光刻測(cè)量裝置和光刻測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明構(gòu)思涉及光刻的測(cè)量，更具體地，涉及光刻測(cè)量裝置和光刻測(cè)量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體器件的集成密度的增大，正在發(fā)展用于形成精細(xì)圖案的各種光刻技術(shù)。各種測(cè)量技術(shù)也已經(jīng)被提出來監(jiān)控用于制造高度集成器件的光刻工藝。隨著半導(dǎo)體器件的集成密度增大，光致抗蝕劑圖案的臨界尺寸(CD) —般地減小。因此，為了改善具有微小的CD的光致抗蝕劑圖案的CD均勻性，會(huì)需要光刻工藝被精確地并且可靠地監(jiān)控。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明構(gòu)思提供能夠用于精確的在線監(jiān)控伴隨制造集成電路(1C)器件進(jìn)行的光刻工藝的細(xì)微的焦距變化的光掩模以及用于光刻測(cè)量的基板對(duì)象。
[0004]本發(fā)明構(gòu)思還提供能夠精確并且無損的在線監(jiān)控伴隨制造1C器件進(jìn)行的光刻工藝的細(xì)微的焦距變化的光刻測(cè)量方法和光刻測(cè)量裝置，而沒有增加單獨(dú)的工藝到制造1C器件的工藝。
[0005]本發(fā)明構(gòu)思還提供制造1C器件的方法，其中通過利用能夠精確并且無損的在線監(jiān)控伴隨制造1C器件進(jìn)行的光刻工藝的細(xì)微的焦距變化的光刻測(cè)量方法，可以改善制造1C器件所需的圖案的臨界尺寸(CD)均勻性并可以制造可靠的1C器件。
[0006]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例，在光刻測(cè)量方法中，被焦距測(cè)量標(biāo)記衍射的具有相同的非零衍射級(jí)的相應(yīng)的光束的特性被分析，該焦距測(cè)量標(biāo)記包括在基板上彼此相鄰的參考和偏移光致抗蝕劑圖案。在用于形成焦距測(cè)量標(biāo)記的參考和偏移光致抗蝕劑圖案的曝光工藝中的焦距變化根據(jù)具有相同的非零衍射級(jí)的相應(yīng)光束的特性的比較來識(shí)別。
[0007]在一些實(shí)施例中，在識(shí)別焦距變化中，焦距測(cè)量標(biāo)記的參考和偏移光致抗蝕劑圖案之間的相對(duì)距離可以根據(jù)由其衍射的具有相同非零衍射級(jí)的相應(yīng)光束的特性的比較來確定。焦距測(cè)量標(biāo)記的參考和偏移光致抗蝕劑圖案之間的相對(duì)距離可以與焦距變化成比例。
[0008]在一些實(shí)施例中，該特性可以是通過焦距測(cè)量標(biāo)記衍射的具有相同非零衍射級(jí)的相應(yīng)光束的相應(yīng)的功率水平。相應(yīng)的功率水平之間的差異可以與焦距測(cè)量標(biāo)記的參考和偏移光致抗蝕劑圖案之間的相對(duì)距離成比例。
[0009]在一些實(shí)施例中，基板上的焦距測(cè)量標(biāo)記可以用入射光束照射，以及可以測(cè)量響應(yīng)于入射光束被焦距測(cè)量標(biāo)記衍射的相同非零衍射級(jí)的相應(yīng)光束的相應(yīng)功率水平。在曝光工藝期間由在基板的與焦距測(cè)量標(biāo)記相同的水平上的光致抗蝕劑特征圖案經(jīng)受的散焦可以根據(jù)焦距測(cè)量標(biāo)記的參考和偏移光致抗蝕劑圖案之間的相對(duì)距離來確定。
[0010]在一些實(shí)施例中，該基板還可以包括其上與焦距測(cè)量標(biāo)記相鄰并在被入射光束照射的區(qū)域內(nèi)的基于衍射的套刻標(biāo)記(diffract1n-based overlay key)?？梢詼y(cè)量響應(yīng)于入射光束被基于衍射的套刻標(biāo)記衍射的具有相同的非零衍射級(jí)的光束的相應(yīng)的功率水平。關(guān)于光致抗蝕劑特征圖案的套刻誤差可以根據(jù)由基于衍射的套刻標(biāo)記衍射的光束的相應(yīng)功率水平之間的差異來確定。
[0011]在一些實(shí)施例中，基板的包括焦距測(cè)量標(biāo)記的區(qū)域可以沒有光致抗蝕劑特征圖案。
[0012]在一些實(shí)施例中，可以提供包括主圖案區(qū)域和焦距測(cè)量標(biāo)記區(qū)域的光掩模。焦距測(cè)量標(biāo)記區(qū)域可以包括基本上不影響從其穿過的光的相位的參考部分以及配置為改變從其穿過的光的相位的相鄰的相位偏移部分?；迳系墓庵驴刮g劑層可以利用包括具有參考部分和相位偏移部分的焦距測(cè)量標(biāo)記區(qū)域的光掩模曝光以分別限定包括參考和移動(dòng)光致抗蝕劑圖案的焦距測(cè)量標(biāo)記。
[0013]在一些實(shí)施例中，參考部分的光透射區(qū)域的寬度可以大于與其相鄰的相位偏移部分的光透射區(qū)域的寬度。
[0014]在一些實(shí)施例中，參考部分的光透射區(qū)域的寬度與相位偏移部分的光透射區(qū)域的寬度的比例可以對(duì)應(yīng)于在其中相應(yīng)光束的相應(yīng)的功率水平之間的差異與焦距測(cè)量標(biāo)記的參考和偏移光致抗蝕劑圖案之間的相對(duì)距離線性地成比例的范圍。
[0015]在一些實(shí)施例中，光掩模的參考部分和相位轉(zhuǎn)移部分可以由相同的透射的基板的部分限定。參考部分和相位轉(zhuǎn)移部分的光透射區(qū)域中的透射基板的相應(yīng)厚度可以不同。
[0016]在一些實(shí)施例中用于曝光工藝的一組焦距值可以響應(yīng)于識(shí)別該焦距變化而被校正。例如，焦距變化可以是基板在曝光工藝期間經(jīng)受的散焦，該組焦距值可以通過確定散焦在焦深(DOF, depth of focus)公差值之外、響應(yīng)于該確定根據(jù)散焦計(jì)算補(bǔ)償?shù)慕咕鄶?shù)據(jù)以及用補(bǔ)償?shù)慕咕鄶?shù)據(jù)更新該組焦距值而被校正。
[0017]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的方面，提供一種光掩模，該光掩模包括:主圖案區(qū)域，其上形成用于在晶片上的芯片區(qū)域中形成集成電路(1C)的主圖案；以及焦距測(cè)量標(biāo)記區(qū)域，包括除主圖案之外形成的多個(gè)焦距監(jiān)控圖案。焦距測(cè)量標(biāo)記區(qū)域包括:透明基板；至少一個(gè)參考部分，包括不改變穿過透明基板的光的相位的參考光透射區(qū)域以及覆蓋透明基板以限定參考光透射區(qū)域的參考光屏蔽圖案；以及至少一個(gè)相位偏移部分，包括引起相對(duì)于穿過透明基板的光發(fā)生除了 180°之外的角度的相位偏移的偏移光透射區(qū)域以及覆蓋該透明基板以限定偏移光透射區(qū)域的偏移光屏蔽圖案。至少一個(gè)參考部分和至少一個(gè)相位偏移部分沿第一方向布置成一條線。
[0018]透明基板上的偏移光透射區(qū)域的厚度可以不同于透明基板上的參考光透射區(qū)域的厚度。
[0019]在一些實(shí)施例中，偏移光透射區(qū)域可以包括:第一光透射部分，具有等于參考光透射區(qū)域的厚度的厚度；以及第二光透射部分，具有不同于參考光透射區(qū)域的厚度的厚度。
[0020]在一些實(shí)施例中，參考光透射區(qū)域在第一方向上的寬度可以等于偏移光透射區(qū)域在第一方向上的寬度。在其他的實(shí)施例中，參考光透射區(qū)域在第一方向上的寬度可以不同于偏移光透射區(qū)域在第一方向上的寬度。在示例中，參考光屏蔽圖案在第一方向上的寬度與參考光透射區(qū)域在第一方向上的寬度之間的比例可以為1:1。在另一個(gè)示例中，偏移光屏蔽圖案在第一方向上的寬度與偏移光透射區(qū)域在第一方向上的寬度之間的比例可以為1:1。
[0021]焦距測(cè)量標(biāo)記區(qū)域可以包括多個(gè)參考部分和多個(gè)相位偏移部分。多個(gè)參考部分和多個(gè)相位偏移部分可以在第一方向上彼此交替。
[0022]在示例中，多個(gè)參考部分的每個(gè)可以是包括在第一方向上布置的單個(gè)參考光屏蔽圖案和單個(gè)參考光透射區(qū)域的一個(gè)周期的參考部分。多個(gè)相位偏移部分的每個(gè)可以是包括在第一方向上布置的單個(gè)偏移光屏蔽圖案和單個(gè)偏移光透射區(qū)域的一個(gè)周期的相位偏移部分。
[0023]在另一個(gè)示例中，多個(gè)參考部分的每個(gè)可以是包括在第一方向上布置的多個(gè)參考光屏蔽圖案和多個(gè)參考光透射區(qū)域的多個(gè)周期的參考部分，多個(gè)相位偏移部分的每個(gè)可以是包括在第一方向上布置的單個(gè)偏移光屏蔽圖案和單個(gè)偏移光透射區(qū)域的一個(gè)周期的相位偏移部分。
[0024]在另一個(gè)示例中，多個(gè)參考部分的每個(gè)可以是包括在第一方向上布置的單個(gè)參考光屏蔽圖案和單個(gè)參考光透射區(qū)域的單個(gè)周期的參考部分，多個(gè)相位偏移部分的每個(gè)可以是包括在第一方向上布置的多個(gè)偏移光屏蔽圖案和多個(gè)偏移光透射區(qū)域的多個(gè)周期的相位偏移部分。
[0025]在另一個(gè)的示例中，多個(gè)參考部分的每個(gè)可以是包括在第一方向上布置的多個(gè)參考光屏蔽圖案和多個(gè)參考光透射區(qū)域的多個(gè)周期的參考部分，多個(gè)相位偏移部分的每個(gè)可以是包括在第一方向上布置的多個(gè)偏移光屏蔽圖案和多個(gè)偏移光透射區(qū)域的多個(gè)周期的相位偏移部分。
[0026]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個(gè)方面，提供一種用于光刻測(cè)量的基板對(duì)象，包括:基板；特征圖案，形成在基板上；以及焦距測(cè)量標(biāo)記，在與形成特征圖案的水平相同的水平形成在基板上，該焦距測(cè)量標(biāo)記包括彼此間隔開的多個(gè)測(cè)量圖案以測(cè)量特征圖案的焦距變化。
[0027]多個(gè)測(cè)量圖案可以包括:多個(gè)參考圖案組，在第一方向上以規(guī)則的間隔彼此間隔開；以及多個(gè)偏移圖案組，與多個(gè)參考圖案組交替并與多個(gè)參考圖案組排列在第一方向上的直線上。多個(gè)參考圖案組的每個(gè)可以包括至少一個(gè)參考圖案，多個(gè)偏移圖案組的每個(gè)可以包括至少一個(gè)偏移圖案。
[0028]至少一個(gè)參考圖案與至少一個(gè)偏移圖案之間在第一方向上的距離可以取決于在用于形成至少一個(gè)偏移圖案的曝光工藝期間的散焦。
[0029]從多個(gè)參考圖案組選出的參考圖案組和從多個(gè)偏移圖案組當(dāng)中的與選出的參考圖案組相鄰的偏移圖案組之間的最小距離可以在第一方向上不同。
[0030]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個(gè)方面，提供一種光刻測(cè)量裝置，包括:平臺(tái)，配置為支撐要被測(cè)量的基板，該要被測(cè)量的基板包括基板、形成在基板上的特征圖案以及在與形成特征圖案的水平相同的水平形成在基板上的焦距測(cè)量標(biāo)記，該焦距測(cè)量標(biāo)記包括彼此間隔開的多個(gè)測(cè)量圖案以測(cè)量特征圖案的焦距變化；照射器件，配置為產(chǎn)生輻射束；投射器件，包括偏振器，該偏振器配置為偏振由照射器件產(chǎn)生的輻射束使得輻射束能夠入射在要被測(cè)量的基板的焦距測(cè)量標(biāo)記上；檢測(cè)器件，包括第一檢測(cè)單元，第一檢測(cè)單元配置為檢測(cè)由要被測(cè)量的基板的焦距測(cè)量標(biāo)記衍射的輸出光束當(dāng)中的土η級(jí)衍射光束的功率，該±η級(jí)衍射光束以相同的角度衍射從而關(guān)于零級(jí)衍射光束彼此對(duì)稱，其中η是等于或大于1的整數(shù)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，包括第一存儲(chǔ)介質(zhì)，該第一存儲(chǔ)介質(zhì)配置為存儲(chǔ)關(guān)于散焦的第一數(shù)據(jù)，根據(jù)±η級(jí)衍射光束的功率確定要被測(cè)量的基板已經(jīng)在曝光工藝期間經(jīng)受該散焦；以及確定器件，包括第一確定單元，該第一確定單元根據(jù)存儲(chǔ)在所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)從由所述檢測(cè)器件檢測(cè)的土η級(jí)衍射光束之間的功率偏差來確定所述特征圖案在曝光裝置中形成時(shí)所經(jīng)受的散焦。
[0031]多個(gè)測(cè)量圖案可以包括:多個(gè)參考圖案組，在第一方向上以規(guī)則的間隔彼此間隔開；以及多個(gè)偏移圖案組，與多個(gè)參考圖案組交替并與多個(gè)參考圖案組排列在第一方向上的直線上。關(guān)于散焦的第一數(shù)據(jù)可以是根據(jù)從多個(gè)參考圖案組選擇的至少一個(gè)與從多個(gè)偏移圖案組選擇的至少一個(gè)之間在第一方向上的相對(duì)距離計(jì)算的數(shù)據(jù)。
[0032]光刻測(cè)量裝置還可以包括控制器件，該控制器件根據(jù)由確定器件確定的散焦計(jì)算補(bǔ)償?shù)慕咕鄶?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器還可以包括配置為存儲(chǔ)第二數(shù)據(jù)的第二存儲(chǔ)介質(zhì)，第二數(shù)據(jù)包括焦深(D0F)，該焦深是被確定為在曝光工藝期間由要被測(cè)量的基板經(jīng)受的散焦的公差。確定器件還可以包括第二確定單元，該第二確定單元在散焦偏離D0F時(shí)傳輸用于要被測(cè)量的基板的修改命令到控制器件。
[0033]要被測(cè)量的基板還可以包括與特征圖案同時(shí)形成的基于衍射的微型套刻(DB0)標(biāo)記。檢測(cè)器件還可以包括第二檢測(cè)單元，該第二檢測(cè)單元配置為檢測(cè)由微DB0標(biāo)記衍射的輸出光束當(dāng)中的土η級(jí)衍射光束的功率，該±η級(jí)衍射光束以相同的角度衍射從而關(guān)于零級(jí)衍射光束彼此對(duì)稱，其中η是等于或大于1的整數(shù)。確定器件還可以包括第二確定單元，該第二確定單元從由第二檢測(cè)單元檢測(cè)的土η級(jí)衍射光束之間的功率偏差確定特征圖案的套刻誤差。焦距測(cè)量標(biāo)記和微DB0標(biāo)記可以位于通過由投射器件投射到要被測(cè)量的基板上的輻射束的一次發(fā)射所形成的一次測(cè)量斑點(diǎn)內(nèi)。
[0034]投射器件可以配置為在要被測(cè)量的基板不移動(dòng)時(shí)投射由偏振器偏振的至少兩種類型的輻射束到要被測(cè)量的基板上。在一些實(shí)施例中，至少兩種類型的輻射束可以具有不同的波長(zhǎng)并可以同時(shí)入射在要被測(cè)量的基板上的相同的位置上。在另一些的實(shí)施例中，至少兩種類型的輻射束可以順序地入射在要被測(cè)量的基板上的相同的位置上。在這種情況下，兩種類型的輻射束可以具有相同的波長(zhǎng)。
[0035]照射器件可以產(chǎn)生具有230至850nm的波長(zhǎng)的輻射束。
[0036]在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個(gè)方面的光刻測(cè)量方法中，特征圖案和焦距測(cè)量標(biāo)記經(jīng)由曝光工藝形成在基板上的相同的水平上，該焦距測(cè)量標(biāo)記包括彼此間隔開的多個(gè)測(cè)量圖案以測(cè)量特征圖案的焦距變化。輻射束被輻射以入射在焦距測(cè)量標(biāo)記上。由焦距測(cè)量標(biāo)記衍射的輸出光束當(dāng)中的土η級(jí)衍射光束的功率被檢測(cè)(其中η是等于或大于1的整數(shù))，該±η級(jí)衍射光束以相同的角度衍射從而關(guān)于零級(jí)衍射光束彼此對(duì)稱。根據(jù)±η級(jí)衍射光束的功率來推斷基板在曝光工藝期間所經(jīng)受的散焦。
[0037]多個(gè)測(cè)量圖案可以包括:多個(gè)參考圖案組，在第一方向上以規(guī)則的間隔彼此間隔開；以及多個(gè)偏移圖案組，與多個(gè)參考圖案組交替并與多個(gè)參考圖案組排列在第一方向上的直線上。散焦的確定可以根據(jù)從多個(gè)參考圖案組選擇的至少一個(gè)與從多個(gè)偏移圖案組選擇的至少一個(gè)之間在第一方向上的相對(duì)距離。
[0038]要被測(cè)量的基板還可以包括微DB0標(biāo)記，該微DB0標(biāo)記與特征圖案同時(shí)形成并形成為與焦距測(cè)量標(biāo)記一起位于通過入射在基板上的輻射束的一次發(fā)射而形成的一次測(cè)量斑點(diǎn)內(nèi)。光刻測(cè)量方法還可以包括:檢測(cè)由微DB0標(biāo)記衍射的輸出光束當(dāng)中的±η級(jí)衍射光束的功率，該±η級(jí)衍射光束以相同的角度衍射從而關(guān)于零級(jí)衍射光束彼此對(duì)稱，其中η是等于或大于1的整數(shù)；以及從由檢測(cè)獲得的土η級(jí)衍射光束之間的功率偏差確定特征圖案的套刻誤差。
[0039]在光刻測(cè)量方法中，套刻誤差的確定可以與散焦的確定同時(shí)進(jìn)行。
[0040]在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個(gè)方面的制造1C器件的方法中，光致抗蝕劑層形成在基板上。光致抗蝕劑層通過應(yīng)用第一焦距設(shè)定值而曝光。曝光的光致抗蝕劑層被顯影以在基板上形成特征圖案以及在基板上在與特征圖案形成的水平相同的水平上形成焦距測(cè)量標(biāo)記，該焦距測(cè)量標(biāo)記包括彼此間隔開的多個(gè)測(cè)量圖案以測(cè)量特征圖案的焦距變化。輻射束被輻射以入射在焦距測(cè)量標(biāo)記上。檢測(cè)由焦距測(cè)量標(biāo)記衍射的輸出光束當(dāng)中的土η級(jí)衍射光束的功率(其中η是等于或大于1的整數(shù))，該±η級(jí)衍射光束以相同的角度衍射從而關(guān)于零級(jí)衍射光束彼此對(duì)稱。在曝光工藝期間基板經(jīng)受的散焦根據(jù)土η級(jí)衍射光束的檢測(cè)功率來推斷。根據(jù)推斷的散焦確定第一焦距設(shè)定值是否將被校正。
[0041]多個(gè)測(cè)量圖案可以包括:多個(gè)參考圖案組，在第一方向上以規(guī)則的間隔彼此間隔開；以及多個(gè)偏移圖案組，與多個(gè)參考圖案組交替并與多個(gè)參考圖案組排列在第一方向上的直線上。在制造1C器件的方法中，散焦的確定可以根據(jù)從多個(gè)參考圖案組選擇的至少一個(gè)與從多個(gè)偏移圖案組選擇的至少一個(gè)之間在第一方向上的相對(duì)距離。
[0042]制造1C器件的方法還可以包括從檢測(cè)的±η級(jí)衍射光束的功率推斷特征圖案的套刻誤差。
[0043]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一個(gè)方面，提供一種1C器件，包括從根據(jù)如上所述的本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的1C制造方法選擇的至少一個(gè)形成的多個(gè)圖案。
【附圖說明】
[0044]從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明構(gòu)思的示例實(shí)施例將被更清楚地理解，附圖中:
[0045]圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的光掩模的示意平面圖；
[0046]圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的光掩模的焦距測(cè)量標(biāo)記區(qū)域的截面圖；
[0047]圖3是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一些實(shí)施例的光掩模的焦距測(cè)量標(biāo)記區(qū)域的截面圖；
[0048]圖4A-4D分別是可被包括在根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一些實(shí)施例的光掩模中的示例焦距測(cè)量標(biāo)記區(qū)域的截面圖；
[0049]圖5A-5F是用于說明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的制造光掩模的方法的截面圖；
[0050]圖6A-6D是用于說明根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一些實(shí)施例的制造光掩模的方法的截面圖；
[0051]圖7是曝光裝置的示意圖，該曝光裝置可以通過利用根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思實(shí)施例的光掩模用于形成根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的用于光刻測(cè)量的基板對(duì)象；
[0052]圖8是用于說明經(jīng)由曝光工藝獲得的光致抗蝕劑圖案的相對(duì)偏移量的視圖，在該曝光工藝中使用根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的光掩模；
[0053]圖9Α是根