。相反，當使用孔徑板13S應(yīng)用第二照射模式時，-1衍射線(標注為-1 (S))是進入透鏡16的衍射線。
[0066]第二分束器17將衍射束分成兩個測量分支。在第一測量分支中，光學(xué)系統(tǒng)18使用零階和一階衍射束在第一傳感器19 (例如(XD或CMOS傳感器)上形成目標的衍射光譜(光瞳平面圖像)。每個衍射階命中傳感器上的不同點，使得圖像處理可以比較和對比階。由傳感器19捕獲的光瞳平面圖像可以用于聚焦量測裝置和/或歸一化一階光束的強度測量。
[0067]在第二測量分支中，光學(xué)系統(tǒng)20、22在傳感器23 (例如C⑶或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，孔徑光闌21被設(shè)置在與光瞳平面共軛的平面中?？讖焦怅@21作用于阻擋零階衍射束，使得在傳感器23上形成的目標的圖像僅由-1或+1 —階光束形成。由傳感器19和23捕獲的圖像輸出到其功能將依賴于所執(zhí)行的特定類型的測量的圖像處理器和控制器PU。注意，術(shù)語“圖像”此處在廣義意義上使用。如果僅存在-1和+1階之一，則將不會形成真正的光柵線的圖像。
[0068]圖3所示的孔徑板13和場闌21的特定形式純粹是示例。在本發(fā)明的另一實施例中，使用目標的在軸照射，并且具有離軸孔徑的孔徑光闌用于大致僅向傳感器傳遞衍射光的一個一階。在又一些其它實施例中，代替或者除了一階光束，在測量中可以使用二階、三階和更高階光束(圖3中未示出)。
[0069]為了使照射能適于這些不同類型的測量，孔徑板13可以包括在盤的周圍形成的若干孔徑圖案，盤旋轉(zhuǎn)以將期望圖案帶到適當位置。替代地或附加地，可以提供和交換一組板13，以實現(xiàn)相同效應(yīng)。還可以使用諸如可變形鏡陣列或透射空間視線調(diào)制器之類的可編程照射設(shè)備。移動鏡或棱鏡可以作為另一方式用于調(diào)整照射模式。
[0070]如剛才聯(lián)系孔徑板13解釋的，用于成像的衍射階的選擇可以替代地通過更改光瞳光闌21、或者通過替換具有不同圖案的光瞳光闌、或者通過用可編程空間光調(diào)制器取代固定場闌來實現(xiàn)。在那種情況下，測量光學(xué)系統(tǒng)的照射側(cè)可以保持恒定，而成像側(cè)具有第一和第二模式。因此在本公開中，有效地存在三種類型的測量方法，每種方法具有其自己的優(yōu)點和缺點。在一種方法中，改變照射模式以測量不同的階。在另一方法中，改變成像模式。在第三種方法中，照射和成像模式保持不變，但是目標旋轉(zhuǎn)通過180度。在每種情況下，期望的效應(yīng)是相同的，即選擇在目標的衍射光譜中對稱地彼此相對的非零階衍射輻射的第一和第二部分。原則上，期望的階選擇可以通過同時改變照射模式和成像模式的組合而獲得，但是那可能帶來缺點而無優(yōu)點，所以將不對其作進一步討論。
[0071]雖然本示例中用于成像的光學(xué)系統(tǒng)具有受場闌21限制的寬入光瞳，在其它實施例或應(yīng)用中，成像系統(tǒng)的入光瞳尺寸本身可以足夠小以限制到期望的階，并且從而還用作場闌。圖3(c)和(d)中示出可以使用的不同孔徑板，如下面進一步描述的。
[0072]通常，目標光柵將被對準，其中其光柵線南北或東西延伸。也就是說，光柵將在襯底W的X方向或Y方向上對準。注意，孔徑板13N或13S可以僅用于測量沿一個方向(X或Y，依賴于設(shè)置)定向的光柵。對于正交光柵的測量，可以實現(xiàn)目標通過90°和270°的旋轉(zhuǎn)。然而，更便利地，使用圖3(c)所示的孔徑板13E或13W在照射光學(xué)器件中提供從東或西的照射?？讖桨?3N到13W可單獨形成并互換，或者它們可以是其可以旋轉(zhuǎn)90、180或270度的單個孔徑板。如已經(jīng)提到的，圖3(c)所示的離軸孔徑可以設(shè)置在場闌21中而非照射孔徑板13中，在那種情況下，照射將在軸。
[0073]圖3(d)示出其可以用于組合第一和第二對的照射模式的第三對孔徑板?？讖桨?3NW具有在北和東的孔徑，而孔徑板13SE具有在南和西的孔徑。只要這些不同的衍射信號之間的串擾不太大，就可以執(zhí)行對X和Y光柵兩者的測量，而不改變照射模式。
[0074]圖4描繪根據(jù)已知實踐的形成在襯底上的復(fù)合目標。復(fù)合目標包括緊密定位在一起的四個光柵32至35，使得它們?nèi)繉⒃谟闪繙y裝置的照射束形成的測量斑31內(nèi)。因此四個目標全部都同時被照射并且同時成像在傳感器19和23上。在專用于重疊測量的示例中，光柵32至35本身是通過重疊在襯底W上形成的半導(dǎo)體器件的不同層中圖案化的光柵而形成的復(fù)合光柵。如示出的，光柵32至35可以在它們的定向上不同，以便在X和Y方向上衍射傳來的福射。在一個不例中，光柵32和34是X方向光柵。光柵33和35是Y方向光柵。可以在由傳感器23捕獲的圖像中標識這些光柵的單獨圖像。
[0075]圖5示出可以使用圖3的裝置中的圖4的目標，使用來自圖3(d)的孔徑板13NW或13SE，在傳感器23上形成并且由傳感器23檢測的圖像的示例。雖然光瞳平面圖像傳感器19不能分辨不同的個體光柵32至35，圖像傳感器23可以分辨。暗矩形表示傳感器上的圖像場，其中襯底上的照射斑31被成像為對應(yīng)圓形區(qū)域41。在其中，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，在這一圖像場的外圍區(qū)域中還可以可見產(chǎn)品特征。圖像處理器和控制器PU使用圖案識別來處理這些圖像以標識光柵32至35的單獨圖像42至45。以這種方式，圖像不必非常精確地對準在傳感器幀內(nèi)的特定位置，這大大提高了測量裝置整體的吞吐量。然而，如果成像工藝經(jīng)受跨圖像場的不均勻性，則仍需要準確對準。在本發(fā)明的一個實施例中，標識四個位置P1至P4，并且光柵盡可能與這些已知位置對準。
[0076]—旦已標識光柵的單獨圖像，例如通過對標識區(qū)域內(nèi)的所選像素強度值進行平均或求和，可以測量那些個體圖像的強度。圖像的強度和/或其它性質(zhì)可以彼此比較?？梢越M合這些結(jié)果，以測量諸如焦點之類的光刻工藝的不同參數(shù)。
[0077]注意，通過在每個圖像中僅包括一階衍射輻射的一半，此處提及的‘圖像’不是常規(guī)暗場顯微圖像。個體光柵線將不會被分辨。每個光柵將簡單地由某個強度水平的區(qū)域來表示。在步驟S4中，在每個分量光柵的圖像內(nèi)仔細地標識將從其測量強度水平的感興趣的區(qū)域(R0I)。這樣做是因為，特別在個體光柵圖像的邊緣周圍，通常強度值可以高度依賴于工藝變量，諸如抗蝕劑厚度、成分、線形狀、以及邊緣效應(yīng)。
[0078]在標識針對每個個體光柵的R0I并且測量其強度之后，于是可以確定光柵結(jié)構(gòu)的非對稱性并且因此確定重疊誤差。這通過以下方式來完成:圖像處理器和控制器PU在步驟S5中比較針對每個光柵32-35的+1和-1階而獲得的強度值，以標識它們強度的任何差異，并且(S6)以確定在目標T附近的重疊誤差。
[0079]雖然上述目標結(jié)構(gòu)是針對測量目的特別設(shè)計和形成的量測目標，但是在其它實施例中，可以針對其是襯底上形成的器件的功能部分的目標來測量性質(zhì)。許多器件具有規(guī)則的光柵狀結(jié)構(gòu)。如本文中使用的術(shù)語‘目標光柵’和‘目標結(jié)構(gòu)’不要求結(jié)構(gòu)已被特別提供用于正在執(zhí)行的測量。
[0080]與如實現(xiàn)在襯底上的目標的物理光柵結(jié)構(gòu)和圖案形成裝置相關(guān)聯(lián)，實施例可以包括計算機程序，計算機程序包含描述在襯底上產(chǎn)生目標、測量襯底上的目標和/或分析測量結(jié)果以獲得關(guān)于光刻工藝的信息的方法的機器可讀指令的一個或多個序列。這一計算機程序可以例如在圖3的裝置中的單元和/或圖2的控制單元LACU內(nèi)執(zhí)行。還可以提供具有這樣的計算機程序存儲在其中的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)(例如半導(dǎo)體存儲器、磁盤或光盤)。在例如圖3所示類型的現(xiàn)有量測裝置已經(jīng)在生產(chǎn)中和/或在使用中的情況下，本發(fā)明可以通過以下方式來實現(xiàn):提供更新的計算機程序產(chǎn)品以使得處理器執(zhí)行本文中描述的方法并因此計算與臨界尺寸相關(guān)的性質(zhì)。程序可以可選地被布置為控制光學(xué)系統(tǒng)、襯底支撐件等，以執(zhí)行用于測量適合的多個目標結(jié)構(gòu)的步驟。
[0081]示例實施例提供通過利用具有不同CD偏差的CD目標集的一階衍射光的強度而提?、堑姆椒?。
[0082]圖6是一階衍射強度DI相對于⑶偏差的圖。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以獲得衍射強度相對于CD的大體拋物線的曲線(以10nm步長的160nm至250nm，以及400nm的節(jié)距)。在這一示例中，峰值強度出現(xiàn)在為200nm的⑶處，即在1:1線與間隔比處。
[0083]圖7是一階衍射強度關(guān)于⑶的梯度Λ DI/Δ⑶相對于CD的圖。通過取針對每對⑶偏差(例如⑶1、⑶2或者⑶4、⑶3或者⑶3、⑶1)測量的一階衍射強度之差Δ DI，并且除以相應(yīng)⑶偏差對中的每對之間的⑶偏差的差值A(chǔ)⑶，計算ADI/△⑶。圖6所示的衍射強度相對于CD的曲線的梯度朝向更大CD線性增加至更負的值并且朝向更小的CD線性增加至更正的值。在峰值強度、CD = 200nm處，衍射強度相對于CD的曲線的斜率為零。
[0084]通過測量強度梯度，當使用具有已知晶片上⑶偏差的⑶目標集時，可以提取⑶。當使用三個或更多偏差時，則可以從測量直接提取CD。當使用校準步驟時，則可以從具有僅兩個偏差的目標的測量直接提取CD。
[0085]例如，參照圖6，CD1 = 230nm并且CD2 = 240nm(通過設(shè)計)。如圖7所示，衍射強度的梯度在位置A處。點A被標注為CD1，CD2以指示用于計算點A處的梯度的一階衍射強度測量的源。當曝光劑量增加時，CD1和CD2目標兩者將移動到更小的CD，比如說CD1 =220nm和⑶2 = 230nm。衍射強度的梯度于是變得更小，從而移位到位置B，如圖7所示。
[0086]圖8是依照示例實施例的方法的流程圖，其使用至少三個CD偏差并且沒有校準步驟，具有以下步驟(其可以不按所示順序執(zhí)行或者可以不需要所有步驟):
[0087]步驟802:使用光刻裝置在光刻工藝中處理襯底(在這一示例中為晶片)，以在晶片上產(chǎn)生具有不同相應(yīng)臨界尺寸偏差的周期性目標。在這一示例中使用1D光柵周期性目標，還可以使用諸如2D光柵之類的在多個方向上周期性重復(fù)的周期性目標。
[0088]步驟804:照射目標中的每個目標。在光瞳平面檢測散射測量(例如使用圖3a中的傳感器19)的情況下，目標中的每個目標被單獨照射。在暗場圖像平面檢測散射測量(例如使用圖3a中的傳感器23)的情況下，目標中的每個目標可以一起照射。
[0089]步驟806:測量由目標散射的輻射的強度。如針對步驟804提到的，這可以使用光瞳平面檢測散射測量或使用暗場圖像平面檢測散射測量來完成。
[0090]步驟808:在光瞳平面檢測的情況下從每個圖像識別和提取每個光柵R0I，其中針對每個欠填充目標取得圖像，或者在(暗場)圖像平面檢測的情況下利用每圖像的多個過填充目標從單個圖像識別和提取每個光柵R0I。在光瞳平面檢測散射測量的情況下，在單獨圖像中檢測光柵并且可以不需要識別步驟，因為所選衍射階強度的位置針對每個欠填充目標可預(yù)測。在暗場圖像平面檢測散射測量的情況下，光柵圖像中的每個光柵圖像在一個圖像中一起檢測，并且識別用于考慮針對過填充目標的對準不準確性。
[0091]步驟810:從測量的強度確定差分信號。然后基于差分信號、⑶偏差、以及在這樣的周期性目標的1:1線與間隔比處差分信號近似于零的知識，確定諸如CD或曝光劑量之類的與CD相關(guān)的性質(zhì)?？梢曰跍y量的強度、臨界尺寸偏差、并且基于在這樣的周期性目標的1:1線與間隔比處具有極值的散射輻射的強度，來確定與臨界尺寸相關(guān)的性質(zhì)。
[0092]步驟812:使用確定的與臨界尺寸相關(guān)的性質(zhì)在后續(xù)晶片的光刻處理中控制光刻
目.ο
[0093]可以生成目標尺寸和散射儀配方的組合，以優(yōu)化測量性能。通過選擇其具有關(guān)于堆疊層厚度的強度梯度的最小變化的最佳目標設(shè)計和配方，這一方法可以對堆疊變化不敏感