量测方法、图案形成装置、设备和计算机程序

本申请要求于2018年10月08日提交的欧洲专利申请18199182.9的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及可用于例如通过光刻技术制造器件的量测学的方法和设备，并且涉及使用光刻技术制造器件的方法。本发明进一步涉及可在这种方法中使用的图案形成装置和计算机程序产品。

背景技术

光刻设备是将期望图案施加至衬底上的机器，通常施加到衬底的目标部分上。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造。在该情况下，图案形成装置，备选地称为掩模或掩模版，可以用于产生将要形成在IC的单个层上的电路图案。该图案可以转移至衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或数个管芯的一部分)上。图案的转移通常是经由成像至在衬底上提供的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单个衬底将包含连续图案化的相邻目标部分的网络。在光刻工艺中，经常期望对所创建的结构进行测量，例如，用于工艺控制和验证。用于进行该测量的各种工具是已知的，包括通常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜，以及用于测量套刻、器件中两个层的对齐精度的量测的专用工具。可以根据两层之间未对齐程度而描述套刻，例如涉及1nm的测量套刻可以描述其中两个层以1nm未对齐的情形。

最近，已经研发了各种形式的散射仪以用于光刻领域。这些装置将辐射的束引导至目标上并测量被散射辐射的一个或多个性质-例如取决于波长的单个反射角的强度；取决于反射角的一个或多个波长的强度；或者取决于反射角的偏振-以获得由此可以确定感兴趣目标的性质的“频谱”。可以由各种技术来执行感兴趣性质的确定：例如由迭代方案(诸如严格耦合波分析或有限元方法)对目标的重构；库检索；以及主要成分分析。

由传统散射仪使用的目标是相对较大例如40μm乘40μm的光栅，并且测量束产生小于光栅的光板(也即光栅未填满)。这简化了目标的数学重构，因为其可以视作是无限的。然而，为了将目标的尺寸减小至例如10μm乘10μm或更小，例如以便它们位于产品特征之中而不是在划线中，已经提出了其中使得光栅小于测量光斑(也即光板过填充)的量测。通常使用暗场散射法测量这些目标，其中阻挡了零阶衍射(对应于镜面反射)，并且仅处理高阶衍射。暗场量测的示例可以在国际专利申请WO2009/078708和WO2009/106279中找到，该文件通过引用以其整体并入本文。已经在专利公开US20110027704A、US20110043791A和US20120242970A中描述了技术的进一步发展。在US2010201963A1和US2011102753A1中描述了用于改进生产量的对设备的修改。也通过引用将所有这些申请的内容并入本文。使用衍射阶的暗场检测的基于衍射的套刻使得能够对更小目标进行套刻测量。这些目标可以小于照射光斑并且可以由晶片上产品结构围绕。目标可以包括可以在一个图像中测量的多个光栅。

在已知的量测技术中，通过在某些条件之下两次测量套刻目标而获得套刻测量，而同时旋转套刻目标或者改变照射模式或成像模式以分立地获得第-1和+1衍射阶强度。对于给定套刻目标的强度非对称性、这些衍射阶强度的比较提供了目标中的非对称性的测量。套刻目标中的该非对称性可以被用作套刻的指示(两个层的不期望的未对齐)。

在使用四个独特子目标的已知方法中，由于边缘效应，图案化区域的某个部分不可用。在半导体产品设计中，对空间的有效使用非常重要。对仅两个特定偏移的使用会强制执行上述线性假设，这在真实关系为非线性时可能导致不准确。为了增加使用的已知设计中的偏移的数目，所使用的空间将增加。

发明内容

期望能够以增加的准确性和/或更少的用于目标的空间来执行套刻或其他性能参数的量测。

在第一方面，本发明提供了一种测量光刻工艺的性能参数的方法，如所附权利要求1所限定。

本发明的第二方面还提供了一种用于用在光刻设备中的图案形成装置，该图案形成装置包括限定一个或多个装置图案的部分和限定一个或多个量测图案的部分，量测图案包括用于用在如上所述的本发明的第一方面的方法中的至少一个目标，该目标在目标上的位置之间具有偏移变化，所述偏移变化具有与非对称性有关的性质。

本发明还提供了一种量测设备，包括：被配置为采用辐射照射目标的照射系统；被配置为检测由照射目标引起的被散射辐射的检测系统；其中所述量测设备可操作以执行如上述的本发明的第一方面的方法。

本发明还提供了一种包括处理器可读指令的计算机程序，处理器可读指令当在适当的处理器控制的设备上运行时，使得处理器控制的设备执行第一方面的方法，并且提供了包括这种计算机程序的计算机程序载体。

下面参考附图详细描述本发明的其他特征和优点以及本发明各个实施例的结构和操作。应当注意的是，本发明不限于本文中所述的具体实施例。本文中呈现这些实施例仅出于说明目的。基于本文中所包含的教导，附加实施例对于相关领域技术人员将是显而易见的。

附图说明

现在将仅通过示例的方式，参考附图描述本发明的实施例，其中：

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集群；

图3包括(a)用于使用第一对照射孔径来测量目标的暗场散射仪的示意图；(b)目标光栅针对给定照射方向的衍射频谱的细节；(c)在使用散射仪以进行基于衍射的套刻测量中提供另外的照射模式的第二对照射孔径；以及(d)将第一对孔径和第二对孔径组合的第三对照射孔径；

图4描绘了多个光栅目标的已知形式以及衬底上测量光斑的轮廓；

图5描绘了在图3的散射仪中获得的图4的目标的图像；

图6描绘了根据本公开的方面的包括连续偏移特征的多光栅目标的第一示例；

图7描绘了在图3的散射仪中获得的图6的目标的图像；

图8示意性地详细示出了根据本公开的一个实施例的，在(a)零套刻和(b)非零套刻的条件下，在图6的目标的一个光栅中的连续偏移的实现；

图9示意性地详细示出了根据本公开的一个实施例的在图6的多光栅目标中的连续偏移光栅的布置；

图10描绘了根据本公开的方面的包括连续偏移特征的经修改的多光栅目标的第二示例；

图11描绘了在图3的散射仪中获得的图10的目标的图像；

图12(a)示意性地详细示出了在图10的目标的一个光栅中的连续偏移的实现，而图12(b)示出了在这种光栅中偏移随位置的变化；

图13示意性地详细示出了根据本公开的一个实施例的，在(a)零套刻和(b)非零套刻的条件下，在图10的多光栅目标的两个光栅中的连续偏移的实现；

图14是示出了使用图3的散射仪的套刻测量方法的步骤的流程图；

图15图示了(a)与图13中所示的光栅中的第一光栅有关的信号处理，以及(b)与图13中所示的光栅中的其他光栅有关的信号处理，包括在本公开的一个实施例中的套刻误差的计算原理的图形说明；

图16示意性地详细示出了根据本公开的另一实施例的在修改的多光栅目标的两个光栅中的连续偏移的实现，包括提供锚定点；

图17(a)图示了对偏移斜率改变的包括，作为图16的多光栅目标中的锚定点的示例，(b)在非零套刻条件下从图16中所示的光栅获得的非对称性信号，以及(c)使用锚定点的知识校正非对称性信号；

图18图示了根据本公开的另一示例的作为连续偏移的备选的具有多步偏移的光栅的示例；

图19图示了根据本公开的另一示例的具有双偏移光栅的多光栅目标；

图20图示了基于L形特征的在两个方向上具有套刻偏移的备选光栅目标；

图21图示了图20的光栅的修改版本，其被修改为包括偏移区域的多步布置；

图22图示了根据本公开的又一实施例的图20的光栅的另一修改版本，其被修改为包括由L形特征的旋转引起的连续偏移；以及

图23和图24图示了基于图21的排列，在四个象限中具有偏移区域的多步布置的目标。

具体实施方式

在详细描述本发明的实施例之前，展示其中可以实现本发明实施例的示例性环境是有益的。

图1示意性描绘了光刻设备LA。设备包括：照射光学系统(照射器)IL，被配置为调节辐射束B(例如UV辐射或DUV辐射)；图案形成装置支座或支撑结构(例如掩模工作台)MT，被构造用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA并被连接到被配置为根据某些参数精确地定位图案形成装置的第一定位器PM；衬底工作台(例如晶片工作台)WT，被构造用于固定衬底(例如，涂覆了抗蚀剂的晶片)W并被连接到被配置为根据某些参数精确地定位衬底的第二定位器PW；以及投影光学系统(例如折射式投影透镜系统)PS，被配置为将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影至衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)上。

照射光学系统可以包括用于引导、定形或控制辐射的各种类型的光学或非光学部件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电或其他类型部件或其任何组合。

图案形成装置支座以取决于图案形成装置的朝向、光刻设备的设计以及其他条件(诸如例如图案形成装置是否被固定在真空环境中)的方式而固定图案形成装置。图案形成装置支座可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术以固定图案形成装置。图案形成装置支座可以是框架或工作台，例如，如果需要的话可以是固定或可移动的。图案形成装置支座可以确保图案形成装置处于期望位置，例如相对于投影系统。本文中术语“掩模版”或“掩模”的任何使用可以被视作与更常用术语“图案形成装置”含义相同。

本文中使用的术语“图案形成装置”应当被广义解释为涉及可以用于在其截面中赋予辐射束图案以便在衬底的目标部分中创建图案的任何装置。应当注意，赋予辐射束的图案可以不精确地对应于衬底的目标部分中的期望图案，例如，如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征。通常，赋予辐射束的图案将对应于在目标部分中所创建的器件中的特定功能层，诸如集成电路。

图案形成装置可以是透射式或反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程镜面阵列以及可编程LCD面板。掩模在光刻中是广泛已知的，并且包括诸如二元、交替相移和衰减相移的掩模类型，以及各种混合掩模类型。可编程镜面阵列的示例采用小镜面的矩阵设置，每个小镜面可以单独地倾斜以便于沿不同方向反射入射的辐射束。倾斜的镜面在由镜面矩阵所反射的辐射束中赋予图案。

如在这里所描绘的，设备是透射式类型(例如，采用透射式掩模)。备选地，设备可以是反射式类型(例如，采用如上所述类型的可编程镜面阵列，或者采用反射掩模)。

光刻设备也可以是其中可以由具有相对较高折射率的液体(例如，水)覆盖衬底的至少一部分以便于填充投影系统与衬底之间空间的类型。沉浸液体也可以施加至光刻设备中其他空间，例如，在掩模与投影系统之间。沉浸技术在本领域广泛已知用于提高投影系统的数值孔径。如本文中使用的术语“沉浸”不意指诸如衬底的结构必须浸没在液体中，而是相反地仅意味着在曝光期间液体位于投影系统与衬底之间。

参考图1，照射器IL从辐射源SO接收辐射束。源和光刻设备可以是分立实体，例如当源是准分子激光器时。在这种情况下，源不应当被视作形成了光刻设备的一部分并且辐射束从源SO借助于光束传递系统BD而传至照射器IL，光束传递系统包括例如适当的引导镜面和/或扩束器。在其他情况下，源可以是光刻设备的整体部分，例如当源是汞灯时。源SO和照射器IL以及如果需要的话与光束传递系统BD一起可以称为辐射系统。

照射器IL可以包括用于调节辐射束的角强度分布的调节器AD。通常，可以调节在照射器的光瞳平面中强度分布的至少外侧和/或内侧径向范围(通常分别称为σ-外侧和σ-内侧)。此外，照射器IL可以包括各种其他部件，诸如积分器IN和聚光器CO。照射器可以用于调节辐射束以在其截面中具有期望的均匀性和强度分布。

辐射束B入射在固定于图案形成装置支座(例如，掩模工作台MT)上的图案形成装置(例如，掩模)MA上，并由图案形成装置图案化。横越图案形成装置(例如，掩模)MA，辐射束B穿过投影光学系统PS，其将束聚焦至衬底W的目标部分C上，由此在目标部分C上投影了图案的图像。借助于第二定位器PW和位置传感器IF(例如，干涉仪装置、线性编码器、2-D编码器或电容传感器)，可以精确地移动衬底工作台WT，例如以便于在辐射束B的路径中定位不同目标部分C。类似地，第一定位器PM和另一位置传感器(图1中并未明确描绘)可以用于相对于辐射束B的路径精确地定位图案形成装置(例如，掩模)MA，例如在从掩模库机械检索之后或者在扫描期间。

图案形成装置(例如，掩模)MA和衬底W可以使用掩模对齐标记M1、M2和衬底对齐标记P1、P2来对齐。尽管如图所示的衬底对齐标记占据专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中(这些已知为划线对齐标记)。类似地，在其中在图案形成装置(例如，掩模)MA上提供多于一个管芯的情况下，掩模对齐标记可以位于管芯之间。管芯内也可以包括小对齐标识，在器件特征之中，在该情况下，期望标识尽可能小且除了相邻特征之外无需任何不同的成像或处理条件。下面描述检测对齐标识的对齐系统。

光刻设备LA在该示例中是所谓的双级类型，其具有两个衬底工作台WTa、WTb和两个站台—曝光站台和测量站台—在这两个站台之间可以交换衬底工作台。当在曝光站台处曝光一个衬底工作台上的一个衬底时，可以在测量站台处将另一衬底加载至另一衬底工作台上并执行各种准备步骤。准备步骤可以包括使用水平传感器LS测绘衬底的表面控制并使用对齐传感器AS测量衬底上对齐标识的位置。这使得能够显著增大设备的生产量。

所描绘的设备可以用于各种模式，包括例如步进模式或扫描模式。光刻设备的构造和操作对于本领域技术人员是广泛已知的并且为了本发明的理解而不必进一步描述。

如图2中所示，光刻设备LA形成了光刻系统的一部分，称为光刻单元LC或光单元或集群。光刻单元LC也可以包括用于在衬底上执行曝光前和曝光后工艺的设备。传统地这些包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂机SC，用于显影已曝光抗蚀剂的显影机DE，冷却板CH和烘焙板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，在不同工艺设备之间移动它们，并将它们输送至光刻设备的进料台LB。通常共同称为轨道的这些装置在轨道控制单元TCU的控制之下，TCU自身由监管控制系统SCS控制，其也经由光刻控制单元LACU而控制了光刻设备。因此，可以操作不同的设备以最大化生产量和加工效率。

为了使由光刻设备曝光的衬底正确且一致地被曝光，期望检查曝光的衬底以测量诸如后续层之间的套刻误差、线厚度、临界尺寸(CD)等的性质。因此，光刻单元LC定位在其中的制造设施还包括量测系统MET，量测系统MET接收在光刻单元中已经被处理的衬底W中的一些或全部衬底。量测结果直接或间接地被提供给监控控制系统SCS。如果检测到误差，则可以对后续衬底的曝光进行调整，特别是在可以尽快且足够快地进行检查以使相同批中的其他衬底仍被曝光的情况下。此外，已经曝光的衬底可以被剥离和重新加工以提高产量，或者被丢弃，从而避免对已知有缺陷的衬底进行进一步处理。在仅有衬底的一些目标部分有缺陷的情况下，可以仅对那些良好的目标部分执行进一步的曝光。

在量测系统MET中，检查设备用于确定衬底的性质，特别地用于确定不同衬底或相同衬底的不同层的性质如何随层而变化。检查设备可以被集成到光刻设备LA或光刻单元LC中，或者可以是独立设备。为了能够进行最快速的测量，期望检查设备在曝光之后立即测量所曝光的抗蚀剂层中的性质。然而，抗蚀剂中的潜像具有非常低的对比度(抗蚀剂中已曝光于辐射的部分与未曝光于辐射的部分之间的折射率只有很小的差异)，并且不是所有检查设备都具有足够的灵敏度对潜像进行有用的测量。因此，可以在曝光后烘烤步骤(PEB)之后进行测量，该步骤通常是在已曝光的衬底上实施的第一步，并且会增加抗蚀剂的已曝光与未曝光部分之间的对比度。在该阶段，抗蚀剂中的图像可以被称为半潜像。也可以对显影的抗蚀剂图像进行测量(此时已除去抗蚀剂的已曝光部分或未曝光部分)，或者可以在图案转移步骤(诸如蚀刻)之后进行测量。后者的可能性限制了有缺陷衬底的返工的可能性，但仍然可以提供有用的信息。

量测设备在图3(a)中被示出。在图3(b)中更详细地图示了目标T以及用于照射目标的测量辐射的衍射射线。如图所示的量测设备是已知为暗场量测设备的类型。这里描绘的量测设备仅是示例性的，用于提供暗场量测的解释说明。量测设备可以是独立装置或包括在光刻设备LA中，例如在测量站台处，或光刻单元LC中。具有遍及设备的数个分支的光轴由虚线O表示。在该设备中，由源11(例如，氙灯)发出的光由包括透镜12、14以及物镜16的光学系统经由扩束器15被引导到衬底W上。这些透镜以4F布置的双重序列而设置。可以使用不同的透镜布置，只要它仍然将衬底图像提供到检测器上，并且同时允许接近中间光瞳平面以进行空间-频率过滤。因此，可以通过在平面中限定表示衬底平面的空间频谱的平面(在这里被称为(共轭)光瞳平面)中的空间强度分布来选择辐射入射在衬底上的角度范围。特别地，这可以通过在作为物镜光瞳平面的背投图像的平面中在透镜12与14之间插入适当形式的孔径挡板13来完成。在所示的示例中，孔径挡板13具有被标记为13N和13S的不同形式，允许选择不同的照射模式。本示例中的照射系统形成离轴照射模式。在第一照射模式中，孔径挡板13N提供从标记为“北”的方向(仅出于便于描述的目的)的离轴。在第二照射模式中，孔径挡板13S用于提供类似的照射，但是从标记为“南”的相反方向。通过使用不同的孔径，其他照射模式是可能的。光瞳平面的剩余部分期望是暗的，因为在期望照射模式之外的任何不必要的光将干扰期望的测量信号。

如图3(b)中所示，目标T以衬底W与物镜16的光轴O正交而被布置。衬底W可以由支座(未示出)支撑。从偏离光轴O的角度撞击在目标T上的测量辐射的射线I引起零阶射线(实线0)和两个一阶射线(点链线+1和双点链线-1)。应当记得，采用过填充的小目标，这些射线仅是覆盖了包括量测目标T和其他特征的衬底的区域的许多平行射线之一。因为挡板13中孔径具有有限的宽度(必需接纳有效量光)，入射射线I将实际上占据一角度范围，并且衍射的射线0和+1/-1将稍微扩散。根据小目标的点扩散函数，每个+1阶和-1阶将进一步在一角度范围内扩散，不是如图所示的单个理想射线。注意，可以设计或调节目标的光栅节距和照射角度以便进入物镜的一阶射线与中心光轴紧密对齐。图3(a)和图3(b)中所示的射线示出为稍微离轴，仅使得能够在图中更容易地区分它们。

由衬底W上目标T衍射的至少0和+1阶被物镜16会聚并且被引导返回穿过分束器15。返回至图3(a)，通过将直径相对的孔径标记为北(N)和南(S)，示出了第一和第二照射模式。当测量辐射的入射射线I来自光轴的北侧时，也即当使用孔径挡板13N应用第一照射模式时，被标记为+1(N)的+1衍射射线进入物镜16。相反，当使用孔径挡板13S应用第二照射模式时进入物镜16的是(被标记为-1(S)的)-1衍射射线。

第二分束器17将衍射束分成两个测量分支。在第一测量分支中，光学系统18使用零阶和一阶衍射束在第一传感器19(例如，CCD或CMOS传感器)上形成目标的衍射谱(光瞳平面图像)。每个衍射阶撞击传感器上不同点，以使图像处理可以对阶进行比较和对比。由传感器19捕捉的光瞳平面图像可以用于聚焦量测设备和/或归一化一阶束的强度测量。光瞳平面图像也可以用于诸如重构的许多测量目的。

在第二测量分支中，光学系统20、22在传感器23(例如，CCD或CMOS传感器)上形成目标T的图像。在第二测量分支中，在与光瞳平面共轭的平面中提供孔径光阑21。孔径光阑21用于阻挡零阶衍射束以便形成在传感器23上目标的图像仅由-1或+1阶束形成。由传感器19和23捕捉的图像被输出到处理图像的处理器PU，其功能将取决于所执行测量的特定类型。注意，术语“图像”在这里以广义被使用。如此，如果仅存在-1和+1阶中的一个，光栅线条的图像将不被形成。

图3中所示孔径挡板13和视场光阑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，并且具有离轴孔径的孔径光阑用于实质上仅将衍射光的一个第一阶传递到传感器。在其他示例中，可以使用两个象限孔径。这可以使得正阶和负阶能够同时检测，如在上述US2010201963A1中所描述的。在检测分支中利用光楔(分段棱镜或其他适当的元件)的实施例可以用于分离阶以在单个图像中进行空间成像，如上述US2011102753A1中所描述的。在又一实施例中，作为一阶束的代替或补充，可以在测量中使用第2、第3和更高阶的束(图3中未示出)。在又一实施例中，可以使用分段棱镜代替孔径光阑21，使得能够在图像传感器23上的空间上分离的位置处同时捕获+1阶和-1阶。

为了使得测量辐射可适用于这些不同类型测量，孔径挡板13可以包括形成在盘片周围的许多孔径图案，盘片旋转以使期望图案处于适当的位置。注意，孔径挡板13N或13S只可以被用于测量在一个方向(X或Y，取决于设置)上定向的光栅。对于正交光栅的测量，可以实施以90°和270°的目标旋转。图3(c)和图3(d)中示出不同的孔径挡板。在上述现有技术公开的申请中描述了这些的使用以及设备的数个其他变形和应用。

图4描绘了根据已知实践形成在衬底上的套刻目标或复合套刻目标。套刻目标在该示例中包括紧密在一起定位的四个子目标(例如，光栅)32至35，因此它们将都在由量测设备的量测辐射照射束形成的测量光斑31内。四个子套刻目标因此都被同时照射并且同时在传感器23上成像。在专用于套刻的测量的示例中，子目标32至35自身是通过套刻了在形成于衬底W上的半导体器件的不同层中图案化的光栅而形成的复合结构。子目标32至35可以具有不同偏移的套刻偏移，以便促进其中形成了复合子目标的不同部分的层之间的套刻的测量。下面将参考图7解释套刻偏移的含义。子目标32至35也可以因其定向而不同，如图所示，以便于在X和Y方向上衍射入射的辐射。在一个示例中，子目标32和34分别是具有+d、-d偏移的X方向子目标。子目标33和35分别是具有+d和-d偏移的Y方向子目标。可以在由传感器23所捕捉的图像中标识这些子目标的分离图像。这仅是套刻目标的一个示例。套刻目标可以包括比4个更多或更少的子目标。

图5示出了可以在传感器23上形成并且由其检测的图像的示例，其使用在图3的设备中的图4的套刻目标、使用来自图3(d)的孔径挡板13NW或13SE。尽管光瞳平面图像传感器19无法分辨不同个体子目标32至35，但是图像传感器23可以完成。阴影区域40表示传感器上图像的视场，在该视场内衬底上的照射光斑31成像为对应的圆形区域41。在该圆形区域内，矩形区域42至45表示小套刻目标子目标32至35的图像。如果套刻目标位于产品区域中，产品特征也可以在该图像视场的外围中可见。图像处理器和控制器PU使用图案识别来处理这些图像，以标识子目标32至35的分离图像42至45。以这种方式，图像不必在传感器框架内特定位置处非常精确地对齐，这大大改进了测量设备作为整体的生产量。

一旦套刻目标的分离图像已经被标识，就可以测量那些个体图像的强度，例如，通过在标识区域内对所选择的像素强度进行平均或求和。图像的强度和/或其他性质可以被相互比较。这些结果可以被组合以测量光刻工艺的不同参数。套刻性能是这种参数的重要示例。

例如，使用诸如上述US20110027704A的申请中描述的方法，测量在子目标32至子目标35内的两层之间的套刻误差(即，不期望和无意的套刻未对齐)。这种方法可以被称为基于微衍射的套刻(μDBO)。该测量通过套刻目标非对称性来完成，如通过比较它们在+1阶和-1阶暗场图像中的强度(可以比较其他对应更高阶的强度，例如+2阶和-2阶)以获得强度非对称性的测量所揭示的。

在使用诸如图4中图示的多光栅目标的已知方法中，套刻OV可以经由以下等式来被确定：

其中：

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-

可以根据灵敏度系数K来重新公式化等式1，灵敏度系数K是与堆叠有关的参数，其具有与套刻无关的特殊性质(假设理想目标)：

A

其中：

尽管等式2是简单的线性等式，但基于较小的偏移值和套刻误差的假设，与形成子目标的光栅的节距相比，在更广的范围上，非对称性对套刻误差和偏移的依赖性具有基本正弦的形式。也可以使用正弦模型来代替等式2的线性模型。

使用四个独特的子目标的已知方法需要每个子目标周围的边框(图4和5中未示出)，以使其在图像40中独特。这意味着图案化区域的某个部分由于边缘效应而不可用。此外，仅两个特定偏移的使用会强制执行上述线性的假设，这在真实关系为非线性时可能导致不准确。

在下文中，我们公开了包括具有偏移的连续变化和/或多个偏移值的套刻目标的解决方案。当多个偏移值被应用于刚刚描述的图像平面套刻测量技术时，多个偏移值可以在目标区域上的强度图像中被看到。可以执行线性和/或正弦拟合的验证，以确保质量信息被使用。此外，可以获得有关目标和测量设备对套刻和其他因素的敏感度的更多信息。实施例将基于形成套刻光栅的一个或两个光栅的旋转或交错来被说明。将基于顶部光栅和底部光栅的不同节距来说明实施例。通过适当的设计，可以在信号确定中使用更多的当前区域。与当前技术相比，可以减小目标尺寸和/或增加测量精确度。

图6示出了包括个体子目标632至635的多光栅目标600。与图4的目标中一样，该四个子目标包括用于在X方向上进行测量的两个套刻光栅和用于在Y方向上进行测量的两个套刻光栅。然而，代替在每个光栅内提供固定的套刻偏移，提供了包括负值、正值和中间值的偏移的多步或连续变化。光栅632和635具有分别随X和Y增加的偏移值。相反，光栅633和634具有分别随X和Y减小的偏移值。目标600和个体子目标是具有与已知目标相同的尺寸，还是被制造为更大或更小，这是设计选择的问题。

图7示意性地示出了在图3的设备中的传感器23上捕获的对应图像740。附图标记742至745指示与个体子目标相对应的强度图像区域。由于偏移在每个子目标上的变化，强度变化，而不是在每个区域内恒定。如图所示，代替感兴趣区域ROI，人们可以想象“感兴趣线”LOI，其与偏移的变化方向对齐。稍后将描述处理强度信息以获得套刻测量的方式。首先，将说明连续偏移目标的各种可能的实现。

在图8(a)中，使用图6的子目标632作为示例，该子目标包括套刻光栅，套刻光栅具有印刷在底层特征804上的特征802。本文中的所有示例中，应当理解的是，特征仅出于说明的目的而被放大地示出。实际的光栅可以具有数千条线。特征804和802被形成为不平行，而是在它们之间具有小的偏离角，例如在0.1°至0.5°之间，例如0.35°。在该示例中，底层特征804已经被印刷成与y轴成一定角度。在实际的实现中，任一层或两层可以相对于轴线旋转。结果，在如图所示的线的定向内，偏移值d从跨目标的中间的零变化到高于中间的正值和低于中间的负值。偏移值在X方向上，并且跨目标在Y方向上连续变化。在备选实施方式中，代替倾斜线，可以实施以偏移的一系列精细步骤交错的一条或两条线。

在图8(a)中所示的情况下，套刻误差OV为零，使得沿着偏移为零的相同线，非对称性A为零。另一方面，参考图8(b)，当在X方向上的套刻不为零时，非对称性为零的线在Y方向上移动。

图9示出了四个子目标632至635，其具有图8中所示的形式，并且具有适当的定向和偏移变化的极性。

图10示出了另一示例目标设计，其在被编号为1032至1035的四个子目标中具有连续或多步偏移。在该情况下，每个子目标均具有矩形而不是正方形的形式。以其他方式，光栅的定向和偏移变化的极性与图6至图9的示例中的目标632至635相同。图11示出了对应的图像，其中区域1142至1145对应于子目标1032到1035。同样，偏移的变化引起强度在每个子目标的图像上的变化，而不是具有均匀强度的单个感兴趣区域。

图12(a)图示了图10的矩形连续偏移子目标的一种可能的实现。出于解释的目的，仅示出了具有放大的偏移变化的几条线的光栅。在子目标的顶层中的线特征1202被印刷在底层中的特征1204上。在该示例中，代替旋转一组或两组线特征来获得偏移变化，顶线和底线中的光栅的节距(周期)不同。顶层中的特征1202以节距P1被布置，而底层中的特征1204以稍小的节距P2被布置。如由线1206和图12(b)的图所示，这引起偏移d的线性变化。该线具有斜率S。与图6至图7的旋转示例相反，偏移的变化以及因此感兴趣的线LOI与光栅的周期性的方向平行。

在图中还示出了正弦曲线，其表示跨光栅的非对称性A的变化。假设套刻误差为零，如所指示的，偏移d和非对称性A沿着相同的线为零。在存在套刻误差的情况下，这种关系破裂。为了能够确定套刻误差，可以测量零非对称性点相对于已知零偏移线的移动。然而，要从单个目标执行该操作，则需要非常精确地测量目标的位置，才能知道零偏移线的位置。如将在图13中图示的那样，提供具有相反的偏移变化的互补的子目标对，允许对套刻的更准确的测量，并且还使得测量对于由于工艺效应和测量设备中的非对称性引起的变化具有鲁棒性。

图13示出了在X方向上的(a)零套刻误差和(b)非零套刻误差的条件下的子目标1032和1034。应当理解，相同的解释将适用于Y方向的子目标1033和1035。如所标记的，子目标1032具有比小节距P2更大的节距P1。偏移d随X的增加而逐渐增加。相反，子目标134具有比较大节距P1小的节距P2。因此，偏移d随着X的增加而逐渐减小。

因此，当套刻误差被引入时，如在图13(b)处所示，两个子目标中的零非对称性的线均等地移动，但相对于零偏移线在相反的方向上移动。通过比较从该对子目标的强度图像1142和1144测量的非对称性，可以测量套刻误差。

现在将使用图10至图13的目标1000的示例，参考图14描述完整的套刻测量方法。该方法可以被应用于图6至图9的连续偏移目标，并且可以被应用于包括下面进一步说明和描述的示例的备选示例。出于示例的目的，图15图示了(a)非对称性变化在目标1000的子目标1032的长度上的测量，以及(b)非对称性变化在子目标1034的长度上的测量中的方法的细节。

在图14中，在步骤S1处，通过光刻设备(诸如图2的光刻单元)对衬底(例如半导体晶片)进行一次或多次处理，以创建包括子目标1032至1035的套刻目标。在S2处，使用图3的量测设备，使用一阶衍射束中的仅一个一阶衍射束(例如-1)来获得子目标1032至1035的图像。在步骤S3处，在第二图像中捕获使用其他一阶衍射束(+1)的套刻目标的第二图像。虽然为了简单起见，我们参考单个图像，但可以在相同的照射条件下或在不同的条件下拍摄多个图像，以增加可用的信息，并且达到所需的测量性能水平。照射条件可以例如在波长和/或偏振方面变化。

注意，通过在每个图像中包括一阶衍射辐射的仅一半，这里指代的‘图像’不是常规的暗场显微镜图像。套刻目标的个体套刻目标线将无法被解析。每个套刻目标将简单地由某个强度水平的区域表示。

在步骤S4中，强度值沿图15(a)和图15(b)中所示的一个或多个感兴趣线LOI被采样，这些关注线与每个成分套刻目标的图像内偏移的变化的方向对齐。

在步骤S5中，处理器PU通过比较针对每个子目标1032至1035的+1和-1阶获得的强度值，来确定非对称性在每个子目标上的变化。众所周知，这是通过简单的减法或以比率的形式。可以应用与在已知方法中使用的那些技术类似的技术来标识感兴趣区域，并且可以应用将+1和-1图像与像素精确度对齐。

所有感兴趣线LOI的强度值是否在被比较之前被组合以导出非对称性，或者非对称性值是否沿感兴趣线来被导出，然后被组合以获得平均非对称性，这是实现的问题。如图15(a)和图15(b)中所示，目标中已知斜率的偏移的变化的存在允许附加信息，并且数据验证要作为步骤S5中的预备步骤来被执行。例如，非对称性样本值1500可以被拟合为预测的线性或正弦关系(曲线1502、1504)。如在1506处所见，可以通过从拟合曲线的偏离来清楚地标识目标的边缘区域。可以类似地标识异常值1508、1510。可以从计算排除圈出的样本值。在偏移和/或套刻误差将信号驱动到非对称性曲线的非线性区域中的情况下，可以标识响应的线性部分，并且如果需要的话，仅使用来自该部分的值。在计算非对称性之前，可以以所示的非对称性值和/或以强度值执行这种过滤。

如将在下面进一步说明的，适当设计的目标可以包括“锚定点”，以使该预处理还可以改善子目标图像之间的特征的对齐。

在步骤S6中，针对多个套刻目标的测量强度非对称性与那些套刻目标的套刻偏移的已知变化一起被使用，以计算在套刻目标T附近的光刻工艺的一个或多个性能参数。非常感兴趣的性能参数是套刻。

上面参考等式1、2和3描述了当前的套刻计算方法。可以使用本公开的连续偏移/多个偏移目标来应用不同的方法。

图15图示了一种基于将曲线与预期行为拟合的方法。在所图示的线性示例中：

A

A

其中A

如果正弦模型将被应用，则等式变为：

A

在图15(b)中，作为针对子目标1032的具有正偏移变化的非对称性变化的曲线1502，与针对子目标1034的具有负偏移变化的非对称性变化被重叠在相同的图上。由于正套刻误差OV，对于子目标1032，零非对称性线已经移动到零偏移线的左侧，并且对于子目标1034，零非对称性线已经移动到右侧。为了确定套刻，处理器计算非对称性A

OV＝xs/S

如果需要，可以应用正弦模型。

在备选实施方式中，针对沿着感兴趣线的每个空间位置计算套刻，例如，如下：

K＝(A

OV＝(A

来自所有位置的结果可以被组合成单个套刻测量。同样，如果需要，可以应用正弦模型。如上所述，这种计算是否针对各种感兴趣线LOI分开执行，然后被组合，或者像素值是否被用于计算之前，在横向于感兴趣线的方向上被平均，这是实施方式的问题。基于图15中非对称性曲线所示的原理，在结果被组合之前，可以在套刻曲线中应用过滤步骤，以去除非线性区域(非正弦区域)和离群值。

具有相等偏移的区域在两个曲线上应当具有相同的非对称性响应，但是偏离可能由未对齐以及光学和/或处理效果引起。这将导致如上所述方法的不准确性。因此，在一些实施例中，在非对称性曲线被组合以计算套刻之前，可以用作“锚定点”的特征被包括，以促进非对称性曲线的对齐。

在图16和图17的示例中，锚定点被嵌入在跨目标的偏移变化内。修改的多光栅目标1600的一部分被示出，其是图10至图13中所示的目标的修改版本。两个子目标1632和1634被示出。在每个目标的中间部分中，顶部和底部光栅的节距P1和P2与目标1000中的相同。然而，在其他区域，节距P1和P2被反转，以使偏移变化的斜率在结构中的已知点处改变(在该示例中，反转)。在该示例中，斜率在标记为X1和X2的位置处反转。在未在图16中示出的示例中，目标1632的底部光栅具有节距P2，并且目标1632的顶部光栅包括两个区域，这两个区域与具有节距P2的底部光栅重叠，其中目标1632的顶部光栅的第一区域具有小于目标1632的底部光栅的节距P2的节距P1，并且目标1632的顶部光栅的第一区域具有大于目标1632的底部光栅的节距P2的节距P3。

图17(a)示出了当偏移d针对子目标1632(曲线1702，实线)的位置X绘制时，针对子目标1634(曲线1704，虚线)发送的斜率反转。注意，为了非对称性测量的目的，偏移的变化是循环的，如步骤1706中所指示的。

在图17(b)中，非对称性的正弦变化被示出，如从子目标1632(曲线1712，实线)的图像1142和从子目标1634(曲线1714，虚线)的图像1144测量的。这些曲线之间的零交叉的位置的差异由与套刻误差相对应的移动xs引起，但是也可能由图像对齐的误差引起，或者由设备中的处理效果或光学效果引起。因为包含在目标1600中的斜率改变提供了偏离曲线1712和1714的正弦形式的可识别锚定点，所以可以通过例如在图17(b)中的1716处指示的锚定点之间的未对齐来标识该误差源。

在图17(c)中，曲线1712和1714被重新绘制为曲线1722和1724，并且被移动以对齐锚定点，以使具有已知相同偏移和相同X位置的这些点被对齐。从这些曲线，计算曲线的零交叉之间的移动xs，并且如上所述的那样计算套刻。

当提供多个锚定点时，可以使用它们的相对移动的平均来获得曲线的最佳拟合。锚定点的数目可以少于两个或多于两个。原则上，具有三个以上斜率改变的所示类型的光栅可以以其自身使用，而无需第二光栅来进行比较。这是因为可以在相同的扩展结构内找到具有正偏移变化和负偏移变化的期望序列的子目标。因此，“子目标”应当被解释为包括单个光栅结构内的重叠区域。尽管上面的示例包括斜率的反转作为锚定点，但是可以包括其他类型的锚定点，包括恒定偏移的小区域。恒定偏移的区域和斜率的反转可以被包括在相同目标中，在相同位置或在不同位置。注意，恒定偏移的区域是斜率改变的示例，并且斜率的改变不限于斜率的反转。斜率改变可以被设计为在非对称性对偏移改变敏感的区域中出现，如图所示的示例中那样。灵敏度确实取决于工艺效果和光学效果，因此不能完美控制。

图18示出了不具有连续偏移变化，而是具有逐步偏移变化的子结构的示例。假设偏移的变化已知，则适当的曲线可以被拟合到观察的强度和非对称性。

图19示出了另外的变型，其中多光栅目标的每个子目标具有不同偏移的区域。在该示例中，X方向的偏移在Y方向上从-10nm改变为+10nm。

图20图示了目标或子目标2000，其中L形线特征被用来提供具有X和Y衍射的光栅。在图21中，这种设计被调整以提供目标2100，其中在目标的不同段中沿着感兴趣线提供偏移的逐步变化。在Y方向上从-10nm到+10nm的偏移被标记。图22示出了目标2200，其中底部光栅的L形线特征以图6的方式被稍微旋转，从而提供跨目标的偏移的连续变化。目标2120和2200分别提供有对齐特征2102和2202，以帮助对齐图像以提取强度测量。

图23图示了更大的目标2300，其包含目标2200的特征，但是围绕正方形重复。图24图示了目标2400，其中提供了具有目标2200的形式但是被旋转的四个子目标。

以上仅是可以应用本文公开的概念来实现的目标设计的一些示例。所描述的方法仅仅是如何处理来自这些目标的信号以获得改进的套刻测量和/或改进的衬底上空间利用率的示例方法。

尽管上述目标是为了测量目的特殊设计和形成的量测目标，在其他实施例中，可以对作为形成于衬底上的器件的功能部件的目标测量性质。许多器件具有规则的、光栅状结构。如本文中所使用的术语“目标光栅”和“目标”不要求已经为所执行的测量特殊地提供结构。进一步，量测目标的节距P接近散射仪的光学系统的分辨率限制，但是可以远大于由光刻工艺在目标部分C中形成的典型产品特征的尺寸。实际中可以使目标内套刻光栅的线条和/或节距包括尺寸类似于产品特征的较小结构。

根据如实现在衬底和图案形成装置上的目标的物理光栅结构，实施例可以包括一种计算机程序，其包含描述了测量衬底上目标的方法和/或分析测量以获得关于光刻工艺的信息的机器可读指令的一个或多个序列。该计算机程序可以例如在图3的设备中的单元PU和/或图2的控制单元LACU内执行。也可以提供一种数据存储介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)，其具有存储在其中的这种计算机程序。例如图3中所示类型的现有的量测设备已经在制造和/或使用中，可以通过提供已更新计算机程序产品用于使得处理器执行步骤S14至S16并也计算套刻误差而实施本发明。

可以可选地布置程序以控制光学系统、衬底支座等以执行步骤S1至S6，以用于测量适当的多个目标上的非对称性。

在以下编号的条款中描述了根据本发明的其他实施例：

1.一种测量光刻工艺的性能参数的方法，所述方法包括：

从形成在衬底上的目标上的位置获得多个非对称性测量；

基于所述目标上的所述位置之间的偏移变化，将所述多个非对称性测量拟合为非对称性与所述性能参数之间的至少一个预期关系；以及

从所拟合的关系导出所述性能参数的测量。

2.根据条款1所述的方法，其中将所述非对称性测量拟合为至少一个预期关系的步骤包括：完全或部分忽略偏离所述预期关系和/或落在所拟合的关系的特定段之外的测量。

3.根据条款1或2所述的方法，其中所述预期关系包括在某个偏移值处的零非对称性的预期，所述多个测量包括来自位置的测量，所述位置包括与至少一个负偏移值相关联的位置以及与至少一个正偏移值相关联的位置。

4.根据条款3所述的方法，其中所述多个测量包括来自位置的测量，所述位置与一个以上负偏移值和一个以上正偏移值相关联。

5.根据条款4所述的方法，其中所述多个测量包括来自位置的测量，所述位置与跨所述目标的区域的偏移值的连续变化相关联。

6.根据前述条款中任一项所述的方法，其中从至少两个子目标上的位置获得非对称性测量，并且针对每个子目标的非对称性测量根据与不同子目标相关联的不同偏移变化，而被拟合为针对所述子目标的预期关系，针对所述两个子目标的所拟合的关系被一起使用以确定所述性能参数的所述测量。

7.根据条款6所述的方法其中所述非对称性测量从两个子目标来获得，所述两个子目标被假设为具有相等并且相反的偏移变化。

8.根据条款6或7所述的方法，其中所拟合的关系中的两个或更多个拟合关系在被一起使用以确定所述性能参数的所述测量之前，通过参考由所述目标的特征限定的一个或多个锚定点来对齐所述两个或更多个拟合关系。

9.根据条款8所述的方法，其中所述锚定点使用测量的非对称性的变化中的特征被标识。

10.根据条款9所述的方法，其中所述锚定点与在所述子目标中的已知位置处的所述偏移变化的斜率的改变相关联。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述性能参数是套刻，并且所述偏移变化是在两个不同光刻步骤中印刷在所述衬底上的特征之间的编程的位置偏移的变化。

12.一种用在光刻设备中的图案形成装置，所述图案形成装置包括限定一个或多个装置图案的部分和限定一个或多个量测图案的部分，所述量测图案包括用在如前述条款中任一项所述的方法中的至少一个目标，所述目标在所述目标上的位置之间具有偏移变化，所述偏移变化具有非对称性相关的性质。

13.根据条款12所述的图案形成装置，其中所述目标中的所述位置包括具有至少一个负偏移值的位置，并且包括与至少一个正偏移值相关联的位置。

14.根据条款13所述的图案形成装置，其中所述目标中的所述位置包括具有一个以上负偏移值和一个以上正偏移值的多个位置。

15.根据条款14所述的图案形成装置，其中所述目标中的所述位置包括具有跨所述目标的区域的偏移值的连续变化的位置。

16.根据条款12至15中任一项所述的图案形成装置，其中所述目标包括至少两个子目标，每个子目标具有不同的偏移变化。

17.根据条款16所述的图案形成装置，其中所述两个子目标具有相等并且相反的偏移变化。

18.根据条款16或17所述的图案形成装置，其中一个或多个锚定点由每个子目标的特征限定。

19.根据条款18所述的图案形成装置，其中所述锚定点由所述偏移变化中的特征限定。

20.根据条款19所述的图案形成装置，其中所述锚定点由所述偏移变化在所述子目标中的位置处的斜率的改变来限定。

21.根据条款12至20中任一项所述的图案形成装置，其中所述性能参数是套刻，所述图案形成装置是用于在限定装置结构的不同层时使用的图案形成装置的集合中的一个图案形成装置，并且所述偏移变化是所述集合中的不同图案形成装置中限定的特征之间的被编程的位置偏移的变化。

22.根据条款21所述的图案形成装置，其中所述偏移变化至少部分地由所述图案形成装置限定的光栅特征与所述集合中的另一图案形成装置限定的光栅特征之间的角度来限定。

23.根据条款21或22所述的图案形成装置，其中所述偏移变化至少部分地由所述图案形成装置限定的光栅特征与所述集合中的另一图案形成装置限定的光栅特征之间的节距的差异来限定。

24.根据条款23所述的图案形成装置，其中所述偏移变化中的斜率的至少一个改变由所述图案形成装置限定的光栅特征内的位置处的节距的改变来限定。

25.一种量测设备，包括：

照射系统，被配置为利用辐射照射目标；以及

检测系统，被配置为检测由对所述目标的照射产生的散射辐射；其中所述量测设备可操作以用于执行条款1至11中的任一项所述的方法。

26.一种包括处理器可读指令的计算机程序，所述处理器可读指令当在适当的处理器控制的设备上运行时，使所述处理器控制的设备执行条款1至11中的任一项所述的方法。

27.一种计算机程序载体，包括条款26所述的计算机程序。

尽管可以已经对于在光学光刻的上下文中的本发明的实施例的使用做了具体参考，但是应当理解的是，本发明可以用于其他应用，例如压印光刻，并且其中上下文允许的，不限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的拓扑限定了创建于衬底上的图案。图案形成装置的拓扑可以被压入提供至衬底的抗蚀剂层中，通过施加电磁辐射、热量、压力或其组合而固化在衬底上的抗蚀剂。在抗蚀剂固化之后从抗蚀剂移出图案形成装置而在其中留下图案。

本文中使用的术语“辐射”和“束”包括所有类型电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，具有为或约为365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如，具有在5至20nm范围中的波长)，以及粒子束，诸如离子束或电子束。

在上下文允许的情况下，术语“透镜”可以指代各种类型部件中的任何一个或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电部件。

具体实施例的前述说明将完全揭露本发明的一般性，使得他人可以通过应用在本领域技术人员范围内的认知而容易地对于各种应用修改和/或改变这些具体实施例，而无需采取过度的试验，也并未脱离本发明的一般性概念。因此，基于本文中呈现的教导和指引，这种改变和修改旨在在所公开实施例的含义和等同物的范围内。应当理解的是，本文中的短语或术语是为了以示例说明而非限制的目的，使得本说明书的术语或短语由本领域技术人员根据教导和指引而解释。

本发明的宽度和范围不应当受限于上述示例性实施例中的任何一个，而是应当根据所附权利要求及其等同物而限定。