TWI612377B - 微影遮罩、用於量測微影印刷裝置之聚焦改變之方法、用於判定遮罩設計之方法、用於判定目標設計之方法及微影印刷工具 - Google Patents

微影遮罩、用於量測微影印刷裝置之聚焦改變之方法、用於判定遮罩設計之方法、用於判定目標設計之方法及微影印刷工具 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種分段遮罩，其包含一組胞元結構，其中各胞元結構包含具有沿一第一方向之一不可解析分段節距之一組特徵，其中沿該第一方向之該不可解析分段節距小於微影印刷工具之照明，其中該複數個胞元結構具有沿垂直於該第一方向之一第二方向之一節距，其中該不可解析分段節距適用於產生一印刷圖案以使該微影工具之最佳聚焦位置移位一選定量以達成聚焦靈敏度之一選定位準。

Description

微影遮罩、用於量測微影印刷裝置之聚焦改變之方法、用於判定遮罩設計之方法、用於判定目標設計之方法及微影印刷工具 相關申請案之交叉參考
本申請案係關於並主張以下列舉的申請案(「相關申請案」)之最早可得的有效申請日期之權利(例如，主張惟臨時專利申請案以外的最早可得的優先權日期或根據35 USC § 119(e)主張相關申請案之臨時專利申請案、任何及所有的上一代專利、上兩代專利、上三代專利等等申請案之權利)。
相關申請案：
為USPTO非法定要求之目的，本申請案接續以Vladimir Levinski、Yoel Feler及Daniel Kandel作為發明者於2012年11月9日申請之標題為QUANTIFYING LITHOGRAPHIC SCANNER RECIPE BEST FOCUS FROM DIRECT ANALYSIS OF SCATTEROMETRY TOOL RAW DATA COLLECTED FROM ARBITRARY PATTERNS ON FOCUS AND EXPOSURE MATRIX WAFERS之申請案第61/724,754號之美國臨時專利申請案之一正式(非臨時)專利申請案。
為USPTO非法定要求之目的，本申請案接續以Vladimir Levinski、Yoel Feler及Daniel Kandel作為發明者於2012年11月28日申請之標題為OPTIMAL TARGET DESIGN FOR SCANNER FOCUS AND DOSE METROLOGY之申請案61/730,719號之美國臨時專利申請案之一正式(非臨時)專利申請案。
為USPTO非法定要求之目的，本申請案接續以Vladimir Levinski、Yoel Feler及Daniel Kandel作為發明者於2012年12月12日申請之標題為NOVEL TARGET DESIGN AND MEASUREMENT FOR SCANNER DOSE AND METROLOGY之申請案61/736,442號之美國臨時專利申請案之一正式(非臨時)專利申請案。
為USPTO非法定要求之目的，本申請案接續以Vladimir Levinski、Yoel Feler及Daniel Kandel作為發明者於2013年2月4日申請之標題為FOCUS OFFSET TARGETS AND THEIR USAGE FOR SCANNER FOCUS AND DOSE METROLOGY之申請案61/760,641號之美國臨時專利申請案之一正式(非臨時)專利申請案。
本發明大體上係關於一種用於產生印刷圖案以導致一微影印刷工具之最佳聚焦位置移位之方法及系統。
隨著半導體裝置不斷縮小的要求持續增長，因此將要求不斷改良用於製造半導體裝置之微影處理技術。需要諸如掃描器及步進器之微影印刷工具來將聚焦維持在最近節點之標稱聚焦位置周圍的±10nm之範圍內，且此需求將在未來變得更加迫切。
增強對聚焦改變之圖案靈敏度之先前方法包含使用隔離線。進一步言之，使用軟體以使用光阻、抗反射塗層、平坦化膜等等之材料性質(諸如n及k值)產生一模擬光譜庫。此等做法進一步包含使用標稱測試目標結構參數(例如，線寬、側壁角度及高度)、目標結構參數變動之合理的期望範圍及散射量測工具光學參數(例如，波長範圍、方位角範圍、入射角範圍、偏振等等)。接著針對一測試晶圓上之一聚 焦-曝光矩陣(FEM)中之聚焦及曝光之所有組合(若可能)自測試目標收集光譜並將光譜儲存在該庫中。接著，在量測期間，一最接近匹配被發現係各光譜之庫，且庫匹配之對應結構參數(例如，線寬、側壁角度及高度等等)與來自FEM之程式化聚焦及曝光組合相匹配。
在額外設定中，利用一成像工具量測一線端縮短效應。此做法經受低靈敏度，其在最佳掃描器聚焦位置附近惡化，其中所所量測目標參數之行為相對於掃描器聚焦改變呈抛物線。
利用相移遮罩容許藉由將聚焦改變轉換為對準誤差而達成對掃描器聚焦改變之高靈敏度，可用一疊對量測工具量測對準誤差。然而，相移遮罩通常並未用於生產，這係因為其等導致成本顯著增加。 因此，可期望提供用以糾正先前技術之缺陷之改良方法及系統。
本發明揭示一種用於產生印刷圖案以導致一微影印刷工具之最佳聚焦位置移位之微影遮罩。在一態樣中，該遮罩可包含(但不限於)由一實質上不透明材料形成之複數個胞元結構，其中各胞元結構包含具有沿一第一方向之一不可解析分段節距之一組特徵，其中沿該第一方向之該不可解析分段節距小於最小設計規則節距，其中該複數個胞元結構具有沿垂直於該第一方向之一第二方向之一節距，其中該不可解析分段節距適用於產生一印刷圖案以使該微影工具之最佳聚焦位置移位一選定量以達成聚焦靈敏度之一選定位準。
在另一態樣中，該遮罩可包含(但不限於)：由具有沿一第一方向之一第一節距之第一組子結構形成之一第一一維結構；及由具有沿該第一方向之一第二節距之一組額外子結構形成之至少一額外一維結構，其中該第一一維結構沿垂直於該第一方向之一第二方向以一第三節距為週期，其中該至少一額外一維結構沿垂直於該第一方向之該第二方向以一第四節距為週期，其中該第一節距、該第二節距、該第三 節距及該第四節距之至少一者不可藉由該微影印刷工具之照明而解析。
本發明揭示一種用於量測一微影印刷裝置之聚焦改變之方法。 在一實施例中，該方法可包含(但不限於)：量測一印刷分段目標之一第一不對稱胞元與至少一第二不對稱胞元之間之對準誤差，其中該分段目標包含複數個不對稱胞元，其中各不對稱胞元包含複數個輔助特徵；及基於該印刷分段目標之該第一胞元與該至少一第二胞元之間之該等所量測對準誤差來判定一微影印刷工具之聚焦改變。
在另一態樣中，該方法可包含(但不限於)：量測一印刷分段目標之一第一不對稱胞元與至少一第二不對稱胞元之間之對準誤差，其中該分段目標包含複數個不對稱胞元，其中各不對稱胞元包含複數個輔助特徵；及基於該印刷分段目標之該第一胞元與該至少一第二胞元之間之該等所量測對準誤差來判定一微影印刷工具之聚焦改變。
本發明揭示一種用於判定適用於產生對聚焦敏感之印刷圖案之一或多個遮罩設計之方法。在一實施例中，該方法可包含(但不限於)：產生複數個微影遮罩設計；基於該等所產生的微影遮罩設計在一晶圓上印刷複數個印刷圖案，該等印刷圖案具有不同聚焦偏移；用至少一度量衡工具量測該等印刷圖案之至少三者之至少一參數；及判定對應於與擬合至該等印刷圖案之該至少三者之所量測至少一參數之一曲線相關聯之一極值之一聚焦位置。
在另一態樣中，該方法可包含(但不限於)：產生對應於一選定應用之複數個微影遮罩設計；在一選定聚焦條件下計算該等所產生微影遮罩設計之各者之一空間影像；及基於一選定應用判定該複數個微影遮罩設計之一或多個微影遮罩設計滿足一選定空間影像臨限值。
在另一態樣中，該方法可包含(但不限於)：產生複數個微影遮罩設計；模擬對應於該等微影遮罩設計之各者之一印刷圖案之產生之一 微影程序之一部分；及選擇具有不同聚焦偏移之該等微影遮罩設計之兩者或更多者，其中該等微影遮罩設計之該選定二者或更多者之各者對聚焦敏感且可印刷。
本發明揭示一種用於印刷圖案之微影印刷工具。在一實施例中，該微影印刷工具包含(但不限於)：一輻射源；一遮罩支撐裝置，其經組態以緊固一分段遮罩，其中該分段遮罩包含由一實質上不透明材料形成之複數個胞元結構，其中各胞元結構包含具有一不可解析分段節距之一組特徵，其中沿一第一方向之該不可解析分段節距小於該微影印刷工具之照明，其中該複數個胞元結構具有沿垂直於該第一方向之一第二方向之一節距，其中該不可解析分段節距適用於產生一印刷圖案以使該微影工具之最佳聚焦位置移位一選定量以達成聚焦靈敏度之一選定位準；及一組投影光學器件，其等經組態以將由該遮罩透射之照明引導至一晶圓上。
在另一態樣中，該微影印刷工具包含(但不限於)：一輻射源；一遮罩支撐裝置，其經組態以緊固一分段遮罩，其中該分段遮罩包含由具有沿一第一方向之一第一節距之第一組子結構形成之一第一一維結構；及由具有沿該第一方向之一第二節距之一組額外子結構形成之至少一額外一維結構，其中該第一一維結構沿垂直於該第一方向之一第二方向以一第三節距為週期，其中該至少一額外一維結構沿垂直於該第一方向之該第二方向以一第四節距為週期，其中該第一節距、該第二節距、該第三節距及該第四節距之至少一者不可藉由該微影印刷工具之照明而解析；及一組投影光學器件，其等經組態以將由該遮罩透射之照明引導至一晶圓上。
100‧‧‧系統/微影印刷工具/微影圖案裝置
102‧‧‧照明光束
104‧‧‧輻射源
106‧‧‧遮罩支撐裝置
107‧‧‧遮罩
108‧‧‧晶圓
110‧‧‧晶圓載物台
112‧‧‧投影光學器件/目標
114‧‧‧目標結構
116‧‧‧控制器
120‧‧‧度量衡系統/度量衡工具
122‧‧‧光源
124‧‧‧偵測器
126‧‧‧電腦控制器
140‧‧‧系統
160‧‧‧獨立式計算系統
162‧‧‧處理器
164‧‧‧記憶體
166‧‧‧程式指令
200‧‧‧分段圖案
202‧‧‧固體材料特徵
204‧‧‧空氣
206‧‧‧圖案
300‧‧‧圖形
400‧‧‧圖形
402‧‧‧曲線
404‧‧‧曲線
406‧‧‧曲線
500‧‧‧圖形
510‧‧‧圖形
600‧‧‧圖形
610‧‧‧多胞元目標
700‧‧‧矩陣
800‧‧‧設計目標
802‧‧‧對稱輔助特徵
810‧‧‧設計目標
812‧‧‧不對稱輔助特徵
900‧‧‧Y外形
1000‧‧‧方法
1002‧‧‧步驟
1004‧‧‧步驟
1006‧‧‧步驟
1100‧‧‧三維結構
1200‧‧‧方法
1202‧‧‧步驟
1204‧‧‧步驟
1210‧‧‧目標
1212‧‧‧不對稱胞元
1214‧‧‧不對稱胞元
1216‧‧‧不對稱胞元
1218‧‧‧不對稱胞元
1220a‧‧‧分段結構
1220b‧‧‧分段結構
1220c‧‧‧分段結構
1220d‧‧‧分段結構
1220e‧‧‧分段結構
1220f‧‧‧分段結構
1222‧‧‧輔助特徵
1230‧‧‧目標設計/目標週期
1232‧‧‧胞元
1234‧‧‧胞元
1300‧‧‧方法
1302‧‧‧步驟
1304‧‧‧步驟
1306‧‧‧步驟
1308‧‧‧步驟
1310‧‧‧步驟
1312‧‧‧步驟
1314‧‧‧步驟
1316‧‧‧步驟
1318‧‧‧步驟
1400‧‧‧分段遮罩
1402‧‧‧未解析節距
1410‧‧‧平面
1600‧‧‧二維印刷圖案
1700‧‧‧遮罩設計
1710‧‧‧圖形
1720‧‧‧設計
1730‧‧‧遮罩
1800‧‧‧圖形
1810‧‧‧圖形
1820‧‧‧圖形
1830‧‧‧週期性片段
1900‧‧‧方法
1902‧‧‧步驟
1904‧‧‧步驟
1906‧‧‧步驟
1908‧‧‧步驟
1910‧‧‧遮罩設計
1920‧‧‧遮罩設計
1930‧‧‧遮罩設計
1940‧‧‧遮罩設計
1950‧‧‧印刷圖案外形
1960‧‧‧印刷圖案外形
1970‧‧‧印刷圖案外形
1980‧‧‧印刷圖案外形
2000‧‧‧方法
2002‧‧‧步驟
2004‧‧‧步驟
2006‧‧‧步驟
2100‧‧‧方法
2102‧‧‧步驟
2104‧‧‧步驟
2106‧‧‧步驟
2100‧‧‧目標
Px‧‧‧節距
Py‧‧‧節距
熟習此項技術者可藉由參考隨附圖式更好地瞭解本發明之數項優點，其中： 圖1A圖解說明根據本發明之一實施例之用於將一或多個圖案微影印刷至一晶圓之一系統之一簡化示意圖。
圖1B圖解說明根據本發明之一實施例之經組態以量測與一或多個目標相關聯之一或多個度量衡參數之一度量衡系統。
圖1C圖解說明根據本發明之一實施例之一整合式度量衡-微影系統。
圖1D圖解說明根據本發明之一實施例之適用於計算一或多個參數之一離線獨立計算系統。
圖2圖解說明根據本發明之一實施例之用於實施於一微影印刷工具中之一分段微影遮罩之一分段圖案。
圖3圖解說明根據本發明之一實施例之最佳聚焦位置移位依據分段節距改變之一圖形。
圖4圖解說明根據本發明之一實施例之多個不同分段節距之側壁角度依據一微影印刷之聚焦位置改變之一圖形。
圖5A及圖5B圖解說明根據本發明之一實施例之側壁角度在12nm及14nm分段節距之各種拓撲位準下改變之圖形。
圖6A及圖6B圖解說明根據本發明之一實施例之具有各種分段節距之一多胞元目標。
圖7圖解說明根據本發明之一實施例之依據y方向上的聚焦及節距改變之目標外形之一矩陣。
圖8A圖解說明根據本發明之一實施例之具有對稱輔助特徵之一設計目標。
圖8B圖解說明根據本發明之一實施例之具有不對稱輔助特徵之一設計目標。
圖9圖解說明根據本發明之一實施例之不同掃描器聚焦位置之印刷目標之經計算Y外形。
圖10係圖解說明根據本發明之一實施例之在用於量測一微影程序中之生產參數之一方法中執行之步驟之一程序流程圖。
圖11圖解說明根據本發明之一實施例之一印刷目標之三維結構。
圖12A係圖解說明根據本發明之一實施例之在用於量測一微影術印刷裝置之聚焦改變之一方法中執行之步驟之一程序流程圖。
圖12B圖解說明根據本發明之一實施例之包含四個不對稱胞元之整個目標。
圖12C圖解說明根據本發明之一實施例之適用於使用來自一散射量測疊對度量衡工具之量測來判定一微影印刷工具之聚焦改變之一目標設計。
圖13係圖解說明根據本發明之一實施例之在一部分模型化程序之一方法中執行之步驟之一程序流程圖。
圖14A及圖14B描繪根據本發明之一實施例之具有未解析的節距之一分段遮罩之一額外概念圖。
圖15描繪根據本發明之一實施例之對一微影印刷工具之聚焦敏感之一維目標之一概念圖。
圖16圖解說明根據本發明之一實施例之一廣義二維印刷目標設計之一概念圖。
圖17A及圖17B圖解說明根據本發明之一實施例之利用每週期兩個以上不同區域之一對稱遮罩設計。
圖17C及圖17D圖解說明根據本發明之一實施例之利用每週期兩個以上不同區域之一不對稱遮罩設計。
圖18A至圖18C圖解說明根據本發明之一實施例之目標週期性圖案中間的一系列空間影像密度資料集。
圖18D圖解說明根據本發明之一實施例之一相位目標之一週期性片段。
圖19A係圖解說明根據本發明之一實施例之在用於判定適用於產生對聚焦敏感之印刷圖案之一或多個遮罩設計之一方法中執行之步驟之一程序流程圖。
圖19B至圖19E圖解說明根據本發明之一實施例之滿足遮罩設計程序之要求之一系列遮罩設計。
圖19F至圖19I圖解說明根據本發明之一實施例之由滿足遮罩設計程序之遮罩設計產生之一系列印刷圖案外形。
圖19J至圖19K圖解說明根據本發明之一實施例之一量測信號之抛物線行為依據相對於最佳聚焦位置之聚焦位置而改變。
圖20係圖解說明根據本發明之一實施例之在用於判定具有一組選定性質之一或多個遮罩設計之一方法中執行之步驟之一程序流程圖。
圖21A係圖解說明根據本發明之一實施例之在用於判定對聚焦敏感之一目標設計之一方法中執行之步驟之一程序流程圖。
圖21B圖解說明根據本發明之一實施例之具有不同偏移聚焦之多個胞元之一設計目標。
大體上參考圖1A至圖21B，本發明描述用於提供一微影印刷工具中之改良聚焦量測之系統及方法。具體言之，本發明係針對用於實行對一微影印刷裝置(例如，掃描器、步進器或類似物)之聚焦改變敏感之圖案及目標之設計及製造之方法及系統。請注意，在本文中，一印刷圖案必須滿足之主要性質係(i)穩健度及(ii)對所關注掃描器參數改變之高靈敏度(因為靈敏度直接影響所量測掃描器參數之準確度及精確度)。本發明部分呈現適用於提供對掃描器參數改變之高靈敏度且不降級穩健度之掃描器參數量測(例如，聚焦及劑量量測)之一目標設計及使用目標設計之量測程序。
請注意，在本文中，在微影印刷的內容脈絡中，可選取「最佳聚焦」或「等聚焦(iso-focus)」使得印刷裝置圖案之一或多個特性(例 如，MCD或線端縮短效應)對微影印刷工具(例如，掃描器、步進器等等)之聚焦位置改變之相依性關於聚焦位置最小。
請進一步注意，在本文中，來自一晶圓上之印刷圖案之量測信號特性大體上顯示關於最佳聚焦位置之一抛物線相依性，從而顯著地減小對聚焦改變之靈敏度。因為生產微影工具大體上在最佳聚焦位置處或附近最有效地操作，所以此影響導致用裝置或類似裝置特徵量測微影印刷工具聚焦面臨重大挑戰。該挑戰反映在對聚焦改變之低靈敏度及區分聚焦改變方向之困難度。此外，一所量測圖案特徵之側壁角度顯示關於最佳聚焦位置之單調行為。然而，散射信號本身對印刷圖案之此特性具有低靈敏度(例如，基於散射量測之度量衡中)。此等問題使生產中的聚焦控制變複雜。
本發明係部分針對適用於將圖案或「目標」印刷至一晶圓上(這導致微影印刷工具之照明之最佳聚焦位置移位以增強一給定系統中之聚焦靈敏度)之微影遮罩及系統之設計。此外，除了其他以外，本發明係進一步針對選擇遮罩設計以達成一微影印刷工具中之增強聚焦靈敏度。
如整份本發明使用，術語「晶圓」大體上係指由半導體材料或非半導體材料形成之基板。例如，半導體材料或非半導體材料包含(但不限於)單晶矽、砷化鎵及磷化銦。一晶圓可包含一或多層。例如，此等層可包含(但不限於)一光阻、一介電材料、一導電材料及一半導電材料。此項技術中已知許多不同類型之此等層，且如本文中使用之術語晶圓旨在涵蓋上面可形成所有類型的此等層之一晶圓。形成於一晶圓上之一或多層可經圖案化或未經圖案化。例如，一晶圓可包含複數個晶粒，各晶粒具有可重複圖案化之特徵。材料之此等層之形成及處理最終可導致完整的裝置。一晶圓上可形成許多不同類型的裝置，且如本文中使用之術語晶圓旨在涵蓋上面製造此項技術中已知之 任何類型的裝置之一晶圓。此外，為本發明之目的，術語圖案化裝置、遮罩及光罩應被解譯為可互換。
圖1A圖解說明根據本發明之一實施例之用於將一或多個圖案微影印刷至一晶圓之一系統100之一簡化示意圖。在一實施例中，系統100由一微影印刷工具100組成。微影印刷工具100可包含此項技術中已知的任何微影印刷工具。例如，微影印刷工具100可包含(但不限於)一掃描器或步進器。在另一實施例中，微影印刷工具100可包含一輻射源104。輻射源104可包含此項技術中已知用於實行一基於微影之印刷程序之任何輻射源。例如，輻射源104可包含(但不限於)一UV、EUV或DUV光源。
在另一實施例中，微影印刷工具100包含一遮罩支撐裝置106。 遮罩支撐裝置106經組態以緊固一圖案遮罩107。就此而言，支撐裝置106可利用此項技術中已知之任何手段(諸如(但不限於)一機械、真空、靜電或其他夾持技術)固持遮罩107。在另一實施例中，圖案遮罩107位於微影印刷工具100之照明光束102之照明路徑中、輻射源104與安置在晶圓載物台110上之晶圓108之間。進一步言之，支撐裝置106可經組態以致動或定位圖案遮罩107。例如，支撐裝置106可將圖案遮罩107致動至相對於系統100之投影光學器件112之一選定位置。在另一實施例中，系統100之投影光學器件112可用以將經透射圖案投影至晶圓108之光阻材料上，藉此將遮罩圖案轉印至晶圓。
在另一實施例中，一電腦控制器116可以此項技術中已知之任何方式控制微影工具100之各種子系統。在另一實施例中，電腦控制器116可用作一計算系統且可包含經組態以執行保存在一非暫時性媒體(未展示)上之程式指令之一或多個處理器。就此而言，控制器116之該一或多個處理器可執行整份本發明描述之各種程序步驟之任一者。 請注意，在本文中，本發明之微影印刷工具100可實施整份本發明描 述之遮罩設計之任一者。Lee等人在2009年6月9日發佈之美國專利第7,545,520號(其全部併入本文中)中大體上描述基於遮罩之微影術。
圖1B圖解說明經組態以量測與印刷在晶圓108上之一或多個目標結構114相關聯之一或多個度量衡參數之一度量衡系統120。在一實施例中，度量衡系統120可包含如圖1B中所示之一基於散射量測之度量衡工具。就此而言，度量衡工具120可包含(但不限於)適用於引導光朝向晶圓108之目標結構114之一光源122。繼而一偵測器124可收集自目標結構114散射之光。接著，一控制器126可自偵測器124接收所量測資料並執行此項技術中已知之任何度量衡分析。在一實施例中，度量衡工具120之電腦控制器126或「計算系統」可包含(但不限於)經組態以執行保存在一非暫時性媒體(未展示)上之程式指令之一或多個處理器。就此而言，該一或多個處理器可執行整份本發明描述之各種程序步驟之任一者。請注意，在本文中，本發明之度量衡工具120經組態以量測來自整份本發明描述之所產生目標之任一者之一或多個參數。
請注意，在本文中，雖然已在分離系統的內容脈絡中論述上述微影工具100及度量衡工具120，但是本文中亦預期可如圖1C中所示般整合系統。應進一步認識到，經實體整合之度量衡工具及微影工具可共用一共同控制器116。
應進一步認識到，可在一獨立式計算系統(諸如圖1D中之系統160)上實行本發明中描述之各種資料處理或計算步驟之任一者。在一實施例中，獨立式計算系統160可包含一或多個處理器162及經組態以保存程式指令166之一或多個集合之記憶體164。程式指令166經組態以實行整份本發明描述之各種計算或資料處理步驟之任一者。
圖2圖解說明根據本發明之一實施例之用於實施於一微影印刷工具100中之一分段微影術遮罩之一分段圖案200。請注意，在本文中，由系統100利用之圖案遮罩107可包含(但不限於)一分段圖案遮罩。就 此而言，分段圖案遮罩可包含一分段圖案200，但不限於實施特定圖案200，該分段圖案遮罩適用於在晶圓108上印刷一或多個度量衡目標圖案。
請進一步注意，在本文中，產生印刷圖案目標之遮罩107中之一小節距分段200之實施方案可提供對掃描器聚焦位置改變之增強靈敏度。就此而言，遮罩107中之小節距分段200之實施方案可用以提供對應於對微影印刷工具100(例如，掃描器、步進器或類似物)之聚焦改變敏感之聚焦範圍之印刷目標圖案。
在小節距目標的情況下，所得空間影像係由透射穿過遮罩107之照明光束102之0階繞射級與±1階繞射級之間之干涉所致。在此情況下，光阻中之光強度對微影印刷工具100之聚焦位置之相依性起因於0階繞射級與±1階繞射級之間之相差對印刷工具100聚焦位置之相依性。因此，藉由設計在繞射級之間提供一額外相差之目標，實際上可在遠離上文提及的抛物線之「平坦部分」之方向上移動此等目標之最佳聚焦位置，藉此顯著地改良印刷圖案特性對微影印刷工具聚焦改變之靈敏度。
因為固有遮罩拓撲(例如，玻璃遮罩上之一標準鉻具有近似70nm之一厚度)大體上針對180度相移而設計，所以必定引起一材料(例如，鉻)之性質之有效改變以提供複數個可能相移。請注意，在本文中，可藉由對遮罩107實施一小節距次解析度分段來改變有效材料性質。以此方式，不能由微影印刷工具100解析分段之節距。例如，遮罩上之小節距分段200可具有小於於微影印刷程序中使用之照明之波長之一尺度。舉另一實例而言，遮罩上之小節距分段200可具有小於一最小設計規則之一尺度。例如，在晶圓座標中，一適當分段節距可落在10nm至30nm之範圍中(或在遮罩座標中，取決於實施系統之幾何形狀而落在40nm至120nm之範圍中)。
請注意，最佳聚焦位置移位度取決於目標之印刷圖案之各種參數及小節距分段之各種參數。例如，最佳聚焦位置移位之特定值可取決於本文中更詳細地進一步論述之x方向上之節距(Px)、y方向上之節距(Py)及/或該兩個方向上之作用時間循環。
請注意，在本文中，整份本發明論述之分段不一定必須完全具有週期性。進一步言之，如本文中進一步論述，分段不限於一維(即，狹縫)。請注意，一重要性質係小尺度的輔助特徵(例如，簡單的狹縫或其他二階式特徵)，其等使整個結構能夠類似於一相移遮罩運作。請進一步注意，具有小未解析的節距之週期性結構尤為有利，這係因為其等提供在聚焦及劑量量測之全模型化的情況下更為容易模型化。
圖3圖解說明最佳聚焦位置移位依據分段節距改變之一圖形300。對於圖形300中所示之實例，最佳聚焦位置之移位對於小節距而言係最大的且隨著分段接近大於50nm之一間隔而變得可以忽略。就此而言，申請人注意到，已解析之分段(即，大於照明波長之分段)未使最佳聚焦位置充分移位，且未充分地增強對微影印刷工具100之聚焦位置改變之靈敏度。相比之下，未解析之分段(例如，低於30nm)使最佳聚焦位置顯著移位(如圖形300中所示)，這提供一特定照明條件及遮罩材料之一實例。
圖4圖解說明多個不同分段節距之側壁角度(SWA)依據一微影印刷工具(例如，掃描器)之聚焦位置改變之一圖形400。圖形400中圖解說明之結果係對一45nm節點堆疊使用PROLITH而獲得。如所示，12nm分段節距(曲線402)提供-40nm至+10nm之範圍中之掃描器聚焦之高靈敏度。進一步言之，14nm分段節距(曲線404)提供-20nm至+20nm之範圍中之掃描器聚焦之高靈敏度。此外，16nm分段節距(曲線406)提供0nm至+40nm之範圍中之掃描器聚焦之高靈敏度。請注意，在圖 形400中，裝置之最佳聚焦位置對應於一掃描器聚焦位置0。此等範圍中之靈敏度係近似每10nm掃描器聚焦改變具有3度至4度SWA改變，這比對與不具備分段之目標相關聯之掃描器聚焦改變之靈敏度近似大4倍至5倍。請進一步注意，因為一SWA量測之準確度係近似1度(例如，先進的散射量測工具)，所以期望掃描器聚焦位置量測之準確度將為3nm的數量級，這完全在當前系統之所需規格內。
圖5A及圖5B圖解說明側壁角度在12nm及14nm分段節距之各種拓撲位準下改變之圖形500及510。請注意，在本文中，可藉由在任何選取的拓撲位準下量測CD(例如，頂部CD、底部CD或中間CD)及/或光阻損失而獲得更準確結果(與圖4中描繪之結果相比)。例如，在12nm或14nm分段節距的情況下，一典型的CD改變在80nm之聚焦範圍中係近似60nm至80nm。例如，在中間CD的情況下，因為中間CD之準確度係近似1nm，所以期望近似1nm之掃描器聚焦位置量測之一準確度。
圖6A及圖6B圖解說明根據本發明之一實施例之具有各種分段節距之一多胞元目標。本發明提出一多胞元目標610，其中各胞元對應於一不同分段節距。例如，可藉由印刷兩個或更多個目標胞元而製成此本質之一多胞元目標，其中各胞元對應於一不同分段節距。應認識到，此一目標應提供一所需掃描器聚焦範圍中之高聚焦靈敏度。就此而言，多胞元目標610實際上由一局部聚焦矩陣組成，其中各胞元對應於實際上不同掃描器聚焦位置。在一進一步實施例中，此一目標亦可包含對應於一不同有效曝光值之胞元。
進一步言之，一額外胞元可藉由改變遮罩CD或使用未解析之分段(例如，在垂直於光柵方向之方向上)來模擬劑量改變。在此情況下，改變接近光阻之光的實際量，這等效於改變劑量。在上文圖6A中，展示印刷MCD對劑量改變及遮罩MCD改變之相依性。對於一給 定印刷CD值，劑量對分段作用時間循環之相依性幾乎呈線性。申請人注意到，圖6A中提供之模擬係使用一商用微影套裝軟體PROLITH而執行。請注意，在本文中，圖形600中之x軸表示以mJ/cm2為單位量測之曝光且y軸表示以nm為單位之特徵寬度。
應進一步認識到，藉由組合上述做法二者，可產生一「局部聚焦曝光矩陣」。局部FEM可對生產晶圓提供一極靈敏且有效劑量及聚焦量測選項。請注意，量測本身暗示在測試晶圓上印刷一FEM、為構成整個目標之每一個胞元建立模型且接著量測生產晶圓上之各胞元之對應性質(例如，信號、光譜等等)。歸因於對聚焦及劑量之高靈敏度，此一做法無須為印刷圖案建構一完整的散射量測模型，且可僅使用獲自FEM晶圓之信號庫達成該等要求。
請注意，在本文中，設計圖案之一額外關鍵性質係設計圖案是否可印刷。在本發明的內容脈絡中，「可印刷性」被解譯為在掃描器參數(諸如聚焦及劑量)的一大範圍中、或至少在設計規則目標之一程序窗內及程序參數變動之一可容許範圍內充分印刷一圖案之能力。
圖7圖解說明目標外形依據y方向上的聚焦及節距改變之一矩陣700。如圖7中所示，在一些例項中，添加對掃描器聚焦改變之高靈敏度之特徵(例如，小節距分段)可導致在相對較大掃描器聚焦範圍中之目標可印刷性方面存在困難。在一實施例中，為在正掃描器聚焦位置之範圍中使12nm及14nm分段節距滿足可印刷性之挑戰，可利用一微影套裝軟體(例如，PROLITH)以在掃描器參數之一給定範圍內提供一最佳設計或印刷具有多種不同目標設計之一測試晶圓。在另一實施例中，可利用一額外輔助特徵以使印刷圖案變得更加穩健。
為克服與具有對掃描器聚焦改變之高位準靈敏度之圖案相關聯之可印刷性問題，提出由2D結構組成之一新目標設計程序，其可在一方向上充分印刷且對垂直方向上之掃描器聚焦改變極為敏感。
在一第一步驟中，可設計一維目標，其可在選定掃描器參數及程序變動之一可容許範圍中充分印刷(即，具有所要成功度之可印刷性)。就此而言，設計目標可包含(但不限於)經印刷具有或不具備輔助特徵之一隔離線。在另一實施例中，設計目標可包含(但不限於)具有設計規則節距或另一節距之一週期性圖案。例如，在許多情況下，具有設計規則節距之一週期性圖案在所需程序窗內提供一穩健目標設計。在另一實施例中，可至少部分用微影模擬工具(例如，PROLITH)實行一維目標之設計。替代地，一維目標之設計可基於對任何選定程序進行程序最佳化之試誤法。
在一第二步驟中，一無限長線可自第一步驟之線的兩端切割而成。就此而言，提供長度大於第一步驟中定義之尺度之一有限長線。 在一第三步驟中，可將一或多個輔助特徵(參見圖8A及圖8B之802及812)添加至該線之一端或該線之兩端以增加對掃描器聚焦改變之靈敏度。請進一步注意，整個目標可由單個結構或對應於上述不同設計步驟之單個結構之一組合組成。
圖8A及圖8B分別圖解說明根據本發明之實施例之具有對稱及不對稱輔助特徵之設計目標800、810。請注意，在本文中，由於上述目標設計程序，達成具有對掃描器聚焦改變之高靈敏度之一滿意的可印刷二維結構。請進一步注意，對掃描器聚焦改變之靈敏度係經由位於目標圖案之各線之諸端處之輔助特徵而增強。例如，如圖8A中所示，提供具有位於各線之諸端處之對稱輔助802特徵之一目標設計800。舉另一實例而言，如圖8B中所示，提供具有位於各線之諸端處之不對稱輔助812特徵之一目標設計810。請進一步注意，圖8A及圖8B中之目標設計在x方向上(例如，Px之節距)及y方向上(例如，Py之節距)呈抛物線。請進一步注意，利用目標設計中之輔助特徵可容許實施本文中更詳細地進一步描述之額外量測方法。
圖9圖解說明根據本發明之一實施例之不同掃描器聚焦位置之印刷目標(諸如目標800及810)之經計算Y外形。在一實施例中，可用一微影套裝軟體(諸如(但不限於)PROLITH)計算圖9中描繪之Y外形900。如圖9中所示，經描繪Y外形對應於-0.02μm、0μm及+0.02μm之一掃描器聚焦位置。請注意，在本文中，除良好的可印刷性以外，亦達成在掃描器聚焦範圍±40nm中x方向上之印刷結構長度之一改變(例如，近似30nm至40nm)。然而，CD改變顯示此掃描器聚焦範圍內之單調行為。
本發明係進一步針對用於量測一或多個微影生產參數之一方法及系統。例如，本發明的內容脈絡中的生產參數可包含(但不限於)聚焦。然而，請注意，下列描述可應用於此項技術中已知之任何掃描器或自動化光阻塗佈及顯影(track)參數。
請注意，在本文中，可使用多種散射量測做法(可包含全靜電模型化)量測目標對聚焦改變之回應。然而，應進一步認識到，如圖9中觀察到，僅包含3個參數(中間CD、光阻高度及側壁角度)之廣泛使用的梯形近似法不能隨意應用於印刷結構之實體外形。此外，使用此近似法導致(i)混合劑量改變及聚焦改變對選定外形參數之影響；及(ii)不容許基於全靜電模擬進行適當量測信號模型化(例如，解決逆問題，即，自量測信號中恢復聚焦值)。
圖10係圖解說明根據本發明之一實施例之在用於量測一微影程序中之生產參數之一方法1000中執行之步驟之一程序流程圖。請注意，在本文中，可使用此項技術中已知之任何微影術、度量衡及/或計算架構實行方法1000。例如，可利用本文中先前描述之一或多個系統100、120、140或160實行方法1000之一或多個步驟。
在步驟1002中，用一微影模擬工具擷取適用於特性化一印刷結構之形式之一組微影參數。在一實施例中，可使用一微影模擬工具 (例如，PROLITH)提取印刷結構依據掃描器參數(例如，聚焦及曝光)改變之形式或外形。請注意，在本文中，可利用印刷結構之各者之外形以進行模型化。請進一步注意，可由相對極少個實體意義參數(諸如聚焦及劑量或其他掃描器及自動化光阻塗佈及顯影參數)描述印刷結構之所有複數種形式。
如由圖11中之三維結構1100之形式所示，用極少個幾何參數(其等描述以一高準確度位準描述印刷結構)描述此類型之結構之經圖解說明之三維幾何形狀係不可能的。本發明藉由利用極少個主要浮動參數改良此做法。在微影印刷程序期間，此等參數應具有相關實體意義。進一步言之，本發明容許在解決直接問題及逆問題期間僅使用此等參數。
在步驟1004中，產生自一微影程序中之生產參數(例如，聚焦及劑量)至量測信號之直接映射之一近似法及/或自量測信號至一微影程序中之生產參數之逆映射之一近似法。
令F係可能焦距域，D係可能曝光域，P 1,...,P n 係負責程序變動之參數之變動域，且S係各種可能量測信號。下文提供直接映射及逆映射：
Figure TWI612377BD00001
在一實施例中，可使用印刷及量測程序、人工智慧技術、統計學習技術或類似物之嚴格模擬產生方程式1及方程式2之直接映射及/或逆映射之一近似法。
請注意，在本文中，逆映射之近似法之建構可基於對直接映射(例如，迴歸方法)、一逆問題解決方法之任何技術(諸如因式解析法、線性取樣方法等等)之瞭解或可藉由應用以經驗形式學習的資料(例 如，FEM晶圓之量測)來建構逆映射之近似法。
在步驟1006中，解決間接問題。例如，使用步驟1004中建構之逆映射，可解決逆問題(即，完成量測)。就此而言，例如恢復聚焦及劑量。
此處請注意，可以一類似方式解決直接問題。更一般而言，可利用上述映射解決直接問題及/或間接問題之至少一者。
圖12A係圖解說明根據本發明之一實施例之在用於量測一微影印刷裝置中之聚焦改變之一方法1200中執行之步驟之一程序流程圖。請注意，在本文中，可使用此項技術中已知之任何微影術、度量衡及/或計算架構實行方法1200。例如，可利用本文中先前描述之一或多個系統100、120、140或160實行方法1200之一或多個步驟。
在步驟1202中，量測一印刷分段目標之一第一胞元與至少一第二胞元之間之一對準誤差。圖12B圖解說明包含四個不對稱胞元1212、1214、1216及1218之整個目標1210。在一實施例中，不對稱胞元1212、1214、1216及1218之各者包含一組結構。例如，不對稱胞元1212包含分段結構1220a至1220f。在另一實施例中，各胞元之各結構可裝備有一輔助特徵1222。請注意，在本文中，微影印刷工具100(例如，掃描器)之聚焦改變本身可表現為目標1210(或其之一等效物)之胞元之兩者或更多者之間之對準誤差。
在步驟1204中，基於一印刷分段目標之一第一胞元與至少一第二胞元之間之量測對準誤差來判定一微影印刷工具之一聚焦改變。請注意，在本文中，可使用一疊對度量衡工具量測目標1210之胞元之間之對準誤差。在一實施例中，用一度量衡工具(例如，度量衡工具120)量測一印刷分段目標之一第一胞元與至少一第二胞元之間之一對準誤差。例如，用以量測目標1210之至少兩個胞元之間之對準誤差之度量衡工具可包含(但不限於)一成像疊對量測工具、一散射量測疊對 量測工具等等。
例如，歸因於掃描器聚焦之改變，胞元1212及胞元1218向下移位，而胞元1216及胞元1214向上移位。例如，對於±40nm之一掃描器聚焦範圍，由一OVL工具量測之相對移位可為近似20nm至30nm。請進一步注意，此相對移位顯示掃描器聚焦改變之單調行為。
圖12C圖解說明根據本發明之一實施例之適用於使用來自一散射量測疊對度量衡工具之量測來判定一微影印刷工具之聚焦改變之一目標設計1230。在一實施例中，目標週期1230包含其中沿y方向結構提供一節距(P)之兩個胞元1232及1234。請注意，如圖12C中所示，該等結構可由具有輔助特徵之交替位置及介於輔助特徵之間之一預定偏移之兩個光柵組成。
請注意，在本文中，若未藉由給定量測工具解析x方向上之節距，則x方向上之兩個光柵之間之移位/偏移不影響y方向上之疊對量測之結果。應進一步認識到，光柵之一者一半節距(P)的量(或任何其他值)。
在另一實施例中，可印刷具有選定數目個胞元之目標(例如，1210或1230)，其中各胞元對應於一不同節距及/或主要線對空間比率。在另一實施例中，各胞元可對應於一不同分段節距及/或線對空間比率。
進一步言之，因為所得光柵對微影程序之不同參數之相依性可在不同胞元之間不斷變化，所以使用一個以上胞元信號量測可提供對關於聚焦、劑量及其他參數之信號相依性的解相關。此解相關可導致顯著改良量測之準確度及可重複度二者。
請注意，在本文中，聚焦及劑量量測存在兩種主要基於散射量測之做法。此等包含(i)全模型化做法(即，無FEM之做法)及(ii)基於FEM之模型化做法(即，無全模型化之做法)。在全模型化做法中，可 基於量測信號計算印刷圖案之匹配聚焦及劑量值之幾個基本特性。此做法之主要優點係：其容許藉由將有意義的程序參數視為浮動參數來消除程序變動影響。此做法之主要缺點係即使對於極簡單的印刷光柵(諸如設計規則光柵)其亦具有複雜性。此外，對三維目標或任何二維非設計規則光柵(對掃描器聚焦改變敏感)應用全模型化歸因於以下事實而存在問題：對掃描器聚焦位置之靈敏度與印刷圖案之複雜的幾何形式直接關聯，這不能僅用幾個幾何參數來描述。第二種做法涉及印刷一特殊FEM晶圓及產生對應於不同聚焦及劑量值之一信號庫。就計算而言，此做法更為容易，但是經受程序變動(當建立描述信號與所量測聚焦及劑量值之間之一匹配之模型時並未考量程序變動)。
根據本發明提出一折衷做法且在本文中將該折衷做法稱為「部分模型化」。用於本發明之部分模型化程序之方法及系統包含印刷由極少個胞元(例如，2至10個胞元)組成之一目標，其中該目標之胞元之一部分對應於對聚焦敏感之目標，而該等胞元之另一部分(例如，一或兩個胞元)由「基本」胞元組成。可建構不具備具有一最小設計規則節距之一光柵或線-空間結構之基本胞元。因此，可利用簡單的模型化程序充分描述基本胞元。
圖13係圖解說明根據本發明之一實施例之以一部分模型化程序之一方法1300執行之步驟之一程序流程圖。請注意，在本文中，可使用此項技術中已知之任何微影術、度量衡及/或計算架構實行方法1300。例如，可利用本文中先前描述之一或多個系統100、120、140或160實行方法1300之一或多個步驟。
在步驟1302中，提供具有一組預定義聚焦及劑量值之一聚焦曝光矩陣(FEM)晶圓。在步驟1304中，對FEM晶圓之各部位處之一或多個基本胞元執行一全模型化程序。例如，在各部位處，在具有預定義聚焦及劑量值之一FEM晶圓上，建立一基本或「簡單的」胞元(例 如，其等係膜或/及設計規則光柵)之一全模型化。
在步驟1306中，印刷具有不同程序變動之兩個或更多個FEM晶圓。在步驟1308中，在針對對聚焦位置及獲自基本胞元之全模型化程序之程序參數之改變敏感之目標而量測之信號之間建立一對應。例如，可印刷具有程序變動之兩個或更多個FEM晶圓，該等程序變動自然而然地出現且在針對對聚焦位置及獲自步驟1304中描述之簡單的目標之全模型化程序之程序參數之改變敏感之目標而量測之信號之間建立一對應。
在步驟1310中，識別由程序變動引起之偏離標稱值之程序參數偏差。例如，可對有意義的程序參數定義量測信號(對聚焦敏感之目標)之導數及偏差。
在步驟1312中，藉由自量測信號移除由程序變動引起的程序參數偏差而產生對聚焦敏感之目標之一組「未變更」信號。例如，利用程序程序參數偏離其等標稱值之已發現導數及偏差，可自由程序變動引起的偏差「清理」量測信號。
在步驟1314中，藉由在已產生的該組未變更信號與聚焦及劑量值之間建立一對應而產生一未變更FEM矩陣模型。
在步驟1316中，自一產品晶圓產生一組未變更信號。在步驟1318中，使用未變更FEM矩陣模型計算聚焦及劑量值。例如，可(對程序參數之產品晶圓值使用量測)將上述清理程序應用於產品晶圓，同時使用基於FEM晶圓之模型計算聚焦及劑量值。
圖14A及圖14B描繪根據本發明之一實施例之具有未解析節距之一分段遮罩1400之一額外概念圖。請注意，在本文中，可大幅改變由具有遠小於照明波長之大小之子結構構成之材料之光學性質。此外，以此方式製造之材料可以不同方式回應於不同光偏振。
在圖14A及圖14B中描繪之實例中，假定入射光之照明平面與由 目標平面之主軸中的兩者建構之平面1410重合。在一實施例中，可經由有效介質近似法描述經分段具有未解析節距1402之遮罩1400(例如，鉻遮罩)之有效介電常數。有效介質近似法表明此一分段特徵實際上等效於具有下列方向性介電常數向量之一各向異性膜：
Figure TWI612377BD00002
其中ε1係一第一材料(諸如鉻)之介電常數，ε2係一第二材料(諸如空氣)之介電常數，且η係y方向上之分段之作用時間循環。申請人注意到，估計指示：對於分段作用時間循環之不同值，印刷圖案之不同特性對微影術印刷工具100聚焦位置之相依性之「平坦部分」可移位多達100nm。
圖15描繪根據本發明之一實施例之對一微影印刷工具100(掃描器)之聚焦敏感之一維目標1500之一概念圖。在一實施例中，可將與目標1500相關聯之遮罩之一週期性區域分成N個區域。在另一實施例中，該N個區域之至少一些可在面積及形狀(例如，矩形形狀或非矩形形狀)方面有所不同。在另一實施例中，該N個區域之至少一些可擁有不同光透射性質。例如，該N個區域之光透射性質可歸因於不同晶圓拓撲及所利用的材料而有所不同。在另一例項中，該N個區域之光透射性質可歸因於具有不同作用時間循環之分段而有所不同。
例如，如圖15中所示，區域1可具有一介電常數ε1及一寬度CD1，區域2可具有一介電常數ε3及一寬度CD3，區域3可具有一介電常數ε2及一寬度CD2，以此類推，直至且包含區域N，其可具有一介電常數εN及一寬度CDN。進一步言之，與該等區域相關聯之寬度、節距、作用時間循環及有效介電常數(對於各偏振，其等可不同)可定義繞射級之振幅及相位，從而容許印刷圖案對微影術印刷工具100之改 良之靈敏度在一選定程序窗內之一聚焦範圍中。
請注意，在本文中，圖2中先前描繪之遮罩圖案200表示上述廣義模型之一簡化實施例。在遮罩圖案200的情況下，該圖案包含一簡單的雙組件遮罩圖案，藉此固體材料特徵202(例如，鉻特徵)與空氣204(或在一回填處理腔室的情況下，其他氣體)之空隙區域在y方向上以一節距Py交替，且沿x方向以一節距Px重複各圖案206。
圖16圖解說明根據本發明之一實施例之一廣義二維印刷目標設計之一概念圖。在一實施例中，二維印刷圖案1600可由在一方向(例如，圖16中之Y方向)上具有額外解析的節距之一維結構(例如，如圖15中所示之一維結構)之不同元件構成。因此，為產生具有適當聚焦靈敏度(例如，高於一所要臨限值之靈敏度或一最佳靈敏度)之一目標，可考慮該二維區域內對應於x方向上之一定週期及y方向上之一定(可能不同)週期之子結構之多種組合。
圖17A及圖17B圖解說明根據本發明之一實施例之利用每週期兩個以上不同區域之一對稱遮罩設計。請注意，在本文中，圖17A之遮罩設計1700提供充分的靈活性以達成對應印刷圖案對微影術印刷工具(例如，掃描器)聚焦之靈敏度之一所要位準改良。設計1700之經圖解說明之區域對應於x方向及y方向上之一週期。例如，在經圖解說明之實例中，x方向上可使用一解析節距，且y方向上可使用一未解析節距。例如，在晶圓上，y方向上之未解析節距可為60nm(在縮小比為4的情況下，在遮罩上，240nm節距)，且沿x方向之解析節距係140nm且各子結構之最小大小係15nm。進一步言之，圖17B之圖形1710中展示對應於遮罩設計1700之目標之一印刷線之空間外形。請注意，在本文中，圖17A及圖17B中描繪之設計1700係僅為闡釋性目的且上述特定配置及值並無限制。
圖17C及圖17D圖解說明根據本發明之一實施例之利用每週期兩 個以上不同區域之一不對稱遮罩設計。設計1720之經圖解說明之區域對應於x方向及y方向上之一週期。例如，在圖17C中圖解說明之實例中，x方向上可使用一解析節距，且y方向上可使用一未解析節距，但是這不應被解譯為一限制。請注意，在本文中，遮罩1730之不對稱結合遮罩拓撲提供用於控制不同繞射級之間之相移之額外旋鈕。本文中應進一步認識到，除分段特性以外，子結構相對彼此之位置亦可影響所得光強度外形。例如，分段線在y方向上之相對移位改變x偏振之有效介質特性，且反之亦然。
圖18A至圖18C圖解說明根據本發明之一實施例之目標週期性圖案中間處之一系列空間影像密度資料集。圖18A圖解說明空間影像強度依據一標準衰減遮罩之聚焦位置改變之一圖形1800。用以產生圖形1800之遮罩對應於一標準線遮罩。圖18B圖解說明空間影像強度依據提供π/2相移之一移位遮罩之聚焦位置改變之一圖形1810。用以產生圖形1810之遮罩對應於一空間遮罩。圖18C圖解說明根據本發明之空間影像強度依據不改變遮罩拓撲之一設計相位目標之聚焦位置改變之一圖形1820。圖18D中描繪用以產生圖形1820之相位目標之一週期性片段1830。注意，所示之遮罩片段對應於x方向上之一節距(解析)及y方向上之一小(未解析)節距。
請注意，在本文中，最小空間影像強度對應於給定印刷線之最大CD。如圖18A至圖18C中所示，在衰減移位遮罩(圖形1800)的情況下的空間影像強度之最小值係在最佳聚焦位置中(即，零聚焦位置，其對應於產品晶圓上使用之掃描器聚焦位置)。相比之下，相位移位遮罩(圖形1810)及設計相位目標二者皆使最小強度之位置移位近似50nm至70nm，這在零聚焦位置周圍之聚焦範圍中顯著地增加印刷目標對掃描器聚焦位置改變之靈敏度。
本發明係進一步針對用於判定適用於產生對聚焦敏感之印刷圖 案之一或多個遮罩設計之方法及系統。請注意，在本文中，一或多個處理器可經組態以執行儲存在一非暫時性記憶體媒體中之程式指令。 就此而言，該一或多個處理器可實行整份本發明描述之資料處理、計算或資料傳送步驟之任一者。例如，與系統100、120、140及/或160相關聯之計算系統或子系統可用以實行本文中描述之計算步驟之一或多者。
請注意，在本文中，根據本發明，可改變以最佳化(或至少在一選定臨限值以外改良)對聚焦之靈敏度之參數數目可能極大。在一實施例中，本發明包含用於擷取對聚焦之靈敏度之一適當位準之一模擬工具。在一實施例中，模擬工具可裝備有微影模擬能力(例如，PROLITH)。在另一實施例中，模擬工具經組態以基於一成本函數最佳化或超越一所要臨限值達成一目標設計。成本函數可最大化靈敏度或至少超越一所要臨限值達成對聚焦之靈敏度，同時確保目標之可印刷性。請注意，在本文中，此模擬工具可使用(例如)此項技術中已知用來改變參數之任何做法。例如，模擬工具可實施一模擬退火程序或一共軛梯度作為一最佳化演算法。在另一實施例中，單獨對各遮罩堆疊、晶圓堆疊、掃描器照明清晰度等等實行該最佳化(或達成滿意地達成所要聚焦靈敏度之一目標設計)。請進一步注意，上述考慮係關於設計目標對聚焦位置之一給定範圍內(例如，最佳聚焦位置周圍)之聚焦變動敏感之可能性。
圖19A係圖解說明根據本發明之一實施例之在用於判定適用於產生對聚焦敏感之印刷圖案之一或多個遮罩設計之一方法1900中執行之步驟之一程序流程圖。請注意，在本文中，可由此項技術中已知之微影系統、度量衡系統及/或計算系統之任何組合實行方法1900之步驟。例如，可由一整合式微影圖案化裝置/度量衡/計算工具實行方法1900。例如，整合式微影圖案化裝置/度量衡/計算工具可包含圖1A之 微影圖案裝置100及圖1B之度量衡工具120。
在步驟1902中，產生複數個微影遮罩設計。在一實施例中，方法1900包含產生適用於提供印刷圖案之複數個不同遮罩設計，其中印刷圖案之間的唯一差異係其等聚焦偏移。
在步驟1904中，基於所產生的微影遮罩設計在一晶圓上印刷複數個印刷圖案。在一實施例中，使用介於最小設計規則(DR)與兩倍於該最小DR之間之範圍中之一節距，可產生由零階諧波及第一諧波描述空間影像之兩個光束照明方案。就此而言，由以下方程式提供與空間影像相關聯之強度：
Figure TWI612377BD00003
其中φ0取決於遮罩設計及遮罩拓撲，且γ．△F表示散焦項。請注意，在本文中，用不同遮罩設計提供相同或近似相同的A及B值，但是不同φ0可導致多個印刷圖案具有不同聚焦偏移φ0。圖19B至圖19E圖解說明滿足步驟1904之要求之一系列遮罩設計1910至1940。圖19F至圖191分別圖解說明對應於設計1910至1940之印刷圖案外形1950至1980，其中各組圖案具有一不同聚焦偏移。
在步驟1906中，用一度量衡工具量測印刷圖案之至少三者之一或多個參數。在一實施例中，使用一或多個度量衡工具量測來自各印刷圖案之一或多個信號之強度。例如，圖1B之度量衡工具120可量測來自目標結構114之印刷圖案之光之信號強度。在一實施例中，度量衡工具120可包含(但不限於)一角度解析散射量測工具。在另一實施例中，度量衡工具120可包含一光譜分析散射量測工具。在一實施例中，量測信號對聚焦位置之相依性可顯示各像素處之抛物線行為，其對應於一特定波長(在光譜分析散射量測的情況下)或光瞳點(在角度解析散射量測的情況下)。就此而言，可由以下方程式描述各像素處量測之信號：
Figure TWI612377BD00004
其中α及I 0對於所有三個印刷胞元而言係相同的，且唯一的差異表現在聚焦偏移值F。圖19J及圖19K中出現上述抛物線行為。圖19J圖解說明量測信號依據相對於3個印刷圖案(以星號描繪)之最佳聚焦位置之聚焦位置改變。實曲線表示對量測信號資料點之一擬合曲線，其清晰地呈高度抛物線行為。類似地，圖19K描繪擬合至一不同群組的印刷圖案之一抛物線曲線。
在步驟1908中，可判定對應於與擬合至印刷圖案之三者或更多者之量測參數之一曲線相關聯之一極值之一聚焦位置。就此而言，在圖19J至圖19K中之實例的情況下，可判定對應於最小強度位準之聚焦位置。
在另一實施例中，可用一聚焦曝光矩陣晶圓校準所判定聚焦位置。例如，聚焦位置可單獨用於各遮罩設計及/或胞元，使得抛物線中心之位置相距對應於標稱聚焦位置之位置之移位係一微影印刷工具聚焦位置誤差。請注意，在本文中，此一做法之優點係，量測結果不取決於工具缺陷，這係因為聚焦移位可被計算為：
Figure TWI612377BD00005
其中聚焦移位F不取決於量測信號I1、I2及I3之任何乘積或累加因數。相對於抛物線中心之位置定義聚焦移位F1、F2及F3。在另一實施例中，為使此方案中包含劑量量測，可添加一額外胞元，其對應於A->A*(1+ε)且B->B*(1+ε)之空間影像，這將提供對應於不同曝光值之一印刷圖案。在另一實例中，劑量量測可包含使用一專用劑量目標。例如，一劑量目標可包含(但不限於)一設計規則目標，其僅稍微取決於聚焦。請注意，在本文中，上述兩項實施例皆可提供聚焦及劑 量量測之解相關。
請進一步注意，可計算每像素之聚焦誤差值(或在光譜分析散射量測工具的情況下計算每波長之聚焦誤差值，或在角度解析散射量測工具的情況下計算每光瞳點之聚焦誤差值)。因此，將聚焦誤差之所得值報告為一加權平均，其中權重可經調整以提供最佳穩健度、準確度、精確度、工具對工具匹配等等。
圖20係圖解說明根據本發明之一實施例之在用於判定具有一組選定性質之一或多個遮罩設計之一方法2000中執行之步驟之一程序流程圖。請注意，在本文中，可由此項技術中已知之微影系統、度量衡系統及/或計算系統之任何組合實行方法2000之步驟。例如，可由微影術工具100之計算系統160實行方法2000。請進一步注意，可用一離線計算系統160(即，未耦合至一操作微影或度量衡工具之計算系統)實行方法2000。
在步驟2002中，產生適用於一選定應用之複數個微影遮罩設計。在一實施例中，一計算系統160(例如，執行儲存在一非暫時性記憶體媒體中之程式指令之一或多個處理器)可藉由儲存對應於一選定應用之一組可能遮罩設計而起始方法2000。就此而言，計算系統可提供具有一給定x方向節距及一y方向節距之一組遮罩設計。在一實施例中，計算系統可將對應於x方向上之一節距及y方向上之一節距之資料分成多個像素。像素之大小可對應於所實施遮罩繪圖(mask writing)技術之解析度限制。在另一實施例中，若由遮罩材料填充一像素，則計算系統可將該像素定義為「開通」。在另一實施例中，未由遮罩材料填充一像素，則計算系統可將該像素定義為「關斷」。在另一實施例中，計算系統可進一步提供將定義一系列遮罩設計之「開通」-「關斷」像素狀態之所有可能組合。圖17A中提供本文中先前描述之此一遮罩設計之一實例。
在步驟2004中，在一選定聚焦條件下計算所產生微影遮罩設計之各者之一空間影像。在一實施例中，計算系統160計算各遮罩設計在一選定聚焦位置中之一空間影像。在一實施例中，計算系統160計算聚焦值之一選擇範圍中之各遮罩設計之一空間影像。在另一實施例中，計算系統160利用一或多個馬克士威(Maxwell)方程式求解器(例如，RCWA)及預定義微影印刷裝置(例如，掃描器)照明條件(例如，照明類型、偏振條件等等)計算各遮罩設計之一空間影像。
在步驟2006中，基於一選擇應用判定滿足一選定空間影像之複數個微影遮罩之一或多個微影遮罩設計。就此而言，基於步驟2004中計算之空間影像及一給定空間影像臨限值，可消除未提供一完善印刷圖案之所有遮罩設計。因此，保留滿足對應於一選定應用之所需約束之遮罩設計。例如，在其中選定應用包含具有一選定振幅及相位之相位變跡法的情況下，僅保留適用於提供零繞射級之所需振幅及相位之遮罩設計。舉另一實例而言，在其中選定應用包含掃描器像差之量測的情況下，僅保留具有一選定繞射級之非零振幅(例如，可用來量測印刷圖案佈置誤差)之遮罩設計。舉另一實例而言，在其中選定應用包含產生不對稱照明(例如，將聚焦誤差轉化為圖案佈置誤差)的情況下，僅保留具有正或負繞射級之非零振幅之不對稱遮罩設計。
應進一步認識到，一給定做法可搭配對應於不同聚焦移位之不同數目個目標及對應模型使用。例如，對於一n胞元目標，可使用一多項式模型，其具有n-1度。請注意，在本文中，模型不限於一基於多項式之模型且可包含此項技術中已知之任何參數函數。然而，應認識到，當校準用於一給定量測之性質時，有利的是，該等性質取決於一差動信號(以消除累加誤差)或差動信號之一比率(以消除累加及乘積誤差)。
圖21A係圖解說明根據本發明之一實施例之在用於判定對聚焦敏 感之一目標設計之一方法2100中執行之步驟之一程序流程圖。請注意，在本文中，可由此項技術中已知之微影術、度量衡及/或計算架構之任何組合實行方法2100。例如，可利用本文中先前描述之一或多個系統100、120、140或160實行方法2100之一或多個步驟。在步驟2102中，提供複數微影遮罩設計。例如，產生一系列遮罩設計。在步驟2104中，模擬對應於微影遮罩設計之各者之一印刷圖案之產生之一微影程序之一部分。在步驟2106中，選擇具有不同聚焦移位之微影遮罩設計之三者或更多者，其中微影遮罩設計之該選定三者或更多者之各者對聚焦敏感且可印刷。
如圖21B中所示，像素之數目及其等「狀態」穩定，但是其等大小不斷變化。在圖21B之實例中，存在24個像素，其中12個像素「開通」且12個像素「關斷」。
應注意，形成該系列遮罩設計之任何其他方法亦可充足。例如，一開始點可包含一開始遮罩設計而非一詳盡搜尋，接著利用一牛頓(Newton)類型方法反覆改變該開始遮罩設計以獲得(上述)所要A及B。
對於來自該系列之各遮罩設計，可模擬微影程序之某個部分。 例如，可模擬微影程序之一照明部分(例如，空間影像、光阻中之影像等等)。接著，可用一預定義臨限值將該系列遮罩設計分成對應於相同A及B值之群組。最終，可選取由具有不同聚焦偏移及良好靈敏度及可印刷性之至少3種(抛物線情況)遮罩設計組成之一群組。例如，如圖21B中所示，目標2110可包含三個胞元，各胞元具有一不同偏移聚焦。可使用一全微影模擬(例如，PROLITH)實行靈敏度及可印刷性測試。
本文中描述之所有方法可包含將該等方法實施例之一或多個步驟之結果儲存在一儲存媒體中。該等結果可包含本文中描述之結果之 任一者且可以此項技術中已知之任何方式儲存。該儲存媒體可包含本文中描述之任何儲存媒體或此項技術中已知之任何其他適當儲存媒體。在儲存該等結果之後，該等結果可存取在該儲存媒體中且由本文中描述之方法或系統實施例之任一者使用(該等結果經格式化以向一使用者顯示)、由另一軟體模組、方法或系統等等使用。此外，可「永久地」、「半永久地」、暫時地或在某個時間段內儲存該等結果。 例如，該儲存媒體可為隨機存取記憶體(RAM)，且該等結果可能沒有必要無限期地存留在該儲存媒體中。
應進一步預期，上述方法之實施例之各者可包含本文中描述之任何其他方法之任何其他步驟。此外，可由本文中描述之系統之任一者執行上述方法之實施例之各者。
本文中描述的標的有時候圖解說明不同其他組件內含有或與不同其他組件連接之不同組件。應瞭解，此等所描繪的架構僅僅係例示性的，且實際上可實施達成相同功能性之許多其他架構。在一概念意義中，達成相同功能性之組件之任何配置實際上「相關聯」使得達成所要功能性。因此，本文中組合以達成一特定功能性之任何兩個組件可被視為彼此「相關聯」使得達成所要功能性(不考慮架構或中間組件)。同樣地，如此相關聯之任何兩個組件亦可被視為彼此「連接」或「耦合」以達成所要功能性，且能夠如此相關聯之任何兩個組件亦可被視為可彼此「耦合」以達成所要功能性。可耦合之特定實例包含(但不限於)可實體配接及/或實體互動組件及/或可無線互動及/或無線互動組件及/或邏輯互動及/或可邏輯互動組件。
雖然已展示並描述本文中描述之本發明標的，但是熟習此項技術者應明白，基於本文中之教示，可在不違背本文中描述之標的及其廣泛態樣之情況下作出改變及修改，且因此隨附申請專利範圍涵蓋在其等範疇內，這係因為所有此等改變及修改係在本文中描述之標的之 真正精神及範疇內。此外，應瞭解，本發明係由該等隨附申請專利範圍定義。
800‧‧‧設計目標
802‧‧‧對稱輔助特徵
Px‧‧‧節距
Py‧‧‧節距

Claims (36)

  1. 一種用於產生印刷圖案以導致一微影印刷工具之最佳聚焦位置移位之微影遮罩，其包括：複數個胞元結構，其等由一實質上不透明材料形成，其中各胞元結構包含具有沿一第一方向之一不可解析分段節距之一組特徵，其中沿該第一方向之該不可解析分段節距小於最小設計規則節距，其中該複數個胞元結構具有沿垂直於該第一方向之一第二方向之一節距，其中該不可解析分段節距適用於產生一印刷圖案以使該微影工具之該最佳聚焦位置移位一選定量以達成聚焦靈敏度之一選定位準。
  2. 如請求項1之微影遮罩，其中該實質上不透明材料包含鉻。
  3. 如請求項1之微影遮罩，其中該複數個胞元結構包含一第一胞元結構及至少一第二胞元結構，其中該第一胞元結構包含具有一第一分段節距之一組特徵，其中該第二胞元結構包含具有不同於該第一分段節距之一第二分段節距之一組特徵。
  4. 如請求項1之微影遮罩，其中該複數個胞元結構經組態以在一生產晶圓上形成一局部聚焦-曝光矩陣。
  5. 如請求項1之微影遮罩，其中該複數個胞元結構之至少一些包含一對稱輔助特徵。
  6. 如請求項1之微影遮罩，其中該複數個胞元結構之至少一些包含一不對稱輔助特徵。
  7. 一種用於產生印刷圖案以導致一微影印刷工具之最佳聚焦位置移位之微影遮罩，其包括：一第一一維結構，其由具有沿一第一方向之一第一節距之第一組子結構形成；及 至少一額外一維結構，其(其等)由具有沿該第一方向之一第二節距之一組額外子結構形成，其中該第一一維結構沿垂直於該第一方向之一第二方向以一第三節距為週期，其中該至少一額外一維結構沿垂直於該第一方向之該第二方向以一第四節距為週期，其中該第一節距、該第二節距、該第三節距及該第四節距之至少一者不可藉由該微影印刷工具之照明而解析。
  8. 如請求項7之微影遮罩，其中該第一一維結構及該至少一額外一維結構形成一對稱結構。
  9. 如請求項7之微影遮罩，其中該第一一維結構及該至少一額外一維結構形成一不對稱結構。
  10. 一種用於量測一微影印刷裝置之聚焦改變之方法，其包括：量測一印刷分段目標之一第一不對稱胞元與至少一第二不對稱胞元之間之對準誤差，其中該分段目標包含複數個不對稱胞元，其中各不對稱胞元包含複數個輔助特徵；及基於該印刷分段目標之該第一胞元與該至少一第二胞元之間之該所量測對準誤差來判定一微影印刷工具之一聚焦改變。
  11. 如請求項10之方法，其中該量測一印刷分段目標之一第一不對稱胞元與至少一第二不對稱胞元之間之對準誤差包括：用一疊對度量衡工具量測一印刷分段目標之一第一不對稱胞元與至少一第二不對稱胞元之間之對準誤差。
  12. 一種用於判定適用於產生對聚焦敏感之印刷圖案之一或多個遮罩設計之方法，其包括：產生複數個微影遮罩設計；基於該等所產生的微影遮罩設計在一晶圓上印刷複數個印刷圖案，該等印刷圖案具有不同聚焦偏移；用至少一度量衡工具量測該等印刷圖案之至少三者之至少一 參數；及判定對應於與擬合至該等印刷圖案之該至少三者之所量測至少一參數之一曲線相關聯之一極值之一聚焦位置。
  13. 如請求項12之方法，其中該至少一度量衡工具係一光譜分析散射量測工具及一角度解析散射量測工具之至少一者。
  14. 如請求項12之方法，其中該至少一參數係一信號強度。
  15. 如請求項12之方法，其進一步包括：用一聚焦-曝光矩陣晶圓校準該所判定聚焦位置。
  16. 一種用於判定具有一組選定性質之一或多個遮罩設計之方法，其包括：產生對應於一選定應用之複數個微影遮罩設計；在一選定聚焦條件下計算該等所產生微影遮罩設計之各者之一空間影像；及基於一選定應用判定該複數個微影遮罩設計之一或多個微影遮罩設計滿足一選定空間影像臨限值。
  17. 如請求項16之方法，其中該選定聚焦條件包括：一選定聚焦位置。
  18. 如請求項16之方法，其中該選定聚焦條件包括：一選定聚焦範圍。
  19. 如請求項16之方法，其中在一選定聚焦條件下該計算該等所產生微影遮罩設計之各者之一空間影像包括：在一選定聚焦條件下用一馬克士威方程式求解器基於一微影印刷裝置之一或多個選定照明條件計算該等所產生微影遮罩設計之各者之一空間影像。
  20. 如請求項16之方法，其中該選定應用包含相位變跡法。
  21. 如請求項16之方法，其中該選定應用包含一掃描器像差量測。
  22. 如請求項16之方法，其中該選定應用包含不對稱照明產生。
  23. 一種用於判定對聚焦敏感之一目標設計之方法，其包括：產生複數個微影遮罩設計；模擬對應於該等微影遮罩設計之各者之一印刷圖案之產生之一微影程序之一部分；及選擇具有不同聚焦偏移之該等微影遮罩設計之兩者或更多者，其中該等微影遮罩設計之該選定二者或更多者之各者對聚焦敏感且可印刷。
  24. 如請求項23之方法，其中該等微影遮罩設計之該二者或更多者包括：該等微影遮罩設計之三者或更多者。
  25. 一種用於印刷圖案之微影印刷工具，其包括：一輻射源；一遮罩支撐裝置，其經組態以緊固一分段遮罩，其中該分段遮罩包含由一實質上不透明材料形成之複數個胞元結構，其中各胞元結構包含具有一不可解析分段節距之一組特徵，其中沿一第一方向之該不可解析分段節距小於該微影印刷工具之照明的波長，其中該複數個胞元結構具有沿垂直於該第一方向之一第二方向之一節距，其中該不可解析分段節距適用於產生一印刷圖案以使該微影工具之該最佳聚焦位置移位一選定量以達成聚焦靈敏度之一選定位準；及一組投影光學器件，其等經組態以將由該遮罩透射之照明引導至一晶圓上。
  26. 如請求項25之微影印刷工具，其中沿該第一方向之該不可解析分段節距小於一最小設計規則節距。
  27. 如請求項25之微影印刷工具，其中該實質上不透明材料包含 鉻。
  28. 如請求項25之微影印刷工具，其中該複數個胞元結構包含一第一胞元結構及至少一第二胞元結構，其中該第一胞元結構包含具有一第一分段節距之一組特徵，其中該第二胞元結構包含具有不同於該第一分段節距之一第二分段節距之一組特徵。
  29. 如請求項25之微影印刷工具，其中該複數個胞元結構經組態以在一生產晶圓上形成一局部聚焦-曝光矩陣。
  30. 如請求項25之微影印刷工具，其中該複數個胞元結構之至少一些包含一對稱輔助特徵。
  31. 如請求項25之微影印刷工具，其中該複數個胞元結構之至少一些包含一不對稱輔助特徵。
  32. 如請求項25之微影印刷工具，其中該輻射源包含：一光源，其經組態以發射紫外光(ultraviolet light)、極紫外光(extreme ultraviolet light)或深紫外光(deep ultraviolet light)中之至少一者。
  33. 一種用於印刷圖案之微影印刷工具，其包括：一輻射源；一遮罩支撐裝置，其經組態以緊固一分段遮罩，其中該分段遮罩包含由具有沿一第一方向之一第一節距之第一組子結構形成之一第一一維結構；及由具有沿該第一方向之一第二節距之一組額外子結構形成之至少一額外一維結構，其中該第一一維結構沿垂直於該第一方向之一第二方向以一第三節距為週期，其中該至少一額外一維結構沿垂直於該第一方向之該第二方向以一第四節距為週期，其中該第一節距、該第二節距、該第三節距及該第四節距之至少一者不可藉由該微影印刷工具之照明而解析；及 一組投影光學器件，其等經組態以將由該遮罩透射之照明引導至一晶圓上。
  34. 如請求項33之微影印刷工具，其中該第一一維結構及該至少一額外一維結構形成一對稱結構。
  35. 如請求項33之微影印刷工具，其中該第一一維結構及該至少一額外一維結構形成一不對稱結構。
  36. 如請求項33之微影印刷工具，其中該輻射源包含：一光源，其經組態以發射紫外光、極紫外光或深紫外光中之至少一者。
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