半导体制造过程的量测偏差的预测方法与流程

半导体制造过程的量测偏差的预测方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年2月25日提交的ep申请21159169.8的优先权，该申请通过引用整体并入本文。
技术领域
3.本发明涉及半导体制造过程，具体涉及与这种半导体制造过程有关的量测方法。


背景技术：

4.光刻装置是将期望图案施加到衬底上的机器。光刻装置可以用于例如制造集成电路(ic)。光刻装置可以例如将图案形成装置(例如，掩模)处的图案(通常还被称为“设计布局”或“设计”)投射到设置在衬底(例如，晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上。
5.为了将图案投射在衬底上，光刻装置可以使用电磁辐射。该辐射的波长确定可以形成在衬底上的特征的最小尺寸。当前使用的典型波长为365nm(i-线)、248nm、193nm和13.5nm。与使用例如波长为193nm的辐射的光刻装置相比，使用波长在范围4nm至20nm内(例如，6.7nm或13.5nm)的极紫外(euv)辐射的光刻装置可以用于在衬底上形成较小特征。
6.低k1光刻可以用于处理尺寸小于光刻装置的经典分辨率极限的特征。在这种过程中，分辨率公式可以被表达为cd＝k1×
λ/na，其中λ是所采用的辐射的波长，na为光刻装置中的投射光学器件的数值孔径，cd为“临界尺寸”(通常为所印刷的最小特征尺寸，但在这种情况下为半节距)，而k1为经验分辨率因子。一般而言，k1越小，在衬底上再现与电路设计者所计划的形状和尺寸类似的图案以便实现特定电气功能性和性能就越困难。为了克服这些难题，复杂的微调步骤可以应用于光刻投射装置和/或设计布局。这些步骤包括例如但不限于na的优化、定制照射方案、使用相移图案形成装置、设计布局的各种优化(诸如设计布局中的光学邻近效应校正(opc，有时还被称为“光学和过程校正”))、或通常被定义为“分辨率增强技术”(ret)的其他方法。可替代地，用于控制光刻装置的稳定性的紧密控制环路可以用于改善图案在低k1下的再现。
7.这些紧密控制回路通常基于使用量测工具获得的量测数据，该量测工具测量所施加的图案的特性或表示所施加的图案的量测目标的特性。一般而言，量测工具基于图案和/或目标的位置和/或尺寸的光学测量。据固有推测，这些光学测量代表了集成电路的制造过程的质量。
8.除了基于光学测量的控制之外，还可以执行基于扫描电子显微镜的测量；其中可以利用使用电子射束工具的所谓低电压测量(如hmi所提供的)。这种低电压对比度测量指示施加到衬底的各层之间的电接触的质量。
9.通常，在完成了所有过程步骤之后，衬底上的每个管芯都应当适于产生功能性半导体器件(ic)。原则上讲，在进一步封装ic之前，使用各种技术对每个管芯进行电测试，其中包括电探测。通常在跨管芯的多个位置处进行电探测，从而测量多个电性质(例如，电压、电阻、频率)。探针值是ic的质量的良好指标；例如，当所测量的电阻非常高时，这可能指示
没有实现部件之间的电接触，因此，ic为功能性ic的机会非常低。如果测试衬底的电性质传达了大量非功能性ic，则推测制造过程具有低产率。
10.通常，已经观察到，探针测量与使用sem工具或散射测量工具获得的其他量测(例如，套刻量测)测量之间存在偏移(被称为量测与器件的偏移)，使得所观察到的最佳产率不一定与零套刻相对应。可能期望改进用于确定该偏移的现有方法。


技术实现要素：

11.在本发明的第一方面中，提供了一种用于确定光刻过程的空间变化过程偏移的方法，所述空间变化过程偏移在经受光刻过程的衬底上变化，以在其上形成一个或多个结构，该方法包括：获得经训练的模型，该经训练的模型已经被训练为基于第二量测数据来预测第一量测数据，其中第一量测数据是与结构的第一测量类型有关的、作为产率度量的空间变化量测数据，并且所述第二量测数据是与所述结构的第二测量类型有关、并且与所述第一量测数据相关的空间变化量测数据；以及使用所述模型来获得所述空间变化过程偏移。
附图说明
12.现在将参考所附示意图对本发明的实施例进行描述，其中
13.图1描绘了光刻装置的示意性概图；
14.图2描绘了光刻单元的示意性概图；
15.图3描绘了整体光刻的示意性表示，其表示优化半导体制造的三种关键技术之间的合作；
16.图4是根据本发明的实施例的用于确定非零偏移的方法的流程图；以及
17.图5是图示了根据本发明的实施例的用于确定非零偏移的方法的套刻数据与探针数据的绘图。
具体实施方式
18.在本文档中，术语“辐射”和“射束”用于涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外线辐射(例如，其中波长为365nm、248nm、193nm，157nm或126nm)和euv(极紫外辐射，例如，波长范围为约5nm至100nm)。
19.如该文本中所采用的术语“掩模版”、“掩模”或“图案形成装置”可以广义地被解释为是指一种通用图案形成装置，其可以用于向入射辐射射束赋予经图案化的横截面，该经图案化的横截面与要在衬底的目标部分中产生的图案相对应。在该上下文中，也可以使用术语“光阀”。除了经典掩模(透射或反射、二进制、相移、混合等)之外，其他此类图案形成装置的示例还包括：
[0020]-可编程反射镜阵列。在通过引用并入本文的美国专利号5,296,891和5,523,193中给出关于这种反射镜阵列的更多信息。
[0021]-可编程lcd阵列。在通过引用并入本文的美国专利号5,229,872中给出这种结构的示例。
[0022]
图1示意性地描绘了光刻装置la。该光刻装置la包括：照射系统(还被称为照射器)il，被配置为调节辐射射束b(例如，uv辐射、duv辐射或euv辐射)；支撑结构(例如，掩模台)
mt，被构造为支撑图案形成装置(例如，掩模)ma并且连接到第一定位器pm，该第一定位器pm被配置为根据某些参数精确定位图案形成装置ma；衬底台(晶片台)wt，被构造为保持衬底(例如，涂有抗蚀剂的晶片)w并且连接到第二定位器pw，该第二定位器pw被配置为根据某些参数精确定位衬底；以及投射系统(例如，折射投射透镜系统)ps，被配置为通过图案形成装置ma将赋予辐射射束b的图案投射到衬底w的目标部分c(例如，包括一个或多个管芯)上。
[0023]
操作时，照射系统il(例如，经由射束传递系统bd)从辐射源so接收辐射射束。照射系统il可以包括用于引导、成形和/或控制辐射的各种类型的光学部件，诸如折射光学部件、反射光学部件、磁性光学部件、电磁光学部件、静电光学部件和/或其他类型的光学部件、或其任何组合。照射器il可以用于调节辐射射束b以使其在图案形成装置ma的平面处的横截面中具有期望空间和角度强度分布。
[0024]
视正在使用的曝光辐射和/或诸如使用浸没液体或使用真空之类的其他因子的情况而定，本文中所使用的术语“投射系统”ps应当广义地被解释为涵盖各种类型的投射系统，包括折射光学系统、反射光学系统、折反射光学系统、合成光学系统、磁性光学系统、电磁光学系统和/或静电光学系统、或其任何组合。本文中术语“投射透镜”的任何使用可以被认为与更通用术语“投射系统”ps同义。
[0025]
光刻装置可以是其中衬底的至少一部分可以被具有相对较高的折射率的液体(例如，水)覆盖以填充投射系统与衬底之间的空间的类型，其还被称为浸没光刻。在通过引用并入本文的美国专利号6,952,253中给出关于浸没技术的更多信息。
[0026]
光刻装置la也可以是具有两个(双载物台)或更多个衬底台wt和例如两个或更多个支撑结构mt(未示出)的类型。在这种“多载物台”机器中，可以并行使用附加台/结构衬底台，或可以在一个或多个台上执行准备步骤，同时使用一个或多个其他台来将图案形成装置ma的设计布局暴露到衬底w上。
[0027]
操作时，辐射射束b入射在图案形成装置(例如，掩模ma)上，该图案形成装置被保持在支撑结构(例如，掩模台mt)上，并且通过图案形成装置ma进行图案化。在穿过图案形成装置ma之后，辐射射束b穿过投射系统ps，该投射系统ps将射束聚焦到衬底w的目标部分c上。借助于第二定位器pw和位置传感器if(例如，干涉测量设备、线性编码器、2d编码器或电容传感器)，可以精确移动衬底台wt，例如，以便将不同的目标部分c定位在辐射射束b的路径中。同样，第一定位器pm以及可能的另一位置传感器(其在图1中未明确描绘)可以用于相对于辐射射束b的路径精确定位掩模m。可以使用掩模对准标记m1、m2和衬底对准标记p1、p2来对准掩模ma和衬底w。尽管如所图示的衬底对准标记p1、p2占据专用目标部分，但是它们可以位于目标部分(它们被称为划线对准标记)之间的空间中。
[0028]
如图2所示，光刻装置la可以形成光刻单元lc的一部分，该光刻单元lc有时被称为光刻单元或(光刻)簇。该光刻单元lc还可以包括对衬底w执行曝光前过程和曝光后过程的装置。传统上讲，这些装置包括用于沉积抗蚀剂层的旋涂器sc、使经曝光的抗蚀剂显影的显影剂de、例如用于调节衬底w的温度(例如，用于调节抗蚀剂层中的溶剂)的激冷板ch和/或烘烤板bk。衬底处理器或机器人ro从输入/输出端口i/o1、i/o2拾取衬底w，在不同的处理装置之间移动它们，然后将衬底w传送到光刻装置la的进料台lb。光刻单元中的这些器件经常被统称为轨道，通常处于轨道控制单元tcu的控制下，该轨道控制单元tcu本身由管理控制系统scs进行控制，该管理控制系统还例如经由光刻控制单元lacu控制光刻装置la。
[0029]
为了正确且一致地曝光由光刻装置la曝光的衬底w，期望检查衬底以测量经图案化的结构的特性，诸如后续层之间的套刻误差、线厚度、临界尺寸(cd)等。为此，检查工具(未示出)可以包括在光刻单元lc中。如果检测到误差，则例如可以对后续衬底的曝光或要对衬底w执行的其他过程步骤进行调整，尤其是在仍然要对相同批或批次的其他衬底w进行曝光或处理之前还要进行检查的情况下。
[0030]
检查装置(还可以被称为量测装置)用于确定衬底w的性质，具体地，确定不同衬底w的性质如何变化或与同一衬底的不同层相关联的性质w如何逐层变化。可替代地，检查装置可以被构造为识别衬底w上的缺陷，并且可以例如是光刻单元lc的一部分，或可以被集成到光刻装置la中，或甚至可以是独立设备。检查装置可以测量潜像(曝光之后的抗蚀剂层中的图像)、半潜像(曝光后烘烤步骤peb之后的抗蚀剂层中的图像)、或经显影的抗蚀剂图像(其中已经移除了抗蚀剂的经曝光的部分或未经曝光的部分)、或甚至经蚀刻的图像(图案转印步骤(诸如蚀刻)之后)上的性质。
[0031]
通常，光刻装置la中的图案化过程是需要在衬底w上对结构进行尺寸设计和放置的高精度的处理中最关键步骤中的一个步骤。为了确保这种高精度，如图3所示意性地描绘的，三个系统可以被组合成所谓的“整体”控制环境。这些系统中的一个系统是光刻装置la，该光刻装置la(虚拟地)连接到量测工具mt(第二系统)和计算机系统cl(第三系统)。这种“整体”环境的关键是优化这三个系统之间的配合以增强整个过程窗口并且提供紧密控制环路，以确保由光刻装置la执行的图案化停留在过程窗口内。过程窗口定义了过程参数(例如，剂量、焦距和套刻)范围，在该过程参数范围内，特定制造过程产生经定义的结果(例如，功能半导体器件)，即，通常，在该过程参数范围内，允许光刻过程或图案化过程中的过程参数发生变化。
[0032]
计算机系统cl可以使用要图案化的设计布局(的一部分)来预测使用哪些分辨率增强技术，并且执行计算光刻模拟和计算以确定哪些掩模布局和光刻装置设置实现图案化过程的最大总体过程窗口(在图3中，由第一标尺sc1中的双箭头描绘)。通常，分辨率增强技术被布置为匹配光刻装置la的图案化可能性。计算机系统cl还可以用于检测光刻装置la当前正在操作(例如，使用来自量测工具mt的输入)的过程窗口内的哪个位置，以预测缺陷是否可能由于例如次优处理而存在(在图3中，由第二标尺sc2中的指向“0”的箭头描绘)。
[0033]
量测工具mt可以向计算机系统cl提供输入以使得能够进行精确模拟和预测，并且可以向光刻装置la提供反馈，以识别例如校准状态下的光刻装置la的可能漂移(在图3中，由第三标尺sc3中的多个箭头描绘)。
[0034]
光刻装置la被配置为在衬底上精确再现图案。所施加的特征的位置和尺寸需要在一定公差内。由于套刻误差(通常被称为“套刻”)，所以可能会出现位置误差。套刻是在相对于第二曝光期间的第二特征在第一曝光期间放置第一特征时的误差。光刻装置通过在图案化之前将每个晶片与基准精确对准来使套刻误差最小。这通过使用对准传感器测量衬底上的对准标记的位置来完成。可以在通过引用并入本文的美国专利申请公开号us20100214550中找到关于对准过程的更多信息。例如，当衬底没有相对于光刻装置的焦平面正确定位时，可能发生图案尺寸设计(例如，cd)误差。这些焦点位置误差可能与衬底表面的非平坦性相关联。光刻装置通过在图案化之前使用水平传感器测量衬底表面形貌来使这些焦点位置误差最小。在后续图案化期间应用衬底高度校正，以确保图案形成装置在衬底
上的正确成像(聚焦)。可以在通过引用并入本文的美国专利申请公开号us20070085991中找到关于液位传感器系统的更多信息。
[0035]
除了光刻装置la和量测装置mt之外，在ic生产期间也可以使用其他处理装置。蚀刻站(未示出)在图案暴露到抗蚀剂中之后处理衬底。蚀刻站将图案从抗蚀剂转移到抗蚀剂层下面的一个或多个层中。通常，蚀刻基于等离子体介质的应用。例如，可以使用衬底的温度控制或使用电压控制环引导等离子体介质来控制局部蚀刻特性。可以在通过引用并入本文的国际专利申请公开号wo2011081645和美国专利申请公开号us20060016561中找到关于蚀刻控制的更多信息。
[0036]
在ic的制造期间，非常重要的是：使用诸如光刻装置或蚀刻站之类的处理装置处理衬底的处理条件保持稳定使得特征的性质保持在某些控制极限内。过程的稳定性对于ic的功能性部分的特征(即，产品特征)而言特别重要。为了保证稳定处理，需要具备过程控制能力。过程控制包括：监测处理数据，以及实现用于过程校正(例如，基于处理数据的特性来控制处理装置)的器件。过程控制可以基于量测设备mt的定期测量，通常被称为“高级过程控制”(还被称为apc)。可以在通过引用并入本文的美国专利申请公开号为us20120008127中找到关于apc的更多信息。通常，实现apc包括：周期性测量衬底上的量测特征，以监测和校正与一个或多个处理装置相关联的漂移。量测特征反映了产品特征对过程变化的响应。
[0037]
术语指纹可能是指所测量的信号的主要(系统)贡献者(“潜在因子”)，具体地，与对晶片的性能影响或先前处理步骤建立联系的贡献者。这种指纹可能是指衬底(网格)图案(例如，来自对准、调平、套刻、聚焦、cd)、场图案(例如，来自场内对准、调平、套刻、聚焦、cd)，衬底分区图案(例如，晶片的最外半径测量)、甚至与晶片曝光有关的扫描仪测量中的图案(例如，来自掩模版对准测量的整批次的加热签名、温度/压力/伺服简档等)。如此，每个指纹可以包括晶片或其部分(例如，场或管芯)上的感兴趣参数的空间变化的描述。指纹可以包括在指纹集内，并且可以在指纹集中进行均匀或非均匀的编码。
[0038]
实践时，通常需要从与过程参数有关的稀疏测量值集合中(跨一个衬底或多个衬底)导出更为密集的值映射。通常，可以结合与过程参数的预期指纹相关联的模型、从稀疏测量数据中导出这种密集的测量值映射。可以在通过引用并入本文的国际专利申请公开号wo2013092106中找到关于对测量数据进行建模的更多信息。由于半导体制造过程包括多个处理装置(光刻装置、蚀刻站等)，所以整体优化过程可能是有益的，例如，把与各个处理装置相关联的特定校正能力考虑在内。这就引出了以下观点：对第一处理装置的控制可以(部分地)基于第二处理装置的已知控制性质。这种策略通常被称为协同优化。这种策略的示例包括光刻装置和图案形成装置的密度简档的联合优化以及光刻装置和蚀刻站的联合优化。可以在通过引用并入本文的国际专利申请号pct/ep2016/072852和美国专利临时申请号62/2298,882中找出关于协同优化的更多信息。
[0039]
在一些过程控制情形下，控制目标可能是例如“符合规格的管芯的数目”。这描述了产率驱动的过程控制参数，该过程控制参数旨在获得每批经处理的衬底的最大数目的功能性产品。通常，产品与衬底上的管芯相关联，如此，基于产率的过程控制被称为基于“符合规格的管芯”准则。这旨在使符合规格的管芯的数目最大，而非跨衬底应用平均优化(例如，基于跨衬底的最佳焦距的焦距差的最小二乘最小化的最小二乘优化)。如此，当优化过程参数时，“符合规格的管芯”优化可以使用产品的先验知识(管芯布局)。最小二乘优化通常平
等对待每个位置，而无需考虑管芯布局。如此，相比于具有七个不合规格的位置但仅影响两个管芯的校正(例如，一个管芯中有四个缺陷，而另一管芯中有三个缺陷)，最小二乘优化可能更喜欢“仅”具有四个不合规格的位置但每个位置都在不同的管芯中的校正。然而，由于单个缺陷往往会使管芯有缺陷，因此使无缺陷管芯(即，符合规格的管芯)的数目最终比简单地使每个衬底的缺陷的数目最小更为重要。符合规格的管芯优化可以包括每个管芯的最大绝对值(max abs)优化。这种max abs优化可以使性能参数与控制目标的最大偏差最小。可替代地使用max abs函数的可微分近似，使得更容易求解成本函数。为了最大绝对值优化有效，应当在优化中使用诸如晶片图之类的细节。可以在通过引用并入本文的欧洲专利申请ep16195819.4中找到关于基于产率的控制的更多信息。
[0040]
相对较新的技术领域是机器学习领域。如今，与该技术有关的方法用于基于对所获取的数据内存在的图案的辨识来改进对过程参数的预测。附加地，机器学习技术可能有助于指导用户选择对过程控制目的最有用的数据。
[0041]
通常，在处理衬底之后，可以获得电测量数据(例如，探针数据)。通常，当执行电量测以获得电测量数据时，使用探针测量衬底上的所有管芯，这些探针与在处理期间形成的电路(接近)接触。可以执行各种测量类型，例如，电压、电流、电阻、电容和电感测量。可以在不同的条件(例如，频率、电压、电流)下并且在跨管芯的多个位置处执行这些测量。在一定条件下与所测量的特定参数(电流、电压、电阻、电容、电感)相关联的电测量可以由多个曲线图表示，每个曲线图表示与所测量的参数相关联的值的空间分布。需要对其执行电测量的测量位置的分布可能并非恒定，但也可能取决于管芯在衬底上的相对位置。衬底的边缘处的管芯更有可能具有电缺陷，因此与更靠近衬底的中心的管芯相比，可能对这些管芯进行更为密集的采样。类似地，关键区域(诸如与功能性逻辑结构相关联的区域)可以存在于管芯内，同时例如，在管芯的外围处可能存在不太关键的区域。有利的是：在管芯的关键区域处提供比在要求较低的区域处更为密集的电测量样品方案。
[0042]
所测量的电特性的性质(最小值、最大值、方差或任何其他统计测量)是关于管芯上的某个电路将是功能性电路的概率的重要指标。因此，电特性与过程的产率之间存在强烈的关系。因此，对于产率控制，电特性测量很重要。然而，电特性测量也很耗时，并且仅在半导体制造过程的最后阶段(例如，当用于校正非功能性电路的选项几乎不存在时)被执行。
[0043]
半导体制造取决于一系列联锁反馈回路(例如，上文所描述的apc回路和其他回路)，这些联锁反馈回路控制生产，以使变化最小，并且确保关键性能指标在界限内。为了实现这点，可以使用估计和解释系统测量误差的方法。在套刻的示例中，这些对于解释adi(显影检查后)与aei(蚀刻检查后)之间的测量差异或不精确性以及解释aei与探针数据(电特性数据)之间的差异很重要。在该上下文中，术语过程偏移或量测至器件(mtd)偏移通常被同义地用来是指这些系统误差，无论是adi与aei之间(aei-adi mtd)还是aei与探针之间(mtd对于探针)。
[0044]
特别感兴趣的是mtd对于探针(mtd wrt探针)的情况，它将aei套刻与特定产率参数相关。在这种情况下，当对于不同于零的aei套刻值获得所观察到的最佳产率时，表现了mtd效应。目前，这可以通过分析套刻数据和与用于测量的晶片上的位置无关的探针数据、并推断探针数据对套刻的依赖性来校准。为此，一种方法可以包括：在套刻数据上拟合二阶
多项式以预测探针数据，并且将mtd估计为函数的最小值(即，当探针值如此以使得较低的值指示较高的产率时；在相反场景中，mtd可能为函数的最大值)。另一方法可以是对套刻值进行归仓(bin)，将区间内的所有值指派为单个“组”；并且计算对应探针值的汇总统计，诸如每个组的平均值。然后，可以通过确定套刻间隔来估计mtd-wrt探针，从而得到所观察到的最佳中数探针值。在任一方法中确定的单个mtd值都可以应用于每个晶片作为“校正”，曝光期间的这种扫描仪控制旨在将套刻控制为非零的给定mtd值。在这种情况下，由于估计了单个mtd值，所以假设跨晶片恒定，则这是仅平移估计。例如，在通过引用并入本文的wo 2018/202361中描述了这种方法。
[0045]
最后，可以使用sem(扫描电子显微镜)或光学量测工具(例如，使用散射仪的器件内量测(idm))来测量aei套刻。后一选项越来越多地用于这些套刻测量，因为它可以更快地执行测量，使得更多的数据可用于估计mtd-wrt探针。
[0046]
用于估计从aei到探针的mtd的这种方法非常有限，因为它只会产生跨晶片的单个校正值。换言之，它依赖于mtd值不取决于晶片位置的假设。这反映了所使用的核心估计方法(二阶多项式或归仓方法)的简便性。它还反映了以下预期：给定通常有限的样品尺寸(所测量的晶片的数目)和数据的噪声本质，仅平移校正可能足以解释系统测量误差的影响中的一些影响。这是一种非常保守的方法，寻求使在估计mtd偏移值时的不确定性的影响最小化；因此，它并不能完全捕获当最佳校正aei套刻与探针数据之间的差异时可以获得的所有可能增益。
[0047]
另外，目前使用的两个核心估计方法也存在不足。当使用二阶多项式拟合进行套刻时，不使用其他约束。其结果是，有时探针值对套刻的所估计的依赖性与预期的依赖性相反：随着绝对套刻值无限增加，探针值就无限提高。在拟合模型时缺乏约束的情况下，由于数据的变化和样品的尺寸小相结合，所以出现这种情况。另一方面，用于估计的归仓方法需要基于数据进行手动调谐，以找到套刻值的适当归仓，这既麻烦又耗时。
[0048]
因此，提出使用通用机器学习模型来估计晶片位置相关(或空间变化)mtd(例如，mtd-wrt探针)，该晶片位置相关mtd已经针对套刻数据和探针数据进行了训练。可选地，如果可用，则诸如临界尺寸(cd)数据、晶片厚度数据、调平数据、上下文数据、对准数据或其他合适数据之类的附加数据可以用于训练和估计。
[0049]
将主要根据确定空间变化套刻mtd偏移来对这些概念进行描述，然而，这些概念不限于作为mtd参数的套刻。这些概念可以应用于受空间变化mtd偏移影响的任何其他参数。例如，所提出的方法可以用于确定剂量的mtd，例如，在临界尺寸控制的上下文中。这种实施例可以用于导出剂量映射应用的mtd剂量映射。如此，对套刻、套刻数据、套刻映射和将套刻映射到电特性或探针数据的模型的任何提及都应当被理解为包括对其他参数、其他参数数据、其他参数映射和将其他参数映射到电特性或探针数据中的模型的公开内容，其中通过示例，其他参数可以是剂量。
[0050]
在一个实施例中，在aei量测数据可用的情况下，完整的mtd wrt探针确定可以包括：基于aei量测(例如，套刻)数据使用本文中所公开的方法来确定相对于探针的aei mtd偏移(mtd
aei-探针
)。然后，可以将其与aei mtd(mtd
adi-aei
)偏移组合(例如，求和)，以确定总mtd偏移。mtd
adi-aei
偏移可以是adi量测(例如，套刻)数据与aei量测(例如，套刻)数据之间的差/偏移。该mtd
adi-aei
偏移可以依据可用数据被确定为空间变化偏移(以任何合适的粒度水
平或空间尺度水平中，例如，每个场或每个管芯)或平移偏移。可替代地，在没有可用aei量测数据的情况下，本文中所公开的方法可以直接应用于adi量测数据，以将mtd wrt探针确定为mtd
adi-探针
偏移。
[0051]
该方法可以包括：获得模型，该模型已经被训练为将套刻和(可选地)附加的过程数据(例如，cd、上下文数据、晶片厚度数据)映射到电特性或探针数据(例如，产率代理)。可替代地，可以经由对模型的约束来间接地解释任何附加的过程数据的影响。然后，可以使用该模型来找到空间变化(位置相关的)mtd偏移(映射)。可以基于模型的产率优化来确定mtd偏移映射(例如，以找到优化产率的mtd偏移映射)。
[0052]
通过以可选择的空间尺度(例如，每个晶片/场/管芯/点)来聚合量测数据(以及可选的附加的过程数据)，该模型可以具有可调整的空间分辨率。这使得能够对mtd偏移不确定性与粒度进行统计分析，并且可以有效地实现基于可用的量测数据的体积(和/或质量)来选取空间尺度(mtd偏移映射分辨率)(例如，较大体积的量测数据对应于较大分辨率的mtd偏移映射，且相反较小体积的量测数据对应于较小分辨率的mtd偏移映射)。
[0053]
模型可能受到约束，例如，可以施加约束，该约束导致mtd偏移的问题得以明确定义并且解决方案为唯一。约束可以是模型函数被约束为相对于套刻(并且在被使用的情况下，还可以是附加的过程数据)是凸函数。这假设较低探针值与较好产率相对应；在较高的探针值与较高的产率相对应的相反情形下，为了实现相同的效果，函数可以被约束为凹函数。例如，还可以基于模型类别对施加这种约束的适用性和相对简单性来选取该模型类别。这种模型可以包括例如二阶多项式模型或c样条模型。当然，可以使用有助于施加凸性/凹性的任何其他模型。
[0054]
其他约束可能包括：施加平滑度，以便减少相邻区域(例如，点、管芯或场，其依据所选取的模型的空间尺度)之间mtd偏移变化的幅度。可以以若干种方式施加平滑度，例如，施加相邻区域的mtd偏移之间的最大差异。mtd偏移的幅度可具有约束量值(例如，被约束在界限内)。下文还对模型类型和可能约束的示例进行描述。
[0055]
该模型还可以用于估计(例如，每个管芯)由于施加所确定的mtd偏移而产生的潜在产率提高。例如，mtd偏移可以应用于套刻数据，然后，该模型用于基于所校正的套刻数据来预测探针/产率性能。该模型可以用于监测mtd偏移是否随时间而改变。如果确定mtd偏移已经显著改变，则可以更新mtd偏移值和/或触发另一完整mtd偏移校准或执行其他诊断步骤。
[0056]
通常，因为公开了本文中所公开的建模方法，所以该模型涵盖当前用于确定mtd偏移的实际方法(如已经描述的通过拟合二阶多项式或将归仓方法应用于整个数据来估计仅平移值)并且对该实际方法进行形式化。建模方法还可以包括更一般的场景，其中允许mtd偏移指纹在整个晶片中变化。在这样做时，根据可靠统计基础来描述这个问题，从而允许在不同的模型执行个体之间进行有根据的比较。这样，mtd偏移校正更好地反映了可用的数据量与过程的物理性质之间的相互影响，以使得能够更好地捕捉可实现的产率增益。
[0057]
图4是描述一种可能方法的流程图。将第一量测数据或套刻数据ov、和第二量测数据或电特性/探针数据pb馈送到机器学习模型mod中。可选地，还可以将附加的过程数据add馈送到模型mod中。估计mtd偏移指纹的问题可以被框定为确定跨晶片的套刻数据和探针数据之间的关系(可选地，解释附加的过程数据或变量)的问题。因此，在经受约束条件con的
影响下，模型学习将套刻数据ov(和当被提供时，附加的过程数据add)映射到探针数据pb。
[0058]
一旦确定了这种关系，经训练的模型mod就可以用于以所选空间尺度来估计mtd偏移指纹mtd fp。例如，可以通过为晶片中的每个位置确定套刻值来估计每个位置的mtd偏移值，该套刻值产生如由模型预测的最佳预期探针值(即，最能指示产率的探针值)。通过适当地约束模型(例如，将其约束到凸关系)，可以确保用于最佳预期探针值的唯一解。可以使用其他约束来捕捉领域知识和/或将最终mtd偏移值的幅度限制到给定范围。
[0059]
图5图示了特定位置(例如，管芯或场)i的套刻ov(输入)和探针pb(输出)值(较低的探针值与较好的性能相对应)之间的示例关系。点表示实际数据，所学习或拟合的关系由函数f(
·
)(这里为二阶凸多项式)描述。在该实施例中，根据该位置的函数f(
·
)，位置i的mtd偏移可以被定义为与最小探针值相对应的套刻值。
[0060]
如已经所简要讨论的，可以通过考虑一系列可能场景基于感兴趣产品的晶片布局来将问题形式化。一般模型可以假定套刻与探针之间的关系取决于晶片上的(例如，管芯)位置，从而解释对位置的任何类型的依赖。这样，它包含了一系列可能场景。这些场景可能在不依赖于位置的情况下当一起分析来自所有位置的数据时从第一极值开始，以获得所有位置的单个mtd偏移值(最粗粒度的mtd偏移指纹)。这将是仅平移指纹，但增加了允许对套刻与探针之间的关系进行不同的参数化的灵活性(与现有方法相比较)，并且能够施加一个或多个约束。第二极值可以等同于个别分析来自每个位置的数据，即，与其他位置数据完全分开分析，使得mtd偏移值独立于来自其他位置的数据而被估计。这是最细粒度的mtd偏移指纹，因为就晶片中的两个附近位置的mtd偏移值可能非常不同的意义而言，允许它自由变化。由于这将是最为复杂的模型，所以预计它需要最大量的数据才能进行可靠的估计。在这些极值之间，空间尺度可能发生变化(例如，每个多个场、每个场、每个多个管芯、每个管芯、每个管芯功能性区域(子管芯区域)或每个位置(例如，在后两种情况下，其中每个管芯执行一个以上的探针测量))。
[0061]
由于若干种原因，所以可能优选中间空间尺度(例如，每个场)，而非较小尺度。这样的原因可以包括对噪声进行更好的平均以获得表现更好的估计。还可以在较小尺度上使用每场空间尺度来改善模型的不确定性，尽管以灵敏度为代价。扫描器也更容易致动以每场尺度所确定的空间变化mtd偏移。
[0062]
虽然上文描述描述了确定mtd偏移值本身的空间变化，但是建模可以被扩展到套刻与探针数据之间的关系。换言之，特定模型用于对对这种关系如何跨晶片变化进行建模，进而可以用于确定mtd偏移指纹。
[0063]
应当领会，虽然可以根据套刻与探针数据之间关系的确定来表述核心问题，但与预测给定套刻数据的探针值(例如，如wo 2018/202361中所描述的)相比较，当感兴趣变量是mtd偏移值时，预期最终性能要求并不那么严格。例如，在给定所估计的套刻与探针之间的关系的情况下，探针值的总体预测性能可能较低，但仍然可以可靠地估计mtd偏移值。另外，通过在单个模型中利用整个数据进行分析，可以利用来自多个位置的数据的统计强度。另外，通过对模型施加约束，例如，使用领域知识，可以使模型更加稳健。
[0064]
在一个更具体示例中，可以通过由模型参数θi参数化的函数f(
·
)来描述套刻数据o和任何(可选的)附加的过程数据r到由i索引的晶片位置中的探针数据u的映射。为了简单起见，在该示例中，没有对附加变化源(尤其是时间或批次)进行解释，尽管它们可以很容
易地并入这个公式中。为了简单起见，还假设同一类函数f(
·
)用于所有位置，尽管不一定需要是这种情况；例如，可能感兴趣的是为晶片的内部区域定义更为严格的函数类型，并且为边缘区域定义更为灵活的函数。如当前简化示例中所定义的，该模型可以采用以下公式的一般形式：
[0065]
u＝f(o，r|θi)
[0066]
模型参数化θi可以定义模型的结构，使得可以指定空间尺度。例如，可以以场水平来选取空间尺度，使得相同关系被定义用于每个场内的所有管芯位置、处于管芯水平、具有每个场的效应加上附加的场内效应或许多其他场景中的一个场景。
[0067]
依据所使用的具体模型，可以采用一个或多个不同的选项来控制函数f(
·
)的空间平滑度和所估计的mtd偏移值，如下文所进一步描述的。一旦定义了该参数化，就可以添加由领域知识通知的附加约束。
[0068]
在以下示例中，假设在不损失一般性的情况下，所使用的探针值使得较低的值表示较高的产率。在这种情况下，函数f(
·
)可能会被约束为相对于套刻和附加的过程数据是凸函数(或在较高的探针值指示较高的产率的情况下为凹函数)。这源于类似于过程窗口的概念的领域观点，也源于统计观点，以加强函数的平滑性，并且确保所估计的mtd偏移值相对明确且唯一。
[0069]
可以根据以下模型根据(基于较低的值指示较高的产率的假设)期望探针值e[f(o，r|θi)]的最小化使用经训练的模型确定mtd偏移wrt探测vi，例如，
[0070][0071]
可以看出，在导致mtd偏移优化的这个简化模型示例中，空间变化由模型参数处置(因为相同的函数类型用于晶片中的所有位置)，而根据期望空间尺度聚合套刻数据/附加的过程数据。依据空间尺度，位置i可以是管芯位置、场位置等。
[0072]
在该示例中，同一函数用于所有位置i，并且套刻-探针关系中的所有空间变化由模型参数处置。如前所述，如果不同的函数用于不同的区域(例如，晶片的内部区域的二阶多项式和边缘区域的c样条)，则通过每个位置的模型参数和函数类型的变化的组合来处置空间变化。
[0073]
函数f(
·
)的具体形式可以使得它允许相对简单地应用凸函数/凹函数约束。选取合适形式的另一因子是应当如何解释晶片位置，以控制所得mtd偏移估计的平滑度。现在将基于仅使用单个层和单个方向的套刻数据的简化场景来描述几个具体示例，使得套刻参数o是标量，并且探针值u也是标量。在这种情况下，函数f(
·
)可以被定义如下：
[0074]
·oi，j
的二阶多项式，例如，f(o，r|θi)＝aio2+bio+ci，其中θi＝[ai，bi，ci]
t
[0075]
·
给定o的c样条，例如，使用通过引用并入本文的以下出版物中任一出版物所描述的方法：mary c.meyer.(2012)constrained penalized splines，the canadian journal of statistics，40(1)，第190页至第206页和h.maatouk和x.bay.(2017).gaussian process emulators for computer experiments with inequality constraints.mathematical geosciences 49(5)，第557页至第582页。
[0076]
根据这一选项，可以基于从以下各项构建的分层建模来定义模型的结构(其使得空间效应和其他感兴趣潜在变量与参数θi相关联)：
[0077]
·
关于诸如场和场内位置之类的晶片布局变量的标准线性回归。
[0078]
·
使用高斯过程[例如，如c.e.rasmussen和c.k.i.williams所描述的(2006).gaussian processes for machine learning.mit press，其通过引用并入本文]。这种方法可以通过不同的高斯过程和/或所使用的特定核心协方差函数来解释晶片布局变量。这种高斯过程可以一次利用整个数据集合，而非单独处理每个区域，以获得晶片上的平滑变化的mtd偏移。
[0079]
例如，在通过引用并入本文的a.gelman,j.b.carlin,h.s.stern,d.b.dunson,a.vehtari&d.b.rubin(2013).bayesian data analysis.3rd edition.taylor&francis中描述了合适分层建模方法。
[0080]
可以在标准优化设置下或在概率设置下实现所得模型，在该标准优化设置中，通过在相应约束下直接使成本函数最小来执行模型拟合，而在该概率设置中，指定了关于模型参数的先验。一旦指定了感兴趣模型并且拟合到数据，就可以使用标准模型比较和选择准则对这些模型进行比较，以选择最适当的模型。
[0081]
在以上所有内容中，可以使用晶片内套刻和场内套刻的模型结合实际套刻量测(例如，aei和/或adi量测)的结果来执行计算量测，以生成用于预期套刻范围的合适密集的套刻映射。电特性数据可以包括位图数据(例如，用于存储器ic)，诸如从静电放电测试、上述电探针测试、扫描故障隔离测试等获得的位图数据。
[0082]
如使用本文中所公开的方法确定的空间变化mtd偏移(mtd偏移映射)存在许多应用。第一应用可以是对光刻过程的控制(例如，扫描器控制)。相对于探针生成的mtd偏移可以用于控制扫描器曝光，例如，在曝光期间施加适当套刻和/或剂量(或其他参数)偏移以实现套刻和/或剂量控制。
[0083]
其他应用包括：
[0084]
·
量测工具(例如，对于套刻：aei idm量测工具和/或adi量测工具；或对于cd(剂量映射)：sem/电子射束量测工具)的条件手段验证/“鉴定”。
[0085]
·
监测正在进行的生产，以确定所应用的探针mtd偏移是否在极限内；如果检测到mtd偏移已经改变，则这可以用于触发对mtd偏移的重新校准。
[0086]
下文在带编号的条款的列表中公开了其他实施例：
[0087]
1.一种用于确定光刻过程的空间变化过程偏移的方法，所述空间变化过程偏移在经受所述光刻过程的衬底上变化以在其上形成一个或多个结构，所述方法包括：获得经训练的模型，所述经训练的模型已经被训练为基于第二量测数据来预测第一量测数据，其中所述第一量测数据是与所述结构的第一测量类型有关的、并且指示产率的空间变化量测数据，并且所述第二量测数据是与所述结构的第二测量类型有关、并且与所述第一量测数据相关的空间变化量测数据；以及使用所述模型来获得所述空间变化过程偏移。
[0088]
2.根据条款1所述的方法，包括：使用所述第一量测数据和所述第二量测数据训练所述模型。
[0089]
3.根据条款1或2所述的方法，其中所述第一量测数据包括电特性数据，所述电特性数据描述所述结构的电特性。
[0090]
4.根据条款3所述的方法，其中所述第一测量类型包括以下各项中的一项或多项：静电放电测量、电探针测量、扫描故障隔离测量。
[0091]
5.根据任一前述条款所述的方法，其中所述第二量测数据包括套刻数据。
[0092]
6.根据条款5所述的方法，其中所述套刻数据包括以下各项中的一项或多项：在处理步骤之前测量的显影后套刻数据以及在所述处理步骤之后测量的蚀刻后套刻数据。
[0093]
7.根据条款5或6所述的方法，其中所述空间变化过程偏移是在所述光刻过程期间要用作期望套刻值的套刻偏移。
[0094]
8.根据条款1至4中任一项所述的方法，其中所述第二量测数据包括剂量数据。
[0095]
9.根据条款8所述的方法，其中所述空间变化过程偏移是在所述光刻过程期间要用作期望剂量值的剂量偏移。
[0096]
10.根据条款5至9中任一项所述的方法，其中所述第二量测数据还包括与套刻或剂量之外的参数有关的附加的过程数据。
[0097]
11.根据条款10所述的方法，其中所述附加的过程数据包括以下各项中的一项或多项：临界尺寸(cd)数据、晶片厚度数据、调平数据、上下文数据、对准数据。
[0098]
12.根据任一前述条款所述的方法，其中所述模型具有可变空间分辨率，使得所述空间变化过程偏移的所述空间尺度能够发生变化。
[0099]
13.根据条款12所述的方法，其中所述模型根据所述空间变化过程偏移的期望空间尺度来聚合所述第二量测数据。
[0100]
14.根据条款13或14所述的方法，其中所述空间尺度在至少以下各项之间可变：测量位置水平、管芯水平、场水平、多场区域水平。
[0101]
15.根据条款14所述的方法，其中所述空间尺度还能够变化，直至衬底水平。
[0102]
16.根据任一前述条款所述的方法，其中所述模型被约束为：当指示最佳性能的值是与所述第一量测数据相对应的所述变量的最小值时，包括所述第一量测数据与所述第二量测数据之间的凸函数；或当指示最佳性能的值是与所述第一量测数据相对应的所述变量的最大值时，包括所述第一量测数据与所述第二量测数据之间的凹函数。
[0103]
17.根据任一前述条款中所述的方法，其中使用所述模型来获得所述空间变化过程偏移的所述步骤包括：针对每个位置，根据所述模型确定与预期值相对应的参数值，所述预期值指示与所述第一量测数据相对应的所述变量的最佳性能。
[0104]
18.根据任一前述条款所述的方法，其中所述模型包括二阶多项式函数或c样条模型。
[0105]
19.根据任一前述条款所述的方法，其中所述空间变化过程偏移包括由量测设备测量的标称最优参数值与优化产率的实际最优参数值之间的偏移。
[0106]
20.根据任一前述条款所述的方法，其中一个或多个约束能够被施加在所述模型上。
[0107]
21.根据条款20所述的方法，其中平滑度约束被施加在所述模型上，以便在与所述第一量测数据和所述第二量测数据相对应的值之间的所述空间变化关系的所述变化中施加平滑度、和/或在所述空间变化过程偏移的所述变化中施加平滑度。
[0108]
22.根据条款21所述的方法，其中所述平滑度约束在相邻位置的所述空间变化过程偏移之间施加最大差。
[0109]
23.根据条款20至22中任一项所述的方法，其中幅度约束被施加，使得所述空间变化过程偏移的所述幅度被维持在上限以下和/或下限以上。
[0110]
24.根据任一前述条款所述的方法，其中所述模型被构造为输出平滑的空间变化过程偏移。
[0111]
25.根据条款24所述的方法，其中所述模型使用高斯过程先验和/或特定核心协方差函数来将空间变化与所述模型的模型参数相关。
[0112]
26.根据条款1至24中任一项所述的方法，其中所述模型使用线性回归来将空间变化与所述模型的模型参数相关。
[0113]
27.根据任一前述条款所述的方法，包括：使用所述模型来估计由于施加所确定的空间变化过程偏移而产生的潜在产率提高。
[0114]
28.根据条款27所述的方法，包括：将所述空间变化过程偏移应用于所述第二量测数据；使用所述模型基于所校正的第二量测数据来预测第一量测数据；以及基于所预测的第一量测数据来预测产率。
[0115]
29.根据任一前述条款所述的方法，还包括：基于所述空间变化过程偏移来控制后续衬底的所述光刻处理过程。
[0116]
30.一种计算机程序，包括用于处理器的指令，所述指令使得所述处理器执行根据任一前述条款所述的方法。
[0117]
31.一种处理设备和相关联的程序存储器，所述程序存储器包括用于所述处理器的指令，所述指令使得所述处理器执行根据条款1至29中任一项所述的方法。
[0118]
32.一种光刻装置和/或量测装置，包括根据条款31所述的处理设备和相关联的程序存储器。
[0119]
尽管在该文本中可以具体参考光刻装置在制造ic时的使用，但是应当理解，本文中所描述的光刻装置可以具有其他应用。其他可能应用包括制造集成光学系统、用于磁畴存储器的引导和检测图案、平板显示器、液晶显示器(lcd)、薄膜磁头等。
[0120]
尽管在该文本中可以在光刻装置的上下文中具体参考本发明的实施例，但是本发明的实施例可以用于其他装置。本发明的各实施例可以形成掩模检查装置、量测装置、或测量或处理诸如晶片(或其他衬底)或掩模(或其他图案形成装置)之类的物体的任何装置的一部分。这些装置通常可以被称为光刻工具。这种光刻工具可以使用真空条件或环境(非真空)条件。
[0121]
尽管上文已经在光学光刻的上下文中具体参考了本发明的实施例的使用，但是应当领会，在上下文允许的情况下，本发明不限于光学光刻，并且可以用于其他应用，例如，压印光刻。
[0122]
虽然上文已经描述了本发明的特定实施例，但是应当领会，本发明可以以不同于所描述的方式来实践。上文的描述旨在是说明性的，而非限制性的。因此，对于本领域的技术人员而言，显而易见的是，在没有背离下文所阐述的权利要求的范围的情况下，可以根据描述对本发明进行修改。

技术特征：
1.一种用于确定光刻过程的空间变化过程偏移的方法，所述空间变化过程偏移在经受所述光刻过程的衬底上变化以在其上形成一个或多个结构，所述方法包括：获得经训练的模型，所述经训练的模型已经被训练为基于第二量测数据来预测第一量测数据，其中所述第一量测数据是与所述结构的第一测量类型有关的、作为产率度量的空间变化量测数据，并且所述第二量测数据是与所述结构的第二测量类型有关、并且与所述第一量测数据相关的空间变化量测数据；以及使用所述模型来获得所述空间变化过程偏移。2.根据权利要求1所述的方法，包括：使用所述第一量测数据和所述第二量测数据训练所述模型。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一量测数据包括电特性数据，所述电特性数据描述所述结构的电特性。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一测量类型包括以下各项中的一项或多项：静电放电测量、电探针测量、扫描故障隔离测量。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二量测数据包括套刻数据。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述套刻数据包括以下各项中的一项或多项：在处理步骤之前测量的显影后套刻数据以及在所述处理步骤之后测量的蚀刻后套刻数据。7.根据权利要求5所述的方法，其中所述空间变化过程偏移是在所述光刻过程期间要用作期望套刻值的套刻偏移。8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中所述第二量测数据还包括与套刻或剂量之外的参数有关的附加的过程数据。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述模型具有可变空间分辨率，使得所述空间变化过程偏移的所述空间尺度能够发生变化。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述模型根据所述空间变化过程偏移的期望空间尺度来聚合所述第二量测数据。11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述空间尺度在至少以下各项之间可变：测量位置水平、管芯水平、场水平、多场区域水平。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述模型被约束为：当指示最佳性能的值是与所述第一量测数据相对应的所述变量的最小值时，包括所述第一量测数据与所述第二量测数据之间的凸函数；或当指示最佳性能的值是与所述第一量测数据相对应的所述变量的最大值时，包括所述第一量测数据与第二量测数据之间的凹函数。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述空间变化过程偏移包括由量测设备测量的标称最优参数值与优化产率的实际最优参数值之间的偏移。14.根据权利要求1所述的方法，其中平滑度约束被施加在所述模型上，以便在与所述第一量测数据和所述第二量测数据相对应的值之间的所述空间变化关系的所述变化中施加平滑度、和/或在所述空间变化过程偏移的所述变化中施加平滑度。15.一种计算机程序，包括用于处理器的指令，所述指令使得所述处理器确定用于光刻过程的空间变化过程偏移，所述空间变化过程偏移在经受所述光刻过程的衬底上变化以在其上形成一个或多个结构，所述指令被配置为执行：获得经训练的模型，所述经训练的模型已经被训练为基于第二量测数据来预测第一量
测数据，其中所述第一量测数据是与所述结构的第一测量类型有关的、作为产率度量的空间变化量测数据，并且所述第二量测数据是与所述结构的第二测量类型有关、并且与所述第一量测数据相关的空间变化量测数据；以及使用所述模型来获得所述空间变化过程偏移。

技术总结
描述了一种用于确定光刻过程的空间变化过程偏移的方法，该空间变化过程偏移(MTD)在经受光刻过程的衬底上变化，以在其上形成一个或多个结构。该方法包括：获得经训练的模型(MOD)，该经训练的模型已经被训练为基于第二量测数据来预测第一量测数据，其中第一量测数据(OV)是与所述结构的第一测量类型有关的、作为产率度量的空间变化量测数据，并且所述第二量测数据(PB)是与所述结构的第二测量类型有关、并且与所述第一量测数据相关的空间变化量测数据；以及使用所述模型来获得所述空间变化过程偏移(MTD)。过程偏移(MTD)。过程偏移(MTD)。


技术研发人员：T
受保护的技术使用者：ASML荷兰有限公司
技术研发日：2022.01.21
技术公布日：2023/10/15