對(duì)參數(shù)追蹤的計(jì)量系統(tǒng)優(yōu)化的制作方法
【專利說(shuō)明】
[0001] 巧關(guān)申請(qǐng)案的香叉參考
[0002] 本專利申請(qǐng)案依據(jù)35U.S.C. § 119主張2013年5月21日提交的標(biāo)題為"用于在存 在系統(tǒng)擾動(dòng)和隨機(jī)擾動(dòng)的情況下特征化和優(yōu)化計(jì)量系統(tǒng)的測(cè)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(hào)美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案的優(yōu)先 權(quán)，其標(biāo)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(shí)施例設(shè)及計(jì)量系統(tǒng)及方法，且更特定來(lái)說(shuō)設(shè)及用于改進(jìn)的參數(shù)測(cè)量的 方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0004] 半導(dǎo)體裝置（諸如邏輯及存儲(chǔ)器裝置）通常通過(guò)應(yīng)用到樣本的一系列處理步驟而 制造。半導(dǎo)體裝置的各種特征及多個(gè)結(jié)構(gòu)層通過(guò)運(yùn)些處理步驟形成。例如，尤其光刻為包 括在半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生圖案的半導(dǎo)體制造過(guò)程。半導(dǎo)體制造過(guò)程的額外實(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)體裝置可被制造在單一半導(dǎo)體晶片上且 隨后被分離為個(gè)別半導(dǎo)體裝置。
[0005] 計(jì)量過(guò)程在半導(dǎo)體制造過(guò)程期間的各種步驟處用于檢測(cè)晶片上的缺陷W促進(jìn)更 高良率。光學(xué)計(jì)量技術(shù)在無(wú)樣本破壞風(fēng)險(xiǎn)的情況下提供高處理量的可能。若干基于光學(xué)計(jì) 量的技術(shù)（包含散射測(cè)量及反射測(cè)量實(shí)施方案及相關(guān)分析算法）通常用于特征化納米級(jí)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(xué)計(jì)量在由薄膜及/或重復(fù)周期性結(jié)構(gòu)組成的目標(biāo)上執(zhí)行。在裝置制 造期間，運(yùn)些膜及周期性結(jié)構(gòu)通常表示實(shí)際裝置幾何形狀及材料結(jié)構(gòu)或中間設(shè)計(jì)。隨著裝 置（例如，邏輯及存儲(chǔ)器裝置）朝向更小納米級(jí)尺寸發(fā)展，特征化變得更困難。并入有復(fù)雜 的=維幾何形狀及具有多種物理性質(zhì)的材料的裝置導(dǎo)致特征化困難。
[0007] 例如，現(xiàn)代存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)通常為高縱橫比=維結(jié)構(gòu)，其使得光學(xué)福射難W穿透到底 層。此外，特征化復(fù)雜結(jié)構(gòu)（例如，F(xiàn)inFET)所需的增大數(shù)量的參數(shù)導(dǎo)致增大的參數(shù)相關(guān)性。 因此，特征化目標(biāo)的測(cè)量模型參數(shù)通常無(wú)法可靠解禪。
[0008] 響應(yīng)于運(yùn)些挑戰(zhàn)，已開(kāi)發(fā)出更復(fù)雜的光學(xué)工具及信號(hào)處理計(jì)算機(jī)算法。測(cè)量通常 對(duì)大范圍的數(shù)個(gè)機(jī)器參數(shù)（例如，波長(zhǎng)、方位角及入射角等）執(zhí)行且通常同時(shí)執(zhí)行。因此， 測(cè)量時(shí)間、計(jì)算時(shí)間及產(chǎn)生可靠結(jié)果（包含測(cè)量配方）的總時(shí)間顯著增大。
[0009] -般來(lái)說(shuō)，可應(yīng)用于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的光學(xué)計(jì)量技術(shù)為測(cè)量計(jì)量目標(biāo)的物理性質(zhì)的間 接方法。在大多數(shù)情況中，所測(cè)量的信號(hào)無(wú)法用于直接確定所關(guān)注物理性質(zhì)。傳統(tǒng)上，測(cè)量 過(guò)程由制定基于計(jì)量的目標(biāo)模型組成，所述模型試圖基于測(cè)量目標(biāo)與特定計(jì)量系統(tǒng)的相互 作用的模型預(yù)測(cè)所測(cè)量的信號(hào)。基于計(jì)量的目標(biāo)模型包含有關(guān)所關(guān)注測(cè)量目標(biāo)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(jì)量的目標(biāo)模 型包含測(cè)量工具本身的參數(shù)化（例如，波長(zhǎng)、入射角、偏振角等）。
[0010] 系統(tǒng)參數(shù)為用于特征化計(jì)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(zhǎng)、數(shù)值孔徑（NA)等。目標(biāo)參數(shù)為用于特征化計(jì)量目 標(biāo)的幾何及材料性質(zhì)的參數(shù)。對(duì)于薄膜樣本，示范性目標(biāo)參數(shù)包含折射率（或介電函數(shù)張 量）、所有層的標(biāo)稱層厚度、層序列等。
[0011] 傳統(tǒng)上，計(jì)量目標(biāo)由半導(dǎo)體裝置制造商提供?；谟?jì)量的目標(biāo)模型經(jīng)構(gòu)造W模擬 計(jì)量目標(biāo)的幾何形狀及材料W及計(jì)量目標(biāo)與一或多個(gè)計(jì)量系統(tǒng)或子系統(tǒng)的相互作用。測(cè)量 配方基于源自一或多個(gè)基于計(jì)量的目標(biāo)模型的模擬測(cè)量信號(hào)的分析而開(kāi)發(fā)，每個(gè)基于計(jì)量 的目標(biāo)模型表示計(jì)量目標(biāo)與候選計(jì)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(cè)量配方的制定由模擬的測(cè)量信號(hào)的靈敏度分析指導(dǎo)。一些實(shí)例包含關(guān) 于所關(guān)注目標(biāo)參數(shù)的模擬測(cè)量信號(hào)（例如，光學(xué)信號(hào)，諸如反射率）的導(dǎo)數(shù)的分析、參數(shù)相 關(guān)性分析及在存在隨機(jī)時(shí)間噪聲的情況下對(duì)測(cè)量精度的預(yù)測(cè)。評(píng)估及優(yōu)化計(jì)量系統(tǒng)的最常 見(jiàn)方法是基于一階擾動(dòng)方法。在此方法中，影響所測(cè)量的信號(hào)的正態(tài)分布隨機(jī)噪聲被轉(zhuǎn)化 為由計(jì)量系統(tǒng)測(cè)量的參數(shù)的不確定性。由隨機(jī)噪聲產(chǎn)生的所估計(jì)的參數(shù)不確定性（即，測(cè) 量參數(shù)精度）通常用作計(jì)量系統(tǒng)性能及配方優(yōu)化的主優(yōu)值。測(cè)量系統(tǒng)精度的此估計(jì)通常 表示為=-西格瑪值（即，為所估計(jì)的參數(shù)值分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差的=倍的值）。測(cè)量配方的 優(yōu)化及開(kāi)發(fā)通常W改進(jìn)預(yù)期測(cè)量精度為目標(biāo)。一些實(shí)例由J.弗恩斯（JJerns)等人描述 于第2012/0022836號(hào)美國(guó)專利公開(kāi)案"用于最佳參數(shù)化散射測(cè)量模型的自動(dòng)確定的方法 (MethodforAutomatedDeterminationofanOptimallyParameterizedScatterometry Model)"中，其目標(biāo)的物W全文引用的方式并入本文中。其它實(shí)例由R.西爾弗化Silver) 等人描述于"光學(xué)臨界尺寸計(jì)量的基本限制：模擬研究（化ndamentalLimitsof化tical CriticalDimensionMetrology=ASimulationStudy)"中，其發(fā)表于《國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì) 期刊（Proc.OfSPffi)》，第6518卷，65180U，（2007)，其標(biāo)的物W全文引用的方式并入本文 中。
[0013] 但是，強(qiáng)調(diào)測(cè)量精度作為優(yōu)化的主優(yōu)值限制了所得測(cè)量配方的有效性。光源、檢測(cè) 器及計(jì)量組件的穩(wěn)定性的最近改進(jìn)已實(shí)現(xiàn)高精度水平（即，低S-西格瑪值）的測(cè)量，但是 通過(guò)過(guò)程窗追蹤所測(cè)量的參數(shù)的變化的能力仍難W實(shí)現(xiàn)。
[0014] 對(duì)隨機(jī)時(shí)間噪聲擾動(dòng)的一階分析（例如，到一階的多維泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)）的依賴導(dǎo) 致測(cè)量方案中的合理準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，其中測(cè)量信號(hào)擾動(dòng)（隨機(jī)或系統(tǒng)的）與歸因于由制造過(guò)程 引致的所測(cè)量參數(shù)的變化的測(cè)量信號(hào)變化相比較小。但是，如果實(shí)際測(cè)量方案與此假設(shè)不 一致，那么一階擾動(dòng)分析可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的性能預(yù)測(cè)。運(yùn)可在例如低靈敏度及大擾動(dòng)的測(cè)量 方案中或當(dāng)多個(gè)擾動(dòng)同時(shí)影響系統(tǒng)時(shí)發(fā)生。因此，基于一階擾動(dòng)分析針對(duì)精度優(yōu)化的測(cè)量 配方可導(dǎo)致W看似令人滿意的精度報(bào)告不準(zhǔn)確的結(jié)果的計(jì)量工具。運(yùn)通常通過(guò)比較基于模 型的光學(xué)測(cè)量與來(lái)自可信參考測(cè)量系統(tǒng)（諸如透射式電子顯微鏡（TEM))的測(cè)量的結(jié)果而 證實(shí)。
[0015] 未來(lái)計(jì)量應(yīng)用歸因于越來(lái)越小的分辨率要求、多參數(shù)相關(guān)性、越發(fā)復(fù)雜的幾何結(jié) 構(gòu)及越來(lái)越多不透明材料的使用而對(duì)計(jì)量提出諸多挑戰(zhàn)。追蹤過(guò)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(yán)重的挑戰(zhàn)。因此，需要用于改 進(jìn)的測(cè)量的方法及系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本文中描述用于評(píng)估測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)給定過(guò)程窗追蹤測(cè)量參數(shù)的能力的方法及系 統(tǒng)。此外，提出用于針對(duì)經(jīng)歷過(guò)程變化的臨界尺寸、膜厚度及組成計(jì)量應(yīng)用優(yōu)化半導(dǎo)體計(jì)量 系統(tǒng)的測(cè)量能力的示范性方法及系統(tǒng)。
[0017] 在一個(gè)方面中，所關(guān)注測(cè)量模型參數(shù)的精度、準(zhǔn)確度及過(guò)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(jì)量系統(tǒng)缺陷及校準(zhǔn)誤差。W 此方式，評(píng)估特定測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量特定計(jì)量目標(biāo)的現(xiàn)實(shí)能力。性能評(píng)估包含至少一個(gè)系統(tǒng)或 隨機(jī)擾動(dòng)，并且在一些實(shí)例中包含多個(gè)同時(shí)擾動(dòng)（包含隨機(jī)及系統(tǒng)擾動(dòng)兩者）。
[0018] 在一些實(shí)例中，特定計(jì)量目標(biāo)參數(shù)的值被預(yù)定為模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)值OE)的部分。模 擬基于模型的計(jì)量測(cè)量，并且比較特定計(jì)量目標(biāo)參數(shù)的估計(jì)值與已知DOE參數(shù)值，W確定 特定測(cè)量的追蹤能力。
[0019] 在一些實(shí)例中，根據(jù)本文中描述的方法評(píng)估測(cè)量及追蹤一或多個(gè)臨界尺寸、薄膜 厚度、光學(xué)性質(zhì)、材料組成、覆層、光刻聚焦及劑量等的計(jì)量系統(tǒng)。
[0020] 在進(jìn)一步方面中，測(cè)量能力基于分析優(yōu)化。W此方式，測(cè)量能力可被評(píng)估、優(yōu)化及 確認(rèn)W用于在無(wú)獨(dú)立且準(zhǔn)確得多的參考測(cè)量技術(shù)的情況下追蹤過(guò)程參數(shù)，諸如光刻中的聚 焦及曝光、蝕刻時(shí)間及其它相關(guān)過(guò)程參數(shù)。
[0021] 在一些實(shí)例中，指示參數(shù)追蹤性能或精度的一或多個(gè)度量被評(píng)估W確定是否需要 對(duì)測(cè)量模型、測(cè)量目標(biāo)、計(jì)量系統(tǒng)或計(jì)量系統(tǒng)的組合做出改變W改進(jìn)參數(shù)追蹤性能。
[0022] 在另一進(jìn)一步方面中，通過(guò)基于過(guò)程的主分量分析（PCA)參數(shù)化而使測(cè)量模型參 數(shù)化。在一些實(shí)例中，PCA參數(shù)化有效減小測(cè)量模型的自由度數(shù)量，使得可在無(wú)測(cè)量信息的 過(guò)度損失的情況下從測(cè)量數(shù)據(jù)有效求解模型參數(shù)。
[0023] 在另一進(jìn)一步方面中，如本文所述用于評(píng)估測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)給定過(guò)程窗追蹤測(cè)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(guò)程參數(shù)。
[0024] 上述內(nèi)容為概述且因此必定含有細(xì)節(jié)的簡(jiǎn)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(shuō)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(xì)描述 中了解本文中描述的裝置及/或過(guò)程的其它方面、發(fā)明特征及優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為說(shuō)明用于根據(jù)本文中提出的示范性方法評(píng)估及優(yōu)化測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)給定過(guò) 程窗追蹤測(cè)量參數(shù)的能力的系統(tǒng)100的圖。
[0026] 圖2為說(shuō)明適于由本發(fā)明的計(jì)量系統(tǒng)100實(shí)施的示范性方法200的流程圖。
[0027] 圖3說(shuō)明標(biāo)繪圖210,其展示=組偽隨機(jī)值，其對(duì)應(yīng)于計(jì)量目標(biāo)的所關(guān)注的=個(gè)參 數(shù)，所述參數(shù)經(jīng)選擇W同時(shí)橫跨過(guò)程窗。
[0028] 圖4A描繪針對(duì)相對(duì)較低擾動(dòng)水平在過(guò)程窗內(nèi)的中間臨界尺寸（MCD)的估計(jì)值的 線性擬合。
[0029] 圖4B描繪針對(duì)相對(duì)中等擾動(dòng)水平在過(guò)程窗內(nèi)的中間臨界尺寸（MCD)的估計(jì)值的 線性擬合。
[0030] 圖4C描繪針對(duì)相對(duì)較高擾動(dòng)水平在過(guò)程窗內(nèi)的中間臨界尺寸（MCD)的估計(jì)值的 線性擬合。
[0031] 圖5說(shuō)明針對(duì)所關(guān)注參數(shù)的估計(jì)誤差的一系列概率分布的標(biāo)繪圖180。
[0032] 圖6為說(shuō)明經(jīng)歷二維光束輪廓反射儀（2-DBPR)系統(tǒng)的測(cè)量的氧化物層中的孔的 簡(jiǎn)化計(jì)量模型的圖240。
[003引圖7為說(shuō)明與2-DBPR測(cè)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(shuō)明與2-DBPR測(cè)