量测设备的制作方法

本发明涉及用于确定制作于衬底上的结构的参数的量测设备和相关联的方法。更具体地，本发明可以涉及使用计算成像方法的量测设备。在一些示例中，本发明可以涉及确定与重叠有关的参数。

背景技术：

1、光刻设备是一种构造为将所期望的图案施加到衬底上的机器。光刻设备能够例如用于集成电路(ic)的制造中。光刻设备可例如将在图案形成装置(例如，掩模)处的图案(也经常称为“设计布局”或“设计”)投影到设置在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。所投影的图案可以构成用于在所述衬底上制作结构的过程的部分。

2、为了将图案投影到衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。这种辐射的波长决定了能够形成在衬底上的特征的最小尺寸。当前使用的典型的波长是365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。使用极紫外(euv)辐射(其波长在4-20nm范围内，例如6.7nm或13.5nm)的光刻设备可用于在衬底上形成比使用例如波长为193nm的辐射的光刻设备更小的特征。

3、低k1光刻术可以用于处理尺寸小于光刻设备的经典分辨率极限的过程特征。在这种过程中，分辨率公式可以表达为cd＝k1×λ/na，其中λ是所用辐射的波长，na是光刻设备中投影光学器件的数值孔径，cd是“临界尺寸”(通常是印制的最小特征大小，但在这种情况下为半节距)，k1是经验分辨率因子。通常，k1越小，在衬底上再现类似于由电路设计者规划的形状和尺寸以实现特定电学功能和性能的图案就变得越困难。为了克服这些困难，可以将复杂的精调步骤施加到光刻投影设备和/或设计布局。这些步骤包括例如但不限于：na的优化、自定义照射方案、使用相移图案形成装置、设计布局中的各种优化(诸如光学邻近校正(opc，有时也称为“光学和过程校正”)、或通常被定义为“分辨率增强技术”(ret)的其它方法。替代地，可以使用用于控制光刻设备的稳定性的紧密控制回路来改良低k1下的图案的再现。

4、在光刻过程中，期望频繁地测量所产生的结构，例如用于进行过程控制和验证。进行这种测量的工具典型地称为量测工具mt。已知用于进行这种测量的不同类型的量测工具mt，包括扫描电子显微镜或各种形式的散射仪量测工具mt。散射仪是一种多功能仪器，其允许通过在散射仪物镜的光瞳或与该光瞳共轭的平面中设置传感器来测量光刻过程的参数(该测量通常称为基于光瞳的测量)，或者允许通过将传感器设置在图像平面或与图像平面共轭的平面中来测量光刻过程的参数(在这种情况下，所述测量通常称为基于图像或场的测量)。在专利申请us20100328655、us2011102753a1、us20120044470a、us20110249244、us20110026032或ep1,628,164a中进一步描述了这种散射仪和相关联的测量技术，所述专利申请通过引用全文并入本文。前述散射仪可以使用从软x射线和可见光到近ir波长范围的光来测量光栅。

5、散射仪mt可以是角分辨散射仪。在这种散射仪中，可以将重构方法施加于所测量的信号以重构或计算光栅的属性。这种重构可以例如由模拟散射辐射与目标结构的数学模型的相互作用并将模拟结果与测量结果进行比较产生。调整数学模型的参数，直到模拟的相互作用产生类似于从实际目标观察到的衍射图案的衍射图案为止。

6、散射仪mt可以可替代地是光谱散射仪mt。在这样的光谱散射仪mt中，由辐射源发射的辐射被引导到目标上，并且从目标反射或散射的辐射被引导到光谱仪检测器，所述光谱仪检测器测量镜面反射辐射的光谱(即，作为波长的函数的强度的测量结果)。根据该数据，例如通过严格耦合波分析和非线性回归或通过与被模拟的光谱库进行比较，可以重构产生检测到的光谱的目标的结构或轮廓。

7、散射仪mt可以可替代地是椭圆散射仪。椭圆散射仪允许通过测量每个偏振态的散射辐射来确定光刻过程的参数。这种量测设备通过在量测设备的照射区段中使用例如适当的偏振滤波器来发射偏振光(诸如线性、圆形或椭圆形)。适用于量测设备的源也可以提供偏振辐射。现有的椭圆散射仪的各种实施例在美国专利申请11/451,599、11/708,678、12/256,780、12/486,449、12/920,968、12/922,587、13/000,229、13/033,135、13/533,110和13/891,410中进行了描述，所述申请通过引用全文并入本文。

8、在散射仪mt的一个实施例中，散射仪mt适于通过测量反射光谱和/或检测配置中的不对称性来测量两个未对准的光栅或周期性结构的重叠，该不对称性与重叠的程度有关。两个(典型的，交叠的)光栅结构可以施加在两个不同的层(不一定是连续的层)中，并且可以形成在晶片上的大致相同的位置处。散射仪可以具有例如在共同拥有的专利申请ep1,628,164a中所述的对称检测配置，从而任何不对称性可被清楚地区分。这提供了一种测量光栅中未对准的简单方法。用于通过作为目标的周期性结构的不对称性来测量包含周期性结构的两层之间的重叠误差的其它示例可以在pct专利申请公布案no.wo 2011/012624或美国专利申请us20160161863中找到，这些申请通过引用其全部内容并入本文。

9、其它感兴趣的参数可以是聚焦和剂量。如美国专利申请us2011-0249244中所述，聚焦和剂量可以通过散射测量法(或可替代地通过扫描电子显微法)同时确定，该专利申请通过引用全文并入本文。可以使用单个结构，该结构对聚焦能量矩阵(fem-也称为聚焦曝光矩阵)中的每个点具有临界尺寸和侧壁角度测量结果的唯一组合。如果临界尺寸和侧壁角度的这些唯一组合是可获得的，则可以根据这些测量结果唯一地确定聚焦和剂量值。

10、量测目标可以是通过光刻过程主要是在抗蚀剂中形成的复合光栅的整体(ensemble)，但是也可以在例如蚀刻过程之后形成。典型地，光栅中结构的节距和线宽强烈地依赖于测量光学器件(特别是光学器件的na)，以便能够捕获来自量测目标的衍射阶。如前所述，衍射信号可用于确定两层之间的偏移(也称为“重叠”)，或可用于重构光刻过程产生的至少部分的原始光栅。这一重构可以用于提供光刻过程的品质的指导，并且可以用于控制光刻过程的至少一部分。目标可以具有较小的子分段，所述子分段配置成模仿目标中的设计布局的功能性部分的尺寸。由于这种子分段，目标将表现得更类似于设计布局中的功能性部分，从而整个过程参数测量结果较佳地类似于设计布局的功能性部分。可以在填充不足的模式或填充过度的模式下测量目标。在填充不足的模式下，测量束产生小于整个目标的斑。在填充过度的模式下，测量束产生大于整个目标的斑。在这种填充过度的模式下，也可能同时测量不同的目标，从而同时确定不同的处理参数。

11、使用具体目标的光刻参数的整个测量品质至少部分地由用于测量该光刻参数的测量选配方案确定。术语“衬底测量选配方案”可以包括测量本身的一个或更多个参数、测量的一个或更多个图案的一个或更多个参数、或两者。例如，如果在衬底测量选配方案中使用的测量是基于衍射的光学测量，则所述测量的一个或更多个参数可以包括辐射的波长、辐射的偏振、辐射相对于衬底的入射角、辐射相对于衬底上的图案的方向等。选择测量选配方案的标准之一可以是例如测量参数中的一个对处理变化的敏感性。在美国专利申请us2016-0161863和尚未公开的美国专利申请15/181,126中描述了更多示例，所述申请通过引用其全部内容并入本文。

12、越来越需要改良散射仪和/或量测工具的能力。

技术实现思路

1、然而，难以将所有上文要求组合在单一光学系统中，解决方案可以是用于简化光学器件并使用其特性可以是熟知的、可容易制造的光学器件，并使用计算算法以改良由被简化的光学系统所记录的图像。本文中所公开的示例性方法和设备涉及具有简化的光学系统的散射仪和/或量测工具的架构，该光学统包括减少数目的光学元件。

2、根据本发明的一方面，提供了一种量测工具，用于确定制作于衬底上的结构的感兴趣的参数，所述量测工具包括：照射光学系统，用于利用照射辐射以一非零入射角照射所述结构；检测光学系统，包括检测光学传感器和至少一个透镜，所述至少一个透镜用于捕获照射辐射的被所述结构散射的部分并朝向所述检测光学传感器透射所捕获的辐射，其中所述照射光学系统和检测光学系统未共用光学元件。

3、可选地，所述照射光学系统的光学轴线的至少一部分大体上平行于所述检测光学系统的光学轴线。

4、可选地，所述照射光学系统的至少一部分从所述检测光学系统的径向范围径向向外地定位。

5、可选地，所述照射光学系统包括多个离散的光学路径。

6、可选地，所述多个光学路径中的至少两个在径向上相反。

7、可选地，所述照射光学系统包括至少一个反射镜，用于朝向所述结构反射照射辐射。

8、可选地，所述量测工具在所述多个光学路径中的一个或更多个中包括至少一个反射镜。

9、可选地，所述至少一个反射镜配置成通过所述检测光学系统的至少一个透镜和所述衬底之间的空间将所述照射辐射引导至所述结构上。

10、可选地，所述至少一个反射镜配置成将具有在从300nm至2μm的范围内的多个波长的辐射引导至所述衬底上的大体上同一点。

11、可选地，所述至少一个反射镜是椭圆或抛物面反射镜中的一个。

12、可选地，所述至少一个反射镜横跨所述照射辐射的波长范围具有大于90％的反射率。

13、可选地，所述检测光学系统具有大于90％的总透射率。

14、可选地，所述检测光学系统包括5个光学元件或更少的光学元件，例如单个光学元件，或两个光学元件，或三个光学元件，或四个光学元件。

15、可选地，所述检测光学系统包括以下中的一个或更多个：平凸透镜；非球面透镜；和长工作距离物镜。

16、可选地，所述检测光学系统包括多个透镜，并且其中最接近所述衬底定位的所述多个透镜中的一个具有所述衬底和所述透镜的表面之间的工作距离，所述工作距离为以下中的一个：大于300μm；大于500μm；在300μm到10mm的范围中。

17、可选地，所述透镜具有以下的数值孔径：大于0.4；大于0.7；大于0.9；或0.95或更大。

18、可选地，所述量测工具还包括聚焦系统，所述聚焦系统包括：至少一个聚焦光学传感器，配置成接收从所述结构反射的零阶辐射；和计算成像处理器，配置成相应地确定所述检测光学系统的聚焦。

19、可选地，所述聚焦光学传感器包括四象限光学传感器，所述四象限光学传感器布置成使得由所述四象限光学传感器中的每个光学传感器感测到的被反射的零阶辐射的一定比例指示所述结构的位置。

20、可选地，所述多个离散的光学路径中的至少一个配置成至少部分接收来自所述光学路径中的至少一个其它光学路径的被反射的零阶辐射，并且其中所述多个离散的光学路径中的所述至少一个包括反射光学元件，所述反射光学元件配置成朝向所述至少一个聚焦光学传感器引导所接收的零阶辐射。

21、可选地，所述至少一个聚焦光学传感器从所述检测光学系统的径向范围径向向外地定位。

22、可选地，所述量测工具还包括偏振元件，所述偏振元件围绕所述检测光学系统的外部布置，并配置成与传播通过所述照射光学系统的辐射相互作用以使其偏振。

23、可选地，所述偏振元件配置成在多个幅值下施加s偏振或p偏振中的一个。

24、可选地，所述偏振元件是能够旋转的以在多个幅值下施加s偏振或p偏振中的一个。

25、可选地，所述量测工具配置成在多个幅值中的一个幅值下将s偏振或p偏振中的一个施加至所述多个光学路径中的一个或更多个。

26、可选地，所述检测光学传感器配置成基于具有一个阶的被反射的和/或被衍射的辐射获取第一图像，还配置成基于具有另一阶的被反射的和/或被衍射的辐射获取第二图像。

27、可选地，所述量测工具包括遮蔽系统，所述遮蔽系统定位在所述多个光学路径中的至少一个中，所述遮蔽系统能够在允许照射辐射通过的打开位置和阻挡照射辐射通过的关闭位置之间进行配置。

28、可选地，所述遮蔽系统包括一个或更多个可声光调谐的滤波器。

29、可选地，所述量测工具还包括参考光学传感器，其中所述多个光学路径中的至少一个包括分束器，所述分束器配置成当所述遮蔽系统处于打开位置时，将所述照射辐射的一定比例引导至所述参考光学传感器。

30、可选地，所述照射辐射的该一定比例小于5％。

31、可选地，所述量测工具还包括图像标准化单元，所述图像标准化单元配置成基于由所述参考光学传感器获取的参考图像标准化所述第一图像和第二图像。

32、可选地，所述量测工具还包括获取控制器，所述获取控制器配置成控制所述参考光学传感器、检测光学传感器和遮蔽系统，以捕获所述第一图像和第二图像。

33、可选地，第一遮蔽系统定位在所述照射光学系统的第一光学路径中，第二遮蔽系统定位在所述照射光学系统的第二光学路径中，并且其中所述第一遮蔽系统能够操作为获取所述第一图像，所述第二遮蔽系统能够操作为获取所述第二图像。

34、可选地，所述获取控制器配置成将所述参考光学传感器放置于获取阶段，并且在所述参考光学传感器处于所述获取阶段时依序打开和关闭所述第一遮蔽系统和第二遮蔽系统。

35、可选地，所述获取控制器还配置成将所述检测光学传感器放置于第一获取阶段，使得当所述检测光学传感器位于所述第一获取阶段时打开和关闭所述第一遮蔽系统以获取所述第一图像，和其中所述获取控制器还配置成将所述检测光学传感器放置于第二获取阶段，使得当所述检测光学传感器位于所述第二获取阶段时打开和关闭所述第二遮蔽系统以获取所述第二图像。

36、可选地，所述照射光学系统和检测光学系统具有小于衬底的场区域的覆盖区域。所述场大小可以具有300mm的尺寸。

37、可选地，照射光学系统和检测光学系统的组合使x-尺寸和y-尺寸中的至少一个小于26mm。

38、可选地，量测工具可以包括呈阵列形式的多个照射光学系统和检测光学系统的组合。所述多个照射光学系统和检测光学系统的组合中的每一个可以包括阵列元件。每个阵列元件具有感测轴线。

39、可选地，每个阵列元件与所述衬底的不同的场对准。

40、可选地，所述阵列元件布置成二维阵列。

41、可选地，每个阵列元件在所述衬底上具有阵列元件覆盖区域，所述阵列包括覆盖区域的棋盘形排列。

42、可选地，所述阵列内的所述覆盖区域是相同的，并且形状是三角形、正方形、矩形或六边形中的一个。

43、可选地，覆盖区域被布置成蜂巢形式。

44、可选地，所述二维尺寸包括m行和n列，其中m和n两者都大于2。

45、可选地，所述阵列是能够调整的，以使得邻接的阵列元件之间的间隔能够在x方向或y方向中的至少一个上改变。

46、可选地，所述阵列传感器中的元件能够相对于所述衬底的平面倾斜，使得每个阵列元件的所述感测轴线能够调整以垂直于衬底。

47、可选地，每个阵列元件包括倾斜传感器。

48、可选地，所述倾斜传感器位于所述检测光学系统内。

49、可选地，所述倾斜传感器是光学传感器。

50、可选地，所述感测元件位于所述检测光学传感器内。

51、可选地，每个阵列元件能够围绕感测轴线旋转。

52、可选地，所述元件配置成能够围绕所述感测轴线从第一位置旋转至第二位置，其中所述第一位置和第二位置反向平行。

53、可选地，每个阵列元件包括一个或更多个致动器，所述一个或更多个致动器配置成使阵列元件移动。

54、可选地，致动器包括压电马达。

55、可选地，所述量测工具还包括：控制器，其中所述控制器配置成以预定的节距定位所述阵列元件，其中所述预定的节距对应于衬底上的量测目标的节距。

56、可选地，所述阵列元件的间距对应于衬底的管芯节距。

57、可选地，所述阵列元件的在x方向或y方向上的节距是以下中的一个或更多个：16.5mm、26mm、33mm。

58、可选地，所述量测工具包括：发射照射辐射的相干辐射源，所述照射辐射由所述照射光学系统的多个光学路径接收。

59、可选地，相关辐射源包括发射白光的激光器。

60、本发明公开了一种量测工具，用于确定制作于衬底上的结构的感兴趣的参数，所述量测工具包括：照射光学系统，用于利用照射辐射照射所述结构；检测光学系统的阵列，包括检测光学传感器和至少一个透镜，所述至少一个透镜用于捕获照射辐射的被所述结构散射的部分并朝向所述检测光学传感器透射所捕获的辐射，其中检测光学系统的阵列中的每个元件是能够调整的，以使得所述阵列中的邻接元件之间的间隔能够在x方向或y方向中的至少一个上改变。

61、本文还公开了一种量测工具，用于确定制作于衬底上的结构的感兴趣的参数，所述量测工具包括：照射光学系统，用于利用照射辐射照射所述结构；检测光学系统的阵列，包括检测光学传感器和至少一个透镜，所述至少一个透镜用于捕获照射辐射的被所述结构散射的部分并朝向所述检测光学传感器透射所捕获的辐射，其中所述阵列是二维阵列，其中阵列元件布置成具有m行和n列的二维阵列。