對參數(shù)追蹤的計量系統(tǒng)優(yōu)化的制作方法
【專利說明】
[0001] 巧關(guān)申請案的香叉參考
[0002] 本專利申請案依據(jù)35U.S.C. § 119主張2013年5月21日提交的標題為"用于在存 在系統(tǒng)擾動和隨機擾動的情況下特征化和優(yōu)化計量系統(tǒng)的測量性能和參數(shù)追蹤的方法和 設(shè)備（MethodAndApparatusForCharacterizationAndOptimizationOfMeasurement PerformanceandParameterTrackingForAMetrologySystemInThePresenceOf SystematicAndRandomPerturbations)"的第61/825, 814號美國臨時專利申請案的優(yōu)先 權(quán)，其標的物W全文引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 所描述的實施例設(shè)及計量系統(tǒng)及方法，且更特定來說設(shè)及用于改進的參數(shù)測量的 方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004] 半導體裝置（諸如邏輯及存儲器裝置）通常通過應(yīng)用到樣本的一系列處理步驟而 制造。半導體裝置的各種特征及多個結(jié)構(gòu)層通過運些處理步驟形成。例如，尤其光刻為包 括在半導體晶片上產(chǎn)生圖案的半導體制造過程。半導體制造過程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。多個半導體裝置可被制造在單一半導體晶片上且 隨后被分離為個別半導體裝置。
[0005] 計量過程在半導體制造過程期間的各種步驟處用于檢測晶片上的缺陷W促進更 高良率。光學計量技術(shù)在無樣本破壞風險的情況下提供高處理量的可能。若干基于光學計 量的技術(shù)（包含散射測量及反射測量實施方案及相關(guān)分析算法）通常用于特征化納米級結(jié) 構(gòu)的臨界尺寸、膜厚度、組成及其它參數(shù)。
[0006] 傳統(tǒng)上，光學計量在由薄膜及/或重復周期性結(jié)構(gòu)組成的目標上執(zhí)行。在裝置制 造期間，運些膜及周期性結(jié)構(gòu)通常表示實際裝置幾何形狀及材料結(jié)構(gòu)或中間設(shè)計。隨著裝 置（例如，邏輯及存儲器裝置）朝向更小納米級尺寸發(fā)展，特征化變得更困難。并入有復雜 的=維幾何形狀及具有多種物理性質(zhì)的材料的裝置導致特征化困難。
[0007] 例如，現(xiàn)代存儲器結(jié)構(gòu)通常為高縱橫比=維結(jié)構(gòu)，其使得光學福射難W穿透到底 層。此外，特征化復雜結(jié)構(gòu)（例如，F(xiàn)inFET)所需的增大數(shù)量的參數(shù)導致增大的參數(shù)相關(guān)性。 因此，特征化目標的測量模型參數(shù)通常無法可靠解禪。
[0008] 響應(yīng)于運些挑戰(zhàn)，已開發(fā)出更復雜的光學工具及信號處理計算機算法。測量通常 對大范圍的數(shù)個機器參數(shù)（例如，波長、方位角及入射角等）執(zhí)行且通常同時執(zhí)行。因此， 測量時間、計算時間及產(chǎn)生可靠結(jié)果（包含測量配方）的總時間顯著增大。
[0009] -般來說，可應(yīng)用于半導體結(jié)構(gòu)的光學計量技術(shù)為測量計量目標的物理性質(zhì)的間 接方法。在大多數(shù)情況中，所測量的信號無法用于直接確定所關(guān)注物理性質(zhì)。傳統(tǒng)上，測量 過程由制定基于計量的目標模型組成，所述模型試圖基于測量目標與特定計量系統(tǒng)的相互 作用的模型預測所測量的信號?；谟嬃康哪繕四Ｐ桶嘘P(guān)所關(guān)注測量目標的物理性質(zhì) (例如，膜厚度、臨界尺寸、折射率、光柵間距等）的結(jié)構(gòu)的參數(shù)化。此外，基于計量的目標模 型包含測量工具本身的參數(shù)化（例如，波長、入射角、偏振角等）。
[0010] 系統(tǒng)參數(shù)為用于特征化計量工具本身的參數(shù)。示范性系統(tǒng)參數(shù)包含入射角（AOI)、 分析器角（A。)、偏振器角（P。)、照明波長、數(shù)值孔徑（NA)等。目標參數(shù)為用于特征化計量目 標的幾何及材料性質(zhì)的參數(shù)。對于薄膜樣本，示范性目標參數(shù)包含折射率（或介電函數(shù)張 量）、所有層的標稱層厚度、層序列等。
[0011] 傳統(tǒng)上，計量目標由半導體裝置制造商提供?；谟嬃康哪繕四Ｐ徒?jīng)構(gòu)造W模擬 計量目標的幾何形狀及材料W及計量目標與一或多個計量系統(tǒng)或子系統(tǒng)的相互作用。測量 配方基于源自一或多個基于計量的目標模型的模擬測量信號的分析而開發(fā)，每個基于計量 的目標模型表示計量目標與候選計量系統(tǒng)或子系統(tǒng)（例如，光譜楠偏儀等）之間的相互作 用。
[0012] 傳統(tǒng)上，測量配方的制定由模擬的測量信號的靈敏度分析指導。一些實例包含關(guān) 于所關(guān)注目標參數(shù)的模擬測量信號（例如，光學信號，諸如反射率）的導數(shù)的分析、參數(shù)相 關(guān)性分析及在存在隨機時間噪聲的情況下對測量精度的預測。評估及優(yōu)化計量系統(tǒng)的最常 見方法是基于一階擾動方法。在此方法中，影響所測量的信號的正態(tài)分布隨機噪聲被轉(zhuǎn)化 為由計量系統(tǒng)測量的參數(shù)的不確定性。由隨機噪聲產(chǎn)生的所估計的參數(shù)不確定性（即，測 量參數(shù)精度）通常用作計量系統(tǒng)性能及配方優(yōu)化的主優(yōu)值。測量系統(tǒng)精度的此估計通常 表示為=-西格瑪值（即，為所估計的參數(shù)值分布的標準偏差的=倍的值）。測量配方的 優(yōu)化及開發(fā)通常W改進預期測量精度為目標。一些實例由J.弗恩斯（JJerns)等人描述 于第2012/0022836號美國專利公開案"用于最佳參數(shù)化散射測量模型的自動確定的方法 (MethodforAutomatedDeterminationofanOptimallyParameterizedScatterometry Model)"中，其目標的物W全文引用的方式并入本文中。其它實例由R.西爾弗化Silver) 等人描述于"光學臨界尺寸計量的基本限制：模擬研究（化ndamentalLimitsof化tical CriticalDimensionMetrology=ASimulationStudy)"中，其發(fā)表于《國際光學工程學會 期刊（Proc.OfSPffi)》，第6518卷，65180U，（2007)，其標的物W全文引用的方式并入本文 中。
[0013] 但是，強調(diào)測量精度作為優(yōu)化的主優(yōu)值限制了所得測量配方的有效性。光源、檢測 器及計量組件的穩(wěn)定性的最近改進已實現(xiàn)高精度水平（即，低S-西格瑪值）的測量，但是 通過過程窗追蹤所測量的參數(shù)的變化的能力仍難W實現(xiàn)。
[0014] 對隨機時間噪聲擾動的一階分析（例如，到一階的多維泰勒級數(shù)展開）的依賴導 致測量方案中的合理準確預測，其中測量信號擾動（隨機或系統(tǒng)的）與歸因于由制造過程 引致的所測量參數(shù)的變化的測量信號變化相比較小。但是，如果實際測量方案與此假設(shè)不 一致，那么一階擾動分析可能產(chǎn)生錯誤的性能預測。運可在例如低靈敏度及大擾動的測量 方案中或當多個擾動同時影響系統(tǒng)時發(fā)生。因此，基于一階擾動分析針對精度優(yōu)化的測量 配方可導致W看似令人滿意的精度報告不準確的結(jié)果的計量工具。運通常通過比較基于模 型的光學測量與來自可信參考測量系統(tǒng)（諸如透射式電子顯微鏡（TEM))的測量的結(jié)果而 證實。
[0015] 未來計量應(yīng)用歸因于越來越小的分辨率要求、多參數(shù)相關(guān)性、越發(fā)復雜的幾何結(jié) 構(gòu)及越來越多不透明材料的使用而對計量提出諸多挑戰(zhàn)。追蹤過程引致的參數(shù)變化（諸如 CD或膜厚度變化）變得更加重要，并且缺乏參數(shù)追蹤能力是嚴重的挑戰(zhàn)。因此，需要用于改 進的測量的方法及系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本文中描述用于評估測量系統(tǒng)通過給定過程窗追蹤測量參數(shù)的能力的方法及系 統(tǒng)。此外，提出用于針對經(jīng)歷過程變化的臨界尺寸、膜厚度及組成計量應(yīng)用優(yōu)化半導體計量 系統(tǒng)的測量能力的示范性方法及系統(tǒng)。
[0017] 在一個方面中，所關(guān)注測量模型參數(shù)的精度、準確度及過程追蹤的模擬及分析在 存在系統(tǒng)誤差的情況下執(zhí)行。此類誤差包含尤其模型誤差、計量系統(tǒng)缺陷及校準誤差。W 此方式，評估特定測量系統(tǒng)測量特定計量目標的現(xiàn)實能力。性能評估包含至少一個系統(tǒng)或 隨機擾動，并且在一些實例中包含多個同時擾動（包含隨機及系統(tǒng)擾動兩者）。
[0018] 在一些實例中，特定計量目標參數(shù)的值被預定為模擬實驗設(shè)計值OE)的部分。模 擬基于模型的計量測量，并且比較特定計量目標參數(shù)的估計值與已知DOE參數(shù)值，W確定 特定測量的追蹤能力。
[0019] 在一些實例中，根據(jù)本文中描述的方法評估測量及追蹤一或多個臨界尺寸、薄膜 厚度、光學性質(zhì)、材料組成、覆層、光刻聚焦及劑量等的計量系統(tǒng)。
[0020] 在進一步方面中，測量能力基于分析優(yōu)化。W此方式，測量能力可被評估、優(yōu)化及 確認W用于在無獨立且準確得多的參考測量技術(shù)的情況下追蹤過程參數(shù)，諸如光刻中的聚 焦及曝光、蝕刻時間及其它相關(guān)過程參數(shù)。
[0021] 在一些實例中，指示參數(shù)追蹤性能或精度的一或多個度量被評估W確定是否需要 對測量模型、測量目標、計量系統(tǒng)或計量系統(tǒng)的組合做出改變W改進參數(shù)追蹤性能。
[0022] 在另一進一步方面中，通過基于過程的主分量分析（PCA)參數(shù)化而使測量模型參 數(shù)化。在一些實例中，PCA參數(shù)化有效減小測量模型的自由度數(shù)量，使得可在無測量信息的 過度損失的情況下從測量數(shù)據(jù)有效求解模型參數(shù)。
[0023] 在另一進一步方面中，如本文所述用于評估測量系統(tǒng)通過給定過程窗追蹤測量參 數(shù)的能力的方法及系統(tǒng)也應(yīng)用于追蹤所關(guān)注過程參數(shù)。
[0024] 上述內(nèi)容為概述且因此必定含有細節(jié)的簡化、概括及省略捆此，所屬領(lǐng)域的技術(shù) 人員應(yīng)了解，概述僅為說明性的且不W任何方式限制。將在本文中闡述的非限制詳細描述 中了解本文中描述的裝置及/或過程的其它方面、發(fā)明特征及優(yōu)點。
【附圖說明】
[0025] 圖1為說明用于根據(jù)本文中提出的示范性方法評估及優(yōu)化測量系統(tǒng)通過給定過 程窗追蹤測量參數(shù)的能力的系統(tǒng)100的圖。
[0026] 圖2為說明適于由本發(fā)明的計量系統(tǒng)100實施的示范性方法200的流程圖。
[0027] 圖3說明標繪圖210,其展示=組偽隨機值，其對應(yīng)于計量目標的所關(guān)注的=個參 數(shù)，所述參數(shù)經(jīng)選擇W同時橫跨過程窗。
[0028] 圖4A描繪針對相對較低擾動水平在過程窗內(nèi)的中間臨界尺寸（MCD)的估計值的 線性擬合。
[0029] 圖4B描繪針對相對中等擾動水平在過程窗內(nèi)的中間臨界尺寸（MCD)的估計值的 線性擬合。
[0030] 圖4C描繪針對相對較高擾動水平在過程窗內(nèi)的中間臨界尺寸（MCD)的估計值的 線性擬合。
[0031] 圖5說明針對所關(guān)注參數(shù)的估計誤差的一系列概率分布的標繪圖180。
[0032] 圖6為說明經(jīng)歷二維光束輪廓反射儀（2-DBPR)系統(tǒng)的測量的氧化物層中的孔的 簡化計量模型的圖240。
[003引圖7為說明與2-DBPR測量相關(guān)的高度做、臨界尺寸（CD)及側(cè)壁角度（SWA)之 間的相關(guān)性的表格245。
[0034] 圖8為說明與2-DBPR測