CN109196630A - 用于制造以相对于装置特征旋转的角度定向的计量标靶的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光刻系统，其包括：照明源，其包含沿着第一方向分离且围绕光学轴对称分布的两个照明极点；图案掩模，其从所述照明源接收照明；及一组投影光学器件，其将对应于所述图案掩模的图像产生到样本上。所述图案掩模包含计量标靶图案掩模及装置图案掩模元素。所述装置图案掩模元素安装置分离距离沿着所述第一方向分布。所述计量标靶图案掩模包含一组计量标靶图案掩模元素，其具有对应于所述装置图案掩模元素的衍射图案的衍射图案。在所述样本上产生的与所述计量标靶图案掩模相关联的计量标靶沿着第二方向特性化且具有对应于在所述样本上产生的与所述装置图案掩模元素相关联的装置图案元素的印刷特性的印刷特性。

Description

用于制造以相对于装置特征旋转的角度定向的计量标靶的系 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2014年4月1日申请的以李敏俊(Myungjun Lee)及马克D.斯密斯(Mark D.Smith)为发明者的标题为使用旋转照明照明的倾斜装置的对角亚分辨率辅助特征的覆盖计量目标设计(OVERLAY METROLOGY TARGETDESIGN USING DIAGONAL SUB-RESOLUTION ASSIST FEATURES FOR TILTED DEVICESILLUMINATED BY ROTATED ILLUMINATION)的序列号为61/973,266的美国临时申请案的优先权，所述申请案的全部内容以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，涉及以相对于装置特征旋转的角度定向的计量标靶。
背景技术
计量标靶通常经设计以提供可沿着两个正交测量方向测量的诊断信息。在此方面，计量工具可沿着两个正交测量方向测量计量标靶的一或多个计量度量(例如，重叠误差、临界尺寸、侧壁角度及类似物)作为在所有方向上特性化半导体层的印刷特性的基础。然而，情况可为半导体层中的一些印刷装置特征相对于通过计量标靶控管的正交测量方向旋转。此外，如上文提及，经定制而以特定定向制造装置特征的照明轮廓(例如，经定制以制造上述说明性实例的旋转线/空间特征的旋转双极照明轮廓)可不在所有方向上提供相同印刷特性。以此方式，含有沿着正交测量方向定向的印刷特征的计量标靶可展现不同于装置特征的印刷特性。因此，计量标靶的计量测量可不提供装置特征的印刷特性的精确表示。因此，将期望提供一种用于处置例如上文识别的缺陷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，所述光刻系统包含照明源，其包含围绕所述光刻系统的光学轴对称分布的两个照明极点。在另一说明性实施例中，所述两个照明极点沿着第一方向分离。在另一说明性实施例中，所述光刻系统包含经定位以从所述照明源接收照明的图案掩模。在另一说明性实施例中，所述图案掩模包含计量标靶图案掩模及多个装置图案掩模元素。在另一说明性实施例中，所述装置图案掩模元素的至少一部分按装置分离距离沿着所述第一方向分布。在另一说明性实施例中，所述计量标靶图案掩模包含一组计量标靶图案掩模元素，其具有对应于所述多个装置图案掩模元素的衍射图案的衍射图案。在另一说明性实施例中，所述光刻系统包含一组投影光学器件以将对应于所述图案掩模的图像产生到样本上。在另一说明性实施例中，在所述样本上产生的与所述计量标靶图案掩模相关联的计量标靶可沿着不同于所述第一方向的第二方向特性化。在另一说明性实施例中，所述计量标靶的一或多个印刷特性对应于在所述样本上产生的与所述装置图案掩模元素相关联的装置图案元素的一或多个印刷特性。
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，所述光刻系统包含照明源，其包含围绕所述光刻系统的光学轴对称分布的两个照明极点。在另一说明性实施例中，所述两个照明极点沿着第一方向分离。在另一说明性实施例中，图案掩模经定位以从所述照明源接收照明。在另一说明性实施例中，所述图案掩模包含计量标靶图案掩模及多个装置图案掩模元素。在另一说明性实施例中，所述装置图案掩模元素的至少一部分按装置分离距离沿着所述第一方向分布。在另一说明性实施例中，所述计量标靶图案掩模包含按所述装置分离距离沿着所述第一方向分布的一组计量标靶图案掩模元素。在另一说明性实施例中，所述光刻系统包含一组投影光学器件以将对应于所述图案掩模的图像产生到样本上。在另一说明性实施例中，在所述样本上产生的与所述计量标靶图案掩模相关联的计量标靶可沿着不同于所述第一方向的第二方向特性化。
根据本发明的一或多个说明性实施例揭示一种图案掩模。在一个说明性实施例中，所述图案掩模包含计量标靶图案掩模。在另一说明性实施例中，所述图案掩模包含多个装置图案掩模元素。在另一说明性实施例中，所述装置图案掩模元素的至少一部分按装置分离距离沿着第一方向分布。在另一说明性实施例中，所述计量标靶图案掩模包含一组计量标靶图案掩模元素，其具有对应于所述多个装置图案掩模元素的衍射图案的衍射图案。在另一说明性实施例中，在样本上产生的与所述计量图案掩模的图像相关联的计量标靶包含对应于在所述样本上产生的与所述装置图案掩模元素相关联的装置图案元素的一或多个印刷特性的一或多个印刷特性。在另一说明性实施例中，在所述样本上产生的所述计量标靶可沿着不同于所述第一方向的第二方向特性化。
根据本发明的一或多个说明性实施例揭示一种用于设计计量标靶图案掩模的方法。在一个说明性实施例中，所述方法包含产生具有不同分段间距的多个计量标靶图案掩模的模型。在另一说明性实施例中，所述多个计量标靶图案掩模的计量标靶图案掩模包含沿着第一方向分布的一组计量标靶图案掩模元素。在另一说明性实施例中，所述方法包含模拟与所述多个计量标靶图案掩模的图像相关联的多个计量标靶的一或多个印刷特性。在另一说明性实施例中，所述计量标靶可沿着不同于所述第一方向的第二方向特性化。在另一说明性实施例中，所述方法包含比较所述多个计量标靶的所述一或多个印刷特性与相关联于所述多个装置图案掩模元素的图像的多个装置图案元素的一或多个印刷特性。在另一说明性实施例中，所述方法包含基于所述多个计量标靶的所述一或多个印刷特性与所述多个装置图案元素的所述一或多个印刷特性的比较之间的对应关系选择所述多个计量标靶图案掩模的特定计量标靶图案掩模。
应理解，前述一般描述及下列详细描述都仅为示范性及说明性的且未必限制如所主张的本发明。并入本说明书中且构成本说明书的部分的附图说明本发明的实施例且与一般描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
通过参考附图可使所属领域的技术人员更好理解本发明的数种优势，在图式中：
图1A是说明根据本发明的一或多个实施例的半导体装置系统的概念图。
图1B是说明根据本发明的一或多个实施例的光刻子系统的概念图。
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1D是说明根据本发明的另一实施例的计量子系统的概念图。
图2A是说明根据本发明的一或多个实施例的包含计量标靶的样本的部分的俯视图。
图2B是说明根据本发明的一或多个实施例的包含相对于计量标靶旋转的印刷装置特征的样本的部分的俯视图。
图3是说明根据本发明的一或多个实施例的用于制造旋转的印刷图案元素的照明源的双极照明轮廓的曲线图。
图4A是说明根据本发明的一或多个实施例的与照明源的第一照明极点的多个衍射光束及图案掩模相关联的光束路径的光刻子系统的概念图。
图4B是说明根据本发明的一或多个实施例的与第二照明极点的多个衍射光束及图案掩模相关联的光束路径的光刻子系统的概念图。
图5是说明根据本发明的一或多个实施例的光刻子系统的光瞳平面406中的衍射光束的分布的曲线图。
图6是根据本发明的一或多个实施例的包含计量标靶图案掩模的图案掩模的一部分的俯视图。
图7A是根据本发明的一或多个实施例的计量标靶图案掩模的部分的俯视图。
图7B是根据本发明的一或多个实施例的计量标靶图案掩模的部分的俯视图。
图7C是根据本发明的一或多个实施例的计量标靶图案掩模60的部分的俯视图。
图8A包含根据本发明的一或多个实施例的说明包含与装置相关联的旋转线/空间图案掩模元素及在图7A到7C中说明的计量图案掩模特征的二进制图案掩模的光瞳平面衍射图案的衍射轮廓。
图8B包含根据本发明的一或多个实施例的说明包含与装置相关联的旋转线/空间图案掩模元素及在图7A到7C中说明的计量图案掩模特征的相移图案掩模的光瞳平面衍射图案的衍射轮廓。
图9A是根据本发明的一或多个实施例的与在图7A中说明的图案掩模特征相关联的印刷图案特征的图。
图9B是根据本发明的一或多个实施例的与在图7B中说明的图案掩模特征相关联的印刷图案特征904的图。
图9C是根据本发明的一或多个实施例的与在图7C中说明的图案掩模特征相关联的印刷图案特征908的图。
图10是根据本发明的一或多个实施例的说明用于共同优化计量图案掩模元素及装置图案掩模元素以促进具有类似印刷特性的计量标靶及装置的印刷的方法的流程图。
具体实施方式
现将详细参考在附图中说明的所揭示标的物。
大体上参考图1到10，本发明的实施例涉及一种具有旋转分段图案元素的计量标靶。额外实施例涉及一种具有旋转分段图案元素的计量标靶，其中片段的定向及/或间隔对应于装置的印刷元素的定向及/或间隔。额外实施例涉及一种包含具有旋转分段图案元素的亚分辨率辅助特征(SRAF)的具有旋转分段图案元素的计量标靶，其中片段的定向及/或间隔对应于装置的印刷元素的定向及/或间隔。在此方面，光刻工艺的偏差可类似地影响装置及计量标靶的印刷元素的印刷特性。进一步实施例涉及一种用于提供具有旋转分段图案元素的计量标靶的图案掩模。
在本文中认识到，半导体装置可经形成为衬底上的图案化材料的多个印刷层。可通过一系列过程步骤(例如但不限于，一或多个材料沉积步骤、一或多个光刻步骤或一或多个蚀刻步骤)制造每一印刷层。此外，必须在特定公差内制造每一印刷层以恰当地构造最终装置。举例来说，必须良好地特性化且控制每一层中的印刷元素的印刷特性(例如但不限于，线宽、侧壁角度及相对位置)。因此，计量标靶可经制造在一或多个印刷层上以实现所述层的印刷特性的有效特性化。在此方面，印刷层上的计量标靶的印刷特性的偏差可表示所述层上的所有印刷元素的印刷特性的偏差。
光刻步骤中的印刷图案的最小特征大小以及特征密度至少部分受限于光刻系统的投影光学器件的光学分辨率。然而，可使用各种光刻技术来制造接近或低于光刻系统的分辨率的特征。
计量标靶通常可包含按特定几何形状布置的明确界定的印刷元素来提供一或多个印刷特性的精确表示。因此，计量标靶通常可经设计以提供沿着两个正交方向的印刷特性的精确测量。举例来说，重叠计量标靶可包含经布置使得可沿着两个正交方向测量每一层的元件的相对位置以描述沿着任何方向的偏移误差(例如，图案放置误差(PPE))的两个或两个以上印刷层上的印刷元素。
通常可期望给定层上的计量标靶的印刷元素以与所述层的印刷装置元件相同的特性(例如，图案放置误差、侧壁角度、临界尺寸或类似物)印刷。在此方面，计量标靶的印刷特性可用于特性化整个印刷层的印刷特性。然而，使用具有明确界定的测量方向的计量标靶可对含有相对于测量方向旋转的印刷元素的装置层提出挑战。
此外，印刷特征的特性对工艺参数的偏差的稳健程度可取决于各种因素。举例来说，对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。另外，对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径(NA)、照明源的形状、照明源的对称性、照明源的光谱内容或照明源的相干性)影响。此外，对工艺参数的偏差的稳健性可受成像到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素的透射、通过图案元素引发的光学相位、或相对于投影光学器件的分辨率的图案元素的尺寸)影响。此外，与印刷参数的稳健性相关联的许多此类特性可为相依的。
因此，情况可为针对特定层的印刷元素定制的光刻系统的特定配置(例如，照明源的照明轮廓、图案掩模技术或类似物)可不提供装置元件及计量标靶元件的一致印刷特性。在一些情况中，可针对特定图案及/或定向定制照明源的轮廓。作为说明性实例，离轴照明可通过将高阶衍射级从图案掩模引导到投影光学器件而相对于轴上照明改进分辨率及/或景深。因此，针对印刷一系列周期性线(例如，线/空间图案)定制的照明源可包含双极照明源，其由沿着印刷线的俯仰方向(例如，正交于印刷线)分离的两个照明极点构成。此层的图案掩模可包含具有明确界定的测量方向的计量标靶的图案掩模以及相对于测量方向旋转的线/空间图案。然而，装置元件及计量元件的印刷特性(例如，图案放置误差或类似物)可并非一致。此外，光刻系统内的随时间改变的像差(例如，与光刻系统中的温度、压力、气流或类似物的波动相关联)可导致装置元件及计量标靶元件的印刷特性的不可预测变化。
本发明的实施例涉及用于提供及/或分析具有对应于相同印刷层中的旋转装置元件的印刷特性的印刷特性的计量标靶的系统及方法。额外实施例涉及用于提供及/或分析具有对应于旋转装置元件的衍射图案的衍射图案的计量标靶的系统及方法。
如贯穿本发明使用，术语“样本”一般是指由半导体或非半导体材料形成的衬底(例如，晶片或类似物)。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。许多不同类型的此类层在所属领域中是已知的，且如本文使用的术语样本希望涵盖可在其上形成所有类型的此类层的样本。形成于样本上的一或多个层可经图案化或未经图案化。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。此类材料层的形成及处理最终可导致完成的装置。许多不同类型的装置可形成于样本上，且如本文使用的术语样本希望涵盖其上制造所属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释为可互换。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是根据本发明的一或多个实施例的说明半导体装置系统100的概念图。在一个实施例中，系统100包含根据本发明的一或多个实施例的用于将一或多个图案(例如，计量标靶图案或类似物)光刻印刷到样本122的光刻子系统102。光刻子系统102可包含所属领域中已知的任何光刻印刷工具。举例来说，光刻子系统102可包含但不限于扫描仪或步进器。在另一实施例中，系统100包含特性化样本122上的一或多个印刷图案的计量子系统104。举例来说，计量子系统104可使用所属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、侧壁角度及类似物)。在一个实施例中，计量子系统104包含基于样本122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104包含基于来自样本的光的散射(反射、衍射、漫散射或类似物)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，系统100包含控制器106。在另一实施例中，控制器106包含经配置以执行维持于存储器媒体110上的程序指令的一或多个处理器108。在此方面，控制器106的一或多个处理器108可执行贯穿本发明描述的各种过程步骤中的任一者。此外，控制器106可经通信耦合到掩模支撑装置116及/或样本载物台124以引导将图案掩模118上的图案元素转印到样本122(例如，样本上的抗蚀剂层126，或类似物)。在此应注意，本发明的光刻子系统102可实施贯穿本发明描述的图案掩模设计中的任一者。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基于掩模的光刻，所述专利的全部内容并入本文中。
计量子系统104可提供与半导体制造相关的各种类型的测量。举例来说，计量子系统104可提供一或多个计量标靶的一或多个计量度量，例如但不限于临界尺寸、重叠、侧壁角度、膜厚度或工艺相关的参数(例如，在光刻步骤期间的样本122的焦点位置、在光刻步骤期间的照明的曝光剂量或类似物)。
图1B是说明根据本发明的一或多个实施例的光刻子系统102的概念图。在一个实施例中，光刻子系统102包含经配置以产生一或多个照明光束114的照明源112。一或多个照明光束114可包含一或多个选定波长的光，包含(但不限于)紫外线(UV)辐射、可见辐射或红外线(IR)辐射。在另一实施例中，照明源112可产生具有所属领域中已知的任何图案的一或多个照明光束114。举例来说，照明源112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102包含掩模支撑装置116。掩模支撑装置116经配置以固定图案掩模118。在另一实施例中，光刻子系统102包含一组投影光学器件120，其经配置以将通过一或多个照明光束114照明的图案掩模118的图像投射到安置于样本载物台124上的样本122的表面上。举例来说，所述组投影光学器件120可经配置以将图案掩模118的图像投射到样本122上的抗蚀剂层126上以在抗蚀剂层126上产生(例如，曝光，或类似物)对应于图案掩模118上的图案元素的印刷图案元素(例如，计量图案)。在另一实施例中，掩模支撑装置116可经配置以致动或定位图案掩模118。举例来说，掩模支撑装置116可将图案掩模118致动到相对于系统100的投影光学器件120的选定位置。
图案掩模118可(例如，通过光刻子系统102)用于所属领域中已知的任何成像配置中。举例来说，图案掩模118可为正掩模(例如，明场掩模)，其中图案元素经正成像为样本122的抗蚀剂层126的印刷图案元素。通过另一实例，图案掩模118可为负掩模(例如，暗场掩模)，其中图案掩模118的图案元素形成样本122的抗蚀剂层126的负印刷图案元素(例如，间隙、空间或类似物)。
图1C是说明根据本发明的一或多个实施例的计量子系统104的概念图。在一个实施例中，计量子系统104包含产生计量照明光束130的计量照明源128。在另一实施例中，计量照明源128与照明源112相同。在进一步实施例中，计量照明源128是经配置以产生单独计量照明光束130的单独照明源。计量照明光束130可包含一或多个选定波长的光，包含(但不限于)紫外线(UV)辐射、可见辐射或红外线(IR)辐射。
在另一实施例中，计量照明源128经由照明路径132将计量照明光束130引导到样本122。照明路径132可包含一或多个透镜134。此外，照明路径132可包含适用于修改及/或调节计量照明光束130的一或多个额外光学组件136。举例来说，一或多个光学组件136可包含(但不限于)一或多个偏光器、一或多个滤光器、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132包含光束分离器138。在另一实施例中，计量子系统104包含将计量照明光束130聚焦于样本122上的物镜140。
在另一实施例中，计量子系统104包含经配置以通过收集路径144捕获从样本122射出的辐射的一或多个检测器142。收集路径144可包含引导及/或修改由物镜140收集的照明的多个光学元件，包含(但不限于)一或多个透镜146、一或多个滤光器、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142可接收通过收集路径144中的元件(例如，物镜140、一或多个透镜146或类似物)提供的样本122的图像。通过另一实例，检测器可接收从样本122反射或散射(例如，经由镜面反射、漫反射及类似物)的辐射。通过另一实例，检测器142可接收通过样本产生的辐射(例如，与计量照明光束130的吸收相关联的冷光及类似物)。通过另一实例，检测器142可接收来自样本122的一或多个衍射级的辐射(例如，0级衍射、±1级衍射、±2级衍射及类似物)。此外，在本文中应注意，一或多个检测器142可包含所属领域中已知的适用于测量从样本122接收的照明的任何光学检测器。举例来说，检测器142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)或类似物。在另一实施例中，检测器142可包含适用于识别从样本122射出的辐射的波长的光谱检测器。此外，计量子系统104可包含多个检测器142(例如，与通过一或多个光束分离器产生的多个光束路径相关联)以促进通过计量子系统104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104经通信耦合到系统100的控制器106。在此方面，控制器106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、标靶的图像、光瞳图像及类似物)或计量度量(例如，精度、工具引发的移位、灵敏度、衍射效率、离焦斜率、侧壁角度、临界尺寸及类似物)。
图2A及2B是说明计量标靶202及相对于计量标靶202旋转的印刷装置特征204的样本的俯视图。本文中应认识到，样本122的任何给定印刷层可包含与经制造装置相关联的印刷装置特征204以及与计量标靶202相关联的一或多个印刷元素。在此方面，印刷层中的计量标靶202的印刷元素可提供与所述层的光刻工艺相关的诊断信息。此外，计量标靶202可表示经制造装置的印刷装置特征204，使得可通过特性化计量标靶202来测量影响印刷装置特征204的印刷的光刻工艺的偏差。举例来说，光刻工艺的偏差可包含(但不限于)印刷层相对于一或多个先前印刷层的未对准、印刷装置特征的线宽的修改及类似物。因此，可期望计量标靶202的印刷特性对应于印刷装置特征204的印刷特性。
图2A是说明根据本发明的一或多个实施例的包含计量标靶202的样本122的一部分的俯视图。在一个实施例中，计量标靶202包含定位于样本122的一或多个印刷层上的印刷特征。举例来说，如在图2A中展示，经配置为重叠计量标靶的计量标靶202可包含样本122的第一印刷层上的第一组印刷计量特征206及样本122的第二印刷层上的第二组印刷计量特征208。因此，可通过测量第一组印刷计量特征206及第二组印刷计量特征208的相对位置而特性化第二层相对于第一印刷层的偏移(例如，图案放置误差(PPE))。
在另一实施例中，计量标靶202经定向使得沿着两个正交方向(例如，图2A的X方向及Y方向)进行计量测量。举例来说，第一组印刷计量特征206及第二组印刷计量特征208可包含具有沿着X方向及Y方向界定的边缘的印刷元素，使得可轻易测量(例如，通过计量子系统104，或类似物)沿着X方向及Y方向的第一组印刷计量特征206及第二组印刷计量特征208的相对位置。在此方面，测量方向可充当特性化第一组印刷计量特征206及第二组印刷计量特征208在样本122的平面内沿着任何方向的相对位置的基础。因此，可通过与沿着测量方向的投影组件相关联的偏移特性化第一组印刷计量特征206及第二组印刷计量特征208在样本122的平面内沿着任意方向的相对位置。
图2B是说明根据本发明的一或多个实施例的包含相对于计量标靶202旋转的印刷装置特征204的样本122的部分的俯视图。在一个实施例中，样本122的印刷层包含印刷装置特征204及一组印刷计量特征二者。在另一实施例中，印刷装置特征204与含有印刷计量特征的样本122的至少一个印刷层相关联。举例来说，印刷装置特征204可印刷在与第一组图案掩模特征602相同的印刷层上。在此方面，与第一组图案掩模特征602相关联的一或多个可印刷特性可表示印刷装置特征204的可印刷特性。因此，计量子系统104可测量第一组图案掩模特征602的一或多个可印刷特性(例如，重叠、临界尺寸、侧壁角度或类似物)。
在另一实施例中，印刷装置特征204包含相对于与计量标靶202相关联的任何测量方向旋转的一或多个特征。举例来说，印刷装置特征204可具有沿着相对于与计量标靶202相关联的任何测量方向旋转的方向定向的一或多个边缘。在另一实施例中，如在图2中说明，印刷装置特征204包含经形成为通过装置节距214分离的具有装置宽度212的一组印刷线特征210的旋转线-空间图案。举例来说，印刷装置特征204可以相对于Y方向的旋转角度216旋转，如图2中说明。在此方面，装置节距214的方向可不与计量标靶202的测量方向中的任一者对准。
本文中应注意，旋转线-空间图案可(但无需)与样本122的现用存储器层相关联。进一步应注意，图2中的计量标靶202的描绘及相关联描述仅出于说明性目的而提供且不应被解释为限制本发明。举例来说，样本122可包含经配置用于任何类型的计量测量的所属领域中已知的任何类型的计量标靶。在一个例子中，计量标靶202可经配置为适用于特性化两个以上印刷层的相对对准的重叠计量标靶。在另一例子中，样本122可(但无需)包含适用于一或多个临界尺寸或一或多个侧壁角度的特性化的一或多个计量标靶。在另一例子中，样本122可包含适用于监测光刻子系统102的一或多个工艺敏感计量标靶，例如(但不限于)用于在光刻步骤期间确定光刻子系统102的聚焦体积内的样本122的位置的焦点敏感计量标靶，或用于在光刻步骤期间确定由样本122接收的照明的剂量的曝光敏感计量标靶。
制造在样本122上的半导体装置的每一印刷层可由包含一或多个光刻步骤的一系列过程步骤形成。此外，可针对每一印刷层或(更特定地)针对针对所述层印刷的特定结构定制光刻子系统102的配置。在此方面，照明源112可经配置以包含针对第一层的光刻步骤的第一照明轮廓、针对第二层的光刻步骤的第二照明轮廓及类似物。举例来说，
图3是说明根据本发明的一或多个实施例的用于制造旋转的印刷图案元素的照明源112的双极照明轮廓300的曲线图。如上文描述，半导体装置可经形成为图案化材料的多个印刷层。
在一个实施例中，双极照明轮廓300包含第一照明极点302a及第二照明极点302b，其围绕双极照明轮廓300的中心点对称分布且沿着相对于通过计量标靶界定的测量方向(例如，通过经印刷为先前过程步骤的部分的计量标靶的一或多个特征界定的方向或通过将在后续过程步骤中印刷的特征的设计界定的方向)旋转的方向分离。
双极照明轮廓300的照明极点可具有所属领域中已知的任何形状。在一个实施例中，如在图3中展示，照明极点经形成为圆弧。举例来说，照明极点的内部及外部范围可经形成为在光刻子系统102的光学轴处居中的圆的部分。在另一实施例中，照明极点经形成为圆。
图4及4B是说明根据本发明的一或多个实施例的包含经配置为双极照明源的照明源112的光刻子系统102的概念图。图4A是说明根据本发明的一或多个实施例的与通过图案掩模118的照明源112的第一照明极点302a的多个衍射光束相关联的光束路径的光刻子系统102的概念图。在一个实施例中，第一照明极点302a产生离轴照明光束114a。在另一实施例中，图案掩模118衍射入射照明光束114a以产生多个衍射光束，包含(但不限于)0级衍射光束402a及1级衍射光束404a。在另一实施例中，衍射光束的两者(例如，0级衍射光束402a及1级衍射光束404a)通过一组投影光学器件120捕获且引导到样本122(例如，样本122的抗蚀剂层126)以在样本122上产生图案掩模118的空中图像。在此方面，经捕获的衍射光束(例如，在图4A中说明的0级衍射光束402a及1级衍射光束404a)位于光刻子系统102的光瞳平面406(例如，所述组投影光学器件120的光瞳平面)内。
图4B是说明根据本发明的一或多个实施例的与第二照明极点302b的多个衍射光束及图案掩模118相关联的光束路径的光刻子系统102的概念图。在一个实施例中，第二照明极点302b产生离轴照明光束114b。在另一实施例中，图案掩模118衍射入射照明光束114b以产生多个衍射光束，包含(但不限于)0级衍射光束402b及1级衍射光束404b。在另一实施例中，衍射光束的两者(例如，0级衍射光束402b及1级衍射光束404b)通过一组投影光学器件120捕获且引导到样本122(例如，样本122的抗蚀剂层126)以在样本122上产生图案掩模118的空中图像。在此方面，经捕获的衍射光束(例如，在图4B中说明的0级衍射光束402b及1级衍射光束404b)位于光刻子系统102的光瞳平面406(例如，所述组投影光学器件120的光瞳平面)内。
本文中应注意，可同时呈现与图4A及4B二者相关联的光束路径以及额外对称照明极点对(未展示)以在样本122上产生图案掩模118的空中图像。
图5是说明根据本发明的一或多个实施例的光刻子系统102的光瞳平面406中的衍射光束402a、402b、404a、404b的分布的曲线图500。在一个实施例中，衍射光束402a、404a对应于与通过图案掩模118的照明光束114a的衍射相关联的光束路径，如在图4A中说明。举例来说，衍射光束402a可对应于0级衍射光束，且衍射光束404a可对应于1级衍射光束。此外，衍射光束402a、404a可经对称分布使得衍射光束402a、404a之间的光学相位差为零且样本的照明是对称的。类似地，衍射光束402b、404b可对应于与通过图案掩模118的照明光束114b的衍射相关联的光束路径，如在图4B中说明。举例来说，衍射光束402b可对应于0级衍射光束，且衍射光束404b可对应于1级衍射光束。
在一个实施例中，照明源112(例如，在图4A及4B中说明的对称照明源，或类似物)及图案掩模118经共同优化，使得来自一对对称照明极点中的每一者的衍射光束在传播通过光刻子系统102时具有相同光学路径长度。举例来说，照明源112及图案掩模118可经共同优化使得衍射光束对称分布于光瞳平面406中。此外，衍射光束402b、404b可经对称分布使得衍射光束402b、404b之间的光学路径差为零且样本的照明是对称的。另外，来自两个照明极点的光束可重叠。举例来说，如在图5中说明，衍射光束402a及衍射光束404b可重叠。类似地，衍射光束402b及衍射光束404a可重叠。
在另一实施例中，光瞳平面406中的衍射光束的间隔经设计以在样本122上实现相对高的景深。举例来说，光瞳平面406中的衍射光束的间隔可经配置以等于照明源112的照明极点的间隔。在此方面，印刷图案元素对样本122的焦点位置的偏差的敏感度可减小。
图6是根据本发明的一或多个实施例的包含计量标靶图案掩模600的图案掩模118的部分的俯视图。举例来说，计量标靶图案掩模600可与如在图2A中描绘的重叠计量标靶的一个层相关联。在一个实施例中，计量标靶图案掩模600包含沿着第一方向(例如，X方向)定向的第一组图案掩模特征602及沿着第二方向(例如，Y方向)定向的第二组图案掩模特征604。在另一实施例中，第一组图案掩模特征602沿着X方向分段，使得第一组图案掩模特征602的相对位置可提供X方向上的任何图案放置误差的指示。举例来说，第一组图案掩模特征602可具有沿着X方向的宽度606及节距608。在另一实施例中，第二组图案掩模特征604沿着Y方向分段，使得第一组图案掩模特征602的相对位置可提供Y方向上的任何图案放置误差的指示。举例来说，第二组图案掩模特征604可具有沿着Y方向的宽度610及节距612。因此，计量标靶图案掩模600可具有沿着X方向及Y方向的明确界定的测量方向。在另一实施例中，图案掩模特征的宽度606、610为节距608、612的至少一半。在此方面，图案掩模特征可精确印刷在样本122上。此外，与图案掩模特征相关联的衍射图案可更精确地对应于装置图案掩模元素的衍射图案。
在一些实施例中，半导体装置的印刷层的计量标靶图案掩模600的个别特征经分段以包含具有对应于与相同层相关联的图案掩模元素的尺寸及/或定向的图案掩模元素。在此方面，计量标靶(例如，计量标靶202，或类似物)的印刷元素的印刷特性可对应于相同层中的装置元件的印刷特性。因此，计量标靶可提供与经制造的装置元件的印刷特性相关的诊断信息。作为说明性实例，具有类似尺寸及/或定向的图案掩模元素可类似地衍射用于将图案掩模118的空中图像投射到样本122上的光刻子系统102的照明光束114。作为另一说明性实例，样本122上的具有类似尺寸及/或定向的印刷元素可类似地衍射用于诊断印刷层的印刷特性的计量子系统104的计量照明光束130。
图7A到7C是说明本发明的实施例的计量标靶图案掩模600的一部分614的俯视图，其中第一组图案掩模特征602的个别特征经分段以包含具有与相同印刷层的印刷装置特征204相同的装置宽度212及装置节距214的图案掩模元素(例如，见图2)。
图7A是根据本发明的一或多个实施例的计量标靶图案掩模600的部分614的俯视图。在一个实施例中，图案掩模特征700沿着X方向分段。在此方面，图案掩模特征700的个别图案掩模元素可具有与印刷装置特征204相同的尺寸，但具有不同定向。
图7B是根据本发明的一或多个实施例的计量标靶图案掩模600的部分614的俯视图。在一个实施例中，第一组图案掩模特征602的图案掩模特征702经定向具有与印刷装置特征204相同的旋转角度216。因此，图案掩模特征702的个别图案掩模元素可具有与印刷装置特征204相同的尺寸及定向。
本文中应注意，(例如，通过光刻子系统102)在样本上产生的图案掩模118的图像可关键取决于图案掩模内的图案掩模元素的近接性。在此方面，具有小于光刻子系统102(例如，所述组投影光学器件120)的分辨率的尺寸(例如，实际尺寸、图案掩模元素之间的间隔、或类似物)的图案掩模元素可基于光学效应(例如散射、衍射及类似物)而影响印刷在样本的抗蚀剂层上的图案。此外，亚分辨率图案掩模元素(或者，亚分辨率辅助特征(SRAF)、光学近接性校正(OPC)图案掩模元素、或类似物)可影响印刷元素的一或多个特性(例如，PPE、侧壁角度、临界尺寸或类似物)而未可分辨地成像到样本122上。举例来说，亚分辨率图案掩模元素可促进在样本122上制造稳健印刷元素而未经可分辨地印刷。
图7C是根据本发明的一或多个实施例的计量标靶图案掩模600的部分614的俯视图。在一个实施例中，第一组图案掩模特征602的图案掩模特征704经定向具有与印刷装置特征204相同的旋转角度216。因此，图案掩模特征704的个别图案掩模元素可具有与印刷装置特征204相同的尺寸及定向。
在另一实施例中，计量标靶图案掩模600包含亚分辨率图案掩模元素706。在另一实施例中，亚分辨率图案掩模元素706包含图案掩模特征，其使用与印刷装置特征204相同的装置节距214及旋转角度216分离，但具有沿着节距方向的小于光刻子系统102的分辨率的宽度708。在此方面，亚分辨率图案掩模元素706可不经可分辨地印刷于样本122上，但可影响计量标靶图案掩模600的印刷特性以对应于印刷装置特征204的印刷特性。举例来说，亚分辨率图案掩模元素706可抵消与不存在于装置图案掩模元素中的计量标靶图案掩模600的额外边缘相关联的衍射(例如，经由OPC或类似物)。
在另一实施例中，如在图7C中展示，亚分辨率图案掩模元素706可包含第一组图案掩模特征602的延伸。在此方面，计量标靶图案掩模600可包含具有变化宽度的图案掩模元素，使得可在样本122上印刷图案掩模元素的一些部分，而可不印刷其它部分。
在另一实施例中，亚分辨率图案掩模元素706可不包含第一组图案掩模特征602的延伸。因此，计量标靶图案掩模600可包含第二组图案掩模特征604，其具有适用于促进在样本122的印刷层上制造具有对应于所述层的印刷装置元件的印刷特性的印刷特性的计量标靶的任何尺寸及/或定向。
亚分辨率图案掩模元素706可经定位于第一组图案掩模特征602之间(例如，如在图7C中展示)及/或围绕第一组图案掩模特征602。另外，虽然在计量标靶图案掩模600的选定部分614中说明亚分辨率图案掩模元素706，但亚分辨率图案掩模元素706可包含于计量标靶图案掩模600的任何部分中，例如(但不限于)邻近于第二组图案掩模特征604。因此，图7A到7C以及上文的计量标靶图案掩模600、第一组图案掩模特征602、第二组图案掩模特征604及亚分辨率图案掩模元素706的描述仅出于说明性目的而提供且不应被解释为限制性。
在一些实施例中，计量标靶图案掩模的图案掩模特征经设计以具有对应于与相同印刷层的装置特征相关联的图案掩模元素的衍射图案的衍射图案。如上文描述，通常可期望计量标靶展现与相同印刷层的装置特征相同的印刷特性(例如，图案放置误差、侧壁角度或类似物)。本文中应注意，半导体工艺的光刻步骤可包含在样本122上形成图案掩模118的空中图像(例如，以曝光抗蚀剂层126或类似物)。此外，光刻子系统102的光瞳平面(例如，图4的光瞳平面406或类似物)中的照明的分布包含通过用于形成空中图像的所述组投影光学器件120收集的衍射级照明。因此，印刷元素的印刷特性可至少部分取决于光瞳平面衍射轮廓。在此方面，设计计量标靶图案掩模的图案掩模特征以展现对应于装置图案元素衍射图案的衍射图案可提供计量标靶及印刷装置元件的类似印刷特性。
图8A及8B包含分别针对二进制及相移图案掩模说明包含与装置相关联的旋转线/空间图案掩模元素及在图7A到7C中说明的计量图案掩模特征700到706的图案掩模的光瞳平面衍射图案的衍射轮廓。在一个实施例中，使用照明源112产生衍射轮廓，照明源112经配置具有拥有对应于在图2B中说明的印刷装置特征204的旋转角度216的旋转角度216的图3的旋转双极照明轮廓。
图8A包含说明根据本发明的一或多个实施例的包含与装置相关联的旋转线/空间图案掩模元素以及在图7A到7C中说明的计量图案掩模特征700到706的二进制图案掩模的光瞳平面衍射图案的衍射轮廓。在另一实施例中，衍射轮廓800说明包含用于形成图2的印刷装置特征204的线/空间图案掩模元素的二进制图案掩模118的衍射轮廓。举例来说，衍射轮廓800的照明瓣802可包含来自照明光束114a的0级衍射及照明光束114b的1级衍射(例如，见图4A、4B及5)的重叠照明。此外，衍射轮廓800的照明瓣804可包含来自照明光束114b的0级衍射及照明光束114a的1级衍射(例如，见图4A及4B)的重叠照明。
在另一实施例中，衍射轮廓806说明包含在图7A中说明的计量图案掩模特征700的二进制图案掩模118的衍射轮廓。在另一实施例中，衍射轮廓808说明包含在图7B中说明的计量图案掩模特征702的二进制图案掩模118的衍射轮廓。在另一实施例中，衍射轮廓810说明包含在图7C中说明的计量图案掩模特征704的二进制图案掩模118的衍射轮廓。在此方面，经分段以具有对应于与半导体装置的印刷层相关联的装置图案掩模元素的尺寸及/或定向的相同层的计量标靶图案掩模600的图案掩模元素可展现类似于装置图案掩模元素的衍射图案。因此，计量标靶(例如，计量标靶202，或类似物)的印刷元素的印刷特性可对应于相同层中的装置元件的印刷特性。
如在图8A中说明，情况可为使经分段计量标靶图案掩模特征的图案元素的尺寸及定向二者与装置图案掩模元素的尺寸及定向二者匹配可提供比单独匹配尺寸或定向更精确的装置图案掩模元素的衍射轮廓的表示。举例来说，图7B的图案掩模特征702的衍射轮廓808可比图案掩模特征700的衍射轮廓806更精确地对应于装置图案掩模元素的衍射轮廓800。此外，情况可为包含亚分辨率特征的计量标靶图案掩模元素的衍射轮廓可进一步对应于装置图案掩模元素的衍射轮廓。在一个例子中，亚分辨率特征可抵消与对于装置图案掩模元素不存在的计量标靶图案掩模特征的边缘相关联的假影。举例来说，包含亚分辨率图案掩模元素706的图案掩模特征704的衍射轮廓810可比衍射轮廓808或衍射轮廓806中的任一者更精确地对应于衍射轮廓800。
图8B包含说明根据本发明的一或多个实施例的包含与装置相关联的旋转线/空间图案掩模元素及在图7A到7C中说明的计量图案掩模特征700到706的相移图案掩模的光瞳平面衍射图案的衍射轮廓。在另一实施例中，衍射轮廓812说明包含在图7A中说明的计量图案掩模特征700的相移图案掩模118的衍射轮廓。在另一实施例中，衍射轮廓814说明包含在图7B中说明的计量图案掩模特征702的相移图案掩模118的衍射轮廓。在另一实施例中，衍射轮廓816说明包含在图7C中说明的计量图案掩模特征704的相移图案掩模118的衍射轮廓。
类似地，经分段以具有对应于与相同层相关联的装置图案掩模元素的尺寸及/或定向的相移图案掩模118的计量标靶图案掩模元素可展现类似于装置图案掩模元素(例如，衍射轮廓800)的衍射图案。因此，计量标靶(例如，计量标靶202，或类似物)的印刷元素的印刷特性可对应于相同层中的装置元件的印刷特性。
图9A是根据本发明的一或多个实施例的与在图7A中说明的图案掩模特征700相关联且使用图3的旋转双极照明轮廓300产生的印刷图案特征900的图。在一个实施例中，照明源112的照明极点的定向角与图案掩模特征700的图案掩模元素的定向之间的未对准导致印刷图案特征900的印刷误差。举例来说，印刷图案特征900的横截面轮廓902说明变化的印刷特性，例如(但不限于)印刷图案特征900的图案元素的临界尺寸、侧壁角度或印刷深度的变化。
图9B是根据本发明的一或多个实施例的与在图7B中说明的图案掩模特征702相关联且使用图3的旋转双极照明轮廓300产生的印刷图案特征904的图。使照明源112的照明极点的定向角与图案掩模特征702的定向匹配可减少印刷图案特征904的印刷误差。举例来说，与在图8A中所说明相比，印刷图案特征904的横截面轮廓906可说明印刷图案特征904的图案元素的更陡侧壁角度及更一致印刷深度。
图9C是根据本发明的一或多个实施例的与在图7C中说明的图案掩模特征704相关联且使用图3的旋转双极照明轮廓300产生的印刷图案特征908的图。使照明源112的照明极点的定向角与图案掩模特征704的定向匹配可减少印刷图案特征908的印刷误差(例如，相对于在图8A或8B中说明的印刷特性)。此外，计量标靶图案掩模600的亚分辨率图案掩模元素706可促进印刷图案特征908的更稳健印刷特性。举例来说，与在图8A或8B中所说明相比，印刷图案特征908的横截面轮廓910可说明印刷图案特征908的边缘附近(例如，在部分912内，或类似物)的图案元素的更均匀临界尺寸。
再次参考图1A到1D，照明源(例如，照明源112、计量照明源128或类似物)可包含适用于产生照明光束(例如，照明光束114、计量照明光束130或类似物)的所属领域中已知的任何照明源。举例来说，照明源可包含(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、宽带光源或波长扫描光源。此外，照明源可为(但无需)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、弧光灯、无电极灯或激光维持等离子体(LSP)源形成。
在另一实施例中，通过照明源发射的一或多个照明光束的辐射的波长是可调谐的。在此方面，一或多个照明光束的辐射的波长可经调整到辐射的任何选定波长(例如，UV辐射、可见辐射、红外线辐射或类似物)。
照明源还可经配置以提供具有高亮度的光。举例来说，照明源可提供具有大于约1W/(nm cm2Sr)的亮度的照明光束。系统100还可包含到光源以用于稳定其功率及波长的快速反馈。光源的输出可经由自由空间传播递送，或在一些情况中经由任何类型的光纤或光导递送。此外，照明光束可经由自由空间传播或引导光(例如，光纤、光管或类似物)递送。
本文中进一步应注意，出于本发明的目的，照明源(例如，光刻子系统102的照明源112)的照明极点可表示来自照明源的特定位置的照明。在此方面，相对于光学轴148的照明源上的每一空间位置可视为照明极点。此外，照明极点可具有所属领域中已知的任何形状或大小。另外，自由形式照明源可视为具有对应于照明极点的分布的照明轮廓。
本文中应注意，图案掩模118可为反射性元件或透射性元件。在一个实施例中，图案掩模118是透射性元件，其中图案元素完全或部分阻挡照明光束114的透射(例如，通过照明光束104的吸收或反射)。因此，照明光束114可通过图案元素之间的空间透射到所述组投影光学器件120。举例来说，图案掩模118(其中图案元素完全阻挡照明光束114的透射)可操作为二进制图案掩模。进一步认识到，焦点敏感的二进制图案掩模(其中来自照明源112的光经完全阻挡或完全透射/反射以产生图像)可用于确定光刻子系统102中的样本的焦点位置。举例来说，二进制图案掩模制造相对便宜且可轻易并入许多光刻系统中。在另一实施例中，图案掩模118的特征(例如，图案元素、图案元素之间的空间或类似物)经设计以修改照明光束114的光学相位。在此方面，图案掩模118可操作为相位掩模(例如，交替相移掩模或类似物)。
在另一实施例中，图案掩模118是反射掩模，其中图案掩模元素将照明光束114完全或部分反射到所述组投影光学器件120且图案掩模元素之间的空间吸收或透射照明光束114。此外，图案掩模118的图案元素可由用于反射及/或吸收照明光束114的所属领域中已知的任何透明或半透明材料形成。在另一实施例中，图案掩模元素可包含金属。举例来说，图案掩模元素可(但无需)由铬(例如，铬合金或类似物)形成。
在此方面，掩模支撑装置116可利用所属领域中已知的任何方法(例如但不限于机械、真空、静电或其它夹箝技术)来固持图案掩模118。
在另一实施例中，系统100包含适用于固定样本122的样本载物台124。样本载物台124可包含所属领域中已知的任何样本载物台架构。举例来说，样本载物台124可包含(但不限于)线性载物台。通过另一实例，载物台组合件118可包含(但不限于)旋转载物台。此外，样本106可包含晶片，例如(但不限于)半导体晶片。
参考图1C及1D，本发明的实施例可并入所属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仪、用于测量穆勒(Mueller)矩阵元素(例如，使用旋转补偿器)的光谱椭圆偏光仪、单波长椭圆偏光仪、角度分辨椭圆偏光仪(例如，光束轮廓椭圆偏光仪)、光谱反射计、单波长反射计、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。在第7,478,019号美国专利中大体上描述并入多个计量工具的计量系统。在第5,608,526号美国专利中大体上描述基于主要反射光学器件的聚焦光束椭圆偏光法，所述案的全部内容以引用的方式并入本文中。在第5,859,424号美国专利中大体上描述使用变迹器来减轻引起照明点的散布超出由几何光学器件界定的大小的光学衍射的效应，所述案的全部内容以引用的方式并入本文中。通过第6,429,943号美国专利大体上描述使用具有同时多个入射角照明的高数值孔径工具，所述案的全部内容以参考的方式并入本文中。
本文进一步认识到，计量工具可测量一或多个标靶的特性，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、剂量及类似物)。所述标靶可包含本质上为周期性的所关注的特定区域，举例来说例如存储器裸片中的光栅。计量标靶可进一步拥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印刷的一或多个层中包含特征)构成。标靶或单元可拥有各种对称，例如双重或四重旋转对称、反射对称。在第6,985,618号美国专利中描述此类计量结构的实例，所述案的全文以引用方式包含在本文中。不同单元或单元组合可属于不同层或曝光步骤。个别单元可包括隔离非周期性特征或者其可由一维、两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其可由可以或接近用于印刷其的光刻工艺的最小设计规则的精细分段特征构成。
计量标靶可与相同层中或计量结构的层上方、下方或之间的一层中的虚设结构并置或紧密接近。标靶可包含多个层(例如，膜)，其厚度可通过计量工具测量。此外，计量工具可(但无需)测量半导体堆叠的一或多个层的组合物或样本上或内的一或多个缺陷。在2016年3月22日授权的第9,291,554号美国专利中大体上描述使用计量工具来特性化非周期性标靶，所述案的全部内容以引用的方式并入本文中。
标靶可包含放置于半导体晶片上以供使用(例如，配合对准、重叠配准操作及类似物使用)的标靶设计。此外，标靶可定位于半导体晶片上的各个位点处。举例来说，标靶可定位于(例如，裸片之间的)切割线内及/或定位于裸片自身中。可通过如在第7,478,019号美国专利中描述的相同或多个计量工具同时或连续地测量多个标靶，所述案的全部内容以引用的方式并入本文中。
另外，所关注参数的测量可涉及若干算法。举例来说，照明光束104与样本106上的计量标靶的光学相互作用可(但不限于)使用电磁(EM)解算器来建模。此外，EM解算器可利用所属领域中已知的任何方法，包含(但不限于)严格耦合波分析(RCWA)、有限元素法分析、矩量法分析、表面积分技术、体积积分技术或有限差分时域分析。另外，所收集数据可使用数据拟合及优化技术进行分析，包含(但不限于)：库、快速降阶模型、回归、机器学习算法(例如神经网络)、支持向量机(SVM)、降维算法(例如，主分量分析(PCA)、独立分量分析(ICA)、局部线性嵌入(LLE)及类似物)、数据的稀疏表示(例如，傅里叶(Fourier)或小波变换、卡尔曼(Kalman)滤波器、促进相同或不同工具类型的匹配的算法及类似物)。举例来说，数据收集及/或拟合可(但无需)通过由KLA-TENCOR提供的信号响应计量(SRM)软件产品执行。
在另一实施例中，通过计量工具产生的原始数据通过不包含建模、优化及/或拟合(例如，相位特性化或类似物)的算法分析。在2015年7月23日发布的第2015/0204664号美国专利公开案中大体上描述在散射测量重叠计量中使用对称标靶设计，所述公开案的全部内容以引用的方式并入本文中。在本文中应注意，通过控制器执行的计算算法可(但无需)通过使用并行化、分布式计算、负载平衡、多服务支持、计算硬件的设计及实施、或动态负载优化针对计量应用定制。此外，算法的各种实施方案可(但无需)通过控制器(例如，通过固件、软件、或现场可编程门阵列(FPGA)及类似物)或与计量工具相关联的一或多个可编程光学元件执行。在2014年6月19日发布的第2014/0172394号美国专利公开案中大体上描述使用过程建模，所述公开案的全部内容以引用的方式并入本文中。
在另一实施例中，样本122上的计量照明光束130的入射角是可调整的。举例来说，可调整通过光束分离器138及物镜140的计量照明光束130的路径以控制样本122上的计量照明光束130的入射角。在此方面，计量照明光束130可具有通过光束分离器126及物镜140的标称路径使得计量照明光束130在样本122上具有法向入射角。此外，可通过修改计量照明光束130在光束分离器138上的位置及/或角度(例如，通过可旋转镜、空间光调制器、自由形式照明源或类似物)而控制计量照明光束130在样本122上的入射角。在另一实施例中，计量照明源128按角度(例如，掠射角、45度角或类似物)将一或多个计量照明光束130引导到样本122。
在另一实施例中，控制器106经通信耦合到计量照明源128以引导照明光束104与样本122之间的入射角的调整。在另一实施例中，控制器106引导计量照明源128以提供一或多个选定波长的照明(例如，响应于反馈)。在一般意义上，控制器106可与计量子系统104内的任何元件通信耦合。
图1D是说明根据本发明的另一实施例的计量子系统104的概念图。在一个实施例中，照明路径132及收集路径144含有单独元件。举例来说，照明路径132可利用第一聚焦元件150以将计量照明光束130聚焦到样本122上且收集路径144可利用第二聚焦元件152以从样本122收集辐射。在此方面，第一聚焦元件150及第二聚焦元件152的数值孔径可为不同的。此外，本文中应注意，在图1D中描绘的计量子系统104可促进样本122的多角度照明及/或一个以上计量照明源128(例如，耦合到一或多个额外检测器142)。在此方面，在图1D中描绘的计量子系统104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经安装到围绕样本122枢转的可旋转臂(未展示)使得计量照明光束130在样本122上的入射角可通过可旋转臂的位置控制。
控制器106的一或多个处理器108可包含所属领域中已知的任何处理元件。在此意义上，一或多个处理器108可包含经配置以执行算法及/或指令的任何微处理器型装置。在一个实施例中，一或多个处理器108可由经配置以执行经配置以操作系统100的程序的桌上型计算机、主计算机系统、工作站、图像计算机、平行处理器或任何其它计算机系统(例如，网络计算机)构成，如贯穿本发明描述。进一步应认识到，术语“处理器”可经广泛地定义以涵盖具有执行来自非暂时性存储器媒体110的程序指令的一或多个处理元件的任何装置。此外，可由单个控制器106或者多个控制器执行贯穿本发明描述的步骤。另外，控制器106可包含容置于共享外壳中或多个外壳内的一或多个控制器。以此方式，任何控制器或控制器组合可单独封装为适用于集成到系统100中的模块。此外，控制器106可分析从检测器142接收的数据且将数据馈送到计量子系统104内或系统100外部的额外组件。
存储器媒体110可包含适用于存储可通过相关联一或多个处理器108执行的程序指令的所属领域中已知的任何存储媒体。举例来说，存储器媒体110可包含非暂时性存储器媒体。通过另一实例，存储器媒体110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、固态驱动器及类似物。进一步应注意，存储器媒体110可容置于与一或多个处理器108的共同控制器外壳中。在一个实施例中，存储器媒体110可相对于一或多个处理器108及控制器106的物理位置远程定位。举例来说，控制器106的一或多个处理器108可存取可通过网络(例如，因特网、内部网络及类似物)存取的远程存储器(例如，服务器)。因此，上文的描述不应被解译为限制本发明，而是仅为说明。
图10是说明根据本发明的一或多个实施例的用于共同优化计量图案掩模元素及装置图案掩模元素以促进印刷具有类似印刷特性的计量标靶及装置的方法1000的流程图。申请人注意到，本文先前在系统100的内容背景中描述的实施例及启发技术应解释为扩展到方法1000。然而，应进一步注意，方法1000并不限于系统100的架构。
在一个实施例中，步骤1002包含建立装置的光刻及/或地理模型。举例来说，步骤1002可包含建立将制造为半导体装置的印刷层的部分的装置的至少一部分的光刻模型。在另一实施例中，步骤1004包含建立一或多个计量标靶的光刻模型。在此方面，产生装置及/或一或多个计量标靶的参数化版本。另外，可在通过科磊公司(KLA-TENCOR)提供的ACUSHAPE软件产品中实施使用几何引擎进行过程建模。
在另一实施例中，步骤1006包含模拟计量标靶性能。举例来说，可针对一或多个计量标靶模拟计量测量的一或多个方面，例如(但不限于)对比度、精确度或衍射效率。在此方面，可模拟、评估及/或比较一或多个计量标靶的性能。
在另一实施例中，步骤1008包含使一或多个计量标靶图案掩模的一或多个印刷特性(例如，一或多个经模拟印刷特性)与装置图案掩模的印刷特性匹配。在此方面，可评估计量标靶图案掩模的印刷特性与印刷装置元件的印刷特性之间的任何差异。如上文描述，通常可期望使用相同印刷特性印刷计量标靶及装置元件使得通过计量子系统104测量的计量标靶的印刷特性可表示装置元件的印刷特性。举例来说，步骤1008可包含(但无需)计量标靶中的每一者的一或多个印刷元素的图案放置误差的模拟以用于与一或多个印刷装置元件的图案放置误差比较。
可通过所属领域中已知的任何方法执行印刷特性的模拟。举例来说，泽尔尼克(Zernike)敏感度分析可(但无需)用于模拟图案放置误差。
在另一实施例中，步骤1008包含针对大量分段节距(例如，计量标靶图案掩模的个别图案掩模元素之间的分离距离)模拟计量标靶图案掩模的印刷性能。在此方面，可确定最精确地提供对应于印刷装置元件的印刷特性的印刷特性的每一计量标靶图案掩模的分段距离。本文中应注意，最优分段节距可(但无需)匹配装置图案元素的节距。
在另一实施例中，步骤1010包含确定与每一计量标靶图案掩模相关联的工艺窗口。本文中应认识到，在光刻印刷的内容背景中，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用于在指定公差内制造印刷特征的工艺参数的范围。举例来说，工艺窗口可界定对与沿着光刻工具的光学轴的样本的位置(例如，样本的焦点位置)相关联的散焦的限制。通过另一实例，工艺窗口可界定对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)的限制。此外，多个工艺参数的变化对印刷特征的一或多个特性的影响可为相依的。在此方面，确定工艺窗口可包含多个工艺参数(例如，焦点曝光矩阵(FEM)或类似物)的多维分析来界定所关注工艺参数的可接受范围。进一步应认识到，具有相对大工艺窗口的计量标靶图案掩模可对光刻子系统102的偏差相对稳健。
在另一实施例中，步骤1012包含选择计量标靶图案掩模。举例来说，可基于包含计量性能(例如，如通过步骤1006确定)、印刷特性与装置图案掩模元素的印刷特性(例如，如通过步骤1008确定)的匹配程度、工艺窗口的大小(例如，如通过步骤1010确定)或类似物的因素的组合选择计量标靶图案掩模。在一些实施例中，可基于方法1000的步骤的迭代应用选择计量标靶图案掩模。举例来说，在装置匹配的步骤1008及/或确定一或多个计量标靶图案掩模的工艺窗口的步骤1010之后，可在步骤1004中产生且在步骤1006到1010中分析新的计量标靶图案掩模的新模型。
在本文中描述的标的物有时说明包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为示范性的，且事实上可实施实现相同功能性的许多其它架构。在概念意义上，实现相同功能性的组件的任何布置有效地“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还可被视为彼此“连接”或“耦合”以实现所要功能性，且能够如此相关联的任何两个组件还可被视为“可耦合”到彼此以实现所要功能性。可耦合的特定实例包含(但不限于)可物理交互及/或物理交互的组件及/或可无线互动及/或无线互动的组件及/或可逻辑互动及/或逻辑互动的组件。
据信，将通过以上描述理解本发明及其许多伴随优势，且将明白，在不脱离所揭示标的物或不牺牲其所有材料优势的情况下可对组件的形式、构造及布置作出各种改变。所描述形式仅为说明性的，且所附发明权利要求书希望包含及包括此类变化。此外，应理解，本发明由所附发明权利要求书定义。

Claims (31)

1.一种光刻系统，其包括：
照明源，其包含围绕所述光刻系统的光学轴对称分布的两个照明极点，其中所述两个照明极点沿着第一方向分离；
图案掩模，其经定位以从所述照明源接收照明，其中所述图案掩模包含计量标靶图案掩模及多个装置图案掩模元素，其中所述装置图案掩模元素的至少一部分按装置分离距离沿着所述第一方向分布，其中所述计量标靶图案掩模包含一组计量标靶图案掩模元素，其具有对应于所述多个装置图案掩模元素的衍射图案的衍射图案；及
一组投影光学器件，其将对应于所述图案掩模的图像产生到样本上，其中可沿着不同于所述第一方向的第二方向特性化在所述样本上产生的与所述计量标靶图案掩模相关联的计量标靶，其中所述计量标靶的一或多个印刷特性对应于在所述样本上产生的与所述装置图案掩模元素相关联的装置图案元素的一或多个印刷特性。
2.根据权利要求1所述的光刻系统，其中所述一或多个印刷特性包括：
所述样本上的相对位置、临界尺寸或侧壁角度中的至少一者。
3.根据权利要求1所述的光刻系统，其中所述计量标靶图案掩模包含沿着所述第二方向分布的亚分辨率区域。
4.根据权利要求3所述的光刻系统，其中所述亚分辨率区域包含小于所述组投影光学器件的光学分辨率的一或多个特征，使得所述样本上的所述计量标靶不包含与所述亚分辨率区域相关联的所述计量标靶图案掩模元素的部分。
5.根据权利要求3所述的光刻系统，其中沿着所述第一方向测量的所述亚分辨率区域内的所述计量标靶图案掩模元素的部分的宽度小于所述组投影光学器件的光学分辨率，其中所述样本上的所述计量标靶不包含所述亚分辨率区域内的计量标靶图案掩模分段的部分。
6.根据权利要求1所述的光刻系统，其中所述计量标靶图案掩模包含沿着所述第二方向分布的一或多个特征。
7.根据权利要求6所述的光刻系统，其中所述计量标靶图案掩模元素的分段沿着所述第二方向分离达标靶分离距离。
8.根据权利要求7所述的光刻系统，其中所述标靶分离距离小于所述计量标靶图案元素的所述分段沿着所述第二方向的长度。
9.根据权利要求1所述的光刻系统，其中所述图案掩模是明场图案掩模或暗场图案掩模中的至少一者。
10.一种光刻系统，其包括：
照明源，其包含围绕所述光刻系统的光学轴对称分布的两个照明极点，其中所述两个照明极点沿着第一方向分离；
图案掩模，其经定位以从所述照明源接收照明，其中所述图案掩模包含计量标靶图案掩模及多个装置图案掩模元素，其中所述装置图案掩模元素的至少一部分按装置分离距离沿着所述第一方向分布，其中所述计量标靶图案掩模包含按所述装置分离距离沿着所述第一方向分布的一组计量标靶图案掩模元素；及
一组投影光学器件，其将对应于所述图案掩模的图像产生到样本上，其中可沿着不同于所述第一方向的第二方向特性化在所述样本上产生的与所述计量标靶图案掩模相关联的计量标靶。
11.根据权利要求10所述的光刻系统，其中所述计量标靶图案掩模的衍射图案对应于按所述装置分离距离沿着所述第一方向分布的所述装置图案掩模元素的所述部分的衍射图案。
12.根据权利要求10所述的光刻系统，其中所述计量标靶图案掩模包含沿着所述第二方向分布的亚分辨率区域。
13.根据权利要求12所述的光刻系统，其中所述亚分辨率区域包含小于所述组投影光学器件的光学分辨率的一或多个特征，使得所述样本上的所述计量标靶不包含与所述亚分辨率区域相关联的所述计量标靶图案掩模元素的部分。
14.根据权利要求12所述的光刻系统，其中沿着所述第一方向测量的所述亚分辨率区域内的所述计量标靶图案掩模元素的部分的宽度小于所述组投影光学器件的光学分辨率，其中所述样本上的所述计量标靶不包含所述亚分辨率区域内的计量标靶图案掩模分段的部分。
15.根据权利要求10所述的光刻系统，其中所述计量标靶图案掩模包含沿着所述第二方向分布的一或多个特征。
16.根据权利要求15所述的光刻系统，其中所述计量标靶图案掩模元素的分段沿着所述第二方向分离达标靶分离距离。
17.根据权利要求16所述的光刻系统，其中所述标靶分离距离小于所述计量标靶图案元素的所述分段沿着所述第二方向的长度。
18.根据权利要求10所述的光刻系统，其中所述图案掩模是明场图案掩模或暗场图案掩模中的至少一者。
19.一种图案掩模，其包括：
计量标靶图案掩模；及
多个装置图案掩模元素，其中所述装置图案掩模元素的至少一部分按装置分离距离沿着第一方向分布，其中所述计量标靶图案掩模包含一组计量标靶图案掩模元素，其具有对应于所述多个装置图案掩模元素的衍射图案的衍射图案，其中在样本上产生的与所述计量图案掩模的图像相关联的计量标靶包含对应于在所述样本上产生的与所述装置图案掩模元素相关联的装置图案元素的一或多个印刷特性的一或多个印刷特性，其中可沿着不同于所述第一方向的第二方向特性化在所述样本上产生的所述计量标靶。
20.根据权利要求19所述的图案掩模，其中所述一或多个印刷特性包括：
所述样本上的相对位置、临界尺寸或侧壁角度中的至少一者。
21.根据权利要求19所述的图案掩模，其中所述计量标靶图案掩模包含沿着所述第二方向分布的亚分辨率区域。
22.根据权利要求21所述的图案掩模，其中所述亚分辨率区域包含小于所述组投影光学器件的光学分辨率的一或多个特征，使得所述样本上的所述计量标靶不包含与所述亚分辨率区域相关联的所述计量标靶图案掩模元素的部分。
23.根据权利要求21所述的图案掩模，其中沿着所述第一方向测量的所述亚分辨率区域内的所述计量标靶图案掩模元素的部分的宽度小于所述组投影光学器件的光学分辨率，其中所述样本上的所述计量标靶不包含所述亚分辨率区域内的计量标靶图案掩模分段的部分。
24.根据权利要求19所述的图案掩模，其中所述计量标靶图案掩模包含沿着所述第二方向分布的一或多个特征。
25.根据权利要求24所述的图案掩模，其中所述计量标靶图案掩模元素的分段沿着所述第二方向分离达标靶分离距离。
26.根据权利要求25所述的图案掩模，其中所述标靶分离距离小于所述计量标靶图案元素的所述分段沿着所述第二方向的长度。
27.根据权利要求19所述的图案掩模，其中所述图案掩模是明场图案掩模或暗场图案掩模中的至少一者。
28.一种用于设计计量标靶图案掩模的方法，其包括
产生具有不同分段节距的多个计量标靶图案掩模的模型，其中所述多个计量标靶图案掩模的计量标靶图案掩模包含沿着第一方向分布的一组计量标靶图案掩模元素；
模拟与所述多个计量标靶图案掩模的图像相关联的多个计量标靶的一或多个印刷特性，其中可沿着不同于所述第一方向的第二方向特性化所述计量标靶；
比较所述多个计量标靶的所述一或多个印刷特性与相关联于所述多个装置图案掩模元素的图像的多个装置图案元素的一或多个印刷特性；及
基于所述多个计量标靶的所述一或多个印刷特性与所述多个装置图案元素的所述一或多个印刷特性的所述比较之间的对应关系选择所述多个计量标靶图案掩模的特定计量标靶图案掩模。
29.根据权利要求28所述的方法，其中选择所述多个计量标靶图案掩模的特定计量标靶图案掩模进一步包括：
基于所述多个计量标靶图案掩模的模拟性能选择所述多个计量标靶图案掩模的特定计量标靶图案掩模。
30.根据权利要求28所述的方法，其中选择所述多个计量标靶图案掩模的特定计量标靶图案掩模进一步包括：
基于所述多个计量标靶图案掩模的工艺窗口选择所述多个计量标靶图案掩模的特定计量标靶图案掩模。
31.根据权利要求28所述的方法，其中所述一或多个印刷特性包括：
所述样本上的相对位置、临界尺寸或侧壁角度中的至少一者。
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