[发明专利]量测方法和设备、光刻系统以及光刻处理单元

说明书

技术领域

本发明涉及可用于例如通过光刻技术制造器件的过程中的方法和散射仪。

背景技术

光刻设备是一种将所需图案应用到衬底上，通常是衬底的目标部分上的机器。例如，可以将光刻设备用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，可以将可选地称为掩模或掩模版的图案形成装置用于生成待形成在所述IC的单层上的电路图案。可以将该图案转移到衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括一部分管芯、一个或多个管芯)上。所述图案的转移通常是通过将图案成像到提供到衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。通常，单个衬底将包含连续形成图案的相邻目标部分的网络。公知的光刻设备包括：所谓的步进机，在所述步进机中，通过将整个图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一个目标部分；以及所谓的扫描器，在所述扫描器中，通过辐射束沿给定方向(“扫描”方向)扫描所述图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向扫描所述衬底来辐射每一个目标部分。也可能通过将图案压印(imprinting)到衬底的方式从图案形成装置将图案转移到衬底上。

为了监测光刻过程，需要测量图案化的衬底的参数，例如形成在衬底上或衬底内的连续的层之间的重叠误差。已有多种技术用于测量在光刻过程中形成的显微结构，包括使用扫描电子显微镜和多种专门工具。专用检验工具的一种形式是散射仪，其中辐射束被引导到衬底表面上的目标上并且测量散射或反射束的属性。通过比较束在被衬底反射或散射前后的属性，可以确定衬底的属性。通过将反射束同与已知衬底属性相关的已知测量值的库中存储的数据比较，可以确定衬底的属性。已知两种主要类型的散射仪。光谱散射仪引导宽带辐射束到衬底上并且测量散射到特定的窄的角度范围中的辐射的光谱(强度作为波长的函数)。角分辨散射仪使用单色辐射束并且测量作为角度的函数的散射辐射的强度。

散射仪可以用于测量光刻设备的若干个不同的实施例，包括在曝光之前的衬底定位误差以及曝光效力。光刻设备的也可以通过散射仪测量的两个重要参数(具体地，光刻设备执行的曝光动作的两个重要参数)是聚焦量和剂量。光刻设备具有曝光设备，其包括如下面所述的辐射源和投影系统。辐射源提供辐射束，投影系统聚焦辐射束并将图案应用至所述束以产生图案化的辐射束入射到衬底表面上的抗蚀剂。被投影到衬底上以便曝光衬底的辐射剂量由曝光设备的不同部分控制。通常，光刻设备的投影系统对辐射到衬底的正确部分上的聚焦量负责。图案化辐射中的图案的图像在衬底表面的发生曝光位置处聚焦。这使得在衬底的表面上将形成最锐利的图像(即，被最佳聚焦)，并且最尖锐的图案可以被曝光其上。这允许印刷较小的产品图案。

辐射的聚焦量和剂量直接影响在衬底上曝光的图案或结构的不同参数。可以使用散射仪测量的参数是在已经印刷到衬底上的图案内的结构的物理性质。这些参数可以包括临界尺寸(CD)或侧壁角(SWA)。临界尺寸是诸如条纹(或间隔、点或孔，依赖于印刷的图案中的被测量的结构)等结构的有效平均宽度。侧壁角是衬底表面和所述结构的升起(或凹下)部分的一部分之间的角度。

此外，如果划线结构与产品掩模一起使用用于聚焦量测量，可以使用掩模形状校正(用于校正掩模弯曲的聚焦校正)。

期望提供一种使用散射仪测量聚焦量的方法，其中目标的尺寸可以被形成得比辐射束斑点小。

用于定位、重叠以及CD量测的较小的标记物和聚焦剂量量测减小用于量测的实际固定消耗。较小的目标对蚀刻过程微加载以及例如非保形沉积和化学、机械抛光等其他过程效果更敏感。光刻技术的复杂的过程以及尤其是蚀刻过程(诸如反应离子蚀刻(RIE)或等离子体蚀刻)例如导致蚀刻速率(蚀刻接近)的(产品)环境依赖。这些(亚)微米尺度的微加载和过程效果对于制造半导体器件来说是不期望的，并且会扰乱在与产品特征不同的或在目标宽度上不同的小的目标上的量测。尤其地，目标边缘处的不均匀会引起过分照射的量测问题，其中检测束大于目标，结合光学量测中的光瞳检测。

微加载和对量测目标的过程效果难以检测，因为其与晶片的被处理层内产生的性质相关，例如用于重叠衍射光栅的底部光栅的局部蚀刻速率。

这种微加载和对量测目标的过程效果的检测需要应用其他的测量技术，例如扫描电子显微镜(SEM)或光学显微镜。然而，这些技术对被测量结构的轮廓的不对称度的敏感度有限。光学显微镜和自上而下的SEM的具体的缺点是：

i.它们是额外的“检验”测量；

ii它们在大多数情况下需要使用与检验的量测目标的实际量测测量不同的测量工具；

iii.它们仅给出与量测目标内的轮廓不对称度和它们的变化有关的有限的信息；和