相關(guān)申請(qǐng)案的交叉參考

本專利申請(qǐng)案依據(jù)35u.s.c.§119主張2014年10月14日提出申請(qǐng)的標(biāo)題為“測(cè)量疊對(duì)的方法及設(shè)備(methodandapparatusofmeasuringoverlay)”的序列號(hào)為62/063,932的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)案的優(yōu)先權(quán)，所述臨時(shí)專利申請(qǐng)案的標(biāo)的物以全文引用方式并入本文中。

所描述實(shí)施例涉及度量系統(tǒng)及方法，且更特定來說涉及用于經(jīng)改善的基于散射術(shù)的疊對(duì)測(cè)量及基于圖像的測(cè)量的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

通常通過適用于樣品的一序列處理步驟而制作例如邏輯及存儲(chǔ)器裝置等半導(dǎo)體裝置。通過這些處理步驟形成半導(dǎo)體裝置的各種特征及多個(gè)結(jié)構(gòu)層級(jí)。舉例來說，尤其光刻是涉及在半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生圖案的一種半導(dǎo)體制作工藝。半導(dǎo)體制作工藝的額外實(shí)例包含但不限于化學(xué)機(jī)械拋光、蝕刻、沉積及離子植入。多個(gè)半導(dǎo)體裝置可制作于單個(gè)半導(dǎo)體晶片上且接著分離成若干個(gè)別半導(dǎo)體裝置。

在半導(dǎo)體制造工藝期間在各個(gè)步驟處使用度量工藝來檢測(cè)晶片上的缺陷以促成較高合格率。光學(xué)度量技術(shù)在不具有樣本破壞的風(fēng)險(xiǎn)的情況下提供高吞吐量的可能性。包含散射術(shù)及反射術(shù)實(shí)施方案的若干個(gè)基于光學(xué)度量的技術(shù)以及相關(guān)聯(lián)分析算法通常用于表征臨界尺寸、膜厚度、組合物、疊對(duì)及納米級(jí)結(jié)構(gòu)的其它參數(shù)。

通常通過在襯底上沉積一系列層而制作半導(dǎo)體裝置。所述層中的一些或所有層包含各種經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)。在特定層內(nèi)以及在層之間的結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置對(duì)已完成電子裝置的性能是至關(guān)重要的。疊對(duì)是指晶片的相同或不同層上的上覆或交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的相對(duì)位置。疊對(duì)誤差是指從上覆或交錯(cuò)結(jié)構(gòu)的標(biāo)稱(即，所要)相對(duì)位置的偏差。疊對(duì)誤差越大，結(jié)構(gòu)未對(duì)準(zhǔn)程度越大。如果疊對(duì)誤差太大，那么可損害所制造電子裝置的性能。

散射術(shù)疊對(duì)(scol)度量技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于疊對(duì)誤差的表征。這些方法主要基于對(duì)光學(xué)信號(hào)的差分測(cè)量，所述光學(xué)信號(hào)對(duì)應(yīng)于來自各自具有經(jīng)編程疊對(duì)偏移的目標(biāo)對(duì)的衍射。基于這些差分測(cè)量而提取未知疊對(duì)誤差。

在大多數(shù)現(xiàn)有方法中，基于對(duì)結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性敏感的度量而表征疊對(duì)誤差。在一個(gè)實(shí)例中，現(xiàn)有角分辨散射術(shù)疊對(duì)(scol)涉及對(duì)指示疊對(duì)誤差的+1衍射級(jí)與-1衍射級(jí)之間的不對(duì)稱性的表征。然而，依賴于不對(duì)稱性作為疊對(duì)誤差的指示者是有問題的，這是因?yàn)槔缇€輪廓不對(duì)稱性或光束照射不對(duì)稱性等其它不對(duì)稱性聯(lián)合到測(cè)量信號(hào)的疊對(duì)產(chǎn)生的不對(duì)稱性中。此導(dǎo)致對(duì)疊對(duì)誤差的不準(zhǔn)確測(cè)量。

在現(xiàn)有方法中，通?；趯?duì)通過光刻工具而形成于晶片上的各個(gè)位置處的特定化目標(biāo)結(jié)構(gòu)的測(cè)量而評(píng)估疊對(duì)誤差。目標(biāo)結(jié)構(gòu)可采取許多形式，例如方框中方框結(jié)構(gòu)。以此形式，在晶片的一個(gè)層上形成方框且在另一層上形成第二較小方框。通過將兩個(gè)方框的中心之間的對(duì)準(zhǔn)進(jìn)行比較而測(cè)量局部化疊對(duì)誤差。在其中目標(biāo)結(jié)構(gòu)可獲得的晶片上的位置處進(jìn)行此類測(cè)量。

不幸地是，這些特定化目標(biāo)結(jié)構(gòu)通常不符合用以產(chǎn)生電子裝置的特定半導(dǎo)體制造工藝的設(shè)計(jì)規(guī)則。此導(dǎo)致對(duì)與根據(jù)適用設(shè)計(jì)規(guī)則制造的實(shí)際裝置結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的疊對(duì)誤差的估計(jì)的錯(cuò)誤。舉例來說，基于圖像的疊對(duì)度量通常需要用光學(xué)顯微鏡分辨圖案，此需要具有遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)規(guī)則臨界尺寸的臨界尺寸的粗線。在另一實(shí)例中，角分辨scol通常需要大間距目標(biāo)來從疊對(duì)目標(biāo)產(chǎn)生處于+1及-1傳播衍射級(jí)的充分信號(hào)。在一些實(shí)例中，可使用介于500nm到800nm的范圍內(nèi)的間距值。同時(shí)，邏輯或存儲(chǔ)器應(yīng)用的實(shí)際裝置間距(設(shè)計(jì)規(guī)則尺寸)可小得多，例如，在100nm到400nm的范圍內(nèi)或甚至低于100nm。

在一種現(xiàn)有方法中，使用具有經(jīng)編程疊對(duì)移位+d及-d的兩個(gè)雙光柵目標(biāo)來測(cè)量兩個(gè)目標(biāo)的+1及-1衍射級(jí)強(qiáng)度。+1衍射級(jí)信號(hào)與-1衍射級(jí)信號(hào)的不對(duì)稱性是堆疊中的層之間的疊對(duì)移位的量度。所測(cè)量不對(duì)稱性與疊對(duì)誤差成線性比例且使用所述目標(biāo)對(duì)來計(jì)算所述比例。進(jìn)一步細(xì)節(jié)描述于“用于高級(jí)光刻節(jié)點(diǎn)c028及c014疊對(duì)工藝控制的asmlyieldstarμdbo疊對(duì)目標(biāo)的性能(performanceofasmlyieldstarμdbooverlaytargetsforadvancedlithographynodesc028andc014overlayprocesscontrol)”(spie會(huì)刊8681，用于顯微光刻的度量、檢驗(yàn)及工藝控制xxvii，86811f(2013年4月18日))以及“用于裸片中亞納米疊對(duì)度量的光學(xué)散射術(shù)(opticalscatterometryforin-diesub-nanometeroverlaymetrology)”(2013年國際納電子表征與度量前沿會(huì)議(fcmn2013)，2013年3月25日到28日，美國馬里蘭州蓋瑟斯堡市nist)中。

此方法的缺點(diǎn)是對(duì)+1及-1衍射級(jí)信號(hào)的測(cè)量需要大間距、非設(shè)計(jì)規(guī)則目標(biāo)。另一缺點(diǎn)是測(cè)量敏感性取決于使照射波長與度量目標(biāo)的光柵間距恰當(dāng)匹配。由于可用照射波長通常是有限的，因此此尤其在光柵之間的層對(duì)可用波長不透明的情況下限制疊對(duì)敏感性。

在另一現(xiàn)有方法中，照射各自具有不同經(jīng)編程疊對(duì)移位的至少三個(gè)雙光柵目標(biāo)，且在大范圍的入射空間上收集零級(jí)衍射光。計(jì)算每個(gè)目標(biāo)對(duì)之間的信號(hào)差。所得差分信號(hào)組合與疊對(duì)成比例。使用目標(biāo)的所測(cè)量疊對(duì)以及已知經(jīng)編程疊對(duì)來計(jì)算疊對(duì)誤差。進(jìn)一步細(xì)節(jié)描述于“在生產(chǎn)環(huán)境中使用基于散射術(shù)的度量(scol^tm)的疊對(duì)控制(overlaycontrolusingscatterometrybasedmetrology(scol^tm)inproductionenvironment)”(用于顯微光刻的度量、檢驗(yàn)及工藝控制xxii，spie會(huì)刊，卷6922，69222s，(2008))中。此方法的缺點(diǎn)是通常需要六個(gè)或八個(gè)單元目標(biāo)來測(cè)量x疊對(duì)及y疊對(duì)兩者。

在一些其它實(shí)例中，采用用以進(jìn)行疊對(duì)測(cè)量的基于模型的方法。在一個(gè)實(shí)例中，使雙光柵目標(biāo)的模型參數(shù)化(包含疊對(duì)參數(shù))。光散射的電磁模型化用以模擬從雙光柵目標(biāo)收集的信號(hào)。對(duì)照所測(cè)量信號(hào)執(zhí)行對(duì)所模擬信號(hào)的非線性回歸以估計(jì)疊對(duì)誤差。此方法需要對(duì)結(jié)構(gòu)及材料性質(zhì)的準(zhǔn)確模型化。模型化工作是復(fù)雜且耗時(shí)的，且所得回歸例程需要大量計(jì)算工作及時(shí)間來得到結(jié)果。

未來疊對(duì)度量應(yīng)用由于越來越小的分辨率要求及越來越大的晶片面積值而對(duì)度量提出挑戰(zhàn)。因此，用于經(jīng)改善疊對(duì)測(cè)量的方法及系統(tǒng)是所要的。

基于圖像的測(cè)量通常涉及辨識(shí)圖像中的特定目標(biāo)特征(例如，線段、方框等)，且基于這些特征計(jì)算所關(guān)注參數(shù)。通常，特定化目標(biāo)結(jié)構(gòu)特定于圖像處理算法。舉例來說，與疊對(duì)目標(biāo)(例如，方框中方框目標(biāo)、框中框目標(biāo)、高級(jí)成像度量(aim)目標(biāo))相關(guān)聯(lián)的線段經(jīng)特別設(shè)計(jì)以符合算法的細(xì)節(jié)。出于此原因，無法對(duì)任意目標(biāo)或裝置結(jié)構(gòu)可靠地執(zhí)行傳統(tǒng)的基于圖像的度量算法。

另外，由于算法應(yīng)用于圖像的有限區(qū)而丟失信息。因選擇特定線邊緣等作為分析焦點(diǎn)，可能會(huì)由圖像中的其它像素做出的貢獻(xiàn)被忽略。

此外，傳統(tǒng)的基于圖像的算法對(duì)工藝變化、不對(duì)稱性及光學(xué)系統(tǒng)誤差敏感，這是因?yàn)檫@些算法缺乏捕獲這些誤差源對(duì)所捕獲圖像的影響的系統(tǒng)性方式。

在半導(dǎo)體制造中，且特定來說在圖案化工藝中，通過對(duì)特定專用結(jié)構(gòu)執(zhí)行度量而實(shí)現(xiàn)工藝控制。這些專用結(jié)構(gòu)可位于裸片之間的刻劃線中或裸片本身內(nèi)。專用度量結(jié)構(gòu)的使用可引入顯著測(cè)量誤差。實(shí)際裝置結(jié)構(gòu)與專用度量目標(biāo)之間的差異限制度量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地反映裸片中的實(shí)際裝置特征的狀態(tài)的能力。在一個(gè)實(shí)例中，由于專用度量目標(biāo)與實(shí)際裝置結(jié)構(gòu)不位于同一位置，因此差異歸因于工藝加載、圖案密度或像差場(chǎng)的位置相依差而出現(xiàn)。在另一實(shí)例中，專用度量結(jié)構(gòu)與實(shí)際裝置結(jié)構(gòu)的特性特征大小通常相當(dāng)不同。因而，即使專用度量目標(biāo)與實(shí)際裝置結(jié)構(gòu)緊密接近，大小差仍會(huì)引起差異。此外，專用度量結(jié)構(gòu)在裝置布局中需要空間。當(dāng)取樣密度要求高時(shí)，專用度量結(jié)構(gòu)排擠實(shí)際裝置結(jié)構(gòu)。

未來度量應(yīng)用由于越來越小的分辨率要求及越來越大的晶片面積值而對(duì)基于圖像的度量提出挑戰(zhàn)。因此，用于經(jīng)改善的基于圖像的測(cè)量的方法及系統(tǒng)是所要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文中呈現(xiàn)用于測(cè)量通過連續(xù)光刻工藝而形成于襯底上的結(jié)構(gòu)之間的疊對(duì)誤差的方法及系統(tǒng)?；?級(jí)散射術(shù)信號(hào)測(cè)量疊對(duì)誤差。在一個(gè)方面中，僅采用兩個(gè)疊對(duì)目標(biāo)來執(zhí)行疊對(duì)測(cè)量。所述兩個(gè)疊對(duì)目標(biāo)中的每一者各自包含沿彼此相反的方向的經(jīng)編程疊對(duì)偏移。以兩個(gè)不同方位角從每一目標(biāo)收集散射術(shù)數(shù)據(jù)以產(chǎn)生對(duì)稱信號(hào)。使用對(duì)稱信號(hào)而確定疊對(duì)誤差。

在另一方面中，本文中描述的疊對(duì)測(cè)量技術(shù)適用于包含多個(gè)波長的散射術(shù)信號(hào)。

在另一方面中，額外度量目標(biāo)與本文中描述的疊對(duì)目標(biāo)結(jié)合使用以減小對(duì)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱性的測(cè)量敏感性。實(shí)際上，從這些額外度量目標(biāo)收集的測(cè)量數(shù)據(jù)用以將不對(duì)稱性對(duì)疊對(duì)測(cè)量的效應(yīng)解除相關(guān)。

另外，呈現(xiàn)用于僅基于所測(cè)量的基于圖像的訓(xùn)練數(shù)據(jù)(例如，從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(doe)晶片收集的圖像)而創(chuàng)建基于圖像的測(cè)量模型的方法及系統(tǒng)。接著使用經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型來直接依據(jù)從其它晶片收集的所測(cè)量圖像數(shù)據(jù)計(jì)算一或多個(gè)所關(guān)注參數(shù)的值。通常，針對(duì)度量應(yīng)用與檢驗(yàn)應(yīng)用使用不同測(cè)量系統(tǒng)，然而，本文中描述的方法及系統(tǒng)適用于度量應(yīng)用及檢驗(yàn)應(yīng)用兩者。

在一個(gè)方面中，本文中描述的經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)以直接作為輸入且提供或多個(gè)所關(guān)注參數(shù)的值作為輸出。通過流線化測(cè)量工藝，改善預(yù)測(cè)性結(jié)果以及減少計(jì)算及用戶時(shí)間。

在另一方面中，可依據(jù)裝置上結(jié)構(gòu)的圖像確定所關(guān)注參數(shù)的值。在這些實(shí)施例中，裝置上結(jié)構(gòu)的圖像用以訓(xùn)練如本文中描述的基于圖像的測(cè)量模型。接著使用經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型來直接依據(jù)從其它晶片收集的相同裝置上結(jié)構(gòu)的圖像計(jì)算一或多個(gè)所關(guān)注參數(shù)的值。

在另一方面中，使用度量目標(biāo)。在這些實(shí)施例中，度量目標(biāo)結(jié)構(gòu)的圖像用以訓(xùn)練如本文中描述的基于圖像的測(cè)量模型。接著使用所述經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型以直接依據(jù)從其它晶片收集的相同度量目標(biāo)結(jié)構(gòu)的圖像計(jì)算一或多個(gè)所關(guān)注參數(shù)的值。如果使用度量目標(biāo)，那么可從單個(gè)圖像測(cè)量多個(gè)目標(biāo)，且度量目標(biāo)可包含個(gè)結(jié)構(gòu)或至少兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)。

在另一方面中，收集從通過多種不同測(cè)量技術(shù)的組合執(zhí)行的測(cè)量導(dǎo)出的測(cè)量數(shù)據(jù)以用于模型建立、訓(xùn)練及測(cè)量。

如本文中描述，通過僅使用原始圖像數(shù)據(jù)來創(chuàng)建基于圖像的測(cè)量模型，減少與傳統(tǒng)基于圖像的度量方法相關(guān)聯(lián)的誤差及近似值。另外，基于圖像的測(cè)量模型對(duì)系統(tǒng)性誤差、不對(duì)稱性等不敏感，這是因?yàn)榛趫D像的測(cè)量模型是基于從特定度量系統(tǒng)收集的圖像數(shù)據(jù)而訓(xùn)練且用于基于從相同度量系統(tǒng)收集的圖像而執(zhí)行測(cè)量。

一般來說，本文中描述的方法及系統(tǒng)將每一圖像作為個(gè)整體而加以分析。代替辨識(shí)圖像中的個(gè)別特征，每一像素被視為含有關(guān)于結(jié)構(gòu)參數(shù)、工藝參數(shù)、分散參數(shù)等(或?qū)Y(jié)構(gòu)參數(shù)、工藝參數(shù)、分散參數(shù)等敏感)的信息的個(gè)別信號(hào)。

前述內(nèi)容是概述且因此必然含有細(xì)節(jié)的簡化、概括及省略；因此，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，所述概述僅是說明性的且不以任何方式限制。在本文中所陳述的非限制性詳細(xì)描述中，本文中所描述的裝置及/或工藝的其它方面、發(fā)明特征及優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。

附圖說明

圖1描繪安置于待測(cè)量的樣品10上的疊對(duì)目標(biāo)100及110。

圖2是圖解說明如本文中描述的測(cè)量疊對(duì)的方法120的流程圖。

圖3圖解說明用于根據(jù)本文中呈現(xiàn)的示范性方法120依據(jù)從樣品收集的信號(hào)估計(jì)疊對(duì)的系統(tǒng)300。

圖4圖解說明多層線/空間度量目標(biāo)130。

圖5圖解說明具有沿x方向偏移的兩個(gè)光柵結(jié)構(gòu)的多層線/空間度量目標(biāo)140。

圖6圖解說明具有沿y方向偏移的兩個(gè)光柵結(jié)構(gòu)的多層線/空間度量目標(biāo)150。

圖7圖解說明在一個(gè)實(shí)施例中具有展現(xiàn)疊對(duì)誤差的已知變化的目標(biāo)的網(wǎng)格的doe晶片160。

圖8描繪包含與以225度的方位角對(duì)疊對(duì)目標(biāo)100的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的經(jīng)收集散射術(shù)信號(hào)171以及與以45度的方位角對(duì)疊對(duì)目標(biāo)100的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的散射術(shù)信號(hào)172的曲線170。

圖9描繪從散射術(shù)信號(hào)172及散射術(shù)信號(hào)171導(dǎo)出的差分信號(hào)181的曲線180。

圖10描繪與以45度及225度方位角以及多個(gè)波長進(jìn)行的對(duì)疊對(duì)目標(biāo)100的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的經(jīng)求和差分信號(hào)的曲線190。

圖11描繪圖解說明與關(guān)聯(lián)于doe測(cè)量的差分信號(hào)的主分量擬合的正弦函數(shù)的曲線200。

圖12描繪包含具有工藝誘發(fā)的不對(duì)稱性的底部光柵特征211的疊對(duì)目標(biāo)210以及經(jīng)安置成接近于疊對(duì)目標(biāo)210的包含相同工藝誘發(fā)的不對(duì)稱性的度量目標(biāo)220。

圖13描繪包含具有工藝誘發(fā)的不對(duì)稱性的頂部光柵特征212的疊對(duì)目標(biāo)210以及經(jīng)安置成接近于疊對(duì)目標(biāo)210的包含相同工藝誘發(fā)的不對(duì)稱性的度量目標(biāo)230。

圖14描繪疊對(duì)目標(biāo)210以及經(jīng)安置成接近于疊對(duì)目標(biāo)210的度量目標(biāo)220及230。

圖15是圖解說明如本文中所描述地訓(xùn)練基于圖像的測(cè)量模型的方法400的流程圖。

圖16是圖解說明使用如參考方法400所描述的經(jīng)訓(xùn)練測(cè)量模型執(zhí)行對(duì)結(jié)構(gòu)的測(cè)量的方法410的流程圖。

圖17描繪具有包含展現(xiàn)一或多個(gè)所關(guān)注參數(shù)的已知變化的結(jié)構(gòu)的測(cè)量位點(diǎn)的網(wǎng)格的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)晶片420。

圖18描繪晶片420的不同測(cè)量位點(diǎn)的說明性圖像422到424。

圖19圖解說明與圖像422相關(guān)聯(lián)的像素425的網(wǎng)格。

圖20描繪經(jīng)選擇用于根據(jù)方法400的模型訓(xùn)練及測(cè)量的兩個(gè)不同像素位置。

圖21描繪在于圖20中圖解說明的像素位置處取樣的所測(cè)量強(qiáng)度值的向量436。

圖22圖解說明晶片420的圖像的單個(gè)主分量的值的等值線圖440。

圖23描繪指示y軸上的實(shí)際焦點(diǎn)誤差以及x軸上的對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)焦點(diǎn)誤差的模擬結(jié)果的曲線441。

圖24描繪指示與圖23中描繪的每一測(cè)量點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的殘差焦點(diǎn)誤差值的曲線442。

圖25a到25b展現(xiàn)可對(duì)于所關(guān)注參數(shù)的基于圖像的測(cè)量有利的九單元度量目標(biāo)。

圖26描繪各自包含圖25a到b中描繪的九單元度量目標(biāo)的實(shí)例的若干個(gè)測(cè)量位點(diǎn)的所模擬圖像445。

圖27a到c描繪分別圖解說明指示針對(duì)與分別以637納米、523納米及467納米進(jìn)行的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的測(cè)量數(shù)據(jù)，y軸上的實(shí)際焦點(diǎn)誤差以及x軸上的對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)焦點(diǎn)誤差的模擬結(jié)果的曲線446到448。

圖28a到c描繪分別圖解說明指示針對(duì)與分別以637納米、523納米及467納米進(jìn)行的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的測(cè)量數(shù)據(jù)，y軸上的實(shí)際劑量誤差以及x軸的對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)劑量誤差的模擬結(jié)果的曲線449到451。

圖29描繪指示針對(duì)與以467納米、523納米及467納米進(jìn)行的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的經(jīng)組合測(cè)量數(shù)據(jù)，y軸上的實(shí)際焦點(diǎn)誤差以及x軸上的對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)焦點(diǎn)誤差的模擬結(jié)果的曲線452。

圖30描繪指示針對(duì)與以467納米、523納米及467納米進(jìn)行的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的經(jīng)組合測(cè)量數(shù)據(jù)，y軸上的實(shí)際劑量誤差以及x軸上的對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)劑量誤差的模擬結(jié)果的曲線453。

圖31圖解說明用于根據(jù)本文中呈現(xiàn)的示范性方法400及410執(zhí)行對(duì)所關(guān)注參數(shù)的基于圖像的測(cè)量的系統(tǒng)500。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)將詳細(xì)參考本發(fā)明的背景實(shí)例及一些實(shí)施例，在附圖中圖解說明本發(fā)明的實(shí)例。

本文中呈現(xiàn)用于測(cè)量通過連續(xù)光刻工藝而形成于襯底上的結(jié)構(gòu)之間的疊對(duì)誤差的方法及系統(tǒng)?；诹慵?jí)散射術(shù)信號(hào)而測(cè)量疊對(duì)誤差。在一個(gè)方面中，僅采用兩個(gè)疊對(duì)目標(biāo)來執(zhí)行疊對(duì)測(cè)量。以兩個(gè)不同方位角從每一目標(biāo)收集散射術(shù)數(shù)據(jù)以產(chǎn)生對(duì)稱信號(hào)。使用對(duì)稱信號(hào)來確定疊對(duì)誤差。

圖1描繪安置于待測(cè)量的樣品10上的疊對(duì)目標(biāo)100及110。疊對(duì)目標(biāo)100包含彼此偏移疊對(duì)距離overlay1的兩個(gè)光柵結(jié)構(gòu)101及105。在于圖1中描繪的實(shí)施例中，光柵結(jié)構(gòu)105安置于頂部(即，經(jīng)暴露)層上，且光柵結(jié)構(gòu)101安置于頂部層下面(即，經(jīng)掩埋)的層中。介入層102到104分離光柵結(jié)構(gòu)101與光柵結(jié)構(gòu)105。類似地，疊對(duì)目標(biāo)110包含彼此偏移疊對(duì)距離overlay2的兩個(gè)光柵結(jié)構(gòu)111及115。在于圖1中描繪的實(shí)施例中，光柵結(jié)構(gòu)115安置于頂部(即，經(jīng)暴露)層上，且光柵結(jié)構(gòu)111安置于頂部層下面(即，經(jīng)掩埋)的層中。介入層112到114分離光柵結(jié)構(gòu)111與光柵結(jié)構(gòu)115。

在一個(gè)方面中，疊對(duì)目標(biāo)100及110各自包含沿彼此相反的方向的經(jīng)編程疊對(duì)偏移。如在圖1中所描繪，光柵結(jié)構(gòu)105相對(duì)于光柵結(jié)構(gòu)101偏移總疊對(duì)距離overlay1。此距離包含經(jīng)編程疊對(duì)距離d與將被測(cè)量的疊對(duì)距離。如在圖1中所描繪，經(jīng)編程疊對(duì)沿-x方向延伸。因此，參考方程式(1)描述光柵結(jié)構(gòu)105與光柵結(jié)構(gòu)101之間的實(shí)際疊對(duì)overlay1。

overlay1＝overlay-d(1)

光柵結(jié)構(gòu)115相對(duì)于光柵結(jié)構(gòu)111偏移總疊對(duì)距離overlay2。此距離包含經(jīng)編程疊對(duì)距離d與將被測(cè)量的疊對(duì)距離。如在圖1中所描繪，經(jīng)編程疊對(duì)沿+x方向延伸，此與疊對(duì)目標(biāo)100的方向相反。因此，參考方程式(2)描述光柵結(jié)構(gòu)115與光柵結(jié)構(gòu)111之間的實(shí)際疊對(duì)overlay2。

overlay2＝overlay+d(2)

圖4描繪多層疊對(duì)目標(biāo)130，其包含襯底131、光柵結(jié)構(gòu)132、填充層133及沿x方向從第一經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)132空間上偏移的另一光柵結(jié)構(gòu)134。經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)132及134兩者的間距均是距離p。在大多數(shù)情形中，對(duì)疊對(duì)誤差的敏感性在不存在疊對(duì)時(shí)處于其最小值。在所描繪的實(shí)施例中，經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)134從經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)132偏移經(jīng)編程疊對(duì)偏移距離d以增加測(cè)量敏感性。在于圖4中描繪的實(shí)施例中，疊對(duì)誤差是經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)134相對(duì)于其經(jīng)編程疊對(duì)偏移的位移。

多種不同度量目標(biāo)可預(yù)期在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，度量目標(biāo)基于常規(guī)線/空間目標(biāo)。在一些其它實(shí)施例中，度量目標(biāo)是裝置式結(jié)構(gòu)。在一些其它實(shí)施例中，度量目標(biāo)是實(shí)際裝置本身，因此不采用特定化度量目標(biāo)。不管所采用的度量目標(biāo)的類型如何，必須提供具有沿相反方向的偏移的一組疊對(duì)目標(biāo)來如本文中描述地執(zhí)行對(duì)兩個(gè)目標(biāo)的疊對(duì)測(cè)量。

在一些實(shí)例中，疊對(duì)目標(biāo)位于生產(chǎn)晶片的刻劃線中。在一些其它實(shí)例中，疊對(duì)目標(biāo)位于作用裸片區(qū)中。在一些實(shí)施例中，在實(shí)際裝置的周期性區(qū)中(例如，在10mm×10mm區(qū)中)使用小光點(diǎn)se執(zhí)行測(cè)量。

在一些實(shí)施例中，提供具有沿x方向及y方向兩者的偏移圖案的光柵目標(biāo)。舉例來說，圖5描繪具有如參考圖4所描述的兩個(gè)偏移光柵結(jié)構(gòu)的疊對(duì)目標(biāo)140。在于圖5中描繪的實(shí)施例中，光柵結(jié)構(gòu)沿x方向偏移。圖6描繪具有如參考圖4所描述的兩個(gè)偏移光柵結(jié)構(gòu)的疊對(duì)目標(biāo)150。在于圖6中描繪的實(shí)施例中，光柵結(jié)構(gòu)沿y方向偏移。

在一些實(shí)施例中，在每一裸片中采用沿相反且正交方向偏移的多個(gè)不同目標(biāo)。此可有利于最小化下層對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性的影響。

在另一方面中，以兩個(gè)不同方位角從疊對(duì)目標(biāo)100及110收集散射術(shù)信號(hào)(例如，光譜)。在于圖1中描繪的實(shí)施例中，以45度的方位角從疊對(duì)目標(biāo)100收集散射術(shù)信號(hào)106，且以225度的方位角從疊對(duì)目標(biāo)100收集散射術(shù)信號(hào)107。類似地，以45度的方位角從疊對(duì)目標(biāo)110收集散射術(shù)信號(hào)116，且以225度的方位角從疊對(duì)目標(biāo)110收集散射術(shù)信號(hào)117。

圖8描繪包含與以225度的方位角對(duì)疊對(duì)目標(biāo)100的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的經(jīng)收集散射術(shù)信號(hào)171以及與以45度的方位角對(duì)疊對(duì)目標(biāo)100的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的散射術(shù)信號(hào)172的曲線170。圖9描繪僅是散射術(shù)信號(hào)172與散射術(shù)信號(hào)171之間的差的差分信號(hào)181的曲線180。如在圖8中所圖解說明，來自特定目標(biāo)的以方位角45°及225°收集的散射術(shù)信號(hào)是對(duì)稱的。如在圖9中所圖解說明，這些信號(hào)之間的差近似正弦波形。在波形的中心周圍的區(qū)域中，差分信號(hào)是大致線性的。假定小工藝窗口，通過線性區(qū)域中的兩個(gè)點(diǎn)而估計(jì)疊對(duì)。此兩個(gè)點(diǎn)(例如，兩個(gè)不同差分信號(hào))是從收集自各自具有不同經(jīng)編程疊對(duì)偏移的兩個(gè)不同目標(biāo)(例如，疊對(duì)目標(biāo)100及110)的數(shù)據(jù)導(dǎo)出。在參考圖1描述的實(shí)施例中，疊對(duì)目標(biāo)100包含沿與疊對(duì)目標(biāo)110的相同經(jīng)編程偏移d的方向相反的方向的經(jīng)編程偏移d。依據(jù)散射術(shù)信號(hào)106及107計(jì)算差分信號(hào)da，如參考圖8及9所描述。類似地，依據(jù)散射術(shù)信號(hào)116及117計(jì)算差分信號(hào)db?；诜謩e與疊對(duì)目標(biāo)100及110相關(guān)聯(lián)的差分信號(hào)da及db，如由方程式(3)所描述地計(jì)算未知疊對(duì)。

通過非限制性實(shí)例方式提供參考圖1描述的測(cè)量情景及參考圖8及9描述的所得信號(hào)。一般來說，偏移距離可不同，且可通過一般數(shù)學(xué)函數(shù)近似得出測(cè)量響應(yīng)。類似地，還可由一般數(shù)學(xué)函數(shù)描述疊對(duì)與差分信號(hào)之間的關(guān)系。

另外，參考圖1描述的測(cè)量情景涉及沿一個(gè)維度(即，x方向)的偏移。然而，一般來說，可在兩個(gè)維度(例如，x方向及y方向)中編程疊對(duì)。

在前述實(shí)例中，從疊對(duì)目標(biāo)收集的散射術(shù)信號(hào)包含單個(gè)波長。然而，一般來說，跨不同波長的范圍收集散射術(shù)信號(hào)以改善測(cè)量敏感性。在另一方面中，前文描述的疊對(duì)測(cè)量技術(shù)適用于包含多個(gè)波長的散射術(shù)信號(hào)。

在一個(gè)實(shí)例中，如前文中描述地在每一波長下計(jì)算差分信號(hào)，且將所得的差分信號(hào)求和以得出與每一疊對(duì)目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的經(jīng)求和差分信號(hào)。經(jīng)求和差分信號(hào)用以如由方程式(3)描述地計(jì)算未知疊對(duì)，其中da及db是與兩個(gè)目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的經(jīng)求和差分信號(hào)。圖10描繪與以45度及225度方位角以及多個(gè)波長進(jìn)行的對(duì)疊對(duì)目標(biāo)100的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的經(jīng)求和差分信號(hào)的曲線190。

在另一實(shí)例中，如前文中描述地在不同波長下計(jì)算差分信號(hào)，且在不同波長上以不同權(quán)重將所得的差分信號(hào)求和。在一個(gè)實(shí)例中，基于具有已知疊對(duì)的一組目標(biāo)的差分信號(hào)的主分量與正弦函數(shù)的線性擬合而確定權(quán)重。

在一些實(shí)施例中，在半導(dǎo)體晶片(例如，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(doe)晶片)的表面上的doe圖案中組織疊對(duì)的變化形式。以此方式，測(cè)量位點(diǎn)詢問晶片表面上的與不同疊對(duì)值對(duì)應(yīng)的不同位置。在一個(gè)實(shí)例中，doe圖案是疊對(duì)誤差圖案。通常，展現(xiàn)疊對(duì)誤差圖案的doe晶片包含測(cè)量位點(diǎn)的網(wǎng)格圖案。沿一個(gè)網(wǎng)格方向(例如，x方向)，疊對(duì)沿x方向變化，而沿y方向的疊對(duì)保持恒定。沿正交網(wǎng)格方向(例如，y方向)，沿y方向的疊對(duì)誤差變化，而沿x方向的疊對(duì)誤差保持恒定。以此方式，從doe晶片收集的散射術(shù)數(shù)據(jù)包含與沿x方向及y方向兩者的疊對(duì)的已知變化相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。圖7描繪具有展現(xiàn)疊對(duì)誤差的已知變化的目標(biāo)(例如，目標(biāo)161)的網(wǎng)格的doe晶片160。x方向疊對(duì)誤差隨doe晶片160上的沿x方向的位置而變化。y方向疊對(duì)誤差隨doe晶片160上的沿y方向的位置而變化。在一些實(shí)例中，x疊對(duì)誤差及y疊對(duì)誤差是在介于從-20納米到20納米的范圍內(nèi)。在一些其它實(shí)例中，x疊對(duì)誤差及y疊對(duì)誤差是在介于從-80納米到80納米的范圍內(nèi)。一般來說，任何疊對(duì)誤差范圍可預(yù)期在本專利文件的范圍內(nèi)。

在以每一波長設(shè)定的doe測(cè)量中，針對(duì)訓(xùn)練目標(biāo)中的每一者收集差分散射術(shù)信號(hào)。基于數(shù)學(xué)變換從每一差分信號(hào)集提取若干個(gè)主特征。所述變換將來自原始測(cè)量空間的原始信號(hào)映射到其中可由縮減信號(hào)集(例如，主坐標(biāo))準(zhǔn)確地表示測(cè)量數(shù)據(jù)的另一數(shù)學(xué)域?；谟?xùn)練數(shù)據(jù)中的疊對(duì)變化而確定所述變換本身。將每一所測(cè)量信號(hào)視為針對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集中的不同疊對(duì)測(cè)量而改變的原始信號(hào)。所述變換可應(yīng)用于所有差分信號(hào)，或差分信號(hào)的子集。在一些實(shí)例中，隨機(jī)選擇經(jīng)受分析的差分信號(hào)。在一些其它實(shí)例中，歸因于經(jīng)受分析的差分信號(hào)對(duì)疊對(duì)改變的相對(duì)高敏感性而選擇所述差分信號(hào)。舉例來說，可忽略對(duì)疊對(duì)改變不敏感的信號(hào)。

通過非限制性實(shí)例的方式，所述變換可使用以下各項(xiàng)中的任一者而實(shí)現(xiàn)：主分量分析(pca)模型、核心pca模型、非線性pca模型、獨(dú)立分量分析(ica)模型或使用字典的其它維數(shù)縮減方法、離散余弦變換(dct)模型、快速傅里葉變換(fft)模型、小波模型等。

對(duì)于給定訓(xùn)練數(shù)據(jù)，所測(cè)量目標(biāo)的差分信號(hào)的主分量用以將線性模型擬合到疊對(duì)的正弦函數(shù)。正弦函數(shù)具有等于光柵目標(biāo)的間距的周期以及零相位，如在方程式(4)中所圖解說明。

pci是主分量，ε是零均值高斯噪聲，且ai是從訓(xùn)練數(shù)據(jù)(即，已知疊對(duì)值)學(xué)習(xí)的線性模型系數(shù)。圖11描繪圖解說明根據(jù)方程式(4)的與關(guān)聯(lián)于doe測(cè)量的差分信號(hào)的主分量擬合的正弦函數(shù)的曲線200。在擬合之后，基于方程式(5)，基于在不同波長下計(jì)算的差分信號(hào)的主分量計(jì)算疊對(duì)。

通過非限制性實(shí)例的方式提供前文描述的正弦模型。一般來說，偏移距離可不同，且可通過一般數(shù)學(xué)函數(shù)近似得出測(cè)量響應(yīng)。類似地，主分量可擬合到任何適合數(shù)學(xué)函數(shù)。

在許多實(shí)例中，對(duì)疊對(duì)的測(cè)量受非疊對(duì)相關(guān)不對(duì)稱性影響。這些不對(duì)稱性中的一些不對(duì)稱性是由應(yīng)用于疊對(duì)目標(biāo)的頂部光柵或底部光柵的工藝引起。彼此接近地定位的結(jié)構(gòu)受相同工藝類似地影響，且因此所述結(jié)構(gòu)共享關(guān)于工藝誘發(fā)的結(jié)構(gòu)變化的相同信息。

在另一方面中，額外度量目標(biāo)連同本文中描述的疊對(duì)目標(biāo)一起使用以減小對(duì)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱性的測(cè)量敏感性。實(shí)際上，從這些額外度量目標(biāo)收集的測(cè)量數(shù)據(jù)用以將不對(duì)稱性對(duì)疊對(duì)測(cè)量的影響解除相關(guān)。

在一個(gè)實(shí)例中，以不同方位角從疊對(duì)目標(biāo)收集散射術(shù)數(shù)據(jù)，如參考圖1所描述。然而，另外，以相同方位角從額外度量目標(biāo)收集散射術(shù)數(shù)據(jù)。度量目標(biāo)不包含疊對(duì)信息，但其確實(shí)包含展現(xiàn)與疊對(duì)目標(biāo)相同的工藝誘發(fā)的不對(duì)稱性的底部光柵結(jié)構(gòu)。

圖12描繪包含具有工藝誘發(fā)的不對(duì)稱性的底部光柵特征211以及頂部光柵特征212的疊對(duì)目標(biāo)210。疊對(duì)目標(biāo)210是如參考圖1描述的兩目標(biāo)差分測(cè)量中涉及的疊對(duì)目標(biāo)中的一者。在于圖12中描繪的實(shí)例中，度量目標(biāo)220經(jīng)安置成接近于疊對(duì)目標(biāo)210，且因此經(jīng)受類似的工藝誘發(fā)的變化。度量目標(biāo)220包含具有與疊對(duì)目標(biāo)210的底部光柵特征211相同的工藝誘發(fā)的不對(duì)稱性的底部光柵特征221。然而，度量目標(biāo)220的層222不包含頂部光柵結(jié)構(gòu)。因此，度量目標(biāo)220不包含任何疊對(duì)信息。

在一或多個(gè)半導(dǎo)體晶片(例如，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(doe)晶片)的表面上的doe圖案中組織誘發(fā)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱性的工藝誘發(fā)的變化。以此方式，測(cè)量位點(diǎn)詢問晶片表面上的與不同工藝參數(shù)值對(duì)應(yīng)的不同位置。

在以每一方位角設(shè)定的doe測(cè)量中，針對(duì)度量目標(biāo)中的每一者(例如，度量目標(biāo)220)及疊對(duì)目標(biāo)中的每一者在各個(gè)測(cè)量位點(diǎn)處收集散射術(shù)信號(hào)?；跀?shù)學(xué)變換從每一散射術(shù)信號(hào)集提取若干個(gè)主特征。所述變換將來自原始測(cè)量空間中的度量目標(biāo)的原始信號(hào)s(m1)映射到其中由縮減信號(hào)集(例如，主坐標(biāo))準(zhǔn)確地表示測(cè)量數(shù)據(jù)的另一數(shù)學(xué)域s’(m1)。變換f1將度量目標(biāo)的原始測(cè)量映射到主分量集，如在方程式(6)中所圖解說明。

f1：s(m1)→s′(m1)(6)

相同變換f1用以將來自原始測(cè)量空間中的疊對(duì)目標(biāo)中的一或多者的原始信號(hào)s(o)映射到相同數(shù)學(xué)域s’(o)。變換f1將度量目標(biāo)的原始測(cè)量映射到主分量集，如在方程式(7)中所圖解說明。

f1：s(o)→s′(o)(7)

通過線性回歸將度量目標(biāo)的主分量s’(m1)擬合到疊對(duì)目標(biāo)的信號(hào)s’(o)。此有效地減去在目標(biāo)間每一方位角的共同信息，即，工藝誘發(fā)的不對(duì)稱性。剩余的殘差信息s^*(o)包含不在目標(biāo)間共享的疊對(duì)誤差信息。方程式(8)圖解說明度量目標(biāo)的散射術(shù)信號(hào)到疊對(duì)目標(biāo)的信號(hào)的線性擬合。

因此，s^*(o)包含關(guān)于疊對(duì)的信息，而包含底部光柵的不對(duì)稱性的下層變化的效應(yīng)被減少。針對(duì)每一方位角的所得的疊對(duì)信號(hào)s^*(o)用以計(jì)算差分信號(hào)，如前文所描述。

在另一實(shí)例中，以不同方位角從疊對(duì)目標(biāo)收集散射術(shù)數(shù)據(jù)，如參考圖1所描述。然而，另外，以相同方位角從額外度量目標(biāo)收集散射術(shù)數(shù)據(jù)。度量目標(biāo)不包含疊對(duì)信息，但其確實(shí)包含展現(xiàn)與疊對(duì)目標(biāo)相同的工藝誘發(fā)的不對(duì)稱性的頂部光柵結(jié)構(gòu)。

圖13描繪包含底部光柵特征211及具有工藝誘發(fā)的不對(duì)稱性的頂部光柵特征212的疊對(duì)目標(biāo)210。疊對(duì)目標(biāo)210是如參考圖1描述的兩目標(biāo)差分測(cè)量中涉及的疊對(duì)目標(biāo)中的一者。在于圖13中描繪的實(shí)例中，度量目標(biāo)230經(jīng)安置成接近于疊對(duì)目標(biāo)210，且因此經(jīng)受類似的工藝誘發(fā)的變化。度量目標(biāo)230包含具有與疊對(duì)目標(biāo)210的頂部光柵特征212相同的工藝誘發(fā)的不對(duì)稱性的頂部光柵特征231。然而，度量目標(biāo)220不包含任何疊對(duì)信息。

在一或多個(gè)半導(dǎo)體晶片(例如，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(doe)晶片)的表面上的doe圖案中組織誘發(fā)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱性的工藝誘發(fā)的變化。以此方式，測(cè)量位點(diǎn)詢問晶片表面上的與不同工藝參數(shù)值對(duì)應(yīng)的不同位置。

在以每一方位角設(shè)定的doe測(cè)量中，針對(duì)度量目標(biāo)中的每一者(例如，度量目標(biāo)220)及疊對(duì)目標(biāo)在各個(gè)測(cè)量位點(diǎn)處收集散射術(shù)信號(hào)?；跀?shù)學(xué)變換從每一散射術(shù)信號(hào)集提取若干個(gè)主特征。所述變換將來自原始測(cè)量空間中的度量目標(biāo)的原始信號(hào)s(m2)映射到其中由縮減信號(hào)集(例如，主坐標(biāo))準(zhǔn)確地表示測(cè)量數(shù)據(jù)的另一數(shù)學(xué)域s’(m2)。變換f2將度量目標(biāo)的原始測(cè)量映射到主分量集，如在方程式(9)中所圖解說明。

f2：s(m2→s′(m2)(9)

相同變換f2用以將來自原始測(cè)量空間中的疊對(duì)目標(biāo)中的一或多者的原始信號(hào)s(o)映射到相同數(shù)學(xué)域s’(o)。變換f2將度量目標(biāo)的原始測(cè)量映射到主分量集，如在方程式(10)中所圖解說明。

f2：s(o)→s′(o)(10)

通過線性回歸將度量目標(biāo)的主分量s’(m2)擬合到疊對(duì)目標(biāo)的信號(hào)s’(o)。此有效地減去在目標(biāo)間共享的共同信息，即，工藝誘發(fā)的不對(duì)稱性。剩余的殘差信息s^*(o)包含不在目標(biāo)間共享的疊對(duì)誤差信息。方程式(11)圖解說明度量目標(biāo)的散射術(shù)信號(hào)到疊對(duì)目標(biāo)的信號(hào)的線性擬合。

因此，s^*(o)包含關(guān)于疊對(duì)的信息，而包含頂部光柵的不對(duì)稱性的下層變化的效應(yīng)被減少。針對(duì)每一方位角的所得的疊對(duì)信號(hào)s^*(o)用以計(jì)算差分信號(hào)，如前文所描述。

在另一實(shí)例中，以不同方位角從疊對(duì)目標(biāo)收集散射術(shù)數(shù)據(jù)，如參考圖1所描述。然而，另外，以相同方位角從兩個(gè)額外度量目標(biāo)收集散射術(shù)數(shù)據(jù)。度量目標(biāo)不包含疊對(duì)信息，但其包含分別展現(xiàn)與疊對(duì)目標(biāo)相同的工藝誘發(fā)的不對(duì)稱性的頂部光柵結(jié)構(gòu)及底部光柵結(jié)構(gòu)。

以此方式，一個(gè)度量目標(biāo)與疊對(duì)目標(biāo)共享關(guān)于底部光柵不對(duì)稱性的信息，且另一度量目標(biāo)與疊對(duì)目標(biāo)共享關(guān)于頂部光柵不對(duì)稱性的信息。此外，所有三個(gè)目標(biāo)共享關(guān)于其它工藝誘發(fā)的變化的信息。

圖14描繪包含具有如前文所描述的工藝誘發(fā)的不對(duì)稱性的底部光柵特征211及頂部光柵特征212的疊對(duì)目標(biāo)210。在于圖14中描繪的實(shí)例中，度量目標(biāo)220及230經(jīng)安置成接近于疊對(duì)目標(biāo)210，且因此經(jīng)受類似的工藝誘發(fā)的變化。度量目標(biāo)220包含具有與疊對(duì)目標(biāo)210的底部光柵特征相同的工藝誘發(fā)的不對(duì)稱性的底部光柵特征。度量目標(biāo)230包含具有與疊對(duì)目標(biāo)210的頂部光柵特征相同的工藝誘發(fā)的不對(duì)稱性的頂部光柵特征。然而，兩個(gè)度量目標(biāo)均不包含任何疊對(duì)信息。在此實(shí)例中，關(guān)于圖12及13描述的不對(duì)稱性減小計(jì)算可以任何次序或一起應(yīng)用，以得出針對(duì)每一方位角具有經(jīng)減小工藝誘發(fā)的不對(duì)稱性的疊對(duì)信號(hào)。這些信號(hào)隨后用以計(jì)算差分信號(hào)及疊對(duì)，如前文所描述。

在另一方面中，用于基于多個(gè)波長且利用對(duì)工藝誘發(fā)的不對(duì)稱性的經(jīng)減小敏感性而估計(jì)疊對(duì)的方法及系統(tǒng)經(jīng)組合以改善疊對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確性。

圖3圖解說明用于根據(jù)本文中所呈現(xiàn)的示范性方法測(cè)量樣品的特性的系統(tǒng)300。如圖3中所展示，系統(tǒng)300可用于執(zhí)行對(duì)樣品301的一或多個(gè)結(jié)構(gòu)的光譜橢偏術(shù)測(cè)量。在此方面中，系統(tǒng)300可包含配備有照射器302及光譜儀304的光譜橢偏計(jì)。系統(tǒng)300的照射器302經(jīng)配置以產(chǎn)生選定波長范圍(例如，100nm到2500nm)的照射且將所述照射引導(dǎo)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的表面所反射的照射。進(jìn)一步注意到，從照射器302發(fā)出的光使用偏振狀態(tài)產(chǎn)生器307而偏振以產(chǎn)生經(jīng)偏振照射光束306。由安置于樣品301上的結(jié)構(gòu)所反射的輻射通過偏振狀態(tài)分析儀309且到達(dá)光譜儀304。關(guān)于偏振狀態(tài)而分析由光譜儀304在收集光束308中所接收的輻射，從而允許所述光譜儀對(duì)經(jīng)過分析儀的輻射進(jìn)行光譜分析。這些光譜311被傳遞到計(jì)算系統(tǒng)330以用于對(duì)結(jié)構(gòu)的分析。

如在圖3中所描繪，系統(tǒng)300包含單一種測(cè)量技術(shù)(即，se)。然而，一般來說，系統(tǒng)300可包含任何數(shù)目個(gè)不同測(cè)量技術(shù)。通過非限制性實(shí)例的方式，系統(tǒng)300可經(jīng)配置為光譜橢偏計(jì)(包含密勒矩陣橢偏術(shù))、光譜反射計(jì)、光譜散射計(jì)、疊對(duì)散射計(jì)、角分辨光束輪廓反射計(jì)、偏振分辨光束輪廓反射計(jì)、光束輪廓反射計(jì)、光束輪廓橢偏計(jì)、任何單個(gè)或多個(gè)波長橢偏計(jì)，或其任何組合。此外，一般來說，可從多個(gè)工具而非集成多種技術(shù)的一個(gè)工具收集通過不同測(cè)量技術(shù)收集且根據(jù)本文中描述的方法分析的測(cè)量數(shù)據(jù)。

在另一實(shí)施例中，系統(tǒng)300可包含用以根據(jù)本文中描述的方法執(zhí)行疊對(duì)測(cè)量的一或多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)330。一或多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)330可通信地耦合到光譜儀304。在一個(gè)方面中，一或多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)330經(jīng)配置以接收與樣品301的結(jié)構(gòu)的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的測(cè)量數(shù)據(jù)311。

應(yīng)認(rèn)識(shí)到，可通過單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)330或(替代地)多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)330來執(zhí)行本發(fā)明通篇中所描述的各個(gè)步驟。此外，系統(tǒng)300的不同子系統(tǒng)(例如光譜橢偏計(jì)304)可包含適于執(zhí)行本文中所描述的步驟的至少一部分的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因此，前述描述不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明的限制而僅為圖解說明。此外，一或多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)330可經(jīng)配置以執(zhí)行本文中所描述的方法實(shí)施例中的任一者的任何其它步驟。

另外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)330可以此項(xiàng)技術(shù)中已知的任何方式可通信地耦合到光譜儀304。舉例來說，一或多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)330可耦合到與光譜儀304相關(guān)聯(lián)的計(jì)算系統(tǒng)。在另一實(shí)例中，光譜儀304可直接由耦合到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)330的單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制。

度量系統(tǒng)300的計(jì)算機(jī)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而接收及/或獲取來自系統(tǒng)的子系統(tǒng)(例如，光譜儀304等)的數(shù)據(jù)或信息。以此方式，傳輸媒體可用作計(jì)算機(jī)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。

計(jì)算機(jī)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而接收及/或獲取來自其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)或信息(例如，測(cè)量結(jié)果、模型化輸入、模型化結(jié)果等)。以此方式，傳輸媒體可用作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)330與其它系統(tǒng)(例如，存儲(chǔ)器板上度量系統(tǒng)300、外部存儲(chǔ)器，或其它外部系統(tǒng))之間的數(shù)據(jù)鏈路。舉例來說，計(jì)算系統(tǒng)330可經(jīng)配置以經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈路而接收來自存儲(chǔ)媒體(即，存儲(chǔ)器332或外部存儲(chǔ)器)的測(cè)量數(shù)據(jù)。例如，使用光譜儀304獲得的光譜結(jié)果可存儲(chǔ)于永久性或半永久性存儲(chǔ)器裝置(例如，存儲(chǔ)器332或外部存儲(chǔ)器)中。就此來說，可從板上存儲(chǔ)器或從外部存儲(chǔ)器系統(tǒng)導(dǎo)入光譜結(jié)果。此外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)330可經(jīng)由傳輸媒體而將數(shù)據(jù)發(fā)送到其它系統(tǒng)。例如，可傳達(dá)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)330確定的疊對(duì)值并將其存儲(chǔ)于外部存儲(chǔ)器中。就此來說，測(cè)量結(jié)果可導(dǎo)出到另一系統(tǒng)。

計(jì)算系統(tǒng)330可包含但不限于：個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、工作站、圖像計(jì)算機(jī)、并行處理器，或此項(xiàng)技術(shù)中已知的任何其它裝置。一般來說，術(shù)語“計(jì)算系統(tǒng)”可廣義定義為涵蓋具有執(zhí)行來自存儲(chǔ)器媒體的指令的一或多個(gè)處理器的任何裝置。

可經(jīng)由傳輸媒體(例如電線、電纜，或無線傳輸鏈路)傳輸實(shí)施例如本文中描述的那些方法的方法的程序指令334。舉例來說，如在圖3中所圖解說明，存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器332中的程序指令334經(jīng)由總線333傳輸?shù)教幚砥?31。程序指令334存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀取媒體(例如，存儲(chǔ)器332)中。示范性計(jì)算機(jī)可讀取媒體包含只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、磁盤或光盤，或磁帶。

圖2圖解說明適于通過度量系統(tǒng)(例如本發(fā)明的圖3中圖解說明的度量系統(tǒng)300)實(shí)施的方法120。在一個(gè)方面中，認(rèn)識(shí)到，可經(jīng)由由計(jì)算系統(tǒng)330或任何其它通用計(jì)算系統(tǒng)的一或多個(gè)處理器執(zhí)行的預(yù)編程算法執(zhí)行方法120的數(shù)據(jù)處理框。本文中認(rèn)識(shí)到，度量系統(tǒng)300的特定結(jié)構(gòu)方面不表示限制性且應(yīng)解釋為僅是說明性的。

在框121中，將具有位于第一層中的第一光柵結(jié)構(gòu)及位于后續(xù)層中的第二光柵結(jié)構(gòu)的第一疊對(duì)目標(biāo)提供到度量系統(tǒng)300。第二光柵結(jié)構(gòu)沿第一方向從第一光柵結(jié)構(gòu)偏移已知偏移距離。

在框122中，將具有位于第一層中的第一光柵結(jié)構(gòu)及位于后續(xù)層中的第二光柵結(jié)構(gòu)的第二疊對(duì)目標(biāo)提供到度量系統(tǒng)300。第二光柵結(jié)構(gòu)沿與第一方向相反的第二方向偏移已知偏移距離。

在框123中，由計(jì)算系統(tǒng)330接收與以第一方位角對(duì)第一疊對(duì)目標(biāo)進(jìn)行的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的第一量的散射術(shù)數(shù)據(jù)以及與從第二方位角對(duì)第一疊對(duì)目標(biāo)進(jìn)行的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的第二量的散射術(shù)數(shù)據(jù)。

在框124中，基于第一量的散射術(shù)數(shù)據(jù)與第二量的散射術(shù)數(shù)據(jù)之間的差而確定第一疊對(duì)目標(biāo)的第一差分測(cè)量信號(hào)。

在框125中，由計(jì)算系統(tǒng)330接收與以第一方位角對(duì)第二疊對(duì)目標(biāo)進(jìn)行的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的第三量的散射術(shù)數(shù)據(jù)以及與從第二方位角對(duì)第二疊對(duì)目標(biāo)進(jìn)行的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的第四量的散射術(shù)數(shù)據(jù)。

在框126中，基于第三量的散射術(shù)數(shù)據(jù)與第四量的散射術(shù)數(shù)據(jù)之間的差而確定第二疊對(duì)目標(biāo)的第二差分測(cè)量信號(hào)。

在框127中，至少部分地基于第一差分測(cè)量信號(hào)及第二差分測(cè)量信號(hào)而確定第一疊對(duì)目標(biāo)及第二疊對(duì)目標(biāo)的第一光柵結(jié)構(gòu)與第一疊對(duì)目標(biāo)及第二疊對(duì)目標(biāo)的第二光柵結(jié)構(gòu)之間的疊對(duì)誤差。

在另一方面中，收集從通過多種不同測(cè)量技術(shù)的組合執(zhí)行的測(cè)量導(dǎo)出的測(cè)量數(shù)據(jù)以用于疊對(duì)測(cè)量。與多種不同測(cè)量技術(shù)相關(guān)聯(lián)的測(cè)量數(shù)據(jù)的使用增加經(jīng)組合信號(hào)集中的信息含量且減小與工藝或其它參數(shù)變化的疊對(duì)相關(guān)性。測(cè)量數(shù)據(jù)可從通過多種不同測(cè)量技術(shù)的任何組合執(zhí)行的測(cè)量導(dǎo)出。以此方式，可通過多種不同測(cè)量技術(shù)(例如，光學(xué)se、光學(xué)sr、2d-bpr等)測(cè)量不同測(cè)量位點(diǎn)以增加可用于估計(jì)疊對(duì)誤差的測(cè)量信息。

一般來說，任何測(cè)量技術(shù)或者兩種或兩種以上測(cè)量技術(shù)的組合可預(yù)期在本專利文件的范圍內(nèi)，這是因?yàn)闇y(cè)量數(shù)據(jù)呈向量形式。由于如本文中描述的技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)向量起作用，因此可串接來自多個(gè)不同度量的數(shù)據(jù)，而不管所述數(shù)據(jù)是二維數(shù)據(jù)、一維數(shù)據(jù)或甚至單點(diǎn)數(shù)據(jù)。

可提供數(shù)據(jù)以用于根據(jù)本文中描述的技術(shù)的分析的示范性測(cè)量技術(shù)包含但不限于：光譜橢偏術(shù)(包含密勒矩陣橢偏術(shù))、光譜反射術(shù)、光譜散射術(shù)、散射術(shù)疊對(duì)、光束輪廓反射術(shù)、角分辨及偏振分辨兩者、光束輪廓橢偏術(shù)、單個(gè)或多個(gè)離散波長橢偏術(shù)、透射小角度x射線散射計(jì)(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射線衍射(xrd)、掠入射x射線衍射(gixrd)、高分辨率x射線衍射(hrxrd)、x射線光電子光譜法(xps)、x射線熒光(xrf)、掠入射x射線熒光(gixrf)、x射線斷層攝影術(shù)，以及x射線橢偏術(shù)。一般來說，可預(yù)期個(gè)別地或以任何組合適用于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的疊對(duì)的表征的任何度量技術(shù)(包含基于圖像的度量技術(shù))。

在另一方面中，通過多種度量測(cè)量的信號(hào)可經(jīng)處理以減小對(duì)工藝變化的敏感性且增加對(duì)疊對(duì)的敏感性。在一些實(shí)例中，將來自通過不同度量測(cè)量的目標(biāo)的信號(hào)彼此相減。在一些其它實(shí)例中，將來自通過不同度量測(cè)量的目標(biāo)的信號(hào)擬合到模型，且使用殘差來估計(jì)如本文中描述的疊對(duì)。在一個(gè)實(shí)例中，減去來自通過兩種不同度量測(cè)量的目標(biāo)的信號(hào)，以消除或顯著地減少每一測(cè)量結(jié)果中的工藝噪聲的效應(yīng)。一般來說，可在通過不同度量測(cè)量的信號(hào)之間應(yīng)用各種數(shù)學(xué)運(yùn)算，以確定具有對(duì)工藝變化的經(jīng)減小敏感性及對(duì)所關(guān)注參數(shù)的經(jīng)增加敏感性的信號(hào)。

一般來說，來自各自通過多種度量技術(shù)測(cè)量的多個(gè)目標(biāo)的信號(hào)增加經(jīng)組合信號(hào)集中的信息含量且減小與工藝或其它參數(shù)變化的疊對(duì)相關(guān)性。

在另一方面中，用以執(zhí)行如本文中描述的疊對(duì)測(cè)量的度量系統(tǒng)(例如，度量系統(tǒng)300)包含紅外光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)。在這些實(shí)施例中，度量系統(tǒng)300包含紅外光源(例如，弧光燈、無電極燈、激光維持等離子體(lsp)源，或超連續(xù)譜源)。紅外超連續(xù)譜激光源由于在光譜的紅外區(qū)域中的較高可用功率及亮度而優(yōu)于傳統(tǒng)燈源。在一些實(shí)例中，由連續(xù)譜激光提供的功率實(shí)現(xiàn)對(duì)具有不透明膜層的疊對(duì)結(jié)構(gòu)的測(cè)量。

疊對(duì)測(cè)量中的潛在問題是光不足以穿透到底部光柵。在許多實(shí)例中，在頂部光柵與底部光柵之間存在非透明(即，不透明)膜層。此類不透明膜層的實(shí)例包含非晶碳、硅化鎢(wsix)、鎢、氮化鈦、非晶硅，以及其它金屬及非金屬層。通常，限于可見范圍及可見范圍以下(例如，介于250nm與700nm之間)的波長的照射光不穿透到底部光柵。然而，紅外光譜及紅外光譜以上(例如，大于700nm)的照射光通常更有效地穿透不透明層。

紫外線及可見范圍內(nèi)的“不透明”的操作性定義是250nm到700nm的波長范圍內(nèi)的scol的預(yù)測(cè)精確度遠(yuǎn)差于所需精確度。此是歸因于載運(yùn)第一圖案與第二圖案之間的相對(duì)位置信息的傳播衍射級(jí)的衰減。以大于700納米(例如，800nm到1650nm)的照射波長測(cè)量scol信號(hào)在吸收顯著較小時(shí)改善scol精確度。在其中采用具有大于700納米的波長的照射光的實(shí)施例中，測(cè)量目標(biāo)的設(shè)計(jì)間距經(jīng)選擇使得存在可用scol信號(hào)。

本文中還呈現(xiàn)用于僅基于所測(cè)量的基于圖像的訓(xùn)練數(shù)據(jù)(例如，從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(doe)晶片收集的圖像)而創(chuàng)建基于圖像的測(cè)量模型的方法及系統(tǒng)。接著使用經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型來直接依據(jù)從其它晶片收集的所測(cè)量圖像數(shù)據(jù)計(jì)算一或多個(gè)所關(guān)注參數(shù)的值。通常，針對(duì)度量應(yīng)用與檢驗(yàn)應(yīng)用使用不同測(cè)量系統(tǒng)，然而，本文中描述的方法及系統(tǒng)適用于度量應(yīng)用及檢驗(yàn)應(yīng)用兩者。

在一個(gè)方面中，本文中描述的經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)來直接作為輸入且提供一或多個(gè)所關(guān)注參數(shù)的值作為輸出。通過流線化測(cè)量工藝，改善預(yù)測(cè)性結(jié)果以及減少計(jì)算及用戶時(shí)間。

在另一方面中，可依據(jù)裝置上結(jié)構(gòu)的圖像確定所關(guān)注參數(shù)的值。在一些實(shí)施例中，裝置上結(jié)構(gòu)的圖像用以訓(xùn)練如本文中描述的基于圖像的測(cè)量模型。接著使用經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型來直接依據(jù)從其它晶片收集的相同裝置上結(jié)構(gòu)的圖像計(jì)算一或多個(gè)所關(guān)注參數(shù)的值。在這些實(shí)施例中，避免特定化目標(biāo)的使用。在一些其它實(shí)施例中，使用度量目標(biāo)，且目標(biāo)大小可小于10微米×10微米。如果使用度量目標(biāo)，那么可從單個(gè)圖像測(cè)量多個(gè)目標(biāo)，且度量目標(biāo)可包含一個(gè)結(jié)構(gòu)或至少兩個(gè)不同結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)例中，可在小于一小時(shí)后創(chuàng)建基于圖像的測(cè)量模型。另外，通過采用簡化模型，與現(xiàn)有基于圖像的度量方法相比減少測(cè)量時(shí)間。額外模型化細(xì)節(jié)描述于第2014/0297211號(hào)美國專利公開案及第2014/0316730號(hào)美國專利公開案中，所述專利各自的標(biāo)的物以全文引用方式并入本文中。

如本文中描述，通過僅使用原始圖像數(shù)據(jù)來創(chuàng)建基于圖像的測(cè)量模型，減少與傳統(tǒng)基于圖像的度量方法相關(guān)聯(lián)的誤差及近似值。另外，基于圖像的測(cè)量模型對(duì)系統(tǒng)性誤差、不對(duì)稱性等不敏感，這是因?yàn)榛趫D像的測(cè)量模型是基于從特定度量系統(tǒng)收集的圖像數(shù)據(jù)而訓(xùn)練且用于基于從相同度量系統(tǒng)收集的圖像而執(zhí)行測(cè)量。

一般來說，本文中描述的方法及系統(tǒng)將每一圖像作為一個(gè)整體而加以分析。代替辨識(shí)圖像中的個(gè)別特征，每一像素被視為含有關(guān)于結(jié)構(gòu)參數(shù)、工藝參數(shù)、分散參數(shù)等(或?qū)Y(jié)構(gòu)參數(shù)、工藝參數(shù)、分散參數(shù)等敏感)的信息的個(gè)別信號(hào)。

圖15圖解說明適于通過測(cè)量系統(tǒng)(例如本發(fā)明的圖31中圖解說明的測(cè)量系統(tǒng)500)實(shí)施的方法400。在一個(gè)方面中，認(rèn)識(shí)到，可經(jīng)由由計(jì)算系統(tǒng)530或任何其它通用計(jì)算系統(tǒng)的一或多個(gè)處理器執(zhí)行的預(yù)編程算法執(zhí)行方法400的數(shù)據(jù)處理框。本文中認(rèn)識(shí)到，測(cè)量系統(tǒng)500的特定結(jié)構(gòu)方面不表示限制性且應(yīng)解釋為僅是說明性的。

在框401中，由計(jì)算系統(tǒng)530接收第一量的圖像數(shù)據(jù)。第一量的圖像數(shù)據(jù)包含在樣品(例如半導(dǎo)體晶片)的表面上構(gòu)造的若干個(gè)測(cè)量位點(diǎn)的圖像。樣品的至少一個(gè)所關(guān)注參數(shù)的值是已知的。在一些實(shí)例中，所關(guān)注參數(shù)基于通過參考度量系統(tǒng)(例如，cd-sem、tem、afm，或其它受信任度量系統(tǒng))進(jìn)行的測(cè)量而是已知的。在其中模擬圖像數(shù)據(jù)的實(shí)例中，所關(guān)注參數(shù)是已知模擬參數(shù)。在一些實(shí)例中，可使用電磁模擬引擎(例如嚴(yán)格耦合波分析(rcwa))來模擬圖像數(shù)據(jù)。在一些其它實(shí)例中，可使用rcwa及工藝模擬器(例如可從(美國)加利福尼亞州苗必達(dá)市kla-tencor公司購得)來模擬圖像數(shù)據(jù)。

所關(guān)注參數(shù)包含一或多個(gè)工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、分散參數(shù)，或布局參數(shù)。測(cè)量位點(diǎn)中的每一者包含測(cè)量位點(diǎn)中的每一者內(nèi)的相同標(biāo)稱位置處的相同標(biāo)稱結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)例中，測(cè)量位點(diǎn)涵蓋跨越晶片表面重復(fù)構(gòu)造的半導(dǎo)體晶片的場(chǎng)區(qū)。在一些實(shí)例中，測(cè)量位點(diǎn)涵蓋跨越晶片表面重復(fù)構(gòu)造的裸片區(qū)。盡管每一測(cè)量位點(diǎn)標(biāo)稱地包含相同結(jié)構(gòu)，但實(shí)際上且出于模型訓(xùn)練目的，每一測(cè)量位點(diǎn)包含各種參數(shù)(例如，cd、側(cè)壁角度、高度、疊對(duì)等)的變化。

在一些實(shí)例中，第一量的圖像數(shù)據(jù)包含每一測(cè)量位點(diǎn)的單個(gè)圖像。每一測(cè)量位點(diǎn)的每一圖像包含與每一像素相關(guān)聯(lián)的單個(gè)測(cè)量信號(hào)值。在一個(gè)實(shí)例中，單個(gè)測(cè)量值是由成像反射計(jì)以一組特定測(cè)量系統(tǒng)設(shè)定(例如，波長、偏振、入射角、方位角等)測(cè)量的每一像素的位置處的反射比。

在一些其它實(shí)例中，第一量的圖像數(shù)據(jù)包含相同測(cè)量位點(diǎn)的多個(gè)圖像。每一測(cè)量位點(diǎn)的圖像中的每一者包含與每一像素相關(guān)聯(lián)的單個(gè)測(cè)量信號(hào)值。因此，針對(duì)每一像素測(cè)量多個(gè)測(cè)量信號(hào)值。一般來說，通過相同測(cè)量系統(tǒng)以不同設(shè)定(例如，波長、偏振、入射角、方位角等)、不同測(cè)量技術(shù)或其組合測(cè)量每一測(cè)量位點(diǎn)的圖像中的每一者。以此方式，可針對(duì)每一測(cè)量位點(diǎn)的每一像素組合多樣測(cè)量數(shù)據(jù)集。一般來說，可從任何基于成像的系統(tǒng)(例如光學(xué)成像系統(tǒng)、顯微鏡、掃描電子顯微鏡、隧穿電子顯微鏡，或其它圖像形成系統(tǒng))收集圖像數(shù)據(jù)。

出于模型訓(xùn)練目的，在半導(dǎo)體晶片(例如，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)(doe)晶片)的表面上的doe圖案中組織所關(guān)注參數(shù)的變化。以此方式，測(cè)量位點(diǎn)詢問晶片表面上的與所關(guān)注參數(shù)的不同值對(duì)應(yīng)的不同位置。在一個(gè)實(shí)例中，doe圖案是焦點(diǎn)曝光矩陣(fem)圖案。通常，展現(xiàn)fem圖案的doe晶片包含測(cè)量位點(diǎn)的網(wǎng)格圖案。沿一個(gè)網(wǎng)格方向(例如，x方向)，焦點(diǎn)變化，而曝光保持恒定。沿正交網(wǎng)格方向(例如，y方向)，曝光變化，而焦點(diǎn)保持恒定。以此方式，從doe晶片收集的圖像數(shù)據(jù)包含與焦點(diǎn)及曝光的已知變化相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。圖17描繪具有包含展現(xiàn)所關(guān)注參數(shù)(例如，焦點(diǎn)及曝光)的已知變化的結(jié)構(gòu)的測(cè)量位點(diǎn)(例如，測(cè)量位點(diǎn)421)的網(wǎng)格的doe晶片420。焦點(diǎn)隨doe晶片420上的沿x方向的位置而變化。曝光隨doe晶片420上的沿y方向的位置而變化。

在一些實(shí)施例中，圖像包含裝置區(qū)。測(cè)量位點(diǎn)的特定圖像的每一像素表示在特定照射及收集條件、波長、偏振等下所收集光的強(qiáng)度。圖18描繪晶片420的不同測(cè)量位點(diǎn)的圖像422到424。每一圖像表示測(cè)量位點(diǎn)內(nèi)的裝置結(jié)構(gòu)的俯瞰圖。測(cè)量位點(diǎn)是通過其x及y坐標(biāo)識(shí)別。

在一些其它實(shí)施例中，圖像包含經(jīng)設(shè)計(jì)以促進(jìn)對(duì)所關(guān)注參數(shù)的基于圖像的測(cè)量的特定目標(biāo)?？刹捎媒?jīng)特定設(shè)計(jì)的目標(biāo)來改善裝置表示，最大化對(duì)所關(guān)注參數(shù)(焦點(diǎn)、劑量、cd)的敏感性，以及減小與工藝變化的相關(guān)性。

圖25描繪個(gè)九單元目標(biāo)443的俯視圖。九個(gè)單元中的每一者的輪廓視圖444描繪于圖25b中。編號(hào)為1到9的位置中的每一者處的結(jié)構(gòu)具有不同間距/寬度組合。在一個(gè)實(shí)例中，所測(cè)量圖像包含使用三個(gè)特定波長(637nm、523nm及467nm)測(cè)量的強(qiáng)度(例如，反射比)值。

在前述實(shí)例中，圖像數(shù)據(jù)與以焦點(diǎn)及曝光(即，劑量)的已知變化處理的doe晶片相關(guān)聯(lián)。然而，一般來說，可預(yù)期與工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、分散等的任何已知變化相關(guān)聯(lián)的圖像數(shù)據(jù)。doe晶片的圖像應(yīng)展現(xiàn)所關(guān)注參數(shù)的范圍且還應(yīng)展現(xiàn)其它噪聲源(例如光學(xué)系統(tǒng)誤差(例如，相機(jī)偏移))的范圍。

在任選框402中，將第一多個(gè)圖像中的每一者與每一測(cè)量位點(diǎn)的共同參考位置對(duì)準(zhǔn)。以此方式，來自每一圖像的任何特定像素對(duì)應(yīng)于每一經(jīng)成像測(cè)量位點(diǎn)上的相同位置。在一個(gè)實(shí)例中，所收集圖像經(jīng)對(duì)準(zhǔn)使得其匹配所述集的第一圖像。圖19圖解說明與圖像422相關(guān)聯(lián)的像素425的網(wǎng)格。在一些實(shí)例中，測(cè)量系統(tǒng)以高精確度操作，且額外圖像對(duì)準(zhǔn)是不必要的。在此意義上，框402是任選的。

在任選框403中，通過一或多個(gè)圖像濾波器將在框101中接收的圖像中的每一者濾波。圖像濾波器可用于噪聲減少、對(duì)比度增強(qiáng)等。在一個(gè)實(shí)例中，圖像濾波器可用以通過檢測(cè)邊緣且移除或遮蔽邊緣及接近區(qū)域而減少邊緣效應(yīng)。以此方式，從相對(duì)均質(zhì)裝置區(qū)域取得后續(xù)圖像樣本?？捎捎脩艋蛲ㄟ^自動(dòng)過程選擇所采用的圖像濾波器。若干個(gè)不同圖像濾波器以及與每一選定濾波器相關(guān)聯(lián)的參數(shù)經(jīng)選擇以在不具有過度計(jì)算負(fù)擔(dān)的情況下改善最后測(cè)量結(jié)果。盡管基于圖像的濾波器的使用可為有利的，但一般來說，其是不必要的。在此意義上，框403是任選的。

在任選框404中，選擇與第一多個(gè)圖像中的每一者相關(guān)聯(lián)的像素的子集以用于模型訓(xùn)練及測(cè)量。與第一多個(gè)圖像中的每一者的相同選定像素相關(guān)聯(lián)的測(cè)量信號(hào)值用于模型訓(xùn)練及測(cè)量。

圖20描繪經(jīng)選擇用于模型訓(xùn)練及測(cè)量的兩個(gè)不同像素位置。在所描繪的實(shí)例中，像素430、432及434分別對(duì)應(yīng)于圖像422、423及424上的相同位置。類似地，像素431、433及435分別對(duì)應(yīng)于圖像422、423及424上的相同位置。與這些像素中的每一者相關(guān)聯(lián)的測(cè)量信號(hào)用于模型訓(xùn)練及測(cè)量。圖21描繪在于圖20中圖解說明的像素位置處取樣的所測(cè)量強(qiáng)度(例如，反射比)值的向量436。此所取樣圖像數(shù)據(jù)用于模型訓(xùn)練及測(cè)量。在于圖21中描繪的實(shí)例中，¹i(i1,j1)是與圖像422的像素430相關(guān)聯(lián)的強(qiáng)度值，²i(i1,j1)是與圖像423的像素432相關(guān)聯(lián)的強(qiáng)度值，且ⁿi(i1,j1)是與圖像424的像素434相關(guān)聯(lián)的強(qiáng)度值。類似地，¹i(i2,j2)是與圖像422的像素431相關(guān)聯(lián)的強(qiáng)度值，²i(i2,j2)是與圖像423的像素432相關(guān)聯(lián)的強(qiáng)度值，且ⁿi(i2,j2)是與圖像424的像素435相關(guān)聯(lián)的強(qiáng)度值。以此方式，向量436包含來自每一經(jīng)成像測(cè)量位點(diǎn)的相同位置處的像素的強(qiáng)度測(cè)量信號(hào)。

在一些實(shí)例中，隨機(jī)選擇像素位置。在一些其它實(shí)例中，像素位置是基于其測(cè)量敏感性而被選擇。在一個(gè)實(shí)例中，依據(jù)圖像集合計(jì)算與每一像素位置相關(guān)聯(lián)的測(cè)量信號(hào)值的方差。與每一像素位置相關(guān)聯(lián)的方差是表征每一對(duì)應(yīng)像素位置處的測(cè)量敏感性的度量。具有相對(duì)高方差的像素位置提供較高測(cè)量敏感性且經(jīng)選擇以用于進(jìn)一步分析。具有相對(duì)低方差的像素位置提供較低測(cè)量敏感性且被丟棄。在一些實(shí)例中，選擇方差的預(yù)定閾值，且選擇具有超過預(yù)定閾值的方差的像素位置用于模型訓(xùn)練及測(cè)量。以此方式，僅對(duì)最敏感位置取樣。在一些實(shí)例中，選擇與第一多個(gè)圖像中的每一者相關(guān)聯(lián)的所有像素用于模型訓(xùn)練及測(cè)量。在此意義上，框404是任選的。

在框405中，基于選定圖像數(shù)據(jù)確定特征提取模型。特征提取模型縮減圖像數(shù)據(jù)的維度。特征提取模型將原始信號(hào)映射到新的縮減信號(hào)集。基于選定圖像中的所關(guān)注參數(shù)的變化而確定變換。每一圖像的每一像素經(jīng)處理為在不同圖像的工藝范圍內(nèi)改變的原始信號(hào)。特征提取模型可應(yīng)用于所有圖像像素，或圖像像素子集。在一些實(shí)例中，隨機(jī)選擇經(jīng)受通過特征提取模型的分析的像素。在一些其它實(shí)例中，經(jīng)受通過特征提取模型的分析的像素歸因于其對(duì)所關(guān)注參數(shù)的改變的相對(duì)高敏感性而被選擇。舉例來說，可忽略對(duì)所關(guān)注參數(shù)的改變不敏感的像素。

通過非限制性實(shí)例的方式，特征提取模型可為主分量分析(pca)模型、核心pca模型、非線性pca模型、獨(dú)立分量分析(ica)模型或使用字典的其它維數(shù)縮減方法、離散余弦變換(dct)模型、快速傅里葉變換(fft)模型、小波模型等。

圖22圖解說明晶片420的圖像的單個(gè)主分量的值的等值線圖440。如所圖解說明，此主分量指示跨越圖像數(shù)據(jù)集的系統(tǒng)性行為(即，焦點(diǎn)改變)的存在。在此實(shí)例中，利用此主分量來訓(xùn)練對(duì)焦點(diǎn)敏感的基于圖像的測(cè)量模型是優(yōu)選的。一般來說，出于模型建立以及后續(xù)基于圖像的測(cè)量分析目的而截取主要反映噪聲的主分量。

在典型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，晶片上的位置經(jīng)編程以具有特定幾何學(xué)參數(shù)值及工藝參數(shù)值(例如，焦點(diǎn)、劑量、疊對(duì)、cd、swa、ht等)。因而，主分量表示允許映射隨整個(gè)晶片上的工藝參數(shù)而變的一或多個(gè)信號(hào)表示。圖案的本質(zhì)捕獲裝置的基本性質(zhì)，而不論所述裝置是包含隔離特征還是密集特征。

在框406中，基于從多個(gè)圖像提取的特征及至少一個(gè)所關(guān)注參數(shù)的已知值而訓(xùn)練基于圖像的測(cè)量模型?；趫D像的測(cè)量模型經(jīng)構(gòu)成以接收由度量系統(tǒng)于一或多個(gè)測(cè)量位點(diǎn)處產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)，且直接確定與每一測(cè)量目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的所關(guān)注參數(shù)。在一些實(shí)施例中，基于圖像的測(cè)量模型實(shí)施為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。在一個(gè)實(shí)例中，基于從圖像數(shù)據(jù)提取的特征選擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。在其它實(shí)例中，基于圖像的測(cè)量模型可實(shí)施為線性模型、多項(xiàng)式模型、響應(yīng)表面模型、支持向量機(jī)模型，或其它類型的模型。在一些實(shí)例中，基于圖像的測(cè)量模型可實(shí)施為模型組合?；趶奶卣魈崛∧Ｐ痛_定的縮減信號(hào)集以及所關(guān)注參數(shù)的已知變化而訓(xùn)練選定模型。模型經(jīng)訓(xùn)練使得其輸出擬合由doe圖像定義的參數(shù)變化空間中的所有圖像的所關(guān)注參數(shù)的經(jīng)定義變化。

在另一方面中，經(jīng)訓(xùn)練模型用作用于對(duì)其它晶片的測(cè)量的測(cè)量模型。圖16圖解說明適于通過度量系統(tǒng)(例如本發(fā)明的圖31中圖解說明的度量系統(tǒng)500)實(shí)施的方法410。在一個(gè)方面中，認(rèn)識(shí)到，可經(jīng)由由計(jì)算系統(tǒng)530或任何其它通用計(jì)算系統(tǒng)的一或多個(gè)處理器執(zhí)行的預(yù)編程算法執(zhí)行方法410的數(shù)據(jù)處理框。本文中認(rèn)識(shí)到，度量系統(tǒng)500的特定結(jié)構(gòu)方面不表示限制性且應(yīng)解釋為僅是說明性的。

在框411中，通過計(jì)算系統(tǒng)(例如，計(jì)算系統(tǒng)530)接收與半導(dǎo)體晶片的表面上的多個(gè)位點(diǎn)的圖像相關(guān)聯(lián)的量的圖像數(shù)據(jù)。所述圖像數(shù)據(jù)是從由相同度量技術(shù)或如參考方法400描述的度量技術(shù)的組合執(zhí)行的測(cè)量導(dǎo)出。測(cè)量信號(hào)值與所接收?qǐng)D像中的每一者的每一像素相關(guān)聯(lián)。圖像數(shù)據(jù)包含與參考方法400所描述的結(jié)構(gòu)類型相同但具有一或多個(gè)所關(guān)注參數(shù)的未知值的結(jié)構(gòu)的圖像。

圖像數(shù)據(jù)經(jīng)受與參考方法400的框402、403及404所描述的相同的對(duì)準(zhǔn)、濾波、及取樣步驟。盡管這些步驟中的任何或所有步驟的使用可是有利的，但一般來說，其是不必要的。在此意義上，這些步驟是任選的。

在框412中，從所述量的圖像數(shù)據(jù)的至少部分提取圖像特征。通過應(yīng)用用于模型訓(xùn)練的相同特征提取模型而從圖像數(shù)據(jù)提取特征是優(yōu)選的。(例如，參考方法400的步驟405描述的特征提取模型)。以此方式，通過用以縮減訓(xùn)練數(shù)據(jù)的維度的相同特征提取模型而執(zhí)行所獲取圖像數(shù)據(jù)的維數(shù)縮減。

在框413中，基于所提取圖像特征到經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型(例如，參考方法400描述的經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型)的擬合而確定與多個(gè)測(cè)量位點(diǎn)中的每一者相關(guān)聯(lián)的至少一個(gè)所關(guān)注參數(shù)的值。以此方式，基于經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型及縮減圖像信號(hào)集而確定所關(guān)注參數(shù)。

在框414中，將所關(guān)注參數(shù)的經(jīng)確定值存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中。舉例來說，參數(shù)值可存儲(chǔ)于板上測(cè)量系統(tǒng)500上(舉例來說，存儲(chǔ)器532中)，或可傳達(dá)(例如，經(jīng)由輸出信號(hào)540)到外部存儲(chǔ)器裝置。

在一些實(shí)例中，經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型的測(cè)量性能是通過使用所述模型來測(cè)量不作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集的部分參與但具有所關(guān)注參數(shù)的已知值的圖像集而確定。預(yù)期疊對(duì)與所測(cè)量疊對(duì)之間的差指示模型性能。

圖23描繪指示y軸上的實(shí)際焦點(diǎn)誤差(即，已知焦點(diǎn)誤差值)以及x軸上的對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)焦點(diǎn)誤差(即，如由經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型所測(cè)量)的模擬結(jié)果的曲線441。曲線441中描繪的結(jié)果包含對(duì)參與訓(xùn)練集的圖像的測(cè)量以及對(duì)不參與訓(xùn)練集的圖像的測(cè)量。如在圖23中所描繪，所模擬的測(cè)量結(jié)果嚴(yán)格地與對(duì)應(yīng)已知值分組。

圖24描繪指示與圖23中描繪的每一測(cè)量點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的殘差焦點(diǎn)誤差值的曲線442。殘差焦點(diǎn)誤差值是實(shí)際焦點(diǎn)誤差值與預(yù)測(cè)焦點(diǎn)誤差值之間的差。

如前文所描述，本文中描述的測(cè)量方法及系統(tǒng)不局限于特定化目標(biāo)。一般來說，可根據(jù)本文中描述的方法及系統(tǒng)采用在由可用成像系統(tǒng)進(jìn)行成像時(shí)展現(xiàn)對(duì)所關(guān)注參數(shù)的敏感性的任何目標(biāo)。

然而，在一些實(shí)例中，采用在由可用成像系統(tǒng)進(jìn)行成像時(shí)展現(xiàn)對(duì)所關(guān)注參數(shù)的高敏感性的特定化測(cè)量目標(biāo)以增強(qiáng)基于圖像的測(cè)量性能可是有利的。舉例來說，當(dāng)信號(hào)響應(yīng)度量應(yīng)用于對(duì)如本文中描述的疊對(duì)誤差的測(cè)量時(shí)，最大化歸因于沿x方向及y方向的疊對(duì)誤差改變而改變的像素的數(shù)目可是所要的。

圖25a到25b展現(xiàn)可對(duì)于所關(guān)注參數(shù)的基于圖像的測(cè)量有利的九單元度量目標(biāo)。

圖26描繪各自包含圖25a到b中描繪的九單元度量目標(biāo)的一個(gè)實(shí)例的若干測(cè)量位點(diǎn)的所模擬圖像445。每一九單元目標(biāo)取決于其在圖像445中的位置而經(jīng)受不同焦點(diǎn)及劑量條件。因此，所模擬圖像445內(nèi)的每一九單元圖像對(duì)應(yīng)于焦點(diǎn)與劑量的特定組合下的九單元目標(biāo)的圖像。如在圖26中所圖解說明，對(duì)應(yīng)于每一特定裝置結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度隨焦點(diǎn)及劑量而不同地演進(jìn)。

繼方法400的步驟之后，處理這些圖像以訓(xùn)練線性的基于圖像的測(cè)量模型。由于所模擬測(cè)量位點(diǎn)是小的，因此對(duì)所有像素取樣以構(gòu)造強(qiáng)度向量。此形成針對(duì)13個(gè)劑量及11個(gè)焦點(diǎn)值的范圍收集的測(cè)量信號(hào)的9元素(3×3)向量。

利用637納米的波長測(cè)量所模擬圖像445。然而，另外，利用523納米及467納米下的照射光測(cè)量同測(cè)量位點(diǎn)集合。

圖27a描繪指示y軸上的實(shí)際焦點(diǎn)誤差(即，已知焦點(diǎn)誤差值)以及x軸上的對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)焦點(diǎn)誤差(即，如由經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型所測(cè)量)的模擬結(jié)果的曲線446。曲線446中描繪的結(jié)果包含對(duì)參與訓(xùn)練集的圖像的測(cè)量以及對(duì)不參與訓(xùn)練集的圖像的測(cè)量。在此實(shí)例中，與637納米下的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的測(cè)量數(shù)據(jù)用于模型訓(xùn)練及測(cè)量。

圖27b描繪指示y軸上的實(shí)際焦點(diǎn)誤差(即，已知焦點(diǎn)誤差值)以及x軸上的對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)焦點(diǎn)誤差(即，如由經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型所測(cè)量)的模擬結(jié)果的曲線447。曲線447中描繪的結(jié)果包含對(duì)參與訓(xùn)練集的圖像的測(cè)量以及對(duì)不參與訓(xùn)練集的圖像的測(cè)量。在此實(shí)例中，與523納米下的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的測(cè)量數(shù)據(jù)用于模型訓(xùn)練及測(cè)量。

圖27c描繪指示y軸上的實(shí)際焦點(diǎn)誤差(即，已知焦點(diǎn)誤差值)以及x軸上的對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)焦點(diǎn)誤差(即，如由經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型所測(cè)量)的模擬結(jié)果的曲線448。曲線448中描繪的結(jié)果包含對(duì)參與訓(xùn)練集的圖像的測(cè)量以及對(duì)不參與訓(xùn)練集的圖像的測(cè)量。在此實(shí)例中，與467納米下的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的測(cè)量數(shù)據(jù)用于模型訓(xùn)練及測(cè)量。

圖28a描繪指示y軸的實(shí)際劑量誤差(即，已知?jiǎng)┝空`差值)以及x軸上的對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)劑量誤差(即，如由經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型所測(cè)量)的模擬結(jié)果的曲線449。曲線449中描繪的結(jié)果包含對(duì)參與訓(xùn)練集的圖像的測(cè)量以及對(duì)不參與訓(xùn)練集的圖像的測(cè)量。在此實(shí)例中，與637納米下的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的測(cè)量數(shù)據(jù)用于模型訓(xùn)練及測(cè)量。

圖28b描繪指示y軸的實(shí)際劑量誤差(即，已知?jiǎng)┝空`差值)以及x軸上的對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)劑量誤差(即，如由經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型所測(cè)量)的模擬結(jié)果的曲線450。曲線450中描繪的結(jié)果包含對(duì)參與訓(xùn)練集的圖像的測(cè)量以及對(duì)不參與訓(xùn)練集的圖像的測(cè)量。在此實(shí)例中，與523納米下的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的測(cè)量數(shù)據(jù)用于模型訓(xùn)練及測(cè)量。

圖28c描繪指示y軸的實(shí)際劑量誤差(即，已知?jiǎng)┝空`差值)以及x軸上的對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)劑量誤差(即，如由經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型所測(cè)量)的模擬結(jié)果的曲線451。曲線451中描繪的結(jié)果包含對(duì)參與訓(xùn)練集的圖像的測(cè)量以及對(duì)不參與訓(xùn)練集的圖像的測(cè)量。在此實(shí)例中，與467納米下的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的測(cè)量數(shù)據(jù)用于模型訓(xùn)練及測(cè)量。

對(duì)于經(jīng)選擇用于分析的每一波長，實(shí)際值與預(yù)測(cè)值之間的布置的r平方值高于統(tǒng)計(jì)上可接受極限值0.75。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，每一圖像僅包含用于這些實(shí)驗(yàn)的九個(gè)測(cè)量值，因而在低于通常理想情形中實(shí)現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)功效的統(tǒng)計(jì)功效下產(chǎn)生這些結(jié)果。

在另一實(shí)例中，組合多個(gè)波長下的測(cè)量結(jié)果以用于模型訓(xùn)練及測(cè)量。圖29描繪指示y軸上的實(shí)際焦點(diǎn)誤差(即，已知焦點(diǎn)誤差值)以及x軸上的對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)焦點(diǎn)誤差(即，如由經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型所測(cè)量)的模擬結(jié)果的曲線452。曲線452中描繪的結(jié)果包含對(duì)參與訓(xùn)練集的圖像的測(cè)量以及對(duì)不參與訓(xùn)練集的圖像的測(cè)量。在此實(shí)例中，與467納米、523納米及467納米下的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的測(cè)量數(shù)據(jù)用于模型訓(xùn)練及測(cè)量。圖30描繪指示y軸上的實(shí)際劑量誤差(即，已知?jiǎng)┝空`差值)以及x軸上的對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)劑量誤差(即，如經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型所測(cè)量)的模擬結(jié)果的曲線453。曲線453中描繪的結(jié)果包含對(duì)參與訓(xùn)練集的圖像的測(cè)量以及對(duì)不參與訓(xùn)練集的圖像的測(cè)量。在此實(shí)例中，與467納米、523納米及467納米下的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的測(cè)量數(shù)據(jù)用于模型訓(xùn)練及測(cè)量。

將圖27a到c及28a到c中描繪的結(jié)果與圖29及30的結(jié)果進(jìn)行比較，顯而易見，組合多個(gè)波長產(chǎn)生較接近于所關(guān)注參數(shù)的實(shí)際值的預(yù)測(cè)值。

在另一方面中，用于訓(xùn)練基于圖像的測(cè)量模型的方法及系統(tǒng)包含優(yōu)化算法以自動(dòng)操作得出經(jīng)訓(xùn)練的基于圖像的測(cè)量模型所需的任何或所有元素。

在一些實(shí)例中，優(yōu)化算法經(jīng)配置以通過優(yōu)化任何或所有以下參數(shù)而最大化測(cè)量的性能(其由成本函數(shù)定義)：圖像濾波器的列表、濾波器的參數(shù)、像素取樣、特征提取模型的類型、選定特征提取模型的參數(shù)、測(cè)量模型的類型、選定測(cè)量模型的參數(shù)。優(yōu)化算法可包含用戶定義的試探式且可是嵌套優(yōu)化的組合(例如，組合及連續(xù)優(yōu)化)。

在另一方面中，收集來自不同目標(biāo)的圖像數(shù)據(jù)以用于模型建立、訓(xùn)練及測(cè)量。與具有不同結(jié)構(gòu)但由相同工藝條件形成的多個(gè)目標(biāo)相關(guān)聯(lián)的圖像數(shù)據(jù)的使用增加嵌入于模型中的信息且減小與工藝或其它參數(shù)變化的相關(guān)性。特定來說，包含一或多個(gè)測(cè)量位點(diǎn)處的多個(gè)不同目標(biāo)的圖像的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的使用實(shí)現(xiàn)對(duì)所關(guān)注參數(shù)的值的更準(zhǔn)確估計(jì)。

在另一方面中，來自多個(gè)目標(biāo)的信號(hào)可經(jīng)處理以減小對(duì)工藝變化的敏感性且增加對(duì)所關(guān)注參數(shù)的敏感性。在一些實(shí)例中，將不同目標(biāo)的圖像或圖像的部分的信號(hào)彼此相減。在一些其它實(shí)例中，使不同目標(biāo)的圖像或圖像部分的信號(hào)擬合到模型，且使用殘差來建立、訓(xùn)練及使用如本文中描述的基于圖像的測(cè)量模型。在一個(gè)實(shí)例中，減去來自兩個(gè)不同目標(biāo)的圖像信號(hào)以消除或顯著地減少每一測(cè)量結(jié)果中的工藝噪聲的效應(yīng)。一般來說，可在來自不同目標(biāo)圖像或目標(biāo)圖像的部分的信號(hào)之間應(yīng)用各種數(shù)學(xué)運(yùn)算，以確定具有對(duì)工藝變化的經(jīng)減小敏感性及對(duì)所關(guān)注參數(shù)的經(jīng)增加敏感性的圖像信號(hào)。

在另一方面中，收集從由多種不同測(cè)量技術(shù)的組合執(zhí)行的測(cè)量導(dǎo)出的測(cè)量數(shù)據(jù)以用于模型建立、訓(xùn)練及測(cè)量。與多種不同測(cè)量技術(shù)相關(guān)聯(lián)的測(cè)量數(shù)據(jù)的使用增加經(jīng)組合信號(hào)集中的信息含量且減小與工藝或其它參數(shù)變化的相關(guān)性?？赏ㄟ^多種不同測(cè)量技術(shù)(例如，cd-sem、例如2-dbpr的成像技術(shù)、散射術(shù)等)測(cè)量不同測(cè)量位點(diǎn)以增加可用于估計(jì)所關(guān)注參數(shù)的測(cè)量信息。

一般來說，任何基于圖像的測(cè)量技術(shù)或兩種或兩種以上測(cè)量技術(shù)的組合可預(yù)期在本專利文件的范圍內(nèi)，這是因?yàn)橥ㄟ^用于訓(xùn)練及測(cè)量的特征提取模型及基于圖像的測(cè)量模型處理的數(shù)據(jù)呈向量形式。由于如本文中描述的信號(hào)響應(yīng)度量技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)向量起作用，因此獨(dú)立地處理圖像數(shù)據(jù)的每一像素。另外，可串接來自多個(gè)不同度量的數(shù)據(jù)，而不管數(shù)據(jù)是二維圖像數(shù)據(jù)、一維圖像數(shù)據(jù)或甚至單點(diǎn)數(shù)據(jù)。

可提供數(shù)據(jù)以用于根據(jù)本文中描述的信號(hào)響應(yīng)度量技術(shù)的分析的示范性測(cè)量技術(shù)包含但不限于：光譜橢偏術(shù)(包含密勒矩陣橢偏術(shù))、光譜反射術(shù)、光譜散射術(shù)、散射術(shù)疊對(duì)、光束輪廓反射術(shù)、角分辨及偏振分辨兩者、光束輪廓橢偏術(shù)、單個(gè)或多個(gè)離散波長橢偏術(shù)、透射小角度x射線散射計(jì)(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射線衍射(xrd)、掠入射x射線衍射(gixrd)、高分辨率x射線衍射(hrxrd)、x射線光電子光譜法(xps)、x射線熒光(xrf)、掠入射x射線熒光(gixrf)、x射線斷層攝影術(shù)，以及x射線橢偏術(shù)。一般來說，可預(yù)期個(gè)別地或以任何組合適用于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的表征的任何基于圖像的度量技術(shù)。

在另一方面中，通過多種度量測(cè)量的信號(hào)可經(jīng)處理以減小對(duì)工藝變化的敏感性且增加對(duì)所關(guān)注參數(shù)的敏感性。在一些實(shí)例中，將通過不同度量測(cè)量的目標(biāo)的圖像或圖像的部分的信號(hào)彼此相減。在一些其它實(shí)例中，使通過不同度量測(cè)量的目標(biāo)的圖像或圖像的部分的信號(hào)擬合到模型，且使用殘差來建立、訓(xùn)練及使用如本文中描述的基于圖像的測(cè)量模型。在一個(gè)實(shí)例中，減去來自通過兩種不同度量測(cè)量的目標(biāo)的圖像信號(hào)，以消除或顯著地減小每一測(cè)量結(jié)果中的工藝噪聲的效應(yīng)。一般來說，可在通過不同度量測(cè)量的目標(biāo)圖像或目標(biāo)圖像的部分的信號(hào)之間應(yīng)用各種數(shù)學(xué)運(yùn)算，以確定具有對(duì)工藝變化的經(jīng)減小敏感性及對(duì)所關(guān)注參數(shù)的經(jīng)增加敏感性的圖像信號(hào)。

一般來說，來自各自通過多種度量技術(shù)測(cè)量的多個(gè)目標(biāo)的圖像信號(hào)增加經(jīng)組合信號(hào)集中的信息含量且減小與工藝或其它參數(shù)變化的疊對(duì)相關(guān)性。

圖31圖解說明用于根據(jù)本文中呈現(xiàn)的方法400及410測(cè)量樣品的特性的系統(tǒng)500。如圖31中所展示，系統(tǒng)500可用于執(zhí)行對(duì)樣品501的一或多個(gè)結(jié)構(gòu)的光譜橢偏術(shù)測(cè)量。在此方面中，系統(tǒng)500可包含配備有照射器502及光譜儀504的光譜橢偏計(jì)。系統(tǒng)500的照射器502經(jīng)配置以產(chǎn)生選定波長范圍(例如，150nm到850nm)的照射且將所述照射引導(dǎo)到安置于樣品501的表面上的結(jié)構(gòu)。繼而，光譜儀504經(jīng)配置以接收從樣品501的表面所反射的照射。進(jìn)一步注意到，從照射器502發(fā)出的光使用偏振狀態(tài)產(chǎn)生器507而偏振以產(chǎn)生經(jīng)偏振照射光束506。由安置于樣品501上的結(jié)構(gòu)所反射的輻射通過偏振狀態(tài)分析儀509且到光譜儀504。關(guān)于偏振狀態(tài)來分析由光譜儀504在收集光束508中所接收的輻射，從而允許所述光譜儀對(duì)經(jīng)過分析儀的輻射進(jìn)行光譜分析。這些光譜511經(jīng)傳遞到計(jì)算系統(tǒng)530供用于對(duì)結(jié)構(gòu)的分析。

如在圖31中所描繪，系統(tǒng)500包含單種測(cè)量技術(shù)(即，se)。然而，一般來說，系統(tǒng)500可包含任何數(shù)目個(gè)不同測(cè)量技術(shù)。通過非限制性實(shí)例的方式，系統(tǒng)500可經(jīng)配置為光譜橢偏計(jì)(包含密勒矩陣橢偏術(shù))、光譜反射計(jì)、光譜散射計(jì)、疊對(duì)散射計(jì)、角分辨光束輪廓反射計(jì)、偏振分辨光束輪廓反射計(jì)、光束輪廓反射計(jì)、光束輪廓橢偏計(jì)、任何單個(gè)或多個(gè)波長橢偏計(jì)，或其任何組合。此外，一般來說，可從多個(gè)工具而非集成多種技術(shù)的一個(gè)工具收集通過不同測(cè)量技術(shù)收集且根據(jù)本文中描述的方法分析的測(cè)量數(shù)據(jù)。

在另一實(shí)施例中，系統(tǒng)500可包含用于基于根據(jù)本文中描述的方法開發(fā)的基于圖像的測(cè)量模型而執(zhí)行測(cè)量的一或多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)530。一或多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)530可通信地耦合到光譜儀504。在一個(gè)方面中，一或多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)530經(jīng)配置以接收與樣品501的結(jié)構(gòu)的測(cè)量相關(guān)聯(lián)的測(cè)量數(shù)據(jù)511。

應(yīng)認(rèn)識(shí)到，可通過單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)530或(替代地)多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)530來執(zhí)行本發(fā)明通篇中所描述的各個(gè)步驟。此外，系統(tǒng)500的不同子系統(tǒng)(例如光譜橢偏計(jì)504)可包含適于執(zhí)行本文中所描述的步驟的至少一部分的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因此，前述描述不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明的限制而僅為圖解說明。此外，一或多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)530可經(jīng)配置以執(zhí)行本文中所描述的方法實(shí)施例中的任一者的任何其它步驟。

另外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)530可以此項(xiàng)技術(shù)中已知的任何方式可通信地耦合到光譜儀504。舉例來說，一或多個(gè)計(jì)算系統(tǒng)530可耦合到與光譜儀504相關(guān)聯(lián)的計(jì)算系統(tǒng)。在另一實(shí)例中，光譜儀504可直接由耦合到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)530的單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制。

度量系統(tǒng)500的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)530可經(jīng)配置以通過可包含有線及/或無線部分的傳輸媒體而接收及/或獲取來自系統(tǒng)的子系統(tǒng)(例如，光譜儀504等)的數(shù)據(jù)或信息。以此方式，傳輸媒體可用作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)530與系統(tǒng)500的其它子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)鏈路。

度量系統(tǒng)500的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)530可經(jīng)配置以通過可包含有線及/或無線部分的傳輸媒體而接收及/或獲取來自其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)或信息(例如，測(cè)量結(jié)果、模型化輸入、模型化結(jié)果等)。以此方式，傳輸媒體可用作計(jì)算機(jī)系統(tǒng)530與其它系統(tǒng)(例如，存儲(chǔ)器板上度量系統(tǒng)500、外部存儲(chǔ)器，或其它外部系統(tǒng))之間的數(shù)據(jù)鏈路。舉例來說，計(jì)算系統(tǒng)530可經(jīng)配置以經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈路而接收來自存儲(chǔ)媒體(即，存儲(chǔ)器532或外部存儲(chǔ)器)的測(cè)量數(shù)據(jù)。例如，使用光譜儀504獲得的光譜結(jié)果可存儲(chǔ)于永久性或半永久性存儲(chǔ)器裝置(例如，存儲(chǔ)器532或外部存儲(chǔ)器)中。就此來說，可從板上存儲(chǔ)器或從外部存儲(chǔ)器系統(tǒng)導(dǎo)入光譜結(jié)果。此外，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)530可經(jīng)由傳輸媒體而將數(shù)據(jù)發(fā)送到其它系統(tǒng)。例如，可傳達(dá)由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)530確定的經(jīng)訓(xùn)練測(cè)量模型或樣品參數(shù)540并將其存儲(chǔ)于外部存儲(chǔ)器中。就此來說，測(cè)量結(jié)果可導(dǎo)出到另一系統(tǒng)。

計(jì)算系統(tǒng)530可包含但不限于：個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、大型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、工作站、圖像計(jì)算機(jī)、并行處理器，或此項(xiàng)技術(shù)中已知的任何其它裝置。一般來說，術(shù)語“計(jì)算系統(tǒng)”可廣義定義為涵蓋具有執(zhí)行來自存儲(chǔ)器媒體的指令的一或多個(gè)處理器的任何裝置。

可經(jīng)由傳輸媒體(例如電線、電纜，或無線傳輸鏈路)傳輸實(shí)施例如本文中描述的那些方法的方法的程序指令534舉例來說，如在圖31中所圖解說明，存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器532中的程序指令534經(jīng)由總線533傳輸?shù)教幚砥?31。程序指令534存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀取媒體(例如，存儲(chǔ)器532)中。示范性計(jì)算機(jī)可讀取媒體包含只讀存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、磁盤或光盤，或磁帶。

在另一方面中，本文中描述的測(cè)量結(jié)果可用以將主動(dòng)反饋提供到工藝工具(例如，光刻工具、蝕刻工具、沉積工具等)。舉例來說，使用本文中描述的方法確定的疊對(duì)誤差的值可傳達(dá)到光刻工具以調(diào)整光刻系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)所要輸出。以類似方式，蝕刻參數(shù)(例如，蝕刻時(shí)間、擴(kuò)散率等)或沉積參數(shù)(例如，時(shí)間、濃度等)可包含于測(cè)量模型中以將主動(dòng)反饋分別提供到蝕刻工具或沉積工具。

一般來說，本文中描述的系統(tǒng)及方法可實(shí)施為制備用于線外或工具上測(cè)量的測(cè)量模型的工藝的部分。另外，測(cè)量模型可描述一或多個(gè)目標(biāo)結(jié)構(gòu)、裝置結(jié)構(gòu)及測(cè)量位點(diǎn)。

如本文中所描述，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)；任何兩個(gè)或兩個(gè)以上結(jié)構(gòu)之間的臨界尺寸(例如，兩個(gè)結(jié)構(gòu)之間的距離)；及兩個(gè)或兩個(gè)以上結(jié)構(gòu)之間的位移(例如，疊對(duì)光柵結(jié)構(gòu)之間的疊對(duì)位移等)。結(jié)構(gòu)可包含三維結(jié)構(gòu)、經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)、疊對(duì)結(jié)構(gòu)等。

如本文中所描述，術(shù)語“臨界尺寸應(yīng)用”或“臨界尺寸測(cè)量應(yīng)用”包含任何臨界尺寸測(cè)量。

如本文中所描述，術(shù)語“度量系統(tǒng)”包含至少部分地用以在任何方面(包含例如臨界尺寸度量、疊對(duì)度量、焦點(diǎn)/劑量度量以及組合物度量的測(cè)量應(yīng)用)中表征樣品的任何系統(tǒng)。然而，這些技術(shù)術(shù)語不限制如本文中所描述的術(shù)語“度量系統(tǒng)”的范圍。另外，度量系統(tǒng)100可經(jīng)配置以用于經(jīng)圖案化晶片及/或未經(jīng)圖案化晶片的測(cè)量。度量系統(tǒng)可經(jīng)配置為led檢驗(yàn)工具、邊緣檢驗(yàn)工具、背側(cè)檢驗(yàn)工具、宏觀檢驗(yàn)工具或多模式檢驗(yàn)工具(涉及同時(shí)來自一或多個(gè)平臺(tái)的數(shù)據(jù))及受益于基于臨界尺寸數(shù)據(jù)校正系統(tǒng)參數(shù)的任何其它度量或檢驗(yàn)工具。

本文中描述針對(duì)可用于處理樣品的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)(例如，檢驗(yàn)系統(tǒng)或光刻系統(tǒng))的各種實(shí)施例。本文中使用術(shù)語“樣品”來指代可通過此項(xiàng)技術(shù)中已知的手段處理(例如，印刷或檢驗(yàn)缺陷)的晶片、光罩或任何其它樣本。

如本文中所使用，術(shù)語“晶片”通常是指由半導(dǎo)體或非半導(dǎo)體材料形成的襯底。實(shí)例包含(但不限于)單晶硅、砷化鎵及磷化銦。通?？稍诎雽?dǎo)體制作設(shè)施中發(fā)現(xiàn)及/或處理這些襯底。在一些情形中，晶片可僅包含襯底(即，裸晶片)。替代地，晶片可包含形成于襯底上的一或多個(gè)不同材料層。形成于晶片上的一或多個(gè)層可是“經(jīng)圖案化”或“未經(jīng)圖案化”。舉例來說，晶片可包含具有可重復(fù)圖案特征的多個(gè)裸片。

“光罩”可是光罩制作工藝的任何階段處的光罩或者可或不可經(jīng)釋放以供在半導(dǎo)體制作設(shè)施中使用的完整光罩。光罩或“掩?！蓖ǔ６x為具有形成于其上且配置為圖案的基本上不透明區(qū)域的基本上透明襯底。舉例來說，所述襯底可包含玻璃材料，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面以使得可將光罩上的圖案轉(zhuǎn)印到抗蝕劑。

形成于晶片上的一或多個(gè)層可經(jīng)圖案化或未經(jīng)圖案化。舉例來說，晶片可包含各自具有可重復(fù)圖案特征的多個(gè)裸片。這些材料層的形成及處理可最終產(chǎn)生完整裝置。許多不同類型的裝置可形成于晶片上，且如本文中所使用的術(shù)語晶片打算涵蓋在其上制作此項(xiàng)技術(shù)中已知的任何類型的裝置的晶片。

在一或多個(gè)示范性實(shí)施例中，可在硬件、軟件、固件或其任一組合中實(shí)施所描述的功能。如果在軟件中實(shí)施，那么所述功能可存儲(chǔ)于計(jì)算機(jī)可讀取媒體上或作為計(jì)算機(jī)可讀取媒體上的一或多個(gè)指令或代碼而傳輸。計(jì)算機(jī)可讀取媒體包含計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)媒體及通信媒體兩者，通信媒體包含促進(jìn)將計(jì)算機(jī)程序從一個(gè)地方傳送到另一地方的任何媒體。存儲(chǔ)媒體可為可由通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)存取的任何可用媒體。以實(shí)例且非限制方式，此類計(jì)算機(jī)可讀取媒體可包括：ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盤存儲(chǔ)器、磁盤存儲(chǔ)裝置或其它磁性存儲(chǔ)裝置，或者可用于以指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式載運(yùn)或存儲(chǔ)所要程序碼構(gòu)件且可由通用或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)或通用或?qū)Ｓ锰幚砥鞔嫒〉娜魏纹渌襟w。此外，可將任何連接適當(dāng)?shù)胤Q為計(jì)算機(jī)可讀取媒體。舉例來說，如果使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數(shù)字訂戶線(dsl)或無線技術(shù)(例如紅外、無線電及微波)從網(wǎng)站、服務(wù)器或其它遠(yuǎn)程源傳輸軟件，那么同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、dsl或無線技術(shù)(例如紅外、無線電及微波)均包含于媒體的定義中。如本文中所使用的磁盤及光盤包含：光盤(cd)、激光光盤、光學(xué)光盤、數(shù)位多功能光盤(dvd)、軟磁盤及藍(lán)光光盤，其中磁盤通常以磁性方式復(fù)制數(shù)據(jù)，而光盤利用激光以光學(xué)方式復(fù)制數(shù)據(jù)。上文的組合也應(yīng)包含于計(jì)算機(jī)可讀取媒體的范圍內(nèi)。

盡管上文出于指導(dǎo)性目的描述了某些特定實(shí)施例，但本專利文件的教示內(nèi)容具有一般適用性且不限于上文所描述的特定實(shí)施例。因此，可在不背離如權(quán)利要求書中所陳述的本發(fā)明的范圍的情況下實(shí)踐所描述實(shí)施例的各種特征的各種修改、更改及組合。