TWI646400B - 微影裝置、元件製造方法及相關資料處理裝置與電腦程式產品 - Google Patents

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Abstract

一種微影裝置(LA)，其將一圖案重複性地施加至橫越一基板(W)之目標部分(場，C)。在施加該圖案之前，一對準感測器(AS)量測該基板之平面中之標記之位置，且一位階感測器(LS)量測在垂直於該基板之該平面之一方向上之高度偏差。該裝置將該圖案施加至該基板，同時(a)使用由該對準感測器量測之該等位置來定位該經施加圖案，及(b)使用由該位階感測器量測之該等高度偏差來聚焦該圖案。該裝置經進一步配置(c)以基於該等測定高度偏差之導數而計算及應用該經施加圖案之該定位之校正。可基於場內及/或場間來計算該等校正。該等校正可基於該等所觀測之高度偏差與先前在該同一基板上所量測之高度偏差之間的改變。

Description

微影裝置、元件製造方法及相關資料處理裝置與電腦程式產品
本發明係關於一種用於判定微影裝置中之疊對誤差之方法。本發明進一步係關於使用藉由此方法校準之微影裝置來製造元件之方法，且係關於用於實施此方法之部分之資料處理裝置及電腦程式產品。
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)製造中。在彼情況下，圖案化元件(其或者被稱作光罩或比例光罩)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)層上而進行圖案之轉印。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。已知微影裝置包括：所謂步進器，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。
微影程序之關鍵效能參數為疊對誤差。此誤差(常常被簡單地稱 作「疊對」)為在置放產品特徵時產品特徵相對於形成於先前層中之特徵之正確位置之誤差。隨著元件結構變得愈來愈小，疊對規範變得愈來愈緊密。
當前，藉由諸如(例如)US2012008127A1中所描述之進階程序控制(APC)之方法及(例如)US2013230797A1中所描述之晶圓對準模型來控制及校正疊對誤差。近年來已引入進階程序控制技術，且進階程序控制技術使用橫靠經施加元件圖案而施加至基板之度量衡目標之量測。此等目標允許使用諸如散射計之高產出率檢測裝置來量測疊對，且該等量測可用以產生校正，該等校正在圖案化後續基板時經回饋至微影裝置中。檢測裝置可與微影裝置分離。在微影裝置內，通常基於提供於基板上之對準標記之量測來應用晶圓對準模型，該等量測係作為每一圖案化操作之基本步驟。對準模型現如今包括高階模型，以校正晶圓之非線性失真。對準模型亦可擴展以考量其他量測及/或諸如在圖案化操作期間之熱變形之所計算效應。
雖然對準模型及進階程序控制已帶來疊對之大縮減，但並非所有誤差被校正。此等誤差中之一些可為(例如)不可校正雜訊，但理論上使用可用技術可校正其他誤差，但實務上並不經濟地可校正其他誤差。舉例而言，吾人可設想又高階校正，但此等高階校正又將需要位置量測之較高空間密度。對準標記/疊對目標佔據基板上之空間且被置放於特定部位處，主要被置放於產品區域之間的切割道中。未經取樣區域(例如，印刷IC之區域)中之晶圓柵格之變形可不同於經取樣區域中之晶圓柵格之變形。增加對準標記及疊對目標之空間密度及/或量測頻率將不利地影響微影程序(每小時晶圓)之產出率及可用於每一基板上之功能元件區域兩者。
需要在不加至由每一基板上所需之對準標記佔據之空間的情況 下且在不會不利地影響產出率的情況下改良疊對效能。進一步需要在可能的情況下使用現有微影裝置及相關硬體來獲得此改良。
根據本發明之一態樣，提供一種用於將一圖案施加至一基板上之微影裝置，該裝置包括：- 一對準感測器，其用於在施加該圖案之前量測該基板上之特徵之位置，該等位置係在平行於該基板之一平面之方向上予以量測；及- 一控制器，其經配置以控制該微影裝置以將該圖案施加至該基板，同時使用由該對準感測器量測之該等位置來控制在該等平行方向上的該經施加圖案之定位，其中該控制器經進一步配置以在施加該圖案之前接收表示橫越該基板之局域高度偏差之資料，且基於該等局域高度偏差之導數而計算及應用在該等平行方向中之至少一者上的該經施加圖案之該定位之校正。
在一些實施例中，該控制器經配置以基於自橫越該基板之當前測定高度偏差及先前測定高度偏差所計算的局域斜率值之改變來計算該等校正。圖案化一個層與圖案化另一層之間的高度偏差之改變可引起疊對。
在一特定實施例中，該裝置進一步包含一位階感測器，該位階感測器用於在施加該圖案之前將該基板裝載至該裝置中之後量測橫越該基板之高度偏差，該控制器經配置以使用由該位階感測器量測之該等高度偏差來控制在該垂直方向上的該經施加圖案之定位，且表示用以計算該等校正之局域高度偏差之該資料包括在施加該圖案之前由該位階感測器量測之該等高度偏差。
根據本發明之一態樣，提供一種元件製造方法，其包含：將圖案施加於一基板上之順次層中，及處理該基板以產生功能元件特徵，其中將一圖案施加於該等層中之至少一者中之該步驟包含： (a)在一微影裝置中量測該基板上之特徵之位置，該等位置係在平行於該基板之一平面之方向上予以量測；及(b)控制該微影裝置以將該圖案施加至該基板，同時使用由該對準感測器量測之該等位置來控制在該等平行方向上的該經施加圖案之定位，(c)在施加該圖案之前獲得表示橫越該基板之局域高度偏差之資料；及(d)基於該等局域高度偏差之導數而計算及應用在該等平行方向中之至少一者上的該經施加圖案之該定位之校正。
在一些實施例中，本發明之該裝置及該方法可藉由修改現有裝置之控制軟體予以實施。
本發明進一步提供一種包含機器可讀指令之電腦程式產品，該等機器可讀指令用於使一或多個處理器實施根據如上文所闡述之本發明之一微影裝置之該控制器。
本發明進一步提供一種包含一或多個處理器之資料處理系統，該一或多個處理器經程式化以實施根據如上文所闡述之本發明之一微影裝置之該控制器。
本發明進一步提供一種包含機器可讀指令之電腦程式產品，該等機器可讀指令用於使一或多個處理器執行根據如上文所闡述之本發明之一方法之該等步驟(a)至(d)。
本發明進一步提供一種包含一或多個處理器之資料處理系統，該一或多個處理器經程式化以執行根據如上文所闡述之本發明之一方法之該等步驟(a)至(d)。
200‧‧‧步驟
202‧‧‧步驟/量測資訊
204‧‧‧步驟/量測資訊
206‧‧‧配方資料
208‧‧‧配方及量測資料
210‧‧‧步驟
212‧‧‧步驟
214‧‧‧步驟
216‧‧‧步驟
218‧‧‧步驟
220‧‧‧步驟
302‧‧‧以高度為基礎之疊對校正模組
400‧‧‧上部表面
700‧‧‧以高度為基礎之疊對剖面
701‧‧‧圓圈/疊對目標
AD‧‧‧調整器
ALM‧‧‧對準模型/模組
APC‧‧‧進階程序控制/進階程序控制模組
AS‧‧‧對準感測器
B‧‧‧輻射光束
BD‧‧‧光束遞送系統
BK‧‧‧烘烤板
C‧‧‧目標部分
CH‧‧‧冷卻板
CO‧‧‧聚光器
DE‧‧‧顯影器
EXP‧‧‧曝光站
FOC‧‧‧聚焦控制模型
HBO‧‧‧以高度為基礎之疊對校正模組
IF‧‧‧位置感測器
IL‧‧‧照明系統/照明器
IN‧‧‧積光器
I/O1‧‧‧輸入/輸出埠
I/O2‧‧‧輸入/輸出埠
LA‧‧‧微影裝置
LACU‧‧‧微影控制單元/微影裝置控制單元
LB‧‧‧裝載匣
LC‧‧‧微影製造單元
LS‧‧‧位階感測器
M1‧‧‧光罩對準標記
M2‧‧‧光罩對準標記
MA‧‧‧圖案化元件
MEA‧‧‧量測站
MET‧‧‧檢測裝置
MT‧‧‧圖案化元件支撐件或支撐結構/光罩台
P1‧‧‧基板對準標記
P2‧‧‧基板對準標記
PAT‧‧‧圖案化步驟
PM‧‧‧第一定位器
PS‧‧‧投影系統
PW‧‧‧第二定位器/基板定位器
RO‧‧‧基板處置器或機器人
SC‧‧‧旋塗器
SCS‧‧‧監督控制系統
SO‧‧‧輻射源
TCU‧‧‧塗佈顯影系統控制單元
W‧‧‧基板
W'‧‧‧基板
W"‧‧‧經曝光基板
WTa‧‧‧基板台/支撐件
WTb‧‧‧基板台/支撐件
現在將僅藉由實例參看隨附圖式來描述本發明之實施例，在該等圖式中： 圖1描繪根據本發明之一實施例之微影裝置；圖2描繪併入有圖1之裝置的微影製造單元或叢集；圖3示意性地說明根據已知實務且根據本發明之一實施例而修改之圖1之裝置中的量測及曝光程序；圖4示意性地說明自圖3之程序中對基板所量測之高度偏差之位置校正的導出；圖5為實施本發明之一實施例之程序的流程圖；圖6將(a)、(b)、(c)經緻密測定疊對圖與自高度圖資料推斷之(d)、(e)、(f)位置偏差進行比較；圖7呈現針對基板上之兩個層而觀測之局域晶圓高度偏差的實例標繪圖；及圖8將疊對目標之部位與自平均晶圓高度圖資料推斷之場內疊對誤差進行比較。
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示意性地描繪微影裝置LA。該裝置包括：照明系統(照明器)IL，其經組態以調節輻射光束B(例如，UV輻射或DUV輻射)；圖案化元件支撐件或支撐結構(例如，光罩台)MT，其經建構以支撐圖案化元件(例如，光罩)MA，且連接至經組態以根據某些參數而準確地定位該圖案化元件之第一定位器PM；基板台(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而準確地定位該基板之第二定位器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元件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，包括一或多個晶粒)上。
照明系統可包括用於引導、塑形或控制輻射之各種類型之光學組件，諸如，折射、反射、磁性、電磁、靜電或其他類型之光學組件，或其任何組合。
圖案化元件支撐件以取決於圖案化元件之定向、微影裝置之設計及其他條件(諸如，圖案化元件是否被固持於真空環境中)之方式來固持圖案化元件。圖案化元件支撐件可使用機械、真空、靜電或其他夾持技術以固持圖案化元件。圖案化元件支撐件可為(例如)框架或台，其可根據需要而固定或可移動。圖案化元件支撐件可確保圖案化元件(例如)相對於投影系統處於所要位置。可認為本文中對術語「比例光罩」或「光罩」之任何使用皆與更一般術語「圖案化元件」同義。
本文所使用之術語「圖案化元件」應被廣泛地解譯為係指可用以在輻射光束之橫截面中向輻射光束賦予圖案以便在基板之目標部分中創製圖案的任何元件。通常，被賦予至輻射光束之圖案將對應於目標部分中所創製之元件(諸如，積體電路)中之特定功能層。
圖案化元件可為透射的或反射的。圖案化元件之實例包括光罩、可程式化鏡面陣列，及可程式化LCD面板。光罩在微影中為吾人所熟知。可程式化鏡面陣列之一實例使用小鏡面之矩陣配置，該等小鏡面中每一者可個別地傾斜，以便在不同方向上反射入射輻射光束。
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。可認為本文對術語「投影透鏡」之任何使用皆與更一般術語「投影系統」同義。
如此處所描繪，裝置屬於透射類型(例如，使用透射光罩)。替代地，裝置可屬於反射類型(例如，使用如上文所提及之類型之可程式 化鏡面陣列，或使用反射光罩)。
微影裝置亦可屬於如下類型：其中基板之至少一部分可由具有相對高折射率之液體(例如，水)覆蓋，以便填充投影系統與基板之間的空間。亦可將浸潤液體施加於微影裝置中之其他空間，例如，光罩與投影系統之間的空間。浸潤技術在此項技術中被熟知用於增加投影系統之數值孔徑。
參看圖1，照明器IL自輻射源SO接收輻射光束。舉例而言，當輻射源為準分子雷射時，輻射源及微影裝置可為分離實體。在此等狀況下，不認為輻射源形成微影裝置之部件，且輻射光束係憑藉包括(例如)合適引導鏡面及/或光束擴展器之光束遞送系統BD而自輻射源SO傳遞至照明器IL。在其他狀況下，舉例而言，當輻射源為水銀燈時，輻射源可為微影裝置之整體部件。輻射源SO及照明器IL連同光束遞送系統BD(在需要時)可被稱作輻射系統。
照明器IL可包括用於調整輻射光束之角強度分佈之調整器AD。通常，可調整照明器之光瞳平面中之強度分佈的至少外部徑向範圍及/或內部徑向範圍(通常分別被稱作σ外部及σ內部)。另外，照明器IL可包括各種其他組件，諸如，積光器IN及聚光器CO。照明器可用以調節輻射光束，以在其橫截面中具有所要均一性及強度分佈。
輻射光束B入射於被固持於圖案化元件支撐件(例如，光罩台MT)上之圖案化元件(例如，光罩)MA上，且係由該圖案化元件而圖案化。在已橫穿圖案化元件(例如，光罩)MA之後，輻射光束B傳遞通過投影系統PS，投影系統PS將該光束聚焦至基板W之目標部分C上。憑藉第二定位器PW及位置感測器IF(例如，干涉量測元件、線性編碼器、2D編碼器或電容性感測器)，可準確地移動基板台WT，例如，以便使不同目標部分C定位於輻射光束B之路徑中。相似地，第一定位器PM及另一位置感測器(其未在圖1中被明確地描繪)可用以(例如)在 自光罩庫之機械擷取之後或在掃描期間相對於輻射光束B之路徑來準確地定位圖案化元件(例如，光罩)MA。一般而言，可憑藉形成第一定位器PM之部件之長衝程模組(粗略定位)及短衝程模組(精細定位)來實現圖案化元件支撐件(例如，光罩台)MT之移動。相似地，可使用形成第二定位器PW之部件之長衝程模組及短衝程模組來實現基板台WT之移動。在步進器(相對於掃描器)之狀況下，圖案化元件支撐件(例如，光罩台)MT可僅連接至短衝程致動器，或可固定。
可使用光罩對準標記M1、M2及基板對準標記P1、P2來對準圖案化元件(例如，光罩)MA及基板W。儘管所說明之基板對準標記佔據專用目標部分，但該等標記可位於目標部分之間的空間中(此等標記被稱為切割道對準標記)。相似地，在一個以上晶粒提供於圖案化元件(例如，光罩)MA上之情形中，圖案化元件對準標記可位於該等晶粒之間。小對準標記亦可包括於元件特徵當中之晶粒內，在此狀況下，需要使標記儘可能地小且無需與鄰近特徵不同的任何成像或程序條件。
可在多種模式中使用所描繪裝置。在掃描模式中，在將被賦予至輻射光束之圖案投影至目標部分C上時，同步地掃描圖案化元件支撐件(例如，光罩台)MT及基板台WT(亦即，單次動態曝光)。可藉由投影系統PS之放大率(縮小率)及影像反轉特性來判定基板台WT相對於圖案化元件支撐件(例如，光罩台)MT之速度及方向。在掃描模式中，曝光場之最大大小限制單次動態曝光中之目標部分之寬度(在非掃描方向上)，而掃描運動之長度判定目標部分之長度(在掃描方向上)。如在此項技術中為吾人所熟知，其他類型之微影裝置及操作模式係可能的。舉例而言，步進模式為吾人所知。在所謂「無光罩」微影中，可程式化圖案化元件經保持靜止，但具有改變之圖案，且移動或掃描基板台WT。每一目標部分通常被稱作「場」且在成品中含有 一或多個產品晶粒。
亦可使用對上文所描述之使用模式之組合及/或變化或完全不同之使用模式。
此實例中之微影裝置LA屬於所謂雙載物台類型，其具有兩個基板台WTa、WTb以及兩個站--曝光站EXP及量測站MEA--在該兩個站之間可交換基板台。在曝光站處曝光一個基板台上之一個基板的同時，可在量測站處將另一基板裝載至另一基板台上且進行各種預備步驟。該等預備步驟可包括使用位階感測器LS來映射基板之表面控制，及使用對準感測器AS來量測基板上之對準標記之位置。
如圖2所展示，微影裝置LA形成微影製造單元LC(有時亦被稱作叢集)之部件，微影製造單元LC亦包括用以對基板執行曝光前程序及曝光後程序之裝置。通常，此等裝置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、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、在不同程序裝置之間移動基板，且接著將基板遞送至微影裝置之裝載匣LB。常常被集體地稱作塗佈顯影系統(track)之此等元件係在塗佈顯影系統控制單元TCU之控制下，塗佈顯影系統控制單元TCU自身受到監督控制系統SCS控制，監督控制系統SCS亦經由微影控制單元LACU而控制微影裝置。因此，不同裝置可經操作以最大化產出率及處理效率。接著將由塗佈顯影系統處理之基板轉移至其他處理工具以用於在元件製造程序內進行蝕刻及其他化學或物理處理。
微影裝置控制單元LACU控制所描述之各種致動器及感測器之所有移動及量測。LACU亦包括用以實施關於裝置之操作之所要計算之信號處理及資料處理能力。在序言及申請專利範圍之術語中，此等處理及控制功能之組合被簡單地稱作「控制器」。實務上，控制單元LACU將被實現為許多子單元之系統，該等子單元各自處置裝置內之 一子系統或組件之即時資料獲取、處理及控制。舉例而言，一個處理子系統可專用於基板定位器PW之伺服控制。分離單元可甚至處置粗略致動器及精細致動器，或不同軸線。另一單元可能專用於位置感測器IF之讀出。裝置之總控制可受到中央處理單元控制，中央處理單元與此等子系統處理單元通信、與操作者通信，且與微影製造程序中涉及之其他裝置通信。
以下章節描述實施於圖1之微影裝置中之習知對準方法及新穎對準方法兩者。
對準程序背景
圖3說明用以將目標部分(例如，晶粒)曝光於圖1之雙載物台裝置中之基板W上之步驟。首先將描述根據習知實務之程序。
量測站MEA處所執行之步驟係在點線框內之左側，而右側展示曝光站EXP處所執行之步驟。有時，基板台WTa、WTb中之一者將在曝光站處，而另一者係在量測站處，如上文所描述。出於此描述之目的，假定基板W已經被裝載至曝光站中。在步驟200處，藉由圖中未繪示之一機構將新基板W'裝載至裝置。並行地處理此兩個基板以便增加微影裝置之產出率。
最初參看新近裝載之基板W'，此基板可為先前未經處理之基板，其係運用新光阻而製備以供在裝置中之第一次曝光。然而，一般而言，所描述之微影程序將僅僅為一系列曝光及處理步驟中之一個步驟，使得基板W'已經通過此裝置及/或其他微影裝置若干次，且亦可經歷後續程序。特別針對改良疊對效能之問題，任務應為確保新圖案被確切地施加於已經經受圖案化及處理之一或多個循環之基板上之正確位置中。此等處理步驟逐漸地在基板中引入失真，該等失真必須被量測及校正以達成令人滿意的疊對效能。
可在其他微影裝置中執行先前及/或後續圖案化步驟(如剛才所提 及)，且可甚至在不同類型之微影裝置中執行先前及/或後續圖案化步驟。舉例而言，元件製造程序中之在諸如解析度及疊對之參數方面要求極高之一些層相比於要求較不高之其他層可在更先進微影工具中予以執行。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。
在202處，使用基板標記P1等等及影像感測器(圖中未繪示)之對準量測係用以量測及記錄基板相對於基板台WTa/WTb之對準。另外，將使用對準感測器AS來量測橫越基板W'之若干對準標記。在一個實施例中，此等量測係用以建立「晶圓柵格」，該晶圓柵格極準確地映射橫越基板之標記之分佈，包括相對於標稱矩形柵格之任何失真。
在步驟204處，亦使用位階感測器LS來量測相對於X-Y位置之晶圓高度(Z)圖。通常，高度圖係僅用以達成經曝光圖案之準確聚焦。如將在下文中進一步所解釋，本裝置亦使用高度圖資料以補充對準量測。
當裝載基板W'時，接收配方資料206，配方資料206界定待執行之曝光，且亦界定晶圓及先前產生之圖案及待產生於該基板W'上之圖案之屬性。將在202、204處獲得之晶圓位置、晶圓柵格及高度圖之量測添加至此等配方資料，使得可將配方及量測資料208之完整集合傳遞至曝光站EXP。對準資料之量測(例如)包含以與為微影程序之產品的產品圖案成固定或標稱固定關係而形成之對準目標之X位置及Y位置。恰好在曝光之前採取之此等對準資料經組合且內插以提供對準模型之參數。此等參數及對準模型將在曝光操作期間用以校正當前微影步驟中所施加之圖案之位置。習知對準模型可能包含四個、五個或六個參數，該等參數一起以不同尺寸界定「理想」柵格之平移、旋轉及 按比例調整。如US 2013230797A1進一步所描述，使用較多參數之進階模型為吾人所知。
在210處，調換晶圓W'與W，使得測定基板W'變成基板W而進入曝光站EXP。在圖1之實例裝置中，藉由交換裝置內之支撐件WTa與WTb來執行此調換，使得基板W、W'保持準確地被夾持且定位於彼等支撐件上，以保留基板台與基板自身之間的相對對準。因此，一旦已調換該等台，則為了利用用於基板W(以前為W')之量測資訊202、204以控制曝光步驟，必需判定投影系統PS與基板台WTb(以前為WTa)之間的相對位置。在步驟212處，使用光罩對準標記M1、M2來執行光罩對準。在步驟214、216、218中，將掃描動作及輻射脈衝施加於橫越基板W之順次目標部位處，以便完成數個圖案之曝光。
藉由在執行曝光步驟中使用量測站處所獲得之對準資料及高度圖，使此等圖案相對於所要部位準確地對準，且詳言之，相對於先前放置於同一基板上之特徵準確地對準。在步驟220處自裝置卸載現在被標註為「W"」之經曝光基板，以根據經曝光圖案使其經歷蝕刻或其他程序。
即使當使用進階對準模型時，誤差亦不可避免地保持於微影裝置之疊對效能中。個別微影裝置亦可以與處理同一基板之其他微影裝置不同的方式來執行。為了正確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效能參數，諸如，後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)，等等。
因此，檢測裝置係用以獨立於對準感測器AS來判定基板之屬性，且詳言之，判定不同基板或同一基板之不同層之屬性在各層間如何變化。檢測裝置(圖2中未繪示)可整合至微影裝置LA或微影製造單元LC中，或可為單獨元件。其可為散射計，例如，已公開美國專利申請案US2006033921A1所描述之當時的角解析散射計。
檢測裝置亦可用於進階程序控制(APC)系統中以校準個別微影裝置且允許更可互換地使用不同工具。近來已藉由實施穩定性模組，從而導致用於給定特徵大小及晶片應用之經最佳化程序窗，從而使能夠繼續創製更小更先進晶片來達成對裝置之聚焦及疊對(層間對準)均一性之改良。在一實施例中，穩定性模組以規則時間間隔(例如，每日)將系統自動重設至預定義基線。可在US2012008127A1中找到併入有穩定性模組之微影及度量衡方法之更多細節。已知實例實施三個主程序控制迴路。第一迴路使用穩定性模組及監視器晶圓來提供微影裝置之局域控制。第二(APC)迴路係用於對產品之局域掃描器控制(判定關於產品晶圓之聚焦、劑量及疊對)。
第三控制迴路係允許度量衡整合至第二(APC)迴路中(例如，用於雙重圖案化)。除了在圖3之實際圖案化操作期間進行之量測以外，所有此等迴路亦使用由檢測裝置進行之量測。
基於高度圖資料之對準校正
雖然上述裝置及工序已提供特別是疊對效能之大改良，但結果，現代元件需要愈來愈小特徵及不斷改良之疊對效能。(例如)因為對疊對之一些殘餘貢獻者在藉由上文所描述之已知技術校正之範圍外部具有空間頻率分量，所以該等殘餘貢獻者並未藉由已知控制迴路而校正。雖然原則上(例如)藉由增加度量衡目標及橫越基板而進行之量測之空間密度來量測及消除此等殘餘分量可簡單，但此等改良將在(i)致力於度量衡而非功能產品特徵之基板區域及(ii)量測及處理時間方面帶來大額外負擔。基板之產出率(每小時晶圓)及每基板功能元件區域將受到不利地影響，此情形首先使縮減特徵大小之益處無效。
本發明人已認識到，已經作為至圖案化步驟之前驅而獲取之高度圖資料可用以獲得對準之額外校正，以改良疊對。此外，通常以比運用專用對準標記及疊對目標可得到之空間密度大得多的空間密度來 獲取高度圖資料。新穎裝置使用此高度圖資料之導數以計算在X-Y平面中之位置之額外校正。因此，為實施新穎方法，無需額外量測程序或設備。
再次參看圖3，在曝光站內示意性地展示以高度為基礎之疊對校正模組302。此模組可藉由執行於微影裝置控制單元LACU(圖1)之任何處理器上之合適軟體予以實施。模組302接收在步驟204中針對當前基板W所量測之高度圖資料Z(curr)。在本實施例中，模組302亦接收關於先前圖案化步驟中之同一基板之高度圖資料Z(prev)。模組302可主動自資料庫擷取此先前資料，或該先前資料可被供應為配方資料206之部分。自通常橫越基板之所有部分以高密度而取樣之此資料，計算額外疊對校正OVh。
校正OVh可在X及/或Y方向上具有分量，且除了使用來自步驟202之對準資料之對準模型以外，亦使用該校正OVh以在步驟214至218中在定位施加至基板W之圖案時應用精細校正。可以分離之場間分量及場內分量之形式提供該校正OVh，如下文中進一步所解釋。
圖4說明自高度資料Z導出校正OVh之原理。基板W具有上部表面400，在該上部表面400上待施加圖案以形成新產品特徵層。高度圖資料展示表面400在Z方向上自標稱平面局域地偏離。此等偏差包括存在於原始基板中之偏差。更顯著地，該等偏差包括藉由用以在基板上之順次層中形成元件特徵之各種化學及物理處理步驟引入的偏差。在三維(X,Y,Z)笛卡耳座標系統之X-Z平面中採取圖4所展示之橫截面。可在Y-Z平面中量測相似高度偏差及斜率。應注意，此高度圖資料係在基板被夾持至基板台(WTa或WTb)時由微影裝置收集。當基板無任何力時，構形可不同。但使用晶圓構形資料自掃描器之導出係在本發明之範疇內，或在本發明中可使用任何離線工具。
基於每一高度值Z及其相鄰者，導出導數Z'，其在一簡單實例中 表示在橫越基板之每一點處的表面400之局域斜率。在使用簡單幾何形狀且假定斜率小使得「小角度近似」有效的情況下，可書寫以下方程式：
在此等方程式中，Z'為在X方向上之局域斜率，且d為晶圓厚度。Xh表示可歸因於(藉由圖4所說明之簡單幾何形狀)高度偏差之在X方向上之位移。可書寫及應用相似方程式以推斷相對於Y方向之位移Yh。此等位移Xh、Yh將引起特徵在表面400上形成於不同於吾人所預期之位置的位置處。若包括斜率及曲率之高度圖(諸如，圖4所說明之高度圖)針對每一層相同，則位移Xh及Yh將不改變，且將不存在對疊對之後繼貢獻。
然而，在實際程序中，顯著高度偏差可被引入於諸層之間，使得Xh及Yh實際上確實在層間改變。第一原因將為在已對第一層之圖案化之後發生的處理之效應。另一原因可能為個別微影裝置、基板支撐件等等之差異，其中不同工具或甚至同一工具內之不同基板台係用以形成不同層。基板上之兩個層之間的位移Xh及Yh之所得差將在圖案經施加以形成第二層時引入疊對誤差，除非該所得差被校正。在使用當前層高度圖資料Z(curr)及先前層高度圖資料Z(prev)的情況下，可藉由計算針對當前層所獲得之位移Xh及Yh與針對先前層所獲得之位移Xh及Yh之間的差來導出疊對校正OVh。應注意，出於實務目的，是在X及Y上分離地計算差抑或以組合之向量形式來計算差係無關緊要的。可在除了X或Y以外之某另一方向(例如，自基板之中心之徑向方向)上計算差。下文之實例在計算(例如)場間校正時使用疊對之徑向分量，且在計算場內校正時使用X及/或Y分量。可在計算導數Z'之前 計算高度圖Z之間的差，或可在已針對每一層計算位移Xh及Yh之後計算該差。在所有狀況下，結果等效，且本發明不限於任何特定計算序列。又，可使用呈高度樣本之柵格之形式的高度圖資料，或可使高度偏差擬合於某模型(若較佳)。
圖5為在一個例示性實施例中概述如上文所描述之新穎方法的簡單流程圖。使用對準感測器AS及位階感測器LS來量測基板。使用基於對準之對準模型ALM以控制曝光站EXP處所執行之圖案化步驟PAT中之經施加圖案的定位。來自位階感測器之高度圖資料係用於聚焦控制模型FOC中以控制圖案化步驟中之聚焦。在圖案化步驟PAT中將圖案施加至每一目標部分之後，根據圖案來處理基板以創製元件特徵。基板恢復進一步圖案化直至所有產品層完成為止。
除了彼等習知步驟以外，亦將當前及先前高度圖資料供應至以高度為基礎之疊對校正模組HBO(圖3中之模組302)。在X及/或Y方向上之額外校正係由模組302供應且用以改進定位。可由進階程序控制模組APC供應又進一步校正。模組ALM、APC及HBO可組合成單一模組。
可以場內及/或場間形式提供以高度為基礎之疊對校正OVh。將在每一目標部分處重複性地應用場內校正。將取決於基板上之當前目標部分之位置來應用場間校正。此等分量可用以校正起因於不同處理效應之以高度為基礎之疊對。
如由點線資料路徑所說明，APC模組使用來自檢測裝置MET之度量衡資料以更新程序之控制。在可在程序控制迴路中模型化且校正揭露疊對誤差之模組HBO的情況下，此更新可藉由如所展示之模組之間的傳遞之資訊來進行。相似地，在以高度為基礎之位移很可能在對準模組中被校正的情況下，此資訊可用以修改校正OVh以避免雙重校正。然而，實務上，發現以高度為基礎之校正OVh與彼等其他校正模型相當互補。此主要因為(i)可藉由現有模型校正之疊對誤差經校正且 並未呈現於高度圖資料中，及(ii)高度圖資料本質上揭露未由其他感測器揭露之疊對之空間頻率分量，且因此並未藉由現有模型校正。將在以下之實驗實例中看到此情形。
實驗基礎
圖6至圖8呈現驗證本文所揭示之以高度為基礎之疊對校正之潛力的實驗資料。
圖6呈現自已具備疊對度量衡目標之特別緻密分佈之實際基板獲得的在兩個後續層之間的疊對量測差。在該圖中，(a)以向量之形式展示疊對圖，(b)展示疊對圖之徑向分量，且(c)以曲線圖之形式展示由此資料揭露之疊對之徑向相關性。如圖6(b)及圖6(c)中可看出，疊對之徑向分量(OVr)圍繞晶圓之中心極小地波動(對於R→0，其中R為自中心至R=15公分處之外部邊緣之徑向位置)。然而，在大於100毫米之晶圓半徑下呈現振盪(在大約1公分之週期下)。
圖6(d)展示由位階感測器LS針對同一晶圓所量測之晶圓高度圖差(亦即，兩個層之高度圖之間的差)。在(e)處，吾人呈現在使用上文之方程式(1)及(2)的情況下自圖6(d)之高度圖差量推斷出之徑向分量疊對OVh圖。應注意，此曲線圖僅包括場間效應，此係因為已計算及減去每一場位置處之所有場(目標部分C)之平均OVh圖。圖6(f)以曲線圖之形式呈現橫越圖6(e)之徑向分量圖之OVh之徑向相關性。藉由比較圖6(c)與圖6(f)，在用於兩種方法之晶圓邊緣處觀測到相似振盪(具有相似週期)。此情形確認以高度為基礎之疊對校正可有效地消除未由其他構件校正之疊對之分量。
圖7及圖8展示新穎方法之另一實例應用。圖7呈現針對同一基板上之兩個層之晶圓高度Z相對於X位置的實例標繪圖。因為在很大程度上由產品區域中之多個處理層造成失真，所以高度偏差之圖案具有強重複分量。藉由處理之構形改變可在晶圓被夾持於晶圓台上時轉印 不同簽名。場寬度為約15毫米。高度變化橫越一產品可為數十奈米，而即將出現的「3-D」產品可經歷數百奈米且甚至1微米或更大之高度偏差。圖8展示遍及一基板上之所有場而平均化之以高度為基礎之疊對剖面700。亦即，箭頭表示自晶圓高度圖推斷之疊對值OVh。圓圈701表示每一場中之疊對度量衡目標之部位。應注意，高度樣本(正方形柵格)之空間密度比疊對度量衡目標之密度大得多。此外，雖然疊對在供置放疊對目標701之區域(切割道區域)中小，但以高度為基礎之計算揭露在積體電路產品特徵駐留之區域中之疊對的強高空間頻率變化。此差可產生在製造期間之目標測定疊對與實際元件之間的失配。圖8之剖面展示主要在Y方向上之疊對剖面之相關性。可在微影裝置LA中之掃描操作中相對容易地校正此相關性。
在一實際應用中，諸如圖8所說明之場內校正的場內校正可與圖6所展示之類型之場間校正組合。可針對每一基板量測及計算高度圖資料及校正，或可計算該等高度圖資料及校正一次且將其應用於若干基板，其中預期相似效應。可使用測試晶圓來計算用於程序之場間變化一次且將場間變化應用於產品基板，同時量測且計算且校正關於產品晶圓之場內變化(且反之亦然)。先前晶圓高度圖資料Z(prev)可來自同一晶圓之先前量測，或可自平均值或樣本推斷先前晶圓高度圖資料Z(prev)。
結論
總之，用於監視及/或校正層之間的疊對之新穎方法需要經儲存高度圖資料作為可用之輸入參數。該新穎方法使用簡單方程式將高度圖轉換成疊對校正。可將此新穎方法與當前方法並行地實施。此外，該新穎方法無需微影系統之硬體之改變，且將在微影製造程序期間已經經量測且儲存之資料用作輸入資料。
使用位階感測器資料以計算疊對校正具有優點，此係因為(i)彼 資料通常係以高密度被捕捉且已經在微影裝置內可用，及(ii)該資料係在基板已被裝載至裝置中且已被夾持至基板台(正如其在曝光或其他圖案化步驟期間被夾持)之後被捕捉。然而，亦有可能使用來自可得到之其他源之高度圖資料。舉例而言，晶圓構形資料可來自外部度量衡工具。可使用關於晶圓構形(高度偏差)之任何資訊，而不管該資訊是為測定高度圖抑或被間接地量測，例如，為自處理歷史及及類似者推斷之高度資料。與上文之位階感測器資料之實例中一樣，來自其他源之高度資料可包括未由對準標記及/或疊對目標覆蓋之位置處之樣本。可最佳地以比對準標記及/或比疊對目標高的空間密度採取高度量測。
本發明之一實施例可使用含有機器可讀指令之一或多個序列之電腦程式予以實施，該等機器可讀指令描述使用如上文所描述之高度圖資料來控制微影裝置之方法。此電腦程式可(例如)經執行於圖2之控制單元LACU內，或某其他控制器內。亦可提供經儲存有此電腦程式之資料儲存媒體(例如，半導體記憶體，磁碟或光碟)。在(例如)屬於圖1所展示之類型之現有微影裝置已經在生產中及/或在使用中的情況下，本發明可藉由提供經更新電腦程式產品予以實施，該等經更新電腦程式產品用於使處理器執行圖5所展示之方法之經修改步驟HBO及/或PAT且因此計算及應用疊對校正。
儘管上文可特定地參考在光學微影之內容背景中對本發明之實施例之使用，但應瞭解，本發明可用於其他應用(例如，壓印微影)中，且在內容背景允許時不限於光學微影。在壓印微影中，圖案化元件中之構形(topography)界定創製於基板上之圖案。可將圖案化元件之構形壓入被供應至基板之抗蝕劑層中，在基板上，抗蝕劑係藉由施加電磁輻射、熱、壓力或其組合而固化。在抗蝕劑固化之後，將圖案化元件移出抗蝕劑，從而在其中留下圖案。
本文所使用之術語「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奈米、355奈米、248奈米、193奈米、157奈米或126奈米之波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如，具有在5奈米至20奈米之範圍內之波長)，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，而無需不當實驗。因此，基於本文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，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。
本發明之範圍及範疇不應受到上述例示性實施例中任一者限制，而應僅根據以下申請專利範圍及其等效者進行界定。

Claims (20)

  1. 一種經組態以將一圖案施加至一基板上之微影裝置，該裝置包括：一對準感測器，其經組態以在施加該圖案之前量測該基板上之特徵之位置，該等位置係在平行於該基板之一平面之方向上予以量測；及一控制系統，其經配置以控制該微影裝置以將該圖案施加至該基板，及使用由該對準感測器量測之該等位置來控制在該等平行方向上的該經施加圖案之定位，其中該控制系統經進一步配置以在施加該圖案至該基板之前接收包含表示橫越該基板量測之該基板之局域高度偏差之當前測定高度偏差之資料，且基於該等局域高度偏差之導數而計算及應用在該等平行方向中之至少一者上的該經施加圖案之該定位之校正。
  2. 如請求項1之裝置，其中該控制系統經配置以自一資料庫接收在先前將一圖案施加於該同一基板或一相似基板上之前所進行的先前測定高度偏差，且基於當前測定高度偏差與先前測定高度偏差之間的一改變來計算該等校正。
  3. 如請求項1之裝置，其進一步包含：一位階感測器，其經組態以在將該基板裝載至該裝置中之後及在施加該圖案之前量測橫越該基板之高度偏差，其中該控制系統經配置以使用由該位階感測器量測之該等高度偏差來控制在一基板表面之一垂直(normal)方向上的該經施加圖案之定位，且其中表示用以計算該等校正之局域高度偏差之該資料包括在施加該圖案之前由該位階感測器量測之該等高度偏差。
  4. 如請求項1之裝置，其中該裝置經配置以將該圖案重複性地施加至遍及該基板之順次目標部分，且該等校正包括針對一目標部分根據其在該基板上之位置而計算及應用的場間校正。
  5. 如請求項4之裝置，其中對於每一目標部分之該等場間校正包括藉由參考該基板上之該目標部分之一徑向位置而計算之校正。
  6. 如請求項4之裝置，其中該等校正進一步包括對每一目標部分獨立於橫越該基板之該目標部分之該位置而計算及應用的場內校正。
  7. 如請求項1之裝置，其中該裝置經配置以將該圖案重複性地施加至遍及該基板之順次目標部分，且該等校正包括對每一目標部分獨立於橫越該基板之該目標部分之該位置而計算及應用的場內校正。
  8. 如請求項6之裝置，其中該等場內校正係基於在橫越許多目標部分而平均化時在每一目標部分內所觀測之高度偏差予以計算。
  9. 一種元件製造方法，其包含將圖案施加於一基板上之順次(successive)層中，及處理該基板以產生功能元件特徵，其中將一圖案施加於該等層中之至少一者中包含：使用一對準感測器在一微影裝置中量測該基板上之特徵之位置，該等位置係在平行於該基板之一平面之方向上予以量測；控制該微影裝置以將該圖案施加至該基板，及使用由該對準感測器量測之該等位置來控制在該等平行方向上的該經施加圖案之定位，在施加該圖案至該基板之前獲得包含表示橫越該基板量測之該基板之局域高度偏差之當前測定高度偏差之資料；及基於該等局域高度偏差之導數而計算及應用在該等平行方向中之至少一者上的該經施加圖案之該定位之校正。
  10. 如請求項9之方法，其中該獲得表示局域高度偏差之資料進一步包括自一資料庫接收在先前將一圖案施加於該同一基板或一相似基板上之前所進行的先前測定高度偏差，且基於當前測定高度偏差與先前測定高度偏差之間的一改變來計算該等計算校正。
  11. 如請求項9之方法，其進一步包含：在將該基板裝載至該微影裝置中之後及在施加該圖案之前使用該裝置中之一位階感測器來量測橫越該基板之高度偏差，其中該控制該微影裝置以施加該圖案包含使用由該位階感測器量測之該等高度偏差來控制在一基板表面之一垂直方向上的該經施加圖案之定位，且其中表示用以計算該等校正之局域高度偏差之該資料包括由該位階感測器量測之該等高度偏差。
  12. 如請求項9之方法，其中控制該微影裝置以將該圖案重複性地施加至遍及該基板之順次目標部分，且該等校正包括針對一目標部分根據其在該基板上之位置而計算及應用的場間校正。
  13. 如請求項9之方法，其中對於每一目標部分之該等場間校正包括藉由參考該基板上之該目標部分之一徑向位置而計算之校正。
  14. 如請求項12之方法，其中該等校正進一步包括對每一目標部分獨立於橫越該基板之該目標部分之該位置而計算及應用的場內校正。
  15. 如請求項9之方法，其中該裝置經配置以將該圖案重複性地施加至遍及該基板之順次目標部分，且該等校正包括對每一目標部分獨立於橫越該基板之該目標部分之該位置而計算及應用的場內校正。
  16. 如請求項15之方法，其中基於在橫越許多目標部分而平均化時在每一目標部分內所觀測之高度偏差來計算該等場內校正。
  17. 一種包含機器可讀指令之非暫態電腦程式產品，該等機器可讀指令經組態以使一處理器系統：獲得一基板上之特徵之測定位置，該等位置係在平行於該基板之一平面之方向上予以量測；控制一微影裝置以將一圖案施加至該基板，及使用該等測定位置來控制在該等平行方向上的該經施加圖案之定位，在施加該圖案至該基板之前獲得表示橫越該基板量測之該基板之局域高度偏差之資料；及基於該等局域高度偏差之導數而計算及應用在該等平行方向中之至少一者上的該經施加圖案之該定位之校正。
  18. 一種包含一或多個硬體處理器之資料處理系統，該一或多個硬體處理器經程式化以執行請求項17中之該等指令。
  19. 一種包含機器可讀指令之非暫態電腦程式產品，該等機器可讀指令用於使一或多個處理器執行一如請求項9之方法之量測、控制、獲得及計算。
  20. 一種包含一或多個硬體處理器之資料處理系統，該一或多個硬體處理器經程式化以執行請求項19中之該等指令。
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