CN108700826B - 控制图案化工艺的方法、光刻设备、量测设备光刻单元和相关联的计算机程序 - Google Patents

控制图案化工艺的方法、光刻设备、量测设备光刻单元和相关联的计算机程序 Download PDF

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Abstract

一种方法以及相关联的设备和计算机程序，用于确定针对图案化工艺的感兴趣参数(诸如临界尺寸)的校正。该方法包括确定针对曝光控制参数的曝光控制校正，并且可选地基于结构的感兴趣参数的测量值、曝光控制关系和工艺控制关系来确定针对工艺控制参数的工艺控制校正。曝光控制关系描述感兴趣参数对曝光控制参数的依赖性，并且工艺控制关系描述感兴趣参数对工艺控制参数的依赖性。曝光控制校正和工艺控制校正可以被共同优化，以最小化后续经曝光和处理的结构的感兴趣参数相对于目标感兴趣参数的变化。

Description

控制图案化工艺的方法、光刻设备、量测设备光刻单元和相关 联的计算机程序
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年2月23日提交的美国申请62/298,882的优先权，该申请通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开涉及可用于例如通过光刻技术来制造器件的光刻方法和设备，以及使用光刻技术来制造器件的方法。
背景技术
光刻设备是一种将期望图案施加到衬底上、通常施加到衬底的目标部分上的机器。例如，光刻设备可以用于制造集成电路(IC)。在那种情况下，可以使用图案形成装置(其备选地称为掩模或掩模版)来生成要在IC的单个层上形成的电路图案。该图案可以转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分、一个或几个裸片)上。图案的转移通常经由到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上的成像来进行。通常，单个衬底将包含相继被图案化的相邻目标部分的网络。在图案化工艺中，经常需要对所产生的结构进行测量，例如，用于工艺控制和验证。用于进行这样的测量的各种工具是已知的，包括通常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜、以及用于测量套刻精度的专用工具，套刻精度是装置中两个层的对准准确度的量度。套刻精度可以根据两个层之间的未对准程度来描述，例如，对1nm的测量套刻精度的引用可以描述两个层未对准1nm的情况。
各种形式的散射仪已经被开发用于光刻领域。这些设备将辐射束引导到目标上并且测量散射辐射的一个或多个性质(例如作为波长的函数的单个反射角度的强度；作为反射角的函数的一个或多个波长处的强度；或者作为反射角的函数的偏振)，以获得可以根据其确定目标的感兴趣的性质的“光谱”。感兴趣的性质的确定可以通过各种技术来执行：例如通过诸如严格耦合波分析或有限元方法等迭代方法重建目标；库搜索；以及主成分分析。
发明内容
重要的感兴趣性质是临界尺寸(CD)。重要的是，在整个衬底(例如，晶片)之上形成具有准确临界尺寸控制的结构。这可以通过基于CD的测量值来确定光刻或蚀刻工艺的控制参数的空间分辨校正来实现。然而，并非所有类型的结构对控制参数的变化做出相同的反应。
在一个方面，提供了一种控制图案化工艺的感兴趣参数的方法，该方法包括：基于在工艺条件下根据至少一个结构对感兴趣参数的确定，并且基于曝光控制关系和工艺控制关系，来确定针对曝光控制参数的曝光控制校正，其中曝光控制关系描述感兴趣参数对曝光控制参数的依赖性，并且工艺控制关系描述感兴趣参数对工艺控制参数的依赖性。
在一个方面，提供了一种光刻设备、量测设备或光刻单元，其可操作用于执行如本文中描述的方法。
在一个方面，提供了一种计算机程序和计算机程序载体，计算机程序包括处理器可读指令，处理器可读指令当在合适的处理器控制的装置上运行时引起处理器控制的装置执行如本文中描述的方法，计算机程序载体包括这样的计算机程序。处理器控制的装置可以包括前述光刻设备、量测设备或光刻单元。
下面参考附图详细描述其他特征和优点以及各种实施例的结构和操作。注意，本发明不限于本文中描述的具体实施例。这样的实施例在本文中仅出于说明的目的被呈现。基于本文中包含的教导，其他实施例对于相关领域的技术人员将是显而易见的。
附图说明
现在将参考附图仅通过示例的方式描述实施例，在附图中：
图1描绘了光刻设备以及形成用于半导体器件的生产设施的其他装置；
图2A是用于在使用第一对照射孔径来测量目标时使用的暗场散射仪的示意图；
图2B是用于给定照射方向的目标光栅的衍射光谱的细节；
图3A示意性地示出了两个结构类别的示例CD测量值的最佳可能校正；
图3B示意性地示出了进一步校正一个结构类别的CD的效果及其对另一结构类别的CD的影响；
图4示意性地示出了根据一个实施例的校正步骤；以及
图5是描述根据一个实施例的方法的流程图。
具体实施方式
在详细描述实施例之前，提供可以实现实施例的示例环境是有益的。
图1在200处示出了作为实施大批量光刻制造工艺的工业设施的一部分的光刻设备LA。在本示例中，制造工艺被适配用于在诸如半导体晶片等衬底上制造半导体产品(集成电路)。本领域技术人员将认识到，可以通过在这个工艺的变体中处理不同类型的衬底来制造各种各样的产品。半导体产品的生产纯粹用作现今具有商业意义的示例。
在光刻设备(或简称为“光刻工具”200)内，在202处示出了测量站MEA，并且在204处示出了曝光站EXP。在206处示出了控制单元LACU。在这个示例中，每个衬底访问测量站和曝光站以便被施加图案。在光学光刻设备中，例如，使用投影***来使用经调节的辐射和投影***将来自图案形成装置MA的产品图案转移到衬底上。这是通过在辐射敏感抗蚀剂材料层中形成图案的图像来完成的。
针对所使用的曝光辐射或者针对诸如浸没液体的使用或真空的使用等其他因素，视情况而定，本文中使用的术语“投影***”应当被广义地解释为涵盖任何类型的投影***，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电型光学***或其任何组合。图案形成装置MA可以是掩模或掩模版，其将向由图案形成装置透射或反射的辐射束赋予图案。已知的操作模式包括步进模式和扫描模式。已知，投影***可以以各种方式与衬底和图案形成装置的支撑和定位***协作，以跨衬底向很多目标部分施加期望的图案。可以使用可编程图案形成装置来代替具有固定图案的掩模版。例如，辐射可以包括深紫外(DUV)或极紫外(EUV)波段的电磁辐射。本公开还适用于其他类型的光刻工艺，例如压印光刻和直写光刻，例如通过电子束。
光刻设备控制单元LACU控制各种致动器和传感器的所有移动和测量，以接纳衬底W和掩模版MA并且实现图案化操作。控制单元LACU还包括信号处理和数据处理能力，以实现与设备的操作相关的期望的计算。在实践中，控制单元LACU将被实现为多个子单元的***，每个子单元处理设备内的子***或部件的实时数据采集、处理和控制。
在曝光站EXP处向衬底施加图案之前，在测量站MEA处处理衬底，使得可以执行各种预备步骤。预备步骤可以包括使用水平传感器绘制衬底的表面高度和/或使用对准传感器测量衬底上的对准标记的位置。对准标记名义上布置为规则的栅格图案。然而，由于在创建标记时的不准确性以及还由于整个处理过程中发生的衬底的变形，标记可能偏离理想栅格。因此，除了测量衬底的位置和取向之外，如果设备要以非常高的精度在正确的位置处印刷产品特征，则实际上对准传感器必须详细地测量衬底区域上的很多标记的位置。光刻设备LA例如可以是所谓的双级型，其具有两个平台和两个或更多个站：曝光站以及一个或多个测量站，平台可以在这些两个或更多个站之间进行交换。该设备可以具有至少一个衬底台和至少一个测量台(其不保持衬底)。可以使用测量台进行测量，同时使用衬底台曝光衬底。该设备可以具有两个衬底台，每个衬底台具有由控制单元LACU控制的定位***。当一个衬底台上的一个衬底在曝光站EXP处被曝光时，另一衬底可以被装载到测量站MEA处的另一衬底台上，使得可以执行各种预备步骤。因此，对准标记的测量是耗时的，并且提供两个衬底台能够显著增加设备的吞吐量。
在生产设施内，设备200形成“光刻单元”或“光刻簇”的一部分，其还包含涂覆设备208，涂覆设备208被配置为向衬底W施加光致抗蚀剂和/或一个或多个其他涂层，以由设备200进行图案化。在设备200的输出侧，设置有烘烤设备210和显影设备212，用于将经曝光的图案显影成物理抗蚀剂图案。在所有这些设备之间，衬底处理***负责支撑衬底并且将它们从一个设备转移到下一设备。通常统称为轨道的这些设备处于轨道控制单元的控制之下，轨道控制单元本身由监督控制***SCS控制266，监督控制***SCS也经由光刻设备控制单元LACU控制266光刻设备并且因此可以从控制单元LACU接收252信息。因此，可以操作不同的设备以使吞吐量和处理效率最大化。监督控制***SCS接收选配方案信息R，选配方案信息R详细提供要执行以产生每个图案化的衬底的步骤的限定。
一旦图案已经在光刻单元中被施加和显影，经图案化的衬底220被转移到诸如222、224、226所示的其他处理设备。各种工艺步骤由典型的生产设施中的各种设备来实现。为了举例，本实施例中的设备222是蚀刻站，并且设备224执行蚀刻后退火步骤。另外的物理和/或化学工艺步骤被应用于另外的设备226等中。可能需要很多类型的操作来制造真实的器件，诸如材料的沉积、表面材料特性的改性(氧化、掺杂、离子注入等)、化学机械抛光(CMP)、蚀刻(通过反应离子蚀刻或湿法蚀刻选择性地去除材料)等。实际上，设备226可以表示在一个或多个设备中执行的一系列不同的工艺步骤。
已知，半导体器件的制造涉及这样的处理的很多次重复，以在衬底上逐层地构建具有适当材料和图案的器件结构。因此，到达光刻簇的衬底230可以是新制备的衬底，或者它们可以是先前在这个簇中或在另一设备中已经被完全处理的衬底。类似地，取决于所需要的处理，离开设备226上的衬底232可以被返回，以用于在同一光刻簇中的后续图案化操作，它们可以被指定234，用于不同簇中的图案化操作，或者它们可以是完成的产品，以被发送用于切割和封装234。
产品结构的每个层通常需要不同的一组工艺步骤，并且在每个层处使用的设备226可以是完全不同的类型。此外，即使在要由设备226施加的工艺步骤在名义上相同的情况下，在大型设施中，也可以有若干假定的相同的机器并行工作，以在不同的衬底上执行步骤226。这些机器之间设置或故障的小的差异可能意味着它们以不同的方式影响不同的衬底。甚至可以通过若干名义上相同但是并行工作以使吞吐量最大化的蚀刻设备来实现对每个层相对共同的步骤，诸如蚀刻(设备222)。而且，在实践中，根据待蚀刻的材料的细节以及特殊要求(诸如例如各向异性蚀刻)，不同的层需要不同的蚀刻工艺，例如化学蚀刻、等离子体蚀刻。
如上所述，先前的和/或后续的处理可以在其他光刻设备中执行，并且甚至可以在不同类型的光刻设备中执行。例如，器件制造过程中对诸如分辨率和套刻精度等参数要求非常高的一些层可以在比其他要求不太高的层更先进的光刻工具中执行。因此，一些层可以在沉浸式光刻工具中被曝光，而另一些层在“干式”工具中被曝光。一些层可以在工作于DUV波长的工具中被曝光，而另一些层则使用EUV波长辐射被曝光。
为了使由光刻设备曝光的衬底正确且一致地曝光，期望检查曝光衬底以测量一个或多个性质，诸如后续层之间的套刻精度误差、线厚度、临界尺寸(CD)。因此，光刻单元LC位于其中的制造设施还可以包括一个或多个量测***。量测***可以包括独立量测设备MET240和/或集成量测设备IM 207。独立量测设备MET 240接纳已经在光刻单元中处理的一些或全部衬底W用于执行离线测量。集成量测设备IM 207执行在线测量并且例如集成到轨道中，以在曝光之后立即接收和测量一些或全部衬底W。量测结果直接或间接提供242、245给监督管理***SCS。如果检测到误差，则可以对后续衬底的曝光进行调节，特别是在能够立刻并且足够快地进行量测以使得同一批次的其他衬底仍然要被曝光的情况下。
现代光刻生产设施中的量测设备的常见示例是散射仪，例如角分辨散射仪或分光散射仪，并且其通常可以被应用于在设备222中的刻蚀之前在220处测量经显影的衬底的性质。使用独立量测设备240和/或集成量测设备207，例如，可以确定诸如套刻精度或临界尺寸(CD)等性能参数在经显影的抗蚀剂中不符合一个或多个特定精度要求。在蚀刻步骤之前，有机会剥离经显影的抗蚀剂并且通过光刻簇重新处理衬底220。因此，通过监督控制***SCS和/或控制单元LACU 206随时间进行小的调节，来自设备240、207的量测结果242、245可以用于维持在光刻簇中的图案化操作的准确性能，从而使产品超出规范并且需要重新加工的风险最小化。当然，量测设备240和/或其他量测设备(未示出)可以被应用来测量经处理的衬底232、234和后续的衬底230的性质。
量测设备如图2A所示。例如，独立量测设备240和/或集成量测设备207可以包括这样的量测设备、或者任何其他合适的量测设备。图2B中更详细地示出了目标T和用于照射目标的测量辐射的衍射射线。所示的量测设备是被称为暗场量测设备的类型。量测设备可以是独立设备或者被并入光刻设备LA中，例如在测量站或光刻单元LC处。在整个设备中具有若干分支的光轴由虚线O表示。在该设备中，由源11(例如，氙灯)发射的辐射经由光学元件15通过包括透镜12、14和物镜16的光学***被引导到衬底W上。这些透镜以4F布置的双序列布置。可以使用不同的透镜布置，只要它仍然将衬底图像提供到检测器上，并且同时允许访问中间光瞳面以进行空间频率滤波。因此，辐射在衬底上入射的角度范围可以通过在呈现衬底平面的空间光谱的平面(这里称为(共轭)光瞳平面)中定义空间强度分布来选择。特别地，这可以通过在作为物镜光瞳平面的后投影图像的平面中在透镜12和14之间***合适形式的孔径板13来完成。在所示的示例中，孔径板13具有不同的形式，标记为13N和13S，以允许选择不同的照射模式。本示例中的照射***形成离轴照射模式。在第一照射模式下，孔径板13N提供从仅为了描述而指定为“北”的方向的离轴。在第二照射模式下，孔径板13S用于提供相似的照射，但是从被标记为“南”的相反的方向。其他照射模式可以通过使用不同的孔径而是可能的。光瞳平面的其余部分理想地为暗的，因为在期望的照射模式之外的任何不必要的辐射将干扰期望的测量信号。
如图2B所示，目标T与衬底W一起被放置为垂直于物镜16的光轴O。衬底W可以由支撑件(未示出)支撑。从偏离轴线O的角度照射到目标T上的测量辐射射线I产生零阶射线(实线0)和两个一阶射线(点划线+1和双点划线-1)。应当记住，对于过度填充的小目标，这些射线只是覆盖衬底的包括测量目标T和其他特征的区域的很多平行射线之一。因为板13中的孔径具有有限的宽度(对于允许有用辐射量是必需的)，所以入射射线I实际上将占据一定范围的角度，并且衍射射线0和+1/-1将稍微扩散开。根据小目标的点扩散函数，每个阶+1和-1将进一步在特定角度范围内扩散开，而不是如图所示的单个理想射线。注意，目标的光栅间距和照射角度可以被设计或调节为使得进入物镜的一阶射线与中心光轴紧密对准。图2A和2B所示的射线被示出为稍微偏离轴线，纯粹是为了使它们在图中更容易区分。
由衬底W上的目标T衍射的至少0阶和+1阶由物镜16收集并且通过光学元件15被引导回。返回图2A，通过指定被标记为北(N)和南(S)的直径相对的孔径，示出了第一和第二照射模式。当测量辐射的入射射线I来自光轴的北侧时，也就是，当使用孔径板13N施加第一照射模式时，被标记为+1(N)的+1衍射射线进入物镜16。相反，当使用孔径板13S施加第二照射模式时，-1衍射射线(标记为-1(S))是进入透镜16的射线。
分束器17将衍射光束分成两个测量分支。在第一测量分支中，光学***18使用零阶和一阶衍射光束在第一传感器19(例如，CCD或CMOS传感器)上形成目标的衍射光谱(光瞳平面图像)。每个衍射级命中传感器上的不同点，使得图像处理可以比较和对比各个阶。由传感器19捕获的光瞳平面图像可以用于聚焦量测设备和/或归一化一阶光束的强度测量值。光瞳平面图像也可以用于很多测量目的，诸如重建。
在第二测量分支中，光学***20、22在传感器23(例如，CCD或CMOS传感器)上形成目标T的图像。在第二测量分支中，孔径光阑21设置在与光瞳平面共轭的平面中。孔径光阑21用于阻挡零阶衍射光束，使得形成在传感器23上的目标的图像仅由-1或+1一阶光束形成。由传感器19和23捕获的图像被输出到处理图像的处理器PU，其功能将取决于正在执行的特定类型的测量。注意，术语“图像”在这里在广泛的意义上使用。如果仅存在-1和+1阶中的一个，则不会形成这样的光栅线的图像。
图2所示的特定形式的孔径板13和场阑21仅仅是示例。在另一实施例中，使用目标的轴上照射并且使用具有离轴孔径的孔径光阑来将基本上仅一个一阶衍射辐射传递到传感器。在其他实施例中，代替一阶光束或除了一阶光束之外，可以使用二阶、三阶和更高阶光束(图2中未示出)进行测量。
为了使测量辐射适合于这些不同类型的测量，孔径板13可以包括形成在盘周围的多个孔径图案，盘旋转以使期望的图案就位。注意，孔径板13N或13S只能用于测量被定向在一个方向上(X或Y，取决于设置)的光栅。为了测量正交光栅，可以实现目标旋转90°和270°。在上面提到的先前公开的申请中描述了这些孔径板的使用以及该设备的很多其他变型和应用。
期望通过图案化工艺(其可以包括用于图案化的任何工艺，包括光刻工艺和/或蚀刻工艺)形成的某些性质(诸如特征的尺寸)保持在某些规范内。不这样做可能导致很多设备出现故障，从而降低产量。一个感兴趣的性质是临界尺寸(CD)。一个或多个特征的CD是被定义为关于维度控制而言很重要的维度量度。CD控制的一种量度是临界尺寸均匀性(CDU)、或者CD在整个衬底之上从结构到结构的均匀程度。更好地控制CD将改善最终电气设备的CDU并且因此改善产量。蚀刻后CDU通常被视为最终器件均匀性的表示。
蚀刻后CDU可以通过测量CD(在一个或多个衬底上的不同位置处)并且确定以及应用适当的校正以改善反馈回路中的CDU(通过使CD更接近预定义值)来优化。有两个主要的控制回路可以用于实现这种CD控制。第一控制回路可以是曝光控制回路。在曝光控制回路中，在工艺条件下测量CD，例如在成像和蚀刻步骤之后立即测量蚀刻后CD，并且确定曝光控制校正。曝光控制校正可以包括针对相关(例如，空间分辨的)曝光控制参数(诸如剂量(抗蚀剂在曝光期间经受的每单位面积的曝光能量的量度)或使CD更接近目标CD的(曝光期间的图案化光束的)焦点)的一个或多个校正。然后，在后续曝光中通过光刻设备施加校正，蚀刻工艺保持不变。第二控制回路可以是工艺控制回路(例如，蚀刻控制回路)，其中测量蚀刻后CD并且确定工艺控制校正。工艺控制校正可以包括使CD更接近目标CD的针对相关(例如，空间分辨的)工艺控制参数(例如，诸如温度等蚀刻工艺的控制参数)的一个或多个校正。然后，通过蚀刻设备将校正应用于后续衬底的蚀刻处理，光刻曝光工艺保持不变。这两种方法都能够实现单个特征的良好的蚀刻后CDU。
然而，单个特征优化可能不一定足以优化器件性能。器件上有很多不同的特征，所有这些特征都应当在关于CD的规范内。然而，不同类别的结构可能表现出对控制参数的不同行为，并且因此表现出对所确定的校正的不同行为。在基本级别上，可以示出这样的不同行为的两种不同类别的结构是密集阵列结构(例如，用于存储器设备)和隔离结构。
通常，预期尺寸与实际图案化尺寸(曝光后和蚀刻后)之间的***偏移通过图案形成装置偏差和/或子分辨率辅助特征(SRAF)(其保持密集和隔离结构在蚀刻之后在规范内)来补偿。图案形成装置偏差/SRAF由光学邻近校正(OPC)模型来确定。
理想地，OPC模型将目标上的密集和隔离结构两者的平均CD保持在规范内。通过确定曝光工艺或蚀刻工艺的适当参数校正，可以补偿由规范定义的与目标CD的小偏差，如所描述的。但是，对于密集和隔离结构需要不同校正的情况，OPC模型被视为不准确。对于超出规范的偏差，这将导致性能损失，并且将需要新的OPC模型(具有后续新的图案形成装置等)来解决这个问题。在一些情况下，可以调节曝光步骤中的照射设置以补偿***偏移。类似的方法可以应用于蚀刻工艺，因为由于加载，密集和隔离结构对很多蚀刻参数具有不同的灵敏度。
此外，密集结构的CD与隔离结构的CD之间的偏移跨整个衬底不是恒定的，而是示出位置相关的变化。因此，与隔离结构的CD衬底图相比，密集结构的CD衬底图跨整个衬底示出不同的指纹。不同指纹的大部分原因是各种影响因素，诸如沉积、旋涂和/或化学机械抛光相关的堆叠变化，其不同地影响不同类别的结构。
由于指纹不同，可能难以仅使用单个校正(例如，剂量校正或蚀刻校正)来完全补偿两个指纹。例如，应用使密集结构CD在规范内的校正可能倾向于导致隔离结构CD超出规范和/或进一步偏离目标(或反之亦然)。图3说明了这一点。在图3A和3B中的每个中，线表示目标CD，并且点表示三个不同位置L1、L2、L3的实际CD、以及隔离结构I(顶部)和密集结构D(底部)的实际CD。在这个表示中，点被示出为越远离线，则CD越远离该位置处的目标CD。图3A示出了在仅剂量校正(用于蚀刻后CD或曝光后CD(其是在曝光条件下在曝光之后但在蚀刻之前测量的CD)，为简单起见，假定两者之间的1:1转换)或仅蚀刻校正(用于蚀刻后CD)的情况下的可能的最佳折衷校正。图3B示出了进一步补偿以使密集结构CD更接近目标的效果；这导致隔离结构CD进一步偏离目标。还应当理解，反之亦然：进一步补偿以使隔离结构CD更靠近目标将导致密集结构CD进一步偏离目标。
为了解决上述问题，提出基于在工艺条件下(例如，处理后，并且特别是蚀刻后)根据至少一个结构对感兴趣参数的确定并且基于曝光控制关系和工艺控制关系来至少确定曝光校正(例如，以优化诸如CD等衬底内感兴趣参数)。曝光控制关系描述感兴趣参数对曝光控制参数(例如，焦点和/或剂量)的依赖性，并且工艺控制关系描述感兴趣参数对工艺控制参数(例如，蚀刻温度)的依赖性。
在特定实施例中，提出执行曝光校正和工艺(例如，蚀刻)校正的组合以优化衬底内CD指纹。由于目前可用于蚀刻校正的空间分辨率，本文中描述的方法最适合于校正场间效应，但是在改进的分辨率蚀刻校正变得可用的情况下，它们不限于此。在一个实施例中，该方法可以用于仅针对单个结构类别的CD的优化。这可以提供优于现有方法的一些优点，诸如扩展可用的校正范围。在这样的示例中，CD指纹可能在衬底上的某些区域(诸如在衬底边缘的区域中)示出大的偏移，这导致与目标CD的相对大的偏差。这样的大的指纹偏移可能超出单个校正的校正能力。例如，可能仅在工艺校正中或仅在曝光校正中没有足够的校正能力来适当地补偿这样的区域处的指纹。本文中描述的构思允许使用工艺校正和曝光校正的组合进行完全(或至少改进的)校正，从而扩展可能的校正范围。作为简化示例，如果曝光校正在特定位置处仅可以校正5nm指纹中的3nm，并且类似地，工艺校正在该位置仅能校正5nm指纹中的3nm，则组合(例如，求和)的工艺校正和曝光校正可以校正完整的5nm指纹。
然而，在一个实施例中，本文中描述的方法可以包括执行曝光校正和工艺校正的组合，以优化示出不同CD指纹的两种或更多种类别的结构的衬底内CD指纹。给出的示例是密集结构和隔离结构，但是构思不限于此。这些构思同样适用于通常可以通过CD指纹和/或对特定控制参数的灵敏度来分类的任何类别的结构。在一个实施例中，曝光校正和工艺校正均是高阶校正，并且被共同优化以实现针对两种或更多种不同类别的结构的CD指纹优化。例如，工艺校正可以包括高阶衬底指纹，例如用于描述衬底CDU指纹的15阶(或更高)2D多项式。
曝光校正涉及曝光控制关系的知识，在一个实施例中，曝光控制关系描述曝光灵敏度，例如CD如何针对每个结构类别随着相关曝光控制参数(例如，剂量和/或焦点)而变化。工艺校正涉及工艺控制关系的知识，在一个实施例中，工艺控制关系描述工艺灵敏度，例如，CD如何针对每个结构类别随着相关工艺控制参数(例如，蚀刻温度)而变化。另外，在一个实施例中，相对于隔离结构的灵敏度，这些密集结构的灵敏度对于曝光校正和工艺校正而言理想地是不同的。换言之，密集结构CD和隔离结构CD的灵敏度与相关曝光控制参数的比率应当不同于密集结构CD和隔离结构CD的灵敏度与相关工艺控制参数的比率。无论如何，这些通常是不同的，但是在不是这种情况的情况下，提出通过调节其他曝光和工艺参数来调节这些比率中的一个(或两个)，以确保相对灵敏度是不同的。
利用不同灵敏度的知识，可以调节衬底上的任何位置处的密集结构CD和隔离结构CD以使其达到目标。例如，通过对每个衬底位置偏置曝光后CD，可以针对两种结构类别来优化蚀刻后CD，使得工艺校正将用于校正两种结构类别的CD以使它们都达到目标。曝光校正涉及用于调节校正的相关工艺控制参数的密集结构和隔离结构的工艺灵敏度的知识；而工艺校正涉及所应用的曝光校正的知识(在曝光之后施加的CD偏差)。以这种方式，曝光和工艺校正被共同优化。
图4示出了这个构思。在图中，线表示目标CD，并且点和叉分别表示三个不同位置L1、L2、L3以及隔离结构I(顶部)和密集结构D(底部)的实际曝光后CD(点)和蚀刻后CD(叉)。对于该特定简化示例，假定隔离结构的CD对相关蚀刻控制参数(例如，温度)的敏感度是密集结构的CD的三倍以上。因此，与密集结构(y)的曝光后CD相比，在这个实施例中为曝光控制参数设计的校正旨在将隔离结构的后续曝光后CD偏置目标CD值三倍(针对隔离和密集结构由线I、D表示)。这种偏置的结果是适当的蚀刻校正的后续应用将CD校正为隔离和密集结构的目标CD值，如叉所示。
用于确定控制参数校正的具体方法可以包括，对于两个结构类别中的每个，组合CD(曝光后或蚀刻后，其中两者之间的差异应当跨衬底基本恒定并且因此应当取消)与曝光控制参数的关系和蚀刻后CD与工艺控制参数的关系(后一种关系将以曝光后CD作为起点)，从而针对每个结构类别找到蚀刻后CD与曝光控制参数和工艺控制参数之间的关系。然后，基于适当的CD测量值，可以将这些关系(每个衬底位置)作为联立方程求解，其中以曝光控制参数和工艺控制参数的适当校正值作为两个未知数来找到蚀刻后CD调节以使CD达到目标。
本文中描述的方法使得理论上能够理想地校正示出不同的CD指纹的两种或更多种不同结构类别的CD，这取决于可用的校正参数的数目。具体示例示出了使用两个校正参数(一个曝光参数和一个过程参数)而校正的两个结构类别，并且因此使得理论上能够理想地校正这两个结构类别的CD。密集结构和隔离结构仅是两个结构类别的非限制性示例。还可以存在用于确定被选择用于测量的结构类别的结构是否代表整个产品的步骤。
另外，也可以使用如所描述的一个曝光参数和一个工艺参数在本公开的范围内校正多于两个结构类别的CD，尽管这不一定得到理论上理想的校正，仅得到相对于当前技术的改进校正。为了获得x个不同结构类别(x>2)的理论上理想的CD校正，需要至少x个不同的参数(包括至少一个曝光参数和一个工艺参数)，这些参数可以被控制，并且这些参数与CD的灵敏度关系是已知且合适的。可能的曝光参数包括焦点和剂量，而可能的工艺(例如，蚀刻)参数包括温度和气体混合物。这样的实施例将涉及对其他相关曝光和工艺参数与所得效果的相互作用的更多理解。举例来说，使用光刻设备焦点作为曝光控制参数将需要理解对抗蚀剂侧壁角度的所得影响，并且进而需要理解其对蚀刻后CD的影响。
图5是根据具有多个结构类别的示例性实施例的在曝光工艺期间控制尺寸量度的方法的流程图。步骤如下，并且然后下文中更详细地描述：
500-开始校准；
502-以曝光控制参数(例如，剂量或焦点)变化来对曝光校准衬底进行曝光；
504-蚀刻曝光校准衬底；
506-测量曝光校准衬底；
508-确定曝光控制参数与感兴趣参数(例如，CD)之间的曝光控制关系；
510-曝光工艺校准衬底；
512-以工艺控制参数(例如，温度)变化蚀刻工艺校准衬底；
514-测量工艺校准衬底；
516-确定工艺控制参数与感兴趣参数之间的工艺控制关系；
518-曝光参考衬底
520-蚀刻参考衬底；
522-测量参考衬底；
530-确定针对参考衬底的曝光控制校正和(可选的)工艺控制校正；
540-使用确定的曝光控制校正来执行曝光步骤；
550-可选地使用确定的工艺控制校正来执行处理步骤；
560-测量衬底。
步骤500指示校准步骤502至522的开始，其中曝光、处理和测量(并行地，部分并行地或顺序地)一个或多个曝光校准衬底、一个或多个工艺校准衬底和一个或多个参考衬底。步骤502至508涉及曝光校准衬底。在步骤502，曝光校准衬底被曝光。在曝光期间，曝光控制参数跨衬底变化，使得不同位置经受曝光控制参数的不同值。在这些位置中的每个处，形成每个结构类别的一个或多个结构。曝光控制参数可以是剂量和/或焦点(注意，曝光控制参数可以包括使用例如聚焦曝光矩阵的焦点和剂量的组合)。在步骤504，利用跨衬底被优化的工艺控制参数处理衬底，以使感兴趣参数(例如，CD)与工艺控制参数的变化最小化。该处理可以包括利用针对衬底上的每个点处的恒定蚀刻速率而优化的蚀刻(电子卡盘)温度进行蚀刻(电子卡盘温度已经用于补偿例如磁场不均匀性或气体混合物变化)。这种优化通常包括电子卡盘的径向温度调节。在步骤506，测量衬底。在步骤508，对于每个结构类别，根据步骤506的测量值来确定CD与曝光控制参数之间的曝光控制关系。作为上述方法的备选方案，可以在步骤502和504之间执行另外的曝光后CD测量以测量抗蚀剂中的衬底，其中关系根据这些测量值来确定。蚀刻优化提供了以下选项：确定曝光-蚀刻CD偏差(曝光后CD测量值与蚀刻后CD测量值之间的差异)，以及使用它而不是直接使用蚀刻后CD测量值。
步骤510至516涉及工艺校准衬底。在步骤510，跨衬底使用恒定的曝光控制参数(例如，恒定剂量)曝光工艺校准衬底。在步骤512，使用跨衬底变化的工艺控制参数处理衬底，使得不同的位置经受工艺控制参数的不同值。这些位置中的每个包括每个结构类别的一个或多个结构。该处理可以包括蚀刻，其中蚀刻温度跨衬底变化。例如，对温度的控制可以使得蚀刻速率跨衬底变化。在步骤514，测量衬底，并且在步骤516，对于每个结构类别，根据步骤514的测量值来确定CD与工艺控制参数之间的工艺控制关系。实际上，蚀刻校准需要不止一个工艺校准衬底来经历步骤510至516。
在存在两个结构类别(例如，密集和隔离结构)的情况下，步骤508和516确定描述CD对第一结构类别的曝光控制参数的依赖性的第一曝光控制关系、描述CD对第二结构类别的曝光控制参数的依赖性的第二曝光控制关系、描述CD对第一结构类别的工艺控制参数的依赖性的第一工艺控制关系、和描述CD对第二结构类别的工艺控制参数的依赖关系的第二工艺控制关系。
在步骤518，用包括来自两个结构类别的一个或多个结构的结构来曝光参考衬底。在步骤520，处理(例如，蚀刻)参考衬底；并且在步骤522，在参考衬底上执行CD测量以获得CD的蚀刻后测量值(可选地，也可以在用于监测目的的处理之前进行曝光后CD测量)。
在步骤530，使用本文中公开的方法，基于参考衬底测量值(及其与目标值的偏差)和上面确定的关系来确定针对曝光控制参数的曝光控制校正。在一个实施例中，该步骤可以包括确定曝光控制参数和工艺控制参数的共同优化的校正(每个位置)。这些校正应当用于使参考衬底的蚀刻后CD朝向测量位置处的所有结构类别的目标CD。
分别在步骤540和步骤550，使用在步骤530确定的曝光控制参数和(在适用时)工艺控制参数的共同优化校正来曝光和处理后续衬底。在步骤560，测量这些后续衬底中的一个或多个，并且可以确定进一步的校正以校正这些测量值的偏差(使用已经确定的关系)作为控制回路的一部分。
本文中描述的构思将有助于改进多结构类别CD的CDU，并且因此将有助于提高电产量。考虑到当前期望CDU性能水平和最先进的性能，预计对5nm节点及以下节点的影响是显著的。
虽然描述了用于控制CD的上述构思，但是这些构思同样适用于可以经由曝光控制参数和工艺控制参数的控制来可预测地控制的其他感兴趣参数。特别地，这些构思同样适用于针对不同结构类别示出与这些控制参数的不同关系的其他这样的感兴趣参数。
尽管上述量测目标是为了量测目的特别设计和形成的量测目标，但是在其他实施例中，可以在作为形成在衬底上的器件的功能部分的量测目标上测量性质。很多设备具有规则的光栅状结构。本文中使用的术语“量测目标光栅”和“量测目标”不要求专门为正在执行的测量提供结构。
一个实施例可以包括计算机程序，该计算机程序包含被配置为引起本文中描述的方法或其他操作的执行的一个或多个机器可读指令序列。一个实施例可以包括计算机程序，该计算机程序包含描述测量衬底上的目标和/或分析测量值以获得关于光刻工艺的信息的方法的一个或多个机器可读指令序列。还可以提供其中存储有这样的计算机程序的数据存储介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。在现有的光刻或量测设备已经在生产和/或使用中的情况下，一个实施例可以通过提供用于引起处理器执行本文中描述的方法的计算机程序产品来实现。
尽管以上已经在光学光刻的上下文中对实施例的使用进行了具体的参考，但是应当理解，实施例可以用于其他应用中，例如压印光刻，并且在上下文允许的情况下不限于光学光刻。在压印光刻中，图案形成装置中的形貌限定了在衬底上产生的图案。图案形成装置的形貌可以被压入提供给衬底的抗蚀剂层，由此抗蚀剂通过施加电磁辐射、热量、压力或其组合而被固化。在抗蚀剂被固化之后，图案形成装置从抗蚀剂中被移出，从而留下图案。
本文中使用的术语“辐射”和“光束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，具有为或约365、355、248、193、157或126nm的波长)和极端紫外(EUV)辐射(例如，具有在5至20nm的范围内的波长)以及诸如离子束或电子束等粒子束。
在上下文允许的情况下，术语“透镜”可以是指各种类型的光学部件中的任何一种或其组合，包括折射式、反射式、磁性、电磁和静电光学部件。
本发明可以使用以下子句来进一步描述：
1.一种控制图案化工艺的感兴趣参数的方法，所述方法包括：
基于在工艺条件下根据结构对所述感兴趣参数的确定，以及基于曝光控制关系和工艺控制关系，确定针对曝光控制参数的曝光控制校正，
其中所述曝光控制关系描述所述感兴趣参数对所述曝光控制参数的依赖性，并且所述工艺控制关系描述所述感兴趣参数对工艺控制参数的依赖性。
2.根据子句1所述的方法，其中所述感兴趣参数包括临界尺寸。
3.根据子句1或子句2所述的方法，其中所述曝光控制校正是针对所述衬底上的多个位置而确定的。
4.根据任一前述子句所述的方法，其中确定所述曝光控制校正还基于在曝光条件下根据结构对所述感兴趣参数的确定。
5.根据任一前述子句所述的方法，还包括：基于根据所述结构对所述感兴趣参数的确定、所述曝光控制关系和所述工艺控制关系，来确定针对工艺控制参数的工艺控制校正。
6.根据子句5所述的方法，包括：组合所述曝光控制校正和所述工艺控制校正，以相对于仅在所述曝光控制校正或所述工艺控制校正的情况下可能的校正范围来增加校正范围。
7.根据子句5或子句6所述的方法，包括：共同优化所述曝光控制校正和所述工艺控制校正，以最小化后续结构的感兴趣参数相对于目标感兴趣参数的变化。
8.根据子句5至7中任一项所述的方法，其中所述工艺控制参数是蚀刻控制参数，并且所述工艺控制校正是蚀刻控制校正。
9.根据子句8所述的方法，其中所述蚀刻控制参数包括温度或蚀刻气体混合物或两者。
10.根据子句5至9中任一项所述的方法，包括：执行用于使用针对所述工艺控制参数的所述工艺控制校正来处理所述结构的工艺步骤。
11.根据子句5至10中任一项所述的方法，其中所述工艺控制校正是对所述衬底的高阶校正，所述高阶校正包括描述所述感兴趣参数跨所述衬底的均匀性的指纹，由10阶或更高阶2D多项式描述。
12.根据子句11所述的方法，其中所述2D多项式包括15阶或更高阶多项式。
13.根据子句5至12中任一项所述的方法，其中所述结构包括多个结构，并且所述曝光控制校正和所述工艺控制校正被共同优化，使得所述曝光控制校正在所述工艺步骤之前偏置所述结构的所得到的感兴趣参数，使得所述工艺控制校正在所述工艺步骤期间的应用用于最小化后续经曝光和处理的结构的感兴趣参数相对于所述结构的目标感兴趣参数的变化。
14.根据任一前述子句所述的方法，其中所述结构包括可分成两个或更多个结构类别的多个结构，每个结构类别具有不同的曝光控制关系和/或不同的工艺控制关系。
15.根据子句14所述的方法，其中所述结构类别包括第一结构类别的密集结构和第二结构类别的隔离结构。
16.根据子句14或子句15所述的方法，其中结构类别的数目是两个。
17.根据子句14或子句15所述的方法，其中结构类别的数目多于两个。
18.根据子句14至17中任一项所述的方法，其中所述曝光控制校正根据第一曝光控制关系、第二曝光控制关系、第一工艺控制关系和第二工艺控制关系来确定，所述第一曝光控制关系描述所述感兴趣参数对第一结构类别的曝光控制参数的依赖性，所述第二曝光控制关系描述所述感兴趣参数对第二结构类别的曝光控制参数的依赖性，所述第一工艺控制关系描述所述感兴趣参数对所述第一结构类别的工艺控制参数的依赖性，所述第二工艺控制关系描述所述感兴趣参数对所述第二结构类别的工艺控制参数的依赖性。
19.根据子句14至18中任一项所述的方法，其中针对其确定包括所述曝光控制校正在内的校正的参数的总数至少与所述结构类别的数目相同，其中所述参数包括曝光控制参数和工艺控制参数。
20.根据任一前述子句所述的方法，其中所述曝光控制校正是对所述衬底的高阶校正，所述高阶校正包括描述所述感兴趣参数跨所述衬底的均匀性的指纹，由10阶或更高阶2D多项式描述。
21.根据子句20所述的方法，其中2D多项式包括15阶或更高阶多项式。
22.根据任一前述子句所述的方法，其中所述曝光控制参数包括剂量或焦点或两者。
23.根据任一前述子句所述的方法，包括执行用于确定所述曝光控制关系和所述工艺控制关系的预备步骤，所述预备步骤包括：
在所述曝光控制参数发生变化的一个或多个曝光校准衬底上曝光包括多个结构类别中的每个结构类别中的结构在内的结构，并且测量所得到的结构上的感兴趣参数；
处理包括具有不同工艺控制参数设置的每个结构类别中的结构的一个或多个工艺校准衬底，并且测量所得到的结构上的感兴趣参数；
根据所述曝光校准衬底的测量值来确定所述曝光控制关系；以及
根据所述工艺校准衬底的测量值来确定所述工艺控制关系。
24.根据子句23所述的方法，其中所述预备步骤还包括：在参考衬底上曝光每个结构类别中的结构，测量所述参考衬底并且确定所述曝光控制校正，并且在适用的情况下，测量针对所述参考衬底的测量值的工艺控制校正。
25.根据任一前述子句所述的方法，包括：使用针对所述曝光控制参数的所述曝光控制校正来执行曝光步骤以在衬底上形成结构。
26.根据任一前述子句所述的方法，包括：执行对衬底上的多个经曝光和处理的结构的感兴趣参数的测量。
27.一种包括处理器可读指令的计算机程序，所述处理器可读指令当在合适的处理器控制的设备上运行时，引起所述处理器控制的设备执行根据任一前述子句所述的方法。
28.一种计算机程序载体，包括根据子句27所述的计算机程序。
29.一种光刻设备，可操作用于使用在子句1至26中任一项所述的方法中确定的针对曝光控制参数的所述曝光控制校正来执行图案化工艺。
30.根据子句29所述的光刻设备，可操作用于执行根据子句1至26中任一项所述的方法。
31.根据子句29或子句30所述的光刻设备，包括：
照射光学***，被布置为照射图案；以及
投影光学***，被布置为将所述图案的图像投影到衬底上。
32.一种量测设备，可操作用于执行根据子句1至24中任一项所述的方法。
33.根据子句32所述的量测设备，还可操作用于执行对衬底上的多个经曝光和处理的结构的感兴趣参数的测量。
34.根据子句32或子句33所述的量测设备，包括：
照射***，被配置为照射衬底上的结构；以及
检测***，被配置为检测由对所述结构的照射产生的散射辐射。
35.一种光刻单元，包括根据子句29至31中任一项所述的光刻设备和/或根据子句32至34中任一项所述的量测设备。
36.一种处理设备，可操作用于：使用在根据子句5至13中任一项所述的方法中所确定的针对工艺控制参数的所述工艺控制校正，来在经曝光的衬底上执行一个或多个处理步骤。
37.根据子句36所述的处理设备，包括蚀刻设备。
38.一种确定针对图案化工艺的感兴趣参数的校正的方法，所述方法包括：
基于对衬底上的多个经曝光和处理的结构的感兴趣参数的测量，并且还基于曝光控制关系和工艺控制关系，确定针对曝光控制参数的曝光控制校正以及确定针对工艺控制参数的工艺控制校正，所述测量在曝光步骤和工艺步骤已经被执行以形成所述结构之后执行，
其中所述曝光控制关系描述所述感兴趣参数对所述曝光控制参数的依赖性，并且所述工艺控制关系描述所述感兴趣参数对所述工艺控制参数的依赖性。
39.根据子句38所述的方法，其中所述曝光控制校正和所述工艺控制校正被共同优化，以最小化后续经曝光和处理的结构的感兴趣参数相对于目标感兴趣参数的变化。
以上对具体实施例的描述将充分揭示本发明的一般性质，在不偏离本发明的一般构思的情况下，其他人可以通过应用本领域技术范围内的知识来容易地修改这样的具体实施例和/或使其适应于各种应用，而无需过度的实验。因此，基于本文中给出的教导和指导，这样的适应和修改意在处于所公开的实施例的等同物的含义和范围内。应当理解，本文中的措辞或术语是出于通过示例而非限制的描述的目的，使得本说明书的术语或措辞将由本领域技术人员根据这些教导和指导来解释。
本发明的宽度和范围不应受上述任何示例性实施例的限制，而应仅根据下面的权利要求及其等同物来限定。

Claims (13)

1.一种控制图案化工艺的感兴趣参数的方法，所述方法包括：
基于在工艺条件下根据结构对所述感兴趣参数的确定，以及基于曝光控制关系和工艺控制关系，确定针对曝光控制参数的曝光控制校正，
其中所述曝光控制关系描述所述感兴趣参数对所述曝光控制参数的依赖性，并且所述工艺控制关系描述所述感兴趣参数对工艺控制参数的依赖性；
基于根据所述结构对所述感兴趣参数的确定、所述曝光控制关系和所述工艺控制关系，确定针对工艺控制参数的工艺控制校正；以及
组合所述曝光控制校正和所述工艺控制校正，以相对于仅在所述曝光控制校正或所述工艺控制校正的情况下可能的校正范围来增加校正范围。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述感兴趣参数包括临界尺寸。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述曝光控制校正是针对衬底上的多个位置而确定的。
4.根据权利要求1所述的方法，包括：共同优化所述曝光控制校正和所述工艺控制校正，以最小化后续结构的感兴趣参数相对于目标感兴趣参数的变化。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述工艺控制参数是蚀刻控制参数，并且所述工艺控制校正是蚀刻控制校正。
6.根据权利要求1所述的方法，包括：执行用于使用针对所述工艺控制参数的所述工艺控制校正来处理所述结构的工艺步骤。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述结构包括多个结构，并且所述曝光控制校正和所述工艺控制校正被共同优化，使得所述曝光控制校正在所述工艺步骤之前偏置所述结构的所得到的感兴趣参数，以使所述工艺控制校正在所述工艺步骤期间的应用用于最小化后续经曝光和处理的结构的感兴趣参数相对于所述结构的目标感兴趣参数的变化。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述曝光控制校正是对衬底的高阶校正，所述高阶校正包括描述所述感兴趣参数跨所述衬底的均匀性的指纹，由10阶或更高阶2D多项式描述。
9.根据权利要求1所述的方法，包括执行用于确定所述曝光控制关系和所述工艺控制关系的预备步骤，所述预备步骤包括：
在所述曝光控制参数发生变化的一个或多个曝光校准衬底上，曝光包括多个结构类别中的每个结构类别中的结构在内的结构，并且测量所得到的结构上的感兴趣参数；
处理包括具有不同工艺控制参数设置的每个结构类别中的结构的一个或多个工艺校准衬底，并且测量所得到的结构上的感兴趣参数；
根据所述曝光校准衬底的测量值来确定所述曝光控制关系；以及
根据所述工艺校准衬底的测量值来确定所述工艺控制关系。
10.一种包括处理器可读指令的计算机可读存储介质，所述处理器可读指令当在合适的处理器控制的设备上运行时，引起所述处理器控制的设备执行根据权利要求1所述的方法。
11.一种光刻设备，可操作用于使用在权利要求1的方法中确定的针对曝光控制参数的所述曝光控制校正来执行图案化工艺。
12.一种量测设备，可操作用于执行根据权利要求1所述的方法，并且还可操作用于执行对衬底上的多个经曝光和处理的结构的感兴趣参数的测量。
13.一种处理设备，可操作用于：使用在根据权利要求1所述的方法中所确定的针对工艺控制参数的所述工艺控制校正，在经曝光的衬底上执行一个或多个处理步骤。
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