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CN109073568B - 用于确定结构的特性的方法和装置、器件制造方法 - Google Patents

用于确定结构的特性的方法和装置、器件制造方法 Download PDF

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Abstract

例如用x射线或EUV波段中的辐射来照射感兴趣结构(T)，并且通过检测器(19、274、908、1012)检测散射的辐射。处理器(PU)例如通过仿真(S16)辐射与结构的交互并且比较(S17)仿真交互与检测辐射来计算诸如线宽(CD)或覆盖(OV)的特性。该方法被修改(S14a、S15a、S19a)来考虑由检查辐射引起的结构中的改变。这些改变例如可以是材料的收缩或者光学特性的改变。可以在当前观察或先前观察中由检测辐射引起改变。

Description

用于确定结构的特性的方法和装置、器件制造方法
相关申请的交叉参考
本申请要求2016年4月29日提交的EP申请16167643.2的优先权，其全部内容通过引证引入本文。
技术领域
本发明涉及用于仿真辐射与结构的交互的方法和装置。例如，本发明可应用于显微结构的计量，例如评价并改善光刻的性能，或者确定分子或晶体的结构。辐射可以是任何期望波长的电磁辐射，但是本发明可以找到特定应用，其中波段短于可见波段的检查辐射将被使用或者已经被用于检查结构。例如，较短的波段包括UV、DUV、短x射线(极紫外)和x射线波段。
背景技术
虽然本发明可应用于大范围的应用，但考虑通过光刻工艺制造诸如集成电路(IC)的半导体器件。在这种情况下，光刻装置用于施加将要形成在IC的对应层上的器件特征的图案。该图案可以转印到衬底(例如，硅晶圆)上的目标部分(例如，包括一个或多个裸片的部分)。
在光刻工艺中，期望频繁地进行所创建结构的测量，例如用于工艺控制和验证。用于进行这种测量的各种工具是已知的，包括通常用于测量结构特性(诸如临界尺寸(CD))的扫描电子显微镜(SEM)。目前，已经开发了各种形式的散射仪来用于光刻领域。这些设备将辐射束引导到目标上，并且测量被目标反射和/或透射时的散射辐射的一种或多种特性，例如作为波长函数的单个角度处的强度、作为角度函数的一个或多个波长处的强度或者作为角度函数的偏振，从而得到一种形式或另一种的“光谱”。在这种情况下，术语“光谱”将以广义范围来使用。其可以表示不同波长(颜色)的光谱，其可以表示不同方向(衍射方向)的光谱、不同偏振或者这些中的任何一个或所有的组合。根据该光谱，可以确定目标的感兴趣的特性。与SEM技术相比，散射仪可以在更大的比例或者甚至所有的产品单位上以更高的产量使用。可以非常快速地执行测量。得到测量结果的时间取决于计算的复杂度和可用处理功率，但是可以线下进行。可以通过各种计算技术来执行感兴趣特性的确定。一种特定方法是通过散射工艺的正演建模以及迭代计算来执行目标结构的重构。在另一方法中，预先针对参数空间中的各个点计算仿真光谱。这些仿真光谱用作“库”，其被搜索以找到在真实目标上稍后观察到的光谱的匹配。
频繁地，以参数化形式对结构进行建模。对应于感兴趣特性的参数被认为是“浮置”参数，其值(理想地)使用观察数据来建立。其他参数可以是固定的。通常，感兴趣特性仅仅是多个未知参数中的一个参数，并且模型可以具有许多自由度。例如，在US2012123748的现有技术中描述了优化固定和浮置参数的选择的自动方法。
已知散射仪的示例包括在US2006033921A和US2010201963A1中描述的类型的角度解析散射仪。被这种散射仪使用的目标相对较大，例如40μm×40μm，栅格和测量束生成小于栅格的斑点(即，栅格未填充满)。如公开专利申请US2006066855A1所描述的，除了通过重构测量特征形状之外，可以使用这种装置来测量基于衍射的覆盖。如果感兴趣的参数是不对称相关参数(诸如，覆盖)，则基于在散射仪光谱中观察到的不对称，该参数的测量在一些情况下可以相对直接得到。使用衍射级的暗场成像的基于衍射的覆盖计量能够在较小目标上实现覆盖测量。暗场成像计量的示例可以在国际专利申请US2014192338和US2011069292A1中找到，其全部内容通过引证引入本文。已经在公开的专利申请US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US20130258310A和US20130271740A中描述了技术的进一步发展。这些目标可以小于照射点，并且可以被晶圆上的产品结构环绕。使用复合栅格目标，可以在一个图像中测量多个栅格。所有这些申请的内容也通过引证引入本文。
现有的商业散射仪使用可见光和红外波段中的检查辐射。随着通过光刻制造的特征的尺寸缩小得更小并且尺寸公差响应缩小，在较短波长(诸如UV、DUV、“软x射线”(极紫外)以及甚至x射线波长)处使用基于衍射的技术引起兴趣。以与较长波长处相同的方式，在这种较短波长处，可以通过使用麦克斯韦方程来仿真电磁波的散射。这种方法用于分析来自所有物理领域的x射线衍射图案：功率衍射、结晶学、生物学等。在半导体制造中，已知使用小角度x射线散射的临界尺寸(CD-SAXS)的重构。例如，示例是P.Lemaillet等人的“Intercomparison between optical and x-ray scatterometry measurements ofFinFET strucures”(Metrology,Inspection,and Process Control forMicrolithography XXVII,Proc.of SPIE，卷8681，2013)或者Ronald L.Jones等人的“Small angle x-ray scattering for sub-100nm pattern”(Appl.Phys.Lett.83,4059,2003)。
在2015年4月16日提交的未决专利申请PCT/EP2015/058238、在本发明优先权日期还未公开的2015年8月12日提交的EP15180807.8以及2015年8月12日提交的EP15180740.1中公开了以透射和/或反射散射模式使用这些波长的透射型和反射型计量技术的示例。所有这些申请的内容通过引证引入本文。除了重构和其他技术之外，可以在散射仪光谱中进行不对称测量，无论波长是多少。
传统技术自然地假设被检查结构在捕获一个或多个光谱的曝光期间保持形状和组成恒定。在电磁光谱的x射线和EUV范围中(有时在DUV、UV，甚至是光谱的可见部分中)，许多材料实际上通过检查辐射在一定程度上变化。结构中的材料的特性可以在观察过程中变化，并且结构的尺寸可以变化。无论结构的特性何时改变，感兴趣特性的测量可以摄影被对象在长曝光过程中移动影响的相同方式被影响。一个特性的改变会影响重构或其他测量技术的结果，即使改变参数不是感兴趣的参数。
这种改变的已知示例是光刻胶收缩的现象，这在使用EUV辐射执行光刻图案化步骤中观察到。一种研究得到光刻胶收缩的模型，在Peng Liu、LeiWu Zheng、Maggie Ma、QianZhao、Yongfa Fan等人的“A Physical resist shrinkage model for full-chiplithograph simulations”(Proc.SPIE 9779，Advances in Patterning Materials andProcesses XXXIII，97790Y，2016年3月25日)中报道；doi:10.1117/12.2239243。该论文中的作者报告在显影之前，在曝光期间在光刻胶中发生的改变的建模。该论文没有讨论在已经制造之后的图案的检查过程中可在光刻胶图案(或其他材料)中发生的改变。
发明内容
本发明的目标在于更大精度地确定结构的特性，即使在检查辐射的交互在曝光过程中以一些方式引起结构改变时。在大多数情况下，感兴趣的是结构在测量之前存在的状态。
在第一方面中，本发明提供了一种仿真辐射与结构的交互的方法，该方法包括以下步骤：
(a)限定一个或多个可变参数以表示该结构，可变参数包括至少一个感兴趣参数；
(b)接收通过利用检查辐射曝光一次或多个结构并且在与结构交互之后观察所述检查辐射而得到的观察数据；
(c)基于观察数据，确定感兴趣参数的值作为结构的特性，
其中考虑在曝光周期期间由检查辐射引起的结构中的改变来执行感兴趣参数的确定。
该方法可用作计量方法的一部分。该方法可以是使用仿真交互用于结构的重构的方法。在这种情况下，可变参数可以包括一个或多个时间相关参数，其表示在所述曝光周期期间由检查辐射引起的结构的所述改变。该方法可以包括确定用于一个或多个时间相关参数的值，作为确定用于感兴趣参数的值的一部分。
在其他实施例中，单个感兴趣参数可以或多或少地直接得自于观察到的辐射，并且可以包括简单校正以调整结构中的假设改变。作为一个示例，不对称可以是感兴趣参数，其可以或多或少直接从在其与结构交互之后在检查辐射中观察到的不对称中测量得到。然而，为了这样做，要求校准。根据本发明，该校准可以考虑由当前观察或者一些先前观察的检查辐射所引起的改变。
该方法还可以应用于基于机器学习的计量方法。在这种类型的方法中，可以用结构的许多示例和对应的观察光谱来训练处理器，以直接找到所观察光谱和形状与目标结构的组成之间的关系。
考虑在与相同结构的当前观察或先前观察相关的曝光周期期间由检查辐射引起的结构中的改变来执行感兴趣参数的确定。例如，可以在不同的照射条件下连续地观察目标结构，以得到不同的感兴趣参数或者单个感兴趣参数的测量。可以简单地重复观察以得到更高的精度。通过应用本发明的原理，当前观察的结果可以被校正以考虑用于先前观察的辐射的效果，无论该检查辐射是否具有与当前观察所使用的检查辐射相同的特性。
本发明还提供了用于确定结构的参数的处理装置，该处理装置包括：
-用于表示结构的一个或多个可变参数的存储器，可变参数包括至少一个感兴趣参数；
-用于接收通过用检查辐射将结构曝光一次或多次并且在与结构交互之后观察所述检查辐射而得到的观察数据的存储器；以及
-处理器，被布置为考虑在曝光周期期间由检查辐射引起的结构的改变，使用观察数据以确定用于感兴趣参数的值作为结构的特性。
本发明还提供了一种用于确定结构的参数的计量装置，该计量装置包括：
照射系统，用于生成检查辐射的束；
衬底支持件，可用照射系统进行操作，用于用所述检查辐射照射形成在衬底上的结构；
检测系统，用于检测与结构交互之后的检查辐射；以及
如权利要求所声明的处理装置，被布置为基于所检测的辐射并且考虑曝光周期期间由检查辐射引起的结构的改变来确定结构的特性。
处理装置可设置用于根据上面阐述的本发明执行方法。处理装置和/或方法可以通过在计算机上运行指令的适当程序来实施。指令可以形成计算机程序产品。指令可以存储在非暂态存储介质中。
下面参照附图详细描述本发明的其他特征和优点以及本发明的各个实施例的结构和操作。注意，本发明不限于本文描述的特定实施例。仅出于说明的目的，本文呈现一些实施例。本领域技术人员将基于本文包含的教导明确附加实施例。
附图说明
现在将参照附图通过示例描述本发明的实施例，其中：
图1示出了光刻装置以及形成用于半导体器件的生产设施的其他装置；
图2示出了作为检查装置的第一示例的光谱散射仪的操作的原理；
图3示出了作为检查装置的另一示例的角度解析散射仪的示意形式；
图4是示出根据本发明一个实施例的计量方法的流程图；
图5是示出控制计量方法的性能的方法和/或使用通过图4的方法进行的测量的光刻制造工艺的流程图；
图6(a)和图6(b)示出了作为结构在检查辐射下可发生的改变示例的光刻胶收缩的现象；
图7(a)示出了在检查辐射的不同剂量下的尺寸参数的改变的示例；
图7(b)示出了对应于单个捕获光谱的曝光周期；
图7(c)示出了曝光周期的细分以捕获独立的光谱；
图8是示出与图7(c)的示例相对应的图5的方法的修改例的流程图；
图9示意性示出了用于使用从目标结构反射的EUV辐射执行无透镜成像的装置；以及
图10示意性示出了基于使用逆康普顿散射源的x射线和/或EUV辐射的反射的计量装置。
具体实施方式
在详细描述本发明的实施例之前，有益地呈现可实施本发明实施例的示例性环境。
光刻制造背景技术
图1以200示出了光刻装置LA，作为实施大容量光刻制造工艺的工业设施的一部分。在本示例中，制造工艺适于衬底(诸如半导体晶圆)上的半导体产品(集成电路)的制造。本领域技术人员应理解，可以在各种这样的工艺中处理不同类型的衬底来制造各种产品。半导体产品的生产仅被用作当今具有巨大商业意义的示例。
在光刻装置(或者简称为“光刻工具”200)内，在202处示出了测量站MEA并且在204处示出了曝光站EXP。在206处示出了控制单元LACU。在该示例中，每个衬底访问测量站和曝光站，以具有所施加图案。在光学光刻装置中，例如，投射系统用于使用有条件的辐射和投射系统将产品图案从图案化设备MA转印到衬底上。这通过在辐射敏感光刻胶材料层中形成图案的图像来进行。
本文使用的术语“投射系统”应该广义地解释为包括任何类型的投射系统，包括折射、反射、反射折射、磁性、电磁和静电光学系统或者任何它们的组合，这根据使用的曝光辐射或者其他因素(诸如浸液的使用或者真空的使用)来决定。图案化MA设备可以是掩模或中间掩模，其将图案赋予被图案化设备透射或反射的辐射束。已知操作方法包括步进模式和扫描模式。如已知的，投射系统可以各种方式与用于衬底的支持件和定位系统以及图案化设备协作，以将期望图案施加于横跨衬底的许多目标部分。可代替具有固定图案的中间掩模来使用可编程图案化设备。例如，辐射可以包括深紫外(DUV)或极紫外(EUV)波段中的电磁辐射。本公开还可应用于其他类型的光刻工艺，例如压印光刻和直接写入光刻，例如电子束。
光刻装置控制单元LACU控制各种制动器和传感器的移动和测量，以接收衬底W和中间掩模MA以及实施图案化操作。LACU还包括信号处理和数据处理能力，以实施与装置操作相关的期望计算。实际上，控制单元LACU将被实现为许多子单元的系统，每一个子单元都操作装置内的子系统或部件的实时数据获取、处理和控制。
在曝光站EXP处将图案施加于衬底之前，在测量站MEA处处理衬底，使得可以执行各种准备步骤。准备步骤可以包括使用水平传感器映射衬底的表面高度以及使用对准传感器测量衬底上的对准标记的位置。名义上以规则的栅格图案布置对准标记。然而，由于创建标记时的不精确以及还由于衬底在其处理中发生的变形，标记偏离理想栅格。从而，除了测量衬底的位置和定向之外，如果该装置以非常高的精度在正确位置处印刷产品特征，则对准传感器实际上必须详细测量横跨衬底区域的许多标记的位置。该装置可以是所谓的双级类型，其具有两个衬底台，每一个都具有由控制单元LACU控制的定位系统。在曝光站EXP处曝光一个衬底台上的一个衬底的同时，另一衬底可被加载到测量站MEA处的另一衬底台上，使得可以执行各种准备步骤。因此，对准标记的测量是非常耗时的，并且两个衬底台的设置能够显著增加装置的产量。如果位置传感器IF不能够在衬底台处于测量站和曝光站处的同时测量其位置，则可以设置第二位置传感器以能够在两个站处跟踪衬底台的位置。光刻装置LA例如可以是所谓的双级类型，其具有两个衬底台WTa和WTb以及两个站(曝光站和测量站，衬底台可以在它们之间交换)。
在生产设施内，装置200形成“光刻单元”或“光刻簇”的部分，“光刻单元”或“光刻簇”还包含涂覆装置208，用于向衬底W施加光敏光刻胶和其他图层用于被装置200图案化。在装置200的输出侧，设置烘烤装置210和显影装置212，用于将曝光的图案显影为物理光刻胶图案。在所有这些装置之间，衬底操作系统注意支持衬底并且将它们从一个装置转印到另一个。这些装置(通常统称为轨道)受跟踪控制单元的控制，跟踪控制单元本身被管理控制系统SCS控制，管理控制系统SCS还经由光刻装置控制单元LACU控制光刻装置。因此，不同的装置可进行操作以最大化产量和处理效率。管理控制系统SCS接收配方(recipe)信息R，其详细地提供将被执行以创建每个图案化衬底的步骤的定义。
一旦图案在光刻单元中被施加和显影，图案化的衬底220就被传送至诸如222、224、226所示的其他处理装置。在典型的制造设施中通过各种装置实施大范围的处理步骤。为了举例，本实施例中的装置222是蚀刻站，并且装置224执行蚀刻后退火步骤。在又一些装置226等中施加进一步的物理和/或化学处理步骤。可以要求多种类型的操作来制造实际器件，诸如材料的沉积、表面材料特性的修改(氧化、掺杂、离子注入等)、化学机械抛光(CMP)等。实际上，装置226可以表示在一个或多个装置中执行的一系列不同的处理步骤。
如已知的，半导体器件的制造涉及这种处理的许多重复，以在衬底上一层接一层地构建具有适当材料和图案的器件。因此，达到光刻簇的衬底230可以是新准备的衬底，或者它们可以是先前已经在该簇中或另一装置中被完整处理的衬底。类似地，根据所要求的处理，离开装置226的衬底232可以被返回，用于相同光刻簇中的后续图案化操作，它们可以进行不同簇中的图案化操作，或者它们可以是被发送用于切割包装的最终产品。
产品结构的每一层都要求不同集合的处理步骤，并且每一层处使用的装置226的类型可以完全不同。此外，即使由装置226进行的处理步骤名义上相同，但在大型设施中，存在在不同衬底上与执行步骤226并行的许多假定相同的机器工作。这些机器之间的设置的小差异或者故障会表示它们以不同方式影响不同的衬底。甚至可以通过名义相同但并行工作以最大化产量的多个蚀刻装置来实施诸如蚀刻(装置222)的对每一层比较常见的步骤。此外，实际上，根据将被蚀刻的材料的细节以及诸如各向异性蚀刻的特殊要求，不同层要求不同的蚀刻处理(例如化学蚀刻、等离子体蚀刻)。
如刚才所提到的，可以在其他光刻装置中执行先前和/或后续的处理，并且可以在不同类型的光刻装置中执行。例如，器件制造处理中非常要求参数(诸如分辨率和覆盖)的一些层可以比不太要求的其他层以更加先进的光刻工具来执行。因此，可以在浸入型光刻工具中曝光一些层，而其他层在“干式”工具中曝光。一些层可以在DUV波长下工作的工具中曝光，而其他层使用EUV波长辐射来曝光。
为了正确且一致地曝光将通过光刻装置曝光的衬底，期望检查曝光的衬底以测量特性，诸如后续层之间的覆盖误差、层厚度、临界尺寸(CD)等。因此，定位光刻单元LC的制造设施还包括计量系统，其接收已经在光刻单元中被处理的一些或所有衬底W。计量结果被直接或间接地提供给管理控制系统(SCS)238。如果检测到误差，则可以对后续衬底的曝光进行调整，尤其在相同批次的其他衬底仍然被曝光的同时很快地进行计量的情况下。此外，已经曝光的衬底可以被剥离和重新加工以提高产量，或者被丢弃，从而避免对已知故障的衬底执行进一步的处理。在仅衬底的一些目标部分故障的情况下，可以仅对良好的那些目标部分执行进一步的曝光。
此外，图1中示出了计量装置240，其被设置用于在制造处理的期望阶段进行产品的参数的测量。现代光刻制造设施中的计量装置的一般示例是散射仪(例如，角度解析散射仪或光谱散射仪)，并且其可以在装置222中的蚀刻之前应用以在220处测量显影衬底的特性。使用计量装置240，其可以确定例如重要的性能参数(诸如覆盖或临界尺寸(CD))不满足显影光刻胶中的特定精度要求。在蚀刻步骤之前，存在通过光刻簇剥离显影光刻胶并且重新处理衬底220的机会。还已知，来自装置240的计量结果242可用于通过随时间进行小调整的管理控制系统SCS和/或控制单元LACU 206维持光刻簇中的图案化操作的精确性能，从而使得规则外制造产品且要求返修的风险最小化。当然，计量装置240和/或其他计量装置(未示出)可应用于测量被处理衬底232、234和即将进入的衬底230的特性。
每一代光刻制造技术(统称为技术“节点”)具有更小的特征尺寸以及对诸如CD的性能参数的更严格规则。因此，使用较短辐射波长的计量装置越来越多地认为是改进测量分辨率的解决方案。计量装置240可适于使用较短的波长，诸如UV、DUV、EUV(软x射线)或者甚至x射线波长。更具体地，这种计量装置可以在400nm以下的波长处进行操作，可选地在200nm以下、100nm以下、10nm以下或者1nm以下。甚至在最小的技术节点处，可以直接地测量产品特征和/或产品类特征，并且可以提供和测量裸片中目标而不丢失太多的面积。在另一实施方式(其是图1中示出的示例)中，计量装置240是使用光谱的红外和可见光部分中的检查辐射的传统光学散射仪。此外，然而，制造系统包括在上文提到的一个或多个更短波长范围中操作的一个或多个计量装置244。该附加计量装置提供附加的计量结果246，其可被管理控制系统SCS用于实现质量的进一步控制以及整体上改进光刻制造系统的性能。
计量装置240和244可以相互独立地使用或者可以一起使用来制造各种混合计量系统。例如，光学散射仪可用于检查光刻单元内处理的光刻胶材料内的结构，并且附加计量装置244可用于相同的目的。此外，光学或者x射线装置可被应用以在较硬材料中形成之后测量结构。例如，可以在通过蚀刻装置222、退火装置224和/或其他装置226处理之后使用附加计量装置244检查衬底。本公开不限于任何特定的波长范围，也不限于制造处理的任何特定阶段处的结构的测量。
计量介绍
图2示出了可用作上述类型的计量系统中的检查装置的光谱散射仪270。光谱散射仪可以是已知设计或者新设计。将图1的系统用作示例，光谱散射仪270可用作具有UV、可见光或红外波长的计量装置240。当适于使用UV、DUV或软x射线或x射线辐射时，光谱散射仪270可用作附加计量装置244。
光谱散射仪270包括宽带辐射投射器272，其将检查辐射投射在衬底W上。被目标结构T反射或衍射的辐射被传送给光谱仪274，其测量反射或衍射辐射的光谱276(作为波长函数的强度)。根据该数据，给出所检测光谱的结构或轮廓278可以通过处理单元PU内的计算来重构。例如可通过严格耦合薄分析和非线性回归来执行重构，或者与预测量光谱或预计算仿真光谱的库进行比较来执行重构。通常，对于重构来说，结构的一般形式已知，并且一些参数假设来自制造结构的处理的知识，仅留下结构的少数参数根据散射数据来确定。这种散射仪可以被配置为法线入射散射仪或倾斜入射散射仪。
图3示出了可代替光谱散射仪270使用或者除光谱散射仪270之外使用的角度解析散射仪280的基本元件。角度解析散射仪280可以是已知设计或新设计。将图1的系统用作示例，角度解析散射仪可如图1的系统的计量装置240使用UV、可见光或红外波长。当适于使用UV、DUV或软x射线或x射线辐射时，光谱散射仪可被用作附加计量装置244。
在这种类型的散射仪中，通过照射系统12调节由辐射源11发射的辐射。例如，照射系统12可以包括使用透镜系统12a、滤色器12b、偏振器12c和孔设备13的准直器。调节后的辐射跟随照射路径IP，其被部分反射表面15所反射并且经由显微物镜16聚集为衬底W上的斑点S。计量目标T可以形成在衬底W上。透镜16具有高数值孔径(NA)，优选至少为0.9，更优选至少为0.95。如果期望的话，浸液可用于得到超过1的数值孔径。此外，NA的增加可以通过使用固体浸没透镜(SIL)技术(包括微SIL和等效物)来得到。
如在光刻装置LA中，可以提供一个或多个衬底台以在测量操作期间保持衬底W(在检查装置与光刻装置集成的示例中，它们甚至可以为相同的衬底台)。例如，提供各种传感器和致动器以获取感兴趣的目标的位置，并且将其带入物镜16下方的位置。通常，将对横跨衬底的不同位置处的目标进行许多测量。衬底支持件可以在X和Y方向上移动以获取不同的目标，并且在Z方向上移动以得到目标上的光学系统的期望聚焦。当实际上光学系统保持基本静止并且仅衬底移动时，有利地考虑和描述操作好似物镜和光学系统被带至衬底上的不同位置。假设衬底和光学系统的相对位置是正确的，原则上不在乎它们中的一个或两个是否在真实世界中移动。
当辐射束入射在束分裂器16上时，其部分穿过通过束分裂器(部分反射表面15)并且朝向参考反射镜14跟随参考路径RP。
被衬底反射的辐射(包括被任何计量目标T衍射的辐射)被透镜16收集，并且跟随其穿过部分反射表面15进入检测器19的收集路径CP。检测器可以位于反向投射光瞳面P中，其位于透镜16的焦距F处。实际上，光瞳面本身可以是难以接近的，并且可以代替地利用位于所谓的共轭光瞳面P’中的检测器上的辅助光学器件(未示出)重新成像。检测器可以是二维检测器，使得可以测量衬底目标30的二维角度散射光谱或者衍射光谱。在光瞳面或共轭光瞳面中，辐射的径向位置限定聚焦斑点S的平面中的辐射的入射角/离开角，并且光轴O周围的角度位置限定辐射的方位角。例如，检测器19可以是CCD或CMOS传感器的阵列，并且可以使用例如每帧40毫秒的积分时间。
参考路径RP中的辐射被投射到相同检测器19的不同部分上，或者备选地投射到不同的检测器(未示出)上。例如，参考束通常用于测量入射辐射的强度，以允许在散射光谱中测量的强度值的标准化。
返回到已知装置，照射系统12的各种部件可被调整以实施相同装置内的不同计量“配方”。例如，可以通过干涉滤光器的集合来实施滤色器12b，以选择如405-790nm甚至更低的范围中的感兴趣的不同波长，诸如200-400nm、100-200nm、1-100nm或者0.01-1nm。(这些较低波长处的操作要求修改的光学系统，但是操作原理是相同的。)干涉滤光器可以是可调的而不包括不同滤色器的集合。可以代替干涉滤光器来使用栅格。偏振器12c是可旋转的或者可交换的，以便在辐射斑点S中实施不同的偏振状态。孔设备13可以被调节以实施不同的照射轮廓。孔设备13被定位在与物镜16的光瞳面P和检测器19的平面共轭的平面P”中。以这种方式，由孔设备限定的照射轮廓限定入射到经过孔设备13上的不同位置的衬底辐射上的光的角度分布。
检测器19可以测量单个波长(或者窄波长范围)处的散射光的强度、多个波长处各自的强度或者在波长范围上集成的强度。此外，检测器可以独立地测量横向磁偏振光和横向电偏振光的强度和/或横向磁偏振光与横向电偏振光之间的相位差。
在衬底W上设置计量目标T的情况下，这可以是1D栅格，其被打印使得在显影之后，条由固态光刻胶线形成。目标可以是2D栅格，其被打印使得在显影之后，栅格由固态光刻胶柱或者光刻胶中的通孔形成。条、柱或通孔可以备选地被蚀刻到衬底中。该图案对光刻投射装置(具体是投射系统PS)中的像差敏感。照射不对称和这种像差的存在将在打印栅格的变化中表明它们本身。因此，印刷栅格的散射计量数据用于重构栅格。1D栅格的参数(诸如线宽和形状)或者2D栅格的参数(诸如柱或通孔宽度或长度或形状)可被输入至重构处理，由处理单元PU根据印刷步骤和/或其他散射计量处理的知识来执行。本文公开的技术不限于栅格结构的检查，并且在术语“目标结构”内包括任何目标结构，包括空衬底或者其上仅具有平坦层的衬底。
除了通过重构测量参数之外，角度解析散射计量在产品和/或光刻胶图案中的特征的不对称的测量中是有用的。不对称测量的特定应用是用于覆盖的测量，其中目标包括彼此叠加的周期特征的一个集合。例如，在上面引用的公开专利申请US2006066855A1中描述了使用图3的仪器的不对称测量的概念。简而言之，在仅通过目标的周期性确定目标的衍射光谱中的衍射级的位置的同时，衍射光谱中的强度等级的不对称表示组成目标的各个特征中的不对称。在图3的仪器中，检测器19可以是图像传感器，衍射级中的这种不对称直接显示为被检测器19记录的光瞳图像中的不对称。这种不对称可以通过数字图像处理单元PU来测量，并且针对覆盖的已知值来校准。
在角度解析散射仪的进一步开发中，可以提供场图像传感器(未示出)，并且用于使用所谓的暗场成像来测量较小目标中的不对称。例如，在已知装置中，第二束分裂器将收集路径划分为两个分支，一个用于光瞳成像，一个用户暗场成像。在第一测量分支中，检测器19如上所述精确地记录目标的散射光谱或衍射光谱。该检测器19可以被称为光瞳图像检测器。在暗场成像测量分支(这里未示出)中，图像光学系统在另一传感器(例如，CCD或CMOS传感器)上形成衬底W上的目标的图像。这个另一传感器可以被称为场图像传感器。在作为与光瞳面共轭的平面中的收集路径的平面中设置孔径光阑(其还可以被称为光瞳光阑)。该孔径光阑用于阻挡零阶衍射束，使得形成在场图像传感器上的目标的图像仅由第一阶束形成。这是所谓的暗场图像，等效于暗场显微镜。被一个或两个传感器捕获的图像被输出至图像处理器和控制器PU，其功能将取决于被执行的测量的特定类型。
虽然已知示例在光学系统的独立分支中提供光瞳图像传感器和场图像传感器，但另一装置可以仅具有光瞳图像传感器或者场图像传感器。备选地，可以设置可移动光学元件，使得一些图像传感器19可以有时被用作光瞳图像传感器且有时被用作场图像传感器。在任何情况下，本公开的原理可应用于使用检查辐射的任何类型的计量装置，无论是用于散射计量或成像、直接成像还是暗场成像。
虽然图2和图3的散射计量被示意性示为包括透射(反射)光学元件，但本领域技术人员应理解，一些或所有这些元件实际上可以是反射元件。当选择使用UV和较短波长的检查辐射时尤其如此。这种装置的示例将在下面参照图9和图10进行描述。虽然本文示出的示例使用在被目标结构反射时散射的辐射，但其他实施方式(例如，x射线波长(即，1nm以下)可以使用被结构透射时散射的辐射。
对重构的介绍
图4是例如使用上述计量装置240和/或244测量目标结构的参数的方法以及本文公开的仿真方法的流程图。如上所述，目标结构可以在诸如半导体晶圆的衬底上。该目标通常将采用栅格中的线或者2D阵列的结构的周期序列的形状。计量技术的目的在于通过根据观察到的与辐射的交互的计算来测量形状的一个或多个参数。在本文公开的重构技术中，严格衍射理论被有效用于计算这些参数中的哪些值将导致特定的观察衍射光谱。换句话说，针对诸如CD(临界尺寸)和覆盖的参数得到目标形状信息。覆盖计量是一种测量技术，其中两个目标的覆盖被测量以确定衬底上的两层是否对准。CD或临界尺寸是在衬底上“写入”的对象的宽度并且是光刻装置物理地能够写在衬底上的限制。在一些情况下，感兴趣的参数可以是CD均匀性而非CD本身的绝对测量。如果期望，还可以测量其他参数，诸如边缘放置误差(EPE)、层高度(厚度)和侧壁角度(SWA)。对衍射图案(散射仪光谱)具有影响的形状的任何参数原则上可以这种方式进行测量。感兴趣的参数还可以包括与结构内的材料的特性相关的参数，而非结构的形状。
与目标结构T的建模及其衍射特性组合使用来自计量装置240和244中的一个或两个的结果，可以多种方式执行结构的形状和其他参数的测量。在由图4表示的第一种类型的处理中，计算基于目标形状(第一候选结构)的第一估计的散射仪光谱并且与观察到的光谱进行比较。然后，系统地改变模型的参数，并且在一系列迭代中重新计算衍射，以生成新候选结构并由此达到最佳拟合。在第二种类型的处理中，预先计算用于许多不同候选结构的光谱，以创建光谱的“库”。然后，从测量目标观察到的光谱与计算光谱的库进行比较，以找到最佳拟合。两种方法可以一起使用：可以从库中得到粗拟合，后面跟有迭代处理以找到最佳拟合。
这种情况下的术语“光谱”可以表示图2的光谱散射仪中的频率解析光谱或者图3的角度解析散射仪中的散射光谱或衍射图案。当传感器仅捕获零级散射辐射时，术语“散射光谱”或“散射图案”尤其有用。如果装置捕获更高衍射级，则散射图案可以更笼统地称为衍射光谱或衍射图案。
第三种类型的处理省略了对结构进行建模以及其与检查辐射交互的步骤，并且应用机器学习来将观察到的散射光谱与结构的参数相关联。机器学习可基于从真实结构观察到的光谱的训练集合，与结构的参数的直接测量耦合，其将是未来测量中的未知参数。机器学习还可以基于通过与数学建模结构的交互的建模(仿真)得到的光谱的训练集合，如在上述“库”处理中所使用的。基于仿真的训练数据和基于真实观察的训练数据可以根据期望组合为更大的训练集合。
返回到第一种类型的处理，仅通过示例，将参照图4总体描述可使用角度解析散射仪执行目标形状和/或材料特性的测量的方式。执行以下步骤。这里将列出步骤，然后更加详细地解释：
S11：接收具有目标的衬底
S12：限定测量配方
S13：测量散射图案
S14：限定模型配方
S15：估计形状参数
S16：计算模型散射图案
S17：将测量图案与计算图案进行比较
S18：计算评价函数
S19：生成修订形状参数
S20：报告最终形状参数
在S11处，接收衬底W，其上具有一个或多个计量目标结构T。为了描述，目标结构将被假设仅在一个方向上是周期性的(1D结构)。在两个方向上具有周期性或者不完全具有周期性的情况下(二维结构)，将相应地应用处理。在S12处，限定测量配方。配方可以限定将在特定应用中使用的照射和检测设置的任何数量的参数。配方可以指定用于入射辐射的波长和偏振的一个或多个组合。配方可以限定用于照射和检测的特定角度分布。配方可以指定入射辐射的强度和曝光时间。例如，源的相位或相干也可以为测量配方的一部分。
在S13处，在斑点S处定位目标结构，使用图4所示的一般类型的装置测量衬底上的结构的散射光谱。测量的光谱被光瞳图像传感器19捕获，并且传送给处理单元PU内的计算系统。为了通过重构得到稳健测量，可以利用不同的子配方来捕获相同目标的多个光谱。以这种方式捕获的光谱组成观察数据，从中可以确定目标结构的特性，无论是直接还是间接。
应注意，观察数据可以被处理为详细光谱，或者它们可以在被用户计算之前简化为参数的集合。作为特定示例，衍射图案可以简单地减小为表示可识别衍射级的强度的值的集合。例如，可以通过识别与相应的衍射级相对应的衍射光谱中的峰值来得到强度，并且向该衍射级分配与所观察峰值的高度相对应的值。在其他情况下，散射图案的所有像素都是感兴趣的。
在S14处，建立“模型配方”，其根据参数pi(p1、p2、p3等)的数量限定目标结构的参数化模型。例如，这些参数可以在1D周期性结构中表示侧壁的角度、特征的高度或深度、特征的宽度。还可以通过诸如(检查辐射束中存在的特定波长处的)折射率的参数来表示目标材料和下方层的特性。重要的是，为了以下处理步骤的目的，在目标结构可以通过几十个描述其形状和材料特性的参数限定的同时，模型配方将限定它们中的许多来具有固定值，而其他是可变的或‘浮置’参数。为了描述图4的目的，只将可变参数认为是参数pi。可变参数通常将包括感兴趣的参数(将被测量的特性)以及所谓的“多余”参数。这些是与感兴趣的参数相关的参数，并且还可以影响观察光谱。例如，在US20120123748的现有技术中描述优化固定和浮置参数的选择的自动方法。
传统地，假设结构模型的参数(甚至是可变参数)不随着利用检查辐射的曝光而改变。另一方面，根据本公开的原理，这种假设可以不在所有情况下有效。下面将进一步讨论方法的修改，其考虑曝光过程中的参数的变化。首先将描述该方法的传统步骤。
在S15处，通过设置用于浮置参数的初始值pi(0)(即，p1(0)、p2(0)、p3(0)等)来估计模型目标形状。每个浮置参数都可以利用在配方中限定的特定约束来生成。
在S16处，表示估计形状的参数与模型中的不同材料的特性一起用于计算散射特性，例如使用现有技术中描述的严格光学衍射方法或者麦克斯韦方程的其他求解程序。对于波长、偏振、角度分布等的给定组合，这给出了估计目标形状的估计模型衍射图案。
在S17和S18处，然后比较测量的衍射图案和模型衍射图案，并且它们的相似性和差异被用于计算用于模型目标形状的“评价函数”。
假设评价函数表示模型需要在精确地表示实际目标形状之前进行改进，控制前进到步骤S19，其中估计新参数p1(1)、p2(1)、p3(1)等，并且迭代地返回到步骤S16。重复步骤S16至S18。为了帮助搜索，步骤S16中的计算进一步生成评价函数的偏导数，表示在参数空间中的特定区域中增加或减少参数将增加或减小该评价函数的敏感性。评价函数的计算和导数的使用在本领域是公知的，这里将不再详细描述。
当评价函数指示该迭代处理在具有期望精度的解上收敛时，控制前进到步骤S20，并且当前估计参数(例如，CD值)被报告为实际目标结构的测量。
一旦已经计算了用于一个目标的值，就可以使用相同的步骤S13等测量相同衬底或类似衬底上的新目标，而不改变测量配方。在测量不同类型的衬底或目标的情况下，或者在期望改变测量配方的任何情况下，控制代替地前进到步骤S11或S12。
图5示出了光刻制造系统的管理中的测量方法(例如，图4的方法)的应用。这里将列出步骤，然后更加详细地解释：
S21：处理晶圆以在衬底上制造结构
S22：横跨衬底测量CD和/或其他参数
S23：更新计量配方
S24：更新光刻和/或工艺配方
在步骤S21中，使用光刻制造系统，横跨衬底制造结构。在S22处，计量装置240和/或244以及任选的其他计量装置和信息源被用于横跨衬底测量结构的特性。例如，感兴趣的特性可以是CD、OVL和/或EPW中的一个。该方法的另一应用是热点和缺陷检测，例如使用无透镜EUV成像。在步骤S23处，任选地，根据所得到的测量结果更新计量装置的计量配方和校准。例如，在附加计量装置244具有比光学计量装置240低的产量的情况下，使用较短波长的一些精确测量可用于针对特定衬底设计和工艺改进使用光学计量装置进行的测量的计算。
在步骤S24处，CD或其他参数的测量与期望值进行比较，并且用于更新光刻制造系统内的光刻装置和/或其他装置的设置。通过提供在较短波长处操作的计量装置，即使在最小技术节点下，可以直接测量产品特征和/或产品类特征，并且可以提供和测量裸片中目标而不丢失太多面积。例如，这些较短波长可以低于400nm(广义的UV波段)，任选低于200nm(广义的DUV)、低于100nm(广义的EUV)、低于10nm(EUV&软x射线)、低于1nm(EUV&软x射线)或者低于0.1nm(硬x射线)。
考虑时间变化参数
如上所述，传统计量方法假设被测量的结构在对检查辐射的曝光期间保持恒定。在传统散射仪使用的光学波长处，这种假设通常为真，因为检查辐射的光子的能量不足以引起结构或下方衬底的材料的物理或化学变化。
当移动到较短波长处时，另外要求辐射更大的能量剂量来实现测量结果的良好再现性。这是因为关于光子散粒噪声的信噪比等于所检测光子的数量的平方根。因此，要求特定数量的光子而不是特定能量来实现期望的信噪比。同时，在较短波长处，每光子的能量成比例地高于红外和可见光范围中的能量。因此，每次曝光的辐射剂量会远大于传统计量中的剂量。此外，当光子能量高于相关分子和原子结合能(＞＞1eV)时，许多不同的交互机制可起到不出现可见光或IR光子的角色。例如，硬x射线可经由光电效应逐出核心电子，并且这将会经由俄歇效应导致次级电子。本领域技术人员应理解，根据光子能量和材料特性，可发生更多交互方案。以这种方式，单个高能光子可引起一系列事件，导致被辐射材料中较大的化学或结构改变。
实际上，该高辐射剂量使得结构在曝光过程中改变。在基于显影的光刻胶图案的检查的情况下，已知为在显影检查或ADI之后，通常会发生光刻胶的收缩。这是在使用EUV辐射的图案化的情况下已经详细地被观察并且被建模的现象。甚至在大于400nm的传统波长处，已经观察到发生改变，这可能是由于光刻胶的漂白。这些改变在它们在测量过程中改变结构的形状或材料特性时会引起所报告测量结果的不准确。即使关于结构在测量期间或之后具有的尺寸测量非常精确，但如果目的在于测量结构的尺寸，则这可能不太有用，因为这在测量之前。此外，由于期望在不同的波长处进行相同结构的测量，所以即使当前观察可以使用对结构具有可忽略影响的检查辐射进行，结构会已经通过用于相同结构上的先前观察的检查辐射而改变。如果不考虑这种改变，则难以得到结构的精确测量，因为其在任何观察之前存在。
图6示出了辐射对显影的光刻胶图案的影响，这可以被称为光刻胶“收缩”。在(a)中，示出了形成在显影光刻胶中的特征600的典型高度轮廓。该特征具有高度h以及线宽或临界尺寸CD。在计量装置244的曝光期间，检查辐射602撞击到结构上。在曝光之后，如(b)所示，光刻胶材料收缩，从而特征600具有变形的形状，具有减小的高度h’和减小的线宽CD’。
图7(a)示出了作为曝光剂量E(水平轴)的函数的诸如CD(垂直轴)的参数的变化。根据辐射强度，水平轴表示曝光的持续时间，其中每单位时间的剂量被积分。从零剂量开始，在水平轴上标记剂量等级E1、E2等的数量，没有特定单位。在零剂量处，CD初始为标为CD0的值。达到剂量等级E1，观察到尺寸没有显著改变。然而，随着剂量增加到等级E2、E3和E4，结构的材料越来越多地收缩。在更高剂量处，不发生进一步的收缩，并且最小尺寸稳定在标为CD7的值处。
在介绍中提到的Liu等人的参考文件中详细描述了引起光刻胶收缩的化学和物理机制。应该注意，光刻胶材料的收缩不仅是可由检查辐射的剂量所带来的改变。还可以影响其他材料，例如非晶碳。因此，这些关注不是仅出现在显影检查ADI之后，而且还在蚀刻检查或AEI之后。除了特征宽度或者代替特征宽度，层高度也发生变化。这些尺寸改变并非可以期望的改变的类型。由于辐射会引起非晶或晶体结构中的改变，所以应理解，诸如折射率n和复折射率k的材料特性也可以改变。这些参数还影响检查辐射与结构的交互。在所有这些情况下，调查中的结构的实际形状和/或呈现形状可以在检查曝光过程中改变。正如照片的对象在长曝光期间移动的情况，被检查结构中的收缩或其他基于时间的变形的结果使得所得到的光谱被类似地“模糊”。这种影响不可避免地在所得到的测量结果中引入误差和/或增加不确定性，无论是否通过重构或其他方式。
当然，如果可以利用与图7中的等级E1相对应的剂量得到期望的测量精度，则这些改变将对测量结果不具有影响。然而，实际上，在多个相关应用中对精确测量要求的剂量落入发生尺寸改变或其他改变的曲线的一部分中或外。从而，在测量之前，重构或其他计算将传送CD(例如)值低于特征的实际CD的答案。根据本公开，当计算用于感兴趣参数的值时，考虑这些尺寸和/或其他改变，使得参数的真实的初始值可以被更加精确地报告为被调查结构的特性。
为了提高测量的精度，现在提出了一种确定结构的特性的方法，其包括：接收通过用检查辐射将结构曝光一次或多次而得到的观察数据，并且在与结构交互之后检查所述检查辐射。基于观察数据，确定感兴趣参数的值作为结构的特性。考虑在曝光期间由检查辐射引起的结构中的改变来执行感兴趣参数的确定。该方法可以包括限定多个可变参数以表示结构作为初始步骤，可变参数包括至少一个感兴趣参数。可变参数可以包括表示在所述曝光周期期间由检查辐射引起的结构中的所述改变的一个或多个时间相关参数。
为了考虑改变，可以限定收缩或其他改变效应的模型。模型可以假设指数改变或者分段线性改变，类似于图7(a)中看到的曲线。如图7(b)所示，当通过在单个长曝光间隔tEXP上积分得到观察数据时，可以考虑改变。然而，在进一步的细化中，曝光间隔tEXP可以被细分为较短曝光，如图7(c)所示。在后一种情况下，应理解，捕获“快照”光谱的数量，其可以揭示正在进行中的改变的不同阶段。在前一种情况下，得到单个集成光谱，其对应于上文呈现的“模糊照片”。在任一种情况下，通过考虑结构中的改变，可以期望感兴趣参数的初始值的更好测量。
返回参照图4，现在将描述重构型测量方法的修改例，通过其可以实施上述原理。第一改变与步骤S14相关。作为根据固定和浮置参数(包括尺寸参数和材料特性)描述结构的模型配方的一部分，步骤S14a向配方添加一个或多个时间相关参数。一个或多个感兴趣参数或浮置参数可以建模为时间依赖参数。作为简单示例，可以以下形式表示CD的测量的模型：
CD(t)＝CD0-S.t
其中，CD0和S分别是表示初始CD和每单位时间的CD收缩的参数。参数CD0和S可以独立地设置为固定或浮置。在CD测量的情况下，标为CD0的初始CD可以是感兴趣参数，当然由此将是浮置的。每单位时间的收缩S可以预先根据经验已知，或者可以在一些已知经验范围内浮置。参数CD0和S可以被称为时间相关参数，而CD(t)可以被称为时间依赖参数。CD(t)参数与例如高度h(t)和SWA(t)一起将描述曝光期间的结构。
应理解，可以提出用于时间相关参数(诸如CD(t))的更加复杂的关系。表达和计算的形式不限于如上文所给出的数字表达，而是还可以列表，诸如：
Figure BDA0001843729820000231
或者与其他时间依赖参数相关地进行表示，例如：
Figure BDA0001843729820000241
这些时间相关参数可以等效地认为是剂量相关参数，并且辐射强度和/或每光子的能量(或波长)也可以是模型的固定或可变参数。
在步骤S15a中，与用于模型的其他参数的初始值同时地，设置用于这些时间相关参数的初始值。步骤S16至S18如上文所述进行，以形状和时间相关参数是否良好地与观察到的光谱拟合的判断结束。如果要求另一迭代，则在步骤S19a中，可以生成修订的基于时间的参数。通过迭代处理，得到最好的拟合，不仅考虑材料的固定特性和结构的形状，而且还考虑曝光周期期间随时间发生的结构的形状或材料的改变。
图8示出了图4的方法的修改版本，其以图7(c)所示的方式使用全部曝光间隔tEXP的细分上的多次捕获。所有步骤都是相同的，除了关于在全部曝光间隔tEXP的细分上得到的多个快照的步骤S13-S19。因此，在步骤S13中，接收到多个捕获图像，允许散射光谱随时间的改变被解析。类似地，在步骤S14和S15中限定模型配方和设置用于参数的初始值的过程中，模型可以具有在曝光间隔的不同细分之间不同的参数。模型甚至可以具有用于不同子间隔的不同结构。例如，可以想要使用用于图6(a)和图6(b)所示形状的两个不同模型。图6(a)中的形状可以被建模为仅为矩形，其通常更容易根据计算观点来处理。图6(b)所示的变形形状可以被建模为梯形，或者通过更加复杂的事物，这取决于要求哪个等级的精度来在感兴趣参数中实现期望精度。例如，图6(b)中的形状可以被建模为多个b样条曲线，其随后被阶梯化以适应步骤S16中使用的正向散射模型。这还将要求矩形参数和b样条参数之间的一些种类的转换。
作为包括时间相关参数和时间依赖参数的结果，在步骤S16的模型光谱的计算中，模型可以在不同的子间隔中产生不同的光谱，反映结构中的改变。在测量光谱和计算光谱的比较中，可以期望更好的匹配(一旦模型的基于时间的参数与结构中实际发生的改变良好匹配)。在步骤S18中，可以针对每个子间隔得到各自的评价函数以及总体评价函数。当所有参数与实际匹配时，评价函数分数将均匀地良好。如果分数在一些子间隔中良好而在其他子间隔中较差，则可以在步骤S19a中使用该信息来生成用于时间相关参数的修订值。更一般地，仿真和观察的拟合质量可被用作基于时间的模型和参数值的正确性的测量值。
除了将曝光细分为多个子间隔之外，应理解，例如可以使用多个曝光以使用不同波长的检查辐射或者不同的偏振、不同的入射角等得到光谱。除非不同的目标结构被用于实现这些，这通常是不期望的，结构上入射的辐射的剂量将在一系列曝光上累积。与上文所示和图7(c)所示相同的方式可应用于这种情况，以便在比较使用不同波长得到的光谱时考虑结构中由辐射引发的改变。相同结构的不同曝光可用于测量相同的特性或不同的特性。
如上文已经提到的，诸如图4和图8所示的重构方法不仅是基于来自计量装置的观察数据得到目标结构的一个或多个特性的值的方法。使用光谱和测量的训练集合，可以使用机器学习方法。光谱的训练集合可以包括与通过其他方式(诸如SEM)得到的测量数据组合的仿真光谱和/或真实观察到的光谱的库。与上述参数建议函数比较，机器学习的使用将允许例如使用最小均方误差在参数空间的不同部分中有效地自由分配固定和浮置参数。这具有可以针对参数空间的每个部分优化模型配方的优势，而不是在整个参数空间上优化单个配方。与考虑基于时间的改变结合，可以改进所报告测量的总体精度。
本公开的原理可以应用于其他类型的分析。例如，不对称是可针对多种应用测量的参数，尤其是覆盖。如上所述，可以在光瞳图像中测量不对称，例如测量覆盖作为感兴趣的参数。可以通过暗场成像而不是仅光瞳成像来测量小目标的不对称。可以在单个图像中测量多偏置栅格结构。可以设计目标，使得诸如剂量和聚焦的参数可以通过不对称而不仅仅是覆盖的测量来测量。
当然，在适应计算中也要求一些注意以允许测量曝光期间的结构的改变。考虑诸如收缩的改变，如果收缩是对称的，则收缩将在不对称测量中退出。然而，收缩不是必须是对称的，使得收缩可以是不对称源，导致不对称相关参数的测量中的不精确。收缩引起的不对称的影响可以通过在用于计算覆盖或其他感兴趣参数的算法中考虑其来进行抑制。这种抑制可以基于作为时间函数的抑制不对称，这是进行多于一次测量的可能性。如果仅进行一次测量，则可以简单地设计或训练算法，其对由于收缩引起的不对称不敏感。这种设计或训练例如可以通过不对称的时间相关分量的建模、或者测量其或者二者的组合来进行。
应用示例—EUV计量装置
图9示意性示出了用于使用从目标结构反射的EUV辐射执行高分辨率无透镜成像的装置900。在介绍中提到的未决专利申请EP15180807.8中提供了该装置和方法的更多细节。该申请的内容通过引证引入本文。可以通过计算来自一个或多个记录的衍射图案的图像来执行无透镜成像，而不需要物理成像系统。产品结构907形成为具有将被无透镜成像检测的缺陷。在产品结构上设置至少部分相干的EUV辐射的斑点(S)，同时检测器908捕获在被产品结构907散射之后通过辐射形成的至少一个衍射图案。通过处理器910从捕获的图像数据中计算产品结构的至少一个合成图像。
处理器910可以实施上文公开的类型的方法，以对EUV辐射与目标结构的交互进行仿真。可以在图4所示的重构上下文或者在一些其他上下文中使用该方法。对于缺陷计量，合成图像可以与描述名义产品结构的参考数据进行比较。在一个实施例中，在叠层成像中使用无透镜成像技术。使用一系列重叠斑点(S、S1’)来得到多个衍射图案，并且使用衍射图案和相对放置的知识来计算合成图像。EUV辐射可以具有5至50nm的范围内的波长，其接近感兴趣结构的尺寸。例如，辐射源912可以是基于激光器和HHG单元的高次谐波发生器(HHG)源。
在由处理器910执行以生成期望图像或结构的其他表达的所有处理中，可以考虑由检查辐射的剂量所引起的结构中的改变来提高原始结构的成像精度。
图10示意性示出了基于使用逆康普顿散射源生成的x射线和/或EUV辐射的反射的另一计量装置。在介绍中提到的未决专利申请EP15180740.1中提供了该装置和方法的更多细节。该申请的内容通过引证引入本文。使用逆康普顿散射源，可以高亮度和快速频率切换来生成X射线、EUV、UV和VIS辐射。在附图中，通过用逆康普顿散射源1030生成的EUV肤色1004照射结构至少一次来检查通过光刻制造或者在光刻中使用的目标结构(T)。在这种类型的源中，高能量电子束在腔中与激光束反应，以生成x射线或更长波长处的输出辐射。被反射或透射的目标结构散射的辐射1008被检测器1012检测，并且基于检测到的散射辐射通过处理器1040来计算目标结构的特性。
处理器1040可以实施上文公开的类型的方法，以对EUV辐射与目标结构的交互进行仿真。可以在图4所示的重构上下文或者在一些其他上下文中使用该方法。辐射可以具有0.1nm至125nm的EUV范围中的第一波长。使用相同的源并控制电子能量，可以用EUV范围内的不同波长和/或更短的(x射线)波长和/或更长(UV、可见光)波长来照射结构多次。通过逆康普顿散射源(330)中的电子能量的快速切换，每秒可以执行多次不同波长处的照射。利用来自不同波长的信息执行重构可以对麦克斯韦方程的求解中存在的模糊进行解析。
再次，无论执行什么方法来确定被调查的结构的特性，都可以考虑由检查辐射的剂量引起的改变来提高结果的精度。
此外，为了改进精度，可以在各种混合技术中得到利用两种或多种类型的装置进行的测量。如果相同目标用于多种测量，则清楚地，可以考虑由来自不同装置的检查辐射引起的累积改变，以提高结果的精度。可以在上文参考的专利申请中找到计量装置的更多细节。应理解，它们仅仅是可应用本文公开的技术的许多类型的装置和方法中的一个示例。这些类型的装置中的任何一种或所有都可以在给定应用中使用，无论是用于半导体制造的目的还是其他目的。
在下文标号的条款中描述根据本发明的又一些实施例：
1.一种确定结构的特性的方法，该方法包括以下步骤：
(a)限定一个或多个可变参数以表示该结构，可变参数包括至少一个感兴趣参数；
(b)接收通过用检查辐射将该结构曝光一次或多次并且在与结构交互之后观察所述检查辐射而得到的观察数据；
(c)基于观察数据，确定感兴趣参数的值作为结构的特性，
其中考虑在曝光周期期间由检查辐射引起的结构中的改变来执行感兴趣参数的确定。
2.根据条款1的方法，其中可变参数包括一个或多个时间相关参数，该一个或多个时间相关参数表示在所述曝光周期期间由检查辐射引起的结构中的所述改变。
3.根据条款2的方法，其中步骤(c)进一步包括确定所述一个或多个时间相关参数的值。
4.根据条款2或3的方法，其中至少一个所述时间相关参数表示在结构的一部分中由检查辐射引起的尺寸改变。
5.根据条款2、3或4的方法，其中至少一个所述时间相关参数表示结构的一部分中由检查辐射引起的光学特性的改变。
6.根据前述条款中任一项的方法，其中步骤(c)考虑检查辐射的强度与所述曝光周期的持续时间的组合。
7.根据前述条款中任一项的方法，其中观察数据表示在所述曝光周期内累积的检查辐射与结构的交互。
8.根据前述条款中任一项的方法，其中观察数据表示检查辐射在曝光周期的多个子周期内分别与结构的交互。
9.根据前述条款中任一项的方法，其中考虑在与相同结构的先前观察相关的曝光周期期间由检查辐射引起的结构中的改变来执行感兴趣参数的确定。
10.根据前述条款中任一项的方法，其中在半导体器件旁边或者作为半导体器件的一部分，通过光刻制造结构。
11.根据前述条款中任一项的方法，其中在步骤(c)中，基于从不同结构得到的真实和/或仿真观察数据，使用机器学习至少部分地确定感兴趣参数。
12.根据前述条款中任一项的方法，其中步骤(c)包括：
(c1)利用所述可变参数的给定集合的值仿真检查辐射与结构的交互；
(c2)将步骤(c1)中仿真的交互与观察数据进行比较；
(c3)基于比较的结果改变结构的一个或多个参数；
(c4)使用所改变的参数重复步骤(c1)；以及
(c5)在步骤(c1)至(c4)的多次迭代之后，报告感兴趣参数的值。
13.根据前述条款中任一项的方法，其中检测辐射具有短于400nm的波长。
14.根据前述条款中任一项的方法，其中检测辐射具有短于100nm的波长。
15.一种用于确定结构的特性的处理装置，该处理装置包括：
-用于表示结构的一个或多个可变参数的存储器，可变参数包括至少一个感兴趣参数；
-用于接收通过用检测辐射将结构曝光一次或多次并且在与结构交互之后观察所述检查辐射而得到的观察数据的存储器；以及
-处理器，被配置为考虑在曝光周期期间由检测辐射引起的结构中的改变，使用观察数据来确定感兴趣参数的值作为结构的特性。
16.根据条款15的处理装置，其中处理装置被布置为分别针对曝光周期的多个子周期接收并使用表示检查辐射与结构的交互的观察数据。
17.根据条款15或16的处理装置，其中处理器被布置为考虑与相同结构的先前观察相关的曝光周期期间由检查辐射引起的结构中的改变。
18.一种用于确定结构的特性的计量装置，该计量装置包括：
照射系统，用于生成检查辐射的束；
衬底支持件，可用照射系统进行操作，用于用所述检查辐射照射形成在衬底上的结构；
检测系统，用于检测与结构交互之后的检查辐射；以及
根据上述条款所述的处理装置，被布置为基于所检测到的辐射并考虑曝光周期期间由检查辐射引起的结构中的改变来确定结构的特性。
19.一种器件制造方法，包括：
使用光刻工艺将图案从图案化设备转印到衬底上，该图案限定至少一个结构；
测量结构的一个或多个特性，以确定光刻工艺的一个或多个参数的值；以及
根据所测量的特性，在光刻工艺的后续操作中应用校正，
其中测量结构的特性的步骤包括通过条款1至14中任一项所述的方法确定特性。
20.一种光刻系统，包括与根据条款18所述的计量装置组合的光刻装置。
21.一种计算机程序产品，包括用于使处理器执行根据条款1至14中任一项所述的方法的机器可读指令。
22.一种计算机程序产品，包括用于使处理器如根据条款15至17中任一项所述的处理装置执行的机器可读指令。
结论
总之，本公开提供了计量方法和装置，其中可以考虑并校正由检查辐射引起的改变。如上所述，这种改变可考虑为计算的组成部分。备选地，可以以后考虑改变并且应用为对通过更多传统计算得到的结果的校正。
可以使用包含描述控制光刻装置的方法的机器可读指令的一个或多个序列的计算机程序来实施本发明的一个实施例。该计算机程序例如在图1的控制单元LACU 206、附加计量装置240和244、管理控制系统238或者一些其他控制器中执行。还可以提供其中存储这些计算机程序的数据存储介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。存储器可以是非暂态类型的。以这种方式编程的可编程处理器可以被设置为独立的装置，远离光刻执行系统和计量装置。在这种情况下，处理器仅要求接收来自计量装置的观察数据。
本文使用的术语“辐射”和“束”包括所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如，具有处于或大约365、355、248、193、157或126nm的波长)和极紫外(EUV)辐射(例如，具有0.1至125nm的范围内的波长)以及x辐射(0.01至1nm)和粒子束(诸如离子束或电子束)。
本文使用的术语“辐射”和“束”进一步包括其他形式的辐射，包括声(声音)辐射。还以声音出现散射和衍射的现象，并且可以通过声散射对未知结构的重构执行类似计算。
在上下文允许的情况下，术语“透镜”可以表示各种类型的光学部件中的任何一个或组合，包括折射、反射、衍射、磁性、电磁和静电光学部件。
本发明的范围不应该被任何上述示例性实施例限制，而是应该仅根据以下权利要求及其等效物来限定。

Claims (22)

1.一种确定结构的特性的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)限定一个或多个可变参数以表示所述结构，所述可变参数包括至少一个感兴趣参数；
(b)接收通过用检查辐射将所述结构曝光一次或多次、并且在与所述结构交互之后观察所述检查辐射而得到的观察数据；以及
(c)基于所述观察数据，确定所述感兴趣参数的值作为所述结构的特性，
其中考虑在曝光周期期间由所述检查辐射引起的所述结构中的改变来执行所述感兴趣参数的确定，
并且其中所述至少一个感兴趣参数是从在与所述结构交互之后在所述检查辐射中观察到的不对称中测量得到的。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述可变参数包括一个或多个时间相关参数，所述一个或多个时间相关参数表示在所述曝光周期期间由所述检查辐射引起的所述结构中的所述改变。
3.根据权利要求2所述的方法，其中步骤(c)进一步包括：确定所述一个或多个时间相关参数的值。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中至少一个所述时间相关参数表示在所述结构的一部分中由检查辐射引起的尺寸改变。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其中至少一个所述时间相关参数表示所述结构的一部分中由检查辐射引起的光学特性的改变。
6.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c)考虑所述检查辐射的强度与所述曝光周期的持续时间的组合。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述观察数据表示在所述曝光周期内累积的所述检查辐射与所述结构的交互。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述观察数据表示所述检查辐射在曝光周期的多个子周期内分别与所述结构的交互。
9.根据权利要求1所述的方法，其中考虑在与相同结构的先前观察相关的曝光周期期间由所述检查辐射引起的所述结构中的改变，来执行所述感兴趣参数的确定。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在半导体器件旁边或者作为半导体器件的一部分，通过光刻制造所述结构。
11.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(c)中，基于从不同结构得到的真实和/或仿真观察数据，使用机器学习至少部分地确定所述感兴趣参数。
12.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(c)包括：
(c1)利用所述可变参数的给定集合的值来仿真所述检查辐射与所述结构的交互；
(c2)将步骤(c1)中仿真的所述交互与所述观察数据进行比较；
(c3)基于所述比较的结果改变所述结构的一个或多个参数；
(c4)使用所改变的参数重复步骤(c1)；以及
(c5)在步骤(c1)至(c4)的多次迭代之后，报告所述感兴趣参数的值。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述检查 辐射具有短于400nm的波长。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述检查 辐射具有短于100nm的波长。
15.一种用于确定结构的特性的处理装置，所述处理装置包括：
-用于表示所述结构的一个或多个可变参数的存储器，所述可变参数包括至少一个感兴趣参数；
-用于接收通过用检查辐射将所述结构曝光一次或多次、并且在与所述结构交互之后观察所述检查辐射而得到的观察数据的存储器；以及
-处理器，被布置为考虑在曝光周期期间由所述检查辐射引起的所述结构中的改变，使用所述观察数据来确定所述感兴趣参数的值作为所述结构的特性，
其中所述至少一个感兴趣参数是从在与所述结构交互之后在所述检查辐射中观察到的不对称中测量得到的。
16.根据权利要求15所述的处理装置，其中所述处理装置被布置为接收并使用表示所述检查辐射在曝光周期的多个子周期内分别与所述结构的交互的观察数据。
17.根据权利要求15或16所述的处理装置，其中处理器被布置为考虑与相同结构的先前观察相关的曝光周期期间由所述检查辐射引起的所述结构中的改变。
18.一种用于确定结构的特性的计量装置，所述计量装置包括：
照射系统，用于生成检查辐射的束；
衬底支持件，与所述照射系统一起可被操作，以用于用所述检查辐射照射形成在衬底上的结构；
检测系统，用于检测与所述结构交互之后的所述检查辐射；以及
根据权利要求15所述的处理装置，被布置为基于所检测的辐射、并考虑曝光周期期间由所述检查辐射引起的所述结构中的改变来确定所述结构的特性。
19.一种器件制造方法，包括：
使用光刻工艺将图案从图案化设备转印到衬底上，所述图案限定至少一个结构；
测量所述结构的一个或多个特性，以确定所述光刻工艺的一个或多个参数的值；以及
根据所测量的特性，在所述光刻工艺的后续操作中应用校正，
其中测量所述结构的特性的步骤包括：通过根据权利要求1至14中任一项所述的方法确定特性。
20.一种光刻系统，包括与根据权利要求18所述的计量装置组合的光刻装置。
21.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，用于使处理器执行根据权利要求1至14中任一项所述的方法。
22.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，用于使处理器如根据权利要求15至17中任一项所述的处理装置一样运行。
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