检查方法及设备与光刻设备及器件制造方法

专利名称：检查方法及设备与光刻设备及器件制造方法
技术领域：
本发明涉及一种检査方法，可用于通过光刻技术制造器件，还涉及 一种使用光刻技术制造器件的方法。
背景技术：
光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上(通常到所述衬底的目标
部分上)的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(ic)的制造中。
在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩膜板(reticle)的构图装置用 于在所述IC的单层上产生待形成的电路图案。可以将该图案转移到衬底
(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或几个管芯的部分)。 典型地，经由成像将所述图案转移到在所述衬底上设置的辐射敏感材料
(抗蚀剂)层上。通常，单独的衬底将包含连续形成图案的相邻目标部 分的网络。公知的光刻设备包括步进机，在所述步进机中，通过将全 部图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；以及扫描器， 在所述扫描器中，通过沿给定方向("扫描"方向)的辐射束扫描所述图 案、同时沿与该方向平行或反向平行地扫描所述衬底来辐射每一个目标 部分。还可以通过将所述图案压印(imprinting)到所述衬底上，将所 述图案从所述构图装置转移到所述衬底上。
为了监测光刻工艺，需要测量己构图衬底的参数，例如在所述衬底 中或所述衬底上形成的连续层之间的叠加误差。存在多种技术用于测量 在光刻工艺中形成的精微结构，包括使用扫描电子显微镜和各种检查工 具。检查工具的一种形式是散射仪，在所述散射仪中将辐射束导引到衬 底表面的目标上，并且测量被散射或反射的束的性质。通过对被衬底反 射前后的束的性质进行比较，可以确定衬底的性质。例如，这可以通过 将反射束与在与公知衬底性质相关联的公知测量库中尺寸的数据相比较
来实现。两种主要类型的散射仪是公知的。分光镜散射仪将宽带辐射束 导引到衬底上，并且对散射到特定窄角度范围中的辐射的光谱(强度作 为波长的函数)进行测量。角度分解的散射仪使用单色辐射束，并且测 量被散射的辐射强度作为角度的函数。主要分量分析是用于从散射测量 数据中获得例如焦距、剂量、和任意对比信息的公知方法，而无需待测 量目标的计算密集的重构。这是通过将目标校准阵列按照不同的剂量、 焦距和任意对比值印刷到测试衬底上。然后对阵列中的每一个目标执行 散射测量。然后将所述测量结果分解为一组正交的基本函数(公知为主 要分量函数)，所述正交的基本函数依赖于所使用的目标图案和系数值 (公知为基本分量值)。然后可以将统计技术用于建立额定焦距、剂量和 任意对比值之间的关系，用于印刷目标和基本分量值。为了得出针对生 产指标中印刷的目标的焦距、剂量和任意对比值，只需要进行散射测量， 确定主要分量值并且应用所得到的关系。可以在美国专利申请公开
No. 2005/0185174 Al中发现该技术进一步的细节，将其全部合并在此作 为参考。
主要分量值、焦距和对比值之间的关系依赖于目标下面的结构。因 此，必须在制造工艺中测量的目标的每一个层中测量和印刷校准阵列， 在不同层或工艺中不可以再次使用的一个工艺中的一个层的关系。
基本分量分析技术的限制在于校准衬底和测量衬底之间的下面结 构中的非故意变化(例如层厚变化)可以导致显著的误差。

发明内容
本发明提出一种根据对于下面结构的变化不敏感的目标结构确定 散射测量数据参数的方法。
根据本发明的实施例， 一种对已经通过光刻工艺将目标图案印刷到 衬底上的光刻工艺的参数进行测量的方法包括将基准图案的图像投影 到校准衬底的辐射敏感层上多次，以通过所述光刻工艺形成多个校准图 案，其中将不同的参数值用于形成不同的校准图案，并且基准图案包括 对于参数值变化具有不同敏感度的第一和第二部分；将辐射检查束导引 到校准图案上，并且测量从所述校准图案上反射或散射的辐射束以获得
针对每一个校准图案的每一个部分的测量结果；从针对每一个校准图案
的第二部分的测量结果中减去针对每一个校准图案的第一部分的测量结
果，以获得多个微分测量结果；将每一个微分测量结果分解为一组基本 函数和相关联的系数，并且获得系数值和参数值之间的关系；将基准图 案的图像投影到衬底的辐射敏感层上以形成目标图案，其中用于形成目 标图案的参数值是未知的；将輻射检查束导引到目标图案上，并且测量 从目标图案上反射或散射的辐射，以获得针对目标部分的每一个部分的 目标测量结果；从针对目标图案的第二部分的目标测量结果中减去针对 目标图案的第一部分的目标测量结果，以获得目标微分测量结果；将目 标微分测量结果分解为一组系数与多个基本函数相乘，并且使用系数值 和参数值之间的关系以确定用于形成目标图案的参数值。
根据本发明实施例， 一种获得校准函数的方法，所述校准函数用于 对已经通过光刻工艺将目标图案印刷到衬底上的光刻工艺参数进行测 量，所述方法包括将基准图案的图像投影到校准衬底的辐射敏感层上 多次，以通过所述光刻工艺形成多个校准图案，其中将不同的参数值用 于形成不同的校准图案，并且基准图案包括对于参数值变化具有不同敏 感度的第一和第二部分；将辐射检查束导引到校准图案上，并且测量从 所述校准图案上反射或散射的辐射束以获得针对每一个校准图案的每一 个部分的测量结果；从针对每一个校准图案的第二部分的测量结果中减 去针对每一个校准图案的第一部分的测量结果以获得多个微分测量结 果；将每一个微分测量结果分解为一组基本函数和相关联的系数，并且 获得系数值和参数值之间的关系作为校准函数。
根据本发明实施例， 一种对已经通过光刻工艺将目标图案印刷到衬 底上的光刻工艺参数进行测量的方法，其中基准图案包括对于参数值的 变化具有不同敏感度的第一和第二部分，所述方法包括将辐射的检查 束投影到目标图案上，并且测量从所述校准图案上反射或散射的辐射束 以获得针对目标图案的每一个部分的测量结果；从针对目标图案的第二 部分的测量结果中减去针对目标图案的第一部分的测量结果以获得目标 微分测量结果；将每一个目标微分测量结果分解为一组基本函数和相关 联的系数，并且使用表示系数值和参数值之间关系的校准函数来确定用
于形成目标图案的参数值。
根据本发明实施例，器件制造方法包括使用光刻工艺将器件图案 和基准图案的图像投影到衬底的辐射敏感层上以形成包括器件结构和目 标图案的器件，其中基准图案包括对于光刻工艺的参数值变化具有不同 敏感度的第一和第二部分；将辐射检査束导引到目标图案上，并且测量 从所述目标图案上反射或散射的辐射，以获得针对目标图案的每一个部 分的目标测量结果；从针对目标图案的第二部分的目标测量结果中减去 针对目标图案的第一部分的目标测量结果，以获得目标微分测量结果； 将目标微分测量结果分解为一组系数与多个基本函数相乘，并且使用表 示系数值和参数值之间关系的校准函数来确定用于形成目标图案的参数 值。
根据本发明实施例， 一种检查通过光刻工艺制造的器件层以确定光 刻工艺参数值的方法包括在器件层中包括目标图案，所述目标图案包 括对于参数具有不同敏感度的两个部分；使用散射仪来获得这两个部分 的散射测量谱；从这两个散射测量谱中获得差异光谱；将回归分析应用 于差异光谱以获得至少一个系数；使用校准函数从系数得到参数值，所 述校准函数是通过使用参数的多个差异值来印刷目标图案的副本并且将 回归分析应用于从目标图案的副本获得的差异光谱而获得的。
根据本发明实施例， 一种检査设备，被配置用于确定用于制造衬底 上的器件层的光刻工艺的参数值，其中所述器件层包括基准图案，所述 基准图案包括对于参数值变化具有不同敏感度的第一和第二部分，所述 检查设备包括照射光学系统，被配置用于将辐射的检查束导引到基准 图案的每一个部分上；投影光学系统，被配置用于将由基准图案的每一 个部分反射或散射的辐射投影到检测器上以获得这两个部分的散射光 谱；光谱减法器，被配置用于从两个散射光谱中获得差异光谱；分析器， 被配置用于将回归分析应用于差异光谱以获得至少一个系数；存储器， 存储校准函数，所述校准函数是通过使用多个不同参数值、并且将回归 分析应用于从目标图案的副本获得的差异光谱来印刷目标图案的副本而 获得的；以及计算器，被配置用于使用所述系数和所述校准函数来计算 参数值。


现在将仅作为示例并且参考示意性附图描述本发明实施例，图中相 应的附图标记表示相应的部分，并且其中
图la示出了根据本发明实施例的光刻设备；
图lb示出了根据本发明实施例的光刻单元或光刻组件；
图2示出了可以用于本发明的第一散射仪；
图3示出了可以用于本发明的第二散射仪；
图4示出了在根据本发明实施例的方法中印刷到衬底上的校准矩
阵；
图5示出了在根据本发明实施例的方法中印刷到产品衬底上的目
标；
图6示出了根据本发明实施例的检查工具； 图7是根据本发明实施例的方法的流程图8示出了在根据本发明实施例的方法示例中使用的测试图案； 图9示出了可以在图8的示例中使用的测试图案的可变的尺寸；以
及
图10至图12示出了图8的示例中的仿真测试结果。
具体实施例方式
图la示意性地示出了光刻设备。所述设备包括照射系统(照射器) IL，被配置用于调节辐射束B (例如UV辐射或EUV辐射)。支架(例如掩模 台)MT，被配置用于支撑构图装置(例如掩模)MA，并且与第一定位器 PM相连，所述第一定位器PM被配置用于根据确定的参数对构图装置进行 精确地定位。衬底台(例如，晶片台)WT被配置用于保持衬底(例如， 涂有抗蚀剂的晶片)W，并且与第二定位器PW相连，所述第二定位器PM 被配置用于根据确定的参数对所述衬底进行精确地定位。投影系统(例 如，折射式投影透镜系统)PL，被配置用于通过构图装置MA将被赋予所 述辐射束B的图案投影到所述衬底W的目标部分C (例如，包括一个或更多 管芯)上。 所述照射系统可以包括各种类型的光学部件，例如折射型、反射型、 磁性型、电磁型、静电型或其他类型的光学部件、或其任意组合，用于 导引、整形、和/或控制辐射。
所述支架支撑(例如负担)所述构图装置的重量。所述支架按照依 赖于所述构图装置的方位、所述光刻设备的设计、以及其他条件的方式 (例如，是否将构图装置支持在真空环境中)来支持所述构图装置。所 述支撑结构可以使用机械、真空、静电、或其他钳技术以支持所述构图 装置。所述支架可以是框架或台子，例如，可以如所需的固定或是可移 动的。所述支架可以确保所述构图装置处于所需位置，例如相对于所述 投影系统。这里的术语"掩膜板"或"掩模"的任何使用可以认为与更 通用的术语"构图装置"同义。
应该将这里使用的术语"构图装置"解释为能够在横截面方向对辐 射束赋予以图案、以便在所述衬底的目标部分中创建图案的任意装置。 应该注意的是，被赋予所述辐射束的所述图案可能不完全地与所述衬底 的目标部分中的所需图案相对应，例如，如果所述图案包括相移特征或 所谓的辅助特征。通常，被赋予所述辐射束的所述图案与在所述目标部 分中创建的装置中的具体功能层相对应，例如集成电路。
所述构图装置可以是透射的或是反射的。构图装置的示例包括掩 模、可编程反射镜阵列、和可编程LCD面板。掩模在光刻中是众所周知 的，并且包括诸如二元掩模类型、交替相移掩模类型、衰减相移掩模类 型和各种混合掩模类型之类的掩模类型。可编程反射镜阵列的示例采用 小反射镜的矩阵排列，可以独立地倾斜每一个小反射镜，以便沿不同方 向反射入射辐射。所述倾斜的反射镜赋予由所述反射镜矩阵反射的辐射 束中的图案。
应该将这里使用的术语"投影系统"广泛地解释为包括任意类型的 投影系统，包括折射型、反射型、反射折射型、磁性型、电磁型和静电 型光学系统、或其任意组合，如针对所使用的曝光辐射所希望的、或针 对诸如使用浸没式液体或使用真空之类的其他因素所希望的。这里任意 使用的术语"投影透镜"可以认为是与更一般的术语"投影系统"同义。
如这里所示的，所述设备是透射型的(例如，采用透射掩模)。替
代地，所述设备可以是反射型的(例如，釆用如上所述类型的可编程反 射镜阵列，或采用反射掩模)。
所述光刻设备可以是具有两个(双台)更多衬底台(和/或两个或 更多掩模台)的类型。在这种"多台"机器中，可以并行地使用附加的 台，或可以在一个或更多台上执行预备步骤，而可以将一个或更多其他 台用于曝光。
所述光刻设备还可以是这样的类型其中，所述衬底的至少一部分 可以用具有相对较高折射率的液体(例如，水)覆盖，以便填充所述投 影系统和所述衬底之间的空隙。还可以将浸没液体应用到所述光刻设备 的其他空隙，例如所述掩模和所述投影系统之间。浸没技术是本领域的 公知技术，用于增加投影系统的数值孔径。如这里使用的术语"浸没"
(immersion)并不意味着必须将诸如衬底之类的结构浸没到液体中，而是
仅意味着在曝光期间液体位于所述投影系统和所述衬底之间。
参考图la，照射器IL从辐射源SO接收辐射束。所述源和所述光刻
设备可以是分立的实体，例如，当所述源是受激准分子激光器时。在这 种情况下，不会认为所述源形成所述光刻设备的一部分，并且通过包括 例如合适的引导镜和/或分束器的束传递系统BD的帮助，将所述辐射从 所述源S0传到所述辐射器IL。在其他情况下，所述源可以是所述光刻 设备的必要部分，例如所述源是汞灯时。可以将所述源S0和所述辐射器 IL、以及如果需要时的所述束传递系统BD —起称作辐射系统。
所述辐射器IL可以包括调节器AD，用于调节所述辐射束的角强度 分布。通常，可以对所述辅射器的光瞳面中的强度分布的至少所述外部 和/或内部的径向范围(一般分别称为cr-外部和c7-内部)进行调节。此 外，所述辐射器IL可以包括各种其他部件，例如积分器IN和聚光器C0。 可以将所述辐射器用于调节所述辐射束，以在其横截面中具有所需的均 匀性和强度分布。
所述辐射束B入射到保持在所述支架(例如，掩模台MT)的所述构 图装置(例如，掩模MA)上，并且通过所述构图装置来形成图案。已经 横穿所述掩模MA之后，所述辐射束B通过所述投影系统PS，所述PS将 所述束聚焦到所述衬底W的目标部分C上。通过第二定位器PW和定位传感器IF (例如，干涉仪装置、线性编码器或电容传感器)的帮助，可以精确地移动所述衬底台WT，例如以便定位于所述辐射束B的光程中的不 同目标部分C。类似地，例如在来自掩模库的机械修补之后或在扫描期 间，可以将所述第一定位器PM和另一个定位传感器(图1中未明确示出) 用于将所述掩模MA相对于所述辐射束B的光程精确地定位。通常，可以 通过形成所述第一定位器PM的一部分的长程模块(粗略定位)和短程模 块(精细定位)来实现所述衬底台WT的移动。类似地，可以使用形成所 述第二定位器PW的一部分的长程模块和短程模块来实现所述衬底台WT 的移动。在步进机的情况下(与扫描器相反)，所述掩模台MT可以仅与 短程传动装置相连，或可以是固定的。可以使用掩模对齐标记Ml、 M2 和衬底对齐标记P1、 P2来对齐掩模MA和衬底W。尽管所示的所述衬底 对齐标记占据了专用目标部分，他们可以位于目标部分之间的间隔(这 些公知为划线对齐标记)。类似地，在将多于一个管芯设置在所述掩模 MA上的情况下，所述掩模对齐标记可以位于所述管芯之间。 可以将所述专用设备用于以下模式的至少之一1. 在步进模式中，将所述掩模台MT和所述衬底台WT保持为实质 静止，而将赋予到所述辐射束的整个图案一次投影到目标部分C (即， 单独的静态曝光)。然后将所述衬底台WT沿X和/或Y方向移动，使得可 以对不同目标部分C曝光。在步进模式中，曝光场的最大尺寸限制了在 单独的静态曝光中成像的所述目标部分C的尺寸。2. 在扫描模式中，在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C 的同时，将所述掩模台MT和所述衬底台WT同步地进行扫描(即，单独 地动态曝光)。所述衬底台WT相对于所述掩模台MT的速度和方向可以通 过所述投影系统PS的(缩小)放大率和图像反转特征来确定。在扫描模 式中，曝光场的最大尺寸限制了单独的动态曝光中的所述目标部分的宽 度(沿非扫描方向)，而所述扫描运动的长度确定了所述目标位置的高度(沿所述扫描方向)。3. 在另一个模式中，将所述掩模台MT保持为实质静止地保持可编 程构图装置，并且在将赋予所述辐射束的图案投影到目标部分C的同时， 对所述衬底台WT进行移动或扫描。在这种模式中，通常采用脉冲辐射源，并且在所述衬底台WT的每一次移动之后、或在扫描期间的连续辐射脉冲之间，如所要求的更新所述可编程构图装置。这种模式的操作易于应用 于利用可编程构图装置的无掩模光刻中，例如如上所述类型的可编程反 射镜阵列。也可以采用上述模式的组合和/或变体的模式的使用或完全不同的 模式的使用。如图lb所示，光刻设备LA形成光刻单元LC的一部分，有时也称 为光刻单元或光刻组件，所述光刻设备也包括用于在衬底上执行曝光前 和曝光后工艺的设备。传统地，这些设备包括旋转涂布机SC以沉积抗蚀 剂层、显影机DE以对已曝光的抗蚀剂进行显影、冷凝板CH和烘烤板BK。 衬底输送装置(handler,或者机器人)R0从输入/输出端口 1/01、 1/02 处捡起衬底，将所述衬底在不同的工艺设备之间移动，然后将所述衬底 传递到光刻设备的进料台LB。经常统称为轨迹的这些装置受本身由管理 控制系统SCS控制的轨迹控制单元TCU的控制，所述管理控制系统SCS 还经由光刻控制单元LACU控制光刻设备。因此，可以将不同的设备操作 用于使生产量和处理效率最大化。为了使由光刻设备曝光的衬底正确地并且可靠地进行曝光，理想的 是检查已曝光衬底以测量诸如连续层、线宽度、临界尺寸之间的总误差 之类的性质。如果检测到误差，可以对连续衬底的曝光进行调节，尤其 是如果可以足够迅速和快速地进行该检查，使得仍然对相同批次的其他 衬底进行曝光。同样，可以将已经曝光的衬底剥离或再建，以改善产量 或废品，从而避免在公知为有缺陷的衬底上执行曝光。在只有衬底的一 些目标部分是有缺陷的情况下，可以仅在好的那些目标部分上执行进一 步地曝光。将检查设备用于确定衬底的性质，具体地不同衬底或相同衬底的不 同层的性质如何逐层变化。可以将所述检查设备集成到光刻设备LA或光 刻单元LC中，或者所述检査设备可以是独立装置。为了使能够实现最快 测量，理想的是所述检查设备在曝光之后立即测量已曝光抗蚀剂层中的 性质。然而，抗蚀剂中的潜象(latent image)具有相对较低的对比度， 在己经暴露到辐射的抗蚀剂部分和还没有暴露到辐射的抗蚀剂部分之间
只存在非常小的差别，并且并非全部的检查设备具有足够的敏感度以进行潜象的有益测量。因此，可以在曝光后烘烤步骤(PEB)之后进行所述 测量，所述曝光后烘烤步骤通常是已曝光衬底上执行的第一步骤，并且 增加了抗蚀剂的已曝光部分和未曝光部分之间的对比度。在这一阶段， 可以将抗蚀剂中的图像称为半潜在的。还可以在已经取出了抗蚀剂的已 曝光部分或未曝光部分时、或者在诸如刻蚀之类的图案转移步骤之后进 行已显影抗蚀剂的测量。后一种可能性限制了再建有缺陷衬底的可能性， 但是仍然可以提供有益的信息。图2示出了可以用于本发明中的散射仪。所述散射仪包括将辐射投 影到衬底W上的宽带(白光)辐射投影器2。所反射的辐射通过光分光 计检测器4，所述分光计检测器4测量镜面反射辐射的光谱(即强度作为波长函数的测量)。根据该数据，例如可以通过严格的耦合波分析 (RCWA)和非线性回归、或者通过与如图2的底部所示的仿真光谱库进行比较，对引起被检测光谱的结果或性状进行重构。通常，针对重构的 结构的一般形式是公知的，并且根据据此形成所述结构的工艺知识来假 设一些参数，只留下所述结构的几个参数和根据散射测量数据来确定。 可以将这种散射仪配置为正入射散射仪或斜入射散射仪。可以用于本发明的另一个散射仪如图3所示。在该装置中，使用透 镜系统12将由辐射源2发射的辐射聚焦通过干涉滤波器13和偏振器17 ， 由部分反射表面16进行反射、并且经由具有较高数值孔径(NA)的显微 物透镜15聚焦到衬底W上，优选地所述数值孔径至少为0.9，并且更优 选地至少0. 95。浸没散射仪甚至可以包括具有大于1的数值孔径的透镜。 然后，所反射的辐射传输通过部分反射表面16进入检测器18，以便使 检测到散射光谱。检测器可以位于背投光瞳平面11中，所述光瞳平面 11位于透镜系统15的焦距长度处，然而可以将所述光瞳平面代替地用 辅助光学元件(未示出)再次成像到检测器上。所述光瞳平面是这样一 种平面其中辐射的半径位置限定了入射角度，而角度位置限定了辐射 的方位角。优选地，检测器是二维检测器，使得可以测量衬底目标的二 维角度散射光谱(即强度作为散射角度函数的测量)。例如，检测器18 可以是CCD或CMOS传感器的阵列，并且可以是例如每帧40毫秒的积分时间。例如，经常将基准束用于测量入射束的强度。为此，当辐射束入射 到分束器16上，将所述辐射束的一部分传输通过分束器作为用于基准镜14的基准束。然后将所述基准束投影到相同检测器18的不同部分上。一组干涉滤波器13可用于在所述的405至790nm或者甚至更低的 诸如200至300nm的范围中选择令人感兴趣的波长。该干涉滤波器可以 是可调的，而不是包括一组不同的滤波器。可以将光栅用于代替干涉滤 波器。检测器18可以测量单波长(或窄波长范围)处的散射光强度，所 述强度分离地位于多个波长处或者在波长范围内进行积分。此外，检测 器可以分离地测量横磁偏振光和横电偏振光的强度和/或横磁偏振光和 横电偏振光之间的相位差别。可以使用宽带光源(即具有较宽范围光频率或波长(颜色)的光源), 所述光源给出较大的etendue (径角性或展度)，允许多个波长的混合。 优选地，宽带中的多个波长每一个均具有S入的带宽和至少25X的间距(即 两倍于波长带宽)。几个辐射"源"可以是已经使用光纤束分离的扩展辐 射源的不同部分。按照这种方式，可以在多个波长处并行地测量角度分 解的散射光谱。可以测量比二维光谱包含更多信息的三维(波长和两个 不同的角度)。这允许增加度量学工艺稳定性的更多信息的测量。这在 EP1， 628， 164A中更加详细地描述，将所述文档合并在此作为参考。衬底W上的目标可以是光栅，印刷所述光栅使得显影之后，所述条 由固态抗蚀剂线形成。可以替代地将所述条刻蚀进入衬底中。选择目标 图案对于诸如光刻投影设备中的焦距、剂量、覆盖(overlay)、色差之 类的感兴趣的参数是敏感的，使得相关参数中的变化将表示已印刷的目 标中的变化。尽管在一些环境中可以通过重构已印刷的目标来直接地根据散射 测量数据来计算已印刷目标的相关参数，这总是计算敏感的，并且通常 是不可行的。因此，在使用散射测量的许多方法中，执行校准以得出散 射测量数据和感兴趣参数的不同值之间的经验关系。这就是本发明中所 采取的措施，将在下文中参考图4至图7描述，作为用于根据已印刷目
标的散射测量数据来得出间距和剂量值的示范性方法。可以将本发明应 用于光刻工艺的其他参数，例如按照简单的方式应用于像差。在本发明实施例中，目标图案包括两个部件，当按照感兴趣的理想 参数值进行印刷时，这两个部件实质相同。在所示示例中，这两个部件是光栅G1、 G2，所述光栅具有相同的周期和占空比，但是具有不同的辅 助(或校正)特征。这些在图4的放大部分中更加详细地示出。光栅G1 具有条10和辅助特征11。辅助特征11是亚分辨率的(sub-resolution), 使得他们不会印刷而是被选择以修改条10的焦距和剂量敏感度，使得例 如在对于剂量变化的敏感度降低的同时，条宽对于焦距变化的敏感度增 加，并且优选地实质上消除了所述敏感度。光栅G2也具有条20和辅助 特征21，但是在这种情况下选择辅助特征，以便减小或消除条20的焦 距敏感度，并且增加对于剂量变化的敏感度。确定掩模中两个光栅中的 条和辅助特征尺寸，使得按照预定的焦距和剂量设定，这两个已印刷的 光栅将实际上相同。如图4所示，将包括相邻的光栅Gl和G2的目标图案在校准衬底CW的阵列中印刷多次。将目标图案的每一个不同实例按照焦距和剂量设定 的不同组合进行曝光。这是图7中所示的步骤S1。方便地，将所述实例 配置为使得焦距沿阵列的一个方向(例如x)变化，而剂量沿另一个方 向(y)变化。可将所述光栅称作Gl(i, j)和G2(i， j)，其中i和j分别 是从l至m和n的指数，m和n可以相等也可以不相等。这种布置公知 为焦距-能量矩阵(FEM)。在本发明中，校准镜片可以是裸硅(或者其他 半导体或衬底材料)或者具有己经形成的工艺层。校准衬底上的下面结 构应该近似等于产品衬底的下面结构。所述下面结构理想地与越过校准 阵列的区域类似。在图7中的步骤S2的校准阵列显影之后，将散射仪SM用于测量阵 列中的每一个目标的光谱(步骤S3)。如果散射仪足够敏感，可以省略 显影步骤，或者将显影步骤局限于曝光后烘烤。相反地，可以将本发明 应用于转移到衬底上的图案,使得在这种情况下步骤S2可以包括诸如刻 蚀之类的图案转移步骤。然而应该注意的是，应该与用于校准相同的状 态来在目标上执行产品曝光的测量，以下将进一步地讨论。在步骤S3
中，可以使用诸如上述那些之类的散射仪任意适合形式。每一对光栅G1、 G2提供相应的光谱R1、 R2。如果使用图3中所示 类型的角度分解散射仪，R1和R2将是e和4>的函数，其中9和4) 是光瞳平面11的坐标。因为将Gl和G2设计为使得当用预定参数值印刷 他们时他们实际上相同，在那些值处他们的散射测量光谱将是相同的， 但是将随着参数值而变化，在该示例中为随着焦距和剂量根据预定值而 变化。因此，可以将R1和R2表示如下Ri(e， 40 二 R0(e， d)) + z.Ai(e， 4>) + z2.Bi(e ， 40 + E.ci(e，(1)R2(e, *) 二 R0(e， (b) + Z.A2(9， (10 + Z2.B2(e， 4>) + E.C2(e， 4>)其中RO是预定参数处的反射光谱，并且函数A1、 A2、 Bl、 B2和C1、 C2 描述对于光栅Gl和G2分别由于线性焦距变化、二次焦距变化和剂量变 化导致的光谱变化。尽管在大多数情况下R0强烈地依赖于下面结构，发明人已经确定 在许多情况下函数A1、 A2、 Bl、 B2和C1、 C2只较弱地依赖于下面结构。 取这两个光谱场之间的差别AR =R1 - R2 (3) =Z. (Al - A2) + Z2. (Bl - B2) + E. (Cl - q2) (4)据此可以看出消除了支配性的误差项R0。因此在本发明该实施例 中，在步骤S4中对从每一对光栅中获得的两个光谱相减以提供一组差异 光谱。将差异光谱用作用于主要分量分析的输入首先，对差异光谱进行 分解，并且将其表示为一组合适的基本函数(步骤S5);然后获得焦距 和剂量值与主要分量值之间的关系(步骤S6)。后一函数更加稳定，其 比得自于单独光谱的函数对于下面结构中的变化更不敏感。也可以使用 其他相关回归技术，示例包括非线性主要分量分析、部分最小二乘分析 和非线性部分最小二乘模型。为了进行测量，紧接着是图7中所示的相应工艺。在产品曝光过程 期间，将形式上与校准光栅G1、 G2相同的一对目标光栅TG1、 TG2在步
骤Sll中暴露到衬底上，例如在器件结构DS之间的位置线(scribe line) 中。这两个光栅不需要较大以使能够获得合适的光谱，使得不发生硅衬 底材料(silicon real estate)的过度使用。如果在已显影或半潜在的 图案上执行所述校准，对抗蚀剂进行显影，或者执行曝光后烘烤(步骤 S12)，否则延迟这些步骤。在步骤S13中，将散射仪SM用于从两个光栅TG1、 TG2获得光谱， 并且然后在步骤S14中所这些光谱相减以获得差异光谱。在校准工艺中， 对差异光谱进行主要分量分析将所述差异光谱分解(步骤S15)系数 (主要分量值)，根据所述系数可以通过使用步骤S6中得到的函数来获 得(步骤S16)焦距和剂量值，如图6所示将所述函数存储在数据库DB 中，所述散射仪与所述数据库相连。现在将参考图8至图12描述可以用于根据本发明的方法中的示范 性目标图案，其中图10至图12示出了仿真结果。两个基准图案(一个 正极性和一个负极性)分别在图8中示出为A和B，并且包括由亮背景 上的暗线或暗背景上的亮线形成的简单一维光栅。添加辅助线以控制导 致四个光栅的焦距和剂量敏感度，两个正极性和两个负极性。将这些示 出为图8中的C、 D、 E和F。因此，存在具有高焦距敏感度但是低剂量 敏感度的正和负光栅，以及具有低焦距敏感度但是高剂量敏感度的正和 负光栅。如图9所示，辅助特征的线宽Wa以及辅助特征和主线条之间的间距Sa,和Sa2可以变化以确保目标图案行为与在产品曝光工艺中进行曝光的器件图案行为类似。图10示出了由侧壁角度的变化所代表的、高焦距敏感度图案(实线菱形)和低焦距敏感度图案(虚线正方形)对于散焦的敏感度。类似地，图ll示出了由中间-CD变化所表示的、高剂量敏感度图案(实线三 角形)和低剂量敏感度图案(虚线正方形)对于剂量的敏感度。图12 示出了正极性图案(虚线整方向)和负极性图案(实线菱形)的对于散 焦的相反敏感度。因为侧壁角度是易于利用散射仪获得的参数，可以看出如上所述的 图案在本发明方法中是有益的。尽管在该文本中可以将特定的参考用于制造IC时的光刻设备，应
该理解的是这里描述的光刻设备可以具有其它应用，例如制造集成光学系统、用于磁畴存储的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。普通技术人员应该理解，在这些替代应用的上下文中，这 里的术语"晶片"或"管芯"的任何使用可以认为是与更一般的术语"衬 底"或"目标部分"同义。可以例如在轨道(典型地将抗蚀剂层涂敷到 衬底上，并且对己曝光的抗蚀剂进行显影的工具)、计量工具和/或检验 工具中，在曝光之前或之后处理这里所指的衬底。在可适用的情况下， 可以将这里的公开应用于这种或其它衬底处理工具中。另外，衬底可以别处理多于一次，例如以便创建多层IC，使得这里适用的术语衬底也指 的是已经包含多个已处理层的衬底。尽管以上对本发明的描述是针对光刻的实施例的背景，应该理解的 是可以将本发明应用于其它应用，例如压印光刻，并且在上下文允许的 是不局限于光刻。在压印光刻中，构图装置中的形貌限定了衬底上创建 的图案。可以将构图装置中的形貌压到提供给衬底的抗蚀剂层中，在通 过施加电磁辐射、热、压力或其组合来使抗蚀剂固化。将构图装置移出 抗蚀剂，在将抗蚀剂固化后留下图案。这里使用的术语"辐射"和"束"包含全部类型的电磁辐射，包括 紫外(UV)辐射(例如，具有约为365、 355、 248、 193、 157或126 nm 的波长)、极紫外(EUV)辐射(例如，具有在5-20nm范围中的波长)、 以及诸如离子束或电子束之类的粒子束。上下文允许的术语"透镜"可以指的是各种类型的光学元件的任意 一个或其组合，包括透射、反射、磁性、电磁和静电的光学部件。尽管以上已经描述了本发明的具体实施例，应该理解的是本发明可 以与上述不同的实现。例如，本发明可以采取包含一个或更多机器可读 指令序列的计算机程序的形式，所述指令执行上述方法，或者采取具有 在其中存储的这种计算机程序的数据存储介质(例如，半导体存储器、 磁盘或光盘)。以上描述是说明性的，而不是限制性的。因此，对于本领域普通技 术人员显而易见的是，可以在不脱离所附权利要求范围的情况下，可以 对上述发明进行修改。
权利要求
1.一种测量光刻工艺的参数的方法，在所述光刻工艺中，目标图案被印刷到衬底上，所述方法包括将基准图案的图像投影到校准衬底的辐射敏感层上多次，以通过所述光刻工艺形成多个校准图案，其中不同的参数值用于形成不同的校准图案，并且基准图案包括对于参数值变化具有不同敏感度的第一和第二部分；将辐射检查束导引到校准图案上，并且测量从所述校准图案上反射或散射的辐射束以获得针对每一个校准图案的每一个部分的测量结果；把针对每一个校准图案的第一部分的测量结果从针对相应校准图案的第二部分的测量结果中减去，以获得多个微分测量结果；将每一个微分测量结果分解为一组基本函数和相关联的系数，并且获得系数值和参数值之间的关系；将基准图案的图像投影到衬底的辐射敏感层上，以形成目标图案，其中用于形成目标图案的参数值是未知的；将辐射检查束导引到目标图案上，并且测量从目标图案上反射或散射的辐射，以获得针对目标部分的每一个部分的目标测量结果；从针对目标图案的第二部分的目标测量结果中减去针对目标图案的第一部分的目标测量结果，以获得目标微分测量结果；将目标微分测量结果分解为一组系数与多个基本函数相乘，并且使用系数值和参数值之间的关系来确定用于形成目标图案的参数值。
2. 根据权利要求1的方法，其中，在形成多个校准图案时改变光 刻工艺的两个参数，从而获得了每一个参数的值和系数值之间的关系。
3. 根据权利要求1的方法，其中，从以下组中选择参数用于对 基准图案的图像进行投影的投影系统的焦距、剂量、和/或像差。
4. 根据权利要求1的方法，其中，基准图案的第一和第二部分每 一个均包括主要图案和辅助特征。
5. 根据权利要求4的方法，其中，基准图案的第一和第二部分的 主要图案实质相同，但是第一部分的辅助特征与第二部分的辅助特征不 同。
6. 根据权利要求1的方法，其中，选择基准图案的第一和第二部 分，使得针对给定的参数值，每一部分均形成了辐射敏感层中实质相同 的图案。
7. 根据权利要求1的方法，其中，目标图案下面的结构与校准图 案下面的结构不同。
8. —种获得校准函数的方法，用于测量光刻工艺的参数，在所述 光刻工艺中，目标图案被印刷到衬底上，所述方法包括将基准图案的图像投影到校准衬底的辐射敏感层上多次，以通过所 述光刻工艺形成多个校准图案，其中不同的参数值用于形成不同的校准 图案，并且基准图案包括对于参数值变化具有不同敏感度的第一和第二部分.将辐射检查束导引到校准图案上，并且测量从所述校准图案上反射或散射的辐射束以获得针对每一个校准图案的每一个部分的测量结果； 把针对每一个校准图案的第一部分的测量结果从针对相应校准图案的第二部分的测量结果中减去，以获得多个微分测量结果；将每一个微分测量结果分解为一组基本函数和相关联的系数，并且获得系数值和参数值之间的关系，作为校准函数。
9. 一种测量光刻工艺的参数的方法，在所述光刻工艺中，目标图 案被印刷到衬底上，其中基准图案包括对于参数值的变化具有不同敏感 度的第一和第二部分，所述方法包括-将辐射检查束投影到目标图案上，并且测量从所述校准图案上反射 或散射的辐射束，以获得针对目标图案的每一个部分的测量结果；从针对目标图案的第二部分的测量结果中减去针对目标图案的第 一部分的测量结果，以获得目标微分测量结果；将每一个目标微分测量结果分解为一组基本函数和相关联的系数， 并且使用表示系数值和参数值之间关系的校准函数来确定用于形成目标 图案的参数值。
10. —种器件制造方法，包括 使用光刻工艺将器件图案和基准图案的图像投影到衬底的辐射敏 感层上，以形成包括器件结构和目标图案的器件层，其中基准图案包括对于光刻工艺的参数值变化具有不同敏感度的第一和第二部分；将辐射检査束导引到目标图案上，并且测量从所述目标图案上反射或散射的辐射，以获得针对目标图案的每一个部分的目标测量结果； 从针对目标图案的第二部分的目标测量结果中减去针对目标图案的第一部分的目标测量结果，以获得目标微分测量结果；将目标微分测量结果分解为一组系数与多个基本函数相乘，并且使用表示系数值和参数值之间关系的校准函数来确定用于形成目标图案的参数值。
11. 根据权利要求10的方法，还包括基于已确定的参数值来接 受或拒绝所述器件层。
12. 根据权利要求10的方法，还包括对投影进行重复，其中在 重复的投影时，工艺参数的额定值基于已确定的参数而变化。
13. —种检查通过光刻工艺制造的器件层以确定光刻工艺参数值的方法，所述方法包括获得在器件层中的目标图案的两个部分的散射光谱，所述两个部分对于参数具有不同的敏感度；从两个散射测量谱中获得差异光谱； 将回归分析应用于差异光谱以获得至少一个系数； 使用校准函数从系数得到参数值，所述校准函数是通过使用参数的多个差异值来印刷目标图案的副本并且将回归分析应用于从目标图案的副本获得的差异光谱而获得的。
14. 根据权利要求13的方法，其中散射测量光谱是强度的测量， 作为从散射波长和角度的组中选择的至少一个变量的函数。
15. 根据权利要求13的方法，其中回归分析是从主要分量分析、 非线性主要分量分析、部分最小二乘模型和非线性部分最小二乘模型的 组中选择的。
16. —种检查设备，被配置用于确定用于制造衬底上的器件层的光 刻工艺的参数值，其中所述器件层包括基准图案，所述基准图案包括对 于参数值变化具有不同敏感度的第一和第二部分，所述设备包括照射光学系统，被配置用于将辐射的检查束导引到基准图案的每一 个部分上；投影光学系统，被配置用于将由基准图案的每一个部分反射或散射的辐射投影到检测器上以获得这两个部分的散射光谱；光谱减法器，被配置用于从两个散射光谱中获得差异光谱； 分析器，被配置用于将回归分析应用于差异光谱以获得至少一个系数；存储器，存储校准函数，所述校准函数是通过使用多个不同参数值、 并且将回归分析应用于从目标图案的副本获得的差异光谱、来印刷目标 图案的副本而获得的；以及计算器，被配置用于使用所述系数和所述校准函数来计算参数值。
17. —种光刻设备，包括 照射光学系统，被配置用于照射图案；投影光学系统，被配置用于将图案的图像投影到衬底上；以及 检查设备，被配置用于确定用于制造衬底上的器件层的光刻工艺的 参数值，其中所述器件层包括基准图案，所述基准图案包括对于参数值 变化具有不同敏感度的第一和第二部分，并且所述照射光学系统被配置 用于将检查辐射束导引到基准图案的每一个部分上，所述检查设备包括 投影光学系统，被配置用于将由基准图案的每一个部分反射或散射 的辐射投影到检测器上以获得这两个部分的散射光谱；光谱减法器，被配置用于从两个散射光谱中获得差异光谱； 分析器，被配置用于将回归分析应用于差异光谱以获得至少一个系数；存储器，存储校准函数，所述校准函数是通过使用多个不同参数值、 并且将回归分析应用于从目标图案的副本获得的差异光谱、来印刷目标 图案的副本而获得的；以及计算器，被配置用于使用所述系数和所述校准函数来计算参数值。
18. —种光刻单元，包括涂布机，被配置用于用辐射敏感层涂布衬底； 光刻设备，被配置用于将图像曝光到由涂布机涂布的衬底的辐射敏感层上；以及显影器，被配置用于对由光刻设备曝光的图像进行显影，其中所述 光刻设备包括检查设备，所述检查设备被配置用于确定用于制造衬底上 的器件层的光刻工艺的参数值，所述器件层包括基准图案，所述基准图 案包括对于参数值变化具有不同敏感度的第一和第二部分，所述检查设 备包括照射光学系统，被配置用于将辐射的检查束导引到基准图案的每一 个部分上；投影光学系统，被配置用于将由基准图案的每一个部分反射或散射 的辐射投影到检测器上以获得这两个部分的散射光谱；光谱减法器，被配置用于从两个散射光谱中获得差异光谱； 分析器，被配置用于将回归分析应用于差异光谱以获得至少一个系数；存储器，存储校准函数，所述校准函数是通过使用多个不同参数值、 并且将回归分析应用于从目标图案的副本获得的差异光谱、来印刷目标 图案的副本而获得的；以及计算器，被配置用于使用所述系数和所述校准函数来计算参数值。
全文摘要
在散射测量方法中，将对于感兴趣的参数具有不同敏感度的微分部分印刷到校准矩阵中，并且获得差异光谱。将主要分量分析应用于差异光谱以获得校准函数，所述校准函数对于下面结构中的变化比根据单独目标获得的光谱而获得的校准函数更不敏感。
文档编号H01L21/027GK101109910SQ20071013665
公开日2008年1月23日 申请日期2007年7月18日 优先权日2006年7月18日
发明者梅西·杜萨, 胡戈·A·J·克拉莫, 阿瑞·J·登波夫 申请人:Asml荷兰有限公司