使用电子束系统的图案高度计量

1.本公开涉及通过极紫外(euv)光刻在抗蚀剂膜中产生的图案的图案高度的确定。图案高度的确定——在本公开中也称为图案高度计量——是通过使用电子束(e-beam)系统，尤其是，通过使用扫描电子显微镜(sem)，来执行的。在这方面，本公开提供了一种用于确定图案高度的设备和方法以及用于执行该方法的计算机程序。


背景技术：

2.电子束系统(如sem)可被用于测量自顶向下的参数，以确定光刻图案化性能(例如，确定通过光刻产生的图案的临界尺寸(cd)、线边缘粗糙度或线宽粗糙度)。然而，电子束系统通常在测量其他临界参数(诸如抗蚀剂厚度或相应地通过光刻在抗蚀剂膜中产生的图案的图案高度)时受到限制。值得注意的是，在本公开中，抗蚀剂膜中产生的图案的图案高度可(在用光刻对图案进行图案化之后)通过未经图案化区域(通常为掩模区域)中的抗蚀剂膜的厚度与经图案化区域(其中掩模允许光刻到达抗蚀剂膜)中的抗蚀剂膜的厚度之差来给出。图案通常具有未经图案化区域和经图案化区域的重复结构。
3.电子束系统的上述限制导致了诸如散射测量等竞争性技术的传播。另外，为了减轻上述限制，可以在电子束计量系统中引入倾斜。具体而言，可以通过将电子束倾斜一定角度来提取高度信息。然而，引入此类倾斜的严重限制是，在非常薄的抗蚀剂薄膜的情形中，倾角需要相当大。然而，在这样做时，电子束系统将损失分辨率，并且因此可能变得不能测量图案的非常小的特征。该倾斜办法最多对厚抗蚀剂膜是可行的。
4.因此，该倾斜办法不适用于在抗蚀剂膜中使用euv获得的图案，因为euv需要非常薄的抗蚀剂膜。这是因为cd会随着光刻所用波长的减小而缩小(对于euv来说更小)，并且这需要通过使用更大的数值孔径(na)进行补偿。然而，景深(dof)会随着数值孔径(平方)的减小而减小，并且相应地需要更薄的抗蚀剂膜来保持较低的纵横比。
5.因此，该倾斜办法的使用越来越少，并且尤其是对于euv而言，没有好的解决方案。


技术实现要素：

6.鉴于上述情况，本公开的各实施例旨在确定使用euv在抗蚀剂膜中产生的图案的图案高度的方式。具体而言，本公开的目的是使得能够使用电子束系统/sem来执行euv产生的图案计量。图案高度的确定应该简单但有效，并且当然应该产生准确的结果。
7.这些和其他目标是如所附独立权利要求中所述通过本公开的诸实施例来达成的。这些实施例的有利实现在从属权利要求中进一步定义。
8.具体而言，本公开提供了一种通过使用对比度值的估计和校准过程来准确地测量相对抗蚀剂厚度和在这些抗蚀剂膜中产生的图案的图案高度的方法。
9.本公开的第一方面提供了一种用于确定通过euv光刻在抗蚀剂膜中产生的图案的图案高度的设备，该设备包括处理器，处理器被配置成：从sem获得图案的sem图像；基于所获得的sem图像来确定与所述图案相关的对比度值；以及基于校准数据和所确定的对比度
值来确定所述图案高度。
10.因此，sem可被用于确定图案高度，而无需倾斜电子束。尽管如此，即使使用euv光刻技术生成图案，即在非常薄的抗蚀剂膜的情况下，也可以使用sem。该设备所执行的确定是有效但简单的，并且达到了很好的准确度。总体而言，该设备实现了经改进的euv产生的图案的计量。
11.校准数据可以是预确定的，并且可允许处理器导出在校准数据中与所确定的对比度值相关联的图案的图案高度。校准数据可以由设备来存储，例如存储在连接到处理器的存储器中，或者可以由设备按需获取。校准数据可包括查找表，在查找表中，对比度值和图案高度相关联。校准数据还可包括如下所述的一个或多个校准曲线。
12.sem可以是常规sem，其可以在处理器和/或设备的控制下操作。
13.在该设备的一实现中，处理器被配置成基于所获得的sem图像中的最大强度和最小强度来确定对比度值。
14.在该设备的一实现中，对比度值是如下确定的：
[0015][0016]
其中i
max
是所获得的sem图像中的最大强度，而i
min
是最小强度。
[0017]
这允许精确地确定对比度值和相应的图案高度。
[0018]
在该设备的一实现中，处理器被配置成进一步基于抗蚀剂膜的标称膜厚度来确定图案高度。
[0019]
标称膜厚度，即在生成抗蚀剂膜(例如通过涂层或沉积)时抗蚀剂膜的目标厚度，是影响给定图案高度的对比度值的参数。因此，该设备有利地被适配成考虑该标称膜厚度，即校准数据可取决于标称膜厚度。
[0020]
在该设备的一实现中，处理器被配置成进一步基于抗蚀剂膜的膜类型来确定图案高度。
[0021]
膜类型，例如抗蚀剂膜的材料和/或在其上提供抗蚀剂膜的底层的材料，是影响给定图案高度的对比度值的参数。因此，该设备有利地被适配成考虑该膜类型，即校准数据可取决于膜类型。
[0022]
在该设备的一实现中，抗蚀剂膜的标称膜厚度在5-50nm的范围内；和/或图案高度在1-25nm的范围内。
[0023]
在该设备的一实现中，抗蚀剂膜的膜类型是旋涂玻璃(sog)类型或碳基底层类型。
[0024]
在该设备的一实现中，校准数据包括针对一个或多个标称膜厚度和/或一个或多个膜类型中的每一者的校准数据集。
[0025]
在该设备的一实现中，每一校准数据集包括校准曲线，所述校准曲线指示多个预确定的对比度值和多个预测量的图案高度之间的关系。
[0026]
在该设备的一实现中，校准数据集中预测量的图案高度基于原子力显微镜(afm)测量。
[0027]
在该设备的一实现中，处理器还被配置成：从sem获得图案的多个sem图像，其中每一sem图像与所述图案的多个实现或部分中的一个相关；基于多个sem图像中的每一者来确定与所述图案相关的相应对比度值；以及基于校准数据和从相应对比度值计算出的平均对
比度值，确定所述图案的图案高度。
[0028]
在该设备的一实现中，该设备被配置成控制sem跨图案扫描电子束以获得sem图像；和/或该设备包括sem或被包含在sem中。
[0029]
具体而言，处理器可被配置成控制sem。处理器可以是sem的一个或多个处理器之一。
[0030]
本公开的第二方面提供了一种用于确定通过euv光刻在抗蚀剂膜中产生的图案的图案高度的方法，该方法包括：从sem获得图案的sem图像；基于所获得的sem图像来确定与所述图案相关的对比度值；以及基于校准数据和所确定的对比度值来确定所述图案高度。
[0031]
在该方法的一实现中，该方法包括基于所获得的sem图像中的最大强度和最小强度来确定对比度值。
[0032]
在该方法的一实现中，对比度值是如下确定的：
[0033][0034]
其中i
max
是所获得的sem图像中的最大强度，而i
min
是最小强度。
[0035]
在该方法的一实现中，该方法包括进一步基于抗蚀剂膜的标称膜厚度来确定图案高度。
[0036]
在该方法的一实现中，该方法包括进一步基于抗蚀剂膜的膜类型来确定图案高度。
[0037]
在该方法的一实现中，抗蚀剂膜的标称膜厚度在5-50nm的范围内；和/或图案高度在1-25nm的范围内。
[0038]
在该方法的一实现中，抗蚀剂膜的膜类型是旋涂玻璃类型或碳基底层类型。
[0039]
在该方法的一实现中，校准数据包括针对一个或多个标称膜厚度和/或一个或多个膜类型中的每一者的校准数据集。
[0040]
在该方法的一实现中，每一校准数据集包括校准曲线，所述校准曲线指示多个预确定的对比度值和多个预测量的图案高度之间的关系。
[0041]
在该方法的一实现中，校准数据集中预测量的图案高度基于原子力显微镜(afm)测量。
[0042]
在该方法的一实现中，该方法包括：从sem获得图案的多个sem图像，其中每一sem图像与所述图案的多个实现或部分中的一个相关；基于多个sem图像中的每一者来确定与所述图案相关的相应对比度值；以及基于校准数据和从相应对比度值计算出的平均对比度值，确定所述图案的图案高度。
[0043]
在该方法的一实现中，该方法包括控制sem跨图案扫描电子束以获得sem图像。
[0044]
第二方面的方法及其以上实现达到了与针对第一方面的设备及其相应实现所描述的相同的优点。
[0045]
在该方法的进一步实现中，该方法还包括基于针对一个或多个相应测试图案获得的一个或多个相应校准对比度值来构建校准数据，其中每一相应校准对比度值是根据诸相应测试图案之一的一个或多个sem图像和该测试图案的afm高度测量来确定的。
[0046]
校准数据可以由第一方面的设备来构建，或者可以由另一设备构建。
[0047]
本公开的第三方面提供了一种包括程序代码的计算机程序，当该程序代码由处理器执行时，用于执行根据第二方面的方法或其实现中的任一者。
[0048]
具体而言，处理器可以是第一方面的设备的处理器和/或sem的处理器。该程序代码可被存储在第一方面的设备、处理器和sem中的至少一者的存储器中。该程序代码可包括执行该方法的指令。
附图说明
[0049]
上述各方面和实现参照所附附图来在以下具体实施方式中解释：
[0050]
图1示出了根据本公开实施例的设备。
[0051]
图2示出了sog类型的抗蚀剂膜的校准曲线，即抗蚀剂膜设置在sog底层上。
[0052]
图3示出了碳基底层类型的抗蚀剂膜的校准曲线，即抗蚀剂膜(与图2相同)被设置在碳基底层(ul)上。
[0053]
图4示出了针对不同膜类型(sog、ul)和不同标称膜厚度(ft)拍摄的多个sem图像。
[0054]
图5示出了确定对比度值的方法，尤其是基于对sem图像中的灰度级对位置的确定，以及针对不同ft。
[0055]
图6示出了根据本公开实施例的方法。
具体实施方式
[0056]
图1示出了根据本公开实施例的设备10。设备10被配置成确定图案13的图案高度。图案13在抗蚀剂膜中产生，具体而言是在抗蚀剂膜14中通过euv光刻产生。抗蚀剂膜14可以是适用于euv的抗蚀剂材料层(可以使用常规材料)。抗蚀剂材料层可提供在特定材料的底层上，如下所述。然而，设备10还能够确定在抗蚀剂膜14中不是用euv产生而是例如用另一光刻技术产生的图案的图案高度。设备10特别能够确定具有小标称ft的抗蚀剂膜14中的小图案高度(其中标称ft指的是在用光刻将其图案化之前抗蚀剂膜14的目标厚度)。例如，抗蚀剂膜14的标称ft可以在5-50nm的范围内。此外，抗蚀剂膜14中的图案13的图案高度可以在1-25nm的范围内。图案高度可以是从抗蚀剂膜14的通过光刻来图案化的区域(例如，用euv照亮)到抗蚀剂膜14的未通过光刻来图案化的区域(例如，未用euv照亮，例如由于掩模)之间的高度台阶。
[0057]
设备10包括处理器11。处理器11可被配置成执行、进行或启动设备10的各操作，这在本公开中描述。处理器11可包括硬件和/或可由软件控制。硬件可包括模拟电路系统或数字电路系统，或模拟和数字电路系统两者。数字电路系统可包括诸如专用集成电路(asic)、现场可编程阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)或多用途处理器等组件。
[0058]
设备10还可包括存储器电路系统，其可存储可由处理器11执行的一个或多个指令，具体而言是在软件的控制下。例如，存储器电路系统可包括存储可执行软件代码的非暂态存储介质，当由处理器11执行时，该可执行软件代码使得执行设备10的各种操作。
[0059]
在一个实施例中，处理器11包括一个或多个处理单元和连接到该一个或多个处理单元的非暂态存储器。非暂态存储器可携带可执行程序代码，当由处理器11的一个或多个处理单元执行时，该可执行程序代码使设备10执行、进行或启动本公开中描述的操作或方法。
[0060]
具体而言，处理器11被配置成从sem 15获取图案13的sem图像12。例如，设备10可以例如根据请求从sem 15接收sem图像12。为此，在设备10和sem 15之间可以存在有线或无线连接。设备10可被配置成控制sem 15，以便使sem 15跨抗蚀剂膜14(例如，在晶圆或管芯上)中的图案13扫描电子束以获得sem图像12。sem 15随后可以将sem图像12提供给设备10。设备10还可以从sem 15(例如专用存储)读取sem图像12。此外，设备10还可包括sem 15，并且处理器11可以使用内部控制协议来控制sem 15。或者，设备10可被包括在sem 15中，并且处理器11可以是sem 15的一个或多个处理器中的一个，并且可以被连接到sem 15的sem图像存储。
[0061]
此外，处理器11被配置成基于所获得的sem图像12来确定与图案13相关的对比度值。具体而言，处理器11可以从sem图像12确定对比度值。为此，处理器11可以被配置成分析sem图像12的(诸像素)的强度(强度值)。例如，处理器11可以被配置成基于sem图像12中的最大强度和最小强度来确定对比度值，例如根据以下公式：
[0062][0063]
其中i
max
是最大强度，而i
min
是最小强度。处理器11可以确定sem图像12中的最大强度，可以确定sem图像12中的最小强度，并随后可以计算对比度值。
[0064]
此外，处理器11被配置成基于校准数据16和所确定的对比度值来确定图案高度。可任选地，该确定可进一步基于抗蚀剂膜14的标称ft和/或进一步基于抗蚀剂膜14的膜类型。例如，处理器11可以被配置成从设备10的存储器获取校准数据16，并且可以执行所确定的对比度值与校准数据16的匹配过程。校准数据16可包括一个或多个校准曲线，其中每一校准曲线可指示多个预确定的对比度值和多个预测量的图案高度之间的关系。在这一情形中，处理器11可以选择校准曲线之一(例如，基于包括由sem图像12成像的图案13的抗蚀剂膜14的标称ft和/或膜类型)，并且可以找到与基于sem图像12确定的所确定对比度值相匹配的预定对比度值。处理器11随后可以将图案13的图案高度确定为等于预测量图案高度，对于所选校准曲线而言，该预测量图案高度与所确定的对比度值相匹配的预确定的对比度值相关联。
[0065]
与上述过程类似，处理器11还可以从sem 15获得图案13的多个sem图像12(上述sem图像12可以是多个sem图像12中的一个)，其中每一sem图像12可以与图案13的多个不同实现或部分中的一个相关。例如，图案13可实现在多个管芯上(例如，在同一晶圆上)，其中诸管芯被并行加工。多个sem图像12中的每一者可对应于多个管芯中的一者。处理器11随后还可配置成基于或根据多个sem图像12中的每一者来确定与图案13相关的相应对比度值。换言之，处理器11可以获得多个对比度值，并且还可被配置成基于校准数据16和平均对比度值来确定图案13的图案高度，其中处理器11被配置成根据多个对比度值来确定该平均对比度值。
[0066]
以下示例性实施例描述了确定抗蚀剂膜14中的图案13的图案高度的完整方法，其中使用设备10和自顶向下的sem图像(例如cd-sem图像)：
[0067]
·
使用所需范围的标称ft的抗蚀剂膜14来涂覆一个或多个校准晶圆(例如，用分别具有10、15、20、25和30nm ft的抗蚀剂膜14来涂覆校准晶圆)。
[0068]
·
使用掩模来曝光晶圆(例如，使用euv)，其中在抗蚀剂膜14中产生至少一个测试图案。该至少一个测试图案可被设计成允许随后进行afm图案高度测量。从一个或多个校准晶圆收集一个或多个sem图像。具体而言，是校准晶圆上一个或多个管芯(例如5个管芯)的sem图像。因此，诸sem图像是可以分别在校准晶圆的最佳穿透(focus-through)剂量下获得的。
[0069]
·
针对所有管芯和所有校准晶圆，分别计算诸sem图像中测试图案的对比度值，以获得一个或多个校准对比度值。sem图像的数目可取决于必须有多准确地确定对比度值(例如，对于高准确度，可以获得每管芯50个sem图像)。每一相应的校准对比度值可基于sem图像中的最大和最小强度来确定。例如，每一校准对比度值可如下计算：
[0070][0071]
其中i
max
和i
min
分别是sem图像中的最大和最小强度。
[0072]
·
收集同一个或多个管芯的afm(或其他技术)图案高度测量，针对这些测量计算校准对比度值，以获得预测量的图案高度。
[0073]
·
构建一个或多个校准曲线(每校准曲线的预测量的图案高度对预确定的校准对比度值)。可针对不同标称ft和/或不同类型的抗蚀剂膜构建不同的校准曲线。可将校准曲线收集在一起以形成校准数据16。值得注意的是，一个校准曲线可适用于抗蚀剂膜ft和被用于承载抗蚀剂膜的底层的完全相同组合。
[0074]
·
现在，通过如上所述的设备10，通过使用校准数据16并基于从图案13拍摄的sem图像12，可以使用任何掩模来用于进一步确定在任何抗蚀剂膜14中产生的任何图案13的图案高度。
[0075]
图2和图3分别示出了不同底层上相同抗蚀剂膜14的校准数据16的两个示例。具体而言，图2示出了sog类型的抗蚀剂膜14的校准数据16，即抗蚀剂膜14被设置在sog底层上。图3示出了碳基底层类型的抗蚀剂膜14的校准数据16，即抗蚀剂膜14被提供在碳基底层(具体而言，称为ul1)上。
[0076]
图2示出了校准数据16可包括针对sog类型的不同抗蚀剂膜14的多个校准数据集21-24，具体而言抗蚀剂膜14的多个标称膜厚度(15nm、20nm、25nm和30nm)中的每一者一个校准数据集。对于较低标称ft的校准数据集，对比度值较低。此外，如图2所示，每一校准数据集21-24可被表示为校准曲线，该校准曲线指示多个预确定的对比度值(在y轴上作为0-1之间的经归一化值的
‘
对比度’)和多个预测量的图案高度(在x轴上以nm为单位的
‘
抗蚀剂阵列高度’)之间的关系。可以得出，对于每一校准数据集21-24，较低的对比度值对应于较小的图案高度。
[0077]
图3示出了校准数据16还可包括针对ul1类型的不同抗蚀剂膜14的多个校准数据集31-34，具体而言抗蚀剂膜14的多个标称膜厚度(15nm、20nm、25nm和30nm)中的每一者一个校准数据集。换言之，校准数据16可包括校准数据集21-24和校准数据集31-34，即一个或多个膜类型中的每一者和一个或多个抗蚀剂薄膜14的一个或多个ft中的每一者的一个校准数据集。同样可以从图3得出，对于每一校准数据集31-34，较低的对比度值对应于较小的图案高度。
[0078]
注意，在图2和图3中，证明了图案高度的微小变化对对比度值的影响达到一定程
度，其显著程度足以准确地确定图案高度(并通过不同的对比度值将其与其他图案高度区分开)。
[0079]
图4示出了针对不同膜类型(sog、ul1和ul2)和不同标称ft拍摄的示例性sem图像。具体而言，图4(a)示出了针对sog类型的抗蚀剂膜14的不同标称ft(10-30nm)的不同sem图像。图4(b)示出了针对碳基ul类型(ul1)的抗蚀剂膜14的不同标称ft(10-30nm)的不同sem图像。图4(c)示出了对于相同标称(或目标)抗蚀剂ft(即15nm)的不同抗蚀剂膜14类型(sog、ul1和另一ul类型(称为ul2))的不同sem图像12。
[0080]
从图4可以得出，sem图像12中图案13的对比度值取决于标称ft(其中较低的标称ft导致较低的对比度值)，并进一步取决于抗蚀剂膜14的类型(其中sog在相同的标称ft下导致比ul1和ul2更低的对比度值)。因此，设备10可以被配置成进一步基于抗蚀剂膜14的标称膜厚度和/或抗蚀剂膜14的膜类型来确定图案13的图案高度，图案13被产生在抗蚀剂膜14中。
[0081]
图5示出了针对不同ft(在此，例如，11.3nm、16.1nm、19.4nm、20.6nm)如何从sem图像12确定对比度值。可以看出，sem图像12的灰度级(8位，在y轴上)遵循在抗蚀剂膜14中产生的图案13(即，在抗蚀剂膜14的不同位置，归因于图案13，灰度级是不同的并且显示出周期性行为)。对于较高的标称ft，灰度级的变化尤其明显。从这些灰度级中，可以例如如上所述基于最大和最小强度(与灰度级相关)来导出对比度值。
[0082]
图6示出了根据本公开实施例的方法60。方法60可被用于确定在抗蚀剂膜14中用euv光刻产生的图案13的图案高度。方法60可由如图1所示以及上文描述的设备10来执行。
[0083]
方法60包括从sem 15获得图案13的sem图像12的步骤61。方法60还包括基于所获得的sem图像12来确定与图案13相关的对比度值的步骤62。随后，方法60包括基于校准数据16(例如，如上所述和如上所构建的)和基于所确定的对比度值来确定图案13的图案高度的步骤63。
[0084]
总而言之，本公开的实施例至少实现以下优点。启用通过sem 15确定抗蚀剂膜14中的任何图案13的图案高度。具体而言，使用euv产生的图案13，其尤其在薄抗蚀剂膜14中产生(例如，低于100nm，甚至50nm，或小于50nm)。一旦生成校准数据16(例如，校准曲线)，任何sem图像12都可以通过对比度确定与图案高度相关，例如由本公开中描述的设备10执行对比度确定。