CN113168112A

CN113168112A - 测量与使用光刻过程形成的结构有关的聚焦参数的方法

Info

Publication number: CN113168112A
Application number: CN201980077610.2A
Authority: CN
Inventors: 李发宏; S·索科洛夫
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2021-07-23
Also published as: TWI729560B; TW202028881A; IL283407A; US20200166335A1; US11022899B2; EP3657257A1; WO2020108846A1

Abstract

披露了一种测量与使用光刻过程来形成结构有关的聚焦参数的方法，以及相关联的量测装置。所述方法包括：获得与所述结构的交叉偏振测量有关的测量数据；和基于所述测量数据确定所述聚焦参数的值。

Description

测量与使用光刻过程形成的结构有关的聚焦参数的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年11月26日递交的欧洲申请18208291.7的优先权，该欧洲申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于测量在光刻过程中施加至衬底的图案的方法和设备。

背景技术

光刻设备是将期望的图案施加至衬底上(通常施加至衬底的目标部分上)的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造中。在该情况下，图案形成装置(其被替代地称作掩模或掩模版)可以用于产生待形成在IC的单个层上的电路图案。可以将这种图案转印至衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括管芯的一部分、一个管芯或若干管芯)上。通常经由成像至设置于衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行图案的转印。通常，单个衬底将包含被连续图案化的相邻目标部分的网络。已知的光刻设备包括：所谓的步进器，其中通过一次性将整个图案曝光至目标部分上来照射每个目标部分；和所谓的扫描仪，其中通过在给定方向(“扫描”方向)上通过辐射束来扫描图案的同时平行或反向平行于这种方向来同步地扫描衬底，从而照射每个目标部分。也可以通过将图案压印至衬底上来将图案从图案形成装置转印至衬底。

为了监控光刻过程，测量了经图案化衬底的参数。例如，参数可以包括形成在经图案化衬底中或经图案化衬底上的连续层之间的重叠误差，和显影后的光敏抗蚀剂的临界线宽(CD)。可以对产品衬底和/或对专用量测目标执行这种测量。存在用于对光刻过程中所形成的显微结构进行测量的各种技术，包括使用扫描电子显微镜和各种专用工具。专用检查工具的快速且非侵入性形式为散射仪，其中辐射束被引导至衬底的表面上的目标上，并且测量被散射的或被反射的束的属性。两种主要类型的散射仪是已知的。光谱散射仪将宽带辐射束引导至衬底上并且测量散射至特定窄角范围中的辐射的光谱(作为波长的函数的强度)。角分辨散射仪使用单色辐射束且测量作为角度的函数的散射辐射的强度。

已知的散射仪的示例包括US2006033921A1和US2010201963A1中所描述类型的角分辨散射仪。由这样的散射仪使用的目标是相对较大的光栅，例如，40μm乘40μm，并且测量束产生小于光栅的斑(即，光栅被欠填充)。除了通过重构进行对于特征形状的测量以外，也可以使用这样的设备来测量基于衍射的重叠，如在已公开的专利申请US2006066855A1中所描述的。使用对于衍射阶的暗场成像的基于衍射的重叠量测能够实现对较小目标的重叠量测。可以在国际专利申请WO 2009/078708和WO 2009/106279中找到暗场成像测量的示例，所述国际专利申请文件由此通过引用其全部内容而被并入。已公开的专利公开出版物US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、US20130271740A和WO2013178422A1中已描述所述技术的进一步开发。这些目标可以小于照射斑且可以由晶片上的产品结构环绕。可以使用复合光栅目标而在一个图像中测量多个光栅。所有这些申请的内容也通过引用而合并入本文中。

在执行诸如将图案施加在衬底上或测量这种图案的光刻过程时，使用过程控制方法来监控和控制所述过程。通常执行这样的过程控制技术以获得对所述光刻过程的控制的校正。

应监控的一个重要参数是当进行曝光时投影光学器件在衬底上的焦距。出于许多原因，此焦距可以随时间并且在衬底上漂移(例如，因为衬底不是完全平坦的)。聚焦监控通常包括具有辅助特征或亚分辨率特征(比所述投影光学器件的成像分辨率更小)的测量结构。这些亚分辨率特征，虽然没有被成像，但通过施加依赖于于焦距的不对称性来影响主体结构。因此，测量这种不对称性(例如，使用散射仪)意味着可以推断出焦距。然而，由于所使用的薄的抗蚀剂，这种方法很难被实施用于EUV光刻术。此外，出于许多原因，亚分辨率特征的成像是不期望的。基于像散的聚焦技术也已经被开发出来，但不能用于产品监控，因为它需要在曝光期间在投影透镜中的像散(像差光学器件)。

期望解决上面提出的问题中的至少一些问题。

发明内容

在本发明的第一方面中，提供一种测量与使用光刻过程来形成结构有关的聚焦参数的方法，其中所述方法包括：获得与所述结构的交叉偏振测量有关的测量数据；和基于所述测量数据确定所述聚焦参数的值。

在本发明的第二方面中，提供一种包括程序指令的计算机程序，所述程序指令能够操作以当在合适的设备上运行时执行第一方面的方法。

在本发明的第三方面中，提供一种处理系统，所述处理系统包括处理器和计算机程序产品，所述计算机程序产品包括所述第二方面的计算机程序。

在本发明的第四方面中，提供一种量测系统，所述量测系统包括：用于衬底的衬底保持器；照射源，所述照射源用于利用具有能够在第一偏振状态与第二偏振状态之间选择的照射偏振状态的辐射来照射所述衬底上的结构；传感器，所述传感器用于利用能够在所述第一偏振状态与所述第二偏振状态之间选择的感测照射状态来感测来自所述结构的散射照射；和所述第三方面的处理系统。

下文参考随附附图来详细地描述本发明的另外的方面、特征和优点，以及本发明的各种实施例的结构和操作。应注意，本发明不限于本发明中描述的具体实施例。本发明中仅出于说明性目的而呈现这样的实施例。基于本发明中包含的教导，本领域技术人员将明白额外的实施例。

附图说明

现在将参考随附附图借助于示例来描述本发明的实施例，在随附附图中：

图1描绘形成用于半导体器件的生产设施的光刻设备以及其它设备；

图2包括用于对根据本发明的实施例的目标进行测量的散射仪的示意图；

图3描绘了整体光刻的示意图，代表了用以优化半导体制造的三种关键技术之间的协作；

图4包括(a)基于很大程度上未处理的强度数据的HH和VV偏振状态测量结果的曲线图，(b)基于很大程度上未处理的强度数据的HV和VH偏振状态测量结果的曲线图，(c)基于处理后的强度数据的HH和VV偏振状态测量结果的曲线图，以及(d)基于处理后的强度数据的HV和VH偏振状态测量结果的图；和

图5是描述根据本发明实施例的方法的流程图。

具体实施方式

在详细地描述本发明的实施例之前，呈现可供实施本发明的实施例的示例环境是有指导性的。

图1以200示出光刻设备LA，将所述光刻设备LA示出为实施大容量光刻制造过程的工业生产设施的部分。在本示例中，制造过程被调适以用于在衬底(诸如，半导体晶片)上的半导体产品(集成电路)的制造。本领域技术人员应理解，可以通过在这种过程的变型中处理不同类型的衬底从而制造各种各样的产品。半导体产品的生产仅用作现今具有巨大商业意义的示例。

在光刻设备(或简称为“光刻工具”200)内，以202示出测量站MEA且以204示出曝光站EXP。以206示出控制单元LACU。在这个示例中，每个衬底访问测量站和曝光站以被施加图案。例如，在光学光刻设备中，投影系统用于使用调节后的辐射和投影系统来将产品图案从图案形成装置MA转印至衬底上。这种转印是通过在辐射敏感抗蚀剂材料层中形成图案的图像来完成的。

本文中所使用的术语“投影系统”应被广义地解释为涵盖适于所使用的曝光辐射或适于诸如浸没液体的使用或真空的使用之类的其它因素的任何类型的投影系统，包括折射式、反射式、反射折射式、磁性式、电磁式和静电式光学系统，或其任何组合。图案形成装置MA可以是掩模或掩模版，其将图案赋予至由图案形成装置透射或反射的辐射束。众所周知的操作模式包括步进模式和扫描模式。众所周知，投影系统可以以多种方式与用于衬底和图案形成装置的支撑件和定位系统协作以将期望的图案施加至跨越整个衬底的许多目标部分。可以使用可编程图案形成装置来代替具有固定图案的掩模版。例如，辐射可以包括在深紫外线(DUV)或极紫外线(EUV)波段中的电磁辐射。本公开也适用于例如利用电子束的其它类型的光刻过程，例如，压印光刻和直写光刻。

光刻设备控制单元LACU控制各种致动器和传感器的所有移动和测量以接纳衬底W和掩模版MA并且实施图案化操作。LACU也包括用于实施与设备的操作相关的期望的计算的信号处理和数据处理能力。实际上，控制单元LACU将被实现为具有许多子单元的系统，每个子单元处理所述设备内的子系统或部件的实时数据获取、处理和控制。

在曝光站EXP处将图案施加至衬底之前，在测量站MEA处对衬底进行处理，使得可以执行各种预备步骤。所述预备步骤可以包括使用水平传感器来映射衬底的表面高度，并且使用对准传感器来测量衬底上的对准标记的位置。对准标记被名义上布置成规则栅格图案。然而，由于产生标记的不准确度并且也由于衬底的遍及其整个处理过程而发生的变形，标记偏离理想栅格。因此，在如果设备将要以非常高的准确度在正确部位处印制产品特征的情况下，除了测量衬底的位置和取向以外，对准传感器实际上也必须详细地测量跨越所述衬底区域的许多标记的位置。所述设备可以属于具有两个衬底台的所谓的双平台类型，每个衬底台具有由控制单元LACU控制的定位系统。当在曝光站EXP处曝光一个衬底台上的一个衬底时，可以在测量站MEA处将另一衬底装载至另一衬底台上，使得可以执行各个预备步骤。因此，对准标记的测量非常耗时，并且提供两个衬底台会使设备的吞吐量能够相当大的增加。如果位置传感器IF在衬底台处于测量站以及处于曝光站时不能测量衬底台的位置，则可以设置第二位置传感器以使得能够在两个站处追踪衬底台的位置。

在生产设施内，设备200形成“光刻单元”或“光刻簇”的部分，所述“光刻单元”或“光刻簇”也包含涂覆设备208，涂覆设备208用于将光敏抗蚀剂和其它涂层涂覆至衬底W以由设备200图案化。在设备200的输出侧处，设置了焙烤设备210和显影设备212用于将曝光后的图案显影成实体抗蚀剂图案。在所有这些设备之间，衬底处理系统负责支撑所述衬底且将衬底从一件设备转移至下一件设备。常常统称为涂覆显影系统或轨道(track)的这些设备处于涂覆显影系统控制单元或轨道控制单元的控制下，所述涂覆显影系统控制单元或轨道控制单元自身受管理控制系统SCS控制，所述管理控制系统SCS也经由光刻设备控制单元LACU来控制所述光刻设备。因而，不同设备可以被操作以最大化吞吐量和处理效率。管理控制系统SCS接收配置方案信息R，配置方案信息R非常详细地提供待执行以产生每个图案化衬底的步骤的定义。

一旦已在光刻单元中施加并显影了图案，则将经图案化的衬底220转移至诸如在222、224、226处图示的的其它处理设备。广泛范围的处理步骤通过典型的制造设施中的各种设备来实施。出于示例起见，在这种实施例中，设备222是蚀刻站，并且设备224执行蚀刻后退火步骤。将另外的物理和/或化学处理步骤应用在另外的设备226等等中。可能需要许多类型的操作以制作真实器件，诸如，材料的沉积、表面材料特性的改性(氧化、掺杂、离子植入等等)、化学机械抛光(CMP)等等。实际上，设备226可以表示在一个或更多个设备中执行的一系列不同的处理步骤。作为另一示例，可以提供用于实施自对准的多重图案化的设备和处理步骤，以基于由光刻设备放置的前体图案而产生多个较小特征。

众所周知，半导体器件的制造涉及这种处理的多次重复，以在衬底上逐层地累积具有适当材料和图案的器件结构。因此，到达光刻簇的衬底230可以是新近制备的衬底，或其可以是先前已在这个簇中或完全地在另一设备中被处理的衬底。类似地，依赖于所需处理，离开设备226的衬底232可以被返回用于同一光刻簇中的后续图案化操作，所述衬底232可以被指定用于不同簇中的图案化操作，或可以是待发送用于切块和封装的成品。

产品结构的每个层需要过程步骤的不同集合，并且用于每个层处的设备226可以在类型方面完全不同。此外，即使在待由设备226应用的处理步骤名义上相同的情况下，在大型设施中也可以存在并行地工作以对不同衬底执行步骤226的若干假设相同的机器。这些机器之间的小的设置差异或瑕疵可能意味着所述小的设置差异或瑕疵以不同方式影响不同衬底。甚至对于每个层而言相对共同的步骤(诸如蚀刻(设备222))可以由名义上相同但并行地工作以最大化吞吐量的若干蚀刻设备来实施。此外，实际上，不同层根据待蚀刻的材料的细节而需要不同蚀刻过程(例如化学蚀刻、等离子体蚀刻)和特殊要求(诸如各向异性蚀刻)。

可以在其它光刻设备中执行先前和/或后续过程(如刚才提及的)，并且甚至可能在不同类型的光刻设备中执行先前和/或后续过程。例如，器件制造过程中的在诸如分辨率和重叠之类的参数方面要求非常高的一些层与要求较不高的其它层相比可以在更先进的光刻工具中执行。因此，一些层可以被曝光于浸没式光刻工具中，而其它层曝光在“干式”工具中。一些层可以曝光在处于DUV波长的情况下工作的工具中，而其它层使用EUV波长辐射来曝光。

为了正确且一致地曝光由光刻设备曝光的衬底，期望检查曝光后的衬底以测量诸如后续层之间的重叠误差、线厚度、临界尺寸(CD)等等的属性。因此，其中定位有光刻单元LC的制造设施也包括接纳已在光刻单元中被处理的衬底W中的一些或全部衬底的量测系统。将量测结果直接地或间接地提供至管理控制系统SCS。如果检测到误差，则可以对后续衬底的曝光进行调整，尤其是在如果可以足够迅速地且快速地完成量测以使得同一批次的其它衬底仍待曝光的情况下。此外，已曝光的衬底可以被剥离和返工以改善良率，或被舍弃，由此避免对已知有缺陷的衬底执行进一步处理。在衬底的仅一些目标部分有缺陷的情况下，可以仅对良好的那些目标部分执行另外的曝光。

图1也示出量测设备240，所述量测设备240被提供用于在制造过程中对在期望的平台处的产品进行参数测量。现代光刻生产设施中的量测站的常见示例为散射仪，例如，暗场散射仪、角分辨散射仪或光谱散射仪，并且所述散射仪可以被应用以在设备222中的蚀刻之前测量在220处的显影后的衬底的属性。在使用量测设备240的情况下，可以确定例如诸如重叠或临界尺寸(CD)之类的重要性能参数不满足显影后的抗蚀剂中的指定的准确度要求。在蚀刻步骤之前，存在通过光刻簇来剥离经显影后的抗蚀剂且重新处理衬底220的机会。由管理控制系统SCS和/或控制单元LACU 206随着时间推移进行小调整，可以使用来自设备240的量测结果242在光刻簇中维持图案化操作的准确性能，由此使制造出不合规格产品且需要返工的风险最小化。

另外，量测设备240和/或其它量测设备(未示出)可以被应用以测量处理后的衬底232、234和进入的衬底230的属性。可以在处理后的衬底上使用量测设备来确定诸如重叠或CD之类的重要参数。

图2(a)中示出适合用于本发明的实施例中的量测设备。这仅是量测设备的示例，并且可以使用任何合适的量测设备(例如，用于执行暗场测量)。图2(b)中更详细地图示目标T和用以照射所述目标的测量辐射的衍射射线。所图示的量测设备属于被称为暗场量测设备的类型。所述量测设备可以是单独的装置，或被并入(例如)测量站处的所述光刻设备LA中，或被并入所述光刻单元LC中。在整个所述设备中具有若干分支的光轴由虚线O表示。在这个设备中，由源11(例如，氙气灯)发射的光由包括透镜12、14和物镜16的光学系统经由分束器15而引导至衬底W上。这些透镜被布置呈4F布置的双重序列。可以使用不同的透镜布置，只要所述透镜布置仍将衬底图像提供至检测器上，并且同时地允许访问即通往中间光瞳平面以用于空间-频率滤光。因此，可以通过在呈现衬底平面的空间光谱的平面(这里被称作(共轭)光瞳平面)中限定空间强度分布来选择所述辐射入射到所述衬底上的角度范围。特别地，可以通过在作为物镜光瞳平面的背向投影式图像的平面中在透镜12与14之间插入合适形式的孔板13来进行这种选择。在所图示示例中，孔板13具有不同的形式(被标注为13N和13S)，从而允许选择不同的照射模式。本示例中的照射系统形成离轴照射模式。在第一照射模式中，孔板13N提供来自仅出于描述起见而被指定为“北”的方向的离轴。在第二照射模式中，孔板13S用于提供类似的照射，但类似的照射来自被标注为“南”的相反的方向。通过使用不同孔，其它照射模式是可能的。在下面实施例中的一些实施例中所描述的照射模式是四元照射模式13Q，也被示出，其将较高衍射阶(例如，+1和-1)分离到图像的在对角线方向上对置的象限中，并且零阶指向其它两个象限。光瞳平面的其余部分理想地是暗的，这是因为期望的照射模式外部的任何不必要的光将会干涉期望的测量信号。

如图2(b)中示出，目标T被放置为使得衬底W垂直于物镜16的光轴O。所述衬底W可以由支撑件(图中未示出)支撑。与轴线O成角度而照射于目标T上的测量辐射的射线I引起一个零阶射线(实线0)和两个一阶射线(点划道+1和双点划道-1)。应记住，在过填充的小目标的情况下，这些射线是覆盖包括量测目标T和其它特征的衬底区域的许多平行射线中的仅一条射线。由于板13中的孔具有有限的宽度(即，该有限的宽度是用以准许有用量的光进入所必需的)，则入射射线I将实际上将占据一定角度范围，并且衍射射线0和+1/-1将稍微散开。根据小目标的点扩散函数，每个阶+1和-1将在一定角度范围上进一步展开，而不是如所示出的单条理想射线。应注意，目标的光栅节距和照射角度可以被设计或被调整成使得进入所述物镜的一阶射线与中心光轴紧密地对准。图2(a)和图2(b)中所图示的射线被示出为稍微离轴，仅能够使它们在图中被更容易地区分。

由衬底W上的目标T所衍射的至少0阶和+1阶由物镜16收集，并且被往回引导通过分束器15。返回至图2(a)，通过指定被标注为北(N)和南(S)的完全相反的孔来图示第一照射模式和第二照射模式两者。当测量辐射的入射射线I来自所述光轴的北侧时，即，当使用孔板13N来应用所述第一照射模式时，被标注为+1(N)的+1衍射射线进入所述物镜16。与此对比，当使用孔板13S来应用所述第二照射模式时，-1衍射射线(被标注为-1(S))是进入所述透镜16的衍射射线。

第二分束器17将衍射束划分成两个测量分支。在第一测量分支中，光学系统18使用零阶衍射束和一阶衍射束来在第一传感器19(例如，CCD或CMOS传感器)上形成所述目标的衍射光谱(光瞳平面图像)。每个衍射阶射中传感器上的不同点，使得图像处理可以比较和对比多个阶。由传感器19捕获的所述光瞳平面图像可以用于许多测量目的，诸如在本文中所描述的方法中使用的重构。所述光瞳平面图像也可以用于聚焦所述量测设备和/或对一阶束的强度测量结果进行归一化。

在第二测量分支中，光学系统20、22在传感器23(例如，CCD或CMOS传感器)上形成所述目标T的图像。在第二测量分支中，将孔径光阑21设置于与所述光瞳平面共轭的平面中。孔径光阑21用于阻挡零阶衍射束，使得形成在传感器23上的所述目标的所述图像仅由-1或+1阶束形成。替代地，可以设置楔形件以同时从-1和+1一阶光束创建拆分后的图像。由传感器19和23所捕获的图像被输出至处理器和控制器PU，处理器和控制器PU的功能将依赖于正被执行的测量的特定类型。应注意，这里在广义上使用术语“图像”。只要存在-1阶和+1阶中的一个阶，则将不形成如此的光栅线的图像。

图2中所示出的孔板13和场光阑21的特定形式仅是示例。在本发明的另一实施例中，使用所述目标的同轴照射，并且使用具有离轴孔的孔径光阑以将大体上仅一个一阶衍射光传递至所述传感器。在又一其它实施例中，代替一阶束或除了一阶束以外，二阶束、三阶束和更高阶束(图2中未图示)也可以用于测量中。

目标T可以包括一定数目的光栅，所述光栅可以具有以不同方式偏置的重叠偏移，以便促成对于供形成复合光栅的不同部分的多个层之间的重叠的测量。光栅也可以在它们的定向方面不同，以便在X方向和Y方向上对入射辐射进行衍射。可以在由传感器23所捕获的图像中识别这些光栅的分立的图像。一旦已识别所述光栅的分立的图像，则可以例如通过对所识别的区域内的选定像素强度值进行平均化或求和来测量那些单独的图像的强度。可以将所述图像的强度和/或其它性质彼此进行比较。可以组合这些结果以测量所述光刻过程的不同参数。

通常，光刻设备LA中的所述图案化过程是处理过程中最关键的步骤之一，其要求在所述衬底W上的结构的尺寸设定和放置的高准确度。为了确保这种高准确度，三个系统可以被组合成所谓的“整体”控制环境，如图3所描绘的。这些系统之一是光刻设备LA，它(实际上)连接到量测工具MET(第二系统)并且连接到计算机系统CL(第三系统)。这种“整体”环境的关键是优化这三个系统之间的协作以增强总体过程窗口并且提供严密的控制回路以确保由所述光刻设备LA所执行的图案化保持在一过程窗口内。所述过程窗口限定了一定范围的过程参数(例如，剂量、焦距、重叠)，在这些参数范围内，特定的制造过程产生限定的结果(例如，功能性半导体器件)–通常允许光刻过程或图案化过程中的过程参数在这些参数范围内变化。

计算机系统CL可以使用待图案化的设计布局(的部分)，来预测将要使用何种分辨率增强技术，以及执行计算性光刻模拟和计算以确定何种掩模布局和光刻设备设置实现所述图案化过程的最大总体过程窗口(如图3中由第一刻度SC1中的双箭头所描绘的)。典型地，分辨率增强技术被布置用以匹配所述光刻设备LA的图案化可能性。计算机系统CL也可用来检测所述光刻设备LA当前正在所述过程窗口内的何处进行操作(例如，使用来自量测工具MET的输入)以预测是否由于例如次优处理(在图3中由第二刻度SC2中指向“0”的箭头描绘)而可能存在缺陷。

量测工具MET可以向计算机系统CL提供输入以能够实现准确的模拟和预测，并且可以向所述光刻设备LA提供反馈以识别可能的漂移，例如在所述光刻设备LA的校准状态下(在图3中由第三刻度SC3中的多个箭头描绘)。

聚焦监控是针对适当光刻设备性能的重要参数。在非EUV系统中，一种用于监控聚焦的方法是基于衍射的聚焦(DBF)。这包括利用故意的依赖于焦距的不对称性对结构进行曝光。通过测量曝光后的结构上的这种不对称性，可以推断出曝光处的焦距。然而，(在掩模版上的)DBF目标包括亚分辨率结构，所述亚分辨率结构可能在衬底上引起缺陷并且可能不符合某些设计规则。此外，诸如薄抗蚀剂厚度之类的限制意味着DBF并不总是适用于(或者至少较难以实现用于)EUV系统。基于像散的聚焦(ABF)是DBF的一种替代方法，其针对EUV聚焦监控提供了一种解决方案。然而，这种方法需要在成像透镜中引入像散，这意味着它不能用于产品上量测。为了解决这些问题，将描述一种光学聚焦量测技术，其可以测量简单线-空间目标上的聚焦参数(并且可选地测量剂量参数)，并且其适合于产品上应用。结构的聚焦参数和剂量参数可以分别描述当曝光所述结构时所述光刻曝光设备(扫描仪)的聚焦设置和剂量设置。

所提出的方法在量测(如散射)装置中利用了交叉偏振模式。通过使用不同的交叉偏振模式，可以获得随焦距变化的不同测量关系，从中可以识别出合适的关系，并且将所识别出的合适的关系用于聚焦监控。合适的关系可以是在用于光刻过程的聚焦监控的充分聚焦范围上单调的关系。包括充分聚焦范围的内容将在各扫描仪类型之间变化。对于非EUV扫描仪，最佳焦距周围的充分聚焦范围可以是150nm，而对于EUV扫描仪，最佳焦距周围的充分聚焦范围可以是90nm。更一般地，在本公开的范围内，最佳焦距周围的充分聚焦范围可以包括例如250nm、200nm、150nm、120nm、100nm、90nm、70nm或50nm中的任一个；或介于200nm与50nm之间的范围内的任何聚焦范围。

如此，所述量测装置可以是能够以在第一(例如，水平)偏振状态与第二(例如，竖直)偏振状态之间选择的照射偏振状态进行操作的；并且用于感测来自所述结构的散射照射的传感器能够以能够在所述第一偏振状态与所述第二偏振状态之间选择的感测照射状态进行操作。

特别地，提议执行一组偏振量测测量。使用标准的标记约定(例如，如在雷达成像中所使用的)，一组偏振量测测量可以产生一个、一些或全部HH、VV、HV和VH偏振状态测量数据，其中，H和V分别指水平和竖直偏振状态，并且：

·HH是水平发射(例如照射状态)和水平接收(例如感测状态)，·VV是竖直发射和竖直接收，

·HV是水平发射和竖直接收，以及

·VH是竖直发射和水平接收。

通常，在分立的采集中获得该组偏振量测测量的每个测量，例如，通过在各采集之间适当地改变量测工具内的各偏振器。然而，依赖于所使用的光学系统，原则上可以同时采集一些偏振状态。例如，可以在HH和HV测量状态以及类似的VH和VV测量状态下同时地执行测量，其中可以在输出处拆分偏振。

发明人已经观察到，不同的偏振测量状态可以各自示出完全不同的聚焦响应，从而提供了在焦距与测量数据(诸如，所测量的强度数据)之间找到合适的单调关系的较大机会(例如：一个或更多个强度值；例如，光瞳平面中的强度，和/或一衍射阶的(例如)暗场强度测量结果)。具体地，测量数据可以包括衍生的或处理后的测量数据，其衍生自所测量的强度(强度信号数据)，更具体地，衍生自所测量的光瞳内的角分辨强度。这种处理后的信号可以包括从测量数据(强度信号数据)的主成分分析(PCA)处理获得的主成分的得分或计分。然而，可以使用用于成分分析、处理和/或机器学习(例如，人工智能)算法的其它方法。

这种方法可以包括初始校准或学习阶段，以创建合适的聚焦模型，该模型可以从与至少一个偏振量测测量相关的测量数据来推断焦距。所述校准阶段可以基于曝光矩阵的曝光和随后的偏振测量或其它交叉偏振测量，诸如典型地在FEM晶片(聚焦曝光矩阵或焦距能量矩阵晶片)上曝光以产生校准测量数据，更具体地说，HV偏振状态校准测量数据、VH偏振状态校准测量数据、HH偏振状态校准测量数据和VV偏振状态校准测量数据中的一个或更多个。

FEM晶片的概念是已知的。传统地，最佳设置由“提前发送晶片”确定，即，在生产运行时间之前曝光、显影和测量的衬底。一种FEM晶片包括已涂覆有光刻胶的晶片，在该晶片上以聚焦和曝光偏移的多种组合来曝光图案。由量测工具来测量FEM晶片以使用例如重构方法来确定侧壁角(SWA)和临界尺寸(CD)。然后可以根据这些测量结果和已知焦距值(例如，如设置)来构造聚焦模型或焦距剂量模型。焦距剂量模型描述并且内插了焦距和剂量与CD和SWA之间的关系。利用这种内插模型，任何单个CD和/或SWA测量结果都可以被转换成焦距和剂量。例如，在通过引用而被整体合并入本文的美国专利申请US2011-0249244中描述了这种方法。

在此提案中，FEM晶片遵循类似的基本原理，但在使用不同的(已知的)焦距和剂量设置而曝光的场中包括多个(例如，对称的)线-空间光栅。在一实施例中，每个场将包括多个不同的线-空间光栅，它们的节距和/或CD不同。还提议聚焦模型(或焦距剂量模型)基于强度测量，而不是需要完全重构的测量。虽然下面的主要实施例将描述聚焦模型，但是本领域技术人员将认识到，可以创建焦距剂量模型以使得能够监控焦距和剂量。在这种模型中，FEM将包括不同的焦距和剂量，以及根据FEM的测量结果结合已知的焦距和剂量值而创建的焦距剂量模型。

图4图示了使用交叉偏振状态的优点。图4(a)和4(b)示出了(很大程度上或主要是未处理的)测量数据的曲线图，更具体地，(例如，光瞳的、或测量中所获得角分辨强度分布的)平均强度I与焦距f的关系。在此情境中，很大程度上未处理是指没有经历下面描述的数据处理以产生合适的单调聚焦响应；此数据可能已经经历了诸如平均化和/或归一化等常规处理。图4(a)示出了HH和VV共偏振状态的聚焦响应，并且图4(b)示出了HV和VH交叉偏振状态的聚焦响应。在每种情况下，以与现有CD聚焦量测技术类似的方式来观察到柏桑响应，且因此将遭受相同的固有问题(最佳焦距bf(即，零散焦)周围缺乏灵敏度，以及无符号或正负号信息)。如此，在这种状态下，这些测量结果对于创建聚焦模型不是特别有用的。然而，利用对所述强度数据，且特别是与HV和VH交叉偏振状态有关的强度数据(对于此示例)的适当处理，可以获得适当的单调聚焦响应。

图4(c)和图4(d)分别与图4(a)和图4(b)中所示的相同过程指标数据/测量数据(例如强度数据)有关，但在处理此数据之后。图4(c)是针对HH和VV共偏振状态的处理后的测量数据(例如，处理后的强度指标)Ip与焦距的关系图，且图4(d)是针对HV和VH交叉偏振状态的处理后的测量数据(例如，处理后的强度指标)Ip与焦距的曲线图。在此具体实施例中，所述处理包括执行主成分分析(PCA)，并且该曲线图涉及特定主成分的得分或计分。这里，该曲线图与第二主成分有关，尽管可以使用示出适当(例如，最佳)聚焦响应的任何主成分，或者多于一个主成分可以形成所述聚焦模型的基础。如可以看出的，虽然图4(c)中的两个HH和VV共偏振状态仍然示出很大程度的柏桑响应，但是图4(d)中的HV和VH交叉偏振状态各自示出以在最佳焦距bf周围的适当(即足够大)的聚焦范围内聚焦的单调响应。因此，与HV和VH交叉偏振状态相关的这种处理后的数据特别适合于创建聚焦模型。

应当理解，对于HV和VH交叉偏振状态，不一定会观察到最佳响应。如此，HH和VV共偏振状态的(处理后的)信号中的一个或两个也可用于(作为HV和VH交叉偏振状态的替代，或与HV和VH交叉偏振状态(中的一个或两个)的组合)创建所述聚焦模型，这依赖于叠层、目标和/或采集设置。应注意在此具体示例中，图4(d)中的两个曲线图HV和VH几乎相同，使得它们看起来是一个，尽管不一定会是这样的情况。

应当理解，PCA仅是在本文中所披露的方法中可用的信号处理的一个示例。其它合适的方法可以包括，例如独立成分分析(ICA)或概率潜在语义分析(PLSA)。可以交替使用或另外使用高级数学算法，包括机器学习算法。可以利用许多不同的人工智能(AI)技术，统称为机器学习。这些技术可以是线性的，例如偏最小二乘回归(PLSR)，或者非线性的，例如利用非线性核的支持向量机(SVM)。

图5是描述了所提出的聚焦量测方法的基本步骤的流程图。校准阶段500包括FEM曝光步骤510。在此步骤510处，使用具备多个具有各种节距和CD的线-空间目标的掩模版来曝光FEM(或者替代地，诸如在步骤550处所曝光的生产衬底)。可以设置各种线-空间目标，以便确定用于生产监控的一个或更多个优选目标。这种优选目标可以包括具有良好聚焦灵敏度和低剂量串扰的目标。此外，也可以使用两个或更多个CD/节距组合来创建聚焦模型，以便抑制过程影响。模型可以针对(例如，预期的)过程变化(例如，多个目标在它们的形成期间受到不同过程变化的影响)而受训练，以在模型中提供过程稳健性即鲁棒性(对于目标或目标的组合)。以这种方式，提议通过提供这样的目标多样性来改进和简化所述聚焦模型，由此提供对于剂量和/或过程变化较鲁棒的聚焦模型。

在步骤520处，利用交叉偏振或偏振量测功能来测量FEM，以获得关于至少一个交叉偏振状态(例如，HV和/或VH状态)的测量结果。优选地，此步骤将在HV和VH状态中的每一个状态中产生等效测量，并且更优选地仍然在HV、VH、HH和VV状态中的每一个状态中产生等效测量(全偏振测量)。

在步骤530处，基于在步骤520处执行的测量、以及已知焦距值(例如，在FEM曝光期间来自所述光刻设备的实际聚焦设置)来创建聚焦模型。所述聚焦模型可以使用与两个交叉偏振状态相关的测量来创建，尽管从交叉偏振状态中的仅一个状态创建模型也是可能的、并且在本发明的范围内(例如，示出最佳单调聚焦响应的状态)。与共偏振状态相关的测量也可用于创建所述聚焦模型(根据所观察到的相关聚焦响应而组合、或作为替代)。如上所解释，此步骤可以包括初始处理步骤，以获得针对至少一个偏振状态的适当的单调聚焦响应。可以使用上述的任何处理方法，例如PCA、ICA、PLSA、PSLR、SVM或任何其它合适的处理方法。

在生产阶段540中，运用具有与用于创建所述聚焦模型的特征相同的特征的一个或更多个目标来曝光550生产衬底(或其它聚焦监控衬底)。在步骤560处，使用与用于创建所述聚焦模型的偏振模式相同的偏振模式(例如，偏振量测测量)来对目标执行聚焦监控测量。在步骤570处，使用在步骤530处所创建的聚焦模型来从测量数据(例如，强度数据)推断(当形成目标时所述光刻设备的)焦距值。对于由图4所图示的具体示例，该推断可以特别基于与HV和VH交叉偏振状态相对应的测量数据；然而，这将依赖于哪个或哪些偏振状态示出了针对特定情况的最佳聚焦响应，并且因此已针对其来创建了聚焦模型。

应注意的是，量测可以包括在抗蚀剂中(显影检查后ADI)或蚀刻后(蚀刻检查后AEI)所形成的结构的测量。在AEI的情况下，步骤510到530将会需要在蚀刻后类似地执行，以获得蚀刻后聚焦模型。

下文的编号后的方面的清单中披露了本发明的另外的实施例：1.一种测量与使用光刻过程来形成结构有关的聚焦参数的方法，其中所述方法包括：

获得与所述结构的交叉偏振测量有关的测量数据；和

基于所述测量数据确定所述聚焦参数的值。

2.根据方面1所限定的方法，其中所述测量数据包括HV偏振状态测量数据、VH偏振状态测量数据、HH偏振状态测量数据和VV偏振状态测量数据中的一种或更多种。

3.根据方面2所限定的方法，其中所述测量数据至少包括所述HV偏振状态测量数据和/或所述VH偏振状态测量数据。

4.根据方面3所限定的方法，其中所述测量数据包括所述HH偏振状态测量数据和/或所述VV偏振状态测量数据。

5.根据前述任何方面所限定的方法，其中所述结构包括线-空间光栅。

6.根据前述任何方面所限定的方法，其中所述线-空间光栅被设计为大致对称的。

7.根据前述任何方面所限定的方法，包括在生产衬底上对所述结构执行所述交叉偏振测量。

8.根据前述任何方面所限定的方法，其中使用聚焦模型来执行所述确定步骤。

9.根据方面8所限定的方法，其中在校准阶段使用与曝光矩阵的交叉偏振校准测量有关的校准测量数据来创建聚焦模型，所述曝光矩阵至少包括在具有多个不同聚焦偏移的多次曝光中被曝光的校准结构。

10.根据方面9所限定的方法，其中所述曝光矩阵包括具有多个不同剂量偏移的多次曝光，并且所述创建聚焦模型的步骤包括创建焦距剂量模型，所述焦距剂量模型还能够操作以能够基于所述测量数据来确定剂量参数。

11.根据方面9或10所限定的方法，其中所述多次曝光中的每次曝光包括多个校准结构，每个校准结构包括线-空间光栅，其中校准结构的节距和/或临界尺寸是变化的。

12.根据方面9至11中任一项所限定的方法，其中校准测量数据包括以下校准测量数据中的一种或更多种：与HV偏振状态校准测量有关的HV偏振状态校准测量数据、与VH偏振状态校准测量有关的VH偏振状态校准测量数据、与HH偏振状态校准测量有关的HH偏振状态校准测量数据、和与VV偏振状态校准测量有关的VV偏振状态校准测量数据。

13.根据方面12所限定的方法，其中交叉偏振校准测量数据包括以下交叉偏振校准测量数据中的至少两种：HV偏振状态校准测量数据，VH偏振状态校准测量数据，HH偏振状态校准测量数据、和VV偏振状态校准测量数据。

14.根据方面13所限定的方法，其中校准测量数据至少包括HV偏振状态校准测量数据和/或VH偏振状态校准测量数据。

15.根据方面14所限定的方法，其中校准测量数据还包括HH偏振状态校准测量数据和/或VV偏振状态校准测量数据。

16.根据方面13至15中任一项所限定的方法，其中，用于校准所述聚焦模型的校准测量数据被加权为有利于或仅包括与所述偏振状态中的任何偏振状态有关的所述校准测量数据，所述偏振状态至少在足以在光刻过程中监控聚焦的围绕最佳焦距的聚焦范围内具有与聚焦参数的单调关系，不论是在一个加工步骤之后或是以其它方式。

17.根据方面8至16中任一项所限定的方法，包括处理所述校准测量数据以获得处理后的校准测量数据的步骤，所述处理后的校准测量数据至少在足以在光刻过程中监控聚焦的围绕最佳焦距的聚焦范围内具有与聚焦参数的单调关系。

18.根据方面17所限定的方法，其中所述处理后的校准测量数据包括：主成分或独立成分分析之后的校准测量数据的一个或更多个主成分或独立成分、和/或所述一个或更多个主成分或独立成分的计分。

19.根据方面17或18所限定的方法，其中所述处理包括应用一种或更多种机器学习算法，诸如偏最小二乘回归或非线性支持向量机算法。

20.根据方面16至19中任一项所限定的方法，其中围绕最佳焦距的足以监控光刻过程中的聚焦的聚焦范围包括围绕最佳焦距的200nm至50nm的范围。

21.一种计算机程序，包括当在适当的设备上运行时能够操作以执行根据方面1至20中任一项所述的方法的程序指令。

22.一种非暂时性计算机程序载体，包括根据方面21所述的计算机程序。

23.一种处理系统，包括处理器和根据方面22所述的计算机程序。

24.一种量测系统，包括：

用于衬底的衬底保持器；

照射源，用于利用具有能够在第一偏振状态与第二偏振状态之间选择的照射偏振状态的辐射来照射所述衬底上的结构；

传感器，用于利用能够在所述第一偏振状态与所述第二偏振状态之间选择的感测照射状态以感测来自所述结构的散射照射；和

根据方面23所述的处理系统。

25.根据方面24所述的量测系统，其中所述第一偏振状态是水平偏振状态，所述第二偏振状态是竖直偏振状态。

虽然以上描述描述了针对光刻设备/扫描仪的校正，但所确定的校正也可以用于任何过程且由IC制造过程中的任何集成电路(IC)制造设备(例如，蚀刻设备，所述蚀刻设备对形成在层内的结构的位置和/或尺寸具有影响)所使用。

与光刻设备相关使用的术语“辐射”和“束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外线(UV)辐射(例如，波长是或约365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm)和极紫外线(EUV)辐射(例如，波长在5nm-20nm的范围内)，以及诸如离子束或电子束之类的粒子束。

术语“透镜”在情境允许时可以指各种类型的光学部件中的任一个或其组合，包括折射式、反射式、磁性式、电磁式和静电式光学部件。

具体实施例的前述描述将充分地揭露本发明的一般性质，使得在不背离本发明的一般概念的情况下，其它人可以通过应用本领域的技术范围内的知识针对各种应用而容易地修改和/或调适这些具体实施例，而无需进行过度的实验。因此，基于本发明中呈现的教导和引导，这些调适和修改旨在属于本公开的实施例的等效物的涵义和范围内。应理解，本发明中的措辞或术语是出于例如描述而非限制的目的，以使得本说明书的术语或措辞将要由本领域技术人员按照所述教导和所述指导进行解释。

因此，本发明的广度和范围不应受上述示例性实施例中的任一个限制，而应仅根据随附的权利要求及其等效物来限定。

Claims

1.一种测量与使用光刻过程来形成结构有关的聚焦参数的方法，其中所述方法包括：

获得与所述结构的交叉偏振测量有关的测量数据；和

基于所述测量数据确定所述聚焦参数的值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量数据包括HV偏振状态测量数据、VH偏振状态测量数据、HH偏振状态测量数据和VV偏振状态测量数据中的一种或更多种。

3.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述结构包括线-空间光栅。

4.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述线-空间光栅被设计为大致对称的。

5.根据前述任一权利要求所述的方法，包括：在生产衬底上对所述结构执行所述交叉偏振测量。

6.根据前述任一权利要求所述的方法，其中使用聚焦模型来执行所述确定步骤。

7.根据权利要求6所述的方法，其中在校准阶段使用与曝光矩阵的交叉偏振校准测量有关的校准测量数据来创建聚焦模型，所述曝光矩阵至少包括在具有多个不同聚焦偏移的多次曝光中被曝光的校准结构。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述曝光矩阵包括具有多个不同剂量偏移的多次曝光，并且所述创建聚焦模型的步骤包括创建焦距剂量模型，所述焦距剂量模型还能够操作以能够基于所述测量数据来确定剂量参数。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其中所述多次曝光中的每次曝光包括多个校准结构，每个校准结构包括线-空间光栅，其中校准结构的节距和/或临界尺寸是变化的。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其中所述校准测量数据包括以下校准测量数据中的一种或更多种：与HV偏振状态校准测量有关的HV偏振状态校准测量数据、与VH偏振状态校准测量有关的VH偏振状态校准测量数据、与HH偏振状态校准测量有关的HH偏振状态校准测量数据、和与VV偏振状态校准测量有关的VV偏振状态校准测量数据。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的方法，包括处理所述校准测量数据以获得处理后的校准测量数据的步骤，所述处理后的校准测量数据至少在足以在光刻过程中监控聚焦的最佳焦距附近的聚焦范围内与聚焦参数成单调关系；并且

其中，可选地，所述处理后的校准测量数据包括：主成分或独立成分分析之后的校准测量数据的一个或更多个主成分或独立成分、和/或所述一个或更多个主成分或独立成分的计分。

12.一种计算机程序，包括当在适当的设备上运行时能够操作以执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的程序指令。

13.一种非暂时性计算机程序载体，包括根据权利要求12所述的计算机程序。

14.一种处理系统，包括处理器和根据权利要求12所述的计算机程序。

15.一种量测系统，包括：

用于衬底的衬底保持器；

传感器，用于利用能够在所述第一偏振状态与所述第二偏振状态之间选择的感测照射状态来感测来自所述结构的散射照射；和

根据权利要求14所述的处理系统。