[发明专利]量测设备和用于测量结构的方法和光刻系统

说明书

公开了量测设备和方法。在一个设置中，量测设备包括使用测量辐射照射结构并且检测由结构散射的测量辐射的光学系统。光学系统包括将被散射的测量辐射聚焦至传感器上的透镜的阵列。色散元件将在多个非重叠波长频带的每一个中的经散射的测量辐射独占地引导至透镜的阵列的不同的相应透镜上。

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2016年8月23日提交的欧洲专利申请16185319.7的优先权，并且该申请在此通过全文引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于测量由光刻工艺形成在衬底上的结构的量测设备、光刻系统以及测量由光刻工艺形成在衬底上结构的方法。

背景技术

光刻设备是将所希望图案施加至衬底上、通常至衬底的目标部分上的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造中。在该情形中，备选地称作掩模或刻线板的图案化装置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)上。图案的转移通常是经由成像至提供在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)的层上。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，频繁地希望对所产生的结构进行测量，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，包括通常用于测量关键尺寸(CD)的扫描电子显微镜，以及用于测量重叠、器件中两个层的对准精度的量测的专用工具。重叠可以根据两个层之间失准程度而描述，例如1nm的测得重叠可以描述其中两个层以1nm失准的情形。

近期，已经研发了各种形式的散射仪用于光刻领域。这些装置将辐射束引导至目标上并测量被散射辐射的一个或多个特性—例如作为波长函数的、在单个反射角下的强度；作为反射角函数的、在一个或多个波长下的强度；或者作为反射角函数的偏振—以获得“光谱”，由光谱可以确定感兴趣目标的特性。可以由各种技术执行对感兴趣目标特性的确定：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；库搜索；以及主成分分析。

由传统散射仪使用的目标相对较大，例如40μm乘以40μm的光栅，并且测量束产生比光栅较小的光斑(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乘以10μm或更小，例如，以使得它们可以位于产品特征之中而不是在划片线中，已经提出了量测，其中使得光栅小于测量光斑(也即光斑过填充)。通常使用暗场散射法测量该目标，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。暗场量测法的示例可以在国际专利申请WO2009/078708进而WO2009/106279中找到，在此通过全文引用的方式将其并入本文。已经在专利公开US20110027704A、US20110043791A和US20120242970A中描述了技术的进一步发展。在此也通过全文引用的方式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重叠使能对更小目标进行重叠测量。这些目标可以小于照射光斑并且可以由晶片上产品结构所围绕。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，通过在某些条件下两次测量重叠目标而获得重叠测量结果，同时旋转重叠目标或者改变照射模式或成像模式以分立地获得-1和+1阶衍射强度。对于给定重叠目标的强度非对称性、这些衍射阶强度的比较提供了目标非对称性也即目标中非对称性的测量值。重叠目标中的该非对称性可以用作重叠误差的指示器(两层的不希望的失准)。

当执行该暗场散射测量时，量测设备当前可以仅在任意一个时刻使用单个波长的测量辐射执行测量。然而，不同层中的不同目标可以对于不同的波长测量辐射显示不同的行为，这可以导致可变的质量。作为波长函数的变化也可以由于对于目标结构的工艺诱发改变而引起。例如，诸如化学机械平坦化蚀刻之类的半导体制造工艺和层厚度变化的非均匀性改变了量测目标的结构，并且因此也改变了最佳波长。因此希望单独地对于目标和/或层微调测量辐射。

发明内容

希望提供允许高效地执行高质量测量的量测设备和方法。