用于提供经改进过程控制的质量度量的方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明可包含：从跨越一批晶片中的一晶片的一个或一个以上场分布的多个度量衡目标获取多个重叠度量衡测量信号；使用多个重叠算法确定所述多个重叠度量衡测量信号中的每一者的多个重叠估计；产生多个重叠估计分布；及利用所述所产生的多个重叠估计分布产生第一多个质量度量，其中每一质量度量与所述所产生的多个重叠估计分布中的一个重叠估计分布对应，每一质量度量为对应的所产生重叠估计分布的宽度的函数，每一质量度量进一步为存在于来自相关联度量衡目标的重叠度量衡测量信号中的不对称性的函数。
【专利说明】用于提供经改进过程控制的质量度量的方法及系统
[0001]相关申请案交叉参考
[0002]本申请案涉及且主张来自以下所列示申请案(“相关申请案”)的最早可用有效 申请日期:的权益(例如，主张除临时专利申请案以外的最早可用 优先权日:期或依据35USC§ 119(e)主张临时专利申请案，相关申请案的任何及所有父代申请案、祖父代申请案、曾祖父代申请案等的权益)。
[0003]相关申请案:
[0004]出于USPTO额外法定要求的目的，本申请案构成申请序列号为61/472，545的2011年4月6日提出申请的将丹尼尔坎德尔(Daniel Kandel)、盖伊科恩(Guy Cohen)、弗拉基米尔莱温斯基(Vladimir Levinski)及诺姆沙皮恩(Noam Sapiens)命名为发明人的标题为“减小重叠度量衡或光刻过程控制中的系统偏置的方法(METHODS TO REDUCE SYSTEMATICBIAS IN OVERLAY METROLOGY OR LITHOGRAPHY PROCESS CONTROL) ”的美国临时专利申请案的正式(非临时)专利申请案。
[0005]出于USPTO额外法定要求的目的，本申请案构成申请序列号为61/474，167的2011年4月11日提出申请的将丹尼尔坎德尔(Daniel Kandel)、盖伊科恩(Guy Cohen)、弗拉基米尔莱温斯基(Vladimir Levinski)、诺姆沙皮恩(Noam Sapiens)、亚历克斯舒尔曼(AlexShulman)及弗拉基米尔卡曼尼特斯基(Vladimir Kamenetsky)命名为发明人的标题为“减小重叠度量衡或光刻过程控制中的系统偏置的方法(METHODS TO REDUCE SYSTEMATIC BIASIN OVERLAY METROLOGY OR LITHOGRAPHY PROCESS CONTROL) ” 的美国临时专利申请案的正式(非临时)专利申请案。
[0006]出于USPTO额外法定要求的目的，本申请案构成申请序列号为61/509，842的2011年7月7日提出申请的将盖伊科恩(Guy Cohen)、依兰阿米特(Eran Amit)及达纳克莱因(Dana Klein)命名为发明人的标题为“用`于以更好准确度计算可校正值的方法(METHODSFOR CALCULATING C0RRECTABLES WITH BETTER ACCURACY) ” 的美国临时专利申请案的正式(非临时)专利申请案。
[0007]出于USPTO额外法定要求的目的，本申请案构成申请序列号为61/597，504的2012年2月10日提出申请的将盖伊科恩(Guy Cohen)、达纳克莱因(Dana Klein)及依兰阿米特(Eran Amit)命名为发明人的标题为“用于以更好准确度计算可校正值的方法(METHODSFOR CALCULATING C0RRECTABLES WITH BETTER ACCURACY) ” 的美国临时专利申请案的正式(非临时)专利申请案。
[0008]出于USPTO额外法定要求的目的，本申请案构成申请序列号为61/598，140的2012年2月13日提出申请的将丹尼尔坎德尔(Daniel Kandel)、弗拉基米尔莱温斯基(Vladimir Levinski)、诺姆沙皮恩(Noam Sapiens)、盖伊科恩(Guy Cohen)、达纳克莱因(Dana Klein)、依兰阿米特(Eran Amit)及伊莉娜艾克斯坦(Irina Vakshtein)命名为发明人的标题为“用于使用质量度量计算可校正值的方法(METHODS FOR CAIXULATINGC0RRECTABLES USING A QUALITY METRIC) ”的美国临时专利申请案的正式(非临时)专利申请案。【技术领域】
[0009]本发明大体来说涉及一种用于提供适合于改进半导体晶片制作中的过程控制的质量度量的方法及系统。
【背景技术】
[0010]制作例如逻辑及存储器装置的半导体装置通常包含使用大量半导体制作过程以形成半导体装置的各种特征及多个层级而处理例如半导体晶片的衬底。举例来说，光刻为涉及将图案从光罩转印到布置于半导体晶片上的抗蚀剂的半导体制作过程。半导体制作过程的额外实例包含但不限于化学机械抛光(CMP)、蚀刻、沉积及离子植入。多个半导体装置可在单个半导体晶片上制作成一布置且接着分离成个别半导体装置。
[0011]在半导体制造过程期间的各种步骤处使用度量衡过程来监视并控制一个或一个以上半导体层过程。举例来说，使用度量衡过程来测量晶片的一个或一个以上特性(例如在过程步骤期间形成于晶片上的特征的尺寸(例如，线宽度、厚度等))，其中可通过测量所述一个或一个以上特性而确定过程步骤的质量。一种此类特性包含重叠误差。重叠测量大体规定第一经图案化层相对于安置于其上方或下方的第二经图案化层对准的准确程度或第一图案相对于安置于同一层上的第二图案对准的准确程度。重叠误差通常是借助具有形成于工件(例如，半导体晶片)的一个或一个以上层上的结构的重叠目标确定的。所述结构可呈光栅的形式，且这些光栅可为周期性的。如果适当地形成两个层或图案，那么一个层或图案上的结构往往相对于另一个层或图案上的结构对准。如果未适当地形成两个层或图案，那么一个层或图案上的结构往往相对于另一个层或图案上的结构偏移或不对准。重叠误差为在半导体集成电路制造的不同阶段处所使用的图案中的任何图案之间的不对准。通常，对跨越裸片及晶片的变化的理解限于固定取样且因此仅针对已知选定地点检测重叠误差。
[0012]此外，如果晶片的经测量特性(例如，重叠误差)为不可接受的(例如，超出所述特性的预定范围)，那么可使用一个或一个以上特性的测量来更改过程的一个或一个以上参数使得通过所述过程制造的额外晶片具有可接受的特性。
[0013]在重叠误差的情形中，可使用重叠测量来校正光刻过程以便使重叠误差保持在所要限度内。举例来说，可将重叠测量馈送到计算可由操作者用来更好地对准晶片处理中所使用的光刻工具的“可校正值”及其它统计的分析例程中。
[0014]因此，至为关键的是，尽可能准确地测量一组度量衡目标的重叠误差。一给定组的重叠度量衡测量中的不准确度可由各种各样的因素引起。一种此类因素为存在于给定重叠目标中的瑕疵。目标结构不对称性代表导致重叠测量不准确度的大多数重要类型的目标瑕疵中的一者。重叠目标不对称性以及目标瑕疵与给定度量衡技术的相互作用可导致重叠测量中的相对大的不准确度。因此，提供一种适合于减轻晶片的一个或一个以上重叠目标中的重叠目标不对称性的影响的系统及方法为合意的。
【发明内容】
[0015]揭示一种用于提供适合于改进半导体晶片制作中的过程控制的质量度量的计算机实施的方法。在一个方面中，一种方法可包含但不限于:从跨越一批晶片中的一晶片的一个或一个以上场分布的多个度量衡目标获取多个重叠度量衡测量信号，每一重叠度量衡测量信号与所述多个度量衡目标中的一度量衡目标对应，所述多个重叠度量衡测量信号是利用第一测量配方获取的；通过对所述多个重叠度量衡测量信号中的每一者应用多个重叠算法而确定每一重叠度量衡测量信号的多个重叠估计，每一重叠估计是利用所述重叠算法中的一者确定的；通过利用所述多个重叠估计产生来自所述多个度量衡目标的所述多个重叠度量衡测量信号中的每一者的重叠估计分布而产生多个重叠估计分布；及利用所述所产生的多个重叠估计分布产生第一多个质量度量，其中每一质量度量与所述所产生的多个重叠估计分布中的一个重叠估计分布对应，每一质量度量为对应的所产生重叠估计分布的宽度的函数，每一质量度量进一步为存在于来自相关联度量衡目标的重叠度量衡测量信号中的不对称性的函数。
[0016]所述方法可进一步包含:从针对所述多个度量衡目标所产生的所述多个质量度量的分布沿着至少一个方向识别所述多个度量衡目标中的具有大于选定离群值水平的质量度量的一个或一个以上度量衡目标；确定多个经校正度量衡目标，其中所述多个经校正度量衡目标从所述多个度量衡目标排除具有偏离超过选定离群值水平的质量度量的所述经识别一个或一个以上度量衡目标；及利用所述所确定的多个经校正度量衡目标计算一组可校正值。
[0017]另外，所述方法可包含:从跨越所述批晶片中的所述晶片的所述一个或一个以上场分布的所述多个度量衡目标获取至少额外多个重叠度量衡测量信号，所述至少额外多个重叠度量衡测量信号中的每一重叠度量衡测量信号与所述多个度量衡目标中的一度量衡目标对应，所述至少额外多个重叠度量衡测量信号是利用至少额外测量配方获取的；通过对所述至少额外多个测量信号中的每一重叠测量信号应用所述多个重叠算法而确定所述至少额外多个重叠测量信号中的每一者的至少额外多个重叠估计，所述至少额外多个重叠估计中的每一者是利用所述重叠算法中的一者确定的；通过利用所述多个重叠估计产生来自所述多个度量衡目标的所述至少额外多个重叠测量信号中的每一者的重叠估计分布而产生至少额外多个重叠估计分布；及利用所述所产生的至少额外多个重叠估计分布产生至少额外多个质量度量，其中所述至少额外多个质量度量中的每一质量度量与所述所产生的至少额外多个重叠估计分布中的一个重叠估计分布对应，所述至少额外多个质量度量中的每一质量度量为所述至少额外多个重叠估计分布中的对应的所产生重叠估计分布的宽度的函数；通过将关联于所述第一测量配方的所述第一多个质量度量的分布与关联于所述至少一个额外测量配方的所述至少额外多个质量度量的分布进行比较而确定过程测量配方。
[0018]在另一方面中，一种方法可包含但不限于:从一批晶片中的一晶片的一个或一个以上场的一个或一个以上度量衡目标获取度量衡测量信号；通过对所述所获取的度量衡测量信号应用多个重叠算法而确定多个重叠估计，每一重叠估计是利用所述重叠算法中的一者确定的；利用所述多个重叠估计产生重叠估计分布；及利用所述所产生的重叠估计分布产生所述一个或一个以上度量衡目标的质量度量，所述质量度量为所述所产生的重叠估计分布的宽度的函数，所述质量度量经配置以针对不对称重叠测量信号为非零，所述质量度量为所述所产生的重叠估计分布的宽度的函数，所述质量度量进一步为存在于从相关联度量衡目标获取的度量衡测量信号中的不对称性的函数。[0019]揭示一种用于提供一组过程工具可校正值的计算机实施的方法。在另一方面中，一种方法可包含但不限于:获取跨越一批晶片中的一晶片的一个或一个以上场分布的多个度量衡目标中的每一度量衡目标的重叠度量衡结果；获取与每一所获取的重叠度量衡结果相关联的质量度量；利用每一度量衡目标的所述所获取的重叠度量衡结果及所述相关联质量度量结果确定每一度量衡目标的经修改重叠值，其中每一度量衡目标的所述经修改重叠值为至少一个材料参数因数的函数；计算多个材料参数因数的一组可校正值及与所述组可校正值对应的一组残差；确定所述材料参数因数的适合于使所述组残差至少实质上最小化的值；及识别与所述组至少实质上最小化的残差相关联的一组可校正值。
[0020]揭示一种用于识别过程工具可校正值的变化的计算机实施的方法。在一个方面中，一种方法可包含但不限于:获取跨越一批晶片中的一晶片的一个或一个以上场分布的多个度量衡目标中的每一度量衡目标的重叠度量衡结果；获取与每一所获取的重叠度量衡结果相关联的质量度量；利用每一度量衡目标的所述所获取的重叠度量衡结果及质量函数确定所述多个度量衡目标的多个经修改重叠值，所述质量函数为每一度量衡目标的所述所获取的质量度量的函数；通过利用所述多个经修改重叠值确定用于对所述多个度量衡目标的所述所获取的重叠度量衡结果及所述相关联质量度量的多个随机选定取样中的每一者的一组过程工具可校正值而产生多个组的过程工具可校正值，其中所述随机取样中的每一者具有相同大小；及识别所述多个组的过程工具可校正值的变化。
[0021]揭不一种用于产生度量衡取样计划的计算机实施的方法。在一个方面中，一种方法可包含但不限于:从跨越一批晶片中的一晶片的一个或一个以上场分布的多个度量衡目标获取多个重叠度量衡测量信号，每一重叠度量衡测量信号与所述多个度量衡目标中的一度量衡目标对应；通过对所述多个重叠度量衡测量信号中的每一者应用多个重叠算法而确定每一重叠度量衡测量信号的多个重叠估计，每一重叠估计是利用所述重叠算法中的一者确定的；通过利用所述多个重叠估计产生来自所述多个度量衡目标的所述多个重叠度量衡测量信号中的每一者的重叠估计分布而产生多个重叠估计分布；利用所述所产生的多个重叠估计分布产生第一多个质量度量，其中每一质量度量与所述所产生多个重叠估计分布中的一个重叠估计分布对应，每一质量度量进一步为存在于来自相关联度量衡目标的重叠度量衡测量信号中的不对称性的函数；及利用所述多个度量衡目标的所述所产生的第一多个质量度量产生一个或一个以上度量衡取样计划。
[0022]揭示一种用于提供过程签名映射的计算机实施的方法。在一个方面中，一种方法可包含但不限于:在光罩上形成多个代理目标；在晶片上形成多个装置相关目标；通过将在光刻过程之后及在所述晶片的第一蚀刻过程之前从所述多个代理目标获取的第一组度量衡结果与在所述晶片的所述第一蚀刻过程之后从所述多个代理目标获取的至少第二组度量衡结果进行比较而确定随跨越所述晶片的位置而变的第一过程签名；使所述第一过程签名与特定过程路径相关；通过对所述晶片的所述多个装置相关目标执行第一组度量衡测量而测量在所述第一蚀刻过程之后的装置相关偏置，所述装置相关偏置为度量衡结构与所述晶片的装置之间的偏置；确定随跨越所述晶片的位置而变的所述晶片的每一额外过程层及每一额外非光刻过程路径的额外蚀刻签名；测量在所述晶片的每一额外过程层及每一额外非光刻过程路径之后的额外装置相关偏置；及利用所述所确定的第一蚀刻签名及所述额外蚀刻签名中的每一者以及所述第一所测量装置相关偏置及每一额外装置相关偏置产生过程签名映射数据库。
[0023]揭示一种用于提供适合于改进半导体晶片制作中的过程控制的质量度量的系统。在一个方面中，系统可包含但不限于:度量衡系统，其经配置以从跨越一批晶片中的一晶片的一个或一个以上场分布的多个度量衡目标获取多个重叠度量衡测量信号，每一重叠度量衡测量信号与所述多个度量衡目标中的一度量衡目标对应，所述多个重叠度量衡测量信号是利用第一测量配方获取的；及计算系统，其经配置以:通过对所述多个重叠度量衡测量信号中的每一者应用多个重叠算法而确定每一重叠度量衡测量信号的多个重叠估计，每一重叠估计是利用所述重叠算法中的一者确定的；通过利用所述多个重叠估计产生来自所述多个度量衡目标的所述多个重叠度量衡测量信号中的每一者的重叠估计分布而产生多个重叠估计分布；及利用所述所产生的多个重叠估计分布产生第一多个质量度量，其中每一质量度量与所述所产生多个重叠估计分布中的一个重叠估计分布对应，每一质量度量为对应的所产生重叠估计分布的宽度的函数，每一质量度量进一步为存在于来自相关联度量衡目标的重叠度量衡测量信号中的不对称性的函数。
[0024]应理解，前述大体说明及以下详细说明两者仅为示范性及解释性且不必限制所主张的本发明。并入本说明书中并构成本说明书的一部分的所附图式图解说明本发明的实施例，且与所述大体说明一起用以解释本发明的原理。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]所属领域的技术人员可通过参考附图更好地理解本发明的众多优点，在附图中:
[0026]图1A图解说明根据本发明的一个实施例的具有对称目标结构的度量衡目标的截面图。
[0027]图1B图解说明根据本发明的一个实施例的具有不对称目标结构的度量衡目标的截面图。
[0028]图2图解说明根据本发明的一个实施例的具有不对称目标结构的度量衡目标及具有一个以上焦点的照明的影响的截面图。
[0029]图3图解说明根据本发明的一个实施例的具有不对称目标结构的度量衡目标及具有一个以上波长的照明的影响的截面图。
[0030]图4A图解说明根据本发明的一个实施例的从处于多个波长下的对称目标结构获得的模型化数据。
[0031]图4B图解说明根据本发明的一个实施例的从处于多个波长下的不对称目标结构获得的模型化数据。
[0032]图5图解说明根据本发明的一个实施例的适合于提供适合于改进半导体晶片制作中的过程控制的质量度量的系统的框图图式。
[0033]图6图解说明根据本发明的一个实施例的适合于提供适合于改进半导体晶片制作中的过程控制的质量度量的方法的概念图。
[0034]图7A图解说明根据本发明的一个实施例的适合于提供适合于改进半导体晶片制作中的过程控制的质量度量的方法的流程图。
[0035]图7B图解说明根据本发明的一个实施例的具有多个场的半导体晶片的俯视平面图。[0036]图7C图解说明根据本发明的一个实施例的具有多个度量衡目标的半导体晶片以及晶片的多个场中的每一者的俯视平面图。
[0037]图8A图解说明根据本发明的一个实施例的随晶片的表面上的位置而变的一组模型化重叠不准确度数据。
[0038]图SB图解说明根据本发明的一个实施例的从多个度量衡目标获得的一组模型化
质量度量数据。
[0039]图9图解说明根据本发明的替代实施例的用于度量衡目标离群值移除的方法的流程图。
[0040]图10图解说明根据本发明的替代实施例的用于重叠测量配方增强的方法的流程图。
[0041]图11图解说明根据本发明的一个实施例的从处于两个不同波长下的多个度量衡
目标获得的一组模型化质量度量数据。
[0042]图12A图解说明根据本发明的替代实施例的用于过程工具可校正值计算的方法的流程图。
[0043]图12B图解说明根据本发明的替代实施例的描绘为参数因数α的函数的重叠残
差的一组数据。
[0044]图13图解说明根据本发明的替代实施例的用于识别若干组过程工具可校正值的变化的方法的流程图。
[0045]图14图解说明根据本发明的替代实施例的用于产生一个或一个以上度量衡取样计划的方法的流程图。
[0046]图15Α到15C图解说明根据本发明的替代实施例的描绘处于不同的低质量目标移除水平下的质量度量云数据的若干组数据。
[0047]图16Α到16D图解说明根据本发明的替代实施例的描绘处于不同的低质量目标移除水平下的残差数据及R2数据的若干组数据。
[0048]图17Α到17Β图解说明根据本发明的替代实施例的描绘在具有及不具有低质量目标替换的情况下的质量度量云数据的若干组数据。
[0049]图18Α到18Β图解说明根据本发明的替代实施例的描绘在具有及不具有低质量目标替换的情况下的残差数据及R2数据的若干组数据。
[0050]图19图解说明根据本发明的替代实施例的多个目标质量分区的俯视图。
[0051]图20Α图解说明根据本发明的替代实施例的光刻控制回路的框图图式。
[0052]图20Β图解说明根据本发明的替代实施例的用于提供过程签名映射的方法的流程图。
[0053]图20C图解说明根据本发明的替代实施例的随晶片上的位置而变的光刻后/蚀刻后偏置的概念图。
[0054]图20D图解说明根据本发明的替代实施例的经执行以量化度量衡结构与装置之间的偏置的装置相关度量衡的概念图。
[0055]图20Ε图解说明根据本发明的替代实施例的配备有过程签名映射器的光刻控制回路的框图图式。
[0056]图20F图解说明根据本发明的替代实施例的用于产生过程签名映射器可校正值的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0057]现在将详细参考图解说明于所附图式中的所揭示的标的物。
[0058]大体参考图1A到19，根据本发明描述一种用于提供适合于改进半导体晶片制作过程中的过程控制的质量度量的方法及系统。重叠不准确度起源于各种各样的因素。一种此类因素包含一组所取样重叠度量衡目标中的一者或一者以上不对称目标结构(例如，底部目标层或顶部目标层)的存在。重叠目标不对称性的存在可导致给定重叠目标的测量中的几何模糊性。几何重叠模糊性继而可导致经由与重叠度量衡过程本身的非线性相互作用的系统误差增强。净效应可导致显著重叠不准确度(达IOnm)。本发明涉及一种用于提供经配置以量化与从所取样半导体晶片的各种度量衡目标获得的每一重叠测量信号相关联的重叠不准确度的质量度量的方法及系统。本发明进一步涉及利用质量度量来经由离群值目标移除及度量衡配方改进或优化改进过程控制。
[0059]进一步认识到，在质量度量产生及分析之后，可接着使用本发明的度量衡测量来计算用以校正用以对半导体晶片执行给定过程的相关联过程工具的校正值(称为“可校正值”)。
[0060]如遍及本发明所使用，术语“可校正值”大体指可用以校正光刻工具或扫描仪工具的对准以相对于重叠性能改进对后续光刻图案化的控制的数据。在一般意义上，可校正值通过提供反馈及前馈以改进过程工具对准而允许在预定义合意的限度内进行晶片过程。
[0061]如遍及本发明所使用，术语“度量衡情境”指度量衡工具与度量衡目标的特定组合。然而，在给定度量衡情境内，存在可在其下执行度量衡测量的广泛的可能度量衡设置。
[0062]如遍及本发明所使用，术语“晶片”大体指由半导体或非半导体材料形成的衬底。举例来说，半导体或非半导体材料包含但不限于单晶硅、砷化镓及磷化铟。晶片可包含一个或一个以上层。举例来说，此些层可包含但不限于抗蚀剂、电介质材料、导电材料及半导电材料。许多不同类型的此些层为此项技术中已知的，且如本文中所使用的术语晶片打算涵盖可在其上形成所有类型的此些层的晶片。
[0063]典型半导体过程包含按批进行的晶片处理。如本文中所使用，一“批”为共同处理的晶片的群组(例如25个晶片的群组)。所述批中的每一晶片由来自光刻过程工具(例如，步进机、扫描仪等)的许多曝光场组成。在每一场内可存在多个裸片。裸片为最终变成单个芯片的功能单元。在产品晶片上，重叠度量衡目标通常放置于划线区中(举例来说，在场的4个拐角中)。此为通常无围绕曝光场的外围(及裸片外部)的电路的区域。在一些例子中，将重叠目标放置于为裸片间而非场的外围处的区域的道路中。将重叠目标放置于产品晶片上于主要裸片区内是相当罕见的，因为电路迫切需要此区。然而，工程及特性化晶片(非产品晶片)通常遍及其中不涉及此些限制的场的中心具有许多重叠目标。
[0064]形成于晶片上的一个或一个以上层可经图案化或未经图案化。举例来说，晶片可包含多个裸片，每一裸片具有可重复的经图案化特征。此些材料层的形成及处理可最终产生完整装置。许多不同类型的装置可形成于晶片上，且如本文中所使用的术语晶片打算涵盖在其上制作此项技术中已知的任何类型的装置的晶片。
[0065]图1A及IB图解说明对称度量衡及不对称度量衡目标的截面图。认识到，图1A及IB的度量衡目标可包含第一层(例如，过程层)目标结构及第二层(例如，抗蚀剂层)目标结构。举例来说，如图1A中所展示，重叠度量衡目标100可包含过程层结构104及对应抗蚀剂层目标结构102。此外，由于度量衡目标100的对称性质，因此与第一层(例如，过程层)目标104及第二层(例如，抗蚀剂层)目标相关联的重叠106被良好界定102。如此，在理想化度量衡目标100的对应重叠度量衡测量中不存在模糊性。相比之下，图1B图解说明包含具有不对称度的目标结构112的非理想度量衡目标110。在此意义上，目标110包含对称过程层目标结构114及不对称抗蚀剂层目标结构112。抗蚀剂层目标结构112中的不对称性是由于目标结构112的壁角116a与116b不相等(S卩，左壁角116a为90°且右壁角116b不等于90° )而形成的。因此，目标110的过程层结构114具有良好界定的对称中心，而目标110的抗蚀剂层结构112缺乏良好界定的对称中心。两个层之间的此对称性差异继而形成抗蚀剂层结构112中的几何模糊性。举例来说，相对于抗蚀剂层结构112的顶部118a界定的重叠不同于相对于抗蚀剂层结构112的底部118b界定的重叠。与不对称抗蚀剂层结构112相关联的此模糊性继而形成并非良好界定的重叠116。进一步注意到，如果给定度量衡测量工具对重叠标记不对称性敏感，那么不对称性(例如图1B中所描绘的所述不对称性)的存在可导致所测量信号中的增强的不对称性，从而导致重叠测量不准确度。
[0066]此项技术中已知，度量衡工具设置可影响度量衡测量的结果。如此，所测量重叠并非仅由属于论述中的层的结构之间的偏移界定。借助于第一实例，当选择不同的测量焦点平面时，测量结果可系统地变化。借助于第二实例，当在测量中利用不同照明光谱时，测量的结果也可系统地(即，随着照明选择非随机地)变化。这些效应可归因于至少两个来源。第一来源与度量衡目标本身相关。举例来说，如图2中所展示，如果目标轮廓为不对称的，那么度量衡系统的焦点平面的偏移将导致度量衡结果的明显横向偏移。以此方式，与第一焦距Fl相关联的照明可与顶部层目标结构202的顶部表面强烈相互作用，而具有焦距F2的照明可在顶部层目标结构202的底部表面处强烈相互作用。因此，顶部结构202与底部结构204之间的重叠测量206可包含对应重叠模糊性208。
[0067]替代地，如图3中所展示，如果存在具有光谱相依吸收特性的层(例如但不限于与隐埋层中的不对称目标结构组合的多晶硅或碳硬掩模)，那么所测量重叠可随照明光谱而变。以此方式，取决于讨论中的特定材料及入射照明，与第一波长相关联的照明可仅穿透材料层到第一深度(dA1)，其中第二波长的照明可穿透到另一深度(dA2)。由于此差异，因此不同照明将以不同方式与底部层的目标结构304相互作用。如此，顶部结构302与底部结构304之间的重叠测量306可包含对应重叠模糊性308。如本文中所进一步更详细地论述，本发明的一个方面提供一种适合于识别优化或至少改进重叠测量结果的测量配方的所述组参数的系统及方法。
[0068]注意到，即使度量衡系统是名义上完美的且不诱发度量衡结果的工具诱发的移位或任何其它形式的系统性偏置，这些模糊性仍存在。散射测量度量衡中特别重要的额外目标相关特性与通常对度量衡目标内的不止单个单元执行度量衡的事实相关。还通过本文中所描述的方法估计关联于此单元与单元变化性的度量衡模糊性。照明不对称性的来源可包含但不限于:i)先前层及当前层两者的侧壁角不对称性；ii)当前层与先前层的高度差；iii)所测量层与其下方的层之间的中间层之间的高度差；iv)因局部缺陷而引起的变化。
[0069]以下说明是对不对称性诱发的重叠准确度的理论解释。在基于成像的重叠度量衡的情形中，所收集图像的对应于具有不对称性的目标层的部分可书写为:..2
【权利要求】
1.一种用于提供适合于改进半导体晶片制作中的过程控制的质量度量的计算机实施的方法，其包括以下过程: 从跨越一批晶片中的一晶片的一个或一个以上场分布的多个度量衡目标获取多个重叠度量衡测量信号，每一重叠度量衡测量信号与所述多个度量衡目标中的一度量衡目标对应，所述多个重叠度量衡测量信号是利用第一测量配方获取的； 通过对所述多个重叠度量衡测量信号中的每一者应用多个重叠算法而确定每一重叠度量衡测量信号的多个重叠估计，每一重叠估计是利用所述重叠算法中的一者确定的； 通过利用所述多个重叠估计产生来自所述多个度量衡目标的所述多个重叠度量衡测量信号中的每一者的重叠估计分布而产生多个重叠估计分布；及 利用所述所产生的多个重叠估计分布产生第一多个质量度量，其中每一质量度量与所述所产生的多个重叠估计分布中的一个重叠估计分布对应，每一质量度量为对应的所产生重叠估计分布的宽度的函数，每一质量度量进一步为存在于来自相关联度量衡目标的重叠度量衡测量信号中的不对称性的函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中从跨越一批晶片中的一晶片的一个或一个以上场分布的多个度量衡目标获取多个重叠度量衡测量信号包括: 对跨越一批晶片中的一晶片的一 个或一个以上场分布的多个度量衡目标执行重叠度量衡测量。
3.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括: 对所述所获取的多个重叠度量衡测量信号中的至少一些重叠度量衡测量信号执行工具诱发的移位TIS校正过程。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个所产生的质量度量中的每一者经配置以从具有实质上对称目标结构的度量衡目标识别重叠偏差。
5.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括: 从针对所述多个度量衡目标所产生的所述多个质量度量的分布沿着至少一个方向识别所述多个度量衡目标中的具有大于选定离群值水平的质量度量的一个或一个以上度量衡目标； 确定多个经校正度量衡目标，其中所述多个经校正度量衡目标从所述多个度量衡目标排除具有偏离超过选定离群值水平的质量度量的所述经识别的一个或一个以上度量衡目标；及 利用所述所确定的多个经校正度量衡目标计算一组可校正值。
6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括: 将所述组可校正值传输到一个或一个以上过程工具。
7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括: 从跨越所述批晶片中的所述晶片的所述一个或一个以上场分布的所述多个度量衡目标获取至少额外多个重叠度量衡测量信号，所述至少额外多个重叠度量衡测量信号中的每一重叠度量衡测量信号与所述多个度量衡目标中的一度量衡目标对应，所述至少额外多个重叠度量衡测量信号是利用至少额外测量配方获取的； 通过对所述至少额外多个测量信号中的每一重叠测量信号应用所述多个重叠算法而确定所述至少额外多个重叠测量信号中的每一者的至少额外多个重叠估计，所述至少额外多个重叠估计中的每一者是利用所述重叠算法中的一者确定的； 通过利用所述多个重叠估计产生来自所述多个度量衡目标的所述至少额外多个重叠测量信号中的每一者的重叠估计分布而产生至少额外多个重叠估计分布；及 利用所述所产生的至少额外多个重叠估计分布产生至少额外多个质量度量，其中所述至少额外多个质量度量中的每一质量度量与所述所产生的至少额外多个重叠估计分布中的一个重叠估计分布对应，所述至少额外多个质量度量中的每一质量度量为所述至少额外多个重叠估计分布中的对应的所产生重叠估计分布的宽度的函数； 通过将关联于所述第一测量配方的所述第一多个质量度量的分布与关联于所述至少一个额外测量配方的所述至少额外多个质量度量的分布进行比较而确定过程测量配方。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述通过将关联于所述第一测量配方的所述第一多个质量度量的分布与关联于所述至少一个额外测量配方的所述至少额外多个质量度量的分布进行比较而确定过程测量配方包括: 通过将关联于所述第一测量配方的所述第一多个质量度量的分布与关联于所述至少一个额外测量配方的所述至少额外多个质量度量的分布进行比较而确定最优测量配方，所述最优测量配方与所述第一多个度量的多个质量度量相关联且所述至少额外多个度量在至少一个方向上具有实质上最小分布。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述第一测量配方或所述至少额外测量配方中的至少一者包括: 照明波长、滤波器配置、照明方向、焦点位置或偏振配置中的至少一者。
10.一种用于确定适合于改进半导体晶片制作过程中的过程控制的质量度量的计算机实施的方法: 从一批晶片中的一晶片的一个或一个以上场的一个或一个以上度量衡目标获取度量衡测量信号； 通过对所述所获取的度量衡测量信号应用多个重叠算法而确定多个重叠估计，每一重叠估计是利用所述重叠算法中的一者确定的； 利用所述多个重叠估计产生重叠估计分布；及 利用所述所产生的重叠估计分布产生所述一个或一个以上度量衡目标的质量度量，所述质量度量为所述所产生的重叠估计分布的宽度的函数，所述质量度量针对不对称重叠测量信号被配置为非零，所述质量度量为所述所产生的重叠估计分布的宽度的函数，所述质量度量进一步为存在于从相关联度量衡目标获取的所述度量衡测量信号中的不对称性的函数。
11.一种用于提供一组过程工具可校正值的计算机实施的方法，其包括: 获取跨越一批晶片中的一晶片的一个或一个以上场分布的多个度量衡目标中的每一度量衡目标的重叠度量衡结果； 获取与每一所获取的重叠度量衡结果相关联的质量度量； 利用每一度量衡目标的所述所获取的重叠度量衡结果及所述相关联质量度量结果来确定所述多个度量衡目标的多个经修改重叠值，其中经修改重叠函数为至少一个材料参数因数的函数； 产生多个材料参数因数的过程工具可校正值函数及与所述过程工具可校正值函数对应的一组残差； 确定所述材料参数因数的适合于使所述组残差至少实质上最小化的值；及 确定与所述组至少实质上最小化的残差相关联的一组过程可校正值。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述获取与每一所获取的重叠度量衡结果相关联的质量度量包括: 利用质量度量产生过程产生每一所获取的重叠度量衡结果的质量度量。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述获取跨越一批晶片中的一晶片的一个或一个以上场分布的多个度量衡目标中的每一度量衡目标的重叠度量衡结果包括: 对跨越一批晶片中的一晶片的一个或一个以上场分布的多个度量衡目标中的每一度量衡目标执行重叠测量。
14.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括: 将与所述组至少实质上最小化的残差相关联的所述组过程工具可校正值传输到一个或一个以上过程工具。
15.根据权利要 求11所述的方法，其进一步包括: 对所述所获取的多个重叠度量衡测量信号中的至少一些重叠度量衡测量信号执行工具诱发的移位TIS校正过程。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述经修改重叠函数为至少一个材料参数因数的线性函数。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述经修改重叠函数为照明波长、焦点位置、照明方向、偏振配置或滤波器配置中的至少一者的函数。
18.一种用于识别过程工具可校正值的变化的计算机实施的方法，其包括: 获取跨越一批晶片中的一晶片的一个或一个以上场分布的多个度量衡目标中的每一度量衡目标的重叠度量衡结果；获取与每一所获取的重叠度量衡结果相关联的质量度量； 利用每一度量衡目标的所述所获取的重叠度量衡结果及质量函数确定所述多个度量衡目标的多个经修改重叠值，所述质量函数为每一度量衡目标的所述所获取的质量度量的函数； 通过利用所述多个经修改重叠值确定用于对所述多个度量衡目标的所述所获取的重叠度量衡结果及所述相关联质量度量的多个随机选定取样中的每一者的一组过程工具可校正值而产生多个组的过程工具可校正值，其中所述随机取样中的每一者具有相同大小；及 识别所述多个组的过程工具可校正值的变化。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述获取与每一所获取的重叠度量衡结果相关联的质量度量包括: 利用质量度量产生过程产生每一所获取的重叠度量衡结果的质量度量。
20.根据权利要求18所述的方法，其中所述获取跨越一批晶片中的一晶片的一个或一个以上场分布的多个度量衡目标中的每一度量衡目标的重叠度量衡结果包括: 对跨越一批晶片中的一晶片的一个或一个以上场分布的多个度量衡目标中的每一度量衡目标执行重叠测量。
21.一种用于产生度量衡取样计划的计算机实施的方法，其包括:从跨越一批晶片中的一晶片的一个或一个以上场分布的多个度量衡目标获取多个重叠度量衡测量信号，每一重叠度量衡测量信号与所述多个度量衡目标中的一度量衡目标对应； 通过对所述多个重叠度量衡测量信号中的每一者应用多个重叠算法而确定每一重叠度量衡测量信号的多个重叠估计，每一重叠估计是利用所述重叠算法中的一者确定的； 通过利用所述多个重叠估计产生来自所述多个度量衡目标的所述多个重叠度量衡测量信号中的每一者的重叠估计分布而产生多个重叠估计分布； 利用所述所产生的多个重叠估计分布产生第一多个质量度量，其中每一质量度量与所述所产生的多个重叠估计分布中的一个重叠估计分布对应，每一质量度量进一步为存在于来自相关联度量衡目标的重叠度量衡测量信号中的不对称性的函数；及 利用所述多个度量衡目标的所述所产生的第一多个质量度量产生一个或一个以上度量衡取样计划。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述利用所述多个度量衡目标的所述所产生的第一多个质量度量产生一个或一个以上度量衡取样计划包括: 利用所述多个度量衡目标的所述所产生的第一多个质量度量产生一个或一个以上度量衡取样计划以识别一个或一个以上低质量目标，其中从所述所产生的一个或一个以上度量衡取样计划排除所述一个或一个以上低质量目标。
23.根据权利要求21所述的方法，其中所述利用所述多个度量衡目标的所述所产生的第一多个质量度量产生一个或一个以上度量衡取样计划包括: 利用所述多个度量衡目标的所述所产生的第一多个质量度量产生一个或一个以上度量衡取样计划以识别所述晶片的一个或一个以上低质量目标，其中从所述所产生的一个或一个以上度量衡取样计划排除所述一个或一个以上低质量目标且利用接近于所述一个或一个以上低质量目标定位的一个或一个以上额外度量衡目标来替换所述一个或一个以上低质量目标。
24.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括: 利用所述第一多个质量度量识别所述晶片的多个质量分区，所述质量分区中的每一者包含具有实质上类似质量水平的多个度量衡目标。
25.根据权利要求24所述的方法，其中跨越所述晶片的一个或一个以上位置处的度量衡取样率由所述多个质量分区中的每一者定义。
26.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括: 利用所述所产生的取样计划对后续晶片执行一个或一个以上度量衡测量。
27.一种用于提供过程签名映射的计算机实施的方法，其包括 : 在光罩上形成多个代理目标； 在晶片上形成多个装置相关目标； 通过将在光刻过程之后及在所述晶片的第一蚀刻过程之前从所述多个代理目标获取的第一组度量衡结果与在所述晶片的所述第一蚀刻过程之后从所述多个代理目标获取的至少第二组度量衡结果进行比较而确定随跨越所述晶片的位置而变的第一过程签名； 使所述第一过程签名与特定过程路径相关； 通过对所述晶片的所述多个装置相关目标执行第一组度量衡测量而测量在所述第一蚀刻过程之后的装置相关偏置，所述装置相关偏置为度量衡结构与所述晶片的装置之间的偏置; 确定所述晶片的每一额外过程层及每一额外非光刻过程路径的随跨越所述晶片的位置而变的额外蚀刻签名； 测量在所述晶片的每一额外过程层及每一额外非光刻过程路径之后的额外装置相关偏置；及 利用所述所确定的第一蚀刻签名及所述额外蚀刻签名中的每一者以及所述第一所测量装置相关偏置及每一额外装置相关偏置产生过程签名映射数据库。
28.根据权利要求27所述的方法，其中所述将在光刻过程之后及在所述晶片的第一蚀刻过程之前从所述多个代理目标获取的第一组度量衡结果与在所述晶片的所述第一蚀刻过程之后从所述多个代理目标获取的至少第二组度量衡结果进行比较包括: 确定在光刻过程之后及在所述晶片的第一蚀刻过程之前从所述多个代理目标获取的第一组度量衡结果与在所述晶片的所述第一蚀刻过程之后从所述多个代理目标获取的至少第二组度量衡结果之间的差。
29.根据权利要求27所述的方法，其中通过在光刻过程之后对所述多个代理目标执行第一组度量衡测量而在光刻过程之后获取来自所述多个代理目标的所述第一组度量衡结果O
30.根据权利要求27所述的方法，其中通过在所述晶片的所述第一蚀刻过程之后对所述多个代理目标执行至少第二组度量衡测量而在所述晶片的所述第一蚀刻过程之后获取来自所述多个代理目标的所述至少第二组度量衡结果。
31.根据权利要求27所述的方法，其中利用一个或一个以上重叠度量衡过程获取来自所述多个代理目标的所述第一组度量衡结果或来自所述多个代理目标的所述至少第二组度量衡结果中的至少一者。
32.根据权利要求27所述的方法，其中所述通过对所述晶片的所述多个装置相关目标执行第一组度量衡测量而测量在所述第一蚀刻过程之后的装置相关偏置包括: 通过对所述晶片的所述多个装置相关目标执行第一组度量衡测量而测量在所述第一蚀刻过程之后的装置相关偏置，所述第一组度量衡测量是利用基于CD-SEM的度量衡系统或基于AFM的度量衡系统中的至少一者执行的。
33.根据权利要求27所述的方法,其中所述光罩为测试光罩或产品光罩中的至少一者。
34.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括: 利用所述所产生的过程签名映射数据库操作先进过程控制回路。
35.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括: 产生一组过程签名映射可校正值。
36.一种用于提供适合于改进半导体晶片制作中的过程控制的质量度量的系统，其包括以下过程: 度量衡系统经配置以从跨越一批晶片中的一晶片的一个或一个以上场分布的多个度量衡目标获取多个重叠度量衡测量信号，每一重叠度量衡测量信号与所述多个度量衡目标中的一度量衡目标对应，所述多个重叠度量衡测量信号是利用第一测量配方获取的；及计算系统经配置以: 通过对所述多个重叠度量衡测量信号中的每一者应用多个重叠算法而确定每一重叠度量衡测量信号的多个重叠估计，每一重叠估计是利用所述重叠算法中的一者确定的； 通过利用所述多个重叠估计产生来自所述多个度量衡目标的所述多个重叠度量衡测量信号中的每一者的重叠估计分布而产生多个重叠估计分布；及 利用所述所产生的多个重叠估计分布产生第一多个质量度量，其中每一质量度量与所述所产生的多个重叠估计分布中的一个重叠估计分布对应，每一质量度量为对应的所产生重叠估计分布的宽度的函数，每一质量度量进一步为存在于来自相关联度量衡目标的重叠度量衡测量信号中的不对称性的函数。
37.根据权利要求36所述的系统，其中所述计算系统进一步经配置以利用所述所产生的第一多个质量度量来识别一个或一个以上离群值度量衡目标。
38.根据权利要求36所述的系统，其中所述计算系统进一步经配置以利用所述所产生的第一多个质量度量来确定最优重叠测量配方。
39.根据权利要求36所述的系统，其中所述计算系统进一步经配置以利用所述所产生的第一多个质量度量来产生一个或一个以上过程工具可校正值。
40.根据权利要求36所述的系统，其中所述计算系统进一步经配置以利用所述所产生的第一多个质量度量来产生一个或一个以上取样计划。
41.根据权利要求36所述的系统，其中所述计算系统进一步经配置以产生过程签名映射数据库。`
【文档编号】G01N37/00GK103582819SQ201280024889
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年4月4日 优先权日:2011年4月6日
【发明者】丹尼尔·坎德尔, 盖伊·科恩, 达纳·克莱因, 弗拉基米尔·莱温斯基, 诺姆·沙皮恩, 亚历克斯·舒尔曼, 弗拉基米尔·卡曼尼特斯基, 依兰·阿米特, 伊莉娜·艾克斯坦 申请人:科磊股份有限公司