[发明专利]具有经减小聚焦误差灵敏度的光学度量

说明书

本文中呈现用于执行对聚焦误差具有经减小灵敏度的宽带光谱度量的方法及系统。通过将测量光点成像到检测器上以使得晶片表面上的与入射平面对准的方向定向成垂直于检测器表面上的波长色散方向来实现对聚焦位置误差的灵敏度的显著减小。聚焦误差灵敏度的此种减小在不危及测量准确度的情况下实现经减小聚焦准确度及可重复性要求、较快聚焦时间及经减小的对波长误差的灵敏度。在另一方面中，基于受测量目标的本质而调整在垂直于所述入射平面的方向上投影到晶片平面上的照射光场的尺寸以优化所得测量准确度及速度。

相关申请案的交叉参考

本专利申请案依据35U.S.C.§119主张来自2015年2月22日提出申请的标题为“高吞吐量大NA光学度量系统的设备及方法(Apparatus and Methods of High ThroughputLarge NA Optical Metrology System)”的序列号为62/119,243的美国临时专利申请案的优先权，所述临时专利申请案的标的物以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

所描述实施例涉及度量系统及方法，且更特定来说，涉及用于半导体结构的经改善测量的方法及系统。

背景技术

通常通过适用于样品的一系列处理步骤制作例如逻辑及存储器装置等半导体装置。通过这些处理步骤形成半导体装置的各种特征及多个结构层级。举例来说，光刻尤其是一种涉及在半导体晶片上产生图案的半导体制作工艺。半导体制作工艺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。可在单一半导体晶片上制作多个半导体装置，且接着将其分离成若干个别半导体装置。

在半导体制造工艺期间在各个步骤处使用度量工艺来检测晶片上的缺陷以促成较高成品率。光学度量技术提供高吞吐量的可能性而不具有样本损毁的危险。若干种基于光学度量的技术(包含散射测量及反射测量实施方案)及相关联分析算法共同用于表征临界尺寸、膜厚度、组合物、重叠及纳米尺度结构的其它参数。

特征大小的持续减小及半导体装置的增加的复杂性对光学度量系统强加困难要求。光学度量系统必须以高吞吐量(即，短移动、获取及测量(MAM)时间)针对越来越小的度量目标满足高精确度及准确度要求，以保持成本效益。在此上下文中，聚焦误差已作为光学度量系统的设计中的关键性能限制问题而出现。更具体来说，特别是在高吞吐量操作(即，短MAM时间)期间，以充分准确度维持聚焦已成为对聚焦误差具有高灵敏度的光学度量系统的关键问题。

图1描绘对聚焦误差具有高灵敏度的示范性现有技术度量系统10。度量系统10包含产生入射于晶片15上的照射光束14的照射源25。照射光束14在光束从照射源25传播到晶片15时穿过照射光瞳11、照射光场光阑12及照射光学器件13。光束14照射晶片15在测量光点16上的一部分。由收集光学器件18从测量光点16收集经收集光束17。经收集光17穿过收集光场光阑19、收集光瞳20及光谱仪狭缝21。由衍射光栅22使经收集光束17衍射以根据波长使所述经收集光束在空间上色散。经波长色散的经收集光入射于二维检测器(例如，电荷耦合装置(CCD))23的表面上。CCD检测器23将经收集光转换成指示经收集光的光谱强度的电信号。如图1中所描绘，经收集光束17包含两个相异波长。衍射光栅22引起投影到检测器23的表面上的两个不同波长光之间的空间分离。以此方式，从测量光点16收集的具有特定波长的光使光点24A投影到检测器23上，且从测量光点16收集的具有另一不同波长的光使光点24B投影到检测器23上。

如图1中所描绘，Z轴定向成法向于晶片15的表面。X及Y轴与晶片15的表面共面，且因此垂直于Z轴。照射光束14的主光线26及经收集光束17的主光线27界定入射平面。X轴与入射平面对准且Y轴正交于入射平面。以此方式，入射平面位于XZ平面中。照射光束14以相对于Z轴的入射角α入射于晶片15的表面上且位于入射平面内。