TW202028881A - 用於量測與使用微影製程所形成之結構相關的焦點參數之方法 - Google Patents

用於量測與使用微影製程所形成之結構相關的焦點參數之方法 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種量測與使用一微影製程形成之一結構相關的一焦點參數之方法，及相關聯之度量衡器件。該方法包含獲得與該結構之一交叉偏振量測相關的量測資料；及基於該量測資料判定該焦點參數之一值。

Description

用於量測與使用微影製程所形成之結構相關的焦點參數之方法
本發明係關於用於量測在微影製程中至基板之施加之圖案的方法及裝置。
微影裝置為將所要圖案施加至基板上(通常施加至基板之目標部分上)之機器。微影裝置可用於例如積體電路(IC)之製造中。在彼情況下，圖案化器件(其替代地被稱作光罩或倍縮光罩)可用以產生待形成於IC之個別層上之電路圖案。可將此圖案轉印至基板(例如矽晶圓)上之目標部分(例如包含晶粒之部分、一個晶粒或若干晶粒)上。通常經由成像至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上來進行圖案之轉印。一般而言，單一基板將含有經順次地圖案化之鄰近目標部分之網路。已知的微影裝置包括：所謂的步進器，其中藉由一次性將整個圖案曝光至目標部分上來輻照每一目標部分；及所謂的掃描器，其中藉由在給定方向(「掃描」方向)上經由輻射光束而掃描圖案同時平行或反平行於此方向而同步地掃描基板來輻照每一目標部分。亦有可能藉由將圖案壓印至基板上而將圖案自圖案化器件轉印至基板。
為了監測微影製程，量測經圖案化基板之參數。舉例而言，參數可包括形成於經圖案化基板中或上之順次層之間的疊對誤差，及經顯影感光性抗蝕劑之臨界線寬(CD)。可對產品基板及/或對專用度量衡目標執行此量測。存在用於對在微影製程中形成之微觀結構進行量測的各種技術，包括使用掃描電子顯微鏡及各種特殊化工具。特殊化檢測工具之快速且非侵入性形式為散射計，其中輻射光束經導向至基板之表面上之目標上，且量測經散射或經反射光束之屬性。兩種主要類型之散射計係已知的。光譜散射計將寬頻帶輻射光束導向至基板上且量測散射至特定窄角度範圍中之輻射之光譜(依據波長而變化的強度)。角度解析散射計使用單色輻射光束且量測依據角度而變化的散射輻射之強度。
已知散射計之實例包括US2006033921A1及US2010201963A1所描述之類型之角度解析散射計。由此類散射計使用之目標為相對大(例如40微米乘40微米)光柵，且量測光束產生小於光柵之光點(亦即，光柵填充不足)。除了藉由重建構進行特徵形狀之量測以外，亦可使用此類裝置來量測以繞射為基礎之疊對，如已公佈專利申請案US2006066855A1中所描述。使用繞射階之暗場成像的以繞射為基礎之疊對度量衡實現對較小目標之疊對量測。可在國際專利申請案WO 2009/078708及WO 2009/106279中找到暗場成像度量衡之實例，該等申請案之文件之全文特此係以引用方式併入。已公佈專利公開案US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A、US20130271740A及WO2013178422A1中已描述該技術之進一步開發。此等目標可小於照明光點且可由晶圓上之產品結構環繞。可使用複合光柵目標而在一個影像中量測多個光柵。所有此等申請案之內容亦以引用方式併入本文中。
在執行諸如將圖案施加於基板上或量測此圖案之微影製程時，使用製程控制方法以監測及控制該製程。通常執行此類製程控制技術以獲得為了控制微影製程之校正。
應被監測之一個重要參數為當執行曝光時投影光學件在基板上之焦點。多於多種原因，此焦點可隨著時間推移且遍及基板而漂移(例如因為基板並非完美平坦的)。焦點監測通常包含量測具有輔助特徵或次解析度特徵(小於投影光學件之成像解析度)之結構。此等次解析度特徵在未經成像時藉由強加取決於焦點之不對稱性而影響主要結構。因此，此不對稱性之量測(例如使用散射計)意謂可推斷出焦點。然而，歸因於所使用之薄抗蝕劑，此類方法對於EUV微影而言難以實施。另外，出於多種原因，次解析度特徵之成像並非所要的。亦開發出以像散為基礎之焦點技術，但其無法用於產品監測中，此係因為其在曝光期間需要投影透鏡之像散(像差光學件)。
期望解決以上提出之問題中的至少一些。
在本發明之一第一態樣中，提供一種量測與使用一微影製程所形成之一結構相關的一焦點參數之方法，其中該方法包含獲得與該結構之一交叉偏振量測相關的量測資料；及基於該量測資料判定該焦點參數之一值。
在本發明之一第二態樣中，提供一種電腦程式，其包含可操作以在經執行於一合適裝置上時執行該第一態樣之該方法之程式指令。
在本發明之一第三態樣中，提供一種處理系統，其包含一處理器及一電腦程式產品，該電腦程式產品包含該第二態樣之該電腦程式。
在本發明之一第四態樣中，提供一種度量衡系統，其包含：用於一基板之一基板固持器；一照明源，其用於運用具有在一第一偏振狀態與一第二偏振狀態之間可選擇的一照明偏振狀態之輻射來照明該基板上之一結構；一感測器，其用於在該第一偏振狀態與該第二偏振狀態之間可選擇的一感測照明狀態下感測來自該結構之散射照明；及該第三態樣之該處理系統。
下文參考隨附圖式來詳細地描述本發明之另外態樣、特徵及優點，以及本發明之各種實施例之結構及操作。應注意，本發明不限於本文中所描述之特定實施例。本文中僅出於說明性目的而呈現此類實施例。基於本文中含有之教示，額外實施例對於熟習相關技術者而言將顯而易見。
在詳細地描述本發明之實施例之前，有指導性的是呈現可供實施本發明之實施例之實例環境。
圖1在200處將微影裝置LA展示為實施大容量微影製造製程之工業生產設施之部件。在本實例中，製造製程適用於在諸如半導體晶圓之基板上製造半導體產品(積體電路)。熟習此項技術者將瞭解，可藉由以此製程之變體處理不同類型之基板來製造廣泛多種產品。半導體產品之生產純粹用作現今具有大商業意義之實例。
在微影裝置(或簡言之，「微影工具(litho tool) 200)內，在202處展示量測站MEA且在204處展示曝光站EXP。在206處展示控制單元LACU。在此實例中，每一基板造訪量測站及曝光站以被施加圖案。舉例而言，在光學微影裝置中，投影系統用以使用經調節輻射及投影系統而將產品圖案自圖案化器件MA轉印至基板上。此轉印係藉由在輻射敏感抗蝕劑材料層中形成圖案之影像來完成。
本文所使用之術語「投影系統」應被廣泛地解譯為涵蓋適於所使用之曝光輻射或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用之其他因素的任何類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、磁性、電磁及靜電光學系統，或其任何組合。圖案化MA器件可為將圖案賦予至由圖案化器件透射或反射之輻射光束的光罩或倍縮光罩。熟知操作模式包括步進模式及掃描模式。眾所周知，投影系統可以多種方式與用於基板及圖案化器件之支撐件及定位系統合作，以將所要圖案施加至橫越基板之許多目標部分。可使用可程式化圖案化器件來替代具有固定圖案之倍縮光罩。輻射例如可包括在深紫外線(DUV)波帶或極紫外線(EUV)波帶中之電磁輻射。本發明亦適用於其他類型之微影製程，例如(例如)藉由電子束之壓印微影及直寫微影。
微影裝置控制單元LACU控制各種致動器及感測器之所有移動及量測以收納基板W及倍縮光罩MA且實施圖案化操作。LACU亦包括用以實施與裝置之操作相關之所要計算的信號處理及資料處理能力。實務上，控制單元LACU將被實現為許多子單元之系統，每一子單元處置裝置內之一子系統或組件之即時資料獲取、處理及控制。
在曝光站EXP處將圖案施加至基板之前，在量測站MEA處處理基板使得可進行各種預備步驟。該等預備步驟可包括使用位階感測器來映射基板之表面高度，及使用對準感測器來量測基板上之對準標記之位置。對準標記係以規則柵格圖案標稱地配置。然而，歸因於產生標記時之不準確度且亦歸因於基板之貫穿其處理而發生的變形，標記偏離理想柵格。因此，除了量測基板之位置及定向以外，對準感測器實務上亦必須詳細地量測橫越基板區域之許多標記之位置(在裝置將以極高準確度印刷正確部位處之產品特徵的情況下)。裝置可屬於具有兩個基板台之所謂的雙載物台類型，每一基板台具有受到控制單元LACU控制之一定位系統。在曝光站EXP處曝光一個基板台上之一個基板的同時，可在量測站MEA處將另一基板裝載至另一基板台上，使得可進行各種預備步驟。因此，對準標記之量測極耗時，且提供兩個基板台會實現裝置之產出率之相當大的增加。若在基板台處於量測站處以及處於曝光站處時位置感測器IF不能夠量測基板台之位置，則可提供第二位置感測器以使得能夠在兩個站處追蹤基板台之位置。
在生產設施內，裝置200形成「微影製造單元」或「微影叢集」之部分，該「微影製造單元」或「微影叢集」亦含有塗佈裝置208以用於將感光性抗蝕劑及其他塗層施加至基板W以藉由裝置200進行圖案化。在裝置200之輸出側處，提供烘烤裝置210及顯影裝置212以用於將經曝光圖案顯影成實體抗蝕劑圖案。在所有此等裝置之間，基板處置系統負責支撐基板且將基板自一台裝置轉移至下一台裝置。常常被集體地稱作塗佈顯影系統(track)之此等裝置係在塗佈顯影系統控制單元之控制下，塗佈顯影系統控制單元自身受監督控制系統SCS控制，監督控制系統SCS亦經由微影裝置控制單元LACU來控制微影裝置。因此，不同裝置可經操作以最大化產出率及處理效率。監督控制系統SCS接收配方資訊R，該配方資訊R極詳細地提供待執行以產生每一經圖案化基板之步驟的定義。
一旦已在微影製造單元中施加並顯影圖案，就將經圖案化基板220轉移至諸如在222、224、226處說明之其他處理裝置。廣泛範圍之處理步驟係由典型製造設施中之各種裝置來實施。出於實例起見，此實施例中之裝置222為蝕刻站，且裝置224執行蝕刻後退火步驟。將另外物理及/或化學處理步驟應用於另外裝置226，等。可需要眾多類型之操作以製造實際器件，諸如材料之沈積、表面材料特性之改質(氧化、摻雜、離子植入等)、化學機械拋光(CMP)等等。實務上，裝置226可表示在一或多個裝置中執行之一系列不同處理步驟。作為另一實例，可提供用於實施自對準多重圖案化之裝置及處理步驟，以基於藉由微影裝置敷設之前驅圖案而產生多個較小特徵。
眾所周知，半導體器件之製造涉及此處理之許多重複，以在基板上逐層地建置具有適當材料及圖案之器件結構。因此，到達微影叢集之基板230可為新近製備之基板，或其可為先前已在此叢集中或在另一裝置中完全地被處理之基板。相似地，取決於所需處理，離開裝置226之基板232可經返回以用於同一微影叢集中之後續圖案化操作，其可經指定以用於不同叢集中之圖案化操作，或其可為待發送以供切塊及封裝之成品。
產品結構之每一層需要製程步驟之不同集合，且用於每一層處之裝置226可在類型方面完全不同。另外，即使在待由裝置226應用之處理步驟在大設施中標稱地相同的情況下，亦可存在並行地工作以對不同基板執行步驟226之若干假設相同的機器。此等機器之間的小設置差異或疵點可意謂其以不同方式影響不同基板。即使對於每一層相對而言為共同的步驟，諸如蝕刻(裝置222)亦可由標稱地相同但並行地工作以最大化產出率之若干蝕刻裝置來實施。此外，實務上，不同層根據待蝕刻之材料的細節需要不同蝕刻製程，例如化學蝕刻、電漿蝕刻，且需要特定要求，諸如各向異性蝕刻。
可在如剛才所提及之其他微影裝置中執行先前及/或後續製程，且可甚至在不同類型之微影裝置中執行先前及/或後續製程。舉例而言，器件製造製程中之在諸如解析度及疊對之參數上要求極高的一些層相比於要求較不高之其他層可在更進階微影工具中來執行。因此，一些層可曝光於浸潤類型微影工具中，而其他層曝光於「乾式」工具中。一些層可曝光於在DUV波長下工作之工具中，而其他層係使用EUV波長輻射來曝光。
為了正確地且一致地曝光由微影裝置曝光之基板，需要檢測經曝光基板以量測屬性，諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等。因此，經定位有微影製造單元LC之製造設施亦包括收納已在微影製造單元中被處理之基板W中之一些或全部的度量衡系統。將度量衡結果直接地或間接地提供至監督控制系統SCS。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光進行調整，尤其是在可足夠迅速地且快速地完成度量衡以使得同一批量之其他基板仍待曝光的情況下。又，已經曝光之基板可被剝離及重工以改良良率，或被捨棄，藉此避免對已知有缺陷之基板執行進一步處理。在基板之僅一些目標部分有缺陷的狀況下，可僅對良好的彼等目標部分執行進一步曝光。
圖1中亦展示度量衡裝置240，度量衡裝置240經提供以用於在製造製程中之所要階段處進行產品之參數的量測。現代微影生產設施中之度量衡裝置之常見實例為散射計(例如暗場散射計、角度解析散射計或光譜散射計)，且其可經應用以(例如)在裝置222中之蝕刻之前量測在220處之經顯影基板之一或多個屬性。在使用度量衡裝置240之情況下，可判定出例如諸如疊對或臨界尺寸(CD)之重要效能參數並不滿足經顯影抗蝕劑中之指定準確度要求。在蝕刻步驟之前，存在經由微影叢集剝離經顯影抗蝕劑且重新處理基板220的機會。藉由監督控制系統SCS及/或控制單元LACU 206隨著時間推移進行小幅度調整，可使用來自裝置240之度量衡結果242以維持微影叢集中之圖案化操作之準確效能，藉此最小化製得不合格產品且需要重工之風險。
另外，度量衡裝置240及/或其他度量衡裝置(圖中未繪示)可經應用以量測經處理基板232、234及傳入基板230之屬性。可在經處理基板上使用度量衡裝置以判定諸如疊對或CD之重要參數。
圖2之(a)中展示適合用於本發明之實施例中的度量衡裝置。此僅為度量衡裝置之實例且可使用任何合適的度量衡裝置(例如用於執行暗場量測)。圖2之(b)中更詳細地說明目標T及用以照明該目標之量測輻射之繞射射線。所說明之度量衡裝置屬於被稱為暗場度量衡裝置之類型。度量衡裝置可為單機器件，或併入於例如量測站處之微影裝置LA中或併入於微影製造單元LC中。由點線O表示貫穿裝置具有若干分支之光軸。在此裝置中，由源11 (例如氙氣燈)發射之光經由光束分裂器15由包含透鏡12、14及物鏡16之光學系統導向至基板W上。此等透鏡係以4F配置之雙重序列進行配置。可使用不同透鏡配置，其限制條件為：該透鏡配置仍將基板影像提供至偵測器上，且同時地允許接取中間光瞳平面以用於空間頻率濾光。因此，可藉由定義在呈現基板平面之空間光譜之平面(此處被稱作(共軛)光瞳平面)中的空間強度分佈來選擇輻射入射於基板上之角度範圍。詳言之，可藉由在為物鏡光瞳平面之背向投影式影像之平面中在透鏡12與14之間插入合適形式之孔徑板13來進行此選擇。在所說明實例中，孔徑板13具有不同形式，被標註為13N及13S，從而允許選擇不同照明模式。本實例中之照明系統形成離軸照明模式。在第一照明模式中，孔徑板13N提供自僅出於描述起見被指明為「北」之方向之離軸。在第二照明模式中，孔徑板13S係用以提供相似照明，但提供來自被標註為「南」之相對方向之照明。藉由使用不同孔徑，其他照明模式係可能的。下文之實施例中之一些實施例所描述的照明模式為亦所說明之四邊形照明模式13Q，其將高繞射階(例如+1及-1)分離成影像之對角對置之象限，其中零階經導向至其他兩個象限。光瞳平面之其餘部分理想地暗，此係由於所要照明模式外部之任何不必要光將干涉所要量測信號。
如圖2之(b)中所展示，目標T經置放成使得基板W垂直於物鏡16之光軸O。基板W可由支撐件(圖中未繪示)支撐。與軸線O成一角度而照射於目標T上之量測輻射射線I引起一個零階射線(實線0)及兩個一階射線(點鏈線+1及雙點鏈線-1)。應記住，在運用填充過度之小目標的情況下，此等射線僅僅為覆蓋包括度量衡目標T及其他特徵之基板區域的許多平行射線中之一者。由於板13中之孔徑具有有限寬度(為接納有用量之光所必要)，故入射射線I事實上將佔據一角度範圍，且繞射射線0及+1/-1將稍微散開。根據小目標之點散佈函數(point spread function)，每一階+1及-1將遍及一角度範圍而進一步散佈，而非如所展示之單一理想射線。應注意，目標之光柵間距及照明角度可經設計或調整成使得進入物鏡之一階射線與中心光軸接近地對準。圖2之(a)及圖2之(b)中所說明之射線被展示為稍微離軸，以純粹地使其能夠在圖解中被更容易地區分。
由基板W上之目標T繞射之至少0階及+1階係由物鏡16收集，且被返回導向通過光束分裂器15。返回至圖2之(a)，藉由指明被標註為北(N)及南(S)之完全相反孔徑來說明第一照明模式及第二照明模式兩者。當量測輻射之入射射線I來自光軸之北側時(亦即，當使用孔徑板13N來應用第一照明模式時)，被標註為+1(N)之+1繞射射線進入物鏡16。與此對比，當使用孔徑板13S來應用第二照明模式時，-1繞射射線(標註為-1(S))為進入透鏡16之繞射射線。
第二光束分裂器17將繞射光束劃分成兩個量測分支。在第一量測分支中，光學系統18使用零階繞射光束及一階繞射光束而在第一感測器19 (例如CCD或CMOS感測器)上形成目標之繞射光譜(光瞳平面影像)。每一繞射階射中感測器上之不同點，使得影像處理可比較及對比若干階。可將由感測器19捕捉之光瞳平面影像用於許多量測目的，諸如在本文中所描述之方法中使用的重建構。光瞳平面影像亦可用於聚焦度量衡裝置及/或正規化一階光束之強度量測。
在第二量測分支中，光學系統20、22在感測器23 (例如CCD或CMOS感測器)上形成目標T之影像。在第二量測分支中，在與光瞳平面共軛之平面中提供孔徑光闌21。孔徑光闌21用以阻擋零階繞射光束，使得形成於感測器23上之目標之影像係僅由-1或+1一階光束形成。替代地，提供楔狀物以同時自-1及+1一階光束產生分裂影像。由感測器19及23捕捉之影像經輸出至處理影像之處理器PU，該處理器PU之功能將取決於正被執行之量測之特定類型。應注意，此處在廣泛意義上使用術語「影像」。因而，若存在-1階及+1階中之僅一者，則將不形成光柵線之影像。
圖2中所展示之孔徑板13及場光闌21之特定形式純粹為實例。在本發明之另一實施例中，使用目標之同軸照明，且使用具有離軸孔徑之孔徑光闌以將實質上僅一個一階繞射光傳遞至感測器。在又其他實施例中，代替一階光束或除了一階光束以外，亦在量測中使用二階光束、三階光束及高階光束(圖2中未繪示)。
目標T可包含多個光柵，該等光柵可具有經不同偏置之疊對偏移以便促進對供形成複合光柵之不同部分的層之間的疊對之量測。該等光柵亦可在其定向方面不同，以便使入射輻射在X及Y方向上繞射。可在由感測器23捕捉之影像中識別此等光柵之單獨影像。一旦已識別光柵之單獨影像，就可例如藉由平均化或求和經識別區域內之經選擇像素強度值來量測彼等個別影像之強度。可將該等影像之強度及/或其他屬性彼此進行比較。可組合此等結果以量測微影製程之不同參數。
通常微影裝置LA中之圖案化製程為在處理中之最具決定性步驟中的一者，其需要基板W上之結構之尺寸標定及置放之高準確度。為了確保此高準確度，可將三個系統組合於所謂的「整體」控制環境中，如圖3示意性地所描繪。此等系統中之一者為微影裝置LA，其(實際上)連接至度量衡工具MET (第二系統)且連接至電腦系統CL (第三系統)。此「整體」環境之關鍵在於最佳化此等三個系統之間的合作以增強總體製程窗且提供嚴格控制迴路，從而確保由微影裝置LA執行之圖案化保持在製程窗內。製程窗界定製程參數(例如劑量、焦點、疊對)之範圍，在該製程參數範圍內特定製造製程產生所界定結果(例如功能半導體器件)-通常在該製程參數範圍內，微影製程或圖案化製程中之製程參數被允許變化。
電腦系統CL可使用待圖案化之設計佈局(之部分)以預測使用哪種解析度增強技術且執行演算微影模擬及計算以判定哪種光罩佈局及微影裝置設定達成圖案化製程之最大總體製程窗(在圖3中由第一標度SC1中之雙箭頭描繪)。通常，解析度增強技術經配置以匹配於微影裝置LA之圖案化可能性。電腦系統CL亦可用以偵測在製程窗內何處微影裝置LA當前正操作(例如使用來自度量衡工具MET之輸入)以預測歸因於例如次佳處理是否可存在缺陷(在圖3中由第二標度SC2中之指向「0」之箭頭描繪)。
度量衡工具MET可將輸入提供至電腦系統CL以實現準確模擬及預測，且可將回饋提供至微影裝置LA以識別例如微影裝置LA之校準狀態中的可能漂移(在圖3中由第三標度SC3中之多個箭頭描繪)。
焦點監測為用於適當微影裝置效能之重要參數。在非EUV系統中，用於監測焦點之一種方法為以繞射為基礎之焦點(DBF)。此DBF包含以故意焦點相依不對稱性來曝光結構。藉由量測經曝光結構上之此不對稱性，可推斷曝光處之焦點。然而，(倍縮光罩上之)DBF目標包含次解析度結構，其可導致基板上之缺陷且可能不與一些設計規則相容。諸如薄抗蝕劑厚度之限制亦意謂DBF對於EUV系統並非總是合適的(或至少較難以實施)。以像散為基礎之焦點(ABF)為對DBF之替代方法，其提供對EUV焦點監測之解決方案。然而，此方法需要在成像透鏡中誘發像散，此意謂該方法無法用於產品上度量衡。為了解決此等問題，將描述光學焦點度量衡技術，其可量測簡單線空間目標上之焦點參數(且視情況量測劑量參數)且適合於產品上應用。用於結構之焦點參數及劑量參數可分別描述當曝光該結構時微影曝光裝置(掃描器)之焦點設定及劑量設定。
所提議方法在度量衡(例如散射量測)器件中利用交叉偏振模式。藉由使用不同的交叉偏振模式，可獲得與焦點之不同量測關係，自該等量測關係可識別合適的關係且將其用於焦點監測。合適關係可為用於微影製程之焦點監測的遍及足夠焦點範圍係單調的關係。包含足夠焦點範圍的內容將在掃描器類型之間發生變化。對於非EUV掃描器，足夠焦點範圍可為最佳焦點周圍150 nm，而對於EUV掃描器，足夠焦點範圍可為最佳焦點周圍90 nm。更一般而言，在本發明之範疇內，最佳焦點周圍之足夠焦點範圍可包含例如250 nm、200 nm、150 nm、120 nm、100 nm、90 nm、70 nm或50 nm中之任一者；或在200 nm與50 nm之間的範圍內之任何焦點範圍。
因而，度量衡器件可在在第一(例如水平)偏振狀態與第二(例如豎直)偏振狀態之間可選擇的照明偏振狀態中可操作；且用於感測來自結構中之散射照明之感測器可在在該第一偏振狀態與該第二偏振狀態之間可選擇的感測照明狀態中可操作。
特定言之，提議執行一組偏振測定度量衡量測。使用標準標記約定(例如如用於雷達成像中)，一組偏振測定度量衡量測可產生HH、VV、HV及VH偏振狀態量測資料中之一者、一些或全部，其中H及V分別指水平及豎直偏振狀態，且：• HH-為水平透射(例如照明狀態)及水平接收(例如感測狀態)，• VV-為豎直透射及豎直接收，• HV-為水平透射及豎直接收，及• VH-為豎直透射及水平接收。
通常，例如藉由在若干獲取之間適當地改變度量衡工具內之偏振器而在單獨的獲取中獲得該組偏振測定度量衡量測之每一量測。然而，取決於正使用的光學系統，原則上可同時獲取一些偏振狀態。舉例而言，或許有可能在HH及HV量測狀態中同時執行量測，且相似地在VH及VV量測狀態中同時執行量測，其中有可能在輸出處分裂偏振。
本發明人已觀測到，不同的偏振量測狀態可各自展示相當不同的焦點回應，從而提供較大機會來尋找焦點與量測資料之間的合適單調關係，該量測資料諸如經量測強度資料(例如：一或多個強度值；例如光瞳平面中之強度及/或繞射階之(例如)暗場強度量測)。特定言之，量測資料可包含經導出或經處理之量測資料，其係自量測強度(強度信號資料)導出，更特定言之自經量測光瞳內之角度解析強度導出。此經處理之信號可包含自量測資料(強度信號資料)之主成份分析(PCA)處理獲得的主成份之記分。然而，可使用用於成份分析、處理及/或機器學習(例如人工智慧)演算法之其他方法。
此方法可包含初始校準或學習階段以產生合適的焦點模型，該焦點模型可自與至少一個偏振測定度量衡量測相關的量測資料推斷出焦點。該校準階段可基於諸如通常曝光於FEM晶圓(焦點曝光矩陣或焦點能量矩陣晶圓)上的曝光矩陣之曝光及後續偏振測定或其他交叉偏振量測，以產生校準量測資料，更特定言之HV偏振狀態校準量測資料、VH偏振狀態校準量測資料、HH偏振狀態校準量測資料及VV偏振狀態校準量測資料中之一或多者。
FEM晶圓之概念係已知的。傳統地，最佳設定係藉由「提前發送晶圓」予以判定，亦即在生產運作時間之前曝光、顯影及量測之基板。FEM晶圓包含已被塗佈有光阻劑之晶圓，運用焦點偏移與曝光偏移之多個組合而將一圖案曝光至該光阻劑上。藉由度量衡工具量測該FEM晶圓以使用例如重建構方法來判定側壁角(SWA)及臨界尺寸(CD)。可接著自此等量測及已知焦點值(例如作為集合)建構焦點模型或焦點劑量模型。焦點劑量模型描述並內插焦點及劑量與CD及SWA之間的關係。藉由此經內插模型，可將任何單個CD及/或SWA量測轉換成焦點及劑量。例如全文以引用方式併入本文中之美國專利申請案US2011-0249244中描述了此方法。
在此提議中，FEM晶圓遵循相似的基本主，但在使用不同(已知)焦點及劑量設定所曝光之場中包含複數個(例如對稱)線空間光柵。在一實施例中，每一場將包含節距及/或CD變化的複數個不同線空間光柵。亦提議使焦點模型(或焦點劑量模型)基於強度量測，而非需要完整重建構之量測。雖然以下之主要實施例將描述焦點模型，但熟習此項技術者將認識到，可產生焦點劑量模型以使能夠監測焦點及劑量。在此模型中，FEM將包括變化之焦點及劑量，且自FEM結合已知焦點及劑量值之量測來產生焦點劑量模型。
圖4說明使用交叉偏振狀態之優點。圖4之(a)及圖4之(b)展示(基本上未處理)量測資料，更特定言之(例如在量測中獲得之光瞳或角度解析強度分佈之)平均強度I相對於焦點f的標繪圖。在此內容背景中，基本上未處理係指尚未經歷下文所描述之資料處理來產生合適的單調焦點回應；此資料可能已經歷習知處理，諸如平均化及/或正規化等。圖4之(a)展示對於HH及VV共同偏振狀態之焦點回應，且圖4之(b)展示對於HV及VH交叉偏振狀態之焦點回應。在每一狀況下，以與當前CD焦點度量衡技術相似之方式觀測到柏桑回應，且因此柏桑回應將遭受相同的固有問題(最佳焦點bf (亦即，零散焦)周圍缺乏敏感度，及無記號資訊)。因而，此等量測在此狀態下對於產生焦點模型並不特別適用。然而，藉由強度資料之合適處理，且尤其與HV及VH交叉偏振狀態(對於此實例)相關的強度資料之合適處理，可獲得合適的單調焦點回應。
圖4之(c)及圖4之(d)係關於與分別在圖4之(a)及圖4之(b)中所展示資料相同但在此資料之處理之後的製程度量資料/量測資料(例如強度資料)。圖4之(c)為針對HH及VV共同偏振狀態之經處理之量測資料(例如經處理之強度度量)Ip相對於焦點的標繪圖，且圖4之(d)為針對HV及VH交叉偏振狀態之經處理之量測資料(例如經處理之強度度量) Ip相對於焦點的標繪圖。在此特定實施例中，處理包含執行主成份分析(PCA)，且標繪圖係關於特定主成份之記分。此處，標繪圖係關於第二主成份，但可使用展示合適(例如最好)的焦點回應之任何主成份，或多於一個主成份可形成焦點模型之基礎。如可看出，圖4之(c)中之兩個HH及VV共同偏振狀態仍展示基本上柏桑回應，而圖4之(d)中之HV及VH交叉偏振狀態各自展示對遍及最佳焦點bf周圍的合適(亦即，足夠大)焦點範圍之焦點的單調回應。因此，與HV及VH交叉偏振狀態相關的此經處理之資料特別適合於產生焦點模型。
應瞭解，未必針對HV及VH交叉偏振狀態將觀測到最好的回應。因而，亦可使用HH及VV共同偏振狀態之(經處理)信號中的一者或兩者(作為HV及VH交叉偏振狀態之替代方案，或與HV及VH交叉偏振狀態(中的一者或兩者)組合)以產生焦點模型，此取決於堆疊設定、目標設定及/或獲取設定。應注意在此特定實例中，圖4之(d)中之兩個標繪圖HV及VH接近相同使得其呈現為一個，但狀況未必如此。
應瞭解，PCA僅為在本文所揭示之方法中可用的信號處理之一個實例。其他合適方法可包含例如獨立成份分析(ICA)或機率潛在語義分析(PLSA)。替代地或另外，可使用進階數學演算法，包括機器學習演算法。可利用被集體地稱為機器學習之許多不同的人工智慧AI技術。此類技術可為線性的，例如偏最小平方回歸(PLSR)，或非線性的，例如利用非線性核心之支持向量機(SVM)。
圖5為描述所提議焦點度量衡方法之基本步驟的流程圖。校準階段500包含FEM曝光步驟510。在此步驟510處，使用具有複數個線空間目標之倍縮光罩來曝光FEM(或替代地諸如在步驟550處曝光之生產基板)，該複數個線空間目標具有各種節距及CD。可提供各種線空間目標以便判定用於生產監測之一或多個較佳目標。此較佳目標可包含具有良好焦點敏感度及低劑量串擾之目標。另外，亦有可能使用兩個或多於兩個CD/節距組合以產生焦點模型以使抑制製程影響。可針對(例如預期)製程變化(例如在形成時經受不同製程變化的目標)訓練模型以提供模型之製程穩固性(針對目標或目標之組合)。以此方式，提議可藉由提供此目標分集，藉此提供對劑量及/或製程變化較穩固之焦點模型來改良及簡化焦點模型。
在步驟520處，藉由交叉偏振或偏振測定度量衡功能量測FEM以獲得與至少一個交叉偏振狀態(例如HV及/或VH狀態)相關的量測。較佳地，此步驟將在HV及VH狀態中之每一者中產生等效量測，且更佳地仍在HV、VH、HH及VV狀態中之每一者中產生等效量測(全偏振測定量測)。
在步驟530處，基於在步驟520處執行之量測及已知焦點值(例如，在FEM之曝光期間來自微影裝置之實際焦點設定)產生焦點模型。可使用與兩個交叉偏振狀態相關之量測來產生焦點模型，但自交叉偏振狀態中之僅一者產生模型亦係可能的且在本發明之範疇內(例如，展示最好單調焦點回應之狀態)。亦可使用與共同偏振狀態相關之量測以產生焦點模型(組合地或作為替代方案，此取決於觀測到之相關焦點回應)。如上文所解釋，此步驟可包括初始處理步驟以獲得針對偏振狀態中之至少一者之合適單調焦點回應。可使用前述處理方法中之任一者，例如PCA、ICA、PLSA、PSLR、SVM，或任何其他合適處理方法。
在生產階段540中，運用具有與用以產生焦點模型之特性相同的特性之一或多個目標來曝光550生產基板(或其他焦點監測基板)。在步驟560處，使用與用以產生焦點模型相同的偏振模式(例如偏振測定度量衡量測)而對目標執行焦點監測量測。在步驟570處，使用在步驟530處產生之焦點模型而自量測資料(例如強度資料)推斷(當形成目標時微影裝置之)焦點值。對於由圖4說明之特定實例，此推斷可尤其基於對應於HV及VH交叉偏振狀態之量測資料；然而，此將取決於哪一(哪些)偏振狀態針對一特定情形展示最佳焦點回應且因此針對其已產生焦點模型。
應注意，度量衡可包含在抗蝕劑中(在顯影檢測之後ADI)或在蝕刻之後(蝕刻檢測之後AEI)所形成的結構之量測。在AEI之狀況下，將需要在蝕刻之後已相似地執行步驟510至530，以獲得蝕刻後焦點模型。
在以下經編號條項之後續清單中揭示另外實施例： 1.   一種量測與使用一微影製程形成之一結構相關的一焦點參數之方法，其中該方法包含： 獲得與該結構之一交叉偏振量測相關的量測資料；及 基於該量測資料判定該焦點參數之一值。 2.   如條項1所定義之方法，其中該量測資料包含HV偏振狀態量測資料、VH偏振狀態量測資料、HH偏振狀態量測資料及VV偏振狀態量測資料中之一或多者。 3    如條項2所定義之方法，其中該量測資料包含至少該HV偏振狀態量測資料及/或該VH偏振狀態量測資料。 4.   如條項3所定義之方法，其中該量測資料包含該HH偏振狀態量測資料及/或該VV偏振狀態量測資料。 5.   如任一前述條項所定義之方法，其中該結構包含一線空間光柵。 6.   如任一前述條項所定義之方法，其中該線空間光柵經設計為大體上對稱的。 7.   如任一前述條項所定義之方法，其包含在一生產基板上執行該結構之該交叉偏振量測。 8.   如任一前述條項所定義之方法，其中使用一焦點模型來執行該判定步驟。 9.   如條項8所定義之方法，其中在一校準階段中使用與一曝光矩陣之一交叉偏振校準量測相關的校準量測資料來產生該焦點模型，該曝光矩陣包含在具有複數個不同焦點偏移之多次曝光中所曝光的至少一校準結構。 10.  如條項9所定義之方法，其中該曝光矩陣包含具有複數個不同劑量偏移之多次曝光，且該產生一焦點模型之步驟包含產生一焦點劑量模型，該焦點劑量模型可進一步操作以使能夠基於該量測資料判定一劑量參數。 11.  如條項9或10所定義之方法，其中該多次曝光中之每一者包含複數個校準結構，每一校準結構包含一線空間光柵，其中節距及/或臨界尺寸在校準結構之間變化。 12.  如條項9至11中任一項所定義之方法，其中該校準量測資料包含以下各者中之一或多者：與一HV偏振狀態校準量測相關的HV偏振狀態校準量測資料、與一VH偏振狀態校準量測相關的VH偏振狀態校準量測資料、與一HH偏振狀態校準量測相關的HH偏振狀態校準量測資料，及與一VV偏振狀態校準量測相關的VV偏振狀態校準量測資料。 13.  如條項12所定義之方法，其中該交叉偏振校準量測資料包含該HV偏振狀態校準量測資料、該VH偏振狀態校準量測資料、該HH偏振狀態校準量測資料及該VV偏振狀態校準量測資料中之至少兩者。 14.  如條項13所定義之方法，其中該校準量測資料包含至少該HV偏振狀態校準量測資料及/或該VH偏振狀態校準量測資料。 15.  如條項14所定義之方法，其中該校準量測資料進一步包含該HH偏振狀態校準量測資料及/或該VV偏振狀態校準量測資料。 16.  如條項13至15中任一項所定義之方法，其中用以校準該焦點模型之該校準量測資料被加權為有利於或僅包含與該等偏振狀態中之任一者相關的該校準量測資料，該等偏振狀態與在足夠用於在一微影製程中監測焦點之最佳焦點周圍的至少一焦點範圍內的該焦點參數具有一單調關係，無論是在一處理步驟之後抑或以其他方式。 17.  如條項8至16中任一項所定義之方法，其包含處理該校準量測資料以獲得經處理之校準量測資料的步驟，該經處理之校準量測資料與在足夠用於在一微影製程中監測焦點之最佳焦點周圍的至少一焦點範圍內的該焦點參數具有一單調關係。 18.  如條項17所定義之方法，其中該經處理之校準量測資料包含在一主成分分析或獨立成分分析之後的校準量測資料之一或多個主成份或獨立成份及/或其記分。 19.  如條項17或18所定義之方法，其中該處理包含應用一或多個機器學習演算法，諸如一偏最小平方回歸演算法或一非線性支持向量機演算法。 20.  如條項16至19中任一項所定義之方法，其中足夠用於在一微影製程中監測焦點的最佳焦點周圍之一焦點範圍包含最佳焦點周圍200 nm與50 nm之間的一範圍。 21.  一種電腦程式，其包含可操作以在經執行於一合適裝置上時執行如條項1至20中任一項之方法的程式指令。 22.  一種非暫時性電腦程式載體，其包含如條項21之電腦程式。 23.  一種處理系統，其包含一處理器及如條項22之電腦程式。 24.  一種度量衡系統，其包含： 用於一基板之一基板固持器； 一照明源，其用於運用具有在一第一偏振狀態與一第二偏振狀態之間可選擇的一照明偏振狀態之輻射來照明該基板上之一結構； 一感測器，其用於在該第一偏振狀態與該第二偏振狀態之間可選擇的一感測照明狀態下感測來自該結構之散射照明；及 如條項23之處理系統。 25.  如條項24之度量衡系統，其中該第一偏振狀態係一水平偏振狀態且該第二偏振狀態係一豎直偏振狀態。
雖然以上描述描述了用於微影裝置/掃描器之校正，但所判定之校正亦可用於任何製程且供積體電路(IC)製造製程中之任何IC製造裝置(例如，蝕刻裝置，其對形成於層內之結構之位置及/或尺寸具有影響)使用。
關於微影裝置所使用之術語「輻射」及「光束」涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外線(UV)輻射(例如具有為或為約365 nm、355 nm、248 nm、193 nm、157 nm或126 nm之波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如具有在5 nm至20 nm之範圍內之波長)，以及粒子束，諸如離子束或電子束。
術語「透鏡」在內容背景允許時可指各種類型之光學組件中之任一者或其組合，包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件。
對特定實施例之前述描述將因此充分地揭露本發明之一般性質：在不脫離本發明之一般概念的情況下，其他人可藉由應用熟習此項技術者所瞭解之知識針對各種應用而容易地修改及/或調適此等特定實施例，而無需進行不當實驗。因此，基於本文中所呈現之教示及指導，此等調適及修改意欲在所揭示實施例之等效者的涵義及範圍內。應理解，本文中之措辭或術語係出於例如描述而非限制之目的，以使得本說明書之術語或措辭待由熟習此項技術者按照該等教示及該指導進行解譯。
本發明之廣度及範疇不應受上述例示性實施例中之任一者限制，而應僅根據以下申請專利範圍及其等效者進行界定。
0:零階射線/繞射射線 +1:一階射線/繞射射線 -1:一階射線/繞射射線 +1(N):+1繞射射線 -1(S):-1繞射射線 11:源 12:透鏡 13:孔徑板 13N:孔徑板 13Q:四邊形照明模式 13S:孔徑板 14:透鏡 15:光束分裂器 16:物鏡/透鏡 17:第二光束分裂器 18:光學系統 19:第一感測器 20:光學系統 21:場光闌 22:光學系統 23:感測器 200:微影裝置LA/微影工具 202:量測站MEA 204:曝光站EXP 206:微影裝置控制單元LACU 208:塗佈裝置 210:烘烤裝置 212:顯影裝置 220:經圖案化基板 222:處理裝置 224:處理裝置 226:處理裝置/步驟 230:基板 232:基板 234:基板 240:度量衡裝置 242:度量衡結果 500:校準階段 510:FEM曝光步驟 520:步驟 530:步驟 540:生產階段 550:步驟 560:步驟 570:步驟 bf:最佳焦點 CL:電腦系統 f:焦點 HH:水平透射及水平接收 HV:水平透射及豎直接收 I:量測輻射射線(圖2 (b))/平均強度(圖4) Ip:經處理之量測資料 LA:微影裝置 MA:圖案化器件/倍縮光罩 O:光軸 PU:處理器 R:配方資訊 SCS:監督控制系統 SC1:第一標度 SC2:第二標度 SC3:第三標度 T:度量衡目標 VH:豎直透射及水平接收 VV:豎直透射及豎直接收 W:基板
現在將參考隨附圖式而作為實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中： 圖1描繪微影裝置連同形成用於半導體器件之生產設施的其他裝置； 圖2(包括圖2之(a)及圖2之(b))包含根據本發明之實施例的用於量測目標之散射計的示意圖； 圖3描繪整體微影之示意性表示，其表示用以最佳化半導體製造之三種關鍵技術之間的合作； 圖4包含(a)基於基本上未處理強度資料之HH及VV偏振狀態量測的標繪圖；(b)基於基本上未處理強度資料之HV及VH偏振狀態量測的標繪圖；(c)基於經處理強度資料之HH及VV偏振狀態量測的標繪圖；及(d)基於經處理強度資料之HV及VH偏振狀態量測的標繪圖；及 圖5為描述根據本發明之一實施例之方法的流程圖。
bf:最佳焦點
f:焦點
HH:水平透射及水平接收
HV:水平透射及豎直接收
I:平均強度
Ip:經處理之量測資料
VH:豎直透射及水平接收
VV:豎直透射及豎直接收

Claims (15)

  1. 一種量測與使用一微影製程形成之一結構相關的一焦點參數之方法，其中該方法包含： 獲得與該結構之一交叉偏振量測相關的量測資料；及 基於該量測資料判定該焦點參數之一值。
  2. 如請求項1之方法，其中該量測資料包含HV偏振狀態量測資料、VH偏振狀態量測資料、HH偏振狀態量測資料及VV偏振狀態量測資料中之一或多者。
  3. 如請求項1或2之方法，其中該結構包含一線空間光柵。
  4. 如請求項1或2之方法，其中該線空間光柵經設計為大體上對稱的。
  5. 如請求項1或2之方法，其包含在一生產基板上執行該結構之該交叉偏振量測。
  6. 如請求項1或2之方法，其中使用一焦點模型來執行該判定步驟。
  7. 如請求項6之方法，其中在一校準階段中使用與一曝光矩陣之一交叉偏振校準量測相關的校準量測資料來產生該焦點模型，該曝光矩陣包含在具有複數個不同焦點偏移之多次曝光中所曝光的至少一校準結構。
  8. 如請求項7之方法，其中該曝光矩陣包含具有複數個不同劑量偏移之多次曝光，且該產生一焦點模型之步驟包含產生一焦點劑量模型，該焦點劑量模型可進一步操作以使能夠基於該量測資料判定一劑量參數。
  9. 如請求項7之方法，其中該多次曝光中之每一者包含複數個校準結構，每一校準結構包含一線空間光柵，其中節距及/或臨界尺寸在校準結構之間變化。
  10. 如請求項7之方法，其中該校準量測資料包含以下各者中之一或多者：與一HV偏振狀態校準量測相關的HV偏振狀態校準量測資料、與一VH偏振狀態校準量測相關的VH偏振狀態校準量測資料、與一HH偏振狀態校準量測相關的HH偏振狀態校準量測資料，及與一VV偏振狀態校準量測相關的VV偏振狀態校準量測資料。
  11. 如請求項6之方法，其包含處理該校準量測資料以獲得經處理之校準量測資料的步驟，該經處理之校準量測資料與在足夠用於在一微影製程中監測焦點之最佳焦點周圍的至少一焦點範圍內的該焦點參數具有一單調關係，且 其中視情況，該經處理之校準量測資料包含在一主成分分析或獨立成分分析之後的校準量測資料之一或多個主成份或獨立成份及/或其記分。
  12. 一種電腦程式，其包含可操作以在經執行於一合適裝置上時執行如請求項1至11中任一項之方法的程式指令。
  13. 一種非暫時性電腦程式載體，其包含如請求項12之電腦程式。
  14. 一種處理系統，其包含一處理器及如請求項12之電腦程式。
  15. 一種度量衡系統，其包含： 用於一基板之一基板固持器； 一照明源，其用於運用具有在一第一偏振狀態與一第二偏振狀態之間可選擇的一照明偏振狀態之輻射來照明該基板上之一結構； 一感測器，其用於在該第一偏振狀態與該第二偏振狀態之間可選擇的一感測照明狀態下感測來自該結構之散射照明；及 如請求項14之處理系統。
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