CN107403736A - 终点检测的蚀刻计量灵敏度 - Google Patents

终点检测的蚀刻计量灵敏度 Download PDF

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Abstract

本发明涉及终点检测的蚀刻计量灵敏度。监控在蚀刻工艺期间在衬底上产生的一个或多个特征的几何参数值可以涉及：(a)测量由光能与所述衬底上正被蚀刻的特征相互作用而产生的光信号；(b)提供测得的光信号的子集，其中所述子集由使得光信号被确定为与特征的目标几何参数的值相关联的范围来定义；(c)将光信号的子集应用于被配置为根据测得的光信号预测所述目标几何参数值的模型；(d)从模型确定正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的当前值；(e)将正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的当前值与所述目标几何参数的蚀刻工艺终点值进行比较；以及(f)重复(a)‑(e)，直到(e)中的比较指明正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的所述当前值已经达到终点值。

Description

终点检测的蚀刻计量灵敏度
技术领域
本发明总体上涉及半导体处理领域，更具体地涉及终点检测的蚀刻计量灵敏度。
背景技术
高性能等离子体辅助的蚀刻工艺对于许多半导体处理工作流程的成功是重要的。然而，监控、控制和/或优化蚀刻工艺可能是困难且耗时的，通常涉及工艺工程师费力地测试蚀刻工艺参数以凭经验确定产生目标蚀刻轮廓的设置。另外，蚀刻工艺的原位监控可能是困难的且不可靠的；蚀刻终点检测仍然是一个挑战。
计算模型对于促进设计和监控蚀刻工艺可能是有用的。一些模型试图模拟在蚀刻工艺期间发生在半导体衬底表面上的物理化学过程。示例包括M.Kushner和同事的蚀刻轮廓模型以及Cooperberg和同事的蚀刻轮廓模型。前者在Y.Zhang,“Low TemperaturePlasma Etching Control through Ion Energy Angular Distribution and 3-Dimensional Profile Simulation,”Chapter 3,dissertation,University of Michigan(2015)中描述，后者在Cooperberg,Vahedi,and Gottscho,“Semiempirical profilesimulation of aluminum etching in a Cl2/BCl3plasma,”J.Vac.Sci.Technol.A 20(5),1536(2002)中描述，其各自为了所有目的通过引用整体并入本文。M.Kushner和同事的蚀刻轮廓模型的另外的描述可以在J.Vac.Sci.Technol.A 15(4),1913(1997),J.Vac.Sci.Technol.B 16(4),2102(1998),J.Vac.Sci.Technol.A 16(6),3274(1998),J.Vac.Sci.Technol.A19(2),524(2001),J.Vac.Sci.Technol.A 22(4),1242(2004),J.Appl.Phys.97,023307(2005)中找到，其各自也出于所有目的通过引用整体并入本文。尽管开发这些模型所做的大量工作，但是它们还不具有期望程度的在半导体加工工业中发现有实质性用途的精确度和可靠性。
发明内容
本公开的一个方面涉及监控或确定在蚀刻工艺期间在衬底上产生的一个或多个特征的几何参数值的方法。这样的方法其特征可以在于下述操作：(a)测量由光能与所述衬底上正被蚀刻的特征相互作用而产生的光信号；(b)提供所述测得的光信号的子集，其中所述子集由一定的范围来定义，在该范围中，光信号被确定为与特征的目标几何参数的值相关联；(c)将所述光信号的子集应用于被配置为根据所述测得的光信号预测所述目标几何参数值的模型；(d)从所述模型确定正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的当前值；(e)将正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的所述当前值与所述目标几何参数的蚀刻工艺终点值进行比较；以及(f)重复(a)-(e)，直到(e)中的所述比较指明正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的所述当前值已经达到所述终点值。在某些实施方式中，通过确定使得光信号被确定为与特征的目标几何参数的值相关联的范围来生成所述模型。在某些实施方式中，正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数是蚀刻深度、间距或蚀刻关键尺寸。
在某些实现方案中，所述方法包括另外的操作，即当在(e)中的所述比较指明正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的所述当前值已经达到所述终点值时，终止所述蚀刻工艺。在某些实施方式中，在(a)中测量所产生的光信号的操作包括测量从正在所述衬底上蚀刻的所述特征产生的反射率。
在某些实施方式中，在(b)中定义所述测得的光信号的所述子集的所述范围是波长范围，在波长范围中，确定所述光信号以与所述特征的所述目标几何参数值相关联。在某些实施方式中，在(b)中定义所述测得的光信号的所述子集的所述范围在(a)-(e)的两个重复之间变化。在某些情况下，针对所述目标几何参数的不同值，确定在(b)中定义所述测得的光信号的所述子集的所述范围以根据所述光信号与所述目标几何参数的相关性的变化而变化。在某些实现方案中，在(b)中定义所述测得的光信号的所述子集的所述范围是一定的范围，在该一定的范围中，确定所述光信号与非目标几何参数相关联相比于与所述目标几何参数相关联较不强。
本公开的某些方面涉及用于在蚀刻工艺期间蚀刻衬底上的一个或多个特征的系统。这样的系统可以通过以下特征来表征：用于蚀刻半导体衬底的蚀刻装置；以及用于控制所述蚀刻装置的操作的控制器。所述控制器包括存储可执行指令的非暂时性存储器，所述可执行指令用于：(a)测量由光能与所述衬底上正被蚀刻的特征相互作用而产生的光信号；(b)提供所述测得的光信号的子集，其中所述子集由一定的范围来定义，在该一定的范围中，光信号被确定为与特征的目标几何参数值相关联；(c)将所述光信号的子集应用于被配置为根据所述测得的光信号预测所述目标几何参数值的模型；(d)从所述模型确定正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的当前值；(e)将正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的所述当前值与所述目标几何参数的蚀刻工艺终点值进行比较；以及(f)重复(a)-(e)，直到(e)中的所述比较指明正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的所述当前值已经达到所述终点值。在某些实施方式中，通过确定范围来生成所述模型，在该范围中，光信号被确定为与特征的目标几何参数值相关联。在某些实施方式中，正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数是蚀刻深度、间距或蚀刻关键尺寸。
在一些实现方案中，所述蚀刻装置包括：(i)处理室；(ii)用于将衬底保持在所述处理室内的衬底保持器；(iii)等离子体产生器，其用于产生在所述处理室内的等离子体，所述等离子体产生器包括RF功率源；(iv)一个或多个阀控制的工艺气体入口，其用于使一种或多种工艺气体流入所述处理室；以及(v)一个或多个气体出口，其流体连接到一个或多个真空泵，以从所述处理室排出气体。
在某些实施方式中，所述控制器还包括用于以下操作的指令：当在(e)中的所述比较指明正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的所述当前值已经达到所述终点值时，终止所述蚀刻工艺。在某些实施方式中，用于在(a)中测量所产生的光信号的控制器的指令包括用于测量从正在所述衬底上蚀刻的所述特征产生的反射率的指令。
在某些实施方式中，控制器还包括用于以下操作的指令：使在(b)中定义测得的光信号的所述子集的所述范围在执行用于(a)-(e)的操作的两个重复之间变化。在这样的实现方案中，针对所述目标几何参数的不同值，在(b)中定义所述测得的光信号的所述子集的所述范围可以已经被确定以根据所述光信号与所述目标几何参数的相关性的变化而变化。
在某些实施方式中，在(b)中定义所述测得的光信号的所述子集的所述范围是一定的范围，在该一定的范围中，确定所述光信号与非目标几何参数相关联相比于与所述目标几何参数相关联较不强。在某些实施方式中，在(b)中定义所述测得的光信号的所述子集的所述范围是其中使用回归技术确定所述光信号以与所述特征的所述目标几何参数值相关联的波长范围。本公开的另一方面涉及产生计算模型的方法，所述计算模型将测得的由光能与在衬底上蚀刻的特征相互作用而产生的光信号与在所述衬底上蚀刻的所述特征的目标几何参数的值相关联。这样的方法可以通过以下特征来表征：(a)确定一定的范围，在该范围中，所述测得的光信号与非目标几何参数相关联相比于与所述目标几何参数相关联较不强；(b)提供具有带有在所述范围内的所述光信号的值的成员的训练集，其中所述训练集中的每个成员包括：(i)在所述衬底中蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的值，以及(ii)从蚀刻的特征产生的具有在所述衬底中蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的所述值的相关联的光信号；以及(c)从所述训练集产生所述计算模型。
在某些实施方式中，蚀刻在所述衬底上的所述特征的所述目标几何参数是蚀刻深度、间距或蚀刻关键尺寸。在某些实施方式中，所述光信号包括从蚀刻在所述衬底上的所述特征产生的反射率值。在某些实现方案中，使得所述测得的光信号与非目标几何参数相关联相比于与所述目标几何参数相关联较不强的所述范围是波长范围。在某些实施方式中，确定所述范围包括针对所述目标几何参数的不同值，根据所述光信号与所述目标几何参数的相关性的变化来确定所述范围的变化。在某些实施方式中，从所述训练集产生所述计算模型包括使用神经网络或回归技术。
在某些实施方式中，所述训练集包括至少约50个成员。在某些实施方式中，所述训练集的所述成员还包括在所述衬底中蚀刻的所述特征的非目标几何参数的值。在某些实现方案中，所述训练集的所述成员是通过实验获得的。在某些实现方案中，所述训练集的所述成员是通过计算生成的。在这样的情况下，所述训练集的所述成员可以从表面动力学模型并根据光学建模例程生成。
本公开的另一方面涉及计算模型，所述计算模型被配置成根据测得的由光能与蚀刻在衬底上的特征相互作用而产生的光信号来计算用于在衬底上蚀刻的所述特征的目标几何参数的值。这样的计算模型可以根据如上所述的方法生成。
例如，用于生成所述计算模型的所述训练集的所述成员可以包括在所述衬底中蚀刻的所述特征的非目标几何参数的值。另外，用于生成所述计算模型的所述训练集的所述成员可以是通过实验获得的或者通过计算生成的，例如从表面动力学模型并根据光学建模例程生成。在一些实现方案中，所述训练集包括至少约50个成员。另外，所述计算模型可以是使用神经网络或回归技术从所述训练集生成的。
在一些实现方案中，所述计算模型预测在所述衬底上蚀刻的所述特征的目标几何参数，所述特征可以是例如蚀刻深度、间距或蚀刻关键尺寸。在一些模型中，所述光信号包括从蚀刻在所述衬底上的所述特征产生的反射率值。
在一些实施方式中，当生成所述计算模型时，使得所述测得的光信号与非目标几何参数相关联相比于与所述目标几何参数相关联较不强的所述范围是波长范围。在某些实施方式中，当生成所述计算模型时，确定所述范围包括针对所述目标几何参数的不同值，根据所述光信号与所述目标几何参数的相关性的变化来确定所述范围的变化。
具体而言，本发明的一些方面可以阐述如下：
1.一种产生计算模型的方法，所述计算模型将由光能与在衬底上蚀刻的特征相互作用而产生的测得的光信号与在所述衬底上蚀刻的所述特征的目标几何参数的值相关联，所述方法包括：
确定使得所述测得的光信号与非目标几何参数的值相关联相比于与所述目标几何参数的值相关联较不强的范围；
提供具有有在所述范围内的所述光信号的值的成员的训练集，其中所述训练集中的每个成员包括：(i)在所述衬底中蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的值，以及(ii)从蚀刻的特征产生的具有在所述衬底中蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的所述值的相关联的光信号；以及
从所述训练集产生所述计算模型。
2.根据条款1所述的方法，其中所述训练集的所述成员还包括在所述衬底中蚀刻的所述特征的非目标几何参数的值。
3.根据条款1所述的方法，其中所述训练集的所述成员是通过实验获得的。
4.根据条款1所述的方法，其中所述训练集的所述成员是通过计算生成的。
5.根据条款4所述的方法，其中所述训练集的所述成员从表面动力学模型并根据光学建模例程生成。
6.根据条款1所述的方法，其中所述训练集包括至少约50个成员。
7.根据条款1所述的方法，其中从所述训练集产生所述计算模型包括使用神经网络或回归技术。
8.根据条款1所述的方法，其中，蚀刻在所述衬底上的所述特征的所述目标几何参数是蚀刻深度、间距或蚀刻关键尺寸。
9.根据条款1所述的方法，其中所述光信号包括从蚀刻在所述衬底上的所述特征产生的反射率值。
10.根据条款1所述的方法，其中，使得所述测得的光信号与非目标几何参数相关联相比于与所述目标几何参数相关联较不强的所述范围是波长范围。
11.根据条款1所述的方法，其中确定所述范围包括针对所述目标几何参数的不同值，根据所述光信号与所述目标几何参数的相关性的变化来确定所述范围的变化。
12.一种计算模型，其被配置为根据测得的由光能与蚀刻在衬底上的特征相互作用而产生的光信号计算在所述衬底上蚀刻的所述特征的目标几何参数的值，其中所述计算模型根据条款1所述的方法生成。
13.根据条款12所述的计算模型，其中用于生成所述计算模型的所述训练集的所述成员还包括在所述衬底中蚀刻的所述特征的非目标几何参数的值。
14.根据条款12所述的计算模型，其中用于生成所述计算模型的所述训练集的所述成员是通过实验获得的。
15.根据条款12所述的计算模型，其中用于生成所述计算模型的所述训练集的所述成员是通过计算生成的。
16.根据条款15所述的计算模型，其中所述训练集的所述成员是从表面动力学模型并根据光学建模例程生成的。
17.根据条款12所述的计算模型，其中所述训练集包括至少约50个成员。
18.根据条款12所述的计算模型，其中所述计算模型是使用神经网络或回归技术从所述训练集生成的。
19.根据条款12所述的计算模型，其中，蚀刻在所述衬底上的所述特征的所述目标几何参数是蚀刻深度、间距或蚀刻关键尺寸。
20.根据条款12所述的计算模型，其中所述光信号包括从蚀刻在所述衬底上的所述特征产生的反射率值。
21.根据条款12所述的计算模型，其中，当生成所述计算模型时，使得所述测得的光信号与非目标几何参数相关联相比于与所述目标几何参数相关联较不强的所述范围是波长范围。
22.根据条款12所述的方法，其中，当生成所述计算模型时，确定所述范围包括针对所述目标几何参数的不同值，根据所述光信号与所述目标几何参数的相关性的变化来确定所述范围的变化。
23.一种监控或确定在蚀刻工艺期间在衬底上产生的一个或多个特征的几何参数值的方法，所述方法包括：
(a)测量由光能与所述衬底上正被蚀刻的特征相互作用而产生的光信号；
(b)提供所述测得的光信号的子集，其中所述子集由使得光信号被确定为与所述特征的目标几何参数的值相关联的范围来定义；
(c)将所述光信号的子集应用于被配置为根据所述测得的光信号预测所述目标几何参数值的模型，其中，通过确定使得光信号被确定为与特征的目标几何参数的值相关联的所述范围来生成所述模型；
(d)从所述模型确定正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的当前值；
(e)将正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的所述当前值与所述目标几何参数的蚀刻工艺终点值进行比较；以及
(f)重复(a)-(e)，直到(e)中的所述比较指明正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的所述当前值已经达到所述终点值。
24.根据条款23所述的方法，其中，正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数是蚀刻深度、间距或蚀刻关键尺寸。
25.根据条款23所述的方法，其还包括当在(e)中的所述比较指明正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的所述当前值已经达到所述终点值时，终止所述蚀刻工艺。
26.根据条款23所述的方法，其中在(a)中测量所产生的光信号包括测量从所述衬底上正被蚀刻的所述特征产生的反射率。
27.根据条款23所述的方法，其中在(b)中定义所述测得的光信号的所述子集的所述范围是其中使用回归技术确定所述光信号以与所述特征的所述目标几何参数值相关联的波长范围。
28.根据条款23所述的方法，其中在(b)中定义所述测得的光信号的所述子集的所述范围在(a)-(e)的两个重复之间变化。
29.根据条款28所述的方法，其中，针对所述目标几何参数的不同值，确定在(b)中定义所述测得的光信号的所述子集的所述范围以根据所述光信号与所述目标几何参数的相关性的变化而变化。
30.根据条款1所述的方法，其中在(b)中定义所述测得的光信号的所述子集的所述范围是使得确定所述光信号与非目标几何参数相关联相比于与所述目标几何参数相关联较不强的范围。
31.一种用于在蚀刻工艺期间蚀刻衬底上的一个或多个特征的系统，所述系统包括：
用于蚀刻半导体衬底的蚀刻装置；以及
用于控制所述蚀刻装置的操作的控制器，所述控制器包括存储可执行指令的非暂时性存储器，所述可执行指令用于：
(a)测量由光能与所述衬底上正被蚀刻的特征相互作用而产生的光信号；
(b)提供所述测得的光信号的子集，其中所述子集由使得光信号被确定为与所述特征的目标几何参数的值相关联的范围来定义；
(c)将所述光信号的子集应用于被配置为根据所述测得的光信号预测所述目标几何参数值的模型，其中，通过确定使得光信号被确定为与特征的目标几何参数的值相关联的范围来生成所述模型；
(d)从所述模型确定正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的当前值；
(e)将正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的所述当前值与所述目标几何参数的蚀刻工艺终点值进行比较；以及
(f)重复(a)-(e)，直到(e)中的所述比较指明正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的所述当前值已经达到所述终点值。
32.根据条款31所述的系统，其中所述蚀刻装置包括：
处理室；
用于将衬底保持在所述处理室内的衬底保持器；
等离子体产生器，其用于产生在所述处理室内的等离子体，所述等离子体产生器包括RF功率源；
一个或多个阀控制的工艺气体入口，其用于使一种或多种工艺气体流入所述处理室；以及
一个或多个气体出口，其流体连接到一个或多个真空泵，以从所述处理室排出气体。
33.根据条款31所述的系统，其中，正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数是蚀刻深度、间距或蚀刻关键尺寸。
34.根据条款31所述的系统，其中所述控制器还包括用于以下操作的指令：当在(e)中的所述比较指明正被蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的所述当前值已经达到所述终点值时，终止所述蚀刻工艺。
35.根据条款31所述的系统，其中用于在(a)中测量所产生的光信号的控制器的指令包括用于测量从在所述衬底上正被蚀刻的所述特征产生的反射率的指令。
36.根据条款31所述的系统，其中在(b)中定义所述测得的光信号的所述子集的所述范围是其中使用回归技术确定所述光信号以与所述特征的所述目标几何参数相关联的波长范围。
37.根据条款31所述的系统，其中控制器还包括用于以下操作的指令：使在(b)中定义测得的光信号的所述子集的所述范围在执行用于(a)-(e)的操作的两个重复之间变化。
38.根据条款37所述的系统，其中，针对所述目标几何参数的不同值，确定在(b)中定义所述测得的光信号的所述子集的所述范围以根据所述光信号与所述目标几何参数的相关性的变化而变化。
39.根据条款31所述的系统，其中在(b)中定义所述测得的光信号的所述子集的所述范围是使得确定所述光信号与非目标几何参数的值相关联相比于与所述目标几何参数的值相关联较不强的范围。
本公开的这些和其他特征将在下面参照相关附图较详细地给出。
附图说明
图1示出了特征在蚀刻工艺期间的演变。
图2示出了光学参数(例如，在特定方向上的反射信号强度)如何随着所研究的特征(在这种情况下是蚀刻深度)变化并且因此随着蚀刻时间而变化的示例。
图3示出了用于监控蚀刻工艺并且如果需要进行调整的过程。
图4根据某些实施方式示出了用于生成模型的方法的流程图。
图5A-5C示出了可调节间隙电容耦合约束RF等离子体反应器的实施方式。
图6示出了适于实施本文的某些实施方式的感应耦合等离子体蚀刻装置的横截面图，其示例是由位于加利福尼亚州Fremont的Lam Research Corp.生产的Kiyo TM反应器。
具体实施方式
在本申请中，术语“半导体晶片”、“晶片”、“衬底”、“晶片衬底”和“部分制造的集成电路”可互换使用。本领域的普通技术人员将会理解，术语“部分制造的集成电路”可以指在其上面进行集成电路制造的许多阶段中的任何阶段期间的硅晶片。在半导体器件工业中使用的晶片典型地具有200毫米或300毫米或450毫米的直径。下面的详细描述假设本发明是在晶片上实现的。然而，本发明并不限于此。工件可以是具有各种形状、尺寸和材料。除半导体晶片外，可利用本发明的优点的其他工件还包括诸如印刷电路板、磁记录介质、磁记录传感器、反射镜、包括像素化显示器的光学元件、微机械装置等各种制品。
某些半导体器件的制造涉及将特征蚀刻到一种或多种材料中。材料可以是单层材料或材料叠层。在一些情况中，叠层包括材料的交替层(例如，氮化硅和氧化硅)。一个示例性蚀刻特征是圆筒体。
在本文的多种实施方式中，在表面上具有电介质、半导体和/或导体材料的衬底(通常为半导体晶片)中蚀刻特征。蚀刻工艺通常是基于等离子体的蚀刻工艺。特征是在衬底的表面中的凹槽。特征可以具有许多不同的形状，包括但不限于圆筒体、矩形、正方形、其他多边形凹槽、沟槽等。蚀刻的特征的示例包括各种间隙、孔或通孔、沟槽等。
以下公开包括：(1)用于生成计算有效模型的方法和装置，所述有效模型用于确定蚀刻深度或其他几何参数，所述蚀刻深度或其他几何参数表征在蚀刻工艺中根据有限范围的波长或由原位光学计量设备生成的其他时间依赖型的光信号生成的特征，和(2)模型，其接收通过原位计量检测到的时间依赖型光信号的选择范围并使用这些选择的光信号来计算经历蚀刻的衬底中的特征的深度和/或其他几何参数。在某些实施方式中，特征是周期性或重复的结构，例如通常为存储器产生的那些结构。尽管(1)的方法和装置可以用于生成(2)中的模型，但是这些模型不限于由这些方法和装置产生的模型。在某些实施方式中，使用(1)的工艺生成(2)的模型。在某些实施方式中，模型被编码或以其他方式在装置中实现，使得当其执行时其提供对蚀刻装置中的蚀刻工艺的实时监控。在一些实施方案中，模型确定或辅助确定蚀刻工艺的终点。
可以根据经验和/或通过计算产生的数据来制备模型。在一些实施方式中，数据根据(1)预测来自(化学和/或物理的)反应器蚀刻传导的蚀刻特征几何参数(例如蚀刻轮廓)的表面动力学模型或者类似模型以及(2)从重复的特征几何形状预测光信号(例如，波长相关的反射率)的光学建模例程来通过计算生成。在这样的实施方式中，选择的蚀刻条件被输入到第一模型，其产生预测的特征几何形状，该特征几何形状进而被提供给光学建模例程，该光学建模例程预测将由特征几何形状产生的光信号，并且因此预测输入蚀刻条件。以这种方式，生成将光信号值链接到特征几何形状的数据。如本文所述的建模和/或监控的蚀刻工艺可以通过各种特征来表征。例如，该工艺可以由被蚀刻的材料或衬底的类型表征。被蚀刻的材料可以是导体、电介质、半导体或其任何组合。此外，被蚀刻的材料可以是整体的或分层的。其可以用于形成存储器和/或逻辑器件。用于蚀刻的介电材料的示例包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、氧氮化物、碳氧化物、碳氮化物、这些材料的掺杂版本(例如掺杂有硼、磷等)、以及来自这些材料的任何组合的层压材料。具体示例性的材料包括SiO2、SiN、SiON、SiOC、SiCN等的化学计量和非化学计量配方。导体材料的示例包括但不限于氮化物(如氮化钛和氮化钽)以及金属，如钴、铝、钌、铪、钛、钨、铂、铱、钯、锰、镍、铁、银、铜、钼、锡和各种合金，包括这些金属的合金。半导体材料的示例包括但不限于经掺杂和未经掺杂的硅、锗、镓砷化物等。上述导体、半导体和电介质中的任何一种可以具有不同的形态，例如多晶的、非晶的、单晶的和/或微晶的形态。可以被蚀刻的其他材料包括但不限于CoFeB、Ge2Sb2Te2、InSbTe化合物、Ag-Ge-S化合物和Cu-Te-S化合物。该概念可以扩展到诸如NiOx、SrTiOx、钙钛矿(CaTiO3)、PrCAMnO3、PZT(PbZr1-xTixO3)、(SrBiTa)O3等材料。
本文公开的装置和等离子体条件可以用于在任何技术节点下蚀刻器件或其他结构中的特征。在一些实施方式中，在20-10nm节点或优于这样的节点的制造期间使用蚀刻。蚀刻可用于制造线程的前端和/或制造线程的后端。
蚀刻工艺可以主要是物理的(例如，非反应性离子轰击)，主要是化学的(例如，仅具有小的定向轰击的化学自由基)或其任何组合。当包括化学蚀刻时，化学反应物可以是各种蚀刻剂中的任何一种或多种，包括例如包含碳氟化合物、氟、氧、氯等的反应物。示例性的蚀刻剂包括氯(Cl2)、三氯化硼(BCl3)、六氟化硫(SF6)、三氟化氮(NF3)、二氯二氟甲烷(CCl2F2)、三氟化磷(PF3)、三氟甲烷(CHF3)、碳酰氟(COF2)、氧气(O2)、四氯化碳(CCl4)、四氯化硅(SiCl4)、一氧化碳(CO)、一氧化氮(NO)、甲醇(CH3OH)、乙醇(C2H5OH)、乙酰丙酮(C5H8O2)、六氟乙酰丙酮(C5H2F6O2)、亚硫酰氯(SOCl2)、亚硫酰氟(SOF2)、乙酸(CH3COOH)、吡啶(C5H5N)、甲酸(HCOOH)及其组合。在多种实施方式中，使用这些蚀刻反应物的组合。
许多类型的装置适于进行根据本文所述的一种或多种方法和/或装置建模和/或控制的蚀刻工艺。这种装置的示例包括如下所述的电感耦合等离子体反应器和电容耦合等离子体反应器。在一些实施方式中，蚀刻工艺与沉积工艺耦合(有时在单个反应器中)。这种耦合的沉积和蚀刻工艺的示例包括采用侧壁保护层以产生高深宽比特征的工艺(参见例如，2014年12月4日提交的美国专利申请No.14/560,414，2015年5月28日提交的美国专利申请No.14/724,574，和2015年4月27日提交的美国专利申请No.14/697,521(其每一个通过引用整体并入本文))。原子层蚀刻工艺的示例描述于美国专利8,883,028和8,808,561、以及于2015年4月24日提交美国专利申请No.14/696,254，其每个通过引用整体并入本文。
使用如本文所公开的被建模和/或被监控的工艺蚀刻的特征可以通过任何各种几何参数来表征。
蚀刻深度-这表示在蚀刻的特征的底部和衬底顶表面(诸如场区域)平面之间的距离。图1中所示的参数“h”表示在衬底105上的层103中蚀刻的特征101的蚀刻深度。具有深度的蚀刻的特征的示例包括孔，例如圆筒体和沟槽。在一些实施方案中，将蚀刻深度实时地与正被监控的蚀刻工艺的终点深度进行比较。例如，正被蚀刻的特征在蚀刻工艺结束时具有介于约10nm与1μm之间的深度。
关键尺寸-这表示相邻的蚀刻特征的侧壁之间的未蚀刻部分的宽度。图1中所示的参数“CD”表示线107的关键尺寸的示例。通常，关键尺寸是在衬底顶表面平面下方的深度的函数。例如，在蚀刻工艺结束时，正被蚀刻的特征可以具有在约10nm至100μm之间的关键尺寸。
线宽度-这表示两个或更多个蚀刻区域之间的凸起特征的宽度。通常，线宽度由相应的掩模特征宽度限定，并且与关键尺寸不同，其不随深度变化。图1所示的参数“w”表示线107的线宽度。
间距-这表示相邻平行线的中心点之间的距离。在图1中，参数“间距”表示蚀刻轮廓的间距。
空间关键尺寸-这表示间距和线宽度之间的差异。其可以被视为蚀刻开口的宽度。
深宽比-这表示蚀刻深度比空间关键尺寸的比率。它可以被看作是蚀刻特征的薄度的量度。例如，具有2μm的深度和50nm的空间关键尺寸的圆筒体具有40:1的深宽比，通常更简单地表示为40。浅特征具有相对小的深宽比，而深特征具有相对大的深宽比。通过与所公开的实施方式相关的蚀刻工艺形成的特征可以是高深宽比特征。在一些应用中，高深宽比特征是具有至少约5、至少约10、至少约20、至少约30、至少约至少约40、至少约50、至少约60、至少约80或至少约100的深宽比的特征。通过所公开的方法形成的特征的空间关键尺寸可以为约200nm或更小，例如约100nm或更小，约50nm或更小，或约20nm或更小。
图1示出了在蚀刻工艺期间的特征的演变。在顶部面板中，蚀刻工艺刚刚开始，并且进入层103的蚀刻深度“h”是小的。线宽“w”由光刻掩模限定，并且理想地，在蚀刻工艺期间不改变。在从顶部起的第二面板中，蚀刻工艺进一步进行以在层103中限定更明显的特征101。在较下面的面板中，蚀刻工艺已经完成，并且特征101到达下面的衬底105的顶部。当然，完成的蚀刻不需要到达下面的衬底，也不需要其停止在这样的衬底。
可以测量各种类型的光信号以获得关于蚀刻的特征的信息。这样的信号可以在蚀刻工艺之前、期间和/或之后测量。
在某些实施方式中，测量反射率。反射率是从衬底反射的辐射的强度的量度。反射的信号可以在法线与相对于衬底表面的切线的任何角度捕获，而不管入射角如何。反射的信号可以在一定波长范围内或在离散波长处测量。根据用于测量反射的信号的工具，可用的光谱范围可以在深紫外至远红外之间。例如，可用的光谱范围可以在约100nm至约10,000nm之间。反射的信号可以在蚀刻工艺的过程中的各个时间获得。例如，反射的信号可以以约0.01s和10s之间的持续时间的时间步长获得，并且蚀刻工艺中的这种时间步长的数目可以在约2和1000之间。换句话说，在一些示例中，约2到1000次测量在蚀刻工艺的过程中进行。
通常，光信号可以从任何从衬底表面散射的辐射获得。散射的辐射一般是指撞击物理物体然后继续在某个方向上传播的光子或光束。散射的辐射可以被反射和/或折射。有时，入射辐射被衍射，这在入射在衬底表面上的辐射以多个角度散射时发生。示例包括粗糙表面散射，其中散射的辐射是漫射的(在多个方向上离开，即相对于入射光束散开)和从周期性表面散射，在这种情况下，散射的辐射被分离成离散的散射级，其中的每一个在明显的方向行进。在一些应用中，辐射以衍射级散射，其反射率可被测量以确定终点。当然，所公开的方法和装置还适用于来自不是周期性的的离散结构的散射。
可以用于测量本发明使用的光信号的计量工具的示例包括光谱反射计、椭圆计和散射仪。这些工具的供应商包括KLA-Tencor(San Jose，California)以及Nanometrics(Milpitas，California)。散射计是指诸如反射计和椭圆计的工具，其用于测量通常是周期性的并且以离散的衍射级反射的结构的性质。
用于监控蚀刻几何进程的模型的特征
自变量是模型的输入。它们中的一些或全部是来自与正在经历蚀刻或已经被蚀刻的衬底相互作用的光的所测得的光信号。相互作用的光可以被反射、折射、漫散射、衍射等，并且可以通过诸如原位计量工具之类的计量工具获得。自变量可以是相互作用光的属性，例如在一个或多个角度上的反射光强度等。测得的光信号可以作为时间、波长(频率)、偏振或这些的任何组合的函数来测量。测得的光信号可以以原始形式使用，或者可以在被提供给模型之前被修改(例如，过滤、归一化、矢量化等)。自变量可以表示输入和/或原因，和/或被测试以查看其是否是原因。自变量也可以被称为“预测变量”、“回归量”、“受控变量”、“受操纵变量”、“解释变量”或“输入变量”。
从属变量由模型输出。它们可以是一个或多个蚀刻几何参数的计算值，例如蚀刻深度、间距和关键尺寸。这些几何参数可以作为在蚀刻工艺的过程中经历的时间的函数提供。在一些情况下，使用光信号(自变量)重复计算演变的几何参数(例如蚀刻深度)，并与终点值进行比较，并且当几何参数的值与终点值匹配时，蚀刻工艺自动改变(例如，结束)和/或生成通知。由模型输出的因变量的值，特别是应用于或用于初始化工艺控制改变的工艺终点算法的值可以被称为基于因变量的终点或其他工艺状态的“调用”。因变量有时被称为响应变量。
模型使因变量与自变量相关联。它使用任何一种或许多不同的形式这样做。示例包括线性组合(例如，自变量的加权贡献的总和)、非线性表达式(例如，包括自变量的第二或更高阶多项式表达式)、查找表、分类树、动态时间扭曲、相似性度量驱动算法、模式匹配和分类、多变量统计(PCA、PLS)的变化、以及用于故障检测和分类方案中的大量新颖性检测算法。在一些示例中，模型是神经网络。
该模型可以具有下面描述的特征中的一个或多个。
在一些实施方式中，模型在计算上是高效的，使得其可以实时处理原位光信号以从原位光学信息(例如，实时终点监控)生成几何蚀刻参数。在某些实施方式中，特征表征算法(例如，终点评估)在(从它接收诸如光学测量值之类的输入变量值的时间起)约100ms或更短时间内完成处理。在某些实施方式中，特征表征算法在约20ms或更短时间内完成处理。这种快速处理可以用于例如具有关键的步长变化要求的应用中或在高蚀刻速率工艺(例如，在小于约一分钟内完成的蚀刻工艺)中。在具有由处理方案(例如以RF脉冲或气体脉冲)引起的许多变化的工艺中或当晶片结构本身具有复杂结构(例如在交替材料的叠层中)时，多个时间样本中(例如，一百或更多、或一千或更多)的每一个有时需要数据阵列(例如，它们中的数千个)。模型的执行时间还取决于所使用的算法的类型。在一些实现方案中，模型处理光谱信息的从蚀刻工艺的开始到当前时间的全部或大部分时间演变。这可能需要诸如使用多路径主成分分析(PCA)和多路偏最小二乘法(PLS)创建大量模型，其中每个模型比较从蚀刻开始到当前时间步长的光学测量轨迹与相应的时间间隔的历史轨迹。这样的模型在模型校准期间和在实时过程监控期间随着蚀刻时间变得更长而具有增加的计算要求。在这种情况下，系统可以被配置有附加处理能力，诸如具有大量缓冲空间的处理器、多线程、和/或多个核。
在一些实现方案中，提供具有“置信度”的模型调用(诸如对应于蚀刻终点的蚀刻深度的几何参数的输出)。如果模型预测在用于生成或验证模型的几何形状范围外的几何形状，则该调用可以被给予低置信度。例如，如果模型确定正被蚀刻的特征具有比用于生成模型的任何几何形状的关键尺寸更窄的关键尺寸，则调用的蚀刻深度终点可以被给予低置信度。另外，如果用作输入的光信号在预期范围之外，则可以给予调用低置信度。在某些类型的蚀刻工艺中，来自非建模因子的信号变化影响模型的拟合并且可能降低置信度。这种信号变化的示例包括来自照明变化(灯噪声或激光噪声)的“噪声”，相对于在模型中假设的那些变化的在硬件设置中的变化等。在概率模型中，调用的置信度可以包括来自用以开发这样的模型的数据的贡献(例如，这种数据的量和其中的变化)。
在某些实施方式中，模型仅在有限范围的波长(或光信号的其他方面)中使用光学输出信号，其可以被选择用于确定所研究的几何参数。该范围内的信号用作用于模型的自变量(或一组自变量)。在一些这样的实现方案中，可用光信号中的大部分不用作输入。所选择的范围可以表示可以由计量工具测量的值的整个范围的小部分(例如，小于约10％或甚至离散值)。使用所选择的范围作为模型输入可能需要较少的计算，因此计算更快，以确定蚀刻特征的几何形状。它还使得所选择的因变量在没有相关几何参数的干扰的情况下能被计算；例如，可以在没有来自与关键尺寸强(strongly)相关的输入信号的显著干扰的情况下计算蚀刻深度。例如，第一波长范围可与蚀刻深度强相关，而不同的波长范围可与关键尺寸强相关，但与蚀刻深度仅仅弱相关。聚焦于蚀刻深度的工艺可以仅使用第一波长范围内的光信号，以避免使信号模糊。
根据所使用的光学工具，可用的输出信号可以被约束到除波长之外的特性的窄范围。例如，所使用的输出信号可以被限制到特定的偏振状态，或者被限制到相对于衬底和/或入射光的特定方向。该方向有时是镜面方向(以与其入射的角度相同的角度反射离开表面，有时称为零阶反射率)，但是在衍射周期性表面的情况下，方向可以是在镜面方向以外的其他方向的离散级的反射方向；这些有时被称为较高衍射级。可以使用与衍射级相关联的任何一个或多个方向，包括零级反射辐射。
在一些示例中，所选择的波长范围或其他选择的光学参数范围在蚀刻工艺期间作为时间的函数而变化。换句话说，所选择的光学参数的一个或多个范围从一个时间增量到另一个时间增量变化。当所研究的光信号的频谱结构从一个时间步长到下一个时间步长变化时，这可以提供适当的方式来攻克问题。例如，与蚀刻深度相关联的反射强度峰值的中心可在蚀刻工艺的周期上随波长而改变。
图2示出了光学参数(例如，在特定方向上的反射信号强度)如何能随着所研究的特征(在这种情况下是蚀刻深度)变化并且因此随着蚀刻时间而变化的示例。图2的面板示出了三个反射强度与波长光谱的关系，每个与不同的蚀刻深度相关联，并且因此与不同的时间相关联。图2的顶部面板示出了在蚀刻工艺开始时的光谱，例如当存在图案化掩模但没有发生蚀刻时的光谱。在这个阶段，反射强度在λ1(lambda1)处具有最大值。中间图和下图显示了在蚀刻工艺的过程中光谱如何演变。值得注意的是，在该示例中，强度峰值移动到较长的波长，即λ2和λ3处。
在某些实施方式中，所选择的波长范围或光信号的其他选定特性被选择为增加(例如，最大化)“目标灵敏度”，其中所研究的几何参数(例如，蚀刻深度)的变化引起测得的光学参数(例如，反射强度)的显著变化，但是一个或多个其他几何参数(例如，关键尺寸)的变化不会导致所测得的光学参数的显著变化。这可以理解为作为两个或更多个相关几何参数的函数的时变测得的光信号的示例。代表这种情况的微分方程可以呈现光信号相对于时间的导数与项的和的函数关系，每个项包括光信号相对于几何参数之一的导数。
dR/dt＝(dR/dDepth)(dDepth/dt)+(dR/dCD)(dCD/dt)。
在一些实现方案中，所选择的波长或其他光学参数被选择为具有大的dR/dDepth值和小的dR/dCD值。这使得模型能计算蚀刻深度，而没有随着关键尺寸的变化而变化的信号的显著贡献(和来自信号的干扰)。当然，可以选择所选择的光学参数范围以强调任何所选择的特征参数(例如，间距、蚀刻角、关键尺寸等)。此外，所选择的波长范围(其良好地表示所研究的特征中的变化)可以随时间而改变。
在一些实现方案中，同时测量多个光学性质，从而使得能同时解析多个几何蚀刻参数。例如，反射信号的强度和偏振(s-偏振分量和p-偏振分量)两者都可以测量，并被提供给将它们用作分离的自变量并且计算随时间变化的蚀刻深度和关键尺寸的模型。可以测量的其他光学性质在本文别处被确定。一个示例是反射的辐射的方向。
尽管本文提出的大多数示例将蚀刻深度视为所研究的几何参数并且将关键尺寸视为潜在模糊的几何参数，但是一些应用可以不同地使用几何参数。例如，关键尺寸、间距、侧壁角度等可以是所研究的几何参数。应该在理解这一点的情况下阅读本公开的内容。
图3示出了用于监控蚀刻工艺并且如果需要进行调整的工艺。所描绘的工艺具有四个阶段：如框301和303所示的初始建立阶段，如框305所示的蚀刻工艺初始化阶段，如框307、309、311、313和317中所示的循环所示的蚀刻监控和调整阶段，以及最后是如框315所示的蚀刻结束阶段。
最初，在设置阶段期间，作用于计量数据的计量工具和/或处理器被设置为提供适合于监控模型以监控蚀刻工艺的计量数据。因此，在所示示例中，工艺操作301将计量工具和/或处理器设置为仅在适于监控的范围内捕获或处理波长或其他光学参数。如上所述，蚀刻监控算法可以依赖于特定波长或其他光学参数，其是用于测量和处理的所有可用光学参数的子集。例如，光谱的可见光或紫外线部分中的窄范围的波长可适于实时监控衬底的蚀刻深度、关键尺寸或其他几何参数。
除了用于捕获的初始波长集或其他光学参数之外，监控算法还可能需要在蚀刻工艺的过程中采用这种光学参数的变化。为此，所示的工艺包括操作303，其设置计量工具和/或处理器以随着蚀刻工艺演变而改变捕获和/或处理的波长或其他光学参数。例如，在操作301中设置的波长的初始范围可以跨越电磁谱的可见光和紫外线部分，但当蚀刻进行时，随着时间的推移，波长范围完全移位在可见光范围内。这种移位可以在操作303中预先设置。
应当理解，建立操作301和303中的任一个或两者是可选的，并且一些蚀刻监控过程不需要它们。例如，这种工艺可以仅捕获适合于整个蚀刻工艺的窄波长带。在其他示例中，监控模型可以被设计或配置为对于所研究的几何参数实时且高精度地在宽范围的波长(或其他光学参数)上操作。
诸如操作301和303的设置操作之类的设置操作可以以各种方式实现。例如，为了设置和/或控制操作的目的，调整或限制计量工具上的光学设置和/或处理系统中的数据收集设置。
在初始设置阶段完成之后，该工艺在由工艺操作305指示的蚀刻室中启动蚀刻工艺。如本领域技术人员所理解的，这可以包括将衬底定位在蚀刻室中，抽空蚀刻室，使工艺气体流入蚀刻室，激励等离子体等。最初，在蚀刻工艺中，衬底可以仅包括用于限定蚀刻图案的掩模或其他结构。在操作305中开始蚀刻工艺之前，待蚀刻的下伏材料还未被以任何实质方式蚀刻。
当蚀刻工艺开始时，使用来自衬底的由一个或多个计量工具收集的光信号进行实时监控，并根据操作301和303中找到的设置进行处理。参见工艺框307，其表示继续测量来自衬底的实时光信号。在监控蚀刻工艺的同时，蚀刻/计量系统提供适于当前时间步长的光信号的一部分(该波长集或当前范围内的其他光学参数)，并且模型使用这些信号来预测蚀刻所研究的几何参数。参见工艺框309。如所解释的，可以优化模型以在蚀刻工艺期间的任何给定时间步长仅处理特定范围的光学参数(自变量)。操作309确保模型在适当时接收针对当前时间步长的所收集的参数。
接下来，对于当前时间步长，模型使用当前输入的光学参数执行并提供预测的蚀刻几何参数。这在框311处示出。当模型实时地计算几何参数时，监控算法检查这些参数以确定它们是否在预期范围内(针对当前时间步长)或者它们是否发送蚀刻工艺终止的信号。在判定框313处示出该检查。假设由模型预测的蚀刻几何参数继续落在预期范围内，则监控过程继续以确定当前时间增量是否需要根据预先存在的设置(例如，在框301和/或303处定义的设置)来调整用于捕获的光学参数。参见工艺框317。无论用于捕获和处理的当前光学参数是否被调整，工艺控制循环回到框307，其中计量系统继续收集实时光信号。如上所述，当这发生时，处理器和关联算法继续(i)针对当前时间步长为模型提供适当的光信号(工艺步骤309)，以及(ii)执行模型以针对当前时间步长提供预测的几何蚀刻参数(工艺框311)。另外，处理器和算法在工艺框313继续确定预测的蚀刻几何参数是否在期望的范围内。
在某一点，在决策操作313中进行的评估导致负的发现，即，蚀刻参数在当前时间的预期范围之外或者蚀刻参数已经达到终点。此时，工艺流程被引导到处理操作315，处理操作315修改或结束当前蚀刻工艺，或者向蚀刻系统发送通知，该系统可以在蚀刻工艺中实现自动或手动干预。这种干预可以涉及进一步评估以确定是否需要过程调整和/或该工艺是否应该终止。
生成从测得的光学参数计算时间依赖型蚀刻几何尺寸的模型
可以使用包含许多数据点的训练集来生成模型，每个数据点具有(i)一个或多个蚀刻几何值，以及(ii)(从或者)被预测为从探测具有蚀刻几何形状的衬底的计量工具生成的一个或多个相关联的光信号值。一个或多个蚀刻几何特征值可以影响来自计量工具的光学读数。示例包括蚀刻深度、关键尺寸和上述其他特征。光学读数的示例包括作为时间的函数的反射光谱。
训练集数据点(几何蚀刻参数和相关联的光信号值)可以通过实验或通过计算产生。在一些实施方式中，使用诸如表面动力学模型(Surface Kinetic Model：SKM)之类的蚀刻轮廓模型通过计算产生蚀刻参数。这种模型在下面以及在2015年12月17日提交的美国专利申请No.14/972,969(代理人案卷No.LAMRP216)中描述，其全部内容通过引用并入本文。当使用SKM或其他蚀刻轮廓模型来生成蚀刻几何参数值时，可以使用诸如严格耦合波分析(Rigorous Coupled Wave Analysis：RCWA)方法或类似技术之类的光学建模例程来对从几何形状产生的光学参数建模或预测。
RCWA仅仅是一种可用于描述来自周期性结构(例如光栅)或透射通过这种光栅的反射(衍射、散射)的辐射的特性的方法。RCWA主要由Moharam和Gaylord开发并在科学文献中描述。参见例如M.G.Maharam和T.K.Gaylord的“Rigorous coupled-wave analysis ofplanar-grating diffraction”J.Opt Soc of America，Vol.71,Issue 7,pp.811-818(1981)。RCWA计算各种衍射级(零级和更高级)的强度和偏振特性。可以提供结果的其他光学建模方法包括但不限于C方法、模态方法(Modal method)、瑞利近似(Rayleighapproximation)、EFIE(电场积分方程)和Cf-FFT(共轭梯度-快速傅里叶变换)。
严格耦合波分析(RCWA)是计算电磁学中的半分析方法，通常用于解决周期性介电结构的散射。它是一种傅里叶空间法，因此器件和场表示为空间谐波的和。该方法基于Floquet定理，周期微分方程的解可以用Floquet函数(或有时称为块波(Block wave)，特别是在固态物理学中)来扩展。器件被分成在z方向上各自均匀的层。对于具有诸如沿z方向分级的介电常数的性质的弯曲器件需要阶梯近似。计算每层中的电磁模式并通过层分析传播。通过使用诸如散射矩阵之类的技术来匹配层之间的每个界面处的边界条件来解决总体问题。为了解决在周期性介质中由入射平面波的波矢决定的电磁模式，麦克斯韦方程(以偏微分形式)以及边界条件通过Floquet函数扩展并变成无穷大代数方程。随着更高阶Floquet函数的切断，根据需要的精度和收敛速度，无限大的代数方程变为有限的并且因此可由计算机解决。
根据训练集，可以生成回归模型、神经网络或用于使光信号与蚀刻几何结构相关联的其他适当模型。在一个示例中，使用偏最小二乘法以根据训练集数据产生回归模型。所得到的模型提供多个波长轨迹随时间推移的线性组合，以计算所研究的蚀刻几何特征。例如，模型的形式可以表示为：
其中lambai是在所选波长下的反射率或其他光学参数，bt和ai分别是随时间和波长而变化的系数。
在多种实施方式中，使用用于识别光信号的有限范围的波长或其他特性的选择过程来生成模型，以识别作为所研究的几何参数的强函数和一个或多个其他潜在模糊的几何参数的弱函数的数据。例如，该工艺将识别对蚀刻深度的变化敏感但对关键尺寸的变化相对不敏感的反射率数据的波长。
选择光信号值的范围可以通过诸如主成分分析(PCA)或偏最小二乘(PLS)的各种技术来实现。PCA可以用作数据压缩方法，其可以用于排除不包含从成组的晶片或从成组的SKM模型模拟收集的数据集中的显著变化的波长。PLS可以与PCA结合使用，其中从PCA模型获得的主成分可以用作PLS模型的X块数据，并且可以研究与Y块数据(几何变量)的相关性以选择适当的波长集。替代地，PLS可以自身用于将原始反射率数据关联为X块和Y块中的几何变量。
在替代方法中，使用通过宽范围的光学参数检查表面动力学模型或其他精确蚀刻轮廓模型的结果来缩小光学参数范围的选择。例如，使用诸如表面动力学模型之类的蚀刻轮廓模型来识别给定蚀刻工艺的预期蚀刻几何值，并且这些蚀刻几何尺寸被用作人工和/或计算变化的起点，并且根据它们的变化来识别光学参数范围，其由于所研究的目标几何参数的变化而产生光信号的相对大的变化和/或由于一个或多个非目标几何参数的变化而产生的光信号的相对小的变化。因此，可以改变不同的几何参数并且识别作为一个几何参数的变化(而不是其他几何参数的变化)的函数强烈变化的一个或多个波长范围或其他光学参数。这可以通过针对大范围波长的所有参数计算dR/dGeometricParameter的灵敏度矩阵并且基于期望的目标灵敏度(例如，对深度敏感但对CD变化不敏感的波长)向下选择子集来执行。
图4示出了根据某些实施方式的用于生成模型的方法的流程图。如所描述的流程所示，工艺开始于框403，其中模型生成系统接收将被建模作为使用一个或多个光学计量工具产生的光信号的函数的目标几何参数。几何参数可以是上面标识的那些中的任何一个，例如，衬底中的蚀刻特征的深度。当然，这种参数的选择根据控制蚀刻工艺和相关半导体器件制造工艺的组织的需要来操控。
从数据点的训练集生成模型，每个数据点提供目标几何参数值(例如，蚀刻深度)和响应于几何参数值产生的一个或多个光信号值的组合。换句话说，训练集的每个成员包括与特征相关联的几何值和从特定特征产生的相关联的光信号。在一些实现方案中，训练集成员可以包括给定特征(例如，蚀刻深度和关键尺寸)的多个参数值。
为了生成模型，训练集必须如工艺框405所示通过实验或通过计算准备。在某些实施方式中，工艺采用至少约50个成员、或至少约100个成员、或至少约200个成员、或至少约500个成员的训练集。训练集成员被共同用于发展目标几何参数和从这种几何参数产生的光信号之间的关系。
替代地，在多个时间步长上产生一组轮廓的单次运行(实验或计算)可以用作模拟实验设计(DOE)的中心点以构建模型。在这种方法中，通过以DOE方式改变几何变量来对轮廓应用一系列修改，以试图捕获单个几何变量及其交叉项对光学反射率的影响。每个修改的轮廓通过光学模型(例如，RCWA)计算以获得相应的光学反射率。所得到的一组光学反射率和几何变量可以在PCA和/或PLS中使用以向下选择与期望的几何变量最佳相关的波长范围。
在某些实施方式中，在使用训练集来生成模型之前，该方法识别与目标几何参数强相关并且与非目标几何参数弱相关的光信号值的子集。参见工艺流程中描绘的可选步骤407。如上所述，缩窄所考虑的光信号的范围可以具有各种益处，诸如通过例如消耗相对少的计算资源来提供目标几何参数的更可靠的确定和/或更快地这样做。
假设光信号值的范围变窄，如框407所示，则该工艺然后可选地对训练集进行过滤以去除所识别的光信号值范围之外的数据。参见框409。在另一种方法中，模型生成处理简单地为训练集生成附加数据点，其中这些附加数据点具有在操作407中所识别的范围内的光信号值。
不管是否执行可选步骤407和409，该工艺最终使用训练集来生成将目标几何参数值与光信号值相关联的模型，如在411的工艺框中所指示的。可以使用用于生成模型的各种技术，例如上文所述的那些技术，包括神经网络和包括偏最小二乘的回归技术。
包括表面动力学模型的蚀刻轮廓模型
如上所述，将蚀刻几何值与物理和/或化学蚀刻条件相关联的蚀刻轮廓模型可用于各种目的，包括生成数据以产生用于蚀刻器的原位计量系统中的模型。在蚀刻轮廓模型的背景中，蚀刻轮廓涉及成组的一个或多个几何坐标的任何成组的值，几何坐标可用于表征半导体衬底上的蚀刻特征的形状。在简单的情况下，蚀刻轮廓可被近似为相对于特征的基部在半腰(特征的基部(或底部)与特征在衬底的表面上的顶部开口之间的中点)处所确定的特征的宽度，如通过该特征通过2维竖直横截面切片所观察到的。在更复杂的示例中，蚀刻轮廓可以是通过相同的2维竖直横截面切片所观察到的在特征的基部上方的不同高度处所确定的一系列特征宽度。
如上所述，这种宽度可以被称为“关键尺寸”，并且距离特征的基部的高度可以被称为所提及的关键尺寸的高度或z-坐标。所述蚀刻轮廓可以以其他几何基准表示，例如通过来自共同起点的向量组或诸如梯形或三角形之类的叠层(stack)形状或成组的限定典型的蚀刻轮廓的特征形状参数(例如弓形、直的或锥形的侧壁，圆形底部，小平面等)组表示。
以这种方式，一系列几何坐标(例如，不同高度处的特征宽度)映射出特征轮廓的离散描绘。注意，存在许多方式来表达代表不同高度处的特征宽度的一系列坐标。例如，每个坐标可以具有表示与某些基线特征宽度(例如平均特征宽度或竖直平均特征宽度)的相对偏差(a fractional deviation)的值，或者每个坐标可以表示相对于竖直相邻坐标等的变化。在任何情况下，根据上下文和用法，被称为“宽度”或“关键尺寸”的任何情形和通常用于被用来表示蚀刻轮廓的成组的轮廓坐标的方案将是清楚的。构思是，使用成组的坐标表示特征的蚀刻轮廓的形状。还应注意，一系列几何坐标也可以用于描述特征的蚀刻轮廓的完整3维形状或其他几何特征，例如衬底表面上的蚀刻圆柱体或沟槽的形状。因此，在一些实施方式中，蚀刻轮廓模型可以提供被建模的特征的完整3-D蚀刻形状。
蚀刻轮廓模型根据表征基础的物理和化学蚀刻工艺和反应机制的成组的输入蚀刻反应参数(自变量)来计算蚀刻轮廓。这些工艺被建模为与表示被蚀刻的特征及其周围的网格中的时间和位置的函数。输入参数的示例包括等离子体参数，例如离子通量和化学反应参数，例如将发生特定化学反应的概率。这些参数(并且具体地，在一些实施方式中，等离子体参数)可以从各种源获得，包括从其他模型获得，所述其他模型根据通用反应器配置和例如压力、衬底温度、等离子体源参数(例如提供给等离子体源的功率、频率、占空比)、反应物及其流率等工艺条件来计算这些参数。在一些实施方式中，这种模型是蚀刻轮廓模型的一部分。
如所解释的，蚀刻轮廓模型将反应参数作为自变量并且产生作为响应变量的蚀刻轮廓。换言之，成组的自变量是用作模型的输入的物理/化学工艺参数，并且响应变量是由模型计算得到的蚀刻轮廓特征。蚀刻轮廓模型采用反应参数和蚀刻轮廓之间的一个或多个关系。所述关系可以包括例如以限定的方式应用于自变量以生成与蚀刻轮廓相关的响应变量的系数、加权和/或其他模型参数(以及反应参数和/或其他模型参数的线性函数、二阶和更高阶多项式函数等)。这样的加权、系数等可以表示上述反应参数中的一个或多个。
一些蚀刻轮廓模型采用可以被表征为基本的反应机械参数的自变量，并且该自变量可以被视为基础化学和物理过程的基础，因此实验工艺工程师通常不对这些量进行控制。在蚀刻轮廓模型中，这些变量在网格的每个位置处并且在由定义的时间步长分隔开的多个时间被应用。在一些实施方案中，网格分辨率可以在约几埃和约微米级之间变化。在一些实施方案中，时间步长可以在大约1e-15秒和1e-10秒之间变化。在某些实施方式中，模型使用两种类型的机械自变量：(1)局部等离子体参数，和(2)局部化学反应参数。这些参数就它们可以随着位置的变化而变化(在某些情况下归因于网格的分辨率)而言是“局部的”。等离子体参数的实例包括局部等离子体性质，诸如例如离子、自由基、光子、电子、激发物质、沉积物物质等粒子的通量和能量及其能量和角度分布等。化学和物理化学反应参数的实例包括速率常数(例如，特定化学反应将在特定时间发生的概率)、粘着系数、蚀刻的能量阈值、基准能量、定义溅射产量的能量指数、角屈服函数(angular yield functions)及其参数等。此外，参数化的化学反应包括其中反应物包括被蚀刻的材料和蚀刻剂的反应。应当理解，除了直接蚀刻衬底的反应之外，化学反应参数还可以包括各种类型的反应。这种反应的实例包括副反应，该副反应包括寄生反应、沉积反应、副产物的反应等。这些反应中的任何一种都可能影响整体的蚀刻速率。还应当理解，除了上述等离子体和化学反应输入参数之外，模型还可能需要其他输入参数。这种其他参数的实例包括反应位点处的温度，分压或反应物等。在一些情况下，这些和/或其他非机械参数可以输入到输出一些机械参数的模块中。
在一些实施方式中，自变量的值从各种来源获得，例如从文献获得，通过其他计算模块或模型计算获得等。在一些实施方式中，可以通过使用模型(诸如对于等离子体参数的情况，由蚀刻室等离子体模型)来确定自变量，例如等离子体参数。这样的模型可以根据工艺工程师已经(例如，通过旋转旋钮)控制的各种工艺参数来计算可应用的输入蚀刻轮廓模型参数，所述工艺参数如室环境参数，例如压力、流率、等离子体功率、晶片温度、ICP线圈电流、偏置电压/功率、脉冲频率、脉冲占空比等。
当运行蚀刻轮廓模型时，一些自变量可以被设置为用于执行实验的已知或期望的参数值。例如，等离子体参数可以在建模域中的位置处固定为已知或期望值。其他自变量是被调节的那些。例如，化学反应参数可以是经调节的。因此，在对应于给定的测得的实验蚀刻轮廓的一系列运行中，改变模型参数以阐明如何选择这些参数的值以最佳地优化模型。在其他实施方式中，等离子体和化学反应参数是提前知道的。
蚀刻轮廓模型可以采取许多不同形式中的任何一种。最终，它们提供自变量和因(响应)变量之间的关系。该关系可以是线性的或非线性的。通常，蚀刻轮廓模型是本技术领域中称为基于单元的蒙特卡罗表面反应模型(a cell-based Monte Carlo surfacereaction model)。这些模型以其各种形式操作以在半导体晶片制造的背景下随时间推移模拟晶片特征的拓扑演变。模型对晶片上的任意径向位置发射具有由等离子体模型或实验诊断产生的具有能量和角分布的伪粒子。伪粒子被统计地加权以表示自由基和离子朝向表面的通量。模型寻址导致在表面上的蚀刻、溅射、混合和沉积的各种表面反应机理，以预测轮廓演变。在蒙特卡罗积分期间，在晶片特征内跟踪各种离子和中性伪粒子的轨迹，直到它们反应或离开计算域。蚀刻轮廓模型可以是能够预测各种材料上的蚀刻、剥离、原子层蚀刻、电离金属物理气相沉积和等离子体增强化学气相沉积的特征。在一些实施方式中，蚀刻轮廓模型利用两维或三维的直线网格，网格具有足够精细的分辨率以充分地对晶片特征的尺寸进行寻址/建模(尽管在原理上，网格(无论是2D还是3D)也可以利用非直线坐标)。网格可以被视为两维或三维网格点阵列。它还可以被视为表示与每个网格点相关联(以其为中心)的2D的局部区域或3D的体积的单元阵列。网格内的每个单元可以表示不同的固体材料或材料的混合物。选择2D网格还是3D网格作为建模的基础，可以根据被建模的晶片特征的类别/类型而定。例如，2D网格可用于长沟槽特征(例如，在多晶硅衬底中)的建模，在假设沟槽的端部的几何形状与沿着沟槽的远离其端部的长度的大部分发生的反应过程不太相关的情况下，2D网格描绘横截面形状(即，为了该横截面2D模型的目的，假设沟槽是无限的，再次，对于远离其端部的沟槽特征，是合理的假设)。另一方面，使用3D网格来对圆形通孔特征(硅通孔(TSV))建模是合适的(因为特征的x、y水平尺寸彼此相同)。
网格间距可以在亚纳米(例如，1埃)至几微米(例如，10微米)的范围内。通常，给每个网格单元分配材料身份，例如光致抗蚀剂、多晶硅、等离子体(例如，在未被特征占据的空间区域中)，其可以在轮廓演变期间改变。固相物质由计算单元的身份表示；气相物质由计算伪粒子表示。以这种方式，网格提供晶片特征和周围气体环境(例如，等离子体)的合理详细的表示(例如，用于计算目的)，因为晶片特征的几何形状/拓扑随着时间在反应蚀刻工艺中演变。
为了训练和优化在前面部分中呈现的蚀刻轮廓模型，可以执行各种实验以便像实验允许的那样精确地确定由在各种工艺条件下执行的实际蚀刻工艺产生的实际蚀刻轮廓，各种工艺条件由各种成组的蚀刻工艺参数指定。因此，例如，指定成组的蚀刻工艺参数(例如蚀刻剂流率、等离子体功率、温度、压力等)的第一成组的值，相应地设置蚀刻室装置，使蚀刻剂流入室，激励等离子体等，并且继续蚀刻第一半导体衬底以产生第一蚀刻轮廓。然后，为相同的成组的蚀刻工艺参数指定第二成组的值，蚀刻第二衬底以产生第二蚀刻轮廓，等等。
工艺参数的各种组合可以用于呈现广泛或集中的工艺空间，以适当地训练蚀刻轮廓模型。然后使用相同的工艺参数组合来计算给蚀刻轮廓模型的(独立的)输入参数(例如机械参数)，以提供可与实验结果进行比较的蚀刻轮廓输出(响应变量)。因为实验可能是昂贵的和耗时的，所以可以采用技术来设计实验，以减少提供用于优化蚀刻轮廓模型的鲁棒训练集所需要进行的实验的数量。为此目的可以采用诸如实验设计(DOE)的技术。通常，这样的技术确定在各种实验中使用哪些成组的工艺参数。它们通过考虑工艺参数之间的统计相互作用、随机化等选择工艺参数的组合。举例而言，DOE可以确定覆盖围绕已经完成的工艺的中心点的有限范围的参数的少量实验。
通常，研究者将在模型优化程序的早期进行所有实验，并且在优化例程迭代中仅使用这些实验，直到收敛。或者，实验设计者可以进行一些实验以用于早期的优化迭代，并且随后随着优化进展而进行另外的实验。优化程序可以向实验设计者通知要评估的特定参数，并且因此要为稍后的迭代运行特定的实验。
一个或多个原位或离线计量学工具可以用于测量由这些实验蚀刻工艺操作产生的实验蚀刻轮廓。在蚀刻工艺结束时，在蚀刻工艺期间或在蚀刻工艺期间的一个或多个时间进行测量。当在蚀刻工艺结束时进行测量时，测量方法可能是破坏性的，当在蚀刻工艺期间的间隔进行测量时，测量方法通常是非破坏性的(因此不会破坏蚀刻)。适当的计量技术的实例包括但不限于LSR、OCD和横截面SEM。注意，计量学工具可以直接测量特征的轮廓，例如在SEM的情况下(其中实验基本上使特征的蚀刻轮廓成像)，或者其可以间接确定特征的蚀刻轮廓，例如在OCD测量的情况下(其中进行一些后处理以根据实际测得的数据倒转时间读出(back-out)特征的蚀刻轮廓)。
在任何情况下，蚀刻实验和计量学程序的结果是成组的测得的蚀刻轮廓，每个轮廓通常包括一系列坐标的一系列值或表示如上所述的特征轮廓的形状的成组的网格值。然后，蚀刻轮廓可以用作训练、优化和改进如下所述的计算机化蚀刻轮廓模型的输入。
计算机化蚀刻轮廓模型的应用
在某些实施方式中，蚀刻轮廓模型可以与蚀刻器装置集成或者集成到部署一个或多个蚀刻器装置的半导体制造设施的基础结构中。蚀刻轮廓模型可以用于确定对工艺参数的适当调整以提供期望的蚀刻轮廓或者理解工艺参数的变化对蚀刻轮廓的影响。因此，例如，用于在制造设施内处理半导体衬底的系统可以包括用于蚀刻半导体衬底的蚀刻器装置，蚀刻器装置的操作通过由实现蚀刻轮廓模型的控制器控制的成组的独立输入参数来调节。如下所述，用于控制蚀刻器装置的操作的合适的控制器通常包括处理器和存储器，存储器存储蚀刻轮廓模型，并且处理器使用存储的蚀刻轮廓模型来针对成组的输入工艺参数的给定的成组的值计算蚀刻特征轮廓。在计算轮廓之后，在一些实施方式中，控制器可以(响应于所计算的轮廓的形状)通过改变该成组的独立输入参数的一个或多个值来调整蚀刻器装置的操作。
通常，可以与所公开的蚀刻轮廓模型一起使用的蚀刻器装置可以是适于通过从半导体衬底的表面移除材料来蚀刻半导体衬底的任何种类的半导体处理装置。在一些实施方式中，蚀刻器装置可以构成电感耦合等离子体(ICP)反应器；在一些实施方式中，其可以构成电容耦合等离子体(CCP)反应器。因此，用于与这些公开的蚀刻轮廓模型一起使用的蚀刻器装置可以具有处理室、用于在处理室内保持衬底的衬底保持器、以及用于产生处理室内的等离子体的等离子体产生器。该装置可以进一步包括一个或多个阀控制的用于使一种或多种工艺气体流入处理室的工艺气体入口、流体连接到用于从处理室排出气体的一个或多个真空泵的一个或多个气体出口等等。以下提供关于蚀刻器装置(通常也称为蚀刻反应器或等离子体蚀刻反应器等)的细节。
用于蚀刻操作的电容耦合等离子体(CCP)反应器
电容耦合等离子体(CCP)反应器在以下专利中有描述：于2009年2月9日提交的、名称为“ADJUSTABLE GAP CAPACITIVELY COUPLED RF PLASMA REACTOR INCLUDING LATERALBELLOWS AND NON-CONTACT PARTICLE SEAL,”的美国专利No.8,552,334，即美国专利申请No.12/367,754，以及2014年11月12日提交的名称为“ADJUSTMENT OF VUV EMISSION OF APLASMA VIA COLLISIONAL RESONANT ENERGY TRANSFER TO AN ENERGY ABSORBER GAS,”的美国专利申请14/539,121，其每一个通过引用整体并入本发明以用于所有目的。在某些实施方式中，电容耦合反应器使用用于终点检测或其它控制或监控操作的蚀刻几何模型来执行衬底蚀刻。
例如，图5A-5C示出了可调节间隙电容耦合约束的RF等离子体反应器500的实施方式。如所描绘的，真空处理室502包括室壳体504，室壳体504围绕容纳下电极506的内部空间。在室502的上部，上电极508与下电极506竖直隔开。上电极508和下电极506(被配置用于产生等离子体)的平坦表面基本平行并与电极间的竖直方向正交。在某些实施方式中，上电极508和下电极506是圆形的，并且相对于竖直轴线同轴。上电极508的下表面朝向下电极506的上表面。相对电极间隔开的表面限定其间存在的可调节间隙510。在产生等离子体期间，下电极506由RF功率源(匹配)520供给RF功率。RF功率通过RF供应导管522、RF带524和RF功率构件526被供给到下电极506。接地屏蔽件536可以围绕RF功率构件526，以供应更均匀的RF场到下电极506。如在美国专利公布No.2008/0171444(其全部内容通过引用并入本发明以用于所有目的)中描述的，晶片通过晶片端口582插入并支撑在在下电极506上的间隙510中以供处理，工艺气体被供给到间隙510并由RF功率激发成等离子体状态。上电极508可被供电或接地。
在图5A-图5C中所示的实施方式中，下电极506被支撑在下电极支撑板516上。插在下电极506和下电极支撑板516之间的绝缘环514使下电极506与支撑板516绝缘。RF偏置壳体530将下电极506支撑在RF偏置壳体盆532上。盆532穿过在室壁板518中的开口通过RF偏置壳体530的臂534连接到导管支撑板538。在优选实施方式中，RF偏置壳体盆532和RF偏置壳体臂534一体地形成为一个部件，但是，臂534和盆532也可以是栓接或接合在一起的两个分离的部件。
RF偏置壳体臂534包括一个或多个中空通路以用于传递RF功率和设施，诸如气体冷却剂、液体冷却剂、RF能量、用于升降销控制的电缆、电气监控和启动从真空室502外到真空室502内在下电极506的背面上的空间的信号。RF供应导管522与RF偏置壳体臂534绝缘，该RF偏置壳体臂534提供用于RF功率到RF功率源520的返回路径。设施管道540提供用于设施组件的通道。该设施组件的进一步的细节在美国专利No.5,948,704和美国专利公布No.2008/0171444(两者的全部内容通过引用并入本发明以用于所有目的)中描述，并且为了描述的简单这里未示出。间隙510优选地由约束环组件(未示出)包围，其中的细节可以在美国专利公布No.2007/0284045(其全部内容通过引用并入本发明以用于所有目的)中找到。
导管支撑板538被连接到致动机构542。致动机构的细节在美国专利公布No.2008/0171444(其全部内容通过引用并入本发明以用于所有目的)中有描述。致动机构542，例如伺服机械电机、步进电机或类似物，通过例如螺旋齿轮546(如滚珠丝杠)和用于转动滚珠丝杠的马达连接到竖直线性轴承544。在调整间隙510的大小的操作过程中，致动机构542沿着竖直线性轴承544行进。图5A示出了当致动机构542在线性轴承544上处于产生小的间隙510a的高的位置时的布置。图5B示出了当致动机构542处于在线性轴承544上中间的位置时的布置。如图所示，下电极506、RF偏置壳体530、导管支撑板538、RF功率源520均相对于室壳体504和上电极508向下移动，从而产生中等大小的间隙510b。
图5C示出了当驱动机构542处于在线性轴承上的低的位置时的大的间隙510c。优选地，上电极508和下电极506在间隙调整期间保持同轴并且跨越间隙的上电极和下电极的相对表面保持平行。
例如，为了保持跨越大直径衬底(例如300毫米晶片或平板显示器)的均匀蚀刻，本实施方式使得在多步骤蚀刻工艺配方期间在CCP室502中上电极508和下电极506之间的间隙510能进行调节。特别地，该实施方式涉及一种机械装置，该机械装置促进提供下电极506和上电极508之间可调的间隙所需的直线运动。
图5A示出了在导管支撑板538的近端并在室壁板518的阶梯式凸缘528的远端密封的横向偏转的波纹管550。阶梯式凸缘的内径限定室壁板518中的开口512，RF偏置壳体臂534通过开口512。横向偏转的波纹管550提供真空密封，同时允许RF偏置壳体530、导管支撑板538和致动机构542的竖直移动。RF偏置壳体530、导管支撑板538和致动机构542可以被称为悬臂组件。优选地，RF功率源520与该悬臂组件一起移动并可以连接到导管支撑板538。图5B示出了当悬臂组件在中间位置时处于中间位置的波纹管550。图5C示出了当悬臂组件处于低的位置时横向偏转的波纹管550。
迷宫式密封件548提供了波纹管550和等离子体处理室壳体504的内部之间的颗粒屏障。固定屏蔽件556在室壁板518处不可移动地连接到室壳体504的内壁内，以便提供迷宫式槽560(狭缝)，其中可移动屏蔽板558竖直移动，以适应悬臂组件的竖直移动。可移动屏蔽板558的外部在下电极506的所有竖直位置保持在狭缝中。
在示出的实施方式中，迷宫式密封件548包括在限定迷宫式槽560的室壁板518的开口512的外围连接到室壁板518的内表面上的固定屏蔽件556。可移动屏蔽板558连接RF偏置壳体臂534并从该RF偏置壳体臂534径向延伸，其中臂534穿过该室壁板518中的开口512。可移动屏蔽板558延伸进入迷宫式槽560，同时与固定屏蔽件556间隔开第一间隙，并与室壁板518的内表面间隔开第二间隙，从而使得悬臂组件能竖直移动。迷宫式密封件548阻止从波纹管550剥落的颗粒进入真空室内部，并阻挡来自工艺气体等离子体的自由基迁移到波纹管550，在波纹管550中自由基可以形成随后剥落的沉积物。
图5A示出了当悬臂组件处于高位置(小的间隙510a)时在RF偏置壳体臂534上方的迷宫式槽560中较高的位置处的可移动屏蔽板558。图5C示出了当悬臂组件处于低位置(大的间隙510c)时在RF偏置壳体臂534上方的迷宫式槽560中较低位置处的可移动屏蔽板558。图5B示出了当悬臂组件处于中间位置(中等的间隙510b)时在迷宫式槽560内中部或中间位置处的可移动屏蔽板558。尽管迷宫式密封件548被示出为相对于RF偏置壳体臂534是对称的，但在其他实施方式中迷宫式密封件548相对于RF偏置壳体臂534可以是不对称的。
在蚀刻操作中使用的电感耦合等离子体反应器
电感耦合等离子体(ICP)反应器在以下文献中有描述：2013年12月10日提交的、名称为“IMAGE REVERSAL WITH AHM GAP FILL FOR MULTIPLE PATTERNING,”的美国专利公布No.2014/0170853，以及2014年11月12日提交的、名称为“ADJUSTMENT OF VUV EMISSION OFA PLASMA VIA COLLISIONAL RESONANT ENERGY TRANSFER TO AN ENERGY ABSORBER GAS,”的美国专利申请No.14/539,121，其每一个通过引用整体并入本发明以用于所有目的。
例如，图6示意性地示出了适于实施本发明的某些实施方式的电感耦合等离子体蚀刻装置600的横截面图，其示例是Kiyo TM反应器，由加利福尼亚州弗里蒙特的LamResearchCorp.生产。所述电感耦合等离子体蚀刻装置600包括在结构上由室壁601和窗611限定的总蚀刻室。室壁601可以由不锈钢或铝制成。窗611可以由石英或其他介电材料制成。任选的内部等离子体栅格650将总蚀刻室分为上副室602和下副室603。在大多数实施方式中，等离子体栅格650可以被移除，从而利用由副室602和603制成的室空间。卡盘617定位在下副室603中在底部内表面附近。卡盘617被配置成接收和保持在其上执行蚀刻工艺的半导体晶片619。卡盘617可以是当晶片619存在时用于支撑晶片619的静电卡盘。在一些实施方式中，边缘环(未示出)围绕卡盘617，并具有大致与晶片619(当晶片存在于卡盘617上方时)的顶表面在同一平面的上表面。卡盘617还包括用于夹紧和放松晶片的静电电极。可设置过滤器和DC钳位功率源(未示出)用于此目的。也可以提供其他的控制系统以用于提升晶片619使其离开卡盘617。卡盘617可以用RF功率源623充电。RF功率源623通过连接件627被连接到匹配电路621。匹配电路621通过连接件625连接到卡盘617。以这种方式，RF功率源623被连接到卡盘617上。
用于等离子体产生的元件包括位于窗611上方的线圈633。线圈633由导电材料制成，并包括至少一整匝。在图6中所示的线圈633的示例包括三匝。线圈633的横截面用符号示出，并且具有“X”的线圈633旋转地延伸到页面内，而具有“●”的线圈633从页面旋转地延伸出来。用于等离子体产生的元件还包括被配置为提供RF功率至线圈633的RF功率源641。一般地，RF功率源641通过连接件645被连接到匹配电路639。匹配电路639通过连接件643连接到线圈633。以这种方式，RF功率源641被连接到线圈633。可选的法拉第屏蔽件649被定位在线圈633和窗611之间。法拉第屏蔽件649以相对于线圈633隔开的关系被保持。法拉第屏蔽件649被设置在窗611的正上方。线圈633、法拉第屏蔽件649和窗611各自被配置为基本上彼此平行。法拉第屏蔽件可以防止金属或其他物质沉积在等离子体室的介电窗上。
工艺气体(例如氦气、氖气、蚀刻剂等)可以通过位于上室的一个或更多个主气流入口660和/或通过一个或更多个侧气流入口670流入处理室。同样，虽然未明确示出，但是类似的气流入口可用于向如6A-6C所示的电容耦合等离子体处理室供应工艺气体。真空泵，例如，一级或两级干式机械泵和/或涡轮分子泵640，可用于将工艺气体从处理室624抽出并维持处理室600内的压力。阀控制的导管可用于使真空泵流体连接在处理室上，以便选择性地控制由真空泵提供的真空环境的应用。在操作的等离子体处理过程中，这可以使用封闭环控制的流量限制装置例如节流阀(未示出)或钟摆阀(未示出)进行。同样，也可以使用图5A-5C中的受控地流体连接在电容耦合等离子体处理室上的真空泵和阀。
在装置的操作过程中，一种或多种工艺气体可通过气体流入口660和/或670供给。在某些实施方式中，工艺气体可以仅通过主气体流入口660供给，或者仅通过侧气体流入口670供给。在一些情况下，在图中所示的气体流入口可以由较复杂的气体流入口替代，例如，由一个或多个喷头替代。法拉第屏蔽件649和/或任选的栅格650可以包括使工艺气体能输送至室的内部通道和孔。法拉第屏蔽件649和任选的栅格650中的一者或两者可以作为用于输送工艺气体的喷头。
射频功率从RF功率源641供给到线圈633以使RF电流流过线圈633。流过线圈633的RF电流产生围绕线圈633的电磁场。电磁场产生在上副室602内的感应电流。所生成的各种离子和自由基与晶片619的物理和化学相互作用选择性地蚀刻晶片上的特征。
如果使用等离子体栅格使得存在上副室602和下副室603二者，则感应电流作用于存在于上副室602中的气体上以在上副室602中产生电子-离子等离子体。任选的内部等离子体栅格650限制下副室603中的热电子的量。在一些实施方式中，设计和操作所述装置使得存在于下副室603中的等离子体是离子-离子等离子体。
上部的电子-离子等离子体和下部的离子-离子等离子体二者都可包含阳离子和阴离子，尽管离子-离子等离子体将具有更大的阴离子:阳离子的比率。挥发性的蚀刻的副产物可通过端口622从下副室603去除。
本发明所公开的卡盘617可在约10℃至约250℃之间的范围内的升高的温度下操作。该温度将取决于蚀刻工艺操作和具体配方。在一些实施方式中，室601还可在介于约1毫托和约95毫托之间的范围内的压强下操作。在某些实施方式中，压强可以是较高的，如上所公开的。
室601可以在安装于洁净室或制造厂中时耦合在设施(未示出)上。设施包括管道，管道提供处理气体、真空、温度控制和环境微粒控制。这些设施当安装在目标制造厂时耦合在室601上。此外，室601可耦合在传送室上，从而允许使用典型的自动化由机械手进出室601传送半导体晶片。
图6还示出了系统控制器650。如下文进一步描述的，这样的系统控制器650可以控制蚀刻器装置(不限于室601)的一些或所有操作，这些操作包括响应于使用如本发明所述的蚀刻轮廓模型生成计算蚀刻几何结构(例如，特征深度或者关键尺寸)来调节蚀刻器的操作。
系统控制器
系统控制器可以用于控制在任何上述处理装置中的蚀刻操作(或其他处理操作)，上述处理装置例如图5A-5C所示的CCP蚀刻器装置，和/或图6所示的ICP蚀刻器装置。具体地，系统控制器可以实现如上所述的蚀刻几何模型，并且响应于使用蚀刻几何模型(如上所述)产生的计算蚀刻轮廓来调整蚀刻器装置的操作。
在图6中示意性地示出了与蚀刻器装置通信的系统控制器的示例。如图6所示，系统控制器650包括一个或多个存储器设备656、一个或多个大容量存储设备654和一个或多个处理器652。处理器652可以包括一个或多个CPU、ASIC、通用计算机和/或专用计算机、一个或多个模拟和/或数字输入/输出连接件、一个或多个步进马达控制器板等。
在一些实施方式中，系统控制器(图6中的650)控制处理工具(图6中的蚀刻器装置600)的包括其单个处理站的操作在内的操作中的一些或全部。可以提供机器可读系统控制指令658以实施/执行本发明所述的膜沉积和/或蚀刻工艺。指令可以在可耦合到系统控制器和/或由系统控制器读取的机器可读的非暂时性介质上提供。指令可以在处理器652上执行，在一些实施方式中，系统控制指令被从大容量存储设备654加载到存储器设备656中。系统控制指令可以包括指令，所述指令用于控制时序，气体和液体反应物的混合，室和/或站压力，室和/或站温度，晶片温度，目标功率电平，RF功率电平(例如，DC功率水平，RF偏置功率电平)，RF暴露时间，衬底基座，卡盘和/或感受器位置，以及由处理工具执行的特定处理的其他参数。
半导体衬底处理操作可以采用各种类型的工艺，这些工艺包括但不限于与在衬底上的膜蚀刻(包括涉及表面吸附的蚀刻剂的等离子体活化的原子层蚀刻(ALE)操作，参见，2014年11月12日提交的名称为“ADJUSTMENT OF VUV EMISSION OF A PLASMA VIACOLLISIONAL RESONANT ENERGY TRANSFER TO AN ENERGY ABSORBER GAS”的美国专利申请No.14/539,121，其通过引用整体并入本发明以用于所有目的)相关的工艺、沉积工艺(例如原子层沉积(ALD)，其通过等离子体活化表面吸附膜前体进行)、以及其他类型的衬底处理操作。
因此，例如，关于用于执行基于等离子体的蚀刻工艺的处理装置，由系统控制器执行的机器可读指令可以包括用于从优化的蚀刻轮廓模型生成计算的蚀刻轮廓，以及响应于计算的蚀刻轮廓调整等离子体产生器的操作。
系统控制指令658可以以任何合适的方式进行配置。例如，各种处理工具组件子程序或控制对象可以被写入以控制执行各种处理工具的进程所需要的处理工具组件的操作。系统控制指令可以以任何合适的计算机可读编程语言进行编码。在一些实施方式中，系统控制指令在软件中实现，在其他实施方式中，指令可在硬件中实现，例如，作为逻辑被硬编码在ASIC(专用集成电路)中，或者，在其他实施方式中，作为软件和硬件的组合实现。
在一些实施方式中，系统控制软件658可包括用于控制上述各种参数的输入/输出控制(IOC)测序指令。例如，一个或者多个沉积和/或蚀刻处理的每个阶段可以包括用于由系统控制器执行的一个或多个指令。用于设置膜沉积处理阶段和/或蚀刻处理阶段的处理条件的指令例如可以包括在相应的沉积配方阶段和/或蚀刻配方阶段中。在一些实施方式中，配方阶段可按顺序设置，以便处理阶段的所有指令与该处理阶段同时执行。
在一些实施方式中，可以采用存储在与系统控制器650相关联的大容量存储设备654和/或存储器设备656上的其他计算机可读指令和/或程序。程序或程序段的示例包括衬底定位程序、工艺气体控制程序、压强控制程序、加热器控制程序以及等离子体控制程序。
衬底定位程序可以包括用于处理工具组件的指令，该处理工具组件用于将衬底加载到基座上并控制衬底和处理工具的其他部件之间的间隔。该定位程序可以包括用于根据需要适当地移动衬底进出反应室以在衬底上沉积和/或蚀刻膜的指令。
工艺气体控制程序可包括用于控制气体组成和流率的指令和任选地用于使气体在沉积和/或蚀刻之前流到围绕一个或多个处理站的体积中以稳定在这些体积中的压强的指令。在一些实施方式中，工艺气体控制程序可以包括用于在衬底上沉积和/或蚀刻操作期间引入某些气体到围绕在处理室中的一个或多个处理站的体积内的指令。工艺气体控制程序还可以包括以相同速率在相同的期间、或者以不同的速率和/或在不同的期间输送这些气体的指令，具体取决于将被沉积的膜的组合物和/或所涉及的蚀刻工艺的特性。工艺气体控制程序还可以包括用于在加热的喷射模块中在存在氦或一些其他的载气的情况下雾化/汽化液体反应物的指令。
压强控制程序可以包括用于通过调节例如在处理站的排放系统中的节流阀、流入处理站内的气流等等来控制处理站内的压强的指令。压强控制程序可以包括用于在衬底上沉积各种类型的膜和/或蚀刻衬底期间保持相同或不同的压强的指令。
加热器控制程序可包括用于控制流向用于加热衬底的加热单元的电流的指令。可替代地或附加地，加热器控制程序可控制传热气体(如氦)朝向衬底上的传送。加热器控制程序可包括在衬底上沉积各种类型的膜和/或蚀刻衬底期间用于在反应室和/或围绕处理站的体积内保持相同或不同的温度的指令。
等离子体控制程序可包括用于根据本发明的实施方式设置一个或多个处理站内的RF功率电平、频率和暴露次数的指令。在一些实施方式中，等离子体控制程序可以包括用于在衬底上沉积膜和/或蚀刻衬底期间使用相同或不同的RF功率电平和/或频率和/或暴露次数的指令。
在一些实施方式中，可以存在与系统控制器相关联的用户界面。用户界面可以包括显示屏、装置和/或工艺条件的图形软件显示器、以及诸如定点设备、键盘、触摸屏、麦克风等用户输入设备。
在一些实施方式中，由系统控制器调节的参数会涉及工艺条件。非限制性示例包括工艺气体组成和流率、温度(例如衬底保持器和喷头温度)、压强、等离子体条件(例如，RF偏置功率电平和暴露次数)等。这些参数可以以配方的形式提供给用户，配方可以利用所述用户界面输入。
用于监控处理的信号可以由系统控制器的模拟和/或数字输入连接件从各种处理工具传感器提供。用于控制处理的信号可以通过处理工具的模拟和/或数字输出连接件输出。可被监控的处理工具传感器的非限制性示例包括质量流量控制器(MFC)、压力传感器(例如压力计)、热电偶之类的温度传感器、等等。经适当编程的反馈和控制算法可以与来自这些传感器的数据一起使用，以保持工艺条件。
上面所描述的各种装置和方法可以与光刻图案化工具和/或工艺结合使用，例如，以用于制造或生产半导体器件、显示器、发光二极管、光伏电池板等。典型地，但不必然地，此类工具将在普通的制造设施中一起和/或同时使用，或者此类工艺将在普通的制造设施中一起和/或同时执行。
在一些实施方案中，控制器是系统的一部分，该系统的一部分可以是上述蚀刻器的一部分。这样的系统可以包括半导体处理设备，半导体处理设备包括一个或多个加工工具、一个或多个室、用于处理的一个或多个平台、和/或特定的处理部件(晶片基座、气体流动系统等)。这些系统可与电子器件集成，以便在半导体晶片或衬底的处理之前、期间或之后控制这些系统的操作。电子器件可以被称为“控制器”，其可以控制一个或多个系统的各种组件或子部分。根据处理要求和/或系统的类型，控制器可以被编程，以控制本发明所公开的工艺中的任何一些，包括控制处理气体的输送、温度的设置(例如，加热和/或冷却)、压力的设置、真空的设置、功率的设置、射频(RF)产生器的设置、RF匹配电路的设置、频率的设置，流率的设置、流体输送的设置、位置和操作的设置、晶片的进出工具和其他输送工具和/或连接到特定系统的或与特定系统接口的装载锁的传送。
从广义上讲，控制器可以被定义为接收指令、发出指令、控制操作、使能清洁操作、使能终点测量等的具有各种集成电路、逻辑、存储器、和/或软件的电子器件。该集成电路可以包括固件形式的存储程序指令的芯片、数字信号处理器(DSP)、定义为专用集成电路(ASIC)的芯片和/或执行程序指令(例如，软件)的一个或多个微处理器或微控制器。程序指令可以是与各种单个的设置(或程序文件)形式的控制器通信的指令，该设置定义在半导体晶片上或用于半导体晶片或向系统进行特定处理的操作参数。在一些实施方式中，所述操作参数可以是由工艺工程师定义的以完成晶片的一个或多个(种)层、材料、金属、氧化物、硅、二氧化硅、表面、电路和/或管芯的制造过程中的一个或多个处理步骤的配方的一部分。
在一些实施方案中，控制器可以是与系统集成、耦接或者说是通过网络连接系统或它们的组合的计算机的一部分或者与该计算机耦接。例如，控制器可以在“云端”或者是晶片厂(fab)主机系统的全部或一部分，它们可以允许远程访问晶片处理。计算机可以启用对系统的远程访问以监控制造操作的当前处理，检查过去的制造操作的历史，检查多个制造操作的趋势或性能标准，改变当前处理的参数，设置处理步骤以跟随当前的处理或者开始新的工艺。在一些示例中，远程计算机(例如，服务器)可以通过网络给系统提供工艺配方，网络可以包括本地网络或互联网。远程计算机可以包括允许输入或编程参数和/或设置的用户界面，这些输入或编程参数和/或设置然后从远程计算机传送到系统。在一些示例中，控制器接收数据形式的指令，这些指令指明在一个或多个操作期间将要执行的每个处理步骤的参数。应当理解，这些参数可以针对将要执行的工艺类型以及工具类型，控制器被配置成连接或控制该工具类型。因此，如上所述，控制器可以例如通过包括一个或多个分立的控制器而分布，这些分立的控制器通过网络连接在一起并且朝着共同的目标(例如，本发明所述的工艺和控制)工作。用于这些目的的分布式控制器的示例可以是与一个或多个远程集成电路(例如，在平台水平或作为远程计算机的一部分)通信的室内的一个或多个集成电路，它们结合以控制室内工艺。
示例的系统可以包括但不限于，等离子体蚀刻室或模块(使用感应或电容耦合等离子体)、沉积室或模块、旋转冲洗室或模块、金属电镀室或模块、清洁室或模块、倒角边缘蚀刻室或模块、物理气相沉积(PVD)室或模块、化学气相沉积(CVD)室或模块、原子层沉积(ALD)室或模块、原子层蚀刻(ALE)室或模块、离子注入室或模块、轨道室或模块、以及在半导体晶片的制备和/或制造中可以关联上或使用的任何其他的半导体处理系统。
如上所述，根据工具将要执行的一个或多个工艺步骤，控制器可以与一个或多个其他的工具电路或模块、其他工具组件、组合工具、其他工具界面、相邻的工具、邻接工具、位于整个工厂中的工具、主机、另一个控制器、或者在将晶片的容器往来于半导体制造工厂中的工具位置和/或装载口搬运的材料搬运中使用的工具通信。
其他实施方式
尽管为了促进清楚和理解的目的，在具体实施方式的背景下，已经详细描述了前述公开的技术、操作、处理、方法、系统、装置、工具、膜、化学品和组合物，但对于本领域的普通技术人员而言，显而易见的是，存在许多实施前述实施方式的落入本发明的主旨和范围内的替代方式。因此，本发明所描述的实施方式应被看作是说明本发明公开的创造性构思，而不是限制，并且不应被用作不适当地限制最终指向本发明的主题的任何权利要求的范围的不允许的基础。

Claims (10)

1.一种产生计算模型的方法，所述计算模型将由光能与在衬底上蚀刻的特征相互作用而产生的测得的光信号与在所述衬底上蚀刻的所述特征的目标几何参数的值相关联，所述方法包括：
确定使得所述测得的光信号与非目标几何参数的值相关联相比于与所述目标几何参数的值相关联较不强的范围；
提供具有有在所述范围内的所述光信号的值的成员的训练集，其中所述训练集中的每个成员包括：(i)在所述衬底中蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的值，以及(ii)从蚀刻的特征产生的具有在所述衬底中蚀刻的所述特征的所述目标几何参数的所述值的相关联的光信号；以及
从所述训练集产生所述计算模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述训练集的所述成员还包括在所述衬底中蚀刻的所述特征的非目标几何参数的值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述训练集的所述成员是通过实验获得的。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述训练集的所述成员是通过计算生成的。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述训练集的所述成员从表面动力学模型并根据光学建模例程生成。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述训练集包括至少约50个成员。
7.根据权利要求1所述的方法，其中从所述训练集产生所述计算模型包括使用神经网络或回归技术。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，蚀刻在所述衬底上的所述特征的所述目标几何参数是蚀刻深度、间距或蚀刻关键尺寸。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述光信号包括从蚀刻在所述衬底上的所述特征产生的反射率值。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，使得所述测得的光信号与非目标几何参数相关联相比于与所述目标几何参数相关联较不强的所述范围是波长范围。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110137097A (zh) * 2018-02-02 2019-08-16 北京北方华创微电子装备有限公司 获得刻蚀深度极限值的方法
CN110556304A (zh) * 2018-05-31 2019-12-10 三星电子株式会社 确定三维结构的掺杂浓度的方法及制造半导体器件的方法
CN112697680A (zh) * 2019-10-23 2021-04-23 航天科工惯性技术有限公司 一种玻璃化学蚀刻速率在线检测装置和方法
CN112955821A (zh) * 2018-11-02 2021-06-11 Asml荷兰有限公司 根据来自处理站的单独贡献来表征后处理数据的方法

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10386828B2 (en) 2015-12-17 2019-08-20 Lam Research Corporation Methods and apparatuses for etch profile matching by surface kinetic model optimization
US9792393B2 (en) 2016-02-08 2017-10-17 Lam Research Corporation Methods and apparatuses for etch profile optimization by reflectance spectra matching and surface kinetic model optimization
US10197908B2 (en) * 2016-06-21 2019-02-05 Lam Research Corporation Photoresist design layout pattern proximity correction through fast edge placement error prediction via a physics-based etch profile modeling framework
EP3291008A1 (en) * 2016-09-06 2018-03-07 ASML Netherlands B.V. Method and apparatus to monitor a process apparatus
JP6878853B2 (ja) * 2016-11-28 2021-06-02 住友電気工業株式会社 半導体素子を作製する方法
US10254641B2 (en) 2016-12-01 2019-04-09 Lam Research Corporation Layout pattern proximity correction through fast edge placement error prediction
US10534257B2 (en) 2017-05-01 2020-01-14 Lam Research Corporation Layout pattern proximity correction through edge placement error prediction
US20190049937A1 (en) * 2017-08-09 2019-02-14 Lam Research Corporation Methods and apparatuses for etch profile optimization by reflectance spectra matching and surface kinetic model optimization
US10529633B2 (en) * 2017-12-06 2020-01-07 International Business Machines Corporation Method of integrated circuit (IC) chip fabrication
US10572697B2 (en) 2018-04-06 2020-02-25 Lam Research Corporation Method of etch model calibration using optical scatterometry
US11921433B2 (en) 2018-04-10 2024-03-05 Lam Research Corporation Optical metrology in machine learning to characterize features
WO2019199697A1 (en) 2018-04-10 2019-10-17 Lam Research Corporation Resist and etch modeling
TWI716684B (zh) * 2018-05-09 2021-01-21 華邦電子股份有限公司 臨界尺寸量測方法及用於量測臨界尺寸的影像處理裝置
US11488848B2 (en) * 2018-07-31 2022-11-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Integrated semiconductor die vessel processing workstations
JP6990634B2 (ja) * 2018-08-21 2022-02-03 株式会社日立ハイテク 状態予測装置及び半導体製造装置
US10903050B2 (en) * 2018-12-10 2021-01-26 Lam Research Corporation Endpoint sensor based control including adjustment of an edge ring parameter for each substrate processed to maintain etch rate uniformity
US10977405B2 (en) 2019-01-29 2021-04-13 Lam Research Corporation Fill process optimization using feature scale modeling
EP3931863A4 (en) * 2019-02-25 2023-04-26 Board of Regents, The University of Texas System LARGE SURFACE METROLOGY AND PROCESS CONTROL FOR ANISOTROPIC CHEMICAL ETCHING
JP6696059B1 (ja) * 2019-03-04 2020-05-20 Ｓｐｐテクノロジーズ株式会社 基板処理装置のプロセス判定装置、基板処理システム及び基板処理装置のプロセス判定方法
US11875101B2 (en) * 2019-06-20 2024-01-16 Asml Netherlands B.V. Method for patterning process modelling
JP7253458B2 (ja) 2019-06-27 2023-04-06 株式会社荏原製作所 光学式膜厚測定装置の最適な動作レシピを決定する方法、装置、およびシステム
US11966203B2 (en) * 2019-08-21 2024-04-23 Kla Corporation System and method to adjust a kinetics model of surface reactions during plasma processing
JP7338355B2 (ja) * 2019-09-20 2023-09-05 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法、及びエッチング装置
US11456180B2 (en) 2019-11-08 2022-09-27 Tokyo Electron Limited Etching method
KR20210064445A (ko) 2019-11-25 2021-06-03 삼성전자주식회사 반도체 공정 시뮬레이션 시스템 및 그것의 시뮬레이션 방법
US11301613B2 (en) 2019-12-23 2022-04-12 Coventor, Inc. Systems and methods for performing depth-dependent oxidation modeling and depth-dependent etch modeling in a virtual fabrication environment
EP3968353A1 (en) * 2020-09-10 2022-03-16 Impedans Ltd Apparatus for ion energy analysis of plasma processes
US20220114438A1 (en) * 2020-10-09 2022-04-14 Kla Corporation Dynamic Control Of Machine Learning Based Measurement Recipe Optimization
US11709477B2 (en) 2021-01-06 2023-07-25 Applied Materials, Inc. Autonomous substrate processing system
WO2022256082A1 (en) * 2021-05-31 2022-12-08 Applied Materials, Inc. In-situ epi growth rate control of crystal thickness micro-balancing sensor
CN113808902B (zh) * 2021-08-20 2024-09-27 深圳天狼芯半导体有限公司 一种干法刻蚀设备的腔体清理方法、装置、终端和介质
KR20230030346A (ko) 2021-08-25 2023-03-06 삼성전자주식회사 편광 계측 장치 및 편광 계측 장치를 이용한 반도체 소자 제조 방법
TWI806412B (zh) * 2022-02-08 2023-06-21 中華精測科技股份有限公司 標記產品全域高點的方法
US20240242971A1 (en) * 2022-12-30 2024-07-18 American Air Liquide, Inc. Nitrogen-containing aromatic or ring structure molecules for plasma etch and deposition
WO2024195108A1 (ja) * 2023-03-23 2024-09-26 東京エレクトロン株式会社 学習モデルの生成方法、情報処理方法、コンピュータプログラム及び情報処理装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050074907A1 (en) * 2003-10-06 2005-04-07 Adrian Kriz Semi-conductor wafer fabrication
CN101313308A (zh) * 2006-04-21 2008-11-26 应用材料股份有限公司 用于监测基板处理的神经网络方法和设备
US20110292375A1 (en) * 2009-06-23 2011-12-01 Marx David S System for directly measuring the depth of a high aspect ratio etched feature on a wafer
CN104736744A (zh) * 2012-10-17 2015-06-24 东京毅力科创株式会社 使用多变量分析的等离子体蚀刻终点检测

Family Cites Families (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5114233A (en) 1990-10-09 1992-05-19 At&T Bell Laboratories Method for inspecting etched workpieces
US5421934A (en) 1993-03-26 1995-06-06 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Dry-etching process simulator
US6151532A (en) 1998-03-03 2000-11-21 Lam Research Corporation Method and apparatus for predicting plasma-process surface profiles
TW455973B (en) * 1999-04-05 2001-09-21 Applied Materials Inc Endpoint detection in the fabrication of electronic devices
US6268226B1 (en) 1999-06-30 2001-07-31 International Business Machines Corporation Reactive ion etch loading measurement technique
EP1252652A1 (de) 2000-01-25 2002-10-30 Infineon Technologies AG Verfahren zur überwachung eines herstellungsprozesses
US6410351B1 (en) 2000-07-13 2002-06-25 Advanced Micro Devices, Inc. Method and apparatus for modeling thickness profiles and controlling subsequent etch process
US20030113766A1 (en) 2000-10-30 2003-06-19 Sru Biosystems, Llc Amine activated colorimetric resonant biosensor
US6650423B1 (en) 2001-07-02 2003-11-18 Advanced Micro Devices Inc. Method and apparatus for determining column dimensions using scatterometry
US6684382B2 (en) 2001-08-31 2004-01-27 Numerical Technologies, Inc. Microloading effect correction
US6903826B2 (en) 2001-09-06 2005-06-07 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for determining endpoint of semiconductor element fabricating process
US7363099B2 (en) 2002-06-07 2008-04-22 Cadence Design Systems, Inc. Integrated circuit metrology
US7402257B1 (en) 2002-07-30 2008-07-22 Advanced Micro Devices, Inc. Plasma state monitoring to control etching processes and across-wafer uniformity, and system for performing same
TWI276802B (en) * 2002-08-13 2007-03-21 Lam Res Corp Process endpoint detection method using broadband reflectometry
US7739651B2 (en) 2004-09-29 2010-06-15 Synopsys, Inc. Method and apparatus to determine if a pattern is robustly manufacturable
US7253008B2 (en) 2004-12-28 2007-08-07 Sandia Corporation Reactive ion etched substrates and methods of making and using
US7588946B2 (en) 2005-07-25 2009-09-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Controlling system for gate formation of semiconductor devices
US7600212B2 (en) 2005-10-03 2009-10-06 Cadence Design Systems, Inc. Method of compensating photomask data for the effects of etch and lithography processes
JP4914119B2 (ja) 2006-05-31 2012-04-11 株式会社日立ハイテクノロジーズ プラズマ処理方法およびプラズマ処理装置
US7829468B2 (en) 2006-06-07 2010-11-09 Lam Research Corporation Method and apparatus to detect fault conditions of plasma processing reactor
US7849423B1 (en) 2006-07-21 2010-12-07 Cadence Design Systems, Inc. Method of verifying photomask data based on models of etch and lithography processes
GB0616131D0 (en) 2006-08-14 2006-09-20 Oxford Instr Plasma Technology Surface processing apparatus
JP5080775B2 (ja) 2006-10-03 2012-11-21 東京エレクトロン株式会社 処理終点検出方法及び処理終点検出装置
US8001512B1 (en) 2007-06-26 2011-08-16 Cadence Design Systems, Inc. Method and system for implementing context simulation
JP5036450B2 (ja) 2007-08-16 2012-09-26 株式会社東芝 シミュレーション方法およびシミュレーションプログラム
US7812966B2 (en) 2007-08-30 2010-10-12 Infineon Technologies Ag Method of determining the depth profile of a surface structure and system for determining the depth profile of a surface structure
KR101374932B1 (ko) 2007-09-28 2014-03-17 재단법인서울대학교산학협력재단 확산 제한 식각과정에 의한 수평 변환 다공성 실리콘 광학필터의 제조방법 및 그에 의한 필터구조
JP5026326B2 (ja) 2008-04-04 2012-09-12 株式会社日立ハイテクノロジーズ エッチング処理状態の判定方法、システム
JP5027753B2 (ja) 2008-07-30 2012-09-19 東京エレクトロン株式会社 基板処理制御方法及び記憶媒体
US8279409B1 (en) 2009-08-05 2012-10-02 Cadence Design Systems, Inc. System and method for calibrating a lithography model
US8494314B2 (en) * 2010-07-05 2013-07-23 Infinera Corporation Fabrication tolerant polarization converter
JP5685762B2 (ja) * 2011-03-07 2015-03-18 みずほ情報総研株式会社 プラズマ加工形状シミュレーション装置及びプログラム
US20120280354A1 (en) 2011-05-05 2012-11-08 Synopsys, Inc. Methods for fabricating high-density integrated circuit devices
US8652298B2 (en) * 2011-11-21 2014-02-18 Lam Research Corporation Triode reactor design with multiple radiofrequency powers
US9887071B2 (en) * 2011-12-16 2018-02-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Multi-zone EPD detectors
TWI600895B (zh) * 2012-08-15 2017-10-01 諾發測量儀器股份有限公司 原位控制製程的方法及設備
TWI621957B (zh) 2013-03-14 2018-04-21 新納普系統股份有限公司 使用點擊最佳化的次解析度輔助特徵實現方式
US9412673B2 (en) 2013-08-23 2016-08-09 Kla-Tencor Corporation Multi-model metrology
JP6318007B2 (ja) 2013-11-29 2018-04-25 株式会社日立ハイテクノロジーズ データ処理方法、データ処理装置および処理装置
US10599789B2 (en) 2015-11-25 2020-03-24 Synopsys, Inc. Topography simulation of etching and/or deposition on a physical structure
US10386828B2 (en) 2015-12-17 2019-08-20 Lam Research Corporation Methods and apparatuses for etch profile matching by surface kinetic model optimization
US9792393B2 (en) 2016-02-08 2017-10-17 Lam Research Corporation Methods and apparatuses for etch profile optimization by reflectance spectra matching and surface kinetic model optimization
US10197908B2 (en) 2016-06-21 2019-02-05 Lam Research Corporation Photoresist design layout pattern proximity correction through fast edge placement error prediction via a physics-based etch profile modeling framework

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050074907A1 (en) * 2003-10-06 2005-04-07 Adrian Kriz Semi-conductor wafer fabrication
CN101313308A (zh) * 2006-04-21 2008-11-26 应用材料股份有限公司 用于监测基板处理的神经网络方法和设备
US20110292375A1 (en) * 2009-06-23 2011-12-01 Marx David S System for directly measuring the depth of a high aspect ratio etched feature on a wafer
CN104736744A (zh) * 2012-10-17 2015-06-24 东京毅力科创株式会社 使用多变量分析的等离子体蚀刻终点检测

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110137097A (zh) * 2018-02-02 2019-08-16 北京北方华创微电子装备有限公司 获得刻蚀深度极限值的方法
CN110137097B (zh) * 2018-02-02 2020-06-19 北京北方华创微电子装备有限公司 获得刻蚀深度极限值的方法
CN110556304A (zh) * 2018-05-31 2019-12-10 三星电子株式会社 确定三维结构的掺杂浓度的方法及制造半导体器件的方法
CN110556304B (zh) * 2018-05-31 2024-08-13 三星电子株式会社 确定三维结构的掺杂浓度的方法及制造半导体器件的方法
CN112955821A (zh) * 2018-11-02 2021-06-11 Asml荷兰有限公司 根据来自处理站的单独贡献来表征后处理数据的方法
CN112955821B (zh) * 2018-11-02 2024-05-28 Asml荷兰有限公司 根据来自处理站的单独贡献来表征后处理数据的方法
CN112697680A (zh) * 2019-10-23 2021-04-23 航天科工惯性技术有限公司 一种玻璃化学蚀刻速率在线检测装置和方法
CN112697680B (zh) * 2019-10-23 2023-04-28 航天科工惯性技术有限公司 一种玻璃化学蚀刻速率在线检测装置和方法

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