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CN114080536A - 量测方法和相关的计算机产品 - Google Patents

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CN114080536A CN202080049670.6A CN202080049670A CN114080536A CN 114080536 A CN114080536 A CN 114080536A CN 202080049670 A CN202080049670 A CN 202080049670A CN 114080536 A CN114080536 A CN 114080536A
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M·范德沙尔
张铁明
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P·沃纳尔
S·巴拉米
M·哈吉阿玛迪
S·塔拉布林
M·塞姆克夫
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ASML Holding NV
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Abstract

公开了一种方法，该方法包括：测量从量测目标反射的辐射，以及将经测量的辐射以分量进行分解，例如傅里叶分量或空间分量。此外，公开一种方案选择方法，其提供一种用于基于基于单分量的经测量的辐射的重新计算的相关性来选择量测设备的参数的算法。

Description

量测方法和相关的计算机产品
技术领域
本发明涉及一种可以用于量测的方法和计算机产品，该量测例如可用在设备通过光刻技术而进行的制造中。
背景技术
光刻设备是将所需图案施加到衬底上，通常施加到衬底的目标部分上的机器。光刻设备可以用在例如集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，图案形成装置(或者称为掩模或掩模版)可以用于生成要在IC的一个单独的层(an individual layer)上形成的电路图案。此图案可以被转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或若干个管芯的部分)上。图案的转移通常经由成像到被设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单个衬底将包含被连续图案化的相邻目标部分的网络。
在光刻工艺(即，对涉及光刻曝光的装置或其它结构进行显影的工艺，其通常可以包括一个或多个相关联的处理步骤，诸如抗蚀剂的显影、蚀刻等)中，经常期望对所创建的结构进行测量，例如，用于工艺控制和验证。用于进行这种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(overlay)、衬底的两层的对准精度的专用工具。最近，已经开发了各种形式的散射计以用在光刻领域中。这些装置将辐射束引导到目标上并且测量被散射的辐射的一个或多个性质，例如，作为波长的函数的单个反射角处的强度；作为反射角的函数的一个或多个波长处的强度；或者作为反射角的函数的偏振，以获得“光谱”，其中从该光谱可以确定目标的感兴趣特性。感兴趣的属性的确定可以通过各种技术来执行：例如，通过迭代方法(诸如严格耦合波分析或有限元方法)重建目标结构；文库搜索；以及主成分分析。
发明内容
在量测应用中，例如在套刻精度量测中，来自源的辐射撞击在包括重叠的光栅的目标上，并且在传感器上检测被反射的辐射。被反射的辐射是入射辐射的各个部分在传播(反射或透射)通过量测目标时的组合结果。在存在光栅不对称性(例如光栅几何不对称性)的情况下，被反射的辐射还包含关于这些不对称性的信息，这可能由于重叠的光栅之间的套刻而掩盖信息。此外，实际的光栅可能具有诸如倾斜的不对称性。可能希望能够以如下的方式测量光刻工艺的套刻精度或任何其它感兴趣的参数：该套刻精度或任何其它感兴趣的参数对在实际量测光栅中存在的不对称性是不变的。
在本发明的第一方面中，提供了一种方法，包括：测量从量测目标反射的辐射，并且将经测量的辐射以分量进行分解。
在本发明的第二方面中，提供了一种测量光刻工艺的参数的方法，包括：a)利用辐射照射量测目标，b)检测来自目标的经散射的辐射，c)改变量测设备的参数，d)针对量测设备的参数的多个值重复步骤a)至c)，以及e)将辐射分解成分量。
在本发明的第三方面中，提供了一种测量光刻工艺的参数的方法，包括：a)利用辐射照射量测目标；b)检测来自目标的经散射的辐射；c)改变量测设备的参数；d)针对量测设备的参数的多个值重复步骤a)至c)；e)将滤波器应用于在步骤d)中获得的测量结果。
在本发明的第四方面中，提供了一种表征光刻工艺的方法，包括：在第一目标位置处获得底部光栅的3D非对称图，重复获得多个目标的3D非对称图，以及基于上述测量结果获得用于晶片的目标非对称图。
在本发明的第五方面中，提供了一种用于选择量测设备的参数的方法，包括：在量测设备的参数的多个第一值处获得多个第一测量结果；以及计算最小第二数目的测量结果和量测设备的参数的与其相关联的第二值，使得量测设备的参数的第二值小于量测设备的参数的第一值。
本发明的另一方面包括用于执行第一方面的方法的计算机程序和相关联的计算机程序载体。
附图说明
现在将参照附图仅以示例的方式描述本发明的实施例。
图1示出了根据本发明实施例的光刻设备；
图2示出了根据本发明实施例的光刻单元或簇；
图3(a)是根据本发明实施例的用于测量目标的暗场测量设备的示意图，该暗场测量设备使用提供特定照射模式的第一对照射孔径；
图3(b)是对于给定照射方向的目标的衍射光谱的示意性细节；
图3(c)是在使用用于基于衍射的套刻精度测量的测量设备时提供另外的照射模式的第二对照射孔径的示意图；
图3(d)是第三对照射孔径的示意图，该第三对照射孔径组合第一和第二对孔径，在使用用于基于衍射的套刻精度测量的测量设备时提供另外的照射模式；
图4描绘了具有多个周期性结构(例如，多个光栅)的目标的形式和衬底上的测量斑的概况；
图5描绘了在图3的设备中获得的图4的目标的图像；
图6是示出使用图3的设备并适用于本发明实施例的套刻精度测量方法的步骤的流程图；
图7(a)至7(d)示出了在零区域中具有不同套刻精度值的重叠的周期性结构(例如，光栅)的示意性截面；
图8示出了理想目标结构中的套刻精度测量的原理；
图9是目标的套刻精度灵敏度K对波长λ(nm)的曲线图，也称为摆动曲线；以及
图10示出了量测目标的截面示意图。
图11示出了从作为量测工具的诸如波长的参数的函数而测量的量测推断出的值的曲线图。
图12示出了从根据本发明的量测步骤推断的作为量测工具的参数的函数而测量的值的曲线图。
具体实施方式
在详细描述实施例之前，提供其中可以实现实施例的示例环境是有益的。
图1示意性地示出了光刻设备LA。该设备包括：照射系统(照射器)IL，被配置为调节辐射束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，被构造为支撑图案形成装置(例如，掩模)MA并且连接到第一定位器PM，所述第一定位器PM被配置为根据某些参数精确地定位图案形成装置；衬底台(例如，晶片台)WT，被构造为保持衬底(例如，抗蚀剂涂覆的晶片)W并且连接到第二定位器PW，该第二定位器PW被配置为根据某些参数精确地定位衬底；以及投影系统(例如，折射投影透镜系统)PS，被配置为将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个管芯)上。
照射系统可以包括各种类型的光学组件，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组件，或它们的任意组合，以用于引导、成形或控制辐射。
图案形成装置支撑件以取决于图案形成装置的取向、光刻设备的设计和其它条件(例如图案形成装置是否保持在真空环境中)的方式保持图案形成装置。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可以是例如框架或工作台，其可以根据需要固定或移动。图案形成装置支撑件可以确保图案形成装置(例如相对于投影系统)位于期望的位置。本文中术语“掩模版”或“掩模”的任何使用可以被认为与更通用的术语“图案形成装置”同义。
这里使用的术语“图案形成装置”应该广义地解释为指的是能够用于在辐射束的横截面上将图案赋予辐射束以便在衬底的目标部分中创建图案的任何装置。应当注意，例如如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征，则被赋予辐射束的图案可能不精确地对应于衬底的目标部分中的期望图案。通常，被赋予辐射束的图案将对应于在目标部分中创建的装置(诸如集成电路)中的特定功能层。
图案形成装置可以是透射的或反射的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程LCD面板。掩模在光刻中是公知的，并且包括诸如二元、交替相移和衰减相移的掩模类型以及各种混合掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵排列，小反射镜中的每个小反射镜可以被单独地倾斜，以便在不同方向上反射进入的辐射束。倾斜的反射镜在由反射镜矩阵反射的辐射束中赋予图案。
如这里所描绘的，该设备是透射型的(例如，采用透射掩模)。或者，该设备可以是反射型的(例如，采用上述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射掩模)。
光刻设备还可以是如下的类型：其中衬底的至少部分可以被具有相对高折射率的液体(例如水)覆盖，以便填充投影系统与衬底之间的空间。还可以将浸没液体施加到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公知的，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，而是仅仅意味着在曝光期间液体位于投影系统和衬底之间。
参照图1，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。例如当源是准分子激光器时，源和光刻设备可以是分离的实体。在这种情况下，源不被认为形成光刻设备的部分，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从源SO传递到照射器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。如果需要，源SO和照射器IL与束传递系统BD一起被称为辐射系统。
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AD。通常，照射器的光瞳平面中的强度分布的至少外部和/或内部径向范围(通常分别称为σ－外部和σ－内部)可以被调整。此外，照射器IL可以包括各种其它组件，例如积分器IN和聚光器CO。照射器可以用于调节辐射束，以在辐射束的横截面中具有期望的均匀性和强度分布。
辐射束B入射到被保持在图案形成装置支撑件(例如，掩模台MT)上的图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且通过图案形成装置而被图案化。在穿过图案形成装置(例如掩模)MA之后，辐射束B通过投影系统PS，投影系统PS将辐射束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉装置、线性编码器、2－D编码器或电容传感器)，衬底台WT可以被精确地移动，例如，以便在辐射束B的路径中定位不同的目标部分C。类似地，第一定位器PM和另一位置传感器(图1中未明确示出)可以用于例如在从掩模库机械取得之后或在扫描期间相对于辐射束B的路径精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。虽然所示的衬底对准标记占据了专用的目标部分，但是它们可以位于多个目标部分之间的空间中(这些被称为划线对准标记)。类似地，在图案形成装置(例如，掩模)MA上设置多于一个管芯的情况下，掩模对准标记可以位于管芯之间。在装置特征当中，小的对准标记也可以被包括在管芯内，在这种情况下，期望标记尽可能小，并且不需要与相邻特征不同的任何成像或处理条件。下面进一步描述能够检测对准标记的对准系统的实施例。
所描绘的设备可以用于以下模式中的至少一种：
1.在步进模式中，图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT和衬底台WTa保持基本静止，同时赋予辐射束的整个图案被一次投影到目标部分C上(即，单次静态曝光)。然后，在X和/或Y方向上移动衬底台WTa，从而可以曝光不同的目标部分C。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在单次静态曝光中被成像的目标部分C的尺寸。
2.在扫描模式中，图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT和衬底台WTa被同步扫描，同时赋予辐射束的图案被投影到目标部分C上(即，单次动态曝光)。衬底台WTa相对于图案形成装置支撑件(例如掩模台)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性来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了目标部分在单个动态曝光中的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度确定了目标部分的高度(在扫描方向上)。
3.在另一模式中，图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT基本上维持静止以保持可编程图案形成装置，并且衬底台WTa被移动或扫描，同时将赋予辐射束的图案投影到目标部分C上。在该模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在衬底台WTa的每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可编程图案形成装置。这种操作模式可以容易地应用于利用可编程图案形成装置的无掩模光刻，诸如上述类型的可编程反射镜阵列。
也可以采用上述使用模式的组合和/或变型或也可以采用完全不同的使用模式的组合和/或变型。
光刻设备LA是所谓的双台类型，其具有两个工作台WTa，WTb(例如，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工作台。例如，当一个工作台上的衬底在曝光站被曝光时，另一衬底可以在测量站被装载到另一衬底台上，并且执行各种准备步骤。准备步骤可以包括：使用水平传感器LS来映射衬底的表面控制和使用对准传感器AS来测量对准标记在衬底上的位置，两个传感器由参考框架RF支撑。如果位置传感器IF在其处于测量站以及曝光站时不能测量工作台的位置，则可以提供第二位置传感器以使得在两个站处能够跟踪工作台的位置。作为另一示例，当一个工作台上的衬底在曝光站被曝光时，没有衬底的另一工作台在测量站等待(其中可选地可以发生测量活动)。该另一工作台具有一个或多个测量装置，并且可以可选地具有其他工具(例如，清洁设备)。当衬底已经完成曝光时，没有衬底的工作台移动到曝光站以执行例如测量，并且具有衬底的工作台移动到衬底被卸载而另一衬底被装载的位置(例如，测量站)。这些多工作台布置使设备的吞吐量能够显著增加。
如图2所示，光刻设备LA形成光刻单元LC的部分，光刻单元LC有时也称为光刻单元(lithocell)或光刻簇(lithocluster)，其还包括在衬底上执行一个或多个曝光前和曝光后工艺的设备。常规地，这些包括用于沉积抗蚀剂层的一个或多个旋涂机SC、用于显影经曝光的抗蚀剂的一个或多个显影剂DE、一个或多个冷却板CH以及一个或多个烘烤板BK。衬底处理器或机械手RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底，在不同的处理装置之间移动衬底，并且将衬底传送到光刻设备的装载舱LB。这些通常统称为轨道的装置处于轨道控制单元TCU的控制下，该轨道控制单元TCU本身由监控系统SCS控制，该监控系统SCS还经由光刻控制单元LACU控制光刻设备。因此，可以操作不同的设备以使吞吐量和处理效率最大化。
为了使由光刻设备曝光的衬底被正确且一致地曝光，希望检查被曝光的衬底以测量一个或多个属性，诸如后续层之间的套刻精度误差(overlay error)、线厚度、临界尺寸(CD)等。如果检测到误差，则可以对一个或多个后续衬底的曝光进行调整，特别是如果检查可以马上且足够快地进行使得同一批次的另一衬底仍然被曝光。而且，已被曝光的衬底可以被剥离和再加工(以提高产量)或丢弃，从而避免在已知有缺陷的衬底上执行曝光。在仅衬底的一些目标部分有缺陷的情况下，可以仅对那些良好的目标部分执行进一步的曝光。另一种可能性是调整后续工艺步骤的设置以补偿误差，例如修整蚀刻步骤的时间可以被调整以补偿由光刻工艺步骤引起的衬底到衬底CD的变化。
检查设备用于确定衬底的一个或多个特性，特别是不同衬底或相同衬底的不同层的一个或多个特性在层与层之间和/或跨衬底如何变化。检查设备可以被集成到光刻设备LA或光刻单元LC中，或者可以是独立的设备。为了实现最快速的测量，希望检查设备在曝光之后立即测量经曝光的抗蚀剂层的一个或多个特性。然而，抗蚀剂中的潜像具有非常低的对比度－在已经暴露于辐射的抗蚀剂部分和没有暴露于辐射的抗蚀剂部分之间仅存在非常小的折射率差－并且不是所有的检查设备都具有足够的灵敏度以进行潜像的有用测量。因此，可以在曝光后烘烤步骤(PEB)之后进行测量，该曝光后烘烤步骤通常是在被曝光的衬底上进行的第一步骤，并且增加抗蚀剂的曝光部分与未曝光部分之间的对比度。在此阶段，抗蚀剂中的图像可以被称为半潜像。还可以测量经显影的抗蚀剂图像-在该时刻处抗蚀剂的曝光部分或未曝光部分已经被去除-或者在图案转移步骤(诸如蚀刻)之后。例如为了工艺控制的目的，后一种可能性限制了对有缺陷衬底进行返工的可能性，但是仍然可以提供有用的信息。
常规散射仪所使用的目标包括相对大的周期性结构布局(例如，包括一个或多个光栅)，例如，40μm×40μm。在这种情况下，测量束通常具有小于周期性结构布局的斑尺寸(即，布局未被充分填充，使得周期性结构中的一个或多个周期性结构未被斑完全覆盖)。这简化了目标的数学重建，因为它可以被认为是无限的。然而，例如，因此目标可以被定位在产品特征中，而不是被定位在划线中，目标的尺寸已经减小到例如20μm×20μm或更小，或10μm×10μm或更小。在这种情况下，可以使周期性结构布局小于测量斑(即，周期性结构布局被过填充)。典型地，使用暗场散射测量法(dark field scatterometry)来测量这样的目标，在暗场散射测量法中，零阶衍射(对应于镜面反射)被阻挡，并且仅处理更高阶。暗场量测的示例可见于PCT专利申请公开WO2009/078708及WO2009/106279中，其全文通过引用并入本文。在美国专利申请公开US2011－0027704，US2011－0043791和US2012－0242970中描述了该技术的进一步发展，在此将其全文通过引入并入本文。使用衍射阶的暗场检测的基于衍射的套刻精度(DBO(diffraction-based overlay)或μDBO)使得能够对较小目标进行套刻精度测量。这些目标可以小于照射斑，并且可以被衬底上的产品结构包围。在一个实施例中，可以在一个图像中测量多个目标。
在一个实施例中，衬底上的目标可以包括一个或多个1－D周期光栅，一个或多个1－D周期光栅被印刷为使得在显影之后，条由固体抗蚀剂线形成。在一个实施例中，目标可以包括一个或多个2－D周期光栅，一个或多个2－D周期光栅被印刷使得在显影之后，一个或多个光栅由抗蚀剂中的固体抗蚀剂柱或通孔形成。备选地，可以将条、柱或通孔蚀刻到衬底中。光栅的图案对光刻投影装置(特别是投影系统PL)中的色差敏感，并且照射对称性和这种色差的存在本身将以被印刷的光栅的变化表现。因此，被印刷的光栅的测量数据可以用于重建光栅。1－D光栅的参数(诸如线宽和形状)或2－D光栅的参数(诸如柱或通孔宽度或长度或形状)可以从印刷步骤和/或其它测量工艺的知识被输入到由处理单元PU执行的重建工艺。
图3(a)示出了适用于本发明实施例的暗场量测设备。在图3(b)中更详细地示出目标T(包括诸如光栅的周期性结构)和衍射光线。暗场量测设备可以是独立的装置，或者被并入光刻设备LA中(例如在测量站处)，或者被并入光刻单元LC中。在整个设备中具有若干分支的光轴由虚线O表示。在该设备中，通过包括透镜12、14和物镜16的光学系统、经由棱镜15将由输出11(例如，诸如激光器或氙灯的源或连接到源的开口)发射的辐射引导到衬底W上。这些透镜以4F布置的双序列来布置。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。
在一个实施例中，透镜布置允许获取中间光瞳平面以用于空间频率滤波。因此，通过在呈现衬底平面的空间光谱的平面(这里称为(共轭)光瞳平面)中定义空间强度分布，可以选择辐射入射到衬底上的角度范围。特别地，这可以例如通过在作为物镜光瞳平面的背投图像的平面中、在透镜12和14之间插入适当形式的孔径板13来实现。在所示的示例中，孔径板13具有不同的形式，被标记为13N和13S，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(off-axis illumination mode)。在第一照射模式中，孔径板13N从指定方向提供离轴照射，仅为了说明起见，指定方向为“北”。在第二照射模式中，使用孔径板13S来提供类似的照射，但是来自相反的方向(被标记为“南”)。通过使用不同的孔径，其他照射模式也是可能的。光瞳平面的其余部分理想地是暗色的，因为在期望照射模式之外的任何不必要的辐射都可能干扰期望的测量信号。
如图3(b)所示，目标T被放置为与衬底W基本正交于物镜16的光轴O。从偏离轴O的一角度照射到目标T上的照射光线I产生零阶光线(实线0)和两个一阶光线(点链线+1和双点链线－1)。对于过填充的小目标T，这些光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光线之一。由于板13中的孔径具有有限的宽度(对允许有用的辐射量是必需的)，入射光线I实际上将占据一定的角度范围，并且衍射光线0和+1/－1将在一定程度上展开。根据小目标的点扩展函数，每个阶+1和－1将在一角度范围上进一步扩展，而不是如图所示的单个理想光线。注意，可以设计或调整周期性结构的间距和照射角度，使得进入物镜的第一阶光线与中心光轴严格对准。图3(a)和3(b)中所示的光线被示出为稍微偏离轴，纯粹是为了使它们在图中更容易区分。
由衬底W上的目标衍射的至少0阶和+1阶由物镜16收集并且通过棱镜15被引导回。回到图3(a)，通过指定被标记为北(N)和南(S)的在直径上相对的孔径来说明第一和第二照射模式两者。当入射光线I来自光轴的北侧时，即，当使用孔径板13N来应用第一照射模式时，+1衍射光线(标记为+1(N))进入物镜16。相反，当使用孔径板13S来应用第二照射模式时，－1衍射光线(标记为1(S))进入透镜16。因此，在一个实施例中，例如，在旋转目标或改变照射模式或改变成像模式以分别获得－1衍射阶和+1衍射阶强度之后，通过在某些条件下测量目标两次来获得测量结果。对给定目标的这些强度进行比较提供了对目标的不对称性的测量，并且目标的不对称性可以用作光刻工艺的参数(例如，套刻精度误差)的指示符。在上述情况下，改变照射模式。
分束器17将衍射束分成两个测量分支。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，使得图像处理能够比较和对比衍射阶。传感器19捕获的光瞳平面图像可以用于聚焦量测设备和/或对一阶束的强度测量进行归一化。光瞳平面图像还可以用于许多测量目的，诸如重建，这里不再详细描述。
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，孔径光阑21被设置在与光瞳平面共轭的平面中。孔径光阑21用于阻挡零阶衍射束，使得在传感器23上形成的目标的图像DF由－1或+1的一阶束形成。由传感器19和23捕获的图像被输出到图像处理器和控制器PU，其中PU的功能将取决于所执行的测量的特定类型。注意，这里使用的术语“图像”是广义的。如果仅存在－1和+1阶中的一个，则将不形成这样的周期性结构特征(例如，光栅线)的图像。
图3所示的孔径板13和光阑21的具体形式仅仅是示例。在本发明的另一实施例中，使用目标的轴上照射，并且使用具有离轴孔径的孔径光阑，以基本上仅将衍射辐射中的一阶衍射传递到传感器。在又一实施例中，代替一阶束或除了一阶束之外，可以在测量中使用二阶、三阶和更高阶束(图3中未示出)。
为了使照射适于这些不同类型的测量，孔径板13可以包括围绕盘而形成的多个孔径图案，盘旋转以将期望的图案带到适当位置。注意，孔径板13N或13S用于测量目标以一个方向(取决于设置的X或Y)为取向的周期性结构。对于正交周期性结构的测量，可以实现目标旋转90°和270°。在图3(c)和(d)中示出了不同的孔径板。图3(c)示出了另外两种离轴照射模式。在图3(c)的第一照射模式中，孔径板13E从指定方向提供离轴照射，仅为了说明起见，指定方向为相对于先前描述的“北”的“东”。在图3(c)的第二照射模式中，使用孔径板13W来提供类似的照射，但来自相反方向，该方向被标记为“西”。图3(d)示出了另外两种离轴照射模式。在图3(d)的第一照射模式中，孔径板13NW从如先前描述的指定为“北”和“西”的方向提供离轴照射。在第二照射模式中，孔径板13SE用于提供类似的照射，但是来自被标记为“南”和“东”的相反方向，如前所述。在例如上述的在先公开的专利申请出版物中描述了这些设备的使用以及该设备的许多其它变型和应用。
图4描绘了形成于衬底上的示例复合量测目标。复合目标包括被紧接地定位在一起的四个周期性结构(在此情况下为光栅)32、33、34、35。在一个实施例中，周期性结构被足够紧接地定位在一起，使得它们都在由量测设备的照射束形成的测量斑31内。在这种情况下，四个周期性结构因此全部被同时照射并且被同时成像在传感器19和23上。在专用于套刻精度测量的示例中，周期性结构32、33、34、35本身是通过重叠的周期性结构而形成的复合周期性结构(例如，复合光栅)，即，周期性结构在衬底W上形成的装置的不同层中被图案化，并且使得一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。这样的目标可以具有在20μm×20μm或16μm×16μm内的外部尺寸。此外，所有周期性结构都用于测量特定的一对层之间的套刻精度。为了便于目标能够测量多于一对的层，周期性结构32、33、34、35可以具有被不同地偏置的套刻偏移(overlay offset)，以便于测量不同层之间的套刻精度，其中在不同层中形成复合周期性结构的不同部分。因此，用于衬底上的一个目标的所有周期性结构将被用于测量一对层，并且用于衬底上的另一相同目标的所有周期性结构将被用于测量另一对层，其中不同的偏置(bias)便于在多个层对之间进行区分。下面将具体参考图7解释套刻偏置(overlay bias)的含义。
图7(a)至图7(c)示出了具有不同偏置的相应目标T的重叠的周期性结构(在这种情况下为光栅)的示意性横截面。这些可以用在衬底W上，如图3和图4所示。仅为了举例，示出了在X方向上具有周期性的周期性结构。可以提供具有不同偏置和不同取向的这些周期性结构的不同组合。
从图7(a)开始，示出了以两层(标记为L1和L2)形成的复合重叠型目标600。在底层L1中，第一周期性结构(在这种情况下为光栅)由衬底606上的特征(例如，线)602和间隔604形成。在层L2中，第二周期性结构(在此情况下为光栅)由特征(例如，线)608和间隔610形成。(横截面被绘制为使得特征602、608延伸到页面中。)周期性结构图案在两层中以间距P重复。仅为了示例的目的来提及线602和608，可以使用其它类型的特征，诸如点、块和通孔。在图7(a)所示的情形中，不存在套刻精度误差且不存在偏置，使得每个特征608恰好位于底部周期性结构中的特征602上方(其中测量为“线对线”)。在实施例中，在每一特征608恰好位于空间610上方(其中测量为“线对槽”)的情况下，不会发生套刻精度误差。
在图7(b)中，描述了具有偏置+d的相同目标，使得上部周期性结构的特征608相对于下部周期性结构的特征602向右移动距离d(距离d小于间距P)。即，特征608和特征602被布置为使得如果它们都被精确地印刷在它们的标称位置处，则特征608相对于特征602偏移了距离d。偏置距离(bias distance)d实际上可以是几纳米，例如10nm至20nm，同时间距P例如在300至1000nm的范围内，例如500nm或600nm。在图7(c)中，描绘了具有偏置－d的相同目标，使得特征608相对于特征602向左移位。在例如上述专利申请公开中描述了在图7(a)至图(c)中示出的这种类型的被偏置的目标及其在测量中的使用。
此外，如上所述，虽然图7(a)至图(c)描述了位于特征602之上的特征608(施加或不施加+d或－d的小偏置)，其被称为在零区域中具有偏置的“线对线”目标，但是目标可以具有P/2的编程偏置，即节距的一半，使得上部周期性结构中的每个特征608位于下部周期性结构中的空间604之上。这被称为“线对槽”目标。在这种情况下，也可以施加+d或－d的小偏置。“线对线”目标或“线对槽”目标之间的选择取决于应用。
回到图4，如图所示，周期性结构32、33、34、35的取向也可以不同，以便在X和Y方向上衍射入射辐射。在一个示例中，周期性结构32和34分别是具有+d、－d的偏置的X方向周期性结构。周期性结构33和35可以是分别具有偏移+d和－d的Y方向周期性结构。虽然示出了四个周期性结构，但是另一实施例可以包括更大的矩阵以获得期望的精度。例如，9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捕获的图像中标识这些周期性结构的单独图像。
图5示出了可以在图3的设备中使用图4的目标，使用来自图3(d)的孔径板13NW或13SE，在传感器23上形成并且由传感器23检测的图像的示例。虽然传感器19不能分辨不同的个体周期性结构32到35，但是传感器23可以这样做。暗矩形表示传感器上的图像场，其中衬底上的照射斑31被成像到相应的圆形区域41中。在该圆形区域中，矩形区域42至45表示周期性结构32至35的图像。如果周期性结构位于产品区域中，则产品特征在该像场的外围也是可见的。图像处理器和控制器PU使用图案识别来处理这些图像，以标识周期性结构32至35的分离的图像42至45。这样，图像不必在传感器框架内的特定位置处非常精确地对准，这极大地提高了测量设备整体的吞吐量。
一旦已经标识出周期性结构的分离图像，例如通过对所识别区域内的选定像素强度值求平均或求和，可以测量这些多个单独的图像的强度。图像的强度和/或其他特性可以相互比较。这些结果可以被组合以测量光刻工艺的不同参数。套刻精度性能是这种参数的示例。
图6示出了如何使用例如在PCT专利申请公开号WO2011/012624中描述的方法，通过周期性结构的不对称性来测量在包含分量周期性结构(component periodicstructure)32至35的两层之间的套刻精度误差，如通过比较它们在+1阶和1阶暗场图像中的强度所揭示的。在步骤M1，衬底(例如半导体晶片)通过图2的光刻单元被处理一次或多次，以创建包括目标(该目标包含周期性结构32至35)的结构。在M2处，使用图3的量测设备，使用一阶衍射光束之一(例如－1)获得周期性结构32至35的图像。在实施例中，使用第一照射模式(例如，使用孔径板13NW而创建的照射模式)。然后，无论是通过例如改变照射模式，还是改变成像模式，还是通过在量测设备的视场中将衬底W旋转180°，都可以使用另一一阶衍射束(+1)获得周期性结构的第二图像(步骤M3)。因此，在第二图像中捕获+1衍射辐射。在一个实施例中，改变照射模式并且使用第二照射模式(例如，使用孔径板13SE而创建的照射模式)。在一个实施例中，通过在0°和180°衬底取向下进行测量，可以去除工具引起的伪影，如TIS(工具引起的移位)。
注意，通过在每个图像中仅包括一阶衍射辐射的一半，这里提到的“图像”不是常规的暗场显微图像。个体周期性结构特征未被解析。每个周期性结构将简单地由特定强度水平的区域表示。在步骤M4中，在每个分量周期性结构的图像内标识感兴趣区域(ROI)，强度水平将根据该图像来测量。
已经为每个相应的单独周期性结构32至35标识感兴趣区域P1、P2、P3、P4并且测量其强度，然后可以确定周期性结构的不对称性，并因此确定例如套刻精度误差。这是由图像处理器和控制器PU在步骤M5中通过如下方式完成的：对针对每个周期性结构32至35的+1和1阶所获得的强度值进行比较，以标识它们的强度的任何差异，即不对称性。术语“差异”并不旨在仅指减法。可以以比率形式计算差异。在步骤M6中，如果适用的话，针对多个周期性结构的经测量的不对称性与这些周期性结构的套刻偏置的知识一起使用，以计算在目标T附近的光刻工艺的一个或多个性能参数。感兴趣的性能参数是套刻精度。可以计算光刻工艺的其它性能参数，例如焦距和/或剂量。可以反馈一个或多个性能参数以用于改进光刻工艺，用于改进图6本身的测量和计算工艺，用于改进目标T的设计等。
在用以确定套刻精度的实施例中，图8描绘曲线702，该曲线针对在形成重叠型目标的个体周期性结构内具有零偏移且无结构不对称性的“理想”目标，图示了套刻精度误差OV与经测量的不对称性A之间的关系。这些图仅仅用于说明确定套刻精度的原理，并且在每个曲线图中，所测量的不对称性A和套刻精度误差OV的单位是任意的。
在图7(a)至(c)的“理想”情况下，曲线702指示经测量的不对称性A与套刻精度具有正弦关系。正弦变化的周期P对应于周期性结构的周期(间距)，当然转换为适当的比例。在这个示例中，正弦形式是纯的，但是在实际情况中可以包括谐波。为了简单起见，在这个示例中假定：(a)只有来自目标的一阶衍射辐射到达图像传感器23(或在给定实施例中它的等效物)，和(b)实验目标设计是使得：在这些一阶衍射辐射内，在强度与在上和下周期性结构之间的套刻精度结果之间存在纯正弦关系。实际上这是否成立是光学系统设计、照射辐射的波长和周期性结构的间距P以及目标的设计和堆叠的函数。
如上所述，偏置的周期性结构可以用于测量套刻精度，而不是依赖于单个测量。该偏置具有已知值，该已知值在创建该偏置的图案形成装置(例如标线片)中被定义，该已知值用作对应于测量信号的套刻精度的衬底上校准(on-substrate calibration)。在附图中，图示了计算。在图6的步骤M1至M5中，对于具有偏置+d和－d的分量周期性结构，分别获得不对称性测量结果A+d和A－d(例如，如图7(b)和7(c)所示)。将这些测量结果拟合到正弦曲线给出了所示的点704和706。已知偏置，可计算真实的套刻精度误差OV。从目标的设计中已知正弦曲线的间距P。曲线702的垂直比例一开始不是已知的，而是我们可以称为套刻精度比例常数K的未知因子。
在等式术语中，套刻精度误差OVE和强度不对称性A之间的关系被假设为：
A±d＝K sin(OVE±d)
其中套刻精度误差OVE以比例表示，使得目标间距P对应于2π弧度的角度。项d是被测量的目标(或子目标)的光栅偏置。使用目标的具有不同的已知偏置(例如+d和－d)的两个测量结果，可以使用以下公式来计算套刻精度误差OVE：
Figure BDA0003459697800000181
其中A+d是+d偏置目标的强度不对称性测量结果，并且A-d是－d偏置目标的强度不对称性测量结果。
尽管这些测量技术是快速的并且相对计算简单(一旦校准)，但是它们依赖于套刻/横向偏移是不对称的唯一原因的假设。即，假设例如在目标中没有结构不对称的“理想”情况。除了套刻/横向偏移之外，堆叠中的任何结构不对称性(例如一个或两个重叠的周期性结构内的特征的不对称性)，还导致一阶的不对称性。这种与套刻精度无关的结构不对称性明显地干扰了测量，给出了不准确的结果。
作为结构不对称性的示例，目标的一个或多个周期性结构可以在结构上变形。例如，目标的周期性结构特征(例如光栅线)的一个或多个侧壁可以不是如预期的那样垂直。作为另一示例，目标的周期性结构特征之间的一个或多个间隔(例如，沟槽的光栅间隔)可以大于或小于预期。此外，目标的周期性结构的一个或多个特征(例如光栅线)可以具有比预期更小或更大的宽度。另外，即使目标的一个或多个周期性结构与预期的差异是均匀的，该与预期的差异也可能与针对目标的一个或多个其它周期性结构的差异不同。复合目标的下部周期性结构的结构不对称性是结构不对称性的常见形式。例如，它可以起始于在最初形成下部周期性结构之后执行的诸如化学机械抛光(CMP)的衬底处理步骤。
参考图7(d)，示意性地示出了下部周期性结构的结构不对称性的示例。当真实的特征和空间在表面上具有一定的斜率和一定的粗糙度时，图7(a)至图7(c)的周期性结构中的特征和空间被示出为完美的正方形。然而，它们的概况至少是对称的。图7(d)中的下部周期性结构中的特征602和/或空间604根本不再具有对称形式，而是通过例如一个或多个处理步骤而变得失真。因此，例如，每个空间604的底表面已经倾斜。特征和空间的侧壁角度也变得不对称。当通过图6的方法仅使用两个偏置的周期性结构来测量套刻精度时，结构不对称性不能与套刻精度区分开，结果套刻精度测量变得不可靠。
已经进一步发现，除了或替代目标的结构不对称性，目标的相邻周期性结构之间的或相邻目标之间的堆叠差异(stack difference)可能是不利地影响测量(例如套刻精度测量)的准确性的因素。堆叠差异可以理解为相邻周期性结构或相邻目标之间的物理配置的非设计差异。堆叠差异导致相邻周期性结构或相邻目标之间的测量辐射的光学性质(例如，强度、偏振等)的差异，这是由于不同于套刻精度误差、不同于有意的偏置和不同于相邻周期性结构或相邻目标共有的结构不对称性的诱因。堆叠差异包括(但不限于)：相邻周期性结构或相邻目标之间的厚度差异(例如，一个或多个层的厚度差异使得一个周期性结构或目标高于或低于另一周期性结构或目标，该另一周期性结构或目标被设计为处于大体上相等水平)、相邻周期性结构或相邻目标之间的折射率差异(例如，一个或多个层的折射率差异使得一个周期性结构或目标的一个或多个层的组合折射率不同于另一周期性结构或目标的一个或多个层的组合折射率，即使该另一周期性结构或目标的一个或多个层被设计为具有大体上相等的组合折射率)、相邻周期性结构或相邻目标之间的材料差异(例如，一个或多个层的材料类型、材料均匀性等的差异，使得一个周期性结构或目标的材料与被设计为具有基本上相同的材料的另一周期性结构或目标的材料存在差异)、相邻周期性结构或相邻目标的结构的光栅周期的差异(例如，一个周期性结构或目标的光栅周期与被设计为具有基本上相同的光栅周期的另一周期性结构或目标的光栅周期存在差异)、相邻周期性结构或相邻目标的结构的深度的差异(例如，由于蚀刻，一个周期性结构或目标与被设计为具有基本上相同的深度的另一周期性结构或目标在结构的深度方面存在差异)、相邻周期性结构或相邻目标的特征宽度(CD)的差异(例如，一个周期性结构或目标与被设计为具有基本上相同的特征宽度的另一周期性结构或目标在特征宽度方面存在差异)。在一些示例中，通过图案化工艺中的处理步骤(诸如CMP、层沉积、蚀刻等)引入堆叠差异。在一个实施例中，如果周期性结构或目标彼此在200μm内、彼此在150μm内、彼此在100μm内、彼此在75μm内、彼此在50μm内、彼此在40μm内、彼此在30μm内、彼此在20μm内或彼此在10μm内、则它们是相邻的。
堆叠差异(其可以被称为光栅之间的光栅不平衡)对强度不对称性测量结果A+d、A-d(其中下标指示对应于ROI的目标区域的目标偏置)的影响可以总体上被公式化为：
A+d＝(K+ΔK)sin(OVE+d)
A-d＝(K-ΔK)sin(OVE-d)
其中ΔK表示可归因于堆叠差异的套刻精度灵敏度的差异。因此，套刻精度误差OVE(假设它很小)可以与
Figure BDA0003459697800000201
成比例。
堆叠差异可以被视为空间堆叠参数变化，即衬底上的堆叠参数变化(目标到目标)。可能遇到的另一问题是堆叠参数工艺漂移，其中目标的堆叠参数中的一个或多个由于工艺漂移而随时间从最佳值漂移。这可以被认为是时间堆叠参数变化。
现在，面对结构不对称性、堆叠差异、堆叠参数工艺漂移和任何其它工艺可变性，期望导出目标布局、测量束波长、测量束偏振等的组合，其将产生期望工艺参数(例如，套刻精度)的准确测量、和/或产生对工艺可变性稳健的期望工艺参数的测量值。因此，期望例如使用目标－测量参数组合的期望最佳选择来执行测量，以便获得更精确的工艺参数测量结果、和/或产生对工艺可变性稳健的期望工艺参数的测量值。这是因为目标的测量精度和/或灵敏度可以相对于目标本身的一个或多个属性和/或被提供到目标上的测量辐射的一个或多个属性(例如：辐射的波长、辐射的偏振和/或辐射的强度分布(即，角度或空间强度分布))而变化。在一个实施方式中，辐射的波长范围限于选自一范围(例如，选自约400nm至900nm的范围)的一个或多个波长。此外，可以选择辐射束的不同偏振，并且可以使用例如多个不同孔径来提供各种照射形状，因此，期望针对特定目标确定被优化的测量概况(measurement profile)。
测量概况包括测量本身的一个或多个参数，测量本身的一个或多个参数可以包括一个或多个参数，该一个或多个参数与用于进行测量的测量束和/或测量设备有关。例如，如果在衬底测量方案中使用的测量是基于衍射的光学测量，则测量本身的一个或多个参数可以包括测量辐射的波长、和/或测量辐射的偏振、和/或测量辐射强度分布、和/或相对于测量辐射的衬底的照射角(例如，入射角、方位角等)、和/或相对于衍射测量辐射的衬底上的图案的相对取向、和/或目标的被测量的点或实例的数目、和/或在衬底上测量的目标的实例的位置。测量本身的一个或多个参数可以包括在测量中使用的量测设备的一个或多个参数，其可以包括检测器灵敏度、数值孔径等。
在该上下文中，被测量的图案(也称为“目标”或“目标结构”)可以是被光学测量的图案，例如该图案的衍射被测量。被测量的图案可以是为测量目的而专门设计或选择的图案。目标的多个拷贝可以被放置在衬底上的许多地方。例如，衬底测量方案可以用于测量套刻精度。在一个实施例中，衬底测量方案可以用于测量另一工艺参数(例如，剂量、焦距、CD等)。在一个实施例中，测量概况可以用于对被成像的图像相对于衬底上的现有图案的层的对准进行测量。例如，通过测量衬底的相对位置，可以使用测量概况来将图案形成装置与衬底对准。
已经描述了许多用于评估和优化目标－测量参数组合的方法。这样的方法在生产之前进行。因此，一旦优化，所选择的(多个)目标－测量参数组合将典型地在整个生产运行中使用，即，预定的测量概况将用于根据预定的目标－测量参数组合来测量对应目标设计的目标。然而，如所论述，可能存在目标的未经设计的堆叠参数变化，从而导致目标之间的堆叠差异和/或堆叠参数工艺漂移。例如，堆叠内的一个或多个层的层厚度可以随衬底(即，目标到目标)和/或随时间(即，漂移)而变化。这种堆叠参数变化的一个结果可能是测量概况对于目标不再是最佳的。这可能导致目标的测量不准确。堆叠参数变化通常也可以是对工艺控制问题(例如，工艺漂移)的指示，并且因此本身可以是有用的工艺监测度量。
用于评估和优化目标－测量参数组合的方法可以包括分析目标响应序列数据(目标响应序列数据描述了目标响应随测量概况变化而发生的变化)的那些，特别是诸如波长的测量辐射的一个或多个参数(例如，光谱序列数据)。在一个实施例中，目标响应序列数据可以表示作为测量辐射波长的函数的测量数据(例如，被获得作为场数据(在图像平面处)或瞳孔数据(在瞳孔平面处)的强度度量)的振荡相关性(oscillatory dependence)。图9是目标的用于测量强度度量的数据的示例曲线图，在该特定示例中，针对单偏振(在该情况下，线性X偏振)在各波长λ处的套刻精度灵敏度K。曲线K(λ)已经通过数据拟合，因此该表示可以称为摆动曲线。可以理解，不需要生成曲线图，因为可以处理数据。针对不同的单偏振(例如，线性Y偏振)的在各种波长下的测量，可以为同一目标构建类似的数据曲线图。在图9中，针对各种测量束波长绘制了堆叠灵敏度和套刻精度灵敏度。此外，虽然这里的偏振是线性X偏振，但是它可以是不同的偏振(例如线性Y偏振，左旋椭圆偏振辐射，右旋椭圆偏振辐射等)。
强度度量可以是从所检测的强度(例如强度不对称性，套刻精度灵敏度K或堆叠灵敏度(SS)(也是信号对比度))导出的任何合适的度量。堆叠灵敏度可以理解为当套刻精度由于目标(例如光栅)层之间的衍射而改变时信号的强度改变多少的量度。也就是说，在重叠的环境中，它检测重叠型目标的上部周期性结构与下部周期性结构之间的对比度，并且因此表示上部周期性结构与下部周期性结构之间的衍射效率之间的平衡。因此，它是测量的灵敏度的示例性测量。在实施例中，堆叠灵敏度是强度不对称性与平均强度之间的比率。在一个实施例中，堆叠灵敏度可以用公式表示为SS＝KL/IM，其中L是用户定义的常数(例如，在一个实施例中，值L是20nm和/或偏置d的值)，IM是由目标衍射的测量光束的平均强度。
图9的示例示出了作为波长λ的函数的套刻精度灵敏度K(λ)的摆动曲线，其中
Figure BDA0003459697800000231
A(λ)+d和A(λ)-d是分别对应于偏置+d和－d的作为波长的函数的强度不对称测量，并且df(λ)是作为波长的函数的剂量因子。剂量因子可以是源强度和测量时间的任何函数。在特定实施例中，它可以包括作为波长的函数的源强度和积分时间的乘积。
图10描述了在量测工艺中使用的重叠的光栅。它包括顶部光栅101和底部光栅102。在该特定示例中，突出了几何不对称性的特定形式，诸如底部光栅102的倾斜，如角度103所限定的。顶部光栅形成在材料104上，在该特定示例中，材料104包括形成半导体装置的部分的具有不同折射率的交替层，这是特定示例并且不以任何方式限制堆叠。
如图10中进一步所示，由于底部光栅的倾斜，存在被定义为顶部光栅101与底部光栅102之间的相对距离的套刻精度具有不同值(例如ov1、131，或ov2、132，或另外的ov3、133)的可能性。形成照射在检测器上的辐射束的辐射由例如光线120、121、122和123形成，其中光线120是由顶部光栅101反射的辐射，辐射121是由底部光栅102的顶部反射的辐射，辐射122是由底部光栅102的位于与顶部光栅相距D+H的距离处的部分反射的辐射，并且辐射123是由底部光栅102的底部反射的辐射。如在测量目标中的波传播的该简化示例中可以看到的，所有辐射束120、121、122和123对形成撞击在检测器上的辐射束的辐射有贡献。此外，辐射束120与辐射束121一起携带关于ov1、131的信息，辐射束120与辐射束122一起携带关于ov2、132的信息，并且辐射束120与辐射束123一起携带关于ov3、133的信息。因此，照射在检测器上的辐射携带关于所有可能的套刻精度的信息，这些套刻精度可以针对包括几何不对称性(诸如在底部光栅或顶部光栅中的光栅倾斜、底面倾斜、顶部倾斜)的目标而被定义。因此，在光栅包含几何不对称性(例如倾斜)的情况下，当前量测工艺的问题是能够辨别测量了哪个套刻精度值。
辐射在量测目标中的传播可以进一步描述为具有强度I、频率ω和相位
Figure BDA0003459697800000241
的波，例如如等式1所示：
Figure BDA0003459697800000242
其中A是偏移(offset)，B是波的振幅参数，频率ω与2πn(D+H)(n是折射率，D+H如图11所示，t是用作辐射的光的1/波长)成比例。根据该描述，可以根据等式1描述波120与传播波121、122和123的干涉。换言之，波120与波121、122和123中的每个(以及鉴于等式1和堆叠几何参数的所有可能的多个波)的干涉由特定频率(以长度为单位，例如纳米)来表征，取决于波在何处被反射回检测器。
图11还示出了作为量测设备的参数(例如波长202)的函数的从量测测量推断出的参数201。这种依赖性将参数201的周期性变化的形状作为波长的函数。周期203取决于堆叠的总厚度，即顶部和底部光栅101和102之间的距离。较厚的堆叠的周期较小，而较薄的堆叠的周期较大。
在本发明的第一方面中，提出了一种方法，其包括测量从量测目标反射的辐射并且将经测量的辐射以分量进行分解。在一个实施例中，分解经测量的辐射是利用经测量的辐射的傅立叶变换获得的。在一个实施例中，经测量的辐射是如图11所示的辐射201。在图12中进一步描绘了测量结果分解为分量的结果。图12示出了作为波长的函数的元件201的傅立叶变换，并且其包括作为频率(例如，以nm为单位)的函数的分量302的幅度。单独的分量是310、311和312，其对应于由120与121、122和123形成的辐射中的每个。多个单独的分量的检测被认为是本领域的部分，傅立叶变换技术允许识别图11所示信号的多个单独的频率分量中的每个。频率分量也可以通过其它技术来检测，包括但不限于小波变换和拉普拉斯变换。
在本发明的另一方面中，提供一种测量光刻工艺的参数的方法，包括：a)利用辐射照射量测目标，b)检测来自目标的经散射的辐射，c)改变量测设备的参数，d)针对量测设备的参数的多个值重复步骤a)到c)，以及e)将辐射分解成多个分量。在本发明的实施例中，分解是傅立叶变换。在本发明的实施例中，该方法选择低于阈值320的分量。在一个实施例中，使用反向分解并且仅利用所选分量来获得套刻精度。在一个实施例中，逆分解是逆傅立叶变换。根据美国申请US2012－0242970，使用现有技术的方法进一步获得套刻精度，该申请的全部内容通过引用结合于此。在本发明的一个实施例中，选择阈值320，使得在图11中只剩下一个分量310，并且在逆分解步骤中使用剩下的信号。在这种情况下，被测量的唯一套刻精度是ov1、131，因为被测量辐射的唯一贡献波是波120和121。
在本发明的另一方面，获得如图12所示的频谱允许测量所获得的每个谐波的相位。在一个实施例中，可以根据图12中的谐波的相位差来计算套刻精度，对于正和负一阶衍射，获得相位差。对应于特定深度D1的谐波的傅立叶相位由
Figure BDA0003459697800000251
给出。OVL是套刻精度值，D1是计算谐波的深度，θ是一般相位，
Figure BDA0003459697800000252
是与套刻精度成比例的相位。如上所述，如果现在获得特定谐波的傅立叶相位之间的差，
Figure BDA0003459697800000253
这允许仅从所述傅立叶谐波的相位提取套刻精度值。应当理解，这种计算套刻精度的方法(该方法包括从与所测量的辐射参数的傅立叶谐波的相位成比例的参数获得套刻精度值)对于本发明是特定的，并且提供了在量测工艺中测量套刻精度的替代方法，如现有技术中采用的已知方法。在本发明的一个方面中，提供了一种测量工艺的参数的方法，包括：测量从量测目标反射的辐射；将经测量的辐射以分量进行分解；计算表示每个分量的至少两个相位值；以及根据所述相位之间的关系来计算参数。
在本发明的另一方面中，提供一种测量光刻工艺的参数的方法，包括：a)利用辐射照射量测目标，b)检测来自目标的经散射的辐射，c)改变量测设备的参数，d)针对量测设备的参数的多个值重复步骤a)到c)，e)将滤波器应用于在步骤d)中获得的测量结果。在一个实施例中，将步骤d)中所获得的测量结果以单独的分量进行分解。在一个实施例中，滤波器320包括定义一个单独的分量的上限值和下限值。在一个实施例中，滤波器320包括定义分量的间隔的上限值和下限值。在一个实施例中，改变滤波器320。本发明此方面的优点是在由滤波器320界定的特定深度处测量套刻精度值。如果滤波器320被选择为D，则仅测量ov1、131，因为反射辐射中的所有其它分量被去除。如果滤波器320具有在分量311附近的较高值和较低值，则将仅测量ov2、132。以此方式，在堆叠中的不同深度处测量和探测套刻精度。以这种方式，可以在堆叠中的特定深度处测量精确的套刻精度，该套刻精度不被其它套刻精度值的贡献所污染。如果改变滤波器320，则在堆叠中的多个单独的深度处获得的套刻精度值可以提供3D套刻精度。而且，通过所测量的值的适当重新缩放，本发明的该方面中的方法可以提供测量堆叠的3D不对称信息。
在本发明的另一个方面中，提供了一种表征光刻工艺的方法，包括在第一目标位置处获得底部光栅的3D非对称图，重复获得多个目标的3D非对称图，以及基于上述测量获得用于晶片的目标非对称图。
在图11中，在多个波长202处获得测量信号201。根据本发明的分解的精度随着创建图11的曲线图的采样点的数目而提高。然而，每个测量点具有改变波长和执行测量所需的相关测量时间。在这方面，太密集的采样导致量测工艺的吞吐量的增加，因为所需的测量特别长。例如，在图11的曲线图仅包括1个分量的情况下，针对波长数目的采样速率由奈奎斯特标准指示。除了由奈奎斯特标准给出的理论采样值之外，经验方法可以包括例如在方案设置阶段通过实验设计来创建采样速率。在本发明的另一方面中，提供了一种选择量测设备的参数的方法，包括：在量测设备的参数的多个第一值处获得多个第一测量结果；以及计算最小第二数目的测量结果和量测设备的参数的与其相关联的第二值，使得量测设备的参数的第二值少于量测设备的参数的第一值，同时仍然类似于参数的第一值的关键信息。
上述方法允许通过在量测设备的参数(例如波长、照射辐射的偏振状态或照射辐射的多个入射角)的不同值处采用多个测量来测量套刻精度。在本领域中已知的是，在实际情况下，当在另一目标上、在同一晶片上或在射极晶片上执行测量时，这样的校准可能是不合适的，因为处理条件虽然名义上相同，但实际上受到不希望的变化的影响，所述不希望的变化是不可控制的。因此，希望提供一种方法来获得特定于每个测量的量测目标的最合适的测量条件。现有技术包括许多这样的方法，其也被称为方案选择方法。在本发明的一个方面中，上述用于计算套刻精度的方法还可以适于提供量测设备的最合适的参数。因此，在本发明的一个方面中，提供了一种方法，该方法包括：利用处于所述辐射的参数(诸如波长、偏振或入射角)的多个值处的辐射照射目标；检测处于所述参数的所述多个值处的所述辐射；以及将经测量的辐射分解成多个分量。根据哪个套刻精度值是感兴趣的，例如图10的套刻精度131，提取来自经测量的辐射的相关谐波。还提取其它谐波。在该方案选择方法的另一个方面中，重新计算针对单个谐波的经测量的辐射的相关性，假设例如对所述谐波的简单正弦依赖性。该方法不限于这种功能重建，可以采用从谐波重建信号的其它方法。在方案选择方法的另一方面，基于多个单独的谐波的经测量的信号的重新计算的相关性被比较。在一个实施例中，最佳波长是这样的波长，其中对于感兴趣的谐波(其对应于感兴趣的套刻精度)的重新计算的相关性具有高于第一阈值的值，而对于不感兴趣的谐波(因为其增加并污染信号)的重新计算的相关性的值低于第二阈值。
在一个实施例中，基于搜索算法以数字方式获得选择，该搜索算法具有作为针对第一阈值和第二阈值的输入值。在一个实施例中，该选择可以由熟练的操作者来执行。在选择最合适波长的方法的另一实施例中，选择任意波长。此外，选择第二波长，使得它是在重新计算的相关性之一的周期内的距离。在一个实施例中，基于两个所选波长的平均值来计算感兴趣的值。在一个实施例中，两个波长之间的距离是至少一个重新计算的相关性的周期的一半。在另一个实施例中，该距离是重新计算的相关性之间的距离的三分之一。
在又一实施例中，通过改变照射辐射的带宽，可以执行不期望谐波对重新计算的信号或对套刻精度的测量的贡献的抑制，使得导致不期望的谐波的分量被抑制。在一个实施例中，利用矩形滤波器特性对带宽进行滤波，其中带宽匹配感兴趣的谐波的周期或周期的倍数。在一个实施例中，感兴趣的谐波是包括不期望贡献的谐波。
本发明的上述描述适用于如下的量测：其中针对量测设备的参数的每个值检测辐射的单个值。例如，在暗场量测的情况下，在多个波长处测量目标的暗场图像的强度的平均值。应当认识到，如图3(a)中所述的量测设备还可以将来自互补传感器的量测测量提供给在获取图像时使用的传感器，例如使用图3(a)的传感器19获得的量测。这种测量是由图3(a)的传感器23获得的测量的补充，并且包含附加信息，例如角度信息。
在本发明的另一方面中，提出了使用在互补测量单元中可用的信息。该方法类似于关于图10至图12描述的方法，其中对在与图像检测互补的检测中获得的测量进行分解。通过存在于图像测量的互补平面中的光传播的基本构建块来确定分解元素。这样的构造块可以基于理论模型来计算，该理论模型考虑了所有可能的辐射路径与目标结构的传播和总和(summation)。在这方面，该方法需要相对于如下的方法的附加优化步骤：其中在该方法中，在所述量测设备的图像平面中检测辐射。优化步骤包括：确定在所述图像平面的互补平面中形成信号的相关元素。在本发明的涉及在与量测设备的图像平面互补的平面中的测量的一个方面中，形成经测量的信号的分解基础的元素是由目标散射的辐射的空间模式或分量。这种方法的一个重要优点是：来自目标结构内的各种辐射路径的贡献是同时获得的，这可以显着地提高量测工艺的吞吐量。
尽管上面已经具体参考了本发明的实施例在光学光刻的上下文中的使用，但是应当理解，本发明可以用于其它应用，例如压印工艺，并且在上下文允许的情况下，本发明不限于光学光刻。在压印工艺中，图案形成装置中的形貌限定了在衬底上生成的图案。图案形成装置的外形可以被压入被提供给衬底的抗蚀剂层中，于是通过施加电磁辐射、热、压力或它们的组合来固化抗蚀剂。图案形成装置移出抗蚀剂，在抗蚀剂固化之后在其中留下图案。
本发明的另外的实施例在以下编号的条款中描述：
1.一种方法，包括：
测量从量测目标反射的辐射，以及
将经测量的辐射以分量进行分解。
2.根据条款1所述的方法，其中分解经测量的辐射是利用经测量的辐射的傅立叶变换获得的。
3.一种测量光刻工艺的参数的方法，包括：
a)利用辐射照射量测目标，
b)检测来自目标的经散射的辐射，
c)改变量测设备的参数，
d)对量测设备的参数的多个值重复步骤a)至c)，以及
e)将辐射分解成分量。
4.根据条款3所述的方法，其中分解是傅里叶变换。
5.根据条款3所述的方法，其中方法还包括选择小于阈值320的分量。
6.根据条款3所述的方法，其中套刻精度使用反向分解并且仅利用所选择的分量来生成。
7.一种测量光刻工艺的参数的方法，包括：
a)利用辐射照射量测目标，
b)检测来自目标的经散射的辐射，
c)改变量测设备的参数，
d)对量测设备的参数的多个值重复步骤a)至c)，
e)将滤波器应用于在步骤d)中所获得的测量结果。
8.根据条款7所述的方法，其中将在步骤d)中所获得的测量结果以单独的分量进行分解。
9.根据条款7所述的方法，其中滤波器320包括定义单独的分量的上限值和下限值。
10.根据条款7所述的方法，其中滤波器320包括定义分量间隔的上限值和下限值。
11.根据条款7所述的方法，其中过滤器320被改变。
12.一种表征光刻工艺的方法，包括：在第一目标位置处获得底部光栅的3D非对称图，重复获得多个目标的3D非对称图，以及基于上述测量结果获得用于晶片的目标非对称图。
13.一种选择量测设备的参数的方法，包括：
在量测设备的参数的多个第一值处获得多个第一测量结果，以及
计算最小第二数目的测量结果和量测设备的参数的与其相关联的第二值，使得量测设备的参数的第二值小于量测设备的参数的第一值。
14.一种计算机程序，包括当在适当的设备上运行时可操作以执行条款1至13中任一项所述的方法的程序指令。
15.一种非瞬态计算机程序载体，包括根据条款14所述的计算机程序。
16.一种测量工艺参数的方法，包括：
测量从量测目标反射的辐射，
将经测量的辐射以分量进行分解，
计算表示每个分量的至少两个相位值，以及
根据所述相位之间的关系来计算参数。
17.一种用于量测工艺的方案选择方法，包括：
以照射源的多个参数照射量测目标，
检测以照射源的所述多个参数由量测目标散射的辐射，
将经测量的辐射分解成分量，
重新计算与分量中的至少一个分量相对应的经测量的辐射的相关性，并且
针对相对于阈值而确定的相关性的值，选择照射源的参数。
18.一种方法，包括：
测量从量测目标反射的辐射，以及
将经测量的辐射以空间分量进行分解。
19.根据条款18所述的方法，其中
经测量的辐射在与量测设备的图像平面互补的平面中获得。
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365、355、248、193、157或126nm左右的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如，具有在5至20nm范围内的波长)、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”可以是指各种类型的光学组件中的任何一种或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学组件。
具体实施例的上述描述揭示了本发明的实施例的一般性质，在不脱离本发明的一般概念的情况下，使得其他人可以通过应用本领域技术内的知识，容易地修改和/或适应这些具体实施例的各种应用，而无需过多的实验。因此，基于本文中所呈现的教导和指导，这样的调整和修改旨在处于所公开的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为了通过示例进行描述的目的，而不是为了限制，使得本说明书的术语或措辞将由技术人员根据教导和指导进行解释。
本发明的广度和范围不应受任何上述示例性实施例的限制，而应仅根据所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (11)

1.一种方法，包括：
测量从量测目标反射的辐射，以及
将经测量的所述辐射以分量进行分解。
2.根据权利要求1所述的方法，其中分解经测量的所述辐射是利用经测量的所述辐射的傅立叶变换获得的。
3.一种测量光刻工艺的参数的方法，包括：
a)利用辐射照射量测目标，
b)检测来自所述目标的经散射的辐射，
c)改变量测设备的参数，
d)对所述量测设备的所述参数的多个值重复步骤a)至c)，以及
e)将所述辐射分解成分量。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述分解是傅立叶变换。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述方法还包括：选择小于阈值320的分量。
6.根据权利要求3所述的方法，其中套刻精度使用反向分解并仅利用所选择的分量来生成。
7.一种测量光刻工艺的参数的方法，包括：
a)利用辐射照射量测目标，
b)检测来自所述目标的经散射的辐射，
c)改变量测设备的参数，
d)对所述量测设备的所述参数的多个值重复步骤a)至c)，
e)将滤波器应用于在步骤d)中所获得的测量结果。
8.根据权利要求7所述的方法，其中在步骤d)中所获得的测量结果以单独的分量进行分解。
9.根据权利要求7所述的方法，其中滤波器320包括定义单独的分量的上限值和下限值。
10.根据权利要求7所述的方法，其中滤波器320包括定义分量的间隔的上限值和下限值。
11.根据权利要求7所述的方法，其中滤波器320被改变。
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