用于基于散射术的重叠测量的信号响应度量制造技术

本发明专利技术呈现用于仅基于所测量训练数据而创建测量模型的方法及系统。然后，使用所述经训练测量模型来直接根据所测量散射术数据计算重叠值。所述测量模型直接接收散射术信号作为输入并提供重叠值作为输出。在一些实施例中，根据设计规则结构的测量来确定重叠误差。在一些其它实施例中，根据专门化目标结构的测量来确定重叠误差。在又一方面中，所述测量模型经训练且用以除测量重叠以外还基于相同或不同度量目标而测量额外所关注参数。在一些实施例中，使用来自多个目标的测量数据、通过多个度量收集的测量数据或所述两种测量数据来进行模型构建、训练及测量。在一些实施例中，优化算法使测量模型构建及训练过程自动化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案的交叉参考本专利申请案依据35U.S.C.§119主张2014年5月9日提出申请的标题为“用于测量重叠及其它半导体装置或工艺参数的方法及度量目标(MethodandMetrologyTargetsforMeasuringOverlayandOtherSemiconductorDeviceorProcessParameters)”的序列号为61/991,395的美国临时专利申请案的优先权，所述美国临时专利申请案的标的物以引用方式全文并入本文中。
所描述实施例涉及度量系统及方法，且更特定来说涉及用于经改进重叠测量的方法及系统。
技术介绍
通常通过应用于试样的一系列处理步骤制作例如逻辑及存储器装置等半导体装置。通过这些处理步骤形成半导体装置的各种特征及多个结构层级。举例来说，除其它之外，光刻也是涉及在半导体晶片上产生图案的一种半导体制作工艺。半导体制作工艺的额外实例包含(但不限于)化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。可在单个半导体晶片上制作多个半导体装置，且然后将其分离成个别半导体装置。在半导体制造工艺期间在各种步骤处使用度量工艺来检测晶片上的缺陷以促成较高合格率。光学度量技术提供在无样本损毁危险的情形下实现高生产量的可能性。若干种基于光学度量的技术(包含散射术及反射术实施方案)及相关联分析算法常用于表征纳米尺度结构的临界尺寸、膜厚度、组合物、重叠及其它参数。通常通过在衬底上沉积一系列层来制作半导体装置。所述层中的一些或全部包含各种经图案化结构。在特定层内及在层之间两者处结构的相对位置对于已完成电子装置的性能来说是关键的。重叠是指晶片的相同或不同层上的重叠或交错结构的相对位置。重叠误差是指相对于重叠或交错结构的标称(即，所要)相对位置的偏差。重叠误差越大，结构的不对准即越大。如果重叠误差过大，那么所制造的电子装置的性能可能受损。散射术重叠(SCOL)度量技术已应用于表征重叠误差。这些方法主要是基于对与来自各自具有经编程重叠偏移的两个不同目标的衍射对应的光学信号的差分测量。基于这些差分测量而提取未知重叠误差。在大多数现有方法中，基于对结构不对称性敏感的量度来表征重叠误差。举例来说，现有角度解析散射术重叠(SCOL)涉及对+1衍射级与-1衍射级之间的指示重叠误差的不对称性的表征。然而，依赖于不对称性作为重叠误差的指示是成问题的，因为其它不对称性(例如线轮廓不对称性或束照射不对称性)会在测量信号中耦合到重叠产生的不对称性中。此导致对重叠误差的不准确测量。在现有方法中，通常基于通过光刻工具形成于晶片上的各种位置处的专门化目标结构的测量而评估重叠误差。所述目标结构可呈现许多形式，例如盒中盒结构。在此形式中，在晶片的一个层上形成一盒，且在另一层上形成第二较小盒。通过比较两个盒的中心之间的对准来测量局域重叠误差。此类测量是在晶片上其中可存在目标结构的位置处进行。遗憾地，这些专门化目标结构通常并不符合正用以产生电子装置的特定半导体制造工艺的设计规则。此导致在与根据适用设计规则制造的实际装置结构相关联的重叠误差的估计中出现误差。举例来说，基于图像的重叠度量通常需要以光学显微镜来解析图案，所述光学显微镜需要具有远超过设计规则临界尺寸的临界尺寸的粗线。在另一实例中，角度解析SCOL通常需要大间距目标以便以来自重叠目标的+1及-1传播衍射级产生充足信号。在一些实例中，可使用处于范围500nm到800nm中的间距值。同时，用于逻辑或存储器应用的实际装置间距(设计规则尺寸)可小得多，例如，处于范围100nm到400nm中或甚至低于100nm。将来的重叠度量应用由于日益变小的分辨率要求及日益变高的晶片面积值而提出若干度量挑战。因此，需要用于经改进重叠测量的方法及系统。
技术实现思路
本文中呈现用于测量通过连续光刻工艺形成于衬底上的结构之间的重叠误差的方法及系统。基于根据原始散射术数据创建的测量模型而直接测量重叠误差。基于具有已知重叠变化的位点的测量而训练所述测量模型。然后，使用所述测量模型来根据具有未知重叠误差的测量位点来预测所述重叠误差。在又一方面中，除测量重叠以外，信号响应度量(SRM)也用于根据相同或不同度量目标来测量额外所关注参数(例如，聚焦/剂量、临界尺寸等)。在这些实例中，所测量基于散射术的训练数据还包含所关注参数的已知值。以此方式，除重叠以外，经训练测量模型对这些所关注参数也是敏感的。在又一方面中，所述度量目标优选是设计规则目标。换句话说，所述度量目标遵循适用于基本半导体制造工艺的设计规则。在一些实例中，所述度量目标位于有源裸片区域内。在其它实例中，设计规则目标位于划线区域中。在一些实例中，所述度量目标具有15μm×15μm或更小的尺寸。以此方式，可分析由光刻缺陷诱发的场内变化对重叠的影响。如本文中所描述，通过仅使用原始散射术数据来创建测量模型，缩减了与传统基于模型的度量方法相关联的误差及近似。另外，测量模型对系统性误差、不对称性等并不敏感，因为所述测量模型是基于从特定度量系统收集的散射术数据而训练且用以基于从相同度量系统收集的散射术数据而执行测量。本文中所描述的经训练的基于散射术的测量模型直接接收散射术数据作为输入且提供重叠误差的值作为输出。通过流线化测量工艺，改进了预测结果，且也缩减了计算及用户时间。在再一方面中，如本文中所描述用以执行重叠测量的度量系统包含红外线光学测量系统。红外线照射光穿透安置于用以评估重叠的经图案化结构的层之间的不透明结构。前述内容是
技术实现思路
且因此必须含有细节的简化、概述及省略；因此，所属领域的技术人员将了解，所述
技术实现思路
仅是说明性的且绝非是限制性的。在本文中所陈述的非限制性详细说明中，本文中所描述的装置及/或工艺的其它方面、专利技术性特征及优点将变得显而易见。附图说明图1是图解说明训练如本文中所描述的信号响应度量(SRM)测量模型的方法100的流程图。图2是图解说明使用通过方法100产生的经训练测量模型来测量重叠的方法110的流程图。图3图解说明用于根据本文中所呈现的示范性方法而根据从试样收集的信号估计重叠的系统300。图4图解说明多层线/空间度量目标120。图5图解说明具有在x方向上偏移的两个光栅结构的多层线/空间度量目标130。图6图解说明具有在y方向上偏移的两个光栅结构的多层线/空间度量目标140。图7图解说明在一个实施例中具有展现已知重叠误差变化的目标的栅格的DOE晶片180。图8图解说明通过如参考图3所描述的旋转式偏振器、旋转式补偿器(RPRC)SE测量系统测量的度量目标170。图9图解说明由RPRCSE系统对度量目标170的α值相关联测量的曲线图150。图10图解说明由RPRCSE系统对度量目标170的β值相关联测量的曲线图160。图11描绘从通过RPRCSE系统执行的测量导出的度量目标170的不同结构参数当中的相关值的表190。具体实施方式现在将详细参考
技术介绍
实例及本专利技术的一些实施例，本专利技术的实例图解说明于附图中。如本文中所描述，基于从原始散射术数据创建的测量模型而直接测量用于通过连续光刻工艺形成于衬底上的结构之间的重叠误差的方法及系统。基于具有已知重叠变化的位点的测量而训练所述测量模型。然后，使用所述测量模型来根据具有未知重叠误差的测量位点来预测所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：接收与具有已知重叠值的第一多个测量位点的测量相关联的第一量的散射术数据，其中所述第一量的散射术数据是从通过至少一个基于散射术的度量技术执行的测量而导出；基于对所述第一量的散射术数据的变换而确定所述第一量的散射术数据的多个主特征，所述变换缩减所述第一量的散射术数据的维度；及基于从所述第一量的散射术数据提取的所述多个主特征及所述已知重叠值而训练测量模型。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.09 US 61/991,395;2015.05.05 US 14/704,8401.一种方法，其包括：接收与具有已知重叠值的第一多个测量位点的测量相关联的第一量的散射术数据，其中所述第一量的散射术数据是从通过至少一个基于散射术的度量技术执行的测量而导出；基于对所述第一量的散射术数据的变换而确定所述第一量的散射术数据的多个主特征，所述变换缩减所述第一量的散射术数据的维度；及基于从所述第一量的散射术数据提取的所述多个主特征及所述已知重叠值而训练测量模型。2.根据权利要求1所述的方法，其中对所述第一量的散射术数据的所述变换涉及以下各项中的任一者：主成分分析PCA、独立成分分析ICA、核PCA、非线性PCA、快速傅里叶变换FFT分析、离散余弦变换DCT分析及小波分析。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量模型是以下各项中的任一者：线性模型、多项式模型、神经网络模型、支持向量机模型、决策树模型及随机森林模型。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一量的散射术数据包含通过相同工艺条件形成的多个不同度量目标的散射术测量的组合。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一量的散射术数据包含通过多个不同度量技术获取的散射术测量。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一量的散射术数据包含与所述第一多个位点中的任一者处的一个以上目标特征相关联的散射术测量。7.根据权利要求1所述的方法，其中对所述第一量的散射术数据的所述变换涉及：确定来自不同目标的散射术测量的信号、来自通过不同度量技术获取的散射术测量的信号或所述两种信号的组合之间的差。8.根据权利要求1所述的方法，其中对所述第一量的散射术数据的所述变换涉及：确定与来自不同目标的散射术测量的信号、来自通过不同度量技术获取的散射术测量的信号或所述两种信号的组合的模型拟合的残差。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述度量目标是设计规则结构。10.根据权利要求1所述的方法，其中半导体晶片的表面上的所述第一多个位点包含所述已知重叠值及一个或多个额外所关注参数的已知值，且其中对所述测量模型的所述训练还基于所述一个或多个额外所关注参数的所述已知值。11.根据权利要求10所述的方法，其中所述一个或多个所关注参数包含以下各项中的任一者：工艺参数、结构参数、分散参数及布局参数。12.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：接收与第二多个测量位点的测量相关联的第二量的散射术数据，其中所述第二量的散射术数据是从通过所述相同的至少一个基于散射术的度量技术执行的测量而导出；基于变换而确定所述第二量的散射术数据的多个主特征，所述变换...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·V·舒杰葛洛夫，S·I·潘戴夫，J·M·马德森，A·库兹涅佐夫，W·D·米厄尔，
申请(专利权)人：科磊股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US