[发明专利]使用目标分解的装置上计量

说明书

本文中呈现用于装置上结构的较高效X射线散射测量术测量的方法及系统。对测量区上方的一或多个结构的X射线散射测量术测量包含将所述一或多个结构分解成多个子结构、将所述测量区分解成多个子区或进行所述两个操作。独立地模拟所述经分解结构、测量区或两者。组合所述独立模拟的经分解结构中的每一者的散射贡献以模拟所述测量区内的所述所测量结构的实际散射。在另一方面中，采用包含一或多个附带结构的经测量强度及经建模强度来执行所关注结构的测量。在另一些方面中，采用测量分解来训练测量模型且优化特定测量应用的测量配方。

相关申请案的交叉参考

本专利申请案依据35U.S.C.§119主张2017年8月14日提出申请的标题为“使用目标分解的高效装置上计量(Efficient On-Device Metrology Using TargetDecomposition)”的序列号为62/544,911的美国临时专利申请案的优先权，所述美国临时专利申请案的标的物以全文引用方式并入本文中。

技术领域

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

背景技术

通常通过适用于样品的处理步骤序列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，尤其光刻是涉及在半导体晶片上产生图案的一种半导体制作过程。半导体制作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。可在单个半导体晶片上制作多个半导体装置，且然后将其分离成若干个别半导体装置。

在半导体制造过程期间在各个步骤处使用计量过程来检测晶片上的缺陷以促成较高合格率。通常使用若干种基于计量的技术(包含散射测量术及反射测量术实施方案)及相关联分析算法来表征临界尺寸、膜厚度、组成及纳米尺度结构的其它参数。X射线散射测量术技术在不具有样本破坏的风险的情况下提供高吞吐量的可能性。

在传统上，对由薄膜及/或重复周期性结构组成的目标执行光学散射测量术临界尺寸(SCR)测量。随着装置(例如，逻辑及存储器装置)朝较小纳米尺度尺寸进展，表征变得更困难。并入有复杂三维几何结构及具有多样物理性质的材料的装置加剧表征困难度。举例来说，现代存储器结构通常是使光学辐射难以穿透到底部层的高纵横比三维结构。利用红外光到可见光的光学计量工具可穿透许多半透明材料层，但提供良好穿透深度的较长波长不提供对小异常现象的充足敏感度。另外，表征复杂结构(例如，FinFET)所需的参数数目增加会导致参数相关性增加。因此，通常无法可靠地将表征目标的参数与可用测量值解耦。

在一个实例中，已采用较长波长(例如，近红外线)以尝试克服利用多晶硅作为堆叠中的交替材料中的一者的3D快闪装置的穿透问题。然而，3D快闪的类镜结构本质上导致光强度随着照射传播到膜堆叠中的更深处而减小。这导致在深处的敏感度损失及相关性问题。在此情景中，光学SCD仅能够以高敏感度及低相关性成功地提取精简计量尺寸集合。

在另一实例中，在现代半导体结构中越来越多地采用不透明高k材料。光学辐射通常不能穿透由这些材料构造的层。因此，利用薄膜散射测量术工具(例如光学椭圆偏光计或反射计)进行的测量变得越来越有挑战性。

响应于这些挑战，已开发较复杂光学计量工具。举例来说，已开发具有多个照射角度、较短照射波长、较宽照射波长范围及从经反射信号的更完整信息获取(例如，除较常规反射率或椭圆偏光信号之外还测量多个米勒(Mueller)矩阵元素)的工具。然而，这些方法尚未可靠地克服与许多高级目标(例如，复杂3D结构、小于10nm的结构、采用不透明材料的结构)的测量及测量应用(例如，线边缘粗糙度及线宽度粗糙度测量)相关联的基本挑战。

光学方法可提供对过程步骤之间的过程变量的非破坏性跟踪，但需要由破坏性方法进行的定期校准来面对过程漂移而维持准确性。