TW202318113A - 聚焦度量衡之方法及其相關設備 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種用於自一基板上之一目標判定一焦點參數之方法。該目標包含一等焦第一子目標及一第二非等焦子目標。該方法包含：獲得與該第一子目標之量測相關之一第一量測信號、與該第二子目標之量測相關之一第二量測信號及使至少該第二量測信號與該焦點參數相關之至少一個訓練關係及/或模型。自該第一量測信號、第二量測信號及該至少一個訓練關係及/或模型判定該焦點參數之一值。

Description

聚焦度量衡之方法及其相關設備
本發明係關於積體電路之製造中之度量衡應用。
微影設備為經建構以將所需圖案施加至基板上之機器。微影設備可用於例如積體電路(IC)之製造中。微影設備可例如將圖案化裝置(例如，光罩)處之圖案(通常亦稱為「設計佈局」或「設計」)投影至設置於基板(例如，晶圓)上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。
為了將圖案投影於基板上，微影設備可使用電磁輻射。此輻射之波長判定可形成於基板上之特徵的最小大小。當前使用之典型波長為365 nm (i線)、248 nm、193 nm及13.5 nm。相較於使用例如具有193 nm之波長之輻射的微影設備，使用具有在範圍4至20 nm內(例如6.7 nm或13.5 nm)之波長之極紫外線(EUV)輻射的微影設備可用以在基板上形成較小特徵。
低k 1微影可用於處理尺寸小於微影設備之典型解析度極限的特徵。在此類製程中，可將解析度公式表示為CD = k 1×λ/NA，其中λ為所使用輻射之波長，NA為微影設備中之投影光學件之數值孔徑，CD為「臨界尺寸」(通常為經印刷之最小特徵大小，但在此情況下為半間距)，且k 1為經驗解析度因數。一般而言，k 1愈小，則愈難以在基板上再生類似於由電路設計者規劃之形狀及尺寸以便達成特定電功能性及效能的圖案。為克服此等困難，可將複雜微調步驟應用於微影投影設備及/或設計佈局。此等步驟包括例如但不限於NA之最佳化、自訂照明方案、相移圖案化裝置之使用、諸如設計佈局中之光學近接校正(OPC，有時亦稱為「光學及製程校正」)之設計佈局之各種最佳化，或通常定義為「解析度增強技術」(RET)之其他方法。替代地，用於控制微影設備之穩定性之嚴格控制迴路可用以改良在低k1下之圖案的再生。
度量衡工具在IC製造製程之許多態樣中用作例如用於基板在曝光之前之適當定位之對準工具及用於在製程控制中檢測/量測經曝光及/或經蝕刻產品的基於散射量測之工具；例如以量測疊對。
需要監視之微影製程之一個重要參數為焦點。需要將不斷增加數目個電子組件整合於IC中。為了實現此整合，有必要減小組件之大小，且因此增加投影系統之解析度，使得可將愈來愈小的細節或線寬投影於基板之目標部分上。隨著微影中之臨界尺寸(CD)收縮，橫越基板及在基板之間的焦點之一致性變得愈來愈重要。CD為變化將造成一或多個特徵之物理屬性之非所要變化的特徵之尺寸(諸如電晶體之閘極寬度)。傳統上，最佳設定藉由「預先發送晶圓」來判定，亦即在生產運作之前曝光、顯影及量測之基板。在預先發送晶圓中，在所謂的焦點能量矩陣(FEM)中曝光測試結構，且自彼等測試結構之檢查來判定最佳焦點及能量設定。
判定焦點及/或劑量之另一方法已經由基於繞射之焦點技術。基於繞射之焦點可使用倍縮光罩上之目標成形特徵，目標成形特徵印刷具有取決於在印刷期間之焦點及/或劑量設定之不對稱程度的目標。接著可量測此不對稱程度，且自不對稱性量測推斷焦點及/或劑量。此等焦點量測方法及相關聯測試結構設計具有數個缺點。許多測試結構需要具有大間距之子解析度特徵或光柵結構。此等結構可違反微影設備之使用者的設計規則。焦點量測技術可包含量測由特殊焦點相依之目標結構散射之相對高階(例如，一階)輻射中的不對稱性且自此不對稱性判定焦點。
此將需要改良目前聚焦度量衡技術。
在本發明之一第一態樣中，提供一種用於自一基板上之一目標判定一焦點參數之方法，該目標至少包含一第一子目標及第二子目標，該焦點參數與曝光該目標的一微影曝光製程之一焦點設定相關；該方法包含：獲得與該第一子目標之量測相關之一第一量測信號，該第一子目標包含一等焦結構；獲得與該第二子目標之量測相關之一第二量測信號，該第二子目標包含一非等焦結構；獲得使至少該第二量測信號與該焦點參數相關之至少一個訓練關係及/或模型；及自該第一量測信號、第二量測信號及該至少一個訓練關係及/或模型判定該焦點參數之一值。
在本發明之一第二態樣中，提供一種圖案化裝置，其包含用於形成一目標之目標圖案化特徵，該等目標圖案化特徵包含：等焦圖案化特徵，其用於形成一第一子目標使得該第一子目標包含一等焦結構；及非等焦圖案化特徵，其用於形成一第二子目標使得該第二子目標包含一非等焦結構。
本發明又進一步提供一種電腦程式產品及相關聯的度量衡設備及微影單元，該電腦程式產品包含機器可讀指令以用於使得一處理器執行該第一態樣之該方法。
將自對下文所描述之實例之考量理解本發明之以上及其他態樣。
在本文件中，術語「輻射」及「光束」用以涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外線輻射(例如具有約365、248、193、157或126 nm之波長)及極紫外線輻射(EUV，例如具有在5至100 nm的範圍內之波長)。
如本文中所使用之術語「倍縮光罩」、「光罩」或「圖案化裝置」可廣泛地解譯為係指可用以向入射輻射光束賦予經圖案化橫截面之通用圖案化裝置，該經圖案化橫截面對應於待在基板之目標部分中產生的圖案。術語「光閥」亦可在此內容背景中使用。除了經典光罩(透射或反射、二元、相移、混合式等)，其他此類圖案化裝置之實例包括可程式化鏡面陣列及可程式化LCD陣列。
圖1示意性地描繪微影設備LA或掃描器(兩個術語同義地使用，但本文中之概念亦可適用於步進器配置)。微影設備LA包括：照明系統(亦稱為照明器) IL，其經組態以調節輻射光束B (例如，UV輻射、DUV輻射或EUV輻射)；光罩支撐件(例如，光罩台) MT，其經建構以支撐圖案化裝置(例如，光罩) MA且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位圖案化裝置MA之第一定位器PM；基板支撐件(例如，晶圓台) WT，其經建構以固持基板(例如，抗蝕劑塗佈晶圓) W，且連接至經組態以根據某些參數來準確地定位基板支撐件之第二定位器PW；及投影系統(例如，折射投影透鏡系統) PS，其經組態以將由圖案化裝置MA賦予至輻射光束B之圖案投影至基板W之目標部分C (例如，包含一或多個晶粒)上。
在操作中，照明系統IL例如經由光束遞送系統BD自輻射源SO接收輻射光束。照明系統IL可包括用於引導、塑形及/或控制輻射之各種類型的光學組件，諸如折射、反射、磁性、電磁、靜電及/或其他類型之光學組件或其任何組合。照明器IL可用於調節輻射光束B，以在圖案化裝置MA之平面處在其橫截面中具有所要空間及角強度分佈。
本文中所使用之術語「投影系統」PS應廣泛地解譯為涵蓋適於所用曝光輻射及/或適於諸如浸漬液體之使用或真空之使用的其他因素之各種類型的投影系統，包括折射、反射、反射折射、合成、磁性、電磁及/或靜電光學系統或其任何組合。可認為本文中對術語「投影透鏡」之任何使用與更一般術語「投影系統」PS同義。
微影設備LA可屬於以下類型：其中基板之至少一部分可由具有相對較高折射率之液體(例如，水)覆蓋，以便填充投影系統PS與基板W之間的空間，此亦稱為浸漬式微影。在以引用之方式併入本文中的US6952253中給出關於浸漬技術之更多資訊。
微影設備LA亦可屬於具有兩個或更多個之基板支撐件WT (又名「雙載物台」)之類型。在此類「多載物台」機器中，可並行地使用基板支撐件WT，及/或可對位於基板支撐件WT中之一者上的基板W進行準備基板W之後續曝光的步驟，同時將另一基板支撐件WT上之另一基板W用於在另一基板W上曝光圖案。
除基板支撐件WT以外，微影設備LA亦可包含量測載物台。量測載物台經配置以固持感測器及/或清潔裝置。感測器可經配置以量測投影系統PS之屬性或輻射光束B之屬性。量測載物台可固持多個感測器。清潔裝置可經配置以清潔微影設備之部分，例如投影系統PS之一部分或提供浸漬液體之系統的一部分。當基板支撐件WT遠離投影系統PS時，量測載物台可在投影系統PS之下移動。
在操作中，輻射光束B入射於固持在光罩支撐件MT上之圖案化裝置MA (例如光罩)上，且藉由存在於圖案化裝置MA上之圖案(設計佈局)而經圖案化。橫穿光罩MA後，輻射光束B穿過投影系統PS，該投影系統PS將光束聚焦至基板W之目標部分C上。藉助於第二定位器PW及位置量測系統IF，可準確地移動基板支撐件WT，例如以便在聚焦且對準之位置處在輻射光束B的路徑中定位不同目標部分C。類似地，第一定位器PM及可能的另一位置感測器(其未在圖1中明確描繪)可用以相對於輻射光束B之路徑來準確定位圖案化裝置MA。可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化裝置MA及基板W。雖然如所說明之基板對準標記P1、P2佔用專屬目標部分，但該等基板對準標記可位於目標部分之間的空間中。在基板對準標記P1、P2位於目標部分C之間時，此等基板對準標記稱為切割道對準標記。
如圖2中所展示，微影設備LA可形成微影製造單元LC (有時亦稱為微影單元(lithocell)或微影(litho)叢集)之部分，該微影製造單元通常亦包括用以對基板W執行曝光前製程及曝光後製程之設備。習知地，此等設備包括用以沈積抗蝕劑層之旋塗器SC、用以顯影經曝光抗蝕劑之顯影器DE、例如用於調節基板W之溫度(例如用於調節抗蝕劑層中之溶劑)的冷卻板CH及烘烤板BK。基板處置器或機器人RO自輸入/輸出埠I/O1、I/O2拾取基板W，在不同製程設備之間移動基板W，且將基板W遞送至微影設備LA之裝載匣LB。微影單元中通常亦統稱為塗佈顯影系統之裝置通常處於塗佈顯影系統控制單元TCU之控制下，該塗佈顯影系統控制單元自身可受監督控制系統SCS控制，該監督控制系統亦可例如經由微影控制單元LACU來控制微影設備LA。
為了正確且一致地曝光由微影設備LA曝光之基板W，需要檢測基板以量測經圖案化結構之屬性，諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等。出於此目的，可在微影單元LC中包括檢測工具(未展示)。若偵測到誤差，則可例如對後續基板之曝光或對待對基板W執行之其他處理步驟進行調整，尤其在同一批量或批次的其他基板W仍待曝光或處理之前進行檢測的情況下。
亦可稱為度量衡設備之檢測設備用於判定基板W之屬性，且尤其判定不同基板W之屬性如何變化或與同一基板W之不同層相關聯之屬性在不同層間如何變化。檢測設備可替代地經建構以識別基板W上之缺陷，且可例如為微影單元LC之部分，或可整合至微影設備LA中，或可甚至為單機裝置。檢測設備可量測潛像(曝光之後在抗蝕劑層中之影像)上之屬性，或半潛像(曝光後烘烤步驟PEB之後在抗蝕劑層中之影像)上之屬性，或經顯影抗蝕劑影像(其中抗蝕劑之曝光部分或未曝光部分已移除)上之屬性，或甚至經蝕刻影像(在諸如蝕刻之圖案轉印步驟之後)上之屬性。
通常，微影設備LA中之圖案化製程為在處理中之最關鍵步驟中的一者，其需要對基板W上之結構的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中示意性地描繪。此等系統中之一者係微影設備LA，其(實際上)連接至度量衡工具MT (第二系統)且連接至電腦系統CL (第三系統)。此類「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，從而確保由微影設備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，特定製造製程在該範圍內產生經界定結果(例如功能性半導體裝置)——通常允許微影製程或圖案化製程中之製程參數在該範圍內變化。
電腦系統CL可使用待圖案化之設計佈局(之部分)來預測將使用哪些解析度增強技術且執行計算微影模擬及演算，以判定哪些光罩佈局及微影設備設定達成圖案化製程的最大總體製程窗(藉由第一標度SC1中之雙箭頭描繪於圖3中)。通常，解析度增強技術經配置以匹配微影設備LA之圖案化可能性。電腦系統CL亦可用以偵測微影設備LA當前正在製程窗內之何處操作(例如使用來自度量衡工具MT之輸入)以預測是否可能存在歸因於例如次佳處理的缺陷(藉由第二標度SC2中指向「0」之箭頭描繪於圖3中)。
度量衡工具MT可向電腦系統CL提供輸入以實現準確模擬及預測，且可向微影設備LA提供回饋以識別例如微影設備LA之校準狀態中的可能漂移(藉由第三標度SC3中之多個箭頭描繪於圖3中)。
在微影製程中，需要頻繁地對所產生結構進行量測，例如以用於製程控制及驗證。用以進行此類量測之工具通常稱為度量衡工具MT。用於進行此類量測之不同類型之度量衡工具MT為已知的，包括掃描電子顯微鏡或各種形式之散射計度量衡工具MT。散射計為多功能器具，其允許藉由在光瞳或與散射計之接物鏡之光瞳共軛的平面中具有感測器來量測微影製程之參數(量測通常稱為以光瞳為基礎之量測)，或藉由在影像平面或與影像平面共軛之平面中具有感測器來量測微影製程的參數，在此情況下量測通常稱為以影像或場為基礎之量測。以全文引用之方式併入本文中之專利申請案US20100328655、US2011102753A1、US20120044470A、US20110249244、US20110026032或EP1,628,164A中進一步描述此類散射計及相關聯量測技術。前述散射計可使用來自軟x射線及對近IR波長範圍可見之光來量測光柵。
在第一實施例中，散射計MT為角解析散射計。在此類散射計中，重建構方法可應用於經量測信號以重建構或計算光柵之屬性。此類重建構可例如由模擬散射輻射與目標配置之數學模型之相互作用且比較模擬結果與量測的彼等結果而引起。調整數學模型之參數，直至模擬相互作用產生與自真實目標觀測到之繞射圖案類似的繞射圖案為止。
在第二實施例中，散射計MT為光譜散射計MT。在此類光譜散射計MT中，由輻射源發射之輻射經引導至目標上，且來自目標之反射或散射輻射經引導至光譜儀偵測器上，該光譜儀偵測器量測鏡面反射輻射的光譜(亦即隨波長而變之強度之量測)。自此資料，可例如藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸或藉由與模擬光譜相比較來重建構產生所偵測光譜之目標的結構或輪廓。
在第三實施例中，散射計MT為橢圓量測散射計。橢圓量測散射計允許藉由量測針對各偏振狀態之散射輻射來判定微影製程之參數。此類度量衡設備藉由在度量衡設備之照明區段中使用例如適當偏振濾光器來發射偏振光(諸如線性、圓形或橢圓)。適合於度量衡設備之源亦可提供偏振輻射。以全文引用之方式併入本文中之美國專利申請案11/451,599、11/708,678、12/256,780、12/486,449、12/920,968、12/922,587、13/000,229、13/033,135、13/533,110及13/891,410中描述現有橢圓量測散射計的各種實施例。
圖4中描繪諸如散射計之度量衡設備。該度量衡設備包含將輻射投影至基板W上之寬頻帶(白光)輻射投影儀2。將反射或散射輻射傳遞至光譜儀偵測器4，該光譜儀偵測器量測鏡面反射輻射之光譜6 (亦即隨波長而變化之強度的量測)。自此資料，可由處理單元PU例如藉由嚴密耦合波分析及非線性回歸，或藉由與圖3之底部處所展示的模擬光譜庫的比較來重建構產生所偵測光譜之結構或輪廓8。一般而言，對於重建構，結構之一般形式為已知的，且自藉以製造結構之製程的知識來假定一些參數，從而僅留下結構之幾個參數自散射量測資料予以判定。此類散射計可經組態為正入射散射計或斜入射散射計。
圖5(a)呈現度量衡設備且更特定言之暗場散射計之實施例。圖5(b)中更詳細地說明目標T及用以照明該目標之量測輻射的繞射射線。所說明之度量衡設備屬於稱為暗場度量衡設備之類型。度量衡設備可為單機裝置，或併入於例如量測站處之微影設備LA中或微影製造單元LC中。貫穿設備具有若干分支之光軸由點線O表示。在此設備中，由源11 (例如，氙氣燈)發射之光由包含透鏡12、14及物鏡16之光學系統經由光束分光器15而引導至基板W上。此等透鏡以4F配置之雙重序列配置。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，且同時允許存取中間光瞳平面以用於空間頻率濾光。因此，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緊密地對準。圖5(a)及圖3(b)中所說明之射線展示為稍微離軸，以純粹地使其能夠在圖中更易於區分。
由基板W上之目標T繞射之至少0及+1階由物鏡16收集，且經引導回通過光束分光器15。返回至圖5(a)，藉由指明標註為北(N)及南(S)之完全相對孔徑來說明第一照明模式及第二照明模式兩者。在量測輻射之入射射線I來自光軸之北側時，亦即，在使用孔徑板13N來應用第一照明模式時，標記為+1(N)之+1繞射射線進入物鏡16。相比之下，當使用孔徑板13S應用第二照明模式時，-1繞射射線(標記為1(S))為進入透鏡16之繞射射線。
第二光束分光器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使用零階及一階繞射光束在第一感測器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)。各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。由感測器19捕捉之光瞳平面影像可用於聚焦度量衡設備及/或正規化一階光束之強度量測。光瞳平面影像亦可用於諸如重建構之許多量測目的。本文中所揭示之概念係關於使用此分支之光瞳量測。
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。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，該處理器之功能將取決於正執行之量測的特定類型。應注意，此處在廣泛意義上使用術語『影像』。因而，若僅存在-1及+1階中之一者，則將不形成光柵線之影像。圖5中所展示之孔徑板13及場光闌21之特定形式純粹為實例。
當監視微影製程時，需要監視微影製程參數，諸如基板上之微影光束之焦點。自印刷結構判定焦點設定之一種已知方法係藉由量測印刷結構之臨界尺寸(CD)而進行。CD為最小特徵尺寸(例如，元件之線寬)之量測。印刷結構可為為了焦點監視而特定形成之目標，諸如線空間光柵。已知CD通常顯示對焦點之二階回應，從而在CD相對於焦點之圖上形成所謂的「柏桑(Bossung)曲線」。柏桑曲線為圍繞表示最佳焦點之峰值(或谷值)實質上對稱的實質上對稱曲線。柏桑曲線可為實質上拋物線形。
此方法存在若干缺點。一個缺點為：該方法展示最佳焦點附近之低敏感度(歸因於曲線之拋物線形狀)。此通常為用於曝光之目標焦點設定，此意謂目標將在目標設定下最不敏感。另一缺點為：該方法對任何散焦之正負號不敏感(此係因為曲線主要圍繞最佳焦點對稱)。換言之，僅自目標回應不可能判定目標之CD量測表示最佳焦點峰值之哪一側。另外，此方法尤其對劑量串擾敏感。CD取決於焦點及劑量兩者，且因此，任何劑量變化將對供推斷焦點之CD有影響。因此，任何劑量相關CD變化將引起推斷焦點值之誤差。
為了解決此等問題，設計以繞射為基礎之焦點(DBF)。以繞射為基礎之焦點可使用倍縮光罩上之目標成形特徵，目標成形特徵印刷具有取決於在印刷期間的焦點設定之不對稱程度的目標。可接著使用以散射量測為基礎之檢測方法，例如藉由量測自目標繞射之+1與-1階輻射之強度之間的強度不對稱性來量測此不對稱程度，以獲得焦點設定的量測。
雖然DBF結構能夠自目標不對稱性實現以繞射為基礎之焦點量測，但其並不適合用於所有情形中。此等結構可不遵照適用於某些產品結構之嚴格設計約束。在IC製造製程期間，倍縮光罩上之所有特徵必須印刷且經受後續處理步驟。半導體製造商使用設計規則作為限定特徵設計之方式，以確保經印刷特徵符合其製程要求。此類設計規則之實例與結構或間距之可允許大小有關。另一實例設計規則係關於圖案密度，該規則可將所得抗蝕劑圖案之密度限定為在特定範圍內。另外，DBF度量衡之效能相對於微影及/或製程變化可能不足夠穩固。此情形之一個原因為：焦點敏感度(在其他事物當中)由印刷特徵之側壁角(SWA)驅動，從而使得焦點信號對空中影像之對比度敏感。尤其對於EUV微影，在使用小於20 nm (例如，13.5 nm)之波長之輻射來執行印刷的情況下，子解析度特徵之產生變得更加困難。對於EUV微影，抗蝕劑厚度及因此目標結構之厚度更小。此減弱可用於聚焦度量衡之目標之繞射效率，且因此減弱信號強度。
以像散為基礎之焦點(ABF)為DBF之替代方法，其提供對EUV焦點監視之解決方案。然而，此類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，將描述光學聚焦度量衡技術，其可量測包含至少兩個子目標(至少一個非等焦子目標及至少一個等焦子目標)之目標上的焦點參數(及視情況，劑量參數)。各子目標可為簡單的線空間光柵。目標可適用於產品上應用。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設備(掃描器)之焦點設定及劑量設定。
因而，揭示一種用於自基板上之目標判定焦點參數之方法，目標包含第一子目標及第二子目標，該焦點參數係關於曝光該目標之微影曝光製程之焦點設定；方法包含：獲得與第一子目標之量測相關之第一量測信號，該第一子目標包含等焦結構；獲得與第二子目標之量測相關之第二量測信號，該第二子目標包含非等焦結構；獲得使至少該第二量測信號與該焦點參數相關之至少一個訓練關係及/或模型；及自該第一量測信號、第二量測信號及該至少一個訓練關係及/或模型判定該焦點參數之值。
在本發明之內容背景中，等焦子目標為經形成而具有在至少60 nm之焦點範圍內的小於5%、3%、2%或1%之CD變化的子目標。
在實施例中，在至少一個非等焦子目標與等焦子目標之間可存在實質上最佳焦點偏移。最佳焦點可指示其中CD變化在圍繞最佳焦點之小範圍(例如，+/- 5 nm)內最小的焦點設定及/或彼子目標之對應柏桑曲線的峰值或谷值處之焦點設定；亦即，其中小焦點改變之CD敏感度最低。在實施例中，非等焦子目標應在等焦子目標之最佳焦點處印刷(曝光)。視情況，等焦子目標應在非等焦子目標之最佳焦點處印刷(曝光)。
在實施例中，等焦子目標之最佳焦點可與產品結構之最佳焦點相同或接近(例如，在最佳焦點的20 nm內、10 nm內或5 nm內)。在實施例中，(或各)非等焦目標及等焦目標(或產品結構)之最佳焦點之間的最佳焦點差可大於40 nm、大於50 nm、大於60 nm、大於70 nm或大於80 nm。
可在諸如源光罩最佳化(SMO)之計算微影步驟中判定特徵之最佳焦點。SMO之目標係最大化具有足夠成像效能(諸如用於特定照明條件之焦點容限或劑量寬容度(且結合照明條件而最佳化))的圖案(及尤其製程窗較小之臨界圖案))之數目。因而，可最佳化源及光罩(倍縮光罩)使得藉由對焦點(及劑量)之最小CD相依性曝光產品圖案。然而，此對於焦點目標並非合乎需要。
圖6為根據實施例之目標T的說明。目標T包含非等焦子目標nIST及等焦子目標IST。子目標nIST、IST中之各者可包含線空間光柵(例如，不具有輔助或子解析度特徵)。子目標nIST、IST中各者之最佳焦點可具有藉由改變間距及/或光罩CD (亦即，形成子目標之光柵線的倍縮光罩特徵之CD)而調諧的其各別最佳焦點；個別特徵之最佳焦點可藉由修改其間距或光罩CD中之一者或兩者而變化/調諧。替代地或另外，子目標nIST、IST中之各者之間的最佳焦點偏移可由光罩3D效應產生，且可例如藉由使用不同光罩吸收體類型(包括標準的基於Ta之吸收體、折射率n＜0.92之低n吸收體(及其他EUV吸收體))來獲得。
在實施例中，目標可包含多於一個非等焦子目標及一個等焦子目標之子目標。藉由用額外子目標量測此類目標，可得到更多量測資料，此可有益於信號雜訊比及/或推斷除焦點及劑量之外的其他掃描器參數(例如，投影透鏡之像差)。
在實施例中，可執行計算微影/SMO以判定產品之最佳焦點。可接著(經由CD及/或間距)將等焦子目標IST調諧為具有實質上類似於產品結構之彼最佳焦點值的第一最佳焦點值(此可在SMO期間或隨後進行)。接著可(經由CD及/或間距)將非等焦子目標nIST調諧為具有實質上不同於等焦子目標IST之彼最佳焦點值的最佳焦點值。此調諧可在目標最佳化階段中進行，且可(例如)虛擬地(例如，經由計算微影)或以其他方式(例如，參考最佳焦點隨間距及/或CD之已知變化，或藉由試誤法)執行。因此，非等焦子目標nIST及等焦子目標IST就間距及/或CD而言可彼此不同。尤其，非等焦子目標nIST之調諧可使得圍繞產品結構的最佳焦點之焦點敏感度最大化或至少高於臨限敏感度值(例如，在柏桑斜率上，遠離峰值)。當然，非等焦子目標nIST印刷在此產品結構(及等焦子目標IST)最佳焦點值處為重要的。
藉由將非等焦子目標nIST之最佳焦點值調諧為足夠遠離峰，可使CD隨著非等焦子目標nIST之焦點的變化在所關注範圍內為單調的，亦即，圍繞第一最佳焦點值且在曝光期間覆蓋任何預期焦點變化之範圍內延伸。視情況，可包括具有不同焦點敏感度(例如，藉由具有不同CD及/或間距而調諧為具有不同最佳焦點)之第二非等焦子目標nIST。此等目標之CD差應在甚至更大範圍內隨著焦點單調地變化。
圖7為圖6之目標之等焦子目標IST及非等焦子目標nIST的CD相對於焦點或散焦dF之實例圖。等焦子目標在零散焦處具有最佳焦點BF IST(例如，用於如在SMO中判定之產品/曝光之最佳焦點)且對焦點具有極小CD相依性。在最佳焦點BF IST處，自非等焦子目標nIST之圖顯而易見，此非等焦子目標將印刷。亦顯而易見，此最佳焦點值BF IST與焦點範圍對應，在該焦點範圍內，非等焦子目標之CD隨焦點之變化實質上為單調的且敏感度良好(高梯度量值)。非等焦子目標nIST具有與最佳焦點值BF IST分離之最佳焦點值BF nIST，此處具體為-80 nm (亦即，BF IST與BF nIST之間存在80 nm的差)。
如先前所陳述，非DBF聚焦度量衡(諸如，以CD為基礎之度量衡)之一個問題為：CD隨著焦點及劑量變化兩者而改變，且自CD分離焦點及劑量並不簡單。在運用本文中所提議之目標之情況下，等焦子目標可用以隔離對CD之劑量影響，且因此隔離焦點推斷；因為此子目標在所關注焦點範圍內為等焦的，所以任何CD改變可歸因於劑量變化。視情況，可自此目標判定劑量值且將該劑量值用於掃描器曝光之劑量控制。
為了使用所提議目標，提議在校準階段中曝光一或多個校準晶圓，在焦點及劑量變化之情況下(例如，焦點曝光矩陣FEM)曝光晶圓。可使用度量衡工具(其可視情況，例如為圖5中所說明之類型的工具)檢測此等變化。基於此等量測及已知掃描器設定，可藉由用以將劑量回應分離之等焦目標來判定量測信號(例如，強度或光瞳光譜)隨著焦點之變化。校準可包含例如判定來自等焦子目標之量測信號與劑量(基於已知掃描器劑量設定)之間的關係，且結合來自非等焦子目標之量測信號(已知掃描器焦點設定)使用此關係以學習來自非等焦子目標之量測信號之間的關係，該關係經校正以消除非等焦子目標對焦點推斷之劑量影響。
校準可學習量測信號與焦點(及劑量)之間之直接關係，或替代地可首先學習量測信號與CD之間的關係，且分別學習CD與焦點(及劑量)之間之關係。
校準可直接模型化此等關係(例如，使用以物理學為基礎之模型)，或校準可訓練資料驅動模型(例如，諸如神經網路之機器學習模型)。
在校準之後，可藉由自目標之兩個(或所有)子目標來判定量測信號且藉由對量測信號應用訓練關係及/或訓練模型來導出焦點(及視情況劑量)而在生產或大量製造(HVM)設定中使用訓練/學習關係及/或訓練模型以用於焦點監視。取決於校準，焦點/劑量推斷可為直接推斷或經由CD (例如，自關係/模型及量測信號導出兩個標記之CD，且接著自導出的CD推斷焦點/劑量)。
度量衡可包含任何合適度量衡技術，包括任何合適散射量測技術或掃描電子顯微鏡技術。散射量測具有快得多之優勢，尤其在暗場成像模式下。本文中所揭示之概念可經由暗場散射量測(基於影像)或亮場散射量測(例如，基於光瞳)而實施。
本文中所揭示之焦點目標可位於切割道內及/或晶粒內。
在編號條項之後續清單中揭示本發明方法、電腦程式、非暫時性電腦程式載體、處理系統、度量衡裝置、微影單元、圖案化裝置及基板之另外實施例： 1. 一種用於自一基板上之一目標判定一焦點參數之方法，該目標至少包含一第一子目標及第二子目標，該焦點參數與曝光該目標的一微影曝光製程之一焦點設定相關；該方法包含： 獲得與該第一子目標之量測相關之一第一量測信號，該第一子目標包含一等焦結構； 獲得與該第二子目標之量測相關之一第二量測信號，該第二子目標包含一非等焦結構； 獲得使至少該第二量測信號與該焦點參數相關之至少一個訓練關係及/或模型；及 自該第一量測信號、第二量測信號及該至少一個訓練關係及/或模型判定該焦點參數之一值。 2. 如條項1之方法，其中該判定值包含判定針對一劑量參數之變化對該第二量測信號之影響而校正的該焦點參數之該值。 3. 如條項2之方法，其中自該第一量測信號及該至少一個訓練關係及/或模型判定一劑量參數之變化對該第二量測信號之該影響的一校正。 4. 如條項2或3之方法，其中該至少一個訓練關係及/或模型包含： 該第二量測信號與該焦點參數之間的一第一關係，該第一關係包括對該劑量參數之一相依性，及該第一量測信號與該劑量參數之間的一第二關係；或 該第一關係與第二關係之一組合。 5. 如條項2或3之方法，其中該至少一個訓練關係及/或模型包含： 至少一個訓練機器學習模型，其可操作以使用該第一量測信號自該第二量測信號推斷該焦點參數之一值以校正針對該劑量參數之該焦點推斷。 6. 如條項2至5中任一項之方法，其包含自至少該第一量測信號及該至少一個訓練關係及/或模型判定該劑量參數之一值。 7. 如條項2至6中任一項之方法，其包含用以訓練該至少一個訓練關係及/或模型之一初始校準階段，該初始校準階段包含： 在一或多個基板上曝光該目標之多個重複，該多個重複在該焦點參數及劑量參數故意變化之情況下曝光； 量測該目標之該多個重複以獲得校準量測信號；及 使用該等校準量測信號及已知焦點參數及劑量參數設定來訓練該至少一個訓練關係及/或模型。 8. 如條項7之方法，其中該等校準量測信號包含與各目標之該第一子結構相關之第一校準量測信號及與各目標之該第二子結構相關之第二校準量測信號；且 假定該等第二校準量測信號中之任何變化僅取決於該劑量參數。 9. 如任何前述條項之方法，其中該第一子目標及該第二子目標各自包含一不同最佳焦點設定。 10.    如條項9之方法，其中該第一子目標及該第二子目標包含一不同間距及/或臨界尺寸。 11.    如條項9或10之方法，其中該第一子目標及該第二子目標之最佳焦點設定之該差大於50 nm。 12.    如條項9、10或11之方法，其中該第二子目標之該最佳焦點設定使得當在該第一子目標之該最佳焦點設定處曝光時，其對焦點之敏感度最大化及/或高於一臨限敏感度。 13.    如條項9至12中任一項之方法，其中該第一子目標之該最佳焦點設定與待曝光之產品結構的一最佳焦點設定相同或接近。 14.    如任何前述條項之方法，其中該第一子目標及該第二子目標各自包含線空間光柵。 15.    如條項14之方法，其中該第一子目標及該第二子目標各自包含實質上對稱的光柵。 16.    如任何前述條項之方法，其中判定該焦點參數之一值之該步驟包含直接自該第一量測信號、第二量測信號及該至少一個訓練關係及/或模型判定該焦點參數之一值。 17.    如條項1至15中任一項之方法，其中判定該焦點參數之一值之該步驟包含自該第一量測信號、第二量測信號及該至少一個訓練關係及/或模型判定至少該第二子目標之臨界尺寸的一值，及自至少該第二子目標之臨界尺寸之該值判定該焦點參數。 18.    如任何前述條項之方法，其中該目標至少包含一第三子結構，該第三子結構包含一非等焦結構，且該焦點參數係自該第二量測信號與來自該第三子結構之第三量測信號的一差推斷。 19.    如任何前述條項之方法，其包含量測該目標以獲得該第一量測信號及第二量測信號。 20.    如任何前述條項之方法，其包含使用一圖案化裝置在該基板上執行該微影曝光製程以曝光該目標；該方法包含： 自該圖案化裝置上之等焦圖案化特徵曝光該第一子目標；及 自該圖案化裝置上之非等焦圖案化特徵曝光該第二子目標。 21.    如條項20之方法，其中該等等焦圖案化特徵具有尺寸，使得在用於該微影曝光製程之照明設定的情況下，該第一子目標在至少60 nm之一焦點範圍內具有小於3%的臨界尺寸變化。 22.    如條項20或21之方法，其中該等等焦圖案化特徵及該等非等焦圖案化特徵具有尺寸，使得在用於該微影曝光製程之照明設定的情況下，該第一子目標及該第二子目標各自包含一不同最佳焦點設定，且使得該第二子目標將在該第一子目標之該最佳焦點設定處在曝光中成功地印刷。 23.    如條項22之方法，其中該等等焦圖案化特徵及該等非等焦圖案化特徵包含尺寸，得在用於該微影曝光製程之照明設定的情況下，該第一子目標及該第二子目標各自包含相差大於50 nm之一各別最佳焦點設定。 24.    如條項22或23之方法，其中該等等焦圖案化特徵及該等非等焦圖案化特徵在以下各者中之一或多者方面不同：間距、臨界尺寸及光罩吸收體類型。 25.    如條項24之方法，其包含藉由最佳化其各別間距及/或臨界尺寸來最佳化該等等焦圖案化特徵及該等非等焦圖案化特徵，以最佳化該第一子目標及該第二子目標之該等最佳焦點設定。 26.    如條項22至25中任一項之方法，其中該圖案化裝置進一步包含產品圖案化特徵，且該等等焦圖案化特徵包含尺寸，使得在用於該微影曝光製程之照明設定的情況下，該第一子目標之該最佳焦點與由該產品圖案化特徵形成之該產品結構之該最佳焦點相同或接近。 27.    如條項26之方法，其中該等非等焦圖案化特徵包含尺寸，使得在用於該微影曝光製程之照明設定的情況下，該第二子目標具有隨著該焦點參數之一臨界尺寸變化，當該第二子目標在該產品結構之該最佳焦點處曝光時，該變化在一所關注範圍內為單調的。 28.    如條項20至27中任一項之方法，其中該等非等焦圖案化特徵及該等等焦圖案化特徵皆不包含任何子解析度或輔助特徵。 29.    如條項20至28中任一項之方法，其中該等等焦圖案化特徵及該等非等焦圖案化特徵位於該圖案化裝置上之一切割道內。 30.    如條項20至29中任一項之方法，其中該等等焦圖案化特徵及該等非等焦圖案化特徵經組態以分別形成該第一子目標及該第二子目標作為線空間光柵。 31.    如條項20至30中任一項之方法，其中該等等焦圖案化特徵及該等非等焦圖案化特徵經組態以分別形成該第一子目標及該第二子目標作為實質上對稱的光柵。 32.    一種電腦程式，其包含可操作以在運行於一合適設備上時執行如條項1至18中任一項之方法的程式指令。 33.    一種非暫時性電腦程式載體，其包含如條項32之電腦程式。 34.    一種處理系統，其包含一處理器及包含如條項33之電腦程式之一儲存裝置。 35.    一種度量衡裝置，其包含如條項34之處理系統且進一步可操作以執行如條項19之方法。 36.    一種微影單元，其包含： 一微影曝光設備；及 條項35之度量衡裝置； 其中該微影單元經進一步組態以執行如條項20至31中任一項之方法。 37.    一種圖案化裝置，其包含用於形成一目標之目標圖案化特徵，該等目標圖案化特徵包含： 等焦圖案化特徵，其用於形成一第一子目標使得該第一子目標包含一等焦結構；及 非等焦圖案化特徵，其用於形成一第二子目標使得該第二子目標包含一非等焦結構。 38.    如條項37之圖案化裝置，其中該等等焦圖案化特徵具有尺寸，使得該第一子目標經形成而具有在至少60 nm之一焦點範圍內的小於3%的臨界尺寸變化。 39.    如條項37或38之圖案化裝置，其中該等等焦圖案化特徵及該等非等焦圖案化特徵具有尺寸，使得第一子目標及該第二子目標經形成而具有一不同最佳焦點設定，且使得該第二子目標將在該第一子目標之該最佳焦點設定處在曝光中成功地印刷。 40.    如條項39之圖案化裝置，其中該等等焦圖案化特徵及該等非等焦圖案化特徵包含尺寸，使得第一子目標及該第二子目標經形成而具有相差大於50 nm之一各別最佳焦點設定。 41.    如條項39或40之圖案化裝置，其中該等等焦圖案化特徵及該等非等焦圖案化特徵在以下各者中之一或多者方面不同：間距、臨界尺寸及光罩吸收體類型。 42.    如條項39至41中任一項之圖案化裝置，其中該圖案化裝置進一步包含產品圖案化特徵，且該等等焦圖案化特徵包含尺寸，使得該第一子目標之該最佳焦點與由該等產品圖案化特徵形成之該產品結構的該最佳焦點相同或接近。 43.    如條項42之圖案化裝置，其中該等非等焦圖案化特徵包含尺寸，使得該第二子目標經形成而具有隨著焦點之一臨界尺寸變化，當該第二子目標在該產品結構之該最佳焦點處曝光時，該變化在一所關注範圍內為單調的。 44.    如條項37至43中任一項之圖案化裝置，其中該等非等焦圖案化特徵及該等等焦圖案化特徵皆不包含任何子解析度或輔助特徵。 45.    如條項37至44中任一項之圖案化裝置，其中該等等焦圖案化特徵及該等非等焦圖案化特徵位於該圖案化裝置上之一切割道內。 46.    如條項37至45中任一項之圖案化裝置，其中該等等焦圖案化特徵及該等非等焦圖案化特徵經組態以分別形成該第一子目標及該第二子目標作為線空間光柵。 47.    如條項37至46中任一項之圖案化裝置，其中該等等焦圖案化特徵及該等非等焦圖案化特徵經組態以分別形成該第一子目標及該第二子目標作為實質上對稱的光柵。
48.     一種基板，其至少包含使用如條項37至47中任一項之圖案化裝置而形成的一目標。
儘管可在本文中特定地參考微影設備在IC製造中之使用，但應理解，本文中所描述之微影設備可具有其他應用。可能的其他應用包括製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(LCD)、薄膜磁頭等。
儘管可在本文中特定地參考在微影設備之內容背景中的本發明之實施例，但本發明之實施例可用於其他設備中。本發明之實施例可形成以下各者之部分：光罩檢測設備、度量衡設備或量測或處理諸如晶圓(或其他基板)或光罩(或其他圖案化裝置)之物件的任何設備。此等設備可通常稱為微影工具。此種微影工具可使用真空條件或環境(非真空)條件。
儘管上文可能已經特定地參考在光學微影之內容背景中對本發明之實施例的使用，但應瞭解，在內容背景允許之情況下，本發明不限於光學微影且可用於其他應用(例如壓印微影)中。
雖然上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述不同的其他方式來實踐本發明。以上描述意欲為說明性而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者而言將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對如所描述之本發明作出修改。
2:寬頻帶輻射投影儀 4:光譜儀偵測器 6:光譜 8:輪廓 11:源 12:透鏡 13:孔徑板 13N:孔徑板 13S:孔徑板 14:透鏡 15:光束分光器 16:物鏡 17:第二光束分光器 18:光學系統 19:感測器 20:光學系統 21:孔徑光闌/場光闌 22:光學系統 23:感測器 B:輻射光束 BD:光束遞送系統 BF IST:最佳焦點值 BF nIST:最佳焦點值 BK:烘烤板 C:目標部分 CH:冷卻板 CL:電腦系統 DE:顯影器 I:入射射線 I/O1:輸入/輸出埠 I/O2:輸入/輸出埠 IF:位置量測系統 IL:照明系統 IST:等焦子目標 LA:微影設備 LACU:微影控制單元 LB:裝載匣 LC:微影製造單元 M1:光罩對準標記 M2:光罩對準標記 MA:圖案化裝置 MT:光罩支撐件/度量衡工具/散射計 nIST:非等焦子目標 O:點線 P1:基板對準標記 P2:基板對準標記 PM:第一定位器 PS:投影系統 PU:處理單元 PW:第二定位器 RO:機器人 SC:旋塗器 SC1:第一標度 SC2:第二標度 SC3:第三標度 SCS:監督控制系統 SO:輻射源 T:目標 TCU:塗佈顯影系統控制單元 W:基板 WT:基板支撐件
現在將參看隨附示意性圖式僅藉助於實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中： -  圖1描繪微影設備之示意性綜述； -  圖2描繪微影製造單元之示意性綜述； -  圖3描繪整體微影之示意性表示，其表示最佳化半導體製造之三種關鍵技術之間的協作； -  圖4描繪用於根據本發明之實施例之方法中的用作度量衡裝置之散射量測設備的示意圖綜述； -  圖5包含(a)用於根據使用(c)、(d)例示性照明孔徑板之本發明之實施例的方法中之光瞳及暗場散射計之示意圖，及(b)用於給定照明方向之目標光柵的繞射光譜之細節； -  圖6為根據本發明之實施例之焦點目標的示意性表示；且 -  圖7為展示圖6之目標之等焦子目標及非等焦子目標的CD相對於散焦之圖。
BFIST:最佳焦點值
BFnIST:最佳焦點值
IST:等焦子目標
nIST:非等焦子目標

Claims (15)

  1. 一種用於自一基板上之一目標判定一焦點參數之方法，該目標至少包含一第一子目標及第二子目標，該焦點參數與曝光該目標的一微影曝光製程之一焦點設定相關；該方法包含： 獲得與該第一子目標之量測相關之一第一量測信號，該第一子目標包含一等焦結構； 獲得與該第二子目標之量測相關之一第二量測信號，該第二子目標包含一非等焦結構； 獲得使至少該第二量測信號與該焦點參數相關之至少一個訓練關係及/或模型；及 自該第一量測信號、第二量測信號及該至少一個訓練關係及/或模型判定該焦點參數之一值。
  2. 如請求項1之方法，其中該判定一值包含：判定針對一劑量參數之變化對該第二量測信號之影響而校正的該焦點參數之該值。
  3. 如請求項2之方法，其中自該第一量測信號及該至少一個訓練關係及/或模型判定一劑量參數之變化對該第二量測信號之該影響的一校正。
  4. 如請求項2或3之方法，其中該至少一個訓練關係及/或模型包含： 該第二量測信號與該焦點參數之間的一第一關係，該第一關係包括對該劑量參數之一相依性，及該第一量測信號與該劑量參數之間的一第二關係；或 該第一關係與第二關係之一組合。
  5. 如請求項2或3之方法，其中該至少一個訓練關係及/或模型包含： 至少一個訓練機器學習模型，其可操作以使用該第一量測信號自該第二量測信號推斷該焦點參數之一值以校正針對該劑量參數之該焦點推斷。
  6. 如請求項2至3中任一項之方法，其包含自至少該第一量測信號及該至少一個訓練關係及/或模型判定該劑量參數之一值。
  7. 如請求項2至3中任一項之方法，其包含用以訓練該至少一個訓練關係及/或模型之一初始校準階段，該初始校準階段包含： 在一或多個基板上曝光該目標之多個重複，該多個重複在該焦點參數及劑量參數故意變化之情況下曝光； 量測該目標之該多個重複以獲得校準量測信號；及 使用該等校準量測信號及已知焦點參數及劑量參數設定來訓練該至少一個訓練關係及/或模型。
  8. 如請求項7之方法，其中該等校準量測信號包含與各目標之該第一子結構相關之第一校準量測信號及與各目標之該第二子結構相關之第二校準量測信號；且 假定該等第二校準量測信號中之任何變化僅取決於該劑量參數。
  9. 如請求項1至3中任一項之方法，其中該第一子目標及該第二子目標各自包含一不同最佳焦點設定及/或一不同間距及/或臨界尺寸。
  10. 如請求項1至3中任一項之方法，其中判定該焦點參數之一值之該步驟包含直接自該第一量測信號、第二量測信號及該至少一個訓練關係及/或模型判定該焦點參數之一值。
  11. 如請求項1至3中任一項之方法，其中判定該焦點參數之一值之該步驟包含自該第一量測信號、第二量測信號及該至少一個訓練關係及/或模型判定至少該第二子目標之臨界尺寸的一值，及自至少該第二子目標之臨界尺寸之該值判定該焦點參數。
  12. 如請求項1至3中任一項之方法，其包含使用一圖案化裝置執行該微影曝光製程以在基板上曝光該目標；該方法包含： 自該圖案化裝置上之等焦圖案化特徵曝光該第一子目標；及 自該圖案化裝置上之非等焦圖案化特徵曝光該第二子目標， 其中該等等焦圖案化特徵及該等非等焦圖案化特徵在以下各者中之一或多者方面不同：間距、臨界尺寸及光罩吸收體類型。
  13. 一種度量衡裝置，其包含一處理器及一儲存裝置，該儲存裝置包含一電腦程式產品，該電腦程式產品包含可操作以執行如請求項1至12中任一項之方法的指令。
  14. 一種圖案化裝置，其包含用於形成一目標之目標圖案化特徵，該等目標圖案化特徵包含： 等焦圖案化特徵，其用於形成一第一子目標使得該第一子目標包含一等焦結構；及 非等焦圖案化特徵，其用於形成一第二子目標使得該第二子目標包含一非等焦結構。
  15. 一種基板，其至少包含使用如請求項14之圖案化裝置而形成的一目標。
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