利用衍射特征的分析对焦点中心的判断制造技术

本发明专利技术提供通过利用多个衍射光栅（２０）进行衍射特征差值分析而在光刻晶片（１０）中进行判断的方法。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉参考本申请要求享有2000年9月6日提交的题为<Determination of Centerof Focus By Diffractions Signature Analysis>的美国专利申请No.60/230,491的优先权，该申请在此引为参考。光刻在半导体、光学装置和相关产业上具有多种有用的用途。光刻用于制造半导体器件，如建立在晶片上的集成电路以及平板显示器、盘盖等。在一种应用中，光刻用于通过空间调制光把掩模或光网上的图案转移到衬底的抗蚀剂层上。然后对抗蚀剂层显影，并蚀刻掉(正抗蚀剂)或保留(负抗蚀剂)曝光的图案，从而在抗蚀剂层上形成三维图象图案。但是，除了光致抗蚀剂光刻外，还可以采用其它形式的光刻。在一种尤其用于半导体产业的光刻形式中，采用一种晶片步进器，该步进器主要包括一个缩放透镜和一个照明器，一个受激准分子激光器光源，一个晶片台、一个光网台、一个晶片盒和一个操作者工作站。现代的步进器(stepper)装置采用正负两种抗蚀剂法，并利用原始的步进重复形式或步进扫描形式中的一种或两种。曝光和焦点确定显影的、如利用光致抗蚀剂光刻的抗蚀剂层上图象图案的质量。曝光确定单位面积的图象的平均能量，并且该曝光由照明时间和强度来设置。焦点决定相对焦点图象的调节减少。焦点由抗蚀剂层的表面相对于成像系统的焦平面的位置设置。抗蚀剂层的厚度和衬底光刻以及步进器焦点偏移都会导致曝光和焦点的局部变化，因为曝光和焦点中的可能变化，所以需要监控通过光刻产生的图象图案以判定图案是否处于可接受的容限范围之内。焦点和曝光控制对用于产生亚微米线条的光刻过程尤其重要。已有多种方法和装置用于确定步进器和类似光刻装置的焦点。采用扫描电子显微镜(SEM)和类似的装置。但是，虽然SEM计量法可以分辨0.1微米量级的特征，但该方法成本很高，需要一个高真空腔，工作较慢并且难以自动化。也可以采用光学显微镜，但它对亚微米结构没有所需的分辨能力。其它的方法包括显影规定的目标和测试掩模，如美国专利US5,712,707、US5,953,128和US6,088,113中所述。涂覆层误差法也是已知的，如美国专利US5,952,132中所述。但是，这些方法虽然由于目标的性质而提高了分辨率，但仍然使用SEM、光学显微镜或类似的直接测量装置。多种散射仪和相关的装置以及测量装置被用于表征微电子和光电半导体材料、计算机硬盘、光盘、精细抛光的光学元件的微观结构和其它具有处于十几微米至不小于十分之一微米的横向尺寸的其它材料的微观结构。例如，Accent Optical Technologies Inc.制造并出售的CDS200散射仪是一种全自动的非破坏性临界尺寸(CD)测量和横截面轮廓分析系统，在美国专利US5,703,692中有部分公开。此装置可以在同时判断横截面轮廓并执行层厚评估的时候反复分辨小于1nm的临界尺寸。这种装置监控作为照明光束入射角函数的单阶衍射的强度。可以通过这种方式监视样品的第零阶和镜反射阶以及较高阶衍射的强度变化，并且提供对判断被照明的样品目标的特性有用的信息。因为制造样品目标的过程决定样品目标的特性，所以该信息也用作过程的间接监视器。此方法在半导体工艺中有所描述。在包括美国专利US4,710,642、US5,164,790、US5,241,369、US5,703,692、US5,867,276、US5,889,593、US5,912,741和US6,100,985的很多文献中示范了多种用于散射仪分析的方法和装置。散射仪和相关的装置可以采用各种不同的操作方法。在一种方法中，采用一种已知的单一波长光源，入射角θ在一个确定的连续范围内改变。在另一种方法中，采用多个激光源，每个处于不同的入射角θ。在另一种方法中，采用一种入射光频谱很宽的光源，入射光在一定的波长范围内照明，并且入射角θ可以选择地保持恒定。还知道一种可变相位的光学器件，利用光学元件和滤光片产生一定范围的入射相位，用探测器探测所得的衍射相位。还可以采用可变偏振状态的光分量，利用光学元件和滤光片将光的偏振从S变为P分量。还可以在φ的范围内调节入射角，使得光或其它辐射源绕目标区旋转，或者是目标相对地绕光或其它光源旋转。利用这些各种装置中的任何一种以及它们的组合或置换，可以获得样品目标的衍射特征。除散射仪装置之外，还有其它的装置和方法能够利用一种可从衍射光栅反射或透过衍射光栅的、光被探测器捕获的基于光的光源确定零阶或其它高阶衍射的衍射特征。其它的这种装置和方法除了散射仪外还包括椭圆仪和反射仪。还知道可以利用其它的辐射源、如X射线获得不基于光的衍射特征。现有技术中已知多种样品目标。一种简单的通用目标是一个衍射光栅，具有一系列周期性的线条，线宽与间隔的比例处于1∶1～1∶3之间，当然，已知还有别的比例。典型的例如处于1∶3比例的衍射光栅，对于400nm的总间距(线宽加间距)将具有100nm的线宽和300nm的间隔。线宽和间距是光刻处理的分辨率的函数，因此当光刻处理允许有较小的线宽和间距时，可以类似地减小线宽和间距。衍射技术可以采用任何可行的线宽和间距，包括那些基本上比当前主要采用的小得多的线宽和间距。在晶片芯片的已知图案中一般分布着衍射光栅。已知在现有技术中一个晶片上应用多个芯片(或曝光场域)。每个衍射图案可以通过光刻方式制作，以处于不同的焦点，例如通过采用不同的焦点设置或不同的曝光设置或曝光量。还已知可以利用散射仪和衍射光栅比较来自各个不同焦点的衍射光栅的衍射特征与产生关于CD的信息的衍射光栅特征的理论模式库确定焦点的中心。将实际的衍射测量与模式相比较，从中推算出CD值。将由此获得的CD值绘成关于焦点的曲线，所得的结果与抛物线拟合。但是，这种方法需要很长的时间和很多的计算机资源以产生理论模式。本方法还包括利用光刻装置以不同的已知焦点设置值形成多个衍射光栅，和确定两个相邻焦点设置值的衍射光栅，其中该衍射特征的差值小于其它相邻焦点设置值衍射光栅之间的衍射特征差值，因此，该参数是光刻装置的焦点中心。在一个优选实施例中，不同的已知焦点设置值为相同增量的不同焦点设置值。或者，不同的已知焦点设置值是不等增量的不同焦点设置值，并且本方法还包括采用数学算法对不等增量的不同焦点设置值归一化。本方法还包括将衍射特征差值绘制曲线，其中不同衍射光栅之间的衍射特征差值的增长为近似抛物曲线，其斜率在焦点中心上为零。对衍射光栅之间衍射特征差值的判定还可以包括使用度量标准。一种可以采用的度量标准是数据分析的均方根误差法。确定最小的差值还可以包括对衍射光栅之间衍射特征的加权平均差值的比较。在本专利技术的一个实施例中，该方法还包括利用光刻装置以相同的焦点设置值形成多个衍射光栅，并确定作为衬底上衍射光栅的位置函数的差值。在本方法的另一个实施例中，该方法还包括以不同的已知焦点设置值和不同的已知剂量设置值形成多个衍射光栅，并确定剂量对焦点的影响。多个衍射光栅可以包括多组相同的已知不同焦点设置值的衍射光栅，组数随不同的已知剂量设置值而变。本专利技术还提供确定光刻装置中焦点中心的方法，该方法包括步骤提供一个衬底，衬底上包括多个利用光刻装置制得的衍射光栅，多个衍射光栅包括不同的已知焦点设置值；通过基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量有关光刻装置的参数的方法，包括下列步骤： 提供一个衬底，衬底上包括多个通过利用光刻装置的光刻法形成的衍射光栅，衍射光栅包括多个间隔元件； 通过基于辐射源的工具测量多个衍射光栅中的至少三个的衍射特征；和 确定衍射特征之间的差值，从而确定所述光刻装置的所需参数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔尤金利陶，克里斯托弗J雷蒙德，
申请(专利权)人：安格盛光电科技公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]