本專利申請案根據(jù)35U.S.C.§119規(guī)定主張在2014年10月16日申請的題為“多重圖案化工藝的度量(Metrology of Multi-Patterning Processes)”的第62/064,973號美國臨時專利申請案的優(yōu)先權(quán)，所述臨時專利申請案的標的物的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

所描述的實施例涉及度量系統(tǒng)及方法，且更特定地說，涉及用于特征化通過多重圖案化工藝產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)尺寸的參數(shù)的改進測量的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

通常通過應用于樣品的序列處理步驟制造半導體裝置(例如邏輯裝置及存儲器裝置)。通過此類處理步驟形成半導體裝置的各種特征及多個結(jié)構(gòu)層級。舉例來說，光刻尤其是涉及產(chǎn)生半導體晶片上的圖案的一個半導體制造工藝。半導體制造工藝的額外實例包含(但不限于)化學機械拋光、蝕刻、沉積及離子植入。多個半導體裝置可在單個半導體晶片上制造，且接著分離成個別半導體裝置。

針對給定光刻系統(tǒng)，多重圖案化技術(shù)現(xiàn)普遍用來增大經(jīng)印刷到半導體晶片上的特征的分辨率。圖1A到1D描繪通常稱為光刻-蝕刻-光刻-蝕刻(litho-etch-litho-etch(LELE))工藝的雙重圖案化光刻(DPL)技術(shù)。圖1A描繪硅基底層10、界面層(例如二氧化硅)、裝置層12、硬掩模層13、犧牲層14及源自光刻圖案化步驟的經(jīng)圖案化抗蝕劑層15。接著，圖1A中所描繪的結(jié)構(gòu)經(jīng)受導致圖1B中所說明的結(jié)構(gòu)的曝光及蝕刻步驟。在此結(jié)構(gòu)中，抗蝕劑層15的圖案已有效轉(zhuǎn)印到硬掩模層13。犧牲層14及經(jīng)圖案化抗蝕劑層15兩者均已移除。數(shù)個沉積及光刻步驟用來實現(xiàn)圖1C中所說明的結(jié)構(gòu)。圖1C說明組建于硬掩模層13的頂部上的另一犧牲層16及經(jīng)圖案化抗蝕劑層17。經(jīng)圖案化抗蝕劑層17包含具有與第一經(jīng)圖案化抗蝕劑層15相同的間距以及與經(jīng)蝕刻到硬掩模層13中的圖案相同的間距的圖案。然而，經(jīng)圖案化抗蝕劑層17從硬掩模層13的圖案偏移經(jīng)圖案化抗蝕劑層17的間距的一半。接著，圖1C中所描繪的結(jié)構(gòu)經(jīng)受導致圖1D中所說明的結(jié)構(gòu)的曝光及蝕刻步驟。在此結(jié)構(gòu)中，抗蝕劑層17的圖案已有效轉(zhuǎn)印到硬掩模層13。犧牲層16及經(jīng)圖案化抗蝕劑層17兩者均已移除。圖1D說明經(jīng)蝕刻到硬掩模13中的圖案，所述圖案為通過光刻系統(tǒng)的掩模產(chǎn)生的經(jīng)圖案化抗蝕劑層15及17的間距的兩倍。

圖1D還描繪非優(yōu)化DPL工藝的效應。理想地，經(jīng)雙重圖案化結(jié)構(gòu)的標稱間距應為恒定值P。然而，歸因于DPL工藝中的缺陷，所得結(jié)構(gòu)的間距可歸因于光柵非均勻性而取決于位置變化。此通常稱為“間距偏差(pitch walk)”。從標稱間距P的變動在圖1D中描繪為ΔP。在另一實例中，每一所得結(jié)構(gòu)的臨界尺寸應為相同標稱值CD。然而，歸因于DPL工藝中的缺陷，所得結(jié)構(gòu)的臨界尺寸(例如，中間臨界尺寸、底部臨界尺寸等等)可取決于位置而變化。從臨界尺寸CD的變動在圖1D中描繪為ΔCD。

間距偏差及ΔCD是通過DPL工藝中的缺陷(例如兩個光刻層之間的未對準、光刻工藝的焦點及曝光中的不均勻性、掩模圖案誤差等等)引發(fā)的示范性幾何誤差。間距偏差及ΔCD兩者均引入大于預期的單元胞元。盡管特定描述間距偏差及ΔCD，但可預期其它多重圖案化誤差。

盡管參考圖1A到1D描述LELE工藝，但可預期引發(fā)類似誤差的許多其它多重圖案化工藝(例如，光刻-光刻-蝕刻(litho-litho-etch)、間隔件界定的雙重圖案化(spacer defined double patterning)等等)。類似地，盡管參考圖1A到1D描述雙重圖案化工藝，但在較高階圖案化工藝(例如四重圖案化)中出現(xiàn)類似誤差。通常，誤差(例如間距偏差及ΔCD)在源自較高階圖案化工藝的結(jié)構(gòu)中更明顯。

在半導體制造工藝期間，在各種步驟處使用度量過程來檢測晶片上缺陷以促進更高成品率。光學度量技術(shù)提供高處理能力測量的可能而無樣本破壞的風險。包含散射測量及反射測量實施方案及相關(guān)聯(lián)分析算法的數(shù)個基于光學度量技術(shù)通常用于特征化納米級結(jié)構(gòu)的臨界尺寸、薄膜厚度、組成物及其它參數(shù)。

采用基于物理、模型的測量的光學度量技術(shù)通常需要圖案化結(jié)構(gòu)的參數(shù)化、幾何模型。實例參數(shù)包含臨界尺寸、間距偏差或其它所關(guān)注參數(shù)。另外，需要光學系統(tǒng)與受測量結(jié)構(gòu)之間的交互的準確電磁模型來模擬測量期間產(chǎn)生的信號。應用模擬信號對測量信號的非線性回歸來確定建模結(jié)構(gòu)的參數(shù)。此方法需要結(jié)構(gòu)及材料性質(zhì)的準確建模。此類模型需要長時間段來組裝、計算且實現(xiàn)測量結(jié)果。通常，測量過程遭受對臨界參數(shù)的弱敏感性，且在一些情況中，基于物理模型的測量技術(shù)導致低敏感性及不良精確度。經(jīng)測量光學信號缺少對這些臨界參數(shù)的敏感性使得極難監(jiān)測且控制圖案化工藝。

CD-SEM測量技術(shù)利用聚焦電子束來掃描圖案化結(jié)構(gòu)的表面。基于通過CD-SEM測量產(chǎn)生的圖像來計算所關(guān)注參數(shù)。盡管CD-SEM能夠進行高分辨率測量，但所述技術(shù)受制于低處理能量及差精確度。這些限制使CD-SEM無法用作高處理能量度量工具來特征化多重圖案化結(jié)構(gòu)。

歸因于越加小的分辨率需求、多參數(shù)相關(guān)性、越來越復雜的幾何結(jié)構(gòu)及不透明材料的日趨使用，涉及通過多重圖案化工藝產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的測量的度量應用面臨挑戰(zhàn)。因此，期望用于改進測量的方法及系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

提出用于評估多重圖案化工藝的性能的方法及系統(tǒng)。更特定來說，測量通過多重圖案化工藝產(chǎn)生的幾何結(jié)構(gòu)，且根據(jù)本文描述的方法及系統(tǒng)確定特征化由所述多重圖案化工藝引發(fā)的幾何誤差的一或多個參數(shù)值。

在一個方面中，基于信號響應度量(SRM)技術(shù)執(zhí)行通過多重圖案化工藝產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)的測量?；谂c目標結(jié)構(gòu)的測量相關(guān)聯(lián)的光學測量數(shù)據(jù)(例如，光頻譜數(shù)據(jù))公式化且訓練SRM測量模型。與這些目標結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的所關(guān)注參數(shù)具有通過參考度量系統(tǒng)確定的已知值。所述經(jīng)訓練的SRM測量模型提供使通過所述光學測量工具收集的光學測量數(shù)據(jù)與所述圖案化結(jié)構(gòu)的參數(shù)值直接相關(guān)的轉(zhuǎn)移函數(shù)。以此方式，所述經(jīng)訓練的SRM測量模型能夠執(zhí)行通過多重圖案化工藝形成的結(jié)構(gòu)的線內(nèi)光學度量。

在進一步方面中，僅基于從包含多重圖案化度量目標的測量位點收集的原始測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生所述SRM測量模型。機器學習、特征提取及其它技術(shù)用來建立直接輸入輸出模型(即，轉(zhuǎn)移函數(shù))，其涉及一或多個多重圖案化目標的DOE光譜及所述所關(guān)注參數(shù)的對應參考測量。在一些實施例中，多重圖案化度量目標的所述訓練集包含標稱上相同的目標(即，因工藝變量而與彼此不同的所述目標)。在一些實施例中，出于模型訓練的目的有意放大影響所述所關(guān)注參數(shù)的所述工藝變化。

在另一進一步方面中，對來自經(jīng)集成到多目標集中的多個目標的測量信號訓練SRM測量模型。此方法使臨界參數(shù)與彼此解相關(guān)且與其它工藝變化解相關(guān)。

在又一進一步方面中，基于在多重圖案化工藝的多個步驟處的度量目標的測量訓練且使用SRM測量模型。來自一或多個先前過程步驟的經(jīng)測量光譜經(jīng)前饋用于訓練且使用與所述主目標相關(guān)聯(lián)的所述SRM測量模型。此方法還使臨界參數(shù)與彼此解相關(guān)且與其它工藝變化解相關(guān)。

在又一方面中，本文描述的測量模型結(jié)果用于提供主動反饋到工藝工具(例如，光刻工具、蝕刻工具、沉積工具等等)。舉例來說，使用本文描述的方法確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)值可經(jīng)傳送到光刻工具以調(diào)整所述光刻系統(tǒng)以實現(xiàn)所需輸出。以類似方式，蝕刻參數(shù)(例如，蝕刻時間、擴散率等等)或沉積參數(shù)(例如，時間、濃度等等)可包含于測量模型中以將主動反饋分別提供到蝕刻工具或沉積工具。

前文是發(fā)明內(nèi)容且因此必要地含有細節(jié)的簡化、一般化及省略；因此，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解發(fā)明內(nèi)容僅是說明性的且不以任何方式限制。將在本文提出的非限制性實施方式中了解本文描述的所述裝置及/或過程的其它方面、發(fā)明特征及優(yōu)點。

附圖說明

圖1A到1D描繪通常稱為光刻-蝕刻-光刻-蝕刻(LELE)工藝的雙重圖案化光刻(DPL)技術(shù)的經(jīng)選擇步驟。

圖2描繪使用自對準四重圖案化(SAQP)工藝構(gòu)造的半導體結(jié)構(gòu)100。

圖3描繪半導體晶片110，其具有定位于晶片表面上方的各種測量位點處的數(shù)個度量目標。

圖4說明表明使用根據(jù)本文所描述的方法200訓練的SRM模型直接從經(jīng)測量光譜測量CD2的結(jié)果的標繪圖130。

圖5說明表明使用經(jīng)訓練SRM模型的CD2測量中的變量的標繪圖140。

圖6說明表明使用根據(jù)本文所描述的方法200訓練的SRM模型直接從經(jīng)測量光譜測量間距偏差的結(jié)果的標繪圖150。

圖7說明表明使用經(jīng)訓練SRM模型的間距偏差測量中的變化的標繪圖160。

圖8說明表明使用根據(jù)本文所描述的方法200訓練的SRM模型直接從輔助目標及主目標100的經(jīng)測量光譜測量CD1的結(jié)果的標繪圖170。

圖9說明表明使用經(jīng)訓練SRM模型的CD1測量中的變化的標繪圖180。

圖10A描繪在圖2中所描繪的“最終蝕刻之前”步驟之前的SADP工藝中的步驟的模型。

圖10B描繪基于兩個不同參考測量數(shù)據(jù)集使用不同測量技術(shù)的針對不同參數(shù)的測量結(jié)果的圖表195。

圖11是說明公式化且訓練有助于確定特征化由多重圖案化工藝引發(fā)的幾何誤差的一或多個參數(shù)值的SRM測量模型的方法200的流程圖。

圖12是說明確定特征化由多重圖案化工藝引發(fā)的幾何誤差的一或多個參數(shù)值的方法250的流程圖。

圖13說明用于根據(jù)本文呈現(xiàn)的示范性方法測量樣品的特性的系統(tǒng)300。

具體實施方式

現(xiàn)將詳細參考本發(fā)明的背景實例及一些實施例，其實例在附圖中說明。

提出用于評估多重圖案化工藝的性能的方法及系統(tǒng)。更特定地說，根據(jù)本文描述的方法及系統(tǒng)，測量通過多重圖案化工藝產(chǎn)生的幾何結(jié)構(gòu)，且確定特征化由多重圖案化工藝引發(fā)的幾何誤差的一或多個參數(shù)值。

在一個方面中，基于信號響應度量(SRM)技術(shù)執(zhí)行通過多重圖案化工藝形成的結(jié)構(gòu)的測量?；谂c目標結(jié)構(gòu)的測量相關(guān)聯(lián)的光學測量數(shù)據(jù)(例如，光譜數(shù)據(jù))公式化且訓練SRM測量模型。與這些目標結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的所關(guān)注參數(shù)具有通過參考度量系統(tǒng)確定的已知值。經(jīng)訓練的SRM測量模型提供使通過光學測量工具收集的光學測量數(shù)據(jù)與圖案化結(jié)構(gòu)的參數(shù)值直接相關(guān)的轉(zhuǎn)移函數(shù)。以此方式，經(jīng)訓練的SRM測量模型能夠執(zhí)行通過多重圖案化工藝形成的結(jié)構(gòu)的線內(nèi)光學度量。

圖2描繪使用自對準四重圖案化(SAQP)工藝構(gòu)造的半導體結(jié)構(gòu)100。圖2說明最終蝕刻之前的過程步驟。半導體結(jié)構(gòu)100包含襯底層101、氧化物層102、氮化物層103、氧化物層104及若干氮化物間隔件結(jié)構(gòu)105A到105E。每一間隔件具有一定高度及厚度。這些結(jié)構(gòu)的間距及厚度的變化導致若干臨界參數(shù)值的變化。舉例來說，圖2中所描繪的臨界尺寸參數(shù)CD1、CD2及CD3由于其對鰭形成過程的影響及最后對最終結(jié)構(gòu)的性能的影響而頻繁受監(jiān)測。另外，間距偏差是測量及控制兩者的重要參數(shù)。間距偏差通過方程式(1)而與CD1及CD3相關(guān)。

在一個進一步方面中，僅基于從包含多重圖案化度量目標(模擬的或?qū)嶋H的)的測量位點收集的原始測量數(shù)據(jù)(例如，模擬光譜或從實驗設計(DOE)晶片收集的光譜)產(chǎn)生SRM測量模型。機器學習、特征提取及其它技術(shù)用來建立直接輸入輸出模型(即，轉(zhuǎn)移函數(shù))，其涉及一或多個多重圖案化目標的DOE光譜及所關(guān)注參數(shù)的對應參考測量。在一些實施例中，多重圖案化度量目標的所述訓練集包含標稱上相同的目標(即，因工藝變化而與彼此不同的所述目標)。在一些實施例中，出于模型訓練的目的有意放大影響所關(guān)注參數(shù)的工藝變化。

在一個實例中，轉(zhuǎn)移函數(shù)使散射測量信號及圖2中描繪的SAQP目標100的CD2的對應CD-SEM測量相關(guān)。針對所關(guān)注的每一參數(shù)產(chǎn)生SRM模型，且所述模型用于執(zhí)行對其它測量位點的后續(xù)測量。

圖11說明適用于通過度量系統(tǒng)(例如本發(fā)明的圖13中說明的度量系統(tǒng)300)的實施方案的方法200。在一個方面中，應理解，可經(jīng)由通過計算系統(tǒng)330(或任何其它通用計算系統(tǒng))的一或多個處理器執(zhí)行的預編程算法來執(zhí)行方法200的數(shù)據(jù)處理框。本文中應認識到，度量系統(tǒng)300的特定結(jié)構(gòu)方面并不表示限制且應解釋為僅是說明性的。

在框201中，由計算系統(tǒng)(例如，計算系統(tǒng)330)接收與多個測量位點的測量相關(guān)聯(lián)的測量數(shù)據(jù)量。多個測量位點中的每一者包含以通過多重圖案化工藝的至少兩個圖案化步驟產(chǎn)生的至少一個所關(guān)注參數(shù)為特征的經(jīng)多重圖案化度量目標。在多個測量位點中的每一者處已知所關(guān)注(若干)參數(shù)的值。

出于模型訓練的目的，可從具有設計參數(shù)(例如，結(jié)構(gòu)或工藝參數(shù))中的已知擾動的任何位置獲取測量數(shù)據(jù)。這些位置(例如)可處于切割道中、裝置上，或可在晶片上(例如)其它位置處(其中光刻曝光條件或光罩設計特性在一系列值之間變化)。在另一實例中，可從不同裝置位置(例如，具有密集特征的位置及具有隔離特征的位置，或掩模上具有兩個不同CD的位置)獲取測量數(shù)據(jù)。一般來說，從以已知方式擾動的不同位置獲取測量數(shù)據(jù)。可從掩模數(shù)據(jù)、設備數(shù)據(jù)采集(EDA)數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)等等知曉所述擾動。

在一個實例中，焦點、曝光及覆蓋中的任一者跨所述裝置或所述晶片有系統(tǒng)地變化。在另一實例中，隨機焦點及曝光矩陣(FEM)用來減少與底層參數(shù)的相關(guān)，如在艾茲克森(Izikson)等人的第8,142,966號美國專利案中描述，所述專利案的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文中。

在優(yōu)選實施例中，在實際DOE晶片的制造中實施系統(tǒng)變化集。后續(xù)測量DOE晶片以產(chǎn)生在框201中接收的測量數(shù)據(jù)。經(jīng)制造晶片包含無法輕易通過模擬建模的系統(tǒng)誤差。舉例來說，通過真實晶片的測量更準確捕獲底層的效應。可通過針對固定底層條件在制造期間修改工藝參數(shù)(例如，焦點及曝光變量)而將底層比重與測量響應解相關(guān)。在另一實例中，通過從具有變化頂層的形貌及恒定的底層條件的特征獲得多個數(shù)據(jù)集而減輕底層比重。在一個實例中，頂層可包含周期性結(jié)構(gòu)且底層可為非周期的。

可選擇測量位置以增大測量敏感性。在一個實例中，在線端處執(zhí)行的測量對焦點改變最敏感。一般來說，應在對待測量的參數(shù)的改變最敏感的結(jié)構(gòu)處進行測量。

盡管優(yōu)選執(zhí)行DOE晶片的實際測量，但在一些其它實施例中，可模擬針對不同、已知結(jié)構(gòu)參數(shù)值的DOE晶片的測量響應。在這些實例中，合成地產(chǎn)生框201中接收的測量數(shù)據(jù)。舉例來說，可采用工藝模擬器，例如可從美國加利福尼亞州苗必達市的科磊公司(KLA-Tencor Corporation,Milpitas,California(USA))購得的正性抗蝕劑光刻(Positive Resist Optical Lithography(PROLITH))模擬軟件。一般來說，在此專利文件的范圍內(nèi)，可預期任何工藝建模技術(shù)或工具(例如，可從美國北卡羅來納州卡瑞的柯凡特有限公司(Coventor,Inc.(Cary,North Carolina,USA))購得的Coventor模擬軟件)。

在一些實例中，測量數(shù)據(jù)包含在不同測量位點處獲得的光譜范圍內(nèi)的兩個橢偏參數(shù)(Ψ、Δ)。然而，一般來說，測量數(shù)據(jù)可為指示經(jīng)圖案化到半導體晶片的表面上的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)或幾何性質(zhì)的任何測量數(shù)據(jù)。

在一些實例中，測量數(shù)據(jù)是與DOE晶片(例如，晶片110)的表面上的測量位點的測量的模擬相關(guān)聯(lián)。舉例來說，測量數(shù)據(jù)可包含相關(guān)聯(lián)于與每一測量位點相關(guān)聯(lián)的多重圖案化度量目標的模擬光譜測量。

在一些其它實例中，測量數(shù)據(jù)是與DOE晶片(例如，晶片110)的表面上的測量位點的實際測量相關(guān)聯(lián)。測量數(shù)據(jù)包含相關(guān)聯(lián)于與每一測量位點相關(guān)聯(lián)的多重圖案化度量目標的實際光譜測量。

在一些實例中，測量數(shù)據(jù)與實驗設計(DOE)晶片上多個測量位點的測量相關(guān)聯(lián)，且通過在測量位點中的每一者處的參考測量系統(tǒng)測量特征化多重圖案化度量目標的所關(guān)注(若干)參數(shù)。參考度量系統(tǒng)是受信任度量系統(tǒng)(例如掃描式電子顯微鏡(SEM)、穿隧式電子顯微鏡(TEM)、原子力顯微鏡(AFM))或x射線測量系統(tǒng)(例如能夠準確地測量參數(shù)值的小角度X射線散射計(SAXS)或X射線熒光(XRF)系統(tǒng))。然而，通常，參考度量系統(tǒng)一般缺少作為線內(nèi)度量系統(tǒng)操作的能力，(例如)這是歸因于針對個別位點的測量的低處理能力、高測量不確定性等等。

在一些實施例中，以半導體晶片(例如，DOE晶片)的表面上的實驗設計(DOE)圖案組織參數(shù)變化，(例如)如在本文中參考圖3描述。以此方式，測量系統(tǒng)詢問對應于不同結(jié)構(gòu)參數(shù)值的晶片表面上的不同位置。在參考圖3所描述的實例中，測量數(shù)據(jù)與使用CD1及CD2的已知變化處理的DOE晶片相關(guān)聯(lián)。舉例來說，通過在光刻期間改變劑量而改變CD1，且通過在第一蝕刻步驟期間改變蝕刻時間而改變CD2。CD3通過方程式(2)與CD1及CD2相關(guān)。

CD3＝LithoPitch-4T_spacer-CD₁-2CD₂ (2)

其中LithoPitch是抗蝕劑光柵圖案的預定間距，且T_spacer是間隔件厚度。盡管，在此實例中，改變劑量及蝕刻來產(chǎn)生所需參數(shù)變化，但一般來說，可預期與工藝參數(shù)(例如，光刻焦點、曝光量、及其它局部或全局參數(shù))、結(jié)構(gòu)參數(shù)或兩者的任何已知變量相關(guān)聯(lián)的測量數(shù)據(jù)。

圖3描繪半導體晶片110，其具有定位于晶片表面上方的各種測量位點處的數(shù)個裸片(例如，裸片113)。在圖3中描繪的實施例中，裸片經(jīng)定位于以與所描繪的x及y坐標系112對準的矩形網(wǎng)格圖案所布置的測量點處。每一裸片包含SAQP度量目標111。在圖3中描繪的實施例中，每一多重圖案化度量目標111包含源自第一圖案化步驟的線集以及源自多重圖案化工藝中的后續(xù)步驟的至少一或多個插入線集。因此，每一多重圖案化度量目標包含具有間隔件結(jié)構(gòu)(例如多重圖案化單元胞元111)的重復圖案的光柵結(jié)構(gòu)。多重圖案化單元胞元111的幾何結(jié)構(gòu)以CD1、CD2、CD3及間距偏差為特征，如參考圖2描述。

晶片110包含具有不同、已知結(jié)構(gòu)參數(shù)值的裸片陣列。因此，CD1及CD2取決于其在晶片110上的位置而具有不同已知值。以此方式，晶片110可視為實驗設計(DOE)晶片。希望DOE晶片包含多重圖案化度量目標的矩陣，其跨期望起因于下層工藝窗的結(jié)構(gòu)參數(shù)值(例如，CD1及CD2)的完整范圍。如在圖3中描繪，針對不同裸片列(x方向上的列索引)，CD1的值改變而CD2的值保持恒定。相反地，針對不同裸片行(y方向上的行索引)，CD1的值保持恒定而CD2的值改變。以此方式，晶片110包含裸片矩陣，其包含取決于其在矩陣中的位置的CD1及CD2的不同值。此外，CD1及CD2的值在期望起因于工藝窗的CD1及CD2的值之間變化。

在框202中，通過縮減測量數(shù)據(jù)的維度而提取測量數(shù)據(jù)的一或多個特征。盡管此框是任選的，但當采用此框時，至少部分基于一或多個經(jīng)提取特征確定SRM測量模型。

一般來說，可通過數(shù)種已知方法(包含主成分分析、非線性主成分分析、從第二測量數(shù)據(jù)量的個別信號選擇及第二測量數(shù)據(jù)量的篩選)縮減測量數(shù)據(jù)的維度。

在一些實例中，使用主成分分析(PCA)、非線性PCA、核心PCA、獨立成分分析(ICA)、快速傅立葉變換分析(FFT)、離散余弦變換分析(DCT)或這些技術(shù)的組合來分析測量數(shù)據(jù)以提取最有力反映在不同測量位點處存在的工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)或兩者中的變化的特征。在一些其它實例中，可應用信號篩選技術(shù)以提取最有力反映在不同測量位點處存在的參數(shù)變化的信號數(shù)據(jù)。在一些其它實例中，可從測量數(shù)據(jù)中存在的多個信號選擇最有力反映在不同測量位點存在的參數(shù)變量的個別信號。盡管優(yōu)選從測量數(shù)據(jù)提取特征以縮減經(jīng)受后續(xù)分析的數(shù)據(jù)的維度，但其非完全必要的。在此意義上，框202是任選的。

在框203中，至少部分基于測量數(shù)據(jù)確定SRM測量模型。

基于從測量數(shù)據(jù)提取的特征或替代地直接從測量數(shù)據(jù)確定SRM測量模型。經(jīng)訓練SRM測量模型經(jīng)結(jié)構(gòu)化以接收由度量系統(tǒng)在一或多個測量位點處產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)，且直接確定與每一測量目標相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)參數(shù)值。在優(yōu)選實施例中，SRM測量模型經(jīng)實施為神經(jīng)網(wǎng)絡模型。在一個實例中，基于從測量數(shù)據(jù)提取的特征選擇神經(jīng)網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)目。在其它實例中，SRM測量模型可實施為線性模型、多項式模型、響應表面模型、決策樹模型、隨機森林模型、支持向量機模型或其它類型的模型。

在框204中，基于所關(guān)注參數(shù)的已知值訓練SRM測量模型。在一些實例中，使用DOE測量數(shù)據(jù)及已知參數(shù)值來產(chǎn)生經(jīng)訓練的SRM測量模型。所述模型經(jīng)訓練使得其輸出擬合由DOE光譜界定的工藝變化空間中的所有光譜的經(jīng)界定預期響應。

在一些實例中，經(jīng)訓練的SRM模型用來直接從其它晶片(例如，產(chǎn)品晶片)的實際裝置結(jié)構(gòu)收集的測量數(shù)據(jù)(例如，光譜)計算結(jié)構(gòu)參數(shù)值，如本文參考方法250描述。以此方式，僅需要從已知樣本獲取的光譜或合成地產(chǎn)生的光譜來產(chǎn)生測量模型且使用所述模型執(zhí)行測量。以此方式公式化的SRM測量模型直接接收測量數(shù)據(jù)(例如，經(jīng)測量光譜)作為輸入且提供參數(shù)值作為輸出，且因此為經(jīng)訓練的輸入輸出模型。

在潘德夫(Pandev)的第8,843,875號美國專利案、潘德夫等人的第2014/0297211號美國專利公開案、契科洛夫(Shchegrov)等人的第2014/0316730號美國專利公開案、第2014/0172394號美國專利公開案、潘德夫等人的第2014/0297211號美國專利公開案、潘德夫等人的第2015/0042984號美國專利公開案、潘德夫等人的第2015/0046118號美國專利公開案、潘德夫的第14/624485號美國專利公開案及第61/991857號美國臨時專利公開案中描述與作為測量過程的部分的模型產(chǎn)生、訓練及利用相關(guān)的額外細節(jié)，所述專利案中的每一者的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文中。

圖12說明適用于通過度量系統(tǒng)(例如本發(fā)明的圖13中說明的度量系統(tǒng)300)的實施方案的方法250。在一個方面中，應理解，可經(jīng)由通過計算系統(tǒng)330(或任何其它通用計算系統(tǒng))的一或多個處理器執(zhí)行的預編程算法來執(zhí)行方法250的數(shù)據(jù)處理框。本文中應認識到，度量系統(tǒng)300的特定結(jié)構(gòu)方面并不表示限制且應解釋為僅是說明性的。

在框251中，由計算系統(tǒng)(例如，計算系統(tǒng)330)接收與半導體晶片的表面上的多個位點的測量相關(guān)聯(lián)的光學測量數(shù)據(jù)量。多個測量位點中的每一者包含以通過多重圖案化工藝的至少兩個圖案化步驟產(chǎn)生的至少一個所關(guān)注參數(shù)為特征的經(jīng)多重圖案化度量目標。(若干)所關(guān)注參數(shù)指示由多重圖案化工藝引發(fā)的幾何誤差。

在一個實例中，圖2中描繪的目標結(jié)構(gòu)100的結(jié)構(gòu)參數(shù)CD1、CD2、CD3及間距偏差為所關(guān)注參數(shù)。作為非限制性實例提供這些參數(shù)。一般來說，許多其它結(jié)構(gòu)參數(shù)(例如，側(cè)壁角度、底部臨界尺寸等等)可用來指示由多重圖案化工藝引發(fā)的幾何誤差。

在一些實施例中，受測量產(chǎn)品晶片包含標稱定值結(jié)構(gòu)陣列。因此，不管在晶片上的位置如何，CD1、CD2、CD3及間距偏差均具有相同標稱值。

在一些實例中，測量數(shù)據(jù)包含在不同測量位點處獲得的光譜范圍內(nèi)的兩個橢偏參數(shù)(Ψ、Δ)。測量數(shù)據(jù)包含相關(guān)聯(lián)于與每一測量位點相關(guān)聯(lián)的多重圖案化度量目標的光譜測量。盡管在一些實例中，測量數(shù)據(jù)為光譜測量數(shù)據(jù)，但一般來說，所述測量數(shù)據(jù)可為指示經(jīng)圖案化到半導體晶片的表面上的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)或幾何性質(zhì)的任何測量數(shù)據(jù)。

在框252中，基于測量數(shù)據(jù)及經(jīng)訓練SRM測量模型確定與多個測量位點中的每一者相關(guān)聯(lián)的至少一個所關(guān)注參數(shù)的值。所關(guān)注參數(shù)的值指示由多重圖案化工藝引發(fā)的幾何誤差。直接從經(jīng)訓練SRM測量模型計算所關(guān)注參數(shù)的值。

在框103中，將所關(guān)注參數(shù)的值存儲于存儲器(例如，存儲器332)中。

圖4說明表明使用根據(jù)本文所描述的方法200訓練的SRM模型直接從經(jīng)測量光譜測量CD2的結(jié)果的標繪圖130。在此實例中，在其它幾何參數(shù)值的變化存在的情況下，針對CD2的不同值合成地產(chǎn)生DOE光譜。在此實例中，CD2的標稱值在5納米的范圍內(nèi)變化。圖4說明通過SRM測量模型針對給定測量光譜預測的CD2的值對用于產(chǎn)生合成光譜的實際CD2值的標繪圖。如在圖4中描繪，CD2的預測值與實際值之間的擬合相當接近。

圖5說明表明使用經(jīng)訓練SRM模型的CD2測量的變化的標繪圖140。在此實例中，在其它幾何參數(shù)值的變量存在的情況下，針對CD2的相同值合成地產(chǎn)生DOE光譜。針對DOE光譜的每一集通過經(jīng)訓練SRM模型做出CD2的值的估計。圖5說明針對每一DOE光譜通過SRM測量模型預測的CD2的值的標繪圖。如在圖5中描繪，使用約0.1納米的精確度來測量CD2。

圖6說明表明使用根據(jù)本文所描述的方法200訓練的SRM模型直接從經(jīng)測量光譜測量間距偏差的結(jié)果的標繪圖150。在此實例中，與目標100的CD2相關(guān)聯(lián)的相同測量光譜用于估計間距偏差。圖6說明通過SRM測量模型針對給定測量光譜預測的間距偏差的值對用于產(chǎn)生合成光譜的實際間距偏差值的標繪圖。如在圖6中描繪，間距偏差的預測值與實際值之間的擬合相當接近。

圖7說明表明使用經(jīng)訓練SRM模型的間距偏差測量中的變量的標繪圖160。針對DOE光譜的每一集通過經(jīng)訓練SRM模型做出間距偏差的值的估計。圖7說明針對每一DOE光譜通過SRM測量模型預測的間距偏差的值的標繪圖。如在圖7中描繪，使用約1.3納米的變化來測量間距偏差。

歸因于目標100中存在的結(jié)構(gòu)對稱性，無法單獨直接根據(jù)從目標100導出的散射測量信號測量CD1。來自具有CD1的正值擾動(例如，CD1+x)的光柵結(jié)構(gòu)的散射測量信號等同于來自具有CD1的負值擾動(例如，CD1-x)的光柵結(jié)構(gòu)的散射測量信號。

在一個進一步方面中，SRM測量模型在來自經(jīng)集成到一個多目標集中的多個目標的測量信號上訓練且對來自相同多個目標的測量信號操作。此方法使臨界參數(shù)與彼此解相關(guān)且與其它工藝變化解相關(guān)。

在一些實施例中，輔助目標經(jīng)定位成緊接著主測量目標且經(jīng)受相同工藝變化(例如，SAQP工藝變化)。在這些實施例中，度量目標的訓練集包含主、標稱定尺寸的目標及具有所關(guān)注參數(shù)的不同標稱值的一或多個輔助目標。

在光刻工藝步驟期間形成輔助目標。在一些實例中，具有不同線對空間比及/或不同間距的掩?？捎糜诋a(chǎn)生輔助目標。優(yōu)選盡可能將主目標及輔助目標定位成盡可能近地靠在一起以增強SRM測量模型的準確度。在一些實施例中，主度量目標及輔助度量目標兩者在每一測量位點處定位成鄰近彼此。通過將度量目標定位成靠在一起，簡化用于鏈結(jié)兩個度量目標的參數(shù)的假設較不可能引發(fā)明顯誤差。舉例來說，只要兩個度量目標定位成彼此接近，針對兩個度量目標，底層的厚度極就可能為相同值。因此，針對相鄰度量目標，底層的厚度可視為相同恒定值，而不引發(fā)明顯誤差。

使用輔助目標來訓練且使用SRM測量模型類似于前文描述的單個目標方法。然而，另外，訓練多目標SRM測量模型需要訓練來自輔助目標及主度量目標的數(shù)據(jù)。類似地，使用多目標SRM測量模型需要來自輔助目標及主度量目標的測量數(shù)據(jù)。然而，應注意，由于并不關(guān)注與輔助目標相關(guān)聯(lián)的特定參數(shù)值，所以僅需要從主目標收集用于訓練的參考測量數(shù)據(jù)。

圖8到9表明使用主度量目標100及兩個輔助目標實現(xiàn)的CD1的測量的結(jié)果。在此實例中，除了在光柵圖案的抗蝕劑寬度方面不同外，輔助目標與主度量目標相同。在此實例中，一個輔助目標的抗蝕劑寬度的差異導致與輔助目標相關(guān)聯(lián)的CD1值比主目標的CD1值大2納米。另外，另一輔助目標的抗蝕劑寬度的差異導致與輔助目標相關(guān)聯(lián)的CD1值比主目標的CD1值小2納米。

圖8說明表明使用根據(jù)本文所描述的方法200訓練的SRM模型直接從輔助目標及主目標100的經(jīng)測量光譜測量CD1的結(jié)果的標繪圖170。在此實例中，在其它幾何參數(shù)值的變化存在的情況下，針對CD1的不同值合成地產(chǎn)生DOE光譜。在此實例中，CD1的標稱值在5納米的范圍內(nèi)變化。圖8說明通過SRM測量模型針對給定測量光譜預測的CD1的值對用于產(chǎn)生合成光譜的實際CD1值的標繪圖。如在圖8中描繪，CD1的預測值與實際值之間的擬合相當接近。

圖9說明表明使用經(jīng)訓練SRM模型的CD1測量中的變量的標繪圖180。在此實例中，在其它幾何參數(shù)值的變化存在的情況下，針對CD1的相同值合成地產(chǎn)生DOE光譜。針對DOE光譜的每一集通過經(jīng)訓練SRM模型做出CD1的值的估計。圖9說明針對每一DOE光譜通過SRM測量模型預測的CD1的值的標繪圖。如在圖9中描繪，使用約0.1納米的精確度來測量CD1。

在另一進一步方面中，基于來自在多重圖案化工藝的多個步驟處的度量目標的測量信號訓練且使用SRM測量模型。來自一或多個先前過程步驟的經(jīng)測量光譜經(jīng)前饋用于訓練且使用與主目標相關(guān)聯(lián)的SRM測量模型。此方法還使臨界參數(shù)與彼此解相關(guān)且與其它工藝變化解相關(guān)。

此方法不需要實施額外輔助目標所需的額外晶片空間。然而，此方法要求在多個過程步驟處執(zhí)行晶片測量。

使用在多個過程步驟處收集的測量數(shù)據(jù)來訓練且使用SRM測量模型類似于前文描述的單個目標方法。然而，另外，訓練SRM測量模型需要在兩個不同過程步驟中的最小者處測量主目標。類似地，使用SRM測量模型在不同過程步驟處需要來自主目標的測量數(shù)據(jù)。然而，應注意，由于在此步驟處僅關(guān)注目標的特定參數(shù)值，所以僅需要在最近過程步驟處從主目標收集用于訓練的參考測量數(shù)據(jù)。

圖10A描繪在圖2中所描繪的“最終蝕刻之前”步驟之前的SADP工藝中的步驟的模型。在此步驟處的測量數(shù)據(jù)含有關(guān)于CD1及CD2的信息，但不具有關(guān)于CD3的信息，這是因為尚未形成最終光柵。然而，在此步驟中，CD1到CD3的值已固定且歸因于工藝對稱性不會在工藝步驟的剩余部分期間改變。

圖10B表明如本文描述應用光譜前饋的CD1及CD2的測量結(jié)果的精確度(分別標記為“CD1(SFF)”及“CD2(SFF)”)。

如本文描述，需要使用其它技術(shù)獲得的參考測量來訓練SRM模型。CD-SEM是因其高測量不確定性為人知的示范性測量技術(shù)。圖8表明，由于針對典型訓練數(shù)據(jù)集平均化參考測量誤差，所以本文描述的測量技術(shù)對參考測量誤差穩(wěn)健。

圖10B描繪基于兩個不同參考測量數(shù)據(jù)集使用不同測量技術(shù)(即，單個目標、多目標模型(MTM)及光譜前饋(SFF))的不同參數(shù)(即，CD1、CD2及間距偏差)的測量結(jié)果的圖表195。第一集采用合成參考測量訓練數(shù)據(jù)而無噪聲。在圖10B中使用純色圖案說明所述結(jié)果。第二集采用包含0.25納米、三西格瑪(sigma)的測量信息的合成參考測量訓練數(shù)據(jù)。在圖10B中使用陰影圖案說明所述結(jié)果。如在圖10B中描繪，加入測量噪聲對所得測量的精確度無明顯影響。

盡管分開描繪使用多個目標及光譜前饋來增強SRM模型訓練及使用，但可組合使用兩種技術(shù)。在一個實例中，SRM模型經(jīng)訓練且應用以使用來自輔助目標的光譜及來自先前圖案化步驟的光譜來執(zhí)行測量。以此方式，訓練光譜及測量光譜兩者是通過相同工藝條件形成且在工藝的不同步驟處的不同目標的光譜的組合。

在本文中通過非限制性實例描述涉及SADP的特定實例。一般來說，本文描述的方法及系統(tǒng)可用來改進通過任何多重圖案化技術(shù)(例如，自對準的雙重、三重、四重、八重圖案化、雙重光刻雙重蝕刻(LELE)圖案化等等)產(chǎn)生的所關(guān)注參數(shù)的測量。

圖13說明用于根據(jù)本文呈現(xiàn)的示范性方法測量樣品的特性的系統(tǒng)300。如在圖13中展示，系統(tǒng)300可用來執(zhí)行樣品301的一或多個結(jié)構(gòu)的光譜橢圓偏振測量。在此方面中，系統(tǒng)300可包含裝備有照明器302及光譜儀304的光譜橢圓偏振儀。系統(tǒng)300的照明器302經(jīng)配置以產(chǎn)生經(jīng)選擇波長范圍(例如，150nm到2000nm)的照明且將其引導到安置于樣品301的表面上的結(jié)構(gòu)。繼而，光譜儀304經(jīng)配置以接收從樣品301的表面反射的照明。進一步應注意，使用偏光狀態(tài)產(chǎn)生器307使從照明器302出現(xiàn)的光偏光以產(chǎn)生偏光照明光束306。通過安置于樣品301上的結(jié)構(gòu)反射的輻射行進通過偏光狀態(tài)分析器309且到光譜儀304。相對于偏光狀態(tài)分析在收集光束308中通過光譜儀304接收的輻射，而允許通過通過分析器的輻射的光譜儀的光譜分析。這些光譜311經(jīng)傳遞到計算系統(tǒng)330以進行結(jié)構(gòu)分析。

如在圖13中描繪，系統(tǒng)300包含單個測量技術(shù)(即，SE)。然而，一般來說，系統(tǒng)300可包含任何數(shù)量的不同測量技術(shù)。作為非限制實例，系統(tǒng)300可經(jīng)配置為光譜橢圓偏振測量儀(包含穆勒(Mueller)矩陣橢圓偏振測量)、光譜反射儀、光譜散射儀、覆蓋散射儀、角度分辨式束廓反射儀、偏光分辨式束廓反射儀、束廓反射儀、束廓橢圓偏振測量儀、任何單個及多個波長橢圓偏振測量儀或任何其組合。此外，一般來說，可從多個工具而非集成多種技術(shù)的一個工具收集通過不同測量技術(shù)收集且根據(jù)本文描述的方法分析的測量數(shù)據(jù)。

在進一步實施例中，系統(tǒng)300可包含用來基于根據(jù)本文描述的方法開發(fā)的測量模型執(zhí)行測量的一或多個計算系統(tǒng)330。一或多個計算系統(tǒng)330可經(jīng)通信耦合到光譜儀304。在一個方面中，一或多個計算系統(tǒng)330經(jīng)配置以接收與樣品301的結(jié)構(gòu)的測量相關(guān)聯(lián)的測量數(shù)據(jù)311。

應認識到，可通過單個計算機系統(tǒng)330或替代地一多計算機系統(tǒng)330執(zhí)行貫穿本發(fā)明所描述的各種步驟。此外，系統(tǒng)300的不同子系統(tǒng)(例如光譜橢圓偏振測量儀304)可包含適用于執(zhí)行本文描述的步驟的至少一部分的計算機系統(tǒng)。因此，上述描述不應解釋為限制本發(fā)明，而是僅說明本發(fā)明。此外，一或多個計算系統(tǒng)330可經(jīng)配置以執(zhí)行本文描述的方法實施例中的任一者的任何(若干)其它步驟。

另外，計算機系統(tǒng)330可以任何技術(shù)中已知的方式通信耦合到光譜儀304。舉例來說，一或多個計算系統(tǒng)330可耦合到與光譜儀304相關(guān)聯(lián)的計算系統(tǒng)。在另一實例中，可通過耦合到計算機系統(tǒng)330的單個計算機系統(tǒng)直接控制光譜儀304。

度量系統(tǒng)300的計算機系統(tǒng)330可經(jīng)配置以通過可包含有線及/或無線部分的傳輸媒體接收及/或獲取來自系統(tǒng)的子系統(tǒng)(例如，光譜儀304及類似物)的數(shù)據(jù)或信息。以此方式，傳輸媒體可充當計算機系統(tǒng)330與系統(tǒng)300的其它子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)鏈路。

集成式度量系統(tǒng)300的計算機系統(tǒng)330可經(jīng)配置以通過可包含有線及/或無線部分的傳輸媒體接收及/或獲取來自其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)或信息(例如，測量結(jié)果、建模輸入、建模結(jié)果等等)。以此方式，傳輸媒體可充當計算機系統(tǒng)330與其它系統(tǒng)(例如，存儲器板上度量系統(tǒng)300、外部存儲器、參考測量源320或其它外部系統(tǒng))之間的數(shù)據(jù)鏈路。舉例來說，計算系統(tǒng)330可經(jīng)配置以經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈路接收來自存儲媒體(即，存儲器332或外部存儲器)的測量數(shù)據(jù)。舉例來說，使用光譜儀304獲得的光譜結(jié)果可存儲于永久或半永久存儲器裝置(例如，存儲器332或外部存儲器)中。就此而言，可從板上存儲器或從外部存儲器系統(tǒng)匯入光譜結(jié)果。此外，計算機系統(tǒng)330可經(jīng)由傳輸媒體發(fā)送數(shù)據(jù)到其它系統(tǒng)。舉例來說，組合測量模型或通過計算機系統(tǒng)330確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)值340可經(jīng)傳送且存儲于外部存儲器中。就此而言，測量結(jié)果可導出到另一系統(tǒng)。

計算系統(tǒng)330可包含但不限于個人計算機系統(tǒng)、主計算機系統(tǒng)、工作站、圖像計算機、并行處理器，或技術(shù)中已知的任何其它裝置。一般來說，術(shù)語“計算系統(tǒng)”可經(jīng)廣泛定義以涵蓋具有執(zhí)行來自存儲器媒體的指令的一或多個處理器的任何裝置。

可在傳輸媒體(例如電線、纜線或無線傳輸鏈路)上傳輸實施方法(例如本文描述的所述方法)的程序指令334。舉例來說，如在圖13中說明，存儲于存儲器332中的程序指令334在總線333上傳輸?shù)教幚砥?31。程序指令334存儲于計算機可讀媒體(例如，存儲器332)中。示范性計算機可讀媒體包含只讀存儲器、隨機存取存儲器、磁盤或光盤或磁帶。

在一些實施例中，照明光及從照明測量位點收集的光包含多個不同波長。在一些實施例中，從經(jīng)照明測量位點按多個不同收集角度收集所述光。通過檢測按多個波長及收集角度的光，改進對間距偏差及臨界尺寸(例如，CD)中的變化的敏感性。在一些實施例中，從經(jīng)照明測量位點按多個不同方位角收集所述光。這些平面外測量還可改進對間距偏差及臨界尺寸的變化的敏感性。在一些實施例中，針對系統(tǒng)設定的特定集(例如，光譜或角度分辨式系統(tǒng)、一或多個方位角、一或多個波長及其任何組合)優(yōu)化光學測量數(shù)據(jù)的收集。

在一些實例中，與用于模型建立、訓練及測量的多個目標相關(guān)聯(lián)的測量數(shù)據(jù)的使用消除(或顯著降低)測量結(jié)果中的底層的效應。在一個實例中，來自兩個目標的測量信號經(jīng)減去以消除(或顯著減少)每一測量結(jié)果中底層的效應。與多個目標相關(guān)聯(lián)的測量數(shù)據(jù)的使用增加嵌入模型中的樣本及工藝信息。特定來說，使用包含在一或多個測量位點處的多個不同目標的測量的訓練數(shù)據(jù)實現(xiàn)更準確的測量。

在一個實例中，針對隔離目標及密集目標兩者的DOE晶片的光譜測量產(chǎn)生測量模型。接著，基于光譜測量數(shù)據(jù)及已知結(jié)構(gòu)參考值訓練測量模型。所得經(jīng)訓練測量模型后續(xù)用來計算樣本晶片上的隔離目標及密集目標兩者的結(jié)構(gòu)參數(shù)值。以此方式，每一參數(shù)具有其自身的經(jīng)訓練模型，其從與隔離目標及密集目標兩者相關(guān)聯(lián)的經(jīng)測量光譜(或經(jīng)提取特征)計算參數(shù)值。

在另一進一步方面中，針對模型建立、訓練及測量收集來源于通過多個不同測量技術(shù)的組合執(zhí)行的測量的測量數(shù)據(jù)。與多個不同測量技術(shù)相關(guān)聯(lián)的測量數(shù)據(jù)的使用增加嵌入模型中的樣本及工藝信息且實現(xiàn)更準確的測量。測量數(shù)據(jù)可從通過多個、不同測量技術(shù)的任何組合執(zhí)行的測量導出。以此方式，可通過多個、不同測量技術(shù)測量不同測量位點以增強可用于特征化半導體結(jié)構(gòu)的測量信息。

一般來說，在此專利文件的范圍內(nèi)，可預期任何測量技術(shù)或兩個或兩個以上測量技術(shù)的組合。示范性測量技術(shù)包含但不限于光譜橢圓偏振測量(包含穆勒矩陣橢圓偏振測量)、光譜反射測量、光譜散射測量、散射測量覆蓋、束廓反射測量(角分辨及偏光分辨兩者)、束廓橢圓偏振測量、單個及多個離散波長橢圓偏振測量、發(fā)射小角度x射線散射計(TSAXS)、小角度x射線散射(SAXS)、掠入射小角度x射線散射(GISAXS)、廣角度x射線散射(WAXS)、x射線反射率(XRR)、x射線繞射率(XRD)、掠入射x射線繞射(GIXRD)、高分辨率x射線繞射(HRXRD)、x射線光電光譜(XPS)、x射線熒光(XRF)、掠入射x射線熒光(GIXRF)、低能量電子引發(fā)式x射線發(fā)射散射測量(LEXES)、x射線斷層掃描及x射線橢圓偏振測量。一般來說，可預期可用于半導體結(jié)構(gòu)的特征化的任何度量技術(shù)(包含基于圖像的度量技術(shù))。額外傳感器選項包含電子傳感器(例如非接觸式電容/電壓或電流/電壓傳感器)，其對裝置加偏壓且使用光學傳感器(或輔助光學技術(shù)，例如XRD、XRF、XPS、LEXES、SAXS及泵探測技術(shù))檢測所得偏壓(或相反)。在一項實施例一個實施例中，二維束廓反射儀(光瞳成像器)可用來收集具有小光點大小的角度分辨式及/或多光譜數(shù)據(jù)。UV Linnik干涉儀還可用作穆勒矩陣光譜光瞳成像器。

在一些實例中，本文描述的模型建立、訓練及測量方法經(jīng)實施為可從美國加利福尼亞州苗必達市的科磊公司購得的光學臨界尺寸度量系統(tǒng)的元件。以此方式，所述模型經(jīng)產(chǎn)生且在DOE晶片光譜由系統(tǒng)收集之后立即可使用。

在一些其它實例中，(例如)通過實施可從美國加利福尼亞州苗必達市的科磊公司購得的軟件的計算系統(tǒng)脫機實施本文描述的模型建立、訓練方法。所得經(jīng)訓練的模型可作為可由執(zhí)行測量的度量系統(tǒng)存取的庫的元素并入。

在另一實例中，本文描述的方法及系統(tǒng)可用于覆蓋度量。光柵測量尤其與覆蓋測量相關(guān)。覆蓋度量的目標是確定不同光刻曝光步驟之間的偏移。歸因于裝置上結(jié)構(gòu)的小尺寸(且通常為小覆蓋值)，裝置上執(zhí)行覆蓋度量是困難的。

舉例來說，典型切割道覆蓋度量結(jié)構(gòu)的間距從200納米變化到2,000納米。但是，裝置上、覆蓋度量結(jié)構(gòu)的間距通常為100納米或更小。另外，在標稱生產(chǎn)環(huán)境中，裝置覆蓋僅是裝置結(jié)構(gòu)的周期性的小分率。相比而言，用于散射測量覆蓋中的替代度量結(jié)構(gòu)頻繁偏移較大值(例如，四分之一間距)以增強對覆蓋的信號敏感度。

在這些條件下，使用具有對小偏移、小間距覆蓋的足夠敏感度的傳感器架構(gòu)執(zhí)行覆蓋度量。本文描述的方法及系統(tǒng)可用來基于裝置上結(jié)構(gòu)、替代結(jié)構(gòu)或兩者獲得對覆蓋敏感的測量信號。

在獲取后，分析經(jīng)測量信號以基于測量信號的變化確定覆蓋誤差。在一個進一步方面中，使用PCA分析光譜或角度分辨式數(shù)據(jù)，且訓練覆蓋模型以基于在經(jīng)測量信號中檢測的主成分確定覆蓋。在一個實例中，覆蓋模型是神經(jīng)網(wǎng)絡模型。在此意義中，覆蓋模型并非參數(shù)模型，且因此不受通過不準確建模假設引入的誤差影響。

在一些實施例中，訓練覆蓋度量模型是基于標稱上等同于裝置特征但具有較大偏移的專用度量結(jié)構(gòu)的測量。這可有助于克服敏感度問題。這些偏移可由在待在主掩模設計期間測量的兩個層中的特征之間引入的固定設計偏移引入。所述偏移還可由光刻曝光中的偏移引入。通過使用多個、偏移目標(例如，間距/4及-間距/4)從壓縮信號(例如，PCA信號)更有效提取覆蓋誤差，且還可降低底層的效應。

一般來說，可將本文呈現(xiàn)的用于執(zhí)行半導體度量的方法及系統(tǒng)直接應用于實際裝置結(jié)構(gòu)或定位于裸片中或切割線內(nèi)的專用度量目標(例如，代理結(jié)構(gòu))。

在又一方面中，本文描述的測量技術(shù)可用于提供主動反饋到工藝工具(例如，光刻工具、蝕刻工具、沉積工具等等)。舉例來說，使用本文描述的所述方法確定的結(jié)構(gòu)參數(shù)值可經(jīng)傳送到光刻工具以調(diào)整光刻系統(tǒng)實現(xiàn)所需輸出。以類似方式，蝕刻參數(shù)(例如，蝕刻時間、擴散率等等)或沉積參數(shù)(例如，時間、濃度等等)可包含于測量模型中以將主動反饋分別提供到蝕刻工具或沉積工具。

一般來說，本文描述的系統(tǒng)及方法可經(jīng)實施為專用度量工具的部分，或替代地實施為工藝工具(例如，光刻工具、蝕刻工具等等)的部分。

如本文描述，術(shù)語“臨界尺寸”包含結(jié)構(gòu)的任何臨界尺寸(例如，底部臨界尺寸、中間臨界尺寸、頂部臨界尺寸、側(cè)壁角度、光柵高度等等)、在任何兩個或兩個以上結(jié)構(gòu)之間的臨界尺寸(例如，在兩個結(jié)構(gòu)之間的距離)及在兩個或兩個以上結(jié)構(gòu)之間的位移(例如，覆蓋光柵結(jié)構(gòu)之間的覆蓋位移等等)。結(jié)構(gòu)可包含三維結(jié)構(gòu)、經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)、覆蓋結(jié)構(gòu)等等。

如本文描述，術(shù)語“臨界尺寸應用”或“臨界尺寸測量應用”包含任何臨界尺寸測量。

如本文描述，術(shù)語“度量系統(tǒng)”包含至少部分用來特征化任何方面中的樣品的任何系統(tǒng)，其包含測量應用，例如臨界尺寸度量、覆蓋度量、焦點/劑量度量及組成度量。然而，此類技術(shù)術(shù)語并不限制如本文描述的術(shù)語“度量系統(tǒng)”的范圍。另外，度量系統(tǒng)300可經(jīng)配置用于測量圖案化晶片及/或未圖案化晶片。度量系統(tǒng)可經(jīng)配置為LED檢驗工具、邊沿檢驗工具、背側(cè)檢驗工具、宏觀檢驗工具或多模檢驗工具(涉及同時來自一或多個平臺的數(shù)據(jù))及獲益于基于臨界尺寸數(shù)據(jù)校準系統(tǒng)參數(shù)的任何其它度量或檢驗工具。

本文針對可用于處理樣品的半導體處理系統(tǒng)(例如，檢測系統(tǒng)或光刻系統(tǒng))描述各種實施例。術(shù)語“樣品”在本文中用來指晶片、光罩或可通過技術(shù)中已知的方法處理(例如，印刷或檢測缺陷)的任何其它樣本。

如本文使用，術(shù)語“晶片”一般是指由半導體或非半導體材料形成的襯底。實例包含但不限于單晶硅、砷化鎵及磷化銦。此類襯底普遍可在半導體制造設施中找到及/或處理。在一些情況中，晶片可僅包含襯底(即，裸晶片)。替代地，晶片可包含在襯底上形成的不同材料的一或多個層。形成于晶片上的一或多個層可經(jīng)“圖案化”或“未圖案化”。舉例來說，晶片可包含具有可重復圖案特征的多個裸片。

“光罩”可為在光罩制造工藝的任何階段的光罩，或是可或不可經(jīng)釋離以用于半導體制造設施中的已完成光罩。光罩或“掩?！币话愣x為基本上透明襯底，其具有形成于其上且經(jīng)配置于圖案中的基本上不透明區(qū)。襯底可包含(例如)玻璃材料，例如非晶SiO₂。光罩可在光刻工藝的曝光步驟期間安置于抗蝕劑覆蓋的晶片上方，使得光罩上的圖案可經(jīng)轉(zhuǎn)印到抗蝕劑。

形成于晶片上的一或多個層可經(jīng)圖案化或未圖案化。舉例來說，晶片可包含多個裸片，其各自具有可重復圖案特征。此類材料層的形成及處理可最終導致完成的裝置。許多不同類型的裝置可形成于晶片上，且如本文使用的術(shù)語晶片意在涵蓋其上制造技術(shù)已知的任何類型裝置的晶片。

在一或多個示范性實施例中，在硬件、軟件、固件或其任何組合中實施所描述的功能。如果實施于軟件中，那么所述功能可作為計算機可讀媒體上的一或多個指令存儲或傳輸。計算機可讀媒體包含計算機存儲媒體及通信媒體，通信媒體包含促進計算機程序從一個位置傳送到另一位置的任何媒體。存儲媒體可為可通過通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C存取的任何可用媒體。通過實例但非限制，此計算機可讀媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盤存儲、磁盤存儲或其它磁性存儲裝置或可用于攜載或存儲具有指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的所需程序代碼構(gòu)件且可通過通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C或通用或?qū)Ｓ锰幚砥鞔嫒〉娜魏纹渌襟w。而且，任何連接適當?shù)乇环Q為計算機可讀媒體。舉例來說，如果使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數(shù)字用戶線(DSL)或例如紅外線、無線電及微波的無線技術(shù)從網(wǎng)站、服務器或其它遠程來源傳輸軟件，那么同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL或例如紅外線、無線電及微波的無線技術(shù)包含于媒體的定義中。如在本文中使用的磁盤及光盤包含壓縮光盤(CD)、激光光盤、光盤、數(shù)字多用途光盤(DVD)、軟盤及藍光光盤，其中磁盤通常磁性地復制數(shù)據(jù)，而光盤使用激光光學地復制數(shù)據(jù)。上文的組合還應包含于計算機可讀媒體的范圍內(nèi)。

盡管上文為教學目的描述特定實施例，但此專利文件的教示具有一般適用性且不限于上文描述的特定實施例。因此，可在不脫離如在權(quán)利要求書中提及的本發(fā)明的范圍的情況下實踐所描述的實施例的各種特征的各種修改、調(diào)適及組合。