用于半导体目标的度量的差分方法及设备的制造方法
【专利说明】用于半导体目标的度量的差分方法及设备
[0001 ] 相关申请案的交叉参考
[0002]本申请案主张由维拉.伊万诺夫.潘德夫(Stilian Ivanov Pandev)等人于2013年8月11日申请的先前申请案第61/864，573号美国临时申请案的权利，所述申请案的全部内容出于所有目的以引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003]本发明大体上涉及用于确定工艺参数或结构参数的方法及系统，且更特定来说，本发明涉及使用实验设计(DOE)晶片或焦点曝光矩阵(FEM)晶片确定工艺参数或结构参数。
【背景技术】
[0004]用于集成电路的制造中的光刻或光学光刻系统已经出现了一段时间。此类系统已证明在产品中的非常小的细节的精密制造及形成方面非常有效。在大多数光刻系统中，通过经由光射束或辐射束(例如，UV或紫外光)传递图案而将电路图像写入于衬底上。例如，光刻系统可包含将电路图像投射穿过光罩及到涂覆有对辐照敏感的材料(例如，光致抗蚀剂)的硅晶片上的光源或辐射源。经曝光的光致抗蚀剂通常形成在显影之后在后续处理步骤(举例来说，如沉积及/或蚀刻)期间屏蔽所述晶片的层的图案。
[0005]用于控制光刻工艺的两个实例工艺参数为焦点及曝光(也称为“剂量”)。焦点通常处置清晰度(光刻系统的光学子系统以所述清晰度呈现图像)，且曝光通常处置用于形成图案的光(或辐射)(例如通过光刻系统的光源产生的光)的量或剂量。焦点及曝光两者皆以非普通方式影响电路图案。举例来说，焦点及曝光的变化可引起抗蚀剂分布及印刷于光致抗蚀剂中的电路的形状的变化。
[0006]不同结构类型常常具有用于控制光刻焦点及曝光设置(在所述设置下可形成无缺陷的此类结构)的不同过程窗。用于不同结构的这些窗的交点可界定为焦点及曝光设置或窗的最优范围。
[0007]目前，使用焦点曝光矩阵(FEM)以在焦点及曝光的多个组合下曝光晶片且接着检验对于最优抗蚀剂分布(更紧密匹配所要或最优抗蚀剂分布的抗蚀剂分布)的所得图案来确定光刻系统的最优焦点及曝光设置。通常通过测量抗蚀剂分布的各种参数(例如CD)的CD扫描电子显微镜(CD-SEM)来执行检验。在大多数情况中，必须破坏(例如，切穿)晶片使得可测量这些参数。过程窗通常界定为保持最终抗蚀剂分布于指定规格内的焦点及曝光的区域(例如，过程窗通常包含最优焦点及曝光)。然而，用于确定最优过程窗的CD-SEM技术常常是耗费时间、不可靠的且不能够测量某一侧壁抗蚀剂分布。
[0008]此外，在IC结构大小持续缩小且过程窗余量也缩小时，在生产期间维持结构均匀度变得具有挑战性。在制造中的若干因素(包含与光罩增强特征回旋的光刻单元曝光序列微扰)促成以非预期且常常不可预知的方式跨曝光场改变的特征响应。
[0009]鉴于前述内容，期望用于确定及监测光刻系统的最优焦点及曝光设置的改进技术。还期望用于确定任何合适工艺参数或结构参数的改进技术。
【发明内容】
[0010]下文呈现本发明的简化概述以提供本发明的某些实施例的基本理解。此概述并非本发明的广泛综述且其并未识别本发明的关键/重要要素或描绘本发明的范围。其唯一目的是以简化形式呈现本文中所揭示的一些概念作为稍后呈现的更详细描述的序言。
[0011]在一个实施例中，揭示一种确定用于半导体结构的工艺参数或结构参数的方法。从定位于半导体晶片上的多个区段中的一或多个目标获取多个光学信号。所述区段与用于制造所述一或多个目标的不同工艺参数相关联，且所述经获取的光学信号含有关于顶部结构的所关注参数(POI)的信息及关于形成于此顶部结构下方的一或多个底层的一或多个底层参数的信息。产生特征提取模型以从此类经获取的光学信号提取多个特征信号使得所述特征信号含有用于所述POI的信息且排除用于所述底层参数的信息。基于通过所述特征提取模型提取的所述特征信号来确定每一区段的每一顶部结构的POI值。
[0012]在特定实施方案中，产生特征提取模型包含对经获取的光学信号执行数据集缩减技术以产生经变换的光学信号数据及产生所述特征提取模型以从所述经变换的光学信号数据提取特征信号。在又一方面中，经变换的光学信号数据为经获取的光学信号的线性组合。在另一方面中，使用主分量分析(PCA)、核PCA(kPCA)、非线性PCA(NLPCA)、独立分量分析(ICA)或局部线性嵌入(LLE)算法来完成数据集缩减技术。在又一实施例中，使用主分量分析(PCA)技术来完成数据集缩减技术且经变换的光学信号表示相对于由所述PCA技术所引起的第一主分量的经获取的光学信号。
[0013]在替代实施方案中，通过训练参数模型以基于特征信号确定每一顶部结构的POI值来完成确定POI，且所述方法进一步包含:(i)从一或多个后续晶片上的多个未知结构获取多个光学信号;及(ii)使用特征提取模型及参数模型以确定所述未知结构的多个POI值。
[0014]—方面，经获取的光学信号包含来自每一区段中的一或多个第一目标的第一组经获取信号及来自每一区段中的一或多个第二目标的第二组经获取信号，且特征提取模型使用残余信号依据所述第二经获取信号而预测所述第一经获取信号中的每一者。一方面，一或多个第一目标具有顶层结构及底层结构且一或多个第二目标具有与所述一或多个第一目标相同的底层结构但排除所述一或多个第一目标的所述顶层结构。在此方面中，针对所述第一经获取信号确定的残余信号定义为特征信号。另一方面，一或多个第一目标具有顶层结构及底层结构且一或多个第二目标具有与所述一或多个第一目标相同的顶层结构但具有与所述一或多个第一目标不同的底层。在此方面中，针对第一经获取信号确定的第二经获取信号的函数定义为特征信号。
[0015]在另一实施例中，经获取的光学信号包含来自每一区段中的特定目标的处于第一方位角的第一组经获取信号及来自每一区段中的所述特定目标的处于第二方位角的第二组经获取信号，且所述特定目标具有其上方形成有顶部结构的未经图案化底层部分。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残余信号依据所述第二经获取信号预测所述第一经获取信号中的每一者。针对所述第一经获取信号确定的所述残余信号定义为特征信号。在特定实例中，第一方位角为零且第二方位角为90°。在另一实施例中，经获取的光学信号包含来自每一区段中的特定目标的多个二维射束轮廓反射测量(2DBPR)图像，且所述特定目标具有其上方形成有顶部结构的未经图案化的底层。在此实施例中，特征提取模型是使每一 2DBPR图像与残余信号拟合的径向对称函数，且针对所述图像确定的所述残余信号定义为特征信号。
[0016]在另一实施例中，使用以下中的一或多者来获取光学信号:光谱椭圆偏光测量、穆勒矩阵光谱椭圆偏光测量、光谱反射测量、光谱散射测量、射束轮廓反射测量、射束轮廓椭圆偏光测量、单一波长、单一离散波长范围或多个离散波长范围。
[0017]在替代实施例中，本发明涉及一种用于检验或测量样本的系统。此系统包括:照明器，其用于产生照明；及照明光学器件，其用于引导所述照明朝向定位于半导体晶片上的多个区段中的特定目标。使用包含不同焦点值的不同工艺参数形成所述区段。所述系统还包含:收集光学器件，其用于响应于照明而将来自定位于多个区段中的特定目标的多个光学信号引导到检测器系统；及检测器传感器，其用于响应于所述照明而获取来自所述多个区段中的所述特定目标的所述多个光学信号。所述系统进一步包含处理器及存储器，其经配置以执行任何以上描述的操作。在特定实施方案中，所述系统呈椭圆偏光计的形式且包含用于产生照明中的偏光状态的偏光状态产生器及用于分析光学信号的偏光状态的偏光状态分析器。在其它实施例中，所述系统呈光谱椭圆偏光计、穆勒矩阵光谱椭圆偏光计、光谱反射计、光谱散射计、射束轮廓反射计或射束轮廓椭圆偏光计的形式。
[0018]下文参考图式进一步描述本发明的这些及其它方面。
【附图说明】
[0019]图1说明随用于改变曝光值的焦点而变化的⑶的实例柏桑(BossungPlot)图。
[0020]图2说明曝光相对于用于改变CD值的焦点的柏桑图的第二实例。
[0021]图3为说明根据本发明的一个实施例的用于确定最优焦点的技术的流程图。
[0022]图4A为根据本发明的一个实施例的随三个信号组合而变化的简化焦点及剂量数据集的图。
[0023]图4B说明根据本发明特定实施方案的用于图4A的三维数据集的三个特征向量。
[0024]图5A为根据本发明的一个实施例的随焦点及变化的曝光而变化的一组光学信号的第一主分量(PCl)的第一实例柏桑图。
[0025]图5B包含根据本发明的另一实施例的映射为随焦点及变化的曝光而变化的一组晶片轮廓区域的光学信号的PCl的第二实例。
[0026]图5C为用于一组⑶值的第一主分量(PCl)的柏桑图，从用于制造图5A及5B的FEM晶片目标的相同FEM光罩结构模拟所述组CD值。
[0027]图5D包含经变换成其第一主分量PCl且布置为随焦点及变化的曝光而变化的一组轮廓区域的一组⑶值的晶片图。
[0028]图6为根据本发明的替代实施例的最优焦点与经编程的焦点之间的实例关系。
[0029]图7为说明用于从具有不同顶层及相同底层的目标提取顶部结构所关注参数(POI)的过程900的流程图。
[0030]图8为呈形成于多个底层(一些所述多个底层还包含光栅结构)上方的顶层光栅的形式的实例第一目标的示意侧视图表示。
[0031]图9为具有与图8的目标相同的底层但排除图8的顶层结构的第二目标的示意侧视图表示。
[0032]图10为说明根据本发明的替代实施例的用于从具有顶层及底层结构两者的目标提取顶部结构POI的替代过程的流程图。
[0033]图11为根据本发明的另一实施例的用于从具有使用两个或两个以上方位角的未经图案化的底层的目标提取顶部结构POI的另一过程的流程图。
[0034]图12为说明根据替代实施例的利用二维射束轮廓反射测量(2DBPR)的程序的流程图。
[0035]图13说明根据本发明的一个实施例的度量系统。
【具体实施方式】
[0036]在以下描述中，阐述众多特定细节以提供对本发明的透彻理解。可在不具有一些或所有这些特定细节的情况下实践本发明。在其它实例中，未详细描述众所周知的过程操作以避免不必要地模糊本发明。虽然将结合特定实施例描述本发明，但应理解，不希望将本发明限于所述实施例。
[0037]引言
[0038]可使用柏桑图视觉化从(例如)FEM晶片获得的焦点曝光矩阵以促进光刻过程窗的确定。所述柏桑图大体上标绘CD相对于用于改变曝光水平的焦点位置(例如图1中的实例)。