确定与临界尺寸相关的性质的方法、检查装置和器件制造方法
【专利说明】确定与临界尺寸相关的性质的方法、检查装置和器件制造方法
[0001]相关串请的交叉引用
[0002]本申请要求美国临时申请61/834，105的权益，其在2013年6月12日提交，并且通过引用方式将其整体并入本文。
技术领域
[0003]本发明涉及用于确定由例如利用在通过光刻技术制造器件中的光瞳平面检测或暗场散射测量可使用的光刻工艺产生的结构的与临界尺寸相关的性质(诸如临界尺寸(CD)或剂量)的方法和装置，并且涉及使用光刻技术制造器件的方法。
【背景技术】
[0004]光刻装置是将期望图案应用到衬底上、通常应用到衬底的目标部分上的机器。例如，可以在集成电路(1C)的制造中使用光刻装置。在该实例中，其替代地称为掩模或掩模版的图案形成装置可以用于生成要形成在1C的个体层上的电路图案。这一图案可以被转移到衬底(例如硅晶片)上的目标部分(例如包括部分的、一个、或几个裸片)上。图案的转移通常经由成像到设置在衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单个衬底将包含相继图案化的相邻目标部分的网络。已知的光刻装置包括:所谓的步进器，其中通过将整个图案一次曝光至目标部分上来照射每个目标部分；和所谓的扫描器，其中通过沿给定方向(“扫描”方向)通过辐射束扫描图案，而与这一方向平行或反向平行地同步扫描衬底，来照射每个目标部分。还可能通过将图案压印到衬底上来将图案从图案形成装置转移到衬底。
[0005]在光刻工艺中，期望频繁地对所创建的结构进行测量以便例如工艺控制和验证。已知用于进行这样的测量的各种工具，包括其常常用于测量临界尺寸(CD)的扫描电子显微镜以及用于测量光刻装置的CD、重叠(器件中的两层的对准的准确性)和离焦的其它专门工具。最近，已经开发了用于在光刻领域中使用的各种形式的散射仪。这些设备将辐射束引导到目标上并且测量散射辐射的一个或多个性质一一例如，作为波长的函数的单个反射角处的强度；作为反射角的函数的一个或多个波长处的强度；或者作为反射角的函数的偏振一一以获得从其中可以确定目标的感兴趣的性质的“谱”。感兴趣的性质的确定可以通过各种技术来执行:例如，通过诸如严格耦合波分析或有限元法之类的迭代方法重构目标结构；库搜索；和主成分分析。
[0006]由常规散射仪所使用的目标是相对大的，例如40 μ m乘40 μ m光栅，并且测量束生成小于光栅的斑(即，光栅欠填充)。这简化了目标的数学重构，因为它可视为无穷大。然而，为了减少目标的尺寸，例如减少到10 μπι乘10 μm或更小，因此它们可以例如被定位在产品特征之中，而不是划道中，已经提出了其中使光栅小于测量斑(即，光栅过填充)的量测。通常这样的目标使用暗场散射测量来测量，其中零阶衍射(对应于镜面反射)被阻挡，并且仅工艺较高阶。
[0007]使用衍射阶的暗场检测的基于衍射的重叠实现对较小目标的重叠测量。这些目标可以小于照射斑，并且可以被晶片上的产品结构所围绕。在一个图像中可以测量多个目标。
[0008]在已知的量测技术中，通过在某些条件下测量目标两次来获得重叠测量结果，而旋转目标或改变照射模式或成像模式以单独获得-1和+1衍射阶强度。针对给定光栅比较这些强度提供光栅中的非对称性的测量。
[0009]先进的光刻工艺要求高质量的⑶量测以用于产量提高和控制。因为其能够通过理论建模测量下的光谱响应而非破坏性地且快速地取回准确的CD信息，所以这一技术在先进的技术节点中是有用的。光学CD量测需要优雅的模型来描述器件堆叠以及诸如CD、膜厚度和实部和虚部折射率(η和k)之类的拟合参数。模型中最常用的假设是光学性质的不变性。然而，如果光学性质跨晶片、晶片到晶片或批到批变化，这一未建模的光学变化可以影响CD准确性并且给出假警报。附加地，随着膜堆叠变得更加复杂，需要模型中的更大数目的浮动参数。模型中浮动的参数越多，越可能由于浮动参数的相关性而失去CD准确性和精度。
[0010]针对目前的基于散射测量的CD量测，以下问题是显而易见的:模型中的浮动参数的串扰；由于诸如沉积温度之类的工艺稳定性而引起的光学性质的变化；因为CD散射测量目标的尺寸太大(通常约40 μπι乘40 μπι)，无裸片中(in_die)能力；CD的长的计算时间；以及创建散射仪设置配方是耗时的。
[0011]差分技术可用于测量诸如重叠、焦点和透镜像差之类的光刻工艺的特定参数。差分技术帮助减少配方创建的负担，并且允许小于散射仪的斑尺寸的目标。差分技术要求差分信号在工艺操作点处为(接近)零。由于底层堆叠的变化，针对信号的有效共模抑制，这是需要的。差分技术的一个使用是用于设计当工艺偏离最佳工作点时转变为非对称的目标。可以通过测量散射测量信号中的较高衍射阶来检测目标非对称性。示例为重叠和非对称焦点目标。差分技术的另一使用是用于设计在最佳工作点处相似、但响应于特定工艺参数而偏离的目标对。示例为像差敏感的目标对。
[0012]问题在于，差分信号受⑶变化的控制并且适用于针对光刻工艺的开发后检查和刻蚀后检查步骤的目标是不可用的。
【发明内容】
[0013]期望克服⑶测量中的上述问题中的至少一些问题并且改善⑶和剂量的测量。此夕卜，如果这可以被应用于其可以使用基于暗场图像的技术测量的小目标结构，将具有大的优势。
[0014]根据第一方面，提供了确定通过光刻工艺产生的结构的与临界尺寸相关的性质的方法，方法包括:(a)用辐射照射具有不同相应临界尺寸偏差的至少两个周期性目标中的每个周期性目标；(b)测量由至少两个目标散射的辐射的相应强度；(c)从测量的强度确定差分信号；(d)基于差分信号和至少两个临界尺寸偏差，并且基于差分信号在这样的周期性目标的1:1线与间隔比(line-to-space rat1)处近似于零的知识，确定与临界尺寸相关的性质。
[0015]根据第二方面，提供了用于确定通过光刻工艺产生的结构的与临界尺寸相关的性质的检查装置。照射系统被配置为用辐射照射具有不同相应临界尺寸偏差的至少两个周期性目标中的每个周期性目标。检测系统被配置为测量由至少两个目标散射的辐射的相应强度。处理器被配置为从测量的强度确定差分信号，并且基于差分信号和至少两个临界尺寸偏差，并且基于差分信号在这样的周期性目标的1:1线与间隔比处近似于零的知识，确定与临界尺寸相关的性质。
[0016]根据第三方面，提供了制造器件的方法，其中使用光刻工艺将器件图案应用于一系列衬底，方法包括使用衬底中的至少一个衬底并且使用根据第一方面的方法来确定通过光刻工艺产生的结构的与临界尺寸相关的性质，并且依照确定与临界尺寸相关的性质的方法的结果来控制针对随后衬底的光刻工艺。
[0017]下面参照附图详细描述本发明的其它特征和优点以及本发明的各种实施例的结构和操作。注意，本发明并不限于本文中描述的特定实施例。仅出于说明性目的在本文中给出这样的实施例。基于本文中包含的教导，附加实施例对于(多个)相关领域技术人员来说将是显而易见的。
【附图说明】
[0018]被并入本文并且形成说明书一部分的附图图示了本发明，并且连同描述一起进一步用于解释本发明的原理并且用于使得(多个)相关领域技术人员能够制造和使用本发明。
[0019]图1描绘根据本发明的实施例的光刻装置；
[0020]图2描绘根据本发明的实施例的光刻单元或簇；
[0021]图3A-3D包括(a)使用第一对照射孔径的根据本发明的实施例的用于在测量目标时使用的暗场散射仪的示意图，(b)针对照射的给定方向的目标光栅的衍射光谱的细节，(c)在将散射仪用于基于衍射的重叠测量时提供其它照射模式的第二对照射孔径，以及(d)组合第一对和第二对孔径的第三对照射孔径；
[0022]图4描绘多个光栅目标以及衬底上的测量斑的轮廓的已知形式；
[0023]图5描绘在图3的散射仪中获得的图4的目标的图像；
[0024]图6是一阶衍射强度相对于⑶的图；
[0025]图7 —阶衍射强度的梯度相对于⑶的图；
[0026]图8是依照示例实施例的确定CD和执行剂量控制的方法的流程图；
[0027]图9a至图9c描绘依照示例实施例的多个光栅目标与衬底上的测量斑的轮廓；
[0028]图10是使用校准并且然后使用两个目标来确定CD的依照示例实施例的方法的流程图；
[0029]图11是针对水平光栅和竖直光栅的CD相对于曝光剂量的图；
[0030]图12a和图12b描绘依照示例实施例的多个水平和竖直光栅目标与衬底上的测量斑的轮廓；
[0031]图13是使用一阶(或更高阶)散射辐射的强度测量的依照示例实施例的方法的流程图；
[0032]图14和图15图示使用不同偏振光瞳图像的减法作为度量标准来确定光刻质量的方法的操作；
[0033]图16是光栅质量信号相对于CD的图；
[0034]图17是光栅质量信号的梯度相对于CD的图；
[0035]图18是使用零阶散射辐射的强度测量的依照示例实施例的方法的流程图；以及
[0036]图19描绘光栅质量的双差分的确定的概览；
[0037]当结合其中同样的附图标记始终标识对应元件的附图考虑时，根据下面阐述的详细描述，本发明的特征和优点将变得更加显而易见。在附图中，同样的引用数字一般指示完全相同、功能相似、和/或结构相似的元件。元件在其中首次出现的附图由对应引用数字中的最左边的(多个)数字来指示。
【具体实施方式】
[0038]本说明书公开了并入本发明特征的一个或多个实施例。所公开的(多个)实施例仅例示本发明。本发明的范围不限于所公开的(多个)实施例。本发明由所附的权利要求限定。
[0039]所描述的(多个)实施例以及说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的引用指示所描述的(多个)实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括该特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不一定指的是相同的实施例。进一步地，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，要理解的是，结合其它实施例实现这样的特征、结构或特性在本领域技术人员的知识范围内，无论是否明确描述。
[0040]本发明的实施例可以实现在硬件、固件、软件、或其任何组合中。本发明的实施例还可以实现为存储在机器可读介质上的指令，该指令可以由一个或多个处理器读取和执行。机器可读介质可以包括用于以机器(例如计算设备)可读的形式来存储或传输信息的任何机制。例如，机器可读介质可以包括只读存储器(ROM);随机存取存储器(RAM);磁盘存储介质；光存储介质；快闪存储器设备；电、光、声或其它形式的传播信号等。进一步地，固件、软件、例程、指令可以在本文中被描述为执行某些动作。然而，应当理解的是，这样的描述仅为了方便，并且这样的动作实际上产生于执行固件、软件、例程、指令等的计算设备、处理器、控制器、或其它设备。
[0041]然而，在更详细地描述这样的实施例之前，呈现其中可以实现本发明的实施例的示例环境是有启发意义的。
[0042]图1示意性地描绘光刻装置LA。装置包括:照射系统(照射器)IL，被配置为调节辐射束B (例如UV辐射或DUV辐射)；图案形成装置支撑件或支撑结构(例如掩模台)MT，被构造为支撑图案形成装置(例如掩模)MA并且连接到第一定位器PM，第一定位器PM被配置为依照某些参数准确地定位图案形成装置；衬底台(例如