TW202210950A - 欲用於多信號量測之疊對目標之目標設計程序 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種用於判定一度量衡目標設計之方法、系統及電腦程式產品，其包括：針對與一或多個度量衡工具相容之一選定設計類型及一模擬範圍之一組邊界，產生一第一候選目標設計。針對兩個或更多個量測設定，模擬在該模擬範圍之該等邊界內使用該一或多個度量衡工具對該第一目標設計的量測，以產生一或多個效能度量。模擬該量測考量一堆疊輪廓中之一或多個層的層性質。基於一或多個選擇準則，自至少該等效能度量判定最佳設計，且接著發送或儲存該最佳設計。

Description

欲用於多信號量測之疊對目標之目標設計程序
本發明之態樣係關於電路佈局中之度量衡，具體言之，本發明係關於用於度量衡之目標之設計。
半導體裝置之製造需要用於在一基板上準確地形成特徵及層之數個程序步驟。需要各程序步驟之一準確對準以確保各層或特徵在相對於其他特徵之正確位置中以使裝置起作用。使用度量衡以定位且對準程序步驟。一些類型之度量衡使用晶圓上之特徵之諸如大小、形狀或厚度之特性以定位且對準程序。其他類型之度量衡使用在層中產生之測試圖案以定位且對準各後續層。各層內及層之間之特徵之相對位置被稱為疊對。一般言之，使用疊對度量衡以判定一層中之特徵之位置與特徵相對於一先前層之預期位置之間之差異。恰當形成層具有與先前層之特徵對準之特徵而不恰當形成層可相對於先前層偏移或錯誤形成。
可在不同量測模式中進行疊對度量衡量測。如本文中使用，術語「量測模式」係指用於收集且分析一特定類型之量測信號或量測信號組之方法。如本文中使用，術語「量測信號」係指藉由憑藉度量衡工具進行之一單一收集操作收集之一筆資料。一量測信號之一非限制性實例係使用一經定義照明光譜在一特定光學設定下獲取之一顯微鏡影像。自然地，信號之類型取決於用於收集且分析信號之度量衡工具之類型。如本文中使用，術語「度量衡工具類型」係指在一或多個給定量測模式中操作之度量衡工具之一般類別或類型。
存在用於疊對度量衡之若干不同量測模式，諸如散射量測、光場影像或電子束影像。疊對度量衡量測通常遭受兩種類型之問題。第一問題係隨機誤差，其等可係歸因於儀器精確性或隨機量測事件(諸如一暫態振動)之誤差。可藉由進行許多量測且平均化其等結果而移除隨機誤差。第二問題係系統誤差。系統誤差係程序條件之結果，諸如度量衡工具、基板性質之偏差、目標自身之性質之偏差或其等之任何組合。無法藉由平均化移除系統誤差，此係因為誤差存在於各量測中。為了減少此等誤差，已設想準確目標設計方法以進行單度量衡量測。當前度量衡方法僅依賴於疊對之一單一類型之度量衡量測且若條件不利於經選取度量衡系統，則必須設計一新目標且必須使用一不同度量衡系統。當前，必須使用多個不同目標以適應各度量衡類型。當前不存在針對多個度量衡量測類型設計一單一目標之方式。
因此，此項技術中需要用於產生與多個不同量測模式相容之一單一疊對目標之一方式。
優先權主張
本申請案主張2020年4月28日申請之美國臨時專利申請案第63/016,981號的優先權，該案之全部內容為了全部目的係以引用的方式併入本文中。
雖然以下詳細描述為了圖解之目的含有許多具體細節，但任何一般技術者將瞭解，對以下細節之許多變動及更改在本發明之範疇內。因此，闡述下文描述之本發明之例示性實施例而無本發明之一般性之任何損失且不對本發明施加限制。
在以下詳細描述中，參考形成本發明之一部分且其中藉由圖解展示其中可實踐本發明之特定實施例之隨附圖式。在此方面，參考(若干)圖之定向使用諸如「頂部」、「底部」、「前」、「後」、「前緣」、「尾緣」等之方向性術語。由於本發明之實施例之組件可以數個不同定向定位，故方向性術語係為了圖解之目的使用且絕非為限制性。應理解，可利用其他實施例且可作出結構或邏輯改變而不脫離本發明之範疇。因此，不應將以下詳細描述視為一限制性意義，且本發明之範疇由隨附發明申請專利範圍界定。
為了清楚起見，未展示且描述本文中描述之實施方案之全部常規特徵。熟習此項技術者將理解，在任何此等實施方案之開發中，必須作出許多實施方案特定決策以便達成開發者之特定目標(諸如遵守與申請案及業務相關之約束)，且此等特定目標將隨實施方案或開發者變動。再者，將瞭解，此一開發努力可為複雜的且耗時的，但對於受益於本發明之一般技術者，該開發努力仍將為工程之一常規任務。介紹
半導體積體電路(IC)製造涉及用於將電路整合至半導體材料中之高度複雜技術。一個技術包含光微影，其涉及使用蝕刻及沈積程序之一組合以將對應於一IC裝置中之結構之圖案自一光罩或倍縮光罩轉印至一光阻劑層。藉由憑藉透過一圖案化遮罩將電磁輻射(例如，可見、紫外或X射線)投射至光阻上選擇性地曝光一光阻層之部分且使光阻顯影以移除已曝光(針對一正光阻)或未曝光(針對一負光阻)之部分而圖案化光阻劑。接著在選擇性地蝕刻下伏於光阻之材料或透過光阻中之圖案中之開口沈積材料時使用所得圖案化光阻劑層。一典型光罩或光阻擋遮罩由支撐不透明材料(諸如鉻)之一圖案化層之一石英(玻璃)基板製成。例如，一個類型之光阻擋遮罩係一相移遮罩或PSM。其他類型之遮罩包含先進相移遮罩，諸如嵌入式衰減相移遮罩(EAPSM)及交替相移遮罩(APSM)。
作為電磁能量(包含x射線)之一替代例，已使用帶電粒子束(諸如電子束)進行高解析度微影光阻曝光。特定言之，已使用電子束，此係因為低質量電子容許在相對低功率及相對高速度下相對準確地控制一電子束而無製造一實體遮罩之代價。為了曝光光阻，使一帶電粒子束掃描遍及光阻之一部分且選擇性地接通及關斷帶電粒子束以將一圖案「寫入」至光阻上，接著可如針對一光微影程序般使該光阻顯影。電子束微影之一優點係圖案可以電子形式儲存。尤其在由多個層製成之一裝置需要許多圖案之情況下，此可大大降低成本。
一般言之，各層之圖案可包含裝置特徵及度量衡目標特徵兩者。裝置特徵包含構成最終裝置之電路元件之該等特徵。度量衡目標特徵通常併入未用於裝置特徵之一圖案之部分(諸如刻劃道)中。度量衡通常涉及引導某一形式之探測輻射(電磁輻射(例如，紅外、可見、紫外)或帶電粒子(例如，電子或離子))朝向一度量衡目標且偵測藉由目標散射之輻射。
使用此等目標之一重要類型之量測稱為疊對，疊對通常涉及判定一個圖案化層相對於安置於其上方或下方之另一圖案化層對準之準確度及亦安置於相同層上之不同圖案之對準。已以不同程度之成功開發並採用疊對量測之各種技術。一般言之，使用形成至形成於一半導體基板上之一層堆疊之一或多個層中之目標執行疊對量測。所使用目標之類型取決於用於疊對度量衡之量測模式。本發明使用術語「目標類型」以指代經圖案化在一晶圓上且適合使用一或多個量測模式判定疊對之結構之一類型。
在一些疊對量測模式中，目標之影像可藉由一成像工具擷取且一分析演算法計算形成於不同層中之目標之部分自經擷取影像之相對位移。在疊對量測期間，自一單一疊對目標收集信號。然而，可在不同層中形成目標之不同部分。例如，一普遍使用之疊對目標類型係包含在晶圓之連續層上建立在鄰近晶粒之間之刻劃道中之一對同心正方形(或盒)之一「盒中盒」目標。通常藉由比較一個正方形相對於另一正方形之位置而判定疊對誤差。一疊對目標圖案之另一實例係包含在晶圓之連續層上之複數個平行條之「條中條」目標。一疊對目標類型之又一實例係一光柵目標。此目標類型通常包含一第一週期性測試結構及一第二週期性測試結構。第一週期性測試結構經放置於一裝置之一第一層上且當裝置之一第二層經放置於第一層上時，第二週期性結構鄰近第一週期性結構放置於該第二層上。可發生在第一與第二週期性測試結構之間之任何偏移可光學地、微機械地或使用電子束偵測。此等光柵目標類型(有時稱為「AIM」標記)可比「盒」型標記更密集且更穩健，從而導致收集更多程序資訊以及可耐受CMP之嚴謹性之目標結構。此等標記之使用(例如)由Adel等人在共同讓與之美國專利第6,023,338號、第6,921,916號及第6,985,618號中描述，該等專利之全部三者為了全部目的以引用的方式併入本文中。
在一些情境中，相同目標可與不同度量衡工具(例如，一成像工具及一散射工具，或一光學工具及一電子束工具)一起使用。當相同目標欲與兩個或更多個不同度量衡工具一起使用時，本發明之態樣與最佳目標設計相關。最佳目標設計
根據本發明之一些態樣，一目標設計系統可針對一堆疊輪廓中之一給定層及一選定目標類型、工具類型及量測模式來判定一組候選目標設計。接著在考量設計類型、層性質、堆疊輪廓及層性質之變動範圍、容許量測設定之目標設計參數範圍的度量衡模擬中，使用候選目標設計。如本文中使用，術語「量測設定」係指可在一給定量測模式中於信號收集程序期間對工具調整的工具參數。量測設定之實例包含光學照明波長範圍、焦點設定、偏光、電子束能量、電子束影像收集感測器之選取等。在一給定量測模式中，對於一給定工具之各組量測設定定義一個量測信號。
針對各候選目標設計，度量衡模擬模擬各容許量測設定及層性質之各可能變動之一經收集信號，且計算各經模擬信號之效能度量。模擬產生各候選目標設計之一不同組效能度量，例如，一組用於經模擬工具設定之各者。系統使用用於加總目標效能度量之一加權函數以產生一目標排名，且判定待輸出之數個候選目標設計。針對各目標設計，系統識別給出效能度量及相關聯加權和之最高加權和的量測設定(或設定組)。系統可接著根據效能度量之加權和來對候選目標設計進行排名。系統可接著輸出各具有產生最高度量分數之其等相關聯工具設定的最高排名目標設計(精確參數值)。
藉由實例且非藉由限制，前述設計程序可應用至疊對度量衡目標的設計。疊對目標設計之參數可包含目標大小、目標中之線的寬度及間隔、目標執行最佳的波長等。在一些實施方案中，對於一給定候選疊對目標設計的模擬可係針對輪廓堆疊之不同層或針對其中疊對對於生產良率至關重要之層的一子集。可針對其中疊對對於生產良率不重要或可容忍疊對中之一較大誤差的層跳過模擬。另外，模擬可限於對量測具有影響之重要層。可針對不重要層(即，不顯著影響量測之層)跳過模擬。藉由實例且非藉由限制，重要層可包含含有電晶體主動區域圖案化、電晶體閘極圖案化、通孔圖案化或互連件圖案化之層。磊晶層及一基板通常不是重要層(或根本不是層)。
在一些重要實施方案中，上文描述之一般化目標設計程序可用於設計用於使用一單一工具在一單一量測模式中運用一單組工具設定或多組工具設定進行量測之疊對目標。在替代實施方案中，目標設計程序可容易針對用於多個量測模式中及/或使用多個工具之量測之目標之設計調適。
圖1展示根據本發明之態樣之用於疊對目標設計之一方法100之一實例。方法100包含三個主要階段：目標設計候選者選擇1、量測模擬2及效能分析3。
在一輸入初始步驟102，將一工具類型及量測模式輸入至模擬系統。工具及量測模式之選擇可限制可能目標設計類型。量測模式亦可影響模擬，此係因為一些量測模式可需要一單一量測信號且其他量測模式可能需要多個量測信號。一常見情況涉及針對一給定量測模式在兩個或更多個設定下進行量測之一單一度量衡工具。其他可能使用情況可涉及在不同量測模式中進行量測之一或多個度量衡工具。在一個以上目標類型與選定工具及量測模式相容之情況下，在104可選擇一目標類型且將其輸入至系統。替代地，若僅一個目標類型與選定工具及量測模式相容，則目標設計系統可自動判定目標類型。替代地，疊對目標設計類型可係一使用者指定設計類型或藉由度量衡工具製造商指定之一設計類型。經判定目標設計類型可具有已知可藉由(若干)度量衡工具偵測之特徵或可具有其可偵測性尚未知之特徵。目標設計類型可包含設計之二維佈局，諸如(但不限於)構成設計之線之相對線位置、相對形狀、相對線長度及相對數目。相對位置、相對形狀及相對長度係相對於設計中之其他線。疊對目標設計類型可自(例如且不限於)與(若干)度量衡工具相容之設計類型之一資料庫判定。疊對目標類型可選自已知與(若干)欲使用度量衡工具相容之一組設計。
在106輸入欲模擬其之量測之層之性質。此等層性質之實例包含(例如)用於模擬量測之堆疊中之各層的層堆疊、材料性質、標稱厚度等。可將模擬範圍之邊界輸入至系統，如在108處指示。此等邊界可包含(例如)一或多個層性質之變動之範圍、目標設計參數(大小、線CD、線間距及類似者)之範圍及在模擬期間對搜尋之容許量測設定之範圍。藉由實例且非藉由限制，一給定層性質、目標設計參數或量測設定之邊界可包含一上界、一下界及一增量大小。在一些實施方案中，若可用於判定各種參數及邊界，則在一些實施方案中，亦可在此點指定一微影配方。
邊界可包含一或多個目標設計參數(諸如尺寸規格，例如，絕對線寬度、絕對線長度、絕對線厚度、線之間之絕對間隔及將構成設計之材料之性質)之範圍之邊界。邊界亦可包含對於各指定尺寸或材料性質之公差。通常選取與選定工具相容之量測設定邊界。例如且非限制性，光學疊對中之量測設定可包含照明波長及偏光、光學系統焦點偏移、照明及集光孔徑設定及影像擷取方法。在某些實施方案中，亦可根據選定工具選擇目標設計參數及其等邊界。在其中一目標欲與兩個或更多個不同量測模式或度量衡工具一起使用之實施方案中，(若干)度量衡工具可具有不同量測參數範圍(例如，線寬解析度之不同範圍)。在此等情況中，可選取與量測參數範圍之重疊部分一致之目標設計參數。在模擬期間，若所得設計將具有使用其他經考慮度量衡工具或量測模式之一或多者之更佳量測品質，則可選取在度量衡工具或量測模式之一者之設計參數之外之設計參數。
系統可自(若干)度量衡工具、量測模式、層性質及邊界之選擇判定一組候選目標設計，如在110處指示。
一旦已判定候選目標設計，便可在模擬範圍之邊界內模擬目標設計之量測。例如，如在112處指示，針對各候選目標，目標設計系統針對容許量測設定之各者且針對在模擬範圍之邊界內堆疊性質之一或多個可能變動之各者模擬經收集信號。目標設計系統計算各經模擬信號之效能度量，如在114處指示。
效能度量通常(例如)在準確度、精確度或穩健性方面與量測之品質相關。如熟習此項技術者將通常理解，量測之準確度通常係指例如當量測已知值之某一標準時一量測值與一預期值之接近程度。如通常理解，量測之精確度通常係指可重複性，即，在相同量測設定下使用相同工具重複量測相同特徵時，重複量測彼此接近之程度。如通常理解，穩健性係指使用一給定工具進行之量測對量測設定之偏差之敏感性。
模擬112使用層性質105、工具性質107及邊界109。層性質105可包含(但不限於)指定在量測時形成於一基板上之層之順序之一堆疊輪廓、構成基板之材料之物理性質及構成堆疊輪廓中之各層之(若干)材料之物理性質。層性質105可包含(但不限於)膜或層厚度、波長相依折射率、介電常數及基板厚度。
工具性質107可包含與用於經模擬量測中之(若干)度量衡工具相關之性質。工具性質107可包含度量衡工具設定及特性化一或多個度量衡工具之資訊。藉由實例且非藉由限制，量測設定可包含焦距、數值孔徑、透射率、反射率、像差係數、一探針之輻射之波長、探針之輻射之強度、光學偏光(照明或集光)、照明空間結構化(照明孔隙之形狀及大小)、照明偏光、光學系統焦點偏移、照明及集光孔隙設定以及影像擷取方法、一偵測器中之元件之光敏度或準確模擬(若干)度量衡工具所需之任何其他參數。
一般言之，術語「工具性質」包含量測設定，即，其值可在正常操作期間藉由一工具操作者(例如，藉由設定開關、轉動一旋鈕或回應於來自一工具操作介面或程式之一提示而鍵入一值)調整之工具性質。術語「工具性質」亦涵蓋除工具設定之外之一工具性質，例如，通常藉由工具製造商判定之在值上或多或少固定之性質。作為一工具設定之一非限制性實例，考量具有多個操作者可選擇設定(諸如照明輻射之波長)之一度量衡工具。在此一情況中，照明波長將係一工具設定之一實例。替代地，一工具可具有可選擇操作模式，諸如具有明及暗場模式兩者之一散射量測工具。在此一情況中，明或暗場操作設定將係一工具設定之一實例。若工具使用具有固定光學性質(例如，焦距、數值孔徑等)之一物鏡，則相對於工具設定，此等將係具有固定值之工具性質之實例。
疊對輪廓可包含(但不限於)形成於基板上之一堆疊中之層之數目、各層之厚度、各層之材料組合物(例如，層是否係氧化物、氮化物、金屬、半導體、非晶、結晶等)、堆疊中之層之順序、與基板上之層中之裝置特徵之一佈局相關之資訊、堆疊中之先前(即，下)層上之目標之位置。
邊界109可包含程序變動範圍，例如，製造期間材料之物理特性的變動。在任何製造程序期間，材料的生產藉由數個不可控制因素變動以考量此可變性，程序變動範圍係包含於模擬112中。程序變動範圍包含在被製造時的指定尺寸及材料性質(諸如線寬度、長度、高度、間隔)的變動、層厚度變動範圍、基板或層之折射率的變動、基板或層之介電常數的變動。額外重要參數包含與圖案化結構之輪廓相關的參數，包含(例如)側壁角、頂表面斜率、結構不對準性。
112處的模擬數學上判定在量測時一度量衡工具、目標設計、基板與經形成於基板上之任何層之間的相互作用。模擬可模型化由度量衡工具使用之探測輻射、探測輻射透過與目標設計、基板、經形成於基板上之一或多個層及堆疊輪廓之層上或中之特徵之相互作用的散射，及散射輻射與度量衡工具之任何集光光學器件及/或偵測器組件的相互作用。模擬可使用已知數學元素判定方法(諸如馬克士威(Maxwell)方程式)，以運用(若干)度量衡工具之各者，使用經選取目標設計以數學上近似計算量測值。可依以裸基板開始之堆疊輪廓，針對基板上之各層來運行模擬。可反覆運行模擬，從而針對經形成於基板上之各層建立模擬結果。在一些實施例中，可不模擬或以較大誤差容限來模擬具有對於生產良率不關鍵之疊對的層。一堆疊輪廓中之基板上之一或多個層的模擬亦可包含在形成目標設計之部分以及可在裝置製造期間形成於層中之其他特徵之微影程序中使用之遮罩之影響的模擬。
至模擬之輸入可用作方程式中之變量，以產生基板上之設計與(若干)度量衡工具在量測期間之相互作用之一最終近似值。最終近似計算值可用於判定一設計結果，該設計結果包含與疊對目標設計之分析有關的資訊，以及設計類型、設計參數及設計的最佳工具設定。與疊對目標設計之分析有關的資訊可包含(但不限於)信雜比、對量測設定之改變的穩健性、對材料性質及指定尺寸之變動的敏感性。可使用目標設計類型及目標參數，針對基板上之各層運行模擬。另外，可在模擬期間反覆地改變工具性質以判定設計對工具性質之改變的穩健性。可在工具性質之反覆調整期間判定最佳工具設定。針對各設計類型、設計參數及工具設定組合運算效能度量。選擇具有最高組合結果之組合，且自該組合判定最佳工具設定。可在模擬期間反覆地改變程序變動範圍及/或材料性質，以判定疊對目標設計對材料變動的敏感性。
針對經模擬量測設定之各者產生一不同組效能度量。分析此等效能度量以判定(若干)最佳目標設計。藉由實例且非藉由限制，使用一光學顯微鏡工具之疊對量測之效能度量可包含：1)在最佳焦點下之疊對量測精確度；2)疊對量測對焦點偏差、照明波長或其他量測設定之穩健性；及3)對圖案化在晶圓上之目標中之程序引發之不對稱性之經量測疊對之影響。關於2)，經計算精確度隨著量測設定變動而變動，對精確度之影響愈低愈佳。關於3)，針對一給定程序引發之不對稱性，經量測疊對之一移位愈低愈佳。熟習此項技術者將能夠自模擬112之結果判定此等效能度量。熟習此項技術者亦將能夠基於此等教示判定相同或不同量測模式中之相同或不同量測之模擬之其他效能度量。
藉由實例，系統可藉由在116處根據一輸入加權函數117計算一加權和而判定測試效能，該輸入加權函數117定義各效能度量之權重且指定如何加總所得加權效能度量以產生一目標排名。系統亦可使用加權函數以判定待輸出之數個經排名目標候選者。藉由實例，針對各目標設計，系統判定給出度量之最高加權和及相關聯加權和之量測設定(或設定組)，如在118處指示。系統可接著(例如)根據「度量之最高加權和」對候選目標進行排名，如在120處指示。系統可接著輸出最高排名候選目標設計121 (包含相關目標參數值)及產生度量之最高加權和之相關聯量測設定。
藉由實例且非藉由限制，考量模擬112使用一光學顯微鏡工具之疊對量測。加權和可包含對應於在最佳焦點下之疊對量測精確度之一項、分別對應於疊對量測對焦點偏差、照明波長偏差或其他量測設定偏差之穩健性之項及對應於經圖案化於晶圓上之目標中之程序引發之不對稱性之經量測疊對之影響之一或多個項。各項可包含一效能度量及一對應權重之一乘積。可根據對應效能度量之一相對重要性指派各項之權重，其中較高權重經指派至較重要效能度量。加權和可係(例如)項之一簡單算術和、項之一平方和、項之平方和之一平方根或項之一乘積之一均方根，例如，n個項或此等項之兩者或兩者以上之某一組合之乘積之第n根。
可將經排名目標設計結果保存至一記憶體及/或一資料庫110。可視情況針對不同工具或量測模式使用經更改設計類型及/或經更改設計參數重複目標設計候選者選擇、量測模擬及效能分析以產生額外經排名候選目標設計，如在113處指示。可接著將額外經排名候選目標設計保存至一記憶體或資料庫110。
在一些實施方案中，可比較經排名目標候選者121與一或多個選擇準則以判定一最佳疊對目標設計。可選取最佳匹配或超過選擇準則之目標設計作為最佳設計。設計選擇準則可由使用者提供至系統或可係藉由(若干)度量衡工具判定之一設計選擇準則。設計選擇準則可包含(但不限於)：信雜比、對量測設定之改變之穩健性、對材料或指示設計之整體品質作為使用兩個或更多個度量衡工具類型之度量衡之一目標之其他設計度量之變動之敏感性。
在替代實施方案中，在針對其他候選目標設計執行模擬之前，可比較各候選目標設計結果與選擇準則。若候選目標設計之效能特性滿足或超過選擇準則，則系統可放棄用於進一步設計之模擬。若候選目標設計不滿足選擇準則，則可保存其且可對其他設計執行其他模擬且可對效能特性進行彙總及排名，如上文論述。在又其他替代實施方案中，若無候選目標設計滿足或超過選擇準則，則可自經彙總設計選取具有最接近選擇準則之效能特性之候選目標設計。
經排名目標候選者121可包含設計類型、設計參數、最佳工具設定及信雜比、對量測設定之變化之穩健性、對晶圓處理條件之變動之穩健性、對材料之變動之敏感性。可將此資訊(例如)以電子形式發送至一遮罩製造系統或電子束微影工具或經保存以供後續使用。另外，經排名目標候選資訊121可包含(若干)選定度量衡工具之最佳量測設定。可將最佳量測設定發送至各自度量衡工具作為一度量衡配方。如先前提及，可存在針對一單一量測模式具有多個量測設定之一個度量衡工具或針對各此工具及/或量測模式具有不同量測設定之多個度量衡工具及/或量測模式。程序流程概述
圖2描繪根據本發明之態樣之在半導體裝置製造之背景內容中之最佳疊對目標設計程序。如展示，最初選擇(若干)度量衡工具201以在半導體裝置製造程序中使用。(若干)度量衡工具可係(但不限於)光場影像、散射量測、電子束工具、多設定光場影像、多設定散射量測或多設定電子束(單獨或組合)之任何者。一多設定度量衡工具針對各量測使用不同工具設定進行多個度量衡量測。多設定度量衡工具可係具有在多個設定下進行量測而無需使用者改變度量衡設定之能力之一度量衡工具或在一單一設定下進行一量測且使用者改變設定且使用新設定進行另一量測之一度量衡工具或具有多個操作模式之一單一度量衡工具。例如且非限制性，一多設定度量衡可係在明場模式及暗場模式兩者中操作之一散射量測工具。具有明場及暗場模式之散射量測工具以兩個不同照明模式設定操作。在明場模式中，入射輻射在一廣入射角範圍內到達樣本之特徵，從而引起有序散射入射輻射及漫散射入射輻射兩者離開特徵。第0繞射級散射入射輻射自散射輻射過濾且用於判定特徵之一或多個臨界尺寸(CD)。使用特徵之CD，產生一模型以判定藉由除零之外之一繞射級特性化之有序散射入射輻射之量。在暗場模式中，入射輻射在入射角之一非常窄範圍內到達樣本之特徵。藉由監測入射輻射之角回應，吾人可直接量測藉由除零之外之一繞射級特性化之有序散射入射輻射及/或漫散射輻射之量。針對關於使用明場及暗場模式之散射量測工具之更多資訊參見Zhuang等人之美國專利8,045,179，該專利以引用的方式併入本文中。
接著使用(若干)度量衡工具之選擇201作為至最佳度量衡目標設計程序202之輸入。在設計程序202中，可藉由基於與一多設定度量衡工具或多個不同疊對度量衡工具相容之設計類型選擇一第一設計類型且基於多設定度量衡工具或多個不同疊對度量衡工具之設計參數範圍選擇一第一組設計參數而產生一第一目標設計。一電腦程式可執行一度量衡模擬，該度量衡模擬針對兩個或更多個量測設定模擬在一模擬範圍之邊界內使用一或多個度量衡工具對一或多個目標設計之量測以產生量測之一或多個效能度量。模擬量測可考量一堆疊輪廓中之一或多個層之層性質。量測模擬可針對兩個或更多個量測設定考量探測輻射與目標設計之相互作用。可針對一給定度量衡工具針對不同組量測設定重複度量衡模擬且可比較針對各候選目標設計及量測設定組獲得之效能度量以判定最佳工具設定及目標設計。
可自效能度量之準則加權和判定一最佳目標設計，如上文論述。替代地，可比較各目標設計與預定選擇準則。若一第一候選目標設計滿足或超過選擇準則，則已判定最佳設計。若第一候選目標設計不滿足或超過選擇準則，則可針對一或多個不同目標設計及相容量測設定反覆地重複量測模擬。具體言之，可針對基於與選定度量衡工具或多個不同度量衡工具相容之設計類型之相同或不同設計類型且針對基於(若干)工具之參數範圍之一第二組設計參數產生一第二目標設計。第二候選目標設計可藉由與第一候選目標設計不同之一設計類型或設計參數特性化。可針對一給定度量衡工具之不同組量測設定重複度量衡模擬且可分析所得效能度量以判定最佳工具設定及目標設計。
如上文論述之目標設計程序之結果係(若干)度量衡工具之各者之最佳設計類型、最佳設計參數及工具設定。可將最佳設計類型及最佳設計參數發送至一晶圓廠中之一圖案化工具，其中選定最佳設計可經圖案化至基板上或一層中之一晶圓上203或儲存於記憶體或儲存器中以供後續使用。此圖案化可涉及使用最佳設計作為一遮罩圖案之部分，使用圖案製造一遮罩及使用經製造遮罩執行光微影。替代地，圖案化可涉及使用最佳設計作為一帶電粒子束(例如，電子束)微影圖案之部分及使用圖案執行帶電粒子束微影。將最佳工具設定發送至一度量衡站，該度量衡站將最佳工具設定應用至度量衡工具站處之(若干)度量衡工具204。在使用一遮罩圖案化具有最佳目標設計之晶圓之後，使用(若干)度量衡工具進行目標設計之一度量衡量測以判定下一層之疊對205及對準。應注意，一多設定度量衡工具之使用提供用於辨別真實層間疊對(所要量測)與可影響疊對讀數之系統偏差之能力之益處。例如且非限制性，可判定且校正圖案化層之一者之不對稱性。另外，相對於具有各分別針對一不同量測設定或工具最佳化之兩個不同目標，本發明提供針對兩個或更多個不同量測設定或工具最佳化之一單一設計。系統
圖3描繪經組態以判定且使用本發明之最佳疊對目標設計態樣之一系統300。系統300可包含可根據熟知架構組態之一或多個處理器單元303，諸如(例如)單核心、雙核心、四核心、多核心、處理器-協處理器、胞元處理器及類似者。系統亦可包含一或多個記憶體單元304 (例如，隨機存取記憶體(RAM)、動態隨機存取記憶體(DRAM)、唯讀記憶體(ROM)及類似者)。
處理器單元303可執行一或多個程式317 (其等之部分可儲存於記憶體304中)，且處理器303可(例如)藉由經由一資料匯流排305存取記憶體而可操作地耦合至記憶體。程式317可經組態以判定兩個或更多個類型之度量衡裝置301、302之最佳疊對目標，如上文關於圖1及圖2描述。另外，記憶體304可含有資訊，諸如設計類型309、材料性質310、工具性質308、堆疊輪廓319、程序變動範圍320、選擇準則321、模擬資料322、候選目標設計模擬結果323 (例如，效能準則)及量測設定324。另外，可將模擬資料、目標設計模擬結果、量測設定、程序變動範圍、選擇準則、工具性質、設計類型及設計參數、材料性質及堆疊輪廓作為資料318保持於大容量儲存器315中。資料亦可儲存於透過網路介面314連接至系統之一資料庫中。
系統300亦可包含可(例如)經由匯流排305與系統之其他組件通信之熟知支援電路，諸如輸入/輸出(I/O) 307電路、電源供應器(P/S) 311、一時脈(CLK) 312及快取區313。運算裝置可包含一網路介面314。處理器單元303及網路介面314可經組態以經由一適合網路協定(例如，針對一PAN，藍芽)實施一區域網路(LAN)或個人區域網路(PAN)。運算裝置可視情況包含一大容量儲存裝置315，諸如一磁碟機、光碟機、磁帶機、快閃記憶體或類似者，且大容量儲存裝置可儲存程式及/或資料。系統亦可包含用於促進系統與一使用者之間之互動之一使用者介面316。使用者介面可包含一監視器、電視螢幕、揚聲器、耳機或將資訊傳達至使用者之其他裝置。系統亦可透過網路介面314或透過一I/O埠307與(若干)度量衡工具通信，如展示。(若干)度量衡工具可包含一光學工具302 (諸如一光學顯微鏡或一光學散射計)及一電子束工具301 (諸如一電子顯微鏡)。(若干)度量衡工具301、302可經組態以使用如藉由上述方法論設計且選取且經圖案化於一基板326上及/或形成於基板上之一或多個層327中之一最佳疊對目標325藉由使用藉由系統300產生之最佳疊對目標設計之一(若干)微影工具執行疊對度量衡。
雖然上文係本發明之較佳實施例之一完整描述，但可使用各種替代例、修改及等效物。因此，本發明之範疇應在不參考上文描述之情況下判定但應代替地，參考隨附發明申請專利範圍連同等效物之其等全範疇判定。任何特徵(無論是否較佳)可與任何其他特徵(無論是否較佳)組合。在以下發明申請專利範圍中，不定冠詞「一」或「一個」係指在冠詞之後之一或多個物項之一數量，惟另外明確陳述之情況除外。隨附發明申請專利範圍不應解譯為包含構件加功能限制，除非使用片語「用於...之構件」在一給定請求項中明確敘述此一限制。不應將一請求項中未明確陳述「用於執行一指定功能之構件」之任何元件解譯為一「構件」或「步驟」子句，如在35 USC § 112, ¶ 6中指定。
1:目標設計候選者選擇 2:量測模擬 3:效能分析 100:方法 102:步驟 104:步驟 105:層性質 106:步驟 107:工具性質 108:步驟 109:邊界 112:模擬 114:步驟 116:步驟 118:步驟 120:步驟 201:步驟 202:設計程序 203:步驟 204:步驟 205:步驟 300:系統 301:度量衡裝置/電子束工具/度量衡工具 302:度量衡裝置/光學工具/度量衡工具 303:處理器單元 304:記憶體單元 305:資料匯流排 307:輸入/輸出(I/O)埠 308:工具性質 309:設計類型 310:材料性質 311:電源供應器(P/S) 312:時脈(CLK) 313:快取區 314:網路介面 315:大容量儲存器/大容量儲存裝置 316:使用者介面 317:程式 318:資料 319:堆疊輪廓 320:程序變動範圍 321:選擇準則 322:模擬資料 323:候選目標設計模擬結果 324:量測設定 325:最佳疊對目標 326:基板 327:層
藉由結合隨附圖式考量以下詳細描述而容易理解本發明之教示，其中：
圖1係展示根據本發明之態樣之用於使用兩個或更多個不同量測模式或工具類型進行疊對目標設計之一方法之一方塊圖。
圖2係描繪根據本發明之態樣之在半導體裝置製造之背景內容中之最佳疊對目標設計程序之一方塊圖。
圖3係描繪經組態以判定且使用本發明之最佳疊對目標設計態樣之一系統之一系統方塊圖。
1:目標設計候選者選擇
2:量測模擬
3:效能分析
100:方法
102:步驟
104:步驟
105:層性質
106:步驟
107:工具性質
108:步驟
109:邊界
112:模擬
114:步驟
116:步驟
118:步驟
120:步驟

Claims (21)

  1. 一種用於判定一度量衡目標設計之方法，其包括： 針對與一或多個度量衡工具相容之一選定設計類型及一模擬範圍之一組邊界，產生一第一候選目標設計； 針對兩個或更多個量測設定，模擬在該模擬範圍之該等邊界內使用該一或多個度量衡工具對該第一目標設計之一量測以產生該量測之一或多個效能度量，其中模擬該量測考量一堆疊輪廓中之一或多個層的層性質； 基於一選擇準則，自該等效能度量判定一最佳目標設計； 發送或儲存該最佳設計。
  2. 如請求項1之方法，進一步包括針對兩個或更多個量測設定，模擬在該模擬範圍之該等邊界內使用該一或多個度量衡工具對一第二目標設計之一量測以產生該量測之一或多個效能度量，其中模擬該量測考量一堆疊輪廓中之一或多個層的層性質。
  3. 如請求項1之方法，其中該模擬範圍之該等邊界包含一或多個層性質之變動之一範圍。
  4. 如請求項1之方法，其中該模擬範圍之該等邊界包含一或多個目標設計參數之範圍的邊界。
  5. 如請求項1之方法，其中針對兩個或更多個量測設定，模擬在該模擬範圍之該等邊界內使用該一或多個度量衡工具對該第一目標設計之一量測包含針對該兩個或更多個經容許量測設定之各者且針對該模擬範圍之該等邊界內疊對性質之一或多個可能變動之各者，模擬使用該一或多個度量衡工具針對該候選目標設計收集之一信號。
  6. 如請求項1之方法，其中該兩個或更多個量測設定包含一或多個疊對度量衡工具之不同工具設定。
  7. 如請求項1之方法，其中該兩個或更多個量測設定包含兩個或更多個不同度量衡量測模式之設定。
  8. 如請求項7之方法，其中該兩個或更多個不同度量衡模式對應於兩個或更多個不同度量衡工具。
  9. 如請求項8之方法，其中該兩個或更多個不同度量衡工具包含一電子束度量衡工具或一光學散射量測度量衡工具。
  10. 如請求項1之方法，其中基於該選擇準則自該等效能度量判定該最佳目標設計包含計算效能準則之一加權和及判定給出效能度量之一最高加權和的一或多個量測設定。
  11. 如請求項10之方法，其中基於該選擇準則自該等效能度量判定該最佳目標設計進一步包含根據效能度量之該加權和，對一或多個候選目標設計進行排名。
  12. 如請求項1之方法，其中模擬使用該一或多個度量衡工具對該第一目標設計之該量測包含模型化探測輻射與該堆疊中之重要層的相互作用。
  13. 如請求項1之方法，其中模擬使用該一或多個度量衡工具對該第一目標設計之該量測包含模型化探測輻射與該第一目標設計、基板、經形成於該基板上之一或多個層及該堆疊輪廓之一或多個層上或中之一或多個特徵的相互作用。
  14. 一種用於判定一度量衡目標設計之系統，其包括： 一處理器； 一記憶體，其經耦合至該處理器； 非暫時性指令，其等經嵌入記憶體中，該非暫時性指令在經執行於該處理器上之後，實施判定一度量衡目標設計之一方法，該方法包括： 針對與一或多個度量衡工具相容之一選定設計類型及一模擬範圍之一組邊界，產生一第一候選目標設計； 針對兩個或更多個量測設定，模擬在該模擬範圍之該等邊界內使用該一或多個度量衡工具對該第一目標設計之一量測以產生該量測之一或多個效能度量，其中模擬該量測考量一堆疊輪廓中之一或多個層的層性質； 基於一選擇準則，自該等效能度量判定一最佳目標設計； 發送或儲存該最佳目標設計。
  15. 如請求項14之系統，其中判定一度量衡目標設計之該方法進一步包括針對兩個或更多個量測設定，模擬在該模擬範圍之該等邊界內使用該一或多個度量衡工具對一第二目標設計之一量測以產生該量測之一或多個效能度量，其中模擬該量測考量一堆疊輪廓中之一或多個層的層性質。
  16. 如請求項14之系統，其中該模擬範圍之該等邊界包含一或多個層性質之變動之一範圍。
  17. 如請求項14之系統，其中該模擬範圍之該等邊界包含一或多個目標設計參數之範圍的邊界。
  18. 如請求項14之系統，其中該兩個或更多個量測設定包含兩個或更多個不同度量衡量測模式的設定。
  19. 如請求項14之系統，進一步包括經耦合至該處理器之一資料庫，該資料庫包含設計類型、多設定度量衡工具，或多個不同疊對度量衡工具之設計參數範圍、工具性質，或材料性質。
  20. 如請求項14之系統，其中在度量衡量測期間模擬該第一設計與該多設定度量衡工具或多個不同疊對度量衡工具及一基板以及一堆疊輪廓中之該基板上之一或多個層之相互作用包含模擬探測輻射與該第一目標設計、該基板、經形成於該基板上之一或多個層及該堆疊輪廓之一或多個層上或中之一或多個特徵的相互作用。
  21. 一種嵌入一電腦可讀媒體中之用於判定一度量衡目標設計之一方法之非暫時性指令，該方法包括： 針對與一或多個度量衡工具相容之一選定設計類型及一模擬範圍之一組邊界，產生一第一候選目標設計； 針對兩個或更多個量測設定，模擬在該模擬範圍之該等邊界內使用該一或多個度量衡工具對該第一目標設計之一量測以產生該量測之一或多個效能度量，其中模擬該量測考量一堆疊輪廓中之一或多個層的層性質； 基於一選擇準則，自該等效能度量判定一最佳目標設計； 發送或儲存該最佳目標設計。
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