[发明专利]量测方法和设备以及器件制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年8月23日递交的美国临时申请61／526，651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在所述IC的单层上待形成的电路图案。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，单独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步进机和所谓扫描器，在所谓步进机中，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，在所谓扫描器中，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，经常期望对所形成的结构进行测量，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。

在已知的暗场量测技术中，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。应当放宽用于将目标定位于设备的像场之内的要求，以允许更大的生产率。使用具有在像平面中的暗场检测的模式识别，来自单个或多个重叠目标的强度可以有效地与来自环境产品结构的强度分离开，而不论它们是否位于像场内。另一方面，为了消除边缘效应和过程依赖性，发明人期望像场内的每个感兴趣的区域应当不仅被近似地识别，还以高精度和重复性被识别。对当前的目标的模式识别精度是有限的。

发明内容

期望提供一种使用目标光栅的量测方法和设备，其中生产率和精度可以被改进以超过现有的已经公开的技术。

在第一方面中，本发明的实施例提供一种用于测量由光刻过程在衬底上形成的一个或更多个周期性结构的性质的方法，所述方法包括步骤：(a)使用光刻过程在衬底上形成目标结构，所述目标结构包括在衬底上的一个或更多个周期性结构；(b)在以辐射束照射目标结构的同时形成和检测目标结构的至少一个图像，所述图像使用非零级衍射辐射的第一部分而排除第零级衍射辐射来形成；(c)使用从在目标结构的图像内的至少一个感兴趣的区域提取的强度值来确定周期性结构中的相应的一个周期性结构的性质。为了执行步骤(c)，感兴趣的区域通过识别在目标结构的图像中多个边界特征的位置和根据所识别的位置特征来计算感兴趣的区域的位置而在被检测的图像中辨别，且在至少一个方向上，边界特征的数量是在目标结构内的周期性结构的边界的数量的至少两倍。

目标结构可以是包括用于形成周期性结构的多个较小的光栅的复合光栅。光栅可以例如是重叠光栅，由至少两个光刻过程的序列来形成。周期性结构的性质可以是不对称度，其由重叠误差表示。