬底，所印刷的聚焦量测图案至少包括特征的第一阵列，其中，所述第一阵列内的任何部位处的特征限定至少在第一周期性方向上重复的图案，并且重复的图案的至少一个几何参数在整个所述阵列中在不同的部位处是变化的；

(b)测量至少在整个所述阵列中的所述部位的选定子集处的所印刷的聚焦量测图案的属性；以及

(c)从在整个所述阵列中测量的所述部位的选定子集处测量的所述属性导出聚焦性能的测量结果，由此，聚焦性能的测量结果所基于的重复的图案具有部分地通过选择所述阵列内的部位的所述子集来确定的几何参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在导出步骤(c)中应用部位的所述子集的选择，而在测量步骤(b)中在整个所述阵列中的大致所有部位处测量所述属性。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤(b)包括拍摄所述阵列的至少一个暗场图像，所述至少一个暗场图像内的每一个部位都对应于所述阵列内的一个部位。

4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述重复的图案的至少第一几何参数在所述阵列的至少整个第一区域中渐进地变化。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述重复的图案的至少第一几何参数在所述阵列的至少整个第一区域中在第一变化方向上逐渐地变化，并且其中，所述重复的图案的至少第二几何参数在整个所述阵列中在不同的部位处是变化的。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述重复的图案的所述第二几何参数在整个所述阵列中在与所述第一变化方向正交的第二变化方向上变化。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述聚焦量测图案还至少包括特征的第二阵列，其中，所述第二阵列中的特征的重复的图案与所述第一阵列中的重复的图案大致相同，但是其中，所述第二阵列中的某些特征在所述第一周期性方向上具有与所述第一阵列中的对应特征的不对称性相反的不对称性，并且其中，在步骤(c)中从在所述第一阵列和所述第二阵列中的整个一个阵列或整个两个阵列中测量的所述部位的对应子集处测量的所述属性导出聚焦性能的测量结果。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤(b)包括拍摄特征的每一个阵列的至少一个暗场图像，所述至少一个暗场图像内的每一个部位对应于特征的对应阵列内的一个部位，并且在步骤(c)中将来自特征的两个或更多个阵列的暗场图像的测量结果组合，以导出聚焦性能的测量结果。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，在整个所述第一阵列中变化和/或在所述第一阵列与一个或多个其他阵列之间不同的一个或多个所述几何参数包括以下各项中的一项或多项：

所述重复的图案在所述第一周期性方向上的节距；所述重复的图案在与所述第一周期性方向正交的第二方向上的节距；所述重复的图案内的特征的宽度的尺寸；所述重复的图案中的特征之间的间距。

10.一种用于光刻设备中的图案化装置，该图案化装置包括限定一个或多个器件图案的部分以及限定一个或多个量测图案的部分，所述量测图案至少包括一个聚焦量测图案，该聚焦量测图案至少包括特征的第一阵列，其中，所述第一阵列内的任何部位处的特征限定至少在第一周期性方向上重复的图案，并且重复的图案的至少一个几何参数在整个所述阵列中在不同的部位处是变化的，由此能够通过使用在整个所述阵列中的所述部位的选定子集测量所印刷的聚焦量测图案的属性来执行使用具有不同几何参数的重复的图案进行的聚焦性能的测量。

11.一种确定用于控制光刻设备的量测选配方案的方法，该方法包括：

(a)接收多个聚焦量测图案的属性的测量结果，所述聚焦量测图案已经由光刻设备在一个或多个衬底上以程序化聚焦偏移印刷了多次，所印刷的聚焦量测图案至少包括特征的第一阵列，其中，所述第一阵列内的任何部位处的特征限定至少在第一周期性方向上重复的图案，并且重复的图案的至少一个几何参数在整个所述阵列中在不同的部位处是变化的，已经在整个阵列的多个部位处进行每一个所印刷的聚焦量测图案的所述属性的测量；以及

(b)基于在所述多个部位处测量的属性以及基于在印刷每一个聚焦量测图案时应用的聚焦偏移的知识，确定在整个所述阵列中测量的所述部位的最优子集，以及将识别选定子集的信息存储为用于经历相似处理的后续衬底上的聚焦性能的测量的量测选配方案的一部分。

12.一种用于测量光刻工艺的聚焦性能的量测设备，该量测设备能够操作以执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法中的步骤(a)和(b)。

13.一种光刻系统，包括：

光刻设备，包括：

照射光学系统，所述照射光学系统被配置为照射图案化装置；

投影光学系统，所述投影光学系统被配置为将该图案化装置的图像投影到衬底上；以及

根据权利要求12所述的量测设备，

其中，所述光刻设备被配置为在将图案施加到其他衬底时使用由所述量测设备导出的聚焦性能的测量结果。

14.一种计算机程序产品，包括处理器可读指令，当在适当的处理器控制式设备上运行所述处理器可读指令时，所述处理器可读指令使得所述处理器控制式设备执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法中的步骤(b)和/或步骤(c)。

15.一种制造器件的方法，其中，使用光刻工艺将器件图案施加到一系列衬底上，所述方法包括：

-使用根据权利要求1至9中任一项所述的方法测量所述光刻工艺的聚焦性能，以及

-根据所测量的聚焦性能控制用于后续衬底的光刻工艺。

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