用于半導(dǎo)體目標(biāo)的度量的差分方法及設(shè)備的制造方法
【專利說明】用于半導(dǎo)體目標(biāo)的度量的差分方法及設(shè)備
[0001 ] 相關(guān)申請(qǐng)案的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)案主張由維拉.伊萬(wàn)諾夫.潘德夫(Stilian Ivanov Pandev)等人于2013年8月11日申請(qǐng)的先前申請(qǐng)案第61/864，573號(hào)美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)案的權(quán)利，所述申請(qǐng)案的全部?jī)?nèi)容出于所有目的以引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明大體上涉及用于確定工藝參數(shù)或結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法及系統(tǒng)，且更特定來(lái)說，本發(fā)明涉及使用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)晶片或焦點(diǎn)曝光矩陣(FEM)晶片確定工藝參數(shù)或結(jié)構(gòu)參數(shù)。
【背景技術(shù)】
[0004]用于集成電路的制造中的光刻或光學(xué)光刻系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)了一段時(shí)間。此類系統(tǒng)已證明在產(chǎn)品中的非常小的細(xì)節(jié)的精密制造及形成方面非常有效。在大多數(shù)光刻系統(tǒng)中，通過經(jīng)由光射束或輻射束(例如，UV或紫外光)傳遞圖案而將電路圖像寫入于襯底上。例如，光刻系統(tǒng)可包含將電路圖像投射穿過光罩及到涂覆有對(duì)輻照敏感的材料(例如，光致抗蝕劑)的硅晶片上的光源或輻射源。經(jīng)曝光的光致抗蝕劑通常形成在顯影之后在后續(xù)處理步驟(舉例來(lái)說，如沉積及/或蝕刻)期間屏蔽所述晶片的層的圖案。
[0005]用于控制光刻工藝的兩個(gè)實(shí)例工藝參數(shù)為焦點(diǎn)及曝光(也稱為“劑量”)。焦點(diǎn)通常處置清晰度(光刻系統(tǒng)的光學(xué)子系統(tǒng)以所述清晰度呈現(xiàn)圖像)，且曝光通常處置用于形成圖案的光(或輻射)(例如通過光刻系統(tǒng)的光源產(chǎn)生的光)的量或劑量。焦點(diǎn)及曝光兩者皆以非普通方式影響電路圖案。舉例來(lái)說，焦點(diǎn)及曝光的變化可引起抗蝕劑分布及印刷于光致抗蝕劑中的電路的形狀的變化。
[0006]不同結(jié)構(gòu)類型常常具有用于控制光刻焦點(diǎn)及曝光設(shè)置(在所述設(shè)置下可形成無(wú)缺陷的此類結(jié)構(gòu))的不同過程窗。用于不同結(jié)構(gòu)的這些窗的交點(diǎn)可界定為焦點(diǎn)及曝光設(shè)置或窗的最優(yōu)范圍。
[0007]目前，使用焦點(diǎn)曝光矩陣(FEM)以在焦點(diǎn)及曝光的多個(gè)組合下曝光晶片且接著檢驗(yàn)對(duì)于最優(yōu)抗蝕劑分布(更緊密匹配所要或最優(yōu)抗蝕劑分布的抗蝕劑分布)的所得圖案來(lái)確定光刻系統(tǒng)的最優(yōu)焦點(diǎn)及曝光設(shè)置。通常通過測(cè)量抗蝕劑分布的各種參數(shù)(例如CD)的CD掃描電子顯微鏡(CD-SEM)來(lái)執(zhí)行檢驗(yàn)。在大多數(shù)情況中，必須破壞(例如，切穿)晶片使得可測(cè)量這些參數(shù)。過程窗通常界定為保持最終抗蝕劑分布于指定規(guī)格內(nèi)的焦點(diǎn)及曝光的區(qū)域(例如，過程窗通常包含最優(yōu)焦點(diǎn)及曝光)。然而，用于確定最優(yōu)過程窗的CD-SEM技術(shù)常常是耗費(fèi)時(shí)間、不可靠的且不能夠測(cè)量某一側(cè)壁抗蝕劑分布。
[0008]此外，在IC結(jié)構(gòu)大小持續(xù)縮小且過程窗余量也縮小時(shí)，在生產(chǎn)期間維持結(jié)構(gòu)均勻度變得具有挑戰(zhàn)性。在制造中的若干因素(包含與光罩增強(qiáng)特征回旋的光刻單元曝光序列微擾)促成以非預(yù)期且常常不可預(yù)知的方式跨曝光場(chǎng)改變的特征響應(yīng)。
[0009]鑒于前述內(nèi)容，期望用于確定及監(jiān)測(cè)光刻系統(tǒng)的最優(yōu)焦點(diǎn)及曝光設(shè)置的改進(jìn)技術(shù)。還期望用于確定任何合適工藝參數(shù)或結(jié)構(gòu)參數(shù)的改進(jìn)技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]下文呈現(xiàn)本發(fā)明的簡(jiǎn)化概述以提供本發(fā)明的某些實(shí)施例的基本理解。此概述并非本發(fā)明的廣泛綜述且其并未識(shí)別本發(fā)明的關(guān)鍵/重要要素或描繪本發(fā)明的范圍。其唯一目的是以簡(jiǎn)化形式呈現(xiàn)本文中所揭示的一些概念作為稍后呈現(xiàn)的更詳細(xì)描述的序言。
[0011]在一個(gè)實(shí)施例中，揭示一種確定用于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的工藝參數(shù)或結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法。從定位于半導(dǎo)體晶片上的多個(gè)區(qū)段中的一或多個(gè)目標(biāo)獲取多個(gè)光學(xué)信號(hào)。所述區(qū)段與用于制造所述一或多個(gè)目標(biāo)的不同工藝參數(shù)相關(guān)聯(lián)，且所述經(jīng)獲取的光學(xué)信號(hào)含有關(guān)于頂部結(jié)構(gòu)的所關(guān)注參數(shù)(POI)的信息及關(guān)于形成于此頂部結(jié)構(gòu)下方的一或多個(gè)底層的一或多個(gè)底層參數(shù)的信息。產(chǎn)生特征提取模型以從此類經(jīng)獲取的光學(xué)信號(hào)提取多個(gè)特征信號(hào)使得所述特征信號(hào)含有用于所述POI的信息且排除用于所述底層參數(shù)的信息?；谕ㄟ^所述特征提取模型提取的所述特征信號(hào)來(lái)確定每一區(qū)段的每一頂部結(jié)構(gòu)的POI值。
[0012]在特定實(shí)施方案中，產(chǎn)生特征提取模型包含對(duì)經(jīng)獲取的光學(xué)信號(hào)執(zhí)行數(shù)據(jù)集縮減技術(shù)以產(chǎn)生經(jīng)變換的光學(xué)信號(hào)數(shù)據(jù)及產(chǎn)生所述特征提取模型以從所述經(jīng)變換的光學(xué)信號(hào)數(shù)據(jù)提取特征信號(hào)。在又一方面中，經(jīng)變換的光學(xué)信號(hào)數(shù)據(jù)為經(jīng)獲取的光學(xué)信號(hào)的線性組合。在另一方面中，使用主分量分析(PCA)、核PCA(kPCA)、非線性PCA(NLPCA)、獨(dú)立分量分析(ICA)或局部線性嵌入(LLE)算法來(lái)完成數(shù)據(jù)集縮減技術(shù)。在又一實(shí)施例中，使用主分量分析(PCA)技術(shù)來(lái)完成數(shù)據(jù)集縮減技術(shù)且經(jīng)變換的光學(xué)信號(hào)表示相對(duì)于由所述PCA技術(shù)所引起的第一主分量的經(jīng)獲取的光學(xué)信號(hào)。
[0013]在替代實(shí)施方案中，通過訓(xùn)練參數(shù)模型以基于特征信號(hào)確定每一頂部結(jié)構(gòu)的POI值來(lái)完成確定POI，且所述方法進(jìn)一步包含:(i)從一或多個(gè)后續(xù)晶片上的多個(gè)未知結(jié)構(gòu)獲取多個(gè)光學(xué)信號(hào);及(ii)使用特征提取模型及參數(shù)模型以確定所述未知結(jié)構(gòu)的多個(gè)POI值。
[0014]—方面，經(jīng)獲取的光學(xué)信號(hào)包含來(lái)自每一區(qū)段中的一或多個(gè)第一目標(biāo)的第一組經(jīng)獲取信號(hào)及來(lái)自每一區(qū)段中的一或多個(gè)第二目標(biāo)的第二組經(jīng)獲取信號(hào)，且特征提取模型使用殘余信號(hào)依據(jù)所述第二經(jīng)獲取信號(hào)而預(yù)測(cè)所述第一經(jīng)獲取信號(hào)中的每一者。一方面，一或多個(gè)第一目標(biāo)具有頂層結(jié)構(gòu)及底層結(jié)構(gòu)且一或多個(gè)第二目標(biāo)具有與所述一或多個(gè)第一目標(biāo)相同的底層結(jié)構(gòu)但排除所述一或多個(gè)第一目標(biāo)的所述頂層結(jié)構(gòu)。在此方面中，針對(duì)所述第一經(jīng)獲取信號(hào)確定的殘余信號(hào)定義為特征信號(hào)。另一方面，一或多個(gè)第一目標(biāo)具有頂層結(jié)構(gòu)及底層結(jié)構(gòu)且一或多個(gè)第二目標(biāo)具有與所述一或多個(gè)第一目標(biāo)相同的頂層結(jié)構(gòu)但具有與所述一或多個(gè)第一目標(biāo)不同的底層。在此方面中，針對(duì)第一經(jīng)獲取信號(hào)確定的第二經(jīng)獲取信號(hào)的函數(shù)定義為特征信號(hào)。
[0015]在另一實(shí)施例中，經(jīng)獲取的光學(xué)信號(hào)包含來(lái)自每一區(qū)段中的特定目標(biāo)的處于第一方位角的第一組經(jīng)獲取信號(hào)及來(lái)自每一區(qū)段中的所述特定目標(biāo)的處于第二方位角的第二組經(jīng)獲取信號(hào)，且所述特定目標(biāo)具有其上方形成有頂部結(jié)構(gòu)的未經(jīng)圖案化底層部分。所述第一方位角不同于所述第二方位角，且特征提取模型使用殘余信號(hào)依據(jù)所述第二經(jīng)獲取信號(hào)預(yù)測(cè)所述第一經(jīng)獲取信號(hào)中的每一者。針對(duì)所述第一經(jīng)獲取信號(hào)確定的所述殘余信號(hào)定義為特征信號(hào)。在特定實(shí)例中，第一方位角為零且第二方位角為90°。在另一實(shí)施例中，經(jīng)獲取的光學(xué)信號(hào)包含來(lái)自每一區(qū)段中的特定目標(biāo)的多個(gè)二維射束輪廓反射測(cè)量(2DBPR)圖像，且所述特定目標(biāo)具有其上方形成有頂部結(jié)構(gòu)的未經(jīng)圖案化的底層。在此實(shí)施例中，特征提取模型是使每一 2DBPR圖像與殘余信號(hào)擬合的徑向?qū)ΨQ函數(shù)，且針對(duì)所述圖像確定的所述殘余信號(hào)定義為特征信號(hào)。
[0016]在另一實(shí)施例中，使用以下中的一或多者來(lái)獲取光學(xué)信號(hào):光譜橢圓偏光測(cè)量、穆勒矩陣光譜橢圓偏光測(cè)量、光譜反射測(cè)量、光譜散射測(cè)量、射束輪廓反射測(cè)量、射束輪廓橢圓偏光測(cè)量、單一波長(zhǎng)、單一離散波長(zhǎng)范圍或多個(gè)離散波長(zhǎng)范圍。
[0017]在替代實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種用于檢驗(yàn)或測(cè)量樣本的系統(tǒng)。此系統(tǒng)包括:照明器，其用于產(chǎn)生照明；及照明光學(xué)器件，其用于引導(dǎo)所述照明朝向定位于半導(dǎo)體晶片上的多個(gè)區(qū)段中的特定目標(biāo)。使用包含不同焦點(diǎn)值的不同工藝參數(shù)形成所述區(qū)段。所述系統(tǒng)還包含:收集光學(xué)器件，其用于響應(yīng)于照明而將來(lái)自定位于多個(gè)區(qū)段中的特定目標(biāo)的多個(gè)光學(xué)信號(hào)引導(dǎo)到檢測(cè)器系統(tǒng)；及檢測(cè)器傳感器，其用于響應(yīng)于所述照明而獲取來(lái)自所述多個(gè)區(qū)段中的所述特定目標(biāo)的所述多個(gè)光學(xué)信號(hào)。所述系統(tǒng)進(jìn)一步包含處理器及存儲(chǔ)器，其經(jīng)配置以執(zhí)行任何以上描述的操作。在特定實(shí)施方案中，所述系統(tǒng)呈橢圓偏光計(jì)的形式且包含用于產(chǎn)生照明中的偏光狀態(tài)的偏光狀態(tài)產(chǎn)生器及用于分析光學(xué)信號(hào)的偏光狀態(tài)的偏光狀態(tài)分析器。在其它實(shí)施例中，所述系統(tǒng)呈光譜橢圓偏光計(jì)、穆勒矩陣光譜橢圓偏光計(jì)、光譜反射計(jì)、光譜散射計(jì)、射束輪廓反射計(jì)或射束輪廓橢圓偏光計(jì)的形式。
[0018]下文參考圖式進(jìn)一步描述本發(fā)明的這些及其它方面。
【附圖說明】
[0019]圖1說明隨用于改變曝光值的焦點(diǎn)而變化的⑶的實(shí)例柏桑(BossungPlot)圖。
[0020]圖2說明曝光相對(duì)于用于改變CD值的焦點(diǎn)的柏桑圖的第二實(shí)例。
[0021]圖3為說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于確定最優(yōu)焦點(diǎn)的技術(shù)的流程圖。
[0022]圖4A為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的隨三個(gè)信號(hào)組合而變化的簡(jiǎn)化焦點(diǎn)及劑量數(shù)據(jù)集的圖。
[0023]圖4B說明根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施方案的用于圖4A的三維數(shù)據(jù)集的三個(gè)特征向量。
[0024]圖5A為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的隨焦點(diǎn)及變化的曝光而變化的一組光學(xué)信號(hào)的第一主分量(PCl)的第一實(shí)例柏桑圖。
[0025]圖5B包含根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的映射為隨焦點(diǎn)及變化的曝光而變化的一組晶片輪廓區(qū)域的光學(xué)信號(hào)的PCl的第二實(shí)例。
[0026]圖5C為用于一組⑶值的第一主分量(PCl)的柏桑圖，從用于制造圖5A及5B的FEM晶片目標(biāo)的相同F(xiàn)EM光罩結(jié)構(gòu)模擬所述組CD值。
[0027]圖5D包含經(jīng)變換成其第一主分量PCl且布置為隨焦點(diǎn)及變化的曝光而變化的一組輪廓區(qū)域的一組⑶值的晶片圖。
[0028]圖6為根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例的最優(yōu)焦點(diǎn)與經(jīng)編程的焦點(diǎn)之間的實(shí)例關(guān)系。
[0029]圖7為說明用于從具有不同頂層及相同底層的目標(biāo)提取頂部結(jié)構(gòu)所關(guān)注參數(shù)(POI)的過程900的流程圖。
[0030]圖8為呈形成于多個(gè)底層(一些所述多個(gè)底層還包含光柵結(jié)構(gòu))上方的頂層光柵的形式的實(shí)例第一目標(biāo)的示意側(cè)視圖表示。
[0031]圖9為具有與圖8的目標(biāo)相同的底層但排除圖8的頂層結(jié)構(gòu)的第二目標(biāo)的示意側(cè)視圖表示。
[0032]圖10為說明根據(jù)本發(fā)明的替代實(shí)施例的用于從具有頂層及底層結(jié)構(gòu)兩者的目標(biāo)提取頂部結(jié)構(gòu)POI的替代過程的流程圖。
[0033]圖11為根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的用于從具有使用兩個(gè)或兩個(gè)以上方位角的未經(jīng)圖案化的底層的目標(biāo)提取頂部結(jié)構(gòu)POI的另一過程的流程圖。
[0034]圖12為說明根據(jù)替代實(shí)施例的利用二維射束輪廓反射測(cè)量(2DBPR)的程序的流程圖。
[0035]圖13說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的度量系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0036]在以下描述中，闡述眾多特定細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的透徹理解?？稍诓痪哂幸恍┗蛩羞@些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐本發(fā)明。在其它實(shí)例中，未詳細(xì)描述眾所周知的過程操作以避免不必要地模糊本發(fā)明。雖然將結(jié)合特定實(shí)施例描述本發(fā)明，但應(yīng)理解，不希望將本發(fā)明限于所述實(shí)施例。
[0037]引言
[0038]可使用柏桑圖視覺化從(例如)FEM晶片獲得的焦點(diǎn)曝光矩陣以促進(jìn)光刻過程窗的確定。所述柏桑圖大體上標(biāo)繪CD相對(duì)于用于改變曝光水平的焦點(diǎn)位置(例如圖1中的實(shí)例)。