CN114556223A - 量测标记结构和确定量测标记结构的方法 - Google Patents

Abstract

本文描述具有子分段光栅结构作为量测标记的半导体器件的结构和用于配置所述量测标记的方法。用于配置量测标记的方法可以用于光刻过程中。所述方法包括确定设置于叠置层内的初始量测标记的初始特性函数。所述方法还包括使所述量测标记的多个子分段的一个或更多个变量(例如所述多个子分段的节距、占空比和/或线宽)扰动以及另外使所述叠置层内的一个或更多个层的厚度扰动。所述方法还包括迭代地执行扰动，直到确定初始量测标记的最小化特性函数以设置用于所述多个子分段的配置为止。

Description

量测标记结构和确定量测标记结构的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年10月14日递交的美国临时专利申请62/914,618的优先权，所述美国临时专利申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本文中的描述总体上涉及可以用于对准、重叠或其它测量目的的改善的标记结构和用于在光刻过程中应用的方法。

背景技术

光刻设备是将期望的图案施加至衬底上(通常施加至衬底的目标部分上)的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造中。在那种情况下，图案形成装置(其替代地被称为掩模或掩模版)可以用于产生待形成在IC的单层上的电路图案。这种图案可以被转印至衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括管芯的部分、一个管芯或若干管芯)上。通常经由成像至设置于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，单个衬底包含多个相邻目标部分，图案是通过光刻设备连续地转印至所述多个相邻目标部分，一次一个目标部分。在一种类型的光刻设备中，将整个图案形成装置上的图案一次性转印至一个目标部分上；这种设备通常被称为步进器。在通常被称为步进扫描设备的替代设备中，投影束在给定参考方向(“扫描”方向)上遍及图案形成装置进行扫描，同时平行或反向平行于这种参考方向而同步地移动衬底。图案形成装置上的图案的不同部分逐渐地转印至一个目标部分。通常，由于光刻投影设备将具有减小比率M(例如4)，因此移动衬底的速度F将是投影束扫描图案形成装置的速度的1/M倍。可以在例如以引用的方式并入本文中的US 6,046,792中找到关于光刻装置的更多信息。通常，单个衬底将包含连续地被图案化的相邻目标部分的网络。

复杂器件(诸如半导体器件)的制造通常涉及使用一定数量的制作过程来处理衬底(例如半导体晶片)以形成器件的各种特征和多个层。通常使用例如沉积、光刻、蚀刻、化学机械抛光和离子注入来制造和处理这些层和特征。可以在衬底上的多个管芯上制作多个器件，并且接着将所述器件分离成单独的器件。可以将这种器件制造过程视为图案化过程。

图案化过程涉及图案化步骤，诸如使用光刻设备中的图案形成装置将图案形成装置上的图案转印至衬底的光学和/或纳米压印光刻术，并且图案化过程通常但可选地涉及一个或更多个相关图案处理步骤，诸如通过显影设备进行抗蚀剂显影、使用焙烤工具焙烤衬底、使用蚀刻设备利用图案进行蚀刻等。

如提及的，光刻是在诸如IC的器件的制造中的中心步骤，其中形成在衬底上的图案限定器件的功能元件，诸如微处理器、存储器芯片等。类似光刻技术也用于形成平板显示器、微机电系统(MEMS)和其它装置。

光刻设备的性能的一个方面能够相对于铺设在先前层中(通过相同设备或不同光刻设备)的特征正确且准确地放置所施加的图案。出于这种目的，衬底设置有一组或多组对准标记。每个标记是稍后可以使用典型地是光学位置传感器的位置传感器(例如对准传感器)来测量其位置的结构。光刻设备包括一个或更多个对准传感器，可以通过所述对准传感器准确地测量衬底上的标记的位置。已知不同类型的标记和不同类型的对准传感器来自不同制造商和来自相同制造商的不同产品。在一些光刻设备中使用的一种类型的传感器基于如在US 7961116(den Boef等人)中所描述的自参考干涉仪。通常，分别量测标记以获得X位置和Y位置。然而，可以使用公开专利申请US 2009/195768 A(Bijnen等人)中所描述的技术来执行组合式X测量和Y测量。在US2015355554A1(Mathijssen)、WO20150511070A1(Tinnemans等人)、WO2018210505A1(Goorden等人)中描述对这些传感器的修改和应用。所有上述五个公开文献的内容以全文引用的方式并入本文中，如将会理解的那样，其主题可以与本文中所包含的对准标记和/或方法组合或结合使用。

发明内容

本公开解决上文所论述的各个问题。在第一方面中，本公开提供一种在光刻过程中确定衬底上的量测标记的位置的改善的测量方法。在另一方面中，可以改善重叠控制和过程稳健性。

本公开提出光刻过程中在衬底上的量测标记的设计的多种改善。本公开还解决由包含上文提及的所述量测标记的层上的叠置层引起(例如由角反射率的改变和反射束的波长的改变等引起)的对所述衬底上的所述量测标记的位置的确定的准确度等。本公开还提出通过使用子分段光栅结构来降低对由包含所述量测标记的所述层上的所述叠置层引起的对所述反射束的非零衍射阶的线性变迹效应的测量敏感度的方法。本公开还提出以避免由量测标记的顶部上的叠置层引入的一些过程变化的方式产生或修改量测标记的方法。

在一个实施例中，本公开提供一种包括衬底的半导体器件，并且所述衬底包括多个层的叠层。所述半导体器件还包括被设置于所述叠层内的量测标记。所述量测标记包括多个标记分段。所述标记分段中的至少一个标记分段包括多个子分段。所述多个子分段可以被配置成具有用于使由所述量测标记产生的特性函数最小化的节距、占空比、线宽和/或其组合。

在一些变型例中，所述特性函数可以包括反射束的波长相对于入射辐射的波长的、作为所述叠层的厚度的改变的函数的改变。

在一些变型例中，所述特性函数可以包括所述反射束的角反射率的、作为所述叠层的厚度的改变的函数的改变。

在另一实施例中，本公开提出一种配置用于光刻过程中的量测标记的方法，所述方法包括：

a)确定设置于叠置层内的初始量测标记的初始特性函数，所述初始量测标记包括多个标记分段，所述标记分段中的至少一个标记分段包括多个子分段；b)使所述多个子分段的一个或更多个变量扰动，其中所述一个或更多个变量包括所述多个子分段的节距、占空比和/或线宽；c)使所述叠置层内的一个或更多个层的厚度扰动；d)基于b)和c)的扰动来确定更新的特性函数；以及迭代地执行步骤b)、c)和d)，直到确定最小化特性函数以设置用于所述多个子分段的配置为止。

在一些变型例中，所述节距和所述占空比保持恒定且所述多个子分段的所述线宽是变化的。

在一些变型例中，所述节距和所述线宽保持恒定且所述多个子分段的所述占空比是变化的。

在一些变型例中，所述线宽和所述占空比保持恒定且所述多个子分段的所述节距是变化的。

在一些变型例中，迭代地执行预定次数的所述扰动，直到达到最小化特性函数为止。

在一个实施例中，本公开提供一种包括衬底的半导体器件，并且所述衬底包括多个层的叠层。所述半导体器件还包括被设置于所述叠层内的量测标记。所述量测标记包括多个标记分段。所述标记分段中的至少一个标记分段包括多个子分段。所述多个子分段可以被配置成具有用于使由所述量测标记产生的特性函数最大化的节距、占空比、线宽和/或其组合。

在另一实施例中，本公开提出一种方法，包括：获得包括第一标记和第二标记的衬底，所述第一标记设置于所述衬底的第一层上，所述第二标记设置于所述衬底的第二层上，其中所述第一标记和所述第二标记中的至少一个包括：多个标记分段；其中所述标记分段中的至少一个标记分段包括多个子分段；其中所述多个子分段被配置成具有用于使所述第一标记和所述第二标记产生的特性函数最小化的节距、占空比、线宽和/或其组合；经由量测工具获得与所述第一标记相关联的第一信号和与所述第二标记相关联的第二信号；以及，经由处理器，基于所述第一信号和所述第二信号来确定重叠测量结果。

根据实施例，提供一种包括非暂时性计算机可读介质的计算机程序产品，所述非暂时性计算机可读介质上记录有指令。所述指令在由计算机执行时实施如权利要求中所列出的方法。

附图说明

并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的随附附图示出本文中所公开的主题的某些方面，并且连同描述一起帮助解释与所公开的实施例相关联的一些原理。在所述附图中，

图1图示根据实施例的光刻设备；

图2A示意性地图示根据实施例的、在图1的设备中的测量和曝光过程；

图2B示意性地图示根据实施例的、使用位置传感器来测量衬底上的量测标记的位置；

图3A是在使用提供某些照射模式的第一对照射孔来测量根据实施例的目标中使用的测量设备的示意图；

图3B是目标的针对给定照射方向的衍射光谱的示意性细节；

图3C是在将测量设备用于基于衍射的重叠测量时提供其它照射模式的第二对照射孔的示意性图示；

图3D是将在将测量设备用于基于衍射的重叠测量时提供其它照射模式的第一对孔与第二对孔进行组合的第三对照射孔的示意性图示；

图4A示意性地描绘衬底上的多周期性结构目标的形式和测量斑的轮廓；

图4B示意性地描绘在图3的设备中获得的图4A的目标的图像；

图4C图示根据实施例的位置传感器的示意性图；

图5示意性地图示根据实施例的、通过包含量测标记的层上的叠置层的反射束；

图6A图示根据实施例的量测标记的竖直子分段光栅结构的设计；

图6B图示根据实施例的量测标记的水平子分段光栅结构的设计；

图6C图示根据实施例的量测标记的子分段光栅结构的示例设计，其中子分段光栅结构具有恒定节距和不同线宽；

图7A图示根据实施例的量测标记的子分段光栅结构的另一示例设计，其中子分段光栅结构具有恒定节距和可变线宽；

图7B图示了图示针对两个不同子分段光栅结构相对于辐射波长绘制的反射束的角反射率的曲线图；

图8图示根据实施例的量测标记的子分段光栅结构的又一设计，其中子分段光栅结构具有恒定节距和可变占空比；

图9图示根据实施例的、通过使量测标记的子分段光栅结构的变量扰动来计算特性函数的示例性方法的流程图；

图10A图示根据实施例的、包括根据图9的方法确定的优化子分段光栅结构的示例性叠置层；

图10B图示根据实施例的、使用优化子分段光栅结构确定重叠测量的示例性方法。

具体实施方式

现在将参考附图详细地描述本公开，所述附图被提供作为本公开的说明性示例以便使本领域技术人员能够实践本公开。值得注意的是，以下各图和示例不意味着将本公开的范围限于单个实施例，而是借助于所描述或所图示元件中的一些或全部的互换而使其它实施例是可能的。此外，在可以使用已知部件来部分地或完全地实施本公开的某些元件的情况下，将仅描述这样的已知部件的对理解本公开所必需的那些部分，并且将省略对这些已知部件的其它部分的详细描述以免混淆本公开。除非本文中另外指定，否则如本领域技术人员将明白的那样，被描述为以软件实施的实施例不应限于此，而是可以包括以硬件或软件与硬件的组合实施的实施例，反之亦然。在本说明书中，不应将示出单数部件的实施例视为限制；而是，除非本文中另有明确陈述，否则本公开意图涵盖包括多个相同部件的其它实施例，反之亦然。此外，申请人并不意图使本说明书或权利要求中的任何术语归结于不常见或特殊含义，除非如此明确阐述。另外，本公开涵盖本文中借助于图示而提及的已知部件的目前和未来已知的等效物。

虽然在本文中可以具体地参考IC制造，但应明确地理解，本文中的描述具有许多其它可能应用。例如，本文中的描述可以用于制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示面板、薄膜磁头等。本领域技术人员将理解，在这些替代应用的情境下，应将本文中对术语“掩模版”、“晶片”或“管芯”的任何使用视为可以分别与更上位的术语“掩模”、“衬底”和“目标部分”互换。

在本文件中，本文中所使用的术语“辐射”和“束”涵盖全部类型的电磁辐射，包括可见光辐射(例如具有介于400nm至780nm的范围内的波长λ)、紫外(UV)辐射(例如具有365nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长λ)、极紫外(EUV或软X射线)辐射(例如具有介于5nm至20nm(诸如例如13.5nm)的范围内的波长)或在小于5nm下工作的硬X射线以及粒子束，诸如离子束或电子射束。通常，将具有在约780nm至3000nm(或更大)之间的波长的辐射视为IR辐射。UV是指具有大约100nm至400nm的波长的辐射。在光刻内，术语“UV”也应用于可以由汞放电灯产生的波长：G线436nm；H线405nm；和/或I线365nm。真空UV或VUV(即，由空气吸收的UV)是指具有大约100nm至200nm的波长的辐射。深UV(DUV)通常是指具有在126nm至428nm的范围内的波长的辐射，并且在实施例中，准分子激光器可以产生在光刻设备内使用的DUV辐射。应理解，具有在例如5nm至20nm的范围内的波长的辐射涉及具有某一波长带的辐射，所述波长带的至少一部分是在5nm至20nm的范围内。

图案形成装置可以包括或可以形成一个或更多个设计布局。可以利用计算机辅助设计(CAD)过程来产生设计布局，这种过程常常被称为电子设计自动化(EDA)。大多数CAD过程遵循一组预定设计规则，以便产生功能设计布局/图案形成装置。通过处理和设计限制来设置这些规则。例如，设计规则限定器件(诸如栅极、电容器等)或互连线之间的空间容许度，以便确保器件或线不会以不期望的方式彼此相互作用。设计规则限制中的一个或更多个可以被称为“临界尺寸”(CD)。可以将器件的临界尺寸限定为线或孔的最小宽度或两条线或两个孔之间的最小空间。因此，CD确定所设计器件的总体尺寸和密度。当然，器件制作的目的之一是在衬底上(经由图案形成装置)如实地再现原始设计意图。

如本文中所使用的术语“掩模”或“图案形成装置”可以被广义地解释为是指可以用于向入射辐射束赋予被图案化的横截面的通用图案形成装置，被图案化的横截面对应于待在衬底的目标部分中产生的图案；术语“光阀”也可以用于这种情境下。除经典掩模(透射性或反射性；二元、相移、混合式等)以外，其它这样的图案形成装置的示例包括可编程反射镜阵列和可编程LCD阵列。

可编程反射镜阵列的示例可以是具有黏弹性控制层和反射表面的矩阵可寻址表面。这种设备所隐含的基本原理为(例如)：反射表面的被寻址区域使入射辐射反射为衍射辐射，而未被寻址区域使入射辐射反射为非衍射辐射。在使用适当滤波器的情况下，可以从反射束滤出所述非衍射辐射，从而仅留下衍射辐射；以这种方式，束根据矩阵可寻址表面的寻址图案而变得被图案化。可以使用合适的电子装置来执行所需矩阵寻址。在以引用的方式并入本文中的美国专利号5,229,872中给出可编程LCD阵列的示例。

图1示意性地为光刻设备。该设备包括：照射系统(照射器)IL，所述照射系统被配置成调节辐射束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，所述图案形成装置支撑件或支撑结构被构造成支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并且连接至被配置成根据某些参数来准确地定位图案形成装置的第一定位器PM；两个衬底台(例如晶片台)WTa和WTb，这两个衬底台各自被构造成保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并且各自连接至被配置成根据某些参数来准确地定位所述衬底的第二定位器PW；以及投影系统(例如折射型投影透镜系统)PS，所述投影系统被配置成将由图案形成装置MA赋予至辐射束B的图案投影至衬底W的目标部分C(例如包括一个或更多个管芯)上。参考框架RF连接各个部件，并且用作用于设置和测量图案形成装置和衬底的位置以及图案形成装置和衬底上的特征的位置的参考。

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

图案形成装置支撑件MT以依赖于图案形成装置的定向、光刻设备的设计和其它条件(诸如例如是否将图案形成装置保持在真空环境中)的方式来保持图案形成装置。图案形成装置支撑件可以使用机械、真空、静电或其它夹持技术来保持图案形成装置。图案形成装置支撑件MT可以是(例如)可以根据需要可以固定或可移动的框架或台。图案形成装置支撑件可以确保图案形成装置(例如)相对于投影系统处于期望的位置。

本文中所使用的术语“图案形成装置”应被广义地解释为是指可以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。应注意，例如，如果被赋予至辐射束的图案包括相移特征或所谓的辅助特征，则所述图案可以不确切地对应于衬底的目标部分中的期望的图案。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。

如这里所描绘的，所述设备属于透射类型(例如采用透射型图案形成装置)。替代地，所述设备可以属于反射类型(例如采用如上文提及的类型的可编程反射镜阵列，或采用反射型掩模)。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。本文中对术语“掩模版”或“掩模”的任何使用均可以被视为与更上位的术语“图案形成装置”同义。术语“图案形成装置”也可以被解释为是指以数字形式储存用于控制这种可编程图案形成装置的图案信息的装置。

本文中所使用的术语“投影系统”应被广义地解释为涵盖适于所使用的曝光辐射或适于诸如浸没液体的使用或真空的使用之类的其它因素的任何类型的投影系统，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，或其任何组合。可以将本文中对术语“投影透镜”的任何使用视为与更上位的术语“投影系统”同义。

光刻设备也可以属于以下类型：其中衬底的至少一部分可以由具有相对较高折射率的液体(例如水)覆盖，以便填充投影系统与衬底之间的空间。也可以将浸没液体施加至光刻设备中的其它空间，例如，掩模与投影系统之间的空间。浸没技术在本领域中是众所周知的，用于增大投影系统的数值孔径。

在操作中，照射器IL从辐射源SO接收辐射束。例如，当源是准分子激光器时，源与光刻设备可以是分立的实体。在这样的情况下，不将源视为形成光刻设备的部分或部件，并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而从源SO传递至照射器IL。在其它情况下，例如，当源是汞灯时，源可以是光刻设备的组成部分。源SO和照射器IL连同束传递系统BD(必要时)可以被称为辐射系统。

照射器IL可以例如包括用于调整辐射束的角强度分布的调整器AD、积分器IN和聚光器CO。照射器可以用于调节辐射束，以在其横截面中具有期望的均一性和强度分布。

辐射束B入射到被保持在图案形成装置支撑件MT上的图案形成装置MA上，并且通过所述图案形成装置而被图案化。在已横穿图案形成装置(例如掩模)MA之后，辐射束B通过投影系统PS，投影系统PS将所述束聚焦至衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如干涉装置、线性编码器、2-D编码器或电容式传感器)，可以准确地移动衬底台WTa或WTb，例如以便使不同的目标部分C定位在辐射束B的路径中。类似地，第一定位器PM和另一位置传感器(其未在图1中被明确地描绘的)可以用于例如在从掩模库机械获取之后或在扫描期间相对于辐射束B的路径来准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。虽然如所图示的衬底对准标记占据专用目标部分，但所述衬底对准标记可以位于目标部分之间的空间中(这些衬底对准标记被称为划线对准标记)。类似地，在将多于一个管芯设置于图案形成装置(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。较小的对准标记也可以在器件特征当中被包括在管芯内，在这种情况下，期望使标识尽可能地小且无需与邻近特征不同的任何成像或过程条件。下文进一步描述检测对准标识的对准系统。

可以在多种模式下使用所描绘的设备。在扫描模式下，在被赋予至辐射束的图案被投影至目标部分C上的同时，同步地扫描图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT和衬底台WT(即，单次动态曝光)。可以通过投影系统PS的放大率(缩小率)和图像反转特性来确定衬底台WT相对于图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT的速度和方向。在扫描模式下，曝光场的最大尺寸限制单次动态曝光中的目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度确定目标部分的高度(在扫描方向上)。如在本领域中众所周知的，其它类型的光刻设备和操作模式是可能的。例如，步进模式是已知的。在所谓的“无掩模”光刻中，使可编程图案形成装置保持静止，但使图案改变，并且移动或扫描衬底台WT。

也可以采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。

光刻设备LA属于所谓的双衬底台类型，其具有两个衬底台WTa、WTb以及两个站——曝光站EXP和测量站MEA——在所述曝光站EXP与所述测量站MEA之间可以交换衬底台。在曝光站处曝光一个衬底台上的一个衬底的同时，可以在测量站处将另一衬底装载至另一衬底台上且实施各种预备步骤。这能够实质上增加设备的生产量。所述预备步骤可以包括：使用水平传感器LS来映射衬底的表面高度轮廓；和使用对准传感器AS来测量衬底上的对准标识的位置。如果位置传感器IF在其处于测量站处以及处于曝光站处时无法测量衬底台的位置，则可以提供第二位置传感器以使得能够在两个站处追踪衬底台相对于参考框架RF的位置。代替所示出的双平台布置，其它布置是已知且可用的。例如，提供衬底台和测量台的其它光刻设备是众所周知的。这些衬底台和测量台在执行预备测量时对接在一起，并且接着在衬底台经历曝光时不对接。

图2A示意性地图示在图1的设备中进行的测量和曝光过程，所述测量和曝光过程包括用以在图1的双平台设备中曝光衬底W上的目标部分(例如管芯)的步骤。在虚线框内的左手侧，在测量站MEA处执行步骤，而右手侧示出在曝光站EXP处执行的步骤。有时，衬底台WTa、WTb中的一个衬底台将位于曝光站处，而另一衬底台位于测量站处，如上文所描述的。出于这种描述的目的，假定衬底W已经装载至曝光站中。在步骤200处，通过未示出的机构将新衬底W’装载至设备。并行地处理这两个衬底以便增加光刻设备的生产量。

首先参考新装载的衬底W’，这种衬底可以是先前未被处理的衬底，其制备有用于在设备进行第一次曝光的新抗蚀剂。然而，通常，所描述的光刻过程将仅仅是一系列曝光和处理步骤中的一个步骤，使得衬底W’已经通过这种设备和/或其它光刻设备若干次，并且也可以经历后续过程。特别出于改善重叠性能的目的，任务是确保将新图案施加于衬底上的已经经受一次或更多次图案化和处理循环的正确位置中。这些处理步骤在衬底中逐步地引入变形，所述变形可以被测量和校正以实现令人满意的重叠性能。

可以在其它光刻设备中执行先前和/或后续图案化步骤(如刚才提及的)，并且甚至可以在不同类型的光刻设备中执行先前和/或后续图案化步骤。例如，与器件制造过程中的在诸如分辨率和重叠的参数方面要求不太高的其它层相比，器件制造过程中的在诸如分辨率和重叠之类的参数方面要求非常高的一些层可以在更高级的光刻工具中执行。因此，一些层可以浸没型光刻工具中被曝光，而其它层在“干式”工具中被曝光。一些层可以在在DUV波长下工作的工具中被曝光，而其它层是使用EUV波长辐射来被曝光的。

在202处，使用衬底标记P1等和图像传感器(未示出)进行的对准测量用于测量和记录衬底相对于衬底台WTa/WTb的对准。另外，将使用对准传感器AS来测量衬底W’上的若干对准标记。在一个实施例中，这些测量是用于建立“晶片栅格”，所述晶片栅格极准确地映射衬底上的标记的分布，包括相对于名义矩形栅格的任何变形。

在步骤204处，也使用水平传感器LS来测量相对于X-Y位置的晶片高度(Z)图或映射。常规地，高度图或映射仅用于实现曝光后的图案的准确聚焦。其可以另外用于其它目的。

当装载衬底W’时，接收选配方案数据206，所述选配方案数据限定待执行的曝光，并且也限定晶片以及先前在衬底W’上制得的图案和待在所述衬底W’上制造的图案的性质。这些选配方案数据被添加至在202、204处进行的晶片位置、晶片网格和高度图或映射的测量结果，并且接着可以将选配方案和测量数据208的完整集合传递至曝光站EXP。对准数据的测量例如包括以与作为光刻过程的产品的产品图案呈固定或名义固定关系而形成的对准目标的X位置和Y位置。恰好在曝光之前获得的这些对准数据用于产生对准模型，该对准模型具有将该模型拟合至数据的参数。这些参数和对准模型将在曝光操作期间用于校正当前光刻步骤中施加的图案的位置。该模型在使用中内插所测量的位置之间的位置偏差。常规对准模型可以包括四个、五个或六个参数，所述参数一起以不同尺寸限定“理想”栅格的平移、旋转和缩放。使用更多参数的高级模型是已知的。

在210处，调换晶片W’与W，使得所测量的衬底W’变为进入曝光站EXP的衬底W。在图1的示例设备中，通过交换设备内的支撑件WTa和WTb来执行这种调换，使得衬底W、W’仍被准确地夹持且定位在那些支撑件上，以保留衬底台与衬底自身之间的相对对准。因此，一旦已调换所述台，则为了利用用于衬底W(以前为W’)的测量信息202、204来控制曝光步骤，必需确定投影系统PS与衬底台WTb(以前为WTa)之间的相对位置。在步骤212处，使用掩模对准标记M1、M2来执行掩模版对准。在步骤214、216、218中，将扫描运动和辐射脉冲施加于衬底W上的连续目标部位处，以便完成一定数量的图案的曝光。

通过使用在测量站处获得的对准数据和高度图以及曝光步骤的性能，相对于期望的部位，并且具体地，相对于先前放置于同一衬底上的特征，准确地对准这些图案。现在被标注为W”的曝光后的衬底在步骤220处被从设备卸载，以根据曝光后的图案经历蚀刻或其它过程。

本领域技术人员将知晓以上描述为真实制造情形的一个示例中所涉及的一定数量的非常详细步骤的简化概述。例如，常常将存在使用相同或不同标记的粗略和精细测量的分立的阶段，而不是在单个通过过程中测量对准。粗略和/或精细对准测量步骤可以在高度测量之前或之后执行，或交替进行。

在一个实施例中，诸如对准传感器AS之类的光学位置传感器使用可见光和/或近红外(NIR)辐射来读取对准标记。在一些过程中，在已形成对准标记之后对衬底上的层的处理导致由于低信号强度或无信号强度而引起的无法通过这对准传感器发现所述标记的情形。

图2B示意性地图示使用位置传感器(例如对准传感器AS)来测量衬底308上的对准标记306的位置。对准传感器AS-IR可以使用可以穿透不透明层302的、波长长得多(与通常用于透明层的辐射相比)的辐射。不透明层302形成为覆盖在衬底308上的其它材料层304和对准标记306上方。目前，对准传感器在500nm至1000nm之间的波长下操作。虽然这种波长范围包括接近于可见范围的红外波长，但这些红外波长不能穿透共同的不透明层。对于较长IR波长，穿过这样的不透明层的透射率相对较高。为缓解这种情形，可以提供可以例如使用具有长于1000nm(例如在1500nm至2500nm之间的范围内)的波长的辐射进行操作的对准传感器AS-IR，所述辐射将更大程度地透射穿过这样的不透明层。对准标记306可以是具有常规节距的常规对准标记或可以是如本文中所论述的特殊标记。

在实施例中，对准标记306可以是包括多个分段的光栅结构，其中分段还可以被子分段以形成子分段光栅。在实施例中，子分段光栅可以具有以下物理特性：(i)恒定节距、可变占空比和可变线宽；(ii)恒定占空比、可变节距和可变线宽；(iii)恒定线宽、可变占空比和可变节距；或其组合。

图3A是在使用提供某些照射模式的对照射孔来测量根据实施例的目标时使用的测量设备的示意图。在图3A中也示意性地示出适合用于实施例中以测量例如重叠的量测设备。在图3B中更详细地图示衬底W上的目标T(包括诸如光栅的周期性结构)和衍射射线。量测设备可以是单独的装置或并入光刻设备LA中(参考图1)。贯穿设备具有若干分支的光轴由点线O表示。在这样的设备中，由输出源11(例如诸如激光器或氙气灯的源或连接至源的开口)发射的辐射经由棱镜15由包括透镜12、14和物镜16的光学系统引导至衬底W上。这些透镜被布置成4F布置的双重序列。可以使用不同透镜布置，只要所述透镜布置仍将衬底图像提供至检测器上即可。

在实施例中，所述透镜布置允许访问中间光瞳平面以用于空间-频率滤波。因此，可以通过限定在呈现衬底平面的空间光谱的平面(这里被称为(共轭)光瞳平面)中的空间强度分布来选择辐射入射到衬底上的角度范围。具体地，这种选择可以例如通过在作为物镜光瞳平面的背向投影式图像的平面中在透镜12与14之间插入合适的形式的孔板13来进行。在所图示示例中，孔板13具有不同的形式(被标注为13N和13S)，从而允许选择不同的照射模式。当前示例中的照射系统形成离轴照射模式。在第一照射模式下，孔板13N从仅出于描述起见而指定为“北”的方向提供离轴照射。在第二照射模式下，孔板13S用于提供类似但来自被标注为“南”的相反方向的照射。通过使用不同的孔，其它照射模式是可能的。光瞳平面的其余部分期望地为暗的，这是因为期望的照射模式以外的任何不必要辐射可能干涉期望的测量信号。

图3B是目标针对给定照射方向的衍射光谱的示意性细节。如图3B中示出，目标T被放置成使得衬底W大致垂直于物镜16的光轴O。从偏离于轴线O的角度照射到目标T上的照射射线I产生零阶射线(实线0)和两个一阶射线(点划线+1和双点划线-1)。在利用过填充的小目标T的情况下，这些射线仅仅是覆盖衬底的包括量测目标T和其它特征的区域的许多平行射线中的一条射线。由于板13中的孔具有有限的宽度(接纳有用量的辐射所必需的)，因此入射射线I实际上将占据一角度范围，并且衍射射线0和+1/-1将稍微散开。根据小目标的点扩散函数，每个阶+1和-1将在角度范围内进一步散布，而不是如所示出的单条理想射线。应注意，可以设计或调整周期性结构节距和照射角度，使得进入物镜的一阶射线与中心光轴紧密地对准。图3A和图3B所图示的射线被示出为稍微离轴，仅仅是为了使得能够在附图中更容易地区分所述射线。由衬底W上的目标衍射的至少0阶和+1阶由物镜16收集，并且被引导返回穿过棱镜15。

返回至图3A，通过指定被标注为北(N)和南(S)的直径上相对的孔来图示第一照射模式和第二照射模式两者。当入射射线I是来自光轴的北侧时，即，当使用孔板13N来应用第一照射模式时，被标注为+1(N)的+1衍射射线进入物镜16。相比之下，当使用孔板13S来应用第二照射模式时，-1衍射射线(被标注为-1(S))是进入透镜16的衍射射线。因此，在实施例中，通过在某些条件下测量目标两次(例如在使目标旋转或改变照射模式或改变成像模式以分别获得-1衍射阶强度和+1衍射阶强度之后)来获得测量结果。针对给定目标比较这些强度提供对目标中的不对称性的测量结果，并且所述目标中的不对称性可以用作光刻过程的参数(例如重叠)的指示器。在上文所描述的情形下，改变照射模式。

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)。每个衍射阶射中传感器上的不同点，使得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可以用于聚焦量测设备和/或归一化强度测量测量。光瞳平面图像也可以用于诸如重构之类的其它测量目的，如下文进一步所描述的。

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，将孔径光阑21设置于与物镜16的光瞳平面共轭的平面中。孔径光阑21用以阻挡零阶衍射束以使得目标的形成在传感器23上的图像由-1或+1阶束形成。将关于由传感器19和23测量的图像的数据输出至处理器和控制器PU，处理器和控制器PU的功能将依赖于正执行的测量的特定类型。应注意，在广义上使用术语“图像”。因而，如果仅存在-1和+1阶中的一个，则将不会如此形成周期性结构特征(例如光栅线)的图像。

图3中示出的孔板13和光阑21的特定形式仅仅是示例。在另一实施例中，使用对目标的同轴照射，并且使用具有离轴孔的孔径光阑来将基本上仅一个一阶衍射辐射传递至传感器。在又一其它实施例中，代替一阶束或除了一阶束之外，也可以在测量中使用2阶束、3阶束和更高阶束(图3中未示出)。

为了使照射可以适应于这些不同类型的测量，孔板13可以包括围绕盘而形成的一定数量的孔图案，所述盘旋转以使期望的图案处于适当的位置。应注意，使用孔板13N或13S来测量目标的在一个方向(依赖于设置的X或Y)上定向的周期性结构。为了测量正交周期性结构，可能会使目标实施达90°和270°的旋转。

图3C是在将测量设备用于基于衍射的重叠测量时提供其它照射模式的第二对照射孔的示意性图示。

图3D是将在将测量设备用于基于衍射的重叠测量时提供其它照射模式的、组合了第一对孔与第二对孔的第三对照射孔的示意性图示。

在图3C和图3D中示出不同的孔板。图3C图示两种其它类型的离轴照射模式。在图3C的第一照射模式下，孔板13E提供来自仅出于描述起见而相对于先前所描述的“北”指定为“东”的方向的离轴照射。在图3C的第二照射模式下，孔板13W用于提供类似但来自被标注为“西”的相反方向的照射。图3D图示两种其它类型的离轴照射模式的。在图3D的第一照射模式下，孔板13NW提供来自被指定为如先前所描述的“北”和“西”的方向的离轴照射。在第二照射模式下，孔板13SE用于提供类似但来自被标注为如先前所描述的“南”和“东”的相反方向的照射。例如，在上文提及的先前公开的专利申请公开中描述设备的这些和许多其它变化和应用的使用。

图4A示意性地描绘衬底上的多周期性结构(例如多光栅)目标的形式和测量斑的轮廓。

图4A描绘形成在衬底上的示例复合量测目标T。复合目标包括紧密地定位在一起的四个周期性结构(在这种情况下是光栅)32、33、34、35。在实施例中，可以使周期性结构布局小于测量斑(例如周期性结构布局被过填充)。因此，在实施例中，周期性结构足够紧密地定位在一起，以使得所述周期性结构均在由量测设备的照射束形成的测量斑31内。在那种情况下，四个周期性结构因此被同时照射且被同时成像在传感器19和23上(参考图3A)。在专用于重叠测量的示例中，周期性结构32、33、34、35本身是通过重叠周期性结构形成的复合周期性结构(例如复合光栅)，例如，周期性结构在形成在衬底W上的器件的不同层中被图案化且使得一个层中的至少一个周期性结构与不同层中的至少一个周期性结构重叠。这种目标可以具有在20μm×20μm内或在16μm×16μm内的外部尺寸。此外，所有周期性结构用于测量特定对的层之间的重叠。为了使目标能够更容易测量多于单个对的层，周期性结构32、33、34、35可以具有以不同方式偏置的重叠偏移，以便促进对其中形成复合周期性结构的不同部分的不同层之间的重叠的测量。因此，用于衬底上的目标的所有周期性结构将用于测量一个层对，并且用于衬底上的另一相同目标的所有周期性结构将用于测量另一层对，其中不同偏置有助于在所述层对之间进行区分。

返回至图4A，周期性结构32、33、34、35也可以在其定向上是不同的(如所示出)，以便使入射辐射在X和Y方向上衍射。在一个示例中，周期性结构32和34是分别具有为+d、-d的偏置的X方向周期性结构。周期性结构33和周期性结构35可以是分别具有偏移+d和-d的Y方向周期性结构。虽然图示四个周期性结构，但另一实施例可以包括更大矩阵以获得期望的准确度。例如，九个复合周期性结构的3×3阵列可以具有偏置-4d、-3d、-2d、-d、0、+d、+2d、+3d、+4d。可以在由传感器23捕获的图像中识别这些周期性结构的分立的图像。

图4B示意性地描绘图4A的目标的、在图3A的设备中获得的图像。图4B示出可以使用来自图3D的孔板13NW或13SE，在图3A的设备中使用图4A的目标形成在传感器23(参考图3A)上且由传感器23所检测的图像的示例。虽然传感器19无法分辨不同的单独的周期性结构32至35，但传感器23可以进行这种分辨。暗矩形表示传感器上的图像场，在所述图像场内，将衬底上的照射斑31成像至对应圆形区域41中。在这样的圆形区域内，矩形区域42至45表示周期性结构32至35的图像。未被定位在划线中或除了被定位在划线中之外，目标也可以被定位在器件产品特征当中。如果周期性结构位于器件产品区域中，则这个图像场的周边中也可以看见器件特征。处理器和控制器PU使用图案识别来处理这些图像以识别周期性结构32至35的分立的图像42至45。以这种方式，不必在传感器框架内的特定部位处非常精确地对准所述图像，这在整体上大大改善了测量设备的生产量。

一旦已识别周期性结构的分立的图像，就可以例如通过对识别区域内的所选像素强度值求平均值或求和来测量那些单独的图像的强度。可以将所述图像的强度和/或其它性质彼此比较。可以将这些结果组合以测量光刻过程的不同参数。重叠测量是这种参数的示例。在实施例中，周期性结构32至35可以被优化以用于重叠测量，以使从周期性结构32至35反射的束的角反射率的改变和从周期性结构32至35反射的束的波长的最小改变最小化。

图4C图示根据如图4C中示出的本公开的一个示例的位置传感器或对准传感器的示例的简化示意图。照射源420提供具有多个波长中的一个波长的辐射束422，所述辐射束422经由斑反射镜427穿过物镜424被转向至位于衬底W上的对准标记(诸如对准标记402)上。由对准标记402散射的辐射406由物镜424拾取且准直成信息携载束426中。光学分析器428处理束426且(例如经由光纤)将分立的束429输出至检测系统(例如传感器阵列)430上。来自检测系统430中的单独的传感器的强度信号432被提供至处理单元PU。通过系统428中的光学处理与单元PU中的计算处理的组合，输出衬底上的相对于传感器的X和Y位置的值。替代地或另外，可以测量其它参数，诸如重叠OV和/或临界尺寸CD。

可以在引言中的先前提及的专利公开中找到这种对准传感器的构造与操作的细节，并且这里将不再重复。简要来说，在照射路径422中，可以提供多个单独的波长源，诸如LED或激光源。所述源可以被布置以供应不同波长的辐射，例如绿色和红色可见光、近红外(NIR)波长和/或在1500nm至2500nm的范围内的红外辐射中的一种或更多种，可选地包括具有长于2000nm的波长的波长。所述源可以包括LED、激光器、气体放电源、等离子体源、超连续光谱源和逆康普顿(Compton)散射源。

由对准标记402反射和衍射的辐射426由物镜424收集。虽然述收集的辐射426被图示为光轴上的单个束，但这种信息携载束实际上通过散射和衍射散开。表示噪声信号的轴向分量至少部分地被斑反射镜427阻挡，所述斑反射镜427因此用作用于阻挡这种噪声信号的部分的遮蔽物。其余的较高阶衍射辐射(和一些杂散噪声信号)随后可选地经由遮蔽物(空间滤波器或光瞳滤波器)433进入处理系统428。

除了由物镜424的自然孔和斑反射镜427提供的任何空间滤波之外，空间滤波器433控制被反射和衍射的辐射的哪些部分被允许进入处理系统。具体地，斑反射镜的尺寸对于充分抑制零阶辐射来说可能被设置为不足的。在所示出的实施例中，空间滤波器433包括用于在X和Y方向上仅传递期望的相应的非零衍射阶(例如至少+1和-1衍射阶)的孔441。中心区是不透明的且因而用作额外的零阶阻挡部，该额外的零阶阻挡部阻挡未被斑反射镜427阻挡的杂散辐射。然而，随着晶片品质越来越低，这种零阶抑制可能仍然不足。

处理系统428的本质将依赖于期望的性能和所提供的标记的类型。处理系统428可以基于干涉法或成像或技术的组合。处理系统428可以是彼此大致相同的类型，或其可以是完全不同的类型。在本示例中，将假定处理系统基于干涉法，并且包括参考文献中所描述的类型的自参考干涉仪。

处理系统428可以包括接收所收集辐射426的自参考干涉仪。在干涉仪428的入口处，半波片435将辐射的偏振调节至45度。干涉仪接着以参考文献中所描述的方式对所述束进行处理，利用其自身的旋转副本来干涉所述束，以使得相反的衍射阶相长地和相消地干涉。偏振分束器分离“和(sum)”以及“差(difference)”通道，所述通道将位置敏感的光信号429提供至检测系统430。针对和以及差通道中的每个通道，检测系统430可以包括用于获得期望的位置电信号432的光检测器。在波段包含多个波长或波长范围的情况下，则波长解复用器被包括在检测系统中，并且单独的光检测器被提供以获得针对每个波长或波长范围的电信号432。

由于在通过一些层(例如不透明层)对准时的低的晶片品质，信号水平将是低于在通过透明层对准时的典型对准传感器信号水平的数量级。晶片品质为实际对准信号强度相对于由基准标记产生的信号的度量(比率)。对噪声信号的抑制的相应的改善可以用于实现可接受的对准性能。在已描述的具有相对较小节距的对准标记上的精定位(例如精细晶片对准FIWA)的情况下尤其如此，噪声信号(杂散或零阶辐射)的阻挡主要通过零阶阻挡件或零阶阻挡部、通过斑反射镜427和/或空间滤波器433来执行。然而，不期望对准传感器模块内的任何遮蔽物非常大，这是因为所述遮蔽物会降低对准传感器的节距灵活性，且具体地，使所述对准传感器的粗定位(例如粗略晶片对准COWA)能力复杂化。用于粗略对准的对准标记448的相对较大的节距限制任一零阶区块(例如斑反射镜427或空间滤波器433)的尺寸以确保实际衍射阶且因此对准信号未被阻挡(对于较大的对准标记节距，衍射角相对较小)。

图5示意性地图示示例测量系统和与涉及晶片W的测量(例如对准标记402的位置)相关联的问题。在实施例中，具有量测标记(例如对准标记402)的位置传感器和衬底设置于图5的测量系统中。在本示例中，测量系统包括物镜424，入射束514(也被称为入射束或入射束的能量分布)通过物镜424聚焦至包括对准标记402的晶片W上。对准标记402产生反射束426(也被称为信息携载束426)。信息携载束426被进一步分析以确定测量结果，诸如晶片W上的对准标记402的位置。

在实施例中，信息携载束426在通过物镜424之后，可以由反射束的强度分布或能量分布(例如516、518)表征。同样，与信息携载束426相关联的信息可以是波长、频率、相位、振幅、衍射阶、反射角、或与反射束相关联的其它频谱和角度内容或成分。在实施例中，信息携载束426分别由在右侧和左侧(在图5中)处所示出的反射束426的第一能量分布516和第二能量分布518表征。这些分布516、518在下文中可互换地被称为反射束516、518。

在实施例中，入射束514通过物镜424，行进穿过层506、508、510的叠层并且入射到层504的顶部。层504包括量测标记，诸如对准标记402。在实施例中，层504也可以被称为标记层(例如标记层504)，其中标记层可以是包括量测标记(诸如对准标记和/或重叠标记)的任何层。入射辐射514从对准标记402被反射为反射束426(或516)(例如-1衍射阶束)和426(或518)(例如+1衍射阶束)。反射束426可以包括其中零阶被阻挡的多个衍射阶，例如较高/非零衍射阶(例如+1和-1衍射阶)。可以阻挡零阶以避免降低在所检测的信号中可用的调制深度。反射束426在达到物镜424之前首先通过层506、508和510的叠层，这意味着反射束426与层506、508和510的叠层相互作用。

当反射束426与层506、508和510的叠层相互作用时，相互作用可以引起反射束426例如在反射束的每个反射角处的变迹。变迹是指光强度分布的非均一性。换句话说，反射束426在与叠置层相互作用之后(并且在返回至物镜424之前)在光强度分布上具有非均一性。变迹的示例可以被可视化为强度分布的重心相对于参考光强度分布(例如在高斯分布的中心处具有峰值)的移位。例如，516(或518)具有相对于诸如点线516’(或518’)的参考分布的移位后(例如朝向左侧)的重心。在实施例中，移位后的强度分布516(或518)具有相对于516’(或518’)的峰值朝向左侧(或右侧)移位的峰值强度。在实施例中，强度分布514/516’/518’可以是高斯分布、正态分布等等。

在实施例中，变迹可以由反射束的反射率(R)或角反射率(ΔR)表征。在实施例中，反射率是层(或叠置层)在反射入射束方面的有效程度的量度，而角反射率为反射率的角度内容或成分。在实施例中，角反射率是指反射束的反射率相对于反射角(θ)的变化率，其中反射角为反射束与照射辐射(也被称为入射束)之间的角。在实施例中，在叠置层中具有光栅结构的量测标记影响角反射率。例如，依赖于光栅结构的物理特性，角反射率可以改变。

在实施例中，例如514/516’/518’的强度分布通常与具有特定波长(也被称为中心波长)的束相关联。中心波长是指与大约峰值强度值相关联的束的波长。因此，在实施例中，束(例如514或426)可以由中心波长(例如500nm)表征。此外，峰值强度中的任何移位将与移位后的中心波长(例如500.1nm)相关联。在实施例中，518’的中心波长根据分布518朝向右侧移位。例如，具有500nm的中心波长的反射束由于与叠置层相互作用而移位至500.1nm。中心波长的这种移位被称为中心波长移位或波长移位(Δλ)。换句话说，在实施例中，中心波长移位是指反射束426的理想中心波长(例如与514/518’/516’相关联)与移位后的波长(例如与518/516相关联)之间的差。

在实施例中，由于层506、508和510的叠层而引起的变迹对叠置层506、508和510的厚度敏感。换句话说，如果标记层502的顶部的一个或更多个层506/508/510的厚度改变，则变迹效应也改变。在实施例中，层506、508和510的叠层的厚度的改变可以由于过程变化而引起。例如，过程变化可以与蚀刻过程、抗蚀剂显影过程或图案化过程的其它过程相关。由于例如过程的无规则或随机变化，无法足够准确地预测(例如经由校准后的过程模型)层的这种厚度的改变。因而，可能无法准确地预测变迹的改变。

此外，在实施例中，层厚度的改变可以使得反射束426的衍射阶在通过物镜424时在物镜424上的不同部位处移动(例如右移或左移)。衍射阶在物镜424处的这种移动或位移也可以与角反射率相关。

除变迹问题外，反射束426也可以收集由于光学系统(例如物镜424)的像差引起的相位误差。例如，像差可能由于物镜424而不完美。这种相位误差也促使反射束426的强度分布516/518的移位。此外，由于叠置层的厚度可以使得衍射阶在物镜424上移动，由此收集不同相位误差。

因此，反射束426携带与以下至少两种类型的误差相关的信息：(i)由于形成在量测标记(例如对准标记402)的顶部的层的厚度所导致的误差；和(ii)由于像差所导致的相位误差。此外，在这些误差类型之间存在相互作用。无法例如基于强度分布516/518将这样的误差与反射束426隔离。

另外，无法准确地预测层506、508和510的叠层的厚度。因此，当反射束516和518的峰值强度移动时，非常难区分误差(例如相位误差或对准误差)与层506、508和510的叠层厚度的不可预测的改变。为了解决这些问题，量测标记被配置以包括子分段光栅，使得子分段尺寸被具体确定以例如使过程变化(例如层厚度的变化)的效应最小化(或最大化)。

如本文中的方法所论述的，可以基于测量的目的来确定量测标记的光栅结构。例如，形成光栅结构的子分段的节距、占空比和/或CD是基于位置误差或重叠误差的最小化而被确定的。因此，基于测量的目的，得到的量测标记可以被称为对准标记或重叠标记。

在实施例中，衬底502位于晶片W的底部处。衬底502可以由或多种材料(例如硅、氧化硅、绝缘体上硅(SOI)等)制成。在衬底502上，形成包括待在本文中描述的具有光栅结构的量测标记的标记层504。标记层504由一种或多种材料(例如硅、氧化硅、氮化硅等)制成。此外，层506、508和510的叠层形成在标记层504的顶部上。层506、508、510的叠层(或被称为“叠置层”)中的每个层可以由一种或多种材料(例如硅、氧化硅、氮化硅等)制成。本公开不限于叠置层中的层的数量。三个层506、508、510被示出为示例性叠置层，但不作为限制。在实施例中，比3个层更多或更少的层可以形成在对准标记层504的顶部上。

物镜424(例如透镜、透镜元件等)可以是包括折射型、反射型、磁性型、电磁型和静电型光学部件的各种类型的光学部件中的任一种或组合。在一些示例中，光学部件424由辐射透射物质(例如玻璃、环氧树脂、石英等)制成以用于聚集或分散光线。在一个实施例中，物镜424可以用于聚集和/或聚焦来自光源(例如激光器等)的入射辐射514。

在一个实施例中，标记层504上的量测标记具有包括多个标记分段的光栅结构(例如竖直子分段光栅或水平子分段子光栅)。在实施例中，标记分段中的一个或更多个可以包括多个子分段，如将相对于图6A、图6B、图6C和图7A描述的。子分段光栅可以由一个或更多个变量(例如节距、占空比、线宽和/或其组合)表征。在实施例中，基于本文中所描述的特性函数确定这些一个或更多个变量的值。

特性函数可以是反射束的角反射率和/或波长移位(Δλ)和叠置层的一个或更多个层的厚度的函数。在实施例中，特性函数包括反射束的波长相对于入射辐射的波长的、作为叠层的厚度的改变的函数的改变，反射束是从量测标记反射且通过叠层的束。在实施例中，特性函数包括反射束的角反射率的、作为叠层的厚度的改变的函数的改变，反射束是从量测标记反射且通过叠层的束。

波长移位(Δλ)是反射束的中心波长相对于入射束的波长的改变量。可以根据测量的目的优化特性函数。例如，可以针对与衬底相关联的物理特性(例如量测标记的部位、叠置层厚度等)的测量而最小化或最大化特性函数。例如，使反射束的波长移位(Δλ)最小化会产生量测标记的部位的准确测量结果。在另一实施例中，使反射束的波长的改变最大化会产生层厚度或叠置层厚度的准确测量结果。

图6A和图6B图示根据本公开的实施例的示例量测标记，例如被配置成用于位置测量的对准标记。在实施例中，量测标记(例如重叠标记)可以被配置成用于根据本公开的实施例的重叠测量。

在图6A中，示例第一量测标记60A(例如对准标记)包括标记分段601。这种第一量测标记60A也被称为竖直子分段光栅。图6B图示包括标记分段603的示例第二量测标记60B。这种第二量测标记60B也被称为水平子分段光栅。在图6A和图6B中，标记分段601和603中的每个标记分段被子分段。具体地，标记分段601被竖直地子分段，其中标记分段601被子分段为垂直于主光栅方向(例如图6A中的x方向)延伸的子分段605。另一方面，标记分段603被水平地子分段，其中标记分段603被子分段为平行于或沿主光栅方向(例如图6B中的x方向)延伸的子分段607。被示出为平行线的标记分段601和603是示例，且不限制本公开的范围。本领域技术人员可以理解本公开的范围不限于标记分段的特定定向或几何形状。在一些实施例中，子分段可以是虚线、矩形线、三角形等。

图6A中的第一量测标记60A可以由与竖直子分段605相关的一个或更多个变量(也指物理特性)表征。一个或更多个变量可以是竖直子分段光栅结构的节距、线宽或占空比。竖直子分段的节距可以是子分段605的光栅周期，所述光栅周期为竖直子分段光栅中的各个竖直子分段之间的间距。子分段605的节距可以根据实施例被设置为期望的值。例如，包含周期性结构(例如光栅)的量测标记(例如对准标记)包括具有节距或周期为500nm的子分段，其中邻近子分段的中心至中心间距为500nm。

替代地或另外，第一量测标记60A可以由竖直子分段光栅中的竖直子分段的线宽表征。例如，子分段605的线宽可以被设置为期望的值。例如，在一个实施例中，子分段605的线宽可以是50nm。替代地或另外，第一量测标记60A可以由竖直子分段光栅的占空比表征。竖直子分段光栅的占空比为子分段605的线宽除以子分段605的节距或周期的结果。例如，具有50nm的线宽和500nm的节距的竖直子分段光栅可以具有0.1的占空比。

类似地，图6B中示出的第二量测标记60B可以由与水平子分段607相关的一个或更多个变量表征。一个或更多个变量可以是水平子分段光栅结构的节距、线宽或占空比。水平子分段607的节距可以是水平子分段607的光栅周期，所述光栅周期为水平子分段光栅中的每组子分段中的各个子分段之间的间距。子分段607的节距可以根据实施例被设置为期望的值。例如，包括周期性结构(例如光栅)的第二量测标记60B可以具有节距或周期为500nm的子分段，每组水平子分段光栅中的相邻子分段的中心至中心间距可以为500nm。

替代地或另外，第二量测标记60B可以由水平子分段光栅中的水平子分段的线宽表征。例如，子分段607的线宽可以被设置为期望的值。例如，在一个实施例中，子分段607的线宽可以是50nm。替代地或另外，第二量测标记60B可以由水平子分段光栅的占空比表征。水平子分段光栅的占空比为子分段607的线宽除以子分段607的节距或周期的结果。例如，具有50nm的线宽和500nm的节距的水平子分段光栅可以具有0.1的占空比。虽然上述示例示出竖直和水平子分段光栅的相同特性，但可以理解，水平子分段607的特性(例如节距、占空比、CD)可以与竖直子分段605不同。在实施例中，具有相同或不同特性(例如节距、占空比、CD)的竖直子分段与水平子分段的组合可以用于一个量测标记中。

图6C图示量测标记60C的另一示例。量测标记60C包括具有恒定节距和六个不同线宽的子分段光栅结构。在实施例中，子分段光栅结构被配置成用作对准标记。例如，量测标记60C包括子分段602、604、606、608、610和612。子分段602、604、606、608、610和612中的每个子分段具有不同线宽(例如分别为CD1、CD2、CD3、CD4、CD5和CD6)。子分段602、604、606、608、610和612中的每个子分段可以在对准标记中以恒定节距重复。

在实施例中，可以通过使子分段光栅结构的一个或更多个变量(例如节距、线宽、占空比等)扰动并分析这种扰动对例如反射束的角反射率和/或中心波长移位(Δλ)的效应或影响来优化量测标记。例如，优化包括使反射束的角反射率的改变最小化和/或使反射束(例如图5中的516和518)的中心波长移位(Δλ)最小化。例如，图6C中的子分段光栅结构具有恒定节距，且在对由“CD”或“临界尺寸”(例如图6C中的CD1、CD2、CD3、CD4、CD5和CD6)表示的子分段的线宽进行扰动之后，产生优化后的子分段光栅结构。

扰动或优化可以是通过重复地修改或改变子分段光栅结构的一个或更多个变量来实现资源的最优或最有效使用的方法。例如，CD的扰动或优化可以是重复地修改或改变可能影响反射束(例如图5中的426)的一个或更多个变量的方法。在实施例中，这种扰动可以是通过使用模拟软件(例如时域有限差分方法、严格耦合波分析(RCWA)等)以使反射束的角反射率的改变最小化来完成的。

在一些实施例中，与子分段光栅结构相关联的一个或更多个变量(例如节距、线宽、占空比等)的扰动可以用于产生优化子分段光栅结构。在实施例中，优化子分段光栅使反射束(例如图5中的516和518)的角反射率的改变和/或波长的改变最大化。例如，在一个示例中，子分段光栅结构可以具有恒定节距，并且在对由“CD”或“临界尺寸”(例如图6C中的CD1、CD2、CD3、CD4、CD5和CD6)表示的子分段的线宽进行扰动或优化之后，可以产生优化后的子分段光栅结构。

图7A图示根据实施例的、包括子分段光栅结构的量测标记700的示例，该子分段光栅结构的子分段具有恒定节距和可变线宽。在实施例中，线宽的变化是指相对于与图案化过程相关联的名义CD(例如20nm)的CD变化。在实施例中，线宽可以相对于名义CD在±1％至±99％的范围内变化。

图7A中的子分段光栅结构在一个或更多个子分段之间具有恒定节距702和可变线宽。子分段光栅结构的节距702可以是光栅周期，所述光栅周期为子分段光栅中的相邻子分段之间的间距。例如，如图所示，包括周期性子分段光栅结构的量测标记700可以具有500nm的恒定节距，所述恒定节距为相邻子分段线之间的中心至中心间距702。具体地，在所示出的实施例中，在子分段704的中心与子分段706的中心之间存在500nm的中心至中心间距702。类似地，在子分段706的中心与子分段708的中心之间存在500nm的间距702。在子分段708的中心与子分段710的中心之间存在500nm的间距702。在子分段710的中心与子分段712的中心之间存在500nm的间距702。并且在子分段712的中心与子分段714的中心之间存在500nm的间距702。

在实施例中，子分段704、706、708、710、712和714中的一个或更多具有与其它子分段不同的宽度。在图7A中示出的实施例中，子分段中的每个子分段具有与其它子分段不同的宽度。通过改变光栅结构，将改变与光栅结构反射的光相关的频谱。例如，可以根据从光栅结构反射的光的衍射信号确定(例如使用傅立叶变换)频谱。换句话说，通过使线宽、节距变化和/或占空比中的任一个或组合扰动来优化子分段704、706、708、710、712和714，从而获得期望的频谱响应。例如，子分段具有可变节距以使频谱减敏而免受叠层厚度变化的影响。在实施例中，可以根据角反射率来测量或度量对叠层厚度变化的减敏或减感。

图7B是图示分别从具有光栅结构G1和G2的两个不同量测标记反射的反射束的角反射率的改变的曲线图。在实施例中，光栅结构G1可以包括常规子分段或根本不包括子分段，而光栅结构G2包括根据本公开优化的子分段结构。曲线图中的X轴表示照射量测标记(例如对准标记)的入射辐射的波长λ(例如在500nm至900nm的范围内)。曲线图中的Y轴表示在与层(例如图5中的506、508和510)的叠层相互作用之后从光栅结构G1和G2反射的反射束的角反射率。

如先前提及的，反射束的角反射率的改变可以由于反射束与层(例如506、508和510)的叠层相互作用而引起。层(例如506、508和510)的叠层的厚度和/或材料的变化引起衍射阶的频谱内容或成分(例如功率谱密度)的重新加权或反射束的角反射率的改变。例如，频谱内容或成分的重新加权可以由描述功率相对于频率的分布的功率谱密度(PSD)表示，并且可以使用来自子分段光栅结构的衍射信号的傅立叶变换来被计算。理解功率在频谱中的何处转移可以帮助理解待优化哪些子分段。

然而，典型地，独立于层(例如506、508和510)的叠层的厚度变化来校准对准传感器AS。换句话说，传感器校准不考虑与传感器的光瞳平面内的衍射阶的位移相关的影响。例如，校准可以在包含量测标记(例如对准标记)的标记层(例如504)上沉积叠置层之前或之后进行。然而，校准可能不一定准确地考虑到角反射率的改变、由于过程变化(例如厚度变化、材料变化等)引起的中心波长的改变、或光瞳平面内的衍射阶的位移。因此，从传感器(例如对准传感器AS)获得的测量结果包括测量误差(诸如与对准标记相关联的位置误差)，其中位置误差由过程变化引起。

根据本公开，由于与层506、508和510的叠层的相互作用而引起的前述效应可以被优化(例如最小化或最大化)。例如，优化可以通过重复地使子分段光栅结构的物理特性(例如占空比、节距和线宽)扰动来执行。

参考图7B，包括光栅结构G1(例如不具有子分段)的量测标记引起角反射率在宽波长范围内的显著改变。在本示例中，在约740nm处观测角反射率的尖峰。尖峰指示甚至波长的较小改变(例如由于过程变化引起)也可能显著地影响反射束的角反射率。光栅结构G1在不使子分段光栅结构的变量(例如占空比、节距和线宽)扰动的情况下产生，因此引起反射束的角度内容或成分(例如角反射率)的相对较大改变。

另一方面，在图7B中，已通过使光栅结构G2的子分段的物理特性(例如占空比、节距和线宽)扰动和优化产生包括光栅结构G2的量测标记。例如，光栅结构G2的物理特性被优化为使反射束的角反射率的改变最小化。换句话说，(子分段)光栅结构G2对光源的波长和/或过程变化具有较小或最小依赖性。因此，包括光栅结构G2的量测标记在一定波长范围内显示反射束的角反射率的最小改变。因此，量测标记将显现出对于过程变化的测量稳健性。换句话说，虽然过程变化可能引起层厚度的改变或反射束的中心波长的改变，但角反射率保持大致恒定。这指示由于过程变化而引起的误差在反射束中相当恒定。因此，反射束提供信息以相较于现有量测标记(例如具有恒定CD、节距和占空比)准确地确定位置或重叠测量结果。

在实施例中，如先前提及的，可以基于反射束的波长的改变来确定量测标记。由于与层(例如506、508和510)的叠层的相互作用而引起的反射束的波长的改变可以通过迭代地使单独的叠置层(例如506、508、510等)中的每个层的厚度扰动或改变而被最小化。因此，得到的量测标记将对叠置层的一个或更多个层的厚度的变化不大敏感。例如，这种量测标记可以用于位置测量。

在一些实施例中，由于与层506、508和510的叠层的相互作用而引起的反射束的波长的改变可以通过迭代地使单独的叠置层(例如506、508、510等)中的每个层的厚度扰动或改变而被最大化。因此，得到的量测标记将对叠置层的一个或更多个层的厚度的变化非常敏感。例如，这种量测标记可以用于测量叠置层的厚度。

层(例如506、508和510)的叠层的厚度(和/或材料)的变化改变反射束的频谱内容或成分(例如PSD)。在上述示例中，角反射率和反射束的波长的改变是反射束的频谱内容或成分的示例。然而，本公开的范围不受这种频谱内容或成分限制，并且额外的频谱内容或成分可以例如使用频谱分析来被确定，并且进一步用于优化光栅结构的子分段。

图8图示量测标记800的另一示例。量测标记包括根据实施例的具有恒定节距和可变占空比的子分段光栅结构(例如802和804)。如本文中所论述的，子分段光栅结构的变量(例如占空比)的扰动可以用于产生优化后的子分段光栅结构。优化涉及例如角反射率的改变和/或反射束的波长的改变的最小化或最大化。

例如，在图8中，子分段光栅结构以恒定节距被设置，并且子分段802的组与子分段804的组之间的占空比被扰动，从而产生光栅结构的优化后(例如反射率的最小改变)的子分段。

图9图示用于确定量测标记(例如对准标记)的示例方法900的流程图。根据实施例，方法900涉及通过使光栅结构的子分段的变量扰动来计算特性函数。作为示例，相对于对准标记论述方法900的概念。然而，方法900可以用于产生除用于对准目的以外的量测标记。例如，方法900也可以用于产生用于重叠测量目的的量测标记或测量叠置层的厚度。

方法900包括出于测量(例如对准)的目的，优化光栅结构的子分段。在实施例中，优化子分段光栅结构提供在图案化过程期间对衬底上的对准标记的部位或衬底上的不同层之间的重叠的改善的测量。此外，所确定的部位或重叠测量结果可以用于改善图案化过程的性能指标(例如重叠、临界尺寸(CD)、边缘放置误差(EPE)、产量等)。例如，在半导体制造过程中，可以执行数百个过程步骤以制造器件(例如处理器等)。在半导体制造过程的每个过程步骤处的对准标记的部位的改善的测量结果可以改善图案化过程的印制性能，例如，掩模上的图案与衬底上的现有图案之间或衬底的不同层上的图案之间的放置准确度。在另一示例中，对重叠的改善的测量结果也可以改善衬底的不同层上的图案之间的重叠误差。

在实施例中，通过相应地设计子分段光栅结构，可以减小从对准标记反射的束的角反射率的改变。在另一实施例中，可以通过相应地设计子分段光栅结构来减小从对准标记反射的束的波长的改变。所设计的对准标记还可以用于改善图案化过程的产量。

方法900包括在步骤902处，确定设置于衬底上的叠置层内的初始量测标记901的初始特性函数。在实施例中，特性函数包括反射束的波长相对于入射辐射的波长的、作为叠层的厚度改变的函数的改变，反射束是从量测标记(例如901)反射且穿过叠层的束。在实施例中，特性函数包括反射束的角反射率的、作为叠层的厚度改变的函数的改变，反射束是从量测标记(例如901)反射且穿过叠层的束。

初始量测标记901包括多个标记分段，其中标记分段中的至少一个标记分段包括多个子分段。在实施例中，可以如图6A、图6B、图6C、图7A和图8中所论述的那样获得标记分段。

在一个示例中，初始量测标记901包括在子分段之间具有恒定节距和子分段具有不同线宽的子分段光栅结构。例如，图6C中的光栅结构具有恒定节距和六个不同线宽。在实施例中，标记分段可以具有如图6A中示出的竖直子分段光栅结构或如图6B中示出的水平子分段光栅结构。

方法900包括在步骤904处，使初始量测标记901的多个子分段的一个或更多个变量扰动。在实施例中，一个或更多个变量包括多个子分段的节距、占空比、线宽或其组合。先前相对于图5、图7A和图7B论述了使变量(诸如子分段的占空比、节距或线宽)或其组合扰动的示例。例如，所述多个子分段的节距和占空比可以是恒定的且所述多个子分段的线宽可以是变化的；节距和线宽可以是恒定的且所述多个子分段的占空比可以是变化的；和/或线宽和占空比可以是恒定的且所述多个子分段的节距可以是变化的。

方法900包括在步骤906处，使叠置层的一个或更多个层的厚度扰动，其中叠置层包括初始量测标记901。在实施例中，使叠置层内的每个层(例如图5中的层506、508、510等)的厚度扰动至少一次。在一个实施例中，使每个层的厚度扰动或更改多次。

在实施例中，可以使叠置层的一个或更多个层的厚度无规则地扰动但将扰动后的厚度维持在预定厚度范围内。在实施例中，在使两个或更多个层的厚度扰动时，叠置层的总厚度(例如层506、508、510等的组合厚度)对于每次扰动保持不变。在实施例中，叠置层(例如506、508、510等)的总(组合)厚度可以在使叠置层的厚度扰动期间改变。

在实施例中，厚度的无规则扰动可以基于储存在存储器(例如计算机系统的存储器)中预先存在的模型(例如高斯模型、抗蚀剂模型或其它相关过程模型)。在一个实施例中，一个或更多个层的组合可以包括名义叠置层，并且在步骤906中使名义叠置层的每个层的厚度扰动。在实施例中，可以在任何地方对叠置层的一个或更多个层的厚度执行介于50至150次之间的扰动。在另一实施例中，执行大约100次扰动。

应注意，在另一实施例中，906的扰动步骤可以在904的扰动步骤之前。在另一实施例中，步骤904和906可以同时完成。在一个实施例中，904的扰动和906的扰动在建模时自动完成。在另一实施例中，通过在预定数量的迭代中一次一个地改变904处的变量和/或906处的厚度来手动地执行每次扰动。

此外，方法900包括在步骤908处，基于步骤904中的多个子分段的一个或更多个变量的扰动和/或步骤906中的叠置层内的一个或更多个层的厚度的扰动来确定更新后的特性函数。

在一个实施例中，特性函数可以是反射束的波长的、由于叠置层的层的厚度的改变所引起的改变的量。在实施例中，入射束从初始量测标记901(或修改后的量测标记901)反射且反射束与叠置层的厚度相互作用。可以例如使用频谱分析进一步分析反射束以确定波长移位。

在实施例中，在初始量测标记901的一个或更多个变量的扰动之后，特性函数(例如波长移位)可以减小。在实施例中，达到最小值的特性函数可以是反射辐射的波长的改变的变化具有最小值的特性函数。在实施例中，在子分段光栅结构的一个或更多个变量(例如占空比、节距和线宽)和/或叠置层的厚度的若干次扰动之后，可以获得特性函数的最小值。接着，将具有扰动后的变量值(例如占空比、节距和线宽)的子分段视为被优化或优化后的，并且将包括优化子分段的对应量测标记视为优化后的量测标记。

在实施例中，如先前相对于图6A、图6B、图7A、图7B和图8所论述的，更新后的特性函数的确定可以基于所测量的辐射的角反射率。

方法900在步骤910处可以确定是否实现最小化的特性函数。在实施例中，在步骤904至910的特定数量的迭代之后可以实现最小化的特性函数。在实施例中，当特性函数突破特性函数的预定下阈值时，特性函数被确定为被优化或优化后的。

在一个实施例中，如果步骤910中的特性函数并未被最小化(或并未突破下阈值)，接着过程返回至步骤904以用于进一步使量测标记901的子分段光栅结构的变量(例如占空比、节距和线宽)扰动。例如，第一扰动可以是维持多个子分段的节距和占空比恒定且改变多个子分段的线宽。第二扰动可以是维持节距和线宽恒定且改变多个子分段的占空比。第三扰动可以是维持线宽和占空比恒定且改变多个子分段的节距。

在实施例中，如先前所论述的，可以在步骤906处执行对叠置层的厚度的另外的扰动。可以通过以预先确定的序列和在预定厚度范围内使厚度的算法和/或过程扰动，通过机器学习模型或其组合来无规则地执行扰动。在实施例中，如果表示反射束的波长的改变的变化的特性函数达到最小成本值，则将叠置层的厚度视为被优化或优化后的。

响应于被最小化或达到阈值的特性函数，实现优化后的量测标记901’。例如，量测标记901’包括在变量的扰动(例如优化后的占空比、节距和/或线宽)之后的优化后的子分段光栅。相较于常规的光栅或初始光栅901，优化后的子分段光栅将是最终光栅，且具体地，其子分段配置将提供中心波长的被减小的改变和/或反射束的被减小的角反射率。量测标记901’由此提供测量稳健性且如上文所论述对过程变化不大敏感。

在一个实施例中，基于量测标记内的子分段的优化后的临界尺寸(例如厚度)来确定被最小化的特性函数。因此，当在步骤910处量测标记内的子分段的线厚度达到减小或优化的特性函数时，在步骤912处确定待形成的优化后的量测标记。因此，使用这种优化后的变量(例如作为工作示例的线宽)产生的优化后的子分段光栅结构以产生从量测标记反射的束的角反射率的最小改变，并且对于较大范围的叠层厚度变化可以实现从量测标记反射的束的波长的最小改变。因此，优化后的子分段光栅结构提供在图案化过程期间确定衬底上的量测标记的部位的改善的测量结果，从而改善性能指标(例如重叠、临界尺寸(CD)、边缘放置误差(EPE)、产量等)。

在实施例中，方法900可以应用于确定重叠测量。相对于图10A解释基于优化后的子分段光栅结构的重叠测量结果的示例性确定。

图10A图示包括根据方法900确定的优化后的子分段光栅结构的示例性叠置层。

在图10A中，层1001的叠层包括形成在第二层1005的顶部上的第一层1003。第一层1003可以是衬底层，例如硅层、二氧化硅层或绝缘体上硅层(SOI)层。第二层1005可以是产品层。例如，产品层可以由一种或多种材料(例如硅、二氧化硅、氮化硅或其组合)制得。在实施例中，第三层1007可以形成在第二层1005的至少一部分上。第三层1007可以是可以由图1中的光刻设备图案化的抗蚀剂层。

在实施例中，对于不同层之间的重叠测量，第一优化后的子分段光栅结构1009可以形成在第二层1005的至少一部分上，并且第二优化后的子分段光栅结构1011可以形成在第三层1007的至少一部分上。如早先提及的，优化后的子分段光栅结构1009和/或1011具有使从光栅结构反射的束的角反射率的改变被最小化的子分段。在实施例中，光栅结构1009和/或1011使得从光栅结构反射的束的波长的改变最小化。

在分别在层1005和1007上图案化所述优化后的子分段光栅结构1009和1011之后，量测工具可以用于从光栅结构1009和1011获得衍射信号。衍射信号进一步用于确定两个光栅结构1009和1011之间的重叠测量结果或确定其上形成有光栅结构的对应的层1005和1007之间的重叠。相对于图10B进行进一步详细论述重叠测量结果的确定。

图10B图示根据实施例的、使用优化后的子分段光栅结构确定重叠测量结果的示例性方法。

方法1000用于通过使用优化后的子分段光栅结构(例如1009和1011)确定重叠测量结果。在实施例中，优化后的子分段光栅结构(例如1009和1011)被开发以提供改善的测量结果，例如重叠测量结果。改善的重叠测量结果还可以用于改善与图案化过程相关联的性能指标(例如重叠、临界尺寸(CD)、边缘放置误差(EPE)、产量等的函数)。

方法1000包括，在步骤P1002处，获得包括叠置层(例如图10A中的叠置层1001)的衬底。在实施例中，叠置层(例如叠置层1001)包括至少一个优化后的子分段光栅结构(例如图10A中的1009或1011)。例如，优化后的子分段光栅结构(例如1009)可以设置于衬底(例如层1007)的第一层上，并且另一(优化后的)子分段光栅结构(例如1011)可以设置于衬底(例如层1005)的第二层上。在一个示例中，层1001的叠层可以包括具有恒定节距和六个不同线宽的子分段光栅结构，如相对于图6C所论述的。

此外，方法1000包括，在步骤P1004处，经由量测工具获得与叠置层1001上的优化后的子分段光栅结构相关联的衍射信号1006。量测工具可以与如先前在图3A中所论述的量测设备类似，其描述用于使用提供某些照射模式的对照射孔测量根据实施例的目标的测量设备。在实施例中，图3A中也示意性地示出适于测量例如重叠的量测设备。

例如，在图3A中，目标T包括光栅结构(例如1009或1011)，来自目标T的衍射射线可以用作衍射信号1006。在实施例中，衍射信号1006由检测器19检测，其中信号1006与优化后的子分段光栅结构(例如1009)相关联。另一信号1008可以由检测器19检测，其中信号1008与另一(优化后的)子分段光栅结构(例如1011)相关联。

方法1000还包括用于基于第一信号1006和第二信号1008确定重叠测量结果的步骤P1010。在实施例中，处理器或计算机系统可以从信号1006和1008确定信息。所述信息可以与第一层(例如图10A中的1005)上的优化后的子分段光栅结构(例如图10A中的1009)与另一层(例如图10A中的1007)上的另一(优化后的)子分段光栅结构(例如图10A中的1011)之间的距离相关联。所述信息可以与优化后的子分段光栅结构(例如1009和1011)的节距和优化后的子分段光栅结构(例如1009和1011)的线宽相关联。

在实施例中，可以基于信号1006和1008的干涉图案来确定重叠。例如，信号1006和1008的干涉图案可以依赖于优化后的子分段光栅结构(例如1009和1011)之间的距离。虽然上文已描述本公开的特定实施例，但应理解，可以与所描述的方式不同的其它方式来实践本公开。虽然上文所描述的作为量测标记的示例结构为出于位置测量的目的而特定设计和形成的光栅结构，但在其它实施例中，可以在作为形成在衬底上的器件的功能性部分的结构上测量位置。

许多器件具有规则的光栅类结构。如本文中所使用的术语“标记”和“光栅结构”无需特定地针对正执行的测量来提供所述结构。不透明层不是可能破坏通过观测呈常规波长的标记对标记的位置进行的测量的唯一种类的覆盖结构。例如，表面粗糙度或冲突的周期性结构可能干涉在一个或更多个波长下的测量。

与位置测量硬件和实现于衬底和图案形成装置上的合适的结构相关联，实施例可以包括包含机器可读指令的一个或更多个序列的计算机程序，所述机器可读指令实施上文举例说明的类型的测量方法以获得关于由覆盖结构覆盖的标记的位置的信息。

可以例如通过专用于所述目的的处理器等来执行这种计算机程序。也可以提供其中储存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)。

虽然上文可能已具体地参考本公开的实施例在光学光刻术的情境下的使用，但应理解，本公开可以用于其它应用(例如压印光刻术)中，并且在情境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产生于衬底上的图案。可以将图案形成装置的形貌压入至被供应至衬底的抗蚀剂层中，在所述衬底上，通过应用电磁辐射、热、压力或其组合而固化抗蚀剂。在抗蚀剂固化之后从抗蚀剂移出图案形成装置，从而在抗蚀剂中留下图案。

本文中所使用的术语“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365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有在1nm至100nm范围内的波长)、以及粒子束，诸如离子束或电子射束。

术语“透镜”在情境允许的情况下可以指各种类型的光学部件中的任一类型的光学部件或组合，包括折射型、反射型、磁性型、电磁型和静电型光学部件。反射型部件很可能用于在UV和/或EUV范围内操作的设备中。

本公开的广度和范围不应由上述示例性实施例中的任一示例性实施例限制，而应仅根据随附权利要求及其等效物进行限定。

虽然本文中所公开的概念可以用于在诸如硅晶片之类的衬底上，但应理解，所公开的概念可以与任何类型的光刻系统(例如用于在不同于硅晶片的衬底上成像的那些光刻系统)一起使用。

以上描述意图是说明性的，而不是限制性的。因此，本领域技术人员将明白，可以在不背离下文所阐述的权利要求的范围的情况下如所描述的那样进行修改。

Claims (19)

1.一种衬底，所述衬底包括：

多个层的叠层；

量测标记，所述量测标记被设置于所述叠层内；

所述量测标记包括多个标记分段；

其中所述标记分段中的至少一个标记分段包括多个子分段；

其中所述多个子分段被配置成具有用于使由所述量测标记产生的特性函数最小化或最大化的节距、占空比、线宽和/或其组合。

2.根据权利要求1所述的衬底，其中所述特性函数包括反射束的波长相对于入射辐射的波长的、作为所述叠层的厚度的改变的函数的改变，所述反射束是从所述量测标记反射且穿过所述叠层的束。

3.根据权利要求1所述的衬底，其中所述特性函数包括反射束的角反射率的、作为所述叠层的厚度的改变的函数的改变，所述反射束是从所述量测标记反射且穿过所述叠层的束。

4.根据权利要求1所述的衬底，其中所述标记分段中的所述至少一个标记分段包括沿垂直于所述量测标记的光栅方向的方向定向的所述多个子分段。

5.根据权利要求1所述的衬底，其中所述标记分段中的所述至少一个标记分段包括沿平行于所述量测标记的所述光栅方向的方向定向的所述多个子分段。

6.一种配置用于光刻过程中的量测标记的方法，包括：

a)确定设置于叠置层内的初始量测标记的初始特性函数，所述初始量测标记包括多个标记分段，所述标记分段中的至少一个标记分段包括多个子分段；

b)使所述多个子分段的一个或更多个变量扰动，其中所述一个或更多个变量包括所述多个子分段的节距、占空比和/或线宽；

c)使所述叠置层内的一个或更多个层的厚度扰动；

d)基于b)和c)的扰动来确定更新后的特性函数；以及

e)迭代地执行步骤b)、c)和d)，直到确定最小化或最大化特性函数以设置用于所述多个子分段的配置为止。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述特性函数包括反射束的波长相对于入射辐射的波长的、作为所述叠置层的厚度的改变的函数的改变，所述反射束是从所述量测标记反射且穿过所述叠置层的束。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述特性函数包括所述反射束的角反射率的、作为所述叠层的厚度改变的函数的改变，所述反射束是从所述量测标记反射且穿过所述叠层的束。

9.根据权利要求6所述的方法，其中所述节距和所述占空比保持恒定，并且其中所述多个子分段的所述线宽是变化的。

10.根据权利要求6所述的方法，其中所述节距和所述线宽保持恒定，并且其中所述多个子分段的所述占空比是变化的。

11.根据权利要求6所述的方法，其中所述线宽和所述占空比保持恒定，并且其中所述多个子分段的所述节距是变化的。

12.根据权利要求6所述的方法，其中在确定所述最小化特性函数之前执行预定次数的步骤e)。

13.一种用于确定与图案化过程相关联的重叠测量结果的方法，所述方法包括：

获得包括第一标记和第二标记的衬底，所述第一标记设置于所述衬底的第一层上，所述第二标记设置于所述衬底的第二层上，其中所述第一标记和所述第二标记中的至少一个包括：

多个标记分段；

其中所述标记分段中的至少一个标记分段包括多个子分段；

其中所述多个子分段被配置成具有用于使由所述第一标记和所述第二标记产生的特性函数最小化或最大化的节距、占空比、线宽和/或其组合；

经由量测工具获得与所述第一标记相关联的第一信号和与所述第二标记相关联的第二信号；以及

经由处理器，基于所述第一信号和所述第二信号来确定重叠测量结果。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述特性函数包括反射束的波长相对于入射辐射的波长的、作为形成在所述第一标记和/或所述第二标记上的叠置层的厚度的改变的函数的改变，所述反射束是从所述第一标记和/或所述第二标记反射且穿过所述叠置层的束。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述特性函数包括所述反射束的角反射率的、作为形成在所述第一标记和/或所述第二标记上的叠置层的厚度的改变的函数的改变，所述反射束是从所述第一标记和/或所述第二标记反射且穿过所述叠置层的束。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述节距和所述占空比保持恒定，并且其中所述多个子分段的所述线宽是变化的。

17.根据权利要求13所述的方法，其中所述节距和所述线宽保持恒定，并且其中所述多个子分段的所述占空比是变化的。

18.根据权利要求13所述的方法，其中所述线宽和所述占空比保持恒定，并且其中所述多个子分段的所述节距是变化的。

19.一种包括非暂时性计算机可读介质的计算机程序产品，所述非暂时性计算机可读介质上记录有指令，所述指令在由计算机执行时实施根据上述权利要求中任一项所述的方法。

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