CN102326059A - 用于高数值孔径光刻系统的偏振监视调制盘设计 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及诸如晶片的半导体基板的制造，并涉及用于监视在使用用于高数值孔径光刻扫描装置的特别设计的偏振监视调制盘进行投影印刷时入射在光掩模上的偏振的状态的方法。调制盘跨过狭缝测量25个位置并被设计用于大于0.85的数值孔径。监视器提供大的偏振依赖性信号，该信号对偏振更敏感。还提供使用两个调制盘的双曝光方法，其中第一调制盘(44)包含偏振监视器(22，24)、透光区基准区域(42)和低剂量对准标记(40)。第二调制盘(46)包含标准对准标记(38)和标签。对于单曝光方法，使用三PSF低剂量对准标记(40)。调制盘还提供电磁偏置，其中依赖于边缘的蚀刻深度而使每个边缘偏置。
Description
技术领域
本发明涉及诸如晶片的半导体基板的制造，更具体而言，涉及用于监视在使用用于高数值孔径光刻扫描装置的特别设计的偏振监视调制盘(reticle)进行投影印刷时入射在光掩模上的偏振的状态的方法。
背景技术
公知在典型的光刻工艺中，在晶片上的半导体层之上沉积光敏材料或光致抗蚀剂的薄层。每个晶片典型地被用于制造许多芯片。在光刻工艺期间，通过透镜系统和光刻掩模或调制盘将诸如紫外光的光照照射到半导体晶片上的芯片区域。调制盘具有特定需要的器件或电路图形，并且通过该光照在芯片区域的一部分之上曝光图形以在芯片上产生曝光区域和未曝光区域。然后去除这些曝光或未曝光区域，蚀刻下面的层以在半导体层中产生所需的图形。然后进一步处理蚀刻后的半导体层，以在该层中产生所需的电路或器件部分。在晶片的连续层上重复该光刻工艺多次，以在晶片上的芯片上限定许多电路要素。在光刻工艺的最后，晶片被切割成完整的半导体芯片。
典型地，调制盘由透明板制成，并且具有器件曝光区域和不透明区域。该板通常由玻璃、石英等等制成，并且不透明铬区域典型地包括铬层。器件曝光区域通常具有方形或矩形形状，且位于调制盘的中心。器件曝光区域包括限定器件图形的透明部分和不透明部分。器件曝光区域中的透明部分允许来自光源的光照行进通过它们并到达晶片。另一方面，器件曝光区域中的不透明区域阻挡光，光不能达到晶片。
微电子电路制造商不断地试图制造具有更小尺寸的特征。这样的特征的光刻制造典型地使用如图1所示的步进扫描成像工具120以将图形投影到基板或晶片上的光敏抗蚀剂层上。成像工具的投影光学系统包括投射辐射124的灯、激光器或其他光源122，该辐射用于通过聚光透镜系统126照射光掩模或调制盘128。光掩模或调制盘128包含将被投影和再现在晶片基板上的图形，并且通常被取向为基本上垂直于投影光学系统的光轴124。通过投影光学部件134收集穿过光掩模128的部分光辐射146，并且通过辐射146穿过掩模产生的图形的空间像136被导引到晶片142上，从而在晶片上产生图形或图像140。
在步进扫描系统中，将光掩模128和晶片142分别安装在相对于固定光学系统可移动的掩模台133和基板台138上。光学系统包括孔或狭缝132，通过该孔或狭缝，允许光传到调制盘。通过沿一维扫描方向130并跨过转移区域的整个一维宽度进行扫描，完全曝光调制盘的需要转移区域内的整个掩模图形，从而在晶片抗蚀剂上产生完整的图形140，例如完整的芯片图形。随后重复扫描过程，以在晶片142上产生所需数目的图形。
为了在微电子电路的制造中产生具有更小尺寸的特征，根据瑞利方程的标准通则，在可用于产生最小线宽(Wmin)的光刻处理中涉及三个因素，唯象处理分辨率(k1)、光波长(λ)和数值孔径值(NA)：
Wmin＝k1λ/NA
有时使用稍微不同的k1值，其λ和NA与线路和间隔的周期系统的半间距(pitch)相关。
为了能够在集成电路中使用更精细的特征，在光刻技术中已经取得了允许更小的k1值的很多进步。在集成电路制造的早期，仅仅大于1的k1值是实用的，但现在正采用接近0.3的k1值，并且正在试图进一步减小。这里的困难在于，在这么低的k1值下图像对比度下降，使得难以在整个芯片内分布的集成电路特征中实现尺寸均匀性，而可接受的电路性能通常要求这种尺寸均匀性。
在光刻中新工具和方法的发展导致在诸如晶片的器件上构图的成像特征的分辨率的改善，引起小于50nm的分辨率。这可使用相对高数值孔径(NA)透镜、低至157nm的波长、以及诸如相移掩模、非常规照射和先进光致抗蚀剂处理的大量技术而实现。关于NA(数值孔径)因素，最近的发展使曝光工具制造商能够制造出具有超过0.70、0.75、0.80或更高的NA值的工具，现在可以得到具有0.93的NA值的工具。目前利用其中在最有一个透镜部件与光致抗蚀剂之间设置超纯水的浸渍成像法还实现了高于1.0的NA值。具有更高折射率的液体的将来使用可实现高于1.35的NA值；大概最高为约1.8。由于现代曝光工具具有这样高的NA值，必须使用在抗蚀剂内具有大传播角的波，即，相对于抗蚀剂层的表面的法线方向的大传播角的波。
在产生这样的入射角的高数值孔径下，已经观察到，对于光波的横磁(TM)偏振，存在图像对比度的重大损失。即使当源辐射被设计为横电(TE)偏振以改善特定特征取向的对比度时，少量的TM也可能存在。此外，TE与TM光的比率有可能在成像场内变化。依赖于NA、特征类型和尺寸、照射配置以及其他成像特性，该变化会在成像场内引起所需图像的扭曲。
利用高NA投影系统，希望提供偏振的或至少部分偏振的照射辐射。这使得通过使用具有偏振态的辐射能够提高晶片级的图像形成，该偏振态最适于特定特征的成像，或者是在各种特征类型和尺寸之中的最佳情况折中。对于每个照射光瞳填充(pupil-fill)位置，照射系统的所需的偏振特性典型地被表示为一组斯托克斯参数。斯托克斯参数是一种完整地描述光线的时间平均偏振特性的数学手段。该所需的依赖于偏振的光瞳填充功能描述了照射掩模的光锥内的每条光线的预期偏振特性。预定的目标偏振光瞳填充可被存储为存储器装置中的数据，并与在扫描过程中存在的实际偏振辐射相比较。
在美国专利7,224,458中，本文的发明人之一研发了一种监视在投影印刷中入射在光掩模上的偏振的状态的方法。该方法包括一系列的相移掩模图形以利用高NA效应来仅仅依赖于一个入射偏振分量产生信号。示出了由在光掩模的背面具有针孔阵列的多个偏振计构成的试验调制盘设计。该技术能够为特定的成像工具监视任何任意照射系统。对于所关注的每个场位置的每个光瞳坐标，调制盘包括一组最高为六个的校准PSM分析器。这些分析器(也成为监视器)能够计算斯托克斯参数并完全表征在高NA投影印刷系统中入射偏振的状态。在偏振测量中，使用一组分析器来测量通量(F)、入射光中的一个偏振分量。为了说明分析器不是由完全偏振元件构成的事实，首先为每组最多六个的分析器校准分析器，产生偏振单元度量(metric)的测量矩阵(W)。通过解一组线性方程，该校准数据已被用于确定描述来自任何任意照射的偏振状态的所测量的斯托克斯参数。
在示出特定场位置的调制盘的前侧和后侧的专利的图1中示出了所提出的调制盘设计。在每个针孔位置附近的簇中使用多组偏振计，其中每个偏振计组依赖于其针孔的相对位置或同样的所需的σ测量而具有最多六个分析器以及四相线性级数(progression)的唯一的周期和取向。
图2示出了与如美国专利7,224,458中的现有技术的现有监视器类似的监视器。该监视器为TE和TM偏振及其平分线(45°、135°)提供信号，并使用四相光栅69，该光栅总是取向为平行于簇内的给定位置处的轴。
然而，仍存在对监视高数值孔径光刻扫描装置中的偏振的需求，主题发明是对试验调制盘和在美国专利7,224,458中公开的技术的改进，通过参考将其公开内容并入本文中。
发明内容
考虑到现有技术的问题和缺陷，因此本发明的目的是提供一种用于光刻扫描装置的偏振监视调制盘。
本发明的另一目的是提供一种利用本发明的偏振监视调制盘制造半导体晶片的稳定和最优的方法。
在本发明的另一目的中，提供一种用于光刻扫描的偏振监视调制盘系统，其包括依次用于光刻扫描装置的两个偏振监视调制盘。
在本发明的又一目的中，提供一种使用本发明的偏振监视调制盘系统制造半导体晶片的稳定和最优的方法。
本发明的其他目的和优点将由说明书而部分明显和部分显而易见。
在本发明中实现了将对于本领域技术人员而言显而易见的上述和其他目的，本发明在第一方面中旨在一种用于光刻扫描装置的偏振监视调制盘，包括：
透明平面基板，其具有正面和背面，在所述正面和背面上都具有不透明层；
在所述基板上的针孔-簇组合的X-Y行和列阵列；
每个簇包括位于所述基板的所述正面上的所述不透明层中的多个偏振计组的X-Y阵列，其中每个簇邻近在所述基板的所述背面上的所述不透明层中的对应的针孔；
每组偏振计包括在每组内的多个偏振图监视器的X-Y阵列，每个偏振计组内的每个监视器与所述偏振计组的中心相距限定的距离，并且每组偏振计具有记号，所述记号标识簇行、簇列、所述偏振计组的中心相对于簇中心的X位置以及所述偏振计组的中心相对于簇中心的Y位置，
当来自光源的照射穿过所述调制盘时，所述监视器依赖于照射的偏振而在图像平面处产生可测量的输出信号。
在本发明的另一方面中，上述偏振监视调制盘被用于利用光刻扫描装置对晶片成像的方法中。所述方法包括：
提供具有光源和至少0.85的数值孔径的光刻扫描系统；
提供调制盘，所述调制盘包括透明平面基板和在所述基板上的针孔-簇组合的X-Y行和列阵列，所述透明平面基板具有正面和背面，在所述正面和所述背面上都具有不透明层，每个簇包括位于所述基板的所述正面上的所述不透明层中的多个偏振计组的X-Y阵列，其中每个簇邻近在所述基板的所述背面上的所述不透明层中的对应的针孔，每组偏振计包括在每组内的多个偏振图监视器的X-Y阵列，每个偏振计组内的每个监视器与所述偏振计组的中心相距限定的距离，并且每组偏振计具有记号，所述记号标识簇行、簇列、所述偏振计组的中心相对于簇中心的X位置以及所述偏振计组的中心相对于簇中心的Y位置；
使来自所述光源的照射穿过所述调制盘并曝光光致抗蚀剂层，从而所述监视器依赖于照射的偏振产生可测量的输出信号；以及
测量所述光致抗蚀剂层中的所产生的图像，以确定穿过所述调制盘的所述照射的偏振度。
在本发明的另一方面中，一种用于光刻扫描装置的偏振监视调制盘系统包括：
第一调制盘，其包括：
第一透明平面基板，其具有正面和背面，在所述正面和背面上都具有不透明层；
在所述第一基板上的针孔-簇组合的X-Y行和列阵列；
所述第一基板上的每个簇包括位于所述第一基板的所述正面上的所述不透明层中的多个偏振计组的X-Y阵列，其中每个簇邻近在所述第一基板的所述背面上的所述不透明层中的对应的针孔；
所述第一基板上的每组偏振计包括在每组内的多个偏振图监视器的X-Y阵列，每个偏振计组内的每个监视器与所述偏振计组的中心相距限定的距离，
当来自光源的照射穿过所述调制盘时，所述第一基板上的所述监视器依赖于照射的偏振而在图像平面处产生可测量的输出信号；以及第二调制盘，其包括：
第二透明平面基板，其具有正面和背面，在所述正面上具有不透明层；
在所述第二基板上的簇的X-Y行和列阵列，其对应于在所述第一基板上的针孔-簇组合；
所述第二基板上的每个簇包括位于所述第二基板的所述正面上的位置记号的X-Y阵列，其中每个簇邻近所述第一基板上的对应偏振计组并包括记号，所述记号标识簇行、簇列、所述偏振计组的中心相对于簇中心的X位置以及所述偏振计组的中心相对于簇中心的Y位置。
在本发明的又一方面中，提供了一种使用上述二调制盘系统利用光刻扫描装置对晶片成像的方法，其中依次扫描两个调制盘以监视在扫描成像过程中使用的光的偏振。所述方法包括：
提供具有光源和至少0.85的数值孔径的光刻扫描系统；
提供第一调制盘，所述第一调制盘包括第一透明平面基板和在所述第一基板上的针孔-簇组合的X-Y行和列阵列，所述第一透明平面基板具有正面和背面，在所述两个面上具有不透明层，所述第一基板上的每个簇包括位于所述第一基板的所述正面上的多个偏振计组的X-Y阵列，其中每个簇邻近在所述第一基板的所述背面上的所述不透明层中的对应的针孔，所述第一基板上的每组偏振计包括在每组内的多个偏振图监视器的X-Y阵列，每个偏振计组内的每个监视器与所述偏振计组的中心相距限定的距离，
使来自光源的照射穿过所述第一调制盘并曝光光致抗蚀剂层，从而所述监视器依赖于照射的偏振而产生可测量的输出信号；
以每个位置处不同的照射剂量在不同的位置处重复对所述光致抗蚀剂层的曝光；
提供第二调制盘，所述第二调制盘包括第二透明平面基板和在所述第二基板上的对应于所述第一基板上的所述针孔-簇组合的簇的X-Y行和列阵列，所述第一透明平面基板具有正面和背面，在所述正面具有不透明层，所述第二基板上的每个簇包括位于所述第二基板的所述正面上的位置记号的X-Y阵列，其中每个簇邻近所述第一基板上的对应偏振计组并包括记号，所述记号标识簇行、簇列、所述偏振计组的中心相对于簇中心的X位置以及所述偏振计组的中心相对于簇中心的Y位置；
使来自所述光源的照射穿过所述第二调制盘并在与所述第一调制盘相同的位置处以每个位置处相同的照射剂量曝光所述光致抗蚀剂层；
在所述光致抗蚀剂上测量穿过所述调制盘的照射的偏振度。
在本发明的另一方面中，提供了一种在用于光刻扫描装置的掩模中设计相移区域的方法，包括：
提供对掩模的相移区域的设计，所述掩模具有与将穿过调制盘投影到光致抗蚀剂层上的光的相移区域的相对宽度对应的相对宽度的邻近的0°、90°、180°或270°相移区域，所述相移区域被所述掩模中的垂直边界分隔；
确定使所述掩模中的所述垂直边界在90°相差的区域之间移动所需的平均偏置(bias)距离X，以在所述光致抗蚀剂层上产生所需宽度的相移光；
通过使每个边界在相移区域之间朝向较低相区域移动一距离D而使所述设计偏置：
D＝X·(PD/90)
其中PD为在所述边界的任一侧的相移区域之间的相差；以及
产生具有所述相移区域的所述偏置设计的掩模。
附图说明
具体地在所附权利要求中阐述相信是新颖的本发明的特征以及本发明的要素特性。附图仅仅用于示例的目的，且未按比例绘制。然而，可以通过参考以下结合附图给出的详细说明而最好地理解作为组织和操作方法的本发明本身，其中：
图1示出了在现有技术中使用的典型步进扫描成像工具的简化图；
图2示出了现有技术的偏振计组；
图3示出了包括分析器和检测器的偏振计；
图4示出了用于轴上监视器的样品抗蚀剂测量；
图5示出了用于离轴监视器的样品抗蚀剂测量；
图6示出了试验调制盘的一部分，其示出了具有在调制盘的背面上的针孔和包括多个偏振计的X-Y阵列的簇的一个针孔-簇组合的截面视图，其中每个组包括多个偏振图分析器的X-Y阵列；
图7示出了在X-Y行和列阵列中具有多个针孔-簇组合的偏振监视调制盘的自顶向下视图；
图8示出了包括多个偏振计组的阵列的单个簇；
图9A示出了包括多个偏振图分析器的X-Y阵列的一个偏振计，其包括标识调制盘中的偏振计组的位置的记号；
图9B示出了本发明的偏振计组，并与如图2所示的现有技术的偏振计组相比较；
图10A和10B示出了用于二调制盘偏振监视调制盘系统的偏振计组，其中图10A中的偏振计组示出了具有多个SEM对准标记和可选的低剂量对准标记的多个偏振图分析器的X-Y阵列，图10B示出了对应的第二调制盘，该第二调制盘包含标识偏振计组在调制盘中的位置的其他记号；
图11A示出了为离轴照射设计的偏振计组，该离轴照射具有被并入图形中以将衍射图形再次导向光瞳中的4相线性相级数；
图11B示出了以角度
倾斜的图6的偏振计组；
图12示出了偏置掩模特征以说明光与透明基板的蚀刻后的区域的垂直侧壁的电磁相互作用；
图13A示出了低剂量SEM对准标记，其由0和180度相区域构成；以及
图13B示出了如何利用4相线性相光栅的叠加来将图13A的低剂量SEM对准标记调整用于特定的照射角度。
具体实施方式
在描述本发明的优选实施例时，在本文中将参考附图中的图3-13B，其中相似的标号表示本发明的相似特征。
偏振测量，即对光的偏振特性的测量，在许多光学领域中以各种形式存在。典型的偏振计由强度检测器和分析器构成，分析器通常是波片旋光器和起偏器的组合，如图3所示。通过以一系列不同的取向定位旋光器和起偏器并记录允许通过到达检测器的强度，可以推断入射光束的偏振特性。考虑到光学部件的不完美性，通过用一组公知的偏振状态照射该系统来典型地需要对该系统的校准。测得的斯托克斯矢量(Sm)描述了偏振并可由在每个分析器配置处的强度测量结果(以矢量F描述)和校准矩阵(W)确定为
Sm＝W-1F 式1
如图3所示，本发明通过使用一组无铬相移掩模图形作为分析器并使用光致抗蚀剂作为强度检测器而适于该工序。调制盘图内的颜色代表蚀刻到石英基板中的不同深度以实现特定的相移。
图4示例出对于轴上照射而言这些图形之一如何在抗蚀剂中产生偏振依赖性信号。图形将光散射到高角度空间频率，产生仅仅依赖于偏振的局域状态的中心图像强度。对于垂直偏振光，图4的两个正交图形需要用于抗蚀剂的不同剂量值以在图像的中心处透光。当转换成透光区(clear field)强度的百分比时，该透光剂量被视为测量信号。如在图4内的图中，轴上测量灵敏度为每百分比偏振变化的透光区的约0.85％。为了监视倾斜成像线的偏振，将四相线性光栅并入环内。在图5中示出了所产生的抗蚀剂图像和所关注的典型离轴线(σ＝0.8)的测量灵敏度。虽然这些图形更难以制造且遭受更强的电磁效应，但当与轴上监视器相比，该信号仅仅劣化了约35到50％。
这些结果是利用这样的图形的结果，所述图形被设计用于0.93的数值孔径并利用该0.93的数值孔径曝光。通过更高数值孔径工具提供的更大角度空间频率将产生更强的测量信号，但掩模制造变得更难。预期下一代调制盘(其数据尚不可得)上的图形将获得该强度的约1.5倍。
首先参考图6，监视调制盘10的一部分被示出为具有背面12和正面14。所示出的部分具有一个针孔16和对应的簇20，其中该簇具有多个偏振计组18。偏振计组包括监视器，这些监视器被设计为直接测量X和Y分量，并且X-Y对准参考掩模。依赖于被设计为监视的对应的簇的数值孔径，针孔的尺寸变化。
在图7中，调制盘被示出为在X-Y阵列中具有行A-Y以及列-1到-12和1到12。调制盘10在X-Y阵列中包含多个针孔16和对应的簇20。在坐标(V，-7)和(Y，8)处示出了示例性的簇20，并在坐标(V，-3)(这也将是对应的簇的位置)处示出了针孔16。下面将关于偏振计组进一步描述对这些特定的簇和针孔的标识。
如上所述，通过列-12到-1和+1到+12以及行A-Y来规定阵列中的每个簇。此外，通过其NA、在每个监视器中的环数(Nr)、电磁偏置(EMFB)、F值、针孔半径(以μm为单位)、簇半径(以μm为单位)、以及偏振计类型(TE/TM或X/Y)来规定阵列中的每个簇。
现在参考图8，簇20被示出为包含若干个偏振计组18。下面将进一步描述偏振计组。
图9A和9B示出了用于本发明的单个调制盘实施例的偏振计组。偏振计组18包括Y监视器22、X监视器24、45°监视器26和135°监视器28。或者，偏振计可分别由TE监视器、TM监视器、45°监视器和135°监视器构成，如上所述。监视器被设置在每个偏振计组内的X-Y阵列中。用于每个偏振计组阵列的簇的X位置由标号30示出，用于每个偏振计组的阵列簇中的Y位置由标号32示出。簇行A被示出为标号34，且簇列被示出为标号36。为了辅助在典型地为扫描电子显微镜(SEM)的计量工具中对准被印刷的晶片，提供SEM对准标记38和三PSF低剂量对准标记40。使用透光区基准42来测量由照明装置向该特定偏振计提供的总强度。该透光区测量用于使偏振测量归一化并用于计算斯托克斯参数。
图10A和10B示出了本发明的二调制盘系统实施例，其中第一调制盘被标识为标号44，第二调制盘被标识为标号46。在第一调制盘44(图10A)中，偏振计组具有X-Y阵列中的Y监视器22、X监视器24、45°监视器26和135°监视器28。或者，偏振计组可分别由TE监视器、TM监视器、45°监视器和135°监视器的X-Y阵列构成，如上所述。SEM对准标记38、三PSF低剂量对准标记40和透光区基准42同样在第一调制盘44上。
第二调制盘46(图10B)包含用于偏振计组的位置记号：簇行标志34、簇列标志36、每个参数组阵列中的簇中的X位置标志30、每个参数组阵列的簇中的Y位置标志32。在该调制盘上还示出了其他SEM对准标记38。
利用本发明的二调制盘系统的测量包括曝光在晶片上的大剂量矩阵中的图10A所示的第一调制盘和曝光在相同位置中的图10B所示的第二调制盘，但利用单个最优剂量来印刷对准标记。使用SEM来为所关注的每个偏振计监视器确定导致图形的中心使光致抗蚀剂透光的剂量。这被转换成在偏振计内的透光区基准中测量的局域透光区强度的百分比。该强度值被视为测量信号，其可接着被转换成斯托克斯参数。在美国专利7,224,458中描述了将该测量信号转换成斯托克斯参数的数学方法。对试验调制盘的校准很重要，其可以以各种方式实现。一旦校准，为每个偏振计限定一个偏振计测量矩阵(W)。当与该校准矩阵场结合时，将来的测量获得测量的斯托克斯参数。双调制盘系统特别有用，这是因为，在单调制盘系统中，由于检测所有的偏振类型的信号所需的大计量值范围，通常存在不足以印刷标签和SEM对准标记的剂量。
通过多个标志来规定簇中的每个偏振计。X位置标志xp 30表明偏振计组的中心相对于簇中心的以μm为单位的位置。Y位置标志yp 32表明偏振计组的中心相对于簇中心的同样以μm为单位的Y位置。簇内的偏振计组的半径rp也以μm为单位。
在图11A和11B中更详细地描述偏振计组的监视器。参考图11A，额定监视器内的内环的半径被标记为rin，该监视器的半径被标记为rmax。每个外半环的以μm为单位的宽度被标记为w环。P是四相线性相级数的以μm为单位的周期。LPG角是在度数270-180-90-0中的四相级数的取向(其中相蚀刻级数总是指向簇的中心)，如图11B所示。
偏振计中的每个监视器由以下参数规定：
NAm(被设计用于数值孔径，图形尺度的径向部分的掩模尺寸为1/NA)
Nr(分析器中的环数。较多的环在图像的中心中产生较多的溢出区，由此产生对偏振的较大灵敏度。然而，较多的环还意味着对背面针孔的布置的较大灵敏度。)
σr(用于特定偏振计的偏振测量的照射光瞳填充中的目标半径)
(四相光栅的角度，其对应于偏振计相对于簇中心的位置，同样地，对应于被测量的坐标的光瞳填充中的角度)
EMFB(电磁偏置，如下所述)
图形类型(在一个实施例中为TE、TM、45°或135°；在另一个实施例中为X、Y、45°、135°)
如在图11A中规定的，监视器尺寸为如下：
rin＝.85F
rmax＝(Nr+0.35)F
w环＝0.5F
图9B示出了(本发明的)X/Y监视器与图2所示的现有技术的TE/TM监视器之间的差别。图9A、9B、10A和10B没有区分X/Y与TE/TM(它们示出在簇中的0°处，其中X/Y和TE/TM相同)。本发明的设计具有X/Y和TE/TM监视器二者。依赖于实验者的偏好和实际的寻求目的，实验者可以选择任一者。X/Y需要较少的测量，而TE/TM可提供较多的灵活性。由于典型地光刻仅仅依赖于照射偏振的X和Y偏振特性，因此现有技术的监视器(图2)与图9B的监视器之间的差别是重要的。这是因为要印刷的大多数图形在晶片上沿水平或垂直方向取向，对应于这里描述的X和Y方向。具有依赖于X或Y偏振而提供信号的监视器可使所需的测量的数目减少50％。例如，如果需要X偏振分量中的光量，使用TE/TM监视器将需要两次测量(TE和TM监视器的比率，其中该比率依赖于角度
)。然而，利用X和Y监视器仅仅需要一次测量(用于x分量的X以及用于y分量的Y)。典型地仅仅一个分量是绝对必要的。这为实验者提供了一种缩短测量时间并仍获得相当精确的测量的手段。如果需要更精确的测量，则可以使用X监视器和Y监视器二者。TE/TM和X/Y监视器都可被用于试验调制盘设计中以获得最大的实验灵活性。
为了实现更大的分辨率，即，每光瞳填充(每间隔0.0033光瞳坐标而设置)更多的测量，在归一化设计中仅仅使用TE、TM、45°和135°监视器或者X、Y、45°和135°监视器。在现有技术中使用的左和右圆监视器、线性相范围和线性相光栅图形优选不被包括在本发明的偏振设计中。这足以监视S1/S0和S2/S0斯托克斯参数。
本发明的调制盘还可包含具有特殊簇的若干个行，其中各种参数可变化而用于实验目的。这些参数包括圆偏振的图形。在优选实施例中，调制盘的底部三个行可被用于特殊簇。
EMFB是指对偏置掩模特性的需要以考虑光与石英基板中的被蚀刻区域的产生不同相移的垂直侧壁的电磁相互作用。该效应主要与蚀刻的垂直深度有关。在本发明的电磁偏置的设计中，依赖于边缘的蚀刻深度，每个蚀刻区域边界移动一偏置距离。通过模拟通过相移掩模的光的传送而确定用于偏置的边界移动距离X，以便所产生的图像具有希望尺寸的在抗蚀剂上投射的相移区域。在图12中示出了线性级数。当步进为90°时，0°与90°区域之间的边界58朝向较小的蚀刻深度(0°)移动距离X。同样地，90°与180°区域之间的边界60以及180°与270°区域之间的边界62由于每个之间的90°步进而具有相等的增量高度，并因此每个朝向较小的蚀刻深度(分别为90°和180°)移动距离X。另一方面，270°与0°区域之间的边界56具有270°的步进且是90°步进边界58、60、62的高度的三倍，因此那里的边界朝向0°区域(沿相反方向)移动3X。结果，较高相蚀刻区域具有比较低的未蚀刻的0°相区域大的宽度。结果，尽管在掩模上蚀刻后的相区域具有不相同的宽度，由于蚀刻后的垂直侧壁而倾向于更多地传播通过低相区域的穿过掩模的光被以相同的宽度投影在抗蚀剂上。如在本文中描述的，仅仅4相线性相级数需要被偏置。由于偏振信号从环边界最小且附加的边缘会进一步劣化成像，因此监视器环的径向尺寸不接收偏置。
EMFB被施加到在上面以及图11A和11B所述的标称版图设计中的线性相光栅部分。然后以这些偏置尺寸写掩模，其中例如0°区域小于270°区域。在扫描装置中使用时，当光与蚀刻区域之间的边界的垂直侧壁相互作用时，偏置的净作用被用于随后的成像，以便更类似于理想薄掩模复杂函数。最优的EMFB依赖于NA和希望测量的光瞳填充坐标。可以使用严格的电磁建模(典型地有限差分时域模拟)或通过实验确定最优的偏置距离。为了简化设计和版图工艺，典型地全局最优偏置将被选择并应用于所有的相移区域。除了通过模拟优化EMF偏置X值之外，典型地通过模拟确定每个区域的最优相深度。与X值的情况一样，最优深度依赖于特征尺寸而变化。由于典型地利用2个或3个蚀刻步骤写和蚀刻光掩模，全局优化典型地被形成为所关注的监视器内的所有特征当中最好的折衷。
现在参考图13A和13B，三PSF低剂量SEM对准标记被示出为标号40。该对准标记的目的是确保以低剂量值可由SEM印刷识别对准标记特征。这在使用本发明中描述的单调制盘实施例时是重要的，因为典型的偏振监视晶片是利用非常大的剂量值范围曝光的。在特定的剂量阈值之下，所关注的图形可印刷，但对准标记不可印刷。由此，使用该低剂量对准标记，因此即使在低剂量值下也可以使用自动SEM。掩模图形来自成像工具的点扩散函数，其中内圆的半径等于0.6F且为标称的0°蚀刻。外环的宽度为0.5F且为标称的180°蚀刻。环的数目被选择为对应于在该簇内偏振监视器的环的数目。与偏振监视器的情况一样，为具有相同的取向周期的特定照射角度修改图形以提供离轴版本。在可被用作用于SEM的对准的图形识别目标的光致抗蚀剂中，晶片上的图像将为三个孔。
本发明的调制盘能够跨过扫描狭缝在较大数目的位置(优选25个位置或更多)处监视偏振。这与跨过扫描狭缝仅仅测量六个位置的现有技术调制盘形成对比。
本发明的调制盘可被用于0.85到1.35范围的NA值。本发明的调制盘的每个行所具有的监视器具有特别地为0.9、1.0、1.1、1.2或1.3的NA设计的尺寸。然而，可以使用在该范围内的所有NA，即，可以将1.2NA监视器用于1.15到1.25的NA。会需要适当的较准。本发明的调制盘具有被设计用于提供较大的偏振依赖性信号并由此对偏振较敏感的监视器。这些监视器被设计为具有各种不同的半径，由此在制造期间背面针孔未对准时提供不同程度的灵敏度和灵活度。越大的半径提供越多的信号，然而，其对针孔未对准越敏感。为了包容NA的范围，相应地设计每个针孔的尺寸，以便提供具有0.1的有效照射光瞳填充的光芯，通常称为“西格玛(sigma)”。0.1西格玛已被确定为图形偏振灵敏度(越小的西格玛使得灵敏度越高)与所需的扫描装置剂量值(由于越小的针孔会损失越多的光)之间的最优折衷。
虽然已结合特定的优选实施例具体描述了本发明，但很明显，根据上述描述，许多替代、修改和变化对于本领域技术人员是显而易见的。因此，预期所附权利要求将包容落入本发明的真实范围和精神内的所有这样的替代、修改和变化。
由此，已描述了本发明。所要求保护的是：
Claims (36)
1.一种用于光刻扫描装置的偏振监视调制盘(10)，包括：
透明平面基板，其具有正面(14)和背面(12)，在所述背面(12)和正面(14)上都具有不透明层；以及
在所述基板上的针孔(16)-簇(20)组合的X-Y行和列阵列；
其中每个簇(20)包括位于所述基板的所述正面(14)上的所述不透明层中的多个偏振计组(18)的X-Y阵列，其中每个簇(20)邻近在所述基板的所述背面(12)上的所述不透明层中的对应的针孔(16)；
每组偏振计(18)包括在每组内的多个偏振图监视器的X-Y阵列，每个偏振计组内的每个监视器与所述偏振计组的中心相距限定的距离，并且每组偏振计具有记号，所述记号标识簇行、簇列、所述偏振计组的中心相对于簇中心的X位置以及所述偏振计组的中心相对于簇中心的Y位置；并且
当来自光源的照射穿过所述调制盘(10)时，所述监视器依赖于照射的偏振而在图像平面处产生可测量的输出信号。
2.根据权利要求1的调制盘(10)，其中所述偏振计组(18)中的一个或多个包括X或Y偏振监视器(24或22)，当来自光源的照射穿过所述调制盘(10)时，所述X或Y偏振监视器(24或22)依赖于照射的X或Y偏振而在图像平面处产生可测量的输出信号。
3.根据权利要求1的调制盘(10)，其中所述调制盘(10)在所述偏振计组(18)中的一个或多个中包括一个或多个SEM对准标记(38)。
4.根据权利要求1的调制盘(10)，其中所述调制盘(10)在所述偏振计组(18)中的一个或多个中包括低剂量对准标记(40)，所述低剂量对准标记(40)包括在所述照射的低曝光剂量下可被SEM识别的图形。
5.根据权利要求1的调制盘(10)，其中所述调制盘(10)在所述偏振计组(18)中的一个或多个中包括低剂量对准标记(40)，所述低剂量对准标记(40)包括用于所述照射的轴上和离轴光线的在所述照射的低曝光剂量下可被SEM识别的图形。
6.根据权利要求1的调制盘(10)，其中所述调制盘(10)在所述偏振计组(18)中的一个或多个中包括透光区(42)以测量穿过其的所述照射的总强度。
7.根据权利要求1的调制盘(10)，其中所述偏振计组(18)中的所述监视器具有不同的半径以向穿过其的所述照射的偏振提供不同程度的灵敏度。
8.根据权利要求1的调制盘(10)，其中所述背面层(12)上的所述针孔(16)的尺寸依赖于对应的簇(20)被设计监视的数值孔径而变化。
9.一种在光刻扫描期间监视偏振的方法，包括：
提供具有光源和至少0.85的数值孔径的光刻扫描系统；
提供调制盘(10)，所述调制盘(10)包括透明平面基板和在所述基板上的针孔(16)-簇(20)组合的X-Y行和列阵列，所述透明平面基板具有正面(14)和背面(12)，在所述正面(14)和所述背面(12)上都具有不透明层，每个簇(20)包括位于所述基板的所述正面(14)上的所述不透明层中的多个偏振计组(18)的X-Y阵列，其中每个簇(20)邻近在所述基板的所述背面(12)上的所述不透明层中的对应的针孔(16)，每组偏振计(18)包括在每组内的多个偏振图监视器的X-Y阵列，每个偏振计组(18)内的每个监视器与所述偏振计组(18)的中心相距限定的距离，并且每组偏振计(18)具有记号，所述记号标识簇行、簇列、所述偏振计组的中心相对于簇中心的X位置以及所述偏振计组的中心相对于簇中心的Y位置；
使来自所述光源的照射穿过所述调制盘(10)并曝光光致抗蚀剂层，从而所述监视器依赖于照射的偏振产生可测量的输出信号；以及
测量所述光致抗蚀剂层中的所产生的图像，以确定穿过所述调制盘的所述照射的偏振度。
10.根据权利要求9的方法，其中所述偏振计组(18)包括X或Y偏振监视器(24或22)并在所述光致抗蚀剂层处测量穿过所述调制盘的所述照射的X或Y偏振度。
11.根据权利要求9的方法，其中所述偏振计组(18)中的一个或多个包括X或Y偏振监视器(24或22)，当来自光源的照射穿过所述调制盘(10)时，所述X或Y偏振监视器(24或22)依赖于照射的X或Y偏振而在图像平面处产生可测量的输出信号。
12.根据权利要求9的方法，其中所述调制盘(10)在所述偏振计组(18)中的一个或多个中包括一个或多个SEM对准标记(38)。
13.根据权利要求9的方法，其中所述调制盘(10)在所述偏振计组(18)中的一个或多个中包括低剂量对准标记(40)，所述低剂量对准标记(40)包括在所述照射的低曝光剂量下可被SEM识别的图形。
14.根据权利要求9的方法，其中所述调制盘(10)在所述偏振计组(18)中的一个或多个中包括低剂量对准标记(40)，所述低剂量对准标记(40)包括用于所述照射的轴上和离轴光线的在所述照射的低曝光剂量下可被SEM识别的图形。
15.根据权利要求9的方法，其中所述调制盘(10)在所述偏振计组(18)中的一个或多个中包括透光区(42)以测量穿过其的所述照射的总强度。
16.根据权利要求9的方法，其中所述偏振计组(18)中的所述监视器具有不同的半径以向穿过其的所述照射的偏振提供不同程度的灵敏度。
17.根据权利要求9的方法，其中所述背面层(12)上的所述针孔(16)的尺寸依赖于对应的簇(20)被设计监视的数值孔径而变化。
18.一种用于光刻扫描装置的偏振监视调制盘组，包括：
第一调制盘(44)，其包括：
第一透明平面基板，其具有正面(14)和背面(12)，在所述背面(12)和正面(14)上都具有不透明层；
在所述第一基板上的针孔(16)-簇(20)组合的X-Y行和列阵列；
所述第一基板上的每个簇包括位于所述第一基板的所述正面(14)上的所述不透明层中的多个偏振计组(18)的X-Y阵列，其中每个簇(20)邻近在所述第一基板的所述背面(12)上的所述不透明层中的对应的针孔(16)；
所述第一基板上的每组偏振计(18)包括在每组内的多个偏振图监视器(22，24，26和28)的X-Y阵列，每个偏振计组内的每个监视器与所述偏振计组的中心相距限定的距离，
当来自光源的照射穿过所述调制盘时，所述第一基板上的所述监视器(22，24，26和28)依赖于照射的偏振而在图像平面处产生可测量的输出信号；以及
第二调制盘(46)，其包括：
第二透明平面基板，其具有正面(14)和背面(12)，在所述正面(14)上具有不透明层；
在所述第二基板上的簇(20)的X-Y行和列阵列，其对应于在所述第一基板上的针孔(16)-簇(20)组合；
所述第二基板上的每个簇(20)包括位于所述第二基板的所述正面(14)上的位置记号的X-Y阵列，其中每个簇(20)邻近所述第一基板上的对应偏振计组(18)并包括记号，所述记号标识簇行、簇列、所述偏振计组的中心相对于簇中心的X位置以及所述偏振计组的中心相对于簇中心的Y位置。
19.根据权利要求18的调制盘，其中所述偏振计组(18)中的一个或多个包括X或Y偏振监视器(24或22)，当来自光源的照射穿过所述调制盘时，所述X或Y偏振监视器(24或22)依赖于照射的X或Y偏振而在图像平面处产生可测量的输出信号。
20.根据权利要求18的调制盘，其中所述第一调制盘(44)和第二调制盘(46)在所述偏振计组(18)中的一个或多个中包括一个或多个SEM对准标记(38)。
21.根据权利要求18的调制盘，其中所述第一调制盘(44)在所述偏振计组(18)中的一个或多个中包括低剂量对准标记(40)，所述低剂量对准标记(40)包括在所述照射的低曝光剂量下可被SEM识别的图形。
22.根据权利要求18的调制盘，其中所述第一调制盘(44)在所述偏振计组(18)中的一个或多个中包括低剂量对准标记(40)，所述低剂量对准标记(40)包括用于所述照射的轴上和离轴光线的在所述照射的低曝光剂量下可被SEM识别的图形。
23.根据权利要求18的调制盘，其中所述第一调制盘(44)在所述偏振计组(18)中的一个或多个中包括透光区(42)以测量穿过其的所述照射的总强度。
24.根据权利要求18的调制盘，其中所述偏振计组(18)中的所述监视器具有不同的半径以向穿过其的所述照射的偏振提供不同程度的灵敏度。
25.根据权利要求18的调制盘，其中所述背面层(12)上的所述针孔(16)的尺寸依赖于对应的簇(20)被设计监视的数值孔径而变化。
26.一种在光刻扫描期间监视偏振的方法，包括：
提供具有光源和至少0.85的数值孔径的光刻扫描系统；
提供第一调制盘(44)，所述第一调制盘(44)包括第一透明平面基板和在所述第一基板上的针孔(16)-簇(20)组合的X-Y行和列阵列，所述第一透明平面基板具有正面(14)和背面(12)，在所述正面(14)和背面(12)上都具有不透明层，所述第一基板上的每个簇(20)包括位于所述第一基板的所述正面(14)上的多个偏振计组(18)的X-Y阵列，其中每个簇(20)邻近在所述第一基板的所述背面(12)上的所述不透明层中的对应的针孔(16)，所述第一基板上的每组偏振计(18)包括在每组内的多个偏振图监视器(22，24，26和28)的X-Y阵列，每个偏振计组内的每个监视器与所述偏振计组的中心相距限定的距离，
使来自光源的照射穿过所述第一调制盘(44)并曝光光致抗蚀剂层，从而所述监视器依赖于照射的偏振而产生可测量的输出信号；
以每个位置处不同的照射剂量在不同的位置处重复对所述光致抗蚀剂层的曝光；
提供第二调制盘(46)，所述第二调制盘包括第二透明平面基板和在所述第二基板上的对应于所述第一基板上的所述针孔(16)-簇(20)组合的簇(20)的X-Y行和列阵列，所述第二透明平面基板具有正面(14)和背面(12)，在所述正面(14)上具有不透明层，所述第二基板上的每个簇(20)包括位于所述第二基板的所述正面(14)上的位置记号的X-Y阵列，其中每个簇(20)邻近所述第一基板上的对应偏振计组(18)并包括记号，所述记号标识簇行、簇列、所述偏振计组的中心相对于簇中心的X位置以及所述偏振计组的中心相对于簇中心的Y位置；
使来自所述光源的照射穿过所述第二调制盘(46)并在与所述第一调制盘(44)相同的位置处以每个位置处相同的照射剂量曝光所述光致抗蚀剂层；
在所述光致抗蚀剂上测量穿过所述调制盘的照射的偏振度。
27.根据权利要求26的方法，其中所述偏振计组(18)中的一个或多个包括X或Y偏振监视器(24或22)，当来自光源的照射穿过所述调制盘时，所述X或Y偏振监视器(24或22)依赖于照射的X或Y偏振而在图像平面处产生可测量的输出信号。
28.根据权利要求26的方法，其中所述第一调制盘(44)和第二调制盘(46)在所述偏振计组(18)中的一个或多个中包括一个或多个SEM对准标记(38)。
29.根据权利要求26的方法，其中所述第一调制盘(44)在所述偏振计组(18)中的一个或多个中包括低剂量对准标记(40)，所述低剂量对准标记(40)包括在所述照射的低曝光剂量下可被SEM识别的图形。
30.根据权利要求26的方法，其中所述第一调制盘(44)在所述偏振计组(18)中的一个或多个中包括低剂量对准标记(40)，所述低剂量对准标记(40)包括用于所述照射的轴上和离轴光线的在所述照射的低曝光剂量下可被SEM识别的图形。
31.根据权利要求26的方法，其中所述第一调制盘(44)在所述偏振计组(18)中的一个或多个中包括透光区(42)以测量穿过其的所述照射的总强度。
32.根据权利要求26的方法，其中所述偏振计组(18)中的所述监视器具有不同的半径以向穿过其的所述照射的偏振提供不同程度的灵敏度。
33.根据权利要求26的方法，其中所述背面层(12)上的所述针孔(16)的尺寸依赖于对应的簇(20)被设计监视的数值孔径而变化。
34.一种在用于光刻扫描装置的掩模中设计相移区域的方法，包括：
提供对掩模的相移区域的设计，所述掩模具有与将穿过调制盘投影到光致抗蚀剂层上的光的相移区域的相对宽度对应的相对宽度的邻近的0°、90°、180°或270°相移区域，所述相移区域被所述掩模中的垂直边界分隔；
确定使所述掩模中的所述垂直边界在90°相差的区域之间移动所需的平均偏置距离X，以在所述光致抗蚀剂层上产生所需宽度的相移光；
通过使每个边界在相移区域之间朝向较低相区域移动一距离D而使所述设计偏置：
D＝X·(PD/90)
其中PD为在所述边界的任一侧的相移区域之间的相差；以及
产生具有所述相移区域的所述偏置的设计的掩模。
35.根据权利要求34的方法，其中所述相移区域包括线性相级数。
36.根据权利要求34的方法，其中所述掩模具有多个邻近的0°、90°、180°和270°相移区域，并且其中所述平均偏置距离基于用于所有相移区域的最优偏置。
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