TWI786360B - 度量衡方法 - Google Patents

Abstract

一種方法提供以下步驟：自一度量衡工具接收一影像；判定該影像之個別單元；及鑑別提供準確度量衡值之該等單元。該等影像係藉由量測多個波長下之該度量衡目標而獲得。當該等單元為該影像中之像素時，此等單元之間的該鑑別係基於計算該等單元之間的一相似度。

Description

度量衡方法

本發明係關於一種用於施加所要圖案之度量衡方法，且更特定言之，係關於一種用於鑑別影像之單元的度量衡方法。

微影裝置為將所要圖案施加至基板上(通常施加至基板的目標部分上)之機器。微影裝置可用於例如積體電路(IC)之製造中。在彼情況下，圖案化器件(其替代地稱為遮罩或倍縮光罩)可用於產生待形成於IC之個別層上之電路圖案。此圖案可轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，包括晶粒之一部分、一個晶粒或若干晶粒)上。通常經由成像至設置於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上來進行圖案之轉印。一般而言，單一基板將含有經順次地圖案化之鄰近目標部分之網路。

實現圖案化程序(亦即，涉及圖案化(諸如微影曝光或壓印)之產生器件或其他結構的程序，其通常可包括諸如使抗蝕劑顯影、蝕刻等之一或多個相關聯處理步驟)之重要態樣包括：開發程序本身；設置程序以用於監視及控制且隨後實際上監視及控制程序本身。假設圖案化程序之原理的組態，諸如圖案化器件圖案、抗蝕劑類型、後微影程序步驟(諸如顯影、蝕刻等)，則期望在圖案化程序中設置裝置以用於將圖案轉印至基板上，顯影一或多個度量衡目標以監視程序，設置度量衡程序以量測度量衡目標且隨後基於量測實施程序監視及/或控制程序。

因此，在圖案化程序中，期望判定(例如，量測、使用模型化圖案化程序之一或多個態樣的一或多個模型來模擬等)一或多個所關注參數，諸如結構之臨界尺寸(CD)、形成於基板中或上之順次層之間的疊對誤差(亦即，順次層之不當的且無意的未對準)等。

期望判定藉由圖案化程序產生之結構的此類一或多個所關注參數，且將該一或多個所關注參數用於與圖案化程序有關之設計、控制及/或監視，例如，用於程序設計、控制及/或驗證。可將經圖案化結構之經判定的一或多個所關注參數用於圖案化程序設計、校正及/或驗證、缺陷偵測或分類、良率估計及/或程序控制。

因此，在圖案化程序中，期望頻繁地對所產生結構進行量測例如以用於程序控制及驗證。用於進行此類量測之各種工具為吾人所知，包括常常用於量測臨界尺寸(CD)之掃描電子顯微鏡，及用以量測疊對(量測器件中之兩個層的對準準確度)之特殊化工具。可就兩個層之間的未對準程度而言描述疊對，例如對1 nm之經量測疊對的參考可描述兩個層未對準1 nm之情形。

已開發各種形式之檢測裝置(例如，度量衡裝置)以供微影領域中使用。舉例而言，散射量測器件將輻射光束導向至目標上且量測經重新導向(例如，經散射)輻射之一或多個屬性以獲得可供判定目標之所關注屬性之「光譜」，該一或多個屬性例如隨波長而變的在單一反射角下之強度，隨反射角而變的在一或多個波長下之強度，或隨反射角而變的偏振。可藉由各種技術來執行所關注屬性之判定：例如，藉由諸如嚴密耦合波分析或有限元素法之迭代方法而進行的目標之重建構；庫檢索；及主成份分析。

另一技術涉及使零繞射階(對應於鏡面反射)經阻擋，且僅處理高階。可在以全文引用之方式併入本文中之PCT專利申請公開案第WO 2009/078708號及第WO 2009/106279號中找到此度量衡之實例。已在美國專利申請公開案第US 2011-0027704號、第US 2011-0043791號及第US 2012-0242940號中描述了技術之進一步開發，該等美國專利申請公開案中之每一者以全文引用之方式併入本文中。通常使用此類基於繞射之技術來量測疊對。技術之目標可小於照明光點且可由基板上之產品結構包圍。目標可包含多個週期性結構，可在一個影像中量測該等週期性結構。在此度量衡技術之特定形式中，藉由在某些條件下量測目標兩次而獲得疊對量測結果，同時旋轉目標或改變照明模式或成像模式以分別獲得-1繞射階強度及+1繞射階強度。關於給定目標之強度不對稱性(此等繞射階強度之比較)提供目標不對稱性(亦即，目標中的不對稱性)之量測。可將目標中之此不對稱性用作疊對誤差之指示符。

因此，如所描述，在製造程序期間，需要檢測製造結構及/或量測製造結構之一或多個特性。合適的檢測及度量衡裝置為此項技術中已知的。已知度量衡裝置中之一者為散射計及例如暗場散射計。美國專利申請公開案US 2016/0161864、美國專利申請公開案US 2010/0328655及美國專利申請公開案US 2006/0066855論述光微影裝置之實施例及散射計之實施例。所引用之文獻以全文引用之方式併入本文中。

諸如積體電路之電子器件常常藉助於製造程序製造，製造程序中藉助於若干程序步驟在基板上之彼此頂部上形成層。程序步驟中之一者可為光微影，其可在深紫外線(DUV)光譜範圍內或極紫外線(EUV)光譜範圍內使用電磁輻射。基板常常為矽晶圓。製造結構之最小尺寸在奈米範圍內。

在一個實施例中，方法包含：自一度量衡工具接收一影像；判定該影像之個別單元；及鑑別提供準確度量衡值之該等單元。

在另一實施例中，在一影像中選擇一所關注區域之方法包含：藉由利用輻射照明一度量衡目標來量測該度量衡目標的一影像；判定該影像之個別單元；鑑別該影像之該等個別單元；選擇形成該所關注區域之像素，其中該等經選擇像素具有如在鑑別步驟中所判定之一相似度。

圖1描繪適用於具有元件100之暗場度量衡之光柵的草圖。眾所周知，半導體器件之持續收縮導致度量衡目標上之半導體器件程序的較強效應，此係因為較小目標易受該處理條件中之最小變化的影響。在元件101及102中，圖1中之頂部列描繪影像、元件101、利用暗場度量衡工具量測之影像及元件101的橫截面AA'之理想情況。觀測到相對平坦且為了提取疊對，已知方法將所關注區域(ROI)判定為元件101的深灰色區域的平均強度。經量測之真實影像更類似於由圖1之元件101'描繪的草圖。影像不再具有看似光滑表面，但該影像中存在變化，且如圖1之元件102'中所描繪，此變化可為非常廣泛的，特別係對於高度受損之目標可見。可不丟棄此類目標，此係因為其可涉及製造半導體器件之重要程序，其中度量衡為必不可少的，亦即存在儘管量測之品質高，但仍需要可靠度量衡的情況。對於藉由影像101'及橫截面102'描繪之情況，基於像素之平均值的標準疊對量測呈現不準確之疊對量測。此外，對於極端情況(如圖1中在101'及102'中之粗略描繪)，計算ROI係相當不可能的。

本發明之一個目的為提供選擇ROI以便可使用標準暗場度量衡之方法。方法包含：自度量衡工具接收影像；判定該影像之個別單元；及鑑別提供準確度量衡值之該等單元。

圖2A描繪適用於半導體器件之度量衡之光柵上的兩個經量測影像。光柵可為交疊光柵，或其可為單一光柵。可在微影步驟之前量測單一光柵。在此情況下，經量測資訊表示通常用於後顯影(後微影步驟)情況之交疊度量衡目標之底部光柵。元件201'及202'描繪度量衡工具中之典型經量測影像的草圖。由單一顏色界定且無內部邊界之元件201'及202'中之各單元可為經量測影像中之單一像素。經量測影像可包含例如900乘900像素。方法適用於經量測影像的任何組合或大小。為簡單起見，元件201'及202'僅描繪若干像素以便說明本發明之概念。201'及202'中之各像素具有不同顏色，其表示利用該像素量測之強度。對於嚴重受損之目標，像素之間的變化係明顯的。觀測到像素可能形成相似值之區域。在一實施例中，201'及202'之影像表示自負偏壓(201')及正偏壓(202')度量衡目標獲得之影像。在此類情況下，若此兩個影像之間存在具有相似值的區域，則可假設該等像素為不變的或幾乎不受處理條件影響。在此情況下，藉由僅選擇具有相似值之像素以用於負及正影像兩者且採用標準疊對處理方法，可量測準確疊對。在一實施例中，預微影度量衡步驟可用於提供諸如201'及202'中描繪之影像的影像。在識別像素或具有相似值之像素區域之後，將資訊前饋至在後顯影程序步驟中採用之度量衡步驟。由於相關像素之蠻力選擇，其有助於更快地選擇相關像素以供用於疊對量測，其中如圖2B中在203及204中所描繪的對於多個波長之鑑別演算法可經導引至經量測影像之特定區域。最深色像素表示可利用標準暗場度量衡方法量測之準確疊對的像素。較亮像素表示由於處理效應假影而受有礙信號污染之強度值。

在一實施例中，方法可用於鑑別度量衡目標上之不同處理效應的貢獻度。在一實例中，處理工具A僅可影響度量衡目標之邊緣，而處理工具B僅可影響度量衡目標的中心。預期兩種不同工具之不同處理條件可導致具有不同強度值之不同像素區域，使用以上提及之方法可區分該等不同像素區域。

在另一實施例中，在選擇哪些像素需要經前饋時可採用像素之間的疊對相似性。因此，此實施例提供一種選擇ROI之方法。此外，可對最終ROI之各像素貢獻進行加權，其中權重可為所關注墊之區域的強度的加權平均值。

在一實施例中，在多個波長下量測度量衡目標之影像。隨後，對資料集執行選擇演算法。資料集可為例如資料之3D立方，其包含在多個波長(典型地為10至100個波長)下量測之900乘900像素之影像。203及204中描繪之演算法提供各像素之選擇，其中「優良」像素顯示A+/A-協調中之線性行為且「不良」像素顯示非線性行為。A+為在正偏壓目標上量測之+與-一階之間的不對稱性，而A-為對負偏壓目標量測之相同的不對稱性，A+/A-演算法在現有技術水平中為眾所周知的。

在一實施例中，為了選擇少數適合於準確疊對量測之波長，其可執行雙重波長量測。隨後，可用波長的剩餘範圍(總計-2)經分離成N個區間，其中N為在吾等自意欲使用之最大波長之數目中減去2之後的剩餘波長數目。各區間中之波長與不同區間中之波長組合使用，因此將組合空間之維度降低若干數量級。

雖然大量論述已集中於作為經特定設計且出於量測之目的而形成之度量衡目標的目標結構，但在其他實施例中，目標可為形成於基板上之器件的功能性部分。許多器件具有類似於光柵的規則週期性結構。如本文中所使用之術語「目標」、「光柵」或目標之「週期性結構」不需要已針對正執行之量測特定地提供適用結構。

在一實施例中，目標可使用經設計以在基板上產生目標之圖案化器件(諸如倍縮光罩或遮罩)來實現(例如，產生用於投影至抗蝕劑層上之圖案影像，圖案化抗蝕劑層用於使用諸如沈積、蝕刻等的後續處理步驟來形成目標)。

結合如在基板及圖案化器件(諸如倍縮光罩或遮罩)上實現之目標的實體結構，實施例可包括含有描述目標設計、描述在基板上產生目標之方法、描述量測基板上之目標之方法及/或描述分析量測以獲得關於圖案化程序(例如，微影程序、蝕刻程序等)之資訊之方法的機器可讀指令之一或多個序列及/或功能資料的電腦程式。此電腦程式可在例如微影裝置或微影單元之處理裝置或度量衡或檢測裝置內或獨立式電腦上執行。亦可提供資料儲存媒體(例如，半導體記憶體、磁碟或光碟)，其中儲存有此電腦程式。若現有度量衡或檢測裝置已經在生產及/或處於使用中，則實施例可藉由提供經更新之電腦程式產品來實施以用於使處理器執行本文中所描述的方法中之一或多者。可視情況配置程式以控制裝置及其類似者以執行如本文中所描述的方法。程式可更新微影及/或度量衡配方以用於基板之量測。程式可經配置以控制(直接或間接地)微影裝置以用於圖案化及處理基板。

本發明之一實施例可採取如下形式：電腦程式，其含有描述如本文中所揭示之方法的機器可讀指令之一或多個序列；或資料儲存媒體(例如，半導體記憶體、磁碟或光碟)，其中儲存有此電腦程式。此外，可以兩個或多於兩個電腦程式來體現機器可讀指令。兩個或多於兩個電腦程式可儲存於一或多個不同記憶體及/或資料儲存媒體上。

可在控制系統中實施本文中所揭示之一或多個態樣。本文中所描述之任何控制系統可在一或多個電腦程式由位於裝置之至少一個組件內之一或多個電腦處理器讀取時各自或組合地可操作。控制系統可各自或組合地具有用於接收、處理及發送信號之任何合適組態。一或多個處理器經組態以與控制系統中之至少一者通信。舉例而言，各控制系統可包括用於執行電腦程式之一或多個處理器，該等電腦程式包括用於上文所描述之方法之機器可讀指令。控制系統可包括用於儲存此類電腦程式之資料儲存媒體，及/或用以收納此媒體之硬體。因此，控制系統可根據一或多個電腦程式之機器可讀指令來操作。

儘管可在上文特定地參考實施例在光學微影之內容背景中的使用，但將瞭解，本發明之實施例可用於其他應用中。舉例而言，實施例可關於壓印微影。在壓印微影中，圖案化器件中之構形(topography)界定產生於基板上之圖案。可將圖案化器件之構形壓入至供應至基板之抗蝕劑層中，在基板上，抗蝕劑藉由施加電磁輻射、熱、壓力或其組合來固化。在抗蝕劑固化之後將圖案化器件移出抗蝕劑，從而在其中留下圖案。此外，本文中之實施例可與產生結構之任何程序一起使用且因此可與例如其他材料移除程序或與添加程序一起使用。

本文中所使用之術語「輻射」及「光束」涵蓋所有類型之電磁輻射，包括紫外線(UV)輻射(例如具有為或約為365、355、248、193、157或126 nm之波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如具有介於5至20 nm範圍內之波長)，以及粒子束，諸如離子束或電子束。

除非另外特定陳述，否則如自論述顯而易見，應理解，貫穿本說明書，利用諸如「處理」、「計算(computing)」、「運算(calculating)」、「判定」或其類似者之術語的論述可能係指諸如專用電腦或類似的專用電子處理/計算器件之特定裝置的動作或程序。

應理解，實施方式及圖式並不意欲將本發明限於所揭示之特定形式，而正相反，本發明意欲涵蓋落入如由所附申請專利範圍所定義的本發明之精神及範疇內的所有修改、等效物及替代方案。

鑒於實施方式，本發明之各種態樣之修改及替代實施例將對於熟習此項技術者而言顯而易見。因此，實施方式及圖式應理解為僅為說明性的且係出於教示熟習此項技術者進行本發明之一般方式之目的。應理解，本文中所展示及描述之本發明之形式應視為實施例的實例。元件及材料可替代本文中所說明及描述之元件及材料，部分及程序可經反轉或省略，可獨立利用某些特徵，且可組合實施例或實施例之特徵，此皆如對熟習此項技術者在獲得本發明的實施方式之益處之後將顯而易見的。可在不脫離如在以下申請專利範圍中所描述之本發明之精神及範疇的情況下對本文中所描述之元件作出改變。本文中所使用之標題僅出於組織性目的，且不意欲用以限制實施方式之範疇。

如貫穿本申請案所使用，詞「可」以許可之意義(亦即，意謂有可能)而非必選之意義(亦即，意謂必須)來使用。詞「包括(include、including及includes)」及其類似者意謂包括但不限於。如貫穿本申請案所使用，除非內容另外明確指示，否則單數形式「一(a、an)」及「該(the)」包括複數個指示物。因此，舉例而言，對「元件(an element或a element)」之參考包括兩個或多於兩個元件之組合，儘管會針對一或多個元件使用其他術語及片語，諸如「一或多個」。除非另外指示，否則術語「或」係非獨占式的，亦即，涵蓋「及」與「或」兩者。描述條件關係之術語，例如「回應於X，而Y」、「在X後，即Y」、「若X，則Y」、「當X時，Y」及其類似者涵蓋因果關係，其中前提為必要的因果條件，前提為充分的因果條件，或前提為結果的貢獻因果條件，例如「在條件Y獲得後，即出現狀態X」對於「僅在Y後，才出現X」及「在Y及Z後，即出現X」為通用的。此類條件關係不限於即刻遵循前提而獲得之結果，此係因為可延遲一些結果，且在條件陳述中，前提連接至其結果，例如，前提與出現結果的可能性相關。此外，除非另有指示，否則一個值或動作係「基於」另一條件或值之陳述涵蓋條件或值為唯一因數的情況與條件或值為複數個因數當中之一個因數之情況兩者。除非另有指示，否則某一集合之「各」個例具有某一屬性的陳述不應解讀為排除較大集合之一些以其他方式相同或類似成員不具有該屬性(亦即，各未必意謂每個都)之狀況。

在某些美國專利、美國專利申請案或其他材料(例如論文)已經以引用之方式併入之情況下，此類美國專利、美國專利申請案及其他材料的文字僅在此材料與本文中所闡述之陳述及圖式之間不存在衝突的情況下以引用之方式併入。在存在此衝突之情況下，在此類以引用之方式併入的美國專利、美國專利申請案及其他材料中之任何此衝突文字並不特定地以引用之方式併入本文中。

對特定實施例之前述描述揭露本發明之實施例的一般性質，以使得在不脫離本發明之一般概念的情況下，其他人可藉由應用熟習此項技術者所瞭解之知識針對各種應用而容易地修改及/或調適此類特定實施例，而無需進行不當實驗。因此，基於本文中所呈現之教示及導引，此類調適及修改意欲在所揭示的實施例之等效物的含義及範圍內。應理解，本文中之片語或術語係出於例如描述而非限制之目的，以使得本說明書的術語或片語待由熟習此項技術者鑒於教示及導引進行解譯。

以上描述意欲為說明性，而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍之範疇的情況下對如所描述之本發明進行修改，且本發明的廣度及範疇不應受到上述例示性實施例中之任一者限制，而應僅根據以下申請專利範圍及其等效物進行定義。

100:元件 101:元件 102:元件 101':元件/影像 102':元件/橫截面 201':元件 202':元件 A:處理工具 AA':橫截面 B:處理工具

圖1描繪適用於具有元件之暗場度量衡之光柵的草圖。

圖2A描繪適用於半導體器件之度量衡之光柵上的兩個經量測影像。

圖2B描繪根據本發明的實施例的鑑別演算法。

100:元件

101:元件

102:元件

101':元件/影像

102':元件/橫截面

AA':橫截面

Claims (8)

1. 一種度量衡(metrology)方法，其包含：自一度量衡工具接收一影像；判定該影像之個別單元(individual units)；及基於一相似度(degree of similarity)鑑別(discriminating)提供準確度量衡值之該等單元。
2. 如請求項1之方法，其中該影像之該個別單元為一單一像素。
3. 如請求項1之方法，其中鑑別該等單元係基於將各像素之強度值與其他像素之強度值進行比較。
4. 如請求項1、2或3之方法，其中該影像係藉由量測具有多個波長之一度量衡目標及記錄來自該度量衡目標之經散射輻射而獲得。
5. 如請求項1、2或3之方法，其中鑑別該等單元係基於找出多個波長下之各像素之量測強度之間的線性相依性。
6. 如請求項1、2或3之方法，其中來自一度量衡工具之該影像為一正偏壓度量衡目標所獲得之一影像或一負偏壓度量衡目標所獲得之一影像。
7. 如請求項1、2或3之方法，其中在一預微影步驟中量測該影像。
8. 一種在一影像中選擇一所關注區域之方法，其包含：藉由利用輻射照明一度量衡目標來量測該度量衡目標的一影像，判定該影像之個別單元，鑑別該影像之該等個別單元，選擇形成該所關注區域之像素，其中該等經選擇像素具有如在鑑別步驟中所判定之一相似度。

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