CN1892440B - 聚焦确定法，器件制造法和掩模 - Google Patents

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Abstract

器件制造法使用的一个或多个聚焦设置的确定可通过印制多个具有不同聚焦设置的目标标记，并使用散射计，如离线的散射计，测量作为聚焦指示的目标标记的性质。

Description

聚焦确定法，器件制造法和掩模
技术领域
本发明涉及一种聚焦确定法，器件制造法和掩模。
背景技术
光刻装置是一种机器，可施加希望的图案到基片上，通常是施加到基片的目标部分。光刻装置可用于制造集成电路(IC)。这种情况下，图案形成机构，还可称为掩模或分划片，用于形成电路图案，形成于IC的各层。这些图案可转移到基片(如硅晶片)的目标部分(包括部分、一个或多个芯片)。转移图案一般通过在基片设置的辐射敏感材料层(抗蚀剂)上成像。一般，一个基片可容纳相邻目标部分的网格，目标部分进行连续图案化。已知的光刻装置包括所谓的步进器，通过同时曝光整个图案到目标部分，各目标部分受到辐射；和所谓的扫描器，其中各目标部分通过辐射束沿给定方向(扫描方向)扫描图案受到辐射，同时平行或不平行于该方向同步扫描基片。还可以通过印刷图案到基片来将图案形成机构的图案转移到基片。
在使用光刻工艺制造器件的过程中，各掩模图案一般聚焦投影到目标部分。实际上，这意味着基片的目标部分位于投影***投射虚象的最佳聚焦面。关键尺寸(CD)，即其变化将导致光刻收缩的特征如晶体管的选通脉冲宽度，基片上和基片之间的聚焦一致性等物理性质产生不希望变化的特征尺寸，变得日益重要。传统上，光刻装置已经用作图像传感器探测虚象，或通过先导晶片确定最佳设置，即在生产前先进行曝光，显影和测量基片。对于先导晶片，测试结构在所谓的聚焦能量矩阵(FEM)中曝光，进行最佳聚焦，通过对测试结构的检验确定能量设置。
已经提出使用对准***来监测聚焦，其涉及印制聚焦敏感的对准标记于相对具有不同聚焦设置的正常对准标记的已知位置，即相对投影***的基片位置。测量出相对正常对准标记的这些聚焦敏感标记的位置，显示出对准偏差(AO)，其代表聚焦误差。
但是，这个方法要有昂贵的机器时间，印制标记和进行必要的对准测量以确定对准偏差。此外，该方法还使用周期与对准传感器配合的标记，如周期大约为16微秒，比器件图案的关键结构的周期要大很多。因此，确定的对准标记最适宜的聚焦设置对于器件结构不是最适宜的。
发明内容
希望提供一种测定一个或多个最适宜的聚焦设置的方法，需要光刻装置操作较少时间和/或使用具有较短周期的结构；和使用一个或多个最适宜的聚焦设置的器件制造法，和在一个或多个方法中使用的掩模。
根据本发明的一个方面，提供了一种确定器件制造法的一个或多个最适宜的聚焦设置的方法，器件制造法使用光刻装置，光刻装置设置成可转移图案形成机构的图案到基片。该方法包括：
使用光刻装置印制多个目标标记于基片，印制的不同目标标记具有不同的聚焦设置；
使用角度分辨散射计测量目标标记的性质；和
根据测量的目标标记的性质，确定一个或多个聚焦设置。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用光刻装置的器件制造法，光刻装置设置成可转移图案形成机构的图案到基片，该方法包括：确定一个或多个聚焦设置，通过：
使用光刻装置印制多个目标标记于第一基片，印制的不同目标标记有不同的聚焦设置；
使用角度分辨散射计测量目标标记的性质；
根据测量的目标标记的性质，确定一个或多个适宜的聚焦设置；和
使用一个或多个最适宜的聚焦设置转移器件图案到第二基片。
根据本发明的另外的方面，提供了确定器件制造法的一个或多个聚焦设置的方法使用的掩模，器件制造法使用光刻装置，其设置成可转移图案形成机构的图案到基片，掩模包括代表目标标记的图案，目标标记对聚焦设置敏感，并包括具有范围在大约200纳米到大约1微米的周期或数值范围的结构，以及次结构，具有的周期或数值范围类似于器件制造法印制的器件特征的周期。
附图说明
下面将通过示例的方式，并参考示意性附图，对本发明的实施例进行介绍，附图中对应的标记表示对应的部件，附图中：
图1显示了根据本发明实施例的光刻装置；
图2显示了根据本发明实施例的方法；和
图3A，3B，4A，4B，5A和5B显示了不同聚焦设置的目标图案成像，和散射计的相应反应。
具体实施方式
图1示意性地显示了用于本发明一个实施例的光刻装置，该装置包括：
照明***(照明器)IL，设置成可调节辐射束B(如UV辐射或DUV辐射)。
支承结构(如掩模台)MT，设置成可支承图案形成机构(如掩模)，并连接到第一***PM，设置成可根据某些参数精确定位图案形成机构。
基片台(如晶片台)WT，设置成可保持基片(如耐蚀剂涂复的晶片)W，并连接到第二***PW，其设置成可根据某些参数精确定位基片；和
投影***(如折射投影聚焦***)PS，设置成可投影图案形成机构MA的通过辐射束B施加的图案到基片W的目标部分C(如包括基片W的一个或多个芯片)。
照明***包括各种类型的光学元件，如折射，反射，磁性，电磁性，静电的或其他类型的光学元件，或其组合，用于引导、成形或控制辐射。
根据图案形成机构的位向、光刻装置的设计和其他条件，如是否图案形成机构保持在真空环境下，支承结构保持图案形成机构。支承结构可使用机械，真空，静电或其他夹持技术来保持图案形成机构。支承结构可以是框架或工作台，例如，可固定或根据要求移动。支承结构可保证图案形成机构位于希望的位置，例如，相对投影***。文中使用的术语“标线片”“掩模”与更上位的术语“图案形成机构”是同义词。
文中使用的术语“图案形成机构”应广义地解释为能够使辐射束的截面带有图案的任何机构，可在基片的目标部分形成图案。应当注意到，施加到辐射束的图案不完全准确对应基片的目标部分希望具有的图案，例如如果图案包括移相特征或所谓的辅助特征。一般地，辐射束的图案对应于目标部分形成的器件，如集成电路，的特定功能层。
图案形成机构可以是透射或反射的。图案形成机构的示例包括掩模，可编程反射镜阵列，和可编程液晶显示(LCD)阵列。光刻领域都采用掩模，掩模类型包括双位，可变移相和衰减移相，和组合的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例使用了小反射镜矩阵，各放射镜可单独倾斜，以便反射不同方向的入射辐射束。倾斜的小反射镜施加图案于被反射镜矩阵反射的辐射束。
文中所用的术语“投影***”应广义地解释为包括任何形式的投影***，包括折射的，反射的，反射兼折射的，磁性的，电磁的和静电的光学***，或及其组合，适合于所使用的曝光辐射束，或适合于其他因素，如使用浸渍液或使用真空。文中使用术语“投影镜头”可认为是更上位的术语“投影***”的同义词。
如图所示，装置是透射型的(即使用透射掩模)。或者装置可以是反射型的(即使用上面介绍的可编程的放射镜阵列或使用反射掩模)。
光刻装置可以是任何类型，可具有两个(双级)或多个基片台(和/或两个或多个掩模台)。多级光刻机中，另外的台可平行使用，或者在一个或多个台上进行准备步骤，同时在一个或多个另外台上进行曝光。
光刻装置可以具有这种类型，其中至少一部分基片被具有比较高折射率的液体，比如水，覆盖，填充投影***和基片之间的空间。浸渍液还可以施加到光刻装置的其他空间，例如掩模和投影***之间的空间。浸渍技术在所属领域都熟悉，可用于增加投影***的数值孔径。文中所用的术语“浸渍”并不意味着如基片这样的结构必须浸在液体中，只是意味着进行曝光时液***于投影***和基片之间。
参考图1，照明器IL接收来自辐射源SO的辐射束。辐射源和光刻装置可以是单独的单元，例如，当辐射源是受激准分子激光器时。在这种情况下，辐射源不能认为是光刻装置的一部分。辐射束从辐射源SO通过光束传输***BD到达照明器IL，光束传输***包括适当的引导反射镜和/或光束扩展器。在另外的情况下，辐射源可以是光刻装置的内部件，例如当辐射源是水银灯时。辐射源SO和照明器IL，如果需要同光束传输***BD一起，称为辐射***。
照明器IL可包括调节器AD，用于调节辐射柬的角度强度分布。一般地，照明器的光瞳平面的强度分布的至少外和/或内区域(通常分别称作σ-外和σ-内)可进行调节。此外，照明器IL可包括其它各种部件，如积分器IN和聚光器CO。照明器可用于调节辐射光束，使其截面具有希望的均匀性和强度分布。
辐射束B入射到图案形成机构(如掩模MA)，其保持在支承结构(如掩模台MT)；辐射束通过图案形成机构带有图案。通过掩模MA，辐射束B穿过投影***PS，投影***将辐射束聚焦到基片W的目标部分C。通过第二***PW和定位传感器IF(如干涉仪，线性编码器，电容传感器)，基片台WT可精确移动，如定位不同的目标部分C于辐射束B的路径上。类似地，第一***PM和另一个位置传感器(其为未清楚显示于图1)可用于相对辐射束B的路径精确定位掩模MA，即在从掩模库以机械方式取出后，或在扫描期间。一般地，掩模台MT的移动可通过长程模块(粗定位)和短程模块(精确定位)来实现，其中长程模块和短程模块构成第一***PM的一部分。类似地，基片台WT的移动可使用长程模块和短程模块来实现，长程模块和短程模块构成第二***PW的一部分。在使用步进器的情况下(相对于扫描器)，掩模台MT可以只与短程致动器相连，或者是固定的。掩模MA和基片W可使用掩模对准掩模M1，M2和基片对准掩模P1，P2进行对准。尽管基片对准掩模显示出占据特定的目标部分，但其还可位于目标部分之间的空间(这些称作划线面对准掩模)。类似地，当不止一个芯片设置于掩模MA时，掩模对准掩模可位于芯片之间。
图示的装置可使用下面模式中至少一个。
1.步进模式，掩模台MT和基片台WT基本上保持不动，且施加到辐射柬的整个图案是一次投影(单次静态曝光)到目标部分C。然后基片台WT沿X和/或Y方向移动，使得不同的目标部分C被曝光。在步进模式，曝光区域的最大尺寸限于单次静态曝光成像的目标部分C的尺寸。
2.扫描模式，掩模台MT和基片台WT同步扫描，同时施加到辐射束的图案投影到目标部分C(即单次动态曝光)。基片台WT相对掩模台MT的速度和方向可通过投影***PS的(缩小)放大及成像的反向特征来确定。在扫描模式下，曝光区域的最大尺寸限于单次动态曝光的目标部分的宽度(沿非扫描方向)，而扫描运动的长度决定目标部分的高度(沿扫描方向)。
3.在另一模式中，掩模台MT基本静止地保持可编程的图案形成机构，基片台WT移动或扫描，同时施加到辐射束的图案投影到目标部分C。在这个模式中，一般采用脉冲辐射源，基片台WT的各次移动后或扫描期间连续的辐射脉冲之间，要求的话，可编程的图案形成机构进行更新。这种操作模式可容易地应用到无掩模的使用可编程图案形成机构，如前面提到的可编程反射镜阵列，的光刻术。
可采用上面提到模式的组合和/或变化或采用完全不同的使用模式。
图2是流程图，显示了根据本发明的实施例的方法，其中器件制造法的最适宜聚焦设置得到确定，并用于制造器件。
在第一步骤S1，使用光刻装置将多个目标标记印制于测试或先导基片，光刻装置后来将用于制造器件。目标标记包括主要结构，其具有较大的周期或数值范围，例如处于大约200纳米到大约1微米的范围，具体大约在500纳米；和次结构，具有相对较小的数值范围，例如可处于大约25到大约150纳米的范围。次结构的周期或数值范围近似于将制造的一个或多个器件结构的数值范围，如大约50纳米或大约100纳米。在具体的实施例中，次结构具有两个不同的数值范围。在一实施例中，可设置掩模，用于印制一个或多个目标标记。
具有多个不同聚焦设置的多个目标标记印制在基片上，印制的多个目标标记可具有各个聚焦设置。具体地，在多个目标标记中，成对标记的形式相同，一个标记相对另一个旋转180度，或相对另一个成镜像。印制的各对标记有相同的聚焦设置。
目标标记对聚焦敏感，意味着如果印制的标记未聚焦曝光，其中印制标记可是潜在的或显出的，可发现与聚焦的印制标记不同。目标标记使得通过印制标记可获得曝光未聚焦的程度。在具体实施例中，如果聚焦印制，目标标记不对称，如果印制未对焦，印制标记更对称。标记可设置成反向，或对称度和聚焦设置之间具有更复杂的关系。
在步骤S2，印制的目标标记的性质使用角度分辨散射计进行测量，散射计可如2004年8月16日提交的美国专利中请No.10/918，742所介绍，该文献的内容在本文中参考引用，还可以采用其他工具。散射计可以是离线的，或是单独装置，或集成到光刻装置，例如器件制造的光刻装置。散射计可读出目标的潜在图像，耐蚀剂上的显示图像，或已经转移到基片上的图像。
散射计的输出的准确形式取决于目标标记的形式和测量出的性质。在某些情况下，散射计数据可用于重建散射结构，如目标标记，的图像，但在许多情况下，具体地如果测量出不对称，散射计的输出可能简单相关于测量的性质。在一些情况下，可通过比较散射计数据与测量一个或多个校正标记得到的数据，确定测量的性质。
在对称是测量性质的情况下，目标标记测量出的不对称Am可由目标标记的实际不对称At和散射计的***误差Ae构成，即：
Am＝At+Ae                                    (1)
互补的目标标记，即具有相同聚焦设置但旋转180度或成镜像的相同印制标记，的测量不对称A`m希望显示出相等的但相反的实际不对称和相同的***不对称，即：
A`m＝-At+Ae                                  (2)
这样通过从(1)减去(2)，可得到目标标记的实际不对称。
步骤S3包括处理散射计数据，确定器件制造法的聚焦设置。在简单情况下，包括比较不同聚焦设置的印制标记(标记对)确定的(实际)不对称，辨别最大或最小的不对称。在某些情况下，最适宜的设置可通过在测量结果之间内插或外插来确定。在步骤S4，聚焦设置然后用于曝光生产基片，使用对测试或先导基片进行处理的同一光刻装置。
下面参考图3到5说明本发明的实施例的操作。目标标记包括500纳米的槽，具有100纳米和50纳米的线，以三种不的聚焦设置成像于基片，所形成的结构显示于图3A，图4A和图5A的截面图。相应的散射计输出显示于图3B，图4B和图5B。在图3A，图像脱离焦点很多，所以100纳米和50纳米线完全不能分辨出。因此基片上的结构包括两个100纳米高的不透明区，位于500纳米宽槽的两侧。在图4A，图像接近聚焦，故与中心的槽偏离50纳米的100纳米线可分辨出，但50纳米线不能分辨出。图5A两条线都能分辨出。50纳米线距槽的侧边50纳米，在相对侧是100纳米线。在图3B，4B，5B对应的散射计输出可清楚地看出差别。图3B显示出对称反应，其圆形区基本是恒定的，外侧为零。图4B显示出重叠偏置圆的图案，带有很强的不对称，对应100纳米线的一侧有高强度。图5B显示出重叠偏置圆的类似图案，带有较少的不对称，通过简单的判据可容易进行辨别，如通过测量不对称和/或散射计反应的空间频率。
使用根据本发明的实施例的方法确定聚焦设置比使用现有技术确定更优越，因为使用的标记可设置成类似于器件结构，具有类似的聚焦行为。因此，根据测试标记确定的最佳聚焦设置对于器件结构也应当最佳。
尽管专门参考了使用光刻装置制造集成电路，应当知道，本文介绍的光刻装置可其他应用，如制造集成光学***，引导和检测磁畴存储器的图案，平板显示器，液晶显示器，薄膜磁头等。所属领域的技术人员可认识到，在这些不同的应用领域，使用的术语“晶片”或“芯片”与更上位的术语“基片”或“目标部分”是同义词。本文中的基片在曝光前后可使用轨道track(一种工具，通常用于施加一层耐蚀剂到基片并对曝光的耐蚀剂进行显示)、度量工具和/或检查工具进行处理。本文所公开的内容可应用这些和其他的基片处理工具。此外，基片还可不止一次加工，以便形成多层的集成电路，使得所用术语“基片”还可包括含有多个加工层的基片。
尽管上面已经专门介绍了本发明的光刻技术方面的实施例，应当理解，本发明可用于其他的应用领域，如印刷光刻术，发明范围不限于光刻技术。在印刷光刻术中，图案形成机构的形状构成了基片上形成的图案。图案形成机构的形状可压到施加于基片的耐蚀层，其上的耐蚀剂通过施加电磁辐射、热量、压力或其组合而固化。图案形成机构移出耐蚀剂，在耐蚀剂固化后，留下图案。
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(如波长大约为365，355，248，193，157，或126纳米)和超紫外辐射(EUV)辐射(如波长在5到20纳米的范围)，以及粒子束，如粒子束或电子束。
术语“透镜”在文中是指任何或组合的各类光学元件，包括折射、反射、磁性、电磁和静电的光学元件。
尽管上面已经介绍了本发明的特定实施例，应当理解，本发明可通过不同于上面介绍的方式实施。例如，本发明可采取计算程序的形式，包含一个或多个序列的机器可读指令，介绍如上所述的方法；或数据储存介质(如半导体存储器，磁盘或光盘)，含有储存其中的计算程序。
上面的介绍是说明性的，而非限制性的。因此，对于所属领域的技术人员，很明显，对上述本发明进行的改进未脱离所附权利要求的范围。

Claims (11)

1.一种确定一个或多个适宜聚焦设置的方法，聚焦设置用于使用光刻装置制造器件的方法，光刻装置设置成可传输图案形成机构的图案到基片，所述确定一个或多个适宜聚焦设置的方法包括：
使用光刻装置印制多个目标标记于基片，印制的不同目标标记有不同的聚焦设置；
使用角度分辨散射计测量目标标记的性质；和
根据测量的目标标记的性质，确定一个或多个聚焦设置，
其中，所述多个目标标记包括成对的标记，形式相同，但相对旋转180度，或互相成镜像，且所述确定一个或多个聚焦设置的步骤包括从测量的成对标记中的一个目标标记的性质减去成对标记中另一个目标标记的性质。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标标记包括具有范围在200纳米到1微米的周期或数值范围的结构，以及次结构，所述次结构的周期或数值范围处于25纳米到150纳米的范围。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述次结构具有两个不同的周期。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述性质涉及目标标记的不对称。
5.一种使用光刻装置制造器件的方法，光刻装置设置成可转移图案形成机构的图案到基片，所述方法包括：
确定一个或多个聚焦设置，通过：
使用光刻装置印制多个目标标记于第一基片，印制的不同的目标标记具有不同的聚焦设置；
使用角度分辨散射计测量目标标记的性质；
根据测量的目标标记的性质，确定一个或多个适宜聚焦设置；和使用一个或多个适宜聚焦设置转移器件图案到第二基片，
其中，所述多个目标标记包括成对的标记，形式相同，但相对旋转180度，或互相成镜像，且所述确定一个或多个聚焦设置的步骤包括从测量的成对标记中的一个目标标记的性质减去成对标记中另一个目标标记的性质。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述目标标记包括具有周期或数值范围在200纳米到1微米范围的结构，和次结构，所述次结构的周期或数值范围在25纳米到150纳米。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述次结构具有两个不同的周期。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述性质涉及目标标记的不对称。
9.一种掩模，用于确定根据权利要求5或8的使用光刻装置制造器件的方法的一个或多个聚焦设置的方法，其中光刻装置设置成可转移图案形成机构的图案到基片，所述掩模包括代表目标标记的图案，所述目标标记对聚焦设置敏感，并包括具有范围在200纳米到1微米的周期或数值范围的结构，以及次结构，所述次结构的周期或数值范围处于25纳米到150纳米。
10.根据权利要求9所述的掩模，其特征在于，所述次结构具有两个不同的周期。
11.根据权利要求9所述的掩模，其特征在于，所述掩模包括代表成对目标标记的图案，成对目标标记的形式相同但互相相对旋转180度或互相成镜像。
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