檢查方法和設(shè)備、用于在其中使用的襯底及器件制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的奪叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2013年5月21日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/825, 651的優(yōu)先權(quán)，并且該 申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用合并于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及能夠例如在通過(guò)光刻技術(shù)進(jìn)行的器件的制造中使用的檢查的設(shè)備和 方法。
【背景技術(shù)】
[0004] 光刻設(shè)備是將期望的圖案施加到襯底上、通常是施加到襯底的目標(biāo)部分上的機(jī) 器。光刻設(shè)備可以例如用在集成電路（1C)的制造中。在這種情況下，可替代地稱(chēng)作掩模或 掩模版的圖案形成裝置可以用來(lái)生成待形成在1C的單獨(dú)的層上的電路圖案。該圖案可以 被轉(zhuǎn)移到襯底（例如，硅晶片）上的目標(biāo)部分（例如，包括裸片的一部分、一個(gè)或幾個(gè)裸片） 上。圖案的轉(zhuǎn)移典型地憑借成像到設(shè)置在襯底上的一層輻射敏感性材料（抗蝕劑）上。一 般情況下，單個(gè)襯底將含有被相繼地圖案化的相鄰目標(biāo)部分的網(wǎng)絡(luò)。已知的光刻設(shè)備包括： 所謂的步進(jìn)器，在其中各目標(biāo)部分通過(guò)使整個(gè)圖案一次曝光到目標(biāo)部分上而被輻照；和所 謂的掃描器，在其中各目標(biāo)部分通過(guò)經(jīng)過(guò)輻射束在給定方向（"掃描"方向）上掃描圖案而 平行或反平行于該方向同步地掃描襯底而被輻照。也可以通過(guò)將圖案壓印到襯底上而使圖 案從圖案形成裝置轉(zhuǎn)移至襯底。
[0005] 為了監(jiān)測(cè)光刻工藝，測(cè)量出被圖案化的襯底的參數(shù)。參數(shù)可以例如包括形成在被 圖案化的襯底中或上的相繼的層之間的重疊誤差和顯影的光敏抗蝕劑和/或蝕刻的產(chǎn)品 特征的臨界尺寸（典型為線(xiàn)寬）。該測(cè)量可以在產(chǎn)品襯底上和/或?qū)Ｓ昧繙y(cè)目標(biāo)上執(zhí)行。 存在用于進(jìn)行對(duì)光刻工藝中形成的微觀(guān)結(jié)構(gòu)的測(cè)量的各種技術(shù)，包括掃描電子顯微鏡和各 種專(zhuān)業(yè)工具的使用。快速且非侵入性形式的專(zhuān)業(yè)檢查工具是其中輻射的光束被引導(dǎo)到襯底 的表面上的目標(biāo)上并測(cè)量出散射或反射束的性質(zhì)的散射儀。通過(guò)將光束的在它被襯底反射 或散射之前與之后的性質(zhì)進(jìn)行比較，可以確定襯底的性質(zhì)。這可以例如通過(guò)將反射束與被 存儲(chǔ)在與已知襯底性質(zhì)相關(guān)聯(lián)的已知測(cè)量的庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較來(lái)完成。兩種主要類(lèi)型的 散射儀是已知的。光譜散射儀將寬帶輻射束引導(dǎo)到襯底上并測(cè)量出散射到特定的窄角度范 圍內(nèi)的輻射的光譜（作為波長(zhǎng)的函數(shù)的強(qiáng)度）。角分辨散射儀使用單色輻射束并測(cè)量出作 為角度的函數(shù)的散射輻射的強(qiáng)度。
[0006] 隨著光刻工藝的分辨率增加，在當(dāng)前散射儀的分辨率之下將在襯底上創(chuàng)建比以往 任何時(shí)候更小的特征。為了以較高分辨率執(zhí)行散射測(cè)量，可以考慮使用利用較短波長(zhǎng)的輻 射。紫外線(xiàn)（UV)范圍內(nèi)的波長(zhǎng)在原理上對(duì)此可以是有效的。然而，用于這樣的波長(zhǎng)的光學(xué) 系統(tǒng)變得特別復(fù)雜，并且特征尺寸繼續(xù)縮小超過(guò)經(jīng)典光學(xué)器件的分辨率。技術(shù)路線(xiàn)圖指向 于小于20nm并且在未來(lái)幾年內(nèi)甚至小于10nm的特征尺寸。
[0007] 雖然存在用于甚至這樣的小特征的精確成像的諸如掃描電子顯微術(shù)（SEM)和原 子力顯微術(shù)（AFM)等的技術(shù)，但是它們是基于接觸的方法，作為大規(guī)模生產(chǎn)中的例行檢查 工具使用太慢且代價(jià)高。相應(yīng)地存在對(duì)于新形式的檢查方法和設(shè)備的期望，特別是適用于 以當(dāng)前及下一代光刻工藝的分辨率測(cè)量出具有特征尺寸的大規(guī)模生產(chǎn)的量測(cè)目標(biāo)的檢查 方法和設(shè)備。理想的是，新的檢查方法將以高速且非接觸方式操作，以執(zhí)行與當(dāng)今大規(guī)模生 產(chǎn)中使用的散射儀所起的作用類(lèi)似的作用。
[0008] 拉曼光譜術(shù)（Ramanspectroscopy)是一種基于非彈性散射的現(xiàn)象的已知用于測(cè) 量材料特性的技術(shù)。簡(jiǎn)要地說(shuō)，拉曼光譜包括處于從入射的輻射束的波長(zhǎng)偏移的波長(zhǎng)的成 分。波長(zhǎng)上的改變不是由任何熒光效應(yīng)引起的，而是由散射光子與產(chǎn)生散射的材料之間的 能量的交換引起的。典型地，能量的交換包括光子與材料的分子或晶格結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量模 式之間的耦合。在US7, 903, 260中將光譜散射儀與拉曼光譜儀組合以便選擇性地分析材料 性質(zhì)。也就是說(shuō)，US7, 903, 260教導(dǎo)：通過(guò)測(cè)量作為來(lái)自具有產(chǎn)品狀特征的周期性光柵結(jié)構(gòu) 的第一階衍射信號(hào)的信號(hào)的拉曼光譜，可以確保拉曼光譜呈現(xiàn)出產(chǎn)品狀特征的材料特性。 然而US7, 903, 260沒(méi)有提出對(duì)小于散射儀的分辨率的產(chǎn)品的任何應(yīng)用。也沒(méi)有提出使用拉 曼光譜作為用于調(diào)查結(jié)構(gòu)的與材料特性相對(duì)的尺寸特性的手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明人已注意到，在受到低于一定尺寸的空間約束的試樣中，在非常小的尺寸 時(shí)，量子效應(yīng)對(duì)拉曼光譜中所呈現(xiàn)的非彈性散射具有強(qiáng)烈影響。發(fā)明人進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，空間 約束的該影響可以在拉曼光譜中測(cè)量出并且可用作計(jì)算結(jié)構(gòu)的尺寸特性而不僅是材料特 性的基礎(chǔ)。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供有一種檢查目標(biāo)結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟：
[0011] (a)將具有第一波長(zhǎng)的輻射引導(dǎo)在目標(biāo)結(jié)構(gòu)處；
[0012] (b)接收由目標(biāo)散射的輻射，并且形成散射的輻射的光譜，以便將光譜中的歸因于 由目標(biāo)結(jié)構(gòu)的非彈性散射而具有不同于第一波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的一個(gè)或多個(gè)光譜成分區(qū)分開(kāi)；
[0013] (c)基于所述光譜成分的特性計(jì)算結(jié)構(gòu)的尺寸特性。
[0014] 方法可以進(jìn)一步包括將除了第一波長(zhǎng)的輻射以外的栗浦輻射引導(dǎo)至所述目標(biāo)結(jié) 構(gòu)，由此增加計(jì)算中使用的光譜成分的強(qiáng)度。
[0015] 在發(fā)明的特定實(shí)施例中，所述處理器被布置成通過(guò)將從目標(biāo)結(jié)構(gòu)獲得的所述光譜 成分的特性與從校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)獲得的對(duì)應(yīng)的光譜成分的特性進(jìn)行比較來(lái)執(zhí)行所述計(jì)算，兩個(gè)結(jié) 構(gòu)在除尺寸外的所有特性上類(lèi)似。校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)可以例如在所述臨界尺寸上大于目標(biāo)結(jié)構(gòu)。
[0016] 所述計(jì)算可以基于所述光譜成分中的一個(gè)或多個(gè)的波長(zhǎng)上的偏移和/或基于所 述光譜成分中的一個(gè)或多個(gè)的加寬。
[0017] 發(fā)明進(jìn)一步提供一種檢查設(shè)備，包括：
[0018] -照射光學(xué)器件，用于將具有第一波長(zhǎng)的輻射引導(dǎo)在目標(biāo)結(jié)構(gòu)處；
[0019] -檢測(cè)光學(xué)器件，用于接收由目標(biāo)散射的輻射并用于形成散射的輻射的光譜；
[0020] -檢測(cè)器，用于將光譜轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，以及
[0021] -處理器，用于基于檢測(cè)的光譜中的具有不同于第一波長(zhǎng)的波長(zhǎng)的一個(gè)或多個(gè)光 譜成分的特性，計(jì)算結(jié)構(gòu)的尺寸特性。
[0022] 發(fā)明進(jìn)一步提供一種執(zhí)行光刻工藝的方法，包括以下步驟：
[0023] 通過(guò)所述光刻工藝在襯底上形成器件結(jié)構(gòu)和至少一個(gè)量測(cè)目標(biāo)結(jié)構(gòu)，
[0024] 通過(guò)根據(jù)如前所述的發(fā)明的方法來(lái)測(cè)量所述量測(cè)目標(biāo)結(jié)構(gòu)的尺寸特性；以及
[0025] 依照所述尺寸特性的測(cè)量出的值來(lái)控制對(duì)被測(cè)量的襯底和/或另外的襯底的隨 后的處理。
[0026] 在實(shí)施例應(yīng)用中，對(duì)被測(cè)量的襯底的隨后的處理被控制以便如果測(cè)量出的特性在 某一公差之外則引起襯底的重新加工或報(bào)廢。
[0027] 在另一示例應(yīng)用中，對(duì)另外的襯底的處理被控制以便校正在針對(duì)被測(cè)量的襯底而 計(jì)算的尺寸特性中觀(guān)察到的偏差。
[0028] 發(fā)明又進(jìn)一步提供一種制造器件的方法，包括：根據(jù)如上所述的發(fā)明通過(guò)光刻工 藝將一個(gè)或多個(gè)器件圖案施加至襯底，和處理襯底以形成包括所述器件結(jié)構(gòu)的器件作為功 能元件。
[0029] 發(fā)明進(jìn)一步提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其呈承載有機(jī)器可讀的指令的瞬態(tài)或非瞬 態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)的形式，指令在由處理執(zhí)行時(shí)實(shí)施以上方面中的一個(gè)或多個(gè)中的發(fā)明。處理器 可以是獨(dú)立的處理裝置或者它可以包括檢查設(shè)備的或光刻設(shè)備的控制處理器。
[0030] 發(fā)明又進(jìn)一步提供一種用于在根據(jù)如上所述的發(fā)明的方法和設(shè)備中使用的襯底。
[0031] 襯底可以設(shè)置有器件結(jié)構(gòu)和量測(cè)結(jié)構(gòu)，器件結(jié)構(gòu)包括展現(xiàn)出對(duì)一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)的 激發(fā)輻射的非彈性散射的材料，器件結(jié)構(gòu)包括在一個(gè)或多個(gè)尺寸上足夠小以致所述非彈性 散射的所述特性顯著地受量子約束的影響的結(jié)構(gòu)，量測(cè)結(jié)構(gòu)包括作為在其組成和尺寸上類(lèi) 似于器件特征的結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)器件狀結(jié)構(gòu)，和至少一個(gè)校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)在其組成上 類(lèi)似于器件特征但在至少一個(gè)尺寸上不同于器件特征。
[0032] 校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)可以大于器件狀結(jié)構(gòu)。校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)可以在一個(gè)或多個(gè)尺寸上足夠大以致所 述非彈性散射的特性未顯著地受所述量子約束效應(yīng)的影響。示例尺寸將取決于材料。通過(guò) 將這樣的結(jié)構(gòu)的非彈性散射進(jìn)行比較，襯底允許量子約束的影響被觀(guān)察到，并且結(jié)果允許 器件狀結(jié)構(gòu)的尺寸的估算。當(dāng)例如由硅制成時(shí)，目標(biāo)結(jié)構(gòu)可以具有小于22nm的臨界尺寸， 而所述校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)具有大于25nm的臨界尺寸。
[0033] 襯底可以包括在功能器件的制造中的中間級(jí)，或者它可以包括量測(cè)結(jié)構(gòu)留下的完 成的功能器件。
[0034] 發(fā)明又進(jìn)一步提供一種用于在光刻工藝中使用的圖案形成裝置，圖案形成裝置承 載圖案，圖案當(dāng)被施加至襯底并經(jīng)受一個(gè)或多個(gè)進(jìn)一步的處理步驟時(shí)產(chǎn)生根據(jù)如上所述的 發(fā)明的襯底。
[0035] 本發(fā)明的進(jìn)一步特征和優(yōu)點(diǎn)以及本發(fā)明的各種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和操作在下面參照 附圖詳細(xì)地描述。需要注意的是，本發(fā)明不限于本文中所描述的具體實(shí)施例。這樣的實(shí)施 例在本文中被呈現(xiàn)用于僅說(shuō)明的目的。另外的實(shí)施例對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員而言基于本文 中所包含的教導(dǎo)將是顯而易見(jiàn)的。
【附圖說(shuō)明】
[0036] 現(xiàn)在將參照附圖借助于僅示例來(lái)描述發(fā)明的實(shí)施例，其中：
[0037] 圖1描繪了光刻設(shè)備；
[0038] 圖2描繪了光刻單元或簇；
[0039] 圖3圖示出執(zhí)行拉曼光譜術(shù)的檢查設(shè)備的主要部件；
[0040] 圖4圖示出光譜術(shù)中的拉曼偏移的現(xiàn)象；
[0041] 圖5示出由尺寸約束引起的在拉曼光譜中的變化；
[0042] 圖6(a)至圖6(d)圖示出能量狀態(tài)的密度如何受到導(dǎo)致圖5中圖示出的現(xiàn)象的不 同類(lèi)型約束的影響；
[0043] 圖7圖示出通過(guò)光刻工藝形成的結(jié)構(gòu)，圖示出了不同程度的空間約束；
[0044] 圖8是用于將拉曼光譜術(shù)應(yīng)用于形成在襯底上的結(jié)構(gòu)的尺寸的測(cè)量的實(shí)際儀器 的不意圖；
[0045] 圖9(a)至圖9(e)圖示出在如圖8中看到的儀器的構(gòu)造上的變型（a)至（e)，其中 變型（c)至（e)包括栗浦輻射源；
[0046] 圖10圖示出其中向前散射的輻射被檢測(cè)的在儀器的構(gòu)造上的另一變型；
[0047] 圖11圖示出其中向后和向前散射的輻射都被檢測(cè)的在儀器的構(gòu)造上的另一變 型；
[0048] 圖12圖示出用于在圖8至圖10的設(shè)備中使用的包括了反饋控制的輻射源布置；