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CN118511082A - Afm工具的元件 - Google Patents

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CN118511082A
CN118511082A CN202280086306.6A CN202280086306A CN118511082A CN 118511082 A CN118511082 A CN 118511082A CN 202280086306 A CN202280086306 A CN 202280086306A CN 118511082 A CN118511082 A CN 118511082A
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CN
China
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cantilever
probe
probe element
target structure
target
Prior art date
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Application number
CN202280086306.6A
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English (en)
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M·U·阿拉布
周子理
N·潘迪
C·A·弗舒伦
W·M·J·M·科内
G·J·弗比艾斯特
P·G·斯蒂内肯
M·P·罗宾
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ASML Holding NV
Original Assignee
ASML Holding NV
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Publication date
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Abstract

本公开涉及确定使用光刻工艺在衬底上形成的目标结构的信息。在一种布置中，提供具有悬臂和探头元件的悬臂探头。探头元件从悬臂向目标结构延伸。在悬臂探头中产生超声波。超声波通过探头元件传播到目标结构中，并从目标结构反射回到探头元件中或回到从悬臂延伸的另一个探头元件中。检测反射的超声波并将其用于确定关于目标结构的信息。

Description

AFM工具的元件
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年12月28日提交的EP申请21218021.0的优先权，并且其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及确定关于利用光刻工艺在衬底上形成的结构的信息，特别是利用悬臂探头和超声波获取该信息。
背景技术
光刻设备是一种用于将期望的图案施加到衬底上的机器。光刻设备可用于例如制造集成电路(IC)。光刻设备可以例如将图案形成装置(例如掩模)的图案(通常也称为“设计布局”或“设计”)投影到衬底(例如晶片)上的辐射敏感材料层(抗蚀剂)上。
随着半导体制造工艺的不断进步，电路元件的尺寸变得越来越小，并且每个器件的功能元件(诸如晶体管)的数量也越来越多，这一趋势通常被称为摩尔定律。为了跟上摩尔定律，半导体行业不断寻求能够创建更小特征的技术。为了将图案投影到衬底上，光刻设备可以使用电磁辐射。该辐射的波长决定了在衬底上图案化的特征的最小尺寸。目前使用的典型波长为365nm(i线)、248nm、193nm和13.5nm。使用波长在4nm至20nm范围内的极紫外(EUV)辐射(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。
计量工具用于IC制造过程的许多方面，并且包括基于散射测量的工具，用于在过程控制中检查/测量曝光和/或蚀刻的产品；例如，以测量套刻。
已知如果叠加层(例如，在不同层中形成的光栅)之间的间隔具有类似的尺寸数量级，则计量工具可以测量节距低至约10nm的目标结构中的套刻。还已知计量工具可以测量间隔较大的叠加层之间的套刻，但前提是目标结构的节距也相应较大。测量节距相对较小(例如，约10nm)且叠加层之间的间隔相对较大(例如，大于100nm)的目标结构中的套刻非常困难。
另一个挑战是越来越多地使用对可见光不透明的材料层，诸如金属或碳层，或用于3D存储器应用的硫化物材料。许多现有的基于散射测量的计量技术可能无法访问这些不透明层下方的目标结构部分。
发明内容
本发明的目的是提供备选的或改进的计量技术，例如以增加可有效执行计量的情况范围。
根据一个方面，提供了一种确定关于使用光刻工艺在衬底上形成的目标结构的信息的方法，包括：提供悬臂探头，该悬臂探头包括悬臂和探头元件，该探头元件从悬臂向目标结构延伸；在悬臂探头中产生超声波，该超声波通过探头元件传播到目标结构中并且从目标结构反射回到探头元件或者回到从悬臂延伸出的另一个探头元件中；以及检测反射的超声波并且根据检测到的反射的超声波确定关于目标结构的信息。
根据一个方面，提供了一种计量工具，用于确定关于使用光刻工艺在衬底上形成的目标结构的信息，该计量工具包括：具有悬臂和探头元件的悬臂探头，该探头元件被配置为从悬臂向目标结构延伸；超声产生系统，被配置为在悬臂探头中产生超声波，使得超声波通过探头元件传播到目标结构中并从目标结构反射回探头元件中或反射回从悬臂延伸的另一个探头元件中；以及超声波检测系统，被配置为检测反射的超声波。
根据一个方面，提供了一种用于计量工具的悬臂探头，该计量工具用于确定关于使用光刻工艺在衬底上形成的目标结构的信息，该悬臂探头包括：悬臂；探头元件，被配置为从悬臂向目标结构延伸；以及另一探头元件，被配置为从悬臂向目标结构延伸，其中：探头元件的至少一部分是锥形的，以具有朝向目标结构减小的横截面积；并且另一探头元件的至少一部分是锥形的，以具有朝向目标结构增大的横截面积。
根据一个方面，提供了一种用于计量工具的悬臂探头，该计量工具用于确定关于使用光刻工艺在衬底上形成的目标结构的信息，该悬臂探头包括：悬臂；以及探头元件，该探头元件被配置为从悬臂向目标结构延伸，其中：探头元件包括第一部分和第二部分，第一部分和第二部分由不同的材料形成；第一部分包括外护套区域，第二部分包括外护套区域内的中心区域，中心区域和外护套区域被配置为用作用于超声波从目标结构通过探头元件朝向悬臂传播的波导。
根据一个方面，提供了一种用于计量工具的悬臂探头，该计量工具用于确定关于使用光刻工艺在衬底上形成的目标结构的信息，该悬臂探头包括：悬臂；以及探头元件，被配置为从悬臂向目标结构延伸，其中：探头元件包括纵向近端部分和纵向远端部分；纵向近端部分连接到悬臂并从悬臂延伸到纵向远端部分；并且纵向远端部分被配置为从纵向近端部分向目标结构延伸，其中：纵向远端部分呈锥形以具有朝向目标结构减小的横截面积，并且纵向近端部分包括至少一个非锥形的部分或至少一个锥形的以具有朝向悬臂减小的横截面积的部分。
附图说明
现在将参考附图以示例的方式描述本发明的实施例，其中相同的附图标记表示相同的元件，在附图中：
图1描绘了整体光刻的示意图，代表三种技术之间的协作，以优化半导体制造；
图2描绘了用作计量装置的散射测量装置的示意图；
图3是具有悬臂探头、超声产生系统和超声波检测系统的计量工具的示意侧视图；
图4是处于发射模式的探头元件的示意侧截面图；
图5是处于接收模式的图4的探头元件的示意侧截面图；
图6是探头元件和另一探头元件的示意侧截面图；
图7是包括由不同材料形成的第一部分和第二部分的探头元件的示意侧截面图；
图8是具有纵向近端部分和纵向远端部分的示例探头元件的示意侧截面图，其中纵向近端部分朝向悬臂和远离悬臂都逐渐变细；
图9是具有纵向近端部分和纵向远端部分的示例探头元件的示意性侧截面图，其中纵向近端部分朝向悬臂逐渐变细；
图10是具有纵向近端部分和纵向远端部分的示例探头元件的示意侧截面图，其中纵向近端部分没有锥度，但是纵向近端部分和纵向远端部分之间的横截面不连续；
图11是具有纵向近端部分和纵向远端部分的示例探头元件的示意侧截面图，其中纵向近端部分没有锥度，并且纵向近端部分和纵向远端部分之间的横截面没有不连续性；
图12是示出探头元件与第一子结构的峰对准的示意侧截面图；
图13描绘了当探头元件如图12所示对准时，测量强度I随套刻ov变化的情况；
图14是具有不同节距的子结构的目标结构的示意侧截面图，以及对所得莫尔强度图案的测量以确定套刻；
图15是包括四个具有不同的故意施加的偏差的子目标的目标结构的示意侧截面图；
图16是目标结构的示意侧截面图，其中第一子结构相对于第二子结构横向位移，使得当垂直于衬底的平面观察时，第二子结构的至少一部分不与任何第一子结构重叠；
图17描绘了光刻系统；
图18是包括多个悬臂的悬臂探头的示意透视图；
图19描绘了通过利用衍射形成的结构化照明来照射悬臂，在图18所示类型的悬臂探头中产生超声波；
图20描绘了通过利用使用单独可控元件的阵列形成的结构照明来照射悬臂，在图18所示类型的悬臂探头中产生超声波；
图21描绘了使用利用单独可控元件的阵列形成的结构化照明来检测图18所示类型的悬臂探头中的反射的超声波；
图22描绘了使用被聚焦成与悬臂探头的多个悬臂相交的线焦点的探测辐射束来检测图18所示类型的悬臂探头中的反射的超声波。
具体实施方式
在光刻工艺中，光刻设备LA执行的图案化工艺要求对衬底上结构的尺寸设计和放置具有高精度。为了确保这种高精度，可以将三个系统组合在所谓的“整体”控制环境中，如图1所示。在所示的示例中，其中一个系统是光刻设备LA，它(虚拟地)连接到计量工具MT(第二系统)和计算机系统CL(第三系统)。这种“整体”环境的目的是优化三个系统之间的协作，以增强整体工艺窗口，并提供明确定义的控制回路，从而确保由光刻设备LA进行的图案化保持在工艺窗口内。工艺窗口定义了工艺参数(例如，剂量、焦距、套刻)的范围，特定制造工艺在此范围内产生定义的结果(例如，功能性半导体器件)，通常允许光刻工艺或图案化工艺中的工艺参数在此范围内变化。
计算机系统CL可使用待被图案化的设计布局(的一部分)来预测应使用哪种分辨率增强技术，并执行计算光刻模拟和计算，以确定哪种掩模布局和光刻设备设置可实现图案化工艺的最大整体工艺窗口(图1中第一刻度盘SC1中的双箭头所示)。通常，分辨率增强技术被布置为与光刻设备LA的图案化可能性相匹配。计算机系统CL还可用于检测光刻设备LA当前在工艺窗口内运行的位置(例如，使用来自计量工具MT的输入)，以预测是否可能由于例如次优处理而存在缺陷(图1中第二刻度盘SC2中指向“0”的箭头所示)。
计量工具MT可以向计算机系统CL提供输入以实现准确的模拟和预测，并且可以向光刻设备LA提供反馈以标识可能的漂移，例如在光刻设备LA的校准状态中(在图1中由第三刻度盘SC3中的多个箭头表示)。
在光刻工艺中，期望频繁测量所创建的结构，例如用于工艺控制和验证。进行此类测量的工具通常称为计量工具MT。已知用于进行此类测量的不同类型的计量工具MT，包括扫描电子显微镜、原子力显微镜和各种形式的散射仪计量工具MT。散射仪多功能仪器，其允许通过使传感器位于散射仪物镜的光瞳或与光瞳共轭的平面中来测量光刻工艺的参数，这种测量通常称为基于光瞳的测量，或者通过使传感器在图像平面或与图像平面共轭的平面中来测量光刻工艺的参数，在这种情况下，测量通常称为基于图像或场的测量。此类散射仪和相关测量技术在专利申请US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中有进一步描述，这些专利申请以引用的方式以其整体并入本文中。上述散射仪可使用来自软x射线和可见光至近红外波长范围的光来测量光栅。
在一个实施例中，散射仪MT是角分辨散射仪。在这种散射仪中，可以将重建方法应用于测量信号以重建或计算光栅的特性。这种重建可以例如通过模拟散射辐射与目标布置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而产生。调整数学模型的参数，直到模拟的相互作用产生与从真实目标观察到的衍射图案相似的衍射图案。
在另一个实施例中，散射仪MT是光谱散射仪MT。在这种光谱散射仪MT中，由辐射源发射的辐射被引导到目标上，而来自目标的反射或散射辐射被引导到光谱仪检测器，该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值)。根据这些数据，可以重建导致检测到的光谱的目标的结构或轮廓，例如通过严格耦合波分析和非线性回归或通过与模拟光谱库进行比较。
在另一个实施例中，散射仪MT是椭偏散射仪。椭振散射仪允许通过测量每个偏振状态的散射辐射来确定光刻工艺的参数。这种计量装置通过使用例如计量装置的照明部分中的适当偏振滤光器来发射偏振光(诸如线性、圆形或椭圆形)。适用于计量装置的源也可以提供偏振辐射。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中描述了现有椭偏散射仪的各种实施例，这些专利申请通过整体引用并入本文中。
图2示出了一种计量装置，诸如散射仪。它包括宽带(白光)辐射投影仪2，其将辐射投射到衬底W上。反射或散射的辐射被传递到光谱仪检测器4，其测量镜面反射辐射的光谱6(即，作为波长的函数的强度的测量值)。根据该数据，通过处理单元PU可以重建导致检测到的光谱的结构或轮廓8，例如，通过严格耦合波分析和非线性回归或通过与模拟光谱库进行比较，如图2的底部所示。通常，对于重建，结构的一般形式是已知的，并且一些参数是从结构制造过程的知识中假设的，只留下一些结构参数需要从散射测量数据中确定。这种散射仪可以被配置为正入射散射仪或斜入射散射仪。
在一个实施例中，提供了悬臂探头12，其示例如图3所示。悬臂探头12被配置为提供关于待研究实体外表面下方的特征的高空间分辨率信息，同时具有对实体造成最小损坏或没有损坏的风险。悬臂探头12是作为测量系统25的一部分提供的。在一些实施例中，下面给出了示例，待研究实体是使用光刻工艺在衬底W上形成的目标结构19。在这样的实施例中，测量系统25可以称为计量工具。
在一个实施例中，悬臂探头12包括悬臂14和探头元件16。探头元件16从悬臂14向衬底W上的目标结构19延伸(在图3中通常向下)。在一个实施例中，悬臂14和探头元件16被配置(例如，经由它们的材料特性和尺寸)为能够执行标准原子力显微镜中悬臂的功能。在一个实施例中，悬臂14和探头元件16中的任一者或两者由硅形成。
在一个实施例中，测量系统25被配置为在悬臂探头12中产生超声波。超声波传播通过探头元件16并进入目标结构19。超声波从目标结构19反射回到探头元件16中或反射回到从悬臂14延伸的另一个探头元件32(如下所述)。
在一个实施例中，利用光声效应在悬臂探头12中产生超声波。在这种类型的一些实施例中，通过将激光束引导到悬臂探头12上来产生超声波。在图3的示例中，提供第一激光单元26将激光束引导到悬臂探头12上。第一激光单元26可以被视为形成超声产生系统的全部或部分。
由第一激光单元26提供的激光束的性质不受特别限制，只要能产生所需的超声波即可。激光束例如可以包括飞秒激光。在一个实施例中，使用200fs的激光脉冲，脉冲能量为6nJ，其产生30kW的峰值功率。该脉冲的重复率约为50MHz，平均功率约为300mW。
在一个实施例中，如图3所示，在悬臂14上设置超声产生层18。来自第一激光单元26的激光束被引导到超声产生层18上以在超声产生层18中产生超声波。在这种类型的实施例中，第一激光单元26和超声产生层18的组合可被视为形成超声产生系统的全部或部分。在一个实施例中，超声产生层18被配置为相对于来自第一激光单元26的激光束提供比在没有超声产生层18的情况下的悬臂14更高的单位面积吸光度。还期望与吸收相关联的光声转换效率高且稳定。超声产生层18期望在来自第一激光单元20的激光束的频率处具有高的单位面积吸光率，并且具有与激光脉冲持续时间相同数量级(例如，飞秒数量级)的热扩散速度，以实现高光声转换效率。在一个实施例中，超声产生层18可以包括金属材料，诸如铝、金或钛。备选地或附加地，超声产生层18可以被布置为包括高吸收的碳基材料，诸如无定形碳。超声产生层18可以包括单层，其贯穿单层的厚度具有均匀的组成。备选地，超声产生层18可以包括具有多个单独层的复合层。在一个实施例中，至少单独层的子集具有彼此不同的组成。还期望布置以高效传输所产生的超声波，例如通过避免在超声产生层18内和/或在超声产生层18与悬臂14之间的界面处过度反射。这可以通过减小界面处的声阻抗失配的大小来实现。在一个实施例中，在超声产生层18与悬臂14之间设置阻抗匹配层。阻抗匹配层的声阻抗介于超声产生层18的声阻抗和悬臂14的声阻抗之间。
在一个实施例中，选择超声产生层18的组成和尺寸，使得超声产生层18中生成的超声波的至少一部分具有高于15GHz、可选地高于50GHz、可选地高于100GHz的频率。提供15GHz至50GHz范围内的超声波提供目标结构19内的空间特征的亚微米分辨率。提供频率高于100GHz(例如，在100GHz至200GHz范围内)的超声波提供目标结构19内空间特征的纳米分辨率。提供50GHz至100GHz的中间范围内的超声波提供空间特征的中间分辨率。
超声产生层18的厚度会影响生成的超声波的频率。当超声产生层18的厚度等于或小于趋肤深度(相对于来自第一激光单元26的激光束)时，超声产生层18的厚度t和超声波的频率f可以根据f＝v/2t而相关，其中v是超声产生层18中的声速。如果厚度t大于趋肤深度，则趋肤深度将充当瓶颈。趋肤深度由超声产生层18的复折射率决定。
基于上述内容，由厚度为30nm的均质铝层或厚度为85nm或更小的均质无定形碳层形成超声产生层18适合于生成频率高于100GHz的超声波。如上所述，所需厚度取决于超声产生层18中的声速。声速越高，从相同厚度的材料中生成更高频率的超声的可能性就越大。然而，增加声速也可能增加超声产生层18内和/或超声产生层18与悬臂14之间的边界(如果存在的话)处的反射损失。超声产生层18的厚度通常小于500nm，可选地小于250nm，可选地小于100nm，可选地小于50nm。
在一些实施例中，超声产生层18的形状被配置为改变所生成的超声的性质(例如，频率)和/或增强转换效率。例如，超声产生层18可以包括一个或多个图案，该一个或多个图案具有长度尺度小于来自第一激光单元26的激光束的波长的特征。在一些实施例中，超声产生层18可以包括一个或多个材料环，可选地为闭合环，可选地为同心圆。备选地，超声产生层18可以设置为棋盘图案。以这种方式配置的任何超声产生层18的详细尺寸和/或形状可以从超声产生层18的振动模式分析中得出。
在一个实施例中，提供了超声检测系统，其检测从目标结构19反射回来的反射的超声波。在一些实施例中，对反射的超声波的检测包括检测悬臂探头12的光反射率的变化。在图3的示例中，超声检测系统包括第二激光单元20和光电探测器22。第二激光单元20将激光束引导到悬臂探头12上。在所示的实施例中，激光束被引导到超声生成层18上。激光束从悬臂探头12(例如，从超声生成层18)反射并由光电探测器22检测。提供了数据处理系统24，用于根据检测到的反射的超声波来确定关于目标结构19的信息。
在一个实施例中，信号获取是在脉冲回波成像模式中进行的，该模式在发射模式和接收模式之间切换。在发射模式中，第一激光单元26在悬臂探头12中产生超声波。所产生的超声波通过悬臂探头12和目标结构19之间的接触(例如，经由悬臂探头12的探头元件16)发射到目标结构19中。在接收模式中，第二激光单元20探测悬臂探头12的反射率(例如，通过将激光束引导到超声产生层18上，该激光束被光电探测器22反射和检测)。这种方法使得能够容易地区分从第一激光单元26反射到光电探测器22的光和从第二激光单元20反射到光电探测器22的光，因为第一激光单元26和第二激光单元22在不同的时间运行。然而，也可以连续地发射和接收超声波，并使用其他技术来区分源自第一激光单元26的反射和源自第二激光单元20的反射。例如，数据处理系统24可以被配置为使用锁定放大器或类似技术来利用来自第一激光单元26和第二激光单元20的激光束之间的频率和/或相位差。在图3所示的实施例中，第一激光单元26和第二激光单元20是单独的设备。这是有利的，因为第一激光单元26的激光束所期望的特性(例如，高功率)通常与第二激光单元20的激光束所期望的特性(例如，低功率)不同。但是，在其他实施例中，第一激光单元26和第二激光单元20可以由单个单元提供，该单个单元产生激光，该激光既用于产生超声波，又用于检测包含关于从目标结构19反射回来的超声波的信息的光反射率的变化。
在一个实施例中，超声波检测系统(例如，第二激光单元20和光电探测器22)还被配置为测量悬臂探头12的偏转。这可以例如通过监测光电探测器22上反射的辐射点的位置变化来实现。
与直接在目标结构19内产生超声波的备选方法(例如通过与原子力显微镜悬臂相对的目标结构19背面上的致动器)相比，上述实施例提供了若干优点。直接在目标结构19中产生超声波可能导致由目标结构19的材料相关因素引起的误差。此外，可实现的最高声频受目标结构19的材料特性限制。此外，目标结构19可能因产生超声波的过程而受到损坏，这实际上限制了可使用的最大功率。在悬臂12中产生超声波可以避免这些问题，从而提供更高的准确度、经由更高的超声频率提高空间分辨率、目标结构19损坏的风险更低和/或输入功率更高，而不具有过大的损坏风险。
现在参考图4-图11讨论探头元件16和/或另外的探头元件32的可选配置。
图4示出了以发射模式操作的探头元件16，其中产生的超声波28从悬臂14(未示出)进入探头元件16并向下传播通过探头元件16。图5示出了以接收模式操作的图4的探头元件16，其中反射的超声波向上传播通过探头元件16并离开探头元件16(箭头30)进入悬臂14(未示出)。探头元件16是探头元件的一个示例，其是锥形的以具有朝向目标结构19(即，向下)减小的横截面积。在该特定示例中，锥形化被提供在探头元件16的整个竖直长度上。横截面形状没有特别限制，但例如可以近似为圆形，使得探头元件16的锥形部分为圆锥形。锥形形式用于将超声波28聚焦朝向目标结构19。然而，锥形形式也可用于使反射的超声波散焦，使得对反射的超声波的检测更具挑战性。在一个实施例中，探头元件16由具有高和低声折射率的材料的交替层形成。例如，高声折射率材料是硅。例如，低声折射率材料可以是空气或PMMA。当由具有高和低声折射率的材料的交替层形成时，可以通过调整交替层的节距或填充率或每层的厚度来进一步控制或改善元件16的声学特性。
由探头元件16的锥形形式提供的聚焦使得超声波在目标结构19中的传播类似于点源的传播。来自点源的三维辐射导致强度与r2成反比地下降，其中r是发射半径。因此，到达目标结构19的底部的强度将减小t2的倍数，其中t是目标结构19的厚度。在没有对策的情况下，与探头元件16的尖端处的超声波强度相比，到达目标结构19顶部的反射强度将减小t4的倍数。下面参考图6-图11描述了用于提高检测效率的示例方法。这些方法基于将探头元件16的发射和接收功能分开，并减少接收路径中的散焦甚至放大超声波。
在一个实施例中，其示例如图6所示，悬臂探头12包括两个独立的探头元件：探头元件16和另一个探头元件32。探头元件16和另一个探头元件32被配置成使得反射的超声波主要经由另一个探头元件32被检测。在这种类型的实施例中，悬臂探头12中产生的超声波可以主要通过探头元件16向目标结构19传播。因此，图6的布置是这样的配置的一个示例，其中探头元件16被配置为将超声波引导到目标结构19中的位置处，该位置与另一个探头元件32接收反射的超声波的位置不同。这种方法使得可以分别优化探头元件16和另一个探头元件32，从而允许沿发射和接收路径对超声波进行最佳聚焦。探头元件16和另一探头元件32之间的空间间隔引入了一些计算复杂性，但在根据检测到的反射的超声波确定关于目标结构19的信息时，数据处理系统24可以将其考虑在内。
在一个实施例中，探头元件16的至少一部分呈锥形，以具有朝向目标结构19减小的横截面积。在图6的示例中，整个探头元件16呈锥形。探头元件16的锥形化将超声波朝向目标结构19聚焦。在一个实施例中，另一个探头元件32的至少一部分呈锥形，以具有朝向目标结构19增大的横截面积。在图6的示例中，整个另一个探头元件32呈锥形。另一个探头元件32的锥形化将反射的超声波朝向超声波检测系统聚焦，从而提高信噪比。
图7-图11描绘了示例实施例，其中反射的超声波主要经由探头元件16来检测。在这种类型的实施例中，可以省略另外的探头元件32。
在一个实施例中，如图7所示，向目标结构19传播的超声波主要通过探头元件16的第一部分33，而远离目标结构19传播的反射的超声波主要通过探头元件16的第二部分34。第一部分33与第二部分34不同。在一个实施例中，第一部分33和第二部分34具有不同的几何形状。在一个实施例中，第一部分33和第二部分34由不同的材料形成。
在所示的特定示例中，第一部分33包括外护套区域，而第二部分34包括外护套区域内部的中心区域(例如，相对于超声波的平均传播方向径向环绕)。中心区域和外护套区域充当反射超声波的波导，该反射超声波从目标结构19传播回探头元件16朝向悬臂14。波导行为导致反射超声波主要通过探头元件16的中心区域传播。在一个实施例中，形成第一部分33的材料的声阻抗高于形成第二部分34的材料的声阻抗。由于探头元件16的至少一部分可以由硅形成，因此可以相对容易地制造如图7所示的复杂结构(例如，使用光刻)。
在一个实施例中，第一部分33的至少一部分(例如，外护套区域)呈锥形，以具有朝向目标结构19减小的横截面积。如上文参考图6所述，锥形化将超声波聚焦到目标结构19上。在一个实施例中，第二部分34的至少一部分(例如，中心区域)呈锥形，以具有朝向悬臂14减小的横截面积。如上文参考图6所述，锥形化将反射的超声波朝向超声检测系统聚焦，从而提高信噪比。
如图8-图10所示，在一些实施例中，探头元件16包括纵向近端部分37和纵向远端部分38。纵向近端部分37连接至悬臂14(未示出)并从悬臂14延伸至纵向远端部分38。纵向远端部分38从纵向近端部分37朝向目标结构19(未示出)延伸。纵向远端部分38呈锥形，以具有朝向目标结构19减小的横截面积。锥形化将超声波聚焦到目标结构19上。纵向近端部分37至少包括呈锥形的部分，以具有朝向悬臂14减小的横截面积，如图8和图9所示。在图8的示例中，纵向近端部分37包括呈锥形的部分37A，以具有朝向悬臂14(未示出)减小的横截面积，以及呈锥形的部分37B，以具有朝向目标结构19(未示出)减小的横截面积。在图9的示例中，整个纵向近端部分37呈锥形，以具有朝向悬臂14减小的横截面积。锥形化将反射的超声波朝向超声检测系统聚焦。
在一个实施例中，纵向近端部分37包括至少一个不呈锥形的部分，如图10和图11所示。在图10和图11中，纵向近端部分37具有从纵向远端部分38到悬臂14(未示出)的恒定的横截面积。在图10中，在纵向近端部分37和纵向远端部分38之间的界面处存在横截面积的不连续性。在图11中，横截面积跨纵向近端部分37和纵向远端部分38之间的界面连续地过渡。锥形化的缺乏促进制造，同时与图4和图5中所示类型的锥形探头元件16相比，反射超声波朝向超声检测系统的散焦被减少。提供朝向目标结构19呈锥形的纵向远端部分提供了尖锐的尖端，允许在标准原子力显微镜模式中有效使用悬臂探头12。由此实现了特性的有利平衡，从而允许使用相同的悬臂14来有效实施标准原子力显微镜和上述基于超声的测量。
现在描述实施例，其中悬臂探头12专门用于确定有关使用光刻工艺在衬底上形成的目标结构19的信息。在此背景下，如图12中示意性所示，目标结构19可以包括第一子结构15和第二子结构17。第一子结构15叠加在第二子结构17上。关于目标结构19的信息可以包括关于第一子结构15和第二子结构17之间的套刻(在图12中标记为ov)的信息。套刻表示第一子结构15和第二子结构17之间的对准不良的程度。如说明书的介绍部分所述，使用现有技术很难或不可能测量节距相对较小(例如，约10nm)且叠加层之间的间隔相对较大(例如，约100nm)和/或存在光学不透明的材料层的目标结构19中的套刻。可以使用上述基于超声波的测量来解决这些挑战。下面描述了示例方法。
在一些实施例中，通过检测悬臂探头12相对于目标结构19的多个位置处的反射的超声波来获得关于套刻的信息。在一个实施例中，通过在标准原子力显微镜模式中使用悬臂探头来检测第一子结构15中的参考特征的位置来选择多个位置。例如，在一些实施例中，通过针对探头元件16相对于第一子结构15的多个位置测量由探头元件16与第一子结构15之间的相互作用(例如，接触)引起的悬臂14的偏转来获得第一子结构15的轮廓，并且从检测到的反射的超声波获得关于第二子结构17的信息(例如，相对于第一子结构15或另一参考的套刻)。
在一个实施例中，第一子结构15和第二子结构17各自包括多个重复元件(例如，光栅线或光栅线组)，如图14所示。在目标结构19相对于悬臂探头12的一组位置中的每个位置处检测反射的超声波。目标结构19相对于悬臂探头12的每个位置是探头元件16与第一子结构15的重复元件中的不同重复元件的峰对准的位置，如图12所示。通过测量探头元件16与第一子结构15之间的相互作用(例如，接触)引起的悬臂14的偏转(使用标准原子力显微镜模式)来确定探头元件16与每个重复元件的对准。
当探头元件16与第一子结构15的峰对准时，发现反射超声波的强度I随第一子结构15的峰和第二子结构17的对应底层峰的相对位置的可确定函数而变化，这又取决于套刻ov。强度I随套刻ov的变化可以表示为并在图13中示意性地示出。当与探头元件16对准的第一子结构15的峰本身与第二子结构17中的对应峰精确对准时，强度I最大。
反射超声波的强度I与套刻ov有关，但无法单独从这些测量中获得套刻ov。可以使用莫尔效应来解决此问题，如下所述。
如果第一子结构15包括具有节距p的光栅，则表示在探头元件16与光栅的峰值(线)完美对准的多个位置中的每个位置处获得的反射超声波的测量强度的信号Stop预计会如下变化：
其中x是探头元件16在第一子结构15上的扫描方向42上的空间坐标，θtop是相对于测量起点的相对相位。在一个实施例中，如图14所示，现在将第一子结构15布置成具有与第二子结构17不同的节距。在图14中，第一子结构15的节距标记为p，而第二结构17的节距标记为p+δ。节距的这种差异导致信号SMoiré，该信号表示从目标结构19反射的超声波的测量强度I，其包括与探头元件16相对于目标结构19的位置变化有关的拍频项。拍频项具有由第一子结构15和第二子结构17的节距之间的差异定义的频率和由套刻ov定义的相位。因此可以检测拍频项的相位并将其用于确定套刻ov。
该信号SMoiré取决于第一子结构15和第二子结构17的相对位置，方式与上述Stop类似，但由于第一子结构15和第二子结构17之间的节距不同，因此该信号SMoiré可以表示为两个余弦函数之和，如下所示：
从而产生拍频：
套刻引起的相位项表示为θov。SMoiré中的第二个余弦项表示低频拍频。
在图14中，在多个点40处获得SMoiré的值，该多个点40对应于探头元件16与第一子结构15的不同峰对准。最后，可以通过点40(由弯曲的虚线表示)拟合余弦函数。然后可以从拟合的余弦函数的相位确定θov以获得第一子结构15和第二子结构17之间的套刻ov。由于可以使信号SMoire的拍频部分的周期相对较大，因此也可以使与套刻ov相对应的位置的偏移较大，从而提供高灵敏度。
上述方法可以允许以高灵敏度获得套刻ov，而无需在大量位置处测量反射的超声波。可以使用仅在与探头元件16和第一子结构15的不同峰之间的对准相对应的多个位置处采取的测量来施加该技术。
现在讨论一种备选实施例，其中故意施加套刻偏差用于获得套刻ov。如上所述，在与第一子结构15中的峰对准的探头元件16的任何位置处测量的反射超声波的强度I根据余弦函数作为套刻的函数而变化：
套刻ov通常相对较小，这意味着强度I随ov的变化是非线性的并且相对较弱。在一个实施例中，通过使用包括多个子目标的目标结构19来改善强度I随ov的变化，其中一个或多个子目标具有故意施加到其上的套刻偏差。在这种类型的一些实施例中，目标结构19包括第一子目标和第二子目标。第一和第二子目标可以在衬底W上彼此靠近地定位，诸如彼此直接相邻。第一子目标和第二子目标各自包括两个子结构，其中在两个子结构之间具有故意施加的套刻偏差。每个子目标的子结构可以以与上面参考图12和图14描述的第一子结构15和第二子结构17相同的方式彼此套刻。第一子目标的套刻偏差不同于第二子目标的套刻偏差。这个差异会改变上面提到的余弦变化，并改善I随ov的变化。
在一些实施例中，第一子目标的套刻偏差等于且相反于第二子目标的套刻偏差。在一个实施例中，第一子目标的两个子结构和第二子目标的两个子结构具有相同的节距p，将套刻偏差+p/4应用于第一子目标，并将套刻偏差-p/4应用于第二子目标。这将I相对于ov的余弦依赖性转换为正弦依赖性，从而为较小ov的值提供I随ov的线性且相对陡峭的变化。这将在下面解释。
来自第一子目标和第二子目标的反射超声波的相应强度I1和I2(其中施加了相应的+p/4和-p/4偏差)可以写成如下：
由此可知
并且对于较小ov，强度差ΔI近似地表示为
其中K＝4πA/p。
K的值可以使用校准测量预先导出，使得ov可以从ΔI的测量中获得。例如，可以使用具有一组编程偏差值(例如，范围从-p到+p)的一组校准目标来确定常数K的值。一旦通过校准学习了K，只需要两个子目标(例如，偏移量为+p/4和-p/4)即可确定套刻ov。因此，可以根据以下之间的差异来确定套刻：当探头元件与最接近第一子目标的探头元件的子结构的重复元件的峰(例如，第一子目标中最上面的子结构)对准时，从第一子目标检测到的反射超声波的强度；以及当探头元件与最接近第二子目标的探头元件的子结构的重复元件的峰(例如，第二子目标中最上面的子结构)对准时，从第二子目标检测到的反射超声波的强度。
在一些实施例中，通过使用其他子目标，可以减少或消除校准测量的需要。在这样一个实施例的一个类别中，如图15所示，目标结构19包括第一子目标51、第二子目标52、第三子目标53和第四子目标54。第一子目标51、第二子目标52、第三子目标53和第四子目标54各自包括两个子结构，其中在两个子结构之间故意施加了套刻偏差。第一子目标51、第二子目标52、第三子目标53和第四子目标54的套刻偏差彼此均不同。第一子目标51、第二子目标52、第三子目标53和第四子目标54各自的两个子结构具有相同的节距p。第一子目标51的套刻偏差为-A+B。第二子目标52的套刻偏差为A+B。第三子目标53的套刻偏差为-A-B。第四子目标54的套刻偏差为A-B。A和B为常数。套刻ov可以由I1、I2、I3和I4的组合确定，其中I1、I2、I3和I4定义如下。I1是当探头元件与最接近第一子目标的探头元件的子结构的重复元件的峰对准时从第一子目标检测到的反射超声波的强度。I2是当探头元件与最接近第二子目标的探头元件的子结构的重复元件的峰对准时从第二子目标检测到的反射超声波的强度。I3是当探头元件与最接近第三子目标的探头元件的子结构的重复元件的峰对准时从第三子目标检测到的反射超声波的强度。I4是当探头元件与最接近第四子目标的探头元件的子结构的重复元件的峰对准时，从第四子目标检测到的反射超声波的强度。
在一个实施例中，A＝p/4，这导致以下关系成立，如图15所示：
I1-I2＝K·(ov+b)
I3-I4＝K·(ov-b)
然后可以根据以下内容获得套刻：
例如，对于节距p为60nm的目标结构，取b＝5nm的值意味着子目标的偏差分别为-10nm、20nm、-20nm和10nm。每个子目标可以有多个峰值/线(例如，每个子目标有3个峰值/线，如图15所示)。在任何给定的子目标中，检测到的强度I对于每个峰值/线都应该相同，但测量多个峰值可以提高信噪比。
图16描绘了一种备选方法，其中提供了目标结构19，其中第一子结构15(故意)相对于第二子结构17横向位移，使得当垂直于衬底W的平面观察时，第二子结构17的至少一部分不与任何第一子结构15重叠。然后可以通过针对探头元件16相对于第一子结构15的多个位置测量由探头元件16和第一子结构15之间的相互作用(例如，接触)引起的悬臂14的偏转来获得第一子结构15的轮廓35。通过针对探头元件16相对于第二子结构17的部分内不与任何第一子结构15重叠的第二子结构17的多个位置检测反射超声波来获得第二子结构17的轮廓37。子结构的横向位移因此允许悬臂探头12单独测量每个子结构，而不会在两个子结构之间产生任何干扰。可以使用标准原子力显微镜方法测量最上面的第一子结构15，而可以经由反射的超声波测量下沉的第二子结构17，而不会因任何不是第二子结构17的一部分的任何重叠子结构而干扰反射过程。由于已知故意施加的横向位移的大小，因此可以根据测量轮廓35和37之间的位移来确定套刻，如图16所示。
在一些实施例中，如图18所示，悬臂探头12包括多个悬臂14(在图18中标记为14A-14F)。每个悬臂14可以被配置和/或布置成以上面参考图3-图17所述的任何方式操作。每个悬臂14包括相应的探头元件16(例如，对于所考虑的每个悬臂14至少有一个探头元件16)。每个探头元件16可以采用上面参考图3-图17所述的任何形式。每个探头元件16被配置为在使用时从悬臂14(该探头元件16与之相关联)朝向目标结构19(在图18中未示出)延伸。如图18右上角的插图所示，在图18的示例中，探头元件16在图的定向上面朝上。因此，目标结构19将在该图的定向上定位在悬臂探头12的上方。在图19-图22中，探头元件16面朝下，因此，目标结构19将在这些图的定向上定位在悬臂探头12的下方。在所示的示例中，悬臂14被设置在支撑结构60上。悬臂14的突出尖端区域突出在支撑结构60的边缘上。在这样的实施例中，探头元件16附接到突出尖端部分。
在具有多个悬臂14的一些实施例中，悬臂探头12中超声波的生成(可使用上述超声产生系统的适当调整版本来执行)导致超声波通过每个相应的探头元件16传播到目标结构19中。在图18的示例中，超声波因此可以通过从两个或更多个悬臂14延伸的不同探头元件16传播(可选地通过每个悬臂14上的探头元件16)。在实施例中，检测反射的超声波(可使用上述超声波检测系统的适当调整版本来执行)包括检测来自每个相应探头元件16的反射超声波。
经由多个探头元件16执行超声波的生成和检测使得可以并行执行多个测量，从而提高整体测量速度。在经由蚀刻硅晶片或类似物来制造悬臂探头12的实施例中，制造具有多个悬臂14的悬臂探头12并不比制造具有单个悬臂14的悬臂探头12困难得多。蚀刻图案可以被轻松调整，其余过程通常不需要进行明显调整。
如前所述，可以利用光声效应在悬臂探头12中产生超声波。用于产生超声波的辐射在此上下文中可称为泵浦辐射。泵浦辐射可以包括激光束70。激光束70可由第一激光单元26提供，如上文参考图3所述。
在一些实施例中，如图19和图20所示，激光束70被光学处理，以提供与多个悬臂14的空间分布相匹配的结构化照明。结构化照明的特征可以是，例如，节距至少近似等于悬臂14的节距。在一些实施例中，激光束70的光学处理可以包括将激光束70分成多个子光束。然后，将每个子光束引导(例如，聚焦)到多个悬臂14中的不同的相应悬臂上。
在一个实施例中，如图19中示意性所示，通过衍射对激光束70进行光学处理(例如，分割)以提供结构化照明。在所示的示例中，激光束70被引导穿过衍射光栅66以产生衍射辐射72。衍射辐射72由光学器件64聚焦以在悬臂14上形成条纹图案62。条纹图案72对应于结构化照明。衍射光栅66和光学器件可以被配置为使得条纹图案62的节距与悬臂14的节距相匹配。因此悬臂14可以接收来自条纹图案中相应最大值的辐射。从而可以以高效且简单的方式同时泵送多个悬臂14。可以将激光束70的功率限制为主要或完全落在悬臂14上，从而允许充分利用可用的激光功率。此外，可以最小化或消除可能在目标结构19和/或周围环境中引起不良光声效应的杂散光。
在另一个实施例中，如图20中示意性所示，使用单独可控元件的阵列68执行激光束70的光学处理(例如，分割)。阵列68可以例如包括单独可控的微反射镜或微透镜的阵列。使用单独可控元件的阵列68增强了灵活性。例如，可以灵活地控制每个悬臂14暴露于辐射的时间(以及因此，每个悬臂14的探头元件16中超声波的产生)。在一些实施例中，单独可控元件的阵列68可用于同时照射所有悬臂14(以类似于图19的布置的方式，其中使用衍射来分割激光束70)。在其他实施例中，单独可控元件的阵列68被配置为在不同时间照射不同的悬臂14。例如，可以控制单独可控元件的阵列68以依次逐个照射各个悬臂14。备选地，或者附加地，可以使用单独可控元件的选择性激活来实现信号处理技术，诸如合成孔径成像或编码激励。这种信号处理技术可用于提高分辨率和/或成像深度性能。
在一些实施例中，如图21和图22所示，检测反射超声波包括将探测辐射束80引导到悬臂14上并检测从悬臂14反射的辐射。探测束80可以例如由第二激光单元20提供，如上文参考图3所述。检测到的反射辐射可用于测量悬臂14的反射率变化。反射率的变化提供有关反射超声波的信息。
在一个实施例中，如图21中示意性地示出的，探测光束80被光学处理(例如，分割)以提供与多个悬臂14的空间分布相匹配的结构化照明。在一个实施例中，探测束80被分割成多个子光束84。然后，每个子光束84被引导到多个悬臂14中的不同的相应悬臂上。在所示的示例中，探测束80的光学处理是使用单独可控的元件的阵列82执行的。阵列82例如可以包括单独可控的微反射镜或微透镜的阵列。可以并行检测从每个悬臂14反射的辐射以增加读出速度。在图21的示例中，提供单独的检测器86(例如，光电二极管传感器)以检测从每个相应悬臂14反射的辐射(使得在所示的示例中提供六个检测器86)。信号线88允许将测量结果并行发送到数据处理系统以用于根据检测到的反射超声波来确定有关目标结构19的信息。
在另一个实施例中，如图22所示，探测束80被聚焦成线焦点。例如，可以使用柱面透镜来创建线焦点。线焦点被布置为与多个悬臂14相交。线焦点与多个悬臂14的相交允许以方便且可控的方式同时向多个悬臂14提供聚焦辐射。可以以各种方式捕获和分析输出辐射90。在一个实施例中，使用干涉测量法，例如如T.Sulchek等人在“Parallel atomicforce microscopy with optical interferometric detection”，Appl.Phys.Lett.,vol.78,no.12,pp.1787–1789,Mar.2001中所述。
当通过测量了解在包括与图3中所示的装置类似的装置的工具中产生的超声波的频谱时，可以预期所述频谱可能包含大量谐波或频率。在一些情况或应用中，期望更好地控制或更好地确定超声波的频率。
因此，提出了一种AFM工具的元件，其包括由大量交替沉积的压电层形成的涂层。在一个实施例中，涂层由两个交替沉积的层形成。在一个实施例中，层由半导体异质结构形成。以交替方式使用材料的效果是，由于材料的性质(诸如带隙、压电效应或结构性质，即，每层的厚度)而精心选择材料，使得只有期望的超声波通过这种结构传播或反射。以这种方式，人们能够更好地选择超声波的频率以获得有利的计量结果。
在一个实施例中，AFM工具的元件是图3中悬臂14上提供的超声产生层18。超声产生层18是具有多个单独层的复合层，并且各个层具有彼此不同的材料组成。在一个实施例中，多个单独层是来自GaN和InGaN的半导体异质结构。多个单独层形成由压电半导体异质结构形成的量子阱，其功能是提供选择性声波频率，即，根据每个交替层的特性，传播期望频率的声波，而不传播其他频率。选择这些频率以便于最大化所述声波的传输，换句话说，与基于单层材料的超声产生层18的情况相比，声波的生成和检测得到了改善。
在一个实施例中，由压电半导体异质结构的交替层形成的涂层被配置为同心环几何形状，包括具有空间间隔的不同柱，其中每个柱具有多个单独的层。这种几何形状可以通过首先获得涂层并在与形成涂层的层的交替方向平行的方向上加工空间来形成。在一个实施例中，柱可以具有不同的厚度。
一种计量工具，用于确定关于使用光刻工艺在衬底上形成的目标结构的信息，该计量工具包括：具有悬臂和探头元件的悬臂探头，该探头元件被配置为从悬臂向目标结构延伸，该悬臂包括由大量交替沉积的压电层形成的涂层；超声产生系统，被配置为在悬臂探头中产生超声波，使得超声波通过探头元件传播到目标结构中并从目标结构反射回探头元件或反射回到从悬臂延伸的另一个探头元件中；以及超声检测系统，被配置为检测反射的超声波。
在一个实施例中，根据上述任一实施例的计量工具25被提供为光刻系统50的一部分，如图17中示意性示出的那样。光刻系统50包括被配置为定义用于在衬底W上形成目标结构19的图案的光刻设备LA和计量工具25。
根据本发明的其他实施例在以下编号的条款中描述：
1.一种确定关于利用光刻工艺在衬底上形成的目标结构的信息的方法，包括：提供悬臂探头，所述悬臂探头包括悬臂和探头元件，所述探头元件从所述悬臂朝向所述目标结构延伸；
在所述悬臂探头中产生超声波，所述超声波通过所述探头元件传播到所述目标结构中并从所述目标结构反射回到所述探头元件中或反射回到从所述悬臂延伸的另一个探头元件中；以及
检测反射的所述超声波，并根据检测到的反射的所述超声波来确定有关所述目标结构的信息。
2.根据条款1所述的方法，其中所述超声波是利用光声效应在所述悬臂探头中产生的。
3.根据条款2所述的方法，其中所述超声波的所述产生是通过将激光束引导到所述悬臂探头上来执行的。
4.根据条款3所述的方法，其中在所述悬臂上设置超声产生层，并且将所述激光束引导到所述超声产生层上以在所述超声产生层中产生超声波。
5.根据条款4所述的方法，其中所述超声产生层包括金属材料。
6.根据条款4或5所述的方法，其中选择所述超声产生层的所述组成和尺寸，使得所述超声产生层中生成的所述超声波的至少一部分具有高于15GHz的频率。
7.根据条款4至6中任一项所述的方法，其中所述超声产生层的厚度小于500nm。
8.根据前述条款中任一项所述的方法，其中对反射的所述超声波的所述检测包括检测所述悬臂探头的光学反射率的变化。
9.根据前述条款中任一项所述的方法，其中在所述悬臂探头相对于所述目标结构的多个位置处检测反射的所述超声波。
10.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述目标结构包括叠加在第二子结构上的第一子结构。
11.根据条款10所述的方法，其中：
通过针对所述探头元件相对于所述第一子结构的多个位置测量由所述探头元件和所述第一子结构之间的相互作用引起的所述悬臂的偏转来获得所述第一子结构的轮廓；并且
从检测到的反射的所述超声波中获得有关所述第二个子结构的信息。
12.根据条款10或11所述的方法，其中关于所述目标结构的所述信息包括关于在所述第一子结构和所述第二子结构之间的套刻的信息，所述套刻表示所述第一子结构和所述第二子结构之间的对准不良的程度。
13.根据条款12所述的方法，其中：
所述第一子结构和所述第二子结构各自包括多个重复元件；并且在所述目标结构相对于所述悬臂探头的一组位置中的每个位置处检测反射的所述超声波，所述目标结构相对于所述悬臂探头的每个位置是所述探头元件与所述第一子结构的所述重复元件中的不同的重复元件的峰对准的位置。
14.根据条款13所述的方法，其中通过测量由所述探头元件与所述第一子结构之间的相互作用引起的所述悬臂的偏转来确定所述探头元件与每个重复元件的所述对准。
15.根据条款13或14所述的方法，其中：
所述第一子结构具有与所述第二子结构不同的节距，使得从所述目标结构反射的超声波的强度随所述探头元件相对于所述目标结构的位置的变化包括拍频项，所述拍频项具有由所述第一子结构和所述第二子结构的所述节距之间的差定义的频率和由所述套刻定义的相位；并且
检测所述拍频项的所述相位并用于确定所述套刻。
16.根据条款12至14中任一项所述的方法，其中：
所述目标结构包括第一子目标以及第二子目标；
所述第一子目标和所述第二子目标各自包括两个子结构，并且在两个子结构之间故意施加套刻偏差；并且所述第一子目标的所述套刻偏差不同于所述第二子目标的所述套刻偏差。
17.根据条款16所述的方法，其中所述第一子目标的所述套刻偏差与所述第二子目标的所述套刻偏差相等且相反。
18.根据条款17所述的方法，其中：所述第一子目标的所述两个子结构与所述第二子目标的所述两个子结构具有相同的节距p；所述第一子目标的所述套刻偏差为(+p)/4；并且所述第二子目标材的所述套刻偏差为-p/4。
19.根据条款16至18中任一项所述的方法，其中套刻是根据以下两项之间的差确定的：当所述探头元件与最接近所述第一子目标的所述探头元件的所述子结构的重复元件的峰对准时，从所述第一子目标检测到的反射的超声波的强度；以及当所述探头元件与最接近所述第二子目标的所述探头元件的所述子结构的重复元件的峰对准时，从所述第二子目标检测到的反射的超声波的强度。
20.根据条款16所述的方法，其中：所述目标结构还包括第三子目标和第四子目标；所述第三子目标和所述第四子目标各自包括两个子结构，并且在所述两个子结构之间故意施加套刻偏差；并且所述第一子目标、第二子目标、第三子目标和第四子目标的所述套刻偏差均彼此不同。
21.根据条款20所述的方法，其中：所述第一子目标、第二子目标、第三子目标和第四子目标中的每个子目标的所述两个子结构具有相同的节距p；
所述第一个子目标的所述套刻偏差为-A+B；
所述第二个子目标的所述套刻偏差为A+B；
所述第三个子目标的所述套刻偏差为-A-B；
所述第四个子目标的所述套刻偏差为A-B；
A和B是常数；并且
所述套刻根据I1、I2、I3和I4组合确定，其中：
I1是当所述探头元件与最靠近所述第一子目标的所述探头元件的所述子结构的重复元件的峰对准时，从所述第一子目标检测到的反射的超声波的强度；
I2是当所述探头元件与最靠近所述第二子目标的所述探头元件的所述子结构的重复元件的峰对准时，从所述第二子目标检测到的反射的超声波的强度；
I3是当所述探头元件与最靠近所述第三子目标的所述探头元件的所述子结构的重复元件的峰对准时，从所述第三子目标检测到的反射的超声波的强度；并且
I4是当所述探头元件与最靠近所述第四子目标的所述探头元件的所述子结构的重复元件的峰对准时，从所述第四子目标检测到的反射的超声波的强度。
22.根据条款21所述的方法，其中：A＝p/4；以及
所述套刻ov由决定。
23.根据条款12所述的方法，其中：所述第一子结构相对于所述第二子结构横向移位，使得当垂直于所述衬底的平面观察时，所述第二子结构的至少一部分不与任何所述第一子结构重叠；
通过针对所述探头元件相对于所述第一子结构的多个位置测量由所述探头元件和所述第一子结构之间的相互作用引起的所述悬臂的偏转来获得所述第一子结构的轮廓；并且通过针对所述探头元件相对于所述第二子结构的不与任何所述第一子结构重叠的所述部分内的所述第二子结构的多个位置检测反射的所述超声波来获得所述第二子结构的轮廓。
24.根据前述条款中任一项所述的方法，其中：
所述悬臂探头包括所述探头元件和所述另一个探头元件；并且
反射的所述超声波主要经由所述另一个探头元件来被检测。
25.根据条款24所述的方法，其中所述探头元件被配置为将所述超声波引导到所述目标结构中的位置处，所述位置与所述另一个探头元件接收反射的所述超声波的位置不同。
26.根据条款24或25所述的方法，其中：
所述探头元件的至少一部分呈锥形，以具有朝向所述目标结构减小的横截面积；并且
所述另一探头元件的至少一部分呈锥形，以具有朝向所述目标结构增大的横截面积。
27.根据条款1至23中任一项所述的方法，其中反射的所述超声波主要经由所述探头元件来被检测。
28.根据条款27所述的方法，其中：
朝向所述目标结构传播的所述超声波主要穿过所述探头元件的第一部分；并且
远离所述目标结构传播的反射的所述超声波主要穿过所述探头元件的不同于所述第一部分的第二部分。
29.根据条款28所述的方法，其中所述第一部分和所述第二部分由不同的材料形成。
30.根据条款29所述的方法，其中所述第一部分包括外护套区域，并且所述第二部分包括所述外护套区域内的中心区域，所述中心区域和所述外护套区域被配置为用作反射超声波的波导，所述反射超声波从所述目标结构传播回通过所述探头元件朝向所述悬臂，使得所述反射超声波主要通过所述探头元件的所述中心区域传播。
31.根据条款28至30中任一项所述的方法，其中所述第一部分的至少一部分呈锥形，以具有朝向所述目标结构减小的横截面积。
32.根据条款28至31中任一项所述的方法，其中所述第二部分的至少一部分呈锥形以具有朝向所述悬臂减小的横截面积。
33.根据前述条款中任一项所述的方法，其中：
所述探头元件包括纵向近端部分和纵向远端部分；
所述纵向近端部分连接到所述悬臂并且从所述悬臂延伸到所述纵向远端部分；并且
所述纵向远端部分从所述纵向近端部分朝向所述目标结构延伸，其中：
所述纵向远端部分呈锥形，以具有朝向所述目标结构减小的横截面积，并且所述纵向近端部分包括至少一个非锥形的部分或至少一个呈锥形的以具有朝向所述悬臂减小的横截面积的部分。
34.根据条款33所述的方法，其中所述纵向近端部分包括呈锥形以具有朝向所述悬臂减小的横截面积的部分和呈锥形以具有朝向所述目标结构减小的横截面积的部分。
35.根据条款33或34所述的方法，其中所述纵向近端部分具有从所述纵向远端部分到所述悬臂的恒定的横截面积。
36.根据条款1至35中任一项所述的方法，其中：
所述悬臂探头包括多个所述悬臂，每个悬臂具有从所述悬臂向所述目标结构延伸的相应的探头元件；
所述悬臂探头中超声波的产生使得超声波通过每个相应的探头元件传播到所述目标结构中；并且
对反射超声波的所述检测包括检测来自所述相应的探头元件中的每个探头元件的反射超声波。
37.根据条款36所述的方法，其中：
超声波的所述产生是利用由激光束驱动的所述光声效应执行的；并且对所述激光束执行光学处理以提供与所述多个悬臂的空间分布相匹配的结构化照明。
38.根据条款37所述的方法，其中所述光学处理通过衍射执行。
39.根据条款37所述的方法，其中使用单独可控元件的阵列执行所述光学处理。
40.根据条款36至39中任一项所述的方法，其中对反射超声波的所述检测包括将探测辐射束引导到所述悬臂上并检测从所述悬臂反射的辐射。
41.根据条款40所述的方法，其中所述探测束被光学处理以提供与所述多个悬臂的空间分布相匹配的结构化照明。
42.根据条款41所述的方法，其中对所述探测束的所述光学处理是使用单独可控元件的阵列执行的。
43.根据条款40所述的方法，其中所述探测束被聚焦为与所述多个悬臂相交的线焦点。
44.根据条款40至43中任一项所述的方法，其中并行地检测从所述悬臂中的每个悬臂反射的所述辐射。
45.一种计量工具，用于确定关于使用光刻工艺在衬底上形成的目标结构的信息，所述计量工具包括：
具有悬臂和探头元件的悬臂探头，所述探头元件被配置为从所述悬臂朝向所述目标结构延伸；
超声产生系统，被配置为在所述悬臂探头中产生超声波，使得所述超声波通过所述探头元件传播到所述目标结构中并从所述目标结构反射回到所述探头元件中或反射回到从所述悬臂延伸的另一个探头元件中；以及
超声检测系统，被配置为检测反射的所述超声波。
46.根据条款45所述的计量工具，其中：
所述悬臂探头包括多个所述悬臂，每个悬臂具有相应的探头元件，所述探头元件被配置为从所述悬臂朝向所述目标结构延伸；
所述超声产生系统被配置为使超声波通过每个相应的探头元件传播到所述目标结构中；并且
所述超声检测系统被配置为检测来自所述相应的探头元件的反射的超声波。
47.一种用于计量工具中的悬臂探头，所述计量工具用于确定关于使用光刻工艺在衬底上形成的目标结构的信息，所述悬臂探头包括：
悬臂；
探头元件，被配置为从所述悬臂向所述目标结构延伸；以及
另一个探头元件，被配置为从所述悬臂向所述目标结构延伸，其中：
所述探头元件的至少一部分呈锥形，以具有朝向所述目标结构减小的横截面积；并且
所述另一个探头元件的至少一部分呈锥形，以具有朝向所述目标结构增大的横截面积。
48.一种用于计量工具的悬臂探头，所述计量工具用于确定关于使用光刻工艺在衬底上形成的目标结构的信息，所述悬臂探头包括：
悬臂；以及
探头元件，被配置为从所述悬臂向所述目标结构延伸，其中：
所述探头元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分和第二部分由不同的材料形成；
所述第一部分包括外护套区域，所述第二部分包括所述外护套区域内的中心区域，所述中心区域和所述外护套区域被配置为用作超声波从所述目标结构通过所述探头元件朝向所述悬臂传播的波导。
49.根据条款48所述的探头，其中所述外部护套区域的至少一部分呈锥形，以具有朝向所述目标结构减小的横截面积。
50.根据条款48或49所述的探头，其中所述第二部分的至少一部分呈锥形以具有朝向所述悬臂减小的横截面积。
51.一种用于计量工具的悬臂探头，所述计量根据用于确定关于使用光刻工艺在衬底上形成的目标结构的信息，所述悬臂探头包括：
悬臂；以及
探头元件，被配置为从所述悬臂朝向所述目标结构延伸，其中：
所述探头元件包括纵向近端部分和纵向远端部分；
所述纵向近端部分连接到所述悬臂并且从所述悬臂延伸到所述纵向远端部分；并且
所述纵向远端部分被配置为从所述纵向近端部分朝向所述目标结构延伸，其中：
所述纵向远端部分呈锥形，以具有朝向所述目标结构减小的横截面积，并且所述纵向近端部分包括至少一个非锥形的部分或至少一个呈锥形以具有朝向所述悬臂减小的横截面积的部分。
52.一种光刻系统，包括：
光刻设备，被配置为定义用于在衬底上形成目标结构的图案；以及根据条款45所述的计量工具。

Claims (10)

1.一种AFM工具的元件，包括由多个交替沉积的压电层形成的涂层。
2.根据权利要求1所述的元件，其中所述层中的至少一个层是压电的。
3.根据权利要求1所述的元件，其中所述层由半导体异质结构形成。
4.根据权利要求1所述的元件，其中由多个交替沉积的压电层形成的所述涂层是设置在悬臂上的超声产生层。
5.根据权利要求4的元件，其中所述超声产生层包括具有多个单独层的复合层。
6.根据权利要求5的元件，其中具有多个单独层的所述复合层具有相对于彼此不同的材料组成。
7.根据权利要求6所述的元件，其中所述多个单独层由GaN和InGan形成，使得所述超声产生层是量子阱。
8.根据权利要求5所述的元件，其中具有多个单独层的所述复合层被配置成同心环几何形状，所述同心环几何形状包括具有空间分离的不同柱，并且其中每个柱具有多个单独层。
9.根据权利要求8所述的元件，所述元件被配置为具有不同厚度的柱，所述柱是通过使形成所述超声产生层的所述单独层具有不同厚度而获得的。
10.一种用于确定关于使用光刻工艺而形成在衬底上的目标结构的信息的计量工具，所述计量工具包括：
具有悬臂和探头元件的悬臂探头，所述探头元件被配置为从所述悬臂朝向所述目标结构延伸，所述悬臂包括根据权利要求1所述的元件；
超声产生系统，被配置为在所述悬臂探头中产生超声波，使得所述超声波通过所述探头元件传播到所述目标结构中，并从所述目标结构反射回到所述探头元件中或反射回到从所述悬臂延伸的另一探头元件中；以及
超声检测系统，被配置为检测反射的所述超声波。
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