CN113557466A - 用于计量学中的经改进自叠纹光栅设计 - Google Patents

用于计量学中的经改进自叠纹光栅设计 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种使用于计量学中的光栅，其包含周期性结构，所述周期性结构包含具有间距P的多个单元，所述多个单元中的至少一个单元包含：至少第一周期性子结构，其具有小于所述间距P的第一子间距P1；及至少第二周期性子结构，其与所述至少一个单元内的所述第一周期性子结构并排且分开布置且具有小于所述间距P且与所述第一子间距P1不同的第二子间距P2，P1及P2经选择以产生至少一个叠纹间距Pm＝P1·P2/(P2–P1)，所述间距P为所述第一子间距P1及所述第二子间距P2的整数倍数。

Description

用于计量学中的经改进自叠纹光栅设计
相关申请案的交叉引用
借此参考2019年3月25日申请的且标题为“用于OVL测量的自叠纹目标设计的新方法(NEW APPROACH FOR SELF-MOIRéTARGET DESIGN FOR OVL MEASUREMENT)”的第62/823,342号美国临时专利申请案，所述专利申请案的公开内容借此以引用的方式并入且借此要求所述案的优先权。
还参考与本发明的标的物相关的以下专利，所述专利的公开内容借此以引用的方式并入：
分别在2016年5月19日及2017年12月1日申请的两者标题皆为“用于测量未分辨的类似装置的间距的自叠纹目标设计原理(SELF-MOIRE TARGET DESIGN PRINCIPLES FORMEASURING UNRESOLVED DEVICE-LIKE PITCHES)”的第9,864,209号及第10,101,592号美国专利，所述专利转让给与本发明相同的受让人。
技术领域
本发明大体上涉及计量学，且更特定来说，涉及用于计量学中的光栅。
背景技术
在此项技术中已知用于计量学中的各种类型的光栅。
发明内容
本发明试图提供用于用于提供高度准确测量的计量学目标中的新颖、可容易打印的光栅。
因此，根据本发明的优选实施例，提供一种用于计量学中的光栅，其包含周期性结构，所述周期性结构包含具有间距P的多个单元，所述多个单元中的至少一个单元包含：至少第一周期性子结构，其具有小于所述间距P的第一子间距P1；及至少第二周期性子结构，其与所述至少一个单元内的所述第一周期性子结构并排且分开布置且具有小于所述间距P且与所述第一子间距P1不同的第二子间距P2，P1及P2经选择以产生至少一个叠纹间距Pm＝P1·P2/(P2–P1)，所述间距P为所述第一子间距P1及所述第二子间距P2的整数倍数。
优选地，P1及P2为类似半导体装置的间距。
根据本发明的优选实施例，P/Pm大体上等于1。
替代地，P/Pm大体上等于2。
优选地，P≥200nm。另外优选地，P1及P2<200nm。
优选地，所述第一及第二周期性子结构沿着共同轴线定位，P1及P2沿着所述共同轴线界定。
优选地，还提供一种用于测量半导体装置的层之间的偏移的计量学目标，所述目标包含至少两个光栅，所述至少两个光栅中的至少一者包含本发明的优选实施例的光栅，所述至少两个光栅以相互分层配置布置。
优选地，所述至少两个光栅具有相同叠纹间距。
替代地，所述至少两个光栅具有相互不同的叠纹间距。
根据本发明的另一优选实施例，另外提供一种用于形成用于计量学中的光栅的方法，所述方法包含提供包含具有间距P的多个单元的周期性结构，所述多个单元中的至少一个单元包含：至少第一周期性子结构，其具有小于所述间距P的第一子间距P1；及至少第二周期性子结构，其与所述至少一个单元内的所述第一周期性子结构并排且分开布置且具有小于所述间距P且与所述第一子间距P1不同的第二子间距P2，P1及P2经选择以产生至少一个叠纹间距Pm＝P1·P2/(P2–P1)，所述间距P为所述第一子间距P1及所述第二子间距P2的整数倍数。
根据本发明的方法的优选实施例，P1及P2为类似半导体装置的间距。
优选地，P/Pm大体上等于1。替代地，P/Pm大体上等于2。
优选地，P≥200nm。另外优选地，P1及P2<200nm。
优选地，所述方法还包含布置所述第一及第二周期性子结构以沿着共同轴线定位，P1及P2沿着所述共同轴线界定。
优选地，所述方法另外包含以相互分层配置布置至少两个光栅以便形成用于测量半导体装置的层之间的偏移的计量学目标，所述至少两个光栅中的至少一者包含由本发明的方法提供的光栅。
优选地，所述至少两个光栅具有相同叠纹间距。
替代地，所述至少两个光栅具有相互不同的叠纹间距。
附图说明
从结合图式进行的以下详细描述将更完整理解及了解本发明，其中：
图1是根据本发明的优选实施例建构及可操作的可用于计量学测量中的光栅的简化示意性俯视图图解；
图2是形成图1中展示的类型的光栅的部分的单元的简化示意性俯视图图解；
图3是根据本发明的另一优选实施例建构及可操作的包含相互分层光栅的计量学目标的简化示意性侧视图图解；
图4是根据本发明的又一优选实施例建构及可操作的包含相互分层光栅的计量学目标的简化示意性侧视图图解；及
图5是说明使用图1到4中的任一者中展示的类型的光栅的计量学方法的简化流程图。
具体实施方式
现参考图1，其为可用于计量学测量中的光栅的简化示意性俯视图图解且参考图2，其为根据本发明的优选实施例建构及可操作的形成图1中展示的类型的光栅的部分的单元的简化示意性俯视图图解。
如图1及2中所见，提供光栅100，其包括通过多个重复单元104形成的周期性图案化结构102。此处，通过实例，光栅100的一部分被展示为包含两个完整单元104，所述两个完整单元104被展示为相互相同。光栅100优选经调适用于形成在半导体装置上，以便促进基于从形成在装置上的光栅获得的测量的与装置相关的计量学测量。此类计量学测量可包含成像测量、基于叠纹干涉的测量、基于散射测量的测量或其它类型的测量。应了解，对例如光栅100的结构而非直接相对于装置自身执行此类测量，这是因为装置的设计规则间距通常具有无法通过光学测量工具分辨的尺度。尤其优选地，光栅100可被并入包括多层光栅的目标中且在制造半导体装置时用于测量层之间的偏移，如下文参考图3及4进一步详述。
单元104优选形成具有间距P的周期性结构102。间距P优选具有以便可通过标准光学测量工具(例如(仅通过实例)商业上可购自美国加利福尼亚州的科磊公司(KLACorporation)的Archer系列工具，例如，A700及ATL100)分辨的量值。通过实例，间距P可大约数百或数千纳米。根据本发明的一个优选实施例，间距P可在200nm到4500nm的范围中。根据本发明的另一优选实施例，间距P可在1200nm到2500nm的范围中。应了解，此间距通常远大于在其上形成光栅100的半导体装置的装置设计规则的间距。
如图2中最清晰所见，单元104中的至少一个单元包括至少第一周期性子结构110及与其对准的至少第二周期性子结构112。此处，通过实例，光栅110的单元104中的每一者被展示为在其内包括第一周期性子结构110及第二周期性子结构112。第一及第二周期性子结构110及112优选沿着共同轴线114以并排配置布置以便沿着大体上整个单元104组合地延伸，因此界定单元104。第一及第二周期性子结构110及112优选以相互分离、不交错或重叠配置并排布置。
第一周期性子结构110优选具有第一子间距P1且第二周期性子结构112优选具有与P1不同的第二子间距P2。子间距P1及P2优选远小于间距P且尤其优选为类似装置的间距，意谓间距P1及P2优选具有与半导体装置(光栅100结合其使用)的装置设计规则间距相同的数量级。通过实例，P1及P2可介于10nm到小于200nm之间。如上文解释，归因于其在大小方面与装置设计规则间距的类似性，第一及第二子间距P1及P2自身无法直接通过光学工具分辨。然而，第一及第二子间距P1及P2优选经选择以便根据以下项产生至少一个叠纹间距Pm：
Pm＝P1·P2/(P2-P1) (1)
其中叠纹间距Pm优选可通过光学工具测量及分辨。因此，尽管子间距P1及P2如此小使得无法通过光学工具测量，但这些间距组合地产生可测量且基于可从其获得信息的信号的叠纹间距。
根据本发明的尤其优选实施例，P、P1及P2经选择使得图案102的间距P为P1、P2及由分别在图案102内的子结构110及112的子间距P1及P2的组合产生的叠纹间距Pm的整数倍数，如由等式(1)定义。本发明者已发现，当满足P/P1及P/Pm等于整数的关系时，当通过第一及第二子结构110及112上的散射产生具有间距P1及P2的两个消散模式时，在由图案102界定的层内满足P/P2等于整数的条件。这些模式在由图案102界定的层外部消散。然而，层内的两个模式的振幅可相当于零级传播电场的振幅，使得可根据以下项描述归因于图案102内的子间距P1及P2的由图案102界定的层内的电场E
Figure BDA0003255839540000041
其中a1及b1为分别与P1及P2相关联的振幅系数。
基于此，通过具有第一子间距P1的第一子结构110相对于具有第二子间距P2的第二子结构112及反之亦然产生的模式的重新散射提供“自叠纹”模式，所述“自叠纹”模式具有在整个目标传播的衍射级且具有如由等式(1)描述的叠纹间距及与a1·b-1及a-1·b1成比例的振幅。此振幅可具有相当于第零级电场的振幅的数量级。所产生叠纹间距可通过光学工具测量及分辨，使得与半导体装置的偏移相关的测量可使用包含光栅100的目标执行，尽管形成光栅100的图案102的子结构110及112的间距未被分辨。
根据本发明的优选实施例，提供包括具有具备装置设计规则间距的数量级的类似装置的间距的未分辨周期性结构的光栅，但所述类似装置的间距引起经分辨且可测量叠纹间距为高度有利的。光栅子结构的类似装置的间距导致计量学测量的准确度的改进且提供比基于具有具备远大于装置设计规则的数量级的数量级的间距的目标获得的所述值与真实装置更相关的计量学测量值。
本发明的优选实施例的特定优点为至少第一及第二子结构110及112可以简单并排配置及优选共线配置布置，其中第一及第二子结构110及112相互分离且不交错或重叠，以便界定图案102的单元104的纵向范围。此布置基于本发明者发现经历双重散射以产生叠纹模式的消散模式是在图案102的间距P是其内的子结构110及112的第一子间距及第二子间距两者的整数倍数的情况中产生，如上文详述。用于形成单元104的第一及第二子结构110及112的线性布置可容易打印且不包含大特征间间隙，从而导致更好的工艺兼容性及准确性。此外，有效重新散射发生在第一与第二子结构110与112之间，因此引起可通过此项技术中已知的常规光学工具测量的叠纹模式。
应了解，间距P、P1及P2在图1及2中未按比例展示且以高度示意性代表性方式说明以便在各种不同间距的尺度之间清楚地区分。
此外，应了解，本发明不限于在每一单元内包含仅两个子结构，例如在本文中展示的子结构110及112。实际上，更大数目个子结构可被包含在整体图案102的每一单元内，前提是子结构中的每一者的间距满足图案102的间距为其内的周期性子结构中的每一者的子间距的整数倍数的要求。
优选地，可通过将图案102的每一单元104的间距P划分为两个部分而设计光栅100。优选地，为了易于分析在对光栅100执行光学测量时从光栅100产生的信号，将单元104的间距P划分为两个相等部分。然而，可将间距P划分为两个以上部分，取决于对光栅100执行的特定测量的性质，所述两个或更多个部分可为不相等的。
第一及第二子结构110及112优选分别在具有间距P的单元104的经划分部分中的每一者内对称地定位。第一子结构110的中心及第二子结构112的中心形成单元104中的第一及第二对称中心。为了使在对光栅100执行光学测量时从其产生的信号的对称中心与第一及第二子结构110及112的对称中心中的一者对应，优选将P/Pm设置为等于1或2。这简化信号的分析且降低其中的模糊性。然而，应了解，在本发明的某些实施例中，P/Pm可等于大于2的整数。
通过实例，P1可被设置为90nm，等于光刻设计规则间距。所需经测量信号间距等于由等式(1)给出的叠纹间距，使得P2可基于重新布置等式(1)设置以给出：
P2＝Pm·P1/(Pm-P1) (3)
且光栅100的图案102的间距优选根据P＝Pm或P＝2Pm设置。
应了解，本发明的多个光栅(例如光栅100)可相对于彼此或相对于其它光栅设计分层以便形成在制造半导体装置时可用于促进半导体装置的各个层之间的偏移的测量的目标。
现参考图3，展示根据本发明的优选实施例建构及可操作的计量学目标300的示范性分层实施例。如图3中所见，分层目标300可形成在半导体装置的第一层302及第二层304上。具有通常与类似于光栅100的设计的类型的第一目标层310优选形成在第一层302上且还具有通常类似于光栅100的设计的类型但具有与第一目标层310的设计参数不同的设计参数的类型的第二目标层312优选形成在第二层304上。
应了解，通过各自包括类似于光栅100的光栅设计的光栅设计的第一及第二层光栅形成分层目标300仅为示范性的且目标300可替代地包括包括类似于光栅100的光栅设计的光栅设计的一个目标层及包括不类似于目标100的光栅设计的光栅设计而为常规周期性光栅设计的另一目标层，所属领域的技术人员熟知各种类型的光栅设计。
第一目标层310优选包括通过具有间距PL1的多个重复单元324形成的周期性图案化结构322。此处，通过实例，目标300的一部分被展示为包含一个完整单元324。然而，应了解，第一目标层310可包含更大数目个单元，例如五个或六个单元。
单元324中的至少一个单元优选包括至少第一周期性子结构330及与其对准的至少第二周期性子结构332。此处，通过实例，单元324被展示为在其内包括第一及第二周期性子结构330及332。第一及第二周期性子结构330及332优选沿着共同轴线以并排配置布置以便沿着大体上整个单元324组合地延伸，因此界定单元324。第一及第二周期性子结构330及332优选以相互分离、不交错或重叠配置并排布置。
第一周期性子结构330优选具有第一子间距P1且第二周期性子结构332优选具有与P1不同的第二子间距P2。子间距P1及P2优选远小于间距PL1且尤其优选是具有与半导体装置(目标300结合其使用)的装置设计规则间距相同的数量级的类似装置的间距。如上文解释，归因于其在大小方面与装置设计规则间距的类似性，第一及第二子间距P1及P2自身无法直接通过光学工具分辨。然而，间距PL1以及第一及第二间距P1及P2优选经选择以便根据以下项产生图案322中的至少一个第一叠纹间距Pm1：
Pm1＝P1·P2/(P2-P1) (4)
在此情况中，第一叠纹间距Pm1可具有以便例如(例如)在类正常照明及约0.7的数值孔径的条件下未通过光学系统分辨的数量级。通过实例，第一叠纹间距Pm1可为大约500到600nm。替代地，第一叠纹间距Pm1可具有引起可测量叠纹图案的数量级。根据本发明的尤其优选实施例，PL1、P1及P2优选经选择使得图案322的间距PL1为P1、P2及由分别在图案322内的子结构330及332的间距P1及P2的组合产生的叠纹间距Pm1的整数倍数，如由等式(4)定义。
第二目标层312优选包括通过具有优选与间距PL1不同的间距PL2的多个重复单元344形成的周期性图案化结构342。此处，通过实例，目标300的一部分被展示为包含一个完整单元344及邻近单元344的部分的不完整部分。然而，应了解，图案342可包含更大数目个单元，例如五个或六个单元。
单元344中的至少一个单元优选包括至少第一周期性子结构350及与其对准的至少第二周期性子结构352。此处，通过实例，单元344被展示为在其内包括第一及第二周期性子结构350及352。第一及第二周期性子结构350及352优选沿着共同轴线以并排配置布置以便沿着大体上整个单元344组合地延伸，因此界定单元344。第一及第二周期性子结构350及352优选以相互分离、不交错或重叠配置并排布置。
第一周期性子结构350优选具有第三子间距P3且第二周期性子结构352优选具有与P3不同的第四子间距P4。间距P3及P4优选远小于间距PL2且尤其优选为具有与半导体装置(目标300结合其使用)的装置设计规则间距相同的数量级的类似装置的间距。通过实例，P1、P2、P3及P4可在约30nm的范围中。如上文解释，归因于其在大小方面与装置设计规则间距的类似性，第三及第四间距P3及P4自身无法直接通过光学工具分辨。然而，间距PL2以及第三及第四间距P3及P4优选经选择以便根据以下项产生图案342的至少一个第二叠纹间距Pm2：
Pm2＝P3·P4/(P4-P3) (5)
在此情况中，第二叠纹间距Pm2与第一叠纹间距Pm1不同且可通过或可无法通过光学工具分辨。根据本发明的尤其优选实施例，PL2、P3及P4优选经选择使得图案342的间距PL2为P3、P4及由分别在图案342内的子结构350及352的间距P3及P4的组合产生的第二叠纹间距Pm2的整数倍数，如由等式(5)定义。
归因于由第一及第二目标层310及312产生的衍射级之间的相互作用，通过以下项给出分层目标300的整体叠纹间距PmT：
PmT＝PL1·PL2/(PL1-PL2) (6)
所述整体叠纹间距PmT优选可通过光学工具测量及分辨。因此，尽管间距P1、P2、P3及P4如此小使得无法通过光学工具测量，但这些间距组合地产生可测量且基于可从其获得与装置偏移相关的信息的信号的叠纹间距。
根据本发明的优选实施例，提供包括至少一个层的分层目标，所述至少一个层包括具有具备装置设计规则间距的数量级的类似装置的间距的未分辨周期性结构，但所述类似装置的间距引起由各种目标层产生的经分辨且可测量整体叠纹间距为高度有利的。目标子结构的类似装置的间距导致装置制造中的偏移的测量的准确度的改进且提供比基于具有具备远大于装置设计规则的数量级的数量级的间距的目标获得的所述值与真实装置更相关的偏移值。
本发明的优选实施例的特定优点为子结构330及332以及350及352中的每一者可以简单并排配置及优选共线配置布置，其中每一单元内的子结构相互分离且不交错或重叠，以便分别界定目标300的每一目标层的图案的单元的纵向范围。此布置可容易打印且不包含大特征间间隙，从而导致更好的工艺兼容性及准确性。此外，有效重新散射发生在第一目标层310与第二目标层312之间，因此引起可通过此项技术中已知的常规光学工具测量的可测量叠纹模式。
应了解，间距PL1、PL2、P1、P2、P3及P4在图3中未按比例展示而以高度示意性代表性方式说明以便在各种不同间距的尺度之间清楚地区分。
此外，应了解，本发明不限于包含仅两个层(例如第一及第二层310及312)，且取决于目标300的设计要求，可包含额外层。
另外，应了解，由于在第一层310中的子结构与第二层312中的子结构之间存在可忽略的相互作用，因此这些子结构可相对于彼此以任何适合空间布置进行布置且不需要如图3中说明般对准。
应理解，分层目标300不一定需要包括具有相互不同的叠纹间距的层。在某些基于散射测量的计量学系统中，有利的可为实施在其某些方面上通常类似于目标300的分层目标，但其中两个或更多个层的叠纹间距大体上相等。另外或替代地，一个层可包括具有大体上等于目标内的另一层的叠纹间距的间距的常规周期性目标。
在图4中展示此目标的实例。现参考图4，说明根据本发明的优选实施例建构及可操作且尤其可用于基于散射测量的计量学系统中的额外目标400。如图4中所见，分层目标400可形成在半导体装置的第一层402及第二层404上。第一层402可包括具有间距PL1的多个重复单元且第二层404可包括具有间距PL2的多个重复单元。第一层402及第二层404内的重复单元中的每一者可包括具有第一子间距P1的第一子结构410及具有第二子间距P2的第二子结构412。此处，通过实例，相较于第二层404，第一及第二子结构410及412在第一层402中相对于彼此反转。然而，应了解，情况不一定如此。
归因于包括相同子结构的第一及第二层402及404，尽管相对于彼此反转地布置，但两个层的叠纹间距相同，从而使目标400在基于散射测量的计量学系统中尤其有用。
现参考图5，其为说明用于使用包括图1到4中的任一者的光栅中的至少一者的目标测量半导体装置的制造中的偏移的方法的简化流程图。
如图5中所见，用于测量半导体装置的制造中的偏移的方法500可在第一步骤502处开始，在所述第一步骤502提供具有包含至少一个层的目标的半导体装置，所述至少一个层包括具有具备类似装置的未分辨间距的子特征的光栅。尤其优选地，光栅层包括具有间距P的重复图案，重复图案的每一单元包括具有相互不同的类似装置的间距且以并排相互分离配置布置以便界定每一单元的至少两个子结构。优选地，至少两个子结构的相互不同类似装置的间距产生通过光学工具分辨的叠纹间距。
如在第二步骤504所见，接着可照明目标，借此显露从通过目标的子特征产生的经分辨叠纹间距产生的叠纹图案。
如在第三步骤506所见，随后可分析所获得叠纹图案以便导出与目标并入其内的半导体装置中的偏移相关的信息。
所属领域的技术人员将了解，本发明不限于上文已具体展示且描述的内容。本发明的范围包含上文描述的各种特征的组合及子组合两者以及其修改，其全部不在现有技术中。

Claims (20)

1.一种用于计量学中的光栅，其包括：
周期性结构，其包括具有间距P的多个单元，所述多个单元中的至少一个单元包括：
至少第一周期性子结构，其具有小于所述间距P的第一子间距P1，及
至少第二周期性子结构，其与所述至少一个单元内的所述第一周期性子结构并排且分开布置且具有小于所述间距P且与所述第一子间距P1不同的第二子间距P2，P1及P2经选择以产生至少一个叠纹间距Pm＝P1·P2/(P2–P1)，所述间距P为所述第一子间距P1及所述第二子间距P2的整数倍数。
2.根据权利要求1所述的光栅，其中P1及P2为类似半导体装置的间距。
3.根据权利要求2所述的光栅，其中P/Pm大体上等于1。
4.根据权利要求2所述的光栅，其中P/Pm大体上等于2。
5.根据权利要求1所述的光栅，其中P≥200nm。
6.根据权利要求5所述的光栅，其中P1及P2<200nm。
7.根据权利要求1所述的光栅，其中所述第一周期性子结构及所述第二周期性子结构沿着共同轴线定位，P1及P2沿着所述共同轴线界定。
8.一种用于测量半导体装置的层之间的偏移的计量学目标，所述目标包括至少两个光栅，所述至少两个光栅中的至少一者包括根据权利要求1所述的光栅，所述至少两个光栅以相互分层配置布置。
9.根据权利要求8所述的计量学目标，其中所述至少两个光栅具有相同叠纹间距。
10.根据权利要求8所述的计量学目标，其中所述至少两个光栅具有相互不同的叠纹间距。
11.一种用于形成用于计量学中的光栅的方法，其包括：
提供包括具有间距P的多个单元的周期性结构，所述多个单元中的至少一个单元包括：
至少第一周期性子结构，其具有小于所述间距P的第一子间距P1，及
至少第二周期性子结构，其与所述至少一个单元内的所述第一周期性子结构并排且分开布置且具有小于所述间距P且与所述第一子间距P1不同的第二子间距P2，P1及P2经选择以产生至少一个叠纹间距Pm＝P1·P2/(P2–P1)，所述间距P为所述第一子间距P1及所述第二子间距P2的整数倍数。
12.根据权利要求11所述的方法，其中P1及P2为类似半导体装置的间距。
13.根据权利要求12所述的方法，其中P/Pm大体上等于1。
14.根据权利要求12所述的方法，其中P/Pm大体上等于2。
15.根据权利要求11所述的方法，其中P≥200nm。
16.根据权利要求15所述的方法，其中P1及P2<200nm。
17.根据权利要求11所述的方法，且其还包括布置所述第一周期性子结构及所述第二周期性子结构以沿着共同轴线定位，P1及P2沿着所述共同轴线界定。
18.根据权利要求11所述的方法，且其还包括以相互分层配置布置至少两个光栅以便形成用于测量半导体装置的层之间的偏移的计量学目标，所述至少两个光栅中的至少一者包括根据权利要求11所述的光栅。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述至少两个光栅具有相同叠纹间距。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述至少两个光栅具有相互不同的叠纹间距。
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