CN113227908A - 量测方法 - Google Patents

Abstract

一种方法提供以下步骤：从量测工具接收图像；确定所述图像的单独的单元；以及辨别提供准确量测值的单元。所述图像是通过在多个波长情况下测量量测目标而获得的。当所述单元是所述图像中的像素时，这些单元之间的所述辨别是基于对所述单元之间的相似度的计算。

Description

量测方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年12月31日递交的美国申请62/787,196的优先权，所述美国申请的全部内容通过引用而被合并入本文中。

光刻设备是将期望的图案施加至衬底上(通常施加至衬底的目标部分上)的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造中。在该情况下，图案形成装置(其替代地称为掩模或掩模版)可以用于产生待形成在IC的单层上的电路图案。这种图案可以被转印至衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括管芯的一部分、一个管芯或若干管芯)上。通常经由成像至设置于所述衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行图案的转印。通常，单个衬底将包含被连续地图案化的相邻目标部分的网络。

实现图案化过程(即，产生涉及图案化(诸如光刻曝光或压印)的器件或其它结构的过程，所述图案化过程通常可以包括诸如使抗蚀剂显影、蚀刻等之类的一个或更多个相关联的处理步骤)的重要方面包括：开发所述过程本身；设置所述过程以用于监测和控制且随后实际上监测和控制所述过程本身。假设图案化过程的原理的配置，诸如图案形成装置图案、抗蚀剂类型、光刻后过程步骤(诸如显影、蚀刻等)，则期望在图案化过程中设置设备以用于将所述图案转印至所述衬底上，显影一个或更多个量测目标以监测所述过程，设置量测过程以测量所述量测目标且随后基于测量来实施监测和/或控制所述过程的过程。

因此，在图案化过程中，期望确定(例如，测量、使用对所述图案化过程的一个或更多个方面进行建模的一个或更多个模型来模拟，等等)一个或更多个关注的参数，诸如结构的临界尺寸(CD)、形成在衬底中或衬底上的连续层之间的重叠误差(即，连续层的不期望且无意的未对准)等。

期望确定通过图案化过程产生的结构的这样的一个或更多个关注的参数，并且将所述一个或更多个关注的参数用于与图案化过程有关的设计、控制和/或监测，例如，用于过程设计、控制和/或验证。可以将图案化结构的所确定的一个或更多个关注的参数用于图案化过程设计、校正和/或验证、缺陷检测或分类、产率估计和/或过程控制。

因而，在图案化过程中，期望频繁地对所产生的结构进行测量例如，以供过程控制和验证。用于进行这样的测量的各种工具是公知的，包括常常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜，和用以测量重叠(测量在器件中的两个层的对准准确度)的专用工具。可就两个层之间的未对准程度来描述重叠，例如对1nm的所测量的重叠的提及可以描述两个层未对准1nm的情形。

已开发在光刻领域中使用的各种形式的检查设备(例如，量测装置)。例如，散射测量装置将辐射束引导至目标上并且测量被重新导向的(例如，散射的)辐射的一个或更多个性质以获得可以用于确定所述目标的关注的性质所依据的“光谱”，所述一个或更多个性质例如作为波长的函数的在单个反射角情况下的强度，作为反射角的函数的在一个或更多个波长情况下的强度，或作为反射角的函数的偏振。可以通过各种技术来执行对关注的性质的确定：例如，通过诸如严格耦合波分析或有限元法之类的迭代方法来进行的所述目标的重构；库检索；以及主成份分析。

另一技术涉及使零衍射阶(对应于镜面反射)被阻挡，并且仅处理更高阶。可以在以全文引用的方式而被合并入本文中的PCT专利申请公开号WO 2009/078708和WO 2009/106279中找到这种量测的示例。已在美国专利申请公开号US 2011-0027704、US 2011-0043791和US 2012-0242940中描述了技术的进一步开发，所述美国专利申请公开中的每个都以全文引用的方式而被合并入本文中。通常使用这样的基于衍射的技术来测量重叠。技术的目标可以小于照射斑且可以由衬底上的产品结构包围。目标可以包括多个周期性结构，可以在一个图像中测量所述周期性结构。在这样的量测技术的特定形式中，通过在某些条件下测量目标两次而获得重叠测量结果，同时旋转所述目标或改变所述照射模式或成像模式以分别获得-1衍射阶强度和+1衍射阶强度。关于给定目标的强度不对称性(这些衍射阶强度的比较)提供目标不对称性(即，所述目标中的不对称性)的测量。可以将目标中的这种不对称性用作重叠误差的指示器。

因此，如所描述的，在制造过程期间，需要检查所制造的结构和/或测量所制造结构的一个或更多个特性。合适的检查和量测设备是本领域中已知的。已知的量测设备中的一种量测设备是散射仪和例如暗场散射仪。美国专利申请公开US 2016/0161864、美国专利申请公开US 2010/0328655和美国专利申请公开US 2006/0066855论述了光刻设备的实施例和散射仪的实施例。所引用的文献以全文引用的方式而被合并入本文中。

诸如集成电路之类的电子器件常常借助于制造过程来制造，在制造过程中借助于若干过程步骤在衬底上的彼此叠置来形成多层。过程步骤之一可以是光刻，所述光刻可以在深紫外(DUV)光谱范围内或极紫外(EUV)光谱范围内使用电磁辐射。所述衬底常常是硅晶片。所制造结构的最小尺寸在纳米范围内。

图1描绘适用于具有元件100的暗场量测的光栅的草图。众所周知，半导体器件的持续收缩导致量测目标上的半导体器件过程的较强效应，这是因为较小的目标易受所述处理条件中的最小变化的影响。在元件101和102中，图1中的顶部行描绘了图像、元件101、利用暗场量测工具测量的图像、以及元件101的横截面AA'的理想情况。观测到相对平坦且为了提取重叠，已知的方法将关注的区域(ROI)确定为元件101的暗灰色或深灰色区域的平均强度。所测量的真实图像较类似于由图1的元件101'所描绘的草图。图像不再具有看似光滑的表面，但所述图像中存在变化，并且如图1的元件102'中描绘的，这种变化可以是非常广泛的，特别是对于高度受损的目标是可见的。可以不丢弃这些目标，这是因为这些目标可以涉及制造半导体器件的重要过程，量测对于该过程是必不可少的，即存在不管测量的品质如何都需要可靠量测的情况。对于由图像101'和横截面102'所描绘的情况，基于像素的平均值的标准重叠测量呈现不准确的重叠测量。此外，对于极端情况(如图1中在101'和102'中粗略地描绘的)，计算ROI是相当不可能的。

本发明的一个目的是提供一种用以选择ROI以便可以使用标准暗场量测的方法。所述方法包括：从量测工具接收图像；确定所述图像的单独的单元；以及辨别提供准确量测值的单元。

图2A描绘适用于半导体器件的量测的光栅上的两个所测量的图像。所述光栅可以是叠置光栅，或其可以是单个光栅。可以在光刻步骤之前测量单个光栅。在这样的情况下，所测量的信息表示通常用于显影后(光刻后步骤)情况的叠置量测目标的底部光栅。元件201'和202'描绘了量测工具中的典型地测量的图像的草图。由单个颜色所限定并且无内部边界的元件201'和202'中的每个单元可以是所测量的图像中的单个像素。所测量的图像可以包括例如900乘900像素。所述方法适用于所测量的图像的任何组合或大小。为简单起见，元件201'和202'仅描绘若干像素以便图示本发明的构思。201'和202'中的每个像素具有不同颜色，这表示利用所述像素而测量到的强度。对于严重受损的目标，像素之间的变化是显著的。观测到像素可能形成相似值的区域。在实施例中，201'和202'的图像表示从负偏置(201')和正偏置(202')量测目标所获得的图像。在这样的情况下，如果这种两个图像之间存在具有相似值的区域，则可以假设所述像素是不变的或几乎不受处理条件影响。在这样的情况下，通过仅选择具有相似值的像素以用于负和正图像两者、且采用标准重叠处理方法，可以测量准确重叠。在实施例中，预光刻量测步骤可以用于提供诸如201'和202'中描绘的图像之类的图像。在识别了像素、或具有相似值的像素区域之后，将信息前馈至在显影后过程步骤中所采用的量测步骤。由于相关像素的暴力选择，其有助于较快地选择相关像素以供重叠测量，其中如图2B中在203和204中所描绘的对于多个波长的辨别算法可以被引导至所测量的图像的特定区域。最暗色即最深色像素表示可以利用标准暗场量测方法而测量的准确重叠的像素。较亮的像素表示受由于处理效应假影导致的有害信号污染的强度值。

在实施例中，所述方法可以用于辨别所述量测目标上的不同处理效应的贡献度。在示例中，处理工具A仅可能影响所述量测目标的边缘，而处理工具B仅可能影响所述量测目标的中心。预期到两种不同工具的不同处理条件可能导致具有不同强度值的不同像素区域，使用以上提及的方法可以区分所述不同像素区域。

在另一个实施例中，在选择哪些像素需要被前馈时可以采用像素之间的重叠相似性。因此，这种实施例提供一种选择ROI的方法。此外，可以对最终ROI的每个像素贡献进行加权，其中权重可以是关注的垫的区域的强度的加权平均值。

在实施例中，在多个波长情况下测量量测目标的图像。随后，对数据集执行选择算法。数据集可以是例如数据的3D立方，其包括在多个波长(典型地为10至100个波长)所测量的900乘900像素的图像。203和204中所描绘的算法提供对于每个像素的选择，其中“良好”像素显示了A+/A-坐标中的线性行为，且“不良”像素显示了非线性行为。A+是在正偏置目标上所测量的+与-一阶之间的不对称性，而A-是针对负偏置目标所测量的相同的不对称性，A+/A-算法在现有技术水平中是公知的。

在实施例中，为了选择少数适于准确重叠测量的波长，可以执行双重波长测量。随后，可用波长的剩余范围(总计-2)被分离成N个区间，其中N是在从预期使用的最大波长的数目中减去2之后的剩余波长数目。每个区间中的波长与不同区间中的波长被组合地使用，因而将组合空间的维度降低若干数量级。

虽然大量论述已聚焦于作为被专门设计并且出于测量的目的而形成的量测目标的目标结构，但在其它实施例中，所述目标可以是被形成在所述衬底上的器件的功能性部分。许多器件具有类似于光栅的规则周期性结构。如本文中所使用的术语“目标”、“光栅”或目标的“周期性结构”不需要针对正执行的测量而特定地提供适用的结构。

在实施例中，所述目标可以使用被设计成在衬底上产生所述目标的图案形成装置(诸如掩模版或掩模)来实现(例如，产生用于投影至抗蚀剂层上的图案图像，经图案化的抗蚀剂层用于使用诸如沉积、蚀刻等的后续处理步骤来形成所述目标)。

结合如在衬底和图案形成装置(诸如掩模版或掩模)上所实现的目标的实体结构，实施例可以包括包含如下项的计算机程序：描述目标设计、描述在衬底上产生目标的方法、描述测量衬底上的目标的方法和/或描述分析测量以获得关于图案化过程(例如，光刻过程、蚀刻过程等)的信息的方法的一个或更多个序列的机器可读指令和/或功能数据。这种计算机程序可以在例如光刻设备或光刻单元的处理设备或量测或检查设备内或独立式计算机上执行。也可以提供数据储存介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)，其中储存有这种计算机程序。如果现有量测或检查设备已经在生产和/或处于使用中，则实施例可以通过提供更新后的计算机程序产品来实施以用于使处理器执行本文中所描述的方法中的一个或更多个方法。可以可选地布置所述过程以控制所述设备等等以执行如本文中所描述的方法。过程可以更新光刻和/或量测选配方案以用于衬底的测量。过程可以被布置以控制(直接或间接地)光刻设备以用于图案化和处理衬底。

本发明的实施例可以采取如下形式：计算机程序，所述计算机程序包含描述如本文中所公开的方法的机器可读指令的一个或更多个序列；或其中储存有这种计算机程序的数据储存介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。此外，可以以两个或更多个计算机程序来体现机器可读指令。两个或更多个计算机程序可以储存在一个或更多个不同的存储器和/或数据储存介质上。

可以在控制系统中实施本文中所公开的一个或更多个方面。本文中所描述的任何控制系统可以在一个或更多个计算机程序由位于设备的至少一个部件内的一个或更多个计算机处理器读取时能各自操作或以组合方式操作。控制系统每个都可以或组合地具有用于接收、处理和发送信号的任何合适的配置。一个或更多个处理器被配置成与控制系统中的至少一个控制系统通信。例如，每个控制系统可以包括用于执行计算机程序的一个或更多个处理器，所述计算机程序包括用于上文所描述的方法的机器可读指令。控制系统可以包括用于储存这样的计算机程序的数据储存介质，和/或用以接收这种介质的硬件。因此，控制系统可以根据一个或更多个计算机程序的机器可读指令来操作。

虽然可以在上文具体地参考实施例在光学光刻的内容背景下的使用，但将了解，本发明的实施例可以用于其它应用中。例如，实施例可以涉及压印光刻术。在压印光刻术中，图案形成装置中的形貌限定产生于衬底上的图案。可以将图案形成装置的构形压入至供应至衬底的抗蚀剂层中，在衬底上，抗蚀剂通过施加电磁辐射、热、压力或其组合来固化。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。此外，本文中的实施例可以与产生结构的任何过程一起使用且因此可以与例如其它材料移除过程或与添加过程一起使用。

本文中所使用的术语“辐射”和“束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如具有为或约为365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如具有介于5至20nm范围内的波长)，以及粒子束，诸如离子束或电子束。

除非另外具体陈述，否则如根据从论述而明白的，应理解，在整个本说明书中，利用诸如“处理”、“运算”、“计算”、“确定”等等的术语的论述可以指诸如专用计算机或类似的专用电子处理/计算装置之类的特定设备的动作或过程。

应理解，实施方式和附图不意图将本发明限于所公开的特定形式，而正相反，本发明意图涵盖落入如由所附权利要求所定义的本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和替代方案。

鉴于实施方式，本领域技术人员将明白本发明的各种方面的修改和替代实施例。因此，实施方式和附图应理解为仅是说明性的且是出于教导本领域技术人员进行本发明的一般方式的目的。应理解，本文中示出和描述的本发明的形式应被视为实施例的示例。元件和材料可以替代本文中所图示和描述的元件和材料，部分和过程可以被反转或省略，可以独立地利用某些特征，并且可以组合实施例或实施例的特征，本领域技术人员在获得本发明的实施方式的益处之后将明白所有这些。可以在不背离如在随附的权利要求中所描述的本发明的精神和范围的情况下对本文中所描述的元件作出改变。本文中所使用的标题仅出于组织性目的，并且不意图用以限制实施方式的范围。

如在整个本申请中所使用的，词“可以”用于许可性意义(即，意味着可能)而不是强制性意义(即，意味着必须)来使用。词“包括(include、including和includes)”等等意味着包括但不限于。如在整个本申请中所使用的，除非内容另外明确指示，否则单数形式“一(a、an)”和”所述(the)”包括多个指示物。因此，例如，对“一元件”的参考包括两个或更多个元件的组合，虽然会针对一个或更多个元件使用其它术语和词组，诸如“一个或更多个”。除非另外指示，否则术语“或”是非独占式的，即，涵盖“和”与“或”两者。描述条件关系的术语，例如“响应于X，而Y”、“在X后，即Y”、“如果X，则Y”、“当X时，Y”等等涵盖因果关系，其中前提是必要的因果条件，前提是充分的因果条件，或前提是结果的贡献因果条件，例如“在条件Y获得后，即出现状态X”对于“仅在Y后，才出现X”和“在Y和Z后，即出现X”是通用的。这样的条件关系不限于立即遵循前提而获得的结果，这是因为一些结果可以延迟，并且在条件陈述中，前提连接至其结果，例如，前提与出现结果的可能性相关。此外，除非另有指示，否则一个值或动作是“基于”另一条件或值的陈述涵盖条件或值是唯一因子的情况与条件或值是多个因子当中的一个因子的情况两者。除非另有指示，否则某一集合体中的“每个”实例具有某一性质的陈述不应解读为排除较大集合体中的一些以其它方式相同或类似的成员不具有所述性质(即，每个不必意味着每一个)的情况。

在某些美国专利、美国专利申请或其它材料(例如论文)已经以引用的方式并入的情况下，这样的美国专利、美国专利申请和其它材料的文字仅在这样的材料与本文中所阐述的陈述和附图之间不存在冲突的情况下以引用的方式并入。在存在这样的冲突的情况下，在这样的以引用的方式并入的美国专利、美国专利申请和其它材料中的任何这种冲突文字不特定地以引用的方式并入本文中。

对特定实施例的前述描述揭示本发明的实施例的一般性质，以使得在不背离本发明的一般概念的情况下，其它人可以通过应用本领域技术人员所了解的知识针对各种应用而容易地修改和/或调适这样的特定实施例，而无需进行过度实验。因此，基于本文中所呈现的教导和引导，这样的调适和修改意图在所公开的实施例的等效物的含义和范围内。应理解，本文中的词组或术语是出于例如描述而不是限制的目的，以使得本说明书的术语或词组将要由本领域技术人员鉴于教导和引导进行解释。

以上描述意图是说明性的，而不是限制性的。因此，本领域技术人员将明白，可以在不背离下文所阐明的权利要求的范围的情况下对如所描述的本发明进行修改，并且本发明的广度和范围不应受到上述示例性实施例中的任一示例性实施例限制，而应仅根据以下权利要求及其等效物进行定义。

Claims (8)

1.一种方法，所述方法包括：

从量测工具接收图像；

确定所述图像的多个单独的单元；以及

辨别提供准确量测值的单元。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述图像的所述单独的单元是单个像素。

3.根据权利要求1所述的方法，其中辨别所述单元是基于将每个像素的强度值与其它像素的强度值进行比较。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述图像是通过在多个波长下测量量测目标并且记录来自所述量测目标的散射辐射而获得的。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中辨别所述单元是基于找出每个像素的在多个波长下的测量强度之间的线性依赖性。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中来自量测工具的所述图像是针对正偏置量测目标所获得的图像或针对负偏置量测目标所获得的图像。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在预光刻步骤中测量所述图像。

8.一种选择图像中的关注的区域的方法，所述方法包括：

通过利用辐射来照射量测目标而测量所述量测目标的图像，

确定所述图像的多个单独的单元，

辨别所述图像的所述单独的单元，

选择形成所述关注的区域的像素，其中被选择的所述像素具有如在辨别步骤中所确定的相似度。

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