專利名稱：基于散射測量數(shù)據(jù)確定工藝參數(shù)值的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光刻裝置和方法。
背景技術(shù)：
光刻裝置是一種將期望的圖案施加到基板的靶部上的機器。光刻裝置可以用在例如集成電路(IC)的制作中。在此種情形中，可以用像掩模這樣的構(gòu)圖結(jié)構(gòu)來生成對應(yīng)于IC其單個層的電路圖案，然后將這樣的圖案成像在基板(例如，硅片)之上的靶部(例如，包括一個或多個電路小片的一部分)上，基板具有輻射敏感材料層(抗蝕劑)。通常，單個基板都包含有由相鄰靶部組成的網(wǎng)格，這些靶部要陸續(xù)進行曝光。已知的光刻裝置包括通常所說的步進器和通常所說的掃描器，在通常所說的步進器內(nèi)，每個靶部都是通過在該靶部上一次曝光整個圖案來進行照射；在通常所說的掃描器內(nèi)，每個靶部都是通過沿給定方向(“掃描”方向)用投射光束掃描圖案，同時平行于或反向平行于該方向掃描基板來進行照射。
盡管在本文中，具體參考光刻裝置在制作IC時的應(yīng)用，但是應(yīng)當理解，在此描述的光刻裝置可以具有其它應(yīng)用。例如，它可用于集成光學(xué)系統(tǒng)的制造，用于磁疇存儲器、液晶顯示板(LCD)、薄膜磁頭等的引導(dǎo)和監(jiān)測圖案等。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，在這種可替換的應(yīng)用范圍中，此處使用的任何術(shù)語“晶片”(wafer)或“電路小片”(die)應(yīng)被認為是分別與更普遍的術(shù)語“基板”(substrate)或“靶部”(targetportion)同義。此處所指的基板可以在曝光之前或曝光之后在例如導(dǎo)軌(track)(是一種通常用來將抗蝕劑層施加到基板上并對曝光的抗蝕劑進行顯影的工具)內(nèi)，或在度量或檢查工具內(nèi)加工。只要適用，此處的公開可以應(yīng)用到這些以及其他的基板加工工具。另外，可以對基板加工不止一次，例如為了產(chǎn)生多層的IC，從而此處使用的術(shù)語“基板”還可以指的是已經(jīng)包含了多個處理過的層的基板。
這里使用的術(shù)語“輻射”和“射束”包括所有類型的電磁輻射，包括紫外線(UV)輻射(例如，具有365、248、193、157或126nm的波長)和遠紫外線(EUV)輻射(例如具有5-20nm范圍內(nèi)的波長)，及粒子束，像離子束或電子束。
這里使用的術(shù)語“構(gòu)圖結(jié)構(gòu)”應(yīng)廣意地解釋為指的是能夠用來給輻射束(例如，投射束)賦予帶圖案的橫截面，從而例如在基板的靶部內(nèi)生成圖案的結(jié)構(gòu)。應(yīng)當注意，賦予給射束的圖案可能不精確地符合于在基板靶部內(nèi)期望的圖案。通常，賦予給射束的圖案與在靶部中生成的器件的特殊功能層相應(yīng)，如集成電路。
構(gòu)圖結(jié)構(gòu)可以是透射型或反射型。構(gòu)圖結(jié)構(gòu)的例子包括掩模、可編程反射鏡陣列以及可編程LCD板。掩模的概念在光刻中是公知的，包括如二進制型、交替相移型和衰減的相移類型、以及各種混合掩模類型。可編程反射鏡陣列的一個例子是利用微小反射鏡的矩陣排列，每個微小反射鏡可以獨立地傾斜，以便沿不同方向反射入射輻射束；以這種方式，對反射的射束進行構(gòu)圖。
支撐結(jié)構(gòu)支撐著即承受構(gòu)圖結(jié)構(gòu)的重量。支撐結(jié)構(gòu)依據(jù)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)的定向、光刻裝置的設(shè)計以及其他的條件，例如像構(gòu)圖結(jié)構(gòu)是否保持在真空環(huán)境內(nèi)，來保持著構(gòu)圖結(jié)構(gòu)。支撐可以采用機械夾持、真空、或者其他夾持技術(shù)，例如真空條件下的靜電夾持。支撐結(jié)構(gòu)可以是例如框架或臺，隨需要可以固定或者移動，并且可以確保構(gòu)圖結(jié)構(gòu)處于理想的位置上，例如相對于投射系統(tǒng)。這里任意使用的術(shù)語“劃線板”或“掩?！笨梢员徽J為是與更普遍的術(shù)語“構(gòu)圖結(jié)構(gòu)”同義。
這里使用的術(shù)語“投射系統(tǒng)”應(yīng)當被寬泛地解釋為涵蓋各種類型的投射系統(tǒng)，包括折射光學(xué)系統(tǒng)、反射光學(xué)系統(tǒng)以及反射折射光學(xué)系統(tǒng)，只要它們適合于例如所用的曝光輻射，或者適合于其他的因素比如使用的浸液或使用的真空。這里任意使用的術(shù)語“鏡頭”可以被認為是與更普遍的術(shù)語“投射系統(tǒng)”同義。
照明系統(tǒng)也可以涵蓋各種類型的光學(xué)部件，包括配置用來引導(dǎo)、成形或者控制輻射的投射束的折射、反射以及反射折射光學(xué)部件，而且這些部件也可以在下面共同或單獨稱作“鏡頭”。
光刻裝置可以是具有兩個基板臺(雙級)或者更多基板臺(和/或兩個或者更多掩模臺)的類型。在這種“多級”機器中，可以并行使用這些附加臺，或者可以在一個或者多個臺上進行準備步驟，而一個或者多個其它臺用于曝光。
光刻裝置還可以是這種類型，即其中基板浸沒在具有相對較高折射率的液體例如水中，以填滿投射系統(tǒng)的最后一個元件與基板之間的空間。浸液還可以應(yīng)用到光刻裝置內(nèi)的其他空間，例如，掩模與投射系統(tǒng)的第一個元件之間的空間。可以采用浸沒技術(shù)來提高投射系統(tǒng)的數(shù)值孔徑。
目前，朝向更小的設(shè)計特征和更高的器件密度的連續(xù)發(fā)展趨勢需要更高分辨率的光刻技術(shù)。為了滿足這些需要，期望能夠盡可能多地在細節(jié)上控制光刻工藝。需要精確監(jiān)測和控制的其中兩個最重要的工藝參數(shù)是劑量(dose)和焦距(focus)。通常，通過測量臨界尺寸(critical dimension)(CD)的變異(variation)來監(jiān)測和控制這些參數(shù)。然而，在測量CD變異時，很難區(qū)分出劑量和焦距數(shù)據(jù)。
通常，使用專用部件或多個部件與專用的度量衡或費時的度量衡相組合。焦距例如可以用相移焦距監(jiān)測器確定。焦距出現(xiàn)誤差時會導(dǎo)致重疊誤差，而重疊誤差可以用重疊讀出工具很容易地檢測到。在第二種技術(shù)中，通過使用線端縮短的概念來實現(xiàn)對焦距的監(jiān)測。然而，使用這種技術(shù)時，散焦的跡象非常難以確定。另外，大部分當前技術(shù)只適用于試驗結(jié)構(gòu)。
因此，對光刻裝置曝光的圖案的質(zhì)量進行監(jiān)控就需要一種快速穩(wěn)定的技術(shù)，這種技術(shù)可以用在要曝光的所有類型的基板(像試驗晶片或產(chǎn)品晶片)之上的很多位置處，例如芯片區(qū)域內(nèi)部或刻線上。一種稱作散射測量的光度量技術(shù)可以在一定程度上滿足這些要求。這里使用的術(shù)語“光學(xué)”和“光”涵蓋所有類型的電磁輻射，包括波長為400-1500nm的光、紫外(UV)輻射(例如，具有365、248、193、157或126nm的波長)和遠紫外線(EUV)輻射(例如，具有5-20nm范圍內(nèi)的波長)，及粒子束，像離子束或電子束。
在散射測量中，光束被朝向一個靶引導(dǎo)，該靶通常是一種專門設(shè)計的結(jié)構(gòu)，像衍射光柵。然后，靶反射、折射和/或衍射光。最終，來自靶的光可以被含有合適傳感器的探測器探測出。探測器的探測可以是反射的或是透射的，用以測量衍射光和/或非衍射光。對于入射光，即被引導(dǎo)到靶處的光，可以同時改變一組或多組性質(zhì)。這里使用的術(shù)語“散射測量”和“散射計”涵蓋能夠產(chǎn)生光并在光與靶相互作用后分析光的、所有類型的測量技術(shù)和測量工具。術(shù)語“散射計”包括例如偏振光橢圓率測量儀和掃描電子顯微鏡(SEM)。這里使用的術(shù)語“光譜”涵蓋在光與靶相互作用后能夠被探測的所有類型的格式。因此，它包括由SEM中的散射電子生成的圖像。
傳統(tǒng)上散射測量被用來確定工藝參數(shù)的值，像焦距和劑量。然而，對工藝參數(shù)與散射測量參數(shù)之間的關(guān)系，通常會作出幾種假設(shè)。這些假設(shè)的關(guān)系的例子有焦距與側(cè)壁角(線形結(jié)構(gòu)側(cè)面的斜率)間的線性關(guān)系，以及劑量與半CD(線形結(jié)構(gòu)在其一半高度處的寬度)之間的線性關(guān)系。實際上，一個單個的散射測量參數(shù)與工藝參數(shù)像焦距或劑量之間的關(guān)系可能并不是唯一的?？赡艹咕嘀猓缙渌?yīng)對側(cè)壁角的性質(zhì)也有貢獻。按照上述的假設(shè)，這些效應(yīng)將被妄自解釋為焦距。
探測出的光譜(或者，在使用粒子束的情形下，探測出的信號可以是圖像而不是光譜)通過與存儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)的數(shù)據(jù)進行比較來加以分析。在探測出的光譜與數(shù)據(jù)庫內(nèi)的光譜之間的所謂“最佳匹配”確定了能夠最佳地描述靶結(jié)構(gòu)的參數(shù)值。為了光刻的目的，識別出的參數(shù)值，即焦距和劑量可以被應(yīng)用于提高光刻裝置的性能。對光刻工藝參數(shù)控制和監(jiān)測的質(zhì)量顯著地依賴于數(shù)據(jù)庫的質(zhì)量。數(shù)據(jù)庫內(nèi)通常裝有通過為不同的散射測量參數(shù)計算值而構(gòu)建的理論光譜，這些散射測量參數(shù)例如有光柵參數(shù)像光柵高度、線寬和側(cè)壁角，不同的基板參數(shù)，例如材料性質(zhì)及與早先處理的基板內(nèi)的層有關(guān)的性質(zhì)。容易理解，生成極其可靠的數(shù)據(jù)庫很耗時而且非常復(fù)雜，尤其當要曝光的基板的性質(zhì)經(jīng)常變化時。
另外，散射測量參數(shù)，像下伏層的厚度和所用材料的光學(xué)常數(shù)，在制造情形中都是極其難以確定地。為此，已經(jīng)建議使用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，即試驗獲得的數(shù)據(jù)。(例如，參看Allgair等人的Yield Management Solutions，Summer 2002，pp8-13)。在這個例子中，經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫是由具有多種結(jié)構(gòu)的一個基板產(chǎn)生的，該基板用涵蓋要控制的處理空間(process space)的、一組變化的工藝參數(shù)加以處理。然而，如該參考文獻中提到的，由于對工藝參數(shù)所需的控制水平以及由“自然變化”，即非故意誘導(dǎo)的變化引起的噪聲的重要影響，這些結(jié)構(gòu)的特性并非是無足輕重的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方案包括用于確定至少一個與利用經(jīng)驗數(shù)據(jù)的光刻方法有關(guān)工藝參數(shù)的方法。一種實施方案提供了一種用于確定至少一個工藝參數(shù)的方法，該方法包括從設(shè)置在校準目標上的多個校準標記結(jié)構(gòu)組中得到校準測量數(shù)據(jù)，所述的多個校準標記結(jié)構(gòu)組中的每個都包括至少一個校準標記結(jié)構(gòu)，不同校準標記結(jié)構(gòu)組中的校準標記結(jié)構(gòu)采用所述至少一個工藝參數(shù)的不同已知值來生成；通過使用所述至少一個工藝參數(shù)的所述已知值并對所述校準測量數(shù)據(jù)利用回歸技術(shù)，來確定數(shù)學(xué)模型，所述數(shù)學(xué)模型包括若干個回歸系數(shù)；從設(shè)置在目標上的至少一個標記結(jié)構(gòu)得到測量值，所述至少一個標記結(jié)構(gòu)是使用所述至少一個工藝參數(shù)的未知值來制作的；以及通過利用所述數(shù)學(xué)模型的所述回歸系數(shù)，從所述得到的測量數(shù)據(jù)為所述目標確定所述至少一個工藝參數(shù)的未知值。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，提供一種用于確定至少一個工藝參數(shù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括探測器，布置用來從設(shè)置在校準目標上的多個校準標記結(jié)構(gòu)組中得到校準測量數(shù)據(jù)，所述的多個校準標記結(jié)構(gòu)組中的每個都包括至少一個校準標記結(jié)構(gòu)，不同校準標記結(jié)構(gòu)組中的校準標記結(jié)構(gòu)是采用所述至少一個工藝參數(shù)的不同已知值來生成的；處理器單元，存儲一數(shù)學(xué)模型，該數(shù)學(xué)模型是通過使用所述至少一個工藝參數(shù)的所述已知值并對所述校準測量數(shù)據(jù)應(yīng)用回歸技術(shù)而確定的，所述數(shù)學(xué)模型包括若干個回歸系數(shù)；所述處理器單元布置用來從設(shè)置在目標上的至少一個標記結(jié)構(gòu)得到測量數(shù)據(jù)，所述至少一個標記結(jié)構(gòu)使用所述至少一個工藝參數(shù)的未知值來制作，并用來通過利用所述數(shù)學(xué)模型的所述回歸系數(shù)，從所述得到的測量數(shù)據(jù)中為所述目標確定所述至少一個工藝參數(shù)的該未知值。
在本發(fā)明的一個實施方案中，該系統(tǒng)包括光刻裝置，該光刻裝置包括照明系統(tǒng)，配置用來提供輻射的投射束；支撐結(jié)構(gòu)，配置用來支撐構(gòu)圖結(jié)構(gòu)，該構(gòu)圖結(jié)構(gòu)用來給輻射束在橫截面內(nèi)賦予圖案；基板臺，配置用來安放基板；以及投射系統(tǒng)，配置用來將圖案化的光束投射到基板的靶部上。
在本發(fā)明的一個實施方案中，提供一種用依照這里公開的本發(fā)明的任一個實施方案的方法制造的半導(dǎo)體器件。
在一個實施方案中，該系統(tǒng)包括光刻裝置，該光刻裝置包括照明系統(tǒng)，配置用來提供輻射束；支撐結(jié)構(gòu)，配置用來支撐構(gòu)圖結(jié)構(gòu)，該構(gòu)圖結(jié)構(gòu)用來給輻射束在橫截面內(nèi)賦予圖案；基板臺，配置用來安放具有至少一個標記結(jié)構(gòu)的基板；以及投射系統(tǒng)，配置用來將圖案化的光束投射到基板的靶部上。
本發(fā)明還涉及一種用依照任一個前述實施方案的系統(tǒng)制造的半導(dǎo)體器件。


現(xiàn)在參看所附的示意性附圖描述本發(fā)明的各個實施方案，所述實施方案僅僅作為例子，在附圖中相應(yīng)的參考符號表示相應(yīng)的部件，在附圖中圖1繪出了依照本發(fā)明一個實施方案的一種光刻裝置；圖2繪出了現(xiàn)有技術(shù)的散射計；圖3繪出了基于數(shù)據(jù)庫的方法的功能流程；圖4繪出了使用測量到的校準光譜的、基于數(shù)據(jù)庫的方法的功能流程；圖5a、5b示出了依照本發(fā)明的一個實施方案，表示兩個階段的功能框圖；圖6繪出了依照本發(fā)明一個實施方案，說明回歸概念的功能框圖；圖7a、7b示出依照本發(fā)明的一個實施方案，用諧波劃分的概念和用主分量劃分的概念；圖8a、8b示出依照本發(fā)明的一個實施方案，標記結(jié)構(gòu)的不同組合的頂視圖；圖9繪出了依照本發(fā)明一個實施方案的光刻系統(tǒng)。
具體實施例方式
圖1示意地表示一種依照本發(fā)明的光刻裝置。這種裝置包括照明系統(tǒng)(照明器)IL，配置用來提供輻射(例如，UV輻射或其他波長的輻射)的投射束PB；第一支撐結(jié)構(gòu)(例如，掩模臺)MT，配置用來支撐構(gòu)圖結(jié)構(gòu)(例如，掩模)MA并連接到第一定位設(shè)備PM，該第一定位設(shè)備PM配置用來相對于投射系統(tǒng)PL精確地定位構(gòu)圖結(jié)構(gòu)。這種裝置還包括基板臺(例如，晶片臺)WT，配置用來安放基板(例如，涂覆抗蝕劑的晶片)W并連接到第二定位設(shè)備PW，該第二定位設(shè)備PW配置用來相對于投射系統(tǒng)(鏡頭)PL精確地定位基板，投射系統(tǒng)(例如，折射鏡頭系統(tǒng))PL(鏡頭)配置用來將由構(gòu)圖結(jié)構(gòu)MA賦予給投射束PB的圖案成像在基板W的靶部C(例如，包括一個或多個電路小片)上。
如這里所示的，這種裝置是透射型的(例如，利用透射掩模)。替代地，該裝置可以是反射型的(例如，利用上述提到的可編程反射鏡陣列類型)。
照明器IL接收來自于輻射源SO的輻射束。例如當輻射源是受激準分子激光器時，該輻射源和光刻裝置可以是分開的實體。在這些情形中，輻射源不被認為形成了光刻裝置的一部分，輻射束從輻射源SO發(fā)出，在射束輸送系統(tǒng)BD的幫助下傳到照明器IL，該射束輸送系統(tǒng)BD包括例如適當?shù)囊龑?dǎo)反射鏡和/或擴束器。在其他的情形中，例如當輻射源是汞燈時，輻射源可以是裝置整體的一部分。輻射源SO和照明器IL，與射束輸送系統(tǒng)BD(如果需要)一起可以被稱作輻射系統(tǒng)。
照明器IL可以包括調(diào)節(jié)設(shè)備AM，該調(diào)節(jié)設(shè)備AM被配置用來調(diào)節(jié)射束的角強度分布。一般地，在照射器的光瞳面內(nèi)至少強度分布的外徑范圍和/或內(nèi)徑范圍(通常分別稱作σ-外和σ-內(nèi))可以進行調(diào)節(jié)。另外，照明器IL一般還包括各種其他部件，例如積分器IN和聚光器CO。照明器能夠提供在其橫截面內(nèi)具有理想均勻度和強度分布的、經(jīng)調(diào)整處理過的輻射束，稱作投射束PB。
投射束PB入射到掩模MA上，掩模MA固定在掩模臺MT上。在穿過掩模MA后，投射束PB穿過鏡頭PL，鏡頭PL將投射束聚焦在基板W的靶部C上。在第二定位設(shè)備PW和位置傳感器IF(例如，干涉測量設(shè)備)的幫助下，基板臺WT可以精確地移動，從而例如將不同的靶部C定位在射束PB的路徑中。類似地，第一定位設(shè)備PM和另一個位置傳感器(在圖1中沒有明確地示出)可以用來相對于射束PB的路徑精確地定位掩模MA，例如在從掩模數(shù)據(jù)庫機械獲取之后P9，或者在掃描期間。一般地，目標臺MT和WT的移動可以在長沖程模塊(粗略定位)和短沖程模塊(精確定位)的幫助下得以實現(xiàn)，長沖程模塊和短沖程模塊可以形成為定位設(shè)備PM和PW的一部分。然而，在步進器(與掃描儀相對)的情形中，掩模臺MT可以只與短沖程致動器連接，或者可以固定。掩模MA和基板W可以使用掩模對準標記M1、M2和基板對準標記P1、P2對準。
所示的裝置可以按照下面優(yōu)選的方式來使用1.在步進模式中，掩模臺MT和基板臺WT保持基本不動，而賦予給投射束的整個圖案被一下子(即，單次靜態(tài)曝光)投射到靶部C上。然后，沿X和/或Y方向移動基板臺WT，使得可以曝光不同的靶部C。在步進模式中，曝光場的最大尺寸限定了在單次靜態(tài)曝光中成像的靶部C的尺寸。
2.在掃描模式中，對掩模臺MT和基板臺WT同步掃描，同時將賦予給投射束的圖案投射到靶部C上(即，單次動態(tài)曝光)?；迮_WT相對于掩模臺MT移動的速度和方向取決于投射系統(tǒng)PL的放大(縮小)倍數(shù)和圖像反轉(zhuǎn)性質(zhì)。在掃描模式中，曝光場的最大尺寸限定了在單次動態(tài)曝光中靶部的寬度(沿非掃描方向)，而掃描移動的長度確定了靶部的高度(沿掃描方向)。
3.在另一種模式中，掩模臺MT保持基本不動，安放著可編程構(gòu)圖結(jié)構(gòu)，而基板臺WT被移動或被掃描，同時將賦予給投射束的圖案投射到靶部C上。在這種模式中，一般利用脈沖輻射源，而且在基板臺WT的每次移動之后或者在掃描期間在連續(xù)輻射之間，根據(jù)需要對可編程構(gòu)圖結(jié)構(gòu)進行更新。這種操作模式易于應(yīng)用在采用可編程構(gòu)圖部件，像上面提到的可編程反射鏡陣列的無掩模的光刻中。
還可以采用上述使用模式的組合或變異，或是完全不同的使用模式。
圖2表示現(xiàn)有技術(shù)的散射計。這種散射計包括光源1，光源1引導(dǎo)光束2射向要曝光的基板W上的結(jié)構(gòu)5(一般為某種類型的光柵)，基板W位于基板臺WT上。該散射計還包括探測器4。探測器4連接到(微)處理器9，微處理器9連接到存儲器10。光束2在定位于基板W表面之上的適當結(jié)構(gòu)5處發(fā)生反射和/或衍射。反射光束的光譜被探測器4探測。光束2可以被引導(dǎo)以一定角度射向基板W，如圖2所示，但是也可以被引導(dǎo)得垂直于基板W。散射測量的概念有多種，其中被引導(dǎo)到適當結(jié)構(gòu)的光的一組或多組性質(zhì)可以同時改變。一組性質(zhì)的例子有一組波長、一組入射角、一組偏振態(tài)或一組相位和/或相位差。探測器可以設(shè)置用于探測一個前述的組或者前述組的組合，而且探測器可以包括一個或多個傳感器以記錄反射光和/或衍射光的不同部分。
圖3表示在散射計內(nèi)采用基于數(shù)據(jù)庫的方法的功能概述。該數(shù)據(jù)庫一般可以通過為不同的散射測量參數(shù)計算光譜而加以構(gòu)建，這些散射測量參數(shù)例如為結(jié)構(gòu)參數(shù)，像結(jié)構(gòu)5內(nèi)各線的線寬、線高、側(cè)壁角等，這些線下面的各個下伏層(沒有構(gòu)圖)的厚度，以及與光束2相互作用的所有材料的光學(xué)常數(shù)。在對實際的物理結(jié)構(gòu)5測量之前，可能需要定義與該種具體類型的結(jié)構(gòu)5相關(guān)的前述參數(shù)。對于這些定義的參數(shù)中每一個的預(yù)定范圍，在作業(yè)301，用處理器9計算被結(jié)構(gòu)5調(diào)制的光的光譜，并將光譜存儲在存儲器10的光譜數(shù)據(jù)庫內(nèi)。
然后，如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解地，可以對已知的結(jié)構(gòu)進行理論計算。舉例來說，當數(shù)據(jù)庫由處理器9填充了足夠的光譜，這些光譜足以涵蓋要測量的實際結(jié)構(gòu)5的光譜性能的預(yù)期范圍時，對實際結(jié)構(gòu)5進行測量。隨后，該方法進行到作業(yè)302，其中處理器9將實際結(jié)構(gòu)5的測量光譜與在存儲器10的光譜數(shù)據(jù)庫內(nèi)的多個存儲的光譜進行比較?；蛘撸部梢詰?yīng)用實時匹配。
接著，通過采用插值算法，在作業(yè)303，從存儲器10提取出“最佳匹配”，并且識別出對應(yīng)于那些被用來產(chǎn)生提取出的光譜的參數(shù)的參數(shù)值。舉例來說，當測量到的光譜與通過采用參數(shù)A的值A(chǔ)1和參數(shù)B的值B3而構(gòu)建的光譜最相似時，處理器9最終給出輸出{A1，B3}。
可以采用嚴格的衍射模擬算法，像嚴格耦合波分析法(RCWA)來計算光譜數(shù)據(jù)庫中的光譜。這種被用來計算在存儲器10的光譜數(shù)據(jù)庫內(nèi)存儲的光譜的復(fù)雜算法，在其他方面，可能需要提前了解所用材料的光學(xué)性質(zhì)。實際上，特別是對于產(chǎn)品晶片，在這些性質(zhì)中只有一些性質(zhì)的值是已知的，因此一般會采用近似。而且，在制造情形中，下伏層內(nèi)不同結(jié)構(gòu)的性質(zhì)并不是充分已知的。因此，常規(guī)的基于數(shù)據(jù)庫的方法可能很復(fù)雜，而這限制了在制造情形中的日常使用。
在下面的描述中，將參考劑量和焦距作為示例性的工藝參數(shù)。然而，應(yīng)當理解，當使用其他的光刻工藝參數(shù)時，可以以類似的方式應(yīng)用本發(fā)明的實施方案?？梢圆捎玫墓に噮?shù)的其他例子包括例如與劑量有關(guān)的導(dǎo)軌參數(shù)，劃線板上線寬的變化，劃線板與劃線板的變異，投射鏡頭的象差，投射鏡頭的閃耀，以及照明劃線板的光的角分布。
圖4表示依照本發(fā)明的一個實施方案，基于數(shù)據(jù)庫的散射測量方法的功能表示。在這種方法中，直接使用測量到的校準光譜，而不是理論的光譜數(shù)據(jù)，與在實際物理結(jié)構(gòu)上測量到的光譜進行比較，該實際的物理結(jié)構(gòu)可以例如是一個衍射結(jié)構(gòu)，比如光柵。在對實際的物理結(jié)構(gòu)測量之前，在校準基板上進行校準。
在本發(fā)明的一個實施方案中，校準基板設(shè)有多個校準結(jié)構(gòu)，每個校準結(jié)構(gòu)具有的形狀基本可以與要測量的物理結(jié)構(gòu)相比較。每個校準結(jié)構(gòu)可以在校準基板上具有唯一的位置，并利用工藝參數(shù)像焦距和曝光量(劑量)的唯一值的組合來構(gòu)造。在本發(fā)明的一個實施方案中，第一個工藝參數(shù)的值橫跨基板沿第一方向變化，而第二個工藝參數(shù)可以沿基本垂直于第一方向的第二方向變化。在本發(fā)明的一個實施方案中，第一個和第二個工藝參數(shù)是焦距和劑量。在這種情形中，校準基板稱作焦距曝光矩陣(FEM)。在下面的描述中，將參考FEM解釋本發(fā)明各個實施方案的構(gòu)思。然而，可以理解，在本發(fā)明的其他實施方案中也可以采用替代的矩陣。
在本發(fā)明的一個實施方案中，該方法開始于作業(yè)401，其中用FEM測量校準光譜，然后將校準光譜和與用于制造該光譜的焦距和劑量的值有關(guān)的信息一起存儲在存儲器10內(nèi)。接著，測量入射到實際的物理結(jié)構(gòu)上的光的光譜。然后，在作業(yè)402，將這個測量到的光譜與存儲在存儲器10內(nèi)的光譜相比較。接著該方法進行到作業(yè)403，其中從存儲器10提取出“最佳匹配”。在此階段，從提取出的光譜得到劑量和焦距的值。舉例來說，在圖4中，在所述測量到的光譜與在由FEM提供的結(jié)構(gòu)上測量到的光譜之間的“最佳匹配”被確定為是對應(yīng)于焦距的值F2和曝光量(劑量)的值E2的光譜。
可以理解，如圖4所示的至少一些實施方案的一個潛在優(yōu)點是為了確定所述參數(shù)并不需要預(yù)先了解材料的光學(xué)性質(zhì)。
然而，如在上面描述的任何一種基于數(shù)據(jù)庫的方法中那樣，對選擇的工藝參數(shù)所確定的值是離散化的。另外，在校準作業(yè)中由“自然變異”，即非故意誘導(dǎo)的變異引入的噪聲可能會對選擇的工藝參數(shù)的值的識別產(chǎn)生顯著的影響。理想的是將由這種自然變異引起的對識別的干擾降至最低。
自然變異產(chǎn)生的來源可以如下。在掃描儀中，自然變異可能與隨機焦距和曝光劑量的誤差有關(guān)，對于每一具有唯一焦距&劑量設(shè)定的單次曝光而言，隨機焦距和曝光劑量的誤差并不相同。在導(dǎo)軌中，自然變異可能與晶片上不均勻的處理有關(guān)(這與劑量是部分有關(guān)的)。在晶片中，自然變異可能與晶片上不均勻的下伏層有關(guān)。在散射計中，自然變異可能與熱、機械和電學(xué)噪聲有關(guān)。
圖5a、5b示出本發(fā)明一個實施方案的功能框圖。在這個實施方案中，通過在校準階段利用回歸技術(shù)(regression technique)，使用校準光譜形成一個數(shù)學(xué)模型。接著，在操作階段通過利用得到的數(shù)學(xué)模型，得出用來制作進行測量的實際結(jié)構(gòu)的工藝參數(shù)。圖5a表示在本發(fā)明一個這樣的實施方案中，在校準階段所用的方法。該方法開始于作業(yè)501，其中用多個校準結(jié)構(gòu)測量校準光譜，并將校準光譜存儲在存儲器10內(nèi)。這些校準結(jié)構(gòu)用已知的一組工藝參數(shù)加以構(gòu)建，對于每個校準結(jié)構(gòu)，這些工藝參數(shù)都是不同的。例如，當這些工藝參數(shù)是焦距和劑量時，該方法首先用FEM測量校準結(jié)構(gòu)，并且將測量到的光譜存儲在存儲器10內(nèi)。
然后，該方法進行到作業(yè)502，其中用連接到存儲器10的處理器對存儲的校準光譜進行回歸分析。這種處理器在本發(fā)明的一個實施方案中可以是處理器9，在本發(fā)明的其他實施方案中，還可以是不同的處理器。接著，該方法進行到作業(yè)503，其中確定存儲在存儲器內(nèi)的數(shù)學(xué)模型。該數(shù)學(xué)模型定義了校準光譜與用于制造在其上測量該校準光譜的校準結(jié)構(gòu)的工藝參數(shù)之間的關(guān)系。這種存儲器在本發(fā)明的一個實施方案中可以是連接到處理器的存儲器10，但是在本發(fā)明其他的實施方案中也可以是連接到處理器的不同的存儲器。
圖5b示出依照本發(fā)明一個實施方案的方法，該方法可以由處理器9執(zhí)行，其使用所述獲得的模型根據(jù)在基板上的“實際”結(jié)構(gòu)上進行的測量來得出選擇的工藝參數(shù)的值。該方法開始于作業(yè)511，其中對基板之上的“實際”結(jié)構(gòu)測量響應(yīng)信號。測量到的信號可以是光譜，用作模型的輸入。然后，該方法進行到作業(yè)512，其中確定所選擇的工藝參數(shù)的期望值。接著，該方法進行到作業(yè)513，其中在光刻工藝中或者人工或者自動地使用所確定的工藝參數(shù)，以校正例如光刻裝置的外部設(shè)定，像劑量設(shè)定、焦距設(shè)定、定位設(shè)定(例如，基板臺WT的移動)等。
可以理解，在本發(fā)明的各個實施方案中，可以將自然變異的效應(yīng)降至最低。因為選擇的工藝參數(shù)的自然變異是包含在校準過程中，所以生成的模型可以獨立于該工藝參數(shù)的自然變異。為了更好地將自然變異的效應(yīng)降至最低，理想的是使用隨機變異(例如，校準晶片可以被制造得使用隨機變異)。而且，如果工藝參數(shù)的自然變異是已知的話，那么在校準階段形成模型時可以將該自然變異用作單獨的輸入。這里，“單獨的”輸入指的是另外的輸入，或者指的是該輸入可以替代那些故意誘導(dǎo)的工藝偏差。
在本發(fā)明的一個實施方案中，回歸法中所用的回歸技術(shù)可以是線性或非線性的。在本發(fā)明的一個實施方案中，還可以使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。這些技術(shù)可以應(yīng)用于在模型的校準點之間提供插值，和/或減少噪聲。
圖6表示依照本發(fā)明另一個實施方案的回歸技術(shù)的功能框圖。這種構(gòu)思基于的是迭代過程，其中使用測量到的響應(yīng)信號X和一組預(yù)測參數(shù)Y來計算回歸系數(shù)b，由此形成數(shù)學(xué)模型，回歸系數(shù)b結(jié)合了X和Y。預(yù)測參數(shù)Y是與檢查中的工藝參數(shù)有關(guān)的參數(shù)。該方法開始于作業(yè)601，其中提供一組預(yù)測參數(shù)Y，該方法然后進行到作業(yè)603，其中測量基板之上結(jié)構(gòu)的響應(yīng)信號X。預(yù)測參數(shù)Y和測量到的響應(yīng)信號X都用作數(shù)學(xué)模型的輸入，在作業(yè)605，計算模型化了的回歸系數(shù)b。然后，在作業(yè)607，核查所有回歸系數(shù)b的重要性(significance)。這個控制作業(yè)確定該數(shù)學(xué)模型是否健壯。在作業(yè)609，從數(shù)學(xué)模型中去除意義并不重要的回歸系數(shù)，并用數(shù)目減少的回歸系數(shù)重復(fù)回歸。一直重復(fù)作業(yè)605和607，直到數(shù)學(xué)模型中所有的回歸系數(shù)都很重要。接下來，該方法進行到作業(yè)611，其中使用回歸的結(jié)果來為新的響應(yīng)信號X確定預(yù)測參數(shù)Y。
在本發(fā)明的一個實施方案中，可以采用線性回歸(MLR)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變成信息。當響應(yīng)信號很少時，存在一些合適的情況，有時也稱作因子。在這些因子并不顯著冗余，也就是共線的情況下，或者當它們與預(yù)測參數(shù)Y具有很好理解的關(guān)系時，MLR是非常有用的。然而，如果這三個條件中的任意一個都不滿足，那么MLR是無效的或者不適宜的。本發(fā)明的實施方案包括了基于存在一個或多個這樣的條件來應(yīng)用MLR的那些方法。
在本發(fā)明的一個實施方案中，使用由散射計測量到的光譜，估算光刻工藝參數(shù)，比如劑量和焦距的值。一般地，所述因子包括數(shù)以百計而且高度共線的光譜。在此情形下，預(yù)測參數(shù)Y為光刻工藝參數(shù)的值。
圖7a、7b示出可以用在本發(fā)明實施方案中的分解技術(shù)的各個實例。在圖7a中示出的第一種技術(shù)采用傅立葉分析，該分析所基于的原理是信號可以用基本諧波函數(shù)的總和來描述，每個函數(shù)以特定的權(quán)重因子起左右。例如，圖7a中的信號S1、S2、S3和S4分別可以被描述為H1和H2用權(quán)重因子[1，-1]、[1，-1/2]、[1，+1/2]和[1，1]作用的和。
第二種技術(shù)是一種類似的技術(shù)，其基于的原理是信號可以用若干主分量的總和描述，每個主分量以特定的權(quán)重因子起作用。主分量的數(shù)目可以改變。圖7b示出四個示例性的散射測量光譜(F1、F2、F3和F4)，該四個光譜可以通過分別用權(quán)重因子[1，-1]、[1，-1/2]、[1，+1/2]和[1，1]組合主分量PC1和PC2來描述。在本發(fā)明的用于回歸分析的一個實施方案中，可以利用類似于上述提到的但不限于這些實例的分解技術(shù)。例如，在主分量回歸(PCR)的情形中，從測量到的響應(yīng)信號X提取出的主分量可以替代如圖6所示的X因子，用作數(shù)學(xué)模型的輸入。
除這兩種描述的分解技術(shù)之外，在本發(fā)明的實施方案中還可以采用其他的分解技術(shù)。這些技術(shù)的實例包括基于局部最小二乘法(PLS)模型化和非線性PLS模型化的概念的分解技術(shù)，例如像Wold等人在Chemometrics and IntelligentLaboratory Systems，7(1989)53-65中描述的那樣。
在本發(fā)明的一個實施方案中，在將光譜數(shù)據(jù)饋送給模型之前，可以進行某種類型的預(yù)處理。預(yù)處理可以改善模型的結(jié)果。適用于本發(fā)明的預(yù)處理操作的例子有減去平均值，除以標準偏差，加權(quán)或選擇散射測量變量，比如角度、波長和偏振態(tài)。結(jié)果，在數(shù)據(jù)饋送給模型之前，就可以去除某些波長處的數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的各個實施方案中，在校準過程和測量過程中都可以采用不止一類的標記結(jié)構(gòu)。因而，本發(fā)明適用于多個校準結(jié)構(gòu)組，其中每組包括一個或多個(不同的)校準結(jié)構(gòu)，而且每個校準結(jié)構(gòu)組內(nèi)的校準結(jié)構(gòu)的數(shù)目可以是不同的。另外，這些校準結(jié)構(gòu)組內(nèi)和/或兩兩校準結(jié)構(gòu)組之間，校準結(jié)構(gòu)可以是不同的。理想的是，在每組內(nèi)，不同類型的標記結(jié)構(gòu)在校準基板上彼此緊密臨近地定位。而且，還希望，校準測量和樣品測量至少在一些方面是基本相同的(例如，相同的預(yù)處理、相同的標記或標記組合、和/或相同的晶片類型)。在這些標記上所得到的光譜在被數(shù)學(xué)模型使用之前，可以彼此附加起來(append)。但是，在本發(fā)明的一個實施方案中，借助于某種類型的數(shù)學(xué)運算，也可以將這些光譜組合起來，從而得到一種可以被模型使用的組合“光譜”。
圖8a、8b示出可以用在本發(fā)明的實施方案中的設(shè)有組合的標記結(jié)構(gòu)的校準基板801的頂視圖。在圖8a中，第一標記結(jié)構(gòu)802包括在若干個未構(gòu)圖層的頂上形成的圖案。第二標記結(jié)構(gòu)803不包括所述圖案，而僅由未構(gòu)圖層形成。在圖8a中，只示出了一個具有第一和第二標記結(jié)構(gòu)802、803的組。但是，為了實施本發(fā)明的校準方法，對不同組采用不同工藝參數(shù)，在相同的校準基板801上制作出幾個這樣的組。在散射測量中，第二標記結(jié)構(gòu)803只反射未構(gòu)圖層內(nèi)的變異，而第一標記結(jié)構(gòu)802的圖案在這些未構(gòu)圖層的貢獻上增加它自己的貢獻。在第二標記結(jié)構(gòu)803上得到的散射測量結(jié)果可以被用來在第一標記結(jié)構(gòu)802上得到的散射測量結(jié)果中削減未構(gòu)圖層的貢獻?？梢詫嵤┻@種削減操作的例子包括從第一標記結(jié)構(gòu)802的光譜減去第二標記結(jié)構(gòu)803的光譜，使第二標記結(jié)構(gòu)803的光譜與第一標記結(jié)構(gòu)802的光譜保持一致，然后將余項用作數(shù)學(xué)模型的輸入。
在圖8b中，示出了依照本發(fā)明一個實施方案，由基板801上的兩個標記結(jié)構(gòu)構(gòu)成的組的不同組合。雖然圖8b示出的是一個組，但是為了實施本發(fā)明的方法，可以對不同組采用不同的工藝參數(shù)，在基板上制作出多個這樣的組。第一標記結(jié)構(gòu)802包括例如與圖8a的第一標記結(jié)構(gòu)802相同的圖案。然而，與圖8a的第二標記結(jié)構(gòu)803不同，在圖8b中示出的第二標記結(jié)構(gòu)804被圖案化。在本發(fā)明的這個實施方案中，標記結(jié)構(gòu)802、804都被圖案化，但每個標記結(jié)構(gòu)的圖案是不同的。因為這些標記結(jié)構(gòu)對光刻工藝參數(shù)具有不同的敏感度，所以就可以更好地分開這些工藝參數(shù)。可以理解，在本發(fā)明的其他實施方案中，還可以利用圖案化標記結(jié)構(gòu)的其他組合。在本發(fā)明的一個實施方案中，可以使用不止兩個標記結(jié)構(gòu)。
當焦距是采用這里公開的一個實施方案測量的工藝參數(shù)之一時，通過利用下面技術(shù)之一還可以進一步優(yōu)化。在本發(fā)明的一個實施方案中，為了產(chǎn)生每納米散焦的光譜形狀的更大變化，可以使用更小的標記結(jié)構(gòu)，這是由于這些結(jié)構(gòu)具有較小的聚焦深度。在本發(fā)明的另一個實施方案中，為了提高對焦距變化的敏感度，可以使用具有更多側(cè)壁的結(jié)構(gòu)，例如，使用半隔離的接觸孔或半隔離的點來代替使用線。在本發(fā)明的另一個實施方案中，還可以使用一種在散焦下能表現(xiàn)出更大光譜變化的抗蝕劑。然而，在制造情形中，這個選擇可能不適用。
應(yīng)當理解，任何類型的基板，例如產(chǎn)品晶片或測試晶片，都可以在本發(fā)明的實施方案的應(yīng)用中使用。還應(yīng)當理解，要測量的實際的物理結(jié)構(gòu)根據(jù)應(yīng)用的需要，可以放置在基板之上的任何位置上，例如，放置在芯片面積內(nèi)部或放置在刻線上。另外，在本發(fā)明的一些實施方案中，散射計的光點可以與芯片面積或曝光場一樣大。這個尺寸的光點分別能夠快速地確定每個芯片的偏移和曝光場。
可能希望的是橫跨FEM以滑移的(shuffled)方式安排光刻工藝參數(shù)，像焦距和劑量的值。另外，工藝參數(shù)還可以從基板的一側(cè)向另一側(cè)增大。因而，由光刻裝置外部的源引起的工藝變異會對校準結(jié)果產(chǎn)生顯著的影響，這些工藝變異通常橫跨基板是線性的，和/或相對于基板的中心是旋轉(zhuǎn)對稱的。例如，通過橫跨FEM滑移這些值，這些外部誘導(dǎo)的工藝參數(shù)可以被顯著地消除。
在本發(fā)明的一個實施方案中，為了限定(qualification)的目的，可以采用微FEM來消除外部誘導(dǎo)的工藝變異。該FEM只覆蓋基板的很小一部分。因此，可以假設(shè)外部誘導(dǎo)的工藝參數(shù)可忽略不計。
在制造過程中，通常一個接一個地處理許多相同的晶片。一旦確定光刻裝置對于具體光刻制造過程的最佳設(shè)定，那么這些設(shè)定必須在嚴密的控制限度內(nèi)加以保持。在本發(fā)明的一個實施方案中，這些設(shè)定用自動進程控制(APC)維持。在這種情形中，將對產(chǎn)品晶片實施規(guī)則的測量，從而允許進行反饋控制。
本發(fā)明可以分別用于導(dǎo)軌和光刻裝置。本發(fā)明可以被用來轉(zhuǎn)動(twist)導(dǎo)軌或光刻裝置上的旋紐(knob)，而不直接涉及要控制的工藝參數(shù)。通過隨后測量相關(guān)的工藝參數(shù)并利用本發(fā)明，可以得到這種旋紐轉(zhuǎn)動的效果，并且可以選擇旋紐的最佳設(shè)定。與過去相比，可以避免采用類似于掃描電子顯微術(shù)(SEM)和電學(xué)線寬測量(ELM)這些技術(shù)采用脫機測量來得到期望的信息。
圖9表示依照本發(fā)明一個實施方案的光刻系統(tǒng)。在這個實施方案中，將用光刻裝置901曝光的基板轉(zhuǎn)印(在用導(dǎo)軌顯影后)到散射計902上。散射計902連接到包含處理器9和存儲器10的控制單元903上。光刻裝置901通過使用工藝參數(shù)-焦距和劑量的預(yù)先設(shè)定印刷出適合于散射測量的標記結(jié)構(gòu)，首先生成FEM。然后，將基板傳送(910)到散射計902。散射計902測量校準光譜并將測量到的光譜存儲(911)在存儲器10的校準數(shù)據(jù)庫904內(nèi)。
接著，光刻裝置901用相同的標記結(jié)構(gòu)對產(chǎn)品基板進行構(gòu)圖。然后，將基板傳送(912)到散射計902。散射計902測量從標記結(jié)構(gòu)反射的光的光譜，該標記結(jié)構(gòu)由光刻裝置901產(chǎn)生。然后，將光譜饋送到(913)可以被處理器9使用的數(shù)學(xué)模型905。該數(shù)學(xué)模型905被處理器9使用，以便將存儲在校準數(shù)據(jù)庫904內(nèi)的校準光譜與在標記結(jié)構(gòu)上測量的光譜進行比較，隨后，處理器9通過利用回歸技術(shù)得出要控制的參數(shù)的值，像劑量和焦距。
最后，處理器9將得出的這些參數(shù)的值提供給光刻裝置901。光刻裝置901可以采用例如這些得出的值監(jiān)控在裝置內(nèi)相對于參考狀態(tài)的偏移。隨后，在反饋信號內(nèi)使用所述得出的值來校正這些偏移。在這種情形中，光刻裝置901設(shè)置有校正控制單元，該校正控制單元使用施加的校正信號對偏移進行補償。該校正控制單元903可以被配置用來控制例如基板臺WT的高度，以改善焦距。
在本發(fā)明的一個替代實施方案中，并不將這些參數(shù)的得出值提供給光刻裝置901，而是提供給另外的實體，像導(dǎo)軌、計算機終端或顯示器。在后者的情形中，負責(zé)操作光刻裝置901的操作員能夠核查例如，這些得出值是否落入控制限度內(nèi)。在本發(fā)明的另一個實施方案中，數(shù)學(xué)模型905和/或校準數(shù)據(jù)庫904可以設(shè)置在與控制單元903不同的實體內(nèi)。在本發(fā)明的一個實施方案中，光刻裝置901和散射計902都可以連接在相同的導(dǎo)軌上，以有效地控制光刻裝置901的參數(shù)。這些得出值還可以用在前饋信號內(nèi)，從而能夠?qū)ο乱贿M程作業(yè)進行最優(yōu)地設(shè)定。這些得出值可以例如被輸送到蝕刻裝置，蝕刻裝置能夠修改其設(shè)定以適應(yīng)于到達的基板。
焦距可校正的效果的例子有改變曝光場內(nèi)的斜度、改變整個晶片上的偏移以及晶片到晶片的偏移。劑量能夠獲得校正效果的例子有改變曝光場內(nèi)的斜度和/或曲率、改變整個晶片上的偏移以及晶片到晶片的偏移。
依照本方法的一個實施方案，不需要復(fù)雜的計算，也不需要了解基板的性質(zhì)，就可以直接使用光譜確定至少一個工藝參數(shù)的值。而且，在從光譜中提取相關(guān)信息的過程中，數(shù)學(xué)模型所采用的回歸技術(shù)可以減小噪聲對所需數(shù)據(jù)的影響。光探測裝置可以是散射計。散射計配置用來以快速可靠的方式測量光譜，而且可以用在所有類型的、要曝光的基板之上的很多位置處。
依照本發(fā)明的一個實施方案，可以在專門設(shè)計的靶上或在芯片面積內(nèi)的器件圖案上完成測量。在本發(fā)明的另一個實施方案中，該至少一個工藝參數(shù)選自于由焦距、曝光劑量和重疊誤差構(gòu)成的組。還有與劑量有關(guān)的參數(shù)，像1)與劑量有關(guān)的導(dǎo)軌參數(shù)(例如，PEB時間/溫度)，即具有類似于掃描器曝光劑量的效果的處理作業(yè)；2)整個劃線板上線寬的變異，或劃線板與劃線板的變異。這些效應(yīng)可以用曝光劑量加以校正，而且地可以被模型解釋為是曝光劑量。該組所包括的其他工藝參數(shù)還有投射鏡頭的象差、投射鏡頭的閃耀、以及照射掩模的光的角分布，例如橢圓率。在本發(fā)明的一個實施方案中，可以實現(xiàn)為這些參數(shù)中的一個參數(shù)或多個參數(shù)分別確定值，這些參數(shù)對于控制光刻進程中很關(guān)鍵的尺寸一致性非常重要。
在本發(fā)明的一個實施方案中，數(shù)學(xué)模型所采用的回歸技術(shù)選自于下面技術(shù)構(gòu)成的組主分量回歸、非線性主分量回歸、局部最小二乘法模型化以及非線性局部最小二乘法模型化。
在本發(fā)明的一個實施方案中，可以使用的基板包括測試晶片或產(chǎn)品晶片。依據(jù)具體的應(yīng)用，標記結(jié)構(gòu)可以設(shè)置在基板之上的任意位置處。因而，標記結(jié)構(gòu)可以定位在芯片面積內(nèi)或定位在刻線上。當標記結(jié)構(gòu)設(shè)置在芯片面積內(nèi)時，標記結(jié)構(gòu)可以成為該芯片面積內(nèi)器件圖案的一部分。能夠自由定位衍射結(jié)構(gòu)或者使用器件結(jié)構(gòu)的一部分提高了本發(fā)明方法的通用性。
在本發(fā)明的一個實施方案中，標記結(jié)構(gòu)包括衍射光柵。衍射光柵是一種很適合于散射測量應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，這種方法還包括在使用數(shù)學(xué)模型之前，預(yù)處理得到的校準數(shù)據(jù)和得到的測量數(shù)據(jù)。預(yù)處理的使用通常能夠提高數(shù)學(xué)模型的性能。用于預(yù)處理的數(shù)學(xué)操作可以包括減去平均值、除以標準差、選擇光學(xué)參數(shù)、以及加權(quán)光學(xué)參數(shù)。光學(xué)參數(shù)的例子有光探測裝置所用光束的波長、角度和偏振態(tài)。
在本發(fā)明的一個實施方案中，基板和校準基板中的至少一個包括至少兩個不同的標記結(jié)構(gòu)。在產(chǎn)品基板的情形中，該至少兩個標記結(jié)構(gòu)可以是產(chǎn)品標記結(jié)構(gòu)，而在校準基板的情形中，該至少兩個標記結(jié)構(gòu)可以是校準標記結(jié)構(gòu)。為了使用詞盡量簡單化，這里使用的術(shù)語“標記結(jié)構(gòu)”指的是這兩種情況。當采用預(yù)處理時，使用不止一個標記結(jié)構(gòu)是極其有益的。該至少兩個標記結(jié)構(gòu)可以彼此緊密靠近地設(shè)置，以使該至少兩個標記結(jié)構(gòu)之間的距離與標記結(jié)構(gòu)尺寸的量級相同。
在本發(fā)明的一個實施方案中，該至少兩個標記結(jié)構(gòu)包括第一標記結(jié)構(gòu)和第二標記結(jié)構(gòu)，其中，第一標記結(jié)構(gòu)包括若干個未構(gòu)圖層；第二標記結(jié)構(gòu)包括相同的未構(gòu)圖層，但在該層之上設(shè)置有圖案。在這個實施方案中，第一標記結(jié)構(gòu)只對未構(gòu)圖層的變異敏感。任何由于未構(gòu)圖層內(nèi)的變異而引起的光譜變化都可以被探測到，而且可以在對第二標記結(jié)構(gòu)得到的光譜進行分析時使用。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，該至少兩個標記結(jié)構(gòu)包括第一標記結(jié)構(gòu)和第二標記結(jié)構(gòu)。其中，該第一標記結(jié)構(gòu)包括具有隔離線的圖案，第二標記結(jié)構(gòu)包括具有密集線或隔離空間的圖案。這些標記結(jié)構(gòu)對諸如焦距和劑量的工藝參數(shù)可以具有不同的敏感度。結(jié)果，可以得到附加信息，這些信息在用數(shù)學(xué)模型確定工藝參數(shù)的值時是有用的。
在一個實施方案中，光刻裝置連接到導(dǎo)軌，而且光探測裝置是散射計，其連接到相同的導(dǎo)軌。從而，這能夠提供一種有效的方式來監(jiān)控和調(diào)整這些參數(shù)，使之適合于光刻裝置的均勻性能。
本發(fā)明的至少一些實施方案結(jié)合了對數(shù)學(xué)模型的性能進行預(yù)處理帶來的有益影響，和采用不止一個標記結(jié)構(gòu)獲取所需信息的優(yōu)點。合適的數(shù)學(xué)操作包括減去平均值、除以標準差、選擇光學(xué)參數(shù)、以及加權(quán)光學(xué)參數(shù)。光學(xué)參數(shù)的例子有光探測裝置所用光的波長、角度、偏振態(tài)。
在本發(fā)明的一個實施方案中，該至少兩個校準標記結(jié)構(gòu)包括第一校準標記結(jié)構(gòu)和第二校準標記結(jié)構(gòu)。其中，第一校準標記結(jié)構(gòu)包括若干個未構(gòu)圖層；第二校準標記結(jié)構(gòu)包括相同的未構(gòu)圖層，但在該層之上設(shè)置有圖案。在這個實施方案中，第一校準標記結(jié)構(gòu)只對未構(gòu)圖層的變異敏感。任何由于未構(gòu)圖層內(nèi)的變異而引起的光譜變化都可以被探測到，而且可以在對第一校準標記結(jié)構(gòu)得到的光譜進行分析時使用。
在本發(fā)明的一個實施方案中，該至少兩個校準標記結(jié)構(gòu)包括第一校準標記結(jié)構(gòu)和第二校準標記結(jié)構(gòu)。其中，該第一校準標記結(jié)構(gòu)包括具有隔離線的圖案，第二校準標記結(jié)構(gòu)包括具有密集線或隔離空間的圖案。這些標記結(jié)構(gòu)對像焦距和劑量的工藝參數(shù)可以具有不同的敏感度。結(jié)果，可以得到附加信息，這些信息在用數(shù)學(xué)模型確定工藝參數(shù)的值時是有用的。
在本發(fā)明各個實施方案的應(yīng)用中，通常脫機實施校準。在本發(fā)明的一個實施方案中，由于不期望出現(xiàn)生產(chǎn)線的阻塞，因此在完成校準之后才聯(lián)機實施測量。在本發(fā)明的一個實施方案中，散射計可以集成在導(dǎo)軌中，以便能夠進行聯(lián)機操作。替代地，可以用獨立的散射計對已經(jīng)完成工藝的幾個基板進行測量，同時繼續(xù)處理。然而，在后者的情形中，反饋間隔顯著地增大。當預(yù)先已知(例如，通過測量)在用于校準的基板(例如，產(chǎn)品晶片)上存在的自然變異時，那么校準和測量都可以聯(lián)機進行。
試驗結(jié)果在一個試驗中，對直徑為300mm的兩類晶片曝光。
第一類是平坦校準晶片，F(xiàn)EM在其上進行曝光。FEM由13個焦距步進(步長30nm)和9個劑量步進(步長0.5mJ/cm2，標稱劑量大約為29mJ/cm2)組成。對于每個用唯一焦距和劑量值印刷的結(jié)構(gòu)，用散射計測量光譜。這些光譜與所用的焦距和劑量偏移結(jié)合起來生成一個回歸模型。
第二類晶片是樣品晶片，即要測量的晶片。在這個試驗中，測量了兩個樣品晶片。兩個樣品晶片都包含刻痕，刻痕是在晶片內(nèi)故意生成的，以獲得更顯著的聚焦效果。用焦距和劑量的一種設(shè)定曝光覆蓋整個晶片的場。由于焦距和劑量內(nèi)存在的自然變異，如上所述，每個曝光的圖案將對應(yīng)于與設(shè)定值稍微不同的焦距和劑量值。隨后，用散射計測量印刷的結(jié)構(gòu)。采用由FEM得到的回歸模型，將屬于樣品晶片的印刷結(jié)構(gòu)的每個光譜轉(zhuǎn)化成焦距和劑量值。
將上述提到的回歸模型應(yīng)用到從具有刻痕的樣品晶片得到的光譜中，獲得焦距和劑量分布。為了驗證散射測量結(jié)果的準確性，確立與另一種良好設(shè)立的方法的相互關(guān)系。在這個試驗中，這種相關(guān)關(guān)系只是為劑量而設(shè)立的，通過將得到的結(jié)果與從所謂的均化驗證測試(leveling verification test，LVT)得到的結(jié)果來進行比較而建立這種關(guān)系，這種方法例如在Valley等人的SPIE USE V.15375-132(2004)中有所討論。該測試采用具有楔形厚度區(qū)域的劃線板型基板，該楔形厚度區(qū)域例如通過設(shè)置大量的小棱柱而形成，每個棱柱固定在適合于測量重疊的標記結(jié)構(gòu)之上。該劃線板型基板還包括若干個可以用作參考的“普通的”標記結(jié)構(gòu)。側(cè)向偏移與位于棱柱下面的標記結(jié)構(gòu)的散焦的比值在成像位移與散焦之間產(chǎn)生接近線性的關(guān)系。因而，焦距誤差轉(zhuǎn)化成重疊誤差。在用散射計測量完晶片之后，晶片被剝離、并再涂覆和重新曝光，以用于LVT測量。
LVT數(shù)據(jù)被插進散射測量柵格內(nèi)。從表1可以看出，兩種技術(shù)之間存在著非常好的相互關(guān)系。表1給出了用LVT和散射測量對兩個樣品晶片和兩類記錄的散射測量光譜(稱作α和β2)測量到的焦距之間的變異。這種相互關(guān)系呈現(xiàn)為兩種技術(shù)間的3σ-焦距差(dF)、回歸斜率(斜率)和相關(guān)系數(shù)(R2)。對于兩個晶片，相關(guān)的結(jié)果非常類似，而且并不強烈依賴于所用的光譜類型。散射測量精度的上限由兩種技術(shù)間的焦距差給出。實際的精度將更好，這是因為LVT也具有一定的不準確性，而且在兩次測量之間晶片被再涂覆和重新曝光。

表1散射測量與LVT之間的焦距差在上面的描述中，假設(shè)的是在顯影之后照射標記結(jié)構(gòu)。然而，也可以使用潛在的標記結(jié)構(gòu)，即被曝光但還未顯影的標記結(jié)構(gòu)。潛在的標記可以在曝光之后不久就成像，這是有利的，因為反饋回路可以更快。另外，由于導(dǎo)軌處理還未完成，因此測量數(shù)據(jù)可以用于給導(dǎo)軌的前饋信號。
盡管上面已經(jīng)描述了本發(fā)明的具體實施方案，但是可以理解，本發(fā)明可以以與上述不同的方式實施。本發(fā)明的實施方案還包括計算機程序(例如，一組域多組指令或者指令序列)以控制光刻裝置實施上述的方法，還包括以機器可讀的形式存儲一個或多個這種程序的存儲介質(zhì)(例如，磁盤、半導(dǎo)體存儲器)。說明書并非旨在限制本發(fā)明，例如，本發(fā)明可以應(yīng)用在不同的技術(shù)領(lǐng)域，包括像光刻、MRI和雷達應(yīng)用以及其他領(lǐng)域。然而，將本發(fā)明用在光刻領(lǐng)域內(nèi)是特別有利的，因為光刻的復(fù)雜性和高技術(shù)性使其很難將所有的參數(shù)控制到理想的水平。通過使用本發(fā)明，不能直接控制的參數(shù)可以得到間接地控制。
權(quán)利要求
1.一種用于確定至少一個工藝參數(shù)的方法，該方法包括從設(shè)置在校準目標上的多個校準標記結(jié)構(gòu)組中得到校準測量數(shù)據(jù)，所述的多個校準標記結(jié)構(gòu)組中的每個都包括至少一個校準標記結(jié)構(gòu)，不同校準標記結(jié)構(gòu)組中的校準標記結(jié)構(gòu)采用所述至少一個工藝參數(shù)的不同已知值來生成；通過使用所述至少一個工藝參數(shù)的所述已知值并對所述校準測量數(shù)據(jù)應(yīng)用回歸技術(shù)，確定數(shù)學(xué)模型，所述數(shù)學(xué)模型包括若干個回歸系數(shù)；從設(shè)置在目標上的至少一個標記結(jié)構(gòu)得到測量數(shù)據(jù)，所述至少一個標記結(jié)構(gòu)使用所述至少一個工藝參數(shù)的未知值來制作；以及通過利用所述數(shù)學(xué)模型的所述回歸系數(shù)，從所述得到的測量數(shù)據(jù)中為所述目標確定所述至少一個工藝參數(shù)的未知值。
2.依照權(quán)利要求1的方法，其中所述校準測量數(shù)據(jù)和所述測量數(shù)據(jù)用光探測器得到。
3.依照權(quán)利要求2的方法，其中所述光探測器是散射計。
4.依照前述任一權(quán)利要求的方法，其中數(shù)學(xué)模型使用的回歸技術(shù)選自于下組，該組包括主分量回歸、非線性主分量回歸、局部最小二乘法模型化以及非線性局部最小二乘法模型化。
5.依照前述任一權(quán)利要求的方法，其中所述目標是基板。
6.依照權(quán)利要求5的方法，其中所述基板包括由測試晶片和產(chǎn)品晶片構(gòu)成的組中的一個。
7.依照權(quán)利要求5或6的方法，其中所述至少一個標記結(jié)構(gòu)定位在所述基板上，位于芯片面積和刻線構(gòu)成的組中的一個內(nèi)。
8.依照權(quán)利要求7的方法，其中所述至少一個標記結(jié)構(gòu)是位于芯片面積內(nèi)的器件圖案的一部分。
9.依照前述任一權(quán)利要求的方法，其中至少一個標記結(jié)構(gòu)包括衍射光柵。
10.依照前述任一權(quán)利要求的方法，其中所述方法還包括在利用所述回歸系數(shù)之前對得到的校準測量數(shù)據(jù)和得到的測量數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。
11.依照權(quán)利要求10的方法，其中所述預(yù)處理包括對所述數(shù)據(jù)實施下組中至少一個的數(shù)學(xué)操作，該組包括減去平均值、除以標準差、選擇光學(xué)參數(shù)以及加權(quán)光學(xué)參數(shù)；其中所述光學(xué)參數(shù)包括由波長、角度和偏振態(tài)構(gòu)成的一組參數(shù)中的至少一個。
12.依照前述任一權(quán)利要求的方法，其中所述多個校準標記結(jié)構(gòu)組的每個都包括至少第一校準標記結(jié)構(gòu)和不同的第二校準標記結(jié)構(gòu)。
13.依照權(quán)利要求12的方法，其中所述第一校準標記結(jié)構(gòu)包括若干個未構(gòu)圖層，所述第二校準標記結(jié)構(gòu)包括相同的未構(gòu)圖層，但在其之上設(shè)置有圖案。
14.依照權(quán)利要求12或13的方法，其中所述第一校準標記結(jié)構(gòu)包括具有隔離線的圖案，所述第二校準標記結(jié)構(gòu)包括具有密集線或隔離空間的圖案。
15.依照權(quán)利要求12-14中任一個的方法，其中所述第一和第二校準標記結(jié)構(gòu)彼此緊密地靠近，以使所述第一和第二校準標記結(jié)構(gòu)之間的距離與所述第一和第二校準標記結(jié)構(gòu)的尺寸具有相同的量級。
16.依照前述任一權(quán)利要求的方法，其中在校準標記結(jié)構(gòu)組內(nèi)的至少一個校準結(jié)構(gòu)與所述標記結(jié)構(gòu)具有大體可比的形狀。
17.依照前述任一權(quán)利要求的方法，其中所述校準數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)包括光譜數(shù)據(jù)。
18.依照前述任一權(quán)利要求的方法，其中所述方法與光刻裝置和導(dǎo)軌中的至少一個有關(guān)。
19.依照權(quán)利要求18的方法，其中所述至少一個工藝參數(shù)選自于下組，該組包括焦距、曝光劑量、重疊誤差、與劑量有關(guān)的導(dǎo)軌參數(shù)、劃線板上線寬的變化、劃線板與劃線板的變異、投射鏡頭的象差、投射鏡頭的閃耀、以及照明劃線板的光的角分布。
20.依照權(quán)利要求18或19的方法，其中所述光刻裝置包括照明系統(tǒng)，配置用來提供輻射束；支撐結(jié)構(gòu)，配置用來支撐構(gòu)圖結(jié)構(gòu)，該構(gòu)圖結(jié)構(gòu)用來給輻射束在橫截面內(nèi)賦予圖案；基板臺，配置用來安放基板；以及投射系統(tǒng)，配置用來將圖案化的光束投射到基板的靶部上。
21.用依照前述任一權(quán)利要求的方法制造的半導(dǎo)體器件。
22.一種用于確定至少一個工藝參數(shù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括探測器，布置用來從設(shè)置在校準目標上的多個校準標記結(jié)構(gòu)組中得到校準測量數(shù)據(jù)，所述的多個校準標記結(jié)構(gòu)組中的每個都包括至少一個校準標記結(jié)構(gòu)，不同校準標記結(jié)構(gòu)組中的校準標記結(jié)構(gòu)采用所述至少一個工藝參數(shù)的不同已知值來生成；處理器單元，存儲一數(shù)學(xué)模型，該數(shù)學(xué)模型通過使用所述至少一個工藝參數(shù)的所述已知值并對所述校準測量數(shù)據(jù)應(yīng)用回歸技術(shù)而確定，所述數(shù)學(xué)模型包括若干個回歸系數(shù)；所述處理器單元布置用來從設(shè)置在目標上的至少一個標記結(jié)構(gòu)得到測量值，所述至少一個標記結(jié)構(gòu)使用所述至少一個工藝參數(shù)的未知值來制作，并用來通過利用所述數(shù)學(xué)模型的所述回歸系數(shù)，從所述得到的測量數(shù)據(jù)中為所述目標確定所述至少一個工藝參數(shù)的未知值。
23.依照權(quán)利要求22的系統(tǒng)，其中所述探測器是光探測器。
24.依照權(quán)利要求23的系統(tǒng)，其中所述光探測器是散射計。
25.依照權(quán)利要求22-24中任一個的系統(tǒng)，其中數(shù)學(xué)模型使用的回歸技術(shù)選自下組，該組包括主分量回歸、非線性主分量回歸、局部最小二乘法模型化以及非線性局部最小二乘法模型化。
26.依照權(quán)利要求22-25中任一個的系統(tǒng)，其中所述目標是基板。
27.依照權(quán)利要求26的系統(tǒng)，其中所述基板包括由測試晶片和產(chǎn)品晶片構(gòu)成的組中的一個。
28.依照權(quán)利要求26或27的系統(tǒng)，其中所述至少一個標記結(jié)構(gòu)定位在所述基板上，位于由芯片面積和刻線構(gòu)成的組中的一個內(nèi)。
29.依照權(quán)利要求28的系統(tǒng)，其中所述至少一個標記結(jié)構(gòu)是位于芯片面積內(nèi)的器件圖案的一部分。
30.依照權(quán)利要求22-29中任一個的系統(tǒng)，其中所述至少一個標記結(jié)構(gòu)包括衍射光柵。
31.依照權(quán)利要求22-30中任一個的系統(tǒng)，其中所述處理器單元布置用來在利用所述回歸系數(shù)之前對得到的測量數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。
32.依照權(quán)利要求31的系統(tǒng)，其中所述預(yù)處理包括對所述數(shù)據(jù)實施下組中至少一個的數(shù)學(xué)操作，該組包括減去平均值、除以標準差、選擇光學(xué)參數(shù)以及加權(quán)光學(xué)參數(shù)；其中所述光學(xué)參數(shù)包括下組參數(shù)中的至少一個，該組包括波長、角度和偏振態(tài)。
33.依照權(quán)利要求22-32中任一個的系統(tǒng)，其中所述多個校準標記結(jié)構(gòu)組的每個都包括至少第一校準標記結(jié)構(gòu)和不同的第二校準標記結(jié)構(gòu)。
34.依照權(quán)利要求33的系統(tǒng)，其中所述第一校準標記結(jié)構(gòu)包括若干個未構(gòu)圖層，所述第二校準標記結(jié)構(gòu)包括相同的未構(gòu)圖層，但在其之上設(shè)置有圖案。
35.依照權(quán)利要求33或34的系統(tǒng)，其中所述第一校準標記結(jié)構(gòu)包括具有隔離線的圖案，所述第二標記結(jié)構(gòu)包括具有密集線或隔離空間的圖案。
36.依照權(quán)利要求33-35中任一個的系統(tǒng)，其中所述第一和第二校準標記結(jié)構(gòu)彼此緊密地靠近，以使所述第一和第二校準標記結(jié)構(gòu)之間的距離與所述第一和第二校準標記結(jié)構(gòu)的尺寸具有相同的量級。
37.依照權(quán)利要求22-36中任一個的系統(tǒng)，其中在校準標記結(jié)構(gòu)組內(nèi)的至少一個校準結(jié)構(gòu)與所述標記結(jié)構(gòu)具有大體可比的形狀。
38.依照權(quán)利要求22-37中任一個的系統(tǒng)，其中所述校準數(shù)據(jù)和測量數(shù)據(jù)包括光譜數(shù)據(jù)。
39.依照權(quán)利要求22-38中任一個的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括光刻裝置和導(dǎo)軌中的至少一個。
40.依照權(quán)利要求39的系統(tǒng)，其中所述至少一個工藝參數(shù)選自于下組，該組包括焦距、曝光劑量、重疊誤差、與劑量有關(guān)的導(dǎo)軌參數(shù)、劃線板上線寬的變化、劃線板與劃線板的變異、投射鏡頭的象差、投射鏡頭的閃耀、以及照明劃線板的光的角分布。
41.依照權(quán)利要求39或40的系統(tǒng)，包括照明系統(tǒng)，配置用來提供輻射束；支撐結(jié)構(gòu)，配置用來支撐構(gòu)圖結(jié)構(gòu)，該構(gòu)圖結(jié)構(gòu)用來給輻射束在橫截面內(nèi)賦予圖案；基板臺，配置用來安放基板；以及投射系統(tǒng)，配置用來將圖案化的光束投射到基板的靶部上。
42.用依照權(quán)利要求22-41中任一個的系統(tǒng)制造的半導(dǎo)體器件。
全文摘要
一種依照一個實施方案的方法，包括用光探測裝置從設(shè)置在校準基板上的多個標記結(jié)構(gòu)組中得到校準測量數(shù)據(jù)。每個標記結(jié)構(gòu)組包括使用工藝參數(shù)的不同已知值生成的至少一個校準標記結(jié)構(gòu)。這種方法包括用光探測裝置從設(shè)置在基板上、并用工藝參數(shù)的未知值加以曝光的至少一個標記結(jié)構(gòu)中得到測量數(shù)據(jù)；以及通過利用在基于工藝參數(shù)的已知值和校準測量數(shù)據(jù)的模型中的回歸系數(shù)，從得到的測量數(shù)據(jù)確定工藝參數(shù)的所述未知值。
文檔編號G03F7/20GK1947062SQ200580012771
公開日2007年4月11日 申請日期2005年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月23日
發(fā)明者H·A·J·克拉默, H·凡德拉恩, R·H·J·卡帕杰, A·G·M·基爾斯 申請人:Asml荷蘭有限公司