[发明专利]对参数追踪的计量系统优化

说明书

相关申请案的交叉参考

本专利申请案依据35U.S.C.§119主张2013年5月21日提交的标题为“用于在存在系统扰动和随机扰动的情况下特征化和优化计量系统的测量性能和参数追踪的方法和设备(Method And Apparatus For Characterization And Optimization Of Measurement Performance and Parameter Tracking For A Metrology System In The Presence Of Systematic And Random Perturbations)”的第61/825,814号美国临时专利申请案的优先权，其标的物以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

所描述的实施例涉及计量系统及方法，且更特定来说涉及用于改进的参数测量的方法及系统。

背景技术

半导体装置(诸如逻辑及存储器装置)通常通过应用到样本的一系列处理步骤而制造。半导体装置的各种特征及多个结构层通过这些处理步骤形成。例如，尤其光刻为包括在半导体晶片上产生图案的半导体制造过程。半导体制造过程的额外实例包含但不限于化学-机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。多个半导体装置可被制造在单一半导体晶片上且随后被分离为个别半导体装置。

计量过程在半导体制造过程期间的各种步骤处用于检测晶片上的缺陷以促进更高良率。光学计量技术在无样本破坏风险的情况下提供高处理量的可能。若干基于光学计量的技术(包含散射测量及反射测量实施方案及相关分析算法)通常用于特征化纳米级结构的临界尺寸、膜厚度、组成及其它参数。

传统上，光学计量在由薄膜及/或重复周期性结构组成的目标上执行。在装置制造期间，这些膜及周期性结构通常表示实际装置几何形状及材料结构或中间设计。随着装置(例如，逻辑及存储器装置)朝向更小纳米级尺寸发展，特征化变得更困难。并入有复杂的三维几何形状及具有多种物理性质的材料的装置导致特征化困难。

例如，现代存储器结构通常为高纵横比三维结构，其使得光学辐射难以穿透到底层。此外，特征化复杂结构(例如，FinFET)所需的增大数量的参数导致增大的参数相关性。因此，特征化目标的测量模型参数通常无法可靠解耦。

响应于这些挑战，已开发出更复杂的光学工具及信号处理计算机算法。测量通常对大范围的数个机器参数(例如，波长、方位角及入射角等)执行且通常同时执行。因此，测量时间、计算时间及产生可靠结果(包含测量配方)的总时间显著增大。

一般来说，可应用于半导体结构的光学计量技术为测量计量目标的物理性质的间接方法。在大多数情况中，所测量的信号无法用于直接确定所关注物理性质。传统上，测量过程由制定基于计量的目标模型组成，所述模型试图基于测量目标与特定计量系统的相互作用的模型预测所测量的信号。基于计量的目标模型包含有关所关注测量目标的物理性质(例如，膜厚度、临界尺寸、折射率、光栅间距等)的结构的参数化。此外，基于计量的目标模型包含测量工具本身的参数化(例如，波长、入射角、偏振角等)。

系统参数为用于特征化计量工具本身的参数。示范性系统参数包含入射角(AOI)、分析器角(A₀)、偏振器角(P₀)、照明波长、数值孔径(NA)等。目标参数为用于特征化计量目标的几何及材料性质的参数。对于薄膜样本，示范性目标参数包含折射率(或介电函数张量)、所有层的标称层厚度、层序列等。

传统上，计量目标由半导体装置制造商提供。基于计量的目标模型经构造以模拟计量目标的几何形状及材料以及计量目标与一或多个计量系统或子系统的相互作用。测量配方基于源自一或多个基于计量的目标模型的模拟测量信号的分析而开发，每个基于计量的目标模型表示计量目标与候选计量系统或子系统(例如，光谱椭偏仪等)之间的相互作用。