CN114527628A - 测量器件制造过程的参数的方法和量测设备 - Google Patents

Abstract

本发明披露一种对器件制造过程的参数进行测量的方法。所述方法包括通过使用测量辐射照射衬底上的目标并且使用光学设备以检测由所述目标所散射的所述测量辐射来测量所述目标。所述目标包括具有第一周期性部件和第二周期性部件的目标结构。所述光学设备接收由所述测量辐射从所述目标结构的衍射所产生的辐射。所接收辐射包括将不会从所述测量辐射从单独的所述第一周期性部件的衍射接收到的、并且也将不会从所述测量辐射从单独的所述第二周期性部件的衍射接收到的至少一个衍射阶。

Description

测量器件制造过程的参数的方法和量测设备

本申请是国际申请PCT/EP2017/077914于2019年5月10日进入中国国家阶段、申请号为201780069940.8的发明申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年11月10日提交的欧洲申请16198272.3的优先权，所述美国临时专利申请的全部内容以引用的方式并入本发明中。

技术领域

本发明涉及测量器件制造过程的参数的方法、量测设备、衬底、目标、器件制造系统和器件制造方法。

背景技术

光刻设备是一种将所期望的图案施加到衬底上的机器，通常施加到衬底的目标部分上。光刻设备能够用在例如器件制造过程中，诸如用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成待形成于所述IC的单层上的电路图案。可以将这种图案转印到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个或若干个管芯)上。所述图案的转印通常经由将图案成像到设置于衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层来进行。通常，单个衬底将包括被连续地形成图案的相邻目标部分的网络。常规的光刻设备包括：所谓的步进机，在所述步进机中，通过将整个图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；以及所谓的扫描器，在所述扫描器中，通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描所述图案、同时沿与所述方向平行或反向平行的方向同步地扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。也可能通过将图案压印至衬底上而将图案从图案形成装置转印至衬底。

为了监测诸如光刻工艺的器件制造过程，对于经图案化衬底的参数(且因此测量器件制造过程的影响经图案化衬底的任何方面的参数)进行测量。例如，参数可包括形成于经图案化衬底中或上的连续层之间的重叠误差，以及经显影的感光抗蚀剂和/或经蚀刻的产品特征的临界尺寸(通常是线宽)。参数可包括特征高度和/或特征间距。可对产品衬底和/或对专用量测目标执行这些测量。存在用于对在光刻工艺中所形成的微观结构进行测量的各种技术，包括使用扫描电子显微镜和各种专用工具。快速且非侵入的形式的专用检查工具是散射计，其中将辐射束导向至衬底的表面上的目标上，且测量散射或反射的束的性质。通过比较束在其已由衬底反射或散射之前与之后的性质，能够确定衬底的性质。例如，通过比较反射的束与储存于与已知衬底性质相关联的已知测量的库中的数据、或从散射结构的模型实时计算出的数据，能够进行这种确定。两种主要类型的散射计是已知的。光谱散射计将宽带辐射束导向至衬底上并且测量散射至特定窄角度范围中的辐射的光谱(根据波长而变化的强度)。角分辨散射计使用单色辐射束且测量根据角度而变化的散射辐射的强度。

多重图案化是用以增大特征密度的一类技术。例如，在双重图案化中，增强了光刻工艺以使介于单独特征之间的最小间隔减半。在四重图案化中，增强了光刻工艺以将最小间隔减少为原先的四分之一。

也可被称作间隔工艺技术(SPT)的间隔图案化是多个层形成于预图案化特征的侧壁上的多重图案化技术。随后移除预图案化特征，以针对每个预图案化特征留下两个残余侧壁特征。在预图案化特征的宽度确切等于介于预图案化特征之间的分离度的情况下，使用残余侧壁特征而形成的特征将以单个共同的分离距离而彼此间隔开。然而，间隔图案化工艺中的误差可造成介于邻近特征之间的分离度发生变化。在双重图案化的情况下，变化可包括交替的分离距离。交替的分离距离可被称作间距变动(pitch walking)。例如，当光刻工艺中的误差使得预图案化特征的宽度不同于介于预图案化特征之间的分离度时，可发生间距变动。间距变动也可在其他形式的多重图案化中产生，例如在诸如光刻-蚀刻-光刻-蚀刻(LELE)的非间隔技术中产生。

器件制造过程的性质的准确测量(包括对于由多重图案化工艺产生的间距变动的测量)可以是困难的、耗时的，或既困难又耗时的。

发明内容

需要提供用于对器件制造过程的参数进行测量并且用于执行所述器件制造过程的改良的方法和设备。

根据本发明的一方面，提供一种对器件制造过程的参数进行测量的方法，所述方法包括：通过使用测量辐射照射衬底上的目标并且使用光学设备以检测由所述目标所散射的所述测量辐射来测量所述目标，其中：所述目标包括具有第一周期性部件和第二周期性部件的目标结构；并且所述光学设备接收由所述测量辐射从所述目标结构的衍射所产生的辐射，所接收辐射包括将不会从所述测量辐射从单独的所述第一周期性部件的衍射接收到的、并且也将不会从所述测量辐射从单独的所述第二周期性部件的衍射接收到的至少一个衍射阶。

根据本发明的另一方面，提供一种包括用于对器件制造过程的参数进行测量的目标的衬底，所述测量通过使用测量辐射照射所述目标并且检测由所述目标所散射的测量辐射来进行，其中：所述目标包括具有第一周期性部件和第二周期性部件的目标结构；所述第一周期性部件被设置于第一层中且所述第二周期性部件被设置于第二层中，所述第二层在所述第一层上方或下方；并且所述第二周期性部件被配置成使得所述第一周期性部件与所述第二周期性部件的组合的间距比单独的所述第一周期性部件的间距长并且比单独的所述第二周期性部件的间距长。

根据本发明的另一方面，提供一种用于测量工艺中的器件制造中的目标，其中：所述目标包括具有第一周期性部件和第二周期性部件的目标结构；所述第一周期性部件被设置于第一层中且所述第二周期性部件被设置于第二层中，所述第二层在所述第一层上方或下方；并且所述第二周期性部件被配置成使得所述第一周期性部件与所述第二周期性部件的组合的间距比单独的所述第一周期性部件的间距长并且比单独的所述第二周期性部件的间距长。

根据本发明的另一方面，提供一种用于对器件制造过程的参数进行测量的量测设备，所述量测设备包括：衬底，包括目标；和光学设备，用于通过使用测量辐射照射所述目标并且检测由所述目标所散射的所述测量辐射来测量所述目标，其中：所述目标包括具有第一周期性部件和第二周期性部件的目标结构；并且所述光学设备被配置成接收由所述测量辐射从所述目标结构的衍射所产生的辐射，所接收辐射包括将不会从所述测量辐射从单独的所述第一周期性部件的衍射接收到的、并且也将不会从所述测量辐射从单独的所述第二周期性部件的衍射接收到的至少一个衍射阶。

附图说明

现将参见示意性附图仅作为示例来描述本公开的实施例，附图中对应的参考符号指示对应零件，且附图中：

图1描绘光刻设备；

图2描绘光刻单元或簇；

图3描绘用于量测中的散射计；

图4至图9描绘使用间隔图案化的示例双重图案化工艺中的阶段；

图10以示意性侧剖面描绘通过双重图案化而形成的周期性目标结构，其具有零间距变动；

图11以示意性侧剖面描绘通过双重图案化而形成的周期性目标结构，其具有非零间距变动；

图12以示意性侧剖面描绘示例目标，示例目标包括具有第一层中的第一周期性部件和第二层中的第二周期性部件的目标结构，其中第一周期性部件包括零间距变动；

图13描绘在其中第一周期性部件包括非零间距变动的情况下的图12的目标；

图14(a)是具有零间距变动的目标结构的示意性俯视图；

图14(b)描绘来自图14(a)的目标结构的落在通往光学设备的输入的外部的一阶衍射；

图15(a)是其中在间距变动为非零的情况下图14(a)的目标结构的示意性俯视图；

图15(b)描绘来自图15(a)的目标结构的仍落在通往光学设备的输入的外部的一阶衍射；

图16(a)是具有第一周期性部件和第二周期性部件的目标结构的示意性俯视图，所述第一周期性部件包括具有零间距变动的光栅且所述第二周期性部件包括光栅之一部分被移除所在的周期性区；

图16(b)描绘来自图16(a)的目标结构的仍落在通往光学设备的输入的外部的一阶衍射；

图17(a)是具有第一周期性部件及第二周期性部件的目标结构的示意性俯视图，所述第一周期性部件包括具有非零间距变动的光栅且所述第二周期性部件包括光栅的一部分被移除的周期性区；

图17(b)描绘来自图17(a)的目标结构的落在通往光学设备的输入内的一阶衍射；

图18(a)是目标的第一层中的第一周期性部件的示意性俯视图；

图18(b)描绘来自图18(a)的第一周期性部件的落在通往光学设备的输入的外部的一阶衍射；

图19(a)是包括图18(a)的第一周期性部件和形成在高于或低于第一层的第二层中的第二周期性部件的目标的示意性俯视图，所述第二周期性部件的空间周期是所述第一周期性部件的空间周期的两倍；

图19(b)描绘来自图19(a)的目标的落在通往光学设备的输入外部的一阶衍射；

图20(a)是图19(a)的目标的示意性俯视图，除了第二周期性部件的空间周期是第一周期性部件的空间周期的三倍且在第一周期性部件与第二周期性部件之间存在重叠误差从而导致不对称衍射；

图20(b)描绘来自图20(a)的目标的落在通往光学设备的输入内的不对称一阶衍射；

图21(a)是图20(a)的目标的示意性俯视图，除了在第一周期性部件与第二周期性部件之间存在不同的重叠误差；

图21(b)描绘来自图21(a)的目标的不对称一阶衍射，所述不对称性不同于图20(b)的一阶衍射中的不对称性；

图22是描绘一阶信号(FOS)根据分离偏差S1-S2和对于三个不同目标的值的变化的曲线图；

图23是描绘一阶信号(FOS)根据重叠偏移(OV)和分离偏差S1-S2的变化的曲线图；

图24及图25分别示出一阶信号的导数(DFOS)(与灵敏度成比例)和一阶信号(FOS)根据分离偏差S1-S2的变化；

图26是描绘一阶信号(RDS)根据分离偏差S1-S2和对于两个相对偏置的目标结构的值的变化的曲线图；

图27是描绘二阶差分信号(SODS)根据重叠偏移(OV)和分离偏差S1-S2的变化的曲线图。

具体实施方式

本说明书披露了合并有本发明的特征的一个或更多个实施例。所披露实施例仅仅例示本发明。本发明的范畴不限于所披露实施例。本发明是由所附的权利要求书所限定的。

所描述的实施例以及本说明书中提及的“一个实施例”、“一实施例”、“一示例实施例”等指示了所描述的实施例可包括特定特征、结构或特性，但每个实施例可能未必包括所述特定特征、结构或特性。此外，这些短语不必是指相同实施例。另外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，应理解的是，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这些特征、结构或特性都是在本领域普通技术人员的知识范围内。

然而，在更详细地描述这些实施例之前，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。所述光刻设备包括：照射系统(照射器)IL，配置成调节辐射束B(例如UV辐射，或DUV辐射)；支撑结构(例如，掩模台)MT，构造成用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与配置成用于根据某些参数准确地定位图案形成装置的第一定位装置PM相连；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，且与配置成根据某些参数准确定位衬底的第二定位装置PW相连；以及投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS，配置成用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投射到衬底W的目标部分C(例如包括一个或更多个管芯)上。

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

所述支撑结构支撑所述图案形成装置，即，承载所述图案形成装置的重量。所述支撑结构以取决于图案形成装置的方向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置是否保持在真空环境中等其他条件的方式保持所述图案形成装置。所述支撑结构可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术保持图案形成装置。所述支撑结构可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述支撑结构可以确保图案形成装置位于所期望的位置上(例如相对于投影系统)。可认为本发明中使用的任何术语“掩模版”或“掩模”都与更上位的术语“图案形成装置”同义。

此处使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为表示能够用于将图案在辐射束的横截面中赋予辐射束、以便在衬底的目标部分上产生图案的任何装置。应当注意，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，被赋予辐射束的图案将与在目标部分上产生的器件中的特定的功能层相对应，例如集成电路。

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、可编程反射镜阵列以及可编程液晶显示(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和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，每一个小反射镜可以独立地倾斜，以便沿不同的方向反射入射的辐射束。所述已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。

这里使用的术语“投影系统”应该广义地解释为包括任意类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型、和静电型光学系统、或其任意组合，视情况用于所使用的曝光辐射、或者用于诸如浸没液体的使用或真空的使用之类的其他因素。这里使用的任何术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。

在此实施例中，例如，所述设备是透射型的(例如采用透射式掩模)。替代地，所述设备可以是反射型的(例如，采用如上所述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射掩模)。

所述光刻设备可以是具有两个(“双平台”)或更多个衬底台和例如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，或者可以在一个或更多个台上执行预备步骤的同时，使用一个或更多个其它的台用于曝光。

光刻设备也可为如下类型：其中衬底的至少一部分可由具有相对高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充投影系统与衬底之间的空间。也可将浸没液体施加至光刻设备中的其他空间中，例如，掩模与投影系统之间的空间。在本领域中公知浸没技术用于增加投影系统的数值孔径。这里使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底的结构必须浸没在液体中，而是仅意味着在曝光期间液体位于投影系统和衬底之间。

参考图1，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。例如，当源为准分子激光器时，源和光刻设备可以是分离的实体。在这种情况下，不将源看成是形成了光刻设备的一部分，且辐射束借助于包括(例如)合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助从源SO被传至照射器IL。在其他情况下，例如，当源为汞灯时，源可以是光刻设备的组成部分。源SO和照射器IL以及束传递系统BD(如果需要的话)可被称作辐射系统。

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。通常，可以对所述照射器的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(其一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。另外，照射器IL可以包括各种其他部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器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。

辐射束B入射到被保持在所述支撑结构(例如，掩模台MT)上的图案形成装置(例如，掩模MA)上，并且被图案形成装置图案化。辐射束B横穿掩模MA后，穿过投影系统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和位置传感器IF(例如，干涉量测装置、线性编码器、2D编码器或电容传感器)，可准确地移动衬底台WT，例如，以将不同的目标部分C定位于辐射束B的路径中。类似地，第一定位装置PM和另一位置传感器(其未在图1中明确地示出)可被用于(例如在掩模库的机械获取后或在扫描期间)相对于辐射束B的路径来准确地定位掩模MA。通常，可以借助于构成所述第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)来实现掩模台MT的移动。类似地，可以使用构成第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底台WT的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，掩模台MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以通过使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记Pl、P2来对准掩模MA和衬底W。尽管所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掩模MA上的情况下，掩模对准标记可以位于所述管芯之间。

所描绘出的设备可以用于下列模式中的至少一种：

1.在步进模式中，在将掩模台MT和衬底台WT保持为基本静止的同时，将赋予所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C上(即，单一的静态曝光)。然后将所述衬底台WT沿X和/或Y方向移位，使得能够对不同目标部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单一的静态曝光中成像的目标部分C的尺寸。

2.在步进模式中，在将掩模台MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上(即，单一的动态曝光)。衬底台WT相对于掩模台MT的速度和方向可以由投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单一动态曝光中目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度确定了目标部分(沿扫描方向)的高度。

3.在另一模式中，将用于保持可编程图案形成装置的掩模台MT保持为基本静止，并且在所述衬底台WT被移动或扫描的同时，将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C上。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WT的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式能够易于应用于利用可编程图案形成装置(诸如，如上所提及类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻术中。

也可采用上文所描述的使用模式的组合和/或变型，或完全不同的使用模式。

图2中所示出，光刻设备LA形成光刻单元LC(有时也被称作光刻元或簇)的部分，光刻单元LC还可以包括在衬底上执行曝光前和曝光后工艺的设备。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剂DE、激冷板CH和焙烤板BK。衬底处理器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底，在不同的工艺设备之间移动衬底，然后将其传送到光刻设备的装载台LB。这些装置通常统称为轨道，并且由轨道控制单元TCU控制，该轨道控制单元TCU本身由管理控制系统SCS控制，该管理控制系统SCS也通过光刻控制单元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。

为了通过所述光刻设备曝光的衬底被正确地且一致地曝光，需要检查经曝光衬底以便测量诸如在后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等性质。如果检测到误差，则例如可对后续衬底的曝光进行调整，尤其是在如果所述检查能够快速且足够迅速地进行而使得同一批量的其他衬底仍待曝光的情况下。并且，已经曝光的衬底可被剥离和返工以改良产率或可能被舍弃，由此避免对已知有缺陷的衬底执行曝光。在衬底的仅一些目标部分有缺陷的情况下，能够仅对被认为无缺陷的那些目标部分执行进一步曝光。

检查设备(其也可被称作量测设备)被用以确定衬底的性质，且尤其是确定不同衬底或同一衬底的不同层的性质如何在层与层之间变化。所述检查设备可被整合至所述光刻设备LA或所述光刻单元LC中，或可以是独立运行的装置。为了实现最快速测量，需要紧随于所述曝光之后使所述检查设备测量在经曝光的抗蚀剂层中的性质。然而，抗蚀剂中的潜像具有非常低的对比度，这是由于在已向辐射曝光的抗蚀剂的部分与尚未向辐射曝光的抗蚀剂的部分之间仅存在非常小的折射率差——且并非所有检查设备都具有足够灵敏度来进行对于潜像的有用测量。因此，可在曝光后烘烤步骤(PEB)之后进行测量，曝光后烘烤步骤(PEB)通常是对经曝光衬底进行的第一步骤并且增大了在抗蚀剂的经曝光部分与未经曝光部分之间的对比度。在此阶段，抗蚀剂中的图像可被称作半潜像。也有可能在抗蚀剂的经曝光部分或者未经曝光部分已被移除的时刻对经显影的抗蚀剂图像进行测量，或在诸如蚀刻的图案转印步骤之后对经显影的抗蚀剂图像进行测量。后一种可能性限制了返工有缺陷衬底的可能性，但仍可提供有用信息。

图3是散射计的形式的光学设备的示意图，所述散射计适于与图2所示的光刻元组合执行量测。所述设备可用于测量通过光刻所形成的特征的临界尺寸，测量在层之间的重叠，等等。产品特征或专用量测目标被形成于衬底W上。所述设备可以是独立运行的装置，或被合并入于例如测量站处的光刻设备LA中、或被合并入于光刻单元LC中。具有贯穿所述设备的若干分支的光轴由虚线O表示。在这种设备中，由源11所发射的光由包括透镜12、14和物镜16的光学系统经由分束器15而导向至衬底W上。这些透镜以4F布置的双重序列被布置。假设其仍在衬底上提供源的图像，且同时允许接近中间光瞳平面以用于空间频率滤光，则能够使用不同的透镜布置。因此，通过限定在呈现衬底平面的空间光谱的平面(此处被称作(共轭)光瞳平面)中的空间强度分布，能够选择所述辐射入射到衬底上的角度范围。特别地，通过在作为物镜光瞳平面的背投式图像的平面中在透镜12与14之间插入合适形式的孔板13，能够进行这种选择。例如，如图所示，孔板13可采取不同形式，所述形式中的两种被标注为13N和13S，从而允许选择不同照射模式。所图示示例中的照射系统形成离轴照射模式。在第一照射模式中，孔板13N提供从仅为描述起见被指明为“北”的方向的离轴。在第二照射模式中，孔板13S用以提供类似的照射，但该类似的照射来自被标注为“南”的相反方向。通过使用不同孔径，其他照射模式是可能的。其余光瞳平面理想地是暗的，这是因为所需照射模式以外的任何不必要的光将干涉所需测量信号。

由衬底W上的目标衍射的至少0阶以及-1阶和+1阶中之一被物镜16收集并且通过分束器15往回引导。第二分束器17将衍射束划分成两个测量分支。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)。每个衍射阶击中传感器上的不同点，使得图像处理能够对比和区别若干阶。由传感器19采集的光瞳平面图像能够用于聚焦所述量测设备和/或归一化所述一阶束的强度测量。所述光瞳平面图像能够用于诸如重新建构的许多测量目的。

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)上形成衬底W上的目标的图像。在第二测量分支中，在与光瞳平面共轭的平面中设置孔径光阑21。孔径光阑21用以阻挡零阶衍射束，使得形成于传感器23上的目标的图像是仅从-1或+1-阶束而形成。由传感器23检测到的图像因此被称作“暗场”图像。应注意，此处在广义上使用术语“图像”。如此，如果存在-1阶和+1阶中的仅一个，则将不形成光栅线的图像。

由传感器19及23采集的图像被输出至图像处理器和控制器PU，图像处理器和控制器PU的功能将取决于正在被执行的测量的特定类型。

可在专利申请案US2006/066855A1、W02009/078708、W02009/106279和US2011/0027704A中发现散射计和技术的示例，所述专利申请案的全文均以引用方式并入本文中。

在下文中，描述了根据实施例测量器件制造过程(特别是光刻工艺)的参数的方法。所述方法特别适用于测量包括多重图案化(例如双重图案化或四重图案化)的光刻工艺的参数。下文参看图4至图9描述了使用间隔图案化的双重图案化工艺的示例。本发明的实施例也可在使用多重图案化的其他形式(间隔或非间隔)的情况下适用，并且甚至在并不涉及多重图案化的工艺中适用。

图4描绘了衬底34。基底层32形成于衬底34上。包括形成第一图案的多个预图案化特征30(例如线)的图案化层被形成于基底层32上。

在后续步骤中，如图5中所描绘，膜层35被淀积至图案化层上。

在后续步骤中，如图6中所描绘，在水平表面上执行蚀刻以从膜层36移除材料。留下了形成于预图案化特征30的侧壁上的层36。层36可被称作间隔物。

在后续步骤中，如图7中所描绘，移除所述预图案化特征30，从而留下所述层(间隔物)36，所述层36形成密度为预图案化特征30的原始图案的密度两倍的图案(这是因为预图案化特征30中的每个具有两个侧壁且每个侧壁产生所述层(间隔物)36之一)。

在后续步骤中，如图8中所描绘，所述层(间隔物)36被用作掩模以限定所述基底层的选择性蚀刻。

在后续步骤中，如图9中所描绘，移除所述层(间隔物)36，从而留下由所述基底层的剩余材料所形成的特征38的第二图案。第二图案(图9中所示出)包括多达第一图案(图4中所示)的特征两倍的特征。

上文参考图4至图9所描述的工艺有时被称作自对准双重图案化(SADP)。能够基于所述第二图案的特征而非第一图案的特征来重复所述工艺，由此再次将特征密度加倍。这种类型的工艺有时被称作自对准四重图案化(SAQP)。原则上能够进一步重复所述工艺以产生特征密度的进一步增大。

参看图9，分离距离S1由所述预图案化特征30的宽度确定。分离距离S2由介于相邻成对的预图案化特征30之间的分离距离确定。介于S1与S2之间的差将引起在奇数特征与偶数特征之间的有效重叠误差。针对非零的S1-S2，介于相邻特征之间的分离距离将因此交替。交替的分离距离可被称作间距变动。图10描绘具有零间距变动(S1＝S2)的结构的一部分。图11描绘具有非零间距变动(S1#S2)的结构的一部分。需要监测和控制介于S1与S2之间的任何差(例如，用以确保所述差不超过预定阈值)。

用于测量S1-S2的现有技术的技术具有各种缺点。

扫描电子显微法(CD-SEM)已用以测量S1-S2。然而，扫描电子显微法相对较慢(通常需要若干秒来进行测量)。CD-SEM利用器件上的高局部化进行测量，意思是需要大量检查点来检查总体目标性能。此外，难以区别S1与S2。

散射测量技术提高速度，但可灵敏度低，尤其是针对小的S1-S2值。

下文参看图12至图21描述根据实施例对器件制造过程(例如光刻工艺)的参数进行测量的方法。图12、图13、图16、图17、图20和图21示出用于所述方法中的示例目标。本发明中所使用的术语“目标”应被广泛地解释为指代在测量工艺中使用或能够使用的任何结构。目标可包括专用量测目标，或目标可形成部分地或完全地出于其他目的而设置的结构的部分。目标可例如由产品特征形成。所述方法包括通过使用测量辐射来照射衬底W上的目标40且检测由所述目标40所散射的测量辐射来测量所述目标40。所披露的方法中的任一个可使用经适当配置的量测设备来实施。所述量测设备可包括如上文参考图3所讨论的光学设备。可提供包括器件制造设备和所述量测设备的器件制造系统。所述器件制造系统可包括光刻系统，光刻系统包括光刻设备和所述量测设备。所述器件制造设备(例如光刻设备)对衬底执行器件制造过程(例如光刻工艺)。所述量测设备测量所述器件制造过程(例如光刻工艺)的参数。所述器件制造设备在后续器件制造过程(例如光刻工艺)中使用由所述量测设备测量的参数。在参数表示在所述器件制造过程(例如光刻工艺)中的误差的情况下，所述器件制造设备(例如光刻设备)可使用所述参数以减少误差的大小。

所述目标40包括具有第一周期性部件42和第二周期性部件44的目标结构。在各种实施例中，所述第一周期性部件和所述第二周期性部件在不同时间形成、使用不同光刻工艺而形成，或在不同时间使用不同的光刻工艺而形成。在各种实施例中，所述第一周期性部件42被设置于第一层中且所述第二周期性部件44被设置于第二层中，所述第二层在所述第一层上方或下方。在图12、图13、图20及图21中示出示例的这种实施例中，设置有所述第一周期性部件42的结构可被称作第一层目标子结构。设置有第二周期性部件44的结构可被称作第二层目标子结构。在其他实施例中，所述第一周期性部件42和所述第二周期性部件44被设置于同一层中，或设置于多个层中，所述第一周期性部件42和所述第二周期性部件44在与所述多个层中的每个层的平面垂直的方向上互相重叠。下文参看图16及图17讨论这种目标40的示例。

图12和图13描绘了实施例，其中所述第一周期性部件42和所述第二周期性部件44被设置于不同层中。在这个实施例中，所述第二周期性部件44被设置于所述第一周期性部件42的上侧上。所述上侧被限定为面向入射测量辐射的侧。在其他实施例中，所述第二周期性部件44被设置于所述第一周期性部件42的下方，但以使得测量辐射仍与所述第一周期性部件42和所述第二周期性部件44两者相互作用的方式设置。所述第二周期性部件44可被具体地设置用以辅助监测器件制造(例如光刻)工艺。替代地，可出于其他原因设置所述第二周期性部件44，例如作为形成产品制造中的工艺链的部分的层。在后一情况下，根据实施例的方法利用出于其他原因而设置的第二周期性部件44的存在，来改良关于与所述第二周期性部件44相区别的第一周期性部件42而执行的光刻工艺的测量。

在其中所述第一周期性部件42和所述第二周期性部件相对于彼此被设置于不同层中的实施例中，所述第二周期性部件44可直接邻近于所述第一周期性部件42、与所述第一周期性部件42重叠(在与所述第二周期性部件的平面垂直的方向上)，或与所述第一周期性部件42间隔开一个或更多个介入层。

在一实施例中，所述第一周期性部件42通过待监测的器件制造(例如光刻)工艺而形成。所述方法通过测量所述第一周期性部件42的一个或更多个性质来测量这种工艺的参数。所述第二周期性部件44修改从所述第一周期性部件42和所述第二周期性部件44的组合散射的测量辐射，使得相对于并不设置所述第二周期性部件44且仅从所述第一周期性部件散射所述测量辐射的情况，关于所述第一周期性部件42的信息能够被较容易地提取、或以改良的准确度而提取。在一实施例中，这通过如下操作来实现：布置所述第二周期性部件44，使得所接收的源于所述测量辐射从目标结构的衍射的辐射包括将不会由所述测量辐射的从单独的所述第一周期性部件42的衍射接收到的、优选地也将不会由所述测量辐射的从单独的第二周期性部件44的衍射接收到的至少一个衍射阶。在多个实施例中，这通过如下操作来实现：布置所述第一周期性部件42与所述第二周期性部件44的组合的间距使其比单独的所述第一周期性部件42的间距长，优选地也比单独的所述第二周期性部件44的间距长。每个间距可表示二维周期性或三维周期性。提供比单独的所述第一周期性部件42(和/或单独的第二周期性部件44)的间距长的组合的间距意思是相对于不设置所述第二周期性部件44的情况，来自所述目标的衍射图案将散开较少。提供散开较少的衍射图案使得有可能较容易地检测到所述衍射图案的高阶分量。与从所述衍射图案的低阶分量提取关于一个或更多个所关注参数的信息相比，可较容易从所述衍射图案的高阶分量提取关于所述一个或更多个所关注参数的信息，这例如是因为存在来自噪声或不关注的几何因素的较小影响。在一实施例中，高阶分量包括一阶衍射分量。有利地，一阶衍射分量相对于诸如在所述第二周期性部件44与所述第一周期性部件42之间的空间偏移、或所述第二周期性部件44图案中的线宽变化这样的几何变化是不变的。零阶衍射分量将会受到这些因素较大影响，由此减少信噪比。与高阶衍射分量相比，零阶衍射分量也可以是对所关注参数是较不灵敏的。

一阶衍射分量对重叠偏移(OV)(即，在所述第二周期性部件44与所述第一周期性部件42之间的偏移)的不变性在图23的曲线图中图示。所述曲线图示出在所述重叠偏移(OV)中的相对大变化对于一阶衍射分量(一阶信号FOS)如何根据S1-S2而变化具有可忽略的影响。

图14至图17图示出在使用具有位于同一层中的所述第一周期性部件42和所述第二周期性部件44的目标来测量间距变动的情况下方法的应用。图18至图21图示出在使用具有位于不同层中的所述第一周期性部件42和所述第二周期性部件44的目标来测量重叠误差的情况下方法的应用。

在图14(a)的布置中，设置包括具有间距p的光栅的目标40。间距p相对较小。小间距P意思是由入射测量辐射所产生的一阶衍射束因此是相对散开的，如图14(b)中所示。所述一阶衍射束以过大的角度衍射而不能进入用以测量散射辐射的光学设备的输入(例如物镜16)，且因此是实际上损耗的。

如图15(a)和图15(b)中所示，将间距变动引入至图14(a)的光栅中会造成光栅的间距增大至2p。增大的间距造成所述一阶衍射散开较少，但关于一阶辐射的角度仍过大而不能进入物镜16(如图15(b)所示)。

图16(a)描绘具有第一周期性部件42和第二周期性部件44的目标40。所述第一周期性部件与图14(a)的目标40的光栅相同。所述第一周期性部件的间距因此是p。所述第二周期性部件44包括周期性区，在所述周期性区中，所述光栅的一部分被移除。所述周期性区由图16(a)中的虚线框描绘。所述第二周期性部件44的间距(由所述周期性区的分隔来限定)是3p。所述第一周期性部件42与所述第二周期性部件44的组合的间距46也等于3p。相对于图14和图15的布置的增大的间距造成所述一阶衍射散开甚至更少，但关于所述一阶辐射的角度仍过大而不能进入物镜16(如图16(b)所示)。

图17(a)描绘在形成所述第一周期性部件42的光栅中存在间距变动的情况下的图16(a)的目标40。所述间距变动将所述第一周期性部件42的间距增大至2p(与图15中一样)。所述间距变动也导致所述第一周期性部件42与所述第二周期性部件44的组合的间距46增大(从3p增大至6p)。因此，此实施例是如下一类实施例的示例：其中所述第一周期性部件与所述第二周期性部件的组合的间距在存在间距变动(其可由在名义上彼此间隔开一段共同分离距离的特征之间的分离距离的偏差指示，如上文参看图10至图13所讨论)时比不存在间距变动(即，分离距离中的偏差)时长。较长间距最后引起所述第一衍射束的衍射角为足够低的值，使得所述第一衍射束进入物镜16。修改所述目标40以合并所述第二周期性部件44，由此使得有可能采集所述一阶衍射束且使所述一阶衍射束有助于所述器件制造过程的参数(例如间距变动的大小)的测量。

在图18(a)的布置中，提高包括具有间距p的光栅的目标40。所述光栅提供第一周期性部件42。如在图14(a)中的布置，间距p相对较小且来自所述第一周期性部件42的一阶衍射束并不进入物镜16(图18(b))。

图19(b)和图19(b)示出图18的目标40，其中添加第二周期性部件44。所述第二周期性部件44由具有周期2p的光栅提供。所述第一周期性部件42和所述第二周期性部件44被设置于相对于彼此的不同层中。所述第一周期性部件42与所述第二周期性部件44的组合的间距也等于2p。相对于图18的布置的增大的间距造成所述一阶衍射散开较少，但关于所述一阶辐射的角度仍过大而不能进入物镜16(如图19(b)中所示)。

图20(a)描绘目标40，其中所述第一周期性部件42具有与图19的所述第一周期性部件42相同的间距p，但所述第二周期性部件44具有比图19的所述第二周期性部件44的间距大的间距3p。组合的间距46(等于6p)足够大以导致所述一阶衍射进入物镜16(如图20(b)中所描绘)。因此能够采集所述一阶衍射，并且使用所述一阶衍射有助于器件制造过程的参数(例如重叠误差)的测量。在所示示例中，所述一阶衍射用以测量表示所述目标结构中的不对称性的程度的参数。在此示例中不对称性是由于在一个层中的所述第一周期性部件42与不同层中的所述第二周期性部件44之间的重叠误差而产生。所述不对称性导致相反或不同衍射阶之间的差。在此示例中，所述差介于-1衍射阶与+1衍射阶之间。

图21(a)描绘图20的目标40，除了在所述第一周期性部件42与所述第二周期性部件44之间存在不同的重叠误差。不同重叠误差导致相反或不同衍射阶之间的不同不对称性(如通过比较图20(b)与图21(b)能够看到)。

在一实施例中，所述第一周期性部件42是通过多重或多次图案化而形成。在一实施例中，所述第一周期性部件42是使用间隔图案化工艺(诸如上文参考图4至图9所描述的工艺)而形成。在此实施例中，所述第一周期性部件42通过下列的一次或多次迭代而形成：在多个特征的第一图案中的每个特征30的侧壁上形成层36，且在后续步骤中，移除所述多个特征的第一图案的每个特征30以形成第二图案，所述第二图案所具有的特征38多达第一图案中的特征的两倍。在其他实施例中，所述第一周期性部件42使用诸如LELE的非间隔多重图案化工艺而形成。

在一实施例中，所述第一周期性部件42通过光刻工艺而形成，所述光刻工艺被配置成形成在名义上彼此间隔开一段共同分离距离(S1＝S2)的三个或更多个特征。因而，在所述光刻工艺中不存在任何误差的情况下，介于每对相邻特征之间的分隔将相同。实际上，所述光刻工艺中的一个或更多个误差将造成分离距离中的偏差(使得S1#S2)。所述方法包括测量所述目标40以便测量由光刻工艺中的一个或更多个误差(包括例如蚀刻处理中的误差)所造成的分离距离的偏差。

在一实施例中，所述分离距离的偏差包括不同分离距离的重复序列。例如，间隔图案化工艺将产生这种类型的分离距离的偏差。在双重图案化的情况下，不同分离距离的重复序列包括第一分离距离S1与第二分离距离S2的交替序列。这被称作间距变动(walking)。图12描绘包括通过双重图案化而形成的具有零间距变动(S1＝S2)的第一周期性部件42的目标40。图13描绘包括通过双重图案化而形成的具有非零间距变动(S1#S2)的第一周期性部件42的目标40。每个分离距离S1可被称作第一分离距离S1。每个分离距离S2可被称作第二分离距离。

在一实施例中，所述第二周期性部件44包括具有间距p的周期性结构，所述间距p被选择为使得第一周期性部件42与第二周期性部件44的组合的间距在存在分离距离的偏差时比不存在分离距离的偏差时长。由偏差造成的间距的改变允许以高灵敏度检测所述偏差。例如，间距的改变能够被用以使得当发生间距的改变时检测到新的高阶衍射分量(即，在间距改变之前过度散开而不能由所述光学系统检测到的高阶衍射分量)。图12、图13、图16和图17描绘这种类型的实施例。在图12(零间距变动)中，组合的间距46等于所述第二周期性部件44的间距p的两倍。在图13(非零间距变动)中，组合的间距46加倍至所述第二周期性部件44的间距p的四倍。在图16(零间距变动)中，组合的间距46等于所述第二周期性部件44的间距。在图17中，组合的间距46等于所述第二周期性部件44的间距的两倍。

图12和图13的所述第二周期性部件44是一类第二周期性部件44的示例，其中设置具有间距p的周期性结构，所述间距p由以下表达式给出：p＝(n+l/2)d，其中d＝(S1+S2)/2，且n是正整数。安排间距p以满足上述表达式确保了所述第一周期性部件42与所述第二周期性部件44的组合的间距46在存在分离距离的偏差时比在不存在分离距离的偏差时长。在图12和图13的特定示例中，n＝2。

图22中示出一阶信号(FOS)相对于S1-S2的预期变化的示例。所述一阶信号是从目标40散射的一阶衍射分量的测量。点50对应于包括具备零间距变动的第一周期性部件42(参见插图)。点51对应于包括具备中间或中等的非零间距变动的第一周期性部件42的目标40(参见插图)。点52对应于包括具备相对高的非零间距变动的第一周期性部件42的目标40(参见插图)。

图22示出针对S1-S2的较大值实现相对高灵敏度(由曲线中的相对高的陡度所指示)。然而，针对S1-S2的较小值，曲线变得扁平，从而指示较低灵敏度。在一实施例中，通过使用两个相对偏置的目标结构以产生差分信号来改良灵敏度。所述偏置被选择为使得对于由所述光刻工艺中的误差所造成的S1-S2的小差值的平均灵敏度针对两个目标结构比针对无偏置的单一目标结构高。在一实施例中，提供一种方法，所述方法包括两个步骤。

第一步骤包括：对包括第一周期性部件42的第一目标结构进行测量，所述第一周期性部件42通过被配置成形成在名义上彼此间隔开一段共同分离距离的三个或更多个特征的工艺而形成。所述工艺在第一指向上偏置以便在名义上形成第一分离距离S1与第二分离距离S2的交替序列，其中S1-S2＝Δd。因此，所述光刻工艺在被完善地执行时将形成具有与正偏置Δd精确相等的间距变动的图案。所述光刻工艺中的偏差将使得所述间距变动等于所述偏置加上与由光刻工艺所引入的间距变动相关联的误差。

第二步骤包括：对包括第一周期性部件42的第二目标结构进行测量，所述第一周期性部件42通过与用以形成所述第一目标结构的第一周期性部件42的工艺相同的工艺而形成，除了所述工艺在与第一指向相反的第二指向上偏置。所述工艺因而被配置成在名义上形成第一分离距离S1与第二分离距离S2的交替序列，其中S1-S2＝-Δd。因而，所述光刻工艺在被完善地执行时将形成具有与负偏置Δd精确相等的间距变动的图案。所述光刻工艺中的偏差将使得间距变动等于所述负偏置加上与由光刻工艺所引入的间距变动相关联的误差。

根据S1-S2而变化的一阶信号的导数(DFOS)相对于S1-S2(其与灵敏度成比例)的变化在图24中示出，其中根据S1-S2而变化的一阶信号(FOS)的变化在图25中示出。所述曲线图示出：对于处于第一周期54中的偏置Δd，针对由所述光刻工艺中的误差造成的间距变动的小的数值(即，在偏置之前的S1-S2)，灵敏度将增大。

从第一步骤与第二步骤的输出形成差分信号会抵消故意施加的偏置+Δd和-Δd，且允许以高灵敏度获得与由所述光刻工艺引入的间距变动相关联的误差。在典型实施例中，来自两个相对偏置的目标中的每个目标的信号之间的差将是S1-S2(在偏置之前)的平均值的线性函数，但也有可能安排所述变化为非线性的。图26描绘用于使用光刻工艺对具有小间距变动误差的两个相对偏置的目标结构执行的测量的示例点。两个信号位于FOS相对于S1-S2的曲线的相对较陡部分上，且因此所述两个信号对由所述光刻工艺中的一个或更多个误差所造成的S1-S2的任何改变是相对敏感的。介于所述两个信号之间的差56与由所述光刻工艺造成的S1-S2成比例(在无偏置的情况下)。

在一实施例中，方法适于允许同时地测量1)在所述第二周期性部件44与所述第一周期性部件42之间的重叠偏移，和2)在所述目标结构中标称相等地间隔开的特征之间的分离距离的偏差(例如S1-S2)。在一实施例中，所述方法包括使用在第一波长处居中的第一频带中的测量辐射来照射目标40以及使用居中于第二波长处的第二频带中的测量辐射来照射所述目标。可同时地或在不同时间执行使用第一频带及第二频带中的测量辐射的照射。在一实施例中，所述第一波长是在650纳米至750纳米的范围内，可选地为约700纳米，且所述第二波长是在400纳米至450纳米的范围内，可选地为约425纳米。在此方法中，与由从所述目标结构的衍射所产生的检测到的第一频带的测量辐射相比，由从所述目标结构的衍射所产生的检测到的第二频带的测量辐射平均地来自更高阶衍射。

在一实施例中，由来自所述目标结构的高于零阶的衍射得到的检测到的第一频带的测量辐射主要来自一阶衍射。由来自所述目标结构的高于零阶的衍射所产生的检测到的第二频带的测量辐射包括来自二阶衍射的辐射。

发明人已发现，所述一阶衍射辐射对于在标称相等地隔开的特征(例如间距变动)之间的分离距离的偏差(例如S1-S2)敏感，且实质上与在所述第二周期性部件44与所述第一周期性部件42之间的重叠偏移(OV)的变化无关。这种类型的示例行为在图23中描绘且在上文加以讨论。已进一步发现，所述二阶衍射辐射既对在标称相等地间隔开的特征(例如，间距变动)之间的分离距离的偏差(例如S1-S2)敏感，又对在所述第二周期性部件44与所述第一周期性部件42之间的重叠偏移(OV)的变化敏感。图27中描绘这种类型的示例行为。与在S1-S2的任何固定值的情况下所述信号(垂直轴线)并不随着重叠偏移(OV)实质上变化的图23相对照，图27示出针对S1-S2的大多数固定值，二阶差分信号(SODS)(其对应于使用从相对偏置的目标结构散射的二阶衍射辐射的差分测量)确实随着重叠偏移(OV)实质上变化。针对重叠偏移(OV)的大多数固定值，所述二阶信号(SODS)也随着S1-S2显著变化。

根据以上内容，在所述第一周期性部件42是通过被配置用以形成在名义上彼此间隔开一段共同分离距离的三个或更多个特征的工艺而形成的实施例中，检测到的第一频带的测量辐射被用以测量由所述工艺中的一个或更多个误差所造成的分离距离的偏差(例如S1-S2)。检测到的第二频带的测量辐射被用以测量以下项的组合：1)由工艺中的一个或更多个误差所造成的分离距离的偏差(例如S1-S2)；和2)由工艺中的一个或更多个误差所造成的在所述第一周期性部件42与所述第二周期性部件44之间的重叠偏移。可随后使用检测到的第二频带的测量辐射来获得在所述第一周期性部件42与所述第二周期性部件44之间的重叠偏移(OV)，且使用检测到的第一频带的测量辐射来测量分离距离的偏差(例如S1-S2)。所述方法由此允许以准确且高效的方式从同一目标40(或目标的组，例如一对目标40)独立地获得分离距离的偏差(例如S1-S2)和重叠偏移(OV)两者。如上文所讨论，能够使用一对或更多对相对偏置的目标结构来改良灵敏度。

在一实施例中，所述方法包括测量包括第一周期性部件的第一目标结构，所述第一周期性部件通过被配置用以形成在名义上彼此间隔开一段共同分离距离的三个或更多个特征的工艺而形成。所述工艺在第一指向上偏置以便在名义上形成第一分离距离S1与第二分离距离S2的交替序列，其中S1-S2＝Δd。Δd被选择为使得使用检测到的第二频带的测量辐射进行的对于在所述第一周期性部件42与所述第二周期性部件44之间的重叠误差的测量的灵敏度比在S1-S2＝0时大。

在一实施例中，方法还包括对包括第一周期性部件42的第二目标结构进行测量，所述第一周期性部件42通过与用以形成第一目标结构的第一周期性部件42的工艺相同的工艺而形成，除了所述工艺在与第一指向相反的第二指向上偏置以便在名义上形成第一分离距离S1与第二分离距离S2的交替序列，其中S1-S2＝-Δd。以此方式，能够获得偏置Δd抵消掉的差分信号。在图27中描绘此信号(SODS)相对于重叠偏移和S1-S2的变化。

图27描绘重叠偏移的灵敏度如何根据S1-S2而变化(如由在与重叠偏移(OV)轴线平行的方向上所述曲线的陡度的变化所指示)。通过选择与在平行于重叠偏移(OV)轴线的方向上所述曲线的陡部分对应的偏置Δd，有可能在重叠偏移(OV)的测量中实现高灵敏度。

在一实施例中，所述方法包括针对Δd的多个不同值，测量或估计在所述第一周期性部件42与所述第二周期性部件44之间的重叠误差的测量的灵敏度。在后续步骤中，使用具有基于所测量或估计的灵敏度而选择的Δd的值的目标结构来测量所述重叠误差(例如以便实现相对高的灵敏度)。

在一实施例中，所述方法包括：针对Δd的多个不同值：1)测量或估计在所述第一周期性部件42与所述第二周期性部件44之间的重叠误差的测量的灵敏度；和2)测量或估计所述分离距离的偏差(例如S1-S2)的测量的灵敏度。此实施例的方法还包括使用具有基于步骤(1)和(2)中所测量或估计的灵敏度而选择的Δd的值的目标结构来测量所述重叠偏移和所述分离距离的偏差(例如以便实现对重叠偏移的测量和分离距离的偏差的测量两者的灵敏度的理想平衡)。

可使用以下项目进一步描述实施例：

1.一种测量器件制造过程的参数的方法，所述方法包括：

通过使用测量辐射来照射衬底上的目标并且使用光学设备以检测由所述目标散射的所述测量辐射，测量所述目标，其中：

所述目标包括具有第一周期性部件和第二周期性部件的目标结构；且

所述光学设备接收由所述测量辐射从所述目标结构的衍射所产生的辐射，所接收辐射包括将不会从所述测量辐射从单独的所述第一周期性部件的衍射接收到的、且也将不会从所述测量辐射从单独的所述第二周期性部件的衍射接收到的至少一个衍射阶。

2.根据项目1所述的方法，其中所述第一周期性部件与所述第二周期性部件的组合的间距比单独的所述第一周期性部件的间距长，并且比单独的所述第二周期性部件的间距长。

3.根据项目1或2所述的方法，其中所述第一周期性部件和所述第二周期性部件被设置于同一层中，或被设置于多个层中，所述第一周期性部件与所述第二周期性部件在与所述多个层中的每个层的平面垂直的方向上彼此重叠。

4.根据项目3所述的方法，其中所述第一周期性部件包括光栅，且所述第二周期性部件包括周期性区，在所述周期性区中，所述光栅的一部分被移除。

5.根据项目1或2所述的方法，其中所述第一周期性部件被设置于一第一层中且所述第二周期性部件被设置于第二层中，所述第二层在所述第一层上方或下方。

6.根据任何前述项目所述的方法，其中所述第一周期性部件和所述第二周期性部件在不同时间形成、使用不同光刻工艺而形成，或在不同时间使用不同的光刻工艺而形成。

7.根据任何前述项目所述的方法，其中由所述光学设备接收的所述辐射用以测量表示所述目标结构中的不对称性程度的参数，所述不对称性引起在从所述目标结构所衍射的测量辐射中的相反或不同衍射阶之间的差。

8.根据任何前述项目所述的方法，其中：

所述第一周期性部件通过被配置成形成在名义上彼此间隔开共同分离距离的三个或更多个特征的工艺而形成；和

所述方法包括测量所述目标结构以获得由所述工艺中的一个或更多个误差所造成的所述分离距离的偏差。

9.根据项目8所述的方法，其中所述第一周期性部件与所述第二周期性部件的组合的间距在存在所述分离距离的偏差时比在不存在所述分离距离的偏差时长。

10.如项目9所述的方法，其中所述目标的所述测量使得与在因为不存在所述分离距离的偏差则所述组合的间距并非较长时相比，在由于所述分离距离的偏差的存在而使所述组合的间距较长时检测到预定的更高阶衍射分量。

11.根据项目10所述的方法，其中所述分离距离的所述偏差包括不同分离距离的重复序列。

12.根据项目11所述的方法，其中不同分离距离的所述重复序列包括第一分离距离S1与第二分离距离S2的交替序列。

13.根据项目12所述的方法，其中所述第二周期性部件具有间距p，所述间距是由以下表达式给出：p＝(n+l/2)d，其中d＝(S1+S2)/2，且n是整数。

14.根据任何前述项目所述的方法，其中：

所述目标包括所述目标结构中的第一目标结构和所述目标结构中的第二目标结构；

所述目标结构中的所述第一目标结构包括第一周期性部件，所述第一周期性部件通过被配置成形成在名义上彼此间隔开共同分离距离的三个或更多个特征的工艺而形成，其中所述工艺在第一指向上偏置以便在名义上形成第一分离距离S1与第二分离距离S2的交替序列，其中S1-S2＝Δd；和

所述目标结构中的所述第二目标结构包括第一周期性部件，所述第一周期性部件是通过与用以形成所述目标结构中的所述第一目标结构的所述第一周期性部件的所述工艺相同的工艺而形成，除了所述工艺在与所述第一指向相反的第二指向上偏置以便在名义上形成第一分离距离S1与第二分离距离S2的交替序列，其中S1-S2＝-Δd。

15.根据任何前述项目所述的方法，其中所述第一周期性部件通过多重图案化而形成。

16.根据任何前述项目所述的方法，其中：

使用测量辐射照射所述目标包括使用在第一波长处居中的第一频带中的测量辐射来照射所述目标和使用居中于第二波长处的第二频带中的测量辐射来照射所述目标；和

与由从所述目标结构的衍射所产生的检测到的所述第一频带的测量辐射相比，由从所述目标结构的衍射所产生的检测到的所述第二频带的测量辐射平均地来自更高阶衍射。

17.根据项目16所述的方法，其中：

由从所述目标结构的高于零阶的衍射所产生的检测到的所述第一频带的测量辐射主要来自一阶衍射；和

由从所述目标结构的高于零阶的衍射所产生的检测到的所述第二频带的测量辐射包括来自二阶衍射的辐射。

18.根据项目16或17所述的方法，其中

所述第一周期性部件通过被配置成形成在名义上彼此间隔开共同分离距离的三个或更多个特征的工艺而形成；

检测到的所述第一频带的测量辐射用以测量由所述工艺中的一个或更多个误差所造成的所述分离距离的偏差；和

检测到的所述第二频带的测量辐射用以测量以下的组合：1)由所述工艺中的一个或更多个误差所造成的所述分离距离的所述偏差；和2)由所述工艺中的一个或更多个误差所造成的在所述第一周期性部件与所述第二周期性部件之间的重叠偏移。

19.根据项目18所述的方法，包括使用检测到的所述第二频带的测量辐射来获得在所述第一周期性部件与所述第二周期性部件之间的所述重叠偏移，且使用所述检测到的所述第一频带的测量辐射来测量所述分离距离的所述偏差。

20.根据项目18或19所述的方法，其中所述方法包括：

测量所述目标结构中的包括第一周期性部件的第一目标结构，所述第一周期性部件通过被配置成形成在名义上彼此间隔开共同分离距离的三个或更多个特征的工艺而形成，其中所述工艺在第一指向上偏置以便在名义上形成第一分离距离S1与第二分离距离S2的交替序列，其中S1-S2＝Δd；和

Δd被选择为使得使用检测到的所述第二频带的测量辐射进行的对于在所述第一周期性部件与所述第二周期性部件之间的重叠误差的测量的灵敏度在S1-S2＝0时较大。

21.根据项目20所述的方法，还包括：

测量所述目标结构中的包括第一周期性部件的第二目标结构，所述第一周期性部件通过与用以形成所述目标结构中的所述第一目标结构的所述第一周期性部件的所述工艺相同的工艺而形成，除了所述工艺在与所述第一指向相反的第二指向上偏置以便在名义上形成第一分离距离S1与第二分离距离S2的交替序列，其中S1-S2＝-Δd。

22.根据项目20或21所述的方法，包括：

针对Δd的多个不同值测量或估计在所述第一周期性结构与所述第二周期性结构之间的重叠误差的测量的所述灵敏度；和

使用具有基于所测量或估计的灵敏度而选择的Δd的值的目标结构来测量所述重叠误差。

23.根据项目20或21所述的方法，包括：

针对Δd的多个不同值：1)测量或估计在所述第一周期性部件与所述第二周期性部件之间的重叠误差的测量的所述灵敏度；和2)测量或估计所述分离距离的偏差的测量的灵敏度；和

使用具有基于步骤(1)和(2)中所测量或估计的灵敏度而选择的Δd的值的目标结构来测量所述重叠偏移和所述分离距离的所述偏差。

24.一种量测设备，被配置成执行根据任何前述项目所述的方法。

25.一种包括用于对器件制造过程的参数进行测量中的目标的衬底，所述测量通过使用测量辐射照射所述目标并且检测由所述目标散射的测量辐射来进行，其中：

所述目标包括具有第一周期性部件和第二周期性部件的目标结构；

所述第一周期性部件被设置于第一层中且所述第二周期性部件被设置于第二层中，所述第二层在所述第一层上方或下方；和

所述第二周期性部件被配置成使得所述第一周期性部件与所述第二周期性部件的组合的间距比单独的所述第一周期性部件的间距长并且比单独的所述第二周期性部件的间距长。

26.一种用于测量工艺中的器件制造中的目标，其中：

所述目标包括具有第一周期性部件和第二周期性部件的目标结构；

所述第一周期性部件被设置于第一层中且所述第二周期性部件被设置于第二层中，所述第二层在所述第一层上方或下方；和

所述第二周期性部件被配置成使得所述第一周期性部件与所述第二周期性部件的组合的间距比单独的所述第一周期性部件的间距长并且比单独的所述第二周期性部件的间距长。

27.一种用于对器件制造过程的参数进行测量的量测设备，所述量测设备包括：

衬底，包括目标；和

光学设备，用于通过使用测量辐射照射所述目标并且检测由所述目标所散射的所述测量辐射来测量所述目标，其中：

所述目标包括具有第一周期性部件和第二周期性部件的目标结构；且

所述光学设备被配置成接收由所述测量辐射从所述目标结构的衍射所产生的辐射，所接收辐射包括将不会从所述测量辐射从单独的所述第一周期性部件的衍射接收到的、并且也将不会从所述测量辐射从单独的所述第二周期性部件的衍射接收到的至少一个衍射阶。

28.一种器件制造系统，包括：

器件制造设备，配置成对于衬底执行器件制造过程；和

根据项目27所述的量测设备，配置成测量所述器件制造过程的参数，其中：

所述器件制造设备被配置成在后续器件制造过程中使用由所述量测设备测量的参数。

29.一种器件制造方法，包括：

对衬底执行器件制造过程；

使用根据项目1至23中任一项所述的方法以测量所述器件制造过程的参数；和

使用所测量的参数来修改后续器件制造过程的执行。

尽管可在本文中具体地参考光刻设备在集成电路(IC)的制造中的使用，但是，应该理解，本文中所描述的光刻设备可以具有其他应用，诸如集成光学系统的制造、用于磁畴存储器的引导和检查图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。本领域技术人员将理解，在这种替代应用的上下文中，这里使用的任何术语“晶片”或“管芯”可以被认为分别与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层施加到衬底上并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测工具和/或检查工具中。在适用的情况下，可以将本文的公开内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以被处理一次以上，例如为产生多层IC，使得本文中所使用的术语“衬底”也可以指代已经包含多个已处理层的衬底。

尽管上文已经对本发明的实施例在光学光刻术中的情形中的使用做出了具体参考，但应该理解的是，本发明可以用于其它应用，例如压印光刻术，并且在上下文允许的情况下不限于光学光刻术。在压印光刻术中，图案形成装置中的拓扑限定了在衬底上产生的图案。图案形成装置的拓扑可以被印制到提供给衬底的抗蚀剂层中，通过施加电磁辐射、热、压力或它们的组合而使抗蚀剂固化。将图案形成装置从抗蚀剂中移出，从而在抗蚀剂固化后留下图案。

这里使用的术语“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(例如具有等于或约为365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有处于5nm至20nm的范围内的波长)、软X射线，以及诸如离子束或电子束等粒子束。

在允许的情况下，术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件中的任何一种或其组合，包括折射式的、反射式的、磁性的、电磁的和静电的光学部件。

具体实施方式的前述描述将如此充分地揭示本发明的一般性质，通过应用本领域技术范围内的知识，其他人可以为了各种应用容易地修改和/或适应这样的特定实施方案，而无需过多的实验，而不背离本发明的整体构思。因此，基于本文给出的教导和指导，这些改变和修改旨在落入所公开实施例的等同物的含义和范围内。应理解，本文中的措辞或术语是出于说明的目的而非限制性的目的，使得本说明书的术语或措辞将由本领域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的示例性实施例限制，而应仅由下述的权利要求书及其等同方案来限定。

Claims (19)

1.一种非瞬态计算机可读介质，包括存储其上的指令，所述指令在通过计算机系统执行时配置成引起所述计算机系统至少：

获得衬底上的目标的测量结果，所述测量结果由使用测量辐射照射所述目标并且使用光学设备以检测由所述目标散射的所述测量辐射得出，其中所述目标包括具有第一周期性部件和第二周期性部件的目标结构，并且所述光学设备被配置成接收由所述测量辐射从所述目标结构的衍射所产生的辐射，所接收的辐射包括将不会从所述测量辐射单独从所述第一周期性部件的衍射接收到的、并且也将不会从所述测量辐射单独从所述第二周期性部件的衍射接收到的至少一个衍射阶；以及

基于所述测量结果确定用于处理所述衬底的器件制造过程的参数。

2.根据权利要求1所述的非瞬态计算机可读介质，其中所述第一周期性部件与所述第二周期性部件的组合的间距比单独的所述第一周期性部件的间距长且比单独的所述第二周期性部件的间距长。

3.根据权利要求1所述的非瞬态计算机可读介质，其中所述参数表示所述目标结构中的不对称性程度，所述不对称性引起在从所述目标结构所衍射的测量辐射中的相反或不同衍射阶之间的差异。

4.根据权利要求1所述的非瞬态计算机可读介质，其中所述第一周期性部件通过被配置成形成名义上彼此间隔开共同分离距离的三个或更多个特征的过程而形成；和所述确定包括确定在由所述过程中的一个或更多个误差所造成的所述分离距离的一个或多个中的偏差。

5.根据权利要求1所述的非瞬态计算机可读介质，其中所述第一周期性部件和所述第二周期性部件被设置于同一层中或被设置于多个层中，所述多个层在与所述多个层中的每个层的平面垂直的方向上彼此重叠。

6.一种用于测量器件制造过程的参数的量测设备，所述量测设备包括：

光学设备，用于通过使用测量辐射照射所述目标并且检测由所述目标所散射的所述测量辐射来测量所述目标，其中：

所述目标包括具有第一周期性部件和第二周期性部件的目标结构；且

所述光学设备被配置成接收由所述测量辐射从所述目标结构的衍射所产生的辐射，所接收的辐射包括将不会从所述测量辐射单独从所述第一周期性部件的衍射接收到的并且也将不会从所述测量辐射单独从所述第二周期性部件的衍射接收到的至少一个衍射阶。

7.一种量测设备，配置成至少：

获得衬底上的目标的测量结果，所述测量结果由使用测量辐射照射所述目标并且使用光学设备以检测由所述目标散射的所述测量辐射得出，其中所述目标包括具有第一周期性部件和第二周期性部件的目标结构，并且所述光学设备被配置成接收由所述测量辐射从所述目标结构的衍射所产生的辐射，所接收的辐射包括将不会从所述测量辐射单独从所述第一周期性部件的衍射接收到的、并且也将不会从所述测量辐射单独从所述第二周期性部件的衍射接收到的至少一个衍射阶；以及

基于所述测量结果确定用于处理所述衬底的器件制造过程的参数。

8.根据权利要求7所述的非瞬态计算机可读介质，其中所述第一周期性部件与所述第二周期性部件的组合的间距比单独的所述第一周期性部件的间距长且比单独的所述第二周期性部件的间距长。

9.根据权利要求7所述的非瞬态计算机可读介质，其中所述参数表示所述目标结构中的不对称性程度，所述不对称性引起在从所述目标结构所衍射的测量辐射中的相反或不同衍射阶之间的差异。

10.根据权利要求7所述的非瞬态计算机可读介质，其中所述第一周期性部件通过被配置成形成名义上彼此间隔开共同分离距离的三个或更多个特征的过程而形成；和所述确定包括确定在由所述过程中的一个或更多个误差所造成的所述分离距离的一个或多个中的偏差。

11.根据权利要求7所述的非瞬态计算机可读介质，其中所述第一周期性部件和所述第二周期性部件被设置于同一层中或被设置于多个层中，所述多个层在与所述多个层中的每个层的平面垂直的方向上彼此重叠。

12.一种测量器件制造过程的参数的方法，所述方法包括：

通过使用测量辐射来照射衬底上的目标并且使用光学设备以检测由所述目标散射的所述测量辐射，测量所述目标，其中：

所述目标包括具有第一周期性部件和第二周期性部件的目标结构；且

所述光学设备接收由所述测量辐射从所述目标结构的衍射所产生的辐射，所接收辐射包括将不会从所述测量辐射从单独的所述第一周期性部件的衍射接收到的、且也将不会从所述测量辐射从单独的所述第二周期性部件的衍射接收到的至少一个衍射阶；

使用测量辐射照射所述目标包括使用在第一波长处居中的第一频带中的测量辐射来照射所述目标和使用居中于第二波长处的第二频带中的测量辐射来照射所述目标；和

与由从所述目标结构的衍射所产生的检测到的所述第一频带的测量辐射相比，由从所述目标结构的衍射所产生的检测到的所述第二频带的测量辐射平均地来自更高阶衍射。

13.根据权利要求12所述的方法，其中

由从所述目标结构的高于零阶的衍射所产生的检测到的所述第一频带的测量辐射主要来自一阶衍射；和

由从所述目标结构的高于零阶的衍射所产生的检测到的所述第二频带的测量辐射包括来自二阶衍射的辐射。

14.根据权利要求12或13所述的方法，其中

所述第一周期性部件通过被配置成形成在名义上彼此间隔开共同分离距离的三个或更多个特征的工艺而形成；

检测到的所述第一频带的测量辐射用以测量由所述工艺中的一个或更多个误差所造成的所述分离距离的偏差；和

检测到的所述第二频带的测量辐射用以测量以下的组合：1)由所述工艺中的一个或更多个误差所造成的所述分离距离的所述偏差；和2)由所述工艺中的一个或更多个误差所造成的在所述第一周期性部件与所述第二周期性部件之间的重叠偏移。

15.根据权利要求14所述的方法，包括使用检测到的所述第二频带的测量辐射来获得在所述第一周期性部件与所述第二周期性部件之间的所述重叠偏移，且使用所述检测到的所述第一频带的测量辐射来测量所述分离距离的所述偏差。

16.根据项目14或15所述的方法，其中所述方法包括：

测量所述目标结构中的包括第一周期性部件的第一目标结构，所述第一周期性部件通过被配置成形成在名义上彼此间隔开共同分离距离的三个或更多个特征的工艺而形成，其中所述工艺在第一指向上偏置以便在名义上形成第一分离距离S1与第二分离距离S2的交替序列，其中S1-S2＝Δd；和

Δd被选择为使得使用检测到的所述第二频带的测量辐射进行的对于在所述第一周期性部件与所述第二周期性部件之间的重叠误差的测量的灵敏度在S1-S2＝0时较大。

17.根据项目16所述的方法，还包括：

测量所述目标结构中的包括第一周期性部件的第二目标结构，所述第一周期性部件通过与用以形成所述目标结构中的所述第一目标结构的所述第一周期性部件的所述工艺相同的工艺而形成，除了所述工艺在与所述第一指向相反的第二指向上偏置以便在名义上形成第一分离距离S1与第二分离距离S2的交替序列，其中S1-S2＝-Δd。

18.根据项目16或17所述的方法，包括：

针对Δd的多个不同值测量或估计在所述第一周期性结构与所述第二周期性结构之间的重叠误差的测量的所述灵敏度；和

使用具有基于所测量或估计的灵敏度而选择的Δd的值的目标结构来测量所述重叠误差。

19.根据项目16或17所述的方法，包括：

针对Δd的多个不同值：1)测量或估计在所述第一周期性部件与所述第二周期性部件之间的重叠误差的测量的所述灵敏度；和2)测量或估计所述分离距离的偏差的测量的灵敏度；和

使用具有基于步骤(1)和(2)中所测量或估计的灵敏度而选择的Δd的值的目标结构来测量所述重叠偏移和所述分离距离的所述偏差。

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