CN112041753B

CN112041753B - 检查工具、检查方法和计算机程序产品

Info

Publication number: CN112041753B
Application number: CN201980029178.XA
Authority: CN
Inventors: R·奎因塔尼拉; S·A·米德尔布鲁克; A·C·M·库普曼; A·V·G·曼格努斯
Original assignee: ASML Holding NV
Current assignee: ASML Holding NV
Priority date: 2018-04-30
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2023-06-20
Anticipated expiration: 2039-04-05
Also published as: TW201945863A; TWI723385B; KR20200140317A; EP3564754A1; CN112041753A; WO2019211061A1; KR102516066B1; US11442368B2; US20210232052A1

Abstract

提出了一种确定用于检查工具的测量序列的方法，该检查工具检查由光刻系统执行的光刻过程生成的结构，该方法包括：得出由光刻系统执行的光刻过程的模型，该模型包括描述光刻系统的一组系统变量与表示光刻过程产生的结构的输出变量之间的关系，确定输出变量中一个或多个系统变量的可观察性，以及基于可观察性确定检查工具的测量序列。

Description

检查工具、检查方法和计算机程序产品

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年4月30日提交的EP申请18170175.6的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及一种确定用于检查工具的测量序列的方法、一种检查工具和一种计算机程序产品。

背景技术

光刻装置是一种将期望图案施加到衬底上、通常是施加到衬底的目标部分上的机器。光刻装置可以用于例如集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将图案化装置(其替代地称为掩模或掩模版)用于生成要形成在IC的单个层上的电路图案。该图案可以被转印到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或若干管芯的一部分)上。图案的转印通常是经由成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行的。通常，单个衬底将包含连续图案化的相邻目标部分的网络。常规的光刻装置包括：所谓的步进器，其中通过将整个图案一次曝光到目标部分上来照射每个目标部分；以及所谓的扫描器，其中通过在给定方向(“扫描”方向)上通过辐射束扫描图案来照射每个目标部分，同时同步地平行或反平行于该方向扫描衬底。也可以通过将图案压印到衬底上来将图案从图案化装置转印到衬底上。

通常在光刻装置中施加的辐射束可以例如是DUV辐射束(例如，波长为248nm或193nm)或EUV辐射束(例如，波长为11nm或13.5nm)。

集成电路的制造通常可能需要堆叠多个层，由此需要精确地对准这些层。如果没有这种对准，则层之间所需要的连接可能会出现缺陷，从而导致集成电路故障。

通常，集成电路的一个或多个底层将包含最小结构，诸如晶体管或其组件。后续层的结构通常较大，并且可以将底层中的结构连接到外部世界。鉴于此，在集成电路的底部，两层的对准将是最具挑战性的。

为了确保正确地图案化电路或电路层，经常使用诸如电子束检查工具等检查工具对衬底进行检查。这样的工具例如用于评估例如由光刻装置执行的某些过程步骤是否按预期执行。

期望改善诸如当前可用的高分辨率SEM等电子束检查工具的性能。特别地，期望减少检查衬底或样本所需要的持续时间。

发明内容

期望改善电子束检查工具的性能，特别地，希望减少检查衬底或样本所需要的时间。

为了解决这些问题，根据本发明的一个方面，提供了一种确定用于检查工具的测量序列的方法，检查工具检查由光刻系统执行的光刻过程生成的结构，该方法包括：

-得出由光刻系统执行的光刻过程的模型，该模型包括描述光刻系统的一组系统变量与表示光刻过程产生的结构的输出变量之间的关系，

-确定输出变量中一个或多个系统变量的可观察性，以及；

-基于可观察性确定检查工具的测量序列。

根据本发明的另一方面，提供了一种检查工具，该检查工具包括：

-载物台，被配置为保持样本，该样本包括结构；

-探测装置，被配置为检查样本；

-检测器，被配置为检测由探测装置与样本的相互作用而引起的样本的响应信号；

-处理单元，被配置为：

ο从检测器接收响应信号；

ο基于响应信号生成结构的图像；

其中处理单元还被配置为：

ο接收用于检查结构的测量序列，该测量序列通过根据本发明的方法而被获取，以及

ο根据所接收的测量序列检查样本。

在一个实施例中，探测装置包括：被配置为生成电子束的电子束源；以及被配置为将电子束引导到样本上的束操纵器，并且其中检测器被配置为检测由电子束与样本的相互作用而引起的样本的响应信号。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参考所附的示意图来描述本发明的实施例，其中对应附图标记指示对应部分，并且在附图中：

图1描绘了根据本发明的实施例的光刻装置；

图2描绘了根据本发明的实施例的检查工具；

图3描绘了物理系统的数学模型；

图4描绘了图案形成装置和结构的所得到的图像；

图5描绘了根据本发明的方法的流程图；

图6a和图6b示意性地描绘了根据本发明的检查工具的俯视图和侧视图；

图7示意性地描绘了根据本发明的检查工具的更详细的实施例。

具体实施方式

图1示意性地描绘了根据本发明的一个实施例的光刻装置。该设备包括：被配置为调节辐射束B(例如，UV辐射或任何其他合适的辐射)的照射系统(照射器)IL；被构造为支撑图案形成装置(例如，掩模)MA并且连接到第一定位装置PM的掩模支撑结构(例如，掩模台)MT，该第一定位装置PM被配置为根据某些参数精确地定位图案形成装置。该装置还包括被构造为保持衬底(例如，涂覆有抗蚀剂的晶片)W并且连接到第二定位装置PW的衬底台(例如，晶片台)WT或“衬底支撑件”，该第二定位装置PW被配置为根据某些参数精确地定位衬底。该装置还包括被配置为将通过图案形成装置MA赋予辐射束B的图案投影到衬底W的目标部分C(例如，包括一个或多个管芯)上的投影系统(例如，折射投影透镜系统)PS。

照射系统可以包括用于引导、整形或控制辐射的各种类型的光学组件，诸如折射、反射、磁性、电磁、静电或其他类型的光学组件、或其任何组合。

掩模支撑结构支撑(即，承担)图案形成装置的重量。它以取决于图案形成装置的取向、光刻装置的设计、以及其他条件(诸如例如图案形成装置是否被保持在真空环境中)的方式来保持图案形成装置。掩模支撑结构可以使用机械、真空、静电或其他夹持技术来保持图案形成装置。掩模支撑结构可以是例如框架或台，根据需要，其可以是固定的或可移动的。掩模支撑结构MT可以确保图案形成装置例如相对于投影系统处于期望位置。本文中对术语“掩模版”或“掩模”的任何使用可以被认为与更通用的术语“图案形成装置”同义。

本文中使用的术语“图案形成装置”应当广义地解释为是指可以用于向辐射束的横截面赋予图案以在衬底的目标区域中产生图案的任何装置。应当注意，例如，如果图案包括相移特征或所谓的辅助特征，则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期望图案。通常，赋予辐射束的图案将对应于在诸如集成电路等目标部分中产生的器件中的特定功能层。

图案形成装置可以是透射性的或反射性的。图案形成装置的示例包括掩模、可编程反射镜阵列和可编程LCD面板。掩模在光刻中是众所周知的，并且包括诸如二进制、交替相移和衰减相移以及各种混合掩模类型等掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用小反射镜的矩阵布置，每个小反射镜可以单独倾斜，以便在不同方向上反射入射的辐射束。倾斜的反射镜在辐射束中赋予图案，该图案被反射镜矩阵反射。

本文中使用的术语“投影系统”应当广义地解释为涵盖任何类型的投影系统，包括折射、反射、折反射、磁性、电磁和静电光学系统、或其任何组合，这些投影系统适合所使用的曝光辐射或其他因素，诸如浸没液体的使用或真空的使用等。本文中对术语“投影透镜”的任何使用可以被认为与更通用的术语“投影系统”同义。

如这里描绘的，该装置是透射型的(例如，采用透射掩模)。替代地，该装置可以是反射型的(例如，采用上述类型的可编程反射镜阵列，或者采用反射掩模)。

光刻装置可以是具有两个(双台)或更多个衬底台或“衬底支撑件”(和/或两个或更多个掩模台或“掩模支撑件”)的类型。在这样的“多台”机器中，可以并行使用附加台或支撑件，或者可以在将一个或多个其他台或支撑件用于曝光的同时在一个或多个台或支撑件上执行制备步骤。

光刻装置也可以是如下类型：其中衬底的至少一部分可以被具有相对较高折射率的液体(例如，水)覆盖，以填充投影系统与衬底之间的空间。也可以将浸没液体施加到光刻装置中的其他空间，例如在掩模与投影系统之间。浸没技术可以用于增加投影系统的数值孔径。如本文中使用的术语“浸没”并不表示诸如衬底等结构必须淹没在液体中，而是仅表示在曝光期间液体位于投影系统与衬底之间。

参考图1，照射器IL从辐射源SO接收辐射束。光源和光刻装置可以是分开的实体，例如，当光源是准分子激光器时。在这种情况下，不认为光源形成光刻装置的一部分，并且借助于包括例如合适的导向镜和/或扩束器的光束透射系统BD，将辐射束从源SO传递到照射器IL。在其他情况下，光源可以是光刻装置的组成部分，例如当光源是汞灯时。可以将源SO和照射器IL以及光束透射系统BD(如果需要的话)一起称为辐射系统。

照射器IL可以包括被配置为调节辐射束的角强度分布的调节器AD。通常，可以调节照射器的光瞳面中的强度分布的至少外部和/或内部径向范围(通常分别称为外部σ和内部σ)。另外，照射器IL可以包括各种其他组件，诸如积分器IN和聚光器CO。照射器可以用于调节辐射束，以在其横截面中具有期望的均匀性和强度分布。

辐射束B入射在被保持在掩模支撑结构(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。在穿过掩模MA之后，辐射束B穿过投影系统PS，投影系统PS将光束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位装置PW和位置传感器IF(例如，干涉测量装置、线性编码器或电容传感器)，衬底台WT可以精确地移动(例如，以便将不同的目标部分C定位在辐射束B的路径中)。类似地，第一定位装置PM和另一位置传感器(在图1中未明确示出)可以用于相对于辐射束B的路径精确地定位掩模MA(例如，在从掩模库机械取回之后，或者在扫描期间)。通常，掩模台MT的移动可以借助于形成第一定位装置PM的一部分的长行程模块(粗略定位)和短行程模块(精细定位)来实现。类似地，衬底台WT或“衬底支撑件”的移动可以使用形成第二定位装置PW的一部分的长行程模块和短行程模块来实现。在步进器的情况下(与扫描仪相反)，掩模台MT可以仅连接到短行程致动器，也可以固定。可以使用掩模对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2对准掩模MA和衬底W。尽管衬底对准标记(如图所示)占据了专用目标部分，但是它们可以位于目标部分之间的空间中(称为划线对准标记)。类似地，在掩模MA上提供有一个以上的管芯的情况下，掩模对准标记可以位于管芯之间。

所描绘的装置可以在以下模式中的至少一种模式下使用：

1.在步进模式中，掩模台MT或“掩模支撑件”和衬底台WT或“衬底支撑件”基本上保持静止，而赋予辐射束的整个图案被一次投射到目标部分C上(即，一次静态曝光)。然后，衬底台WT或“衬底支撑件”在X和/或Y方向上移动，使得可以曝光不同的目标部分C。在步进模式下，曝光场的最大大小限制了在一次静态曝光中进行成像的目标部分C的大小。

2.在扫描模式中，同步扫描掩模台MT或“掩模支撑件”和衬底台WT或“衬底支撑件”，同时赋予辐射束的图案被投射到目标部分C上(即，单次动态曝光)。衬底台WT或“衬底支撑件”相对于掩模台MT或“掩模支撑件”的速度和方向可以通过投射系统PS的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。在扫描模式下，曝光场的最大大小限制了在单次动态曝光中目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描运动的长度决定了目标部分的高度(在扫描方向上)。

3.在另一模式中，掩模台MT或“掩模支撑件”保持基本静止，以保持可编程图案化装置，并且在赋予辐射束的图案被投射到目标部分C上的同时，衬底台WT或“衬底支撑件”被移动或扫描。在这种模式下，通常，采用脉冲辐射源，并且在衬底台WT或“衬底支撑件”的每次移动之后或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，根据需要更新可编程图案化装置。这种操作模式可以容易地应用于利用可编程图案化装置(诸如上述类型的可编程反射镜阵列)的无掩模光刻。

也可以采用上述使用模式或完全不同的使用模式的组合和/或变型。

在所示出的实施例中，光刻装置还包括根据本发明的检查工具IT。这样的检查工具IT可以例如使得能够确定结构的特性，特别是存在于由光刻装置处理的衬底W的感兴趣的区域上或之中的掩埋结构的特性。在一个实施例中，如将在下面更详细地讨论的，检查工具可以包括用于检查衬底的电子束源。

在一个实施例中，第二定位装置PW可以被配置为将衬底W定位在检查工具IT的操作范围内。在这样的实施例中，检查工具IT可以例如被配置为确定所提到的结构的特性，例如电特性、材料特性和/或几何特性。在一个实施例中，该信息可以随后被提供给光刻装置的控制单元，并且在曝光过程中使用，例如通过基于该信息来控制照射系统、投影系统或定位装置中的一个定位装置中的一个或多个。

在所示出的实施例中，光刻装置可以被配置为向辐射束施加DUV辐射。在这种情况下，图案形成装置MA可以是透射图案形成装置，并且投影系统PS可以包括一个或多个透镜。

备选地，根据本发明的光刻装置可以被配置为对辐射束施加EUV辐射。在这种情况下，图案形成装置MA可以是反射图案形成装置，并且投影系统PS可以包括一个或多个反射镜。在这样的实施例中，该装置可以包括用于容纳照射系统IL和/或投影系统PS的一个或多个真空室。

根据本发明的一个方面，光刻装置可以包括根据本发明的检查工具，以便对要处理或已经处理的衬底进行在线检查或离线检查。

根据本发明的一个方面，提供了一种被配置为检查诸如半导体衬底等物体的检查工具。根据本发明，检查工具被配置为探测物体，例如半导体衬底或样本。样本的这样的探测可以使用各种探测装置以各种方式执行。可以用于探测样本(即，与样本相互作用)以生成包含有关样本的状态的信息的信号的探测装置的示例是：光学检查装置，诸如检查束源，例如激光源；电磁辐射源，诸如X射线束源、原子力探针或电子束源。

在下面的描述中，示出了根据本发明的检查工具10，检查工具10包括电子束源作为探测装置。如本领域技术人员将理解的，根据本发明的方法还可以使用所指示的一种或多种备选探测装置来实践。

因此，图2示出了根据本发明的检查工具10的实施例，检查工具10包括电子光束源11，也称为电子束源11。

这样的电子束源11通常是已知的，并且可以在本发明中应用以将电子束12投射到物体13(例如，衬底)的区域上。在所示出的实施例中，物体13借助于夹持机构13.4(例如，真空夹或静电夹)安装到载物台13.2。电子束投射到其上的物体的区域也可以称为样本。这样的电子束源11可以例如用于生成能量在0.2keV至100keV的范围内的电子束12。电子束源11通常可以具有用于将电子束12聚焦到直径约为0.4至5nm的点上的一个或多个透镜。在一个实施例中，电子束源11还可以包括可以使电子束12偏转的一个或多个扫描线圈或偏转板。通过这样做，电子束12可以例如沿X轴和Y轴(垂直于X轴和Z轴)偏转，XY平面平行于物体的表面，从而可以扫描物体的区域。

在本发明的一个实施例中，电子束源被配置为将多个电子束投射到感兴趣的区域的相应的多个子区域上。通过这样做，可以扩大每单位时间可以检测或检查的感兴趣的区域。此外，在本发明的实施例中，电子束源可以被配置为生成具有不同能级的电子束。如下面将更详细解释的，取决于电子束或光束的所施加的能量水平，可以检查不同的部分或结构，例如，掩埋结构。

当这样的电子束12入射在表面上时，将发生表面上的相互作用以及与表面下方的材料的相互作用，从而导致暴露的表面同时发射辐射和电子。通常，当电子束12与样本相互作用时，构成电子束的电子将通过泪滴状体积(称为相互作用体积)中的散射和吸收来释放能量。电子束与样本之间的能量交换通常会导致以下情况的组合：

-通过非弹性散射而产生的二次电子的发射，

-通过与样本的弹性散射相互作用而产生的反射或反向散射出相互作用体积的电子的发射，

-X射线发射，以及

-电磁辐射的发射，例如在深UV到IR的范围内。

在后的电磁辐射发射通常称为阴极发光光或CL光。

在本发明的实施例中，检查工具10还包括用于检测二次电子的检测器15和用于将由样本发射的电子反向散射的检测器15.1。在图2中，箭头14指示所发射的二次或反向散射电子。

在所示出的实施例中，检查工具还包括控制单元17或处理单元，例如包括微处理器、计算机等，该单元用于处理由检测器15和15.1检测到的所发射的二次或反向散射电子。

在一个实施例中，控制单元17包括用于从检测器15、15.1接收信号15.2的输入端子17.2，信号15.2表示检测到的所发射的二次电子或反向散射电子。

在一个实施例中，控制单元还可以具有用于输出用于控制电子束源11的控制信号11.2的输出端子17.4。在一个实施例中，控制单元17可以控制电子束源11向待检查物体(例如，半导体衬底)的感兴趣的区域上投射电子束12。

在一个实施例中，控制单元17可以被配置为控制电子束源11扫描感兴趣的区域。

在物体的感兴趣的区域的这种扫描期间，检测器可以接收来自感兴趣的区域的不同部分的二次或反向散射电子14。作为示例，所施加的电子束可以例如是横截面的直径为1-4nm的电子束，而感兴趣的区域为100nm×100nm。这样，当已经扫描感兴趣的区域时，检测器15、15.1可能已经捕获了对整个感兴趣的区域上的电子束的响应，其中检测到的信号包括每个照射像素的检测到的电子。像素大小可以例如小于或大于电子束的横截面。

根据本发明的实施例，控制单元可以被配置为例如经由输入端子(诸如输入端子17.2或另一输入端子)接收通过根据本发明的方法而确定的测量序列或表示测量序列的一组指令。特别地，在一个实施例中，本发明提供了一种确定用于通过检查工具(例如，电子束检查工具，诸如SEM)来检查结构的测量序列的方法。

在诸如SEM等已知检查工具中，通常对包括待检查结构的感兴趣的区域进行该区域的二维扫描，从而基本上覆盖整个区域，即，通过扫描电子束进行检查。这样的扫描过程可能非常耗时。以足够高分辨率扫描例如1μm×1μm可能需要几秒钟。作为示例，可以通过用SEM扫描光栅来检查光栅结构，以便确定光栅或光栅的线的CD或CD均匀性。备选地或附加地，人们可能对光栅的某些线参数感兴趣，诸如线边缘粗糙度(LER)、线宽度粗糙度(LWR)或侧壁角度(SWA)。然而，本领域技术人员将认识到，为了评估这些参数，例如，CD均匀性或LER，仅需要所生成的SEM图像的一小部分。如果预先知道需要将SEM图像的哪个部分或哪几部分用于评估某个参数，则可以仅通过对所需要的图像部分执行检查(即，感测或扫描)(而不用扫描整个感兴趣的区域)来节省时间。

根据本发明的一个方面，提出了一种用于确定用于使用检查工具来检查结构的测量序列的方法，该测量序列例如指示需要检查感兴趣的区域的哪些部分(part)或哪部分(portion)。因此，该方法可以用于预先确定需要检查感兴趣的区域(即，包含待检查结构的区域)的哪些部分(part)或哪部分(portion)，例如考虑到想要评估的结构的参数。

为了确定这样的测量序列，使用用于生成结构的系统的数学模型。作为示例，结构可以例如是半导体衬底上的图案化抗蚀剂层，诸如通过涉及光刻曝光过程和随后的显影过程的过程而获取的图案化抗蚀剂层。

在一个实施例中，使用光刻系统(例如，包括如上文讨论的光刻装置)的数学模型得出半导体衬底上的结构的测量序列，该结构是通过涉及由光刻系统执行的曝光过程的过程而获取的。

如本领域技术人员将理解的，存在多种方式来建模物理系统或由这样的系统执行的过程。考虑到被配置为执行曝光过程从而将衬底曝光于图案化辐射束的光刻系统，因此可能存在各种方式来对这样的系统进行建模。下面给出的这种模型的示例仅用于说明这一点，因为本发明不限于与特定模型或模型类型相结合使用。

在一个实施例中，光刻系统的数学模型可以是光刻系统的状态空间模型或状态空间表示。图3示意性地示出了物理系统100(例如，光刻系统)的状态空间表示。通常，物理系统的状态空间模型是数学模型，其中一组输入变量u、一组输出变量y和一组状态变量x通过一组一阶微分方程(例如，如方程组110所示)链接在一起。各组输入、输出和状态变量可以例如由矢量表示，其中u用于表示输入变量，y用于表示输出变量，x用于表示状态变量。物理系统的状态空间模型通常可以由以下一组方程表示：

y(t)＝C(t)*x(t)+D(t)*u(t) (1)

通常，A(t)、B(t)、C(t)和D(t)因此可以是包括时间相关参数的矩阵。

在涉及在半导体衬底上产生图案化抗蚀剂层的过程的情况下，该组输入变量u可以例如包括：

-用于施加辐射束的掩模或图案形成装置(MA)；

-光刻系统的参数或特性，包括：

-来源的特性，包括：

-均匀性

-由来源施加的剂量；

-照射系统和投影系统的特性，包括

-各种光学组件的模型；

-照射系统或投影系统的像差；

-所执行的扫描过程的特性，

-等等。

在这样的过程中，该组状态变量x可以包括所施加的辐射束传播通过光刻系统时的各种状态。如图1所示，光刻系统或光刻装置LA可以包括辐射源SO和被配置为将辐射束传输到装置LA的照射器IL的光束传输系统BD。这样的照射IL可以表示为其中所提供的辐射束经历不同转变或变换的系统。特别地，存在于这样的照射系统或照射器IL中的各种光学组件可以各自对辐射束进行变换，使得辐射束在到达图案形成装置MA之前经历到不同状态的一系列变换。随后，由图案形成装置MA将变换后的辐射束施加，该施加可以被认为是变换后的辐射束到另一种状态的另一种变换。在其通过投影系统PS传播期间，图案化辐射束将在到达衬底之前经历进一步的变换，在衬底上，图案化光束将照射抗蚀剂层，从而对抗蚀剂层的照射部分的材料特性进行改性。

如本领域技术人员将理解的，当所涉及的光学组件的特性已知时，可以对所描述的每个转变进行建模。

在涉及在半导体衬底上产生图案化抗蚀剂层的过程的情况下，该组输出变量y例如可以包括通过该过程获取的结构的表示。在本发明的实施例中，由诸如SEM等检查工具获取的结构的图像(例如，二维数字图像)可以被认为是存在于衬底上的结构的表示。

这样的图像可以例如对应于如上所述的图像，即，使用检查工具扫描整个感兴趣的区域的图像。

这样，如图3所示的状态空间模型可以例如表示给定掩模或图案形成装置MA与在衬底上产生的结构或其表示之间的关系。图4示意性地示出了掩模或图案形成装置150的一部分以及由SEM生成的对应图像160。

参考如上所述的状态空间模型的各组变量，可以注意到，这些变量可以是预先已知的，例如，从设计数据中，或者可以根据经验确定。

如上所述，根据本发明的确定用于检查工具的测量序列的方法利用光刻系统的数学模型，该光刻系统执行光刻过程以在衬底上生成结构。这样的模型的一个示例是如上所述的状态空间模型。如上所述的通用模型可以用于对光刻系统的瞬态行为和稳态行为两者进行建模。

在本发明的一个实施例中，所应用的模型仅旨在表示或描述执行光刻过程的光刻系统的稳态行为。当仅对稳态行为进行建模时，可以使用光刻系统的简化模型。参考方程(1)，系统的稳态行为可以描述为：

0＝A*x+B*u

y＝C*x+D*u (2)

在更一般的形式中，物理系统的稳态行为可以通过一个或多个输出变量y与包括状态变量x和输入变量u的一组变量之间的关系来描述。这样的关系可以例如表示为：

y＝F(x，u) (3)

如果该组变量x和u被组合，例如如果将X视为包括输入变量u和状态变量x的一组系统变量，则等式(3)可以写成：

y＝F(X) (4)

在矩阵符号中，一个或多个输出变量y与系统变量X之间的关系可以表示为：

y＝F*X (5)

其中X例如包含输入变量u和状态变量x两者。

在本发明中，使用光刻系统的数学模型，该数学模型包括描述光刻系统的一组系统变量与表示由光刻系统执行的光刻过程产生的结构的输出变量之间的关系。如果输出变量y是例如由检查工具获取的半导体衬底上的结构的表示，则输出变量y可以是二维图像，例如包含n×m个像素，每个像素具有灰度值。这样的图像的示例在图4中示出。在这种情况下，可以认为二维图像的每个像素y(i，j)具有作为系统变量X的函数的值，即，每个像素值y(i，j)可以描述为包括状态变量和输入变量的一组变量的函数。在本发明的意义内，将输出变量的像素值描述为状态变量和输入变量的函数的数学函数(例如，F)也可以称为投影。

如果输出变量y对应于感兴趣的区域的整个图像，即，对应于扫描整个感兴趣的区域的情况，则输出变量将称为y_tot并且状态变量和输入变量到输出变量的投影将称为G，即

y_tot＝G(X)或y_tot＝G*X (6)

y_tot例如是包含衬底上的结构的图像的像素值的矢量，X是描述执行用于生成该结构的过程的光刻系统的一组系统变量，G是X的投影，其描述系统变量X与图像y_tot之间的关系。

尽管在上文中参考光刻系统的状态空间模型，但是可以指出，也可以考虑输出变量y(i，j)与一组系统变量之间的关系的替代形式。作为示例，也可以考虑逻辑回归模型来将由诸如SEM等检查工具获取的图像描述为多个参数或变量的函数。

在一个实施例中，本发明利用数学模型来确定用于检查由图像y(i，j)表示的结构的测量序列。特别地，本发明提供了一种确定用于检查工具的测量序列的方法，该检查工具检查由光刻系统执行的光刻过程生成的结构，其中该方法包括以下步骤，如图5的流程图所示：

在第一步骤510中，根据本发明的方法提供了得出由光刻系统执行的光刻过程的模型，该模型包括描述光刻系统的一组系统变量与表示光刻过程产生的结构的输出变量之间的关系。这样的模型可以例如包括上述一组系统变量X的投影G。

在第二步骤520中，根据本发明的方法包括确定输出变量中一个或多个系统变量的可观察性。在本发明的意义内，确定输出变量中一个或多个系统变量的可观察性是指评估系统变量X中的选定系统变量的变化是否导致输出变量的变化或导致输出变量的变化的程度的过程。因此，可以评估哪个输出变量或输出变量的哪个部分对系统变量X的变化敏感。参考描述例如描述衬底上的结构的图像的像素值的y_tot与描述执行生成该结构的过程的光刻系统的一组系统变量X之间的关系的上述数学模型，因此可以评估图像y_tot的哪些部分(即，结构的二维图像的哪些像素)对系统变量X的变化最敏感。特别地，可以通过对系统变量X应用变化来标识哪些像素y(i，j)保持基本相同或几乎不受所应用的变化的影响。如果标识出这样的像素，即，基本上具有相同灰度值的像素，不管对一个或多个系统变量X的修改如何，显然，将不需要检查对应位置的结构。使用所描述的方法，因此可以确定结构的图像的信息最丰富的部分(即，受系统变量X中的选定系统变量的变化影响的部分或像素)位于何处。上述方法还允许标识可以检索的信息是否包含冗余信息。如果已经标识出结构的图像的哪些部分对上述变化敏感，则仍然可以从子集或上述部分中检索所需要的信息，从而进一步限制结构的需要检查的部分或位置。

这样，基于所执行的可观察性，例如可以评估输出变量中表示通过光刻过程获取的结构的哪一部分受系统改变的影响。一旦标识出该部分，就可以在根据本发明的方法的第三步骤530中基于可观察性来确定用于测量结构的检查工具的更合适的测量序列。特别地，与其中扫描整个感兴趣的区域的测量序列相比，可以确定更合适的测量序列。这样的测量序列可以例如跳过感兴趣的区域的某些部分，例如期望测量结果不受影响的部分，而与系统变量X无关。或者，换言之，可以确定其中可以测量感兴趣的区域中受系统变量变化影响的部分的测量序列。在一些实施例中，除了评估所测量的输出对系统变量的敏感程度，可观察性度量还进一步量化这些敏感度的独特性和独立性。

所提出的是，当这样的测量序列被执行时，可以减少测量或检查过程的持续时间，因为检查工具仅需要扫描或采样感兴趣的区域的相关部分。

作为这种测量序列的结果，因此通常将获取有限或不完整的图像，即，并非覆盖整个感兴趣的区域的图像。换言之，图像被二次采样。仅测量图像的一小部分。当执行使用根据本发明的方法得出的测量序列时获取的这样的图像可以被称为缩小图像或部分图像y_red。给定该缩小图像，可以经由诸如贝叶斯估计、卡尔曼滤波等估计技术来推断系统变量X。给定系统变量的推断，可以重构整个图像。以如上所述的类似方式，可以将这样的图像y_red描述为系统变量X的投影，例如投影G_red：

y_red＝G_red*X (7)

在本发明的实施例中，部分或缩小图像y_red可以用于重构整个感兴趣的区域的图像。特别地，使用等式(7)，可以确定系统变量X，估计X_est：

X_cst＝G_red ^-1*y_red (8)

关于估计X_est的确定，提出了可以应用诸如卡尔曼滤波、顺序蒙特卡洛、粒子滤波或移动视界估计等技术。

一旦确定了估计，就可以将其用于获取重构图像y_rec，以表示整个感兴趣的区域(例如，对于线性系统)：

y_rec＝G*(G_red ^-1*y_red) (9)

以类似的方式，不是旨在获取存在于衬底的感兴趣的区域中的结构的整个图像，可以将上述方法应用于确定结构的特定参数或特征。特别地，除了获取结构的图像，可能对诸如线边缘粗糙度或线宽度粗糙度或CD或CD均匀性等特定参数更感兴趣。以如上所述的类似方式，可以确定一种测量序列，该测量序列提供了用于评估这些参数的所需要的信息，而无需执行不必要的测量。

根据本发明的检查方法可以由根据本发明的检查工具执行。在一个实施例中，这种检查工具可以是电子光束(电子束)检查工具，例如如图2所示。

这样的检查工具可以例如包括：

-载物台，被配置为保持样本，该样本包括结构；

-电子束源，被配置为生成电子束；

-束操纵器，被配置为将电子束引导到样本上；

-检测器，被配置为检测由电子束与样本的相互作用而引起的样本的响应信号；以及

-处理单元，被配置为：

ο从检测器接收响应信号；

ο基于响应信号生成结构的图像；

根据本发明，处理单元还可以被配置为：

ο接收用于检查结构的测量序列，该测量序列是通过根据本发明的方法获取的，以及

ο根据所接收的测量序列检查样本。

参考图6A、图6B和图7描述关于这种检查工具的更多细节。

图6A和6B示意性地描绘了根据本发明的实施例的检查工具50的俯视图和剖视图。所示出的实施例包括外壳51、一对装载端口52，装载端口52用作接收待检查物体并且输出已经检查的物体的接口。如图所示的实施例还包括被称为EFEM设备前端模块53的物体传输系统，该系统被配置为处理物体和/或向和从负载端口传输物体。在所示出的实施例中，EFEM 53包括被配置为在装载端口与EBI系统50的装载锁定装置55之间运输物体的搬运机械手54。装载锁定装置55是出现在外壳51外部和EFEM中的大气条件与出现在检查工具50的真空室56中的真空条件之间的接口。在所示出的实施例中，真空室56包括电子光学系统57，该电子光学系统57被配置为将电子束投射到待检查物体(例如，半导体衬底或晶片)上。检查工具50还包括定位装置58，定位装置58被配置为相对于由电子光学系统57生成的电子束来移动物体59。

在一个实施例中，定位装置可以包括多个定位器的级联布置，诸如用于将物体定位在基本水平的平面中的XY平台和用于将物体定位在垂直方向上的Z平台。

在一个实施例中，定位装置可以包括被配置为在相对较大的距离上提供物体的粗略定位的粗略定位器和被配置为在相对较小的距离上提供物体的精细定位的精细定位器。

在一个实施例中，定位装置58还包括用于在由检查工具50执行的检查过程中保持物体的载物台。在这样的实施例中，可以借助于诸如静电钳等夹具将物体59夹到载物台上。这样的夹具可以集成在载物台中。

图7示意性地示出了可以被配置为执行根据本发明的检查方法的根据本发明的检查工具200的更详细的实施例。检查工具200包括电子束源，称为电子枪210和成像系统240。

电子枪210包括电子源212、抑制器电极214、阳极216、一组孔218和聚光器220。电子源212可以是如上所述的肖特基发射器或改进的肖特基发射器。通过阳极216的正电荷，可以提取电子束202，并且通过使用可调谐孔218，可以控制电子束202，可调谐孔218可以具有不同的孔尺寸以消除在孔外部的不必要的电子束。为了会聚电子束202，将聚光器220应用于电子束202，这也提供放大。图10所示的聚光器220可以例如是可以会聚电子束202的静电透镜。另一方面，聚光器220也可以是磁透镜。

成像系统240例如可以包括遮挡件248、一组孔242、检测器244、四组偏转器250、252、254和256、一对线圈262、磁轭260和电极270。电极270可以用于延迟和偏转电子束202，并且还可以具有静电透镜功能。此外，线圈262和磁轭260可以被配置到磁性物镜。

偏转器250和256可以被应用以将电子束202扫描到大视场，并且偏转器252和254可以用于将电子束202扫描到小视场。所有偏转器250、252、254和256可以控制电子束202的扫描方向。偏转器250、252、254和256可以是静电偏转器或磁偏转器。磁轭260的开口面对样本300，以将磁场浸入样本300中。另一方面，电极270被放置在磁轭260的开口下方，并且因此样本300将不会被损坏。为了校正电子束202的色差，延迟器270、样本300和磁轭260或其一部分可以形成透镜以消除电子束202的色差。检查工具200还包括处理单元310，处理单元310可以例如体现为处理器、微处理器、控制器或计算机，处理单元310被配置为从检查工具的一个或多个检测器(例如，检测器244)接收响应信号，并且将响应信号处理为扫描或检查的结构或样本300的图像。

可以使用以下条款进一步描述实施例：

1.一种确定用于检查工具的测量序列的方法，所述检查工具检查由光刻系统执行的光刻过程生成的结构，所述方法包括：

-得出由所述光刻系统执行的所述光刻过程的模型，所述模型包括描述所述光刻系统的一组系统变量与表示所述光刻过程产生的所述结构的输出变量之间的关系，

-确定所述输出变量中一个或多个系统变量的可观察性，以及；

-基于所述可观察性确定所述检查工具的所述测量序列。

2.根据条款1所述的方法，其中所述一组系统变量包括所述光刻过程的一个或多个输入变量。

3.根据条款1或2所述的方法，其中所述输出变量包括感兴趣的区域的图像，所述感兴趣的区域包括由检查工具获取的所述结构。

4.根据条款3所述的方法，其中所述图像包括由电子束检查工具获取的所述结构的二维数字图像。

5.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述数学模型是稳态数学模型。

6.根据前述条款中任一项所述的方法，其中所述模型包括所述光刻系统的状态空间模型。

7.根据条款3或4中任一项所述的方法，其中确定所述输出变量中一个或多个系统变量的可观察性包括确定所述图像的哪个部分被所述一个或多个系统变量的改变或修改影响。

8.根据条款7所述的方法，其中确定所述检查工具的所述测量序列包括选择与所述图像的所述一部分相对应的所述感兴趣的区域的一部分作为待测量区域。

9.一种用于检查衬底的感兴趣的区域上的结构的检查方法，所述检查方法包括根据前述条款中任一项所述的方法。

10.根据条款9所述的检查方法，还包括通过所确定的测量序列来检查所述结构。

11.根据条款10所述的检查方法，其中通过所确定的测量序列来检查所述结构的步骤包括获取所述结构的部分图像。

12.根据条款11所述的检查方法，还包括基于所述部分图像来重构所述结构的图像。

13.一种检查工具，被配置为执行根据前述条款中任一项所述的方法。

14.一种检查工具，包括：

-载物台，被配置为保持样本，所述样本包括结构；

-探测装置，被配置为检查所述样本；

-检测器，被配置为检测由所述探测装置与所述样本的相互作用而引起的所述样本的响应信号；

-处理单元，被配置为：

ο从所述检测器接收所述响应信号；

ο基于所述响应信号生成所述结构的图像；

其中所述处理单元还被配置为：

ο接收用于检查所述结构的测量序列，所述测量序列是通过根据条款1至12中任一项所述的方法获取的，以及

ο根据所接收的测量序列检查所述样本。

15.根据条款14所述的检查工具，其中所述探测装置包括

电子束源，被配置为生成电子束；以及

束操纵器，被配置为将所述电子束引导到所述样本上，并且其中所述检测器被配置为检测由所述电子束与所述样本的相互作用而引起的所述样本的响应信号。

16.根据条款14所述的检查工具，其中所述探测装置包括电子束源、X射线束源、光学检查束源或原子力探针。

17.一种包括一组指令的计算机程序产品，所述一组指令当在计算机上执行时引起所述计算机执行根据条款1至12中任一项所述的方法。

尽管在本文中可以具体参考在IC的制造中使用光刻设备，但是应当理解，本文中描述的光刻设备可以具有其他应用，诸如制造集成光学系统、用于磁畴存储器、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等的引导和检测图案。本领域技术人员将理解，在这种替代应用的上下文中，术语“晶片”或“管芯”在本文中的任何使用分别被认为是更通用的术语“衬底”或“目标部分”的同义词。本文所指的衬底可以在曝光之前或之后进行加工，例如在轨道(通常在衬底上施加一层抗蚀剂并且显影曝光的抗蚀剂的工具)、量测工具、和/或检查工具中。在适用的情况下，本文中的公开内容可以应用于这样的和其他衬底处理工具。此外，例如可以为了制造多层IC而对衬底进行不止一次的处理，因此本文中使用的术语“衬底”也可以是指已经包含多个处理过的层的衬底。

尽管上面已经具体参考了本发明的实施例在光学光刻的上下文中的使用，但是应当理解，本发明可以在其他应用中使用，例如压印光刻，并且在上下文允许的情况下不仅限于光学光刻。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。可以将图案形成装置的形貌压入提供给衬底的抗蚀剂层中，然后通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使抗蚀剂固化。在抗蚀剂固化之后，将图案形成装置移出抗蚀剂，从而在其中留下图案。

本文中使用的术语“辐射”和“光束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外线(UV)辐射(例如，波长为或约为365、248、193、157或126nm)和极紫外(EUV)辐射(例如，波长在5到20nm的范围内)以及粒子束(诸如离子束或电子束)。

在上下文允许的情况下，术语“透镜”可以指代各种类型的光学组件中的任何一种或组合，包括折射、反射、磁性、电磁和静电光学组件。

尽管上面已经描述了本发明的特定实施例，但是应当理解，本发明可以不同于所描述的方式来实践。例如，本发明可以采取以下形式：计算机程序的形式，该计算机程序包含描述如上所述的方法的一个或多个机器可读指令序列；或者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)。

上面的描述旨在是说明性的，而不是限制性的。因此，对于本领域的技术人员将很清楚的是，可以在不脱离下面提出的权利要求的范围的情况下，对所描述的本发明进行修改。

Claims

-确定一个或多个系统变量在所述输出变量中的可观察性，以及；

-基于所述可观察性，确定用于所述检查工具的所述测量序列。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述一组系统变量包括所述光刻过程的一个或多个输入变量。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述输出变量包括感兴趣的区域的图像，所述感兴趣的区域包括由检查工具获取的所述结构。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述图像包括所述结构的、由电子束检查工具获取的二维数字图像。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述模型是稳态数学模型。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述模型包括所述光刻系统的状态空间模型。

7.根据权利要求3所述的方法，其中确定所述输出变量中一个或多个系统变量的可观察性包括：确定所述图像的哪个部分被所述一个或多个系统变量的改变或修改影响。

8.根据权利要求7所述的方法，其中确定用于所述检查工具的所述测量序列包括：选择与所述图像的所述部分相对应的所述感兴趣的区域的部分作为待测量区域。

9.一种检查工具，包括：

-载物台，被配置为保持样本，所述样本包括结构；

-探测装置，被配置为检查所述样本；

-处理单元，被配置为：

○从所述检测器接收所述响应信号；

○基于所述响应信号生成所述结构的图像；

其中所述处理单元还被配置为：

○接收用于检查所述结构的测量序列，所述测量序列通过根据权利要求1至8中任一项所述的方法而被获取，以及

○根据所接收的测量序列检查所述样本。

10.根据权利要求9所述的检查工具，其中所述探测装置包括：

电子束源，被配置为生成电子束；以及

11.根据权利要求9所述的检查工具，其中所述探测装置包括电子束源、X射线束源、光学检查束源或原子力探针。

12.一种计算机可读存储介质，具有存储在其上的计算机程序，所述计算机程序包括指令集，所述指令集在计算机上执行时使所述计算机执行根据权利要求1所述的方法。