CN110249268B - 量测方法和设备以及关联的计算机产品 - Google Patents

Abstract

公开了一种过程监测方法和一种关联的量测设备。该方法包括：将与实际目标(1000)的测量响应有关的测量到的目标响应光谱序列数据(1010)和与如所设计的目标的测量响应有关的等效参考目标响应序列数据(1030)进行比较(1020)；以及基于所述测量到的目标响应序列数据与参考目标响应序列数据的所述比较来执行(1040)过程监测动作。该方法还可以包括根据测量到的目标响应光谱序列数据和参考目标响应光谱序列数据来确定(1050)叠层参数。

Description

量测方法和设备以及关联的计算机产品

技术领域

本发明涉及用于能够用在例如通过光刻技术的器件制造中的量测的方法、设备和计算机产品，并且涉及一种使用光刻技术来制造器件的方法。

背景技术

光刻设备是将所期望的图案施加至衬底(通常为衬底的目标部分)上的机器。例如，光刻设备可以用于集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可替代地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成待形成于集成电路的单层上的电路图案。可以将该图案转印到衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括管芯的一部分、一个或更多个管芯)上。典型地通过成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上实现图案的转印。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。

在光刻过程中(即，使涉及光刻曝光的器件或其他结构显影的过程，该过程典型地可以包括一个或更多个关联的处理步骤，诸如抗蚀剂的显影、蚀刻等)，经常期望对被创建例如用于过程控制和验证的结构进行测量。用于进行这些测量的各种工具是已知的，包括经常用以测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜，以及用以测量重叠(即结构中的两个层的对准准确度)的专门工具。近来，各种形式的散射仪已经被开发应用在光刻领域中。这些装置将辐射束引导到目标上，并且测量散射辐射的一个或更多个属性——例如在单个反射角下作为波长的函数的强度；在一种或更多种波长下作为反射角的函数的强度；或者作为反射角的函数的偏振——以获得“光谱”，可以根据该“光谱”确定目标的感兴趣的属性。确定所感兴趣的属性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结构重构；库搜索；以及主成分分析。

发明内容

目标测量的准确度依赖于某些目标或叠层参数与所使用的测量辐射(测量轮廓(profile))的特性的组合。因此，可以执行目标参数和测量轮廓优化以优化目标测量的准确度。但是，如果目标的叠层参数与优化步骤中使用的目标不同，则测量轮廓在测量期间可能不再是目标的最佳值。

此外，可能期望监测目标的某些叠层参数，例如，叠层内的一些或所有层的高度。层高度的测量通常在与重叠和对准目标分开的专用薄膜目标上进行。这些专用薄膜目标占据额外的衬底区域，并且它们的测量需要额外的测量时间。

在本发明的第一方面，提供了一种过程监测方法，包括：获得与由光刻过程形成在衬底上的一个或更多个目标对测量辐射的测量响应有关的测量到的目标响应序列数据，该测量辐射包括多个测量轮廓；获得与如所设计的所述一个或更多个目标对所述测量辐射的测量响应有关的参考目标响应序列数据；比较所述测量到的目标响应序列数据与参考目标响应序列数据；以及基于所述测量到的目标响应序列数据与参考目标响应序列数据的比较来执行过程监测动作。

在本发明的第二方面，提供了一种量测设备，包括：照射系统，该照射系统被配置成使用测量辐射照射由光刻过程形成在衬底上的一个或更多个目标，该测量辐射包括多个测量轮廓；检测系统，该检测系统被配置成检测由对所述一个或更多个目标的照射引起的散射辐射；以及处理器，该处理器能够操作，以从检测到的散射辐射导出测量到的目标响应序列数据；以及将所述测量到的目标响应序列数据与参考目标响应序列数据进行比较，该参考目标响应序列数据与如所设计的所述一个或更多个目标对所述测量辐射的测量响应有关。

本发明的另一方面包括一种用于执行第一方面的方法的计算机程序以及关联的计算机程序载体。

附图说明

现在将参考附图仅通过举例方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1描绘了根据本发明的实施例的光刻设备；

图2描绘了根据本发明的实施例的光刻单元或簇；

图3(a)是根据本发明的实施例的用于使用提供某些照射模式的第一对照射孔对目标进行测量的暗场测量设备的示意图；

图3(b)是对于给定照射方向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重叠测量的测量设备时提供另外的照射模式的第二对照射孔的示意图；

图3(d)是在使用用于基于衍射的重叠测量的测量设备时提供另外的照射模式的第三对照射孔的示意图，该第三对照射孔将第一对孔径与第二对孔径组合；

图4描绘了多个周期性结构(例如，多个光栅)目标的形式以及衬底上的测量斑的轮廓；

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的实施例的重叠测量方法的步骤的流程图；

图7(a)至图7(d)显示了在零区域中具有不同重叠值的重叠周期性结构(例如，光栅)的示意性截面；

图8示出了理想目标结构中的重叠测量的原理；

图9是针对目标的重叠灵敏度K对波长λ(nm)的曲线图，也称为摆动曲线；以及

图10是描述根据本发明的第一实施例的方法的流程图。

具体实施方式

在详细地描述实施例之前，提供一个可以实施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。该设备包括：照射系统(照射器)IL，其配置成用于调节辐射束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，其构造成用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与配置用于根据特定的参数准确地定位图案形成装置的第一定位器PM相连；衬底台(例如晶片台)WT，其构造成用于保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据特定的参数准确地定位衬底的第二定位器PW相连；和投影系统(例如折射式投影透镜系统)PS，其配置成用于将由图案形成装置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，或者它们的任意组合，用以对辐射进行引导、成形或控制。

图案形成装置支撑件以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计、以及诸如例如图案形成装置是否被保持在真空环境中等其它条件的方式保持图案形成装置。图案形成装置支撑件可以采用机械的、真空的、静电的、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框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。该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)位于期望的位置上。在本文中，任何使用的术语“掩模版”或“掩模”都可以被认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。

在本文中使用的术语“图案形成装置”应该被广义地解释为表示能够用于在辐射束的横截面上赋予辐射束图案、以在衬底的目标部分上形成图案的任何装置。应注意的是，赋予辐射束的图案可能不与衬底的目标部分上的所期望的图案精确地对应(例如，如果所述图案包括相移特征或所谓的辅助特征)。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。

图案形成装置可以是透射式的或反射式的。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单独地倾斜，以便沿不同的方向反射入射的辐射束。已倾斜的反射镜将图案赋予由反射镜矩阵反射的辐射束。

如这里所描绘，该设备是透射型的(例如，采用透射式掩模)。可替代地，该设备可以是反射型的(例如，使用上文所提及类型的可编程反射镜阵列，或者使用反射掩模)。

光刻设备还可以是如下类型：其中衬底的至少一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。浸没液体也可以被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。本领域中众所周知的是，浸没技术用于增加投影系统的数值孔径。本文中使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底之类的结构必须浸没在液体中；而是，“浸没”仅意味着在曝光期间液体位于投影系统与衬底之间。

参照图1，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。该辐射源和光刻设备可以是分立的实体(例如当辐射源是准分子激光器时)。在这种情况下，不将辐射源视为构成光刻设备的一部分，并且借助包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD来将辐射束从辐射源SO传到照射器IL。在其它情况下，辐射源可以是光刻设备的组成部分(例如当辐射源是汞灯时)。可以将辐射源SO和照射器IL以及需要时设置的束传递系统BD一起称作辐射系统。

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，可以调整照射器的光瞳面中的强度分布的至少外部径向范围和/或内部径向范围(通常分别被称为σ-外部和σ-内部)。此外，照射器IL可以包括各种其它部件，诸如整合器IN和聚光器CO。可以将照射器用于调节辐射束，以便在其截面中具有期望的均匀性和强度分布。

辐射束B入射至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，并且通过该图案形成装置来形成图案。在已横穿图案形成装置(例如，掩模)MA的情况下，辐射束B穿过投影系统PS，该投影系统将该束聚焦至衬底W的目标部分C上。借助第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉仪装置、线性编码器、二维编码器或电容传感器)，可以准确地移动衬底台WT，例如以便将不同的目标部分C定位于辐射束B的路径中。类似地，例如在从掩模库的机械获取之后或在扫描期间，可以将第一定位器PM和另一位置传感器(图1中未明确描绘出)用于相对于辐射束B的路径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。尽管衬底对准标记(如图所示)占据了专用目标部分，但它们可以位于目标部分之间的空间中(这些标记已知为划线对准标记)。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。在期望小的对准标识尽可能小并且不需要与相邻特征不同的成像或过程条件的情况下，在器件特征之中，小的对准标识也可以被包括在管芯内。下面将进一步描述可以检测对准标识的对准系统的实施例。

所描绘的设备可以用于下列模式中的至少一种：

1.在步进模式中，在将图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT和衬底台WTa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，将衬底台WTa沿X和/或Y方向移动，使得可以对不同目标部分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.在扫描模式中，在对图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT和衬底台WTa同步地进行扫描的同时，将赋予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的速度和方向可以通过投影系统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)。

3.在另一模式中，将用于保持可编程图案形成装置的图案形成装置支撑件(例如掩模台)MT保持为基本静止，并且在衬底台WTa被移动或扫描的同时，将赋予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。

也可以使用对上文所描述的使用模式的组合和/或变形，或者使用完全不同的使用模式。

光刻设备LA是所谓的双平台类型，该双平台类型具有两个台WTa、WTb(例如，两个衬底台)和两个站—曝光站和测量站—这两个台可以在这两个站之间交换。例如，当一个台上的衬底在曝光站上进行曝光时，另一衬底可以被装载到测量站处的另一衬底台上，并且执行各种预备步骤。预备步骤可以包括使用水平传感器LS来绘制衬底的表面控制的图，并且使用对准传感器AS来测量衬底上的对准标识的位置，两个传感器都由参考框架RF支撑。如果当台处于测量站以及处于曝光站时，位置传感器IF不能测量台的位置，则可以设置第二位置传感器来使得台的位置能够在两个站处被追踪。作为另一示例，当一个台上的衬底正在曝光站处进行曝光时，不具有衬底的另一台在测量站处等待(其中可选地可以发生测量动作)。该另一台具有一个或更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)。当衬底已经完成了曝光时，不具有衬底的台移动至曝光站以执行例如测量，并且具有衬底的台移动至其中卸载了衬底并且装载另一衬底的部位(例如测量站)。这些多台布置能够大幅增加设备的生产量。

如图2所示，光刻设备LA构成光刻单元LC的一部分，并且有时被称为光刻元或光刻簇，光刻单元还包括用于在衬底上进行一个或更多个曝光前过程和曝光后过程的设备。常规地，这些设备包括：用于沉积抗蚀剂层的一个或更多个旋涂器SC、用于显影曝光后的抗蚀剂的一个或更多个显影剂DE、一个或更多个激冷板CH和一个或更多个焙烤板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，在不同的过程装置之间移动衬底，然后将该衬底传送到光刻设备的进料台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也经由光刻控制单元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。

为了正确且一致地曝光由光刻设备所曝光的衬底，期望检查被曝光的衬底以测量诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等一个或更多个属性。如果检测到误差，则可以对一个或更多个后续衬底的曝光进行调整，特别是如果检查可以足够迅速地且快速地进行而使得同一批次的另一衬底仍处于待曝光的情况下。此外，已经曝光的衬底可以被剥离且被返工(以改善良率)或被舍弃，由此避免对已知有缺陷的衬底执行曝光。在衬底的仅一些目标部分是有缺陷的情况下，可以仅对良好的那些目标部分执行进一步曝光。另一可能性是调试后续过程步骤的设定以补偿误差，例如，可以调整修整蚀刻(trim etch)步骤的时间以补偿由光刻过程步骤产生的衬底至衬底CD变化。

使用检查设备来确定衬底的一个或更多个属性，尤其是确定不同衬底或同一衬底的不同层的一个或更多个属性如何在不同层间和/或跨越衬底变化。检查设备可以集成到光刻设备LA或光刻元LC中，或可以是单独的装置。为了实现最快速的测量，期望使检查设备紧接着曝光之后测量被曝光的抗蚀剂层中的一个或更多个属性。然而，抗蚀剂中的潜像具有非常低的对比度-在已被辐射曝光的抗蚀剂部分与尚未被辐射曝光的抗蚀剂部分之间仅存在极小折射率差-并且并非所有的检查设备都具有足够的灵敏度来对潜像进行有效测量。因此，可以在曝光后焙烤步骤(PEB)之后进行测量，曝光后焙烤步骤(PEB)通常是对被曝光的衬底进行的第一步骤，且增加抗蚀剂的被曝光部分与未被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图像(semi-latent)。也可以对显影后的抗蚀剂图像进行测量-此时，抗蚀剂的曝光部分或未曝光部分已被移除-或在图案转印步骤(诸如蚀刻)后进行被显影的抗蚀剂图像的测量。后一种可能性限制了有缺陷的衬底的返工的可能性，但仍可以提供例如用于过程控制的有用信息。

由常规的散射仪使用的目标包括相对大的周期性结构布局(例如，包括一个或更多个光栅)，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，该布局未填充满使得一个或更多个周期性结构未被该斑完全覆盖)。这简化了目标的数学重构，这是由于可以将目标视为无限的。然而，例如，因此目标可以定位在产品特征中，而不是定位在划线中，目标的尺寸已经减小，例如，减小至20μm×20μm或更小，或者减小至10μm×10μm或更小。在这种情形下，可以使周期性结构布局小于测量斑(即，周期性结构布局是过度填充)。典型地使用暗场散射量测术来测量这样的目标，其中第零阶衍射(对应于镜面反射)被阻挡，并且仅处理更高阶衍射。可以在PCT专利申请公开出版物No.WO 2009/078708和WO2009/106279中找到暗场量测术的示例，由此，通过引用而将这些专利申请的全部内容并入本文中。该技术的进一步发展已在美国专利申请公开出版物US2011-0027704、US2011-0043791和US2012-0242970中描述，通过引用这些美国专利申请的全部内容并入本文中。使用衍射阶的暗场检测的基于衍射的重叠(DBO或μDBO)实现了对较小目标的重叠测量。这些目标可能小于照射斑，并且可能被衬底上的产品结构环绕。在实施例中，可以在一个图像中测量多个目标。

在实施例中，衬底上的目标可以包括一个或更多个1-D周期性光栅，这些周期性光栅被印制成使得在显影之后，栅条由实体抗蚀剂线形成。在实施例中，该目标可以包括一个或更多个2-D周期性光栅，这些周期性光栅被印制成使得在显影之后，该一个或更多个光栅由实体抗蚀剂柱或抗蚀剂中的通孔形成。栅条、柱或通孔可以可替代地被刻蚀至衬底中。光栅的图案对光刻投影设备(尤其是投影系统PL)中的色差以及照射对称度敏感，并且这种像差的存在将表明自身在所印制的光栅中的变化。因此，所印制的光栅的测量数据可以用于重构光栅。1-D光栅的参数(诸如线宽和形状)或2-D光栅的参数(诸如柱或通孔的宽度或长度或形状)可以根据印制步骤和/或其他测量过程的知识输入到由处理单元PU执行的重构过程中。

适用于本发明实施例的暗场量测设备如图3(a)所示。在图3(b)中更详细地示出了目标T(包括周期性结构，诸如光栅)和衍射射线。暗场量测设备可以是独立的装置或(例如在测量站处)被包含在光刻设备LA中，或被包含在光刻单元LC中。用虚线O表示具有贯穿该设备的几个支路的光轴。在该设备中，由输出11(例如，诸如激光器或氙灯之类的源、或连接至源的开口)发射的辐射被包括透镜12、14和物镜16的光学系统经由棱镜15引导到衬底W上。这些透镜被布置成双重序列的4F布置。可以使用不同的透镜布置，只要该透镜布置仍将衬底图像提供至检测器上即可。

在实施例中，该透镜布置允许进入中间光瞳面以进行空间频率滤波。因此，可以通过在提供衬底平面的空间光谱的平面中限定空间强度分布来选择辐射入射到衬底上的角度范围，这里该衬底平面称为(共轭)光瞳面。特别地，这可以通过在物镜光瞳面的后投影图像的平面中、在透镜12与14之间插入适当形式的孔板13来完成。在所示的示例中，孔板13具有被标注为13N和13S的不同形式，以允许选择不同的照射模式。本示例中的照射系统形成了离轴照射模式。在第一照射模式中，孔板13N提供从(仅为了便于描述起见)指定为“北”的方向的离轴照射。在第二照射模式中，孔板13S用于提供类似的、但是来自标注为“南”的相反方向的照射。通过使用不同孔，其他照射模式是可能的。光瞳面的其余部分在理想情况下是暗的，这是因为在所期望的照射模式外部的任何不必要的辐射可能干扰所期望的测量信号。

如图3(b)所示，目标T被放置成衬底W基本垂直于物镜16的光轴O。照射射线I从偏离光轴O一角度照射在目标T上产生第零阶射线(实线0)和两个第一阶射线(点划线表示+1阶，双点划线表示-1阶)。对于过填充的小目标T而言，这些射线只是覆盖包括量测目标T和其它特征的衬底区域的许多平行射线之一。由于板13中的孔具有有限的宽度(对于允许有用数量的光而言是必需的)，因而入射射线I实际上会占据一角度范围，并且衍射射线0和+1/-1将会稍微展开。根据小目标的点扩散函数，每一阶+1和-1都将进一步在一角度范围内展开，而不是如图示的单条理想的射线。应注意，周期性结构节距和照射角度可以被设计或调整成使得进入物镜的第一阶射线与中心光轴紧密对准。图3(a)和图3(b)所示的射线被显示为略微偏离轴线，这纯粹是为了使它们能够在图中更容易区分开。

由衬底W上的目标所衍射的至少0阶和+1阶被物镜16收集，并且被引导返回通过棱镜15。返回至图3(a)，第一照射模式和第二照射模式两者都通过指定被标注为北(N)和南(S)的在直径方向上相反的孔来说明。当入射射线I来自光轴的北侧时，也就是当使用孔板13N施加第一照射模式时，标注为+1(N)的+1阶衍射射线进入物镜16。相反地，当使用孔板13S施加第二照射模式时，(标注为-1(S)的)-1阶衍射射线是进入透镜16的射线。因此，在实施例中，通过在某些条件下(例如，在使目标旋转或改变照射模式或改变成像模式之后)测量目标两次，以便分别获得第-1阶衍射强度和第+1阶衍射强度，由此获得测量结果。比较给定目标的这些强度提供了目标中不对称性的测量，并且目标中的不对称性可以用作光刻过程的参数(例如重叠误差)的指示符。在上文描述的情形中，改变了照射模式。

分束器17将衍射束分成两条测量支路。在第一测量支路中，光学系统18利用第零阶衍射束和第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(光瞳面图像)。每个衍射阶射到传感器上的不同点，以便图像处理可以比较和对比多个阶。由传感器19捕获的光瞳面图像可以用于对量测设备进行聚焦和/或对第一阶束的强度测量结果进行归一化。光瞳面图像也可以用于许多测量目的，诸如重构，这里不再详细描述。

在第二测量支路中，光学系统20、22在传感器23(例如CCD或CMOS传感器)上形成在衬底W上的目标的图像。在第二测量支路中，孔径光阑21设置在与光瞳面共轭的平面中。孔径光阑21起到阻挡第零阶衍射束的作用，使得在传感器23上形成的目标的图像DF仅由-1阶或+1阶束形成。由传感器19和传感器23捕获的图像被输出至图像处理器和控制器PU，该图像处理器和控制器PU的功能将依赖于正在被执行的特定类型的测量。应注意，这里在广义上使用术语“图像”。如果仅存在-1阶和+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所示的特定形式的孔板13和孔径光阑21仅仅是示例。在本发明的另一实施例中，使用目标的同轴照射，并且使用具有离轴孔的孔径光阑以将大致仅一种第一阶衍射辐射传递至传感器。在另外的其它实施例中，代替第一阶束或者除第一阶束之外，可以在测量中使用第二阶束、第三阶束和更高阶束(图3中未示出)。

为了使照射适应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，该盘旋转以将所期望图案带到合适的位置。应注意，孔板13N或13S用于测量在一个方向(X方向或Y方向，这依赖于设置)上定向的目标的周期性结构。为了测量正交周期性结构，可以实施90°和270°的目标旋转。不同的孔板如图3(c)和(d)所示。图3(c)示出了两种其它类型的离轴照射模式。在图3(c)的第一照射模式中，孔板13E提供从(仅为了描述起见)指定为“东”(相对于先前描述的“北”)的方向的离轴照射。在图3(c)的第二照射模式中，孔板13W用于提供类似的照射，但是来自标注为“西”的相反方向。图3(d)示出了两种其它类型的离轴照射模式。在图3(d)的第一照射模式中，孔板13NW提供从如前所述的指定为“北”和“西”的方向的离轴照射。在第二照射模式中，孔板13SE用于提供类似的照射，但是来自如前所述的标注为“南”和“东”的相反方向。在例如上文中提到的在先公布的专利申请公开出版物中描述了这些的使用以及该设备的许多其它变型和应用。

图4描绘了在衬底上形成的示例复合量测目标。复合目标包括紧密地定位在一起的四个周期性结构(在这种情况下为光栅)32、33、34、35。在实施例中，周期性结构足够紧密地定位在一起，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都被同时地照射并被同时地成像在传感器19和传感器23上。在专用于重叠测量的示例中，周期性结构32、33、34、35本身是由周期性结构重叠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上形成的器件的不同层中被图案化，并且使得在一个层中的至少一个周期性结构与在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之内的外部尺寸。另外，所有周期性结构用于测量在特定的一对层之间的重叠。为了便于目标能够测量多于单一对的层，周期性结构32、33、34、35可以具有被不同地偏置的重叠偏移，以便于测量在形成有复合周期性结构的不同部分的不同层之间的重叠。因此，衬底上目标的所有周期性结构将用于测量一对层，并且衬底上另一相同目标的所有周期性结构将用于测量另一对层，其中不同的偏置有助于区分这些层对。重叠偏置的含义将在下文中解释，特别是参考图7来解释。

图7(a)-(c)示出了相应的目标T的重叠周期性结构(在这种情况下为光栅)的示意性截面图，这些重叠周期性结构具有不同的偏置。这些重叠周期性结构可以用在衬底W上，如图3和图4所示。仅出于示例的目的，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方向的这些周期性结构的不同组合。

从图7(a)开始，示出了在标注为L1和L2的两个层中形成的复合重叠目标600。在底部层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(在这种情况下为光栅)由特征(例如，线)608和间隔610形成。(截面被绘制成使得特征602、608延伸到页面中。)周期性结构图案在两个层中以节距P重复。仅出于示例的目的提及线602和608，可以使用其他类型的特征，诸如点、框和通孔。在图7(a)所示的情形中，没有重叠误差且没有偏置，因此每个特征608恰好位于底部周期性结构中的特征602上方(其中测量是“线上线(line-on-line)”-在实施例中，在每个特征608恰好位于间隔610上方的情况下可能不会出现重叠误差，其中测量是“沟槽上线(line-on-trench)”)。

在图7(b)中，描绘了具有偏置+d的同一目标，使得上方周期性结构的特征608相对于下方周期性结构的特征602向右移动一距离d(距离d小于节距P)。也就是说，特征608和特征602布置成使得如果它们都恰好被印制在其名义部位上，则特征608将相对于特征602偏移距离d。偏置距离d在实践中可以是几纳米，例如10nm、20nm，而节距P例如在300-1000nm的范围内，例如500nm或600nm。在图7(c)中，描绘了具有偏置-d的同一目标，使得特征608相对于特征602向左移动。图7(a)至(c)所示的这种类型的被偏置的目标及其在测量中的使用在例如上述专利申请公开出版物中描述。

另外，如上所述，虽然图7(a)-(c)描绘了位于特征602上方的特征608(有或没有施加+d或-d的小偏置)，该特征608被称为具有大约为零的偏置的“线上线”目标，目标可能具有P/2(即节距的一半)的被编程的偏置，使得在上方周期性结构中的每个特征608位于在下方周期性结构中的间隔604上方。这被称为“沟槽上线”目标。在这种情况下，也可以施加+d或-d的小偏置。“线上线”目标或“沟槽上线”目标之间的选择依赖于应用。

返回至图4，周期性结构32、33、34、35也可以在其方向上不同，如图所示，以便在X方向和Y方向上对入射的辐射进行衍射。在一个示例中，周期性结构32和34是分别具有+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+d和-d偏移的Y方向周期性结构。虽然示出了四个周期性结构，但是其他实施例可以包括更大的矩阵以获得期望的准确度。例如，3×3阵列的九个复合周期性结构可以具有偏置-4d、-3d、-2d、-d、0、+d、+2d、+3d、+4d。这些周期性结构的各自的图像可以在由传感器23捕获的图像中被识别。

图5显示出了通过使用图3(d)的孔板13NW或13SE、在图3的设备中使用图4的目标，可以在传感器23上形成和检测的图像的示例。虽然传感器19不能分辨不同的单个周期性结构32至35，但传感器23可以分辨。暗的矩形表示传感器上的图像的场，衬底上的照射斑31在该场内被成像到相应的圆形区域41内。在该场内，矩形区域42-45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，则产品特征也可能在该图像场的周边可见。图像处理器和控制器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的各个图像42至45。以这种方式，这些图像不必非常精确地在传感器框架内的特定部位处被对准，这极大地改善了整个测量设备的生产量。

一旦周期性结构的各个图像已经被识别，那些单独的图像的强度就可以被测量，例如通过对所识别的区域内的选定的像素强度值求平均值或者求和。图像的强度和/或其它属性可以相互比较。这些结果可以被组合以测量光刻过程的不同参数。重叠性能是这种参数的一示例。

图6使用例如PCT专利申请公开出版物No.WO2011/012624中描述的方法，示出了如何通过周期性结构的不对称性(如通过比较这些周期性结构在+1阶和-1阶暗场图像中的强度所揭示的)来测量包含部件周期性结构32至35的两个层之间的重叠误差。在步骤M1中，衬底(例如半导体晶片)被通过图2的光刻单元处理一次或更多次，以产生包括周期性结构32至35的目标的结构。在M2处，使用图3的量测设备，使用第一阶衍射束中的一个(例如第-1阶)来获得周期性结构32至35的图像。在实施例中，使用第一照射模式(例如，使用孔板13NW创建的照射模式)。然后，无论是例如通过改变照射模式或改变成像模式，还是通过在量测设备的视场中将衬底W旋转180°，都可以使用另一个第一阶衍射束(+1阶)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。在实施例中，改变照射模式并使用第二照射模式(例如，使用孔板13SE创建的照射模式)。在实施例中，通过在0°和180°衬底方向处进行测量，可以移除工具诱发的伪像，如TIS(工具诱发的移位)。

应注意，通过在每个图像中仅包括第一阶衍射辐射的一半，这里所说的“图像”不是常规的暗场显微镜图像。单个周期性结构特征未被分辨。每个周期性结构将仅由某一强度水平的区域表示。在步骤M4中，在每个部件周期性结构的图像内识别感兴趣的区域(ROI)，将从该感兴趣的区域测量强度水平。

在已识别了每个相应的单个周期性结构32-35的感兴趣的区域P1、P2、P3、P4并已测量了其强度的情况下，然后可以确定周期性结构的不对称性，并因此确定例如重叠误差。这在步骤M5中由图像处理器和控制器PU完成，针对每个周期性结构32-35比较+1阶和-1阶获得的强度值，以识别其强度的任何差异，即不对称性。术语“差异”并不意味着仅指减法。差异可以按比例形式来计算。在步骤M6中，使用针对多个周期性结构的所测量的不对称性以及那些周期性结构的重叠偏置的知识(如果适用的话)来计算在目标T附近的光刻过程的一个或更多个性能参数。感兴趣的性能参数是重叠。可以计算诸如聚焦和/或剂量之类的光刻过程的其他性能参数。可以反馈一个或更多个性能参数以改进光刻过程，用于改进图6本身的测量和计算过程，用于改进目标T的设计等。

在用以确定重叠的实施例中，图8描绘出了曲线702，该曲线示出了针对在形成重叠目标的单个周期性结构内具有零偏移且没有结构不对称性的“理想”目标的重叠误差OV与所测量的不对称性A之间的关系。这些曲线图仅用于说明确定重叠的原理，并且在每个图中，所测量的不对称性A和重叠误差OV的单位是任意的。

在图7(a)-(c)的“理想”情形中，曲线702表示所测量的不对称性A与重叠具有正弦关系。正弦变化的周期P对应于周期性结构的周期(节距)，当然要转换成适当的比例。在这个示例中正弦形式是纯正弦形式，但在真实情况下可以包括谐波。为简单起见，在该示例中，假设(a)只有来自目标的第一阶衍射辐射到达图像传感器23(或其在给定实施例中的等效物)，以及(b)实验目标设计使得在这些第一阶内，在强度与上方、下方周期性结构之间的重叠结果之间存在纯正弦关系。不管这在实践中是正确的还是不正确的，其是以下各项的函数：光学系统设计、照射辐射的波长、和周期性结构的节距P、以及目标的设计和叠层。

如上所述，被偏置的周期性结构可以用于测量重叠，而不依赖于单次测量。该偏置具有在由其制作的图案形成装置(例如掩模版)中定义的已知值，该已知值用作与所测量的信号相对应的重叠的衬底上校准。在图中，以图形方式示出计算。在图6的步骤M1-M5中，针对分别具有偏置+d和-d的部件周期性结构，获得不对称测量结果A_+d和A_-d(例如，如图7(b)和图7(c)所示)。将这些测量结果拟合至正弦曲线给出了点704和706，如图所示。知道了这些偏置后，可以计算正确的重叠误差OV。根据目标的设计知道正弦曲线的节距P。曲线702的竖向比例开始时不知道，但其是可以称为重叠比例常数K的未知因子。

就等式而言，假设重叠误差OV_E与强度不对称性A之间的关系为：

A_±d＝K sin(OV_E±d)

其中，以使得目标节距P与角度2π弧度相对应的比例表示重叠误差OV_E。项d是正在被测量的目标(或子目标)的光栅偏置。在使用具有不同已知偏置(例如+d和-d)的目标的两个测量结果的情况下，使用以下等式来计算重叠误差OV_E：

其中A_+d是被偏置+d的目标的强度不对称性测量结果，A_-d是被偏置-d的目标的强度不对称性结果。

虽然这些测量技术快速且相对计算上简单(一旦校准)，但它们依赖于重叠/侧向移位是不对称的唯一原因的假设。也就是说，它假设“理想”情形，例如，目标中没有结构不对称性。叠层中的任何结构不对称性(诸如在重叠的周期性结构中的一个或两个内的特征的不对称性)，除了导致重叠/侧向移位之外，还导致第一阶中的不对称性。这种与重叠无关的结构不对称性明显扰乱了测量，从而给出了不准确的结果。

作为结构不对称性的示例，目标的周期性结构中的一个或更多个可能在结构上变形。例如，目标的周期性结构特征(例如，光栅线)的一个或更多个侧壁可能不像预期的那样竖直。作为另一示例，目标的周期性结构特征(例如，沟槽的光栅间隔)之间的一个或更多个间隔可以比预期的更大或更小。另外，目标的周期性结构的一个或更多个特征(例如，光栅线)可以具有比预期的更小或更大的宽度。另外，即使在对目标的一个或更多个周期性结构来说与预期的差异是均匀的情况下，与预期的差异也可能与目标的一个或更多个其他周期性结构不同。复合目标的下方周期性结构中的结构不对称性是结构不对称性的常见形式。例如，它可以源自下方周期性结构最初形成之后执行的衬底处理步骤，诸如化学机械抛光(CMP)。

参考图7(d)，示意性地描绘出了下方周期性结构的结构不对称性的示例。图7(a)至(c)的周期性结构中的特征和间隔被示出为完美的正方形，当真实特征和间隔在表面上具有一斜率和一定粗糙度时。然而，它们旨在轮廓至少是对称的。下方周期性结构中的图7(d)中的特征602和/或间隔604完全不再具有对称形式，而是例如通过一个或更多个处理步骤而已变形。因此，例如，每个间隔604的底表面已经倾斜。这些特征和间隔的侧壁角度也变得不对称。当使用仅两个偏置的周期性结构通过图6的方法测量重叠时，结构不对称性不能与重叠区分开，并且因此重叠测量结果变得不可靠。

另外已经发现，除了目标中的结构不对称性之外或者作为目标中的结构不对称性的替代，目标的相邻周期性结构之间的叠层差异或者相邻目标之间的叠层差异也可能是不利地影响测量(诸如重叠测量)的准确度的因素。叠层差异可以被理解为相邻周期性结构或目标之间的物理构造的非设计差异。叠层差异导致相邻周期性结构或目标之间的测量辐射的光学属性(例如，强度、偏振等)的差异，这是由于除了重叠误差、除了有意偏置、以及除了对于相邻周期性结构或目标共同的结构不对称性之外的原因。叠层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，一个或更多个层的厚度差异，使得一个周期性结构或目标高于或低于被设计为处于基本上相等的水平高度的另一周期性结构或目标)，相邻的周期性结构或目标之间的折射率差(例如，一个或更多个层的折射率的差，使得一个周期性结构或目标的一个或更多个层的组合折射率不同于甚至被设计为具有基本相等的组合折射率的另一周期性结构或目标的一个或更多个层的组合折射率)，相邻周期性结构或目标之间的材料差异(例如，在一个或更多个层的材料类型、材料均匀性等方面的差异，使得一个周期性结构或目标的材料与被设计为具有基本相同材料的另一周期性结构或目标不同)，相邻的周期性结构或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成具有基本相同的光栅周期的另一周期性结构或目标的差异)，相邻的周期性结构或目标的结构的深度的差异(例如，由于一个周期性结构或目标的结构的深度中的蚀刻而与被设计为具有基本上相同深度的另一周期性结构或目标的结构的深度的蚀刻而导致的差异)，相邻的周期性结构或目标的特征的宽度(CD)的差异(例如，一个周期性结构或目标的特征的宽度与被设计为具有基本相同宽度的特征的另一周期性结构或目标的宽度的差异)等。在一些示例中，在图案化过程中由处理步骤(例如CMP、层沉积、蚀刻等)引入叠层差异。在实施例中，如果周期性结构或目标彼此在200μm以内、彼此在150μm以内、彼此在100μm以内、彼此在75μm以内、彼此在50μm以内、彼此在40μm以内、彼此在30μm以内、彼此在20μm以内或彼此在10μm以内，则它们是相邻的。

叠层差异(可以称为光栅之间的光栅不平衡性)对强度不对称性测量结果A_+d、A_-d(其中下标表示目标区域对应于ROI的目标偏置)的影响通常可以表示为：

A_+d＝(K+ΔK)sin(OV_E+d)

A_-d＝(K-ΔK)sin(OV_E-d)

其中ΔK表示可归因于叠层差异的重叠灵敏度的差异。因此，重叠误差OV_E(假设它很小)可以与

成比例。

叠层差异可以被认为是空间叠层参数变化，即衬底上方的叠层参数变化(目标到目标)。可能遇到的另一问题是叠层参数过程漂移，其中目标的叠层参数中的一个或更多个由于过程漂移而随着时间推移从最佳值漂移。这可以被认为是时间叠层参数变化。

现在，面对结构不对称性、叠层差异、叠层参数过程漂移和任何其他过程变化，期望导出目标布局、测量束波长、测量束偏振等的组合，这将产生期望的过程参数(例如，重叠)的准确测量结果和/或产生对过程可变性来说是鲁棒的期望的过程参数的测量值。因此，例如，期望使用目标-测量参数组合的期望最佳的选择来执行测量，以便获得更准确的过程参数测量结果和/或产生对过程变化性来说是鲁棒的期望的过程参数的测量值。这是因为目标的测量准确度和/或灵敏度可以相对于目标本身的一个或更多个属性和/或相对于设置在目标上的测量辐射的一个或更多个属性而变化；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)。在实施例中，辐射的波长范围限于选自一范围(例如，选自约400nm至900nm范围)的一个或更多个波长。另外，可以提供对辐射束的不同偏振的选择，并且可以使用例如多个不同的孔来提供各种照射形状。这样，期望确定针对特定目标进行优化的测量轮廓。

测量轮廓包括测量自身的一个或更多个参数，测量自身的该一个或更多个参数可以包括与测量束和/或用于进行测量的测量设备相关的一个或更多个参数。例如，如果在衬底测量选配方案中使用的测量是基于衍射的光学测量，则该测量自身的一个或更多个参数可以包括：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/或测量辐射相对于衬底的照射角度(例如入射角、方位角等)；和/或衍射测量辐射相对于衬底上的图案的相对方向；和/或目标的被测量点或实例的数目；和/或被测量的目标的实例在衬底上的部位。测量自身的一个或更多个参数可以包括在测量中使用的测量设备的一个或更多个参数，这些参数可以包括检测器灵敏度、数值孔径等。

在这种背景下，被测量的图案(也称作“目标”或“目标结构”)可以是光学测量的图案(例如，其衍射被测量)。被测量的图案可以是出于测量目的而特殊地设计或选择的图案。可以将目标的多个复本放置于衬底上的许多地点上。例如，可以使用衬底测量选配方案来测量重叠。在实施例中，衬底测量选配方案可以用于测量另一过程参数(例如剂量、聚焦、CD等)。在实施例中，测量轮廓可以用于测量正在被成像的图案的层相对于衬底上的现有图案的对准情况；例如，测量轮廓可以用于通过测量衬底的相对位置而将图案形成装置与衬底对准。

已经描述了用于估计和优化目标-测量参数组合的许多方法。这些方法在生产之前进行。因此，一旦优化，通常就将在整个生产运行中使用所选择的目标-测量参数组合，即，将使用预定的测量轮廓来根据预定的目标-测量参数组合测量对应目标设计的目标。然而，如所讨论的，目标中可能存在未设计的叠层参数变化，导致目标之间的叠层差异和/或叠层参数过程漂移。例如，叠层内的一个或更多个层的层厚度可以随衬底变化(即，目标到目标)和/或随时间变化(即，漂移)。该叠层参数变化的一个结果可能是测量轮廓对于目标而言不再是最佳的。这可能导致目标的测量结果不准确。叠层参数变化通常也可以是过程控制问题(例如，过程漂移)的指示，因此本身可以是有用的过程监测指标。

用于估计和优化目标-测量参数组合的方法可以包括分析目标响应序列数据的方法，该目标响应序列数据描述目标响应随着测量轮廓变化的变化，特别是随着测量辐射的一个或更多个参数(诸如波长)变化的变化(例如，光谱序列数据)。在实施例中，目标响应序列数据可以将测量数据(例如，作为场数据(在图像平面处)或光瞳数据(在光瞳面处)来获得的强度指标)的振荡依赖性表示为测量辐射波长的函数。图9是用于测量强度指标的目标的数据的示例曲线图，该示例图在该特定示例重叠灵敏度K下、在单个偏振(在这种情况下为线性X偏振)的各种波长λ下。已经通过数据拟合了曲线K(λ)，因此这种表示可以称为摆动曲线。如将理解的，不必生成曲线图，因为可以仅处理数据。可以为同一目标构建针对不同的单一偏振(例如，线性Y偏振)在各种波长下进行测量的类似的数据曲线图。在图9中，针对各种测量束波长绘制了叠层灵敏度和重叠灵敏度。另外，虽然这里的偏振是线性X偏振，但它可以是不同的偏振(诸如线性Y偏振、左旋椭圆偏振辐射、右旋椭圆偏振辐射等)。

强度指标可以是从检测到的强度导出的任何合适的指标，例如，强度不对称性、重叠灵敏度K或叠层灵敏度(SS)(也是信号对比度)。叠层灵敏度可以理解为由于目标(例如，光栅)层之间的衍射而导致的信号强度随着重叠变化而变化多少的量度。也就是说，在重叠的背景下，该叠层灵敏度检测重叠目标的上方周期性结构与下方周期性结构之间的对比度，从而表示上方周期性结构与下方周期性结构之间的衍射效率之间的平衡。因此，该叠层灵敏度是测量的灵敏度的示例量度。在实施例中，叠层灵敏度是强度不对称性和平均强度之间的比率。在实施例中，叠层灵敏度可以表示为SS＝KL/I_M，其中L是使用者定义的常数(例如，在实施例中，值L是20nm和/或是偏置d的值)，I_M是由目标衍射的测量束的平均强度。

图9的示例示出了作为波长λ的函数的重叠灵敏度K(λ)的摆动曲线，其中

A(λ)_+d和A(λ)_-d是作为波长的函数的强度不对称测量结果(分别对应于偏置+d和-d)，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。在特定的实施例中，该剂量因子可以包括作为波长函数的源强度和积分时间的乘积。

提出了使用这种摆动曲线来监测生产期间的测量有效性。监测测量有效性可以包括确定测量轮廓是否对于正在被测量的目标来说保持为最佳的(例如，在阈值容限内)。该方法可以包括将在生产期间获得的测量到的目标响应序列数据(例如，测量到的摆动曲线)与先前存储的参考目标响应序列数据(例如，参考摆动曲线)进行比较。当确定最佳目标-测量参数组合时，参考目标响应序列数据可以在之前的优化阶段中已获得，并且因此可以表示将在测量到该目标如所设计的那样(即，在叠层参数中具有很少或没有未设计的变化或误差)的情况下获得的目标响应序列数据。如果该比较示出了测量到的目标响应序列数据与参考目标响应序列数据相差太大，则可以确定，使用对应的测量轮廓根据先前确定的被优化的目标-测量参数组合对该目标的测量将是不可靠的，并采取校正动作。

在实施例中还提出，摆动曲线也可以用于监测生产期间的叠层参数(例如，一个或更多个层高度(即，层厚度)、折射率和/或吸收率)。这可以从任何情况下执行的(例如，μDBO)测量基本上“免费”地提供额外的过程监测数据，以监测重叠。对这种叠层参数进行测量的能力可以改善制造期间的过程控制。目前，使用多薄膜目标(不存在光栅)对这些测量以光学方式进行估计。然而，这需要在衬底上存在有价值的额外的区域，并且需要额外的时间来执行这些测量。

图10是根据实施例的方法的流程图。在步骤1000处，使用多个不同的测量轮廓(例如，在多个不同的测量辐射波长上)测量在衬底上的一个或更多个不同的部位处的一个或更多个(例如，类似的)目标。这些目标可以包括μDBO目标。优选地，对于每个目标，同时获得不同测量轮廓上的测量数据。例如，可以使用覆盖不同测量轮廓的宽带测量辐射来执行每个测量。宽带辐射可以包括连续光谱或多个不同的离散的波长(和/或偏振)。

在步骤1010处，将在步骤1000处获得的测量数据用于确定测量到的目标响应序列数据(例如，包括光谱序列的测量到的摆动曲线)。

在步骤1020处，将测量到的目标响应序列数据与参考目标响应序列数据1030(例如，包括光谱序列的参考摆动曲线)进行比较。该参考目标响应序列数据可以在之前的优化步骤中已获得，或者根据之前的测量获得，然后被存储，并且可以包括针对所设计的目标的响应序列数据。目标响应序列数据随叠层参数(例如，叠层的层厚度)的变化而变化，因此该比较表示实际测量到的目标与所设计的目标之间的差异程度。

在实施例中，步骤1020可以包括使用合适的比较算法来执行所述比较。合适的比较算法的示例是动态时间规整(DTW)算法，但是也可以使用其他算法。该比较的结果可以是描述测量到的目标响应序列数据与参考目标响应序列数据之间的相似程度的相似性指标或度量。

在步骤1040处，执行有效性检查以确定根据先前确定的被优化的目标-测量参数组合来执行的目标的测量是否有效。这可以包括将在步骤1030处确定的相似性指标与阈值相似性指标进行比较。如果该比较表明在步骤1020处比较的序列太不相似，则有效性检查是否定的(即，测量结果将是无效的，因为不可靠)，否则有效性检查将是肯定的，并且目标的测量可以用先前确定的被优化的目标-测量参数组合继续进行。无效的有效性检查表明叠层参数中的一个或更多个已经从所设计的叠层参数产生了显著变化；如果是这样的话，则基于如所设计的目标的任何先前已执行的测量轮廓的优化可能被视为是无效的。然后可以将此情况通知使用者并且提示执行另外的优化和/或目标选择或其他校正动作。在实施例中，可以在线执行另外的优化(假设有足够的样本)，以便基于摆动曲线峰值“当场”确定更新后的最佳测量轮廓。无效的有效性检查可以是在形成目标(因此在形成产品结构)的光刻过程中的过程漂移的指示，因此可以用作光刻过程中的校正动作的提示。

可选的阶段1050包括根据目标响应序列数据确定一个或更多个叠层参数的变化值。这包括使用用于叠层响应计算(如果可用)的合适的模型和初始叠层参数数据，以计算最佳地拟合观察到的摆动曲线偏移的模型。在步骤1060处，该阶段可以包括使用比较算法(例如，DTW)根据测量到的目标响应序列数据和参考目标响应序列数据来构建误差函数。在步骤1070处，初始叠层估计1075和合适的叠层响应模型被用于模拟该模型叠层的摆动曲线(被模拟的目标响应序列数据)。初始叠层估计1075可以基于如所设计的目标叠层，即，相关叠层参数可以是如所设计的那些叠层参数。

在步骤1080处，使用在步骤1070处定义的起始条件使来自步骤1060的误差函数最小化，以找到拟合该摆动曲线偏移的叠层参数。该步骤可以包括使用合适的优化算法。合适的优化算法的示例是Nelder-Mead Simplex算法。正在被最小化的误差可以包括测量到的摆动曲线与被模拟的摆动曲线(即，根据正在被最小化的模型得到的被模拟的目标响应序列数据)之间的差异。可替代地，正在被最小化的误差可以包括测量到的摆动曲线偏移(测量到的摆动曲线与参考摆动曲线之间的差异)与被模拟的摆动曲线偏移(被模拟的摆动曲线与参考摆动曲线之间的差异)之间的差异。在特定示例中，最小化可以包括最小化由比较(例如，DTW)算法找到的比较函数(规整函数)的L2范数(或其他合适的范数)。

总之，在本文中所描述的构思实现在线监测测量有效性，从而实现快速标记次优的(例如，μDBO)测量条件。这在具有许多过程变化的R&D环境中特别有用。这些构思还实现根据(已经例行执行的)重叠测量在线监测叠层参数变化，从而减少总量测时间。另外，基于摆动曲线峰值的在线轮廓优化是可能的(接受有限的空间采样)。如果摆动曲线形状中存在显著跳跃或变化，则可以当场生成新的最佳测量轮廓(假设有足够的样本)。原则上，没有必要停止生产并执行被运行完整的整体量测评定运行来选择新的轮廓。

使用目标进行的那些测量自然可以用于例如通过光刻过程创建器件。另外，除了用于使用目标校正所进行的测量之外，目标的非对称变形的量度可以用于目标的(重新)设计(例如，改变设计的布局)，可以用于形成目标的过程中(例如，材料的改变、印刷步骤或条件的改变等)，可以用于测量条件的制定(例如，依据测量束的波长、偏振、照射模式等对光学测量制定作出改变)等。

在以下经编号的方面中提供根据本发明的一些实施例：

1.一种过程监测方法，包括：

获得与由光刻过程形成在衬底上的一个或更多个目标对测量辐射的测量响应有关的测量到的目标响应序列数据，所述测量辐射包括多个测量轮廓；

获得与所设计的所述一个或更多个目标对所述测量辐射的测量响应有关的参考目标响应序列数据；

比较所述测量到的目标响应序列数据与参考目标响应序列数据；以及

基于所述测量到的目标响应序列数据与参考目标响应序列数据的比较来执行过程监测动作。

2.根据方面1所述的方法，其中，所述比较步骤包括确定与所述测量到的目标响应序列数据和所述参考目标响应序列数据的相似性有关的相似性指标。

3.根据方面2所述的方法，其中

所述比较步骤包括将所述相似性指标与阈值相似性指标进行比较；以及

所述执行过程监测动作的步骤包括基于所述相似性指标与所述阈值相似性指标的所述比较来确定测量有效性，所述测量有效性与使用具有对应的测量轮廓的测量辐射根据目标-测量参数组合对所述一个或更多个目标进行的测量的有效性有关。

4.根据方面3所述的方法，其中，所述目标-测量参数组合包括在之前的优化步骤中确定的被优化的目标-测量参数组合。

5.根据方面4所述的方法，还包括执行所述优化步骤。

6.根据方面4或5所述的方法，其中，在所述优化步骤中确定所述参考目标响应序列数据。

7.根据方面3至6中任一方面所述的方法，其中，在所述相似性指标与所述阈值相似性指标的所述比较指示太大的不相似性的情况下，所述测量有效性被认为是无效的，否则所述测量有效性被认为是有效的。

8.根据方面7所述的方法，其中，在所述测量有效性被认为是无效的情况下，所述执行过程监测动作的步骤包括执行优化更新步骤以确定针对所测量的所述一个或更多个目标进行优化的测量轮廓。

9.根据方面8所述的方法，其中，所述优化更新步骤包括基于所述测量到的目标响应序列数据的在线测量轮廓优化。

10.根据方面7、8或9所述的方法，其中，在所述测量有效性被认为是无效的情况下，所述执行过程监测动作的步骤包括选择不同的一个或更多个目标以供测量。

11.根据方面7至10中任一方面所述的方法，其中，在所述测量有效性被认为是无效的情况下，所述执行过程监测动作的步骤包括对所述光刻过程执行校正动作。

12.根据任一前述方面所述的方法，其中，使用动态时间规整算法来执行所述将所述测量到的目标响应序列数据与所述参考目标响应序列数据进行比较的步骤。

13.根据任一前述方面所述的方法，其中，所述测量到的目标响应序列数据和参考目标响应序列数据每个包括描述所述目标响应随测量辐射波长的变化的数据。

14.根据任一前述方面所述的方法，其中，依据强度指标来确定所述测量到的目标响应序列数据和参考目标响应序列数据。

15.根据方面14所述的方法，其中，所述强度指标包括从对应的成对的非零衍射阶之间的强度差导出的强度不对称性指标。

16.根据方面15所述的方法，其中，所述强度不对称性指标包括重叠灵敏度，所述重叠灵敏度包括在目标的周期性结构之间的重叠偏移的函数与所述强度差之间的关系中的比例常数。

17.根据方面15所述的方法，其中，所述强度不对称性指标包括叠层灵敏度，其中叠层灵敏度是所述重叠灵敏度与测量到的平均强度的比率，所述重叠灵敏度包括在目标的周期性结构之间的重叠偏移的函数与所述强度差之间的关系中的比例常数。

18.根据任一前述方面所述的方法，还包括根据所述测量到的目标响应序列数据确定在所述衬底上形成的所述一个或更多个目标的一个或更多个叠层参数的值。

19.根据方面18所述的方法，其中，所述确定一个或更多个叠层参数的值包括：

确定至少部分地由所述叠层参数参数化的合适的目标模型；

执行所述目标模型的被模拟的测量以获得被模拟的目标响应序列数据；以及

最小化所述被模拟的目标响应序列数据与所述测量到的目标响应序列数据之间的差异。

20.根据方面19所述的方法，其中，所述最小化步骤包括设计误差函数用于最小化所述被模拟的目标响应序列数据与所述测量到的目标响应序列数据之间的差异。

21.根据方面18至20中任一方面所述的方法，其中，所述一个或更多个叠层参数包括所述目标中所包括的层的至少一个层高度。

22.根据方面18至20中任一方面所述的方法，其中，所述一个或更多个叠层参数包括所述目标中所包括的不同层的多个层高度。

23.根据任一前述方面所述的方法，其中，所述测量到的目标响应序列数据与所述一个或更多个目标的一个或更多个暗场测量有关，其中在图像平面中检测所述至少一个对应的成对的非零衍射阶。

24.根据任一前述方面所述的方法，其中，所述一个或更多个目标中的每一个各自包括至少两个子目标，每个子目标具有被施加的不同的重叠偏置。

25.根据任一前述方面所述的方法，包括执行所述一个或更多个目标的测量以获得所述测量到的目标响应序列数据。

26.一种量测设备，包括：

照射系统，所述照射系统被配置成使用测量辐射照射由光刻过程形成在衬底上的一个或更多个目标，所述测量辐射包括多个测量轮廓；

检测系统，所述检测系统被配置成检测由对所述一个或更多个目标的照射引起的散射辐射；以及

处理器，所述处理器能够操作，以：

从所述检测到的散射辐射导出测量到的目标响应序列数据；以及

将所述测量到的目标响应序列数据与参考目标响应序列数据进行比较，所述参考目标响应序列数据与所设计的所述一个或更多个目标对所述测量辐射的测量响应有关。

27.根据方面26所述的量测设备，所述量测设备能够操作，以基于所述测量到的目标响应序列数据与参考目标响应序列数据的比较来执行过程监测动作。

28.根据方面27所述的量测设备，其中，所述处理器能够操作，以通过确定与所述测量到的目标响应序列数据和所述参考目标响应序列数据的相似性有关的相似性指标来执行所述比较。

29.根据方面28所述的量测设备，其中，所述处理器能够操作，以：

通过将所述相似性指标与阈值相似性指标进行比较来执行所述比较；以及

基于所述相似性指标与所述阈值相似性指标的所述比较来确定测量有效性，所述测量有效性与使用具有对应的测量轮廓的测量辐射根据目标-测量参数组合对所述一个或更多个目标进行的测量的有效性有关。

30.根据方面29所述的量测设备，其中，所述目标-测量参数组合包括预定的被优化的目标-测量参数组合。

31.根据方面30所述的量测设备，所述量测设备能够操作，以优化所述目标-测量参数组合。

32.根据方面29、30或31所述的量测设备，其中，所述处理器能够操作，以：在所述相似性指标与所述阈值相似性指标的所述比较指示太大的不相似性的情况下，认为所述测量有效性是无效的，否则认为所述测量有效性是有效的。

33.根据方面32所述的量测设备，其中，在所述测量有效性被认为是无效的情况下，所述处理器能够操作，以执行优化更新，以确定针对所测量的所述一个或更多个目标进行优化的测量轮廓。

34.根据方面33所述的量测设备，其中，所述优化更新包括基于所述测量到的目标响应序列数据的在线测量轮廓优化。

35.根据方面32、33或34所述的量测设备，其中，在所述测量有效性被认为是无效的情况下，所述处理器能够操作，以选择不同的一个或更多个目标以供测量。

36.根据方面32至35中任一方面所述的量测设备，其中，在所述测量有效性被认为是无效的情况下，所述处理器能够操作，以确定针对所述光刻过程的校正。

37.根据方面26至36中任一方面所述的量测设备，其中，使用动态时间规整算法来执行将所述测量到的目标响应序列数据与所述参考目标响应序列数据进行比较的步骤。

38.根据方面26至37中任一方面所述的量测设备，其中，所述测量到的目标响应序列数据和参考目标响应序列数据每个包括描述所述目标响应随测量辐射波长的变化的数据。

39.根据方面26至38中任一方面所述的量测设备，其中，所述处理器能够操作，以依据强度指标来确定所述测量到的目标响应序列数据和参考目标响应序列数据。

40.根据方面39所述的量测设备，其中，所述强度指标包括强度不对称性指标，并且所述处理器能够操作，以从对应的成对的非零衍射阶之间的强度差导出所述强度不对称性指标。

41.根据方面40所述的量测设备，其中，所述强度不对称性指标包括重叠灵敏度，所述重叠灵敏度包括在目标的周期性结构之间的重叠偏移的函数与所述强度差之间的关系中的比例常数。

42.根据方面40所述的量测设备，其中，所述强度不对称性指标包括叠层灵敏度，其中叠层灵敏度是所述重叠灵敏度与测量到的平均强度的比率，所述重叠灵敏度包括在目标的周期性结构之间的重叠偏移的函数与所述强度差之间的关系中的比例常数。

43.根据方面26至42中任一方面所述的量测设备，其中，所述处理器能够操作，以根据所述测量到的目标响应序列数据确定在所述衬底上形成的所述一个或更多个目标的一个或更多个叠层参数的值。

44.根据方面43所述的量测设备，其中，所述处理器能够操作，以：

确定至少部分地由所述叠层参数参数化的合适的目标模型；

执行所述目标模型的被模拟的测量以获得被模拟的目标响应序列数据；以及

最小化所述被模拟的目标响应序列数据与所述测量到的目标响应序列数据之间的差异，以确定所述一个或更多个叠层参数。

45.根据方面44所述的量测设备，其中，所述处理器能够操作，以设计误差函数用于最小化所述被模拟的目标响应序列数据与所述测量到的目标响应序列数据之间的差异。

46.根据方面43至45中任一方面所述的量测设备，其中，所述一个或更多个叠层参数包括所述目标中所包括的层的至少一个层高度。

47.根据方面43至45中任一方面所述的量测设备，其中，所述一个或更多个叠层参数包括所述目标中所包括的不同层的多个层高度。

48.根据方面26至47中任一方面所述的量测设备，所述量测设备能够操作，以执行所述一个或更多个目标的一个或更多个暗场测量，其中所述散射辐射包括由所述检测系统在图像平面中检测的至少一个对应的成对的非零衍射阶。

49.根据方面26至48中任一方面所述的量测设备，其中，所述一个或更多个目标中的每一个各自包括至少两个子目标，每个子目标具有被施加的不同的重叠偏置。

50.一种计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令能够操作，以在合适的设备上运行时执行根据方面1至25中任一方面所述的方法。

51.一种非暂时性计算机程序载体，所述非暂时性计算机程序载体包括根据方面50所述的计算机程序。

尽管上文已经具体参考了在光学光刻术的背景下使用本发明的实施例，但是应当理解，本发明可以用于其他应用，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，图案形成装置中的形貌限定了在衬底上产生的图案。图案形成装置的形貌可以被压制到提供给衬底上的抗蚀剂层中，于是抗蚀剂通过应用电磁辐射、热、压力或者它们的组合被固化。在抗蚀剂被固化之后该图案形成装置被移出抗蚀剂，在其中留下图案。

在本文中所使用的术语“辐射”和“束”包括全部类型的电磁辐射，包括：紫外(UV)辐射(例如具有或约为365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有在5-20nm范围内的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。

在上下文允许的情况下，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。

以上对具体实施例的描述将揭示本发明的实施例的一般性质，使得在不背离本发明的整体构思且没有过度的试验的情况下其他人可以通过应用本领域内的知识针对各种应用轻易地修改和/或调适这些具体的实施例。因此，基于本文给出的教导和指导，这样的调适和修改旨在落入所公开的实施例的等同物的含义和范围内。应该理解的是，这里的措辞或术语是出于举例描述的目的而不是限制性的，因此本说明书中的术语或措辞应该由本领域的技术人员根据所述教导和指导进行解释。

本发明的广度和范围不应该受到上述任何的示例性实施例的限制，而应该仅由随附的权利要求书及其等同物来限定。

Claims (20)

1.一种过程监测方法，包括：

获得与由光刻过程形成在衬底上的一个或更多个目标对测量辐射的测量响应有关的测量到的目标响应序列数据，所述测量辐射包括多个测量轮廓，其中所述测量到的目标响应序列数据描述在所述多个测量轮廓中具有变化的情况下，所述一个或更多个目标的所述测量响应的变化；

获得与所设计的所述一个或更多个目标对所述测量辐射的测量响应有关的参考目标响应序列数据，其中所述参考目标响应序列数据描述在没有非设计变化的情况下，所述一个或更多个目标的响应于设计的多个测量轮廓的优化的测量响应；

比较所述测量到的目标响应序列数据与参考目标响应序列数据；以及

基于所述测量到的目标响应序列数据与参考目标响应序列数据的比较来确定测量有效性。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述比较步骤包括确定与所述测量到的目标响应序列数据和所述参考目标响应序列数据的相似性有关的相似性指标。

3.如权利要求2所述的方法，其中，

所述比较步骤包括将所述相似性指标与阈值相似性指标进行比较；并且

所述确定测量有效性的步骤包括基于所述相似性指标与所述阈值相似性指标的所述比较来确定所述测量有效性，所述测量有效性与使用具有对应的测量轮廓的测量辐射根据目标-测量参数组合对所述一个或更多个目标进行的测量的有效性有关。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述目标-测量参数组合包括在之前的优化步骤中确定的被优化的目标-测量参数组合。

5.如权利要求4所述的方法，还包括执行所述优化步骤。

6.如权利要求4所述的方法，其中，在所述优化步骤中确定所述参考目标响应序列数据。

7.如权利要求3至6中任一项所述的方法，其中，在所述相似性指标与所述阈值相似性指标的所述比较指示太大的不相似性的情况下，所述测量有效性被认为是无效的，否则所述测量有效性被认为是有效的。

8.如权利要求7所述的方法，还包括，在所述测量有效性被认为是无效的情况下，执行优化更新步骤以确定针对所测量的所述一个或更多个目标进行优化的测量轮廓。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述优化更新步骤包括基于所述测量到的目标响应序列数据的在线测量轮廓优化。

10.如权利要求7所述的方法，还包括，在所述测量有效性被认为是无效的情况下，选择不同的一个或更多个目标以供测量。

11.如权利要求7所述的方法，还包括，在所述测量有效性被认为是无效的情况下，包括对所述光刻过程执行校正动作。

12.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，使用动态时间规整算法来执行所述将所述测量到的目标响应序列数据与所述参考目标响应序列数据进行比较的步骤。

13.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述测量到的目标响应序列数据和参考目标响应序列数据每个包括描述所述目标响应随测量辐射波长的变化的数据。

14.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，依据强度指标来确定所述测量到的目标响应序列数据和参考目标响应序列数据。

15.如权利要求14所述的方法，其中，所述强度指标包括从对应的成对的非零衍射阶之间的强度差导出的强度不对称性指标。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述强度不对称性指标包括重叠灵敏度，所述重叠灵敏度包括在目标的周期性结构之间的重叠偏移的函数与所述强度差之间的关系中的比例常数。

17.如权利要求15所述的方法，其中，所述强度不对称性指标包括叠层灵敏度，其中所述叠层灵敏度是所述重叠灵敏度与测量到的平均强度的比率，所述重叠灵敏度包括在目标的周期性结构之间的重叠偏移的函数与所述强度差之间的关系中的比例常数。

18.一种量测设备，包括：

照射系统，所述照射系统被配置成使用测量辐射照射由光刻过程形成在衬底上的一个或更多个目标，所述测量辐射包括多个测量轮廓；

检测系统，所述检测系统被配置成检测由对所述一个或更多个目标的照射引起的散射辐射；以及

处理器，所述处理器能够操作，以：

从所述检测到的散射辐射导出测量到的目标响应序列数据，其中所述测量到的目标响应序列数据描述在所述多个测量轮廓中具有变化的情况下，所述一个或更多个目标的所述测量响应的变化；

将所述测量到的目标响应序列数据与参考目标响应序列数据进行比较，所述参考目标响应序列数据与所设计的所述一个或更多个目标对所述测量辐射的测量响应有关，其中所述参考目标响应序列数据描述在没有非设计变化的情况下，所述一个或更多个目标的响应于设计的多个测量轮廓的优化的测量响应，以及

基于所述测量到的目标响应序列数据与参考目标响应序列数据的比较来确定测量有效性。

19.一种存储有计算机程序的介质，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令能够操作，以在合适的设备上运行时执行根据权利要求1至17中任一项所述的方法。

20.一种非暂时性计算机程序载体，所述非暂时性计算机程序载体包括计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令能够操作，以在合适的设备上运行时执行根据权利要求1至17中任一项所述的方法。

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