专利名称：确定结构的不对称性的方法
技术领域：
本发明的实施方式涉及光学计量领域，并且，尤其涉及确定结构的不对称性的方法。
背景技术：
对于过去的许多年，严格耦合波方法(RCWA)和类似算法已经被广泛地用于衍射结构的研究和设计。在RCWA方法中，给定数量的非常薄的平面光栅平板约等于周期性结构的轮廓。特别地，RCWA包括三个主要步骤，S卩，光栅内场的傅立叶展开、以衍射信号为特征的常量系数矩阵特征值和特征向量的计算，及由边界匹配条件推导出的线性系统的解决办法。RCWA将问题分为三个截然不同的空间区域:I)支持入射平面波场和以所有反射的衍射阶次求和的周围区域，2)光栅结构和基本的非模式层，其中波场被看作与每个衍射阶次关联的模式的叠加，以及3)包括传送的波场的基体。由于通常是满足能量守恒的，RCWA解决办法的精确度部分依赖于在波场的空间谐波扩展中保持的项的数目。保持的项的数目为在计算期间所考虑的衍射阶次的数目的函数。用于给定的假设轮廓的模拟衍射信号的有效产生包括在用于衍射信号的横磁(TM)和/或横电(TE)组件的每个波长处的衍射阶次的最优集合的选择。精确地说，选择的衍射阶次越多，模拟就越精确。然而，衍射阶次的数目越大，就越需要用于计算模拟衍射信号的估算(computation )。并且,估算时间是所使用的阶次的数目的非线性函数。本发明的实施方式包括确定结构的不对称性。在实施方式中，方法包括针对光栅结构，测量由光学散射测量获得的第一信号和不同的第二信号。方法还包括确定第一信号与第二信号之间的差异。方法还包括基于使用第一信号、第二信号和第一信号与第二信号之间的差异的计算来确定光栅结构的不对称结构参数。在另一实施方式中，机器可存取存储介质具有存储在其上的指令，该指令使数据处理系统执行确定结构的不对称性的方法。该方法包括针对光栅结构，测量由光学散射测量获得的第一信号和不同的第二信号。方法还包括确定第一信号与第二信号之间的差异。方法还包括基于使用第一信号、第二信号和第一信号与第二信号之间的差异的计算来确定光栅结构的不对称结构参数。
图1根据本发明的实施方式描述了表示用于确定和利用用于自动化处理和设备控制的结构参数的操作的示例性序列的流程图。图2是根据本发明的实施方式的用于确定和利用用于自动化处理和设备控制的结构参数的系统的示例性框图。图3根据本发明的实施方式描述了表示以确定结构的不对称性的方法进行操作的流程图。
图4A根据本发明的实施方式描述了具有在X-y平面中变化的轮廓的周期性光栅。图4B根据本发明的实施方式描述了具有在X-方向而不是在y_方向变化的轮廓的周期性光栅。图5根据本发明的实施方式示出了具有不对称的左右隔板宽度的结构的成角度的视图。图6根据本发明的实施方式示出了在其上具有图5的结构的晶片的自顶向下的平面图，其由在第一方位角(AZl)测量，然后旋转180度以在第二方位角(AZ2)测量而得到。图7根据本发明的实施方式示出了表示基于来自图6中的在第一方位角(AZl)测量值与第二方位角(AZ2)测量值之间确定差值的计算的绘图。图8根据本发明的实施方式示出了表示基于来自图6中的在第一方位角(AZl)测量值与第二方位角(AZ2)测量值之间确定差值的计算的绘图。图9根据本发明的实施方式示出了具有不同的左右壁角度的不对称性光栅目标。图10根据本发明的实施方式示出了图9的光栅目标及测量的方位角的自顶向下视图。图11根据本发明的实施方式示出了图9的光栅目标及在90和-90度进行的方位测量的自顶向下视图。图12包括显示在SWA_L=85°和SWA_L=86°的两个壁角度的测量的灵敏度的绘图1200 和 1202。图13是根据本发明的显示对于差分信号(由“Az (90)-Az (-90)”表示)与阶次信号(由“Az=90”和“Az=-90”表示)相比SWA_L与SWA_L的灵敏度之间的相关系数的绝对值减少更快的绘图1300。图14根据本发明的实施方式表示了具有二维组件和三维组件二者的结构的剖面图。图15是根据本发明的实施方式示出用于确定半导体晶片上的结构轮廓的光学计量的利用的体系结构图示。图16根据本发明的实施方式示出了示例性计算机系统的框图。
具体实施例方式于此描述了确定结构的不对称性的方法。在以下的描述中，为了提供对本发明实施方式的透彻理解，陈述了许多具体的细节，诸如结构的不对称性的示例。对本领域技术人员显而易见的是本发明的实施方式可以在没有这些特定细节的情况下而实施。在其他实例中，诸如图形化(patterned)材料层的制作堆栈的已知的处理步骤并未具体描述，这是为了不会不必要地使本发明的实施方式难于理解。并且，应当理解的是图中所示的各种实施方式是说明性的表示而非必要的按比例的绘图。于此公开了确定结构的不对称性的方法。在一个实施方式中，方法包括针对光栅结构，测量由光学散射测量获得的第一信号和不同的第二信号。然后确定第一信号与第二信号之间的差异。基于使用第一信号、第二信号和第一信号与第二信号之间的差异的计算来确定光栅结构的不对称结构参数。根据本发明的实施方式，以及与传统方法的对比，通过包括计算中的不同，测量的结构的不对称被保持为相反于被平均以提供另外的无代表性的不对称结构模拟。衍射信号的阶次可以被模拟为从周期性结构中获得。关于周期性结构的法向量(normal) N，零阶代表等于假设入射光束的入射角的角度的衍射信号。较高的衍射阶次被指定为+1、+2、+3、-1、-2、-3,等。还可以考虑被称为裳减(evanescent)阶次的其他阶次。根据本发明的实施方式，产生模拟衍射信号以用于光学计量。例如，诸如结构侧壁角度的轮廓参数可以被模仿以用于光学计量。在晶片结构中诸如折射率索引和消光系数(n&k)的材料的光学性能也可以被模仿以用于光学计量。根据本发明的实施方式，通过获得半导体装置结构的不对称性，用于散射测量信号的不同临界尺寸(CD)参数间的相关性被降低，或者这些参数的灵敏度被增加。该方法使用回归或优化方法可以改进CD测量的精确度。例如，在散射测量CD测量中的传统方法是通过将模拟散射测量信号与从单个或多个方位角中测量的信号匹配以使用回归或优化方法来查找最佳CD参数。这类传统方法的缺点在于不能打破在不对称半导体装置的不同位置中的相同(或类似)类型的CD参数之间的相关性。例如，对于具有不对称的左右壁角度或不对称的左右隔板宽度的不规则四边形光栅，传统方法具有不规则四边形的左右侧的两个壁角度或两个隔板宽度之间的几乎全相关。因此，使用传统的光学散射测量这些高度相关的CD参数不能精确地被测量。随着半导体装置特征规模越小，装置结构变得更加复杂。例如，需要监测在平版印刷和蚀刻处理中可能的未对准。根据本发明的实施方式，在不同方位(Az)角处或不同的入射角(AOI)处测量的散射仪信号的不同包含于CD参数的回归或优化中以获得更多的关于装置结构的不对称性的信息。因此，在几何轮廓中的诸如左右壁角或左右隔板宽度的不对称特征可以被更加精确地测量。不对称因子可以基于差分信号被定义以测量给定结构的不对称的角度。例如，在一个实施方式中，根据方程式1，可能的定义为差分信号的平均平方级:
不对称因子/7 = 1>,2(方程式I)
/=1其中Cli为差分信号，且i = 1，"'IU基于计算的模拟衍射阶次可以表示用于图形化膜(诸如图形化的半导体膜或光阻材料层)的轮廓参数，还可以被用于校正自动化处理或设备控制。图1根据本发明的实施方式描述了表示用于确定和利用诸如轮廓参数的结构参数以用于自动化处理和设备控制的操作的示例性系列的流程图100。参照流程图100的操作102，库或训练的机器学习系统(MLS)被开发以从测量的衍射信号集合中提取轮廓参数。在操作104，结构中的至少一个轮廓参数使用库或训练的MLS确定。在操作106，至少一个轮廓参数被传送至配置成执行处理步骤的制造集群，其中该处理步骤可以在测量步骤104进行之前或之后的半导体制作处理流中实行。在操作108，至少一个传送的轮廓参数被用于修改设置用于由制造集群执行的处理步骤的过程变量或设备。针对机器学习系统和算法的更加具体的描述，参见序列号为N0.10/608, 300,名称为 OPTICAL METROLOGY OF STRUCTURES FORMED ON SEMICONDUCTOR WAFERS USINGMACHINE LEARNING SYSTEMS,申请日为2003年6月27日的美国专利申请，该申请的全部以引用的方式结合于此。针对用于二维重复结构的衍射阶次优化的描述，参见序列号为 N0.11/388,265,名称为 OPTIMIZATION OF DIFFRACTION ORDER SELECTION FORTWO-DIMENSIONAL STRUCTURES,申请日为2006年3月24日的美国专利申请，该申请的全部以引用的方式结合于此。图2是根据本发明的实施方式的用于确定和利用诸如轮廓参数的结构参数以用于自动化处理和设备控制的系统200的示例性框图。系统200包括第一制造集群202和光学计量系统204。系统200还包括第二制造集群206。虽然第二制造集群206在图2中被描述为在第一制造集群202之后，应当认识到的是在系统200中(以及如在制造处理流中)第二制造集群206可以位于第一制造集群202的前面。诸如揭露和研发应用于晶片的光阻层的光刻法处理可以使用第一制造集群202来执行。在一个示例性实施方式中，光学计量系统204包括光学计量工具208和处理器210。光学计量工具208被配置成测量从结构中获得的衍射信号。如果测量的衍射信号与模拟的衍射信号匹配，则轮廓参数的一个或多个值被确定为与模拟的衍射信号相关联的轮廓参数的一个或多个值。在一个示例性实施方式中，光学计量系统204还可以包括库212，该库212具有多个模拟的衍射信号和与该多个模拟的衍射信号相关联的一个或多个轮廓参数的多个值。如以上所述，库可以预先产生。计量处理器210可以对比从结构中获得的测量的衍射信号与库中的多个模拟的衍射信号。当查找到匹配的模拟的衍射信号时，与库中的匹配的模拟的衍射信号相关联的轮廓参数的一个或多个值被假定为在晶片应用中使用的轮廓参数的一个或多个值以制造该结构。系统200还包括计量处理器216。在一个示例性实施方式中，处理器210可以传送一个或多个轮廓参数的一个或多个值至计量处理器216。计量处理器216然后可以基于使用光学计量系统204所确定的一个或多个轮廓参数的一个或多个值来调整第一制造集群202的一个或多个处理参数或设备的设置(setting)。计量处理器216还可以基于使用光学计量系统204所确定的一个或多个轮廓参数的一个或多个值来调整第二制造集群206的一个或多个处理参数或设备的设置。如以上所注意的，制造集群206可以在制造集群202之前或之后处理晶片。在另一示例性实施方式中，处理器210被配置成使用测量的衍射信号的集合作为机器学习系统214的输入以及使用轮廓参数作为机器学习系统214的期望输出来训练机器学习系统214。在本发明的一个方面，结构中的不对称是基于计算来确定的，该计算是使用来自结构的光学计量的测量的计算。例如，图3根据本发明的实施方式描述了表示以确定结构的不对称性的方法进行的操作的流程图。参照流程图300的操作302，确定结构的不对称性的方法包括针对光栅结构，测量由光学散射测量获得的第一信号和不同的第二信号。根据本发明的实施方式，第一信号和第二信号分别在光栅结构的第一和第二方位角处被测量。在另一实施方式中，第一信号和第二信号分别在光栅结构的第一入射角和第二入射角处被测量。在另一实施方式中，第一信号和第二信号分别在光栅结构的第一偏振/分析角和第二偏振/分析角处被测量。在另一实施方式中，第一信号和第二信号被测量以分别用于光栅结构的第一测量目标和第二测量目标。在另一实施方式中，光学散射测量是诸如但不限于光学椭圆偏振光谱测量(SE)、光束轮廓反射测量(BPR)和增强型紫外线反射测量(eUVR)的技术。在实施方式中，针对光栅结构，测量第一信号和第二信号包括使用三维光栅结构。术语“三维光栅结构”于此被用于涉及具有在二维中变化的x-y轮廓以及在z方向上的深度的结构。例如，图4A根据本发明的实施方式描述了具有在x-y平面中变化的轮廓的周期性光栅400。周期性光栅的轮廓在z方向上根据x-y轮廓变化。在实施方式中，针对光栅结构，测量第一信号和第二信号包括使用二维光栅结构。术语“二维光栅结构”于此被用于涉及具有仅在一个维度上变化的x-y轮廓以及在z方向上的深度的结构。例如，图4B根据本发明的实施方式描述了具有在X-方向而不在y_方向变化的轮廓的周期性光栅。周期性光栅的轮廓在z方向上根据X轮廓变化。应当理解的是对于二维结构的I方向上缺少变化不必是无限的，但模式中的任何中断(break)被考虑是长距离的，如，y方向上模式中的任何中断实质上与X方向上模式的中断相比被隔开的更远。参照流程图300的操作304，确定结构的不对称性的方法还包括确定第一信号与第二信号之间的差异。例如，在实施方式中，在两个类似信号之间得到差异，诸如两个不同的方位角测量值之间的差值或两个不同的入射角测量值之间的差值。参照流程图300的操作306，确定结构的不对称性的方法还包括基于使用第一信号、第二信号和第一信号与第二信号的差异来确定光栅结构的不对称结构参数。根据本发明的实施方式，不对称结构参数是侧壁角度，并且其中光栅结构具有拥有第一侧壁角的第一侧壁和拥有不同的第二侧壁角的第二侧壁。在实施方式中，不对称结构参数是诸如但不限于上圆角(top corner rounding)、底部基础或临界尺寸(⑶)倾斜(pitch)位移一者。在实施方式中,光栅结构由第一材料构成,并进一步包括由不同的第二材料构成的侧壁隔板，并且其中不对称结构参数是诸如但不限于侧壁隔板宽度或侧壁隔板高度一者。在特定的实施方式中，每个侧壁仅包括单个侧壁隔板。但是，在另一特定的实施方式中，每个侧壁包括两个或更多的侧壁隔板。在另一实施方式中，不对称结构参数为由第一材料构成的光栅结构，且进一步包括分别由不同的第二材料和第三材料构成的左右侧壁隔板。在实施方式中，计算为回归计算。在一个这类实施方式中，确定结构参数进一步包括在计算中同时使用的一个或多个非差分信号，该一个或多个非差分信号为诸如但不限于方位角、入射角、偏振/分析角或额外测量目标一者。在实施方式中，确定结构的不对称性的方法进一步包括通过使用诸如但不限于反馈技术、前馈技术和原位控制技术的技术基于不对称结构参数来改变处理工具的参数。在实施方式中，不对称因子可以被用于更精确地建立装置结构轮廓和CD计量工具配方(recipe)中的几何结构。例如,如果不对称因子比提供的阈值(如工具噪声级)小，那么结构可以通过对称轮廓而被模型化。另外，在实施方式中，轮廓为具有与不对称因子相对应的不对称的角度的不对称。在实施方式中，通过测量“已知”不对称结构，差分信号和不对称因子被用作CD计量工具校验、诊断和特征的一部分。不对称因子被用于确定工具作用，这需要比预定的规范数量少以将来适用于通用的不对称结构测量。根据本发明的实施方式，确定结构的不对称性的方法进一步包括将模拟光谱与样本光谱进行对比。在一个实施方式中，衍射阶次的集合被模拟以代表来自由椭圆偏振(ellipsometric)光学计量系统产生的三维光栅结构的衍射信号，椭圆偏振光学计量系统诸如以下与图15相关联的描述的光学计量系统1500。但是，应当理解的是相同的概念和原理同样适用于其他光学计量系统，诸如反射测量(reflectometric)系统。所代表的衍射信号可以说明了诸如但不限于轮廓、尺寸或材料组成的三维光栅结构的特征。以上所描述的方法的操作的细节在以下示例中阐述。在第一示例中，根据本发明的实施方式，如图5所描述的，提供了具有不对称的左右隔板宽度的结构500。特别地，以说明为目的，参考图5，每个中心结构502在其右侧壁上具有薄隔板层504。如图6所描述的，具有结构500的晶片600在第一方位角(AZl)处被测量且然后以180度旋转以在第二方位角(AZ2)处被测量。信号的差异基于这两个测量来计算，分别如图7和图8的绘图700和绘图800所示。不对称因子可以根据方程式2定义:
权利要求
1.一种用于确定结构的不对称性的方法，该方法包括: 针对光栅结构，测量由光学散射测量获得的第一信号和不同的第二信号； 确定所述第一信号与所述第二信号之间的差异；以及 基于使用所述第一信号、所述第二信号和所述差异的计算来确定所述光栅结构的不对称结构参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一信号和所述第二信号分别在所述光栅结构的第一方位角和第二方位角处被测量。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一信号和所述第二信号分别在所述光栅结构的第一入射角和第二入射角处被测量。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一信号和所述第二信号分别在所述光栅结构的第一偏振/分析角和第二偏振/分析角处被测量。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一信号和所述第二信号被测量以分别用于所述光栅结构的第一测量目标和第二测量目标。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述不对称结构参数是侧壁角，以及其中所述光栅结构具有拥有第一侧壁角的第一侧壁和拥有不同的第二侧壁角的第二侧壁。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述不对称结构参数选自由以下各项构成组:上圆角、底部基础、临界尺寸(CD)倾斜位移构成的组中选择。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述光栅结构由第一材料构成，并进一步包括由不同的第二材料构成的侧壁 隔板，以及其中所述不对称结构参数选自由侧壁隔板宽度和侧壁隔板高度构成的组。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述光栅结构由第一材料构成，并进一步包括由第二材料组成的第一侧壁隔板及由第三材料组成的且在所述第一侧壁隔板的对面侧壁的第二侧壁隔板，以及其中所述不对称结构参数为所述第二材料与所述第三材料之间的构成差异。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述计算是回归计算。
11.根据权利要求10所述的方法，其中确定所述结构参数进一步包括在所述计算中同时使用一个或多个非差分信号，所述一个或多个非差分信号选自由使用方位角、入射角、偏振/分析角和额外的测量目标所确定的信号构成的组。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述光学散射测量是选自由以下各项构成的组中的技术:光学椭圆偏振光谱测量(SE)、光束轮廓反射测量(BPR)和增强型紫外线反射测量(eUVR)。
13.根据权利要求1所述的方法，该方法进一步包括: 通过使用选自由反馈技术、前馈技术和原位控制技术构成的组中的的技术，基于所述不对称结构参数来改变过程工具的参数。
14.一种具有存储在其上的指令的机器可存取存储介质，该指令使数据处理系统执行确定结构的不对称性的方法，该方法包括: 针对光栅结构，测量由光学散射测量获得的第一信号和不同的第二信号； 确定所述第一信号与所述第二信号之间的差异；以及 基于使用所述第一信号、所述第二信号和所述差异的计算，确定所述光栅结构的不对称结构参数。
15.根据权利要求14所述的存储介质，其中所述第一信号和所述第二信号分别在所述光栅结构的第一方位角和第二方位角处被测量。
16.根据权利要求14所述的存储介质，其中所述第一信号和所述第二信号分别在所述光栅结构的第一入射角和第二入射角处被测量。
17.根据权利要求14所述的存储介质，其中所述第一信号和所述第二信号分别在所述光栅结构的第一偏振/分析角和第二偏振/分析角处被测量。
18.根据权利要求14所述的存储介质，其中所述第一信号和所述第二信号被测量以分别用于所述光栅结构的第一测量目标和第二测量目标。
19.根据权利要求14所述的存储介质，其中所述不对称结构参数是侧壁角，以及其中所述光栅结构具有拥有第一侧壁角的第一侧壁和拥有不同的第二侧壁角的第二侧壁。
20.根据权利要求14所述的存储介质，其中所述不对称结构参数选自由上圆角、底部基础和临界尺寸(CD)倾斜位移构成的组。
21.根据权利要求14所述的存储介质，其中所述光栅结构由第一材料构成，并进一步包括由不同的第二材料构成的侧壁隔板，以及其中所述不对称结构参数选自由侧壁隔板宽度和侧壁隔板高度构成的组。
22.根据权利要求14所述的存储介质，其中所述计算是回归计算。
23.根据权利要求22所述的存储介质，其中确定所述结构参数进一步包括在所述计算中同时使用一个或多个非差分信号，所述一个或多个非差分信号选自由使用方位角、入射角、偏振/分析角和额外的测量目标所确定的信号构成的组合。
24.根据权利要求14所述的 存储介质，其中所述光学散射测量是选自由以下各项构成的组中的技术:光学椭圆偏振光谱测量(SE)、光束轮廓反射测量(BPR)和增强型紫外线反射测量(eUVR)。
25.根据权利要求14所述的存储介质，该方法进一步包括: 通过使用选自由反馈技术、前馈技术和原位控制技术构成的组中的技术，基于所述不对称结构参数来改变过程工具的参数。
全文摘要
描述了确定结构的不对称性的方法。方法包括针对光栅结构，测量由光学散射测量获得的第一信号和不同的第二信号。然后确定所述第一信号与所述第二信号之间的差异。基于使用所述第一信号、所述第二信号和所述差异的计算来确定光栅结构的不对称结构参数。
文档编号G01N21/47GK103154664SQ201180048788
公开日2013年6月12日 申请日期2011年10月6日 优先权日2010年10月8日
发明者M-F·施, 金仁教, X·张, L·波斯拉夫斯基 申请人:东京毅力科创株式会社, 克拉-坦科股份有限公司