用于半导体制造工艺的度量方法技术

本公开涉及用于半导体制造工艺的度量方法。公开了一种用于监视在一工艺步骤中产生在基板上的1维和/或2维部件的图案中的临界尺寸的方法和装置，所述工艺步骤作为用于产生半导体器件的制造工艺的一部分或与所述制造工艺相关，所述工艺步骤根据预定义图案设计来执行，其中一个或多个度量目标(1)被添加到所述图案设计。所述目标包括非对称度量标记的一个或多个版本，所述标记的每一版本包括均匀部分(2)和周期性部分(3)，后者包括平行线形部件的规则阵列或2维部件的阵列。所述部件的设计宽度位于标称设计宽度w0周围的一定范围中。定义与所述范围内的设计宽度基本上成比例的位置相关参数S。确定S参数相对于预定义工艺操作点的偏移δS允许评估该工艺步骤所产生的部件的临界尺寸。

【技术实现步骤摘要】
用于半导体制造工艺的度量方法
本公开涉及半导体工艺，尤其涉及用于在半导体芯片的制造期间监视光刻和/或蚀刻工艺的度量方法。
技术介绍
半导体工艺包括许多图案化步骤，其中器件设计首先被转移到光刻掩膜且该掩膜被暴露到光源，从而使得该图案被印刷在沉积于半导体晶片上逐层构建的层堆叠上的光致抗蚀剂膜上。在抗蚀剂显影之后，蚀刻将该图案转移到该堆叠的一层，例如用于在集成电路芯片的后道工序的一层中实现金属导体图案。后续加工还可包括附加沉积、蚀刻以及抛光步骤以诸如在自对准多图案化中进一步修改该图案。当今加工技术中图案的部件尺寸是纳米级，并且对各部件的监视需要特定度量工具。感兴趣的主尺寸被称为各加工步骤中的每一步骤处的物理图案的直线部件的临界尺寸(CD)。用于测量CD变化的当前方法具有显著缺陷：(a)高分辨率方法(诸如扫描电子显微镜(SEM)或原子力显微镜(AFM))相对缓慢、昂贵且可能是破坏性的(尤其是对于抗蚀剂图案而言)。当前光学方法(例如，散射测量)需要针对每一图案和工艺配置的模型开发，难以校准且易受底层膜堆叠的变化的影响。因此存在对允许以可靠且非侵入式方式验证所印刷和/或蚀刻的图案部件的临界尺寸的替换方法的需求。自对准多图案化SAxP是半导体密度缩放的必需方法。这是通过在周期性心轴(也称为核)结构上形成侧壁分隔件来将规则阵列的空间周期性倍乘(通常是翻倍(SADP)或四倍(SAQP))的手段。为了在最终阵列中实现均匀周期性，心轴元件的宽度尺寸必需相对于它们的节距和分隔件宽度来被控制。在SAQP示例中，心轴节距可以是128nm，分隔件的宽度是16nm，使得心轴元件宽度必须被控制在48nm才能得到32nm的SAQP节距。心轴宽度的变化导致标称32nm节距跨该阵列的变化，称为“距走(pitchwalking)”。距走是半导体器件制造中的重要故障机制。当前距走度量和控制方法是缓慢、昂贵且易错的。
技术实现思路
本专利技术涉及一种在所附权利要求书中公开的方法。公开了一种用于监视在一工艺步骤中产生在基板上的图案中的临界尺寸的方法和装置，所述工艺步骤作为用于产生半导体器件(诸如集成电路芯片)的制造工艺的一部分或与所述制造工艺相关，所述工艺步骤根据预定义图案设计来执行，其中一个或多个度量目标被添加到所述图案设计。所述目标可例如被嵌入在芯片制造工艺中使用的光刻掩膜的有源器件区域的周界之中或之上，或者所述目标可被添加到在工具或工艺评定和校准序列中产生在测试晶片上的测试图案。术语‘图案设计’因此不被理解为仅指芯片制造中应用的器件设计。本专利技术发现在此类制造工艺以及相关工艺(诸如光刻掩膜的上述评定/校准以及生产)中的重要应用。该图案设计中包括的每一目标包括非对称度量标记的一个或多个版本，所述标记的每一版本包括均匀部分和周期性部分，所述周期性部分包括平行1维部件(即，线形部件)的规则阵列或2维部件的阵列(即，正方形或矩形的阵列)。根据一实施例，部件的设计尺寸(例如，线部件的设计宽度w跨一定范围来分布，该范围在与该制造工艺中产生的部件的临界尺寸相对应的标称值w0的周围并且包括该标称值w0。对于检测到的标记图案的质心的位置，导出与所述范围中的设计尺寸基本上成比例的位置相关参数S。根据本专利技术，这一参数的偏移δS是相对于在该生产工艺的设立和校准期间先前确定的工艺操作点来确定的。根据该方法的各实施例，也可确定S与设计尺寸之间的关系的比例因子以及在制造工艺中印刷的部件的临界尺寸相对于在工艺操作点处测量的参考值CDp的偏移δCD。非对称标记设计使得比例因子>>1；即S对δCD的响应的放大使得S>>δCD，并且CD确定的有效精度远好于该测量本身的固有精度。本专利技术更具体地涉及一种用于用于监视布置在图案中且通过一工艺步骤来产生在基板上的矩形部件(即，1维部件)和/或2维部件的临界尺寸的方法，所述工艺步骤作为用于产生半导体器件的制造工艺的一部分或与所述制造工艺相关，所述工艺步骤根据预定义图案设计来执行，其中一个或多个度量目标被添加到所述图案设计，每一目标包括非对称设计的一个或多个标记，每一标记包括在给定方向上相邻地布置的宽度为K的均匀部分和宽度为L的周期性部分，所述周期性部分包括布置在规则阵列中的1维或2维部件，其中所述周期性部分包括1-D部件的阵列或2-D部件的阵列，所述1-D部件的阵列具有一设计节距(p)并且设计尺寸等于标称值(w0)和/或位于所述标称值周围的某一范围中，所述2-D部件的阵列具有一设计节距(pa,pb)并且设计尺寸等于标称值(w0a,w0b)和/或位于所述标称值(w0a,w0b)周围的某一范围中。换言之：所述周期性部分包括1-D部件或2-D部件的阵列，所述1-D部件或2-D部件的阵列具有一设计节距((p；pa,pb)并且所述2-D部件的各设计尺寸之一或所述1-D部件设计尺寸等于标称值(w0)和/或位于所述标称值(w0)周围的某一范围中。标称值w0因而可以是1-D部件的宽度的标称值，或者它可以是2-D部件在一个或另一维度上的宽度的标称值。所述方法包括与所述一个或多个目标中的每一者相关地执行的以下步骤：执行所述工艺步骤，从而获得分别与所述一个或多个非对称标记相对应的一个或多个非对称标记图案。术语‘对应于’意味着标记图案是标记的再现。定义代表所述标记图案的质心的位置的参数S，其中所述参数S根据所述1-D或2-D部件的所述设计尺寸w中的至少一者而基本上线性地变化，即dS/dw＝α，其中α是比例因子，根据所述标记图案确定具有设计尺寸为w0的部件的非对称标记的S参数相对于所述S参数的参考值的偏移δS，所述参考值在所述工艺步骤的先前定义的工艺操作点处是有效的，在δS的基础上评估由所述工艺步骤产生的所述一个或多个标记图案的1D和/或2D部件的临界尺寸。根据一实施例，该方法包括对于每一目标：确定比例因子α，计算δw0＝δS/α相对于容限来评估δw0。该方法可进一步包括相对于容限来评估|α-α0|的步骤，其中α0是在所述工艺操作点处的α值。根据一实施例：所述目标中的一者或多者包括非对称标记，所述非对称标记被配置成使得所述非对称标记图案的质心的位置能由光学工具检测，使得所述参数S能借助于所述工具来测量，所述一个或多个目标包括多个所述非对称标记，所述一个或多个设计尺寸处于所述标称值w0周围的某一范围中，并且可能包括具有等于所述标称值w0的设计尺寸的标记，对于所述一个或多个目标中的每一者：通过将线性函数拟合到所述多个标记的S参数的测得值来确定所述参数α，δS被确定为S0-S0ref，其中：S0是具有标称设计尺寸的部件的标记的标记图案的参数值，S0ref是在所述工艺操作点处的所述S参数的参考值。根据一实施例，所述一个或多个非对称标记被布置在所述一个或多个目标中的每一者中作为等同标记的镜像对，绕垂直于其中布置了所述均匀部分和周期性部分的方向的线来镜像，并且其中所述位置代表参数S是代表所述两个镜像标记的所述两个镜像标记图案的质心之间的距离D的函数。根据一实施例，所述一个或多个非对称标记相对于一个或多个对称标记被布置在所述一个或多个目标中的每一者中，并且其中所述位置代表参数S是代表所述一个或多个非对称标记与代表所述一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于监视布置在图案中且通过一工艺步骤来产生在基板上的1维和/或2维部件的临界尺寸的方法，所述工艺步骤作为用于产生半导体器件的制造工艺的一部分或与所述制造工艺相关，所述工艺步骤根据预定义图案设计来执行，其中一个或多个度量目标被添加到所述图案设计，每一目标包括非对称设计的一个或多个标记(1)，每一标记包括在给定方向上(x，y)相邻地布置的宽度为K的均匀部分(2)和宽度为L的周期性部分(3)，所述周期性部分(3)包括布置在规则阵列中的1维或2维部件，其中所述周期性部分包括具有一设计节距(p；pa,pb)的1‑D部件或2‑D部件的阵列，并且其中所述2‑D部件的各设计尺寸之一或所述1‑D部件的设计尺寸等于标称值(w0)和/或位于所述标称值(w0)周围的某一范围中，所述方法包括与所述一个或多个目标中的每一者相关地执行的以下步骤：执行所述工艺步骤，从而获得分别与所述一个或多个非对称标记相对应的一个或多个非对称标记图案，定义代表所述标记图案的质心的位置的参数S，其中所述参数S根据所述1‑D或2‑D部件的所述设计尺寸w中的至少一者而基本上线性地变化，即dS/dw＝α，其中α是比例因子，根据所述标记图案确定具有设计尺寸为w0的部件的非对称标记的S参数相对于所述S参数的参考值的偏移δS，所述参考值在所述工艺步骤的先前定义的工艺操作点处是有效的，在δS的基础上评估由所述工艺步骤产生的所述一个或多个标记图案的1D和/或2D部件的临界尺寸。...

【技术特征摘要】
2017.03.31 EP 17164341.4;2017.03.31 EP 17164371.1;1.一种用于监视布置在图案中且通过一工艺步骤来产生在基板上的1维和/或2维部件的临界尺寸的方法，所述工艺步骤作为用于产生半导体器件的制造工艺的一部分或与所述制造工艺相关，所述工艺步骤根据预定义图案设计来执行，其中一个或多个度量目标被添加到所述图案设计，每一目标包括非对称设计的一个或多个标记(1)，每一标记包括在给定方向上(x，y)相邻地布置的宽度为K的均匀部分(2)和宽度为L的周期性部分(3)，所述周期性部分(3)包括布置在规则阵列中的1维或2维部件，其中所述周期性部分包括具有一设计节距(p；pa,pb)的1-D部件或2-D部件的阵列，并且其中所述2-D部件的各设计尺寸之一或所述1-D部件的设计尺寸等于标称值(w0)和/或位于所述标称值(w0)周围的某一范围中，所述方法包括与所述一个或多个目标中的每一者相关地执行的以下步骤：执行所述工艺步骤，从而获得分别与所述一个或多个非对称标记相对应的一个或多个非对称标记图案，定义代表所述标记图案的质心的位置的参数S，其中所述参数S根据所述1-D或2-D部件的所述设计尺寸w中的至少一者而基本上线性地变化，即dS/dw＝α，其中α是比例因子，根据所述标记图案确定具有设计尺寸为w0的部件的非对称标记的S参数相对于所述S参数的参考值的偏移δS，所述参考值在所述工艺步骤的先前定义的工艺操作点处是有效的，在δS的基础上评估由所述工艺步骤产生的所述一个或多个标记图案的1D和/或2D部件的临界尺寸。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括对于每一目标：确定比例因子α，计算δw0＝δS/α，相对于容限来评估δw0。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括相对于容限来评估|α-α0|的步骤，其中α0是在所述工艺操作点处的α值。4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述目标中的一者或多者包括非对称标记，所述非对称标记被配置成使得所述非对称标记图案的质心的位置能由光学工具检测，使得能借助于所述工具来测量所述参数S，所述一个或多个目标包括多个所述非对称标记，所述一个或多个设计尺寸处于所述标称值w0周围的某一范围中，并且可能包括具有等于所述标称值w0的设计尺寸的标记，对于所述一个或多个目标中的每一者：通过将线性函数拟合到所述多个标记的S参数的测得值来确定所述参数α，δS被确定为S0-S0ref，其中：S0是具有标称设计尺寸的部件的标记的标记图案的参数值，S0ref是在所述工艺操作点处的所述S参数的参考值。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述一个或多个非对称标记被布置在所述一个或多个目标中的每一者中作为等同标记的镜像对，绕垂直于其中布置了所述均匀部分和周期性部分(2，3)的方向的线来镜像，并且其中所述位置代表参数S是代表所述两个镜像标记的所述两个镜像标记图案的质心之间的距离D的函数。6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述一个或多个非对称标记相对于一个或多个对称标记被布置在所述一个或多个目标中的每一者中，并且其中所述位置代表参数S是距离D的函数，所述距离D是代表所述一个或多个非对称标记或者从所述一个或多个非对称标记导出的非对称标记图案的质心与代表所述一个或多个对称标记的一个或多个对称标记图案的质心之间的距离。7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述位置代表参数S等于D–Ds，其中Ds是两个镜像标记的几何中点之间的距离的设计值，其中对于所述多个设计宽度(w0,w-1,w+1,等等)且对于所述给定方向(x,y)而言，Ds是常数。8.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于：所述目标中的一者或多者包括至少第一和第二衍射光栅集合，每一集合由在相同方向上且以重复的方式相邻地布置的两个光栅标记(A,B1；A,B2)形成，每一集合中的所述光栅标记中的至少一者(B1,B2)是如先前权利要求中定义的非对称标记，所述第一光栅集合的非对称标记(B1)包括设计尺寸为w0-Δw0的部件，其中Δw0是预定义偏移值，所述第二光栅集合的非对称部件(B2)包括设计尺寸为w0+Δw0的部件，δS和α是根据下式计算得到的：α＝(ΔI1-ΔI2)/2κΔw0δS＝(ΔI1+ΔI2)/2κ其中：ΔI1和ΔI2是在通过所述光刻步骤或所述蚀刻步骤在所述第一和第二光栅集合的基础上获得的第一和第二标记部件集合上测量的加和减第一阶衍射强度之差，κ是衍射因子。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，κ是根据位于所述图案设计之内或附近的两个光栅的附加集合的加和减衍射强度的测量来计算的，每一光栅集合由相邻地且按重复的方式布置的两个标记(A’,B’)形成，所述标记(A’,B’)中的至少一者是非对称标记，并且其中在所述第一光栅中与所述第二光栅相比，两个相邻标记A’和B’之间的距离是不同的，所述距离之间的差异是预定义的。10.如权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括对于每一目标且对于所述尺寸中的至少一者：根据δS来计算所述标称设计尺寸w0的部件的临界尺寸CD相对于在所述工艺操作点处的临界尺寸的值CDp的偏移δCD，并且其中δCD被计算为β.δw0，其中β是表达CD与部件的设计尺寸之间的线性关系的比例因子，即dCD/dw＝β，相对于容限来评估δCD。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述因子β被计算为(α/G)，其中G与L/p成比例，其中L是所述标记图案的周期性部分的在非对称性方向上的宽度，而p是所述周期性部分的线部件的标称节距。12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，进一步包括相对于容限来评估|β-1|的步骤。13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标中的一者或多者包括一个或多个非对称标记，所述一个或多个非对称标记配置成使得所述非对称标记图案的质心的位置能由光学工具检测，使得能借助于所述工具来测量所述参数S，并且其中至少一个目标包括具有等于所述标称值的所述设计尺寸中的至少一者标记，并且其中所述方法进一步包括以下步骤：根据δS来计算所述标称设计尺寸w0的部件的临界尺寸CD相对于在所述工艺操作点处的临界尺寸的值CDp的偏移δCD，并且其中δCD被计算为δS/G，其中G与L/p成比例，其中L是所述标记的周期性部分的宽度且p是所述部件阵列在所述尺寸的方向上的节距，相对于容限来评估δCD。14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标中的至少一者中的所述一个或多个非对称标记是梳形标记，其中所述周期性部分包括在其中布置了所述均匀部分和周期性部分(2,3)的方向上延伸的平行部件阵列。15.如权利要求1所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·奥施尼特，V·特吕费尔特，
申请(专利权)人：IMEC非营利协会，
类型：发明
国别省市：比利时,BE