確定與臨界尺寸相關(guān)的性質(zhì)的方法、檢查裝置和器件制造方法
【專利說明】確定與臨界尺寸相關(guān)的性質(zhì)的方法、檢查裝置和器件制造方法
[0001]相關(guān)串請的交叉引用
[0002]本申請要求美國臨時(shí)申請61/834，105的權(quán)益，其在2013年6月12日提交，并且通過引用方式將其整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及用于確定由例如利用在通過光刻技術(shù)制造器件中的光瞳平面檢測或暗場散射測量可使用的光刻工藝產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的與臨界尺寸相關(guān)的性質(zhì)(諸如臨界尺寸(CD)或劑量)的方法和裝置，并且涉及使用光刻技術(shù)制造器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]光刻裝置是將期望圖案應(yīng)用到襯底上、通常應(yīng)用到襯底的目標(biāo)部分上的機(jī)器。例如，可以在集成電路(1C)的制造中使用光刻裝置。在該實(shí)例中，其替代地稱為掩模或掩模版的圖案形成裝置可以用于生成要形成在1C的個(gè)體層上的電路圖案。這一圖案可以被轉(zhuǎn)移到襯底(例如硅晶片)上的目標(biāo)部分(例如包括部分的、一個(gè)、或幾個(gè)裸片)上。圖案的轉(zhuǎn)移通常經(jīng)由成像到設(shè)置在襯底上的輻射敏感材料(抗蝕劑)層上。通常，單個(gè)襯底將包含相繼圖案化的相鄰目標(biāo)部分的網(wǎng)絡(luò)。已知的光刻裝置包括:所謂的步進(jìn)器，其中通過將整個(gè)圖案一次曝光至目標(biāo)部分上來照射每個(gè)目標(biāo)部分；和所謂的掃描器，其中通過沿給定方向(“掃描”方向)通過輻射束掃描圖案，而與這一方向平行或反向平行地同步掃描襯底，來照射每個(gè)目標(biāo)部分。還可能通過將圖案壓印到襯底上來將圖案從圖案形成裝置轉(zhuǎn)移到襯底。
[0005]在光刻工藝中，期望頻繁地對所創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)進(jìn)行測量以便例如工藝控制和驗(yàn)證。已知用于進(jìn)行這樣的測量的各種工具，包括其常常用于測量臨界尺寸(CD)的掃描電子顯微鏡以及用于測量光刻裝置的CD、重疊(器件中的兩層的對準(zhǔn)的準(zhǔn)確性)和離焦的其它專門工具。最近，已經(jīng)開發(fā)了用于在光刻領(lǐng)域中使用的各種形式的散射儀。這些設(shè)備將輻射束引導(dǎo)到目標(biāo)上并且測量散射輻射的一個(gè)或多個(gè)性質(zhì)一一例如，作為波長的函數(shù)的單個(gè)反射角處的強(qiáng)度；作為反射角的函數(shù)的一個(gè)或多個(gè)波長處的強(qiáng)度；或者作為反射角的函數(shù)的偏振一一以獲得從其中可以確定目標(biāo)的感興趣的性質(zhì)的“譜”。感興趣的性質(zhì)的確定可以通過各種技術(shù)來執(zhí)行:例如，通過諸如嚴(yán)格耦合波分析或有限元法之類的迭代方法重構(gòu)目標(biāo)結(jié)構(gòu)；庫搜索；和主成分分析。
[0006]由常規(guī)散射儀所使用的目標(biāo)是相對大的，例如40 μ m乘40 μ m光柵，并且測量束生成小于光柵的斑(即，光柵欠填充)。這簡化了目標(biāo)的數(shù)學(xué)重構(gòu)，因?yàn)樗梢暈闊o窮大。然而，為了減少目標(biāo)的尺寸，例如減少到10 μπι乘10 μm或更小，因此它們可以例如被定位在產(chǎn)品特征之中，而不是劃道中，已經(jīng)提出了其中使光柵小于測量斑(即，光柵過填充)的量測。通常這樣的目標(biāo)使用暗場散射測量來測量，其中零階衍射(對應(yīng)于鏡面反射)被阻擋，并且僅工藝較高階。
[0007]使用衍射階的暗場檢測的基于衍射的重疊實(shí)現(xiàn)對較小目標(biāo)的重疊測量。這些目標(biāo)可以小于照射斑，并且可以被晶片上的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)所圍繞。在一個(gè)圖像中可以測量多個(gè)目標(biāo)。
[0008]在已知的量測技術(shù)中，通過在某些條件下測量目標(biāo)兩次來獲得重疊測量結(jié)果，而旋轉(zhuǎn)目標(biāo)或改變照射模式或成像模式以單獨(dú)獲得-1和+1衍射階強(qiáng)度。針對給定光柵比較這些強(qiáng)度提供光柵中的非對稱性的測量。
[0009]先進(jìn)的光刻工藝要求高質(zhì)量的⑶量測以用于產(chǎn)量提高和控制。因?yàn)槠淠軌蛲ㄟ^理論建模測量下的光譜響應(yīng)而非破壞性地且快速地取回準(zhǔn)確的CD信息，所以這一技術(shù)在先進(jìn)的技術(shù)節(jié)點(diǎn)中是有用的。光學(xué)CD量測需要優(yōu)雅的模型來描述器件堆疊以及諸如CD、膜厚度和實(shí)部和虛部折射率(η和k)之類的擬合參數(shù)。模型中最常用的假設(shè)是光學(xué)性質(zhì)的不變性。然而，如果光學(xué)性質(zhì)跨晶片、晶片到晶片或批到批變化，這一未建模的光學(xué)變化可以影響CD準(zhǔn)確性并且給出假警報(bào)。附加地，隨著膜堆疊變得更加復(fù)雜，需要模型中的更大數(shù)目的浮動(dòng)參數(shù)。模型中浮動(dòng)的參數(shù)越多，越可能由于浮動(dòng)參數(shù)的相關(guān)性而失去CD準(zhǔn)確性和精度。
[0010]針對目前的基于散射測量的CD量測，以下問題是顯而易見的:模型中的浮動(dòng)參數(shù)的串?dāng)_；由于諸如沉積溫度之類的工藝穩(wěn)定性而引起的光學(xué)性質(zhì)的變化；因?yàn)镃D散射測量目標(biāo)的尺寸太大(通常約40 μπι乘40 μπι)，無裸片中(in_die)能力；CD的長的計(jì)算時(shí)間；以及創(chuàng)建散射儀設(shè)置配方是耗時(shí)的。
[0011]差分技術(shù)可用于測量諸如重疊、焦點(diǎn)和透鏡像差之類的光刻工藝的特定參數(shù)。差分技術(shù)幫助減少配方創(chuàng)建的負(fù)擔(dān)，并且允許小于散射儀的斑尺寸的目標(biāo)。差分技術(shù)要求差分信號在工藝操作點(diǎn)處為(接近)零。由于底層堆疊的變化，針對信號的有效共模抑制，這是需要的。差分技術(shù)的一個(gè)使用是用于設(shè)計(jì)當(dāng)工藝偏離最佳工作點(diǎn)時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榉菍ΨQ的目標(biāo)?？梢酝ㄟ^測量散射測量信號中的較高衍射階來檢測目標(biāo)非對稱性。示例為重疊和非對稱焦點(diǎn)目標(biāo)。差分技術(shù)的另一使用是用于設(shè)計(jì)在最佳工作點(diǎn)處相似、但響應(yīng)于特定工藝參數(shù)而偏離的目標(biāo)對。示例為像差敏感的目標(biāo)對。
[0012]問題在于，差分信號受⑶變化的控制并且適用于針對光刻工藝的開發(fā)后檢查和刻蝕后檢查步驟的目標(biāo)是不可用的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]期望克服⑶測量中的上述問題中的至少一些問題并且改善⑶和劑量的測量。此夕卜，如果這可以被應(yīng)用于其可以使用基于暗場圖像的技術(shù)測量的小目標(biāo)結(jié)構(gòu)，將具有大的優(yōu)勢。
[0014]根據(jù)第一方面，提供了確定通過光刻工藝產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的與臨界尺寸相關(guān)的性質(zhì)的方法，方法包括:(a)用輻射照射具有不同相應(yīng)臨界尺寸偏差的至少兩個(gè)周期性目標(biāo)中的每個(gè)周期性目標(biāo)；(b)測量由至少兩個(gè)目標(biāo)散射的輻射的相應(yīng)強(qiáng)度；(c)從測量的強(qiáng)度確定差分信號；(d)基于差分信號和至少兩個(gè)臨界尺寸偏差，并且基于差分信號在這樣的周期性目標(biāo)的1:1線與間隔比(line-to-space rat1)處近似于零的知識，確定與臨界尺寸相關(guān)的性質(zhì)。
[0015]根據(jù)第二方面，提供了用于確定通過光刻工藝產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的與臨界尺寸相關(guān)的性質(zhì)的檢查裝置。照射系統(tǒng)被配置為用輻射照射具有不同相應(yīng)臨界尺寸偏差的至少兩個(gè)周期性目標(biāo)中的每個(gè)周期性目標(biāo)。檢測系統(tǒng)被配置為測量由至少兩個(gè)目標(biāo)散射的輻射的相應(yīng)強(qiáng)度。處理器被配置為從測量的強(qiáng)度確定差分信號，并且基于差分信號和至少兩個(gè)臨界尺寸偏差，并且基于差分信號在這樣的周期性目標(biāo)的1:1線與間隔比處近似于零的知識，確定與臨界尺寸相關(guān)的性質(zhì)。
[0016]根據(jù)第三方面，提供了制造器件的方法，其中使用光刻工藝將器件圖案應(yīng)用于一系列襯底，方法包括使用襯底中的至少一個(gè)襯底并且使用根據(jù)第一方面的方法來確定通過光刻工藝產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的與臨界尺寸相關(guān)的性質(zhì)，并且依照確定與臨界尺寸相關(guān)的性質(zhì)的方法的結(jié)果來控制針對隨后襯底的光刻工藝。
[0017]下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)以及本發(fā)明的各種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和操作。注意，本發(fā)明并不限于本文中描述的特定實(shí)施例。僅出于說明性目的在本文中給出這樣的實(shí)施例。基于本文中包含的教導(dǎo)，附加實(shí)施例對于(多個(gè))相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是顯而易見的。
【附圖說明】
[0018]被并入本文并且形成說明書一部分的附圖圖示了本發(fā)明，并且連同描述一起進(jìn)一步用于解釋本發(fā)明的原理并且用于使得(多個(gè))相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明。
[0019]圖1描繪根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光刻裝置；
[0020]圖2描繪根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的光刻單元或簇；
[0021]圖3A-3D包括(a)使用第一對照射孔徑的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于在測量目標(biāo)時(shí)使用的暗場散射儀的示意圖，(b)針對照射的給定方向的目標(biāo)光柵的衍射光譜的細(xì)節(jié)，(c)在將散射儀用于基于衍射的重疊測量時(shí)提供其它照射模式的第二對照射孔徑，以及(d)組合第一對和第二對孔徑的第三對照射孔徑；
[0022]圖4描繪多個(gè)光柵目標(biāo)以及襯底上的測量斑的輪廓的已知形式；
[0023]圖5描繪在圖3的散射儀中獲得的圖4的目標(biāo)的圖像；
[0024]圖6是一階衍射強(qiáng)度相對于⑶的圖；
[0025]圖7 —階衍射強(qiáng)度的梯度相對于⑶的圖；
[0026]圖8是依照示例實(shí)施例的確定CD和執(zhí)行劑量控制的方法的流程圖；
[0027]圖9a至圖9c描繪依照示例實(shí)施例的多個(gè)光柵目標(biāo)與襯底上的測量斑的輪廓；
[0028]圖10是使用校準(zhǔn)并且然后使用兩個(gè)目標(biāo)來確定CD的依照示例實(shí)施例的方法的流程圖；
[0029]圖11是針對水平光柵和豎直光柵的CD相對于曝光劑量的圖；
[0030]圖12a和圖12b描繪依照示例實(shí)施例的多個(gè)水平和豎直光柵目標(biāo)與襯底上的測量斑的輪廓；
[0031]圖13是使用一階(或更高階)散射輻射的強(qiáng)度測量的依照示例實(shí)施例的方法的流程圖；
[0032]圖14和圖15圖示使用不同偏振光瞳圖像的減法作為度量標(biāo)準(zhǔn)來確定光刻質(zhì)量的方法的操作；
[0033]圖16是光柵質(zhì)量信號相對于CD的圖；
[0034]圖17是光柵質(zhì)量信號的梯度相對于CD的圖；
[0035]圖18是使用零階散射輻射的強(qiáng)度測量的依照示例實(shí)施例的方法的流程圖；以及
[0036]圖19描繪光柵質(zhì)量的雙差分的確定的概覽；
[0037]當(dāng)結(jié)合其中同樣的附圖標(biāo)記始終標(biāo)識對應(yīng)元件的附圖考慮時(shí)，根據(jù)下面闡述的詳細(xì)描述，本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見。在附圖中，同樣的引用數(shù)字一般指示完全相同、功能相似、和/或結(jié)構(gòu)相似的元件。元件在其中首次出現(xiàn)的附圖由對應(yīng)引用數(shù)字中的最左邊的(多個(gè))數(shù)字來指示。
【具體實(shí)施方式】
[0038]本說明書公開了并入本發(fā)明特征的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例。所公開的(多個(gè))實(shí)施例僅例示本發(fā)明。本發(fā)明的范圍不限于所公開的(多個(gè))實(shí)施例。本發(fā)明由所附的權(quán)利要求限定。
[0039]所描述的(多個(gè))實(shí)施例以及說明書中對“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“示例實(shí)施例”等的引用指示所描述的(多個(gè))實(shí)施例可以包括特定特征、結(jié)構(gòu)或特性，但是每個(gè)實(shí)施例可以不必包括該特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。而且，這樣的短語不一定指的是相同的實(shí)施例。進(jìn)一步地，當(dāng)結(jié)合實(shí)施例描述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，要理解的是，結(jié)合其它實(shí)施例實(shí)現(xiàn)這樣的特征、結(jié)構(gòu)或特性在本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識范圍內(nèi)，無論是否明確描述。
[0040]本發(fā)明的實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)在硬件、固件、軟件、或其任何組合中。本發(fā)明的實(shí)施例還可以實(shí)現(xiàn)為存儲在機(jī)器可讀介質(zhì)上的指令，該指令可以由一個(gè)或多個(gè)處理器讀取和執(zhí)行。機(jī)器可讀介質(zhì)可以包括用于以機(jī)器(例如計(jì)算設(shè)備)可讀的形式來存儲或傳輸信息的任何機(jī)制。例如，機(jī)器可讀介質(zhì)可以包括只讀存儲器(ROM);隨機(jī)存取存儲器(RAM);磁盤存儲介質(zhì)；光存儲介質(zhì)；快閃存儲器設(shè)備；電、光、聲或其它形式的傳播信號等。進(jìn)一步地，固件、軟件、例程、指令可以在本文中被描述為執(zhí)行某些動(dòng)作。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，這樣的描述僅為了方便，并且這樣的動(dòng)作實(shí)際上產(chǎn)生于執(zhí)行固件、軟件、例程、指令等的計(jì)算設(shè)備、處理器、控制器、或其它設(shè)備。
[0041]然而，在更詳細(xì)地描述這樣的實(shí)施例之前，呈現(xiàn)其中可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的實(shí)施例的示例環(huán)境是有啟發(fā)意義的。
[0042]圖1示意性地描繪光刻裝置LA。裝置包括:照射系統(tǒng)(照射器)IL，被配置為調(diào)節(jié)輻射束B (例如UV輻射或DUV輻射)；圖案形成裝置支撐件或支撐結(jié)構(gòu)(例如掩模臺)MT，被構(gòu)造為支撐圖案形成裝置(例如掩模)MA并且連接到第一定位器PM，第一定位器PM被配置為依照某些參數(shù)準(zhǔn)確地定位圖案形成裝置；襯底臺(例如