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CN109564391A - 测量目标的方法、衬底、量测设备以及光刻设备 - Google Patents

测量目标的方法、衬底、量测设备以及光刻设备 Download PDF

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CN109564391A
CN109564391A CN201780045203.4A CN201780045203A CN109564391A CN 109564391 A CN109564391 A CN 109564391A CN 201780045203 A CN201780045203 A CN 201780045203A CN 109564391 A CN109564391 A CN 109564391A
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diffraction
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radiation
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ASML Netherlands BV
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Abstract

披露了一种测量目标的方法、一种相关联的衬底、一种量测设备和一种光刻设备。在一种布置中，所述目标包括分层结构。所述分层结构具有在第一层中的第一目标结构和在第二层中的第二目标结构。所述方法包括利用测量辐射照射所述目标。检测由多个预定衍射阶之间的干涉所形成的散射辐射。所述预定衍射阶由所述测量辐射从所述第一目标结构的衍射产生且随后从所述第二目标结构衍射。使用由所述预定衍射阶之间的所述干涉所形成的已检测到的散射辐射来计算光刻过程的特性。

Description

测量目标的方法、衬底、量测设备以及光刻设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年7月21日提交的美国申请号62/365,142、2016年9月14日提交的美国申请号62/394,457、以及2016年9月27日提交的美国申请号62/400,360的优先权，所述美国申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于量测的方法和设备，量测例如可用于通过光刻技术进行的器件制造中。
背景技术
光刻设备是一种将所期望的图案施加到衬底上(通常施加到衬底的目标部分上)的机器。光刻设备能够用于例如集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将被替代地称作掩模或掩模版的图案形成装置用来产生待形成于IC的单层上的电路图案。这种图案能够被转移至衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括管芯的部分、一个管芯或若干管芯)上。典型地，经由将图案成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行这种图案的转移。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，期望频繁地对所产生的结构进行测量，例如，用于过程控制和验证。用于进行这些测量的各种工具是公知的，包括经常用来测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜，和用来测量重叠的专用工具，重叠是器件中的两个层的对准的准确度。可根据在所述两个层之间的未对准程度来描述重叠，例如，所提及的测量的1nm重叠可描述两个层未对准达1nm的情况。
近来，各种形式的散射仪已经被开发，应用在光刻领域中。这些器件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。可通过各种技术来执行对感兴趣的属性的确定：例如，通过诸如严格耦合波分析或有限元方法这样的迭代方法而进行的目标的重构；库搜索；和主成份分析。
由常规散射仪所使用的目标是相对大的(例如40μm×40μm)光栅，且测量束产生比光栅更小的斑(即，光栅未被充满)。这简化了目标的数学重构，这是由于可将目标视为无限的。然而，为了减小所述目标的大小(例如至10μm×10μm，或更小，例如使得它们能够被定位于产品特征当中、而非定位于划线中)，已提出使光栅小于测量斑(即，光栅过度填充)的量测。典型地，使用暗场散射测量来测量这些目标，其中零阶衍射(对应于镜面反射)被阻挡，且仅较高阶被处理。暗场量测的示例能够在国际专利申请WO2009/078708和WO2009/106279中找到，这些文献的全部内容通过引用合并到本文中。已经在专利出版物US20110027704A、US20110043791A和US20120242970A中描述了上述技术的进一步发展。所有这些申请的内容也通过引用合并到本文中。使用衍射阶的暗场检测的基于衍射的重叠使得能够在较小的目标上进行重叠的测量。这些目标可以小于照射斑并且可以被晶片上的产品结构包围。目标可包括能够在一个图像中测量的多个光栅。
在已知量测技术中，通过在某些条件下测量重叠目标两次，同时旋转重叠目标或改变照射模式或成像模式以单独地获得+1和-1衍射阶强度，来获得重叠测量结果。关于给定重叠目标的强度不对称性(这些衍射阶强度的比较)提供目标不对称性(即，目标中的不对称性)的量度。重叠目标中的这种不对称性能够用作重叠误差(两个层的不期望的未对准)的指示。
已发现，半导体器件的制造过程中的变化可降低重叠误差测量的鲁棒性或可靠性。
本发明的目的是改善光刻特性(例如，重叠误差)的测量的鲁棒性或可靠性。
发明内容
根据一方面，提供一种测量由光刻过程所形成的目标的方法，所述目标包括分层结构，所述分层结构具有在第一层中的第一目标结构和在第二层中的第二目标结构，所述方法包括：利用测量辐射照射所述目标；检测由多个预定衍射阶之间的干涉所形成的散射辐射，其中所述预定衍射阶是由所述测量辐射从所述第一目标结构的衍射产生且随后从所述第二目标结构衍射；和使用由所述预定衍射阶之间的所述干涉形成的已检测到的散射辐射来计算光刻过程的特性。
根据替代方面，提供一种衬底，所述衬底包括由光刻过程所形成的目标，所述目标包括分层结构，所述分层结构具有在第一层中的第一目标结构和在第二层中的第二目标结构，其中所述第一目标结构和所述第二目标结构被配置成允许检测当利用测量辐射照射所述目标时从所述目标散射的辐射，已检测到的散射辐射由多个预定衍射阶之间的干涉形成，其中所述预定衍射阶是由所述测量辐射从所述第一目标结构的衍射产生且随后从所述第二目标结构衍射。
本发明的另外的特征和优点以及本发明的各实施例的结构和操作被参考附图在下文更详细地描述。注意到，本发明不限于此处描述的特定实施例。这样的实施例仅在此处被呈现用于说明性的目的。基于此处包含的教导，相关领域的技术人员将明白另外的实施例。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例的方式来描述本发明的实施例，在附图中：
图1描绘根据本发明的实施例的光刻设备；
图2描绘根据本发明的实施例的光刻单元或簇；
图3(a)至图3(d)包括：图3(a)是在使用第一对照射孔径来测量目标时使用的暗场散射仪的示意图；图3(b)是用于给定照射方向的目标光栅的衍射光谱的细节；图3(c)是在使用散射仪以用于基于衍射的重叠测量时提供另外照射模式的第二对照射孔径；和图3(d)是将第一对孔径与第二对孔径组合的第三对照射孔径；
图4描绘衬底上的测量斑的轮廓以及已知形式的多个光栅目标；
图5描绘图3的散射仪中所获得的图4的目标的图像；
图6是示出使用图3的散射仪且可适于形成本发明的实施例的重叠测量方法的步骤的流程图；
图7图示出以已知方式由重叠目标进行的衍射所引起的主衍射模式中的一些；
图8(a)至图8(c)包括可用于设计本文中所披露目标的示例性目标设计方法的不同方面的流程图；
图9是示出穿过示例性目标的示例射线的轨迹的透视图；
图10是从不同角度观察图9的布置的透视图；
图11是从另一不同角度观察图9的布置的透视图；
图12是图9的布置的侧视截面图；
图13是目标中的示例第二目标结构的俯视图；
图14是图13的目标中的示例第一目标结构的俯视图；
图15描绘由两对重叠目标子结构所形成的已检测到的条纹图案；
图16示出感兴趣的区域中条纹图案的信号强度(纵轴)相对于位置(横轴)的绘图；
图17(a)和图17(b)分别描绘图16的条纹图案的频谱和相位谱；
图18是在两个不同重叠值下针对测量辐射的不同波长对相位的测量的绘图；
图19是在五个不同重叠值下针对不同目标厚度(层厚度)对相位的测量的绘图；
图20(a)和图20(b)分别是另一示例第二目标结构和另一示例第一目标结构的俯视图；
图21描绘穿过目标的示例射线的轨迹，所述目标包括具有相同节距的第一周期性部件的一对重叠目标子结构；
图22是从图21所示的重叠目标子结构的衍射的傅里叶空间表示；
图23描绘由从图21所描绘的类型的四对以不同方式偏置的重叠目标子结构的散射所产生的四个强度子区；
图24是图21所描绘的类型的四对以不同方式偏置的重叠目标子结构的俯视图；
图25是与图24所示的平面X-X垂直的侧视截面图；
图26是与图24所示的平面Y-Y垂直的侧视截面图；
图27是示出对应于图21所描绘类型的四对以不同方式偏置的重叠目标子结构的四个预期强度值的预期强度变化相对于重叠偏移的绘图；
图28描绘穿过目标的示例射线的轨迹，所述目标包括一对重叠目标子结构，该对重叠目标子结构具有具备不同节距的第一周期性部件；
图29是从图28所示的重叠目标子结构的衍射的傅里叶空间表示；
图30是图29所描绘类型的两对重叠目标子结构的俯视图；
图31是与图30所示的平面X-X垂直的侧视截面图；
图32是包括在不同层中具有不同节距的四个目标结构的目标的侧视截面图；
图33(a)至图33(c)图示了在使用具有共同节距和不同重叠偏置的多对目标子结构来测量重叠误差的方法与使用具有不同节距的一对目标子结构来测量重叠误差的方法之间的对应性；
图34描绘具有矩形元素的棋盘图案；
图35描绘倾斜的棋盘图案；和
图36(a)至图36(b)、图37(a)至图37(b)、图38(a)至图38(b)和图39(a)至图39(b)描绘多对目标结构的其他示例。
具体实施方式
在详细地描述本发明的实施例之前，提出一个可以实施本发明的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。所述设备包括：照射光学系统(照射器)IL，配置用以调节辐射束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，构造用于支撑图案形成装置(例如，掩模)MA并与配置用以根据某些参数来准确地定位图案形成装置的第一定位装置PM相连；衬底台(例如，晶片台)WT，构造用于保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W并与配置用以根据某些参数准确地定位衬底的第二定位装置PW相连；以及投影光学系统(例如，折射投影透镜系统)PS，配置成用以由图案形成装置MA将赋予辐射束B的图案投影至所述衬底W的目标部分C(例如，包括一个或更多个管芯)。
照射光学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、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。
所述图案形成装置支撑件以依赖于所述图案形成装置的方向、所述光刻设备的设计、以及诸如以所述图案形成装置是否被保持于真空环境中为例的其它条件保持所述图案形成装置。所述图案形成装置支撑件能够采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术来保持图案形成装置。所述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。所述图案形成装置支撑件可以确保图案形成装置位于期望的位置上(例如相对于投影系统)。这里使用的任何术语“掩模版”或“掩模”可以看作与更为上位的术语“图案形成装置”同义。
这里所使用的术语“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。应该注意的是，赋予辐射束的图案可能不完全对应于衬底的目标部分中的所期望图案(例如，如果所述图案包括相移特征或所谓的辅助特征)。通常，被赋予辐射束的图案将对应于在目标部分中形成的器件(例如集成电路)中的特定功能层。
图案形成装置可以是透射型的或反射型的。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。掩模在光刻技术中是熟知的，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独立地倾斜，以便沿不同方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。
如本文所描述，所述设备是透射型的(例如，采用透射式掩模)。替代地，所述设备可以是反射型的(例如，采用如上所述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射式掩模)。
所述光刻设备还可以是这种类型：其中衬底的至少一部分可以由具有相对高的折射率的液体(例如水)覆盖，以便填充投影系统和衬底之间的空间。浸没液体还可以施加到光刻设备中的其他空间，例如掩模和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。这里使用的术语“浸没”并不意味着必须将结构(例如衬底)浸没到液体中，相反，“浸没”仅意味着在曝光过程中液体位于投影系统和该衬底之间。
参照图1，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。所述源和光刻设备可以是分立的实体(例如当该源为准分子激光器时)。在这种情况下，不会将所述源考虑成构成光刻设备的一部分，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被从所述源SO传到所述照射器IL。在其它情况下，所述源可以是所述光刻设备的组成部分(例如当所述源是汞灯时)。可以将所述源SO和所述照射器IL、以及如果需要时设置的所述束传递系统BD一起称作辐射系统。
所述照射器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平面中的强度分布的至少所述外部径向范围和/或内部径向范围(通常分别称为σ-外部和σ-内部)。此外，所述照射器IL可以包括各种其它部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所期望的均匀性和强度分布。
所述辐射束B入射到保持在所述图案形成装置支撑件(例如，掩模台MT)上的所述图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且通过所述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，所述辐射束B通过投影光学系统PS，所述投影光学系统将束聚焦到所述衬底W的目标部分C上，由此将所述图案的图像投影到所述目标部分C上。借助于第二定位装置PW和位置传感器IF(例如，干涉仪器件、线性编码器、2D编码器、或电容传感器)，可以准确地移动所述衬底台WT，例如以便将不同的目标部分C定位于所述辐射束B的路径中。类似地，所述第一定位装置PM和另一位置传感器(其在图1中没有被明确地描绘)可以用来准确地相对于所述辐射束B的路径而定位所述图案形成装置(例如，掩模)MA，例如在从掩模库进行机械检索之后、或在扫描期间。
可以通过使用掩模对准标记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。尽管所示的衬底对准标记占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分(这些公知为划线对准标记)之间的空间中。类似地，在将多于一个的管芯设置在图案形成装置(例如，掩模)MA上的情况下，所述掩模对准标记可以位于所述管芯之间。小的对准标识也可被包括于器件特征当中的管芯内，在此情况下，期望使标识尽可能小且无需与相邻特征不同的任何成像或处理条件。下文进一步描述检测所述对准标识的所述对准系统。
所描绘的设备能够在多种模式下使用，包括例如步进模式或扫描模式。光刻设备的构造和操作是本领域技术人员所公知的，且无需进一步描述以用于理解本发明。
如图2所示，所述光刻设备LA构成光刻系统的一部分，被称为光刻单元LC或光刻元或者光刻簇。所述光刻单元LC还可包括用以在衬底上执行曝光前和曝光后处理的设备。常规地，这些包括用以沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用以对曝光后的抗蚀剂显影的显影器DE、激冷板CH和烘烤板BK。衬底处理器或机械人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底，将它们在不同的处理设备之间移动，然后将它们传递到所述光刻设备的装载台LB。经常统称为轨道的这些装置处在轨道控制单元TCU的控制之下，所述轨道控制单元TCU自身由管理控制系统SCS控制，所述管理控制系统SCS也经由光刻控制单元LACU来控制所述光刻设备。因而，不同的设备可以被操作以最大化生产量和处理效率。
图3(a)中示出一种量测设备。图3(b)中更详细地图示了目标T和用以照射所述目标的测量辐射的衍射射线。所图示的量测设备属于被称为暗场量测设备的类型。所述量测设备可以是单机器件，或被合并于例如位于测量站处的光刻设备LA中、或者所述光刻单元LC中。具有遍及所述设备的若干支路的光轴由虚线O表示。在此设备中，由源11(例如，氙气灯)发射的光被包括透镜12、14和物镜16的光学系统经由分束器15而引导至衬底W上。这些透镜被布置呈4F布置的双重序列。能够使用不同透镜布置，前提在于所述透镜配置仍将衬底图像提供至检测器上，且同时允许访问中间光瞳平面以用于空间频率滤光。因此，能够通过对于在呈现所述衬底平面的空间光谱的平面(此处被称作(共轭)光瞳平面)中的空间强度分布进行限定，来选择所述辐射入射到衬底上的角度范围。特别地，这能够通过在作为物镜光瞳平面的背向投影图像的平面中在透镜12与透镜14之间插入合适形式的孔板13来完成。在所图示的示例中，孔板13具有被标注为13N和13S的不同形式，从而允许选择不同照射模式。当前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提供从仅为描述起见被指定为“北”的方向的离轴。在第二照射模式中，孔板13S用以提供类似的但来自于被标注为“南”的相反方向的照射。通过使用不同孔径，其他照射模式是可能的。光瞳平面的其余部分期望是暗的，这是由于所期望的照射模式外部的任何不必要的光将干扰所期望的测量信号。
如图3(b)所示，目标T被置放成使得衬底W垂直于物镜16的光轴O。所述衬底W可由支撑件(未示出)支撑。与轴线O偏离成角度而照射于目标T上的测量辐射的射线I产生一个零阶射线(实线0)和两个一阶射线(点划线+1和双点划线-1)。应记住，在运用过度填充的小目标的情况下，这些射线仅仅是覆盖包括量测目标T和其他特征的衬底区域的许多平行射线之一。由于板13中的孔径具有(用以允许有用量的光通过所必需的)有限宽度，因此入射射线I实际上将占据一角度范围，且衍射射线0和+1/-1将稍微散开。根据小目标的点扩散函数，每一阶+1和-1将跨越角度范围进一步散开，而非如所示的单一理想射线。应注意，目标的光栅节距和照射角度能够被设计或调整成使得进入物镜的所述一阶射线与中心光轴紧密地对准。图3(a)和图3(b)所图示的射线被示出为稍微离轴，以使它们能够在图中更容易地区分开。
由衬底W上的目标T衍射的至少0阶和+1阶由物镜16收集，且被往回引导并且通过分束器15。返回图3(a)，通过指定被标注为北(N)和南(S)的直径方向上相反的孔径，来图示所述第一照射模式和所述第二照射模式二者。当测量辐射的入射射线I来自所述光轴的北侧时，即，当使用孔板13N来应用所述第一照射模式时，被标注为+1(N)的+1衍射射线进入物镜16。对比而言，当使用孔板13S来应用所述第二照射模式时，被标注为-1(S)的-1衍射射线是进入透镜16的衍射射线。
第二分束器17将衍射束划分成两个测量支路。在第一测量支路中，光学系统18使用零阶衍射束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)。每个衍射阶射中所述传感器上的不同点，使得图像处理能够比较和对比多个阶。由传感器19所采集的光瞳平面图像能够用于聚焦所述量测设备和/或对所述一阶束的强度测量进行归一化。所述光瞳平面图像也能够用于诸如重构的许多测量目的。
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)上形成目标T的图像。在第二测量支路中，在与光瞳平面共轭的平面中设置孔径光阑21。孔径光阑21用以阻挡所述零阶衍射束，使得形成于传感器23上的目标的图像仅由-1或+1一阶束形成。由传感器19和23所采集的图像被输出至对图像进行处理的处理器PU，处理器PU的功能将依赖于正在执行的测量的具体类型。应注意，术语“图像”在此被在广义上使用。如此，如果仅存在-1阶和+1阶之一，则将不形成光栅线的图像。
图3所示的孔板13和场阑21的特定形式仅是示例。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径的孔径光阑以将实质上仅一个一阶衍射光传递至所述传感器。在另外的其他实施例中，代替一阶束或除一阶束以外，2阶束、3阶束和更高阶束(图3中未示出)也能够用于测量中。
为了使所述测量辐射能够适应于这些不同类型的测量，所述孔板13可包括围绕圆盘而形成的多个孔径图案，所述圆盘旋转以使所期望的图案处于适当位置。应注意，孔板13N或13S可仅用以测量沿一个方向(X或Y，这依赖于设置)定向的光栅。为了测量正交光栅，可能实施90°和270°的目标旋转。不同孔板在图3(c)和图3(d)中示出。上文所提到的先前已公开申请中描述了这些孔板的使用，以及所述设备的多种其他变型和应用。
图4描绘根据已知实践被形成于衬底上的重叠目标或复合重叠目标。此示例中的所述重叠目标包括四个子重叠目标(例如，光栅)32至35，所述子重叠目标紧密定位在一起，使得它们将全部在由所述量测设备的量测辐射照射束所形成的测量斑31内。因而，所述四个子重叠目标都被同时地照射并且同时在传感器19和23上成像。在专用于重叠的测量的示例中，光栅32至35自身是由在形成于衬底W上的半导体器件的不同层中被图案化的重叠光栅所形成的复合光栅。光栅32至35可具有不同地偏置的重叠偏移，以便促成对于形成有复合光栅的不同部分的层之间的重叠的测量。下文中将参看图7来解释重叠偏置的意义。光栅32至35也可在它们的方向上不同(如所示)，以便沿X方向和Y方向对入射辐射进行衍射。在一个示例中，光栅32和34是分别具有偏移+d、-d的X方向光栅。光栅33和35是分别具有偏移+d和-d的Y方向光栅。能够在由传感器23所采集的图像中识别这些光栅的分离图像。这仅是重叠目标的一个示例。重叠目标可包括多于或少于4个光栅，或仅包括单一光栅。
图5示出在使用来自图3(d)的孔板13NW或13SE的情况下在图3的设备中使用图4的重叠目标而可形成于传感器23上且由传感器23检测到的图像的示例。虽然光瞳平面图像传感器19不能分辨不同的单个光栅32至35，但图像传感器23能够分辨不同的单独光栅32至35。暗矩形表示传感器上的图像的场，在此场内，衬底上的照射斑31被成像至对应圆形区域41中。在此场内，矩形区域42至45表示小重叠目标光栅32至35的图像。如果所述重叠目标位于产品区域中，则在此图像场的周边中也能够见到产品特征。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光栅32至35的分离的图像42至45。以此方式，所述图像并非必须在传感器框架内的特定位置处非常精确地对准，这极大地改善了所述测量设备整体上的生产量。
一旦已识别所述重叠目标的分离图像，就能够例如通过对于已识别区域内的选定像素强度值进行平均化或求和，来量测那些单独图像的强度。能够将图像的强度和/或其他属性互相进行比较。能够组合这些结果以测量光刻过程的不同参数。重叠性能是这种参数的重要示例。
图6图示如何使用例如申请WO2011/012624中所描述的方法来测量包含部件重叠目标32至35的两个层之间的重叠误差(即，不期望的且非故意的重叠未对准)。这种方法可被称为基于微衍射的重叠测量(μDBO)。经由如通过比较重叠目标在+1阶和-1阶暗场图像中的强度(能够比较其他对应较高阶的强度，例如，+2阶与-2阶)以获得强度不对称性的量度而披露的重叠目标不对称性，来进行这种测量。在步骤S1，通过光刻设备(诸如，图2的光刻单元)处理所述衬底(例如，半导体晶片)一次或更多次，以产生包括光栅32至35的重叠目标。在S2，在使用例如图3的量测设备的情况下，仅使用一阶衍射束之一(比方说-1)而获得所述重叠目标32至35的图像。在步骤S3，无论通过改变照射模式、还是改变成像模式，或者通过在量测设备的视场中使衬底W旋转180°，能够使用其他一阶衍射束(+1)来获得重叠目标的第二图像。因此，在第二图像中采集了+1衍射辐射。
应注意，通过在每个图像中包括一阶衍射辐射的仅一半，此处所提及的“图像”并非常规暗场显微镜图像。重叠目标的单个重叠目标线将不被分辨。每个重叠目标将仅由某一强度程度的区域表示。在步骤S4中，在每个部件重叠目标的图像内识别感兴趣区域(ROI)，将从感兴趣区域测量出强度水平。
在已识别用于每一单独重叠目标的ROI且已测量其强度的情况下，能够接着确定所述重叠目标的不对称性，且因此确定重叠误差。这种确定是在步骤S5中(例如，由处理器PU)比较针对每个重叠目标32至35的+1阶和-1阶所获得的强度值以识别它们的强度不对称性(例如，它们的强度的任何差异)来完成。术语“差异”并非旨在仅指代减法。可以用比率形式来计算差异。在步骤S6中，使用针对多个重叠目标的已测量的强度不对称性，连同那些重叠目标的任何已知的强加重叠偏置的知识，来计算所述重叠目标T附近的光刻过程的一个或更多个性能参数。在本文中所描述的应用中，将包括使用两个或更多个不同测量配置方案的测量。非常感兴趣的性能参数是重叠。
图7图示了包括重叠周期性结构的重叠目标的典型衍射配置。重叠周期性结构包括第一周期性结构(或第一光栅)和第二周期性结构(或第二光栅)。在所示的特定示例中，存在有位于第一层中的第一(下部)光栅700和位于第二层中的第二(上部)光栅710，这些光栅都形成于衬底705上。层材料740位于所述第一光栅700与所述第二光栅710之间，所述层材料(在此示意性示例中)可包括将被蚀刻为第二层结构的材料。测量辐射720入射于第二光栅710上，引起了形成非零(例如，一)衍射阶730的衍射。另外，测量辐射720中的一些(零阶)传递通过第二光栅710和层材料740而入射到第一光栅700上，其中再次存在形成非零(例如，一)衍射阶750的衍射。来自第二光栅710的非零衍射阶730和来自第一光栅700的非零衍射阶750最终进行干涉(例如，在远场中)以形成重叠信号，所述重叠信号能够由传感器(例如，图3(a)所描绘的设备的传感器19或传感器23)采集。应注意，此图仅被提供用以图示产生重叠信号的相关原理，且为了简单起见并未示出所有衍射模式(例如，未示出透射衍射模式)。如已描述，可存在第一光栅700与第二光栅710之间的故意偏移(未示出)。
诸如D4C的量测目标设计平台可用于设计量测(重叠)目标。D4C使用户能够执行用以设计量测目标的所有所需步骤，而没有来自D4C程序的生成器的干预。使得适当图形用户界面(GUI)可用以设定、执行、审阅和使用D4C程序的特征。通常，无需与制作工具的特殊交互界面，这是因为量测目标设计主要被限制于仿真领域中，而非被限于实际器件制造领域中。
诸如多物理3-D建模软件的常规目标设计工具通常使用纯粹是图形化的面积或体积元素来“拖曳”或“构建”几何结构。向那些图形元素分配多物理学参数特性。D4C方法与常规方法的基本区别在于：光刻过程自身驱动所述量测目标的3D结构的渲染，因此，设计者不必逐个元素地构建所述模型。
图8(a)示出列举D4C方法的主要阶段的流程图。在阶段1110，选择待用于光刻过程中的材料。所述材料可选自通过适当GUI而与D4C实现界面交互的材料库。在阶段1120，通过输入处理步骤中的每个处理步骤、并且构建用于整个处理序列的计算机仿真模型来限定所述光刻过程。在阶段1130，限定了量测目标，即，将包括于目标中的各种特征的尺寸和其他特性输入至D4C程序中。例如，如果在一结构中包括光栅，则必须限定光栅元件的数目、单个光栅元件的宽度、介于两个光栅元件之间的间距，等等。在阶段1140中，产生3D几何形状。这个步骤也考虑是否存在与多层目标设计相关的任何信息，例如，不同层之间的相对移位。此特征能够实现多层目标设计。在阶段1150，所设计目标的最终几何形状被可视化。如下文将更详细地解释，不仅最终设计被可视化，而且随着设计者应用光刻过程的各种步骤，设计者能够对3D几何形状如何形成和由于过程诱发的效应而引起的变化进行可视化。例如，在抗蚀剂图案化之后的3D几何形状不同于在抗蚀剂移除和蚀刻之后的3D几何形状。
本公开的重要方面在于：使目标设计者能够对所述方法的各个阶段进行可视化以便于在建模和仿真期间对所述阶段的感知和控制。被称作“查看器”的不同可视化工具被构建至D4C软件中。例如，如图8(b)所示，设计者能够依赖于所限定的光刻过程和目标来查看材料绘图1160(且也可获得运行时间估计绘图)。一旦创建了所述光刻模型，则设计者能够通过模型查看器工具1175来查看模型参数。设计布局查看器工具1180可用以查看设计布局(例如，GDS文件案的视觉渲染)。抗蚀剂轮廓查看器工具1185可用以查看抗蚀剂中的图案轮廓。几何形状查看器工具1190可用以查看晶片上的3D结构。光瞳查看器工具1195可用以查看对量测工具的仿真响应。本领域技术人员将会理解，这些查看工具用以增强在设计和仿真期间设计者的理解。在D4C软件的一些实施例中可不存在这些工具中的一个或更多个，并且在一些其他实施例中可存在额外的查看工具。
D4C使得设计者能够设计数千或甚至数百万个设计。并非所有这些设计都将产生所需的重叠信号。为了确定产生重叠信号的这些目标设计中的一个或子集，所述D4C方法允许评估和可视化许多设计。因此，有可能识别哪些目标产生所需的重叠信号(且这些目标中的哪些提供最佳重叠响应，和/或哪些目标对于过程变化而言是最鲁棒的，等等)。
图8(c)示出了一流程图，其图示了所述D4C过程如何通过减少针对所述光刻过程的实际仿真而选择的量测目标的数目来增加总体仿真过程中的效率。如之前所提及的，D4C使得设计者能够设计数千或甚至数百万个设计。并非所有这些设计都可相对于处理步骤中的变化而言是鲁棒的。为了选择能够抵抗过程变化的目标设计的子集，光刻人员可有意扰动所限定的光刻过程的一个或更多个步骤，如在块1152所示。扰动的引入在最初如何限定整个过程序列方面改动了整个过程序列。因此，应用受扰动的过程序列(块1154)也改动了所设计目标的3D几何形状。光刻人员仅选择示出原始设计目标中的非零改动的扰动，并且产生选定过程扰动的子集(块1156)。随后利用过程扰动的这种子集来仿真所述光刻过程(块1158)。下文所描述的实施例涉及使用量测目标和量测设备来测量光刻特性的方法。
光学量测使用从目标散射的光以提供关于光刻过程的信息。在诸如散射仪这样的光学仪器中执行测量。散射仪适于测量的信息例如是重叠，重叠是在与两个重叠光栅平行的平面中介于两个重叠光栅之间的相对距离。
在基于衍射的重叠测量中，从针对+1衍射阶和-1衍射阶的光强度的差提取了所述重叠。适合于测量来自衍射光的重叠的已知散射仪的示例包括了在US2006033921A1、US2010201963A1、US2006066855A1、US2014192338、US2011069292A1、US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、US20130271740A、WO2016083076A1和62/320,780中所描述的那些散射仪。所有这些申请的内容具体地且全部以引用的方式合并入本文中。
此外，期望能够使用一种提供优化且鲁棒的结果、进而导致准确重叠测量的量测方法。
用于测量重叠的量测应用所面临的问题之一是扰乱从两个重叠光栅所衍射的强度的平衡的强度扰动。此外，在当前测量方法中，存在很少的选项用以区分由重叠产生的强度变化和由厚度的变化或散射光的波长产生的强度变化。扰动的另一来源由于目标的有限性而产生，其表现为诸如边缘效应这样的强信号。此外，成像光学器件的像差也是强度扰动的来源。在当前的利用散射测量来测量重叠的已知方法中，信号的重叠灵敏度对层厚度变化敏感。这也是利用本专利申请中所披露的实施例解决的挑战。
本文中所披露的实施例的目的是提供一种对诸如重叠这样的光刻特性的准确且鲁棒的测量的方法。另外，本文中所披露的实施例的目的是提供一种对诸如重叠这样的光刻特性的准确且鲁棒的测量的方法，其中已测量的重叠与叠层的厚度无关，所述厚度诸如是在两个重叠光栅之间的距离。而且，本文中所披露的实施例的目的是提供一种对诸如重叠这样的光刻特性的准确且鲁棒的测量的方法，其中已测量的重叠与用来照射所述量测目标的光的波长无关。
为了解决上述缺陷，提出包括两个重叠光栅的目标60，诸如图9至图12的目标60。在此示例中，目标60包括由具有节距P2的线所形成的顶部光栅(如下文提及的第二目标结构92的示例)和在与顶部光栅的节距P2平行的方向上具有节距P1和在垂直于节距P2和P1的方向上具有节距PH的棋盘格状(也被称作棋盘)光栅(如下文提及的第一目标结构91的示例)。当利用可见光或红外线或近红外线或紫外线或EUV光谱中的光进行照射时，所述射线沿循如图9至图12所描绘的路径。法向入射光(当如在图11和图12中查看时)将由底部光栅(第一目标结构91)衍射，并且所得到的衍射阶+1和-1将由顶部光栅(第二目标结构92)衍射或散射。由顶部光栅衍射的两条射线(78A、78B)之间具有2*θ2的角度，所述两条射线干涉并且形成条纹图案。所述条纹图案将由诸如相机或光电二极管(或多个光电二极管)的光强度传感器来检测并且将形成具有周期性振荡图案的图像。所述条纹周期Pf仅是节距P1和P2的函数。角度θ1和θ2和条纹周期Pf在以下方程式中给定，其中m是整数。
图13和图14中示出优选目标的一个示例。图13描绘示例顶部光栅。图14描绘示例底部光栅。图15中示出来自图13和图14的目标的条纹图案。从所述周期性条纹图案的移位提取所述重叠(顶部光栅与底部光栅之间的相对移位)。利用已知的信号处理技术，提取周期性信号的相位所述周期性信号具有与由P1和P2所确定的条纹频率相等的频率，如方程式3所示。图16和图17中示出示例信号处理过程中的步骤。图16示出由两对邻近的重叠光栅引起的感兴趣区域80中的条纹图案的信号强度(纵轴)相对于位置(横轴)的绘图。由于重叠误差所导致的所述周期性条纹图案的移位提供了对应的相移能够根据对如图17所示条纹图案的空间傅里叶分析来确定所述相移图17(a)描绘了所述条纹图案的频谱。图17(b)描绘了所述条纹图案的相位谱。由条纹周期Pf确定了频谱中的峰值。对应于所述峰值的相位(由虚线箭头指示)提供关于条纹图案中的移位和因此重叠误差的信息。
具有作为顶部光栅的棋盘格状图案和作为底部光栅的线/空间图案的目标60基于类似的原理工作。
图18和图19示出参数的相关性，诸如具有由条纹图案给定的频率的周期性信号的相位，所述相位是用于照射所述目标60的波长的函数(在图18中)以及叠层厚度的函数(在图19中)。根据方程式4与相位成正比的所述重叠并不依赖于波长或叠层厚度。
图20中示出根据实施例的替代设计，其中图20(a)描绘顶部光栅，图20(b)描绘底部光栅。单个目标在顶部层和底部层二者上均具备二维光栅。所述顶部目标由在X方向和Y方向二者上均具有节距P1(例如，500nm)的2D光栅构成。所述底部目标是在X和Y二者上均具有节距P2(例如，450nm)的棋盘。在这种情况下，PH＝P2。由干涉条纹构成的基准物将会使用顶部和底部上颠倒的P1和P2来围绕所示的目标或邻近放置的目标。固定的、周期性地分段的衍射光栅也能够用于相位基准物。
所述照射方向将确定当前显示的是何种重叠灵敏度：对于X重叠测量，将会主要从Y方向照射所述目标；对于Y重叠测量，将会主要从X方向照射所述目标。将会依赖于照射方向和XY重叠情况来产生不同组的干涉条纹。
这种目标设计的优点在于，其通过并不重复X和Y目标而减小目标覆盖面积。另一优点在于，完整光栅区域能够用于特定方向上的测量，即完整区域将被干涉条纹覆盖，从而由于较大的条纹位移放大率而增强重叠灵敏度、设计灵活性、并且通过对更大组的条纹进行平均化从而减小噪声。
本发明的优点是重叠信号的测量与波长和叠层的层厚度无关。这个优点基于+1和-1衍射阶的相等路径长度。本发明的另一优点是由于相移与朝向照射源的目标边缘正交而导致的对于边缘效应的不灵敏性。
图21至图27描绘又一实施例。图21示出利用光(测量辐射72)照射的具有相等节距P的光栅的目标60。这个目标60的特定示例在图24至图26中描绘并且在下文中进一步详细地描述。这个目标60的图像当在基于衍射的散射仪中利用光来照射时可类似于图23中被标注为141至144的正方形(其可被称为强度子区)。当照射具有位于所述顶部光栅与所述底部光栅之间的例如为-P/8±d、P/8±d的相对移位(重叠偏置)的目标时，获得了所述正方形141至144，其中P是顶部光栅和底部光栅的相等节距并且d是任意偏置(预定常数)。这种目标60可例如包括重叠目标子结构151至158的多个对61至64。能够从与图像141至144中的每个图像中的强度成比例的值或其关系提取所述重叠。图23中的分量信号78的强度通过诸如方程式5中的表达式给出(下文更详细地描述)。
分量信号78的强度作为顶部光栅与底部光栅之间的重叠差Xs的函数而变化，如图27所描绘。所示四个强度IA-D中的每个对应于上文所提及的具有零重叠误差的四个重叠偏置中的不同的一个重叠偏置(-P/8±d、P/8±d)。重叠误差将额外地使曲线向右或向左移位。能够从强度IA-D的改变计算出所述移位。
在诸如图22中所给出示例(其在下文中更详细地描述)的对光的衍射射线的傅里叶分析中，在+1和-1衍射阶之间的干涉光将与所使用波长和叠层厚度(诸如介于光栅之间的距离)无关。使用不同照射孔径是一种用以控制衍射图案的各种傅里叶成分的位置的方法，且由于这些衍射阶是对重叠极其敏感的，因此仅基于衍射正阶和负阶提高所述信号的可检测性。
根据实施例，提供了对目标60进行测量的方法。所述目标由光刻过程形成。上文已经参看图9至图27论述了这种方法的特定示例。下文将更详细地描述所述方法、和所述方法的变形例。
例如如图12所描绘，所述目标60包括分层结构。第一目标结构91(周期性结构)被设置于第一层81中。第二目标结构92(周期性结构)被设置于第二层82中。层材料85位于所述第一目标结构91与所述第二目标结构92之间。层材料85可包含，或可不包含被蚀刻以形成所述第二目标结构92的结构的材料。所述分层结构被形成于衬底87上。
利用测量辐射72照射所述目标60。所述方法包括检测由多个预定的(不同的)衍射阶74A、74B之间的干涉所形成的散射辐射。使用检测到的散射辐射来计算用于形成所述目标的光刻过程的特性(诸如，重叠误差)。
通过所述测量辐射72从第一目标结构91的衍射来产生干涉的预定衍射阶74A、74B。在一实施例中，干涉的预定衍射阶74A、74B包括两个相等但相反的衍射阶，或由两个相等但相反的衍射阶构成。在图12的特定示例中，干涉的预定衍射阶包括-1衍射阶(负一阶)和+1衍射阶(正一阶)(即，相等但相反的第一衍射阶)。在其他实施例中，其他预定衍射阶可促成由干涉(例如，零阶或更高阶)所形成的检测到的散射辐射。
干涉的预定衍射阶74A、74B最初以相对较大的角度θ1从目标结构91发散。由第二目标结构92的随后衍射使得干涉的预定衍射阶74A、74B更靠近在一起(如由射线78A和78B所描绘，它们以小得多的角度θ2发散)。射线78A是由射线74A产生的-1衍射阶，且射线78B是由射线74B产生的+1衍射阶。所述方法使用射线78A和78B来形成干涉图案(或由干涉引起的均匀强度的区域)并且使用所述干涉图案(或由干涉引起的均匀强度的区域)来测量重叠误差。通过从第二目标结构92的随后衍射来实现对预定衍射阶之间的干涉的检测。这种随后衍射使得预定衍射阶足够靠近在一起，以便它们被检测系统的物镜16高效且同时接收、并且以便干涉图案(或由干涉引起的均匀强度的区域)是对重叠误差敏感的。在使用图3(a)所示的类型的量测设备的情况下，例如可由第二测量支路来测量所述干涉图案。
所述干涉的预定衍射阶穿过分层结构的路径长度是相等的。因此避免了由路径长度效应(例如，针对较长路径长度的较大衰减)引起的检测到的散射辐射的强度变化。所述测量也将与目标60的厚度(例如，第一目标结构91与第二目标结构92之间的间距，所述间距也可被称作叠层的厚度)无关。所述测量将对薄目标60和厚目标60是有效的。如下文将详细地描述，已检测到的干涉图案(或由干涉引起的具有均匀强度的区)也与辐射的波长无关。这减小或避免了当测量辐射传播穿过目标60时由测量辐射的光谱中的变化或差异引起的误差。
由预定衍射阶之间的干涉所形成的已检测到的散射辐射作为所述第一目标结构91与所述第二目标结构92之间的重叠误差的函数而变化。存在有所述第一目标结构91和所述第二目标结构92可被配置成提供作为重叠误差的函数的已检测到的散射辐射的变化的多种方式。上文已描述具体示例。将在下文描述另外的具体示例。
在实施例中，干涉的预定衍射阶74A、74B是由从第一目标结构91的反射中的衍射而产生。所产生的衍射阶74A、74B从第二目标结构92的随后衍射包括穿过第二目标结构92的透射中的衍射。图12示出这种类型的实施例。在其他实施例中，可使用替代几何形状。例如，在其他实施例中，所述预定衍射阶74A、74B是由穿过第一目标结构91的透射中的衍射所产生。另外或替代地，随后衍射包括从第二目标结构92的反射中的衍射。
在实施例中，干涉的预定衍射阶是由穿过第一目标结构的透射中的衍射所产生，且所述预定衍射阶从所述第二目标结构的随后衍射包括从所述第二目标结构的反射中的衍射。这种实施例能够用于提供与图12所示的那些射线类似的射线78A和78B，但所述第一目标结构在这种情况下将会需要在第二目标结构上方、而非在第二目标结构下方。因而，在这种实施例中，图12中标记为91的目标结构将会对应于第二目标结构，标记为92的目标结构将会对应于第一目标结构。测量辐射72首先将会从标记为92的目标结构衍射(而非如在图12中笔直传递穿过)且随后从标记为91的目标结构(在反射中)衍射第二次(在如射线78A和78B笔直传递穿过标记为92的目标结构之前)。
因而，所述测量辐射72从上部目标结构和下部目标结构以任一阶而双衍射。双衍射使得不同衍射阶在一起以产生对波长和叠层厚度不敏感的特性干涉(具有特性强度，和/或具有特性频率和相位的条纹图案)。实际上，两个衍射序列同时发生和增强。来源于单个衍射、或来源于三个衍射的衍射阶呈明显不同的角度，且并不促成所观测到的干涉(例如，强度和/或条纹图案)。
在实施例中，所述目标60包括三对或更多对61至64的重叠目标子结构151至158。上文参看图21至图27简要地提及这种目标60的示例。在图24至图26中描绘了示例目标60的结构。在这种实施例中，每对61至64的重叠目标子结构151至158包括第一目标子结构151至154。第一目标子结构151至154被设置于第一目标结构91中(即，在第一层81中)。在这种实施例中，每对61至64的重叠目标子结构151至158还包括第二目标子结构155至158。所述第二目标子结构155至158被设置于第二目标结构92中(即，在第二层82中)。在图24至图26的示例中，设置了四对。第一对61包括第一目标子结构151和第二目标子结构155。第二对62包括第一目标子结构152和第二目标子结构156。第三对63包括第一目标子结构153和第二目标子结构157。第四对64包括第一目标子结构154和第二目标子结构158。
每对61至64的重叠目标子结构151至158中的第一目标子结构151至154和第二目标子结构155至158中的每个包括了具有相同节距和方向的第一周期性部件(例如，线光栅，或具有棋盘图案的周期性部件)。在图21至图27的实施例中，第一周期性部件包括沿着至少一个方向具有节距P的光栅(例如，具有节距P的线光栅或具有节距P的棋盘图案)。每对61至64的重叠目标子结构151至158设置有不同的重叠偏置。将多对61至64的重叠目标子结构151至158设置有不同重叠偏置使得有可能以高可靠性和/或高准确度来获得重叠误差，如下所描述。
图22是从图21所示的一对61的重叠目标子结构151、155的衍射的傅里叶空间表示。本领域技术人员将会了解，相同原理将会适用于其他多对62至64的重叠目标子结构152至154、156至158中的每对。
图101表示所述目标子结构155的预期衍射图案(傅里叶变换)。图102表示所述目标子结构151的预期衍射图案(傅里叶变换)。图103表示由从组合结构的衍射产生的预期衍射图案(傅里叶变换)，所述组合结构由目标子结构155和目标子结构151的组合形成，所述组合结构通过使目标子结构155与目标子结构151叠加(或相乘)形成。因此能够通过图101的衍射图案与图102的衍射图案的卷积而获得图103的衍射图案，如图22所示。
图101的衍射图案包括分别由具有相关联的傅里叶系数A-1、A0和A1的局部峰值所表示的-1、零和+1衍射阶。因为所述目标子结构155在此示例中由简单线光栅(所述第一周期性部件)构成，则沿着横轴对准所有峰值。唯一空间周期性因此由线光栅的节距表示，所述节距继而由峰值A-1和A1的沿着横轴的间距表示(等于2*k，其中k＝2π/P)。
因为所述目标子结构151包括第一周期性部件和第二周期性部件二者，所以图102的衍射图案包括更多峰值。第一周期性部件平行于目标子结构155中的线光栅并且具有相同节距P。第二周期性部件垂直于第一周期性部件(例如，棋盘图案)。由从第一周期性部件和第二周期性部件的组合的衍射产生的峰值包括：具有傅里叶系数B0,0的零阶峰值，和具有傅里叶系数B-1,1、B1,1，B1,-1和B-1,-1的一阶峰值。峰值B-1,1与峰值B1,1之间、以及峰值B1,-1与峰值B-1,-1之间的间距由第一周期性部件的节距P确定。峰值B-1,1与峰值B-1,-1之间、以及B1,1与B1,-1之间的间距由第二周期性部件的节距确定，其在所示具体示例中也是P，但可以是任何其他值。
图101和图102的衍射图案的卷积在图102的峰值B0,0、B-1,1、B1,1、B1,-1和B-1,-1的位置中的每个位置处有效地叠加图101的三个峰值A-1、A0和A1。由于两个目标子结构151和155中的每个目标子结构中第一周期性部件的相同节距P，则图103的衍射图案中的一阶衍射峰值是由从不同预定衍射阶所产生的重叠峰值形成的。傅里叶空间中重叠峰值的局部本质指示了：由预定衍射阶之间的干涉所形成的散射辐射将以标称地相同角度(或在小角度范围内)从目标60输出。图103中沿着纵轴的一阶峰值中的每个一阶峰值是由与从目标子结构151的+1衍射且之后紧随着从目标子结构155的-1衍射对应的峰值(A1B-1,1或A1B-1,-1)、和与从目标子结构151的-1衍射且之后紧随着从目标子结构155的+1衍射对应的峰值(A-1B1,1或A-1B1,-1)的重叠而形成的。彼此干涉的预定衍射阶因而是相对于从所述对61中的第一周期性部件的衍射而被限定的(因此，在当前情况下，预定衍射阶是相对于两个目标子结构151和155中的每个中的具有周期P的第一周期性部件而言的+1和-1衍射阶)。图103中由重叠峰值产生的散射辐射的强度I0,1和I0,-1由上文方程式5中所提供的表达式给定。在量测中公知的是如何选择性地测量与傅里叶空间中的选定区对应的散射辐射，例如通过使用如上文参看图3所描述的孔板13来选择合适的照射模式。因此能够测量强度I0,1和I0,-1。
强度I0,1和I0,-1中的每个将作为每对61至64中的重叠目标子结构151至158中的第一周期性部件之间的重叠偏移的函数而变化。强度随重叠偏移的示例变化在图27中描绘并且在上文提到。所述变化预期是至少大致成正弦的，且具有平均强度I0。在实施例中，通过测量该曲线的向右或向左的位置改变是通过测量在不同重叠偏置的情况下的强度而实施的，来检测了重叠误差。
在实施例中，不同重叠偏置包括相等但相反的重叠偏置的一个或更多个对。这些重叠偏置提供了作为重叠偏移的函数的强度变化的对称采样，这预期是对信号中高次谐波的存在较不敏感的。在实施例中，不同重叠偏置包括下列四个偏置：-P/8-d、P/8+d、-P/8+d和P/8-d，其中P是第一周期性部件的节距并且d是预定常数。上文已参看图21至图27论述了这种类型的示例。从图27能够看出，由这些四个重叠偏置所产生的强度IA-D标称地围绕原点对称地分布。另外，通过将重叠偏置定位在标称曲线的最陡部分的任一侧的有限范围内(在P/8处)，所有强度IA-D将被标称地定位于具有相对高的陡度的区域处。由于重叠误差引起的所述曲线的位置的任何改变将因此导致所测量强度IA-D的相对快速地改变，由此有助于实现高灵敏度。
四个强度IA-D均与重叠误差OV相关，在通过以下方程式由-P/8-d、P/8+d、-P/8+d和P/8-d给出所述偏置的情况下：
IA＝I0+K(OV-d)
IB＝I0+K(OV+d)
IC＝I0-K(OV-d)
ID＝I0-K(OV+d)
这四个方程式仅包含三个未知量且因此能够被求解以发现OV：
在上文参看图21至图27所论述的类型的实施例中，由预定衍射阶之间的干涉所形成的已检测到的散射辐射包括多个强度子区域141至144(如图23所示)。每个强度子区域141至144是由从三对或更多对61至64的目标子结构151至158中的不同相应的一对目标子结构而衍射的测量辐射所形成的。在图23的特定示例中，四个正方形强度子区域141至144是由图24至图26所描绘的正方形阵列目标60提供的。虽然每个强度子区域141至144由干涉形成，但在任何给定时间获得强度的仅单个值。所述强度子区域141至144并不单独地包括具有任何干涉所产生的空间结构的干涉图案(例如，干涉条纹图案)。空间结构的这种缺乏是在(发生干涉以产生检测强度的)峰值的傅里叶空间中较高程度的重叠的结果。对在空间上均匀强度的单个绝对值进行检测而非对具有空间结构的图案进行检测是期望的，因为现有的测量重叠的方法(如上文参看图3至图6所描述)也依赖于强度的单个绝对值的测量且因此能够被特别高效地调适以执行本方法。
在替代实施例中，形成了具有空间结构的干涉图案，并且所述空间结构被用来提取重叠。下文参看图28至图31描述了这种方法的示例。
在这种方法中，提供了包括至少一对61、62的重叠目标子结构151至154的目标600。在图30和图31中描绘了这种目标60的示例。每对61、62的重叠目标子结构151至154包括了在第一目标结构91中(即，在第一层81中)的第一目标子结构151、152和在第二目标结构92中(即，在第二层82中)的第二目标子结构153、154。每对61、62的重叠目标子结构151至154中的第一目标子结构151、152和第二目标子结构153、154包括具有相同方向和不同节距P1、P2的第一周期性部件。如下文所描述，不同节距P1、P2提供在不同预定衍射阶之间的具有空间结构的干涉图案。在实施例中，由预定衍射阶之间的干涉所形成的已检测到的散射辐射包括由每对61、62的目标子结构151至154所形成的条纹图案。在实施例中，所述条纹图案使得第一目标结构91与第二目标结构92之间的重叠误差的变化引起每个条纹图案中条纹的位置移位(即，每个条纹图案的相位的改变)。因而能够通过提取所述条纹图案的相位而获得重叠误差。
图29是从图28所示的所述一对61的重叠目标子结构151、153的衍射的傅里叶空间表示。本领域技术人员将会了解，相同原理将会适用于另一对62的重叠目标子结构152、154。
图28所示的所述一对61的重叠目标子结构151、153与图21所示的所述一对61的重叠目标子结构151、155相同，除了下部目标子结构151的节距P1不同于上部目标子结构153的节距P2以外。另外，目标子结构151包括具有节距P3(其可等于P1或P2或任何其他值)的第二周期性部件。
图201表示目标子结构153的预期衍射图案(傅里叶变换)。图202表示目标子结构151的预期衍射图案(傅里叶变换)。图203表示由从组合结构的衍射产生的预期衍射图案(傅里叶变换)，所述组合结构由目标子结构153和目标子结构151的组合形成。所述组合结构通过将目标子结构153与目标子结构151叠加(或相乘)而形成。图203的衍射图案因此能够通过图201的衍射图案与图202的衍射图案的卷积而获得，如图29所示。
图201的衍射图案与图22中图101的衍射图案相同，除了-1和+1峰值之间的间距是由2*k2给出，其中k2＝2π/P2以外。
图202的衍射图案与图22中的衍射图案102相同，除了沿着水平方向的-1与+1峰值之间的间距由2*k1给出，其中k1＝2π/P1，和沿着竖直方向的-1与+1峰值之间的间距由2*k3给出，其中k3＝2π/P3以外。
图201和图202的衍射图案的卷积有效地叠加图202的峰值B0,0、B-1,1、B1,1、B1,-1和B-1,-1的位置中的每个位置处的图201的三个峰值A-1、A0和A1。由于两个目标子结构151和153中的每个目标子结构中第一周期性部件的不同节距P1和P2，形成了包括位于图22的图103中所述重叠一阶峰值(与预定衍射阶对应)的区域中的两个不同峰值的衍射图案。所述不同峰值彼此分离，如由2π/P2-2π/P1所指示。来自这些预定衍射阶的峰值在傅里叶空间中互相靠近而定位，并且能够因此被高效地提取并且用来形成其中预定衍射阶互相干涉的强度图案。图203中来自预定衍射阶的多对峰值中的每对包括：与从目标子结构151的+1衍射且之后紧随着从目标子结构153的-1衍射对应的峰值(A1B-1,1或A1B-1,-1)、和与从目标子结构151的-1衍射且之后紧随着从目标子结构153的+1衍射对应的峰值(A-1B1,1或A-1B1,-1)。互相干涉的预定衍射阶因而相对于从所述一对61中的第一周期性部件的衍射而被限定(在这种情况下是相对于从所述一对61中的第一周期性部件的衍射而言的+1和-1衍射阶)。图203中这些成对峰值中的每个的强度I0,1和I0,-1由方程式5的一般化形式或广义形式给出，它们被标记为方程式6并且如下给出：
方程式6与方程式5的不同的处在于：强度I0,1和I0,-1还包括空间上周期性的项，所述项具有与成比例的节距(其也可被称作摩尔(Moiré)周期)和与重叠偏移Xs成比例的相位。所述空间上周期性的项限定了由强度I0,1和I0,-1所形成的条纹图案的节距和相位。重叠误差将引起条纹图案的相位的移位。相位的测量因此能够用于测量重叠误差。相位对重叠误差的灵敏度能够根据期望通过对P1和P2的适当选择而改变。
产生具有空间结构的干涉图案(例如，条纹图案)能够实现空间频域中的滤波(如图17所描绘)。能够去除与重叠并不相关的对于已检测到的辐射强度的贡献。能够被排除的强度贡献的示例包括目标边缘峰值、不对称照射和来自相邻器件或其他结构的散射光。因此能够以高的准确度和可靠性来提取所述干涉图案的相位。
条纹图案的相位有利地随着遍及+π至–π的相位范围的重叠误差而线性地变化。这种线性变化便于校正并且提供了均匀的灵敏度。
在实施例中，在图32中描绘了目标的示例，所述目标60还包括用以充当相位参考的参考结构R1。所述参考结构R1提供具有与所述条纹图案相同周期性的辐射图案。所述参考结构R1被设置成使得在来自参考结构R1的辐射图案中基本上不存在作为第一目标结构91与第二目标结构92之间的重叠误差的函数的条纹的位置移位。例如，参考结构R1可被完全地形成于所述目标的单个层内。因而，条纹图案与来自参考结构R1的辐射图案之间的相对移位能够用于获得重叠误差。在图32的特定示例中，目标60包括四个目标结构91至94，但应了解，所述原理能够适用于仅包含两个目标结构(例如，正如在图30和图31中的情况)或任意其他数目的目标结构的目标60。
提供相位参考的替代或额外方法是提供一种产生作为重叠误差的函数而相对于彼此在相反方向上移动的多个条纹的目标60。在图30和图31中描绘了这种类型的示例目标60。所述目标60包括至少第一对61的重叠目标子结构151和153，以及第二对62的重叠目标子结构152和154。在第一对61的重叠目标子结构151和153中，第一目标子结构151的第一周期性部件具有第一节距P1，且第二目标子结构153的第一周期性部件具有第二节距P2。在第二对62的重叠目标子结构152和154中，第一目标子结构152的第一周期性部件具有第二节距P2且第二目标子结构154的第一周期性部件具有第一节距P1。从方程式6的检查可见，以此方式调换P1和P2导致了所述目标60产生来自作为重叠误差的函数在与来自第二对62的重叠目标子结构152和154的条纹图案相反的方向上移动的第一对61的重叠目标子结构151和153的条纹图案。图13和图14描绘了用于这种类型的目标60的示例图案。图13描绘了适合于目标子结构153的图案(右)和适合于目标子结构154的图案(左)。图14描绘了适合于目标子结构151的图案(右)和适合于目标子结构152的图案(左)。图15描绘了示例条纹图案。右侧条纹图案对应于第一对161的重叠目标子结构151和153。左侧条纹图案对应于第二对62的重叠目标子结构152和154。
图33图示了使用具有共同节距和不同重叠偏置的多对目标子结构来测量重叠误差的方法(如上文例如参看图21至图27所述)与使用具有不同节距的多对目标子结构来测量重叠误差的方法(如上文例如参看图28至图32所述)之间的对应性。图33(a)示出具有节距P1的示例第一目标结构91和具有节距P2的示例第二目标结构92的一部分。能够利用节距差来产生如上文所描述的条纹图案。能够从条纹图案的空间相位的改变提取重叠误差。使用具有相同节距P但不同重叠偏置的多对目标子结构的替代方法可被视为有效地对将会使用具有不同节距的目标结构所产生的条纹图案进行采样。图33(b)示出从图33(a)的布置提取的示例区段401至405。每个区段401至405将具有在第一目标结构91与第二目标结构92的在所述区段中的所述部分之间的不同平均移位。随后能够由具有相同节距和与区段401至405的平均移位相等的重叠偏置的相应一对的目标子结构411至415来近似估计每个区段401至405，如图33(c)所示。因而，例如，对411具有等于区段401中的平均移位的重叠偏置，对412具有等于区段402中的平均移位的重叠偏置，等等。所得到的图33(c)的多对子结构411至415因而提供图33(a)的整个布置的近似。与图33(c)的多对目标子结构411至415对应的强度值的测量有效地对直接由图33(a)的布置所形成的条纹图案的强度的变化进行了采样。因而能够检测到条纹图案的相位的移位。因此也能够检测到与相位的移位成比例的重叠误差。
在实施例中，例如，如图32所描绘，所述目标60包括分别在分层结构的一个或更多个另外的层83、84中的一个或更多个另外的目标结构93、94。因而，除上文所论述的实施例的第一目标结构91和第二目标结构92(分别在层81和82中)以外，设置了另外的目标结构93、94。在这种实施例中，目标60包括分层结构的多个不同相应对的层中每对中的至少一对重叠目标子结构。在分层结构的不同相应对的层中的多对重叠子结构的每对包括了节距差不同的多个第一周期性部件，由此提供了对于分层结构的不同对的层中的每对具有不同空间频率的条纹图案。在图32的示例中，目标结构91至94分别包括具有节距P1至P4的第一周期性部件。不同对的目标结构具有不同的节距差，例如P1-P2≠P1-P3≠P1-P4等。由不同对所产生的条纹图案因而具有不同空间频率并且能够因此被分辨。不同频率允许不同条纹频率来对不同信息进行编码，例如针对每个不同条纹频率的单独重叠值。因此能够经由对所述目标上的同一区域的单个照射来同时获得关于目标中的不同对的层的重叠误差。因此在没有多个不同目标和/或多个不同测量步骤的情况下，详细的重叠测量是可能的。
在所示实施例中，多个参考结构R1至R3为所考虑的多对目标结构中的每对目标结构提供相位参考。参考结构R1充当相对于由目标结构91和92形成的条纹的相位参考(例如，通过形成具有与由目标结构91和92所形成的条纹相同的节距的条纹)。参考结构R2充当相对于由目标结构91和93形成的条纹的相位参考(例如，通过形成具有与由目标结构91和93所形成的条纹相同的节距的条纹)。参考结构R3充当相对于由目标结构91和93形成的条纹的相位参考(例如，通过形成具有与由目标结构91和93所形成的条纹相同的节距的条纹)。可按需要提供更少的或额外的参考结构。
在上文所描述的实施例中的任一实施例中，每对目标子结构可包括具有在相对于第一周期性部件的不同方向上定向的第二周期性部件的至少一个目标子结构(即，每对目标子结构中的任一个或两个目标子结构各自包括这种第二周期性部件)。例如，所述第二周期性部件可垂直于所述第二周期性部件定向。第二周期性部件用以在光瞳平面(傅里叶空间)中独立地与控制所述干涉条纹相位和频率、来自零阶散射辐射的干涉的预定衍射阶的傅里叶部件分离，由此改善能够检测由预定衍射阶之间的干涉所形成的散射辐射的准确度。减小了来自零阶辐射的污染。另外，第二周期性部件改变了由预定衍射阶之间的干涉所形成的散射辐射离开目标60的角度(参见例如图9至图11)。所述第二周期性部件因而能够被配置成确保所述角度适合于量测系统的检测系统(例如，使得散射辐射进入所述检测系统的物镜16的光瞳和/或允许所述辐射被引导至所述检测系统的检测器阵列上的特定部位)。所述第二周期性部件因此同时使得有可能：(a)在一个平面内具有对称的双衍射的阶和(b)在另一个通常正交的平面中具有来自零阶的选定的载有信息的阶的间距。
具有相对于所述第一周期性部件定向在不同方向上的第二周期性部件的目标子结构可呈各种形式，包括下列中的一种或更多种：由正方形元素或矩形元素所形成的棋盘图案、围绕与所述棋盘图案的平面垂直的轴线旋转预定角度的由正方形元素或矩形元素所形成的倾斜棋盘图案、以及二维光栅。
由正方形元素所形成的示例棋盘图案例如在图14和图20(b)中示出。图34中示出由矩形(非正方形)元素所形成的示例棋盘图案。图35中示出示例倾斜的棋盘图案。已发现所述棋盘图案由于衍射图案中相对低水平的不期望的谐波而特别有效地起作用。在期望避免棋盘的元素之间的拐角与拐角的接触的情况下，所述倾斜的棋盘图案可比常规棋盘图案更受青睐。然而，可使用其他图案。可例如使用其中所有正方形元素沿着X和Y二者对准的棋盘图案的变形例，如图20(a)所示。在替代实施例中，设置一对目标子结构，其中顶部光栅具有节距P1，且底部光栅具有节距P2。所述底部光栅上的光栅线被设置成相对于所述顶部光栅成倾斜角θ。所述底部光栅包括多个光栅区段。第一组光栅区段包括已旋转+θ的光栅线。第二组光栅区段包括已旋转-θ的光栅线。替代或另外地，来自不同组的区段可相对于彼此散布以形成相等的且相反地旋转的光栅区段的周期性图案。已旋转的区段产生在与棋盘相同角度的衍射，但不存在各个结构元素的拐角与拐角的接触。在另一替代实施例中，棋盘图案被形成为具有圆形边缘或不相等的矩形空间比。
在例如图20(a)中示出典型的二维光栅的示例。
在图36至图39中示出特定目标结构的另外的示例。在这些图中的每个图中，(a)所示的图案对应于第二目标结构92(顶部目标)，(b)所示的图案对应于第一目标结构91(底部目标)。然而，可颠倒所述图案。
图36(a)描绘了具有沿着Y(图中竖直)的16微米和沿着X(图中水平)的32微米内的覆盖面积的第二目标结构92。这些仅是示例性尺寸。目标子结构301和303是节距(P1)＝450nm的线光栅。目标子结构302和304是节距(P2)＝500nm的线光栅。
图36(b)描绘了被配置成与图36(a)的第二目标结构92形成多对目标子结构的第一目标结构91。目标子结构311和313(分别与目标子结构301和303配对)包括具有与目标子结构301和303的节距P1平行的节距(P2)＝500nm以及沿垂直方向的节距(PH)＝500nm的棋盘图案。目标子结构312和314(其分别与目标子结构302和304配对)包括具有与目标子结构302和304的节距平行的节距(P1)＝450nm、以及沿垂直方向的节距(PH)＝500nm的棋盘图案。因而，在这种示例中，P1＝450nm并且P2＝500nm。目标子结构301、302、311和312提供对图中竖直方向上的重叠误差的灵敏度。目标子结构303、304、313和314提供对图中水平方向上的重叠误差的灵敏度。
图37描绘了与图36中相同的第二目标结构92和第一目标结构91，除了P1＝600nm、P2＝700nm和PH＝700nm以外。图36和图37中P1、P2和PH的值仅是示例性的。
图38(a)描绘了具有沿着Y(图中竖直)的16微米和沿着X(图中水平)的32微米内的覆盖面积(仅是示例性的)的第二目标结构92。目标子结构301A和301B包括具有节距(P1)＝450nm的平行周期性部件的光栅。目标子结构303A和303B也包括具有节距(P1)＝450nm的平行周期性部件的光栅(垂直于301A和301B)。外部光栅301A和303A另外包括在垂直方向上的节距(PH)＝500nm的周期性。
目标子结构302A和302B包括具有节距(P2)＝500nm的平行周期性部件的光栅。目标子结构304A和304B也包括具有节距(P2)＝500nm的平行周期性部件的光栅(垂直于302A和302B)。外部光栅302A和304A另外包括在垂直方向上的节距(PH)＝500nm的周期性。
外部光栅301A、302A、303A和304A的二维结构产生内部光栅301B、302B、303B和304B的条纹周期的两倍条纹周期。使条纹周期加倍对于降低相位模糊性而言可以是期望的，例如，在重叠导致(由内部光栅产生的)内部组的条纹具有相移π的情况下，(由外部光栅产生的)外部组的条纹将会具有相移π/2。由此增大了明确测量或非模糊测量的范围。
图38(b)描绘了被配置成与图38(a)的第二目标结构92形成多对目标子结构的第一目标结构91。目标子结构311和313包括了具有与目标子结构301A、301B、303A和303B的节距(P1)平行的节距(P2)＝500nm和在垂直方向上的节距(PH)＝500nm的棋盘图案。目标子结构312和314包括具有与目标子结构302A、302B、304A和304B的节距(P2)平行的节距(P1)＝450nm和在垂直方向上的节距(PH)＝500nm的棋盘图案。
图39(a)描绘了具有沿着Y(图中竖直)的16微米和沿着X(图中水平)的32微米内的覆盖面积(仅是示例性的)的第二目标结构92。目标子结构321至324包括具有相同节距(P)＝500nm但不同重叠偏置的线光栅。重叠偏置由-P/8-d、P/8+d、-P/8+d和P/8-d给出，其中d＝20nm，从而产生-82.5nm、-42.5nm、42.5nm和82.5nm的重叠偏置。目标子结构321至324提供对于Y方向上的重叠误差的灵敏度(结合第一目标结构91)。目标子结构325至328垂直于目标子结构321至324而定向，但在其他方面与目标子结构321至324相同。目标子结构325至328因此提供对于X方向上的重叠误差的灵敏度(结合第一目标结构91)。
图39(b)描绘了被配置成与图39(a)的第二目标结构92形成多对目标子结构的第一目标结构91。目标子结构330包括具有与目标子结构321、322、323和324的节距(P)平行的节距(P)＝500nm和在垂直方向上的节间距(PH)＝500nm的棋盘图案(即，包括正方形元素的棋盘图案)。棋盘图案也提供与目标子结构325、326、327和328的节距(P)平行的节距(P)＝500nm和垂直方向上的节距(PH)＝500nm。
在实施例中，提供一种量测设备，所述量测设备能够操作用以执行上文所描述的测量目标的方法中的任一种。所述量测设备可例如如上文在图3(a)中所描述地被配置。照射系统利用测量辐射来照射使用光刻过程在衬底上所产生的目标60。检测系统检测由对于目标60的照射引起的散射辐射。检测系统可至少包括图3(a)所描绘的第二测量支路。所述检测系统可包括检测由预定衍射阶之间的干涉所形成的散射辐射的传感器23。
在以下编号方面中提供根据本发明的另外实施例。
I.一种测量光刻过程的特性的方法，包括：
当利用来自照射源的光照射目标时检测从所述目标散射的干涉光，所述目标包括至少两个重叠光栅；和
计算与所述目标的属性无关的光刻过程的特性。
II.根据方面I所述的方法，其中所述计算使用与源自所述干涉光的周期性信号的相位成比例的信号。
IIA.根据先前方面中任一方面所述的方法，其中所述目标的所述属性是叠层厚度。
III.一种测量光刻过程的特性的方法，包括：
当利用来自照射源的光照射目标时检测从所述目标散射的干涉光，所述目标包括至少两个重叠光栅；和
计算与来自所述照射源的所述光的波长无关的光刻过程的特性。
IV.根据方面III所述的方法，其中所述计算使用与源自所述干涉光的周期性信号的相位成比例的信号。
V.—种测量光刻过程的特性的方法，包括：
当利用来自照射源的光照射目标时检测从所述目标散射的干涉光，所述目标包括至少两个重叠光栅；和
计算光刻过程的特性，所述计算包括确定源自所述干涉光的周期性信号的相位。
VI.根据方面V所述的方法，其中所述光刻过程的特性的计算与叠层厚度无关。
VII.根据任何先前方面所述的方法，其中所光刻过程的特性的计算与用于照射所述目标的所述光的波长无关。
VIII.根据先前方面中任一方面所述的方法，其中所述光刻过程的所述特性是重叠。
在以下编号方面中描述根据本发明的另外实施例：
1.一种测量由光刻过程形成的目标的方法，所述目标包括分层结构，所述分层结构具有在第一层中的第一目标结构和在第二层中的第二目标结构，所述方法包括：
利用测量辐射照射所述目标；
检测由多个预定衍射阶之间的干涉所形成的散射辐射，其中所述预定衍射阶由所述测量辐射从所述第一目标结构的衍射产生且随后从所述第二目标结构衍射；和
使用由所述预定衍射阶之间的所述干涉所形成的已检测到的散射辐射来计算所述光刻过程的特性。
2.根据方面1所述的方法，其中所述光刻过程的特性包括所述第一目标结构与所述第二目标结构之间的重叠误差。
3.根据方面1或2所述的方法，其中所述预定衍射阶包括两个相等但相反的衍射阶。
4.根据方面1至3中任一方面所述的方法，其中：
所述预定衍射阶由从所述第一目标结构的反射中的衍射产生，且所述预定衍射阶从所述第二目标结构的随后衍射包括穿过所述第二目标结构的透射中的衍射；或
所述预定衍射阶由穿过所述第一目标结构的透射中的衍射产生，且所述预定衍射阶从所述第二目标结构的随后衍射包括从所述第二目标结构的反射中的衍射。
5.根据前述方面中任一方面所述的方法，其中：
所述目标包括三对或更多对的重叠目标子结构，每对重叠目标子结构包括在所述第一目标结构中的第一目标子结构和在所述第二目标结构中的第二目标子结构；
每对重叠目标子结构中的所述第一目标子结构和所述第二目标子结构中的每个都包括具有相同节距和方向的第一周期性部件；和
每对重叠目标子结构都设置有不同的重叠偏置。
6.根据方面5所述的方法，其中由所述预定衍射阶之间的干涉所形成的已检测到的散射辐射包括多个强度子区域，每个强度子区域具有在空间上均匀的强度并且由从所述三对或更多对的目标子结构中的不同的相应一对目标子结构衍射的测量辐射形成，且其中所述光刻过程的所述特性的所述计算使用每个强度子区域中的强度的水平来确定所述光刻过程的所述特性。
7.根据方面5或6所述的方法，其中相对于从每对目标子结构中的所述第一周期性部件的衍射来限定所述预定衍射阶。
8.根据方面5至7中任一方面所述的方法，其中所述重叠偏置包括一对或更多对的相等但相反的重叠偏置。
9.根据方面5至8中任一方面所述的方法，其中所述三对或更多对的目标子结构包括四对目标子结构。
10.根据方面9所述的方法，其中所述重叠偏置包括下列：-P/8-d、P/8+d、-P/8+d和P/8-d，其中P是所述第一周期性部件的节距，d是预定常数。
11.根据方面1至4中任一方面所述的方法，其中由所述预定衍射阶之间的干涉所形成的已检测到的散射辐射包括条纹图案。
12.根据方面11所述的方法，其中所述光刻过程的所述特性的所述计算包括通过提取所述条纹图案的相位来计算所述第一目标结构与所述第二目标结构之间的重叠误差。
13.根据方面11或12所述的方法，其中：
所述目标包括至少一对重叠目标子结构，每对重叠目标子结构包括在所述第一目标结构中的第一目标子结构和在所述第二目标结构中的第二目标子结构；和
在每对重叠目标子结构中的所述第一目标子结构和所述第二目标子结构中的每个都包括具有相同方向和不同节距的第一周期性部件。
14.根据方面13所述的方法，其中由所述预定衍射阶之间的干涉所形成的已检测到的散射辐射包括由每对目标子结构形成的条纹图案。
15.根据方面14所述的方法，其中所述目标还包括参考结构，所述参考结构被配置成提供具有与所述条纹图案相同的周期性的辐射图案，其中所述参考结构被设置成使得在所述辐射图案中基本上不存在作为所述第一目标结构与所述第二目标结构之间的重叠误差的函数的条纹的位置移位。
16.根据方面13至15中任一方面所述的方法，其中：
所述目标包括至少第一对重叠目标子结构和第二对重叠目标子结构；
在所述第一对重叠目标子结构中，所述第一目标子结构的所述第一周期性部件具有第一节距，所述第二目标子结构的所述第一周期性部件具有第二节距；和
在所述第二对重叠目标子结构中，所述第一目标子结构的所述第一周期性部件具有所述第二节距，所述第二目标子结构的所述第一周期性部件具有所述第一节距。
17.根据方面11至16中任一方面所述的方法，其中：
所述目标包括分别在所述分层结构的一个或更多个另外层中的一个或更多个另外的目标结构；
所述目标包括所述分层结构的多个不同的相应的多对层中每对层中的至少一对重叠目标子结构，其中在所述分层结构的不同相应的一对层中的多对重叠子结构中的每对都包括节距差是不同的第一周期性部件，由此提供对于所述分层结构的不同的多对层中的每对层具有不同空间频率的条纹图案。
18.根据方面5至17中任一项方面所述的方法，其中所述多对目标子结构对中的每对中的目标子结构中的任一个或两者每个包括相对于所述第一周期性部件定向在不同方向上的第二周期性部件。
19.根据方面18所述的方法，其中所述第一周期性部件垂直于所述第二周期性部件定向。
20.根据方面18或19所述的方法，其中具有相对于所述第一周期性部件定向在不同方向上的第二周期性部件的所述目标子结构包括下列中的一个或更多个：由正方形元素或矩形元素所形成的棋盘图案、由围绕与所述棋盘图案的平面垂直的轴线旋转预定角度的正方形元素或矩形元素所形成的倾斜的棋盘图案、和二维光栅。
21.一种衬底，所述衬底包括由光刻过程所形成的目标，所述目标包括分层结构，所述分层结构具有在第一层中的第一目标结构和在第二层中的第二目标结构，其中所述第一目标结构和所述第二目标结构被配置成允许检测当利用测量辐射照射所述目标时从所述目标散射的辐射，已检测到的散射辐射由多个预定衍射阶之间的干涉形成，其中所述预定衍射阶由所述测量辐射从所述第一目标结构的衍射产生且随后从所述第二目标结构衍射。
22.根据方面21所述的衬底，其中所述目标是用于测量重叠误差的重叠目标，所述重叠目标被配置成使得由所述预定衍射阶之间的干涉所形成的已检测到的散射辐射作为所述第一目标结构与所述第二目标结构之间的重叠误差的函数而变化。
23.一种量测设备，包括：
照射系统，配置成利用测量辐射照射使用光刻过程在衬底上所产生的目标；和
检测系统，配置成检测由对于所述目标的照射所引起的散射辐射，其中：
所述量测设备能够操作用以执行根据方面1至20中任一方面所述的方法。
24.—种光刻设备，配置成通过在衬底上形成目标而产生根据方面21或22所述的衬底。
虽然上文所描述的目标是出于测量目的而专门设计和形成的量测目标，但在其他实施例中，可测量关于作为形成于衬底上的器件的功能部分的目标的属性。许多器件具有规则的类光栅结构。如本文中所使用的术语“目标光栅”和“目标”无需专门地针对正在执行的测量来设置所述结构。另外，量测目标的节距P接近于散射仪的光学系统的分辨率极限，但可比由光刻过程在目标部分C中所制造的典型产品特征的尺寸大得多。实际上，可将目标内的重叠光栅的线和/或空间制造成包括在尺寸上与产品特征类似的较小结构。
与如实现于衬底和图案形成装置上的目标的实体光栅结构相关联，实施例可包括包含一个或更多个机器可读指令序列的计算机程序，其描述了对衬底上的目标进行测量和/或对测量进行分析以获得关于光刻过程的信息的方法。这种计算机程序可例如在图3的设备中的单元PU和/或图2的控制单元LACU内被执行。也可提供存储有这种计算机程序的数据存储介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。在现有量测设备(例如，图3所示类型的量测设备)已在生产和/或在使用的情况下，能够通过提供已更新的计算机程序产品来实现本发明，用于使处理器执行经修改的步骤S6且因此利用对结构不对称性的降低的灵敏度来计算重叠误差或其他参数。
所述程序可选地被布置成控制所述光学系统、衬底支撑件和类似物来执行步骤S2至S5以用于测量关于合适的多个目标的不对称性。
虽然上文所披露的实施例根据基于衍射的重叠测量(例如，使用图3(a)所示设备的第二测量支路进行的测量)进行描述，但原则上相同模型可用于基于光瞳的重叠测量(例如，使用图3(a)所示设备的第一测量支路进行的测量)。因此，应了解，本文中所描述的构思同样适用于基于衍射的重叠测量和基于光瞳的重叠测量。
虽然上文已具体参考在光学光刻术的上下文中对本发明的实施例的使用，但应了解，本发明可用于其他应用(例如，压印光刻术)中，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产生于衬底上的图案。图案形成装置的形貌可以被压制到被供应至所述衬底的抗蚀剂层中，在衬底上，抗蚀剂通过施加电磁辐射、热、压力或其组合而被固化。在抗蚀剂被固化之后，将所述图案形成装置件移出抗蚀剂，从而在其中留下图案。
本文中所使用的术语“辐射”和“束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，具有或约为365、355、248、193、157或126nm的波长)以及极紫外(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”可指代各种类型的光学部件中的任一个或其组合，包括折射型、反射型、磁性型、电磁型和静电光学部件。
特定实施例的前述描述将充分地揭露本发明的一般性质，使得在不背离本发明的一般概念的情况下，其他人能够通过应用本领域的技术范围内的知识针对各种应用而容易地进行修改和/或调适这些特定实施例，而无需过多的实验。因此，基于本文中所呈现的教导和引导，这些调适和修改旨在属于所披露实施例的等效物的意义和范围内。应理解，本文中的措辞或术语是出于例如描述而非限制的目的，以使得本说明书的术语或措辞将会由本领域技术人员按照所述教导和引导进行解释。
本发明的广度和范围不应受上述示例性实施例中的任一个实施例的限制，而应仅根据下列权利要求和其等效物进行限定。

Claims (15)

1.一种测量由光刻过程形成的目标的方法，所述目标包括分层结构，所述分层结构具有在第一层中的第一目标结构和在第二层中的第二目标结构，所述方法包括：
利用测量辐射照射所述目标；
检测由多个预定衍射阶之间的干涉所形成的散射辐射，其中所述预定衍射阶由所述测量辐射从所述第一目标结构的衍射产生且随后从所述第二目标结构衍射；和
使用由所述预定衍射阶之间的所述干涉所形成的已检测到的散射辐射来计算所述光刻过程的特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光刻过程的所述特性包括所述第一目标结构与所述第二目标结构之间的重叠误差。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述预定衍射阶包括两个相等但相反的衍射阶。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中：
所述预定衍射阶由从所述第一目标结构的反射中的衍射产生，且所述预定衍射阶从所述第二目标结构的随后衍射包括穿过所述第二目标结构的透射中的衍射；或
所述预定衍射阶由穿过所述第一目标结构的透射中的衍射产生，且所述预定衍射阶从所述第二目标结构的随后衍射包括从所述第二目标结构的反射中的衍射。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中：
所述目标包括三对或更多对的重叠目标子结构，每对重叠目标子结构包括在所述第一目标结构中的第一目标子结构和在所述第二目标结构中的第二目标子结构；
每对重叠目标子结构中的所述第一目标子结构和所述第二目标子结构中的每个都包括具有相同节距和方向的第一周期性部件；和
每对重叠目标子结构被设置有不同的重叠偏置。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，由所述预定衍射阶之间的干涉所形成的已检测到的散射辐射包括多个强度子区域，每个强度子区域具有在空间上均匀的强度并且由从所述三对或更多对的目标子结构中的不同相应的一对目标子结构衍射的测量辐射形成，且其中所述光刻过程的特性的计算使用每个强度子区域中的强度的水平来确定所述光刻过程的特性。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，相对于从每对目标子结构中的所述第一周期性部件的衍射来限定所述预定衍射阶。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，所述重叠偏置包括一对或更多对的相等但相反的重叠偏置。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其中，所述三对或更多对的目标子结构包括四对目标子结构。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述重叠偏置包括下列：-P/8-d、P/8+d、-P/8+d和P/8-d，其中P是所述第一周期性部件的节距，d是预定常数。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，由所述预定衍射阶之间的干涉所形成的已检测到的散射辐射包括条纹图案。
12.一种衬底，包括由光刻过程形成的目标，所述目标包括分层结构，所述分层结构具有在第一层中的第一目标结构和在第二层中的第二目标结构，其中所述第一目标结构和所述第二目标结构被配置成允许检测当利用测量辐射照射所述目标时从所述目标散射的辐射，已检测到的散射辐射由多个预定衍射阶之间的干涉形成，其中所述预定衍射阶由所述测量辐射从所述第一目标结构的衍射产生且随后从所述第二目标结构衍射。
13.根据权利要求12所述的衬底，其中，所述目标是用于测量重叠误差的重叠目标，所述重叠目标被配置成使得由所述预定衍射阶之间的干涉形成的已检测到的散射辐射作为所述第一目标结构与所述第二目标结构之间的重叠误差的函数而变化。
14.一种量测设备，包括：
照射系统，配置成利用测量辐射照射使用光刻过程在衬底上所产生的目标；和
检测系统，配置成检测由对于所述目标的照射所引起的散射辐射，
其中：
所述量测设备能够操作用于执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法。
15.一种光刻设备，配置成通过在衬底上形成目标而产生根据权利要求12或13所述的衬底。
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