CN107850858A - 工艺敏感计量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示一种光刻系统，其包含照明源及一组投影光学器件。所述照明源将照明光束从离轴照明极点引导到图案掩模。所述图案掩模包含一组图案元件，所述组图案元件产生包含来自所述照明极点的照明的一组衍射光束。由所述组投影光学器件接收的所述组衍射光束中的至少两个衍射光束非对称地分布于所述组投影光学器件的光瞳面中。所述组衍射光束中的所述至少两个衍射光束非对称地入射于样本上以形成对应于所述组图案元件的图像的一组制造元件。样本上的所述组制造元件包含沿所述组投影光学器件的光学轴的样本的位置的一或多个指示符。

Description

工艺敏感计量系统及方法
相关申请案的交叉参考
本申请案根据35U.S.C.§119(e)规定主张发明者姓名为李明军(Myungjun Lee)、马克D.史密斯(Mark D.Smith)、桑杰·卡帕西(Sanjay Kapasi)、史蒂廉·潘德夫(Stillian Pandev)及迪米特里·桑科(Dimitry Sanko)的标题为“光刻感知焦点/剂量监测目标设计方法(LITHOGRAPHY-AWARE FOCUS/DOSE MONITORING TARGET DESIGN METHOD)”的2015年8月14日申请的第62/205,410号美国临时申请案的权益，所述申请案以全文引用的方式并入本文中。
本申请案根据35U.S.C.§119(e)规定主张发明者姓名为李明军(Myungjun Lee)及马克D.史密斯(Mark D.Smith)的标题为“使用二元掩模以及经优化离轴照明的高度敏感及具有成本效益的焦点监测技术(HIGHLY SENSITIVE AND COST-EFFECTIVE FOCUSMONITORING TECHNIQUES USING THE BINARY MASK WITH THE OPTIMIZED OFF-AXISILLUMINATION)”的2015年8月14日申请的第62/205,529号美国临时申请案的权益，所述申请案以全文引用的方式并入本文中。
本申请案根据35U.S.C.§119(e)规定主张发明者姓名为李明军(Myungjun Lee)、马克D.史密斯(Mark D.Smith)、拉迪普·塞卡(Pradeep Subrahmanyan)及阿迪·利微(AdyLevy)的标题为“基于照明及目标共同优化的高度敏感焦点监测技术(HIGHLY SENSITIVEFOCUS MONITORING TECHNIQUE BASED ON ILLUMINATION AND TARGET CO-OPTIMIZATION)”的2016年2月19日申请的第62/297,697号美国临时申请案的权益，所述申请案以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及计量，且更特定来说，本发明涉及使用工艺敏感图案掩模的照明源及计量目标的共同优化。
背景技术
半导体光刻工具通常必须在紧密容限内操作以适度写入具有窄线宽及高密度的特征。举例来说，工艺参数(例如样本的焦点位置及由样本接收的照明的剂量)可被准确监测以确保印刷特征处于所要规格内。工艺敏感计量目标为在其中计量目标的一或多个特性(例如两个特征的对准)指示与光刻步骤相关联的工艺参数的值的所述光刻步骤期间图案化于晶片上的特殊标记。工艺敏感计量目标通常产生作为由光刻工具产生的图案掩模的图像且可受图案掩模或照明源上的特定特征影响。此外，期望待在半导体生产线中使用的工艺敏感图案掩模是具有成本效益的且与用以在生产中写入半导体装置的图案掩模集成。因此，期望提供一种用于处理例如上文所识别的缺陷的系统及方法。
发明内容
根据本发明的一或多个说明性实施例，揭示一种光刻系统。在一个说明性实施例中，所述系统包含照明源，其经配置以将照明光束从离轴照明极点引导到图案掩模。在另一说明性实施例中，所述图案掩模包含一组图案元件，其经配置以产生包含来自所述照明极点的照明的一组衍射光束。在另一说明性实施例中，所述系统包含一组投影光学器件。在另一说明性实施例中，由所述组投影光学器件接收的所述组衍射光束的至少两个衍射光束非对称地分布于所述组投影光学器件的光瞳面中。在另一说明性实施例中，所述组衍射光束的所述至少两个衍射光束非对称地入射于所述样本上以形成对应于所述组图案元件的图像的一组制造元件。在另一说明性实施例中，所述样本上的所述组制造元件包含沿所述组投影光学器件的光学轴的所述样本的位置的一或多个指示符。
根据本发明的一或多个说明性实施例，揭示一种光刻系统。在一个说明性实施例中，所述系统包含离轴照明源。在另一说明性实施例中，所述照明源包含第一照明极点及第二照明极点。在另一说明性实施例中，所述第一及第二照明极点相对于光学轴对称分布。在另一说明性实施例中，所述离轴照明源经配置以将来自所述第一及第二照明极点的照明引导到图案掩模。在另一说明性实施例中，所述图案掩模包含一组图案元件。在另一说明性实施例中，所述组图案元件经配置以产生第一组衍射光束，其包含来自从所述组图案元件衍射的第一照明极点的照明。在另一说明性实施例中，所述组图案元件经配置以产生第二组衍射光束，其包含来自所述第二照明极点的照明。在另一说明性实施例中，所述系统包含一组投影光学器件。在另一说明性实施例中，由所述组投影光学器件接收的所述第一组衍射光束的至少两个衍射光束对称地分布于所述组投影光学器件的光瞳面中。在另一说明性实施例中，由所述组投影光学器件接收的所述第二组衍射光束的至少两个衍射光束与所述光瞳面中的所述第一组衍射光束重叠。在另一说明性实施例中，所述组衍射光束的所述第一组及第二组衍射光束的所述至少两个衍射光束在所述样本上形成对应于所述组图案元件的图像的一组制造元件。在另一说明性实施例中，所述样本上的所述组制造元件包含与所述第一组及第二组衍射光束的至少两个衍射光束相关联的所述样本上的照明的剂量的一或多个指示符。
根据本发明的一或多个说明性实施例，揭示一种计量系统。在一个说明性实施例中，所述系统包含样本置物台，其经配置以支撑衬底，其中计量目标安置于所述衬底上。在另一说明性实施例中，所述计量目标与由光刻系统产生的图案掩模的图像相关联。在另一说明性实施例中，所述图案掩模包含一组图案元件，其经配置以产生包含来自所述光刻系统的离轴照明极点的照明的一组衍射光束。在另一说明性实施例中，由所述光刻系统接收的所述组衍射光束的至少两个衍射光束非对称地分布于所述光刻系统的光瞳面中。在另一说明性实施例中，所述组衍射光束的所述至少两个衍射光束非对称地入射于所述样本上以形成所述计量目标的一组制造元件。在另一说明性实施例中，所述计量目标的所述组制造元件包含沿所述光刻系统的所述组投影光学器件的光学轴的所述样本的位置的一或多个指示符。在另一说明性实施例中，所述系统包含至少一个照明源，其经配置以照明所述计量目标。在另一说明性实施例中，所述系统包含至少一个检测器，其经配置以从所述计量目标接收照明。在另一说明性实施例中，所述系统包含至少一个控制器，其通信地耦合到所述检测器及经配置以基于所述一或多个指示符来确定沿所述组投影光学器件的所述光学轴的所述样本的所述位置。
根据本发明的一或多个说明性实施例，揭示一种计量系统。在一个说明性实施例中，所述系统包含样本置物台，其经配置以支撑衬底，其中计量目标安置于所述衬底上。在另一说明性实施例中，所述计量目标与由光刻系统产生的图案掩模的图像相关联。在另一说明性实施例中，所述图案掩模包含一组图案元件，其经配置以产生包含来自所述光刻系统的第一照明极点及第二照明极点的照明的一组衍射光束。在另一说明性实施例中，所述光刻系统的所述第一及第二照明极点相对于所述光刻系统的光学轴而对称地分布。在另一说明性实施例中，由所述光刻系统接收的所述第一组衍射光束的至少两个衍射光束对称地分布于所述光刻系统的光瞳面中。在另一说明性实施例中，由所述组投影光学器件接收的所述第二组衍射光束的至少两个衍射光束与所述光刻系统的所述光瞳面中的所述第一组衍射光束重叠。在另一说明性实施例中，所述组衍射光束的所述第一组及第二组衍射光束的所述至少两个衍射光束对称地入射于所述样本上以形成所述计量目标的一组制造元件。在另一说明性实施例中，所述计量目标的所述组制造元件包含与所述第一组及第二组衍射光束的至少两个衍射光束相关联的所述样本上的照明的剂量的一或多个指示符。在另一说明性实施例中，所述系统包含至少一个照明源，其经配置以照明所述计量目标。在另一说明性实施例中，所述系统包含至少一个检测器，其经配置以从所述计量目标接收照明。在另一说明性实施例中，所述系统包含至少一个控制器，其通信地耦合到所述检测器及经配置以基于所述一或多个指示符来确定与所述第一组及第二组衍射光束的所述至少两个衍射光束相关联的所述计量目标上的照明的所述剂量。
根据本发明的一或多个说明性实施例，揭示一种用于确定沿光刻系统的光学轴的样本的位置的方法。在一个说明性实施例中，所述方法包含产生图案掩模的图像，其中光刻系统包含离轴照明极点。在另一说明性实施例中，所述图案掩模包含一组图案元件，其经配置以产生包含来自所述光刻系统的离轴照明极点的照明的一组衍射光束。在另一说明性实施例中，由所述光刻系统接收的所述组衍射光束的至少两个衍射光束非对称地分布于所述光刻系统的光瞳面中。在另一说明性实施例中，所述组衍射光束的所述至少两个衍射光束非对称地入射于所述样本上以形成所述计量目标的一组制造元件。在另一说明性实施例中，所述计量目标的所述组制造元件包含沿所述光刻系统的所述组投影光学器件的光学轴的所述样本的位置的一或多个指示符。在另一说明性实施例中，所述方法包含使用计量系统来测量沿所述光刻系统的所述组投影光学器件的所述光学轴的所述样本的所述位置的所述一或多个指示符。在另一说明性实施例中，所述方法包含基于所述一或多个指示符来确定沿所述组投影光学器件的所述光学轴的所述样本的所述位置。
根据本发明的一或多个说明性实施例，揭示一种用于确定光刻系统中的照明的剂量的方法。在一个说明性实施例中，所述方法包含产生图案掩模的图像，其中光刻系统包含离轴照明极点。在另一说明性实施例中，所述图案掩模包含一组图案元件，其经配置以产生包含来自所述光刻系统的第一照明极点及第二照明极点的照明的一组衍射光束。在另一说明性实施例中，所述光刻系统的所述第一及第二照明极点相对于所述光刻系统的光学轴而对称地分布。在另一说明性实施例中，由所述光刻系统接收的所述第一组衍射光束的至少两个衍射光束对称地分布于所述光刻系统的光瞳面中。在另一说明性实施例中，由所述组投影光学器件接收的所述第二组衍射光束的至少两个衍射光束与所述光刻系统的所述光瞳面中的所述第一组衍射光束重叠。在另一说明性实施例中，所述组衍射光束的所述第一组及第二组衍射光束的所述至少两个衍射光束对称地入射于所述样本上以形成所述计量目标的一组制造元件。在另一说明性实施例中，所述计量目标的所述组制造元件包含与所述第一组及第二组衍射光束的至少两个衍射光束相关联的所述样本上的照明的剂量的一或多个指示符。在另一说明性实施例中，所述方法包含测量与所述第一组及第二组衍射光束的至少两个衍射光束相关联的所述计量目标上的照明的所述剂量的所述一或多个指示符。在另一说明性实施例中，所述方法包含基于所述一或多个指示符来确定所述计量目标上的照明的所述剂量。
应理解以上一般描述及以下详细描述两者均仅具示范性及解释性且未必受限于所主张的本发明。并入本说明书中及构成其一部分的附图说明本发明的实施例且与一般描述一起用以解释本发明的原理。
附图说明
所属领域的技术人员可通过参考附图更佳地理解本发明的数种优点，其中：
图1A是说明根据本发明的一或多个实施例的包含用于将一或多个图案光刻印刷到样本的光刻子系统的系统的概念图。
图1B是说明根据本发明的一或多个实施例的计量子系统的概念图。
图1C是说明根据本发明的一或多个实施例的计量子系统的概念图。
图2是说明根据本发明的一或多个实施例的包含分段图案元件的图案掩模的示意图。
图3A是说明根据本发明的一或多个实施例的由图案掩模产生的多个衍射光束的光刻子系统的概念图。
图3B是说明根据本发明的一或多个实施例的光瞳面内的衍射光束的相对位置的所述组投影光学器件的所述光瞳面的概念图。
图3C是说明根据本发明的一或多个实施例的由如图3A及3B中所展示的非对称照明曝光的样本的抗蚀剂层内的相对酸浓度的曲线图。
图3D是说明根据本发明的一或多个实施例的由图案掩模产生的多个衍射光束的光刻子系统的概念图。
图3E是说明根据本发明的一或多个实施例的光瞳面内的衍射光束的相对位置的所述组投影光学器件的所述光瞳面的概念图。
图3F是说明根据本发明的一或多个实施例的由如图3D及3E中所展示的非对称照明曝光的样本的抗蚀剂层内的相对酸浓度的曲线图。
图3G是说明根据本发明的一或多个实施例的由图案掩模产生的多个衍射光束的光刻子系统的概念图。
图3H是说明根据本发明的一或多个实施例的光瞳面内的对称衍射光束的相对位置的所述组投影光学器件的所述光瞳面的概念图。
图3I是说明根据本发明的一或多个实施例的由如图3D及3E中所展示的对称照明曝光的样本的抗蚀剂层116内的相对酸浓度的曲线图。
图4A是说明根据本发明的一或多个实施例的与具有80nm的节距的离轴单极照明源及图案掩模相关联的光瞳面中的衍射光束的分布的曲线图。
图4B是说明根据本发明的一或多个实施例的与具有100nm的节距的离轴单极照明源及图案掩模相关联的光瞳面中的衍射光束的分布的曲线图。
图4C是说明根据本发明的一或多个实施例的与具有140nm的节距的离轴单极照明源及图案掩模相关联的光瞳面中的衍射光束的分布的曲线图。
图4D是说明根据本发明的一或多个实施例的与具有150nm的节距的离轴单极照明源及图案掩模相关联的光瞳面中的衍射光束的分布的曲线图。
图5是根据本发明的一或多个实施例的具有从80nm到160nm的范围内的节距值的图案掩模的模拟印刷图案轮廓的示意图。
图6是说明根据本发明的一或多个实施例的与从75nm到140nm的范围内的节距值的印刷图案的顶部的偏差的测量相关联的图案放置误差(PPE)的曲线图。
图7A是根据本发明的一或多个实施例的包含焦点敏感图案元件及焦点不敏感图案元件的焦点敏感图案掩模的俯视图。
图7B是根据本发明的一或多个实施例的焦点敏感图案元件的一部分的放大视图。
图7C是根据本发明的一或多个实施例的焦点不敏感图案元件的一部分的放大视图。
图8A是根据本发明的一或多个实施例的对应于焦点敏感图案掩模的焦点敏感印刷计量目标的俯视图。
图8B是说明根据本发明的一或多个实施例的样本的焦点位置与未对准度量之间的示范性关系的曲线图。
图9A是根据本发明的一或多个实施例的包含具有图案元件的不同定向的多个单元的焦点敏感图案掩模的俯视图。
图9B是根据本发明的一或多个实施例的包含多个片段的焦点敏感图案元件的部分的放大视图。
图10是根据本发明的一或多个实施例的对应于焦点敏感图案掩模的焦点敏感印刷计量目标的俯视图。
图11A是根据本发明的一或多个实施例的焦点敏感图案掩模的俯视图。
图11B是说明根据本发明的一或多个实施例的与对应于焦点敏感图案元件的印刷图案元件相关联的图案放置误差的曲线图。
图11C是说明根据本发明的一或多个实施例的与对应于焦点不敏感图案元件的印刷图案元件相关联的图案放置误差的曲线图。
图12A是根据本发明的一或多个实施例的包含亚分辨率特征的焦点敏感图案元件的俯视图。
图12B是根据本发明的一或多个实施例的对应于具有亚分辨率特征的焦点敏感图案元件的抗蚀剂层的模拟印刷图案轮廓的示意图。
图13是说明根据本发明的一或多个实施例的在X及Y方向两者上从所述组投影光学器件的光学轴偏移的单极照明源的强度分布的曲线图。
图14是根据本发明的一或多个实施例的包含沿X及Y方向两者分布的多个片段的图案元件的俯视图。
图15是根据本发明的一或多个实施例的所述组投影光学器件的光瞳面中的衍射光束的分布的曲线图。
图16是根据本发明的一或多个实施例的对应于具有亚分辨率特征的焦点敏感图案元件的抗蚀剂层的模拟印刷图案轮廓的示意图。
图17是根据本发明的一或多个实施例的包含焦点敏感印刷图案元件及焦点不敏感印刷图案元件的计量目标的俯视图。
图18是根据本发明的一或多个实施例的用于印刷工艺敏感计量目标的照明源102的示范性强度分布的曲线图。
图19A是说明根据本发明的一或多个实施例的与照明源的第一极点及经配置以在样本上产生焦点敏感计量目标的图案掩模相关联的光束路径的光刻子系统的概念图。
图19B是说明根据本发明的一或多个实施例的与与第一极点对称的照明源的第二极点及经配置以在样本上产生焦点敏感计量目标的图案掩模相关联的光束路径的光刻子系统的概念图。
图20是说明根据本发明的一或多个实施例的用于产生焦点敏感计量目标的光刻系统的光瞳面304中的衍射光束的分布的曲线图。
图21是根据本发明的一或多个实施例的对应于焦点敏感计量目标的焦点曝光矩阵的模拟印刷图案轮廓的示意图。
图22A是说明根据本发明的一或多个实施例的作为样本的焦点位置的多个值的曝光量的函数的印刷图案元件的临界尺寸的变化的曲线图。
图22B是说明根据本发明的一或多个实施例的作为样本的焦点位置的多个值的曝光量的函数的印刷图案元件的侧壁角度的变化的曲线图。
图23A是根据本发明的一或多个实施例的用于产生焦点敏感计量目标的非对称分段图案元件的俯视图。
图23B是根据本发明的一或多个实施例的对应于非对称分段图案元件的抗蚀剂层的模拟印刷图案轮廓的示意图。
图23C是根据本发明的一或多个实施例的对应于非对称分段计量目标的图像的焦点曝光矩阵的模拟印刷图案轮廓的示意图。
图24A是根据本发明的一或多个实施例的与照明源的第一极点及经配置以在样本上产生曝光敏感计量目标的图案掩模相关联的光束路径的光刻子系统的概念图。
图24B是根据本发明的一或多个实施例的与与第一极点对称的照明源的第二极点及经配置以在样本上产生曝光敏感计量目标的图案掩模相关联的光束路径的光刻子系统的概念图。
图25是说明根据本发明的一或多个实施例的用于产生曝光敏感计量目标的光刻系统的光瞳面中的衍射光束的分布的曲线图。
图26是根据本发明的一或多个实施例的对应于曝光敏感图案元件的图像的焦点曝光矩阵的模拟印刷图案的示意图。
图27是说明根据本发明的一或多个实施例的作为样本的焦点位置的多个值的曝光量的函数的曝光敏感印刷图案轮廓的临界尺寸的变化的曲线图。
具体实施方式
现将详细参考附图中所说明的本发明所揭示的标的物。
本发明的实施例涉及在样本上产生工艺敏感计量目标的光刻工具的图案掩模及照明源的共同优化。本发明的一些实施例涉及焦点敏感计量目标，其中光刻工具内的样本的焦点位置从标称焦点位置的偏差显现为可由计量工具测量的焦点敏感计量目标的一或多个特性的变化。本发明的额外实施例涉及曝光敏感计量目标，其中由照明源的样本的曝光剂量从标称值的偏差显现为可由计量工具测量的曝光敏感计量目标的一或多个特性的变化。本发明的一些实施例涉及产生工艺敏感计量目标的非对称离轴照明源。额外实施例涉及产生工艺敏感计量目标的对称离轴照明源。本发明的另外实施例涉及具有基于照明源的已知照明轮廓设计以提供工艺敏感计量目标的图案元件的图案掩模。
本文中应认识到在光刻印刷的上下文中，与样本上的印刷特征的制造相关联的工艺窗口通常界定适合于指定容限内的印刷特征的制造的工艺参数的范围。举例来说，工艺窗口可界定与沿光刻工具的光学轴的样本的位置(例如样本的焦点位置)相关联的失焦的的限制。举另一实例来说，工艺窗口可界定来自入射于样本上的照明源的能量的剂量(例如样本的曝光量)的限制。此外，印刷特征的一或多个特性上的多个工艺参数的变化的影响可相依。在这方面，工艺窗口可包含界定所关注的工艺参数的可接受范围的多个工艺参数(例如焦点曝光矩阵(FEM)或其类似者)的多维分析。因此，工艺参数(例如(但不限于)样本的焦点位置及来自照明源的入射于样本上的能量的剂量)的精确监测可促进根据所要规格的光刻工具的性能。
应进一步认识到印刷特征的特性对于工艺参数的偏差的稳健程度可取决于多种因素。举例来说，对于工艺参数的偏差的稳健性可受所要图案特征的特性(例如(但不限于)所要印刷特征的尺寸及/或密度)影响。因此，对于工艺参数的偏差的稳健性可受光刻工具的光学特性(例如(但不限于)焦点深度(DOF)、投影光学器件的数值孔隙(NA)、照明源的形状、照明源的对称性、照明源的光谱含量或照明源的相干性)影响。此外，对于工艺参数的偏差的稳健性可受成像于样本上以产生印刷图案的图案掩模的特性(例如(但不限于)图案元件的透射、由图案元件引起的光学相位或相对于投影光学器件的分辨率的图案元件的尺寸)影响。此外，与印刷参数的稳健性相关联的许多此类特性可相依。
本发明的实施例涉及图案掩模上的图案元件及照明源的共同优化使得样本上的计量目标的印刷图案的一或多个特性(例如一或多个印刷元件的位置、印刷元件之间的分离距离、印刷元件的侧壁角度或其类似者)对工艺参数(例如样本的焦点位置、入射于样本上在照明能量的剂量或其类似者)中的变化高度敏感。在一些实施例中，与工艺敏感计量目标相关联的图案掩模上的图案元件经设计以利用相同于与制造装置相关联的印刷图案的照明条件(照明源的形状、照明源的对称性或其类似者)。在这方面，在相同于与制造装置相关联的图案元件的过程步骤或过程步骤系列中，工艺敏感计量目标可印刷于样本上。在一些实施例中，与工艺敏感计量目标相关联的图案掩模上的图案元件经设计以与定制照明源轮廓一起使用。在这方面，在专用过程步骤中，可印刷工艺敏感计量目标。
2004年1月6日发布的第6,673,638号美国专利中大体上描述了工艺敏感光刻特征，所述专利以全文引用的方式并入。2005年4月26日发布的第6,884,552号美国专利中大体上描述了焦点遮蔽结构，所述专利以全文引用的方式并入。2008年6月3日发布的第7,382,447号美国专利中大体上描述了确定光刻焦点及曝光量，所述专利以全文引用的方式并入。2008年4月1日发布的第7,352,453号美国专利中大体上描述了使用散射测量信号的工艺优化及控制，所述专利以全文引用的方式并入。2009年7月21日发布的第7,564,557号美国专利中大体上描述了使用散射测量来检测重叠误差，所述专利以全文引用的方式并入。
如本发明中所使用，术语“样本”大体上是指由半导体或非半导体材料(例如晶片或其类似者)形成的衬底。举例来说，半导体或非半导体材料可包含(但不限于)单晶硅、砷化镓及磷化铟。样本可包含一或多个层。举例来说，此类层可包含(但不限于)抗蚀剂、电介质材料、导电材料及半导电材料。此类层的许多不同类型是所属技术领域中已知且术语样本(如本文所使用)希望涵盖其上可形成此类层的所有类型的样本。形成于样本上的一或多个层可经图案化或非图案化。举例来说，样本可包含多个裸片，每一裸片具有可重复图案化特征。此类层的材料的形成及处理最终可导致完整装置。许多不同类型的装置可形成于样本上且术语样本(如本文所使用)希望涵盖其上制造所属技术领域中已知的任何类型的装置的样本。此外，出于本发明的目的，术语样本及晶片应解译为可互换。另外，出于本发明的目的，术语“图案化装置”、“掩模”及“主光罩”应解释为可互换。
图1A是说明根据本发明的一或多个实施例的包含用于将一或多个图案光刻印刷到样本的光刻子系统101的系统100的概念图。在一个实施例中，系统100由光刻子系统101组成。光刻子系统101可包含所属技术领域中已知的任何光刻印刷工具。举例来说，光刻子系统101可包含(但不限于)扫描仪或步进器。
在另一实施例中，光刻子系统101可包含照明源102，其经配置以产生一或多个照明光束104。一或多个照明光束104可包含一或多个选定波长的光，包含(但不限于)紫外(UV)辐射、可见辐射或红外(IR)辐射。在另一实施例中，由照明源102发射的一或多个照明光束104的辐射的波长可调谐。在这方面，一或多个照明光束104的辐射的波长可适应于任何选定波长的辐射(例如UV辐射、可见辐射、红外辐射或其类似者)。在另一实施例中，照明源102可产生具有所属技术领域中已知的任何图案的一或多个照明光束104。举例来说，照明源102可包含(但不限于)单极照明源、双极照明源、C-Quad照明源、类星体照明源或自由形式照明源。
在另一实施例中，光刻子系统101包含掩模支撑装置106。掩模支撑装置106经配置以固定图案掩模108。在这方面，支撑装置106可利用所属技术领域中已知的任何方式(例如(但不限于)机械、真空、静电或其它夹紧技术)来固持图案掩模108。在另一实施例中，光刻子系统101包含一组投影光学器件110，其经配置以将由一或多个照明光束104照明的图案掩模108的图像投射于安置于样本置物台114上的样本112的表面上。举例来说，所述组投影光学器件110可经配置以将图案掩模108的图像投射于样本112上的抗蚀剂层116上以产生(例如暴露或其类似者)对应于图案掩模108上的图案元件的抗蚀剂层116上的印刷图案元件(例如计量图案)。在另一实施例中，支撑装置106可经配置以致动或定位图案掩模108。举例来说，支撑装置106可将图案掩模108致动到相对于系统100的投影光学器件110的选定位置。
图案掩模108可为反射或透射元件。在一个实施例中，图案掩模108为透射元件，其中图案元件完全或部分地阻挡照明光束104的透射(例如通过吸收或反射照明光束104)。因此，照明光束104可穿过图案元件之间的空间透射到所述组投影光学器件110。举例来说，其中图案元件完全阻挡照明光束104的透射的图案掩模108可操作为二元图案掩模。应进一步认识到，其中来自照明源的光被完全阻挡或被完全透射/反射以产生图像的焦点敏感二元图案掩模可有利地用以确定光刻系统中的样本的焦点位置。举例来说，二元图案掩模的制造相对不昂贵及可易于并入到许多光刻系统中。
在另一实施例中，图案掩模108的特征(例如图案元件、图案元件之间的空间或其类似者)经设计以修改照明光束104的光学相位。在这方面，图案掩模108可操作为相位掩模(例如交替相移掩模或其类似者)。
在另一实施例中，图案掩模108为其中片段202将照明光束104完全或部分地反射到所述组投影光学器件110的反射掩模及片段202之间的空间吸收或透射照明光束104。此外，图案掩模108的图案元件可由用于反射及/或吸收照明光束104的所属技术领域中已知的任何不透明或半不透明材料形成。在另一实施例中，片段202可包含金属。举例来说，片段202可(但非必要)由铬(例如铬合金或其类似者)形成。
图案掩模108可在所属技术领域中已知的任何成像配置中利用(例如由光刻子系统101利用)。举例来说，图案掩模108可为正掩模，其中图案元件正成像为样本112的抗蚀剂层116的印刷图案元件。举另一实例来说，图案掩模108可为负掩模，其中图案掩模108的图案元件形成样本112的抗蚀剂层116的负印刷图案元件(例如间隙、空间或其类似者)。
在另一实施例中，光刻子系统101包含控制光刻子系统101的各种子系统的控制器118。在另一实施例中，控制器118包含经配置以在维持于存储器媒体120上的程序指令的一或多个处理器119。在这方面，控制器118的一或多个处理器119可执行本发明中所描述的各种过程步骤的任何者。此外，控制器118可通信地耦合到掩模支撑装置106及/或样本置物台114以将图案掩模108上的图案元件的转移引导到样本112(例如样本上的抗蚀剂层116或其类似者)。本文中应注意本发明的光刻子系统101可实施本发明中所描述的图案掩模设计的任何者。李(Lee)等人在2009年6月9日发布的第7,545,520号美国专利中大体上描述了基于掩模的光刻，所述专利的全部内容并入本文中。
图1B是说明根据本发明的一或多个实施例的计量子系统151的概念图。计量子系统151可使用所属技术领域中已知的任何方法来测量任何计量度量(例如重叠误差、CD或其类似者)。在一个实施例中，计量子系统151可包含基于样本112的一或多个图像的产生而测量计量数据的基于图像的计量工具。在另一实施例中，计量子系统151包含基于来自样本的光的散射(反射、衍射、漫散射或其类似者)而测量计量数据的基于散射测量的计量系统。
在另一实施例中，照明源102经由照明路径121将一或多个照明光束104引导到样本112。照明路径121可包含一或多个透镜122。此外，照明路径121可包含适合于修改及/或调节一或多个照明光束104的一或多个额外光学组件124。举例来说，一或多个光学组件124可包含(但不限于)一或多个偏光器、一或多个滤波器、一或多个光束分离器、一或多个扩散器、一或多个均质器、一或多个变迹器或一或多个光束塑形器。在一个实施例中，照明路径121包含光束分离器126。在另一实施例中，计量子系统151包含将一或多个照明光束104聚焦于样本112上的物镜128。
照明源102可经由照明路径121以任何角度将一或多个照明光束104引导到样本。在一个实施例中，照明源102以法线入射角将一或多个照明光束104引导到样本112。在另一实施例中，照明源102以一定角度(例如掠射角、45度角或其类似者)将一或多个照明光束104引导到样本112。
在另一实施例中，计量子系统151包含经配置以通过收集路径132捕获从样本112发出的辐射的一或多个检测器130。收集路径132可包含引导及/或修改由物镜128收集的照明的多个光学元件，包含(但不限于)一或多个透镜134、一或多个滤波器、一或多个偏光器、一或多个光束阻挡器或一或多个光束分离器。
举例来说，检测器130可接收由收集路径132中的元件(例如物镜128、一或多个光学元件134或其类似者)提供的样本112的图像。举另一实例来说，检测器130可接收从样本112反射或散射(例如经由镜面反射、漫反射及其类似者)的辐射。举另一实例来说，检测器130可接收由样本产生的辐射(例如与一或多个照明光束104的吸收相关联的冷光及其类似者)。举另一实例来说，检测器130可接收来自样本112的一或多个衍射级的辐射(例如0级衍射、±1级衍射、±2级衍射及其类似者)。此外，本文中应注意一或多个检测器130可包含适合于测量从样本112接收的照明的所属技术领域中已知的任何光学检测器。举例来说，检测器130可包含(但不限于)CCD检测器、TDI检测器、光电倍增管(PMT)、雪崩光电二极管(APD)或其类似者。在另一实施例中，检测器130可包含适合于识别从样本112发射的辐射的波长的光谱检测器。此外，计量子系统151可包含多个检测器130(例如与由一或多个光束分离器产生的多个光束路径相关联)以促进由计量子系统151进行的多个计量测量(例如多个计量工具)。
在另一实施例中，计量子系统151通信地耦合到系统100的控制器118。在这方面，控制器118可经配置以接收数据，包含(但不限于)计量数据(例如计量测量结果、目标的图像、光瞳图像及其类似者)或计量度量(例如精度、工具引起的移位、敏感度、衍射效率、离焦斜率、侧壁角度、临界尺寸及其类似者)。
图1C是说明根据本发明的另一实施例的计量子系统151的概念图。在一个实施例中，照明路径121及收集路径132含有分离元件。举例来说，照明路径121可利用第一聚焦元件162以将一或多个照明光束104聚焦于样本112上及收集路径132可利用第二聚焦元件164以从样本112收集辐射。在这方面，第一聚焦元件162及第二聚焦元件164的数值孔隙可不同。此外，本文中应注意图1C中所描绘的计量子系统151可促进样本106及/或一个以上照明源102(例如耦合到一或多个额外检测器120)的多角度照明。在这方面，图1B中所描绘的计量子系统151可执行多个计量测量。在另一实施例中，一或多个光学组件可安装到围绕样本112枢转的可旋转臂(未展示)使得样本112上的一或多个照明光束104的入射角可由所述可旋转臂的位置控制。
图2是说明根据本发明的一或多个实施例的包含分段图案元件的图案掩模的示意图。在一个实施例中，图案掩模108的分段图案元件200包含具有节距204(例如线/空间(LS)图案元件)的多个周期性分布片段202。在这方面，分段图案元件200可引起一或多个照明光束104的衍射。举例来说，入射于图案掩模200上的照明光束104可衍射到对应于多个衍射级(例如0级、±1级、±2级及其类似者)的沿X-方向分离的多个衍射光束中。在另一实施例中，沿X-方向的片段的宽度206等于片段之间的分离距离208使得图案元件200为1:1线/空间目标。在另一实施例中，沿X-方向的片段的宽度206不等于片段之间的分离距离208。
图3A到3C说明根据本发明的一或多个实施例的在焦点敏感计量目标的样本112上产生非对称空中成像轮廓的照明源102及图案掩模108的共同优化。
图3A是说明根据本发明的一或多个实施例的由图案掩模108产生的多个衍射光束的光刻子系统101的概念图。在一个实施例中，照明源102产生离轴照明光束104。在另一实施例中，图案掩模108衍射入射照明光束104以产生多个衍射光束，包含(但不限于)0级衍射光束306、1级衍射光束308及2级衍射光束310。在另一实施例中，衍射光束的两者(例如306及308)由所述组投影光学器件110捕获且引导到样本112(例如样本112的抗蚀剂层116)以在样本112上产生图案掩模108的空中图像。
图3B是说明根据本发明的一或多个实施例的光瞳面内的衍射光束的相对位置的所述组投影光学器件110的所述光瞳面的概念图。在一个实施例中，光瞳面304的特征在于具有半径1的圆(例如光瞳极限312)使得来自光瞳极限312内的样本的照明由所述组投影光学器件110捕获且落入光瞳极限312外部的照明未由所述组投影光学器件110捕获且因此不促成样本112上的图案掩模108的空中图像的产生。
举例来说，0级衍射光束306及1级衍射光束308可位于光瞳面304(例如如图3A中所说明的入口光瞳面、出口光瞳面或其类似者)的光瞳极限312内及因此由所述组投影光学器件110捕获，而2级衍射光束310位于光瞳极限312外部且未由所述组投影光学器件捕获。此外，光瞳面304内的衍射光束(例如衍射光束306到310的任何者)的一部分的位置可被描述为相对于光瞳面304的中心(例如光学轴136)的径向位置σ。举例来说，衍射光束306沿X-方向的宽度可被描述为衍射光束306的外部位置σout与内部位置σin之差。
在另一实施例中，光瞳面304中的衍射光束306、308的分布提供样本112的非对称照明。举例来说，如图3B中所说明，衍射光束306到310可经分布使得0级衍射光束306定位于光瞳极限312的内部边缘上，而2级衍射光束312位于光瞳极限312的外缘上且未由所述组投影光学器件捕获。因此，所述组投影光学器件110可使用高度离轴0级衍射光束306及轻微离轴1级衍射光束308来产生空中图像使得衍射光束306、308的光学路径非对称地入射于样本112上(例如如图1中所展示)。
在另一实施例中，光瞳面310内(例如光瞳极限312内)的衍射光束的非对称分布提供与图案掩模108的空中图像的产生相关联的样本112的非对称照明。图3C是说明根据本发明的一或多个实施例的由如图3A及3B中所展示的非对称照明曝光的样本112的抗蚀剂层116内的相对酸浓度314的曲线图。在这方面，图3C可为表示抗蚀剂层116内的空中图像的空间分布的潜像。本文中应注意非对称照明可产生抗蚀剂层116的非对称曝光轮廓。因此，抗蚀剂层116的显影可产生具有依据样本112沿光学轴136的焦点位置变化的一或多个特性(例如对应印刷元件的顶部的位置、与印刷元件的分离相关联的临界尺寸、一或多个侧壁角度或其类似者)的非对称印刷元件。在这方面，对应印刷图案元件可操作为焦点敏感印刷图案元件。
本文中应注意衍射光束的分离、由投影光学器件110捕获的衍射光束的数目及光瞳面304内的经捕获的衍射光束的相对位置可通过调整与照明源102及图案掩模108相关联的参数(例如通过共同优化照明源及图案掩模108)来控制。在这方面，衍射光束的分离、由投影光学器件110捕获的衍射光束的数目及光瞳面304内的经捕获的衍射光束的相对位置可至少部分地由照明源102及图案掩模108确定。举例来说，0级衍射光束306可沿从照明源102通过图案掩模108的笔直路径(例如未衍射)传播到所述组投影光学器件110。因此，照明光束104的形状(例如照明极点的直径或其类似者)以及离轴极距314(例如所述组投影光学器件110的照明极点104与光学轴136之间的距离)可确定光瞳面304中的0级衍射光束306的位置。举另一实例来说，光瞳面304中的更高级衍射光束(例如1级衍射光束308、2级衍射光束310或其类似者)的位置由图案掩模108的图案元件的节距(例如分段图案元件200的节距204或其类似者)以及离轴极距302确定。
图3D到3F说明根据本发明的一或多个实施例的在焦点敏感计量目标的样本112上产生第二非对称空中成像轮廓的照明源102及图案掩模108的共同优化。
图3D是说明根据本发明的一或多个实施例的由图案掩模108产生的多个衍射光束的光刻子系统101的概念图。图3E是说明根据本发明的一或多个实施例的光瞳面内的衍射光束的相对位置的所述组投影光学器件110的所述光瞳面的概念图。图3F是说明根据本发明的一或多个实施例的由如图3D及3E中所展示的非对称照明曝光的样本112的抗蚀剂层116内的相对酸浓度316的曲线图。
由图3D到3F说明的样本112的照明的非对称的程度可相对于图3A到3D中所说明的配置而减少。举例来说，如图3D及3E中所展示，衍射光束306、308的分布可相对于光学轴136而不那么非对称。图3E相对于3B的减小非对称可导致样本112的抗蚀剂层116内的相对酸浓度的减小非对称，如图3F中所说明。在这方面，存在于光瞳面304中的衍射光束的非对称的程度可与样本的非对称照明的程度相互关联。因此，印刷图案元件的一或多个特性对于样本112的焦点位置的敏感度可通过控制光瞳面304中衍射光束的分布来调整。应注意印刷图案元件的非对称的程度可对印刷图案元件的稳健性造成负面影响。举例来说，高度非对称印刷图案元件可易受折叠影响。在这方面，由所述组投影光学器件捕获的衍射光束的分布可经调整(例如通过照明源102及图案掩模108的共同优化)以在焦点敏感与印刷图案元件的稳健性之间提供平衡。
图3G到3I说明根据本发明的一或多个实施例的在焦点不敏感计量目标的样本112上产生对称空中成像轮廓的照明源102及图案掩模108的共同优化。
图3G是说明根据本发明的一或多个实施例的由图案掩模108产生的多个衍射光束的光刻子系统101的概念图。图3H是说明根据本发明的一或多个实施例的光瞳面内的对称衍射光束的相对位置的所述组投影光学器件110的所述光瞳面的概念图。图3I是说明根据本发明的一或多个实施例的由如图3D及3E中所展示的对称照明曝光的样本112的抗蚀剂层116内的相对酸浓度318的曲线图。在另一实施例中，光瞳面304中的衍射光束306、308的对称分布提供与图案掩模108的空中图像相关联的样本112的对称照明。因此，与对称照明相关联的印刷图案元件将操作为焦点不敏感印刷图案元件。在另一实施例中，可在相同计量目标内(例如在相同过程步骤或在不同过程步骤中)制造焦点不敏感印刷图案元件。举例来说，焦点不敏感印刷图案元件可提供可根据其来测量焦点敏感印刷图案元件的一或多个特性的参考。举另一实例来说，焦点不敏感印刷图案元件可促进除样本112的焦点位置的测量之外的重叠测量(例如样本116上的图案化层相对于一或多个额外图案层的平移)的确定。
图4A到6说明根据本发明的一或多个实施例的依据图案掩模的节距使用非对称照明制造的印刷图案元件的变化。在这方面，图4A到6说明本发明的一或多个实施例，其中照明源102的特性固定在已知值。因此，图案掩模108上的一或多个图案元件的节距可经调整以控制样本112上的照明的非对称及因此控制对应印刷图案元件对于样本112的焦点位置的偏差的敏感度。本文中应注意图4A到6及下文的相关联描述仅出于说明目的而提供且不应解释为具限制性。
图4A到4D是说明根据本发明的一或多个实施例的与具有80nm、100nm、140nm及150nm的节距的值的离轴单极照明源及图案掩模108相关联的光瞳面304中的衍射光束的分布的曲线图402到408。举例来说，图4A到4D可说明由所述组投影光学器件110捕获的衍射光束。图5是根据本发明的一或多个实施例的具有从80nm到160nm的范围内的节距值的图案掩模108的模拟印刷图案轮廓500(例如在样本112的抗蚀剂层116中)的示意图。举例来说，与80nm、100nm、140nm及150nm的节距值相关联的模拟印刷图案轮廓可分别对应于图4A到4D中所说明的衍射光束的分布。在另一实施例中，框502可说明工艺窗口，其描绘用作焦点敏感图案元件的非对称图案抗蚀剂轮廓。图6是说明根据本发明的一或多个实施例的与从75nm到140nm的范围内的节距值的印刷图案的顶部的偏差的测量相关联的图案放置误差(PPE)的曲线图600。举例来说，PPE可响应于样本的焦点位置的偏差而测量为印刷图案元件的顶部的偏差。
在一个实施例中，80nm的图案元件节距提供光瞳面304中的0级衍射光束410及1级衍射光束412的对称分布，如图4A中所说明。因此，如图5中所说明，所得印刷图案轮廓对称。此外，如图6中所说明，所得印刷图案轮廓不将任何PPE展现为样本的焦点位置(例如离焦)的函数及可操作为焦点不敏感图案元件。
在另一实施例中，从80nm增加节距减少衍射级之间的间隔，如图4B及4C中所说明。举例来说，增加节距引起一级衍射光束在朝向光瞳面304中的0级衍射光束410的方向上移动。如先前所描述，光瞳面304内的0级衍射光束的位置可(但非必要)不受图案掩模108的节距影响。此外，当光瞳面304中的衍射光束的分布变得越来越不对称时(例如如图4B及4C中所说明)，对应印刷图案轮廓可变得越来越对称(例如参阅图5中的对应于90nm到140nm的印刷图案轮廓)，如非对称侧壁角度、印刷图案轮廓的顶部相对于印刷图案轮廓的底部的偏差或其类似者所证明。此外，PPE相对离焦的敏感度(例如与图6中的曲线图相关联的斜率)可伴随印刷图案轮廓的递增非对称而增加。
在另一实施例中，将节距增加到150nm及以上可减少光瞳面304中的衍射光束410到414的间隔使得2级衍射光束414由所述组投影光学器件110捕获，如图4D中所说明。因此，样本112的照明的非对称可减少及图5中所展示的150nm及160nm的节距值的印刷图案轮廓可对应地减小。
在另一实施例中，图案掩模108包含重叠计量目标的特性设计使得样本112的焦点位置的偏差显现为一或多个印刷图案元件的可测量平移。举例来说，典型成像计量重叠目标(例如高级成像计量(AIM)目标、框中框目标、散射测量重叠目标或其类似者)可包含与一或多个处理过程步骤相关联的一或多个印刷图案元件，使得重叠误差(例如一层相对于另一层的平移)显现为成像计量重叠目标的图案元件之间的相对平移。对应地，焦点敏感计量目标可经设计以模拟成像计量重叠目标使得样本的焦点位置的偏差显现为焦点敏感计量目标的一或多个印刷图案元件的可测量平移。本文中应注意焦点敏感掩模可经设计以模拟任何重叠计量目标，包含(但不限于)成像计量重叠目标或散射测量计量重叠目标。应进一步注意模拟重叠计量目标的焦点敏感计量目标可易于由重叠计量工具(例如定制重叠计量工具、可购得的计量工具或其类似者)特征化。此外，当图案掩模108被成像(例如通过光刻子系统101)时，重叠计量工具的输出可经进一步分析(例如通过控制器118)以将经测量的“重叠误差”转换为样本112的焦点位置。举例来说，焦点敏感计量目标可经设计使得无经测量的重叠误差对应于定位于标称(或所要)焦点位置处的样本。在这方面，由重叠计量工具测量的重叠误差可对应于样本的焦点位置相对于标称位置的误差(例如偏移)。
在另一实施例中，焦点敏感图案掩模可用以针对目标上的任何数目个工艺层而产生对应印刷计量目标。举例来说，焦点敏感掩模可用以产生适合于特征化单个层的样本的焦点位置的计量目标。举另一实例来说，焦点敏感掩模可用以产生适合于特征化任何数目个工艺层的样本的焦点位置的计量目标。在这方面，焦点敏感图案掩模可用以在计量目标的一或多个层中产生印刷图案元件及焦点不敏感图案掩模(例如具有对称元件的图案掩模或其类似者)可用以在所述计量目标的一或多个额外层中产生印刷图案元件。在另一实施例中，单个计量目标可包含与焦点敏感图案掩模及焦点不敏感图案掩模两者相关联的图案元件。因此，与焦点不敏感图案掩模相关联的印刷图案元件可充当用于与焦点敏感图案掩模相关联的印刷图案元件的相对位置的测量的参考点。此外，包含与焦点敏感图案掩模及焦点不敏感图案掩模两者相关联的印刷图案元件的计量目标可同时提供传统重叠数据(例如样本上的一或多个工艺层之间的平移)及一或多个工艺层的样本112的焦点位置。
图7A到7C说明根据本发明的一或多个实施例的焦点敏感图案掩模700。图7A是根据本发明的一或多个实施例的包含焦点敏感图案元件702及焦点不敏感图案元件704的焦点敏感图案掩模700的俯视图。图7B是根据本发明的一或多个实施例的焦点敏感图案元件702的一部分的放大视图706。图7C是根据本发明的一或多个实施例的焦点不敏感图案元件704的一部分的放大视图708。
在一个实施例中，每一焦点敏感图案元件702是包含以焦点敏感节距712分布的多个片段714的分段图案元件，如图7B中所说明。举例来说，以节距712分布的多个片段714可衍射照明光束104及产生光刻系统101的光瞳面304中的衍射光束的非对称分布。因此，图案元件702的空中图像可为非对称使得对应印刷图案元件的位置对样本112的焦点位置敏感。在另一实施例中，分段图案元件702以焦点不敏感节距710进一步分布，如图7A中所说明。举例来说，节距710可大于节距712使得与节距710相关联的衍射光束未由所述组投影光学器件110收集且因此不影响样本的照明的对称。
在另一实施例中，每一焦点不敏感图案元件704是未分段图案元件，如图7C中所说明。此外，焦点不敏感图案元件704可以焦点不敏感节距710分布。因此，如由照明光束104所照明的由所述组投影光学器件110产生的图案元件704的空中图像在样本112上提供焦点不敏感印刷图案。举例来说，由照明源102照明及由所述组投影光学器件110成像的图案元件704可在样本112上提供对称空中照明轮廓。在另一实施例中，以焦点不敏感节距710分布的焦点不敏感图案元件704与焦点敏感图案元件702对准。在这方面，当样本112位于标称焦点位置处时，与焦点敏感图案元件702及焦点不敏感图案元件704相关联的印刷图案元件可对准及否则未对准。
焦点敏感图案元件702及焦点不敏感图案元件704可成像于样本112上以在单个处理步骤或在多个处理步骤中产生印刷图案元件。在一个实施例中，焦点敏感图案元件702及焦点不敏感图案元件704位于单个图案掩模上(例如图案掩模700)且同时成像于样本112上。在另一实施例中，焦点敏感图案元件702及焦点不敏感图案元件704可单独成像于样本112上。举例来说，焦点敏感图案元件702及焦点不敏感图案元件104可位于单独图案掩模或单个图案掩模的不同位置上。
图8A是根据本发明的一或多个实施例的对应于焦点敏感图案掩模700的焦点敏感印刷计量目标800的俯视图。举例来说，焦点敏感计量目标800可对应于由经配置用于单极照明的照明源102(其中照明极点从X-方向上的光刻子系统101的光学轴136偏移)的焦点敏感图案掩模700的空中图像。在一个实施例中，焦点敏感印刷图案元件802对应于焦点敏感图案元件702及焦点不敏感印刷图案元件804对应于焦点不敏感图案元件704。本文中应注意尽管图中为简明而未展示，但焦点敏感图案元件702的多个片段714可(但非必要)由所述组投影光学器件110分辨及印刷为样本112上的单独印刷图案元件。如图8A中所说明，未对准度量806(例如X-方向上测量的PPE)可对应于样本112的焦点位置相对于标称焦点位置的偏差。
图8B是说明根据本发明的一或多个实施例的样本112的焦点位置与未对准度量806之间的示范性关系的曲线图808。如图8B中所展示，未对准度量806可(但非必要)展现相对于样本112的焦点位置的线性相关。在一个实施例中，0的焦点位置表示标称焦点位置(例如目标焦点位置、“最佳”焦点位置或其类似者)。
在另一实施例中，未对准度量806由计量子系统151测量。举例来说，计量子系统151可配置为测量未对准度量806的重叠计量工具。此外，可基于经测量的未对准度量来计算(例如由控制器118)样本112的实际焦点位置(例如样本112的焦点位置的量值及/或偏差的方向)。本文中应注意未对准度量806的描述仅出于说明目的而提供且不应解释为具限制性。举例来说，任何计量度量可用以特征化样本112的焦点位置。在一个实施例中，印刷图案元件802(未展示)的个别片段的位置的平移可用以特征化样本112的焦点位置。在另一实施例中，例如(但不限于)一或多个侧壁角度或一或多个临界尺寸的印刷图案元件802的一或多个额外特性可用以特征化样本112的焦点位置。
图9A是根据本发明的一或多个实施例的包含具有图案元件的不同定向的多个单元902到908的焦点敏感图案掩模900的俯视图。在一个实施例中，焦点敏感图案掩模900可具有两层AIM计量重叠目标的特性。举例来说，图案掩模900在单元902到908中的每一者中可包含焦点敏感图案元件及焦点不敏感图案元件。
在另一实施例中，单元902对应于焦点敏感图案掩模700。在这方面，焦点敏感图案元件910可为包含焦点敏感节距的分段图案元件。此外，焦点敏感图案元件910及焦点不敏感图案元件912两者可在图案掩模900上对准。因此，单元906可为单元902的额外例子。
在另一实施例中，每一焦点敏感图案元件914为包含以焦点敏感节距922分布的多个片段920的分段图案元件，如图9B中的展开图918中所说明。举例来说，以焦点敏感节距922分布的多个片段920可衍射照明光束104及产生光刻系统101的光瞳面304中的衍射光束的非对称分布。举例来说，多个片段920可沿X-方向分布以对应于照明源102的偏移位置302。在这方面，图案掩模900及照明源102可共同优化。因此，图案元件914的空中图像可为非对称使得对应印刷图案元件的位置对样本112的焦点位置敏感。
图10是根据本发明的一或多个实施例的对应于焦点敏感图案掩模900的单元904的焦点敏感印刷计量目标1000的俯视图。在一个实施例中，焦点敏感印刷图案元件1002对应于焦点敏感图案元件910及焦点不敏感印刷图案元件1004对应于焦点不敏感图案元件916。举例来说，印刷于另一实施例中，未对准度量1006(例如焦点敏感印刷图案元件1002与焦点不敏感印刷图案元件1004之间的相对离距或其类似者)提供关于样本112的焦点位置的偏差的数据。
图11A是根据本发明的一或多个实施例的焦点敏感图案掩模1100的俯视图。在一个实施例中，区域1102中的图案元件以焦点敏感节距1104分布。在另一实施例中，区域1106中的图案元件以焦点不敏感节距1108分布。在这方面，对应于区域1102的图案元件的一或多个特性(例如与对应印刷图案元件的位置相关联的PPE、临界尺寸、侧壁角度或其类似者)可相对于样本112的焦点位置而变化。此外，对应于区域1106的印刷图案元件的特性可相对于样本112的焦点位置恒定。
图11B及11C是说明根据本发明的一或多个实施例的与分别对应于区域1102中的焦点敏感图案元件及区域1104中的焦点不敏感图案元件的印刷图案元件相关联的PPE的曲线图1110及1112。举例来说，对应于区域1102的焦点敏感印刷图案元件的PPE可(但非必要)展现对所关注的范围内的样本112的焦点位置的线性(或几乎线性)相依。此外，对应于区域1106的焦点不敏感印刷图案元件的PPE可展现相对于样本112的焦点位置的可忽略PPE。本文中应注意曲线图1112的比例相对于曲线图1110的比例而放大。此外，对应于区域1102的焦点敏感印刷图案元件的PPE可相对于对应于区域1106的焦点不敏感印刷图案元件的PPE而测量。
图12A是根据本发明的一或多个实施例的包含亚分辨率特征的焦点敏感图案元件1200的俯视图。在一个实施例中，图案元件1200是包含以亚分辨率分离距离1204分布(例如沿X-方向)的多个片段1202的分段图案元件。在这方面，亚分辨率特征(例如分离距离1204或其类似者)可不由光刻子系统101印刷于样本112上。在另一实施例中，片段1202以焦点敏感节距1206分布(例如沿X-方向)。因此，图案元件1200可衍射照明光束104使得多个衍射光束非对称地分布于光刻子系统的光瞳面304中。此外，与图案元件1200的空中图像相关联的样本112上的照明可为非对称使得印刷图案元件对样本112的焦点位置敏感。本文中应注意包含引起照明光束的衍射但未成像于样本上的亚分辨率特征的图案元件可促进稳健印刷图案元件的制造。举例来说，高度非对称印刷图案元件可展现高度非对称侧壁角度。因此，高度非对称印刷图案元件可易受折叠影响，尤其当高宽比(例如印刷图案高度与印刷图案宽度的比)较高时。相比之下，包含亚分辨率特征的图案元件的多个片段(例如片段1202)可成像为具有相对较低高宽比以促进印刷图案元件的稳健性的单个印刷图案元件，同时将敏感度提供到样本112的焦点位置。
图12B是根据本发明的一或多个实施例的对应于具有亚分辨率特征的焦点敏感图案元件1200的抗蚀剂层116的模拟印刷图案轮廓1208的示意图。在另一实施例中，对应于分段焦点敏感图案元件1200的印刷图案是非分段印刷图案元件。在这方面，亚分辨率特征(例如亚分辨率分离距离1204或其类似者)可不由光刻子系统101的所述组投影光学器件110可分辨地成像。然而，如图12B中所说明，归因于亚分辨率特征的影响，抗蚀剂层116的印刷图案轮廓1208可为非对称。在一个实施例中，PPE(例如如印刷图案元件的顶部的位置所测量)对样本112的焦点位置敏感。在另一实施例中，一或多个侧壁角度可对样本112的焦点位置敏感。
图13到17说明根据本发明的一或多个实施例的经共同优化以产生对如沿两个方向测量的样本的焦点位置敏感的印刷图案元件的照明源及图案掩模。
图13是说明根据本发明的一或多个实施例的配置为在X及Y方向两者上从所述组投影光学器件110的光学轴136偏移的单极照明源的照明源102的强度分布的曲线图1300。
图14是根据本发明的一或多个实施例的包含沿X及Y方向两者分布的多个片段1402的图案元件1400的俯视图。举例来说，图案元件1400可包含由X-方向上的焦点敏感节距1404及Y-方向上的焦点敏感节距1406分离以产生在X及Y方向两者上分布的多个衍射光束的片段1402的二维阵列。在一个实施例中，X-方向上的焦点敏感节距1404的值及Y-方向上的焦点敏感节距1406的值可相同以提供沿X及Y方向的样本112上照明的非对称的相同程度。在另一实施例中，X-方向上的焦点敏感节距1404的值及Y-方向上的焦点敏感节距1406的值不同以提供沿X及Y方向的样本112上照明的非对称的不同数量程度。在另一实施例中，照明源102的强度轮廓可包含X及Y方向上的非对称的不同程度，其可由X-方向上的焦点敏感节距1404及Y-方向上的焦点敏感节距1406的不同值补偿以提供沿X及Y方向的样本112上照明的非对称的相同程度。
在一个实施例中，片段1402沿X-方向分离达分离距离1408且沿Y-方向分离达分离距离1410。在另一实施例中，分离距离1408、1410比所述组投影光学器件110的分辨率大使得每一片段1402可分辨地成像于样本112上作为印刷图案元件。在另一实施例中，分离距离1408、1410比所述组投影光学器件110的分辨率小使得多个片段1402成像于样本112上作为单个印刷图案元件。
图15是根据本发明的一或多个实施例的所述组投影光学器件110的光瞳面304中的衍射光束的分布的曲线图1500。在一个实施例中，图案元件1400将照明光束104衍射成Y方向上的0级衍射光束1502、1级衍射光束1504及X-方向上的1级衍射光束1506使得衍射光束非对称地分布于光瞳面304中。在另一实施例中，光瞳面304包含一或多个额外衍射光束(例如衍射光束1508)。
图16是根据本发明的一或多个实施例的对应于具有亚分辨率特征的焦点敏感图案元件1400的抗蚀剂层116的模拟印刷图案轮廓1600的示意图。在一个实施例中，与衍射光束1502到1508的非对称分布相关联的非对称照明引起抗蚀剂轮廓1600在X及Y方向两者上均为非对称。举例来说，抗蚀剂轮廓1600可响应于样本112的焦点位置的偏差而在X及Y方向两者上展现非对称侧壁角度，导致PPE。此外，抗蚀剂轮廓1600的顶部可响应于样本112的焦点位置的偏差而在X及Y方向两者上移位，导致PPE。
图17是根据本发明的一或多个实施例的包含焦点敏感印刷图案元件及焦点不敏感印刷图案元件的计量目标1700的俯视图。在一个实施例中，计量目标1700包含对应于图案元件1400的图像的焦点敏感印刷图案元件1702。举例来说，印刷图案元件1702可经配置以提供对如沿X及Y方向两者测量的样本112的焦点位置的敏感度。在另一实施例中，计量目标1700包含包围焦点敏感印刷图案元件1702的焦点不敏感印刷图案元件1704。在这方面，图案掩模1700可具有框中框重叠计量目标的特性。举例来说，样本112的焦点位置沿X-方向的偏差可显现为印刷图案元件1702的移位及因此显现为距离1706中的变化。类似地，样本112的焦点位置沿Y-方向的偏差可显现为印刷图案元件1702的移位及因此显现为距离1708中的变化。在这方面，计量目标1700对样本112的俯仰及侧倾以及样本112的平均焦点位置敏感。
焦点敏感图案元件1702及焦点不敏感图案元件1704可成像于样本112上以在单个处理步骤或在多个处理步骤中产生印刷图案元件。在一个实施例中，焦点敏感图案元件1702及焦点不敏感图案元件1704位于单个图案掩模上且同时成像于样本112上。在另一实施例中，焦点敏感图案元件1702及焦点不敏感图案元件1704可单独成像于样本112上。举例来说，焦点敏感图案元件1702及焦点不敏感图案元件104可位于单独图案掩模或单个图案掩模的不同位置上。
在一些实施例中，照明源102经配置以展现对称离轴强度分布。在这方面，照明源102的分布可适合于与所关注的半导体装置以及工艺敏感计量目标相关联的印刷图案元件的制造。举例来说，例如(但不限于)对称双极照明源102的对称离轴照明源102可适合于印刷密集线/空间图案(例如与逻辑及/或存储器装置的鳍片、栅极或其类似者相关联)。因此，在一些实施例中，图案掩模108及对称照明源102经共同优化以提供适合于在用以制造半导体装置的相同过程步骤组中在样本112上制造的工艺敏感计量目标。
图18是根据本发明的一或多个实施例的用于印刷工艺敏感计量目标的照明源102的示范性强度分布的曲线图1800。在一个实施例中，照明源102为包含第一极点104a及对称于所述第一极点的第二极点104b的对称双极照明源。然而，应注意图18的示范性强度分布仅为说明而提供且不应解释为具限制性。举例来说，照明源102可配置为任何对称源，包含(但不限于)对称双极源、C-Quad照明源、类星体照明源或具有对称分布的自由形式照明源。
本文中应注意每一照明极点(例如照明极点104a、104b)可根据图案掩模108上的图案元件的分布而由图案掩模108衍射。在这方面，与给定照明极点相关联的衍射光束可在样本112上干涉使得与所述给定照明极点相关联的样本112上的强度分布是衍射光束的相对光学相位(例如与光学路径差异相关联或其类似者)的函数。此外，总强度分布可包含第一照明极点及第二照明极点(例如照明极点104a、104b)的比重。
举例来说，与第一照明极点(例如照明极点104a)相关联的样本112上的照明的强度可被描述为样本112处(例如在如图3A中所说明的光刻系统101或其类似者中)的两个衍射光束的干涉：
其中a0及a1为与第一及第二衍射光束的电场振幅相关联的常数，且ΔΦ对应于衍射光束之间的光学相位差。举例来说，衍射光束可包含0级衍射光束及1级衍射光束(例如如图3A、3D、3G中所展示或其类似者)。在这方面，ΔΦ(x，z)可被描述为：
其中p为图案掩模108沿x-方向的节距，λ为照明光束104的波长，θ0为来自图案掩模108的0级衍射光束的衍射角度及θ1为来自图案掩模108的1级衍射光束的衍射角度。此外，0级衍射光束的衍射角度可与照明光束104的入射角相同。因此，0级衍射光束可沿直线路径通过图案掩模108传播。
与对称双极照明相关联的样本112上的总强度分布可因此由来自两个双极源的强度分布的比重来描述。举例来说，总强度分布可(但非必要)被描述为：
在这方面，样本112上的强度分布可对应于具有等于图案掩模108的节距p的周期的沿X-方向的正弦分布。此外，样本112上的沿Z-方向的强度分布可对应于具有周期的正弦分布作为照明光束104的入射角θ0及图案掩模108的节距p的函数。
应理解方程式1到3及与照明源104的照明相关联的样本112上的照明的分布的相关联描述仅为说明而提供且不应解释为具限制性。举例来说，照明源102可展现任何空间及/或时间相干性质以在样本112上提供所要照明轮廓。在这方面，照明源102的空间及/或时间相干性质可影响给定照明极点的衍射级之间的干涉及/或多个照明极点之间的干涉。此外，样本112上的总强度分布可包含来自照明源(例如照明极点或其类似者)上的任何数目个位置的任何数目个衍射光束的比重。
在一个实施例中，照明源102及图案掩模108可经共同优化以在样本112上提供适合于产生焦点敏感计量目标的强度分布。举例来说，照明源102及图案掩模108可经共同优化以在来自一对对称照明极点中的每一者的衍射光束之间产生光学相位差(例如使得在方程式1到3中ΔΦ≠0)。因此，如由方程式1到3所展示，与第一双极相关联的样本112上的强度(例如I1(x，z))在第一方向上可为非对称，而与第二双极相关联的样本112上的强度(例如I2(x，z))在相对方向上可为非对称。此外，样本112上的总强度分布(例如ITot(x，z))可沿Z-方向(例如沿所述组投影光学器件110的光学轴或其类似者)调变。在这方面，样本112上的强度分布可对样本112的焦点位置敏感(例如根据方程式3中的Z相依项或其类似者)。因此，样本的焦点位置的偏差可影响样本112上的印刷图案元件的一或多个特性以产生焦点敏感计量目标。
图19A是说明根据本发明的一或多个实施例的与照明源102的第一极点及经配置以在样本112上产生焦点敏感计量目标的图案掩模108相关联的光束路径的光刻子系统101的概念图。图19B是说明根据本发明的一或多个实施例的与与第一极点对称的照明源102的第二极点及经配置以在样本112上产生焦点敏感计量目标的图案掩模108相关联的光束路径的光刻子系统101的概念图。本文中应注意与图19A及19B两者相关联的光束路径以及额外对称照明极点对(未展示)可同时存在以在样本112上产生图案掩模108的空中图像。
图20是说明根据本发明的一或多个实施例的用于产生焦点敏感计量目标的光刻系统101的光瞳面304中的衍射光束306a、306b、308a、308b的分布的曲线图2000。在一个实施例中，衍射光束306a、306b对应于图19A中所说明的光束路径。举例来说，衍射光束306a可对应于0级衍射光束及衍射光束306b可对应于1级衍射光束。此外，衍射光束306a、306b可以非对称轮廓分布使得通过光刻子系统101的衍射光束的光学路径不同(例如方程式2中θ0≠θ1)及样本112的照明可为非对称。类似地，衍射光束308a、308b可对应于图19B中所说明的光束路径。举例来说，衍射光束308a可对应于0级衍射光束及衍射光束308b可对应于1级衍射光束。此外，衍射光束308a、308b可类似地以非对称轮廓分布使得样本112的照明可为非对称。然而，衍射光束306a、306b、308a、308b的组合分布可为对称。
在另一实施例中，衍射光束306a、306b、308a、308b在光瞳面304中可具有对应于照明源102的照明极点的空间范围的有限宽度。举例来说，衍射光束的分布，可基于照明源102的已知分布来计算适合于在样本112上产生焦点敏感计量目标的图案掩模108的节距。举例来说，图案掩模108可(但非必要)经设计使得可按如下计算光瞳面304中的给定照明极点的衍射光束之间的焦点敏感光瞳分离距离Df(例如306a与306b之间的离距)：
其中σout及σin分别为光瞳面中的0级衍射光束的外范围及内范围。因此，每一照明极点的衍射光束可非对称地分布于光瞳面中而不会重叠(例如如图20中所说明)。
此外，可基于焦点敏感光瞳分离距离Df来计算图案掩模108上的图案元件的焦点敏感节距Pf。在一个实施例中，由图案掩模108产生的衍射光束之间的离距可根据衍射方程式来描述：
其中λ为照明源102的波长，n为包围衍射光栅的折射率，p为与图案掩模108上的图案元件相关联的节距，θ0为照明光束104的入射角1902以及0级衍射光束(例如衍射光束306a、308a)的出射角，θ1为衍射光束(例如衍射光束306b、308b)的出射角1904，σ0为光瞳面304中的0级衍射光束(例如衍射光束306a、308a)的中心位置1906，σ1为光瞳面304中的1级衍射光束(例如衍射光束306a、308a)的中心位置1908及NA为所述组投影光学器件110的数值孔隙。在另一实施例中，可基于0级衍射光束(例如衍射光束306a、308a)与1级衍射光束(例如衍射光束306a、308a其中m＝1)之间的焦点敏感光瞳离距Df按如下计算焦点敏感节距Pf：
举说明性实例来说，光刻子系统101可包含经配置用于制造具有80nm的节距的线/空间图案的对称双极源(例如对应于图18的曲线图1800或其类似者)。此外，光瞳面中的0级衍射光束306a、308a可具有0.96的外范围σout及0.86的内范围σin使得0级衍射光束306a、308a分布于光瞳极限312附近。因此，图案掩模108可经设计以产生具有Df＝0.942的离距(例如根据方程式4)及具有节距Pf＝152nm(例如根据方程式6)的衍射级。
图21是根据本发明的一或多个实施例的对应于焦点敏感计量目标的焦点曝光矩阵(FEM)的模拟印刷图案轮廓2100(例如在样本112的抗蚀剂层116中)的示意图。在一个实施例中，图21说明印刷图案轮廓相对于沿水平轴的样本的焦点位置及沿垂直轴的样本的曝光量(例如由照明光束104入射于样本上的能量的剂量)的变化。在另一实施例中，所关注的工艺窗口由框2102说明。举例来说，印刷图案轮廓2100可对应于经制造具有如上文所描述的150nm的焦点敏感节距的印刷图案。此外，例如(但不限于)印刷高度、侧壁角度及临界尺寸(例如以指定高度的印刷图案的宽度)的印刷图案元件的多个特性对样本的焦点位置的偏差敏感。
在另一实施例中，焦点敏感特特性(例如高度、侧壁角度、临界尺寸或其类似者)对样本的焦点位置的偏差相对敏感及对例如(但不限于)样本的曝光量的其它工艺变化相对不敏感。举例来说，如图21中所说明，在工艺窗口2102内，印刷图案轮廓2100展现对样本112的焦点位置的偏差(例如当沿水平轴观察时)的比对曝光量(例如当沿垂直轴观察时)高的敏感度。
图22A是说明根据本发明的一或多个实施例的作为样本112的焦点位置的多个值的曝光量的函数的印刷图案元件(例如印刷图案元件2100)的临界尺寸的变化的曲线图2200。举例来说，曲线图2200可对应于图21的模拟印刷图案轮廓的测量值。在一个实施例中，临界尺寸对样本112的焦点位置的敏感度响应于焦点位置的70nm偏差而改变达示范性18nm。此外，对于样本112的给定焦点位置，临界尺寸依据曝光量的变化相对较小(例如在所关注的范围内约5纳米)。
图22B是说明根据本发明的一或多个实施例的作为样本112的焦点位置的多个值的曝光量的函数的印刷图案元件(例如印刷图案元件2100)的侧壁角度的变化的曲线图2202。举例来说，曲线图2202可对应于图21的模拟印刷图案轮廓的测量值。在一个实施例中，侧壁角度响应于样本112的焦点位置的70nm偏差而改变达示范性16度。此外，对于样本112的给定焦点位置，侧壁角度依据曝光量的变化相对较小(例如在所关注的范围内约3度)。
在另一实施例中，印刷图案元件的多个特性可同时用以确定样本112的焦点位置的偏差。举例来说，临界尺寸的测量及计量目标的印刷图案元件的侧壁角度可提供比单个特性的测量更大的敏感度及更高的准确度。
本文中应注意产生于样本上(例如由光刻子系统101)的图案掩模的图像可主要取决于图案掩模内的图案元件的接近。在这方面，具有小于光刻子系统101(例如所述组投影光学器件110)的分辨率的尺寸(例如实际尺寸、图案元件之间的离距或其类似者)的图案元件会基于例如散射、衍射及其类似者的光学效应而影响印刷于样本的抗蚀剂层上的图案。此外，亚分辨率图案元件(替代地，光学接近校正(OPC)图案元件或其类似者)会影响印刷图案元件的一或多个特性(例如PPE、侧壁角度、临界尺寸或其类似者)且未必可分辨地成像于样本上。
图23A是根据本发明的一或多个实施例的用于产生焦点敏感计量目标的非对称分段图案元件2302的俯视图。在一个实施例中，非对称分段图案元件2302由焦点敏感节距2310分离使得来自照明极点(例如如由图3A所说明的离轴单极照明源、如图19A及19B中所说明的一对对称照明极点的一者或其类似者)的衍射光束非对称地分布于光刻子系统101的光瞳面304中。在另一实施例中，非对称分段图案元件2302包含小于所述组投影光学器件110的分辨率的一或多个特征(例如片段、片段之间的分离距离或其类似者)。举例来说，如图23A中所展示，非对称分段图案元件2302包含沿X-方向分离达亚分辨率分离距离2308的初级片段2304及次级片段2306。此外，初级片段2304及次级片段2306沿X-方向的长度可不同使得图案元件2302在X-方向上为非对称。因此，非对称分段图案元件2302可成像于样本112上作为未分段印刷图案元件。
在另一实施例中，由焦点敏感节距2310分离及由对称照明源102(例如如图19A及19B中所说明)照明的非对称分段图案元件2302提供与图案掩模108的空中图像相关联的样本112的非对称照明。举例来说，非对称分段图案元件2302可破坏照明光束104a及照明光束104b的对称性以提供样本112的非对称照明。因此，对应印刷图案元件可为非对称。
图23B是根据本发明的一或多个实施例的对应于非对称分段图案元件2302的抗蚀剂层116的模拟印刷图案轮廓2312的示意图。在一个实施例中，印刷图案轮廓2312的侧壁角度以及形状是非对称的。
图23C是根据本发明的一或多个实施例的对应于非对称分段计量目标的图像的焦点曝光矩阵的模拟印刷图案轮廓2314(例如在样本112的抗蚀剂层116中)的示意图。举例来说，模拟印刷图案轮廓2314可对应于非对称分段图案元件2302的图像。在一个实施例中，图23C说明印刷图案轮廓相对于沿水平轴的样本112的焦点位置及沿垂直轴的样本112的曝光量(例如由照明光束104入射于样本112上的能量的剂量)的变化。在另一实施例中，工艺窗口2316说明所关注的工艺参数。举例来说，工艺窗口2316可包含稳健印刷图案元件及/或与样本112的焦点位置及样本的曝光量的预期偏差相关联的实际范围。
在另一实施例中，非对称印刷图案轮廓2314对样本的焦点位置的偏差高度敏感及对曝光量的偏差不敏感。在这方面，非对称印刷图案轮廓2314可操作为焦点敏感计量目标上的焦点敏感图案。
在一个实施例中，照明源102及图案掩模108可经共同优化以在样本112上提供适合于产生曝光敏感计量目标的强度分布。
图24A是说明根据本发明的一或多个实施例的与照明源102的第一极点及经配置以在样本112上产生曝光敏感计量目标的图案掩模108相关联的光束路径的光刻子系统101的概念图。图24B是说明根据本发明的一或多个实施例的与与第一极点对称的照明源102的第二极点及经配置以在样本112上产生曝光敏感计量目标的图案掩模108相关联的光束路径的光刻子系统101的概念图。本文中应注意与图24A及24B两者相关联的光束路径以及额外对称照明极点对(未展示)可同时呈现以在样本112上产生图案掩模108的空中图像。
在一个实施例中，照明源102(例如图24A及24B中所说明的对称照明源或其类似者)及图案掩模108经共同优化使得当通过光刻子系统101传播时来自一对对称照明极点中的每一者的衍射光束具有相同光学路径长度。举例来说，照明源102及图案掩模108可经共同优化使得衍射光束对称地分布于光瞳面304中(例如根据方程式2，θ0＝θ1)。因此，如由方程式2所展示，衍射光束之间的光学相位Δφ在Z-方向上可不展现相依性。因此，样本上的总强度分布可(但非必要)被描述为：
在这方面，样本112上的总强度分布对样本的焦点位置的偏差(例如沿Z-方向)可不敏感使得印刷图案元件的特性的任何变化可归因于样本112的曝光量的偏差。
图25是说明根据本发明的一或多个实施例的用于产生曝光敏感计量目标的光刻系统101的光瞳面304中的衍射光束306a、306b、308a、308b的分布的曲线图2500。在一个实施例中，衍射光束306a、306b对应于图24A中所说明的光束路径。举例来说，衍射光束306a可对应于0级衍射光束及衍射光束306b可对应于1级衍射光束。此外，衍射光束306a、306b可经对称分布使得衍射光束306a、306b之间的光学相位差为零(例如θ0＝θ1)且样本的照明对称。类似地，衍射光束308a、308b可对应于图24B中所说明的光束路径。举例来说，衍射光束308a可对应于0级衍射光束及衍射光束308b可对应于1级衍射光束。此外，衍射光束308a、308b可经对称分布使得衍射光束308a、308b之间的光学路径差为零(例如θ0＝θ1)且样本的照明对称。另外，来自两个照明极点的光束可重叠。举例来说，如图25中所说明，衍射光束306a及衍射光束308b可重叠。类似地，衍射光束306b及308a可重叠。
在另一实施例中，光瞳面304中的衍射光束的离距经设计以实现样本102上的场的相对较高深度。举例来说，光瞳面304中的衍射光束的离距可经配置以等于照明源102的照明极点的离距。在这方面，印刷图案元件对样本112的焦点位置的偏差的敏感度可减少。因此，印刷图案元件的一或多个特性会对样本上的曝光量(例如剂量)敏感。
在另一实施例中，可按如下计算0级衍射光束(例如衍射光束306a、308a)与1级衍射光束(例如衍射光束306a、308a)之间的曝光敏感光瞳分离距离De：
De＝2σ0＝2σ1＝2σ(8)
其中σ0为光瞳面304中的0级衍射光束(例如衍射光束306a、308a)的中心位置2402及σ1为光瞳面304中的1级衍射光束(例如衍射光束306a、308a)的中心位置2402。在另一实施例中，可按如下计算(例如根据方程式5)图案掩模108上的图案元件的曝光敏感节距Pe：
此外，光瞳面中的衍射光束的宽度可界定用于曝光敏感计量目标的设计的工艺窗口。举例来说，工艺窗口可包含以下范围内的曝光敏感节距Pe的值：
其中σin及σout分别为光瞳面304中的0级衍射光束的内范围及外范围。
举说明性实例来说，光刻子系统101可包含经配置用于制造具有80nm的节距的线/空间图案的对称双极源(例如对应于图18的曲线图1800或其类似者)。此外，光瞳面中的0级衍射光束306a、308a可具有0.96的外范围σout及0.86的内范围σin使得0级衍射光束306a、308a分布于光瞳极限312附近。因此，图案掩模108可经设计以具有74nm到84nm的范围内的曝光敏感节距Pe。在这方面，80nm的曝光敏感节距可对应于相同于待制造为样本112上的半导体装置的部分的线/空间图案的特征大小。
图26是根据本发明的一或多个实施例的对应于曝光敏感图案元件的图像的焦点曝光矩阵的模拟印刷图案轮廓2314(例如在样本112的抗蚀剂层116中)的示意图。举例来说如，根据本发明的一或多个实施例，模拟印刷图案轮廓2602可对应于具有如图25中所描绘的衍射光束306a、306b、308a、308b的分布的样本112的照明。在一个实施例中，图26说明印刷图案轮廓相对于沿水平轴的样本112的焦点位置及沿垂直轴的样本112的曝光量(例如由照明光束104入射于样本112上的能量的剂量)的变化。在另一实施例中，工艺窗口2604说明所关注的工艺参数。举例来说，工艺窗口2604可包含稳健印刷图案元件及/或与样本112的焦点位置及样本的曝光量的预期偏差相关联的实际范围。
在另一实施例中，印刷图案轮廓2602对样本的曝光位置的偏差高度敏感及对样本112的焦点位置的偏差不敏感。
图27是说明根据本发明的一或多个实施例的作为样本112的焦点位置的多个值的曝光量的函数的曝光敏感印刷图案轮廓的临界尺寸(例如如以指定高度所测量的印刷图案轮廓的宽度)的变化的曲线图2700。在一个实施例中，临界尺寸对曝光量敏感且展现对样本的焦点位置的相对较低的敏感。举例来说，在工艺窗口2702中，临界尺寸响应于2mJ/cm2的曝光量的偏差而改变达3.3nm。相比之下，临界尺寸响应于样本112的焦点位置的70nm偏差而改变达0.001nm。在这方面，印刷图案轮廓2314展现对曝光量的高敏感度及对样本112的焦点位置的偏差的最小敏感度且因此可操作为曝光敏感计量目标上的曝光敏感图案。
再次参考图1A到1C，照明源102可包含所属技术领域中已知的适合于产生照明光束104的任何照明源。举例来说，照明源102可包含(但不限于)单色光源(例如激光)、具有包含两个或两个以上离散波长的光谱的多色光源、宽带光源或波长扫掠光源。此外，照明源102可(但非必要)由白色光源(例如具有包含可见波长的光谱的宽带光源)、激光源、自由形式照明源、单极照明源、多极照明源、弧形灯、电极更少灯或激光持续等离子体(LSP)源形成。此外，照明光束104可经由自由空间传播或导光(例如光学纤维、光导管或其类似者)输送。
本文中应进一步注意为了本发明，照明源102的照明极点可表示来自照明源102的具体位置的照明。在这方面，照明源102上的每一空间位置可被视为照明极点。此外，照明极点可具有所属技术领域中已知的任何形状或大小。另外，自由形式照明源102可被视为具有对应于照明极点的分布的照明轮廓。
在另一实施例中，系统100包含适合于固定样本112的样本置物台114。样本置物台114可包含所属技术领域中已知的任何样本置物台架构。举例来说，样本置物台114可包含(但不限于)线性置物台。举另一实例来说，置物台组合件118可包含(但不限于)旋转置物台。此外，样本106可包含晶片，例如(但不限于)半导体晶片。
在另一实施例中，样本112上的照明光束104的入射角可调整。举例来说，照明光束104通过光束分离器126及物镜128的路径可经调整以控制样本112上的照明光束104的入射角。在这方面，照明光束104可具有通过光束分离器126及物镜128的标称路径使得照明光束104在样本112上具有法线入射角。此外，样本112上的照明光束104的入射角可通过修改光束分离器126上的照明光束104的位置及/或角度来控制(例如由可旋转镜、空间光调制器、自由形式照明源或其类似者)。
控制器118的一或多个处理器119可包含所属技术领域中已知的任何处理元件。就此来说，一或多个处理器119可包含经配置以执行算法及/或指令的任何微处理器类型装置。在一个实施例中，一或多个处理器119可由台式计算机、主计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或经配置以执行经配置以操作系统100的程序的任何其它计算机系统(例如网络计算机)组成，如本发明中所描述。应进一步认识到术语“处理器”可广泛地定义以涵盖具有一或多个处理元件的任何装置，其执行来自非暂时性存储器媒体120的程序指令。此外，本发明中所描述的步骤可由单个控制器118或替代地多个控制器118实施。另外，控制器118可包含容置于共同外壳中或多个外壳内的一或多个控制器118。以此方式，任何控制器或控制器的组合可单独封装为适合于集成到系统100的模块。
存储器媒体120可包含所属技术领域中已知的适合于存储可由相关联的一或多个处理器119执行的程序指令的任何存储媒体。举例来说，存储器媒体120可包含非暂时性存储器媒体。举另一实例来说，存储器媒体134可包含(但不限于)只读存储器、随机存取存储器、磁性或光学存储器装置(例如，磁盘)、磁带、固态驱动器及其类似者。应进一步注意存储器媒体120可与一或多个处理器119容置于共同控制器外壳中。在一个实施例中，存储器媒体120可相对于一或多个处理器119及控制器118的物理位置而远程定位。例如，控制器118的一或多个处理器119可存取可通过网络(例如，因特网、内部网络及其类似者)存取的远程存储器(例如，服务器)。因此，上述描述不应解释为本发明的限制而仅为说明。
在另一实施例中，控制器118引导照明源102以提供一或多个选定波长的照明(例如响应于反馈)。就一般意义来说，控制器118可与计量子系统101内的任何元件通信地耦合。在另一实施例中，控制器118通信地耦合到光学组件162及/或照明源102以引导照明光束104与样本112之间的入射角的调整。此外，控制器118可分析从检测器130接收的数据及将数据馈送到计量子系统101内或系统100外部的额外组件。
本发明的实施例可并入所属技术领域中已知的任何类型的计量系统，包含(但不限于)具有一或多个照明角度的光谱椭圆偏光计、用于测量穆勒矩阵元件(例如使用旋转补偿器)的光谱椭圆偏光计、单个波长椭圆偏光计、角度分辨椭圆偏光计(例如光束轮廓椭圆偏光计)、光谱反射计、单个波长反射计、角度分辨反射计(例如光束轮廓反射计)、成像系统、光瞳成像系统、光谱成像系统或散射计。此外，计量系统可包含单个计量工具或多个计量工具。第7,478,019号美国专利中大体上描述了并入多个计量工具的计量系统。第5,608,526号美国专利中大体上描述了基于主要反射光学器件的聚焦光束椭圆偏光法，所述专利以全文引用的方式并入本文中。第5,859,424号美国专利中大体上描述了使用变迹器来减轻引起照明点的散布超出由光学器件界定的大小的光学衍射的效应，所述专利以全文引用的方式并入本文中。第6,429,943号美国专利中大体上描述了使用具有同时多个入射角照明的高数值孔隙工具，所述专利以全文引用的方式并入本文中。
本文中应进一步认识到计量工具可测量例如(但不限于)临界尺寸(CD)、重叠、侧壁角度、膜厚度或工艺相关参数(例如焦点、剂量及其类似者)的一或多个目标的特性。目标可包含本质上是周期性的所关注的某些区域，例如(举例来说)存储器裸片中的光栅。计量目标可进一步具有各种空间特性且通常由一或多个单元(其在可已在一或多个光刻相异曝光中的一或多个层可包含特征)构成。目标或单元可具有例如双重或四重旋转对称、反射对称的各种对称。第6,985,618号美国专利中描述此类计量结构的实例，所述专利以全文引用的方式包含于本文中。不同单元或单元的组合可属于区别层或曝光步骤。个别单元可包括隔离非周期性特征或替代地其可由一维、二维或三维周期性结构或非周期性结构及周期性结构的组合构成。周期性结构可为非分段式或周期性结构可由可以或接近用以印刷其的光刻工艺的最小设计规则的精细分段特征构成。计量目标还可并置或与相同层或计量结构的层上方、下方或之间的层中的虚设结构非常接近。目标可包含多个层(例如膜)，其厚度可由计量工具测量。目标可包含放置于用于使用(例如，使用对准操作、重叠配准操作及其类似者)的半导体晶片上的目标设计。此外，目标可位于半导体晶片上的多个位点处。举例来说，目标可位于切割线内(例如，裸片之间)及/或位于裸片自身中。多个目标可由如第7,478,019号美国专利中所描述的相同或多个计量工具同时或连续地测量，所述专利以全文引用的方式并入本文中。
本文所描述的标的物有时说明含于其它组件内或与其它组件连接的不同组件。应理解此类所描绘的架构仅具示范性且事实上可实施实现相同功能性的许多其它架构。就概念意义来说，实现相同功能性的组件的任何布置有效“相关联”使得实现所要功能性。因此，不考虑架构或中间组件，本文中经组合以实现特定功能性的任何两个组件均可被视为彼此“相关联”使得实现所要功能性。同样地，如此相关联的任何两个组件也可被视为彼此“连接”或“耦合”以实现所要功能性，及能够如此相关联的任何两个组件可被视为彼此“可耦合”以实现所要功能性。可耦合的具体实例包含(但不限于)可物理交互作用及/或物理交互作用组件及/或可无线交互作用及/或无线交互作用组件及/或可逻辑交互作用及/或逻辑交互作用组件。
据信本发明及其许多伴随优点将由以上描述来理解，且应明白可在不会背离所揭示的标的物或无需牺牲其所有材料优点的情况下实行组件的形式、构造及布置中的各种改变。所描述的形式仅具解释性，且所附权利要求书的意图是涵盖及包含此类改变。另外，应理解本发明由所附权利要求书界定。

Claims (28)

1.一种光刻系统，其包括：
照明源，其经配置以将照明光束从离轴照明极点引导到图案掩模，其中所述图案掩模包含一组图案元件，所述组图案元件经配置以产生包含来自所述照明极点的照明的一组衍射光束；及
一组投影光学器件，其中由所述组投影光学器件接收的所述组衍射光束中的至少两个衍射光束非对称地分布于所述组投影光学器件的光瞳面中，其中所述组衍射光束中的所述至少两个衍射光束非对称地入射于样本上以形成对应于所述组图案元件的图像的一组制造元件，其中所述样本上的所述组制造元件包含沿所述组投影光学器件的光学轴的所述样本的位置的一或多个指示符。
2.根据权利要求1所述的光刻系统，其中所述图案掩模进一步包括：
一组额外图案元件，其经配置以产生一组额外衍射光束，其中所述组额外衍射光束包含来自由所述组额外图案元件衍射的所述照明极点的照明，其中由所述组投影光学器件接收的所述组额外衍射光束中的至少两个衍射光束对称地分布于所述光瞳面中，其中所述组额外衍射光束中的所述至少两个衍射光束在所述样本上形成对应于所述组额外图案元件的图像的一组额外制造特征，其中所述组额外制造特征相对于沿所述组投影光学器件的所述光学轴的所述样本的所述位置恒定。
3.根据权利要求1所述的光刻系统，其中离轴照明源包含离轴照明极点。
4.根据权利要求3所述的光刻系统，其中所述组图案元件沿第一方向分布，其中所述离轴照明极点沿所述第一方向从所述组投影光学器件的所述光学轴偏移。
5.根据权利要求4所述的光刻系统，其中所述离轴照明源进一步沿垂直于所述第一方向的第二方向从所述组投影光学器件的所述光学轴偏移。
6.根据权利要求5所述的光刻系统，其中所述样本的所述位置的所述一或多个指示符包含可沿所述第一方向测量的一或多个指示符及可沿所述第二方向测量的一或多个指示符。
7.根据权利要求1所述的光刻系统，其中离轴照明源经进一步配置以从与所述离轴照明极点对称的额外离轴照明极点引导额外照明光束，其中所述组图案元件产生包含来自所述额外照明极点的照明的一组额外衍射光束，其中由所述组投影光学器件接收的所述组额外衍射光束中的至少两个额外衍射光束非对称地分布于所述组投影光学器件的所述光瞳面中，其中所述至少两个额外衍射光束促成所述样本上的对应于所述组图案元件的所述图像的一组制造特征的形成。
8.根据权利要求7所述的光刻系统，其中所述组衍射光束中的所述至少两个衍射光束及所述组额外衍射光束中的所述至少两个衍射光束以非重叠图案分布在所述光瞳面中。
9.根据权利要求7所述的光刻系统，其中所述图案掩模的所述组图案元件中的至少一个图案元件进一步包括：
一或多个非对称分布的特征，其小于所述组投影光学器件的分辨率，其中所述组制造元件中的对应于所述组图案元件中的所述至少一个图案元件的图像的制造元件是非对称的。
10.根据权利要求1所述的光刻系统，其中所述样本的所述位置的所述一或多个指示符包括：
所述组制造元件的位置、所述组制造元件的两个元件之间的距离或所述组制造元件的至少一者的侧壁角度中的至少一者。
11.根据权利要求1所述的光刻系统，其中所述组图案元件包括：
基本上不透明材料。
12.根据权利要求11所述的光刻系统，其中所述基本上不透明材料包含金属。
13.根据权利要求1所述的光刻系统，其中所述组图案元件包括：
二元图案元件或相位掩模图案元件中的至少一者。
14.一种光刻系统，其包括：
离轴照明源，其中所述照明源包含第一照明极点及第二照明极点，其中所述第一及第二照明极点相对于光学轴对称分布，其中所述离轴照明源经配置以将来自所述第一及第二照明极点的照明引导到图案掩模；
其中所述图案掩模包含一组图案元件，其中所述组图案元件经配置以产生第一组衍射光束，所述第一组衍射光束包含来自从所述组图案元件衍射的第一照明极点的照明，其中所述组图案元件经配置以产生第二组衍射光束，所述第二组衍射光束包含来自所述第二照明极点的照明；及
一组投影光学器件，其中由所述组投影光学器件接收的所述第一组衍射光束中的至少两个衍射光束对称地分布于所述组投影光学器件的光瞳面中，其中由所述组投影光学器件接收的所述第二组衍射光束中的至少两个衍射光束与所述光瞳面中的所述第一组衍射光束重叠，其中所述组衍射光束中的所述第一组及第二组衍射光束中的所述至少两个衍射光束在样本上形成对应于所述组图案元件的图像的一组制造元件，其中所述样本上的所述组制造元件包含与所述第一组及第二组衍射光束中的至少两个衍射光束相关联的所述样本上的照明的剂量的一或多个指示符。
15.根据权利要求14所述的光刻系统，其中所述第一组衍射光束中的所述至少两个衍射光束及所述第二组衍射光束中的所述至少两个衍射光束以非重叠图案分布在所述光瞳面中。
16.根据权利要求14所述的光刻系统，其中所述图案掩模的所述组图案元件中的至少一个图案元件包括：
一或多个非对称分布的特征，其小于所述组投影光学器件的分辨率，其中所述组制造元件中的对应于所述组图案元件中的所述至少一个图案元件的图像的制造元件是非对称的。
17.根据权利要求14所述的光刻系统，其中所述样本的位置的一或多个指示符包括：
所述组制造元件的位置、所述组制造元件的两个组件之间的距离或所述组制造元件的至少一者的侧壁角度中的至少一者。
18.根据权利要求14所述的光刻系统，其中所述组图案元件包括：
基本上不透明材料。
19.根据权利要求17所述的光刻系统，其中所述基本上不透明材料包含金属。
20.根据权利要求14所述的光刻系统，其中所述组图案元件包括：
二元图案元件或相位掩模图案元件中的至少一者。
21.一种计量系统，其包括：
样本置物台，其经配置以支撑衬底，其中计量目标安置于所述衬底上，其中所述计量目标与由光刻系统产生的图案掩模的图像相关联，其中所述图案掩模包含一组图案元件，所述组图案元件经配置以产生包含来自所述光刻系统的离轴照明极点的照明的一组衍射光束，其中由所述光刻系统接收的所述组衍射光束中的至少两个衍射光束非对称地分布于所述光刻系统的光瞳面中，其中所述组衍射光束中的所述至少两个衍射光束非对称地入射于所述样本上以形成所述计量目标的一组制造元件，
其中所述计量目标的所述组制造元件包含沿所述光刻系统的一组投影光学器件的光学轴的所述样本的位置的一或多个指示符；
至少一个照明源，其经配置以照明所述计量目标；
至少一个检测器，其经配置以从所述计量目标接收照明；及
至少一个控制器，其通信地耦合到所述检测器且经配置以基于所述一或多个指示符来确定沿所述组投影光学器件的所述光学轴的所述样本的所述位置。
22.根据权利要求21所述的计量系统，其中来自所述计量目标的所述照明包含反射照明、散射照明或发射照明中的至少一者。
23.根据权利要求21所述的计量系统，其中所述图案掩模进一步包括：
一组额外图案元件，其经配置以产生一组额外衍射光束，所述组额外衍射光束包含来自所述光刻系统的所述照明极点的照明，其中由所述组投影光学器件接收的所述组额外衍射光束中的至少两个衍射光束对称地分布于所述光刻系统的所述光瞳面中，其中所述组额外衍射光束中的所述至少两个衍射光束形成所述计量目标的对应于所述组额外图案元件的图像的一组额外制造特征，其中所述组额外制造特征相对于沿所述组投影光学器件的所述光学轴的所述样本的所述位置恒定。
24.一种计量系统，其包括：
样本置物台，其经配置以支撑衬底，其中计量目标安置于所述衬底上，其中所述计量目标与由光刻系统产生的图案掩模的图像相关联，其中所述图案掩模包含一组图案元件，所述组图案元件经配置以产生包含来自所述光刻系统的第一照明极点及第二照明极点的照明的一组衍射光束，其中所述光刻系统的所述第一及第二照明极点相对于所述光刻系统的光学轴而对称地分布，其中由所述光刻系统接收的第一组衍射光束中的至少两个衍射光束对称地分布于所述光刻系统的光瞳面中，其中由一组投影光学器件接收的第二组衍射光束中的至少两个衍射光束与所述光刻系统的所述光瞳面中的所述第一组衍射光束重叠，其中所述组衍射光束中的所述第一组及第二组衍射光束中的所述至少两个衍射光束对称地入射于所述样本上以形成所述计量目标的一组制造元件，其中所述计量目标的所述组制造元件包含与所述第一组及第二组衍射光束中的至少两个衍射光束相关联的所述样本上的照明的剂量的一或多个指示符；
至少一个照明源，其经配置以照明所述计量目标；
至少一个检测器，其经配置以从所述计量目标接收照明；及
至少一个控制器，其通信地耦合到所述检测器且经配置以基于所述一或多个指示符来确定与所述第一组及第二组衍射光束中的所述至少两个衍射光束相关联的所述计量目标上的照明的所述剂量。
25.根据权利要求24所述的计量系统，其中来自所述计量目标的所述照明包含反射照明、散射照明或发射照明中的至少一者。
26.根据权利要求24所述的计量系统，其中所述图案掩模进一步包括：
一组额外图案元件，其经配置以产生一组额外衍射光束，所述组额外衍射光束包含来自所述光刻系统的所述照明极点的照明，其中由所述组投影光学器件接收的所述组额外衍射光束中的至少两个衍射光束对称地分布于所述光刻系统的所述光瞳面中，其中所述组额外衍射光束中的所述至少两个衍射光束形成所述计量目标的对应于所述组额外图案元件的图像的一组额外制造特征，其中所述组额外制造特征相对于沿所述组投影光学器件的所述光学轴的所述样本的位置恒定。
27.一种用于确定沿光刻系统的光学轴的样本的位置的方法，其包括：
产生图案掩模的图像，其中光刻系统包含离轴照明极点，其中所述图案掩模包含一组图案元件，所述组图案元件经配置以产生包含来自所述光刻系统的离轴照明极点的照明的一组衍射光束，其中由所述光刻系统接收的所述组衍射光束中的至少两个衍射光束非对称地分布于所述光刻系统的光瞳面中，其中所述组衍射光束中的所述至少两个衍射光束非对称地入射于所述样本上以形成计量目标的一组制造元件，
其中所述计量目标的所述组制造元件包含沿所述光刻系统的一组投影光学器件的光学轴的所述样本的位置的一或多个指示符；
使用计量系统来测量沿所述光刻系统的所述组投影光学器件的所述光学轴的所述样本的所述位置的所述一或多个指示符；及
基于所述一或多个指示符来确定沿所述组投影光学器件的所述光学轴的所述样本的所述位置。
28.一种用于确定光刻系统中的照明的剂量的方法，其包括：
产生图案掩模的图像，其中光刻系统包含离轴照明极点，其中所述图案掩模包含一组图案元件，所述组图案元件经配置以产生包含来自所述光刻系统的第一照明极点及第二照明极点的照明的一组衍射光束，其中所述光刻系统的所述第一及第二照明极点相对于所述光刻系统的光学轴而对称地分布，其中由所述光刻系统接收的第一组衍射光束中的至少两个衍射光束对称地分布于所述光刻系统的光瞳面中，其中由一组投影光学器件接收的第二组衍射光束中的至少两个衍射光束与所述光刻系统的所述光瞳面中的所述第一组衍射光束重叠，其中所述组衍射光束中的所述第一组及第二组衍射光束中的所述至少两个衍射光束对称地入射于样本上以形成计量目标的一组制造元件，其中所述计量目标的所述组制造元件包含与所述第一组及第二组衍射光束中的至少两个衍射光束相关联的所述样本上的照明的剂量的一或多个指示符；
测量与所述第一组及第二组衍射光束中的至少两个衍射光束相关联的所述计量目标上的照明的所述剂量的所述一或多个指示符；及
基于所述一或多个指示符来确定所述计量目标上的照明的所述剂量。
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