確定劑量和焦點的方法、檢查設備、圖案形成裝置、襯底及器件制造方法
【專利說明】確定劑量和焦點的方法、檢查設備、圖案形成裝置、襯底及 器件制造方法
[0001] 相關申請的奪叉引用
[0002] 本申請涉及2012年11月30日提交的美國臨時專利申請No. 61/731，947和2012 年12月27日提交的美國臨時申請No. 61/746, 384,該申請通過整體引用并入本文。
技術領域
[0003] 本發明涉及用于在通過光刻技術制造器件時例如利用光瞳面檢測或暗場散射測 量來確定可用的光刻設備的曝光劑量和焦點的方法及設備，并且涉及使用光刻技術來制造 器件的方法。
【背景技術】
[0004] 光刻設備是將期望的圖案施加到襯底上、一般是襯底的目標部分上的機器。可以 例如在集成電路（1C)的制造中使用光刻設備。在這樣的情況中，可選地稱作掩模或掩模版 的圖案形成裝置可以用于產生待形成在1C的單個層上的電路圖案。該圖案可以被轉移到 襯底（例如，硅晶片）上的目標部分（例如，包括一部分、一個或多個裸片）上。圖案的轉 移典型地是經由向設置于襯底上的輻射敏感材料層（抗蝕劑）上成像來進行。通常，單一 襯底將含有連續地被形成圖案的相鄰目標部分的網絡。已知的光刻設備包括：所謂的步進 器，其中通過使整個圖案一次曝光到目標部分上來照射各目標部分；和所謂的掃描器，其中 通過在給定方向（"掃描"方向）上通過輻射光束掃描圖案而同步地平行于或反向平行于 該方向掃描襯底來照射各目標部分。也可以通過將圖案壓印到襯底上而使圖案從圖案形成 裝置轉移至襯底。
[0005] 在光刻工藝中，期望頻繁地對所創建的結構進行測量以例如用于過程控制和驗 證。用于進行這樣的測量的各種工具是已知的，包括通常用以測量臨界尺寸（CD)的掃描 電子顯微鏡和用以測量重疊（器件中的兩個層的對準精度）和光刻設備的離焦的專門的工 具。近年來，已開發出用于在光刻領域中使用的各種形式的散射儀。這些裝置將輻射的光 束定向到目標上并且測量散射輻射的一個或多個性質一例如，作為波長的函數的在單一反 射角度處的強度；作為反射角度的函數的在一個或多個波長處的強度；或者作為反射角度 的函數的偏振一以獲得通過其能夠確定目標的所感興趣的性質的"光譜"。感興趣的性質的 確定可以通過各種技術來進行：例如，通過諸如嚴格耦合波分析或有限元法等的迭代方法 進行的目標結構的重構；庫搜索；和主成分分析。
[0006] 傳統散射儀使用的目標是相對大的例如40 ymX40 ym的光柵，并且測量光束產 生小于光柵的光斑（即，光柵被欠填充）。這使目標的數學重構簡化，因為它可以視為無限 大。然而，為了將目標的大小減小至例如lOymXlOym或更小，例如，這樣可以將它們定位 在產品特征之中而不是在劃道中，已提出其中將光柵做成小于測量光斑（即，光柵被過填 充）的量測方法。典型地，利用其中零階衍射（對應于鏡面反射）被阻止并且只處理較高 階的暗場散射測量來測量這樣的目標。
[0007] 利用衍射階的暗場檢測進行的基于衍射的重疊使得能夠在較小目標上進行重疊 測量。這些目標可以小于照射光斑并且可以被晶片上的產品結構包圍。可以在一個圖像上 測量多個目標。
[0008] 在已知的量測技術中，在或者使目標轉動或者改變照射模式或成像模式以單獨獲 得-1和+1衍射階的強度時，通過在一定條件下測量目標兩次來獲得重疊測量結果。針對 給定光柵比較這些強度提供了光柵中的不對稱性的測量。
[0009] 成對的堆疊光柵中的不對稱性可以被用作重疊誤差的指示符。類似地，焦點敏感 光柵中的不對稱性可以被用作離焦的指示符。
[0010] 然而，導致散射儀光瞳中的不對稱性改變的任何影響都將歸因于掃描儀離焦。一 個這種影響是曝光劑量。曝光劑量變化難以測量，尤其是用小型裸片目標。
[0011] 典型地通過臨界產品結構的線寬度（臨界尺寸CD)來測量由光刻設備、掩模版和 處理的組合產生的有效曝光劑量。用于這樣的測量的檢查設備包括諸如CD-SEM(掃描電子 顯微鏡）和散射儀等的量測工具。
[0012] 然而，⑶-SEM相對慢并且具有典型為0. 25nm-lnm 3-sigma的噪聲水平。此外，雖 然散射儀是非常敏感的量測工具，但敏感度為寬范圍的特征參數。來自構成目標的材料的 底層堆疊中的變化的單獨的CD變化需要精細的散射儀設定選配方案創建和優化。此外，用 于⑶測量的散射測量典型地要求大目標（例如40 y mX40 y m)。
【發明內容】
[0013] 期望更直接地測量曝光劑量并提高焦點測量的精度。此外，期望這能夠應用于可 以用基于暗場圖像的技術讀出的小目標結構。
[0014] 根據第一示例，提供一種確定光刻工藝中使用的光刻設備在襯底上的曝光劑量的 方法，方法包括以下步驟：(a)接收包括使用光刻工藝產生的第一結構和第二結構的襯底； (b)在利用輻射來照射第一結構時檢測散射輻射，以獲得第一散射儀信號；（c)在利用輻射 來照射第二結構時檢測散射輻射，以獲得第二散射儀信號；和（d)使用第一散射儀信號和 第二散射儀信號來確定用于產生第一結構的曝光劑量值，該確定基于：第一結構具有至少 一個特征，該至少一個特征具有取決于光刻設備在襯底上的曝光劑量的形式；和第二結構 具有至少一個特征，該至少一個特征具有取決于光刻設備在襯底上的曝光劑量的形式，但 與第一結構相比對光刻設備在襯底上的曝光劑量具有不同的敏感度。
[0015] 根據另一示例，提供一種確定光刻工藝中使用的光刻設備在襯底上的曝光劑量的 方法，方法包括以下步驟：接收包括使用光刻工藝產生的第三結構的襯底；在利用輻射來 照射第三結構時檢測散射輻射，以獲得第三散射儀信號；以及使用第三散射儀信號來校正 使用第一示例的方法獲得的用于光刻設備在襯底上的焦點的曝光劑量值，該校正基于第三 結構具有至少一個特征，該至少一個特征具有如下輪廓，該輪廓具有取決于光刻設備在襯 底上的焦點的形式。
[0016] 根據進一步的示例，提供一種確定光刻工藝中使用的光刻設備在襯底上的焦點的 方法，方法包括以下步驟：接收包括產生的第三結構的襯底；在利用輻射來照射第三結構 時檢測散射輻射以獲得第三散射儀信號；以及基于第三結構具有至少一個特征，利用第三 散射儀信號和使用第一示例的方法獲得的曝光劑量值來確定用于產生第三結構的焦點值， 該至少一個特征具有如下輪廓，該輪廓具有取決于光刻設備在襯底上的焦點的形式。
[0017] 根據又進一步的示例，提供一種檢查設備，用于確定光刻工藝中使用的光刻設備 在襯底上的曝光劑量，檢查設備包括：照射系統，被配置成利用輻射來照射使用光刻工藝在 襯底上產生的第一結構和第二結構；檢測系統，被配置成檢測通過照射第一結構產生的散 射輻射以獲得第一散射儀信號，并且被配置成檢測通過照射第二結構產生的散射輻射以獲 得第二散射儀信號；和處理器，被配置成使用第一散射儀信號和第二散射儀信號來確定用 于產生第一結構的曝光劑量值，該確定基于：第一結構具有至少一個特征，該至少一個特征 具有取決于光刻設備在襯底上的曝光劑量的形式；和第二結構具有至少一個特征，該至少 一個特征具有取決于光刻設備在襯底上的曝光劑量的形式，但與第一結構相比對光刻設備 在襯底上的曝光劑量具有不同的敏感度。
[0018] 根據另一示例，提供一種圖案形成裝置，用于確定光刻工藝中使用的光刻設備在 襯底上的曝光劑量，圖案形成裝置包括目標圖案，目標圖案包括：第一子圖案，被配置成使 用光刻工藝產生第一結構，第一結構具有至少一個特征，該至少一個特征具有取決于光刻 設備在襯底上的曝光劑量的形式；和第二子圖案，被配置成使用光刻工藝產生第二結構，第 二結構具有至少一個特征，該至少一個特征具有取決于光刻設備在襯底上的曝光劑量的形 式，但與第一結構相比對光刻設備在襯底上的曝光劑量具有不同的敏感度。
[0019] 根據再進一步的示例，提供一種襯底，用于確定光刻工藝中使用的光刻設備在襯 底上的曝光劑量，襯底包括目標，目標包括：具有至少一個特征的第一結構，該至少一個特 征具有如下輪廓，該輪廓具有取決于光刻設備在襯底上的焦點和曝光劑量的不對稱性；和 具有至少一個特征的第二結構，該至少一個特征具有如下輪廓，該輪廓具有取決于光刻設 備在襯底上的焦點和曝光劑量的形式，但與第一結構相比對光刻設備在襯底上的焦點不太 敏感，并且與第一結構相比對光刻設備在襯底上的曝光劑量更加敏感。
[0020] 根據另一示例，提供一種制造器件的方法，其中器件圖案使用光刻工藝被施加至 一系列襯底，方法包括使用根據第一示例的方法利用襯底中的至少一個來確定光刻設備的 曝光劑量，并且根據確定曝光劑量的方法的結果來控制用于之后的襯底的光刻工藝。
[0021] 下面參照附圖詳細描述發明的進一步特征和優點以及發明的各種實施例的結構 和操作。需要注意的是，發明不限于本文中描述的具體實施例。這樣的實施例在本文中只 呈現用于說明性的目的。對于本領域技術人員而言，基于在本文中包含的教導的附加實施 例是顯而易見的。
【附圖說明】
[0022] 在本文中所包含并且形成說明書的一部分的附圖圖示出本發明，并且與描述一起 進一步用于說明發明的原理并用于使得本領域技術人員能夠進行和使用發明。
[0023] 圖1描繪了根據發明的實施例的光刻設備。
[0024]圖2描繪了根據發明的實施例的光刻單元或簇。
[0025] 圖3A至圖3D示出（a)根據發明的實施例的用于在測量目標時使用的暗場散射儀 的示意圖，使用了第一對照射孔徑，（b)對于給定照射方向的目標光柵的衍射光譜的細節， (c) 在使用基于衍射的重疊測量用散射儀中，提供了進一步照射模式的第二對照射孔徑，和 (d) 將第一與第二對孔徑組合的第三對照射孔徑。
[0026] 圖4描述了襯底上的多個光柵目標的已知形式和測量光斑的外輪廓。
[0027]圖5描述了在圖3的散射儀中獲得的圖4的目標的圖像。
[0028] 圖6是示出使用圖3的散射儀并且適于形成本發明的實施例的離焦測量方法的步 驟的流程圖。
[0029] 圖7圖示出焦點敏感不對稱光柵圖案。
[0030] 圖8是圖示出對于圖7的光柵圖案的曝光的側壁角差對焦點設定的依賴性的圖 表。
[0031] 圖9是對于與圖7的光柵圖案類似的光柵圖案的曝光的用散射儀測量的不對稱性 對光刻設備的離焦的圖表。
[0032] 圖10a和圖10b圖示出具有不同劑量敏感度的劑量敏感對稱的光柵圖案。
[0033] 圖11是圖示出對于圖10a的光柵圖案的曝光的臨界尺寸對光刻設備的焦點和劑 量設定的依賴性的圖表。
[0034] 圖12圖示出劑量敏感不對稱光柵圖案。
[0035] 圖13是對于圖12的光柵圖案的曝光的側壁角差對光刻設備的焦點和劑量設定的 依賴性的圖表。
[0036] 圖14a、圖14b和圖15示意性地圖示出適用于暗場圖像檢測散射測量的組合焦點 敏感與差分劑量敏感的目標。
[0037] 圖16是利用暗場散射測量使用不對稱差分劑量敏感光柵的根據本發明的實施例 的確定劑量與焦點的方法的流程圖。
[0038]圖17是利用暗場散射測量使用對稱差分劑量敏感光柵的根