[发明专利]测量光刻工艺参数的方法和设备、衬底以及该方法中使用的图案化装置

说明书

衬底具有通过光刻工艺形成在其上的第一目标结构和第二目标结构，光刻工艺包括至少两个光刻步骤。每个目标结构具有形成在单个材料层中的二维周期性结构，其中在第一目标结构中，在第二光刻步骤中限定的特征相对于在第一光刻步骤中限定的特征移位第一偏差量，并且在第二目标结构中，在第二光刻步骤中限定的特征相对于在第一光刻步骤中限定的特征移位第二偏差量。获取第一目标结构的角分辨散射光谱和第二目标结构的角分辨散射光谱，并且从使用在第一目标结构和第二目标结构的散射光谱中发现的不对称的测量来得出光刻工艺的参数的测量。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年8月27日提交的美国申请62/210,938和于2016年3月1日提交的美国申请62/301,880的优先权，其通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及使用光刻技术制造诸如半导体器件等产品的方法。

背景技术

光刻设备是将期望的图案施加到衬底上、通常是到衬底的目标部分上的机器。光刻设备可以用于例如在集成电路(IC)的制造中使用。在这种情况下，可以使用替代地被称为掩模或掩模版的图案化装置来生成待形成在IC的单独层上的电路图案。这个图案可以被转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或多个裸片的部分)上。每个具有特定图案和材料组成的多个层被应用以限定成品的功能器件和互连。

当前和下一代生成工艺通常依赖于所谓的多重图案化技术来产生具有远小于可以由光刻设备直接印刷的尺寸的器件特征。多个图案化步骤(每个图案化步骤具有其自己的掩模或掩模版)被执行以在衬底上的单层中限定期望的器件图案。已知很多不同的多重图案化的示例。在一些工艺中，规则的栅格结构被形成作为用于期望的器件图案的基础。然后使用电路特定的掩模图案，在特定位置处对形成栅格结构的线进行切割，以将线分成单独的区段。栅格结构的尺寸可以特别精细，其中节距为几十纳米甚至十几纳米。

在光刻工艺中，经常期望对所产生的结构进行测量，例如用于工艺控制和验证。已知用于进行这样的测量的各种工具，包括通常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜和用于测量套刻(overlay)(衬底的两个层对准精度)的专用工具。所制造的器件的最终性能主要取决于切割掩模相对于栅格结构的定位和尺寸的准确性。(在这种情况下，切割掩模是限定栅格结构被修改以形成功能电路的电路特定位置的掩模。)套刻误差可能引起切割或其他修改在错误的地方发生。尺寸(CD)误差可能引起切割太大或太小(在极端情况下，错误地切割相邻的栅格线或无法完全切割预期的栅格线)。

也可能对光刻工艺的其他性能参数感兴趣，例如在光学光刻中，也可能需要测量焦点的参数和曝光剂量。

然而，现代产品结构的尺寸太小以至于不能通过光学计量技术来成像。小特征包括例如由多重图案化工艺形成的那些特征以及节距倍增。(这些术语在下面进一步解释。)实际上，这些结构对于不能“看见”它们的传统的计量技术而言太小。因此，用于大批量计量的目标通常使用比套刻误差或关键尺寸是感兴趣性质的产品大得多的特征。

尽管扫描电子显微镜能够解决现代产品结构，但是使用扫描电子显微镜执行的测量比光学测量更费时且更昂贵。

发明内容

本发明人已经认识到，可以通过使用由这些结构散射的零阶光来对具有与产品结构类似的尺寸和处理的结构执行计量测量。

在本发明的第一方面中，提供了一种测量光刻工艺的参数的方法，光刻工艺用于使用两个或更多个光刻步骤在单个材料层中形成二维周期性产品结构，该方法包括：