CN105988307B - 用于预估曝光工艺的焦点和剂量的方法和装置 - Google Patents

用于预估曝光工艺的焦点和剂量的方法和装置 Download PDF

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Abstract

半导体制造中的结构至少包括第一周期性的非对称的部件和第二周期性的非对称的部件。第一部件包含多个周期性分布的第一元件。第一部件具有第一非对称的轮廓，使得当第一部件旋转180度时，第一部件不再具有相同的第一非对称的轮廓。第二部件包含多个周期性分布的第二元件。第二部件具有第二非对称的轮廓，使得当第二部件旋转180度时，第二部件不再具有相同的第二非对称的轮廓。第二非对称的轮廓不同于第一非对称的轮廓。本发明的实施例还涉及用于预估曝光工艺的焦点和剂量的方法和装置。

Description

用于预估曝光工艺的焦点和剂量的方法和装置
相关申请的交叉引用
本申请是于2015年3月16日提交的名称为“METHOD AND APPARATUS FORESTIMATING FOCUS AND DOSE OF AN EXPOSURE PROCESS”的美国临时专利申请第62/133,720号的发明专利申请，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及用于预估曝光工艺的焦点和剂量的方法和装置。
背景技术
半导体集成电路(IC)工业已经经历了快速增长。IC材料和设计中的技术进步已经产生了多代IC，其中，每一代IC都比前一代IC具有更小和更复杂的电路。然而，这些进步已经增大了处理和制造IC的复杂度，并且对于这些将被实现的进步，需要IC处理和制造中的类似开发。在集成电路演化的过程中，功能密度(即，每芯片面积的互连器件的数量)普遍增大，而几何尺寸(即，可以使用制造工艺产生的最小组件(或线))减小。
随着半导体器件的尺寸不断缩小，可能期望确定用于光刻工艺中的光刻装置的焦点和/或剂量。例如，与曝光工艺相关的焦点和剂量可以影响形成在衬底上的光刻胶图案的形状和/或尺寸。遗憾地是，现有的方法和装置通常不能提供曝光工艺的实际焦点和剂量的准确预估。
因此，虽然确定曝光工艺的焦点和/或剂量的现有的方法已经普遍地满足它们预定的目标，但是它们还不能完全地满足各个方面。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，根据本发明的一些实施例提供了一种半导体制造中的结构，包括：第一部件，包含多个周期性分布的第一元件，其中，所述第一部件具有第一非对称的轮廓，使得当所述第一部件旋转180度时，所述第一部件不再具有相同的所述第一非对称的轮廓；以及第二部件，包含多个周期性分布的第二元件，其中，所述第二部件具有第二非对称的轮廓，使得当所述第二部件旋转180度时，所述第二部件不再具有相同的所述第二非对称的轮廓，并且所述第二非对称的轮廓不同于所述第一非对称的轮廓。
根据本发明的另一些实施例，提供了一种方法，包括：接收晶圆，结构形成在所述晶圆上方，其中，所述结构包含：第一部件，包含多个周期性分布的第一元件，其中，所述第一部件具有第一非对称的轮廓，使得当所述第一部件旋转180度时，所述第一部件不再具有相同的所述第一非对称的轮廓；以及第二部件，包含多个周期性分布的第二元件，其中，所述第二部件具有第二非对称的轮廓，使得当所述第二部件旋转180度时，所述第二部件不再具有相同的所述第二非对称的轮廓，并且所述第二非对称的轮廓不同于所述第一非对称的轮廓；从第一侧向着所述结构投射光；其后测量+1级衍射光强度(I+1)；从与所述第一侧相对的第二侧向着所述结构投射光；其后测量-1级衍射光强度(I-1)；以及至少部分地基于测量的所述I+1和I-1，建立使曝光工艺的焦点和剂量与非对称性和平均强度相关联的模型，其中，非对称性＝I+1-I-1，并且平均强度＝(I+1+I-1)/2。
根据本发明的又一些实施例，提供了一种半导体制造系统，包括：晶圆，光刻胶结构形成在所述晶圆上方，其中，所述光刻胶结构包含：第一部件，包含多个周期性分布的第一元件，其中，所述第一部件具有第一非对称的轮廓，使得当所述第一部件旋转180度时，所述第一部件不再具有相同的所述第一非对称的轮廓；以及第二部件，包括多个周期性分布的第二元件，其中，所述第二部件具有第二非对称的轮廓，使得当所述第二部件旋转180度时，所述第二部件不再具有相同的所述第二非对称的轮廓，并且其中，所述第二非对称的轮廓不同于所述第一非对称的轮廓；光学测量工具，配置为：响应于从第一侧向着所述光刻胶结构投射的第一入射光，测量+1级衍射光强度(I+1)；以及响应于从第二侧向着所述光刻胶结构投射的第二入射光，测量-1级衍射光强度(I-1)；以及一个或多个电子处理器，配置为至少部分地基于所述测量的I+1和I-1，建立使曝光工艺的焦点和剂量与非对称性和平均强度相关联的模型，其中，非对称性＝I+1-I-1，并且平均强度＝(I+1+I-1)/2。
附图说明
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
图1是根据本发明的一些实施例的多个示例的周期性的非对称的部件的示意性顶视图。
图2至图3是根据本发明的一些实施例的含有至少两个周期性的非对称的部件的结构的示意性顶视图。
图4A至图4B是根据本发明的一些实施例的配置为从与图2至图3的结构相似的结构中提取有关衍射光的非对称性和平均强度的信息的系统的简化示意图。
图5至图6是根据本发明的一些实施例真实地示出了在部分晶圆上通过光学测量工具测量的非对称性数据和平均强度数据的图像和图表以分别用于第一周期性的非对称的部件和第二周期性的非对称的部件。
图7提供了根据本发明的一些实施例的基于从周期性的非对称的部件测量的非对称性和平均强度数据，对用于曝光工艺的剂量和焦点生成预估的工艺的图解说明。
图8是根据本发明一些实施例示出的基于从周期性的非对称的部件测量的非对称性和平均强度数据，对用于曝光工艺的剂量和焦点生成预估的方法的流程图。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实体。下面描述了组件和布置的具体实体以简化本发明。当然，这些仅仅是实体，而不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实体中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
而且，为便于描述，在此可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作相应的解释。应该理解，可以在方法之前、期间和之后提供额外的操作，并且对于方法的其他实施例，可以替换或消除一些描述的操作。
光刻胶材料的曝光是用于制造半导体器件的光刻工艺的一部分。曝光工艺的焦点和/或剂量的变化可以影响由于光刻工艺形成的光刻胶图案。随着半导体器件的尺寸不断缩小，即使光刻图案的微小变化，可能对最终的半导体器件产生有害的影响。因此，可能期望确定与曝光工艺有关的焦点和剂量信息，从而可以检测到并且校正曝光工艺的焦点和剂量的意外偏离。
遗憾地是，现有的方法和装置还不能够提供可靠的途径以确定曝光工艺的焦点和剂量。一些现有的方法能够提供曝光工艺的焦点的粗略预估，但是不能充分地预估来自剂量的串扰。结果，焦点的估测精确度不高。这些传统的方法也可以具有严格的制造要求(例如，它们可以要求亚分辨率部件)。
为了克服这些与用于确定曝光工艺的焦点和剂量的现有方法有关的缺陷，本发明提供了用于确定焦点和剂量的新方法和新装置。在一些实施例中，本发明通过使用包括两个或多个周期性的非对称的部件的结构建立了数学模型。模型描述了非对称的部件的非对称性和平均强度与用于形成非对称的部件的焦点和剂量的关系。使用该模型，可以通过测量产生的晶圆上的非对称的部件的非对称性和平均强度数据来预估曝光工艺的焦点和剂量数据。本发明的各个方面将参照图1至图8在下文中进行更详细的讨论。
图1示出了根据本发明的实施例的几个示例性周期性的非对称的部件50A至部件53A的示意性顶视图。部件50A至部件53A是非对称的，使得如果使它们旋转180度，产生的旋转的部件50B至部件53B将看起来显著不同。例如，旋转的部件50B看起来与部件50A显著不同，旋转的部件51B看起来与部件51A显著不同，旋转的部件52B看起来与部件52A显著不同，以及旋转的部件53B看起来与部件53A显著不同。另外一种描述部件50A至部件53A的非对称性的方式是每个部件的部件轮廓(例如，它的组件的几何结构和形状)不同于它的从左侧至右侧的反向轮廓(例如，横跨X轴翻转)。
非对称的部件50A至非对称的部件53A中的每个分别地包含多个子部件或元件。例如，部件50A包含元件60至元件63，部件51A包含元件70至元件75，部件52A包含元件80至元件83，以及部件53A包含元件90至元件91。在部件50A至部件53A的每个中，相应的元件具有周期性分布(例如，横跨有规律的距离间隔分布)。例如，元件60和元件61基本上分别与元件62和元件63相似。将元件60和元件62分离开的距离(沿着X轴测量)也基本上与将元件61和元件63分离开的距离相同。换句话说，元件62至元件63可以视为位于从元件60至元件61远离预定距离处的元件60至元件61的复制件。同样地，部件50A的元件60至元件63是沿着X轴横跨有规律的间隔分布(即，间隔是元件60和元件62之间的距离，或者是元件61和元件63之间的距离)。
类似地，部件51A包括元件70至元件75。元件70至元件75成形为伸长的矩形，但是元件70和元件73的横向尺寸(沿着X轴测量)宽于元件71至元件72和元件74至元件75的横向尺寸。元件73至元件75可以视为位于从元件70至元件72远离预定距离处的元件70至元件72的复制件。同样地，可以说部件51A的元件70至元件75是沿着X轴横跨有规律的间距分布(即，间隔是元件70和元件73之间的距离)。
部件52A包含伸长的元件80和元件82以及分别地邻近伸长的元件80和元件82分布的多个较小的元件81和元件83。元件82至元件83可以视为位于从元件80至元件81远离预定距离处的元件80至元件81的复制件。部件53A包含不规则形状的元件90和元件91，元件90和元件91的形状和几何结构基本上彼此相似。因此，元件91可以视为位于从元件90远离预定距离处的元件90的复制件。
在图1中示出的部件50A至部件53A的每个中，为了说明的目的，它们相应的元件沿着(或者相对于)X轴周期性地分布。但是，部件50A至部件53A的元件可以沿着不同于X轴的另一个轴周期性地分布，例如，沿着垂直于X轴的Y轴，或者甚至沿着既不与X轴也不与Y轴平行的另一个轴。为了简单的原因，在图1中不明确地示出。
不论部件50A至部件53A的元件如何周期性分布，当光从不同(或相对)的侧面投射时，这些周期性的非对称的部件50A至部件53A中的每个会导致不同的衍射强度。当曝光工艺中的焦点或剂量改变时，部件50A至部件53A的非对称的轮廓也将改变，可以通过衍射强度测量部件50A至部件53A的非对称的轮廓。参考图4A至图4B和图5至图7，将在下文中更详细地讨论。也应该理解，在一些实施例中，部件50A至部件53A均不包含亚分辨率部件(或者亚分辨率辅助部件)。换句话说，元件60至元件63，元件70至元件75，元件80至元件83，以及元件90至元件91不是亚分辨率部件。
图2是根据实施例的包含多个(例如，至少两个)周期性的非对称的部件的结构100的示意性顶视图。例如，图2中示出的结构100包含四个非对称的部件50A、部件51A、部件52A以及部件53A。在图2中，非对称的部件50A位于结构100的右上角，非对称的部件51A位于结构100的左上角，非对称的部件52A位于结构100的左下角，以及非对称的部件53A位于结构100的右下角。
应该理解，在结构100中，部件50A至部件53A也可以旋转。例如，在结构100中，部件50A和部件52A旋转90度(与图1中所示的它们的定向比较)。换句话说，在结构100内的部件50A和部件52A中的元件沿着Y轴周期性分布，而在结构100内的部件51A和部件53A中的元件沿着X轴周期性分布。
图3是根据实施例的包含多个(例如，至少两个)周期性的非对称的部件的结构110的示意性顶视图。图3中示出的结构110包含两个部件，部件50A和部件51A，而不是如结构100中的四个部件，部件50A至部件53A。结构110中的部件50A至部件51A具有沿着X轴周期性分布的元件，但是应该理解，在可选实施例中，部件50A至部件51A中的任何一个(或两个)可以旋转90度，使得它们的元件沿着Y轴周期性分布。
应该理解，图2至图3所示的结构100和结构110仅是包含两个或多个周期性的非对称的部件的示例性的结构。在其他实施例中，该结构可以包括不同数量的周期性的非对称的部件(只要它是至少两个)，并且非对称的部件可以具有不同于示例性的部件50A至部件53A的设计，和/或可以旋转不同于图1所示的定向。
图4A至图4B是根据本发明的实施例的用于从包含多个周期性的非对称的部件的结构测量非对称性和平均强度信息的系统的图解说明。在图4A和图4B两个图中，示出了包含多个(例如，至少两个)周期性的非对称的部件的结构200的截面图。结构200可以是图2的结构100的实施例，或者可以是图3的结构110的实施例，或者可以包括多个周期性的非对称的部件的另一个合适的布置。在示出的实施例中，结构200是光刻胶结构，意味着已经图案化光刻胶材料(部分地通过曝光工艺)以在晶圆上形成结构200。
在图4A中，入射光从结构200的左侧向结构200投射。入射光以角210(入射光与结构200所在的水平面之间测量的)向着结构200投射。角210大于0度但是小于90度，例如，在一些实施例中，在5度和85度之间。如图4A中所示，响应于入射光，将产生至少0级衍射光和+1级衍射光。下文可以用I+1表示+1st级衍射光。可以通过光学测量工具250测量或检测0级衍射光和+1级衍射光。在一些实施例中，光学测量工具250包括散射测量机。在一些其他实施例中，光学测量工具250包括衍射测量机。应该理解，在一些实施例中，光学测量工具250也可以配置为提供入射光。
在图4B中，入射光从结构200的右侧向着结构200投射。在此处所示的实施例中，结构200的左侧和右侧是相对于内部的部件的非对称性限定的。例如，如果结构200内的部件是从第一侧至与第一侧相对的第二侧非对称，那么此处的第一侧可以是左侧，并且第二侧可以是右侧。与图4A中的情况相似，图4B中的入射光也以角211(入射光与结构200所在的水平面之间测量的)向着结构200投射。角210大于0度但是小于90度，例如，在一些实施例中，介于5度和85度之间。在一些实施例中，角210和角211彼此相等。如图4B中所示，响应于入射光，将产生至少0级衍射光和-1级衍射光。下文可以用I-1表示-1st级衍射光。可以再次通过光学测量工具250测量或检测0级衍射光和-1级衍射光，如上讨论的，光学测量工具250可以包括散射测量机或衍射测量机。
应该理解，在一些实施例中，对结构200中的所有非对称的部件可以共同地并且同时地实施入射光的投射以及I+1衍射光和I-1衍射光的相应的光学测量。在其他实施例中，对结构200中的非对称的部件的每个可以单独地实施入射光的投射以及I+1衍射光和I-1衍射光的相应的光学测量。在任何情况下，基于采集的I+1和I-1数据，相对于曝光工艺的焦点和剂量的非对称性和平均强度信息可以定义如下：
非对称性＝I+1-I-1
应该理解，在各个实施例中，此处讨论的光强度(或它们的和或差)可以规范为参考光强度。该参考光强度可以是入射光强度或全反射光强度，或平均光强度的部分。在任何情况下，测量的非对称性和平均强度数据被发送至包含一个或多个电子处理器的计算机280。一个或多个电子处理器分析测量的非对称性和平均强度数据以建立可以用于预测或预估曝光工艺中的焦点和剂量的模型，如下文更详细的讨论。
图5至图6图解说明了模型建立的方式。在图5中，图像300图解说明了在晶圆上，通过用于结构200的第一非对称的部件(例如，在图5中表示为“部件1”)的光学测量工具250测量的非对称性数据(I+1-I-1)。图像301图解说明了在相同的晶圆上，通过用于结构200的第一非对称的部件的光学测量工具250测量的平均强度数据(I+1+I-1)/2。
在图5中示出的晶圆包括多个场(例如，多于50或60个场)。每个场包含结构200的多个实体(例如，每个场包含结构的约30至60个实体)。结构200的每个实体(或复制件)基本上与结构200的同一个场中的其他实体相同。为了简单，在下文中，结构200的实体可以简单地称为结构200。
场由不同的焦点和剂量条件的扩散而形成。换句话说，不同场中的结构200由不同的焦点和/或剂量条件形成。例如，在场1中的结构200可以由F1焦点和E1剂量形成，并且在场2中的结构200可以由F2焦点和E2剂量形成，以及在场3中的结构200可以由F3焦点和E3剂量形成等，其中，F1≠F2≠F3，以及E1≠E2≠E3。同样地，与图5(以及与下面讨论的图6)相关的晶圆可以称为扩散晶圆。应该理解，图像300至图像301可以对应于扩散晶圆的部分说明以及可能未示出扩散晶圆的所有场。
由于用于在不同的场中形成结构200的曝光工艺的不同条件(即，剂量和焦点)，在一个场中的结构200可以与在不同场中的结构200有物理变化。这些物理变化可以通过上面讨论的非对称性和平均强度体现。例如，在图5中，在图像300至图像301中的场的颜色分别对应非对称性和平均强度的数量。颜色越暖(即，更接近红色)，非对称性和平均强度越大。颜色越冷(即，更接近蓝色)，非对称性和平均强度越小。如图5所示，在晶圆上不同的场具有不同的非对称性和平均强度值。
包含在图像300和图像301中的非对称性和平均强度信息也可以分别转化成图5中所示的图表320和图表321。对于图表320，X轴代表用于在扩散晶圆上形成结构200的部件1的曝光工艺的焦点，以及Y轴代表扩散晶圆上的结构200的部件1的测量的非对称性。对于图表321，X轴代表用于在扩散晶圆上形成结构200的部件1的曝光工艺的焦点，以及Y轴代表扩散晶圆上的结构200的部件1的测量的平均强度。图表320和图表321中的各个曲线或曲线图350和绘图351对应于用于形成部件1的曝光工艺的不同剂量。
同样地，图6包含图像400和图像401，其图解说明了在包含具有不同曝光扩散(即，不同的剂量和/或焦点)的多个场的相同扩散晶圆上，通过用于结构200的第二非对称的部件(例如，在图6中用“部件2”表示)的光学测量工具250测量的非对称性数据(I+1-I-1)和平均强度数据(I+1+I-1)/2。部件1和部件2对应于结构200中的两个不同部件。包含在图像400和图像401中的非对称性和平均强度信息也可以分别转化为图6中所示的图表420和图表421。此外，X轴代表用于在扩散晶圆上形成结构200的部件2的曝光工艺的焦点，图表420的Y轴代表扩散晶圆上的结构200的部件2的测量的非对称性，以及图表421的Y轴代表扩散晶圆上的结构200的部件2的测量的平均强度。图表420和图表421中的各个曲线或曲线图450和绘图451对应于用于形成部件1的曝光工艺的不同剂量。
在图表320和图表321以及图表420和图表421的基础上，可以建立下面的数学方程式或模型：
非对称性或平均强度或I+1或I-1＝∑∑aij(E-E0)i·(F-F0)j
在上面的方程式中，E代表曝光工艺的实际剂量，F代表曝光工艺的实际焦点，E0代表曝光工艺的目标剂量，F0代表曝光工艺的目标焦点以及aij代表焦点和剂量多项式项数的模型参数。使用包含在图表320和图表321以及图表420和图表421中的数据，例如，通过两个方程式解出两个变量，可以计算aij。aij帮助描述结构(包含多个非对称的部件)的非对称性和平均强度数据与用于形成结构的曝光工艺的焦点和剂量之间的数学关系。换句话说，给定用于结构的非对称的部件的非对称性和平均强度数据的测量数据，可以预测和预估用于形成该结构的曝光工艺的实际焦点和剂量信息。这由图7图解说明。
参考图7，其中所示的各个图像关于规则的生产晶圆，下文中称为生产晶圆。生产晶圆也可以包括多个场，每个场可以包含上述结构200的一个或多个实体。但是，不同于结合图5至图6的上述的扩散晶圆，生产晶圆中的场不由如在扩散晶圆中的不同的剂量和/或焦点形成(至少不是故意地)。换句话说，生产晶圆的场旨在由更为一致的剂量和/或焦点形成。例如，目标剂量可以是E0以及目标焦点可以是F0。但是，曝光工艺的实际剂量和焦点可能不容易知晓并且可能与目标剂量E0和目标焦点F0偏移或偏离。实际剂量和焦点与它们的目标值的偏移或偏离可以导致制造问题，诸如产量减小或器件性能不合格。
根据本发明的各个方面，上面讨论的模型允许“事后”预测曝光工艺的实际剂量和焦点值。例如，图像500和图像501对应于整个生产晶圆的部件1的非对称性和平均强度数据，以及图像510和图像511对应于整个生产晶圆的部件2的非对称性和平均强度数据。换句话说，对于生产晶圆上的每个部件1或部件2，可以提取其非对称性值和平均强度值。仍如上所述，多项式aij已经被确认为模型的部分。因此，在步骤550中，用于部件1和部件2(AS1＝部件1的非对称性，MI1＝部件1的平均强度，AS2＝部件2的非对称性，MI2＝部件2的平均强度)的非对称性值和平均强度值插入至上述模型(或方程式)中，并且可以解出实际剂量(E)和实际焦点(F)。换句话说，在已经实施曝光工艺之后，模型允许预测曝光工艺的实际剂量数据和实际焦点数据。图像570和图像571中分别图解说明了整个生产晶圆的预测的剂量信息和焦点信息。
能够准确地预测实际剂量信息和实际焦点信息是有益处的。例如，它允许更好地监测曝光工艺。剂量和焦点的实际值可以与目标剂量和目标焦点比较，并且可以检测实际值与目标值的偏离。如果偏离超过可接受的水平，那么为了维护可以使光刻设备离线。可选地，可以调整光刻设备的设置以解释(或抵消)后续生产晶圆的偏离。
此处建立的模型也可以用作质量指标。更详细地，可以使用焦点和剂量的测量数据确定模型拟合误差。例如，一旦已经建立起信任模型(描述焦点/剂量和非对称性/平均强度之间的关系)，可以通过测量的焦点/剂量数据的特定集合生成“新模型”。“新模型”可以与信任模型比较以视新模型的拟合程度。如果两个模型匹配比较好(即，模型拟合误差较低)，那么质量指标较高，意味着剂量和焦点的测量可信度高。另一方面，如果新模型与信任模型不拟合(即，模型拟合误差较高)，那么质量指标较低，并且不能信任剂量和焦点的测量。
图8是根据本发明的一些实施例基于从周期性的非对称的部件测量的非对称性和平均强度数据，对用于曝光工艺的剂量和焦点生成预估的方法800的流程图。
方法800包括接收晶圆的步骤810，在晶圆上方形成结构。该结构至少包含第一部件和第二部件。第一部件包含多个周期性分布的第一元件。第一部件具有第一非对称的轮廓，使得当第一部件旋转180度时，第一部件不再具有相同的第一非对称的轮廓。第二部件包含多个周期性分布的第二元件。第二部件具有第二非对称的轮廓，使得当第二部件旋转180度时，第二部件不再具有相同的第二非对称的轮廓。第二非对称的轮廓与第一非对称的轮廓不同。在一些实施例中，第一元件和第二元件均不是亚分辨率辅助部件。
在一些实施例中，晶圆包括多个场，每个场包含结构的一个或多个实体。不同场中的结构由曝光工艺中的不同的焦点或不同的剂量形成，从而导致每个场中的结构的实体与其他场中的结构的实体具有物理变化。在一些实施例中，结构包括图案化的光刻胶材料。
方法800包括从第一侧(例如，从左侧)向着结构投射光的步骤820。
方法800包括响应于根据步骤820向着结构投射的光，测量+1级衍射光强度(I+1)的步骤830。
方法800包括从与第一侧相对的第二侧(例如，从右侧)向着结构投射光的步骤840。
方法800包括响应于根据步骤840向着结构投射的光，测量-1级衍射光强度(I-1)的步骤850。
方法800包括至少部分地基于步骤830和步骤850中的测量的I+1和I-1，建立曝光工艺的焦点和计量与非对称性和平均强度相关的模型的步骤860，其中，非对称性＝(I+1-I-1)，以及平均强度＝(I+1+I-1)/2。
方法800包括接收附加的晶圆的步骤870，附加的晶圆包含结构的附加的实体。
方法800包括从结构的附加的实体中提取非对称性信息和平均强度信息的步骤880。
方法800包括基于提取的非对称性信息和平均强度信息，预估用于曝光工艺的实际剂量和实际焦点以形成结构的附加的实体的步骤890。
在一些实施例中，第一部件相对于第一轴周期性分布，以及第一侧和第二侧沿着第一轴展开。相对于第一部件实施步骤820至步骤850。在第二部件也相对于第一轴周期性分布的实施例中，方法800还包括为第二部件重复步骤820至步骤850。在第二部件相对于不同于第一轴的第二轴周期性分布的实施例中，除了从沿着第二轴展开的相对的第三侧和第四侧投射光，方法800还包括为第二部件重复步骤820至步骤850。在任何情况下，以与第一部件相关的非对称性和平均强度和与第二部件相关的非对称性和平均强度为基础，实施建立模型的步骤890。
应该理解，可以在方法800的步骤810至步骤850之前、期间或之后实施额外的工艺。例如，方法800可以包括监测预估的实际剂量和实际焦点与目标剂量和目标焦点的偏离的步骤，以及对用于实施曝光工艺的光刻设备实施维护的额外的步骤。为了简单，这些额外的步骤不在本文中详细的讨论。
基于上述讨论，可见本发明提供优于常规方法的益处。但是，应该理解，其他实施例可以提供额外的益处，并且不是所有的益处都需要公开于此，以及没有特别的益处对于所有的实施例都是必需的。一个益处是在结构中通过使用两个以上的周期性非对称的部件以建立上述的模型，可以准确地预测焦点和剂量。相比之下，之前的方法可能仅能够预估焦点，而由于串扰不能或至少不能很好地预估剂量。另一个益处是与某些常规的方法不同，此处讨论的结构中的非对称的部件不需要亚分辨率辅助部件。这放宽了制造要求。非对称的部件也可以具有不用于某些常规方法的弹性设计。此外，上述的结构(包括非对称的部件)不要求任何特别的底层材料或布置。另一个益处是在生产期间，通过准确地预估用于曝光工艺的实际剂量和实际焦点，可以监测曝光工艺参数(例如，焦点和剂量)以及可以采取行动以校正从目标剂量值或目标焦点值的实际剂量或焦点的不可接受的偏离。例如，当偏离过度时，为了维护，可以使曝光设备离线。可选地，可以调整设备以抵消偏离。另一个益处是上述的模型可以通过确定模型拟合误差而用作质量指标。质量指标将指示测量的可信任程度。
本发明的一个实施例与半导体制造中的结构有关。该结构包括第一部件，第一部件包含多个周期性分布的第一元件。第一部件具有第一非对称的轮廓，从而当第一部件旋转180度时，第一部件不再具有相同的第一非对称的轮廓。结构还包括第二部件，第二部件包含多个周期性分布的第二元件。第二部件具有第二非对称的轮廓，使得当第二部件旋转180度时，第二部件不再具有相同的第二非对称的轮廓。第二非对称的轮廓与第一非对称的轮廓不同。
本发明的另一实施例关于基于从周期性的非对称的部件测量的非对称性数据和平均强度数据，对用于曝光工艺的剂量和焦点生成预估的方法。接收晶圆。设置在晶圆上方的结构包含第一部件和第二部件。第一部件包含多个周期性分布的第一元件。第一部件具有第一非对称的轮廓，使得当第一部件旋转180度时，第一部件不再具有相同的第一非对称的轮廓。第二部件包含多个周期性分布的第二元件。第二部件具有第二非对称的轮廓，使得当第二部件旋转180度时，第二部件不再具有相同的第二非对称的轮廓。第二非对称的轮廓与第一非对称的轮廓不同。第一入射光从第一侧向着结构投射。此后，响应于第一入射光的投射，测量+1级衍射光强度(I+1)。从与第一侧相对的第二侧向着结构投射第二入射光。此后，响应于第二入射光的投射，测量-1级衍射光强度(I-1)。此后，至少部分地基于测量的I+1和I-1，建立模型。模型使曝光工艺的焦点和剂量与非对称性和平均强度相关，其中，非对称性＝I+1-I-1，以及平均强度＝(I+1+I-1)/2。
而本发明的另一实施例与半导体制造系统相关。半导体制造系统包括在其上方形成光刻胶结构的晶圆。光刻胶结构包含第一部件和第二部件。第一部件包括多个周期性分布的第一元件。第一部件具有第一非对称的轮廓，使得当第一部件旋转180度时，第一部件不再具有相同的第一非对称的轮廓。第二部件包含多个周期性分布的第二元件。第二部件具有第二非对称的轮廓，使得当第二部件旋转180度时，第二部件不再具有相同的第二非对称的轮廓。第二非对称的轮廓与第一非对称的轮廓不同。半导体制造系统包括光学测量工具，其配置为响应于从第一侧向着光刻胶结构投射的第一入射光，测量+1级衍射光强度(I+1)，以及响应于从第二侧向着光刻胶结构投射的第二入射光，测量-1级衍射光强度(I-1)。半导体制造系统还包括一个或多个电子处理器，一个或多个电子处理器配置为至少部分地基于测量的I+1和I-1建立模型，模型使曝光工艺的焦点和剂量与非对称性和平均强度相关，其中，非对称性＝I+1-I-1，以及平均强度＝(I+1+I-1)/2。
上面概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的方面。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实施与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其他工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，本文中他们可以做出多种变化、替换以及改变。
为了解决现有技术中的问题，根据本发明的一些实施例提供了一种半导体制造中的结构，包括：第一部件，包含多个周期性分布的第一元件，其中，所述第一部件具有第一非对称的轮廓，使得当所述第一部件旋转180度时，所述第一部件不再具有相同的所述第一非对称的轮廓；以及第二部件，包含多个周期性分布的第二元件，其中，所述第二部件具有第二非对称的轮廓，使得当所述第二部件旋转180度时，所述第二部件不再具有相同的所述第二非对称的轮廓，并且所述第二非对称的轮廓不同于所述第一非对称的轮廓。
在上述结构在中，其中，所述结构是光刻光掩模的一部分。
在上述结构在中，其中，所述结构是晶圆上的光刻胶图案的一部分。
在上述结构在中，其中，所述第一元件和所述第二元件均不是亚分辨率辅助部件。
在上述结构在中，其中，在所述结构内，所述第一部件相对于第一轴周期性分布，以及所述第二部件相对于不同于所述第一轴的第二轴周期性分布。
在上述结构在中，还包括：第三部件，包含多个周期性分布的第三元件，其中，所述第三部件具有第三非对称的轮廓，使得当所述第三部件旋转180度时，所述第三部件不再具有相同的所述第三非对称的轮廓，并且其中，所述第三非对称的轮廓不同于所述第一非对称的轮廓和所述第二非对称的轮廓。
根据本发明的另一些实施例，提供了一种方法，包括：接收晶圆，结构形成在所述晶圆上方，其中，所述结构包含：第一部件，包含多个周期性分布的第一元件，其中，所述第一部件具有第一非对称的轮廓，使得当所述第一部件旋转180度时，所述第一部件不再具有相同的所述第一非对称的轮廓；以及第二部件，包含多个周期性分布的第二元件，其中，所述第二部件具有第二非对称的轮廓，使得当所述第二部件旋转180度时，所述第二部件不再具有相同的所述第二非对称的轮廓，并且所述第二非对称的轮廓不同于所述第一非对称的轮廓；从第一侧向着所述结构投射光；其后测量+1级衍射光强度(I+1)；从与所述第一侧相对的第二侧向着所述结构投射光；其后测量-1级衍射光强度(I-1)；以及至少部分地基于测量的所述I+1和I-1，建立使曝光工艺的焦点和剂量与非对称性和平均强度相关联的模型，其中，非对称性＝I+1-I-1，并且平均强度＝(I+1+I-1)/2。
在上述方法中，其中：所述晶圆包括多个场，每个所述场包含所述结构的一个或多个实体；以及在不同场中的所述结构由所述曝光工艺中的不同的焦点或不同的剂量形成，从而导致在每个所述场中的所述结构的所述实体与其他场中的所述结构的所述实体有物理变化。
在上述方法中，还包括：接收附加的晶圆，所述附加的晶圆包含所述结构的附加的实体；从所述结构的所述附加的实体中提取非对称性信息和平均强度信息；以及基于提取的非对称性信息和平均强度信息，预估用于所述曝光工艺中的实际剂量和实际焦点以形成所述结构的所述附加的实体。
在上述方法中，还包括：接收附加的晶圆，所述附加的晶圆包含所述结构的附加的实体；从所述结构的所述附加的实体中提取非对称性信息和平均强度信息；以及基于提取的非对称性信息和平均强度信息，预估用于所述曝光工艺中的实际剂量和实际焦点以形成所述结构的所述附加的实体；还包括：监测预估的实际剂量和实际焦点与目标剂量和目标焦点的偏离；以及对用于实施所述曝光工艺的光刻设备实施维护。
在上述方法中，其中，所述结构包括图案化的光刻胶材料。
在上述方法中，其中，所述第一元件和所述第二元件均不是亚分辨率辅助部件。
在上述方法中，其中，所述第一部件相对于第一轴周期性分布，其中，所述第一侧和所述第二侧沿着所述第一轴展开，并且其中，相对于所述第一部件实施从所述第一侧投射光，测量所述I+1，从所述第二侧投射光，以及测量所述I-1。
在上述方法中，其中，所述第一部件相对于第一轴周期性分布，其中，所述第一侧和所述第二侧沿着所述第一轴展开，并且其中，相对于所述第一部件实施从所述第一侧投射光，测量所述I+1，从所述第二侧投射光，以及测量所述I-1；其中，所述第二部件相对于所述第一轴周期性分布，并且其中，所述方法还包括：为了所述第二部件，重复从所述第一侧投射光，测量所述I+1，从所述第二侧投射光，和测量所述I-1，以及其中，基于与所述第一部件相关的非对称性和平均强度和与所述第二部件相关的非对称性和平均强度实施所述模型的建立。
在上述方法中，其中，所述第一部件相对于第一轴周期性分布，其中，所述第一侧和所述第二侧沿着所述第一轴展开，并且其中，相对于所述第一部件实施从所述第一侧投射光，测量所述I+1，从所述第二侧投射光，以及测量所述I-1；其中，所述第二部件相对于不同于所述第一轴的第二轴周期性分布，并且其中，所述方法还包括：为了所述第二部件，重复从第三侧投射光，测量所述I+1，从与所述第三侧相对的第四侧投射光，和测量所述I-1，其中，所述第三侧和所述第四侧沿着所述第二轴展开，并且其中，基于与所述第一部件相关的非对称性和平均强度和与所述第二部件相关的非对称性和平均强度实施所述模型的建立。
根据本发明的又一些实施例，提供了一种半导体制造系统，包括：晶圆，光刻胶结构形成在所述晶圆上方，其中，所述光刻胶结构包含：第一部件，包含多个周期性分布的第一元件，其中，所述第一部件具有第一非对称的轮廓，使得当所述第一部件旋转180度时，所述第一部件不再具有相同的所述第一非对称的轮廓；以及第二部件，包括多个周期性分布的第二元件，其中，所述第二部件具有第二非对称的轮廓，使得当所述第二部件旋转180度时，所述第二部件不再具有相同的所述第二非对称的轮廓，并且其中，所述第二非对称的轮廓不同于所述第一非对称的轮廓；光学测量工具，配置为：响应于从第一侧向着所述光刻胶结构投射的第一入射光，测量+1级衍射光强度(I+1)；以及响应于从第二侧向着所述光刻胶结构投射的第二入射光，测量-1级衍射光强度(I-1)；以及一个或多个电子处理器，配置为至少部分地基于所述测量的I+1和I-1，建立使曝光工艺的焦点和剂量与非对称性和平均强度相关联的模型，其中，非对称性＝I+1-I-1，并且平均强度＝(I+1+I-1)/2。
在上述半导体制造系统中，其中，所述第一元件和所述第二元件均不是亚分辨率辅助部件。
在上述半导体制造系统中，其中，在所述光刻胶结构内，所述第一部件对应于第一轴周期性分布，并且所述第二部件对应于不同于所述第一轴的第二轴周期性分布。
在上述半导体制造系统中，其中，所述光刻胶结构还包括：第三部件，包含多个周期性分布的第三元件，其中所述第三部件具有第三非对称的轮廓，使得当所述第三部件旋转180度时，所述第三部件不再具有相同的所述第三非对称的轮廓，以及其中，所述第三非对称的轮廓不同于所述第一非对称的轮廓和所述第二非对称的轮廓。
在上述半导体制造系统中，其中，所述光学测量工具包括散射测量机或衍射测量机。

Claims (18)

1.一种半导体制造中的结构，包括：
第一部件，包含多个周期性分布的第一元件，其中，所述第一部件在顶视图中具有第一非对称的轮廓，使得当所述第一部件旋转180度时，所述第一部件不再具有相同的所述第一非对称的轮廓；
第二部件，包含多个周期性分布的第二元件，其中，所述第二部件在所述顶视图中具有第二非对称的轮廓，使得当所述第二部件旋转180度时，所述第二部件不再具有相同的所述第二非对称的轮廓，并且所述第二非对称的轮廓不同于所述第一非对称的轮廓；以及
第三部件，包含多个周期性分布的第三元件，其中，所述第三部件具有第三非对称的轮廓，使得当所述第三部件旋转180度时，所述第三部件不再具有相同的所述第三非对称的轮廓，并且其中，所述第三非对称的轮廓不同于所述第一非对称的轮廓和所述第二非对称的轮廓，
其中，无论所述第一部件、所述第二部件和所述第三部件中的每一个在所述顶视图中如何旋转，所述第一部件、所述第二部件和所述第三部件都具有不同的顶视图轮廓。
2.根据权利要求1所述的结构，其中，所述结构是光刻光掩模的一部分。
3.根据权利要求1所述的结构，其中，所述结构是晶圆上的光刻胶图案的一部分。
4.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一元件和所述第二元件均不是亚分辨率辅助部件。
5.根据权利要求1所述的结构，其中，在所述结构内，所述第一部件相对于第一轴周期性分布，以及所述第二部件相对于不同于所述第一轴的第二轴周期性分布。
6.一种预估半导体结构的曝光工艺的焦点和剂量的方法，包括：
接收晶圆，结构形成在所述晶圆上方，其中，所述结构包含：
第一部件，包含多个周期性分布的第一元件，其中，所述第一部件在顶视图中具有第一非对称的轮廓，使得当所述第一部件旋转180度时，所述第一部件不再具有相同的所述第一非对称的轮廓；第二部件，包含多个周期性分布的第二元件，其中，所述第二部件在所述顶视图中具有第二非对称的轮廓，使得当所述第二部件旋转180度时，所述第二部件不再具有相同的所述第二非对称的轮廓，并且所述第二非对称的轮廓不同于所述第一非对称的轮廓；和
第三部件，包含多个周期性分布的第三元件，其中，所述第三部件具有第三非对称的轮廓，使得当所述第三部件旋转180度时，所述第三部件不再具有相同的所述第三非对称的轮廓，其中，所述第三非对称的轮廓不同于所述第一非对称的轮廓和所述第二非对称的轮廓，并且无论所述第一部件、所述第二部件和所述第三部件中的每一个在所述顶视图中如何旋转，所述第一部件、所述第二部件和所述第三部件都具有不同的顶视图轮廓；
从第一侧向着所述结构投射光；
其后测量+1级衍射光强度(I+1)；
从与所述第一侧相对的第二侧向着所述结构投射光；
其后测量-1级衍射光强度(I-1)；以及
至少部分地基于测量的所述I+1和I-1，建立使曝光工艺的焦点和剂量与非对称性和平均强度相关联的模型，其中，非对称性＝I+1-I-1，并且平均强度＝(I+1+I-1)/2。
7.根据权利要求6所述的方法，其中：
所述晶圆包括多个场，每个所述场包含所述结构的一个或多个实体；以及
在不同场中的所述结构由所述曝光工艺中的不同的焦点或不同的剂量形成，从而导致在每个所述场中的所述结构的所述实体与其他场中的所述结构的所述实体有物理变化。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括：
接收附加的晶圆，所述附加的晶圆包含所述结构的附加的实体；
从所述结构的所述附加的实体中提取非对称性信息和平均强度信息；以及
基于提取的非对称性信息和平均强度信息，预估用于所述曝光工艺中的实际剂量和实际焦点以形成所述结构的所述附加的实体。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括：
监测预估的实际剂量和实际焦点与目标剂量和目标焦点的偏离；以及
对用于实施所述曝光工艺的光刻设备实施维护。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述结构包括图案化的光刻胶材料。
11.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一元件和所述第二元件均不是亚分辨率辅助部件。
12.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一部件相对于第一轴周期性分布，其中，所述第一侧和所述第二侧沿着所述第一轴展开，并且其中，相对于所述第一部件实施从所述第一侧投射光，测量所述I+1，从所述第二侧投射光，以及测量所述I-1。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二部件相对于所述第一轴周期性分布，并且其中，所述方法还包括：为了所述第二部件，重复从所述第一侧投射光，测量所述I+1，从所述第二侧投射光，和测量所述I-1，以及其中，基于与所述第一部件相关的非对称性和平均强度和与所述第二部件相关的非对称性和平均强度实施所述模型的建立。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第二部件相对于不同于所述第一轴的第二轴周期性分布，并且其中，所述方法还包括：为了所述第二部件，重复从第三侧投射光，测量所述I+1，从与所述第三侧相对的第四侧投射光，和测量所述I-1，其中，所述第三侧和所述第四侧沿着所述第二轴展开，并且其中，基于与所述第一部件相关的非对称性和平均强度和与所述第二部件相关的非对称性和平均强度实施所述模型的建立。
15.一种半导体制造系统，包括：
晶圆，光刻胶结构形成在所述晶圆上方，其中，所述光刻胶结构包含：
第一部件，包含多个周期性分布的第一元件，其中，所述第一部件在顶视图中具有第一非对称的轮廓，使得当所述第一部件旋转180度时，所述第一部件不再具有相同的所述第一非对称的轮廓；
第二部件，包括多个周期性分布的第二元件，其中，所述第二部件在所述顶视图中具有第二非对称的轮廓，使得当所述第二部件旋转180度时，所述第二部件不再具有相同的所述第二非对称的轮廓，并且其中，所述第二非对称的轮廓不同于所述第一非对称的轮廓；和
第三部件，包含多个周期性分布的第三元件，其中，所述第三部件在所述顶视图中具有第三非对称的轮廓，使得当所述第三部件旋转180度时，所述第三部件不再具有相同的所述第三非对称的轮廓，其中，所述第三非对称的轮廓不同于所述第一非对称的轮廓和所述第二非对称的轮廓，并且无论所述第一部件、所述第二部件和所述第三部件中的每一个在所述顶视图中如何旋转，所述第一部件、所述第二部件和所述第三部件都具有不同的顶视图轮廓；
光学测量工具，配置为：
响应于从第一侧向着所述光刻胶结构投射的第一入射光，测量+1级衍射光强度(I+1)；以及
响应于从第二侧向着所述光刻胶结构投射的第二入射光，测量-1级衍射光强度(I-1)；以及
一个或多个电子处理器，配置为至少部分地基于所述测量的I+1和I-1，建立使曝光工艺的焦点和剂量与非对称性和平均强度相关联的模型，其中，非对称性＝I+1-I-1，并且平均强度＝(I+1+I-1)/2。
16.根据权利要求15所述的半导体制造系统，其中，所述第一元件和所述第二元件均不是亚分辨率辅助部件。
17.根据权利要求15所述的半导体制造系统，其中，在所述光刻胶结构内，所述第一部件对应于第一轴周期性分布，并且所述第二部件对应于不同于所述第一轴的第二轴周期性分布。
18.根据权利要求15所述的半导体制造系统，其中，所述光学测量工具包括散射测量机或衍射测量机。
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