[发明专利]量测方法和设备、衬底、光刻系统以及器件制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年5月29日递交的美国临时申请61/652,552的权益，并且通过引用将其全部内容并入到本文中。

技术领域

本发明涉及可用于例如由光刻技术进行的器件制造中的量测方法和设备以及使用光刻技术制造器件的方法。

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。通常，图案的转移是通过把图案成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行的。通常，单个的衬底将包含被连续形成图案的相邻目标部分的网络。已知的光刻设备包括：所谓的步进机，在所谓的步进机中，每个目标部分通过一次将整个图案曝光到目标部分上来辐照每个目标部分；以及所谓的扫描器，在所谓的扫描器中，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同步扫描所述衬底来辐照每个目标部分。也可以通过将图案压印到衬底上来将图案从图案形成装置转移到衬底上。

在光刻过程中，经常期望对所生成的结构进行测量，例如用于过程控制和验证。用于进行这种测量的多种工具是已知的，包括经常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜以及用于测量重叠(在器件中两个层的对准精度)的专用工具。近来，用于光刻领域的各种形式的散射仪已经被研制。这些装置将辐射束引导到目标上并测量被散射的辐射的一种或更多种性质(例如作为波长的函数的在单个反射角处的强度；作为反射角的函数的在一个或更多个波长处的强度；或作为反射角的函数的偏振)以获得“光谱”，根据该“光谱”，可以确定目标的感兴趣的性质。感兴趣的性质的确定可以通过各种技术来进行：例如通过迭代方法来重建目标结构，例如严格耦合波分析或有限元方法；库搜索；以及主分量分析。

由常规的散射仪所使用的目标是相对大的(例如40μm×40μm)光栅，测量束生成比光栅小的光斑(即光栅未被充满)。这简化了目标的数学重建，因为其可以被看成是无限的。然而，为了减小目标的尺寸，例如减小到10μm×10μm或更小，例如，于是它们可以被定位于产品特征之中而不是划线中，已经提出光栅被制成得比测量光斑更小的量测(即光栅被过填充)。典型地，这种目标使用暗场散射术进行测量，在暗场散射术中，第零衍射级(对应于镜面反射)被挡住，仅仅更高的衍射级被处理。使用衍射级的暗场检测的基于衍射的重叠使得能够在更小的目标上进行重叠测量。这些目标小于照射光斑，并且可以被晶片上的产品结构围绕。能够使用复合光栅目标在一个图像中测量多个光栅。

在已知的量测技术中，重叠测量的结果通过在旋转目标或改变照射模式或成像模式以独立地获得-1^st(第-1)衍射级和+1^st(第+1)衍射级的强度的同时在一定条件下测量目标两次来获得。对于给定的光栅比较这些强度能够提供光栅中的不对称度的测量，并且在重叠光栅中的不对称度能够用作重叠误差的指示器。

由于复合光栅目标中的各个光栅的尺寸被减小，在暗场图像中的边缘效应(条纹)变得显著，并且目标中不同光栅的图像之间会有串扰。为了解决这个问题，有些方案是仅仅选择每个光栅的图像的中心部分作为“感兴趣的区域(ROI)”。仅仅在ROI内的像素值被用于计算不对称度和重叠。然而，在考虑更小目标时，能够被限定为免于受边缘效应影响的ROI的尺寸减小至更小数量的像素。结果，对于给定的采集时间，测量固有地会有更多的噪声。并且，在定位ROI过程中的任何变动会成为所测量的不对称度中的显著误差源。

发明内容

期望提供一种用于重叠量测的技术，该技术能够保持在复合目标结构中使用小光栅的优点，其中相比于在先的被公开的技术，精确度能够被改进。具体的目标是避免与随着目标大小的减小而选择更小的ROI相关的缺点。