使用二维目标的光刻聚焦和剂量测量

摘要

为了确定曝光设备是否输出正确的辐射剂量以及其投影系统是否正确地聚焦辐射，在掩模上使用测试图案用于将特定标记印刷到衬底上。然后通过例如散射仪等检查设备测量该标记，以确定焦距和剂量以及其他相关性质是否存在误差。测试图案配置成使得焦距和剂量的这种改变可以容易地通过测量使用掩模曝光的图案的性质来确定。测试图案可以是二维图案，其中物理或几何性质，例如节距，在两个维度的每一个上是不同的。测试图案还可以是一维的图案，其由一维的结构的阵列构成，该结构由至少一个亚结构构成，该亚结构与焦距和剂量不同地相互作用并给出可以确定焦距和剂量的曝光图案。

说明书

相关申请的参照援引

本申请要求于2008年10月6日递交的美国临时申请61/103,078的权利，并且这里通过参考全文并入。

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检查方法。具体地，本发明涉及一种用于在衬底上印刷标记的图案，其用于测试光刻设备的与焦距和剂量相关的性质。本发明还涉及包含图案的掩模、包含标记的衬底、印刷标记的曝光设备、测试标记的检查设备以及所涉及的方法。

背景技术

光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上，通常是衬底的目标部分上的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成待形成在所述IC的单层上的电路图案。可以将该图案转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个或多个管芯)上。所述图案的转移通常是通过将图案成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上而进行的。通常，单个衬底将包含连续形成图案的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括：所谓的步进机，在所述步进机中，通过将整个图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；以及所谓的扫描器，在所述扫描器中，通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。也可能通过将图案压印(imprinting)到衬底上的方式从图案形成装置将图案转移到衬底上。

为了监测光刻过程，需要测量图案化的衬底的参数，例如形成在衬底上或衬底内的连续层之间的重叠误差。已有多种技术用于测量在光刻过程中形成的微观结构，包括使用扫描电子显微镜和多种专门工具。专用检查工具的一种形式是散射仪，其中辐射束被引导到衬底表面上的目标上，并且测量散射或反射束的属性。通过比较束在被衬底反射或散射前后的属性，可以确定衬底的属性。例如通过将反射束同与已知衬底属性相关的已知测量值的库中存储的数据比较，可以确定衬底的属性。已知两种主要类型的散射仪。分光镜散射仪引导宽带辐射束到衬底上并且测量散射到特定的窄的角度范围内的辐射的光谱(例如，强度作为波长的函数)。角度分辨散射仪使用单色辐射束并且测量作为角度的函数的散射辐射的强度。

散射仪可以用于测量光刻设备的若干个不同方面，包括它们的衬底取向和曝光有效性。光刻设备和具体地光刻设备执行的曝光动作的、也可以通过散射仪测量的两个重要参数是焦距和剂量。具体地，如下文所述，光刻设备具有辐射源和投影系统。投影到衬底上以便曝光衬底的辐射的剂量受曝光或光刻设备的不同部分控制。通常光刻设备的投影系统负责将辐射聚焦到衬底的正确部分上。在衬底水平面处而不是衬底水平面前面或后面聚焦、使得在衬底水平面处形成最清晰的图像并且可以在衬底上曝光得到最清晰的图案是重要的。这实现印刷较小的产品图案。

辐射的焦距和剂量直接地影响在衬底上曝光的图案或结构的参数。可以使用散射仪测量的参数是已经印刷到衬底上的结构的物理性质(例如条形结构的临界尺寸(CD)或侧壁角度(SWA))。临界尺寸是结构(例如条纹、间隔、点或孔)的有效平均宽度，依赖于所测量的结构。侧壁角度是衬底的表面和结构的升起或凹落部分之间的角度。

此外，如果划线结构与产品掩模一起用于焦距测量，可以应用掩模形状校正，例如用于校正掩模的弯曲的焦距校正。

通过在衬底上产生一维标记的掩模图案中的一维结构，利用散射测量或扫描电子显微术，可以同时确定焦距和剂量，其中通过一维结构得出测量值。可以使用单个结构，只要所述结构在曝光和处理时对于在焦距能量矩阵(FEM)中的每个点具有临界尺寸和侧壁角度测量值的唯一组合。如果这些临界尺寸和侧壁角度的唯一的组合是可用的，则可以通过这些测量值唯一地确定焦距和剂量值。

然而，使用一维结构存在问题。通常，存在多种得出类似的临界尺寸和侧壁角度测量值的焦距和剂量组合。这意味着焦距和剂量不能通过测量单个一维结构唯一地确定。已经考虑使用多于一个的在分离开的邻近标记中的结构，以分析这种模糊度。然而，将多个标记并入到不同的结构中是不利的，因为衬底的用于测量标记的面积和用于测量所有不同的测量标记的测量时间与结构的数量成比例地增加，并随着模糊度降低而成比例地增加。

发明内容

因此，需要的是有效的系统和方法，以能够测量曝光设备的焦距和剂量，同时最小化掩模的表面面积并因此最小化在处理过程中用到的衬底的表面面积。

在本发明的一个实施例中，提供一种测量曝光设备的与焦距和/或剂量相关的性质的方法，所述方法包括：使用将要被测量的曝光设备和包括用于形成标记的图案的掩模在衬底上印刷标记，所述图案包括结构的阵列，所述阵列具有沿一个方向的能够被曝光设备分辨的节距和沿与第一方向不同的第二方向的不能被曝光设备分辨的节距。所述方法继续测量已经使用掩模通过曝光设备曝光的衬底的性质，包括：将辐射束投影到衬底上的标记处；和检测从衬底上的标记反射的辐射；和通过反射的辐射的性质确定曝光设备的与焦距和/或剂量相关的性质。

在本发明的另一实施例中，提供一种用于曝光设备中的掩模，所述掩模包括用于在衬底上印刷标记的图案，所述图案包括结构的阵列，所述阵列具有沿一个方向的能够被曝光设备分辨的第一节距和沿与第一方向不同的第二方向的不能被曝光设备分辨的第二节距。

在本发明的另一实施例中，提供一种用于曝光设备的投影设备，曝光设备配置成使用包含用于印刷标记的图案的掩模在衬底上印刷标记，所述投影设备配置成在第一方向上分辨掩模上的图案并且在与第一方向不同的第二方向上不分辨图案。

在本发明的还一实施例中，提供一种包括标记的衬底，已经使用包括结构阵列的图案印刷所述标记，所述阵列具有沿一个方向的在标记中被分辨的节距和沿与第一方向不同的第二方向的在标记中不被分辨的节距。

在本发明的还一实施例中，提供一种用于测量曝光设备的与焦距和/或剂量相关的性质的检查系统，所述检查系统包括：掩模，包括用于使用将要被测量的曝光设备在衬底上印刷标记的图案，所述图案包括结构的阵列，所述阵列具有沿一个方向的能够被将要被测量的曝光设备分辨的节距和沿与第一方向不同的第二方向的不能被将要被测量的曝光设备分辨的节距。所述系统还包括检查设备，所述检查设备配置成测量已经使用掩模、通过曝光设备将标记印刷于其上的衬底的性质，包括：辐射源；投影系统，配置成引导来自辐射源的辐射到标记上；检测器，配置成检测从标记反射的辐射；和处理器，配置成通过反射的辐射的性质确定曝光设备的与焦距和/或剂量相关的性质。

在本发明的还一实施例中，提供一种光刻设备、一种光刻单元以及一种检查设备，配置成测量已经使用包含图案的掩模、通过曝光设备将标记印刷于其上的衬底的性质，已经使用包括结构的阵列的图案印刷标记，所述阵列具有沿一个方向的在标记中被分辨的节距和沿与第一方向不同的第二方向的在标记中不被分辨的节距，所述检查设备包括：辐射源；投影系统，配置成引导来自辐射源的辐射到标记上；检测器，配置成检测从标记反射的辐射；和处理器，配置成通过探测的辐射确定标记的性质，和通过反射的辐射的性质确定用于印刷标记的曝光设备的与焦距和剂量相关的性质。

本发明的其他实施例、特征和优点以及本发明的不同实施例的结构和操作在下文中参照附图进行描述。应该指出的是，本发明不限于这里描述的具体实施例。文中所示出的实施例仅仅是为了解释的目的。基于这里包含的教导，本发明的其他实施例对本领域技术人员是显而易见的。

附图说明

下面仅通过示例的方式，参考附图对本发明的实施例进行描述，其中示意性附图中相应的标记表示相应的部件。此外，这里将附图并入说明书并作为说明书的一部分，附图描述了本发明并且与说明书一起用于解释本发明的原理，并使得本领域技术人员能够实践和使用本发明。

图1示出根据本发明的一个实施例的光刻设备；

图2示出根据本发明的一个实施例的光刻单元或光刻簇；

图3示出根据本发明的一个实施例的第一散射仪；

图4示出根据本发明的一个实施例的第二散射仪；

图5示出根据本发明一个实施例的根据当前技术发展水平的焦距和剂量测量图案。

图6A和6B示出根据本发明的一个实施例的焦距和剂量测量图案。

图7示出根据本发明的一个实施例的焦距和剂量测量图案。

图8示出根据本发明的一个实施例的焦距和剂量测量图案。

图9示出根据本发明的一个实施例的对于图8中的图案的焦距和剂量之间的关系；

图10A示出根据本发明的一个实施例的根据当前技术发展水平的焦距测量的行为；

图10B示出根据本发明的一个实施例的根据当前技术发展水平的剂量测量；

图11示出根据本发明的一个实施例的测量焦距和剂量的困难；

图12示出根据本发明的一个实施例的具有变化的亚结构的图案。

图13A、13B以及13C根据本发明的一个实施例使用不同的图案对比了剂量测量结果。

图14示出根据本发明的一个实施例的对于不同图案的临界尺寸、剂量和焦距之间的关系。

图15A、15B以及15C示出根据本发明的一个实施例的对于不同图案的侧壁角度和焦距之间的关系。

图16示出根据本发明的一个实施例的对于图15中的不同图案中的每一个图案的侧壁角度、焦距以及剂量之间的关系。

图17是根据本发明的一个实施例的对于三种不同图案的剂量和焦距敏感性的对比表。

通过下面给出的详细的描述、结合附图，本发明的特征和优点将会变得清楚，其中相同的参考特征与对应的元件一致。在附图中，相同的附图标记基本上表示相同的、功能类似的和/或结构类似的元件。在相应的附图标记中，元件首次出现所在的附图由最左边的数字标示。

具体实施方式

本说明书公开并入了本发明的多个特征的一个或多个实施例。所公开的实施例仅是本发明的示例。本发明的范围不限于所公开的实施例。本发明由随后的权利要求限定。

所述的实施例和在说明书提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括特定的特征、结构或特性。而且，这些段落不必指的是同一个实施例。此外，当特定特征、结构或特性与实施例结合进行描述时，应该理解，无论是否明确描述，将这些特征、结构或特性与其他实施例结合是在本领域技术人员的知识范围内的。

本发明的实施例可以应用到硬件、固件、软件或其任何组合。本发明实施例还可以应用为存储在机器可读介质上的指令，其可以通过一个或更多个处理器读取和执行。机器可读介质可以包括任何用于以机器(例如计算设备)可读形式存储或传输信息的机构。例如，机器可读介质可以包括：只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储媒介；光学存储媒介；闪存设备；传播信号的电、光、声或其他形式(例如，载波、红外信号、数字信号等)，以及其他。此外，这里可以将固件、软件、程序、指令描述成执行特定操作。然而，应该认识到，这些描述仅为了方便并且这些操作实际上由计算设备、处理器、控制器或其他执行所述固件、软件、程序、指令等的设备来完成的。

然而，在详细描述这些实施例之前，给出本发明的实施例可以应用的示例环境作为指导。

图1示意地示出了光刻设备。所述光刻设备包括：照射系统(照射器)IL，其配置用于调节辐射束B(例如，紫外(UV)辐射或深紫外(DUV)辐射)；支撑结构(例如掩模台)MT，其构造用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与用于根据确定的参数精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，其构造成用于保持衬底(例如涂覆有抗蚀剂的晶片)W，并与配置用于根据确定的参数精确地定位衬底的第二定位装置PW相连；和投影系统(例如折射式投影透镜系统)PL，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(例如包括一根或多根管芯)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、或其任意组合，以引导、成形、或控制辐射。

所述支撑结构支撑，即承载图案形成装置的重量。支撑结构以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置是否保持在真空环境中等其他条件的方式保持图案形成装置。所述支撑结构可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术保持图案形成装置。所述支撑结构可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述支撑结构可以确保图案形成装置位于所需的位置上(例如相对于投影系统)。在这里任何使用的术语“掩模版”或“掩模”都可以认为与更上位的术语“图案形成装置”同义。

这里所使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为表示能够用于将图案在辐射束的横截面上赋予辐射束、以便在衬底的目标部分上形成图案的任何装置。应当注意，被赋予辐射束的图案可能不与在衬底的目标部分上的所需图案完全相符(例如如果该图案包括相移特征或所谓辅助特征)。通常，被赋予辐射束的图案将与在目标部分上形成的器件中的特定的功能层相对应，例如集成电路。

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液晶显示(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。

这里使用的术语“投影系统”应该广义地解释为包括任意类型的投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学系统、或其任意组合，如对于所使用的曝光辐射所适合的、或对于诸如使用浸没液或使用真空之类的其他因素所适合的。这里使用的术语“投影透镜”可以认为是与更上位的术语“投影系统”同义。

如这里所示的，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)。

所述光刻设备可以是具有两个(双台)或更多衬底台(和/或两个或更多的掩模台)的类型。在这种“多台”机器中，可以并行地使用附加的台，或可以在一个或更多个台上执行预备步骤的同时，将一个或更多个其它台用于曝光。

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覆盖(例如水)，以便填满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的其他空间中，例如掩模和投影系统之间的空间。浸没技术在本领域是熟知的，用于提高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)浸入到液体中，而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，所述照射器IL接收从辐射源SO发出的辐射束。该源SO和所述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，不会将该源考虑成形成光刻设备的一部分，并且通过包括例如合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助，将所述辐射束从所述源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，可以对所述照射器IL的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。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需的均匀性和强度分布。

所述辐射束B入射到保持在支撑结构(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。已经穿过掩模MA之后，所述辐射束B通过投影系统PL，所述投影系统将辐射束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位装置PW和位置传感器IF(例如，干涉仪器件、线性编码器、2-D编码器或电容传感器)的帮助，可以精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，例如在从掩模库的机械获取之后，或在扫描期间，可以将所述第一定位装置PM和另一个位置传感器(图1中未明确示出)用于相对于所述辐射束B的路径精确地定位掩模MA。通常，可以通过形成所述第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗定位)和短行程模块(精定位)的帮助来实现掩模台MT的移动。类似地，可以采用形成所述第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现所述衬底台WT的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，掩模台MT可以仅与短行程致动器相连，或可以是固定的。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准掩模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之间的空间(这些公知为划线对齐标记)中。类似地，在将多于一个的管芯设置在掩模MA上的情况下，所述掩模对准标记可以位于所述管芯之间。

可以将所示的设备用于以下模式中的至少一种中：

1.在步进模式中，在将掩模台MT和衬底台WT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)。然后将所述衬底台WT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所述目标部分C的尺寸。

2.在扫描模式中，在对掩模台MT和衬底台WT同步地进行扫描的同时，将赋予所述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WT相对于掩模台MT的速度和方向可以通过所述投影系统PL的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模式中，曝光场的最大尺寸限制了单一动态曝光中所述目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度确定了所述目标部分的高度(沿所述扫描方向)。

3.在另一个模式中，将用于保持可编程图案形成装置的掩模台MT保持为基本静止，并且在对所述衬底台WT进行移动或扫描的同时，将赋予所述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，并且在所述衬底台WT的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新所述可编程图案形成装置。这种操作模式可易于应用于利用可编程图案形成装置(例如，如上所述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻术中。

也可以采用上述使用模式的组合和/或变体，或完全不同的使用模式。

如图2所示，光刻设备LA形成光刻单元LC的一部分(有时也称为光刻元或者光刻簇)，光刻单元LC还包括用以在衬底上执行曝光前和曝光后处理的设备。通常，这些包括用以沉积抗蚀剂层的旋涂器SC、用以显影曝光后的抗蚀剂的显影器DE、激冷板CH和烘烤板BK。衬底输送装置或机械手RO从输入/输出口I/O1、I/O2拾取衬底，然后使它们在不同的处理设备之间移动，然后将他们传送到光刻设备的进料台LB。通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控制光刻设备。因此，不同的设备可以被操作用于将生产量和处理效率最大化。

为了由光刻设备曝光的衬底被正确地和一致地曝光，需要检查经过曝光的衬底以测量属性，例如连续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等。如果检测到误差，可以对连续衬底的曝光进行调整(尤其是如果检查能够即刻完成并且足够迅速到使同一批次的其他衬底仍处于待曝光状态时)。已经曝光过的衬底也可以被剥离并被重新加工(例如以提高产率)，或被遗弃，由此避免在已知存在缺陷的衬底上进行曝光。在仅仅衬底的一些目标部分存在缺陷的情况下，可以仅对完好的那些目标部分进行进一步曝光。

检查设备被用于确定衬底的属性，且尤其，用于确定不同的衬底或同一衬底的不同层的属性如何从层到层变化。检查设备可以被集成到光刻设备LA或光刻单元LC中，或可以是独立的装置。为了能进行最迅速地测量，需要检查设备在曝光后立即测量在经过曝光的抗蚀剂层中的性质。然而，抗蚀剂中的潜影具有很低的对比度，使得在经过辐射曝光的抗蚀剂部分和没有经过辐射曝光的抗蚀剂部分之间仅有很小的折射率差，且并非所有的检查设备都具有足够的灵敏度，以对潜影进行有用的测量。因此，测量可以在曝光后的烘烤步骤(PEB)之后进行，所述曝光后的烘烤步骤通常是在经过曝光的衬底上进行的第一步骤，且增加了抗蚀剂的经过曝光和未经曝光的部分之间的对比度。在该阶段，抗蚀剂中的图像可以被称为半潜在的。也能够在抗蚀剂的曝光部分或者未曝光部分已经被去除的点处，或者在诸如刻蚀等图案转移步骤之后，对经过显影的抗蚀剂图像进行测量。后一种可能性限制了有缺陷的衬底进行重新加工的可能，但是仍旧可以提供有用的信息。

图3示出散射仪SM1，其可以用于本发明的一个实施例中。散射仪包括宽带(白光)辐射投影装置2，其将辐射投影到衬底W上。反射的辐射通至光谱仪检测器4，光谱仪检测器4测量镜面反射辐射的光谱10(强度是波长的函数)。通过这个数据，引起所检测的光谱的结构或轮廓可以通过处理单元PU(例如通过严格耦合波分析和非线性回归，或通过与图3底部示出的模拟光谱的库进行比较)进行重建。通常，对于所述重建，已知所述结构的通常形式，且根据所述结构的制作工艺的知识假定一些参数，仅留有一些结构参数是根据散射测量的数据确定。这种散射仪可以被配置为正入射散射仪或斜入射散射仪。

可以用于本发明的另一个散射仪如图4所示。在该装置中，由辐射源2发出的辐射采用透镜系统12通过干涉滤光片13和偏振器17被聚焦，由部分反射表面16反射并经由具有高数值孔径(NA)(优选至少大约0.9或更优选至少大约0.95)的显微镜物镜15聚焦到衬底W上。浸没式散射仪甚至可以具有数值孔径超过1的透镜。然后，所反射的辐射通过部分反射表面16透射入检测器18，以便检测散射光谱。检测器可以位于在透镜系统15的焦距处的后投影光瞳平面11中，然而，光瞳平面可以替代地以辅助的光学元件(未示出)在检测器上重新成像。所述光瞳平面是在其上辐射的径向位置限定入射角而角位置限定辐射的方位角的平面。在一个示例中，所述检测器为二维检测器，以使得可以测量衬底目标30的两维角散射谱。检测器18可以是例如电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的阵列，且可以采用例如每帧40毫秒的积分时间。

参考束经常被用于例如测量入射辐射的强度。为此，当辐射束入射到分束器16上时，辐射束的一部分通过所述分束器作为参考束朝向参考反射镜14透射。然后，所述参考束被投影到同一检测器18的不同部分上。

一组干涉滤光片13可用于在如405-790nm或甚至更低(例如200-300nm)的范围中选择感兴趣的波长。干涉滤光片可以是可调谐的，而不是包括一组不同的滤光片。光栅可能被用于替代干涉滤光片。

检测器18可以测量单一波长(或窄波长范围)的被散射光的强度，所述强度在多个波长上是独立的，或者所述强度在一个波长范围上被积分。进而，检测器可以分立地测量横向磁场(TM)和横向电场(TE)偏振光的强度和/或在横向磁场和横向电场偏振光之间的相位差。

能够采用给出大集光率的宽带光源(即具有宽的光频率范围或波长以及由此而生的色彩)，由此允许多个波长的混合。在宽带上的多个波长优选每个具有δ的带宽和至少2δ(即带宽的两倍)的间距。多个辐射“源”可以是已经用光纤束被分割的扩展辐射源的不同部分。以这样的方式，角分辨散射光谱可以并行地在多个波长上被测量。可以测量包含比二维光谱更多的信息的三维光谱(诸如波长和两个不同的角度)。这允许更多的信息被测量，这增加量测工艺的鲁棒性。这在欧洲专利No.1,628,164A中进行了更详细的描述，该文档以引用的方式整体并入本文中。

衬底W上的目标30可以是光栅，所述光栅被印刷以使得在显影之后，所述条纹由实抗蚀剂线组成。所述条纹可以替代地被蚀刻到所述衬底中。该图案对于光刻投影设备(尤其是投影系统PL)中的色差和照射对称性敏感，且这种像差的存在将表明自身在所印刷的光栅中的变化。相应地，所印刷的光栅的散射测量数据被用于重建光栅。光栅的参数(例如线宽和线形)可以被输入到重建过程中，所述重建过程由处理单元PU根据印刷步骤和/或其他的散射测量工艺的知识实现。

本发明涉及用于曝光设备中的掩模上的图案的实施例。曝光设备的掩模可以是透射掩模或可以是反射掩模，例如多个单独可控的元件(例如反射镜)。掩模被例如光刻设备的曝光设备使用、以在衬底上印刷标记。随后使用例如散射仪或椭圆计等检查设备测量衬底上的标记或印刷的图案。可以使用任何种类的检查设备，只要所述检查设备是能够测量从例如光栅等印刷结构反射的辐射并且可以测量例如印刷的图案内的单个结构的临界尺寸(CD)或相同结构的侧壁角度(SWA)等图案参数的检查设备。

反射的辐射的性质或衬底上标记的测量值与数学模型、或以前的测量值的库、或(反射的辐射或CD或SWA的)这些性质和用于印刷标记的曝光设备的与焦距和/或剂量相关的性质之间的关系的模拟和外插法对比。与焦距和/或剂量相关的性质可以是焦距偏离(其可能由于例如透镜的不对准引起)或剂量偏离(由例如辐射束的强度波动引起)。它们还可以是其他与焦距相关的参数，例如象散、对比度或透镜像差(典型地，在泽尔尼克公式中表示出来)。替换地，它们可以是例如剂量或强度变化等照射参数(即，辐射)。还可以替换地，测量的性质可以是对抗蚀剂具有类似剂量引起的影响的参数，例如局部烘烤板温度(其在整个衬底表面上对反射辐射或CD或SWA引起的变化与在整个衬底表面上引起的剂量变化类似)和抗蚀剂变化(再次，抗蚀剂厚度或密度等的变化将以与引起剂量变化类似的方式引起CD和SWA等的变化)。

仅剂量(并且不必是焦距)偏离能够被测量的情况的示例如下。衬底一旦已经曝光，其可以被放置在烘烤板上，所述烘烤板是加热板，其干燥位于衬底上的抗蚀剂层以便将衬底上的已经被曝光的图案固定。衬底的底表面上的烘烤板的热量与衬底的顶表面上的辐射强度具有类似的性质。如果烘烤板的温度不均匀，抗蚀剂将不会均匀地干燥。可以使用上述的系统、以与测量剂量所采用的方式相同的方式测量抗蚀剂上的特征(例如，在衬底上的多个标记)。所确定的“剂量”的任何变化可以实际上是烘烤板的温度变化，并且烘烤板可以因此被调整为校正该变化。实际上，将曝光工具中的剂量变化考虑到后面的测量值中，衬底的图案场内的相同的标记可以首先用来测量曝光工具中存在的剂量变化，随后测量烘烤板中存在的变化。在这种情况中的标记仅需要是剂量敏感的。

图5示出光栅G，包括一维条纹B的阵列(需要说明的是，其是一维的阵列，而不是指条纹是一维的)。这是通常用于测量诸如光刻设备内的衬底W的重叠和对准等特征的图案的示例。然而，正如上面所述，当辐射从该光栅G反射并且通过反射的辐射确定诸如临界尺寸和侧壁角度等参数时，可以存在焦距和剂量的若干个组合，其将得出已经测出的CD和SWA测量值。

本发明的一个实施例包括图案30(例如在图6A中示出的)的产生。此处图案30是结构40的二维阵列。本实施例的特征在于：二维重复的结构40在x和y方向中的每个方向上具有不同的物理或几何性质。因为在x和y方向中的每个方向上具有不同的物理或几何性质，每个取向对焦距和剂量的变化具有显著的、有目的的不同响应。这导致印刷的结构的整体行为比仅涉及临界尺寸和侧壁角度的情况更复杂。结果，对于给定的焦距和剂量，整体响应是唯一的，与单个一维阵列的测量值相比，这允许焦距和剂量更好地分开。在根据本发明的一个实施例的单个重复结构中的不同性质的组合允许使用单个标记，并且意味着可以在单个标记上进行测量，因此减小了在掩模上使用的用于图案的空间(例如，当与使用多个标记对比，其中每个标记包含一维阵列或单个结构)，并且减小了在衬底上使用的用于曝光标记的空间，以及减少了测出测量值花费的时间，同时减小了测量结果的模糊性。

图6B示出图案的替换形式，该图案因为其条纹构造而可以称为斑马图案。如图6B看到的，斑马图案具有沿第一方向的粗节距P和沿正交方向的细节距p。粗节距P是斑马条纹图案的工作循环的一部分，其基于不同照射模式的焦距/剂量敏感性，即依赖于用于照射掩模上的图案以在衬底上产生想要的测试标记的辐射束的偏振、波长、强度等，进行改变以用于优化。粗节距可以例如在大约400到大约600nm之间变化。

附加地，或替换地，细节距p不改变，因为其可以在比曝光设备可印刷的尺寸小的尺寸处被固定。例如，细节距可以固定在大约70nm。小节距不被曝光设备印刷到衬底上的原因与所用的曝光辐射的波长有关。在本示例中，细节距大约为70nm，因为已知的光刻设备的分辨率是大约80nm，并且细节距可以是亚分辨率。然而，本发明的实施例采用使用EUV辐射的光刻设备，其具有小得多的分辨率、使得细节距可以是大约50nm、30nm或者甚至10nm。

然而，以与辅助特征起作用的方式相同的方式，没有印刷到衬底上(例如，因为他们不能够被曝光设备分辨)的那些结构仍然影响其他可以印刷的结构被印刷的方式。然而，该图案被设计用于特别地响应焦距和剂量。

图6B还示出了与粗节距P相同方向上的粗临界尺寸CD，和正交方向上的细临界尺寸CD。这些测量值中的每一个根据照射模式是可变的。在上面给出的节距测量值的情况下，粗临界尺寸CD可以在例如大约200到300nm之间变化，并且细临界尺寸cd可以是大约30-40nm的量级。

在上面图6B中给出的示例中，总的斑马图案可以是大约40乘以40μm量级。

该图案设计成对焦距和剂量高敏感并且位于小的过程窗口内。另一方面，在相同掩模内并因此在衬底的相同场上使用相同掩模印刷的产品区域处于尽可能低的剂量和焦距敏感性，并且并入大的过程窗口。这样，产品和测量图案不相互影响，并且产品在掩模和衬底上一样具有更重要的区域。

作为斑马图案的条纹-间隔光栅布局的替换，二维图案可以由例如接触孔等其他结构或允许一个节距的方向不能通过曝光设备印刷的任何其他形状构成。

若干种不同图案结构是可以的，并且本领域技术人员将能够想象出来。可以使用许多种替换的分段结构，例如沿x和y方向中任一个或两个的分段线和/或间隔，或者甚至并入异形结构，例如纳米梳结构。下面描述更多的示例。

替换地，一维重复结构可以用作图案，以如图7中所示的一基础开始。这种一维图案与图6B中的斑马图案有效地相同，但是细节距p完全消失了以至于得出如图7所示的实心的条纹50。具有单位单元或单个结构40的图案30被分成亚结构50。在一个示例中，优选每个单位单元40存在若干个亚结构，使得该单位单元的不同亚结构对焦距和剂量的反应可以被单个地且单独地测量。图7中的图案重复若干次，且表示包含沿x和y方向不同的亚结构的单位单元。图7中的条纹可以分成例如如图12所示的不同的子段，这在后面介绍。

图8示出替换的图案30，所述图案30具有在x和y方向上不同的结构40。这些结构尺寸对焦距和剂量变化的响应在图9中示出。在该示例中，沿y方向的线宽主要依赖于剂量。在x方向上，线宽主要依赖于焦距。图9中示出的不同的图像45是曝光之后在衬底上的最终的印刷结构，其作为焦距和剂量的函数。

为了通过临界尺寸或侧壁角度确定焦距和剂量，建立焦距剂量模型。测量焦距能量矩阵(FEM)的临界尺寸(CD)和侧壁角度(SWA)以覆盖焦距和剂量值的大的范围。以此，建立数学模型来描述和内插焦距和剂量与CD和SWA之间的关系。使用该内插模型，任何单个CD和/或SWA测量值可以转化为焦距和剂量。

好的焦距/剂量模型应该能够预测对于用于在第一位置中建立模型的相同测量目标结构的焦距和剂量值。这以“自测试”的方式测试，其中绘制设定点的值以及焦距和剂量对应目标结构的预测值的图，如图10A和10B所示。理想地，获得具有斜率1的直线。换句话说，测量的模型值应该与预测值相同。然而，对于一些一维结构，焦距剂量模型不能确定校正焦距值，因为在负的焦距值和正的焦距值的条件下曝光的印刷结构之间没有观察到足够的差异，如图10A所示。负的焦距值是辐射的焦点位于衬底表面的一侧的情况；正的焦距值是焦点位于相同衬底表面的另一侧的情形。零将是辐射被期望地实现聚焦所在的衬底表面。图10A示出沿底部轴线的设定焦距位置和沿垂直轴线的预测值。正如看到的，预测值几乎全是正的，这对于典型的一维结构是问题。剂量确定情况稍微好点，如图10B所示，其中设定剂量和预测的剂量之间具有斜率为1的直线是可能的。

具有图案结构性质的非唯一性的其他问题在预测焦距和剂量值方面导致大的散射。这在图11中示出。依赖于这些结构，焦距和剂量预测曲线中的位置确定可以如何精确地确定焦距和剂量。噪音估计显示，对于曲线中某些区域，焦距和剂量更难以确定，如通过曲线C和D中大的散射所示，其对应焦距的噪音区域与剂量测量结果的关系。在重复性的测试中，相同的标记被测量多次，在此之后确定焦距和剂量值。在图11中显示，对于在图的中央的噪音图的圆形区域，右下角的圆形区域得到比噪音图的中央圆形区域高的散射。

使用在每个单位单元中具有多于一个的亚结构的一维重复结构或二维重复结构确定焦距和/或剂量的优点在于，图案可以设计成对于在辐射条件以及抗蚀剂和堆叠性质的较宽范围内来自单个结构的焦距和剂量信息的分离具有较高的鲁棒性。这改善对于抗蚀剂和较复杂的在下面的拓扑来说是潜在的焦距-剂量测量。与焦距和剂量分开，来自结构的多于两个变化的性质(即，CD和SWA)的附加信息可以用于解决感兴趣的其他过程或曝光参数。

在交替的线中包含亚结构的图案的示例在图12中示出。该图案(可以存在于掩模上，例如用于印刷到衬底上)将如图那样印刷，使得衬底上的最终的标记将显示为与掩模的印刷图案一样。在x方向上，标记是剂量敏感的，而不是焦距敏感的。这是因为标记通常用作沿x方向的规则的密集目标，这意味着焦距剂量的变化不影响它。然而，在y方向上，因为较大的间隙，标记是剂量和焦距敏感的。通过使用非传统的(例如环形)辐射束形状，因为y方向上的标记而衍射(在检查阶段期间)的辐射可以通过x方向上的衍射来分辨。通过在光瞳平面上适当地过滤，可以由此例如通过研究图12中示出的标记的法线和间断线的CD测量值而将焦距和剂量彼此区分开。

在阵列内使用子阵列或亚结构的关键之一在于，在至少一个方向上改变图案(或标记)的透射率。其原因在于，结构的CD是影响图案对辐射的透射率的因素。依赖于曝光设备的什么性质被测量，结构的CD可以改变以影响图案的透射率。

只要作为线能够被测量的结构被印刷至衬底上，可以得出焦距测量值。当透射率存在改变，可以测量剂量性质。可以用于测量剂量和焦距(或其他相关的性质)的图案的另一示例是棋盘图案，其具有黑方块(或其他形状)作为结构(包括孔或点)，白色方块(或其他形状)是结构之间的间隔。结构和间隔的相对尺寸可以被改变以影响透射率，或者结构的尺寸和/或形状可以从一维或二维阵列到下一个地进行变化。替换地，为了测量剂量和焦距/剂量，结构和间隔可以布置成沿一个方向是可印刷的但是在其他方向不能被印刷，如上面参照图12介绍的。

通过任何这样的周期性二维图案，可以通过下面的方法中的任一种确定焦距和剂量两者，这并不意味着限制本发明的范围，也不是穷举的：

1.通过从图案反射的辐射的衍射光谱直接测量焦距和剂量(例如通过将预期的、模型的或模拟的衍射光谱进行对比)；

2.使用重叠测量测量焦距和剂量，其中通过例如上述的图案印刷的标记被印刷在衬底上的连续层上，并且通过研究从叠合的层反射的辐射的行为并且与预期的行为进行对比来测量连续层的重叠偏离；

3.使用不同的直接和间接的测量技术并且使用衬底上的结构的SWA、CD和其他物理性质的重建来测量焦距和剂量；和

4.通过研究在光瞳平面(在此衍射的辐射被有效地聚焦并可以被研究)处的辐射信息来测量焦距和剂量。

最终的与焦距和剂量相关的测量值被反馈或前馈至曝光设备，其随后补偿在每个测量值中的任何误差。

图13到17示出已经实施的模拟的对比，将标准的一维图案与包括辅助特征的标准一维图案以及如上所述的二维图案进行对比。在示出的具体示例中，所有图案的节距是大约380nm，除了图13C和15C中示出的二维图案，其在x方向上具有大约380nm的(粗)节距，在y方向具有大约150nm的(细)节距。在所有的示例中，抗蚀剂厚度是大约125nm。

图13A示出具有条纹形状的单个结构的图案。测量的临界尺寸(如图中示出为平均临界方向MCD)的对比与剂量相比。正如图13A的曲线所示，斜率不是非常得陡，这意味着CD对剂量的敏感性低。图中的每条线与不同的焦距值(单位μm)相关。

图13B示出具有辅助特征的图案。通过辅助特征，意味着在掩模上的图案中包含其他结构以便补偿会在印刷的图案上出现的结构边缘误差和模糊。这种结构55是主要结构40的辅助特征，如图13B所示。虽然这些辅助特征55出现在掩模图案上，但是它们不会出现在衬底上的印刷结构中，因为它们太小以至于不被所用的波长分辨和/或为消除主结构40的任何边缘误差而被完全补偿。正如图13B中的曲线所示，辅助特征引起CD随剂量变化的斜率比在没有辅助特征的情况下陡。

图13C示出根据本发明的一个实施例的具有二维周期性结构40的图案30。正如曲线所示，对于任何固定的焦距值，CD随剂量变化的斜率的平均值甚至比具有辅助特征的图案的曲线更陡。这意味着二维图案(的CD)比其他所测试的图案对剂量更敏感。

图14将图13中的每个图案的斜率与焦距值进行对比。斜率的总的绝对值越大(或这些值越负)，则图案越敏感，这可以替换地描述为，曲线下的间隔越小，所用的图案越敏感。二维目标比具有或不具有辅助特征的图案更能实现这一点。

图15示出与图13相同的测量值，但是对于侧壁角度与焦距测量值进行了对比。与图13一样，图15A示出具有单个结构40的掩模图案。相同的图中还示出SWA随焦距变化的曲线。图15B示出对于具有主结构40和辅助特征55的图案的SWA随焦距变化的曲线。最后，图15C示出对于具有在x方向和y方向上不同的结构40的二维图案30的SWA随焦距变化的曲线。二维图案比其他两个图案中任一个导致更陡的SWA随焦距变化的平均斜率。图16示出图15A、15B和15C的曲线随测量的剂量变化的斜率。图16的曲线显示，二维图案的相对于剂量的斜率比其他两种图案的斜率陡。

图17示出图13和15中示出的三种图案的每一种的剂量敏感性和焦距敏感性的表。从表可以看到，从没有辅助特征的图案到具有辅助特征的图案剂量和焦距敏感性增大，到具有二维结构阵列的图案再增大。这些结果是对于剂量在12.5到13.5mJ/cm2并且焦距为-0.100到-0.050μm的情况。

因此测试已经表明二维图案比已知的其他类型的图案对剂量和焦距更敏感。

虽然在本文中详述了光刻设备用在制造ICs(集成电路)，但是应该理解到，这里所述的光刻设备可以有其他应用，例如制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCDs)、薄膜磁头等。本领域技术人员应该认识到，在这种替代应用的情况中，可以将这里使用的任何术语“晶片”或“管芯”分别认为是与更上位的术语“衬底”或“目标部分”同义。这里所指的衬底可以在曝光之前或之后进行处理，例如在轨道(一种典型地将抗蚀剂层涂到衬底上，并且对已曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、量测工具和/或检查工具中。在可应用的情况下，可以将所述公开内容应用于这种和其他衬底处理工具中。另外，所述衬底可以处理一次以上，例如为产生多层IC，使得这里使用的所述术语“衬底”也可以表示已经包含多个已处理层的衬底。

虽然上面详述了本发明的实施例在光刻设备的应用，应该注意到，本发明可以有其它的应用，例如压印光刻，并且只要情况允许，不局限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的拓扑限定了在衬底上产生的图案。可以将所述图案形成装置的拓扑印刷到提供给所述衬底的抗蚀剂层中，在其上通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使所述抗蚀剂固化。在所述抗蚀剂固化之后，所述图案形成装置从所述抗蚀剂上移走，并在抗蚀剂中留下图案。

这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，包括：紫外(UV)辐射(例如具有约365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有5-20nm范围的波长)，以及粒子束，例如离子束或电子束。

在允许的情况下，术语“透镜”可以表示不同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、电磁的以及静电的光学构件。

尽管以上已经描述了本发明的具体实施例，但应该认识到，本发明可以以与上述不同的方式来实现。例如，本发明可以采用包含用于描述一种如上面公开的方法的一个或更多个机器可读指令序列的计算机程序的形式，或具有存储其中的所述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)的形式。

结论

应该认识到，“具体实施方式”部分而不是“发明内容”部分和摘要部分用于解释权利要求。发明内容和摘要部分可以给出本发明的一个或多个实施例但不是发明人预期的全部实施例，因此不以任何方式限制本发明和未决的权利要求。

本发明已经借助功能存储块进行了描述，其示出了具体功能和关系的应用。这些功能存储块的边界在这里为了方便描述是任意地限定的。只要具体的功能和关系被正确地执行，可以限定替换的边界。

前面具体实施例的描述将完全反应本发明的总体性质，在不脱离本发明的总概念的条件下，通过有限次实验，通过应用本领域技术人员的知识，本发明的其他方面就可以容易地修改和/或调整、以用于这种具体实施例的不同应用。因此，基于这里给出的教导和启示，这种调整和修改落入所公开的实施例的等价物的含义和范围内。应该理解，这里的术语或措辞是为了描述而不是限制的，以便本领域技术人员根据所述教导和启示可以解释本说明书的术语或措辞。

本发明的宽度和范围不应该受到上述示例性实施例中任一个的限制，而应该仅根据权利要求和其等价物进行限定。