使用散射术计量的焦点测量的制作方法

本申请案主张2014年3月31日申请的第61/973,151号美国临时专利申请案的权益，所述临时申请案的全文以引用的方式全部并入本文中。

技术领域

本发明涉及计量的领域，且更特定来说，本发明涉及使用散射术计量的焦点测量。

背景技术：

光刻工具是用以将所要图案印刷到衬底上的机器。所述工具用以将图案从掩模转印到印刷于晶片上的个别集成电路层。转印通常经由成像到感光层(称为抗蚀剂)上而实施。随着图案元件的目标临界尺寸(CD)缩小，成像工艺窗(process window)缩小，这导致根据焦点深度(DOF)的更小的工艺窗。为控制印刷图案均匀性，必须测量光刻工具的参数且尤其是焦点的参数。举例来说，先进节点需要极其严密的焦点控制，例如跨晶片3σ<10nm。

王(Wong)等人2013年(《国际光学工程学会学报(Proc.of SPIE)》第8681,868137卷中的“用于扩展光学光刻的CD优化方法(CD optimization methodology for extending optical lithography)”)(所述文章的全文以引用的方式并入本文中)教示使用其中不对称性(即，左边缘与右边缘处的有效侧壁角度(SWA)之间的差异)通过焦点单调地改变的不对称目标以进行焦点测量(参见参考1)。SWA差异展现为介于所测量散射术信号中的+1与-1衍射级之间的强度差。然而，由王等人教示的目标间距是产品间距的至少四倍，这使得目标对光刻工具像差敏感。另一问题在于，当SWA角度不对称性小时，信号差异变小，从而导致不准确结果。

斯帕齐亚尼(Spaziani)等人2012年(《国际光学工程学会学报》第8324，83241L卷中的“使用内联计量的光刻工艺控制(Lithography process control using in-line metrology)”)以及布伦纳(Brunner)及奥许希茨(Ausschnitt)2007年(《国际光学工程学会学报》第6518-2卷中的“工艺监测器光栅(Process Monitor Gratings)”)(所述文章的全文以引用的方式并入本文中)教示使用其中针对对剂量及焦点变化的更高敏感性设计目标的焦点剂量图案及工艺监测光栅以进行焦点测量。通过使用散射条技术、线端技术及禁用间距，目标变得更敏感。然而，关于目标的小景深(DOF)及图案在整个工艺窗范围内的印刷性，所述目标是不利的。测量方法使用散射术模型库方法，这使其对模型误差更敏感。

第20140141536号美国专利公开案(所述公开案的全文以引用的方式并入本文中)揭示包含一组单元结构的分段掩模。每一单元结构包含具有沿第一方向的不可分辨分段间距的一组特征。沿所述第一方向的所述不可分辨分段间距小于光刻印刷工具的照明。所述单元结构具有沿垂直于所述第一方向的第二方向的间距。所述不可分辨分段间距适于产生印刷图案，以使光刻工具的最佳焦点位置移位选定量，以实现焦点敏感性的选定水平。

技术实现要素：

以下是提供对本发明的初始理解的简化概述。所述概述不一定识别关键元件也不限制本发明的范围，而仅用作对以下描述的引言。

本发明的一个方面提供一种目标设计，其包括包含具有特征为在第一方向上的第一间距的多个重复(recurring)元件的周期性结构的目标设计，其中所述元件沿垂直于所述第一方向的第二方向以第二间距为周期且在所述第二方向上的特征为具有所述第二间距的交替的对焦点敏感及对焦点不敏感的图案。

本发明的这些额外及/或其它方面及/或优点阐述于以下详细描述中；可从所述详细描述推论；及/或可通过本发明的实践学习。

附图说明

为更好理解本发明的实施例且展示可如何实施所述实施例，现将仅经由实例的方式参考附图，其中相似数字始终指定对应元件或区段。

在附图中：

图1是根据本发明的一些实施例的掩模上的目标设计、所产生目标及其散射术测量的阶层示意图。

图2A到2F是根据本发明的一些实施例的目标设计的高阶示意图。

图3A到3C示意性地说明根据本发明的一些实施例的用于产生元件110的模拟结果。

图4是根据本发明的一些实施例的使用晶片上使用目标设计产生的目标来测量焦点的高阶示意图。

图5A及5B是根据本发明的一些实施例的目标设计的高阶示意图。

图6A到6C是根据本发明的一些实施例的目标设计的高阶示意图。

图7是说明根据本发明的一些实施例的方法的高阶流程图。

具体实施方式

在阐述详细描述之前，阐述下文中将使用的某些术语的定义可为有帮助的。

如本申请案中使用的术语“对焦点不敏感的图案”指代连续的且未经再分且特征为均匀临界尺寸的目标设计中的元件的区域。如本申请案中使用的术语“对焦点敏感的图案”指代经再分(例如，在任何方向上分段或包含间隙)及/或特征为非均匀临界尺寸的目标设计中的元件的区域。

现详细特定参考图式，强调所示的详情是作为实例且仅出于对本发明的优选实施例的阐释性论述的目的，且经呈现以便提供被认为是对本发明的原理及概念方面的最有用且更容易理解的描述。在这方面，并未试图比本发明的基础理解所必需的描述更详细地展示本发明的结构细节，图式所采取描述使所属领域的技术人员明白如何可在实践中体现本发明的若干形式。

在详细说明本发明的至少一个实施例之前，应理解，本发明并不使其应用受限于以下描述中所阐述或图式中所说明的组件的构造及布置的细节。本发明适用于其它实施例或以各种方式实践或实施。此外，应理解，本文中所采用的措辞及术语是出于描述的目的且不应视为限制性。

图1是根据本发明的一些实施例的掩模上的目标设计100、所产生目标101及其散射术测量96A、96B的阶层示意图。

目标设计100包括具有特征为第一方向(x)上的第一间距135的多个重复元件110的周期性结构。元件110自身沿垂直于第一方向的第二方向(y)以第二间距130为周期。元件110在第二方向上的特征为分别具有第二间距130的交替的对焦点敏感的图案120及对焦点不敏感的图案125。对焦点不敏感的图案125在从掩模上的元件宽度140产生之后可具有第一临界尺寸(CD_a)。对焦点敏感的图案125在从掩模印刷之后可展现第二临界尺寸(CD_b)。在某些实施例中，第二临界尺寸CD_b取决于在目标101的产生期间的焦点。在某些实施例中，在晶片上产生第二临界尺寸CD_b之后，仅在满足指定焦点要求时，第二临界尺寸CD_b才可等于第一临界尺寸CD_a。

具有所产生元件111的所产生目标101特征为第一方向(x)上的间距P_x，且在CD_b不同于CD_a(以放大方式说明)的情况下特征可为第二方向(y)上的间距P_y。间距P_y可设计为间距P_x(其可类似于装置间距)的数倍大小，且除零衍射级(zeroth diffraction order)之外，还通过计量工具80实现±一衍射级(first diffraction order)的散射术测量(96B)。因此散射术测量可用以估计以其产生目标101的焦点。

图2A到2F是根据本发明的一些实施例的目标设计100的高阶示意图。图2A到2F表示用以产生晶片上的目标101的相应光刻掩模上的目标设计100。应注意，如上文说明，取决于例如焦点及剂量的产生参数，晶片上的目标设计100的实际产生形式101可不同于掩模上的目标设计100。图2A到2F示意性地说明目标设计100的非限制性可能，其可根据下文呈现的原理而修改。

目标设计100可包括具有特征为第一方向(x)上的第一间距135且沿垂直于第一方向的第二方向(y)也以第二间距130为周期的多个重复元件110的周期性结构。元件110在第二方向上的特征可为以第二间距130交替的交替的对焦点敏感的图案120及对焦点不敏感的图案125。

在某些实施例中，在产生之后，第一对焦点不敏感的图案125可具有标记为CD_a的第一临界尺寸，且第二对焦点敏感的图案120可具有标记为CD_b的第二临界尺寸。在某些实施例中，在晶片上产生所述后者对焦点敏感的图案120之后，仅在满足指定焦点要求时，对焦点敏感的图案120才可展现第一临界尺寸(CD_a)。在不当聚焦之后，可产生例如在CD_b与CD_a之间的不同临界尺寸。

在某些实施例中，第一间距135可经产生以产出接近于产品间距的P_x，且所产生第一临界尺寸(CD_a)可小于所产生间距P_x的一半。在某些实施例中，第二间距130可经产生以产出可为第一临界尺寸(CD_a)的1¹/₂到2倍的P_y。在某些实施例中，第二临界尺寸(CD_b)可为第一临界尺寸(CD_a)的1/2到1倍。在某些实施例中，P_y可为P_x的4到6倍。在某些实施例中，目标设计100可经配置以在散射术测量之后产生产出零衍射级信号96A的P_x，且产生产出零衍射级信号以及±一衍射级信号96B的P_y。

在某些实施例中，第二对焦点敏感的图案120可以次分辨率间距分段。可以不同方式设计对焦点敏感的图案120，所述不同方式中的一些在图2A到2F中说明。举例来说，对焦点敏感的图案120可包括水平元件121及/或垂直元件122。术语“水平”在此上下文中理解为沿x方向(即，沿第一间距135且分别沿元件110的短尺寸)，而术语“垂直”在此上下文中理解为沿y方向(即，沿第二间距130且分别沿元件110的长尺寸)。水平元件121或垂直元件122可单独界定对焦点敏感的图案120(例如，参见图2A、2F)，或水平元件121及垂直元件122可经组合以形成对焦点敏感的图案120(图2B到2E)。水平元件121及/或垂直元件122可为周期性的(图2A到2F说明水平元件121为周期性的，然而水平元件121不必为周期性的；且图2C、2E说明垂直元件122具有不同的周期性方向)，且在对焦点敏感的图案120内的长度可变化(例如，图2F)。可根据产生及测量工具及参数以及根据所需焦点敏感性优化次分辨率元件121、122的尺寸。示范性特征尺寸包括取决于具体设计的水平元件121的长度141、145及宽度142、垂直元件122的长度(未标定)及宽度143、144。

可使用目标设计100测量光刻工具焦点偏移。目标设计100可经配置以稳健、对焦点敏感且与产品相关。测量方法可经配置以使用零衍射级信号及第一衍射级信号或其部分(例如，+1及/或-1级)。所产生目标设计100的间距(P_x)及/或所产生目标设计100的临界尺寸(CD_a)可接近于产品间距。以非限制性方式，使用线图案来说明目标设计100，且CD_a是说明为约或小于一半的P_x。在某些实施例中，CD_a可接近于产品CD及/或可为例如P_x的30％到70％。

沿不同于主测量方向(P_x沿所述方向设计)的方向(通常垂直于主测量方向)可实现所产生目标101对焦点参数的增强的敏感性。因此，沿所述方向，通过沿元件110产生交替的图案120、125而形成次间距P_y。应注意，虽然图2A到2F中仅说明一个对焦点敏感的图案120，但取决于元件110的长度，可沿其设计多种改变及多个对焦点敏感的图案120。目标设计100中的一些或全部元件110可(分别)包括交替的对焦点敏感的图案120及对焦点不敏感的图案125，且不同元件110可包括不同图案120及/或125，而产出不同间距P_y及/或不同临界尺寸CD_b。

在某些实施例中，次间距130可大于第一间距135，例如高达四到六倍大，且例如介于400nm到1200nm之间。第一临界尺寸(CD_a)可接近于产品CD且可为例如P_x的30％到70％。第二临界尺寸(CD_b)可为例如P_y的30％到70％。

可由次分辨率特征121、122图案化第二对焦点敏感的图案120，即，所产生目标101中不必复制但影响所产生元件111的相应部分的临界尺寸的特征。因此，至少在例如焦点及剂量的正确光刻参数的情况中，目标设计100可印刷为第一与第二图案120、125之间无区别的周期性结构，且通过与此预期周期性结构的偏差可指示例如焦点及剂量的不当光刻参数的使用，例如参数超出指定公差范围。可使用且设计对焦点敏感的图案120的细节来界定及调整敏感区域及公差范围。

在某些实施例中，对焦点敏感的图案120及对焦点不敏感的图案125对剂量改变可具有类似敏感性，而图案120、125在其焦点敏感性方面可不同，即，在剂量改变下，CD_b可保持近似等于CD_a，而在焦点改变下，CD_b可取决于焦点偏差的程度而从CD_a偏离。在某些实施例中，元件111的均匀性或元件111内的所产生图案120、125之间的对称性可用作用于估计焦点偏差或焦点正确性的度量。

图3A到3C示意性地说明根据本发明的一些实施例的用于产生元件110的模拟结果。使用PROLITH作为模拟工具，图3A说明由所说明的目标设计(类似于图2B)产生的抗蚀剂结构111的CD_a-CD_b与具有值-60nm、0及+60nm的焦点改变及具有值-1mJ/cm²、0、+1mJ/cm²的剂量改变的相依性。图3B及3C描绘每一CD_a、CD_b对于焦点改变(图3B)及剂量改变(图3C)的结果。在所说明的实施例中，CD_b不等于CD_a，且差CD_a-CD_b明显取决于焦点偏差，且因此可用以指示焦点偏差。应注意，CD_a及CD_b以类似方式取决于剂量，且因此可独立于剂量参数测量焦点参数。

图4是根据本发明的一些实施例的使用晶片90上使用目标设计100产生的目标101测量焦点的高阶示意图。照明源85用以从目标101导出衍射信号95。衍射信号95示意性地说明于图4的右手侧，展示零级信号96A依据波长(沿x方向)而变化，且沿y方向展示零衍射级信号及±一衍射级信号两者96B。

图5A及5B是根据本发明的一些实施例的目标设计100的高阶示意图。某些实施例包括具有多个子目标100A、100B、包括类似元件110且以不同于第一间距135的间距136分离成相异群组的目标设计100(图5A)。某些实施例包括具有两种或两种以上类型的元件110(例如，具有不同对焦点敏感的图案120的元件110A、110B)的目标设计100。在图5B中说明的非限制性实例中，元件110A、110B是图2A、2B中所呈现的类型，分别由图2A中的水平元件121A及图2B中的水平元件121B及垂直元件122B组成。因此，目标设计100特征为两个相异水平间距，邻近元件110A、110B之间的间距135及邻近类似元件110A(或类似元件110B)之间的另一间距136(＝2·间距135)。元件110A、110B中的对焦点敏感的图案120之间的差异可用以增强从其导出焦点测量的准确性。示范性特征尺寸包括取决于具体设计的水平元件121、121A、121B的长度141、146及宽度142、148，垂直元件122、122B的长度(未标定)及宽度143、147。

某些实施例包括具有两个或两个以上子目标100A、100B的目标设计100，其中元件110在其对焦点敏感的图案120方面不同。使用多个对焦点敏感的图案120增强从其导出焦点测量的准确性。图6A到6C是根据本发明的一些实施例的目标设计100的高阶示意图。在非限制性实例中，所述三种设计中的子目标100A类似于图2A(具有水平元件121A)，而子目标100B分别根据图2B、图2F及2E中引入的图案修改(在图6A及6C中具有水平元件121B及垂直元件122)。两个或两个以上子目标设计的任何组合可用作目标设计100。在所说明的情况中，子目标100A、100B特征为第一间距135，而子目标100A、100B以较大间距136设计。示范性特征尺寸包括取决于具体设计的水平元件121A、121B的长度141、146及宽度142、148、149，垂直元件122的长度(未标定)及宽度147、150。

图7是说明根据本发明的一些实施例的方法200的高阶流程图。方法200中的设计阶段可至少部分由计算机处理器实施。

方法200可包括设计周期性目标以具有在第一方向上的第一间距以及具有沿垂直方向的第二间距的具有交替的对焦点敏感及对焦点不敏感的图案的元件(阶段210)。在某些实施例中，方法200可包括以次分辨率间距分段对焦点敏感的图案(阶段212)。

方法200可进一步包括设计对焦点不敏感的图案以在产生之后具有第一临界尺寸，及设计对焦点敏感的图案以在产生之后具有第二临界尺寸，仅在满足指定焦点要求时，第二临界尺寸才等于第一临界尺寸(阶段215)。

举例来说，方法200可包括将第二间距设计为第一间距的4到6倍，且将第二临界尺寸设计为第一临界尺寸的1/2到1倍(阶段220)。

方法200可包括配置目标以由散射术测量，其中第一间距经配置以产出零级信号，且第二间距经配置以产出零级信号及至少一个一级信号(阶段225)。

方法200可包括产生经设计目标(阶段230)及通过测量所产生的对焦点敏感的图案而确认工具的焦点(阶段240)。

方法200可进一步包括从具有不同临界尺寸及/或间距的经设计目标制备FEM(焦点曝光矩阵)晶片(阶段250)，及从所测量目标信号与从FEM晶片测量的信号的比较导出焦点参数(阶段255)。

方法200可进一步包括从具有不同临界尺寸及/或间距的经设计目标的散射术测量导出模型(阶段260)，及根据所述模型从所测量目标信号导出焦点参数(阶段265)。所述模型可通过第2013/0110477号美国专利申请案中描述的方法导出，所述专利申请案揭示用于计量的以工艺变化为基础的模型优化，且其全文以引用的方式并入本文中。

有利地，与现有技术相比，目标设计100及方法200提供对扫描器焦点的更高敏感性以及良好的目标印刷性。使用CD变化、散射术信号参数与焦点之间的关系来导出焦点偏差。在某些实施例中，所产生目标101以接近于产品间距的主间距(P_x)为周期，且包括具有至少一个重复的对焦点敏感的图案的垂直结构，所述图案具有大于由散射计工具使用的照明波长的间距P_y。目标设计100可包括具有不同焦点敏感性的两个或两个以上子目标。可使用信号模型或参考目标从相应衍射信号(例如，零级、+一级及/或–一级)导出焦点。可使用多个目标或子目标以解相关焦点及剂量测量及/或偏差。

在某些实施例中，膜垫目标可用于底层解相关。可从膜垫目标的测量提取衍射级信号(例如，零级)。使用膜垫目标测量的信号可前馈到具有上述敏感性焦点目标(focus target)的光栅上的测量。在某些实施例中，使用膜垫目标的底层解相关可增加焦点测量的准确性。

在上文描述中，实施例是本发明的实例或实施方案。“一个实施例”、“实施例”、“某些实施例”或“一些实施例”的各种出现不一定都指代相同实施例。

尽管可在单一实施例的上下文中描述本发明的各种特征，但所述特征也可单独提供或以任何合适组合提供。相反，尽管为清楚起见在本文中可在单独实施例的上下文中描述本发明，但本发明也可实施于单个实施例中。

本发明的某些实施例可包含来自上文所揭示的不同实施例的特征且某些实施例可并入来自上文所揭示的其它实施例的元件。本发明的元件在特定实施例的上下文中的揭示不应被视为限制其仅用于所述特定实施例中。

此外，应理解，可以各种方式实施或实践本发明，且本发明可实施于除上文描述中概述的实施例外的某些实施例中。

本发明不限于所述图式或对应描述。举例来说，流程无需移动通过每一所说明的图框或状态，或以与所说明及描述完全相同的顺序进行。

除非另外定义，否则本文使用的技术术语及科学术语的意义应为本发明所属的技术领域的一般技术人员所常理解的意义。

虽然已关于有限数目个实施例描述本发明，但这些实施例不应解释为限制本发明的范围，而是应作为一些优选实施例的例证。其它可能变化、修改及应用也在本发明的范围内。因此，本发明的范围不应由迄今已描述的内容限制，而是由所附权利要求书及其合法等效物限制。