CN109564393B - 量测方法和设备、计算机程序和光刻系统 - Google Patents

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Abstract

公开了一种重建在衬底上通过光刻过程形成的结构的特性的方法，以及相关的量测设备。该方法包括将与光刻过程相关的第一参数的测量值组合以获得第一参数的估计值；以及使用第一参数的估计值和结构的测量值重建与结构的特性相关的至少第二参数。组合步骤可以包括对第一参数的变化建模以获得第一参数的参数模型或指纹。

Description

量测方法和设备、计算机程序和光刻系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年8月1日提交的欧洲申请16182166.5的优先权，该欧洲申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及用于量测的方法和设备，例如可以用于通过光刻技术制造器件中，以及涉及用于使用光刻技术制造器件的方法。
背景技术
光刻设备是一种将所期望的图案施加到衬底上(通常在衬底的目标部分上)的机器。例如，光刻设备可以用于集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可替代地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成待形成于集成电路的单层上的电路图案。可以将该图案转印到衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括管芯的一部分、一个或更多个管芯)上。通常，通过将图案成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上进行图案的转印。通常，单个衬底将包含被连续形成图案的相邻目标部分的网络。在光刻过程中，经常期望对所产生的结构进行测量，例如用于过程控制和验证。已知用于进行这种测量的各种工具，包括通常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜和用于测量重叠的专用工具，重叠是器件中的两个层的对准的准确度的度量。可以用两层之间的未对准程度来描述重叠，例如，提及到测量的为1nm的重叠可以描述两层未对准为1nm的情况。
近来，各种形式的散射计已经被开发，应用在光刻领域中。这些装置将辐射束引导到目标上，并且测量散射辐射的一个或更多个属性--例如在单个反射角下作为波长的函数的强度、在一种或更多种波长下作为反射角的函数的强度、或者作为反射角的函数的偏振--以获得“光谱”，可以根据该“光谱”确定目标的感兴趣的属性。可以通过各种技术执行确定感兴趣的属性：例如，通过迭代方法(诸如严格耦合波分析或有限元方法)的目标重建；库搜索；和主成份分析。
一种形式的重建可以使用关于在感兴趣的参数的重建中先前测量的一个或更多个参数(例如，与先前层有关)的统计和/或空间分布的现有知识。这可以减少在重建期间需要分辨的参数的数量，即，当感兴趣的参数与先前测量的参数之间存在相关性时。然而，先前测量的参数的测量可能并不总是与和感兴趣的参数的测量相同的测量网格相关。作为具体示例，感兴趣的参数(例如CD)的轮廓重建可以使用先前测量的重叠数据；然而，测量的CD目标可能位于衬底上的不同于测量的重叠目标的部位的部位处。
将期望改进这种重建方法。
发明内容
本发明在第一方面中提供了一种重建通过光刻过程形成在衬底上的结构的特性的方法，包括：a)将与所述光刻过程相关的第一参数的测量值组合，以获得第一参数的估计值；以及b)使用所述第一参数的所述估计值和所述结构的测量值重建与所述结构的所述特性相关的至少第二参数。
本发明在第二方面中提供了一种量测设备，包括：照射系统，所述照射系统被配置为用辐射照射在衬底上使用光刻过程产生的至少一结构；检测系统，所述检测系统被配置为检测由所述结构的照射所引起的散射辐射；和处理器，所述处理器可操作以：将与所述光刻过程相关的第一参数的测量值组合，以获得第一参数的估计值；以及使用所述第一参数的估计值和检测到的散射辐射重建与所述结构的特性相关的至少第二参数。
本发明还提供了一种包括处理器可读指令的计算机程序，当在合适的处理器控制的设备上运行时，使得处理器控制的设备执行根据第一方面所述的方法，以及包括这种计算机程序的计算机程序载体。处理器控制的设备可以包括根据第二方面所述的量测设备。
本发明的另外的特征和优点以及本发明的各实施例的结构和操作被参考附图在下文更详细地描述。注意到，本发明不限于此处描述的特定实施例。这样的实施例被在此处显示，仅用于示例目的。基于此处包含的教导，相关领域的技术人员将明白另外的实施例。
附图说明
现在将参考附图、仅以示例的方式来描述本发明的实施例，其中：
图1示出了根据本发明的实施例的光刻设备；
图2示出了根据本发明的实施例的光刻单元或簇；
图3示出了根据本发明实施例的可以用于量测方法的第一类型的散射计；
图4示出了根据本发明实施例的可以用于量测方法的第二类型的散射计；
图5包括两层结构的横截面示意图，其中标记了相关参数；
图6包括光刻方法和量测方法的流程图；
图7包括示出本发明第一实施例的量测过程的流程图；
图8包括示出本发明第一实施例的量测过程的流程图；和
图9包括示出根据本发明另一实施例的量测过程的流程图。
具体实施方式
在详细地描述本发明的实施例之前，提出一个可以实施本发明的实施例的示例性环境是有指导意义的。
图1示意性地描绘了一种光刻设备LA。该光刻设备包括：照射光学系统(照射器)IL，配置成调节辐射束B(例如UV辐射，或DUV辐射)；图案形成装置支撑件或支撑结构(例如，掩模台)MT，构造成用于支撑图案形成装置(例如掩模)MA，并与配置成用于根据某些参数准确地定位图案形成装置的第一定位装置PM相连；衬底台(例如，晶片台)WT，构造成保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W，且与配置成根据某些参数准确定位衬底的第二定位装置PW相连；以及投影光学系统(例如折射式投影透镜系统)PS，配置成用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投射到衬底W的目标部分C(例如包括一个或更多个管芯)上。
照射光学系统可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、磁性型、电磁型、静电型或其它类型的光学部件、或其任意组合，用以引导、成形、或控制辐射。
所述图案形成装置支撑件以依赖于图案形成装置的方向、光刻设备的设计以及诸如图案形成装置是否保持在真空环境中等其他条件的方式保持图案形成装置。所述图案形成装置支撑件可以采用机械的、真空的、静电的或其它夹持技术保持图案形成装置。所述图案形成装置支撑件可以是框架或台，例如，其可以根据需要成为固定的或可移动的。所述图案形成装置支撑件可以确保图案形成装置位于所期望的位置上(例如相对于投影系统)。可认为本发明中使用的任何术语“掩模版”或“掩模”皆与更上位的术语“图案形成装置”同义。
此处使用的术语“图案形成装置”应该被广义地理解为表示能够用于将图案在辐射束的横截面中赋予辐射束、以便在衬底的目标部分上产生图案的任何装置。应当注意，赋予辐射束的图案可能不完全对应于衬底的目标部分中的所期望的图案，例如，如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征。通常，被赋予辐射束的图案将与在目标部分上产生的器件中的特定的功能层相对应，例如集成电路。
图案形成装置可以是透射式或反射式的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列以及可编程液晶显示(LCD)面板。掩模在光刻术中是公知的，并且包括诸如二元掩模类型、交替型相移掩模类型、衰减型相移掩模类型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每一个小反射镜可以独立地倾斜，以便沿不同的方向反射入射的辐射束。所述已倾斜的反射镜将图案赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射束。
如此处所示，所述光刻设备是透射型的(例如采用透射式掩模)。可替代地，该光刻设备可以是反射型的(例如，采用如上所述类型的可编程反射镜阵列，或采用反射掩模)。
光刻设备也可为如下类型：其中衬底的至少一部分可由具有相对高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充投影系统与衬底之间的空间。也可将浸没液体施加至光刻设备中的其他空间中，例如，掩模与投影系统之间的空间。在本领域中公知浸没技术用于增加投影系统的数值孔径。这里使用的术语“浸没”并不意味着诸如衬底的结构必须浸没在液体中，而是仅意味着在曝光期间液体位于投影系统和衬底之间。
参考图1，照射器IL接收来自辐射源SO的辐射束。例如，当源为准分子激光器时，源和光刻设备可以是分离的实体。在这种情况下，不将源看成是形成了光刻设备的一部分，且辐射束借助于包括(例如)合适的定向反射镜和/或扩束器的束传递系统BD的帮助从源SO被传至照射器IL。在其他情况下，例如，当源为汞灯时，源可以是光刻设备的组成部分。源SO和照射器IL以及束传递系统BD(如果需要的话)可被称作辐射系统。
照射器IL可以包括用于调整所述辐射束的角强度分布的调整器AD。通常，可以对所述照射器的光瞳平面中的强度分布的至少所述外部和/或内部径向范围(一般分别称为σ-外部和σ-内部)进行调整。另外，照射器IL可以包括各种其他部件，例如积分器IN和聚光器CO。可以将所述照射器用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所期望的均匀性和强度分布。
辐射束B入射到被保持在图案形成装置支撑件(例如，掩模台)MT上的图案形成装置(例如，掩模)MA上，并且被图案形成装置图案化。辐射束B横穿图案形成装置(例如，掩模)MA后，穿过投影光学系统PS，投影光学系统PS将束聚焦至衬底W的目标部分C上，从而将图案的图像投影在目标部分C上。借助于第二定位装置PW和位置传感器IF(例如，干涉量测装置、线性编码器、2D编码器或电容传感器)，可准确地移动衬底台WT，例如，以将不同的目标部分C定位于辐射束B的路径中。类似地，第一定位装置PM和另一位置传感器(其未在图1中明确地示出)可被用于(例如在掩模库的机械获取后或在扫描期间)相对于辐射束B的路径来准确地定位图案形成装置(例如，掩模)MA。
可以使用掩模对准标记M1、M2及衬底对准标记PI、P2来对准图案形成装置(例如，掩模)MA及衬底W。尽管所图示的衬底对准标记占据专用目标部分，但所述衬底对准标记可位于目标部分之间的空间中(这些衬底对准标记被称为划线对齐标记)。相似地，在多于一个管芯设置于图案形成装置(例如，掩模)MA上的情形中，掩模对准标记可位于所述管芯之间。小的对准标识也可被包括于管芯内，位于器件特征之中，在这种情况下，期望使标识尽可能小且无需与相邻特征不同的任何成像或过程条件。下文中进一步描述检测对准标识的对准系统。
在该示例中光刻设备LA是所谓的双台型，其具有两个衬底台WTa、WTb以及两个站-(曝光站和测量站)，且在所述两个站之间衬底台可被交换。在曝光站处正曝光一个衬底台上的一个衬底的同时，可在测量站处将另一衬底装载至另一衬底台上且进行各种预备步骤。预备步骤可包括使用水平传感器LS来绘制衬底的表面控制的图，和使用对准传感器AS来测量衬底上的对准标记的位置。这使得所述设备的生产量实质地增加。
所描绘的设备可以以各种模式使用，包括例如步进模式或扫描模式。光刻设备的构造和操作对于本领域技术人员来说是公知的，并且不需要为了理解本发明而进一步描述。
如图2所示，光刻设备LA构成光刻系统的一部分，称为光刻单元LC或光刻元或簇。光刻单元LC还可以包括在衬底上执行曝光前和曝光后过程的设备。常规地，这些设备包括：用于沉积抗蚀剂层的旋涂机SC、用于显影曝光后的抗蚀剂的显影剂DE、激冷板CH和焙烤板BK。衬底处理器或机器人RO从输入/输出端口I/O1、I/O2拾取衬底，在不同的过程设备之间移动衬底，然后将其传送到光刻设备的装载台LB。这些装置通常统称为轨道，并且由轨道控制单元TCU控制，该轨道控制单元TCU本身由管理控制系统SCS控制，该管理控制系统SCS也通过光刻控制单元LACU来控制光刻设备。因此，可以操作不同的设备以最大化生产量和处理效率。
图3示出了已知的光谱散射计，其可以用作上述类型的系统中的量测设备。它包括宽带(白光)辐射投影仪302，其将辐射投射到衬底W上。反射的辐射被传递到光谱仪304，该光谱仪304测量镜面反射的辐射的光谱306(强度作为波长的函数)。根据该数据，可以通过在处理单元PU内的计算来重建导致检测到的光谱的结构或轮廓308。可以例如通过严格耦合波分析和非线性回归，或者与预先测量的光谱库或预先计算的模拟光谱进行比较来执行重建。通常，对于重建，结构的一般形式是已知的，并且根据制造结构的过程的知识假设一些参数，仅留下从散射测量数据确定的结构的一些参数。这种散射计可以被配置为垂直入射散射计或倾斜入射散射计。
图4示出了已知的角分辨散射计的基本元件，其可以代替光谱散射计使用或者除了光谱散射计之外而被使用。在这种类型的检查设备中，由辐射源411发射的辐射由照射系统412调节。例如，照射系统412可以包括准直用的透镜系统412a、滤色器412b、偏振器412c和孔装置413。经过调节的辐射沿循照射路径IP，其中它被部分反射表面415反射并经由显微镜物镜416聚焦到衬底W上的斑S中。量测目标结构T可以形成在衬底W上。透镜416具有高数值孔径(NA)，优选为至少0.9，更优选为至少0.95。如果需要的话，可以使用浸没流体，以获得大于1的数值孔径。
如在光刻设备LA中，可以提供一个或更多个衬底台以在测量操作期间保持衬底W。衬底台在形式上可以与图1的衬底台WTa、WTb相似或相同。(在检查设备与光刻设备集成的示例中，它们甚至可以是相同的衬底台。)粗定位器和精定位器可以配置成相对于测量光学系统准确地定位衬底。例如，提供各种传感器和致动器以获取感兴趣的目标的位置，并将其带到物镜16下方的适当位置。通常，将在衬底W上的不同部位处的目标上进行许多测量。衬底支撑件可以在X和Y方向上移动以获得不同的目标，并且在Z方向上移动以获得光学系统在目标上的期望的聚焦。当实际上光学系统保持基本静止并且仅衬底移动时，好像物镜和光学系统被带到衬底上的不同部位的话，便于想到和描述操作。在其他示例中，衬底在一个方向上移动，同时光学系统在另一个方向上移动，以实现整体X-Y移动。如果衬底和光学系统的相对位置是正确的，原则上它们中的一个或两个在现实世界中是否移动并不重要。
当辐射束入射在分束器416上时，辐射束的一部分透射通过分束器(部分反射表面415)并遵循参考路径RP朝向参考镜414。
由衬底反射的辐射，包括由任何量测目标T衍射的辐射，由透镜416收集并遵循收集路径CP，在收集路径CP中它通过部分反射表面415进入检测器419。检测器可以位于背投影式光瞳平面P中，该光瞳平面P位于透镜416的焦距F处。在实践中，光瞳平面本身可能是不可接近的，并且可以替代地用辅助光学器件(未示出)重新成像到位于所谓的共轭光瞳平面P′中的检测器上。检测器可以是二维检测器，从而可以测量目标结构的二维角散射光谱或衍射光谱。在光瞳平面或共轭光瞳平面中，辐射的径向位置限定了辐射在聚焦光斑S的平面中的入射/出射角度，并且围绕光轴O的角位置限定了辐射的方位角。检测器419可以是例如CCD或CMOS传感器的阵列，并且可以使用例如每帧40毫秒的积分时间。
参考路径RP中的辐射被投影到同一检测器419的不同部分上，或者可选地投影到不同的检测器(未示出)上。参考束通常用于例如测量入射辐射的强度，以允许在散射光谱中测量的强度值的归一化。
可以注意到，辐射在从源411到检测器419的途中被部分反射表面415反射并随后透过部分反射表面415。在每次反射或透射时，相当大的一部分辐射“丢失”并且不能用于测量。一部分丢失的辐射可用于其他目的，例如用于聚焦或对准；或者用于如上所述的参考束。
照射系统412的各种部件可以是可调节的，以在同一设备内实施不同的量测“选配方案”。滤色器412b可以例如通过一组干涉滤波器来实现，以选择在例如405-790nm或甚至更低的范围内的不同的感兴趣的波长，例如200-300nm。干涉滤波器可以是可调谐的，而不是包括一组不同的滤波器。可以使用光栅代替干涉滤光器。偏振器412c可以是可旋转的或可交换的，以便在辐射斑S中实现不同的偏振状态。可以调节孔装置413以实现不同的照射轮廓。孔装置413位于与物镜416的光瞳平面P和检测器419的平面共轭的平面P”中。以这种方式，由孔装置限定的照明轮廓限定了入射在衬底上、穿过孔装置413上的不同位置的光辐射的角度分布。
检测器419可以测量单个波长(或窄波长范围)处的散射光的强度、分别在多个波长处的强度或在波长范围上积分的强度。此外，检测器可以分别测量横向磁偏振光和横向电偏振光的强度和/或横向磁偏振光和横向电偏振光之间的相位差。对于更精细的分辨率，可以考虑将EUV波长用于量测设备中，并对源和光学系统进行适当的修改。
当在衬底W上设置有量测目标T时，这可以是1-D光栅，其被印制成使得在显影之后，栅条由实体抗蚀剂线形成。目标可以为2-D光栅，所述2-D光栅被印制成使得在显影之后，该光栅由实体抗蚀剂柱或抗蚀剂中的过孔形成。栅条、柱或过孔可以选地被刻蚀至衬底中。该图案对光刻投影设备，特别是投影系统PS中的色差敏感。照射对称性和这种像差的存在将在印刷的光栅的变化中表现出来。因此，印刷的光栅的散射测量数据用于重建光栅。1-D光栅的参数，例如线宽和形状，或2-D光栅的参数，例如柱或过孔的宽度或长度或形状，可以根据印刷步骤和/或其他散射测量过程的知识输入到由处理单元PU执行的重建过程中。本文公开的技术不限于光栅结构的检查，并且任何目标结构，包括空白衬底或其上仅具有平坦层的衬底，都包括在术语“目标结构”内。
实际中，目标T可以是比简单光栅更复杂的结构。目标结构可以是产品结构，而不是专门为量测而形成的目标。目标结构可以是多于一层，例如图2的双图案化的翅片和沟槽结构。
使用上述散射计中的一个与目标结构(例如目标T及其衍射属性)的建模相结合，可以以多种方式执行结构的形状和其他参数的测量。在由图6表示的第一类型过程中，计算基于目标形状(第一候选结构)的第一估计的衍射图案，并将其与观察到的衍射图案进行比较。然后，系统地改变模型的参数并且在一系列迭代中重新计算衍射，以产生新的候选结构，从而达到最佳拟合。虽然一些方法系统地改变参数，但是其他技术依赖于以随机方式对参数空间进行采样。这些的例子是蒙特卡罗马尔可夫链方法。这些技术不排除在本公开之外。在第二类型过程中，预先计算许多不同候选结构的光谱以创建光谱的“库”。然后将从测量目标观察到的光谱与计算的光谱的库进行比较，以找到最佳拟合。两种方法可以一起使用：可以从库中获得粗拟合，然后是迭代过程以找到最佳拟合。下面描述的方法涉及模拟辐射和结构之间的相互作用的方法，并且可以应用于这些类型的过程中的任何一种。仅为了图示的目的，将提及第一类型的过程。
使用散射量测术的CD或轮廓重建试图从衬底上的结构的反射率测量中解析感兴趣的参数(例如，CD，侧壁角，层厚度，折射率)。该结构可以包括划线或虚设区域中或者直接在器件区域中的重复结构上的特殊设计的目标。
根据反射率测量数据，可以通过在处理单元PU内的计算来重建引起检测到的谱(或“光瞳”)的结构或轮廓。可以例如通过严格耦合波分析和非线性回归来执行重建。通常，对于重建，结构的一般形式是已知的，并且根据制造结构所依据的过程的知识假设一些参数，仅留下结构的一些参数根据散射测量数据确定。简单地说，重建过程可以包括模拟建模结构的谱或光瞳响应并将其与实际测量的谱进行比较。假设模拟的光谱和测量的光谱不是完美匹配，则将改变模型的一个或更多个参数的值并重新模拟谱响应。重复这一过程，直到模拟的光谱和测量的光谱之间的不匹配被最小化。
CD或轮廓重建要求名义叠层的几何形状和光学材料是熟知知的，并且依赖于在拟合过程中可以重建与名义值的小偏差的事实。在该过程中，通过模拟来拟合测量数据，其基于数值求解电磁波的反射方程(麦克斯韦方程)作为参数偏差的函数，结合测量传感器的(已知/建模的)属性。
导致模拟谱与测量谱之间最接近的匹配的建模参数值(例如，几何形状和/或光学材料参数)被认为包含感兴趣的参数的实际值(例如，CD，SWA)，并且此外包含在拟合过程中是必需的但对用户没有价值的“多余参数”参数。
描述在复杂的叠层上的叠层几何形状和光学属性随衬底或或时间(衬底到衬底)的变化的参数的数量将很大。这样大的一组拟合参数通常不能从单次反射测量中唯一地解析，即参数变化的各种配置可能导致相同的模拟谱响应并因此导致相同的拟合品质。
克服这个缺点的一种方法是“全局量测”。这包括使用一个或更多个参数的先前测量知识来减少确定可能对测量的反射谱负责任的参数变化的配置时的负担。更通用的方式是使用一个或更多个参数的概率分布的先前知识，也称为贝叶斯方法。
图5图示出全局量测的原理。示出了形成为两层的重复结构400，层a和层b。当重建结构400时，建模参数可包括临界尺寸CDa、CDb、深度Db、Da、侧壁角SWAb以及层b和a之间的重叠OV。这些中的一个(或更多个)将是感兴趣的参数，而其余的将是多余参数。在传统的重建量测中，所有这6个参数都需要同时进行拟合。然而，在全局量测中，可以首先在初始重建步骤中确定与层a相关的参数(即，CDa，Da)，该初始重建步骤使用在形成层b之前执行的层a的测量结果执行。这意味着在结构400的重建期间仅剩余的4个参数(即CDb，Db，SWAb，OV)将需要拟合；假设已经为参数CDa，Da确定的值保持不变，因此作为固定参数被向前馈送。事实上，可以使用另一种散射测量技术(例如，通过重叠目标的目标不对称性的测量)在单独的测量步骤中测量重叠OV，然后可以将该重叠值用作重建中的固定值，这意味着在结构400的最终重建中仅有三个参数需要拟合。
图6的工艺流程图示出了完整的制造过程中的这种全局量测方法。顶部工艺流程MES是由光刻过程的制造执行系统(MES)执行的步骤。MES控制在量测设备上开始量测测量的指令，并在测量完成后获取相关的量测结果文档。其他控制方案是可能的并且是可以想到的，例如，量测设备可以在没有MES的情况下执行其自身的控制。下一个工艺流程MET是由量测或检查工具(诸如如图3所示的工具)执行的步骤。在每种情况下，La指的是层和Lt指的是批次。
对于第一层La N-1，该过程通过由MES执行第一批(Lt0)的排序步骤Schd开始。排序步骤可以包括确定描述例如用于执行期望的测量步骤的材料、设备和/或选配方案的指令。
基于排序的指令，可以创建“选配方案”，即步骤CR，后续批次上的层的测量将基于步骤CR。选配方案可以确定在测量之后应如何“自动”解释测量数据。
然后，量测设备MET用于测量步骤Meas，以基于来自MES的排序指令测量后续批次的相同层La N-1。量测设备MET的每个测量步骤可以包括重建。对下一层La N(以及任何后续层)执行类似的过程。然而，如粗箭头600所示，使用量测设备MET执行的层La N的每个测量步骤Meas(和初始创建的选配方案步骤CR)可以在其重建中使用从先前层La N-1(或任何前一层)的相应批次测量确定的参数值。以这种方式，可以减少需要在层La N的测量步骤中拟合的参数的数量。
已知的全局量测方法存在许多问题。对于直接的全局方法，为了允许参数的1∶1耦合，必须使用与最终层相同的采样方案并在同一衬底上测量先前的层。这并不总是可行的，并且如果可行的话，不允许适当的采样优化。可替代地，贝叶斯方法允许每层具有不同的采样方案，但是局部信息在全局参数的整体概率分布中丢失。
应当理解，不同的参数可以横过衬底而显示非常不同的特性指纹，并且可以使用不同的采样方案来适当地捕获该行为。同时，在可能的情况下，理想情况下，测量次数应保持在捕获特定行为或指纹所需的最小值，以减少测量时间，从而提高生产量。
作为具体示例，一些参数将仅显示低阶变化，因此相对稀疏的采样可能就足够的。其他参数显示高阶行为，应进行更多测量以捕获此高阶行为。一些参数可能没有显示出场内行为。例如，与不区分“曝光”场的全局沉积过程有关的参数，例如子层的高度，可能仅需要每场一次测量(或甚至更稀疏的方案)。作为对比，一些参数主要(或排他地)描述了场内行为，例如，与可能产生场内相关的轮廓变化的掩模写入误差有关。在这种情况下，可能需要仅从一个或几个场采样的采样方案来捕获该行为。其他参数可以具有特性指纹，已知这些特性指纹在特定区域显示出更大(或更小)的变化。因此，采样方案应通过在更大变化的区域进行更密集的采样来反映这一点。这种特性指纹可以是横跨衬底的(例如，衬底边缘处的区域可能需要更多测量)、横跨场的或两者的组合。
另外，可以在本文描述的方法的范围内的全局过程中建模和使用其他情境数据，例如来自光刻设备/扫描仪的对准数据或调平数据，通常将在不同的栅格上测量(例如，参考扫描仪框架)，而不是由量测设备执行行的测量。
图6还示出了处理流程FP，其是由执行模型或指纹确定过程的处理器执行的步骤。这样的处理器可以形成量测设备、光刻设备的一部分或者可以是分开的独立的计算机的一部分。底部工艺流程LIT是在以光刻方法施加图案时在图案化过程期间由光刻设备(或扫描仪)执行的步骤。该工艺流程描述了可以在光刻过程中使用的改进的反馈回路。在没有指纹确定的情况下，直接基于由量测设备MET在先前批次的衬底上执行的测量来确定随后批次的校正Corr；校正基于最近的测量。然而，量测测量是相对较慢的，因此，应在准确度/品质和生产量之间保持平衡。因此，校正所基于的最近测量可以是与应用校正的部位相距一定距离。结果，校正的准确性可能受到影响。
指纹确定过程通过基本上“升级”测量数据来改善这一点。在一个实施例中，它通过(在初始化指纹步骤Init FP中)确定一个或更多个测量参数的分布模型(这里称为指纹)来做到这一点。指纹可以仅以有限数量的参数描述横过衬底、场内、场间和/或依赖情境的变化。这样，该指纹可以为要确定校正的每个部位提供参数的估计(建模)值，而不必在该部位进行测量。作为具体示例，指纹可以采用与测量数据进行拟合的多项式的形式，所述测量数据通过主成份分析(PCA)和/或与历史确定的指纹的比较来确定。每次在相应层上执行新的测量Meas时，可以更新的指纹变化，UPD FP。
图7是描述改进的工艺流程的工艺流程图。建议确定一个或更多个全局参数的参数模型或分布模型(指纹)。指纹可以描述一个或更多个全局参数的横过衬底、场内、场间和/或依赖情境的变化。全局参数可以被确定为显示与其他参数(例如，感兴趣的参数)(例如，高度的)相关性的、并且这些其他参数因此所依赖于的那些参数。可以使用专用量测设备或其他方式(例如，光刻设备)测量全局参数。全局参数可以是，例如，描述结构的各方面的结构参数、例如结构或层的材料参数、与例如结构和叠层的反射率测量相关联的参数、或可影响反射率测量的任何其他参数。
可以从多组初级或训练衬底确定指纹变化，在多组初级或训练衬底上已经使用光刻过程施加有产品结构。这可以包括基于来自训练衬底的测量的变化来训练模型。举例来说，贝叶斯重建需要关于先验的统计分布的知识，其可以最初从训练晶片获得。在所示的具体示例中，训练衬底包括在图7的流程中的批次Lt0中。一旦模型已经初始化，就可以优化用于测量建模层La N-1(和/或一个或更多个先前层)的采样方案。
随着进行更多的测量，可以更新指纹模型的参数，UPD FP。可以使用来自类似衬底(例如，包括相同结构/图案/产品的衬底)的数据集从测量得出更新，但是该数据集：
-被在先前的过程和/或检查步骤中测量；
-被使用不同的目标在相同的衬底上测量；
-被使用相同的目标在相同的衬底上测量；
-以上所有使用不同的量测设备/方法(例如扫描电子显微镜、原子力显微镜、基于衍射的重叠/聚焦)。
相同衬底的“训练”组和数据集可以在批次(run-to-run)控制过程中各自包括不同的生产批次。可以基于生产情境(例如，每个过程的不同指纹：例如每次沉积的指纹、蚀刻室或检查步骤)动态地更新、存储和获取指纹估计和不确定性(即，方差)。这样，指纹模型可以是基于先前批次的衬底的(例如，指数加权的)移动平均值。关于可用的指纹方差的更多的批次对批次的统计信息越多，可以针对于感兴趣的参数的贝叶斯重建而进行估计的“先验”越好。
在图7中，由MES安排La N-1、批次Lt0的测量次序，并且由量测设备MET创建选配方案，CR。基于所创建的选配方案，指纹模型由指纹确定过程FP针对每个全局参数初始化。例如，在指纹是场间衬底指纹的情况下，该步骤可以包括使用例如Zernike模型来拟合测量以获得指纹。
指纹确定过程FP可以具有确定描述指纹(包括情境信息)的最佳模型的功能，和确定最佳采样方案的功能。作为具体示例，可以使用密集采样方案来测量训练组的晶片。使用这些测量，以统计方法确定衬底至衬底的方差和批次至批次的方差。然后，合适的采样方案可以基于确定的方差；例如，可以将部位分类为具有高方差或低方差，然后确定采样方案，其对高方差部位的采样比相对稳定的区域更密集。
一旦被初始化，指纹就可以用于前馈过程(由粗箭头700示出)，以在全局量测过程中，在后续层(例如，层La N)的相应测量(以及由此的重建)步骤中提供全局参数的估计值。估计值可以是特定于位置的、场内的、场间的和/或特定于情境的。
在一个实施例中，指纹还可以用于重建与同一层相关联的另一个参数。例如，在层包括横过衬底上的不同部位处的重叠目标和CD目标的情况下，可以使用重叠指纹的确定来改进轮廓重建。这可能是同一批次内的反馈过程，也可能是对后续批次的前馈过程。
虽然指纹被描述为由专用量测设备MET执行的测量确定，但是它替代地可以由光刻设备或任何其他设备测量的参数确定；例如，调平数据(例如，使用水平传感器和/或气压计测量)或对准数据(例如，使用对准传感器测量)。可以使用任何量测方法或装置来执行测量，包括例如：重建、不对称测量、扫描电子显微镜测量、电子束量测测量。这样，可以使用不同的工具来测量全局参数(第一参数)和感兴趣的参数(第二参数)。
每次进行新的测量时，都可以更新指纹(针对每个层/情境等)，从而提高其鲁棒性。随着测量次数的增加，也可以录入其他统计信息，例如，批次至批次的指纹变化。这可用于提供噪声估计，从而提供模型不确定性。该信息也可以用于测量/重建步骤Meas，例如，通过向以较少不确定性建模的参数给予更大的权重。
在图7所示的实施例中，由量测设备MET(例如，层La N)执行的测量步骤使用与该批次相关的一个或更多个先前层(例如，层La N-1)的指纹。系统可以使用批次ID来确保相应的指纹始终被获取到。然而，代替确定特定于批次的指纹，每次进行新的测量时，可以维护和更新与批次无关的指纹。无论批次号如何，在测量后续层时，都可以始终获取到最新的指纹。图8中示出后一实施例，其中全局参数前馈由箭头800指示。
如前所述，这里描述的方法允许采样优化(基于每层)。这是因为用于提供先前层中的全局参数的值的估计的指纹与所使用的采样方案无关。在全局参数可以包括很小变化(例如特定层的层厚度)的情况下，可能仅需要相对稀疏的采样方案来捕获指纹，而更复杂结构的参数可能需要更密集的采样。
图9是量测方法的流程图。注意，该方法可以用于任何基于拟合的重建方法，例如，以确定轮廓、CD、聚焦或重叠参数。
在多个测量点n处包括位置信息(X，Y)和参数值(P1，......Pn)的外部数据900用于估计描述例如横过衬底(和/或场间、场内、依赖于情境的变化)的第一参数的变化的指纹(参数模型)910(P1(x，y)，...，Pn(x，y)。该第一参数可以是以下任何一个：重叠、CD、边缘放置误差(EPE)、聚焦、侧壁角(SWA)、叠层属性(反射率、层的厚度)，但是可以使用与第二参数的重建相关的任何其他参数。该指纹用于为相关部位t处的参数提供估计值Pt(x，y)，其在重建920(例如，相关的)相同或后续层中的第二参数值时使用。第二参数可以是感兴趣的参数(例如聚焦、重叠、CD、轮廓)。然后，该感兴趣的参数可以被报告930，并且例如用于监视光刻过程。这可以包括基于感兴趣的参数的报告值来确定过程校正。
虽然以上描述包括确定参数模型或指纹以便确定第一参数的估计值，但是利用本公开的范围内还可以想到确定第一参数的估计值的替代方法。例如，可以根据第一参数的测量值的内插(例如，加权平均)来估计第一参数值。
应当理解，术语“光刻过程”不应该被认为是仅指光刻过程步骤，而是还指构成整个半导体制造过程的一部分的其他过程。这样的过程可以包括形成最终的器件轮廓的蚀刻过程或形成硬掩模的过程。所描述的量测步骤可以在任何这种光刻过程之后执行。
例如在“第一层”、“第二层”、“第一参数”、“第二参数”中使用措词第一和第二仅用于区分结构或层，并且不用于绝对意义。例如，“第一层”不一定是绝对的第一层(最底层)，而可以是第二层下面的任何层。
测量可以是为测量目的而专门设计和形成的量测目标。在其他实施例中，可以在目标上测量属性，所述目标是在衬底上形成的器件的功能部分。许多器件具有规则的类似光栅的结构。在此所使用的术语‘目标光栅’和‘目标’不需要该结构针对为正在进行的测量而已经具体设置的。此外，量测目标的间距P接近散射计的光学系统的分辨率极限，但是可能远大于目标部分C中通过光刻过程制造的典型产品特征的尺寸。在实践中，目标内的重叠光栅的线和/或空间可以被制造成包括尺寸与产品特征相似的较小结构。
与在衬底和图案形成装置上实现的目标的物理光栅结构相关联，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有关光刻过程的信息的方法的一个或更多个机器可读指令序列。计算机程序可以例如在图3或图4的设备中的单元PU中和/或图2的控制单元LACU内执行。还可以提供其中存储有这种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)。
在以下编号的方面中公开了本发明的进一步实施例：
1.一种重建通过光刻过程形成在衬底上的结构的特性的方法，包括：a)将与所述光刻过程相关的第一参数的测量值组合，以获得第一参数的估计值；以及b)使用所述第一参数的所述估计值和所述结构的测量值重建与所述结构的所述特性相关的至少第二参数。
2.根据方面1所述的方法，其中：步骤a)包括对所述第一参数的变化建模以获得参数模型；以及步骤b)包括使用所述参数模型估计所述第一参数的值。
3.根据方面2所述的方法，其中所述参数模型描述至少所述第一参数随所述衬底表面上的部位的变化。
4.根据方面2或3所述的方法，其中所述参数模型描述至少所述第一参数的场间和/或场内变化。
5.根据方面2、3或4中任一方面所述的方法，其中步骤a)包括为不同的生产情境分别对所述变化建模，以获得每种生产情境的参数模型。
6.根据方面2至5中任一方面所述的方法，其中使用对于相同衬底和/或相同生产运行的后续衬底的后续测量来更新所述参数模型。
7.根据方面6所述的方法，其中用于重建特定批次的所述第二参数的所述第一参数的所述估计值根据使用相同批次的测量值最近更新的所述参数模型的更新来确定。
8.根据方面6所述的方法，其中，用于为每个批次重建所述第二参数的所述第一参数的所述估计值根据生产运行的所述参数模型的最终更新来确定。
9.根据方面2至8中任一方面所述的方法，其中，在初始步骤中，使用从初始的一组生产衬底获得的测量值来执行所述第一参数的变化的建模以获得参数模型。
10.根据方面1所述的方法，其中步骤a)包括从所述第一参数的测量值插值所述估计值。
11.根据方面10所述的方法，其中所述插值使用所述第一参数的测量值的加权平均值来获得所述估计值。
12.根据前述任一方面所述的方法，其中步骤a)的所述估计值是在所述衬底的对应于所述结构的所述测量值的部位的部位处的所述第一参数的值的估计。
13.根据前述任一方面所述的方法，其中所述第一参数和第二参数均与所述光刻过程的同一层相关。
14.根据方面1至12中任一方面的方法，其中所述第一参数与在所述光刻过程期间形成的第一层相关，所述第二参数与在所述光刻过程期间形成的第二层相关，所述第二层在所述第一层之后形成。
15.根据方面14所述的方法，包括优化采样方案的步骤，该采样方案在所述第一层的后续测量期间确定所述衬底上的一个或更多个测量部位和/或确定所述第二层上的一个或更多个测量部位。
16.根据方面15所述的方法，其中所述第一层和第二层的采样方案是不同的。
17.根据方面1至16中任一方面所述的方法，包括优化采样方案的步骤，所述采样方案确定在所述衬底上将进行所述第一参数的后续测量的部位。
18.根据方面17所述的方法，其中根据所述第一参数的所确定的方差来优化所述采样方案。
19.根据前述任一方面的方法，包括确定每个测量的所述测量值的方差，并根据所确定的方差来确定所述第一参数的所述估计值的不确定性值。
20.根据前述任一方面所述的方法，其中，所述至少一个第二参数包括以下中的一个或更多个：临界尺寸、聚焦、轮廓尺寸、侧壁角度或任何结构特征的角度、重叠。
21.根据前述任一方面所述的方法，其中所述重建包括基于拟合的重建过程，其中将模拟的衍射响应与测量的衍射响应进行比较，并且改变至少所述第二参数的值以最小化所述模拟的衍射响应与所述测量的衍射响应之间的不匹配。
22.根据方面21所述的方法，其中所述第二参数与所述第一参数相关，并且假设第一参数在基于拟合的重建过程期间具有所述估计值。
23.一种量测设备，可操作以执行方面1至22中任一方面所述的方法。
24.一种量测设备，包括：
照射系统，所述照射系统被配置为用辐射照射在衬底上使用光刻过程所产生的至少一结构；
检测系统，所述检测系统被配置为检测由所述结构的照射引起的散射辐射；和
处理器，所述处理器能够操作以：
将与所述光刻过程相关的第一参数的测量值组合，以获得第一参数的估计值；以及
使用所述第一参数的估计值和检测到的散射辐射重建与所述结构的特性相关的至少第二参数。
25.根据方面24所述的量测设备，其中所述处理器可操作以对所述第一参数的变化进行建模以获得参数模型；以及使用所述参数模型来估计所述第一参数的值。
26.根据方面25所述的量测设备，其中所述参数模型描述至少所述第一参数随所述衬底表面上的部位的变化。
27.根据方面25或26所述的量测设备，其中所述参数模型描述至少所述第一参数的场间和/或场内变化。
28.根据方面25至27中任一方面所述的量测设备，其中所述处理器可操作以使用相同衬底和/或相同生产运行的后续衬底的后续测量来更新所述参数模型。
29.根据方面24至28中任一方面所述的量测设备，可操作以确定所述衬底上的对应于所述结构的所述测量的部位的部位处的第一参数的估计值。
30.根据方面24至29中任一方面所述的量测设备，可操作以优化采样方案，所述采样方案确定在所述衬底上将进行所述第一参数的后续测量的部位。
31.根据方面30所述的量测设备，包括根据所述采样方案对所述第一参数进行后续测量。
32.根据方面30或31所述的量测设备，可操作以根据所述第一参数的所确定的方差来优化所述采样方案。
33.根据方面24至32中任一方面所述的量测设备，可操作以确定每个测量的测量值的方差，并根据所确定的方差确定所述第一参数的所述估计值的不确定性值。
34.根据方面24至33中任一方面所述的量测设备，其中，所述至少一个第二参数包括以下中的一个或更多个：临界尺寸、聚焦、轮廓尺寸、侧壁角度或任何结构特征的角度、重叠。
35.根据方面24至34中任一方面所述的量测设备，其中所述重建包括基于拟合的重建过程，其中将模拟的衍射响应与测量的衍射响应进行比较，并且改变至少所述第二参数的值以最小化所述模拟的衍射响应与所述测量的衍射响应之间的不匹配。
36.根据方面35所述的量测设备，其中所述第二参数与所述第一参数相关，并且可操作以假设所述第一参数在基于拟合的重建过程期间具有所述估计值。
37.根据方面24至34中任一方面所述的量测设备，可操作以执行所述第一参数的测量以获得第一参数的所述测量值。
38.一种光刻单元，包括根据方面23至37中任一方面所述的量测设备。
39.一种包括处理器可读指令的计算机程序，其中，当在适当的处理器所控制的设备上运行时，所述处理器可读指令使得所述处理器所控制的设备执行根据方面1至22中任一方面所述的方法。
40.一种计算机程序载体，所述计算机程序载体包括根据方面39所述的计算机程序。
尽管上文已经对本发明的实施例在光学光刻术中的情形中的使用做出了具体参考，但应该理解的是，本发明可以用于其它应用，例如压印光刻术，并且在上下文允许的情况下不限于光学光刻术。在压印光刻术中，图案形成装置中的拓扑限定了在衬底上产生的图案。图案形成装置的拓扑可以被印制到提供给衬底的抗蚀剂层中，通过施加电磁辐射、热、压力或它们的组合而使抗蚀剂固化。将图案形成装置从抗蚀剂中移出，从而在抗蚀剂固化后留下图案。
这里使用的术语“辐射”和“束”包含全部类型的电磁辐射，所述电磁辐射包括紫外(UV)辐射(例如具有等于或约为365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有处于5nm至20nm的范围内的波长)以及诸如离子束或电子束等粒子束。
在允许的情况下，术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件中的任何一种或其组合，包括折射式的、反射式的、磁性的、电磁的和静电的光学部件。
具体实施方式的前述描述将如此充分地揭示本发明的一般性质，通过应用本领域技术范围内的知识，其他人可以为了各种应用容易地修改和/或适应这样的特定实施方案，而无需过多的实验，而不背离本发明的整体构思。因此，基于本文给出的教导和指导，这些改变和修改旨在落入所公开实施例的等同物的含义和范围内。应理解，本文中的措辞或术语是出于举例说明的目的而非限制性的目的，使得本说明书的术语或措辞将由本领域技术人员根据教导和指导来解释。
本发明的宽度和范围不应受任一上述的示例性实施例限制，而应仅由下述的权利要求书及其等同方案来限定。

Claims (14)

1.一种重建通过半导体制造过程形成在衬底上的结构的特性的方法，包括：
a)将与所述半导体制造过程相关的第一参数的测量值组合，以获得所述第一参数的估计值，其中所述第一参数与在所述半导体制造过程期间形成的第一层相关；和
b)使用所述第一参数的所述估计值和所述结构的测量值重建与所述结构的所述特性相关的至少第二参数，其中所述第二参数与在所述半导体制造过程期间形成的第二层相关，所述第二层在所述第一层之后形成；其中：步骤a)包括对所述第一参数的变化建模以获得参数模型并使用所述参数模型来估计所述第一参数的值，其中所述参数模型描述至少所述第一参数随着所述衬底的表面上的部位的变化。
2.如权利要求1所述的方法，其中步骤a)包括为不同的生产情境分别对所述变化建模，以获得每种生产情境的参数模型。
3.如权利要求1所述的方法，其中使用对于相同衬底和/或相同生产运行的后续衬底的后续测量来更新所述参数模型。
4.如权利要求3所述的方法，其中，用于为每个批次重建所述第二参数的所述第一参数的所述估计值根据生产运行的所述参数模型的最终更新来确定。
5.如权利要求1所述的方法，包括优化采样方案的步骤，所述采样方案在所述第一层的后续测量期间确定所述衬底上的一个或更多个测量部位和/或确定所述第二层上的一个或更多个测量部位。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述第一层和第二层的采样方案是不同的。
7.如权利要求1所述的方法，包括确定每个测量的所述测量值的方差，并根据所确定的方差来确定所述第一参数的所述估计值的不确定性值。
8.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个第一参数包括以下中的一个或更多个：临界尺寸、聚焦、轮廓尺寸、侧壁角度或任何结构特征的角度、重叠。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个第二参数包括以下中的一个或更多个：临界尺寸、聚焦、轮廓尺寸、侧壁角度或任何结构特征的角度、重叠。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述重建包括基于拟合的重建过程，其中将模拟的衍射响应与测量的衍射响应进行比较，并且改变至少所述第二参数的值以最小化所述模拟的衍射响应与所述测量的衍射响应之间的不匹配。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述第二参数与所述第一参数相关，并且假设第一参数在基于拟合的重建过程期间具有所述估计值。
12.一种量测设备，包括：
照射系统，所述照射系统被配置为用辐射照射在衬底上使用光刻过程所产生的至少一结构；
检测系统，所述检测系统被配置为检测由所述结构的照射引起的散射辐射；和
处理器，所述处理器能够操作以：
将与半导体制造过程相关的第一参数的测量值组合，以获得所述第一参数的估计值，其中所述第一参数与在所述半导体制造过程期间形成的第一层相关，其中将与所述半导体制造过程相关的第一参数的测量值组合的步骤包括对所述第一参数的变化建模以获得参数模型并使用所述参数模型来估计所述第一参数的值，其中所述参数模型描述至少所述第一参数随着所述衬底的表面上的部位的变化；和
使用所述第一参数的估计值和所述结构的测量值重建与所述结构的特性相关的至少第二参数，其中所述第二参数与在半导体制造过程期间形成的第二层相关，所述第二层在所述第一层之后形成。
13.一种光刻单元，包括如权利要求12所述的量测设备。
14.一种包括处理器可读指令的计算机程序存储介质，其中，当在适当的处理器所控制的设备上运行时，所述处理器可读指令使得处理器所控制的设备执行如权利要求1所述的方法。
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