CN117970750A - 量测方法和光刻方法、光刻单元和计算机程序 - Google Patents

量测方法和光刻方法、光刻单元和计算机程序 Download PDF

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Abstract

公开了一种测量目标的方法、相关联的光刻方法和光刻单元。该方法包括：在衬底上在一个或多个先前层之上的当前层中通过光刻工艺对结构的曝光之后，测量所述目标，其中所述一个或多个先前层均已经经历蚀刻步骤，所述目标仅被包括在所述一个或多个先前层中的至少一个中。以这种方式，获得了目标的蚀刻后测量。

Description

量测方法和光刻方法、光刻单元和计算机程序
相关申请的交叉引用
本申请是国际申请号为PCT/EP2017/053877、国际申请日为2017年2月21日、进入中国国家阶段日期为2018年8月31日、中国国家申请号为201780014743.6、发明名称为“量测方法和光刻方法、光刻单元和计算机程序”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及用于量测的方法和装置以及使用光刻技术制造器件的方法，该量测可用于例如通过光刻技术制造器件。
背景技术
光刻装置是一种机器，其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。例如，光刻装置可以用于制造集成电路(IC)。在这种情况下，可以使用图案形成装置(备选地称为掩模或掩模版)来生成要形成在IC的单独层上的电路图案。该图案可以转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分、一个或几个裸片)上。图案的转移通常经由成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单个衬底将包含相继被图案化的相邻目标部分的网络。在光刻工艺中，经常需要对所产生的结构进行测量，例如，用于工艺控制和验证。用于进行这样的测量的各种工具是已知的，包括通常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜以及用于测量套刻精度的专用工具，其是器件中的两个层的对准准确度的量度。套刻精度可以根据两个层之间的未对准程度来描述，例如，对1nm的测量套刻精度的引用可以描述两个层未对准1nm的情况。
最近，已经开发了各种形式的散射仪用于光刻领域。这些装置将辐射束引导到目标上并且测量经散射的辐射的一个或多个性质(例如，根据波长变化的单个反射角处的强度；根据反射角变化的一个或多个波长处的强度；或者根据反射角变化的偏振)，以获得可以根据其确定目标的感兴趣性质的“光谱”。感兴趣性质的确定可以通过各种技术来执行：例如，通过诸如严格耦合波分析或有限元方法等迭代方法进行的目标重建；库搜索；以及主成分分析。
常规散射仪使用的目标相对较大，例如40μm×40μm，光栅和测量光束生成小于光栅的光斑(即，光栅欠填充)。这简化了目标的数学重建，因为它可以被视为无限的。然而，为了减小目标的尺寸，例如，减小到10μm×10μm或更小，例如，使得它们可以定位在产品特征之中而不是在划道中，已经提出了制造小于测量光斑的光栅(即，光栅过填充)的量测方法。这样的目标通常使用暗场散射测量法来测量，其中零阶衍射(对应于镜面反射)被阻挡，并且仅处理更高阶。暗场测量的示例可以在国际专利申请WO2009/078708和WO2009/106279中找到，这些文献的全部内容通过引用并入本文。在专利公开US20110027704A、US20110043791A和US20120242970A中描述了该技术的进一步发展。所有这些申请的内容也通过引用并入本文。使用衍射阶的暗场检测的基于衍射的套刻精度使得能够在较小的目标上进行套刻精度测量。这些目标可以小于照射光斑，并且可以被晶片上的产品结构包围。目标可以包括多个光栅，这些光栅可以在一个图像中测量。
在已知的量测技术中，通过在某些条件下测量套刻精度目标两次来获得套刻精度测量结果，同时旋转套刻精度目标或改变照射模式或成像模式以单独获得第-1和第1衍射阶强度。对于给定的套刻精度目标，强度不对称性、这些衍射阶强度的比较提供了目标不对称性(即，目标中的不对称性)的测量。套刻精度目标中的这种不对称性可以用作套刻精度误差的指示符(两个层的不期望的未对准)。
最近，已经设计出集成量测方法。这包括在光刻工艺期间在衬底上进行参数(例如，套刻精度、焦点或临界尺寸)的在线测量。期望改进这些测量的准确性。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种测量目标的方法，其包括：在衬底上在一个或多个先前层之上的当前层中通过光刻工艺对结构的曝光之后，测量所述目标，其中所述一个或多个先前层均已经经历蚀刻步骤，并且其中所述目标仅被包括在所述一个或多个先前层中的至少一个中，从而获得所述目标的蚀刻后测量。
本发明的第二方面提供了一种执行光刻工艺的方法，其包括：执行光刻步骤以在衬底上的一个或多个先前层中形成结构，所述先前层中的至少一个包括目标；在所述一个或多个先前层上执行蚀刻步骤；曝光在所述一个或多个先前层之上的当前层；并且在这些步骤之后：测量所述目标以获得所述目标的蚀刻后测量。
本发明的第三方面提供了一种光刻单元，其包括光刻装置和量测装置，所述光刻单元可操作用于执行第一方面或第二方面的方法。
本发明还提供了一种计算机程序，其包括处理器可读指令，处理器可读指令当在合适的处理器控制的装置上运行时引起处理器控制的装置执行第一方面或第二方面的方法，本发明还提供了一种计算机程序载体，其包括这样的计算机程序。处理器控制的装置可以包括第三方面的光刻单元。
下面参考附图详细描述本发明的其他特征和优点、以及本发明的各种实施例的结构和操作。应当注意，本发明不限于本文所述的具体实施例。这样的实施例仅出于说明性目的而在本文中呈现。基于本文中包含的教导，其他实施例对于相关领域的技术人员将是很清楚的。
附图说明
现在将仅通过示例的方式参考附图描述本发明的实施例，在附图中：
图1描绘了光刻装置以及形成半导体器件的生产设施的其他装置；
图2包括(a)用于使用第一对照射孔测量目标的暗场散射仪的示意图，(b)用于给定照射方向的目标光栅的衍射光谱的细节；
图3示意性地描绘了根据本发明的实施例的光刻工艺的三个步骤。
具体实施方式
在详细描述本发明的实施例之前，提供其中可以实现本发明的实施例的示例环境是有益的。
图1在200处示出了作为实现大批量光刻制造工艺的工业设施的一部分的光刻装置LA。在本示例中，制造工艺适用于在诸如半导体晶片等衬底上制造半导体产品(集成电路)。技术人员将理解，可以通过在该工艺的变型中处理不同类型的衬底来制造多种产品。使用半导体产品的生产纯粹作为在今天具有重大商业意义的示例。
在光刻装置(或简称“光刻工具”200)内，测量站MEA在202处示出，并且曝光站EXP在204处示出。控制单元LACU在206处示出。在这个示例中，每个衬底访问测量站和曝光站以施加图案。在光学光刻装置中，例如，使用投影系统来使用经调节的辐射和投影系统将产品图案从图案形成装置MA转移到衬底上。这是通过在辐射敏感抗蚀剂材料层中形成图案的图像来完成的。
本文中使用的术语“投影系统”应当广义地解释为包括任何类型的投影系统，包括折射、反射、反射折射、磁、电磁和静电光学系统、或其任何组合，其适合于所使用的曝光辐射或其他因素，诸如浸没液体的使用或真空的使用。图案形成装置MA可以是掩模或掩模版，其将图案赋予由图案形成装置透射或反射的辐射束。公知的操作模式包括步进模式和扫描模式。众所周知，投影系统可以以各种方式与衬底和图案形成装置的支撑和定位系统协作，以将期望的图案施加到衬底上的很多目标部分。可以使用可编程图案形成装置代替具有固定图案的掩模版。例如，辐射可以包括深紫外(DUV)或极紫外(EUV)波段中的电磁辐射。本公开还适用于其他类型的光刻工艺，例如压印光刻和直接写入光刻，例如通过电子束。
光刻装置控制单元LACU控制各种致动器和传感器的所有移动和测量，以接纳衬底W和掩模版MA并且实现图案化操作。LACU还包括信号处理和数据处理能力，以实现与设备操作相关的所需计算。在实践中，控制单元LACU将被实现为很多子单元的系统，每个子单元处理装置内的子系统或部件的实时数据获取、处理和控制。
在曝光站EXP处将图案施加到衬底之前，在测量站MEA处处理衬底，使得可以执行各种预备步骤。预备步骤可以包括使用水平传感器绘制衬底的表面高度，并且使用对准传感器测量衬底上的对准标记的位置。对准标记名义上布置成规则的栅格图案。然而，由于产生标记的不准确性以及由于在整个处理过程中发生的衬底变形，标记偏离理想栅格。因此，除了测量衬底的位置和取向之外，如果装置要以非常高的准确度在正确的位置打印产品特征，则实际上对准传感器必须详细测量衬底区域上的很多标记的位置。设备可以是所谓的双台型，其具有两个衬底台，每个衬底台具有由控制单元LACU控制的定位系统。当在一个衬底台上的一个衬底在曝光站EXP处曝光时，另一衬底可以在测量站MEA处被加载到另一衬底台上，从而可以执行各种预备步骤。因此，对准标记的测量非常耗时，并且提供两个衬底台能够显著提高装置的吞吐量。如果位置传感器IF在衬底台处于测量站和曝光站处时不能测量衬底台的位置，则可以提供第二位置传感器以使得能够在两个站处跟踪衬底台的位置。光刻装置LA例如可以是所谓的双台型，其具有两个衬底台和两个站：曝光站和测量站，在这两个站之间可以交换衬底台。
在生产设施内，装置200形成“光刻单元”或“光刻簇”的一部分，其还包含涂覆装置208，用于将光敏抗蚀剂和其他涂层施加到衬底W上以便由装置200进行图案化。在装置200的输出侧，提供烘烤装置210和显影装置212用于将曝光的图案显影成物理抗蚀剂图案。在所有这些装置之间，衬底处理系统负责支撑衬底并且将它们从一件装置转移到下一件装置。通常统称为轨道的这些装置在轨道控制单元的控制之下，轨道控制单元本身由监督控制系统SCS控制，监督控制系统SCS也经由光刻装置控制单元LACU控制光刻装置。因此，可以操作不同的装置以最大化吞吐量和处理效率。监督控制系统SCS接收选配方案信息R，选配方案信息R非常详细地提供要执行以创建每个图案化衬底的步骤的定义。
一旦已经在光刻单元中施加并且显影图案，将图案化的衬底220转移到其他处理装置，诸如在222、224、226处示出的。各种处理步骤通过典型的生产设施中的各种装置来实现。为了举例，这个实施例中的装置222是蚀刻站，并且装置224执行蚀刻后退火步骤。另外的物理和/或化学处理步骤应用于其他装置226等。可能需要很多类型的操作来制造真实的装置，诸如材料的沉积、表面材料特性的改性(氧化、掺杂、离子注入等)、化学机械抛光(CMP)等。实际上，装置226可以表示在一个或多个装置中执行的一系列不同处理步骤。
众所周知，半导体器件的制造涉及这种处理的很多次重复，以在衬底上逐层地构建具有适当材料和图案的器件结构。因此，到达光刻簇的衬底230可以是新制备的衬底，或者可以是先前已在该簇中或在另一装置中完全处理过的衬底。类似地，取决于所需要的处理，可以返回离开装置226上的衬底232，以用于相同光刻簇中的后续图案化操作，它们可以用于不同簇中的图案化操作，或者它们可以是要发送用于切割和封装的成品。
产品结构的每层需要不同的一组处理步骤，并且在每层处使用的装置226的类型可以完全不同。此外，即使在装置226要应用的处理步骤名义上相同的情况下，在大型设施中，也可能存在若干假定相同的机器并行工作以在不同衬底上执行步骤226。这些机器之间的设置或故障的微小差异可能表示它们以不同的方式影响不同的衬底。甚至每层相对共用的步骤(诸如蚀刻(装置222))也可以通过若干名义上相同但并行工作以最大化生产量的蚀刻装置来实现。此外，在实践中，根据待蚀刻材料的细节以及诸如例如各向异性蚀刻等特殊要求，不同的层需要不同的蚀刻工艺，例如化学蚀刻、等离子体蚀刻。
如前所述，先前和/或后续处理可以在其他光刻装置中执行，并且甚至可以在不同类型的光刻装置中执行。例如，器件制造工艺中对诸如分辨率和套刻精度等参数要求非常高的一些层可以在比要求较低的其他层更先进的光刻工具中执行。因此，一些层可以在浸没型光刻工具中曝光，而其他层则在“干式”工具中曝光。一些层可以在工作在DUV波长的工具中曝光，而其他层则使用EUV波长辐射曝光。
为了使由光刻装置曝光的衬底正确且一致地曝光，期望检查经曝光的衬底以测量诸如后续层之间的套刻精度误差、线厚度、临界尺寸(CD)等性质。因此，光刻单元LC所在的制造设施还可以包括一个或多个量测系统。量测系统可以包括独立的量测装置MET 240和/或集成的量测装置IM 207。独立的量测装置MET 240接收已经在光刻单元中处理的用于执行离线测量的一些或全部衬底W。集成的量测装置IM 207执行在线测量并且被集成到轨道中，以在曝光之后立即接收和测量一些或所有衬底W。量测结果直接或间接地提供给监督控制系统(SCS)238。如果检测到误差，则可以对后续衬底的曝光进行调节，尤其是在量测可以很快并且足够快地完成、使得相同批次的其他衬底仍然待曝光的情况下。
现代光刻生产设施中的量测装置的常见示例是散射仪，例如角度分辨散射仪或光谱散射仪，并且其通常可以应用以在装置222中的蚀刻之前在220处测量经显影的衬底的性质。使用独立的量测装置240和/或集成的量测装置207，例如可以确定诸如套刻精度或临界尺寸(CD)等重要性能参数不满足经显影的抗蚀剂的特定准确度要求。在蚀刻步骤之前，存在剥离经显影的抗蚀剂并且通过光刻簇再处理衬底220的机会。同样众所周知，来自装置240的量测结果242可以用于通过监督控制系统SCS和/或控制单元LACU 206随时间进行小的调节，来维持光刻簇中的图案化操作的准确性能，从而最小化产品超出规格和需要重新加工的风险。当然，可以应用量测装置240和/或其他量测装置(未示出)来测量经处理的衬底232、234和传入的衬底230的性质。
量测装置如图2(a)所示。独立的量测装置240和/或集成的量测装置207可以包括这样的量测装置、或者任何其他合适的量测装置。目标T和用于照射目标的衍射测量辐射线在图2(b)中更详细地示出。所示的量测装置是被称为暗场量测装置的类型。量测装置可以是独立设备或者结合在光刻装置LA中，例如，在测量站或光刻单元LC处。在整个装置中具有若干分支的光轴由虚线O表示。在该装置中，由光源11(例如，氙灯)发出的光通过包括透镜12、14和物镜16的光学系统经由分束器15被引导到衬底W上。这些透镜以4F布置的双重顺序布置。可以使用不同的透镜布置，只要它仍然将衬底图像提供到检测器上，并且同时允许访问中间光瞳平面以进行空间频率滤波。因此，可以通过在呈现衬底平面(这里称为(共轭)光瞳平面)的空间光谱的平面中定义空间强度分布，来选择辐射在衬底上入射的角度范围。特别地，这可以通过在作为物镜光瞳平面的背投影图像的平面中在透镜12和14之间插入合适形式的孔板13来完成。在所示的示例中，孔板13具有不同的形式，标记为13N和13S，以允许选择不同的照射模式。本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从仅为了描述的目的而指定为“北”的方向提供离轴。在第二照射模式中，孔板13S用于提供类似的照射，但是从标记为“南”的相反的方向。通过使用不同的孔可以实现其他照射模式。光瞳平面的其余部分理想地是暗的，因为在期望的照射模式之外的任何不必要的光将干扰期望的测量信号。
如图2(b)所示，放置目标T，使得衬底W垂直于物镜16的光轴O。衬底W可以由支撑件(未示出)支撑。从偏离轴O的角度照射在目标T上的测量辐射射线X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)。应当记住，对于过填充的小目标，这些射线只是覆盖衬底的包括量测目标T和其他特征的区域的很多并行射线之一。由于板13中的孔具有有限的宽度(需要允许有用的光量，所以入射射线I实际上将占据一定角度范围，并且衍射射线0和+1/-1将稍微扩散开。根据小目标的点扩散函数，每个阶+1和-1将在一定角度范围内进一步扩散，而不是如图所示的单个理想射线。注意，目标的光栅间距和照射角度可以被设计或调节，以使得进入物镜的一阶射线与中心光轴紧密对准。图2(a)和2(b)所示的射线略微偏离轴线，纯粹是为了使得它们能够更容易在图中区分开。
由衬底W上的目标T衍射的至少0和+1阶由物镜16收集，并且被再次引导通过分束器15。返回图2(a)，通过指定被标记为北(N)和南(S)的径向相对的孔，示出了第一和第二照射模式两者。当测量辐射的入射射线I来自光轴的北侧时，即，当使用孔板13N施加第一照射模式时，标记为+1(N)的+1衍射射线进入物镜16。相反，当使用孔板13S施加第二照射模式时，-1衍射射线(标记为-1(S))是进入透镜16的射线。
第二分束器17将衍射光束分成两个测量分支。在第一测量分支中，光学系统18使用第零阶和第一阶衍射光束在第一传感器19(例如，CCD或CMOS传感器)上形成目标的衍射光谱(光瞳平面图像)。每个衍射阶撞击传感器上的不同点，因此图像处理可以比较和对比各个阶。由传感器19捕获的光瞳平面图像可以用于聚焦量测装置和/或归一化第一阶光束的强度测量值。光瞳平面图像还可以用于很多测量目的，诸如重建。
在第二测量分支中，光学系统20、22在传感器23(例如，CCD或CMOS传感器)上形成目标T的图像。在第二测量分支中，孔径光阑21设置在与光瞳平面共轭的平面中。孔径光阑21用于阻挡零阶衍射光束，使得形成在传感器23上的目标的图像仅由-1或+1一阶光束形成。由传感器19和23捕获的图像被输出到处理器PU，处理器PU处理图像，其功能将取决于正在执行的特定测量类型。注意，术语“图像”在这里在广义上使用。如果仅存在-1和+1阶中的一个，则将不形成光栅线的图像。
图2中所示的特定形式的孔板13和场光阑21纯粹是示例。在本发明的另一实施例中，使用目标的在轴照射，并且使用具有离轴孔径的孔径光阑基本上仅将一个第一阶衍射光传递到传感器。在其他实施例中，代替第一阶光束或除了第一阶光束之外，可以在测量中使用第二、第三和更高阶光束(图2中未示出)。
为了使测量辐射适合于这些不同类型的测量，孔板13可以包括围绕盘形成的多个孔图案，盘旋转以将期望的图案带入适当位置。注意，孔板13N或13S仅可以用于测量定向在一个方向上(X或Y取决于设置)的光栅。为了测量正交光栅，可以实现目标旋转90°和270°。在上面提到的先前公开的申请中描述了装置的这些以及很多其他变型和应用的使用。
在上文中，提到量测通常在显影步骤之后并且蚀刻之前立即执行，其中套刻精度目标在抗蚀剂中测量(“显影后”套刻精度测量)，特别是在使用集成的量测装置执行时在线测量时。这是因为，蚀刻后测量(“蚀刻后”套刻精度测量)将需要额外的独立测量步骤，这时耗费时间的。结果，用于光刻工艺的反馈控制回路基于显影后套刻精度测量而不是蚀刻后套刻精度测量。此外，可以证明，相同目标的蚀刻后测量和显影后测量可以不同。实际相关的套刻精度是蚀刻后套刻精度，因为在蚀刻步骤中去除了抗蚀剂。蚀刻后和显影后测量之间的这种差异主要是由于蚀刻步骤对目标的影响或者由于蚀刻工艺去除硬掩模之后的应力释放。
另外，与蚀刻后相比，在形成未蚀刻的套刻精度目标(在显影后测量)的相关光栅之间存在明显更大的距离(这可以在图3中观察到)。在蚀刻之后光栅更靠近在一起的效果是来自光栅的信号耦合得到改善，从而改善了测量质量。
图3示意性地示出了执行蚀刻后量测的方法的三个步骤，其不需要额外的单独测量步骤。在一个实施例中，该方法包括在当前光刻层形成期间，测量蚀刻后的先前层套刻精度和(可选地)当前层套刻精度(显影后)；这是在层Ln和层Ln-1之上的层Ln+1的形成期间的测量：
(a)来自掩埋目标的套刻精度层(层Ln与层Ln-1之间的先前层的套刻精度)
(b)来自当前层的套刻精度(在层Ln+1与层Ln之间)。
该方法使用集成量测(例如，集成在光刻单元的轨道内的量测装置)来执行测量。这种测量在衬底的处理期间在线执行，通常在显影步骤之后立即执行但在蚀刻步骤之前。这种测量可以在光刻工艺中与后续衬底的预处理(例如，抗蚀剂涂覆等)同时进行，并且因此占用很少时间或不需要额外的时间。
图3示出了光刻工艺的三个步骤(孤立地作为较长工艺的一部分)。第一框示出了在第一光刻步骤Lin之后的衬底的一部分，其中层Ln曝光到已经形成和处理(显影和蚀刻)的先前层Ln-1上。层Ln在显影(即，预蚀刻)之后示出为掩模层M1n和材料层M2n之上的抗蚀剂结构，层Ln在蚀刻步骤之后将最终被蚀刻到材料层M2n中。在该具体示例中，层Ln-1包括套刻精度光栅OVn-1和产品分辨率套刻精度光栅DOVn-1。在这个具体示例中，层Ln包括直接曝光在层Ln-1中的套刻精度光栅OVn-1之上从而形成套刻精度目标的第一套刻精度光栅OVn,1、第二套刻精度光栅OVn,2、直接曝光在层Ln-1中的产品分辨率套刻精度光栅DOVn-1之上从而形成产品分辨率套刻精度目标和临界尺寸目标CDn的产品分辨率套刻精度光栅DOVn。第二框示出了在蚀刻步骤Ein之后的衬底。第三框示出了在第二光刻步骤Lin+1之后的衬底，其中层Ln+1曝光到层Ln和Ln+1上。层Ln+1在显影(即，预蚀刻)之后示出为掩模层M1n+1和材料层M2n+1之上的抗蚀剂结构，层Ln+1将在蚀刻步骤之后最终被蚀刻到材料层M2n+1中。在这个具体示例中，层Lin+1被示出为包括第一套刻精度光栅OVn+1,1和第二套刻精度光栅OVn+1,2，第一套刻精度光栅OVn+1,1直接曝光在层Ln中的套刻精度光栅OVn,2之上从而形成套刻精度目标。形成第二套刻精度光栅OVn+1,2以提供套刻精度目标的下部组成光栅，用于测量层Ln+1与后续层之间的套刻精度，并且因此如果没有后续层则不需要。
第一光刻步骤Lin示意性地指示测量由套刻精度光栅OVn-1、OVn,1形成的显影后套刻精度目标，以获得层Ln与Ln-1之间的显影后套刻精度测量OVDn,n-1。另外，测量CD目标CDn以获得显影后CD测量CDDn。这些显影后套刻精度和/或CD测量用于在控制回路FBDn中使用，以控制后续衬底上的光刻步骤Lin。该显影后控制回路FBDn在集成量测系统中是常规的。其他类型的目标也可以包括在该层中，诸如用于测量焦点的焦点目标。在焦点目标被包括在层Ln中的情况下，其也可以在显影后测量并且用于在控制回路中使用，以控制后续衬底上的光刻步骤Lin，如所描述的。
第二光刻步骤Lin+1示意性地指示测量由套刻精度光栅OVn-1、OVn,1形成的蚀刻后套刻精度目标，以获得层Ln与Ln-1之间的蚀刻后套刻精度测量OVEn,n-1。发明人已经构思，在光刻步骤Lin+1期间，在该光刻步骤的预处理步骤之后，可以执行该蚀刻后测量。因此，两个先前层的蚀刻后套刻精度测量OVEn,n-1通过薄膜掩模层M1n+1和在其下方的材料层M2n+1来执行，层Ln+1将在层Ln+1的形成期间(即，在层Ln+1的显影之后立即)被蚀刻到材料层M2n+1中。类似地，层Ln的蚀刻后CD测量CDEn和层Ln与Ln-1之间的蚀刻后产品分辨率套刻精度测量DOVEn,n-1可以在该步骤期间进行，因为可以在层Ln中对焦点目标进行蚀刻后焦点测量(如果存在的话)。产品分辨率套刻精度量测将在下面更详细地描述。另外，如图所示，可以执行层Ln+1与Ln之间的更常规的显影后套刻精度测量OVDn+1,n。
蚀刻后套刻精度测量OVEn,n-1、蚀刻后产品分辨率套刻精度测量DOVEn,n-1和/或蚀刻后CD测量CDEn然后可以用于在控制回路FBEn中使用，以控制后续衬底上的光刻步骤Lin中的套刻精度和/或CD。显影后套刻精度测量OVDn+1,n可以用于在控制回路FBDn+1中使用，以控制后续衬底上的光刻步骤Lin+1。
已知，在典型的套刻精度目标上执行的套刻精度测量与产品分辨率下的产品结构的实际套刻精度之间可能存在差异，上述套刻精度目标包括具有在500nm范围内的间距的光栅。这种差异可能导致来自套刻精度目标的测量套刻精度值与产品结构的实际套刻精度之间的偏移。套刻精度光栅具有较大间距的原因在于，这使得能够在抗蚀剂中测量套刻精度目标(即，显影后测量)。在产品分辨率套刻精度光栅上执行显影后测量是不可能的，因为与在上部光栅处于抗蚀剂中时光栅之间的距离耦合的这个小间距表示没有可测量的一阶信号，而零阶信号在这样的距离上是不稳定的。本文中公开的方法导致产品分辨率套刻精度光栅DOVn、DOVn-1是可测量的，以获得产品分辨率套刻精度的度量。产品分辨率光栅可以是例如间距小于100nm的光栅，例如在40-80nm之间。这是因为，套刻精度目标可以在蚀刻后测量，并且因此现在仅包括在组成光栅DOVn、DOVn-1之间的小的距离。这使得能够以足够的准确度测量零阶信号。应当注意，代替专用套刻精度光栅，这些蚀刻后测量可以直接在产品结构上执行(这也适用于CD测量)。因此，术语“目标”应当被理解为包括产品结构。
可以使用产品分辨率套刻精度目标而不是更传统的更大间距套刻精度目标，尽管这将表示它们不能用于显影后测量和控制回路。备选地，它们可以与较大的间距套刻精度目标结合使用。例如，可以确定来自较大间距套刻精度目标和来自产品分辨率套刻精度目标的套刻精度测量之间的偏移，并且将其用于校正较大间距套刻精度目标的后续测量。在这样的实施例中，可以测量产品分辨率套刻精度目标(在集成的度量设备上在线地或在独立的量测装置上单独地)，并且确定偏移并且将其用于提高如本文所述形成和测量的更多标准套刻精度目标的测量准确度。例如，这种偏移可以适当地基于每层组合、每个衬底或每个批次来确定。
应当理解，这里描述的构思不限于多种类型的测量(例如，套刻精度或CD)或目标中的一种或组合。重要的是在形成后续层的光刻工艺期间执行的在一个或多个先前层中形成的目标的蚀刻后测量的原理。目标可以包括套刻精度目标、产品分辨率套刻精度目标、焦点目标和/或CD目标中的一个或任何组合。一个或多个目标可以是双重或多个测量类型目标，可用于单个目标上的不同类型的测量。这样的目标可以用于套刻精度测量、产品分辨率套刻精度测量、焦点测量和/CD测量中的任何两个或更多个。
不同的层可以包括不同类型的目标(或其组成结构)的不同组合。例如，在一个实施例中，可以确定蚀刻后测量和显影后测量之间的偏移，并且将其用于校正后续显影后测量，从而消除了在每种情况下执行蚀刻后测量的需要。例如，这种偏移可以适当地基于每个层(或层组合)、每个衬底或每个批次来确定。
虽然上述目标是为测量目的而专门设计和形成的量测目标，但是在其他实施例中，可以在作为在衬底上形成的器件的功能部件的目标上测量性质。很多设备具有规则的光栅状结构。本文中使用的术语“目标光栅”和“目标”不要求已经专门为正在进行的测量提供结构。此外，量测目标的间距P接近散射仪的光学系统的分辨率极限，但是可以比目标部分C中通过光刻工艺制造的典型产品特征的尺寸大得多。在实践中，可以使目标内的套刻精度光栅的线和/或空间包括尺寸与产品特征相似的较小结构。
与在衬底和图案形成装置上实现的目标的物理光栅结构相关联，实施例可以包括包含一个或多个机器可读指令序列的计算机程序，指令序列描述测量衬底上的目标和/或分析测量以获得关于光刻工艺的信息的方法。该计算机程序可以例如在图3的装置中的单元PU和/或图2的控制单元LACU内执行。还可以提供将这种计算机程序存储在其中的数据存储介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。在现有的量测装置(例如，图3所示类型)已经在生产和/或使用中的情况下，本发明可以通过提供已更新的计算机程序产品来实现，以引起处理器执行经修改的步骤S6并且因此计算套刻精度误差或其他参数，同时降低对结构不对称的敏感性。
程序可以可选地被布置为控制光学系统、衬底支撑件等，以执行步骤S2-S5以测量合适的多个目标上的不对称性。
虽然上面公开的实施例是在基于衍射的套刻精度测量(例如，使用图2(a)所示的装置的第二测量分支进行的测量)方面来描述的，但原则上，相同的模型可以用于基于光瞳的套刻精度测量(例如，使用图2(a)所示装置的第一测量分支进行的测量)。因此，应当理解，本文中描述的构思同样适用于基于衍射的套刻精度测量和基于光瞳的套刻精度测量。
尽管上面已经在光学光刻的上下文中具体参考了本发明的实施例的使用，但是应当理解，本发明可以用于其他应用，例如压印光刻，并且在上下文允许的情况下，不是仅限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的形貌限定在衬底上产生的图案。图案形成装置的形貌可以被压入被提供给衬底的抗蚀剂层中，然后通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来固化抗蚀剂。在抗蚀剂固化后，将图案形成装置移出抗蚀剂，在其中留下图案。
本文中使用的术语“辐射”和“光束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，波长为或约为365、355、248、193、157或126nm)和极紫外(EUV)辐射(例如，波长在5至20nm的范围内)、以及粒子束，诸如离子束或电子束。
在上下文允许的情况下，术语“透镜”可以指代各种类型的光学部件中的任何一个或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学部件。
可以使用以下子句进一步描述实施例：
1.一种测量目标的方法，包括：
在衬底上在一个或多个先前层之上的当前层中通过光刻工艺对结构的曝光之后测量所述目标，其中所述一个或多个先前层均已经经历蚀刻步骤，并且其中所述目标仅被包括在所述一个或多个先前层中的至少一个先前层中，从而获得所述目标的蚀刻后测量。
2.根据子句1所述的方法，其中所述测量步骤在所述当前层的显影步骤之后执行。
3.根据子句1或2所述的方法，其中在所述当前层的蚀刻之前，所述测量步骤通过所述当前层将要被蚀刻到其中的层和/或掩模层来执行。
4.根据任一前述子句所述的方法，其中所述目标包括用于测量所述先前层中的第一层与所述先前层中的第二层之间的套刻精度的套刻精度目标，所述套刻精度目标包括在所述第一层中的第一结构和在所述第二层中的覆盖所述第一结构的第二结构。
5.根据子句4所述的方法，其中所述第一结构和所述第二结构均具有小于100nm的分辨率。
6.根据子句5所述的方法，其中所述方法还包括：测量包括分辨率大于100nm的结构并且也被包括在所述第一层和所述第二层内的套刻精度目标；
确定包括分辨率小于100nm的结构的所述套刻精度目标的测量与包括分辨率大于100nm的结构的所述套刻精度目标的测量之间的偏移；以及
使用所述偏移来校正包括分辨率大于100nm的结构的套刻精度目标的后续蚀刻后测量。
7.根据任一前述子句所述的方法，其中所述目标包括在一个所述先前层中的用于测量所述层中的临界尺寸的临界尺寸目标。
8.根据任一前述子句所述的方法，其中所述方法包括：在对其中形成所述目标的最上层执行蚀刻步骤之前，执行所述目标的初始测量；
确定所述目标的所述初始测量与所述目标的所述蚀刻后测量之间的偏移；以及
使用所述偏移来校正在对其中形成所述目标的最上层执行蚀刻步骤之前执行的对目标的后续测量。
9.根据任一前述子句所述的方法，包括：使用所述蚀刻后测量来控制在后续衬底上形成适当的一个或多个先前层的光刻工艺，所述适当的一个或多个先前层与在其中形成所述目标的层对应。
10.根据任一前述子句所述的方法，包括：在一个或多个后续衬底的预处理期间，执行所述蚀刻后测量。
11.根据任一前述子句所述的方法，包括：
利用所述蚀刻后测量在单个测量循环中测量至少部分地形成在所述当前层中的未处理目标，以获得所述未处理目标的测量；以及
使用所述未处理目标的所述测量来控制在后续衬底上形成所述当前层的光刻工艺。
12.根据任一前述子句所述的方法，其中所述目标包括在一个所述先前层中的用于测量所述层中的焦点的焦点目标。
13.一种执行光刻工艺的方法，包括：
执行光刻步骤以在衬底上的一个或多个先前层中形成结构，所述先前层中的至少一个先前层包括目标；
在所述一个或多个先前层上执行蚀刻步骤；
曝光在所述一个或多个先前层之上的当前层；以及在这些步骤之后：
测量所述目标以获得所述目标的蚀刻后测量。
14.根据子句13所述的方法，包括：在所述曝光和测量步骤之间，在所述衬底上执行显影步骤以显影所述当前层。
15.根据子句13或14所述的方法，其中在所述当前层的蚀刻之前，所述测量步骤通过所述当前层将要被蚀刻到其中的层和/或掩模层来执行。
16.根据子句13至15中任一项所述的方法，其中所述目标包括用于测量所述先前层中的第一层与所述先前层中的第二层之间的套刻精度的套刻精度目标，所述套刻精度目标包括在所述第一层中的第一结构和在所述第二层中的覆盖所述第一结构的第二结构。
17.根据子句16所述的方法，其中所述第一结构和所述第二结构均具有小于100nm的分辨率。
18.根据子句17所述的方法，其中所述方法还包括：测量包括分辨率大于100nm的结构并且也被包括在所述第一层和所述第二层内的套刻精度目标；
确定包括分辨率小于100nm的结构的所述套刻精度目标的测量与包括分辨率大于100nm的结构的所述套刻精度目标的测量之间的偏移；以及
使用所述偏移来校正包括分辨率大于100nm的结构的套刻精度目标的后续蚀刻后测量。
19.根据子句13至18中任一项所述的方法，其中所述目标包括在一个所述先前层中的用于测量所述层中的临界尺寸的临界尺寸目标。
20.根据子句13至19中任一项所述的方法，其中所述目标包括在一个所述先前层中的用于测量所述层中的焦点的焦点目标。
21.根据子句13至20中任一项所述的方法，其中所述方法包括：在所述目标的形成期间以及在对其中形成所述目标的最上层执行蚀刻步骤之前，执行所述目标的初始测量；
确定所述目标的所述初始测量与所述目标的所述蚀刻后测量之间的偏移；以及
使用所述偏移来校正在对其中形成所述目标的最上层执行蚀刻步骤之前执行的对目标的后续测量。
22.根据子句13至21中任一项所述的方法，使用所述蚀刻后测量来控制在后续衬底上形成适当的一个或多个先前层的光刻工艺，所述适当的一个或多个先前层与在其中形成所述目标的层对应。
23.根据子句13至22中任一项所述的方法，包括：在一个或多个后续衬底的预处理期间，执行所述蚀刻后测量。
24.根据子句13至23中任一项所述的方法，包括：与对形成在一个或多个先前层中的所述目标的所述蚀刻后测量并行地，进行对至少部分地形成在所述当前层中的未处理目标的测量；以及
当在后续衬底上形成所述当前层时，使用所述未处理目标的所述测量来控制所述光刻工艺。
25.一种计算机程序，包括处理器可读指令，所述处理器可读指令当在合适的处理器控制的装置上运行时，引起所述处理器控制的装置执行根据任一前述子句所述的方法。
26.一种计算机程序载体，包括根据子句25所述的计算机程序。
27.一种光刻单元，包括光刻装置和量测装置，所述光刻单元可操作用于执行根据子句1至24中任一项所述的方法。
28.根据子句27所述的光刻单元，其中所述量测装置包括：
照射系统，被配置为用辐射来照射使用所述光刻工艺在所述衬底上产生的组合目标；
检测系统，被配置为检测由所述组合目标的照射产生的散射辐射。
29.根据子句27或28所述的光刻单元，其中所述光刻装置包括：
照射光学系统，被布置为照射图案；
投影光学系统，被布置为将所述图案的图像投影到衬底上。
具体实施例的前述描述将如此充分地揭示本发明的一般性质，使得在不脱离本发明的一般构思的情况下，其他人可以通过应用本领域技术范围内的知识容易地修改这样的具体实施例和/或使其适应各种应用，而无需过多的实验。因此，基于本文中给出的教导和指导，这样的适应和修改旨在落入所公开实施例的等同物的含义和范围内。应当理解，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。
本发明的广度和范围不应当受任何上述示例性实施例的限制，而应当仅根据所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (14)

1.一种测量目标的方法，包括：
在衬底上在多个先前层之上的当前层中通过光刻工艺对结构的曝光之后测量所述目标，其中所述多个先前层均已经经历蚀刻步骤，并且其中所述目标仅被包括在所述多个先前层中的至少两个先前层中并且所述目标包括用于测量所述先前层中的第一层与所述先前层中的第二层之间的套刻精度的套刻精度目标，所述套刻精度目标包括在所述第一层中的第一产品结构和在所述第二层中的覆盖所述第一产品结构的第二产品结构，从而获得所述目标的蚀刻后测量，其中所述第一产品结构和所述第二产品结构包括产品分辨率套刻精度光栅。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量步骤在所述当前层的显影步骤之后执行。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述当前层的蚀刻之前，所述测量步骤通过所述当前层将要被蚀刻到其中的层和/或掩模层来执行。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一产品结构和所述第二产品结构均具有小于100nm的分辨率，并且其中所述方法还包括：
测量包括分辨率大于100nm的结构并且也被包括在所述第一层和所述第二层内的套刻精度目标；
确定包括分辨率小于100nm的结构的所述套刻精度目标的测量与包括分辨率大于100nm的结构的所述套刻精度目标的测量之间的偏移；以及
使用所述偏移来校正包括分辨率大于100nm的结构的套刻精度目标的后续蚀刻后测量。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标包括在一个所述先前层中的用于测量所述层中的临界尺寸的临界尺寸目标。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括：在对其中形成所述目标的最上层执行蚀刻步骤之前，执行所述目标的初始测量；
确定所述目标的所述初始测量与所述目标的所述蚀刻后测量之间的偏移；以及
使用所述偏移来校正在对其中形成所述目标的最上层执行蚀刻步骤之前执行的对目标的后续测量。
7.根据权利要求1所述的方法，包括：使用所述蚀刻后测量来控制在后续衬底上形成适当的一个或多个先前层的光刻工艺，所述适当的一个或多个先前层与在其中形成所述目标的层对应。
8.根据权利要求1所述的方法，包括：在一个或多个后续衬底的预处理期间，执行所述蚀刻后测量。
9.根据权利要求1所述的方法，包括：
利用所述蚀刻后测量在单个测量循环中测量至少部分地形成在所述当前层中的未处理目标，以获得所述未处理目标的测量；以及
使用所述未处理目标的所述测量来控制在后续衬底上形成所述当前层的光刻工艺。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述目标包括在一个所述先前层中的用于测量所述层中的焦点的焦点目标。
11.一种执行光刻工艺的方法，包括：
执行光刻步骤以在衬底上的一个或多个先前层中形成结构，所述先前层中的至少一个先前层包括目标，所述目标具有产品分辨率并且包括在至少一个先前层中的用于测量层中的临界尺寸的临界尺寸目标和/或包括在至少一个先前层中的用于测量层的焦点的焦点目标；
在所述一个或多个先前层上执行蚀刻步骤；
曝光在所述一个或多个先前层之上的当前层；以及在这些步骤之后：
测量所述临界尺寸目标以从所述目标获得临界尺寸的蚀刻后测量和/或测量所述焦点目标以从所述目标获得焦点的蚀刻后测量。
12.根据权利要求11所述的方法，包括：与对形成在一个或多个先前层中的所述目标的所述蚀刻后测量并行地，进行对至少部分地形成在所述当前层中的未处理目标的测量；以及
当在后续衬底上形成所述当前层时，使用所述未处理目标的所述测量来控制所述光刻工艺。
13.一种计算机可读存储介质，具有存储在其上的处理器可读指令，所述处理器可读指令当在合适的处理器控制的装置上运行时，引起所述处理器控制的装置执行根据权利要求1或权利要求11所述的方法。
14.一种光刻单元，包括光刻装置和量测装置，所述光刻单元可操作用于执行根据权利要求1或权利要求11所述的方法。
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