測量非對稱性的方法、檢查設備、光刻系統(tǒng)及器件制造方法與流程
相關申請的交叉引用
本申請要求于2014年12月19日提交的ep申請14199200.8的優(yōu)選權(quán)，該申請通過整體引用并入本文。
本發(fā)明涉及可用于例如通過光刻技術來制造器件的用于量測的方法和設備，并且涉及使用光刻技術來制造器件的方法。
背景技術：
光刻設備是將所需圖案施加到襯底上(通常施加到襯底的目標部分上)的機器。光刻設備可以用于例如制造集成電路(ic)。在這種情況下，圖案形成裝置(其替代地被稱為掩?；蛘哐谀０?可以用于生成待形成在ic的單獨層上的電路圖案?？梢詫⒃搱D案轉(zhuǎn)移到襯底(例如，硅晶片)上的目標部分(例如，包括裸片的一部分、一個裸片或者多個裸片)上。通常經(jīng)由成像到設置在襯底上的輻射敏感材料(抗蝕劑)層上來轉(zhuǎn)移圖案。一般而言，單個襯底將包含相繼被圖案化的相鄰目標部分的網(wǎng)絡。
在光刻工藝中，需要頻繁地對所創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)進行測量，例如，以用于工藝控制和驗證。用于進行這種測量的各種工具是已知的，包括通常用于測量臨界尺寸(cd)的掃描電子顯微鏡、以及用于測量器件中的兩層的重疊(對準精度)的專用工具。近來，已經(jīng)開發(fā)了用于光刻領域的各種形式的散射儀。這些裝置將輻射束引導至目標上并且測量經(jīng)散射的輻射的一個或者多個屬性，例如，隨波長而變化的在單個反射角處的強度、隨反射角而變化的在一個或者多個波長處的強度、或者隨反射角而變化的偏振，以獲得可以根據(jù)其來確定目標的感興趣的屬性的衍射“光譜”。
已知散射儀的示例包括us2006033921a1和us2010201963a1中所描述的類型的角分辨散射儀。由這種散射儀使用的目標是相對大的(例如，40μm乘以40μm)光柵，并且測量光束生成小于光柵的斑點(即，光柵是欠填充的)。除了通過重構(gòu)進行特征形狀的測量之外，也可以使用這種設備來測量基于衍射的重疊，如已公布專利申請us2006066855a1中所描述的。使用對衍射階的暗場成像的基于衍射的重疊量測使得能夠測量較小目標上的重疊和其它參數(shù)。這些目標可以小于照射斑點并且可以由襯底上的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圍繞。利用圖像平面中的暗場檢測，來自環(huán)境產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的強度可以與來自重疊目標的強度有效地分開。
可以在專利申請us20100328655a1和us2011069292a1中找到暗場成像量測的示例，上述文檔通過整體引用并入本文。已公布專利公開us20110027704a、us20110043791a、us2011102753a1、us20120044470a、us20120123581a、us20120242970a1、us20130258310a、us20130271740a和wo2013178422a1中已經(jīng)描述了該技術的進一步發(fā)展。通常，在這些方法中，需要測量作為目標的屬性的非對稱性。目標可以被設計為使得非對稱性的測量可用于獲得各種性能參數(shù)(諸如重疊、聚焦或者劑量)的測量。通過使用散射儀檢測衍射光譜的相反部分之間的強度差異來測量目標的非對稱性。例如，可以對+1衍射階和-1衍射階的強度進行比較以獲得非對稱性的測量。
在這些先前專利申請中的一些中，提出使用不同的照射模式和/或不同的圖像檢測模式執(zhí)行暗場量測，以從目標內(nèi)的周期性結(jié)構(gòu)(光柵)獲得+1衍射階和-1衍射階。另一方面，這些方法易受在不同模式中使用的光學路徑的非對稱性影響，這將在測量目標的非對稱性時導致誤差。因此，盡管可以應用準確的校準和校正來減小這些誤差，但是一般情況為如果在相同的照射和檢測條件下測量目標兩次則獲得最佳重疊測量結(jié)果。為此，在測量之間旋轉(zhuǎn)襯底180度以依次獲得-1衍射階強度和+1衍射階強度。因此，這種非對稱測量模式可以被稱為晶片旋轉(zhuǎn)模式。將完全相同的光學路徑用于兩次測量確保了所測量的強度之間的任何差異均歸因于目標形狀，而非散射儀的屬性。
雖然使用晶片旋轉(zhuǎn)模式基本上消除了歸因于儀器的非對稱性的誤差，但是其它誤差源仍然可以存在。這些誤差源中的一個由散射儀的光學系統(tǒng)內(nèi)的雜散光或者“虛像”反射引起。照射輻射和不需要的零階輻射進入光學系統(tǒng)。取決于目標和條件(諸如，波長和特定目標結(jié)構(gòu)、底層結(jié)構(gòu)以及工藝)，這些不需要的信號相對于用于測量的所需的較高階衍射信號可以是強的。因此，投入極大注意力和費用以使內(nèi)部反射和散射最小化。當然，任何光學界面在某種程度上均為反射的。將采用抗反射涂層，但是這些涂層無法完全起作用，尤其當寬范圍的波長用于測量時。表面的刮痕和污染也將導致散射和雜散光。因此，對于硬件設計者、制造商和這些儀器的操作者而言，獲得跨越寬范圍的波長的最佳非對稱性測量仍是極大的挑戰(zhàn)。
技術實現(xiàn)要素：
需要提供用于暗場量測(例如，測量目標光柵中的非對稱性和/或重疊)的方法和設備，其中，可以獲得高準確度而不進一步增加設計、制造和操作成本。發(fā)明人已經(jīng)認識到，通過使用已知硬件，可以通過包括對雜散光的數(shù)學校正相對于先前公布的技術提高準確度。
在第一方面中，本發(fā)明提供了一種測量通過光刻工藝形成在襯底上的周期性結(jié)構(gòu)的非對稱性的方法，所述方法包括以下步驟：
第一測量步驟，該第一測量步驟包括在利用輻射對結(jié)構(gòu)進行照射時，形成并且檢測周期性結(jié)構(gòu)的第一圖像，第一圖像是使用經(jīng)衍射的輻射的第一選擇部分形成的；
第二測量步驟，該第二測量步驟包括在利用輻射對結(jié)構(gòu)進行照射時，形成并且檢測周期性結(jié)構(gòu)的第二圖像，第二圖像是使用經(jīng)衍射的輻射的第二選擇部分形成的，第二選擇部分在周期性結(jié)構(gòu)的衍射光譜中與第一部分對稱地相對；以及
基于從檢測到的第一圖像和第二圖像導出的強度值來計算周期性結(jié)構(gòu)中的非對稱性測量，
其中，在計算非對稱性測量的步驟中，包括用于減小在第一測量步驟和第二測量步驟中產(chǎn)生的雜散輻射的影響的校正。
為了促進校正，在一些實施例中，該方法進一步包括對與第一測量步驟和第二測量步驟相同的襯底和/或類似的襯底執(zhí)行的多個校準測量步驟，校正是基于所述校準測量步驟的結(jié)果的。所需校正可以在很大程度上依賴于應用于單獨襯底和目標的結(jié)構(gòu)和工藝?？梢詫Ω鱾€襯底、各批次的襯底或者具有相似的類型和工藝歷史的所有襯底進行校準測量。可以針對不同的測量條件(例如，不同波長)進行校準測量，并且輻射的偏振可能需要非常不同的量的校正。
在一些實施例中，校準測量包括對至少第一周期性結(jié)構(gòu)和第二周期性結(jié)構(gòu)的測量，第一周期性結(jié)構(gòu)和第二周期性結(jié)構(gòu)是利用非對稱性相關參數(shù)的已知偏差形成的。具有重疊或者感興趣的其它參數(shù)的不同偏差的結(jié)構(gòu)可以用作典型目標的一部分，或者可以被特定設置以用于校準。
例如，校準測量可以包括：
在通過第一光學路徑對襯底進行照射時，利用相對于測量光學系統(tǒng)處于第一定向的襯底進行的第一校準測量；
在通過第一光學路徑對襯底進行照射時，利用相對于測量光學系統(tǒng)處于第二定向的襯底進行的第二校準測量；
在通過第二光學路徑對襯底進行照射時，利用處于第一定向的襯底進行的第三校準測量；以及
在通過第二光學路徑對襯底進行照射時，利用處于第二定向的襯底進行的第四校準測量。
在一個實施例中，對至少第一周期性結(jié)構(gòu)和第二周期性結(jié)構(gòu)中的每一個進行第一校準測量、第二校準測量、第三校準測量和第四校準測量，第一周期性結(jié)構(gòu)和第二周期性結(jié)構(gòu)是利用非對稱性相關參數(shù)的已知偏差形成的。
在一些實施例中，本發(fā)明通過使用足夠小而能全部納入測量光學系統(tǒng)的視野內(nèi)的結(jié)構(gòu)來同時測量若干周期性結(jié)構(gòu)的非對稱性。例如，該視野可以由照射斑點大小限定。
可以利用相對于測量光學系統(tǒng)處于第一定向的襯底執(zhí)行第一測量步驟，并且利用處于第二定向的襯底執(zhí)行第二測量步驟。因此，可以在所謂的晶片旋轉(zhuǎn)模式測量中應用對雜散光的校正。
另外，可以在其它模式中應用對雜散光的校正，例如，在利用相對于測量光學系統(tǒng)處于第一定向的襯底執(zhí)行第一和第二測量步驟的模式中，第一測量步驟使用測量光學系統(tǒng)內(nèi)的第一光學路徑，并且第二測量步驟使用第二光學路徑。
該方法可以進一步包括：基于針對多個周期性結(jié)構(gòu)通過該方法確定的非對稱性來計算所述光刻工藝的性能參數(shù)。性能參數(shù)可以是例如重疊、聚焦或者劑量。
本發(fā)明進一步提供了一種檢查設備，其被配置用于測量襯底上的周期性結(jié)構(gòu)的非對稱性，該檢查設備包括：
照射裝置，該照射裝置可操作用于將經(jīng)調(diào)節(jié)的輻射束傳送至襯底以用于在測量步驟中使用；
檢測裝置，該檢測裝置可操作用于在這種測量步驟期間使用從襯底衍射的輻射形成并且檢測襯底的相應圖像，照射裝置和檢測裝置形成測量光學系統(tǒng)；以及
光闌裝置，該光闌裝置位于檢測裝置內(nèi)，
襯底支撐件，該襯底支撐件可操作用于相對于照射裝置和檢測裝置以至少第一定向和第二定向支撐襯底；
其中，照射裝置、光闌裝置和襯底支撐件一起可操作用于選擇經(jīng)衍射的輻射的衍射光譜的哪一部分對每個圖像產(chǎn)生貢獻，
以及其中，該設備進一步包括控制器，該控制器被編程為使設備通過如上所述的根據(jù)本發(fā)明的方法獲得周期性結(jié)構(gòu)的經(jīng)校正的非對稱性測量。
以此方式，不僅可以在新設備中，而且可以通過對現(xiàn)有光學硬件進行適當?shù)目刂苼響脤﹄s散光的校正。在沒有改善的硬件設計和維護的預期費用的情況下，可以獲得改善的測量。
本發(fā)明進一步提供了一種計算機程序產(chǎn)品，該計算機程序產(chǎn)品包括用于使可編程處理裝置實施如上所述的根據(jù)本發(fā)明的方法的機器可讀指令。例如，機器可讀指令可以體現(xiàn)在非瞬態(tài)存儲介質(zhì)中。
本發(fā)明進一步提供了一種光刻系統(tǒng)，該光刻系統(tǒng)包括如上所述的根據(jù)本發(fā)明的光刻設備和檢查設備。
本發(fā)明進一步提供了一種制造器件的方法，其中，使用光刻工藝將器件圖案施加至一系列襯底，該方法包括：使用如上所述的根據(jù)本發(fā)明的方法來測量至少一個周期性結(jié)構(gòu)的非對稱性，并且基于非對稱性測量的結(jié)果來控制用于后續(xù)襯底的光刻工藝，該至少一個周期性結(jié)構(gòu)形成為至少一個所述襯底上的所述器件圖案的一部分或者形成在至少一個所述襯底上的所述器件圖案旁邊。
下面參照附圖詳細地描述本發(fā)明的進一步的特征和優(yōu)點、以及本發(fā)明的各個實施例的結(jié)構(gòu)和操作。應該注意，本發(fā)明并不限于本文中所描述的特定實施例。本文中僅僅出于說明性目的而呈現(xiàn)這些實施例。基于本文中所包含的教導，附加實施例對于(多個)相關領域的技術人員而言是顯而易見的。
附圖說明
現(xiàn)在將參照附圖借由示例來描述本發(fā)明的實施例，在附圖中：
圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的光刻設備；
圖2描繪了包括根據(jù)本發(fā)明的實施例的檢查設備的光刻單元或者簇；
圖3包括(a)根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的檢查設備的示意圖、(b)處于第一定向的襯底和目標的表示、(c)處于第二定向的襯底和目標的表示、(d)利用處于第一定向的襯底捕獲+1衍射階的示意性說明、(e)利用處于第二定向的襯底捕獲-1衍射階的示意性說明、以及(f)根據(jù)所捕獲的+1和-1衍射階的強度計算非對稱性的示例；
圖4描繪了(a)已知形式的目標和襯底上的測量斑點的輪廓、(b)在圖3的檢查設備中獲得的目標的圖像、以及(c)根據(jù)使用這種圖像進行的非對稱性測量計算的作為感興趣的參數(shù)的重疊的計算；
圖5圖示了可以在使用圖3和圖4的設備的非對稱性測量中應用的校準測量和校正步驟的原理；
圖6是使用圖5的原理測量經(jīng)校正的非對稱性測量的方法的流程圖；
圖7示出了適用于不同操作模式的圖3的設備；以及
圖8圖示了適用于圖7所示的操作模式的圖5的校準測量和校正步驟的原理。
具體實施方式
在詳細地描述本發(fā)明的實施例之前，呈現(xiàn)可供實施本發(fā)明的實施例的示例環(huán)境是有指導性的。
圖1示意地描繪了光刻設備la。該設備包括：照射系統(tǒng)(照射器)il，其被配置為調(diào)節(jié)輻射束b(例如，uv輻射或者duv輻射)；圖案形成裝置支撐件或者支撐結(jié)構(gòu)(例如，掩模臺)mt，其被構(gòu)造為支撐圖案形成裝置(例如，掩模)ma，并且連接至被配置為根據(jù)某些參數(shù)來準確地定位圖案形成裝置的第一定位器pm；兩個襯底臺(例如，晶片臺)wta和wtb，均被構(gòu)造為保持襯底(例如，涂有抗蝕劑的晶片)w，并且均連接至被配置為根據(jù)某些參數(shù)來準確地定位襯底的第二定位器pw；以及投影系統(tǒng)(例如，折射投影透鏡系統(tǒng))ps，其被配置為將由圖案形成裝置ma賦予輻射束b的圖案投影到襯底w的目標部分c(例如，包括一個或者多個裸片)上。參考框架rf連接各種部件，并且充當用于設置和測量圖案形成裝置和襯底的位置以及圖案形成裝置和襯底上的特征的位置的參考。
照射系統(tǒng)可以包括用于引導、成形或者控制輻射的各種類型的光學部件，諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電或者其它類型的光學部件，或者其任何組合。
圖案形成裝置支撐件以取決于圖案形成裝置的定向、光刻設備的設計和其它條件(諸如，圖案形成裝置是否被保持在真空環(huán)境中)的方式來保持圖案形成裝置。圖案形成裝置支撐件可以呈多種形式。圖案形成裝置支撐件可以確保圖案形成裝置例如相對于投影系統(tǒng)處于需要的位置。
本文中所使用的術語“圖案形成裝置”應該被廣義地解釋為指代可以用于在輻射束的截面中向輻射束賦予圖案以便在襯底的目標部分中創(chuàng)建圖案的任何裝置。應該注意，被賦予輻射束的圖案可能未必準確地對應于襯底的目標部分中的需要的圖案，例如在該圖案包括相移特征或者所謂的輔助特征的情況下。一般而言，被賦予輻射束的圖案將對應于目標部分中所創(chuàng)建的器件(諸如，集成電路)中的特定功能層。
如此處所描繪的，設備是透射型的(例如，采用透射圖案形成裝置)?？商娲?，設備可以是反射型的(例如，采用如上文所提及的類型的可編程反射鏡陣列，或者采用反射掩模)。圖案形成裝置的示例包括掩模、可編程反射鏡陣列和可編程lcd面板?？梢哉J為本文中對術語“掩模版”或者“掩模”的任何使用都與更廣義術語“圖案形成裝置”同義。術語“圖案形成裝置”也可以被解釋為指代以數(shù)字形式存儲用于控制這種可編程圖案形成裝置的圖案信息的裝置。
本文中所使用的術語“投影系統(tǒng)”應該被廣義地解釋為涵蓋任何類型的投影系統(tǒng)，包括折射、反射、反射折射、磁性、電磁和靜電光學系統(tǒng)，或者其任何組合，如針對所使用的曝光輻射或者適于諸如浸沒液體的使用或者真空的使用等其它因素所適當?shù)??？梢哉J為本文中對術語“投影透鏡”的任何使用都與更廣義術語“投影系統(tǒng)”同義。
光刻設備也可以是以下類型的：其中，襯底的至少一部分可以由具有相對高折射率的液體(例如，水)覆蓋，以便填充投影系統(tǒng)與襯底之間的空間。也可以將浸沒液體應用于光刻設備中的其它空間，例如掩模與投影系統(tǒng)之間的空間。浸沒技術在本領域中被熟知用于增加投影系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。
在操作中，照射器il接收來自輻射源so的輻射束。例如，當源是準分子激光器時，源和光刻設備可以是分離的實體。在這種情況下，源不視為形成光刻設備的一部分，并且輻射束借助于光束傳送系統(tǒng)bd而從源so傳遞至照射器il，光束傳遞系統(tǒng)bd包括例如合適的引導反射鏡和/或擴束器。在其它情況下，例如，當源是汞燈時，源可以是光刻設備的整體部分。如果需要，可以將源so和照射器il連同光束傳送系統(tǒng)bd一起稱為輻射系統(tǒng)。
照射器il可以例如包括用于調(diào)節(jié)輻射束的角強度分布的調(diào)節(jié)器ad、積分器in和聚光器co。照射器可以用于調(diào)節(jié)輻射束，以在其截面中具有需要的均勻性和強度分布。
輻射束b入射在被保持在圖案形成裝置支撐件mt上的圖案形成裝置ma上，并且由該圖案形成裝置圖案化。在已經(jīng)橫穿圖案形成裝置(例如，掩模)ma的情況下，輻射束b穿過投影系統(tǒng)ps，該投影系統(tǒng)ps將光束聚焦到襯底w的目標部分c上。借助于第二定位器pw和位置傳感器if(例如，干涉測量裝置、線性編碼器、2-d編碼器或者電容式傳感器)，可以準確地移動襯底臺wta或者wtb，例如，以便將不同目標部分c定位在輻射束b的路徑中。類似地，第一定位器pm和另一位置傳感器(其未在圖1中明確地描繪)可以用于例如在從掩模庫機械檢索之后或者在掃描期間相對于輻射束b的路徑來準確地定位圖案形成裝置(例如，掩模)ma。
可以通過使用掩模對準標記m1、m2和襯底對準標記p1、p2來對準圖案形成裝置(例如，掩模)ma和襯底w。盡管所說明的襯底對準標記占據(jù)專用目標部分，但是這些標記可以位于目標部分之間的空間中(這些標記被稱為劃道對準標記)。類似地，在一個以上裸片設置在圖案形成裝置(例如，掩模)ma上的情況下，掩模對準標記可以位于這些裸片之間。小對準標記也可以被包括在裸片內(nèi)、在器件特征之間，在這種情況下，需要使這些標記盡可能地小并且相比于相鄰特征無需任何不同成像或者工藝條件。下文中進一步描述檢測對準標記的對準系統(tǒng)。
可以按照各種模式來使用所描繪的設備。在掃描模式下，在將被賦予輻射束的圖案投影到目標部分c上時，同步地掃描圖案形成裝置支撐件(例如，掩模臺)mt和襯底臺wt(即，單次動態(tài)曝光)?？梢酝ㄟ^投影系統(tǒng)ps的放大率(縮小率)和圖像反轉(zhuǎn)特性來確定襯底臺wt相對于圖案形成裝置支撐件(例如，掩模臺)mt的速度和方向。在掃描模式下，曝光場的最大大小限制單次動態(tài)曝光中的目標部分的寬度(在非掃描方向上)，而掃描運動的長度確定目標部分的高度(在掃描方向上)。如在本領域中所熟知的，其它類型的光刻設備和操作模式也是可能的。例如，步進模式是已知的。在所謂的“無掩模”光刻中，可編程圖案形成裝置被保持靜止但是具有改變的圖案，并且襯底臺wt被移動或者掃描。
也可以采用上面所描述的使用模式的組合和/或變化或者完全不同的使用模式。
光刻設備la是所謂的雙平臺型的，其具有兩個襯底臺wta、twb和兩個站(即曝光站exp和測量站mea)，可以在該曝光站與該測量站之間交換襯底臺。在曝光站處曝光一個襯底臺上的一個襯底時，可以在測量站處將另一襯底裝載到另一襯底臺上并且執(zhí)行各種預備步驟。這使得能夠?qū)崿F(xiàn)設備的吞吐量的顯著度增加。預備步驟可以包括使用水平傳感器ls來繪圖襯底的表面高度輪廓以及使用對準傳感器as來測量襯底上的對準標記的位置。如果位置傳感器if在襯底臺處于測量處站以及處于曝光站處時不能夠測量襯底臺的位置，則可以提供第二位置傳感器以使得能夠在兩個站處追蹤襯底臺相對于參考框架rf的位置。其它布置是已知的并且可代替所示的雙平臺布置使用。例如，設置有襯底臺和測量臺的其它光刻設備是已知的。這些臺在執(zhí)行預備測量時被停靠在一起，并且然后在襯底臺經(jīng)歷曝光時分離。
如圖2所示，光刻設備la形成光刻單元lc(有時也被稱為光刻單元或者簇)的部分，該光刻單元lc也包括用于對襯底進行曝光前工藝和曝光后工藝的設備。傳統(tǒng)地，這些設備包括用于沉積抗蝕劑層的旋涂器、用于顯影經(jīng)曝光的抗蝕劑的顯影器de、激冷板ch、以及烘烤板bk。襯底操縱器或者機器人ro從輸入/輸出端口i/o1、i/o2拾取襯底，將它們在不同工業(yè)設備之間移動，并且然后將它們傳送至光刻設備的進料臺lb。通常統(tǒng)稱為軌道的這些裝置處在軌道控制單元tcu的控制之下，該軌道控制單元tcu本身由管理控制系統(tǒng)scs控制，該管理控制系統(tǒng)scs也經(jīng)由光刻控制單元lacu控制光刻設備。因此，不同的設備可以被操作以將吞吐量和處理效率最大化。
為了正確地和一致地曝光由光刻設備曝光的襯底，需要檢查經(jīng)曝光的襯底以測量屬性，諸如后續(xù)層之間的重疊誤差、線厚度、臨界尺寸(cd)等。因此，光刻單元lc所在的制造設施也包括量測系統(tǒng)met，該量測系統(tǒng)met接收已經(jīng)在光刻單元中被處理的襯底w中的一些或者全部。將量測結(jié)果直接或者間接地提供至管理控制系統(tǒng)scs。如果檢測到誤差，則可以對后續(xù)襯底的曝光進行調(diào)節(jié)，尤其是在可以足夠早且快速地進行檢查而使得同一批次的其它襯底仍待曝光的情況下。此外，已經(jīng)曝光的襯底可以被剝離并且被重新加工以提高產(chǎn)率，或者被遺棄，從而避免對已知有缺陷的襯底進行進一步處理。在襯底的僅僅一些目標部分有缺陷的情況下，可以僅僅對良好的那些目標部分進行進一步曝光。
在量測系統(tǒng)met內(nèi)，檢查設備用于確定襯底的屬性，并且具體地，確定不同襯底或者同一襯底的不同層的屬性如何在層間變化。檢查設備可以被集成到光刻設備la或者光刻單元lc中，或者可以是獨立裝置。為了能夠進行最快速的測量，需要檢查設備在曝光后立即測量經(jīng)曝光的抗蝕劑層中的屬性。然而，抗蝕劑中的潛像具有極低對比度(在已曝光于輻射的抗蝕劑的部分與尚未曝光于輻射的抗蝕劑的部分之間僅僅存在極小折射率差)，并且并非所有的檢查設備都具有足夠的敏感度來對潛像進行有用測量。因此，可以在曝光后烘烤步驟(peb)之后進行測量，該曝光后烘烤步驟(peb)通常是對經(jīng)曝光的襯底執(zhí)行的第一步驟，并且增加抗蝕劑的經(jīng)曝光的部分和未經(jīng)曝光的部分之間的對比度。在此階段，抗蝕劑中的圖像可以被稱為半潛像。也可以對經(jīng)顯影的抗蝕劑圖像進行測量，此時抗蝕劑的經(jīng)曝光的部分或者未經(jīng)曝光的部分已經(jīng)被移除，或者在諸如蝕刻等圖案轉(zhuǎn)移步驟之后。后一可能性限制了重新加工有缺陷的襯底的可能性，但是仍然可以提供有用信息。
用于小目標暗場量測的示例檢查設備
在圖3(a)中示出了適用于執(zhí)行暗場量測的檢查設備。在圖3(b)和圖3(c)中示出了處于不同定向的具有目標t的襯底w。在圖3(d)和圖3(e)中更詳細地圖示了目標光柵t和衍射線。暗場量測設備可以是獨立裝置或者例如在測量站處被并入光刻設備la中或者并入光刻單元lc中。
在這種類型的檢查設備中，由照射系統(tǒng)12調(diào)節(jié)由輻射源11發(fā)射的輻射。例如，照射系統(tǒng)12可以包括準直用透鏡系統(tǒng)12a、濾色器12b、偏振器12c和孔徑裝置13。經(jīng)調(diào)節(jié)的輻射遵循照射路徑ip，其中該輻射由部分反射表面15(分束器)反射并且經(jīng)由顯微鏡物鏡16聚焦到襯底w上的斑點s中。量測目標t可以形成在襯底w上。透鏡16具有高數(shù)值孔徑(na)，優(yōu)選地是至少0.9并且更優(yōu)選地是至少0.95?？梢砸曅枰褂媒]流體來獲得大于1的數(shù)值孔徑。
當輻射束入射在部分反射表面15上時，該輻射束的一部分透射穿過分束器并且遵循參考路徑(未示出)。例如，檢測參考路徑中的輻射以測量入射輻射的強度，以便允許正規(guī)化在散射光譜(衍射光譜)中測量到的強度值。
由襯底反射的輻射(包括由任何量測目標t衍射的輻射)由透鏡16收集并且遵循收集路徑cp，在該收集路徑cp中，輻射穿過部分反射表面15進入檢測器19中。檢測器可以位于在透鏡16的焦距f處的背投影光瞳面p中。實際上，光瞳面自身可能是難以達到的，并且替代地利用輔助光學件(未示出)而再成像到位于所謂的共軛光瞳面p’中的檢測器上。檢測器優(yōu)選為二維檢測器，使得可以測量襯底目標30的二維角散射光譜或者衍射光譜。在光瞳面或者共軛光瞳面中，輻射的徑向位置限定出在經(jīng)聚焦的斑點s的平面中的輻射的入射角/出射角，并且圍繞光軸o的角位置限定出輻射的方位角。
照射系統(tǒng)12的各種部件可以是可調(diào)的以在同一設備內(nèi)實施不同的量測‘配方’。濾色器12b可以例如由一組干涉濾光器實施，以選擇在比如405納米至790納米或者甚至更低(諸如200納米至300納米)的范圍內(nèi)的不同的感興趣的波長。干涉濾光器可以是可調(diào)諧的，而非包括一組不同濾光器?？梢允褂霉鈻艁泶娓缮鏋V光器。偏振器12c可以是可旋轉(zhuǎn)的或者可調(diào)換的，以便在輻射斑點s中實施不同偏振狀態(tài)?？讖窖b置13可以被調(diào)節(jié)以實施不同照射輪廓，如下面進一步描述的?？讖窖b置13位于與物鏡16的光瞳面p共軛的平面p”以及檢測器19的平面中。以這種方式，由孔徑裝置限定的照射輪廓限定出輻射穿過孔徑裝置13上的不同位置入射在襯底上的光的角分布。
第二分束器(部分反射表面)17將經(jīng)衍射的光束分成兩個測量分支。在第一測量分支中，光學系統(tǒng)18使用零階和一階衍射光束在第一檢測器19(例如，ccd或者cmos傳感器)上形成目標的衍射光譜(光瞳面圖像)，如上文所描述。在第二測量分支中，包括透鏡20、22的光學系統(tǒng)在第二二維圖像檢測器23(例如，ccd或者cmos傳感器)上形成襯底w上的目標的圖像。在第二測量分支中，將被稱為場闌21的孔徑板設置在與光瞳面共軛的平面中。當描述本發(fā)明時，該平面將被稱為‘中間光瞳面’。場闌21用于阻擋零階衍射光束，使得形成在檢測器23上的目標的圖像僅僅由-1或者+1一階光束形成。將由檢測器19和23捕獲到的圖像輸出至圖像處理器和控制器pu，該圖像處理器和該控制器pu的功能將取決于正在被執(zhí)行的測量的特定類型。要注意，此處廣義地使用術語‘圖像’。如果僅僅存在-1階和+1階中的一個，則將不形成這樣的光柵線的圖像。
在量測目標t設置在襯底w上的情況下，這可以是1-d光柵，其被印刷以使得在顯影之后，條由固體抗蝕劑線形成。目標可以是2-d光柵，其被印刷以使得在顯影之后，光柵由固體抗蝕劑柱或者抗蝕劑中的過孔形成。條、柱或者過孔可以可替代地被蝕刻到襯底中。該圖案對光刻投影設備(尤其是投影系統(tǒng)ps)中的色像差敏感。照射對稱性和這種像差的存在本身將表現(xiàn)在經(jīng)印刷的光柵的變化中。因此，將經(jīng)印刷的光柵的散射測量數(shù)據(jù)用于測量光柵的屬性。這些屬性又用于監(jiān)測在襯底上的其它處通過同一工藝形成的功能產(chǎn)品特征的屬性。
在設備的特定應用中，通過測量產(chǎn)品和/或目標圖案中的特征的非對稱性來監(jiān)測工藝。非對稱性測量的特定應用是對重疊的測量，其中，目標包括疊加于另一組周期性特征上的一組周期性特征性。簡而言之，雖然目標的衍射光譜中的衍射階的位置僅僅由目標的周期性確定，但是衍射光譜中的強度水平的非對稱性指示構(gòu)成目標的單獨特征的非對稱性。
在第一測量分支中，衍射階的這種非對稱性直接呈現(xiàn)為由檢測器19記錄的光瞳圖像的非對稱性?？梢酝ㄟ^單元pu中的數(shù)字圖像處理來測量這種非對稱性，并且相對于已知的重疊值來校準這種非對稱性。然而，對于本公開，我們關心的是通過暗場成像技術使用設備的第二測量分支來測量小目標上的非對稱性，如現(xiàn)在將要描述的。
如所提及的，可以通過在呈現(xiàn)襯底平面的空間光譜的平面(此處被稱為(共軛)光瞳面)中限定出空間強度分布來選擇輻射入射在襯底上的角范圍。具體地，這可以通過在作為物鏡光瞳面的背投影圖像的平面中在透鏡12和14之間設置合適形式的孔徑裝置13來完成。在所說明的示例中，改變孔徑裝置13允許選擇不同孔徑，并且因此選擇不同照射模式。所說明的形式的孔徑13n限定出從被指定為‘北’(僅僅為了描述起見)的方向的離軸照射。在第二照射模式下，孔徑13s用于提供類似照射，但是該照射來自被標記為“南”的相反方向。通過使用不同孔徑，其它模式的照射成為可能，其中一些將在下文中說明。光瞳面的其余部分理想地是暗的，這是由于在需要的照射模式外的任何不必要的光將干擾需要的測量信號。
如圖3(b)和圖3(c)示意地示出的，可以將輻射斑點s放置到目標t上，其中目標處于不同的定向。為了達成此目的，可以將襯底臺設置為在測量操作期間保持襯底w。襯底臺在形式上可以與圖1的光刻設備la中的襯底臺wta、wtb相似或者相同。(在檢查設備與光刻設備集成的示例中，這些襯底甚至可以是相同的襯底臺)。粗略定位器和精細定位器可以被配置為相對于測量光學系統(tǒng)來準確地定位襯底。提供各種傳感器和致動器例如以獲取感興趣的目標的位置，并且將感興趣的目標帶到物鏡16下方的位置中。通常將對跨越襯底w的不同位置處的目標進行許多測量。襯底支撐件可以在x方向和y方向上移動以獲取不同目標，并且在z方向上移動以獲得光學系統(tǒng)在目標上的需要的聚焦。也提供襯底臺圍繞z軸的旋轉(zhuǎn)。以如同將照射斑點s帶到襯底上的不同位置的方式考慮和描述操作是方便的。在這些操作的實際實施方式中，如果光學系統(tǒng)在襯底移動時保持基本上靜止，則通常更為方便。倘若襯底和光學系統(tǒng)的相對位置正確，則原則上襯底和光學系統(tǒng)中的一個或者兩個在真實世界中是否移動就不重要。
在圖3(b)中，我們看到以第一定向被帶到斑點s中的示例目標t，可以通過零度的旋轉(zhuǎn)角rz(rz＝0)限定出該第一定向。在圖3(c)中，我們看到以180度(按弧度計，rz＝π)的旋轉(zhuǎn)被帶到斑點s中的同一目標。將理解，為了說明起見，在此極大地夸大斑點和目標的大小。真實襯底可以具有跨越其而分布的許多目標，用于測量該襯底上的不同位置處的重疊和其它參數(shù)。例如，斑點s的直徑可以在10μm與50μm之間，同時將目標t納入這種類型的小目標量測中的斑點直徑內(nèi)。因此，該目標被稱為“過填充”。
圖3(d)和圖3(e)示意地示出了衍射光譜的更多細節(jié)，該衍射光譜在襯底w與物鏡16的光軸o垂直的情況下將目標t的周期性結(jié)構(gòu)(光柵)放置到斑點s中時產(chǎn)生。在圖3(d)中，使用定向rz＝0，而在圖3(e)中，使用旋轉(zhuǎn)180度的定向(rz＝π)。從偏離軸線o的角度撞擊在光柵t上的照射射線i產(chǎn)生零階射線(實線0)和兩個一階射線(單點虛線+1和雙點虛線-1)。
應該記住，所說明的射線中的每一個僅僅是落在襯底的區(qū)域上的許多平行射線中的一個，該襯底的區(qū)域包括量測目標t并且在過填充的小目標光柵的情況下可以包括與測量工藝不相關的其它特征。由于板13中的孔徑具有有限寬度(對容納有用量的光是必要的)，因此入射射線i實際上將占據(jù)角度范圍，并且衍射線0和+1/-1將稍微散開。根據(jù)小目標的點散布函數(shù)，每一階+1和-1將進一步散布在角度范圍內(nèi)，而非所示的單個理想射線。要注意，光柵節(jié)距和照射角度可以設計或者調(diào)節(jié)為使得進入物鏡的一階射線與中心光軸緊密地對準。圖3(a)、圖3(d)和圖3(e)所說明的射線被示出為稍微離軸，這純粹是為了使其能夠在圖中被更容易地區(qū)分。
至少由襯底w上的目標衍射的0階和+1階由物鏡16收集，并且通過分束器15被引導回。返回至圖3(a)，通過指定被標記為北(13n)和南(13s)的在直徑上相反的孔徑來說明第一照射模式和第二照射模式兩者。當入射射線i來自光軸的北側(cè)時，即當通過使用孔徑板13n來應用第一照射模式時，在目標的定向是第一定向(rz＝0)時+1衍射線(其被標記為+1)進入物鏡16。相反，在第二定向(rz＝π)中，-1衍射線是進入透鏡16的射線。
如圖3(f)所說明的，可以根據(jù)+1和-1衍射階的檢測到的輻射的強度來計算非對稱性測量a。在公式中：
a＝i+1-i-1
將非對稱性測量計算為針對+1和-1階而測量到的強度之間的差異。對于每一強度測量i，上標表示定向rz(0或者π)，而下標表示衍射階+1或者-1。
衍射光譜的哪一部分用于在檢測器23上形成圖像取決于照射孔徑、場闌、輻射波長和斑點內(nèi)的周期性結(jié)構(gòu)的節(jié)距。圖3所示的特定形式的孔徑板13和場闌21純粹是示例。改變衍射光譜的哪一部分進入物鏡16而不改變目標的定向的另一方式是改變照射模式，例如通過從孔徑13n改變至孔徑13s。此選項將用于校準過程，在下文中解釋。代替改變孔徑13或者除改變孔徑13之外，另外的替代方式是改變場闌21。在本發(fā)明的其它實施例(其中一些將在下文中說明和描述)中，使用目標的軸上照射并且將具有離軸孔徑的場闌用于僅僅將一個一階衍射光傳遞至傳感器。在其它實施例中，代替一階光束或者除了一階光束之外，也可以在測量中使用二階光束、三階光束和更高階光束。
為了使照射可適用于這些不同類型的測量，孔徑板13可以包括繞圓盤形成的多個孔徑圖案，該圓盤旋轉(zhuǎn)以使需要的圖案處于適當位置。可替代地或者另外，可以提供一組板13并且進行調(diào)換，以實現(xiàn)相同的效果。也可以使用諸如可變形反射鏡陣列或者透射空間光調(diào)制器等可編程照射裝置。可以使用移動反射鏡或者棱鏡作為用于調(diào)節(jié)照射模式的另一方式。
雖然在本實施例中用于成像的光學系統(tǒng)具有寬入射光瞳(其由場闌21限制)，但是在其它實施例或者應用中成像系統(tǒng)自身的入射光瞳大小可以足夠小以限制需要的階，并且因此也可以充當場闌。在圖3(c)和圖3(d)中示出可以使用的不同孔徑板，如下文進一步描述的。目前，僅僅考慮使用孔徑板13n的情況就夠了。
圖4(a)描繪了根據(jù)已知實踐形成在襯底上的復合目標。該復合目標包括緊密地定位在一起的4個光柵32至35以使得該4個光柵均將在由量測設備的照射光束形成的測量斑點s內(nèi)并且因此全部同時被照射并且同時成像在檢測器23上。在專用于重疊測量的示例中，光柵32至35本身是通過重疊在形成在襯底w上的半導體產(chǎn)品的不同層中被圖案化的光柵而形成的復合光柵。光柵32至35以不同的方式被偏置，以便促進測量在形成有復合光柵的不同部分的層之間的重疊。同樣，在該示例中，光柵32和34具有在x方向上的周期性和重疊偏差，而光柵33和35具有在y方向上的定向和重疊偏差。在一個示例中，光柵32至35分別具有+d、-d、+d、-d的偏差。偏差+d意味著光柵中的一個的部件被布置為使得：如果這些部件都被準確地印刷在其標稱位置處，則這些部件將相對于另一個偏移距離d。偏差-d意謂重疊光柵的部件被布置為使得：如果被完美地印刷，則將存在偏移d，但是在與第一光柵相反的方向上。雖然圖示了4個光柵，但是實際實施例可能需要更大矩陣來獲得需要的準確度。例如，9個復合光柵的3×3陣列可以具有偏差-4d、-3d、-2d、-d、0、+d、+2d、+3d、+4d?？梢栽谟蓹z測器23捕獲的圖像中標識這些光柵的分離圖像。
圖4(b)示出了可以通過使用圖3的設備中的圖4的目標而形成在檢測器23上并且由檢測器23檢測到的圖像的示例。雖然光瞳圖像檢測器19不能分辨不同的單獨光柵32至35，但是場圖像檢測器23可以分辨不同的單獨光柵32至35。標記為23的暗矩形表示檢測器23上的圖像場，在該場內(nèi)，將襯底上的被照射的斑點s成像到對應的圓形區(qū)域s’中。在該圓形區(qū)域s’內(nèi)，矩形區(qū)域42-45表示小目標光柵32至35的圖像。如果光柵位于產(chǎn)品區(qū)域中，則產(chǎn)品特征在該圖像中也可以是可見的。圖像處理器和控制器pu處理這些圖像以標識光柵32至35的分離圖像42至45。這可以通過圖案匹配技術來完成，以使得不必在傳感器框內(nèi)的特定位置處非常精確地對準圖像。以這種方式減小對于準確對準的需要大大提高了整個測量設備的吞吐量。然而，如果成像工藝經(jīng)受跨越圖像場的非均勻性，則位置變化可能會在測量結(jié)果中引入不準確性。不僅光學路徑中的各種部件的屬性，而且照射強度和檢測敏感度也可以跨越圖像場而改變。在上述us20120242970a1中，根據(jù)在圖像檢測器23的場內(nèi)觀察到各光柵圖像的位置對測量到的強度進行校正。也可以在本公開的技術中應用這種校正。
一旦已經(jīng)標識出光柵的分離圖像，就可以例如通過對標識出的區(qū)域內(nèi)的選擇的像素強度值進行平均化或者求和來測量這些單獨圖像的強度。圖像的強度和/或其它屬性可以相互比較，例如使用圖3(f)的公式?？梢越M合這些結(jié)果以測量光刻工藝的不同參數(shù)。重疊性能(其可以通過測量光柵目標的非對稱性而被測量)是這種參數(shù)的重要示例。
參照圖4(c)，不同目標可以被設計為使得其非對稱性在很大程度上取決于用于測量光刻工藝的感興趣的參數(shù)。對于本文中所描述的示例，我們將假設目標被設計用于測量作為感興趣的參數(shù)的重疊。如圖4(c)的公式中所示的，可以使用對于光柵含有的不同偏差值的知識、依據(jù)針對兩個或者更多的光柵而測量到的非對稱性來計算在該目標附近的重疊ov的測量。換言之，可以結(jié)合對于光柵中的不同偏差的知識、使用經(jīng)偏置的光柵的非對稱性的測量來計算未知的重疊ov。要注意，圖3(a)的示例目標是具有在x和y方向上的部件光柵的復合目標，并且具有+d和-d兩個偏差值，要理解，目標允許根據(jù)這些目標光柵的非對稱性的測量來計算在x和y兩個方向上的重疊的測量。在一個示例中，通過以下公式計算重疊：
其中，d是偏差量并且p是光柵節(jié)距。例如，可以以納米(nm)表示偏差和節(jié)距。
該測量的原理是良好建立的，并且不需要在本文中進一步描述。然而，顯而易見，如果對光柵中的一個或者兩個的非對稱性測量中存在任何誤差，則依據(jù)這些非對稱性而計算得到的重疊測量也有可能含有誤差。在以下討論中，我們說明了校正這種誤差以及尤其是由雜散光或者“虛像”反射引起的誤差的方法。該雜散光可以源自入射輻射和零階反射輻射(其反射自設備的內(nèi)表面)的射線，源自污染等。雖然復雜的抗反射涂層和抗污染的保護將用于使雜散光最小化，但是這些措施皆不完美。當可以使用寬范圍的不同波長時，尤其如此。不同于對設備中的非對稱性的校正，對于不同類型的襯底，雜散光的效應可能極其不同。例如，零階和一階衍射輻射的相對強度將在很大程度上取決于特定處理歷史，該特定處理歷史可以導致非常不同的材料和結(jié)構(gòu)存在于各目標中、各目標下方和各目標周圍。因此，迄今為止，使雜散光的效應最小化的唯一方式是設備的改善的設計、制造和維護。所有這些步驟是昂貴的，并且能夠改善現(xiàn)有設備的性能而不如此昂貴(若有可能)將是有吸引力的。
針對雜散光的校正—原理和示例計算
圖5示意性地圖示了在本公開的一個示例中雜散光效應的校正的原理。在該示例中，根據(jù)對兩個或者更多的經(jīng)偏置的光柵執(zhí)行的校準測量的結(jié)果來計算校正值。這些光柵可以與待測量重疊或者其它屬性的光柵相同?？商娲?，可以選擇和使用這些光柵以純粹地用于校準測量。
在該示例中，對于每個經(jīng)偏置的光柵，進行四次校準測量，并且這些校準測量由圖中標記為cm1、cm2、cm3、cm4的光瞳圖像表示。每次校準測量使用特定襯底定向和特定照射模式(孔徑)的組合。在所說明的測量的左側(cè)和上方，純粹示意性地并且為了示例而圖示了這些旋轉(zhuǎn)和照射模式。在左手側(cè)，我們看到使用晶片的第一定向(rz＝0)進行校準測量cm1和cm3。另一方面，在第二定向(即旋轉(zhuǎn)180度(rz＝π))中對襯底進行校準測量cm2和cm4。這些定向與用于圖3中所說明的非對稱性測量的定向相同。
如圖的頂部處所示的，使用第一照射模式(由孔徑13n限定)進行校準測量cm1和cm2。出于使用固定照射模式和不同定向的后續(xù)測量的目的，我們將此稱為“正?！笨讖?。相反，使用孔徑13s(其導致照射從與孔徑13所提供的方向相反的方向落下)進行校準測量cm3和cm4。出于該示例的目的，該孔徑將被稱為“互補”孔徑。
在圖的中部，對于每一次校準測量，示意性光瞳圖像示出了目標82的周期性結(jié)構(gòu)如何導致照射輻射84被衍射至設備的收集路徑的光瞳86中的位置84’。在校準測量cm1中，獲得強度
如果光學系統(tǒng)中不存在非對稱性，則這些非對稱性值應該相同。然而，在真實設備中，非對稱性產(chǎn)生，這些非對稱性在設計時就應該從測量中排除掉或者以某種方式被校正以實現(xiàn)目標本身的非對稱性的最大化。如所說明的，首先導出具有第一偏差值(例如，+d)的部件光柵的這些非對稱性值
在所說明的示例中，這些4個非對稱性值用于如下計算標記為δ和g的兩個校準值：
如圖5的最下部處所說明的，對于給定襯底或者成批次的襯底，一旦這些校準值是已知的，就可以根據(jù)以下通式從測量到的非對稱性值a計算經(jīng)校正的非對稱性值a’：
該校正的完整理論導出在此未給出。其基于兩個假設從第一原理導出。第一假設為設備的在‘norm’與‘comp’孔徑之間的非對稱性可以由值δ表示，使得使用正常孔徑而測量到的強度i按因數(shù)(1+δ)具有誤差，并且使用互補孔徑而測量到的強度i按因數(shù)(1-δ)具有誤差。(實際上δ值可以是正的或者負的。)第二假設為設備也遭受隨時間推移和位置改變而固定的附加強度水平(雜散光效應)，盡管對于不同孔徑，強度水平可能不同。當測量到的強度值用于計算非對稱性時對這些不同誤差源的效應進行建模，可以計算值g以表示由雜散光引起的差異。
當然，設備非對稱性和雜散光效應的以上數(shù)學表示并非唯一可能的模型，并且可以設計其它模型。用于計算經(jīng)校正的非對稱性值的公式在這種情況下可能不同，并且在此所呈現(xiàn)的公式僅僅是為了舉例而呈現(xiàn)。
因此，在校正的一個實施方式中，通過對從測量到的強度計算得到的非對稱性值執(zhí)行加法或者減法接著進行除法來獲得經(jīng)校正的非對稱性測量。當然，取決于正負號慣例和倒數(shù)慣例，同一校正可以依據(jù)加法或者減法，繼而除法或者乘法來表示。
校正值的加法和減法的符號取決于光柵中的哪一個被測量而改變。因此，對于使用‘正常’孔徑和目標的不同定向進行的非對稱性測量，校正計算將是：
以及
對于使用‘互補’孔徑和襯底的不同定向進行的非對稱性測量，校正計算將是：
以及
如所提及的，每一種類型的目標(由目標設計和借以生產(chǎn)目標的光刻工藝限定)具有其自己的校正值，但是類似的目標應該適用于使用相同值的校正。因此，倘若對表示待在適當?shù)臅r候被測量的目標的目標進行校準測量，將用于測量光刻工藝的性能的非對稱性的實際測量并不需要進行四次，而是可以例如使用單個照射模式和襯底的兩個定向而進行。
在所說明的示例中，假設照射孔徑和光柵僅僅定向在x方向上。可以針對y方向光柵進行類似測量，并且也可以計算y方向上的非對稱性的校正值。如下文在圖7的示例中進一步所說明的，孔徑可以設計為同時從x和y兩個方向照射，從而使得可以在由傳感器23捕獲到的圖像中同時測量x和y兩個方向上的周期性光柵。
利用雜散光校正測量非對稱性的示例過程
圖6是示出了根據(jù)上文所描述的原理的利用對雜散光的校正測量重疊或者其它參數(shù)的方法的流程圖。流程圖中的確切步驟和步驟的順序僅僅借助于示例呈現(xiàn)，并且可以按照多種方式來實現(xiàn)相同的結(jié)果。將在下文中描述這些變型中的一些。技術人員將易于設想其它變型。為了舉例，將假設待處理的襯底是大批量光刻制造工藝中的半導體晶片。
在s1處，將晶片或者一批(批次)晶片呈現(xiàn)給圖3的檢查設備(散射儀)。襯底具有被設計用于測量重疊或者其它參數(shù)的目標。例如，目標可以是具有圖4所示的設計的復合目標。在s2至s6處，執(zhí)行預備步驟以獲得用于在隨后測量中校正雜散光的校準值。在步驟s7至s10處，使用對雜散光的校正執(zhí)行非對稱性和非對稱性相關參數(shù)的實際測量。應該理解，可以在步驟s7至s10的進一步測量之前、之后或者過程中執(zhí)行步驟s2至s6。在實際儀器中，將花費時間來旋轉(zhuǎn)襯底以進行不同測量。切換和穩(wěn)定不同照射模式(正?？讖?、互補孔徑)將花費時間。移動襯底以將許多目標中的不同目標或者襯底呈現(xiàn)在物鏡下方將花費一定量的時間?？紤]到所有這些因素，通常將優(yōu)化以不同模式和定向方式測量不同目標的序列，以使襯底的吞吐量最大化，而非遵循某種理論上的‘邏輯’序列。經(jīng)優(yōu)化的測量的序列可能并不是嚴格地由流程圖的步驟指示的序列。
在s2處，選擇目標以用于校正，并且使用第一照射模式(正?？讖?來獲得在不同定向下的該目標的圖像。使用圖3的設備的傳感器23來獲取這些圖像，例如，具有圖4(b)中所說明的形式。這些圖像使得能夠?qū)崿F(xiàn)圖5的四個校準測量cm1至cm4。在s3處，通過使用第二照射模式(互補孔徑)來獲取旋轉(zhuǎn)0度和180度的同一目標的圖像。對兩個以不同方式被偏置的光柵執(zhí)行相同校準測量。在s4處，可以根據(jù)圖5中所說明的原理從在步驟s2和s3中獲取到的圖像集合計算校準值δ和g。
在s5處，指示了校準工藝可以獲取圖像多次并且/或者獲取來自多個目標的圖像。假定任何測量都經(jīng)受一定量的隨機噪聲，在相同和/或不同條件下重復測量允許更穩(wěn)健的校準。在s6處，使用這些重復測量的結(jié)果，計算校準值δ、g的總值。
在s7處，對要測量非對稱性的所有目標執(zhí)行圖像測量(其中，晶片旋轉(zhuǎn)0度和180度)。在s8處，基于從獲取到的圖像獲得的+1和-1階強度來計算非對稱性。在s9處，通過使用圖5所示的公式來施加基于校準值δ、g的校正。在s10處，假設正在測量目標的非對稱性以獲得性能參數(shù)(諸如重疊、聚焦或者劑量)的測量，則組合來自以不同方式被偏置的目標的非對稱性測量以計算設計的參數(shù)。工藝在s11處重復以測量所需數(shù)量的目標和所需數(shù)量的襯底。當已經(jīng)按照需要測量襯底或者成批的襯底時，工藝在s12處結(jié)束。
如已經(jīng)提及的，原則上可以按照任何次序來執(zhí)行各種圖像獲取步驟和計算?？梢栽陬A定目標的測量之前計算校準，或者可以在一個序列中獲取所有圖像，并且隨后處理這些圖像以計算校準和經(jīng)校正的非對稱性和感興趣的參數(shù)。
在本文的所有示例中，為了使測量結(jié)果的魯棒性最大化，可以在每一次測量或者順序測量中使用不同波長和偏振的輻射。對于波長和偏振的每一個組合，可以獨立地獲得和計算校正值δ、g。雜散光在不同波長處可能具有非常不同的強度。該現(xiàn)象的原因包括：首先，將設置在光學系統(tǒng)的元件上的各種抗反射涂層將具有隨波長而變化的響應；并且其次，目標本身將具有隨波長而變化的響應。
在需要測量襯底上的多個目標的情況下，存在用于定序測量以通過給定硬件設置實現(xiàn)最大吞吐量和準確度的各種可能性。例如，可以對每個目標執(zhí)行測量步驟s2和s3，在移動至下一個目標之前調(diào)換照射模式。為了使調(diào)換操作最小化，可以對于一個目標按照次序s2、s3并且對于下一個目標按照次序s3、s2地執(zhí)行步驟?？商娲?，可以針對襯底上的所有目標或者某一組的目標執(zhí)行步驟s2，之后才調(diào)換照射模式并且針對所有目標執(zhí)行步驟s3。圖像可以存儲在控制器pu或者外部存儲器中。倘若用這些圖像對應的目標id和照射模式來對圖像進行編索引或者標記，則獲得圖像的次序?qū)τ谄浜罄m(xù)處理不重要。
在替代實施例中，可以從檢查設備硬件和控制器pu遠程執(zhí)行非對稱性和感興趣的其它參數(shù)的計算。例如，可以在管理控制系統(tǒng)scs內(nèi)的處理器中或者在設置為接收來自檢查設備的控制器pu的測量數(shù)據(jù)的任何計算機設備中執(zhí)行這些計算?？梢栽谂c使用獲得的校正值執(zhí)行大批量計算的處理器分離的處理器中執(zhí)行校準測量的控制和處理。所有這些選項都是供實施者選擇，并且不更改所應用的原理或者所獲得的益處。
利用雜散光校正測量非對稱性的替代模式
圖7圖示了設置為使用互補孔徑而不是襯底旋轉(zhuǎn)執(zhí)行非對稱性測量的圖3的檢查設備。在該示例中，用于獲得重疊或者其它參數(shù)的測量的步驟可以與圖6中的步驟相同，只不過步驟s7包括利用不同照射模式而不是襯底的不同旋轉(zhuǎn)來獲取圖像。關于使步驟的序列優(yōu)化的所有相同的評論適用于該配置。
為了促進不同的照射模式，可以提供不同的孔徑13，并且提供不同的孔徑光闌21。在第一種方法中，孔徑13在所示的形式13nw與所示的13se之間改變。如在先前的示例中，這在使得收集路徑cp中的想要的一階輻射基本上在光軸上行進的角度處提供離軸照射。軸上孔徑21a選擇該一階衍射輻射，該輻射然后用于在傳感器23上形成圖像。
孔徑13nw提供第一照射模式，其具有針對圖4(a)所示的類型的x和y光柵兩者的離軸照射?？讖?3se提供第二照射模式，其具有與孔徑13nw的離軸照射互補的離軸照射。(相同類型的組合x/y孔徑可以用于實施圖6的方法，如已經(jīng)提及的。)如圖7所說明的，通過使用孔徑13nw，沿收集路徑中的光軸引導+1階衍射輻射。通過使用孔徑13se，沿光軸引導-1階衍射輻射。
因此，通過切換照射模式而不旋轉(zhuǎn)襯底，可以從由傳感器23捕獲到的圖像獲得非對稱性信息的測量。然而，使用這種方法并不會保證檢查設備本身的非對稱性。在不同模式下的照射路徑穿過設備的不同部分，并且因此受制于不同的缺陷。因此，基于使用這些互補孔徑而捕獲到的圖像的非對稱性測量不受由檢查設備的屬性引起的非對稱性效應的影響。
在使用互補孔徑而無襯底旋轉(zhuǎn)的非對稱性測量的替代方法中，仍然執(zhí)行校準步驟s2至s6，從而使得不僅使用互補孔徑而且使用處于旋轉(zhuǎn)的位置(rz＝0、π)的襯底w來進行測量。進行類似的數(shù)學計算以獲得校準值δ和g，但是在計算中非對稱性值a0和aπ取代anorm和acomp。在圖8中示意地說明計算的該修改。同樣，以下形式的計算：
可以應用于獲得經(jīng)校正的非對稱性測量，其中，設備非對稱性和雜散光兩者的效應得到至少部分地校正。在這種情況下，值δ和g將不同。
以上兩個示例并不是使用圖3和圖7的設備來測量非對稱性的僅有的方法。在圖7所說明的另一種操作模式下，我們使用軸上照射，其中，孔徑13具有圖7中的13o所示的形式。在這種模式下，通過波長和光柵節(jié)距的適當選擇，其可以被布置為使得+1和-1階衍射輻射出現(xiàn)在光瞳面的不同部分中(其中，孔徑21定位在第二測量分支中)?？梢杂美忡R21b的布置取代軸上孔徑21a作為光瞳光闌21。如先前的申請案us2011102753a1所描述的，包括棱鏡裝置21b允許并不是在分離的獲取步驟中，而是在相同的獲取步驟中在傳感器23上的分離位置中使用+1階和-1階形成圖像。這節(jié)省了測量時間并且避免切換孔徑。比較來自捕獲到的圖像的不同部分的強度而不是比較不同圖像中的強度以獲得非對稱性測量。同樣，當照射路徑在軸上時，在收集路徑cp中，+1和-1衍射輻射遵循穿過檢查設備的光學系統(tǒng)的不同路徑。因此，可以引入歸因于設備自身的非對稱性。同樣，可以將δ計算為用于解決該非對稱性的校準值，并且校準值g用于減小雜散光的影響。
除了照射是軸上的并且+1階和-1階被離軸檢測的模式，以及照射是離軸的并且在光軸上檢測衍射階的模式之外，在相反的方向上照射是離軸的并且衍射階也是離軸的模式也是可用的。眾所周知，照射射線i與+1和-1衍射輻射之間的間隔取決于采用的輻射波長和光柵節(jié)距的特定組合。一般而言，每當+1和-1衍射輻射已經(jīng)遵循穿過檢查設備的光學系統(tǒng)的不同部分時，無論這些不同部分是在照射路徑中、在收集路徑ip、收集路徑cp或是兩個路徑中，該設備的非對稱性都將是測量到的非對稱性中的一個因素。上文所解釋的原理可以應用于在這些方法中校正雜散光。
結(jié)論：
上文所教導的校正使得能夠通過暗場成像方法以增強的準確度(歸因于用于減小雜散光的影響的校正)進行非對稱性測量。實驗使用真實數(shù)據(jù)來展示明顯改善。另外，在使用相反的照射角度或者成像角度而無任何襯底旋轉(zhuǎn)時，相同的校準測量可以應用于校正設備非對稱性。小目標的使用允許同時讀出在照射斑點內(nèi)的不同位置處的兩個或者更多的光柵。
雖然上文已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實施例，但是要了解，可以按照與所描述的方式不同的其它方式來實踐本發(fā)明。
雖然重疊光柵是常見示例，但是通過設計非對稱性取決于那些其它性能參數(shù)而不是重疊的目標，也可以測量光刻工藝的其它參數(shù)。在這一點上，先前已經(jīng)公開目標可以設計為使光柵結(jié)構(gòu)的非對稱性對光刻過程的曝光步驟期間的聚焦的變化敏感。在知道聚焦與非對稱性之間的關系的情況下，尤其通過使用具有針對其敏感度的不同偏差值的光柵，可以通過觀察這種類型的目標的非對稱性來導出聚焦測量。類似地，可以設計非對稱性對光刻工藝中的對劑量變化敏感的目標。通過使用這種目標，可以基于已經(jīng)描述的類型的非對稱性測量來測量整個襯底上或者襯底之間的劑量變化。若需要，所有這些不同類型的目標都可以設置在同一襯底上，以提供關于光刻工藝的性能的綜合信息。通過使用本文中所描述的基于圖像的基于衍射的測量系統(tǒng)，可以提供非常緊湊的目標，從而使得這種測量不會過度地影響可用于相同襯底上的功能產(chǎn)品特征的空間。
在組合非對稱性值以計算感興趣的參數(shù)(諸如重疊)之前，在計算非對稱性的階段應用以上的校正計算?？梢詧?zhí)行上文所描述的技術以根據(jù)在不同照射和/或成像模式下工具光學系統(tǒng)的性能來校準并且然后校正非對稱性測量。如果測量工藝使用不同波長和/或偏振的輻射，則可以針對這些不同波長和/或偏振的輻射單獨執(zhí)行校準。
雖然實施例中所說明的檢查設備或者工具包括具有第一分支和第二分支(其用于通過平行圖像傳感器來同時成像光瞳面和襯底平面)的特定形式的散射儀，但是替代布置是可能的。兩個分支可以通過可移動光學元件(諸如反射鏡)選擇性地耦合，而不是提供通過分束器17永久地耦合至物鏡16的兩個分支。可以使光學系統(tǒng)具有單個圖像傳感器，去往傳感器的光學路徑由可移動元件重新配置為充當光瞳面圖像傳感器并且然后充當襯底平面圖像傳感器。
雖然上文所描述的目標結(jié)構(gòu)是出于測量的目的而特別設計和形成的量測目標，但是在其它實施例中，可以在作為形成在襯底上的裝置的功能部分的目標上測量屬性。許多裝置具有規(guī)則的類光柵結(jié)構(gòu)。本文所使用的術語‘目標光柵’和‘目標結(jié)構(gòu)’并不要求特定地針對正在執(zhí)行的測量來提供結(jié)構(gòu)。
與檢查設備硬件和如在襯底和圖案形成裝置上所實現(xiàn)的目標的合適周期性結(jié)構(gòu)相關聯(lián)，實施例可以包括計算機程序，該計算機程序包含機器可讀指令的一個或者多個序列，該指令實施上文所說明的類型的測量方法以獲得關于光刻工藝的信息。該計算機程序可以例如在圖3的設備中的控制器pu和/或圖2的控制單元lacu內(nèi)執(zhí)行。也可以提供存儲有這種計算機程序的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)(例如，半導體存儲器、磁盤或者光盤)。
盡管上文可以特定地參考在光學光刻的背景下本發(fā)明的實施例的使用，但是要了解，本發(fā)明可以用于其它應用(例如，壓印光刻)中，并且在背景允許時不限于光學光刻。在壓印光刻中，圖案形成裝置中的構(gòu)形限定出在襯底上創(chuàng)建的圖案?？梢詫D案形成裝置的構(gòu)形壓入到被供應至襯底的抗蝕劑層中，隨之通過施加電磁輻射、熱、壓力或者其組合來固化抗蝕劑。在抗蝕劑固化之后，將圖案形成裝置移出抗蝕劑，從而在其中留下圖案。
在以下編號子句中提供根據(jù)本發(fā)明的另外的實施例：
1.一種測量通過光刻工藝形成在襯底上的周期性結(jié)構(gòu)的非對稱性的方法，該方法包括以下步驟：
第一測量步驟，該第一測量步驟包括在利用輻射對結(jié)構(gòu)進行照射時，形成并且檢測周期性結(jié)構(gòu)的第一圖像，第一圖像是使用經(jīng)衍射的輻射的第一選擇部分形成的；
第二測量步驟，該第二測量步驟包括在利用輻射對結(jié)構(gòu)進行照射時，形成并且檢測周期性結(jié)構(gòu)的第二圖像，第二圖像是使用經(jīng)衍射的輻射的第二選擇部分形成的，第二選擇部分在周期性結(jié)構(gòu)的衍射光譜中與第一部分對稱地相對；以及
基于從檢測到的第一圖像和第二圖像導出的強度值來計算周期性結(jié)構(gòu)中的非對稱性測量，
其中，在計算非對稱性測量的步驟中，包括用于減小在第一測量步驟和第二測量步驟中產(chǎn)生的雜散輻射的影響的校正。
2.根據(jù)子句1所述的方法，其中，校正包括以下形式的計算：
其中，a’為經(jīng)校正的非對稱性值，a為未經(jīng)校正的非對稱性值，并且δ和g為校正值。
3.根據(jù)子句1或者2所述的方法，該方法進一步包括：對與第一測量步驟和第二測量步驟相同的襯底和/或類似的襯底執(zhí)行的多個校準測量步驟，校正是基于所述校準測量步驟的結(jié)果的。
4.根據(jù)子句3所述的方法，其中，所述校準測量包括對至少第一周期性結(jié)構(gòu)和第二周期性結(jié)構(gòu)的測量，第一周期性結(jié)構(gòu)和第二周期性結(jié)構(gòu)是利用非對稱性相關參數(shù)的已知偏差形成的。
5.根據(jù)子句2或者3所述的方法，其中，所述校準測量至少包括以下測量：
在通過第一光學路徑對襯底進行照射時，利用相對于測量光學系統(tǒng)處于第一定向的襯底進行的第一校準測量；
在通過第一光學路徑對襯底進行照射時，利用相對于測量光學系統(tǒng)處于第二定向的襯底進行的第二校準測量；
在通過第二光學路徑對襯底進行照射時，利用處于第一定向的襯底進行的第三校準測量；以及
在通過第二光學路徑對襯底進行照射時，利用處于第二定向的襯底進行的第四校準測量。
6.根據(jù)子句5所述的方法，其中，對至少第一周期性結(jié)構(gòu)和第二周期性結(jié)構(gòu)中的每一個進行第一校準測量、第二校準測量、第三校準測量和第四校準測量，第一周期性結(jié)構(gòu)和第二周期性結(jié)構(gòu)是利用非對稱性相關參數(shù)的已知偏差形成的。
7.根據(jù)子句4或6所述的方法，其中，并行地對所述第一周期性結(jié)構(gòu)和所述第二周期性結(jié)構(gòu)進行校準測量，不同周期性結(jié)構(gòu)的圖像在測量光學系統(tǒng)的圖像場中是可分離的。
8.根據(jù)前述子句中任一項所述的方法，其中，利用相對于測量光學系統(tǒng)處于第一定向的襯底執(zhí)行第一測量步驟，并且利用處于第二定向的襯底執(zhí)行第二測量步驟。
9.根據(jù)前述子句中任一項所述的方法，其中，利用相對于測量光學系統(tǒng)處于第一定向的襯底執(zhí)行第一和第二測量步驟，第一測量步驟使用測量光學系統(tǒng)內(nèi)的第一光學路徑，并且第二測量步驟使用第二光學路徑。
10.根據(jù)子句4或6所述的方法，其中，并行地對多個周期性結(jié)構(gòu)執(zhí)行所述第一測量步驟和所述第二測量步驟，不同周期性結(jié)構(gòu)的圖像在測量光學系統(tǒng)的圖像場中是可分離的。
11.根據(jù)子句10所述的方法，進一步包括：基于由針對多個周期性結(jié)構(gòu)由所述方法確定的非對稱性來計算所述光刻工藝的性能參數(shù)。
12.一種檢查設備，該檢查設備被配置用于測量襯底上的周期性結(jié)構(gòu)的非對稱性，該檢查設備包括：
照射裝置，該照射裝置可操作用于將經(jīng)調(diào)節(jié)的輻射束傳送至襯底以用于在測量步驟中使用；
檢測裝置，該檢測裝置可操作用于在這種測量步驟期間使用從襯底衍射的輻射形成并且檢測襯底的相應圖像，照射裝置和檢測裝置形成測量光學系統(tǒng)；以及
光闌裝置，該光闌裝置位于檢測裝置內(nèi)，
襯底支撐件，該襯底支撐件可操作用于相對于照射裝置和檢測裝置以至少第一定向和第二定向支撐襯底；
其中，照射裝置、光闌裝置和襯底支撐件一起可操作用于選擇經(jīng)衍射的輻射的衍射光譜的哪一部分對每個圖像產(chǎn)生貢獻，
以及其中，該設備進一步包括控制器，該控制器被編程為使設備通過根據(jù)子句1至11中任一項所述的方法獲得周期性結(jié)構(gòu)的經(jīng)校正的非對稱性測量。
13.根據(jù)子句12所述的設備，其中，照射裝置、光闌裝置和襯底支撐件一起可操作用于并行地對至少第一周期性結(jié)構(gòu)和第二周期性結(jié)構(gòu)執(zhí)行測量，不同周期性結(jié)構(gòu)的圖像在測量光學系統(tǒng)的圖像場中是可分離的。
14.本發(fā)明進一步提供了一種計算機程序產(chǎn)品，該計算機程序產(chǎn)品包括機器可讀指令，機器可讀指令用于使可編程處理裝置實施根據(jù)子句1至11中任一項所述的方法。
15.一種光刻系統(tǒng)，該光刻系統(tǒng)包括：
光刻設備，該光刻設備包括：
照射光學系統(tǒng)，該照射光學系統(tǒng)被布置為對圖案進行照射；
投影光學系統(tǒng)，該投影光學系統(tǒng)被布置為將圖案的圖像投影到襯底上；以及
根據(jù)子句12所述的檢查設備，
其中，光刻設備被布置為在將圖案施加至另外的襯底時，使用來自檢查設備的包括校正的測量結(jié)果。
16.一種制造器件的方法，其中，使用光刻工藝將器件圖案施加至一系列襯底，該方法包括：使用根據(jù)子句1至11中任一項所述的檢查方法來檢查至少一個周期性結(jié)構(gòu)，并且根據(jù)檢查方法的結(jié)果來控制用于后續(xù)襯底的光刻工藝，至少一個周期性結(jié)構(gòu)形成為至少一個所述襯底上的所述器件圖案的一部分或者形成在至少一個所述襯底上的所述器件圖案旁邊。
17.一種計算在使用檢查設備測量形成在襯底上的周期性結(jié)構(gòu)的非對稱性時待施加的校正的方法，該方法包括：
接收對相同襯底和/或類似襯底執(zhí)行的多個校準測量步驟的結(jié)果；以及
計算用于減小在測量非對稱性時在檢查設備中產(chǎn)生的雜散輻射的影響的校正，校正是基于所述校準測量步驟的結(jié)果的。
18.根據(jù)子句17所述的方法，其中，所述校準測量包括對至少第一周期性結(jié)構(gòu)和第二周期性結(jié)構(gòu)的測量，第一周期性結(jié)構(gòu)和第二周期性結(jié)構(gòu)是利用非對稱性相關參數(shù)的已知偏差形成的。
19.根據(jù)子句17或者18所述的方法，其中，所述校準測量至少包括以下測量：
在通過第一光學路徑對襯底進行照射時，利用相對于測量光學系統(tǒng)處于第一定向的襯底進行的第一校準測量；
在通過第一光學路徑對襯底進行照射時，利用相對于測量光學系統(tǒng)處于第二定向的襯底進行的第二校準測量；
在通過第二光學路徑對襯底進行照射時，利用處于第一定向的襯底進行的第三校準測量；以及
在通過第二光學路徑對襯底進行照射時，利用處于第二定向的襯底進行的第四校準測量。。
20.根據(jù)子句19所述的方法，其中，對至少第一周期性結(jié)構(gòu)和第二周期性結(jié)構(gòu)中的每一個進行第一校準測量、第二校準測量、第三校準測量和第四校準測量，第一周期性結(jié)構(gòu)和第二周期性結(jié)構(gòu)是利用非對稱性相關參數(shù)的已知偏差形成的。
本文所使用的術語“輻射”和“光束”涵蓋所有類型的電磁輻射，包括紫外線(uv)輻射(例如，具有是或者約是365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或者126nm的波長)和極紫外線(euv)輻射(例如，具有在5nm至20nm的范圍內(nèi)的波長)；以及粒子束(諸如，離子束或者電子束)。
術語“透鏡”在背景允許時可以指各種類型的光學部件中的任何一個或者組合，包括折射、反射、磁性、電磁和靜電光學部件。
對特定實施例的前述說明將充分地揭露本發(fā)明的一般性質(zhì)，以至于在不脫離本發(fā)明的一般概念的情況下，本領域的其他技術人員可以通過應用本領域的技術范圍內(nèi)的知識來容易地修改和/或適應這種特定實施例的各個應用，而無需進行過度實驗。因此，基于本文所呈現(xiàn)的教導和指導，這種適應和修改的目的是在所公開的實施例的等同物的涵義和范圍內(nèi)。要理解，本文中的措辭或者術語的目的是為了說明，而并不是為了限制，以便本領域的技術人員根據(jù)教導和指導來闡釋本說明書的術語或者措辭。
本發(fā)明的廣度和范圍不應該限于上述示例性實施例中的任何一個，但是應該僅僅根據(jù)以下權(quán)利要求書和其等效物而被定義。
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