CN111279166B - 使用光谱计量的图案化膜堆叠的带隙测量 - Google Patents

使用光谱计量的图案化膜堆叠的带隙测量 Download PDF

Info

Publication number
CN111279166B
CN111279166B CN201880051578.6A CN201880051578A CN111279166B CN 111279166 B CN111279166 B CN 111279166B CN 201880051578 A CN201880051578 A CN 201880051578A CN 111279166 B CN111279166 B CN 111279166B
Authority
CN
China
Prior art keywords
spectral
layer
parameters
metrology
layer grating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880051578.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111279166A (zh
Inventor
王天含
A·罗森贝格
胡大为
A·库兹涅佐夫
M·D·源
S·潘戴夫
J·莱索伊内
赵强
列-关·里奇·利
H·舒艾卜
狄明
T·卡阿卡
A·舒杰葛洛夫
谭正泉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KLA Corp
Original Assignee
KLA Tencor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KLA Tencor Corp filed Critical KLA Tencor Corp
Publication of CN111279166A publication Critical patent/CN111279166A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111279166B publication Critical patent/CN111279166B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0229—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows using masks, aperture plates, spatial light modulators or spatial filters, e.g. reflective filters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J3/18—Generating the spectrum; Monochromators using diffraction elements, e.g. grating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/02—Details
    • G01J3/0205—Optical elements not provided otherwise, e.g. optical manifolds, diffusers, windows
    • G01J3/0237—Adjustable, e.g. focussing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/21—Polarisation-affecting properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/8422—Investigating thin films, e.g. matrix isolation method
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/12—Generating the spectrum; Monochromators
    • G01J2003/1204—Grating and filter
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J2003/283—Investigating the spectrum computer-interfaced
    • G01J2003/2836—Programming unit, i.e. source and date processing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/8851—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges
    • G01N2021/8883—Scan or image signal processing specially adapted therefor, e.g. for scan signal adjustment, for detecting different kinds of defects, for compensating for structures, markings, edges involving the calculation of gauges, generating models

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)

Abstract

本发明揭示一种光谱计量系统，其包含光谱计量工具及控制器。所述控制器生成包含两个或更多个层的多层光栅的模型，所述模型包含指示所述多层光栅的测试层的几何结构的几何参数及指示所述测试层的色散的色散参数。所述控制器进一步从所述光谱计量工具接收对应于所述经模型化多层光栅的经制造多层光栅的光谱信号。所述控制器进一步确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号。所述控制器进一步基于所述经制造结构的所述测试层的所述一或多个参数的所述经确定值来预测所述经制造多层光栅的所述测试层的带隙。

Description

使用光谱计量的图案化膜堆叠的带隙测量
相关申请案的交叉参考
本申请案依据35 U.S.C.§119(e)规定主张2017年8月7日申请的命名王田汉(Tianhan Wang)、亚伦·罗森伯格(Aaron Rosenberg)、胡大伟(Dawei Hu)、亚历山大·库兹涅佐夫(Alexander Kuznetsov)、阮曼唐(Manh Dang Nguyen)、维拉·潘德夫(StilianPandev)、约翰·罗森诺(John Lesoine)、赵强(Qiang Zhao)、李丽倩(Liequan Lee)、霍夫曼·乔伊布(Houssam Chouaib)、狄明(Ming Di)、托尔斯腾·卡克(Torsten Kaack)、安德烈·舍格罗夫(Andrei Shchegrov)及谭振权(Zhengquan Tan)为发明者的标题为“使用光谱计量的图案化膜堆叠的带隙测量(BANDGAP MEASUREMENTS OF PATTERNED FILM STACKSUSING SPECTROSCOPIC METROLOGY)”的第62/542,260号美国临时申请案的优先权，所述申请案的全部内容以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及光谱计量，且更特定来说，涉及使用光谱计量的图案化膜堆叠的带隙测量。
背景技术
对具有越来越小的占用面积的电子装置的需求提出超越所要规模制造的广泛制造挑战。例如，随着电子组件(例如晶体管)的物理大小缩小，构成膜层的电性质及光学性质变得愈加取决于物理几何结构。特定来说，通过薄绝缘层的漏泄电流对使用并入小于65nm的波长的光刻工具所制造的装置提出显著挑战。这个漏泄电流负面影响装置性能且可导致操作温度增大以及功率消耗增大。因此，期望在制造期间密切监测且控制绝缘层的性质以确保经制造装置在设计规范内操作。
计量目标通常用于监测半导体装置的制造层的各种方面。计量目标通常由与装置特征制造在相同层上的一系列目标特征构成且经设计以对一或多个所关注制造参数敏感，例如但不限于层厚度、层光学性质(例如，色散、带隙等等)、临界尺寸、侧壁角度、两个或更多个层的相对对准(例如，叠加)、目标的焦点位置或光刻步骤期间的曝光剂量。在这个方面，计量目标的测量可提供表示经制造装置特征的敏感数据。
在许多应用中，计量目标经设计以促进所要制造参数的测量且因此可具有不同于对应装置特征的物理配置。然而，经制造层的电性质及光学性质对物理几何结构的增大相依性可降低计量目标的测量与具有不同几何结构的装置特征的测量之间的相关性。这可尤其适用于但不限于包含由制造有愈加小的尺寸的多个薄膜层形成的周期性特征的多层光栅结构。因此，将期望提供一种用于解决例如上述缺陷的系统及方法。
发明内容
根据本发明的一或多个说明性实施例揭示一种光谱计量系统。在一个说明性实施例中，所述系统包含用于提供指示响应于入射照明从包含两个或更多个层的多层光栅发出的辐射的光谱信号的光谱计量工具。在另一说明性实施例中，所述系统包含通信地耦合到所述光谱计量工具的控制器。在另一说明性实施例中，所述控制器生成包含两个或更多个层的多层光栅的模型，所述模型包含与多层光栅相关联的一或多个参数，其中所述一或多个参数包含指示所述多层光栅的测试层的几何结构的几何参数及指示所述测试层的色散的一或多个色散参数。在另一说明性实施例中，所述控制器从所述光谱计量工具接收对应于所述经模型化多层光栅的经制造多层光栅的光谱信号。在另一说明性实施例中，所述控制器确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号。在另一说明性实施例中，所述控制器基于所述经制造结构的所述测试层的所述一或多个参数的所述经确定值来预测所述经制造多层光栅的所述测试层的带隙。
根据本发明的一或多个说明性实施例揭示一种带隙量化方法。在一个说明性实施例中，所述方法包含生成计量目标的模型，所述计量目标包含由两个或更多个层形成的多层光栅，所述模型是使用与所述多层光栅相关联的一或多个参数来参数化，其中所述一或多个参数包含与所述多层光栅相关联的几何参数及指示所述两个或更多个层的测试层的色散的一或多个色散参数。在另一说明性实施例中，所述方法包含测量对应于所述经模型化多层光栅的经制造多层光栅的光谱信号。在另一说明性实施例中，所述方法包含确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号。在另一说明性实施例中，所述方法包含基于所述一或多个参数的所述经确定值来计算指示所述经制造多层光栅的所述测试层的带隙的所述计量目标的计量度量。
根据本发明的一或多个说明性实施例揭示一种制造系统。在一个说明性实施例中，所述系统包含用于基于工艺配方来制造包含两个或更多个层的多层光栅的一或多个工艺工具。在另一说明性实施例中，所述系统包含用于提供指示响应于入射照明从多层光栅发出的辐射的光谱信号的光谱计量工具，所述多层光栅是由所述一或多个工艺工具制造。在另一说明性实施例中，所述系统包含通信地耦合到所述光谱计量工具及所述一或多个工艺工具的控制器。在另一说明性实施例中，所述控制器生成包含两个或更多个层的多层光栅的模型，所述模型包含与多层光栅相关联的一或多个参数，其中所述一或多个参数包含指示所述多层光栅的测试层的几何结构的几何参数且一或多个参数包含指示所述测试层的色散的色散参数。在另一说明性实施例中，所述控制器从所述光谱计量工具接收对应于所述经模型化多层光栅的经制造多层光栅的光谱信号，所述经制造多层光栅是由所述一或多个工艺工具基于选定工艺配方制造。在另一说明性实施例中，所述控制器确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号。在另一说明性实施例中，所述控制器基于所述经制造结构的所述测试层的所述一或多个参数的所述经确定值来计算所述经制造多层光栅的所述测试层的带隙。在另一说明性实施例中，所述控制器基于所述测试层的预测带隙来调整用于制造多层光栅的所述一或多个工艺工具的所述工艺配方。
应理解，前文一般描述及下文详细描述两者仅是实例性及说明性的且未必限制本发明。并入本说明书中且构成本说明书的部分的附图说明本发明的实施例且连同一般描述起用于说明本发明的原理。
附图说明
所属领域的技术人员参考附图可更好地理解本发明的众多优势，其中：
图1A是说明根据本发明的一或多个实施例的半导体装置制造系统的概念图。
图1B是说明根据本发明的一或多个实施例的经配置为光刻工具的工艺工具的概念图。
图1C是说明根据本发明的一或多个实施例的计量工具的概念图。
图1D是说明根据本发明的一或多个实施例的配置有单个照明及收集光学元件的计量工具的概念图。
图2是说明根据本发明的一或多个实施例的用于确定计量目标的带隙的方法中执行的步骤的流程图。
图3A是根据本发明的一或多个实施例的适用于FinFET晶体管布置中的材料的多层堆叠的剖面图。
图3B是根据本发明的一或多个实施例的由呈2D鳍片布置图案化的多层堆叠形成的多层光栅的剖面图。
图3C是根据本发明的一或多个实施例的由呈3D鳍片布置图案化的多层堆叠形成的多层光栅的剖面图。
图4是根据本发明的一或多个实施例的多层光栅中的层的带隙附近的相对介电常数的虚部的色散曲线的曲线图。
具体实施方式
现将详细参考附图中说明的所揭示标的物。已特定地展示且参考其某些实施例及特定特征描述本发明。本文中阐述的实施例被视为说明性而非限制性。所属领域的一般技术人员应容易明白，在不脱离本发明的精神及范围的情况下可进行形式及细节的改变及修改。
本发明的实施例涉及提供似装置计量目标的计量度量。例如，似装置计量目标可包含(但无需包含)包含由样本的多个材料层形成的周期性分布特征的多层光栅。此类计量目标可物理靠近且因此可表示晶体管结构，例如但不限于3D场效应晶体管(FinFET)结构或存储器结构。本发明的额外实施例涉及提供与一或多个测试层(例如，多层光栅的绝缘材料层等等)的光学带隙成比例的计量度量。例如，绝缘材料的带隙可指示材料的电性质且可进一步指示在用于晶体管中时绝缘材料的漏泄电流。在这个方面，与测试层的带隙成比例的计量度量可提供指示类似制造的晶体管的最终装置性能的数据。在一些实施例中，计量目标的测试层可由(但无需由)具有相对高的相对介电常数的绝缘材料(例如，“高k”材料)(例如但不限于二氧化铪、硅酸铪、氮化铪硅酸盐或硅酸锆)形成。
如贯穿本发明使用，术语“样本”通常是指由包含一或多个“层”或“膜”的半导体或非半导体材料形成的衬底及通常对于光学计量选为周期性的图案化结构。例如，半导体或非半导体材料包含但不限于单晶硅、砷化镓及磷化铟。形成在衬底上的层可包含但不限于抗蚀剂、电介质材料、导电材料或半导电材料。在所属领域中已知许多不同类型的样本层，且如在本文中使用的术语样本旨在涵盖衬底及形成在其上的任何类型的层。此外，出于本发明的目的，术语样本及晶片应被解释为可互换。另外，出于本发明的目的，术语图案化装置、掩模及主光罩应被解释为可互换。
本发明的额外实施例涉及模型化包含多层光栅结构的计量目标的几何性质及光学性质两者。多层光栅结构的参数化模型可包含可基于制造共用变动而变化且可进一步影响测试层(例如，“高k”绝缘层)的带隙的至少一个几何参数及至少一个色散参数。在这个方面，参数化模型不仅可单独地考虑几何或光学性质的修改，而且可考虑物理几何结构对测试结构的带隙的尺寸相依影响。
进一步实施例涉及计量目标，其具有基本上与计量目标旨在表示的装置特征(例如，晶体管、存储器结构等等)的几何参数类似的几何参数(例如，膜厚度、特征高度、特征宽度、侧壁角度等等)。因此，几何及/或色散参数的工艺引发变动可基本上以相同方式影响计量目标及装置特征，使得与从计量目标提取的带隙成比例的计量度量可提供装置特征的电性质及光学性质的精确指示符。
本发明的额外实施例涉及确定计量目标的光谱信号与测试层的带隙之间的统计关系。在这个方面，不需要开发考虑测试层的光学性质与计量目标的几何结构之间的复杂关系的分析模型。而是，可在光谱信号的特定方面与经模型化色散参数的特定方面之间确定统计关系，使得可基于经测量光谱信号来预测经制造计量结构的测试层的带隙。本文中应认识到，此方法可为广泛范围的复杂结构提供测试层的带隙的高度精确预测，且可在分析模型可为非所要或无法获得(例如，极难建构、计算太繁重、难以解决膜层中的缺陷状态等等)时尤其有益。然而，本文中进一步应认识到，具有多个集成特征几何结构的某些装置特征可需要对应于不同特征几何结构的多个经模型化计量目标来提供经测量带隙与预期装置性能之间的相关性。
例如，通过包含具有不同参数(例如，不同几何及色散参数)的多层光栅的许多经模型化计量目标的光谱信号的模拟，计算每一模拟的经模型化色散参数且使用统计模型来确定可使用光谱计量工具测量的光谱信号的特定特征与测试层的经模型化色散参数之间的统计关系，可确定计量目标的光谱信号与测试层的经模型化色散参数的值之间的统计关系。
通过另一实例，通过制造包含具有不同参数(例如，不同几何及色散参数)的多层光栅的许多计量目标，测量每一经制造目标的经模型化色散参数且类似地使用统计模型来确定可使用光谱计量工具测量的光谱信号的特定特征与测试层的经模型化色散参数之间的统计关系，可确定计量目标的光谱信号与测试层的经模型化色散参数的值之间的统计关系。
通过进一步实例，通过提供测试层的色散以及多层光栅的几何结构的完全参数化模型且使用回归分析来确定相关模型参数，可确定计量目标的光谱信号与测试层的经模型化色散参数的值之间的统计关系。
本发明的额外实施例涉及基于使用统计模型确定的色散参数的值来确定与测试层的带隙成比例的计量度量。在其中统计模型提供与带隙相关的色散参数的值的情况中，必须从色散参数的值提取带隙或与带隙成比例的度量。在一些实施例中，与带隙成比例的计量度量包含与吸收边缘(例如，过渡光学吸收)相关联的指数变化的光谱区中的色散曲线的积分。在这个方面，过渡光学吸收可提供抵抗可能不会影响所关注电性质的缺陷(例如，泄漏电流)的带隙的测度。在一些实施例中，使用乌而巴赫带尾(Urbach tail)区的指数形式重建包含乌而巴赫带尾的色散曲线以促进过渡光学吸收积分的确定。
本发明的额外实施例涉及适于提供与多层光栅计量目标的测试层的带隙成比例的计量度量的光谱计量工具。适于提供适合与测试层的带隙的统计相关性的光谱信号的光谱计量工具可包含但不限于光谱仪、反射计、椭偏仪等等。因此，光谱信号可包含但不限于光谱功率、偏光及入射在计量目标上的光的相移。
本发明的额外实施例涉及基于计量度量来估计经制造装置的性能。例如，与带隙成比例的计量度量可用于预测与经制造装置(例如，晶体管、存储器装置等等)相关联的漏泄电流。
本发明的进一步实施例涉及基于与带隙成比例的计量度量来控制与制造装置特征相关联的一或多个工艺工具。例如，计量度量可提供适合作为工艺工具的控制参数的诊断信息。在这个方面，晶片的一或多个计量目标上的计量度量的变动可用于修改同一晶片上的后续层的一或多个方面(例如，补偿测试层的变动)或可用于修改后续生产运行中经制造装置的一或多个方面的沉积。在一个实例中，计量度量的变动可用于改变用来控制一或多个工艺工具的工艺配方的一或多个参数。
图1A是说明根据本发明的一或多个实施例的半导体装置制造系统100的概念图。在一个实施例中，系统100包含用于在样本上制造一或多个图案化层(例如，计量目标图案、装置特征等等)的工艺工具102。在另一实施例中，系统100包含经配置以特性化样本上的一或多个经制造计量目标的计量工具104。在另一实施例中，系统100包含控制器106。在另一实施例中，控制器106包含经配置以执行维持在存储器媒体110上的程序指令的一或多个处理器108。在这个方面，控制器106的一或多个处理器108可执行贯穿本发明描述的各种过程步骤中的任一者。
工艺工具102可包含所属领域中已知的适于制造电子装置的一或多个图案化层的任何类型的制造工具。可通过一系列加成或减成工艺步骤(例如但不限于一或多个材料沉积步骤、一或多个光刻步骤、一或多个蚀刻步骤或一或多个剥离步骤)来制造与样本层相关联的样本上的印刷特征。因此，工艺工具102可包含但不限于材料沉积系统、光刻系统、蚀刻系统或剥离系统。
计量工具104可提供与半导体制造相关的各种类型的测量。例如，计量工具104可提供一或多个计量目标的一或多个计量度量，例如但不限于与带隙成比例的计量度量、临界尺寸(在选定高度的经制造特征的宽度)、两个或更多个层的叠加、侧壁角度、膜厚度或工艺相关参数(例如，在光刻步骤期间的样本的焦点位置、在光刻步骤期间的照明的曝光剂量等等)。
本文中应认识到，由半导体工艺工具执行的半导体工艺(例如，膜沉积、光刻步骤、蚀刻步骤等等)可随时间漂移。漂移可为大量因素的结果，包含但不限于与工艺相关联的控制算法中的工具磨损或漂移。此外，漂移可影响样本的一或多个特性，其又可影响一或多个计量测量(例如，与带隙成比例的计量度量、临界尺寸测量等等)。在这个方面，计量测量可提供与制造工艺中的一或多个步骤相关联的诊断信息。
计量工具104可包含所属领域中已知的适于提供与样本上的计量目标相关联的计量信号的任何类型的计量系统。在一个实施例中，计量工具104经配置以提供指示一或多个波长的计量目标的一或多个光学性质(例如，一或多个色散参数等等)的光谱信号。例如，计量工具104可包含但不限于光谱仪、具有一或多个照明角度的光谱椭偏仪、用于测量穆勒矩阵元素的光谱椭偏仪(例如，使用旋转补偿器)、单波长椭偏仪、角度分辨椭偏仪(例如，光束轮廓椭偏仪)、光谱反射计、单波长反射计、角度分辨反射计(例如，光束轮廓反射计)、成像系统、光瞳成像系统、光谱成像系统或散射计。在一个实施例中，计量工具104包含用于基于样本的一或多个图像的生成来测量计量数据的基于图像的计量工具。在另一实施例中，计量工具104包含用于基于来自样本的光的散射(反射、衍射、漫散射等等)来测量计量数据的基于散射测量的计量系统。
此外，计量系统可包含单个计量工具或多个计量工具。在2011年4月26日发布的标题为“CD变动的高分辨率监测(High resolution monitoring of CD variations)”的第7,933,026号美国专利及2009年1月13日发布的标题为“多工具及结构分析(Multiple tooland structure analysis)”的第7,478,019号美国专利中大体上描述并入多个计量工具的计量系统，所述两个专利的全部内容以引用方式并入本文中。在1997年3月4日发布的标题为“聚焦光束光谱椭偏方法及系统(Focused beam spectroscopic ellipsometry methodand system)”的第5,608,526号美国专利中大体上描述基于主反射光学器件的聚焦光束椭偏术，所述专利的全部内容以引用方式并入本文中。在1999年1月12日发布的标题为“可用于减小光学测量及其它应用中的光斑大小的变迹滤光器系统(Apodizing filter systemuseful for reducing spot size in optical measurements and otherapplications)”的第5,859,424号美国专利中大体上描述使用变迹器来减轻引起照明光斑扩散超过由几何光学器件界定的大小的光学衍射效应，所述专利的全部内容以引用方式并入本文中。通过2002年8月6日发布的标题为“具有同时多个入射角度测量的临界尺寸分析(Critical dimension analysis with simultaneous multiple angle of incidencemeasurements)”的第6,429,943号美国专利大体上描述具有同时多个入射角度照明的高数值孔径工具的使用，所述专利的全部内容以引用方式并入本文中。
由计量工具104询问的计量目标可包含其厚度可由计量工具104测量的多个层(例如，膜)。此外，计量工具104可(但无需)测量多层堆叠(例如，平坦多层堆叠、多层光栅等等)的一或多个层的组合物或样本上或内的一或多个缺陷。在2016年3月22日发布的标题为“用于计量及检验的有限结构及有限照明的电磁模型化方法(Method of electromagneticmodeling of finite structures and finite illumination for metrology andinspection)”的第9,291,554号美国专利中大体上描述使用计量工具来特性化非周期性目标，所述专利的全部内容以引用方式并入本文中。
此外，目标可经定位在半导体晶片上的多个位点处。例如，目标可经定位在切割线内(例如，裸片之间)及/或经定位在裸片本身中。可由如在2009年1月13日发布的标题为“多工具及结构分析(Multiple tool and structure analysis)”的第7,478,019号美国专利中描述的相同或多个计量工具同时或连续地测量多个目标，所述专利的全部内容以引用方式并入本文中。例如，可在半导体制造工艺中利用来自计量工具的计量数据以前馈、后馈及/或侧馈对工艺(例如，光刻步骤、蚀刻步骤等等)的校正以提供完整工艺控制解决方案。
图1B是说明根据本发明的一或多个实施例的经配置为光刻工具的工艺工具102的概念图。例如，经配置为光刻工具的工艺工具102可制造包含晶体管的装置结构及包含如本文中先前描述的多层光栅的对应计量目标。在一个实施例中，工艺工具102包含经配置以生成一或多个照明光束114的光刻照明源112。一或多个照明光束114可包含一或多个选定波长的光，包含但不限于紫外线(UV)辐射、可见光辐射或红外线(IR)辐射。
来自光刻照明源112的照明可具有任何空间分布(例如，照明图案)。例如，光刻照明源112可包含但不限于单极照明源、双极照明源、C-Quad照明源、类星体照明源或自由形式照明源。在这个方面，光刻照明源112可生成同轴照明光束114(其中照明沿着(平行于)光轴116传播)及/或任何数目个离轴照明光束114(其中照明按相对于光轴116的角度传播)。
此外，光刻照明源112可通过所属领域中已知的任何方法生成照明光束114。例如，照明光束114可经形成为来自光刻照明源112的照明极的照明(例如，光刻照明源112的照明轮廓的部分等等)。通过另一实例，光刻照明源112可包含用于生成照明光束114的多个照明源。
在另一实施例中，工艺工具102包含掩模支撑装置118。掩模支撑装置118经配置以固定图案掩模120。在另一实施例中，工艺工具102包含一组投影光学器件122，其经配置以将由一或多个照明光束114照明的图案掩模120的图像投影到安置在样本载物台126上的样本124上以便生成对应于图案掩模120的图像的印刷图案元件。在另一实施例中，掩模支撑装置118可经配置以致动或定位图案掩模120。例如，掩模支撑装置118可将图案掩模120致动到相对于系统100的投影光学器件122的选定位置。
样本124可包含适于接收图案掩模120的图像的任何数目个光敏材料及/或材料层。例如，样本124可包含抗蚀剂层128。在这个方面，所述组投影光学器件122可将图案掩模120的图像投影到抗蚀剂层128上以曝光抗蚀剂层128且后续蚀刻步骤可移除经曝光材料(例如，正蚀刻)或未经曝光材料(例如，负蚀刻)以便在样本124上提供印刷特征。此外，图案掩模120可用于所属领域中已知的任何成像配置中。例如，图案掩模120可为正掩模(例如，明场掩模)，其中图案元件正成像为印刷图案元件。通过另一实例，图案掩模120可为负掩模(例如，暗场掩模)，其中图案掩模120的图案元件形成负印刷图案元件(例如，间隙、空间等等)。
控制器106可通信地耦合到掩模支撑装置118及/或样本载物台126以引导将图案掩模120上的图案元件转印到样本124(例如，样本上的抗蚀剂层128等等)。例如，工艺工具102可经配置以基于包含用于控制制造工艺的各种方面的选定参数的工艺配方来执行制造步骤。在一个实例中，将光刻工具视为实例，工艺配方可包含照明光束114的配置、曝光时间、样本124的位置等等。因此，控制器106可通过修改工艺配方的一或多个参数而引导及/或修改制造工艺的一或多个方面。
图1C是说明根据本发明的一或多个实施例的计量工具104的概念图。在一个实施例中，计量工具104包含用于生成计量照明光束132的计量照明源130。在另一实施例中，计量照明源130与光刻照明源112相同。在进一步实施例中，计量照明源130是经配置以生成单独计量照明光束132的单独照明源。计量照明光束132可包含一或多个选定波长的光，包含但不限于紫外线(UV)辐射、可见光辐射或红外线(IR)辐射。
例如，计量照明源130可包含但不限于一或多个窄带激光源、一或多个宽带激光源、一或多个超连续激光源、一或多个白光激光源等等。在这个方面，计量照明源130可提供具有高相干性(例如，高空间相干性及/或时间相干性)的计量照明光束132。在另一实施例中，计量照明源130包含激光驱动光源(LDLS)，例如但不限于激光持续等离子体(LSP)源。例如，计量照明源130可包含但不限于LSP灯、LSP灯泡或适于装纳一或多个元件的LSP腔室，所述一或多个元件在由激光源激发为等离子体状态时可发射宽带照明。在另一实施例中，计量照明源130包含灯源。通过另一实例，计量照明源130可包含但不限于弧光灯、放电灯、无电极灯等等。在这个方面，计量照明源130可提供具有低相干性(例如，低空间相干性及/或时间相干性)的计量照明光束132。
在另一实施例中，计量照明源130经配置以提供具有包围测试层的预期带隙的波长的照明，例如但不限于具有UV光谱区中的带隙的“高k”绝缘层或具有多层光栅结构的IR光谱区中的带隙的存储器结构的层。例如，计量照明源130可包含(但无需包含)提供在近似120纳米与3微米之间的光谱范围中的波长的LDLS。通过另一实例，计量照明源130可提供适于确定绝缘层的带隙的大于近似150纳米的波长。通过进一步实例，通过另一实例，计量照明源130可提供适用于确定存储器结构的层的带隙的大于近似700纳米的波长。
在另一实施例中，计量照明源130提供可调谐计量照明光束132。例如，计量照明源130可包含可调谐照明源(例如，一或多个可调谐激光等等)。通过另一实例，计量照明源130可包含耦合到可调谐滤光器的宽带照明源。
计量照明源130可进一步提供具有任何时间轮廓的计量照明光束132。例如，计量照明光束132可具有连续时间轮廓、调制时间轮廓、脉冲时间轮廓等等。
在另一实施例中，计量照明源130经由照明路径134将计量照明光束132引导到样本124且经由收集路径136收集从样本发出的辐射。照明路径134可包含适于修改及/或调节计量照明光束132的一或多个光束调节组件138。例如，一或多个光束调节组件138可包含但不限于一或多个偏光器、一或多个滤光器、一或多个光束分裂器、一或多个漫射器、一或多个均质器、一或多个变迹器或一或多个光束整形器或一或多个透镜。
在另一实施例中，照明路径134可利用第一聚焦元件140来将计量照明光束132聚焦到样本124上。在另一实施例中，收集路径136可包含用于从样本124收集辐射的第二聚焦元件142。
在另一实施例中，计量工具104包含经配置以通过收集路径136捕获从样本124发出的辐射的检测器144。例如，检测器144可接收从样本124反射或散射的辐射(例如，经由镜面反射、漫反射等等)。通过另一实例，检测器144可接收由样本124生成的辐射(例如，与计量照明光束132的吸收相关联的发光等等)。通过另一实例，检测器144可接收来自样本124的一或多个衍射级的辐射(例如，0级衍射、±1级衍射、±2级衍射等等)。
检测器144可包含所属领域中已知的适于测量从样本124接收的照明的任何类型的光学检测器。例如，检测器144可包含但不限于CCD检测器、CMOS检测器、TDI检测器、光电倍增管(PMT)、突崩光电二极管(APD)等等。在另一实施例中，检测器144可包含适于识别从样本124发出的辐射的波长的光谱检测器。
收集路径136可包含任何数目个收集光束调节元件146来引导及/或修改由第二聚焦元件142(包含但不限于一或多个透镜、一或多个滤光器、一或多个偏光器或一或多个相位板)收集的照明。在这个方面，计量工具104可经配置为任何类型的计量工具，例如但不限于具有一或多个照明角度的光谱椭偏仪、用于测量穆勒矩阵元素的光谱椭偏仪(例如，使用旋转补偿器)、单波长椭偏仪、角度分辨椭偏仪(例如，光束轮廓椭偏仪)、光谱反射计、单波长反射计、角度分辨反射计(例如，光束轮廓反射计)、成像系统、光瞳成像系统、光谱成像系统或散射计。
此外，本文中应注意，图1C中描绘的计量工具104可促进样本124及/或一个以上计量照明源130(例如，耦合到一或多个额外检测器144)的多角度照明。在这个方面，图1D中描绘的计量工具104可执行多个计量测量。在另一实施例中，一或多个光学组件可经安装到围绕样本124枢转的可旋转臂(未展示)使得可通过可旋转臂的位置控制样本124上的计量照明光束132的入射角度。在另一实施例中，计量工具104可包含多个检测器144(例如，与由一或多个光束分裂器生成的多个光束路径相关联)以促进计量工具104的多个计量测量(例如，多个计量工具)。
图1D是说明根据本发明的一或多个实施例的配置有单个照明及收集光学元件的计量工具104的概念图。在一个实施例中，计量工具104包含光束分裂器148，光束分裂器148经定向使得物镜150可同时将计量照明光束132引导到样本124且收集从样本124发出的辐射。在这个方面，可在落射照明模式中配置计量工具104。
在另一实施例中，虽然未展示，但计量工具104包含适于调节包围样本124的气氛的组合物及/或压力的腔室。例如，计量工具104可包含一或多个气罐、一或多个阀、一或多个软管、一或多个泵、一或多个压力调节器等等来控制包围样本124的气氛的组合物及/或压力。在另一实施例中，计量工具104经配置以提供惰性气体或基本上对由计量照明源130提供的波长透明的气体作为包围样本124的气氛。例如，在经配置以提供包围“高k”绝缘层的预期带隙的照明的计量照明源130的情况中，计量工具104可经配置以提供对对应波长透明的气体，例如但不限于氩气或氮气。在一个实例中，包围样本的气氛经配置以在120纳米到2500纳米的范围(对应于LDLS照明源的输出光谱等等)中是透明的。在另一实例中，包围样本的气氛经配置以在120纳米到300纳米的范围中是透明的。在另一实例中，包围样本的气氛经配置以在150纳米到193纳米的范围中是透明的。
在另一实施例中，计量工具104通信地耦合到系统100的控制器106。在这个方面，控制器106可经配置以接收数据，包含但不限于计量数据(例如，光谱信号、目标图像、光瞳图像等等)或计量度量(例如，与多层光栅的带隙成比例的计量度量、临界尺寸、叠加精度、工具引发移位、灵敏度、衍射效率、离焦斜率、侧壁角度等等)。
图2是说明根据本发明的一或多个实施例的用于确定计量目标的带隙的方法200中执行的步骤的流程图。申请人应注意，在系统100的背景中，本文中先前描述的实施例及启用技术应被解释为扩展到方法200。然而，进一步应注意，方法200不限于系统100的架构。
可如本文中进一步描述那样执行方法200的步骤中的每一者。可由可根据本文中描述的实施例中的任一者配置的一或多个控制器(例如，控制器106等等)执行步骤。另外，可由本文中描述的系统实施例中的任一者执行上文描述的方法。方法200还可包含可由本文中描述的控制器或任何系统实施例执行的一或多个额外步骤。
本文中应认识到，用于电子装置(例如但不限于晶体管或存储器结构)中的所关注层(例如，测试层)的光学带隙可指示完全制造装置的装置性能。例如，绝缘层的带隙可与通过晶体管中的绝缘层的漏泄电流成反比。此外，电子装置(例如晶体管或存储器结构)可通常包含用于提供所要功能的多个材料层。因此，可期望在制造工艺期间监测带隙或与多层堆叠内的绝缘层的带隙成比例的计量度量作为非侵入性及非破坏性诊断。
本文中进一步应认识到，电子装置的层的电及/或光学性质可展现尺寸相依物理效应使得可期望提供具有类似几何结构的计量目标以用于诊断测试。
在一个实施例中，方法200包含生成计量目标的参数化模型的步骤202，所述计量目标包含由两个或更多个层形成的多层光栅，其中所述模型是使用与多层光栅相关联的几何参数及指示两个或更多个层的测试层的色散的色散参数来参数化。因此，步骤202的模型可包含计量目标的物理及光学性质的表示。在这个方面，多层光栅可为“似装置”计量目标使得多层光栅的经模型化几何结构及色散参数可与对应装置特征的几何及色散参数相关。此外，使用至少一个几何参数及至少一个色散参数的参数化可响应于(例如，工艺工具102等等的)制造工艺的变动而提供多层光栅的至少一个层的几何及/或色散性质的变动。此外，几何参数及色散参数两者的包含可促进在存在尺寸相依物理效应的情况下确定色散参数。
在一个实施例中，多层光栅包含鳍片光栅。因此，多层光栅可但不限于表示FinFET晶体管、存储器结构等等。图3A是根据本发明的一或多个实施例的适于多层光栅布置中的材料的多层堆叠302的剖面图300。在一个实施例中，多层堆叠302包含衬底层304，例如但不限于硅(Si)。在另一实施例中，多层堆叠302包含绝缘层306，例如但不限于“高k”(HK)材料层(例如，二氧化铪(HfO2)、硅酸铪(HfSiO4)、氮化铪硅酸盐(HfSiON)、硅酸锆(ZrSiO4)等等)。在另一实施例中，多层堆叠302包含界面层308(IL)，以提供绝缘层306的粘附。例如，界面层308可(但无需)为额外绝缘材料，例如二氧化硅(SiO2)等等。在一些实施例中，多层堆叠302包含一或多个额外膜层。例如，多层堆叠302可包含用于填充一或多个图案化特征的填充层310。在存在时，填充层310可由与界面层308相同或类似的材料形成(例如，由二氧化硅等等形成)。在这个方面，填充层310及界面层308可为共同结构使得对应代号之间不存在物理差异。在另一实施例中，多层堆叠302包含一或多个金属栅极层312(MG)(例如，金属栅极层312a、…、312n)。例如，任何数目个金属栅极层312可经沉积在绝缘层306的顶部上。此外，金属栅极层312可由任何金属或复合材料(例如但不限于氮化钛(TiN)或氮化钽(TaN))形成。
多层堆叠302可经图案化成在沿着多层堆叠302的表面的一或多个方向上包含特征(例如，周期性或非周期特征)的2D或3D结构。图3B是根据本发明的一或多个实施例的由呈2D鳍片布置图案化的多层堆叠302形成的多层光栅316的剖面图314。在一个实施例中，多层光栅316包含在X方向上按第一周期320分布的图案化特征318。此外，图案化特征318可通过沿着Z方向的高度322及在选定高度界定的一或多个临界尺寸(例如，经定义为图案化特征318的顶部处的宽度的顶部临界尺寸324、经定义为图案化特征318的中间高度处的宽度的中间临界尺寸326及经定义为多层光栅316的表面处的图案化特征318的宽度的底部临界尺寸328)来特性化。图3C是根据本发明的一或多个实施例的由呈3D鳍片布置图案化的多层堆叠302形成的多层光栅316的剖面图330。在一个实施例中，图案化特征318可沿着Y方向按第二周期332分布，且可通过沿着Y方向的临界尺寸(例如，侧向临界尺寸334)来进一步特性化。大体上参考图3B及3C，多层光栅316的几何特性(例如但不限于图案化特征318的大小(例如，高度322、中间临界尺寸326、顶部临界尺寸324、侧向临界尺寸334等等)或图案化特征318的形状(例如，顶部临界尺寸324与底部临界尺寸328之间的差异等等))可影响任一层(包含但不限于绝缘层306(例如，带隙可与装置性能成比例的测试层))的光学特性(例如，色散特性)。
应理解，图3A到3C中描述的计量目标的特定实施例及上文提供的相关联描述是仅出于说明性目的而提供且不应被解释为限制性。计量目标可具有适于表示经制造装置特征的任何几何结构使得计量目标的测量可表示对应装置特征。此外，计量目标可表示任何类型的装置特征或电子组件且不限于如本文中通过说明性实例描述的FinFET晶体管。计量目标可进一步包含呈任何配置的任何数目个材料层。
步骤202的模型的一或多个几何参数可包含与多层光栅的几何结构相关联的任何参数，例如但不限于第一周期320、第二周期332、高度322、顶部临界尺寸324、中间临界尺寸326、底部临界尺寸328、侧壁角度或任何构成层(例如，绝缘层306、界面层308、衬底层304或填充层310)的厚度。另外，可(但无需)在由科磊公司(KLA-TENCOR)提供的ACUSHAPE软件产品中实施使用用于工艺模型化的几何引擎。
步骤202的模型的一或多个介电参数可包含与多层光栅的层的光学性质相关联的任何参数。此外，一或多个介电参数可包含与多层光栅的至少一个层(例如，测试层)的带隙相关的至少一个参数(Eg)。例如，介电参数可包含但不限于折射率的实部(n)、折射率的虚部(k)、介电常数的实部(∈1)、介电常数的虚部(∈2)或带隙的测度(Eg)的波长相依值。
在一个实施例中，步骤202的模型的一或多个介电参数可包含与适于使来自光谱计量工具104的光谱信号与多层光栅的一或多个层的色散相关的色散模型相关联的一或多个参数。此类参数可(但无需)与物理参数(例如n、k、Eg等等)直接相关。此外，此类参数可(但无需)提供克拉末-克朗尼格(Kramers-Kronig)一致介电函数的表示。在2017年3月14日发布的标题为“用于带隙跟踪的色散模型(Dispersion model for band gap tracking)”的第9,595,481号美国专利、2016年8月2日发布的标题为“用于包含缺陷的高k电介质的光学色散的模型(Model for optical dispersion of high-k dielectrics includingdefects)”的第9,405,290号美国专利、2017年5月30日发布的标题为“光学色散的多振荡器、连续Cody-Lorentz模型(Multi-oscillator,continuous Cody-Lorentz model ofoptical dispersion)”的第9,664,734号美国专利中大体上描述用于使用光谱计量技术来确定一或多个层的色散参数的色散模型，所有所述专利的全部内容以引用方式并入本文中。本文中应认识到，色散模型可(但无需)考虑膜层中的缺陷状态，其可影响膜层的光学性质及/或电性质且因此可影响经制造装置的性能。
例如，色散模型可包含用于使用实验常数表示一或多个层的波长相依色散的柯西(Cauchy)模型或塞耳迈耶尔(Sellmeier)模型。
通过另一实例，色散模型可包含布鲁格曼(Bruggeman)有效模型近似法(BEMA)，其可将层的介电函数表示为层的成分的克拉末-克朗尼格一致介电函数的有效组合物。使用这个模型，层的带隙可从经计算色散曲线间接导出且可需要参考。
通过另一实例，色散模型可包含托克-洛伦兹(Tauc-Lorentz)(TL)模型，其可使用克拉末-克朗尼格一致性来参数化介电函数的实部及虚部。TL模型并不约束介电函数的导数且因此可适于包含潜在缺陷的层。使用这个模型，可通过拟合来自计量工具的光谱信号来寻找色散参数且层的带隙是经拟合色散参数的函数。
通过另一实例，色散模型可包含科迪洛伦兹(Cody Lorenz)连续(CLC)模型，其与对色散函数的导数的连续性具有额外限制的TL模型类似。
通过另一实例，色散模型可包含谐波振荡器(HO)模型，其可将吸收区表示为克拉末-克朗尼格一致谐波振荡器使得层的介电函数是振荡器的总和。与TL模型类似，HO模型可考虑制造层中的缺陷状态。
通过另一实例，点对点(P2P)模型可通过将入射光谱的每一波长拟合到高斯(Gaussian)或洛伦兹(Lorentzian)函数而并入色散模型中以描述子带结构。P2P模型可提供包含缺陷状态的膜的精确模型化。例如，P2P模型可提供与缺陷相关联的色散曲线中的小峰值的精确模型化。此外，其可为P2P模型可考虑在其它模型中未直接考虑的多种缺陷状态的情况。
应理解，无需将所有可能的性质定义为步骤202的模型中的开放参数。例如，高度控制几何参数或色散参数可在模型中提供为在基于制造工艺的可预见变动的选定公差内不变的固定值。
在另一实施例中，方法200包含测量对应于经模型化多层光栅的计量目标的光谱信号的步骤204。在这个方面，未使用多层光栅的测试层的几何参数、色散参数及/或带隙的未知值来特性化包含多层光栅的计量目标。
光谱信号可为由适于提供与步骤202的模型的几何及色散参数相关的数据的光谱计量工具提供的任何计量信号。例如，光谱信号可包含但不限于作为波长的函数的光谱功率、偏光及入射在计量目标上的光的相移。在一般意义上，光谱信号可包含由光谱计量工具(例如但不限于光谱仪、具有一或多个照明角度的光谱椭偏仪、用于测量穆勒矩阵元素的光谱椭偏仪(例如，使用旋转补偿器)、单波长椭偏仪、角度分辨椭偏仪(例如，光束轮廓椭偏仪)、光谱反射计、单波长反射计、角度分辨反射计(例如，光束轮廓反射计)、成像系统、光瞳成像系统、光谱成像系统或散射计)提供的信号的任何组合。
在另一实施例中，方法200包含确定经模型化多层光栅的一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于经测量光谱信号的经模拟光谱信号的步骤206。在步骤206中，分析步骤204中生成的未特性化计量目标的光谱信号以确定与步骤202的模型相关联的几何及色散参数的值。
可通过数据拟合及优化技术分析光谱信号，所述技术包含但不限于程序库、快速降阶模型、回归、机器学习算法(例如神经网络或支持向量机(SVM))、降维算法(例如，主成分分析(PCA)、独立成分分析(ICA)、局部线性嵌入(LLE)等等)、稀疏数据表示(例如，傅里叶或小波变换、卡尔曼(Kalman)滤光器等等)、或促进相同或不同工具类型的匹配的算法。可(但无需)通过由科磊公司提供的信号响应计量(SRM)软件产品执行数据分析。在2016年8月9日发布的标题为“多模型计量(Multi-model metrology)”的第9,412,673号美国专利、2014年10月2日出版的标题为“基于统计模型的计量(Statistical model-basedmetrology)”的第2014/0297211号美国专利公开案、2015年2月12日出版的标题为“用于半导体目标的计量的差分方法及设备(Differential methods and apparatus formetrology of semiconductor targets)”的第2015/004611号美国专利公开案、2016年4月21日出版的标题为“小盒尺寸目标的测量(Measurement of Small Box Size Targets)”的第2016/0109375号美国专利公开案、2016年9月29日出版的标题为“基于模型的单参数测量(Model-Based Single Parameter Measurement)”的第2016/0282105号美国专利公开案及2014年10月23日出版的标题为“装置上计量(On-device metrology)”的第2014/0316730号美国专利申请案中大体上描述从计量信号确定经模型化特征参数，所述专利及案的全部内容以引用方式并入本文中。在2014年6月19日出版的标题为“基于模型的计量及工艺模型的综合使用(Integrated use of model-based metrology and a process model)”的第2014/0172394号美国专利公开案中大体上描述工艺模型化的使用，所述公开案的全部内容以引用方式并入本文中。在2016年5月19日出版的标题为“用于组合来自多个计量目标的原始数据的系统、方法及计算机程序产品(System,method and computer program productfor combining raw data from multiple metrology tools)”的第2016/0141193号美国专利公开案中大体上描述来自多个计量工具的计量数据的使用，所述公开案的全部内容以引用方式并入本文中。
在另一实施例中，通过不包含模型化、优化及/或拟合(例如，相位特性化等等)的算法分析由计量工具(例如，计量工具104)生成的原始数据。本文中应注意，计算算法可(但无需)(例如，由控制器106)通过使用并行化、分布式计算、负载平衡、多服务支持、计算硬件的设计及实施、或动态负载优化专用于计量应用。此外，算法的各种实施方案可(但无需)由控制器106(例如，通过固件、软件或现场可编程门阵列(FPGA)等等)或与系统100相关联的一或多个可编程光学元件来执行。
在一个实施例中，步骤206包含训练统计模型以确定一或多个参数(例如，几何及色散参数)的特定值与经模型化多层光栅的光谱信号的特定方面之间的关系。例如，统计模型包含适于生成经测量光谱信号的方面与几何与色散参数的特定值之间的统计关系的任何模型，使得可使用统计关系来预测未特性化计量目标的几何及色散参数的值。例如，统计模型可包含但不限于线性模型、非线性模型、SVM或神经网络。此外，可使用PCA、核PCA、ICA、自动编码器、信号选择等等预处理且减少输入数据。
本文中应认识到，统计模型可提供来自光谱计量工具(例如，计量工具104)的经测量光谱信号与几乎任何类型的计量目标(包含但不限于，通过尺寸相依物理效应链接物理及光学性质的目标及经制造层中的缺陷状态可影响对应光学或电性质的目标)的经模型化几何及色散参数之间的精确关系。此外，统计模型可提供经测量光谱信号的方面与相关联于色散模型(例如，BEMA、TL、CLC、HO等等)的物理有意义色散参数(例如，n、k、Eg等等)或抽象色散参数之间的关系。
步骤206的统计模型可通过生成实验设计(DOE)来训练，其中对于在经定义范围内(例如，与预期工艺变动相关联)具有几何及色散参数的变化值的大量计量目标生成光谱信号。此外，可分析与DOE中的每一计量目标相关联的所生成光谱信号以确定光谱信号的方面与几何及色散参数的特定值之间的关系。在这个方面，可确定几何及色散参数的变动(单独地及组合地)对可由计量工具(例如，计量工具104)测量的所得光谱信号的影响。
例如，可至少部分地通过使用与步骤202的计量目标模型相关联的几何及色散参数的变化值模拟与包含多层光栅的计量目标相关联的光谱信号而生成DOE。照明光束(例如，计量工具104的计量照明光束132)的光学交互可但不限于使用电磁(EM)解算器来模型化。此外，EM解算器可利用所属领域中已知的任何方法，包含但不限于严格耦合波分析(RCWA)、有限元素法分析、矩量分析法、表面积分技术、体积分技术或有限差分时域分析。
通过另一实例，可至少部分地通过制造包含具有变化工艺参数的多层光栅的计量目标以生成与步骤202的计量目标模型相关联的几何及色散参数的变化值而生成DOE。接着可使用参考计量工具来确定DOE的每一计量目标的几何及色散参数的特定值。此外，光谱计量工具(例如，计量工具104)可生成DOE的每一计量目标的相关光谱信号。本文中应认识到，使用经制造结构来生成DOE可促进确定色散参数(例如，包含绝缘层306的带隙或与所述带隙成比例的色散参数)。
在另一实施例中，步骤206包含回归分析以基于步骤204中提供的经测量光谱信号来确定几何及色散参数的值。例如，步骤206可包含模拟光谱信号(例如，使用EM解算器等等，如本文中先前描述)，其中几何及色散参数在回归中浮动。在这个方面，可通过在选定回归公差内最小化经测量光谱与经模拟光谱之间的光谱差而确定几何及色散参数的值。
在另一实施例中，方法200包含基于一或多个参数的经确定值来计算指示经制造多层光栅的测试层(例如，绝缘层306)的带隙的计量目标的计量度量的步骤208。如本文中先前描述，指示绝缘层的带隙的计量度量可提供与相关联装置特征的预期性能相关联的诊断信息。在一些实施例中，步骤206提供可测量光谱信号的方面与绝缘层的带隙之间的直接统计关系。在此类情况中，步骤208的计量度量可包含带隙的经确定值。在一些实施例中，步骤206提供可测量光谱信号的方面与同带隙相关的其它色散参数(例如，色散曲线等等)之间的统计关系。因此，步骤208可包含基于步骤206中生成的色散参数的值来计算测试层的带隙。
本文中应认识到，许多薄电介质膜的色散函数可包含接近可大幅影响带隙的确定的吸收峰值的尾部区。例如，在APL 87,192903(2005)的N.V.纽伦(N.V.Nguyen)等人的“多晶氧化铪中的子带隙缺陷状态及其通过硅混合物的抑制(Sub-bandgap defect states inpolycrystalline hafnium oxide and their suppression by admixture of silicon)”中大体上描述薄膜中的子带隙缺陷状态，所述文献的全部内容以引用方式并入本文中。
在一个实施例中，与测试层的带隙成比例的计量度量可通过评估测试层的色散曲线在围绕其中色散在选定过渡公差内以指数方式变化的吸收边缘的过渡能量区内的积分而确定。例如，可(但无需)基于步骤206中确定的色散参数的值来确定色散曲线。此外，选定过渡公差可界定一或多个拟合参数公差使得过渡能量区中的色散可通过具有选定过渡公差的指数函数而近似计算。
评估色散曲线在过渡能量区内的积分可提供指示带隙的计量度量，其对过渡能量区(例如，与层缺陷等等相关联)外部的非零色散值不敏感且在存在噪声的情况下是稳健的。
图4是根据本发明的一或多个实施例的接近多层光栅中的层的带隙的相对介电常数(∈2)的虚部的色散曲线的曲线图402。在一个实施例中，由定界光子能量Es及Ee(或等效地，波长)界定过渡能量区使得∈2在过渡能量区中以指数方式改变。
可使用所属领域中已知的任何方法来确定过渡能量区的界限(例如，图4的Es及Ee)。例如，可通过识别使接近吸收边缘的色散函数能够在选定过渡公差内由指数函数拟合的定界光子能量而确定过渡能量区的界限。通过另一实例，可通过计算接近吸收边缘的色散函数的对数且识别实现选定过渡公差内的线性拟合的定界光子能量而确定过渡能量区的界限。
在另一实施例中，可至少部分地通过使用一或多个函数形式(例如但不限于线、多项式、分段多项式或指数函数)重建色散曲线(例如，在步骤206中生成)而确定与测试层的带隙成比例的计量度量。例如，至少部分通过使用乌而巴赫带尾的一般形式重建色散曲线作为过渡能量区中的光子能量的指数函数而确定与测试层的带隙成比例的计量度量。因此，可使用任何方法(例如但不限于评估测试层的色散曲线在过渡能量区内的积分)而从经重建色散曲线提取带隙。
在另一实施例中，可至少部分地通过深度学习模型(例如，如本文中先前描述的统计模型)确定与测试层的带隙成比例的计量度量。
方法200可进一步包含基于步骤208中确定的计量度量来预测经制造装置特征的性能。例如，可基于与包含多层光栅的计量目标的测试层的带隙成比例的计量度量来预测通过晶体管的“高k”绝缘层的漏泄电流。此外，方法200可包含基于步骤206中确定的一或多个经确定参数(例如，几何及/或色散参数)中的任一者来预测经制造装置特征的性能。例如，可结合步骤208中确定的计量度量利用几何参数(例如但不限于临界尺寸、侧壁角度、侧向及水平尺寸)以进一步预测经制造装置特征的最终性能。
方法200可进一步包含基于步骤208中确定的计量度量来控制与制造装置特征相关联的一或多个工艺工具(例如，一或多个沉积工具、一或多个光刻工具、一或多个蚀刻工具等等)。例如，方法200可包含响应于计量度量调整与至少一个工艺工具(例如，工艺工具102)相关联的工艺配方。因此，晶片的一或多个计量目标上的计量度量(及因此测试层的带隙)的变动可用于修改同一晶片上的后续层的一或多个方面(例如，补偿测试层的变动)或可用于修改后续生产运行中经制造装置的一或多个方面的沉积。
此外，方法200可包含响应于步骤206中确定的一或多个经确定参数(例如，几何及/或色散参数)中的任一者调整与至少一个工艺工具(例如，工艺工具102)相关联的工艺配方。例如，可结合步骤208中确定的计量度量基于几何参数(例如但不限于临界尺寸、侧壁角度、侧向及水平尺寸)来调整工艺配方以进一步实现选定制造及性能公差。
本文中描述的标的物有时阐释包含在其它组件内或与其它组件连接的不同组件。应理解，此类所描绘架构仅仅是示范性的，且事实上可实施实现相同功能性的许多其它架构。在概念意义上，实现相同功能性的组件的任何布置有效地“相关联”使得实现所要功能性。因此，本文中经组合以实现特定功能性的任何两个组件可被视为彼此“相关联”使得实现所要功能性，而与架构或中间组件无关。同样地，如此相关联的任何两个组件也可被视为彼此“连接”或“耦合”以实现所要功能性，且能够如此相关联的任何两个组件也可被视为“可耦合”到彼此以实现所要功能性。可耦合的特定实例包含但不限于可物理交互及/或物理交互的组件及/或可无线交互及/或无线交互的组件及/或可逻辑交互及/或逻辑交互的组件。
据信，将通过前文描述理解本发明及许多其伴随优势，且将明白，可在不脱离所揭示主题或不牺牲所有其材料优势的情况下对组件的形式、构造及布置做出各种改变。所描述形式仅仅是说明性，且下文权利要求书的意图是涵盖及包含此类改变。此外，应理解，本发明是由所附权利要求书定义。

Claims (59)

1.一种光谱计量系统，其包括：
光谱计量工具，其经配置以提供指示响应于入射照明从包含两个或更多个层的多层光栅发出的辐射的光谱信号；及
控制器，其通信地耦合到所述光谱计量工具，所述控制器包含经配置以执行程序指令的一或多个处理器，所述程序指令经配置以引起所述一或多个处理器：
生成包含两个或更多个层的多层光栅的模型，所述模型包含与多层光栅相关联的一或多个参数，其中所述一或多个参数包含指示所述多层光栅的测试层的几何结构的几何参数，其中所述一或多个参数包含指示所述测试层的色散的色散参数；
从所述光谱计量工具接收对应于所述经模型化多层光栅的经制造多层光栅的光谱信号；
确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号；及
基于所述经制造结构的所述测试层的所述一或多个参数的所述经确定值来计算所述经制造多层光栅的所述测试层的带隙。
2.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中所述计量度量包括：
所述测试层的色散曲线在过渡光谱区内的积分，其中所述积分是与所述测试层的所述带隙成比例，其中通过所述一或多个色散参数的所述经确定值来定义所述色散曲线，其中所述过渡区包括：
所述色散曲线在选定过渡公差内以指数方式变化的范围。
3.根据权利要求2所述的光谱计量系统，其中重建通过所述一或多个色散参数的所述经确定值所定义的所述测试层的所述色散曲线以包含在所述过渡光谱区内以指数方式变化的乌而巴赫带尾。
4.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中所述色散参数包括：
所述测试层的消光系数、所述测试层的介电函数的虚部或所述测试层的所述带隙中的至少一者。
5.根据权利要求4所述的光谱计量系统，其中所述色散参数对应于色散模型的模型化参数。
6.根据权利要求5所述的光谱计量系统，其中所述色散模型包括：
布鲁格曼有效模型近似模型、科迪洛伦兹连续模型、托克-洛伦兹模型、谐波振荡器模型或点对点模型中的至少一者。
7.根据权利要求5所述的光谱计量系统，其中所述色散模型的所述一或多个色散参数中的所述至少一者对所述测试层中的缺陷状态敏感。
8.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中所述几何参数包括：
所述多层光栅的至少一个层的厚度。
9.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中所述多层光栅包括：
光栅结构，其包含由所述两个或更多个层形成的周期性分布元件。
10.根据权利要求9所述的光谱计量系统，其中所述几何参数包括：
所述周期性分布元件的高度、所述周期性分布元件在选定高度的宽度或所述周期性分布元件的侧壁角度中的至少一者。
11.根据权利要求9所述的光谱计量系统，其中所述周期性分布元件沿着所述多层光栅的表面分布在一或多个方向上。
12.根据权利要求11所述的光谱计量系统，其中所述多层光栅包括：
鳍片光栅。
13.根据权利要求9所述的光谱计量系统，其中所述计量度量指示使用共同制造工艺制造的晶体管装置的漏泄电流。
14.根据权利要求13所述的光谱计量系统，其进一步包括：
基于所述计量度量来预测所述晶体管装置的性能。
15.根据权利要求14所述的光谱计量系统，其进一步包括：
基于所述计量度量且进一步基于所述一或多个经确定参数中的至少一者来预测所述晶体管装置的性能。
16.根据权利要求15所述的光谱计量系统，其中所述一或多个经确定参数中的所述至少一者包括：
所述周期性分布元件的高度、所述周期性分布元件在选定高度的宽度或所述周期性分布元件的侧壁角度中的至少一者。
17.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其进一步包括：
基于所述计量度量来控制用于制造晶体管装置的一或多个工艺工具。
18.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中所述测试层包括：
二氧化铪、硅酸铪、氮化铪硅酸盐或硅酸锆中的至少一者。
19.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中所述光谱计量工具包括：
照明源；
一或多个照明元件，其经配置以将来自所述照明源的照明光束引导到包含两个或更多个层的多层光栅；
一或多个收集元件，其经配置以收集响应于所述照明光束从所述多层光栅发出的辐射；及
检测器，其经配置以接收所述经收集辐射且提供指示所述经收集辐射的所述光谱信号。
20.根据权利要求19所述的光谱计量系统，其进一步包括：
气氛调节腔室，其围封所述光谱工具以使用选定气体来调节包围所述光谱工具的组件的气氛。
21.根据权利要求20所述的光谱计量系统，其中所述选定气体包括：
对在120纳米到2500纳米的范围中的波长透明的气体。
22.根据权利要求20所述的光谱计量系统，其中所述选定气体包括：
对在120纳米到300纳米的范围中的波长透明的气体。
23.根据权利要求20所述的光谱计量系统，其中所述选定气体包括：
对在150纳米到193纳米的范围中的波长透明的气体。
24.根据权利要求20所述的光谱计量系统，其中所述选定气体包括：
惰性气体。
25.根据权利要求20所述的光谱计量系统，其中所述选定气体包括：
氮气或氩气中的至少一者。
26.根据权利要求19所述的光谱计量系统，其中所述照明源包括：
激光源或激光驱动光源中的至少一者。
27.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中所述光谱计量工具包括：
椭偏仪、反射计、成像系统或拉曼光谱仪中的至少一者。
28.根据权利要求19所述的光谱计量系统，其中所述光谱计量工具包括：
光谱椭偏仪、光谱反射计、单波长椭偏仪、单波长反射计、角度分辨椭偏仪或角度分辨反射计中的至少一者。
29.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中确定所述多层光栅的所述模型包括：
确定所述一或多个参数的特定值与所述经模型化多层光栅的所述光谱信号的特定方面之间的统计关系，其中确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号包括：
基于所述经确定统计关系来确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号。
30.根据权利要求29所述的光谱计量系统，其中确定所述一或多个参数的特定值与所述经模型化多层光栅的所述光谱信号的特定方面之间的统计关系包括：
使用所述一或多个参数的多个值来模拟所述经模型化多层光栅的所述光谱信号；及
基于所述经模拟光谱信号来确定所述一或多个参数的特定值与所述经模型化多层光栅的所述光谱信号的特定方面之间的所述统计关系。
31.根据权利要求29所述的光谱计量系统，其中确定所述一或多个参数的特定值与所述经模型化多层光栅的所述光谱信号的特定方面之间的统计关系包括：
生成包含使用所述一或多个参数的多个值所制造的所述多层光栅的多个实例的参考样本；
测量所述参考样本上的所述多层光栅的所述多个实例的光谱信号；
使用计量工具来测量所述参考样本上的所述多层光栅的所述多个实例的所述一或多个参数的所述值；及
基于所述经测量光谱信号来确定所述一或多个参数的特定值与所述经模型化多层光栅的所述光谱信号的特定方面之间的所述统计关系。
32.根据权利要求29所述的光谱计量系统，其中通过以下中的至少一者来确定所述一或多个参数的特定值与所述经模型化多层光栅的所述光谱信号的特定方面之间的所述统计关系：
线性模型、神经网络、深度学习模型或支持向量机过程。
33.根据权利要求1所述的光谱计量系统，其中确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号包括：
计算所述一或多个参数的所述值作为回归参数以在所述选定公差内最小化所述经模型化多层光栅的经模拟光谱信号与所述经制造多层光栅的所述经测量光谱信号之间的差。
34.根据权利要求19所述的光谱计量系统，其中所述照明源经配置以产生具有波长在120纳米到3000纳米的范围中的所述照明光束。
35.根据权利要求34所述的光谱计量系统，其中所述照明源经配置以产生具有紫外线波长的所述照明光束。
36.根据权利要求34所述的光谱计量系统，其中所述照明源包括：
激光驱动光源。
37.根据权利要求34所述的光谱计量系统，其中所述照明源包括：
激光源。
38.根据权利要求23所述的光谱计量系统，其中所述照明源经配置以产生具有波长在150纳米到193纳米的范围中的所述照明光束。
39.根据权利要求38所述的光谱计量系统，其中所述照明源包括：
激光驱动光源。
40.一种带隙量化方法，其包括：
生成计量目标的模型，所述计量目标包含由两个或更多个层形成的多层光栅，所述模型是使用与所述多层光栅相关联的一或多个参数来参数化，其中所述一或多个参数包含与所述多层光栅相关联的几何参数，其中所述一或多个参数进一步包含指示所述两个或更多个层的测试层的色散的色散参数；
测量对应于所述经模型化多层光栅的经制造多层光栅的光谱信号；
确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号；及
基于所述一或多个参数的所述经确定值来计算指示所述经制造多层光栅的所述测试层的带隙的所述计量目标的计量度量。
41.根据权利要求40所述的带隙量化方法，其中所述计量度量包括：
所述测试层的色散曲线在过渡光谱区内的积分，其中所述积分是与所述测试层的所述带隙成比例，其中通过所述一或多个色散参数的所述经确定值来定义所述色散曲线，其中所述过渡区包括：
所述色散曲线在选定过渡公差内以指数方式变化的范围。
42.根据权利要求41所述的带隙量化方法，其中重建通过所述一或多个色散参数的所述经确定值所定义的所述测试层的所述色散曲线以包含在所述过渡光谱区内以指数方式变化的乌而巴赫带尾。
43.根据权利要求40所述的带隙量化方法，其中所述色散参数包括：
所述测试层的消光系数、介电函数的虚部或所述带隙中的至少一者。
44.根据权利要求40所述的带隙量化方法，其中所述几何参数包括：
所述多层光栅的至少一个层的厚度。
45.根据权利要求40所述的带隙量化方法，其中所述多层光栅包括：
光栅结构，其包含由所述两个或更多个层形成的周期性分布元件。
46.根据权利要求45所述的带隙量化方法，其中所述几何参数包括：
所述周期性分布元件的高度或所述周期性分布元件在选定高度的宽度中的至少一者。
47.根据权利要求40所述的带隙量化方法，其中所述计量度量指示使用共同制造工艺制造的晶体管装置的漏泄电流。
48.根据权利要求47所述的带隙量化方法，其进一步包括：
基于所述计量度量来预测所述晶体管装置的性能。
49.根据权利要求40所述的带隙量化方法，其进一步包括：
基于所述计量度量来控制用于制造晶体管装置的工艺工具。
50.根据权利要求40所述的带隙量化方法，其中确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号包括：
确定所述一或多个参数的特定值与所述经模型化多层光栅的所述光谱信号的特定方面之间的统计关系；及
基于所述经确定统计关系来确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号。
51.根据权利要求50所述的带隙量化方法，其中确定所述一或多个参数的特定值与所述经模型化多层光栅的所述光谱信号的特定方面之间的统计关系包括：
使用所述一或多个参数的多个值来模拟所述经模型化多层光栅的所述光谱信号；及
基于所述经模拟光谱信号来确定所述一或多个参数的特定值与所述经模型化多层光栅的所述光谱信号的特定方面之间的所述统计关系。
52.根据权利要求50所述的带隙量化方法，其中确定所述一或多个参数的特定值与所述经模型化多层光栅的所述光谱信号的特定方面之间的统计关系包括：
生成包含使用所述一或多个参数的多个值所制造的所述多层光栅的多个实例的参考样本；
测量所述参考样本上的所述多层光栅的所述多个实例的光谱信号；
使用计量工具来测量所述参考样本上的所述多层光栅的所述多个实例的所述一或多个参数的所述值；及
基于所述经测量光谱信号来确定所述一或多个参数的特定值与所述经模型化多层光栅的所述光谱信号的特定方面之间的所述统计关系。
53.根据权利要求40所述的带隙量化方法，其中确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号包括：
计算所述一或多个参数的所述值作为回归参数以在所述选定公差内最小化所述经模型化多层光栅的经模拟光谱信号与所述经制造多层光栅的所述经测量光谱信号之间的差。
54.一种制造系统，其包括：
一或多个工艺工具，其用于基于工艺配方来制造包含两个或更多个层的多层光栅；
光谱计量工具，其经配置以提供指示响应于入射照明从多层光栅发出的辐射的光谱信号，所述多层光栅是由所述一或多个工艺工具制造；及
控制器，其通信地耦合到所述光谱计量工具及所述一或多个工艺工具，所述控制器包含经配置以执行程序指令的一或多个处理器，所述程序指令经配置以引起所述一或多个处理器：
生成包含两个或更多个层的多层光栅的模型，所述模型包含与多层光栅相关联的一或多个参数，其中所述一或多个参数包含指示所述多层光栅的测试层的几何结构的几何参数，其中所述一或多个参数包含指示所述测试层的色散的色散参数；
从所述光谱计量工具接收对应于所述经模型化多层光栅的经制造多层光栅的光谱信号，所述经制造多层光栅是由所述一或多个工艺工具基于选定工艺配方制造；
确定所述经模型化多层光栅的所述一或多个参数的值，从而在选定公差内提供对应于所述经测量光谱信号的经模拟光谱信号；
基于所述经制造结构的所述测试层的所述一或多个参数的所述经确定值来计算所述经制造多层光栅的所述测试层的带隙；及
基于所述测试层的所述经预测带隙来调整用于制造多层光栅的所述一或多个工艺工具的所述工艺配方。
55.根据权利要求54所述的制造系统，其中所述一或多个处理器进一步经配置以执行程序指令，所述程序指令经配置以引起所述一或多个处理器：
基于所述一或多个参数的所述经确定值中的至少一者来调整用于制造多层光栅的所述一或多个工艺工具的所述工艺配方。
56.根据权利要求55所述的制造系统，其中所述一或多个参数的所述经确定值中的所述至少一者包括：
临界尺寸、侧壁角度或膜厚度中的至少一者。
57.根据权利要求54所述的制造系统，其中所述一或多个工艺工具包括：
材料沉积工具、光刻工具或蚀刻工具中的至少一者。
58.根据权利要求54所述的制造系统，其中基于所述测试层的所述经预测带隙来调整用于制造多层光栅的所述一或多个工艺工具的所述配方包括：
在所述一或多个工艺工具的当前生产运行中调整所述工艺配方以补偿所述测试层的所述带隙的偏差。
59.根据权利要求54所述的制造系统，其中基于所述测试层的所述经预测带隙来调整用于制造多层光栅的所述一或多个工艺工具的所述配方包括：
在所述一或多个工艺工具的后续生产运行中调整所述工艺配方以补偿所述测试层的所述带隙的偏差。
CN201880051578.6A 2017-08-07 2018-08-06 使用光谱计量的图案化膜堆叠的带隙测量 Active CN111279166B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762542260P 2017-08-07 2017-08-07
US62/542,260 2017-08-07
US15/672,120 2017-08-08
US15/672,120 US11378451B2 (en) 2017-08-07 2017-08-08 Bandgap measurements of patterned film stacks using spectroscopic metrology
PCT/US2018/045302 WO2019032412A1 (en) 2017-08-07 2018-08-06 BAND MEASUREMENTS PROHIBITED FROM PATTERNED FILM STACKS BY SPECTROSCOPIC METROLOGY

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111279166A CN111279166A (zh) 2020-06-12
CN111279166B true CN111279166B (zh) 2022-12-16

Family

ID=65231535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880051578.6A Active CN111279166B (zh) 2017-08-07 2018-08-06 使用光谱计量的图案化膜堆叠的带隙测量

Country Status (6)

Country Link
US (2) US11378451B2 (zh)
JP (1) JP7201662B2 (zh)
KR (1) KR102618395B1 (zh)
CN (1) CN111279166B (zh)
TW (1) TWI785083B (zh)
WO (1) WO2019032412A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11156548B2 (en) 2017-12-08 2021-10-26 Kla-Tencor Corporation Measurement methodology of advanced nanostructures
US11060982B2 (en) * 2019-03-17 2021-07-13 Kla Corporation Multi-dimensional model of optical dispersion
CN112484968B (zh) * 2020-11-20 2021-12-21 上海复享光学股份有限公司 用于光学量测的方法、系统、计算设备和存储介质
CN113720795B (zh) * 2021-09-03 2024-03-01 上海科技大学 高通量极紫外多层膜光栅光谱仪

Family Cites Families (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5608526A (en) 1995-01-19 1997-03-04 Tencor Instruments Focused beam spectroscopic ellipsometry method and system
US5859424A (en) 1997-04-08 1999-01-12 Kla-Tencor Corporation Apodizing filter system useful for reducing spot size in optical measurements and other applications
US6455853B2 (en) * 2000-02-22 2002-09-24 J.A. Woollam Co., Inc. Determination of thickness and impurity profiles in thin membranes utilizing spectorscopic data obtained from ellipsometric investigation of both front and back surfaces
US6429943B1 (en) 2000-03-29 2002-08-06 Therma-Wave, Inc. Critical dimension analysis with simultaneous multiple angle of incidence measurements
AU2002360738A1 (en) 2001-12-19 2003-07-09 Kla-Tencor Technologies Corporation Parametric profiling using optical spectroscopic systems
EP1512112A4 (en) 2002-06-05 2006-11-02 Kla Tencor Tech Corp USE OF OVERLAY DIAGNOSIS FOR ADVANCED AUTOMATIC PROCESS CONTROL
JP4136740B2 (ja) 2003-03-19 2008-08-20 株式会社堀場製作所 分光エリプソメータを用いた薄膜３層構造の解析方法
US7478019B2 (en) 2005-01-26 2009-01-13 Kla-Tencor Corporation Multiple tool and structure analysis
US7567351B2 (en) 2006-02-02 2009-07-28 Kla-Tencor Corporation High resolution monitoring of CD variations
US7528944B2 (en) * 2006-05-22 2009-05-05 Kla-Tencor Technologies Corporation Methods and systems for detecting pinholes in a film formed on a wafer or for monitoring a thermal process tool
KR101576958B1 (ko) * 2009-09-04 2015-12-11 삼성전자주식회사 반도체 소자의 제조 방법
CN104114999B (zh) * 2011-09-27 2017-06-09 科磊股份有限公司 高吞吐量薄膜特性化及缺陷检测
US20130245985A1 (en) 2012-03-14 2013-09-19 Kla-Tencor Corporation Calibration Of An Optical Metrology System For Critical Dimension Application Matching
CN104350375B (zh) 2012-03-26 2016-11-16 柯尼卡美能达株式会社 棱镜以及传感器芯片
KR102231730B1 (ko) 2012-06-26 2021-03-24 케이엘에이 코포레이션 각도 분해형 반사율 측정에서의 스캐닝 및 광학 계측으로부터 회절의 알고리즘적 제거
WO2014062972A1 (en) 2012-10-18 2014-04-24 Kla-Tencor Corporation Symmetric target design in scatterometry overlay metrology
US8860937B1 (en) * 2012-10-24 2014-10-14 Kla-Tencor Corp. Metrology systems and methods for high aspect ratio and large lateral dimension structures
US10769320B2 (en) 2012-12-18 2020-09-08 Kla-Tencor Corporation Integrated use of model-based metrology and a process model
US9116103B2 (en) * 2013-01-14 2015-08-25 Kla-Tencor Corporation Multiple angles of incidence semiconductor metrology systems and methods
US9405290B1 (en) 2013-01-17 2016-08-02 Kla-Tencor Corporation Model for optical dispersion of high-K dielectrics including defects
US9291554B2 (en) 2013-02-05 2016-03-22 Kla-Tencor Corporation Method of electromagnetic modeling of finite structures and finite illumination for metrology and inspection
US10101670B2 (en) 2013-03-27 2018-10-16 Kla-Tencor Corporation Statistical model-based metrology
US9875946B2 (en) 2013-04-19 2018-01-23 Kla-Tencor Corporation On-device metrology
US10079183B2 (en) * 2013-06-26 2018-09-18 Kla-Tenor Corporation Calculated electrical performance metrics for process monitoring and yield management
US10935893B2 (en) 2013-08-11 2021-03-02 Kla-Tencor Corporation Differential methods and apparatus for metrology of semiconductor targets
US9595481B1 (en) 2013-08-23 2017-03-14 Kla-Tencor Corporation Dispersion model for band gap tracking
US9412673B2 (en) 2013-08-23 2016-08-09 Kla-Tencor Corporation Multi-model metrology
US9490182B2 (en) * 2013-12-23 2016-11-08 Kla-Tencor Corporation Measurement of multiple patterning parameters
US9599510B2 (en) 2014-06-04 2017-03-21 Cymer, Llc Estimation of spectral feature of pulsed light beam
CN112331576A (zh) * 2014-10-03 2021-02-05 科磊股份有限公司 验证计量目标及其设计
US10139352B2 (en) 2014-10-18 2018-11-27 Kla-Tenor Corporation Measurement of small box size targets
US20160139032A1 (en) 2014-11-19 2016-05-19 Kla-Tencor Corporation Inspection system and method using an off-axis unobscured objective lens
US10152678B2 (en) * 2014-11-19 2018-12-11 Kla-Tencor Corporation System, method and computer program product for combining raw data from multiple metrology tools
US9470639B1 (en) 2015-02-03 2016-10-18 Kla-Tencor Corporation Optical metrology with reduced sensitivity to grating anomalies
US10502549B2 (en) 2015-03-24 2019-12-10 Kla-Tencor Corporation Model-based single parameter measurement
US9903711B2 (en) 2015-04-06 2018-02-27 KLA—Tencor Corporation Feed forward of metrology data in a metrology system
US9664734B2 (en) 2015-05-21 2017-05-30 Kla-Tencor Corporation Multi-oscillator, continuous Cody-Lorentz model of optical dispersion
US10101676B2 (en) 2015-09-23 2018-10-16 KLA—Tencor Corporation Spectroscopic beam profile overlay metrology
US20200025554A1 (en) * 2015-12-08 2020-01-23 Kla-Tencor Corporation System, method and computer program product for fast automatic determination of signals for efficient metrology
KR102485767B1 (ko) 2017-02-22 2023-01-09 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. 전산 계측
US11248905B2 (en) 2017-08-16 2022-02-15 Kla-Tencor Corporation Machine learning in metrology measurements
US11360397B2 (en) 2019-09-17 2022-06-14 Kla Corporation System and method for application of harmonic detectivity as a quality indicator for imaging-based overlay measurements

Also Published As

Publication number Publication date
US20220349752A1 (en) 2022-11-03
US11796390B2 (en) 2023-10-24
US20190041266A1 (en) 2019-02-07
US11378451B2 (en) 2022-07-05
KR20200029607A (ko) 2020-03-18
CN111279166A (zh) 2020-06-12
WO2019032412A1 (en) 2019-02-14
JP2020530206A (ja) 2020-10-15
KR102618395B1 (ko) 2023-12-27
JP7201662B2 (ja) 2023-01-10
TW201920911A (zh) 2019-06-01
TWI785083B (zh) 2022-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11874605B2 (en) Verification metrology targets and their design
US10062157B2 (en) Compressive sensing for metrology
US10101674B2 (en) Methods and apparatus for determining focus
KR102310830B1 (ko) 다중 계측 툴로부터의 원시 데이터를 결합하는 시스템, 방법 및 컴퓨터 프로그램 제품
US11796390B2 (en) Bandgap measurements of patterned film stacks using spectroscopic metrology
TWI760309B (zh) 用於校正計量工具之系統、方法及計算機程式產品
US10935893B2 (en) Differential methods and apparatus for metrology of semiconductor targets
US7460237B1 (en) Inspection method and apparatus, lithographic apparatus, lithographic processing cell and device manufacturing method
WO2016172122A1 (en) Metrology target design for tilted device designs
CN108291868B (zh) 用于快速自动确定用于高效计量的信号的系统、方法及计算机程序产品
KR20200086746A (ko) 진보된 나노 구조물들의 측정 방법론
US9360768B2 (en) Inspection method and apparatus
TW201526130A (zh) 以模型爲基礎之量測及一製程模型的整合使用
KR20210027497A (ko) 위상 공개 광학 및 x 선 반도체 계측
US20230341337A1 (en) Measurement of thick films and high aspect ratio structures

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant