CN113933286A - 图案化结构中的基于拉曼光谱法的测量 - Google Patents

图案化结构中的基于拉曼光谱法的测量 Download PDF

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Abstract

本公开涉及图案化结构中的基于拉曼光谱法的测量。呈现一种用于测量图案化结构的一个或多个特征时使用的方法与系统。该方法包括：提供包括指示在使用至少一个所选择的光学测量方案的测量下从图案化结构获得的至少一个拉曼光谱的数据的测量数据，至少一个所选择的光学测量方案各自具有与待测量的特征对应的照明和采集光条件中的至少一个条件的预定配置；处理测量数据，并且针对至少一个拉曼光谱中的每个光谱，确定在测量下的结构的至少一部分内的拉曼贡献效率(RCE)的分布，该分布取决于结构的特征与相应的光学测量方案中的照明和采集光条件中的至少一个条件的预定配置；分析拉曼贡献效率的分布并且确定该结构的特征。

Description

图案化结构中的基于拉曼光谱法的测量
本申请是申请日为2016年12月15日、国际申请号为PCT/IL2016/051349、发明名称为“图案化结构中的基于拉曼光谱法的测量”的PCT申请的中国国家阶段申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明属于计量技术领域，并且涉及一种使用基于拉曼光谱法的测量来测量诸如半导体晶片的图案化结构的各种参数/性质的方法与系统。
背景技术
先进的技术节点中的半导体器件设计的不断增长的复杂性不仅涉及结构尺寸的减小和器件设计的更高复杂性，而且还涉及新材料的利用。器件产量和性能对诸如组成、应力、结晶度、以及掺杂的材料性质变得愈加敏感，这转而要求适当的计量解决方案进行过程控制。
已经开发了用于测量材料的应变和其他性质的各种光学测量技术。
US 7,274,440描述了用于测量试样的应力的系统和方法。一种系统包括被配置为测量在试样上形成的图案化结构中的应力诱导双折射的光学子系统。在一些实施方式中，光学子系统可被配置成光谱椭偏仪、多角激光椭偏仪、偏振计、偏振反射计、或其中的一些组合。系统还包括耦合至光学子系统的处理器。处理器被配置为使用应力诱导双折射测量确定图案化结构的材料中的应力。一种方法包括使用光学技术测量在试样上形成的图案化结构中的应力诱导双折射。方法还包括使用应力诱导双折射测量确定图案化结构的材料中的应力。
发明内容
本发明提供一种用于测量各种结构参数的新型解决方案，尤其对于控制结构制造的过程是有用的。这基于发明人的理解，即，尽管诸如X射线衍射(XRD)、高分辨率X射线衍射(HRXRD)、X射线荧光(XRF)、X射线光电子光谱法(XPS)、低能电子感应的X射线发射光谱法(LEXES)的一些技术提供了关于专利结构的参数的相关信息，然而，需要一种充分满足用于控制图案化结构的制造(具体地，半导体工艺控制)的严格灵敏度和吞吐量要求的良好解决方案。
本发明提供一种用于先进地表征半导体结构(通常是图案化结构)的性质的新型技术。这种性质的实例是材料组成、应力、以及掺杂。
本发明以通常结合适合的建模能力使用指定的测量配置(例如，偏振配置)的拉曼光谱法为基础，以突出并且隔离对关注的参数的灵敏度、以及区分不同材料参数的灵敏度。
拉曼光谱法是已建立的技术，大量的文献描述了其用于表征各种材料性质的用途。然而，如下面更具体描述的，对照明和采集通道属性的正确控制、以及伴随的信号处理和建模工具对使能使用该方法实现准确的测量至关重要。
拉曼光谱携带关于所探测的试样的各种性质的信息。最为显著的是，光谱中的不同峰对应于不同的材料。当测量目标包含材料化合物(例如，SiGe)时，拉曼光谱中的指定峰将对应于不同的原子对(例如，Si-Si、Si-Ge、以及Ge-Ge)。
在这个关联中，参考图1，图1例示了来自沉积在Si上的薄SiGe层的拉曼光谱(曲线图S1)、以及来自作为参考的纯(bulk，纯)Si的拉曼光谱(曲线图S2)。在SiGe测量中，清晰地观察到四个峰。在520cm-1的强峰对应于衬底中的Si-Si振动。三个额外的峰对应于SiGe膜中的Si-Si对、Si-Ge对、以及Ge-Ge对。在纯Si参考光谱中，仅观察到衬底Si-Si峰。由此，SiGe层的存在产生与层中的不同原子对的振动相关联的三个额外的峰。
文献中已熟知用于从这些峰的位置提取关于浓度和应力的信息的方法。例如，在以下出版物：T.S.Perov et al.,Composition and strain in thin Si1—xGex virtualsubstrates measured by micro-Raman spectroscopy and x-ray diffraction,J.App.Phys.109,033502(2011)中呈现了关于具有锗组成的三个SiGe峰的位置和层应力的一组等式。
掺杂是影响拉曼光谱的另一特征。由掺杂物分布引起的载体浓度影响拉曼信号并且引起拉曼峰的额外/偏移。因此，掺杂的水平可以结合到拟合程序中，并且通过监测峰位置可以同时评估掺杂水平、以及应力和组成(例如，参见A.Perez-Rodriguez et al.,Effect of stress and composition on the Raman spectra of etch-stop SiGeBlayers,J.Appl.Phys.80,15(1996))。
本发明提供了一种新型的计量方法和器件，该方法和器件被配置为允许针对关注的试样特征的优化的拉曼计量学。该方法允许访问试样的多个性质，并且具体地还应用于纳米结构器件的计量学。
此外，本发明提供允许正确利用这些方法和器件配置的自由度、以及准确解释拉曼测量的一组建模解决方案(方法与系统)。
本发明的上述两个方面可以单独使用，对任一方面都有潜在的很大好处。相反地，如下面将要讨论的，它们一起使用时可以导致明显改善的计量性能。
因此，根据本发明的一个广泛方面，提供一种用于测量图案化结构的一个或多个特征时使用的方法。该方法包括：
提供包括指示在使用至少一个所选择的光学测量方案的测量下从图案化结构获得的至少一个拉曼光谱的数据的测量数据，至少一个所选择的光学测量方案各自具有与待测量的所述一个或多个特征对应的照明和采集光条件中的至少一个条件的预定配置；
处理测量数据，并且针对所述至少一个拉曼光谱中的每个光谱，确定在测量下的结构的至少一部分上的拉曼贡献效率的分布，该分布取决于结构的特征与相应的光学测量方案中的照明和采集光条件中的至少一个条件的所述预定配置；
分析所述拉曼贡献效率的分布并且确定所述结构的一个或多个特征。
待测量的结构的一个或多个特征包括下列中的至少一项：尺寸、材料组成、应力、结晶度。
照明和采集光条件的预定配置通过选择下列中的至少一项(可能单独选择照明和采集)来表征：激发波长、偏振、延迟、光束形状、照明光的角分布、以及光的波前。
在一些实施方式中，测量数据指示在使用具有照明和采集光条件的n个不同配置的数量为n的光学测量方案的测量下从图案化结构获得的数量为n(n>l)的拉曼光谱。测量数据的处理包括：针对n个拉曼光谱中的每个第i拉曼光谱，计算在测量下的结构的至少一部分上的拉曼贡献效率的分布RCEi(x,y,z)；并且选择与待测量的一个或多个特征对应的拉曼贡献效率的一个或多个分布；并且从选择的分布中确定所述结构的特征。为清晰起见，RCE代表拉曼信号的贡献的空间分布。其取决于电磁辐射至结构中的耦合、结构中的拉曼信号的激发、以及激发辐射至检测系统的耦合。
在分别使用n个光学测量方案的n个测量时段中获得包括数量为n的拉曼光谱的测量数据。可以连续执行该n个测量方案；或者可以同时执行该测量方案中的至少一些方案。
在本发明的另一广泛方面，提供一种用于测量图案化结构的一个或多个特征时使用的方法，该方法包括：
对图案化结构应用数量为n的两个或更多个不同的光学测量方案并且确定包括来自图案化结构的对应的n个拉曼光谱的测量数据，n个所述光学测量方案在照明光和采集光的一者或两者中的至少一个条件上彼此不同；
处理测量数据并且确定所述结构的所述一个或多个特征，该处理包括针对所述n个拉曼光谱分别确定结构的至少一部分上的n个拉曼贡献效率分布RCE1(x,y,z)、RCE2(x,y,z)、...RCEn(x,y,z)，拉曼贡献效率分布中的每个取决于结构的特征和相应的光学测量方案，由此能够确定结构的所述一个或多个特征。
在一些实施方式中，本发明中的方法进一步包括：选择用于确定在测量下的图案化结构中的所关注的一个或多个特征的最佳测量方案。通过解释与之前的测量方案中的一个或多个方案对应的拉曼贡献效率并且针对图案化结构中的至少一部分所应用的连续测量方案中的一个或多个方案，优化照明和采集光条件中的至少一个条件的配置(即，优化测量方案)来实现此操作。
在又一广泛的反面，本发明提供一种用于测量图案化结构的一个或多个特征时使用的控制系统。该控制系统包括：
处理器单元，被配置为接收并且处理包括指示在使用n个光学测量方案的测量下从图案化结构获得的n个拉曼光谱的数据的测量数据，n个光学测量方案各自具有与待测量的所述一个或多个特征对应的照明和采集光条件的不同配置，所述测量数据的处理包括针对所述n个拉曼光谱分别确定结构的至少一部分上的n个拉曼贡献效率分布RCE1(x,y,z)、RCE2(x,y,z)、...RCEn(x,y,z)，所述拉曼贡献效率分布中的每个取决于结构的特征与相应的光学测量方案，由此能够从所述n个拉曼贡献效率分布中的所选择的一个或多个分布中确定所述结构的一个或多个特征。
控制系统还可以包括被配置并且可操作为通过改变下列中的至少一项而可控制地改变照明和采集光条件中的至少一个条件的照明控制器和采集控制器中的至少一个控制器：激发波长、偏振、延迟、光束形状、照明光的角度传播、所采集的光的角度传播、以及光的波前。
本发明还提供一种用于测量图案化结构的一个或多个特征时使用的系统，该系统包括：光学测量系统，被配置并且可操作为对图案化结构执行数量为n的不同光学测量方案并且确定包括来自所述图案化结构的对应的n个拉曼光谱的测量数据，n个所述光学测量方案在照明光和采集光中的一者或两者中的至少一个条件上彼此不同；以及上述控制系统，被配置为与光学测量系统进行数据通信，以接收并且处理测量数据并且确定在测量下的图案化结构的一个或多个特征。
附图说明
为了更好地理解本文公开的主题并且例示实际上如何完成该主题，现将参考所附附图，仅通过非限制性实例的方式描述实施方式，在附图中：
图1例示了来自两个试样的拉曼光谱，一个试样是沉积在Si上的薄SiGe层，并且另一个试样是纯体Si；
图2例示了Si中的单声子峰与双声子峰的相对强度的偏振效应；
图3a至图3c例示了对于简单光栅结构的拉曼信号中的主Si峰的贡献的位置依赖性，其中，图3c示意性地示出了由图案化Si层上的SiO2层形成的模型化结构；并且图3a和图3b示出了来自Si光栅的分别对应于波长λ＝405nm和波长λ＝532nm的测量的拉曼信号；
图4示出了用于在图案化结构的测量中使用的本发明的基于拉曼光谱模型的方法的流程图；
图5示出了本发明的系统的框图，该系统用于执行图4中的用于解释拉曼计量测量数据(并且还可能管理拉曼计量测量)的方法；并且
图6示出了允许与图5中的控制系统一起使用的测量方案的相当大灵活性的光学测量系统的配置的具体但非限制性实例。
具体实施方式
如上所述，本发明基于使用照明和光采集条件(例如，偏振、激发波长、延迟、光束形状、照明/采集光的角度传播等)中的至少一个条件的指定配置的拉曼光谱，并且优选地结合适合的建模能力。该技术提供了突出并且隔离对关注的参数的灵敏度并且区分不同材料参数的灵敏度。
下面是根据本发明的一些实施方式的优化的拉曼计量方案的描述。
拉曼计量代表了一种独特类型的光-物质相互作用。拉曼光谱的不同部分对光学方案的变化具有不同的响应，具体地：照明和采集偏振/延迟的变化、入射和光瞳形状的照明和采集角、波前、以及焦点的变化。
作为可能获益于这些参数中的一个或多个的正确操纵的实例，我们考虑两个声子背景的问题。如之前描述的，来自纯体Si的拉曼光谱在约520cm-1处呈现尖锐的峰。在230cm-1至380cm-1处观察到额外的、非常宽且明显更弱的光谱峰。该弱的拉曼信号从2声子过程产生。
在大多数情况下，计量并不关注与2声子过程相关联的弱的拉曼信号。然而，该信号用作可以显著影响(并且混淆)拉曼光谱的解释的背景特征(signature)。通过对照明和采集偏振的正确控制，可以将1声子峰与2声子峰之间的相对强度修改几个数量级。
图2中示出了这种依赖性，图2例示了Si中的单声子峰与双声子峰的相对强度的偏振效应。示出了P1和P2两个曲线图，其中，呈现了两个偏振配置，即，照明和采集偏振Pill||Pcoll(曲线图P1)和Pill⊥Pcoll(曲线图P2)。如图所示，当照明和采集偏振Pill和Pcoll调谐为彼此垂直并且均与试样的晶格定位成45°时，观察到2声子峰被抑制了3个数量级。因此，与具有共同对准的偏振比较，通过在与结晶结构成45°的方向上对准照明偏振Pill，并且将采集偏振Pcoll对准为与照明偏振垂直，2声子信号被显著降低。
这仅是正确的偏振操纵如何能极大地改进信号质量以及隔离重要测量组件与不关注(不太关注)的测量组件的能力的一个实例。如下面将要描述的，相同的原理可以用来突出对关注的具体参数的灵敏度。
这样的简单方法应用于不是平面膜而是结构化膜的测量目标是不切实际的(并且甚至可能是不可能的)。结构内部的电磁场分布可能非常复杂，并且取决于结构尺寸以及材料特征。
不仅对于覆盖目标而且还对于结构测量，本发明提供用于实现这种灵敏度的突出与背景抑制。这可以通过硬件控制以及通过利用建模工具正确地优化测量方案来实现。
下面是这种测量方案优化的一些具体但非限制性的实例。这些实例包括：(i)跨结构的测量特征的剖面(profile)：可以获得跨z(深度剖面)的剖面信息，或者甚至跨结构的不同位置(x、y、以及z)处的测量性质的整个剖面；(ii)结构内部的独立应力分量的计量测量；(iii)测量反馈期间的建模/算法工具的使用；(iv)尺寸计量。
(i)跨结构的测量特征的剖面
拉曼光谱提供了关于所探测的目标的积分式测量：测量信号在整个测量点上平均并且在试样中的穿透深度上平均。通常极大关注于能够识别作为深度和侧向位置(“剖面”)的函数的所测量特征在结构上的分布。
为了改变穿透深度，常见做法是使用多个波长。穿透深度对波长的依赖性非常明显，使这种分析方法具有良好的分辨能力。表1中例示了正常入射时到Si中的穿透深度。
表1
Figure BDA0003314233940000091
Figure BDA0003314233940000101
表中的值归因于照明和采集路径上的场吸收。
该方法相对易于解释平面膜，但是，其到结构化试样的应用是高度误导性的。取决于电磁场与结构特征之间的相互作用的复杂的方式，结构内部的电磁(EM)场分布可以具有非常复杂的分布。在这些情况下，测量的光谱代表了结构中对拉曼信号贡献最多的这些位置处的材料性质。这些确实取决于波长，但是绝不会容易地与简单的‘穿透深度’概念相关。
在该关联中，参考例示了对于简单光栅结构的拉曼信号中的主Si峰的贡献的位置依赖性的图3a至图3c。图3c示意性地示出了由图案化的Si层上的SiO2层形成的模型化结构。图3a和图3b中示出了来自Si光栅的分别与波长λ＝405nm和λ＝532nm相对应的测量的拉曼信号。应注意，拉曼信号仅来源于光栅结构(存在Si的地方)并且不来源于其周围的SiO2。
根据本发明，使用基于模型的方法来实现允许获取多个不同信息通道、允许全面的和结构上的剖面分析(profiling)能力(相对于深度和/或侧向位置两者)的高度灵活的光学布置。在该关联中，参考图4，例示了本发明的基于模型的方法的流程图10。为简化起见，该解决方案能分成更少的步骤；这些对于全部实现方式而言不是全部必要的，下面描述了不涉及全部这些步骤的一些使用。然而，这些步骤代表了本发明的方法的主要构件块。
首先，根据该方法，将‘拉曼贡献效率’(RCE)限定为指定对拉曼信号的位置依赖贡献。该性质取决于所测量的结构特征(尺寸、材料)、激发波长、以及照明通道和采集通道的特征(如下面描述的)。
计算对于测量的结构的拉曼贡献效率(步骤12)。可选地，可以通过关于从其他计量工具和/或测试地点(例如，OCD\SEM\TEM)获得/测量的结构的信息辅助该计算(步骤14)，以为材料特征提供尺寸特征、椭偏测量法\XPS\SIMS等。
提供关于不同的n个测量条件的数据(步骤16)，并且分别针对n个测量条件(通常为照明/采集条件)计算结构上的拉曼贡献效率分布RCE1(x,y,z)、RCE2(x,y,z)、...RCEn(x,y,z)。这些可以包括不同的入射角(AOI)、波长、偏振、光瞳成形选项等。每个不同的第i个配置提供结构上的不同分布RCEi(x,y,z)。
然后，选择所计算的配置的子集RCEn-j-RCEn-k，其中，j和k是整数，j≥k(步骤18)，以获得关于测量参数分布的信息。使用标准的算法(例如，去卷积方法)能够实现从该组测量中导出结构内的参数分布(步骤20)。
作为实例，实现该导出的简单方法可以基于线性方案：收集一组测量的拉曼强度Ii，已知每个Ii通过其RCE与结构内的参数分布相关，即：
Ii＝∫RCEi(x，y)P(x，y)dxdy。
通过限定测量结构的一些空间采样，该关系能被写成矩阵形式：
Ii＝Mi，jPj或等同地
Figure BDA0003314233940000111
此处，下标j与不同的空间位置相关并且下标i与不同的测量相关。由于已知I和M(通过测量及对应的建模引擎)，使用RMS方案能直接获得参数的空间分布：
Figure BDA0003314233940000121
许多其他算法方法是可用的，允许更为稳定并且更易于受控制的方案。
该方法可以应用于诸如应力、组成、结晶度等任何可测量的性质，这仅是少数非限制性实例。
应注意，上述例示技术并不一定必须应用于一组测量。实际上，该方法可以用于找出提供所关注的参数的突出灵敏度的单一、优化测量方案。本发明中的原理并不涉及使用单一测量的拉曼光谱获得结构上的全部剖面信息，而是通过这种方式可以在短的获取时间内获得最为重要的信息。可替代地，可以使用k空间成像技术测量关于多个AOI的拉曼光谱的同时获取。
示出利用灵活的拉曼计量测量方案的测量系统100的框图的图5对此进行了例示。如描述的，结合先进的建模工具使用的该灵活性允许改进的性能以及完全新的能力(例如，剖面)。系统100包括控制系统106，控制系统106被配置为接收指示使用在光学系统中实现的一个或多个测量方案在试样105的至少一部分上测量的拉曼光谱(或多个光谱)的输入测量数据；并且通过执行本发明的上述技术来处理该测量数据。
一般地，可以实时地处理并且分析测量数据，在这种情况下，控制系统106可以直接从光学测量系统的输出端接收测量数据；或者在由外部存储器件构成测量数据源的情况下，控制系统106可以离线进行分析。例如，可以离线分析来自指定类型的结构的测量数据，该预计算的数据可以形成理论光谱的参数依赖‘库’，以选择用于测量控制所述类型的结构的制造过程时所使用的关注的结构参数的预定(最佳)测量方案。
光学测量系统包括限定照明通道IC的光源系统102和限定采集通道CC的检测系统104，并且还包括位于照明通道和采集通道的至少一个通道中/与照明通道和采集通道中的至少一个通道相关联的光影响单元。在该非限制性实例中，系统包括光照明影响单元108和光采集影响单元110。照明和采集影响单元被配置为用于影响照明和采集条件。这种单元可以包括用于影响光沿着相应的通道的传播的条件的光传播影响光学器件。照明影响单元108可以包括用于控制光源系统的操作的控制器(例如，光传播影响光学器件之外的)；可替代地或此外，这种控制器可以是控制系统106的一部分。
控制系统106通常是计算机系统，计算机系统被配置为用于与测量数据供应商进行通信(这可以是使用任何已知合适的技术的有线和/或无线通信)；并且还可以被配置用于利用不同的测量方案管理/控制测量，在这种情况下，控制单元还被配置为与光学测量系统中的至少一些元件通信(这可以是使用任何已知合适的技术的有线和/或无线通信)。如本实例所示，控制系统106可以包括与照明影响单元108和/或光源系统102相关联的照明控制器106A；与采集影响单元110相关联的采集控制器106B；以及数据处理器实体106C。后者被配置为(被编程为专门设计的软件产品)完成用于处理指示所测量的拉曼光谱(或多个光谱)的数据并且确定试样105内的参数分布的上述方法。
上述方法的效率取决于测量系统所允许的测量灵活性。添加到光学路径的自由度允许将测量的精调改进至所要求的计量目标。图6以自说明性方式示出了允许这种相当大的灵活性的光学系统200的配置的具体但非限制性实例，包括偏振控制(包括全拉曼-米勒矩阵的测量)、照明和采集处的光瞳成形、多个波长、k空间成像等。为了便于理解，以相同的参考标号表示图5和图6中共同的主要功能组件。
在图6的系统200中，光源系统102包括各自用于产生不同波长的光束的n个光源(例如，激光)；并且包括分别位于n个光束的光程上的n个射束调节单元/与分别位于n个光束的光程上的n个射束调节单元相关联；并且包括用于选择激发(照明)波长的激光束选择单元(光学和/或电子单元)。射束调节包括光谱滤波、和/或偏振、和/或空间滤波、和/或射束扩展、和/或准直。该射束调节单元是照明影响单元108的一部分。在该实例中，照明影响单元108进一步包括偏振旋转组件(例如，可变的λ/2板)和孔径变化组件。换言之，照明影响单元108被配置为使能实现各个照明波长、偏振条件、以及照明的角度传播。采集影响单元110被配置为提供各种偏振条件、光谱滤波、以及从试样采集的光的角度传播。
(ii)结构内的应力分布的计量，允许分离不同的应力组件
应力计量是拉曼光谱的标准目标。伴随有内部应力的结晶应变影响原子间的力，从而导致振动频率发生对应的变化，这些变化由拉曼光谱通过拉曼峰位置的偏移直接探测。存在从影响峰位置的其他特征(例如，组成、掺杂)分离应力/应变的不同方法。
示出了正常入射的拉曼计量主要对结晶应变的z分量具有灵敏度(G.H.Loecheltet al.,Polarized off-axis Raman spectroscopy:A technique for measuring stresstensors in semiconductors,J.App.Phys.86,6164(1999))。对于简单的非图案化膜，使用倾斜的照明和/或采集通道、或非常高的数字孔径测量设置能够获得对普通应力组件的一定灵敏度。然而，当在图案化结构中测量时，这些方法完全不相关。
与关于空间剖面的上述计量相似，本发明提供结合所选择的测量模型(照明/采集AOI及光瞳成形、波长、偏振等)使用建模工具来识别优选的计量方案(或该方案的组合)，以提供对关注的应变方位的最佳灵敏度。可替代地，首先，通过利用一组大的可变测量信息通道，并且然后，识别最为有利的组(提供最佳精度、准确性、和/或任何其他属性的组)，可以试验性地识别最佳计量方案。
从使用标准算法的一组这种测量中可以导出结构内的全向量应变分布。为清晰起见，下面例示了可能的方案，而应当理解的是，可以实现许多其他的算法方法。相同的方法可以通过相同的方式用于拉曼信号敏感的任何其他性质(例如，组成、掺杂)的结构上的剖面分析。
RCE的每个测量数据集通过在结构的不同部分上的某一已知的权重(基于建模工具获知该权重)取决于应变分布。明确地，我们可以写成：
Figure BDA0003314233940000151
此处，Ci代表由照明和采集光条件(AOI、偏振、方位角等)的配置限定的测量通道/测量方案；(x,y,z)是空间坐标；RCECi是上面限定的该通道的拉曼贡献效率；P是位置依赖参数(在本情况中，为应变)；并且S[P(x,y,z)]是通过建模获得的、关于参数的这种分布的相关联拉曼信号。
该表达式背后的基本原理在于拉曼信号对来自结构的不同部分的各个贡献进行求和，每个贡献均取决于局部的应变并且根据局部RCE加权。应注意，该表达式是更为严格的推导的近似值，并且在此处出于简便而使用以阐明用于应变分布特征的提议方法。
通过矩阵形式，将该表达式写成：
Figure BDA0003314233940000161
其中，下标i代表测量通道，并且在整个空间域内进行向量化(即，向量中的不同项对应于不同的位置)。
现考虑一组测量通道，从而产生一组测量信号
Figure BDA0003314233940000162
我们可以写成：
Figure BDA0003314233940000163
其中，
Figure BDA0003314233940000164
是从模型获知的、保持关于各个测量通道的结构的权重的矩阵。
使用测量信号
Figure BDA0003314233940000165
和计算的RCE，能够通过使用下式估计空间应变分布：
Figure BDA0003314233940000166
(iii)测量反馈过程中的建模/算法工具的使用
上述解决方案涉及使用建模能力来预定义关注的应用的测量序列，即，使用什么通道组合、如何优化测量序列等。该解决方案可以扩展为允许根据测量结果修改测量流程。对于该实现方式，若干种变化是可能的，如下：
能够使用从之前的拉曼测量解释的结果。更具体地，第一组拉曼测量(一个或若干个)提供关于所测量的特征的信息。然后，使用建模能力，可以改变测量特征(波长、AOI、偏振等)，以提供改善的测量性能。对其他地点执行的连续测量，或对同一地点执行的重复测量，能够解释该方法。
对于计量反馈的这种使用的具体关注的实例是应力松弛的识别。当在由不同材料(例如，Si)制成的衬底上生长结晶层(例如，外延生长SiGe或GaAs)时，由于不同的晶格恒定，发展成结晶应变。根据生长条件和层厚度，能够通过交替松弛和张紧的区域的形式潜在地发生应变松弛。该应变松弛对于所制作的器件的性能是灾难性的，并且要求适当的监控。基于测量反馈过程的构思，使用拉曼光谱能提供该计量，如下：从拉曼测量能推断出局部应变和组成。在极端情况下，该测量单独地足以识别明显的应变松弛。然而，如果松弛不过度严重，则测量仅能识别被怀疑的松弛。使用基于模型的工具，能够分析应变读数来识别该被质疑的松弛的情况。当不同的应变分量能混淆测量时，建模对于结构上的测量尤其重要。当识别所质疑的应变松弛的试样时，能在邻近的位置处进行另一组拉曼测量。如指出的，其是应变变得不均匀时的应变松弛试样的典型特征，表达出高应变与低应变的区域。如果确实识别出这种可变性，则将试样分类成应变松弛。
(iv)尺寸计量
通过将建模能力添加到拉曼光谱而允许的唯一关注的一种能力是尺寸计量。确实，该能力要求多层面的建模工具/方法，涉及电磁场穿透至结构以内以及外面的全面综合特征、以及在结构内建立拉曼信号的建模。该路径能提供关于测量结构的高度敏感信息。
在文献中已知尺寸因数影响所测量的拉曼信号的证据，例如，来自下列公开文本：A.K.Arora et al.,Raman spectroscopy of optical phonon confinement innanostructured materials,J.of Raman Spectroscopy 38,604(2007)；B.Kaleli etal.,Strain characterization of FinFETs using Raman spectroscopy,Thin SolidFilms 31497(2013)；T.Nuytten et al.,Edge-enhanced Raman scattering in narrowsGe fin field-effect transistor channels,App.Phys.Lett.106,033107(2015)。在具体情况下(例如，纳米金属丝)，发现拉曼信号提供关于结构的尺寸特征的尺寸信息(例如，nanowire diameter[J.Liu et al.,Raman spectrum of array-ordered crystallinesilicon nanowires,Physica E 23,221(2004)；R.P.Wang et al.,Raman spectral studyof silicon nanowires:High-order scattering and phonon confinement effects,Phys.Rev.B 61,16827(2000)])。
然而，与OCD计量中使用的建模相似，通过一般的建模能力，能够使用与ODC相似的计量来解决从测量中推断尺寸性质的反面问题。在该方法中，针对测试结构的一些假设性质(尺寸、材料)，将测量信号与从建模工具计算的信号进行比较。当测量信号与计算信号之间获得良好的拟合时，推断测量结构与对应的计算结构具有相似的特征。与OCD计量中的常见惯例相似，可以实时(‘实时回归’)计算或预计算理论拉曼信号，以形成理论光谱的参数依赖‘库’。

Claims (10)

1.一种用于测量图案化结构的一个或多个特征时使用的方法，所述方法包括：
提供测量数据，所述测量数据包括指示在使用至少一个所选择的光学测量方案的测量下从图案化结构获得的至少一个拉曼光谱的数据，至少一个所选择的光学测量方案各自具有与待测量的所述一个或多个特征对应的照明和采集光条件中的至少一个条件的预定配置；
处理所述测量数据，并且针对所述至少一个拉曼光谱中的每个拉曼光谱，确定在测量下的结构的至少一部分内的拉曼贡献效率的分布(RCE)，所述分布取决于所述结构的特征与相应的所述光学测量方案中的所述照明和采集光条件中的至少一个条件的所述预定配置；
分析所述拉曼贡献效率的分布并且确定所述结构的所述一个或多个特征。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，待测量的结构的所述一个或多个特征包括下列中的至少一项：尺寸、材料组成、应力、结晶度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述照明和采集光条件中的至少一个条件的所述预定配置通过选择下列中的至少一项来表征：激发波长、偏振、延迟、光束形状、照明光的角度传播、所采集的光的角度传播、以及光的波前。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述测量数据指示在使用具有所述照明和采集光条件中的至少一个条件的n个不同配置的数量为n的所述光学测量方案的测量下从所述图案化结构获得的数量为n(n>l)的拉曼光谱；所述测量数据的处理包括：针对n个所述拉曼光谱中的每个第i拉曼光谱，计算在测量下的所述结构的所述至少一部分上的所述拉曼贡献效率RCEi(x,y,z)的分布；并且选择与待测量的所述一个或多个特征对应的所述拉曼贡献效率的一个或多个分布；并且确定所述结构的所述一个或多个特征。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，针对n个所述拉曼光谱中的每个拉曼光谱的所述拉曼贡献效率的分布的计算包括：处理通过对所述结构或对应的测试结构应用的、与拉曼光谱法类型不同的一个或多个测量而获得的额外的测量数据。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，包括数量为n的拉曼光谱的所述测量数据在分别使用n个所述光学测量方案的n个测量时段中获得。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述n个测量时段被连续执行。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述n个测量时段中的至少一些时段被同时执行。
9.根据权利要求7或8所述的方法，进一步包括选择用于确定在测量下的所述图案化结构中的所关注的一个或多个特征的最佳测量方案。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述最佳测量方案的选择包括：解释与之前的测量方案中的一个或多个方案对应的所述拉曼贡献效率，并且针对应用于所述图案化结构中的所述至少一部分的连续测量方案中的一个或多个方案，优化所述照明和采集光条件中的所述至少一个条件的配置。
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