TW201708810A - 自動計量系統之選擇 - Google Patents

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Abstract

本發明呈現對用於一特定計量應用之多組量測系統組合及配方之量測效力進行評估與排名之方法及系統。量測效力係基於量測精確度、量測準確度、與一參考量測之相關性、量測時間之估計或其等之任何組合。量測系統組合及配方之自動選擇減少量測時間且改良量測結果。量測效力藉由與各量測系統及配方相關聯之一組量測效能度量定量。在一個實例中，以基於一或多個量測效能度量之對應值之排名順序向使用者呈現最能夠量測所要之所關注參數之該等組量測系統組合及配方。一使用者能夠以一客觀定量方式選擇適當量測系統組合。

Description

自動計量系統之選擇 相關申請案之交叉參考
本專利申請案根據35 U.S.C.§119規定主張2015年7月24日申請之標題為「Fast and Automated Subsystem Recommendation Method for Critical Dimensions Measurement in Semiconductor Process」之美國臨時專利申請案第62/196,875號之優先權，該案之標的物以全文引用的方式併入本文中。
所描述之實施例係關於計量系統及方法，且更特定言之係關於用於改良的量測準確度之方法及系統。
諸如邏輯及記憶體裝置之半導體裝置通常係由應用於一樣品之一序列處理步驟製造。半導體裝置之各種特徵及多個結構層級係由此等處理步驟形成。例如，其中微影係涉及在一半導體晶圓上產生一圖案之一個半導體製造程序。半導體製造程序之額外實例包含(但不限於)化學機械拋光、蝕刻、沈積及離子植入。可在一單一半導體晶圓上製造多個半導體裝置且接著將其等分離成個別半導體裝置。
在一半導體製造程序期間之各個步驟使用光學計量程序以偵測晶圓上之缺陷以促進較高良率。光學計量技術提供高處理能力之可能性而無樣本破壞之風險。通常使用包含散射量測及反射量測實施方案及相關聯之分析演算法之若干基於光學計量之技術以特性化臨界尺 寸、膜厚度、組合物及奈米級結構之其他參數。
隨著裝置(例如，邏輯及記憶體裝置)邁向更小奈米級尺寸，特性化變得更困難。併入複雜三維幾何形狀及具有多種物理性質之材料之裝置造成特性化困難。
回應於此等挑戰，已開發更複雜光學工具。可在若干機器參數(例如，波長、方位角及入射角等)之大範圍內且通常同時執行多個不同量測技術。因此，量測時間、計算時間及產生可靠結果(包含量測配方)之總時間顯著增加。
傳統上，在一試誤基礎上執行量測技術及相關聯之量測配方之選擇。一有經驗的使用者手動選擇各種量測技術及配方且執行一離線分析以評估量測效力。在一些實例中，比較量測結果與參考量測資料(例如，穿隧電子顯微鏡(TEM)資料)以判定量測效力。在一些其他實例中，一使用者執行基於模型之分析以估計對所關注模型化參數之量測靈敏度、所關注模型化參數之量測精確度及不同量測子系統之間之參數相關性。此等結果引導使用者最終判定在一特定量測應用中使用之量測技術及相關聯之配方。
用於選擇適當量測技術及相關聯之配方之傳統技術係有限的。基於模型之靈敏度、精確度及相關性分析受限於可在一合理時間段中模擬之參數空間中之點之數目。此等點可能無法準確表示實際量測應用。在另一實例中，靈敏度、精確度及相關性估計提供使用者難以解譯之量測效力之一複雜圖像。因此，一使用者難以自當前提供之模擬資料選擇最佳量測技術及配方。此容許選擇程序變得依賴使用者經驗及偏見而非嚴格分析。最後，傳統試誤技術在可在一合理時間段中評估之子系統及配方組合之數目方面受限制。隨著不同量測系統及配方選項之多樣性以指數方式增長，此限制變得尤其關鍵。
舉例而言，可購自加利福尼亞州，米爾皮塔斯市(Milpitas)之 KLA-Tencor Corporation之SpectraShapeTM 10K計量平台提供超過二十個可用量測子系統。平台採用具有具備不用方位角(AA)及入射角(AOI)選項之六個子系統之一旋轉偏光器光譜橢偏(RPSE)量測技術。另外，平台採用具有具備不同AA及AOI選項之六個子系統之一旋轉偏光器旋轉補償器(RPRC)橢偏量測技術。平台總共提供具有用於一臨界尺寸之量測之大約一百萬個可用量測子系統及配方組合之二十個以上不同子系統。使用可用技術，一使用者實際上不可能識別且選擇用於一特定量測應用之量測子系統及相關聯之量測配方之最有效組合。
隨著光學計量量測子系統及相關聯之配方之可用範圍增大，量測選擇程序之複雜性亦增大。期望簡化用於一特定量測應用之量測子系統及相關聯之量測配方之最有效組合之識別及選擇之改良方法及工具。
本文中呈現對用於一特定計量應用之多組量測系統組合及配方之量測效力進行評估與排名之方法及系統。該計量應用包含與不同半導體製造程序相關聯之結構及材料特性(例如，材料組合物、結構及膜之尺寸特性等)之量測。量測效力係基於量測精確度、量測準確度、與一參考量測之相關性、量測時間之估計或其等之任何組合。藉由自動化量測系統組合及配方之選擇，減少量測結果之時間同時改良量測效力。
在一個態樣中，各量測系統及配方之量測效力由呈現至一使用者之一組量測效能度量定量。基於此等定量度量，一使用者能夠在不取決於個人經驗或奇想之情況下選擇適當量測系統組合。以此方式，使用者可以基於一或多個量測效能度量之一排名順序獲得最能夠量測(若干)所要之所關注參數之量測系統組合及配方組。
在一個實例中，由一自動可量測性排名(AMR)工具150接收指示在複數個量測案例中由一計量系統對一所關注參數之一量測之一量測模型。各量測案例包含一入射角、方位角、照明波長、偏光狀態之不同值或其等之任何組合。該AMR工具150之一模型可靠性評估模組151判定增加對所關注參數之量測之一可靠性及靈敏度之該複數個量測案例之一子集。
AMR工具150之一實驗設計(DOE)產生模組155判定與針對所關注參數之已知值之一範圍之量測及該複數個量測案例之該子集之一模擬相關聯之一組DOE量測資料。AMR工具150之一DOE追蹤分析模組160基於對應於該所關注參數之該等已知值之各者之該組DOE量測資料判定該所關注參數之估計值。此外，AMR工具150之該DOE追蹤分析模組160判定該所關注參數之該等已知值與該所關注參數之該等估計值之間之一差之一或多個指示。
AMR工具150之一效能度量評估模組166基於該所關注參數之該等已知值與該等估計值之間之該差之該等指示判定指示該等量測案例之一或多者之量測效能之一或多個量測效能度量。該效能度量評估模組166將該等量測效能度量傳達給一使用者。
前述係發明內容且因此必然含有細節之簡化、概括及省略；因此，熟習此項技術者將瞭解，發明內容僅係闡釋性且不以任何方式限制。本文中所述之裝置及/或程序之其他態樣、發明特徵及優點將在本文中所陳述之非限制性詳細描述中變得顯而易見。
100‧‧‧計量系統/量測系統
101‧‧‧光譜橢偏儀
102‧‧‧照明器
103‧‧‧使用者輸入源
104‧‧‧光譜儀
106‧‧‧偏光照明光束
107‧‧‧偏光狀態產生器
108‧‧‧收集光束
109‧‧‧偏光狀態分析器
110‧‧‧晶圓定位系統
111‧‧‧光譜/量測資料
112‧‧‧半導體晶圓
113‧‧‧使用者輸入
114‧‧‧結構
115‧‧‧候選配方
130‧‧‧計算系統/電腦系統
132‧‧‧記憶體
134‧‧‧程式指令
140‧‧‧量測模型建立模組
141‧‧‧量測模型
150‧‧‧自動可量測性排名(AMR)工具
151‧‧‧模型可靠性評估模組
152‧‧‧量測模型
153‧‧‧模型篩選模組
154‧‧‧量測模型
155‧‧‧實驗設計(DOE)產生模組
156A‧‧‧雜訊定義
156B‧‧‧系統參數擾動
156C‧‧‧固定參數擾動
158‧‧‧實驗設計(DOE)量測資料/合成實驗設計(DOE)光譜
159‧‧‧所關注參數之已知值
160‧‧‧實驗設計(DOE)追蹤分析模組
161‧‧‧電磁解算器
162‧‧‧追蹤器
163‧‧‧所關注參數之估計值
165‧‧‧R2結果
166‧‧‧效能度量評估模組
167‧‧‧定量效能度量
168‧‧‧使用者
170‧‧‧系統組態模組
171‧‧‧指示
172‧‧‧選定量測案例組態
180‧‧‧記憶體
190‧‧‧曲線圖
191‧‧‧線
192‧‧‧線
200‧‧‧曲線圖
201‧‧‧曲線
202‧‧‧曲線
203‧‧‧曲線
204‧‧‧曲線
205‧‧‧曲線
206‧‧‧曲線
207‧‧‧曲線
210‧‧‧曲線圖
211‧‧‧曲線
212‧‧‧曲線
213‧‧‧曲線
214‧‧‧曲線
300‧‧‧方法
301‧‧‧方塊
302‧‧‧方塊
303‧‧‧方塊
304‧‧‧方塊
305‧‧‧方塊
306‧‧‧方塊
307‧‧‧方塊
圖1係繪示根據本文中描述之方法用於量測一半導體晶圓之特性之一系統100之一圖。
圖2係繪示由圖1中描繪之計算系統130實施之一例示性AMR工具150之一圖。
圖3描繪一所關注參數之估計值及對應已知值之一曲線圖190。
圖4描繪繪示R分數(R-score)之值隨著各種R2值之準確度之改變之一模擬實例之一曲線圖200。
圖5描繪繪示R分數之值隨著各種斜率值之準確度之改變之一模擬實例之一曲線圖210。
圖6繪示在至少一個新穎態樣中對用於一特定計量應用之多組量測系統組合及配方之量測效力進行評估與排名之一方法300。
現在將詳細參考本發明之背景實例及一些實施例，在隨附圖式中繪示其等之實例。
本文中呈現對用於一特定計量應用之多組量測系統組合及配方之量測效力進行評估與排名之方法及系統。計量應用包含與不同半導體製造程序相關聯之結構及材料特性(例如，材料組合物、結構及膜之尺寸特性等)之量測。量測效力係基於量測精確度、量測準確度、與一參考量測之相關性、量測時間之估計或其等之任何組合。藉由自動化量測系統組合及配方之選擇，減少量測結果之時間同時改良量測效力。
在一個態樣中，由呈現至一使用者之一組量測效能度量定量各量測系統及配方之量測效力。基於此等定量度量，一使用者能夠在不取決於個人經驗或奇想之情況下選擇適當量測系統組合。以此方式，使用者可以基於一或多個量測效能度量之一排名順序獲得最能夠量測(若干)所要之所關注參數之量測系統組合及配方組。
圖1繪示用於量測一半導體晶圓之特性之一系統100。如圖1中展示，系統100可用以對安置於一晶圓定位系統110上之一半導體晶圓112之一或多個結構114執行光譜橢偏量測。在此態樣中，系統100可包含裝備有一照明器102及一光譜儀104之一光譜橢偏儀101。系統100 之照明器102經組態以產生一選定波長範圍(例如，120nm至1700nm)之照明且將該照明引導至安置於半導體晶圓112之表面上之結構114。繼而，光譜儀104經組態以自半導體晶圓112之表面接收光。應進一步注意，使用一偏光狀態產生器107使自照明器102出射之光偏光以產生一偏光照明光束106。由安置於晶圓112上之結構114反射之輻射行進穿過一偏光狀態分析器109且至光譜儀104。關於偏光狀態分析收集光束108中由光譜儀104接收之輻射，從而容許對由分析器傳遞之輻射進行光譜分析。此等光譜111經傳遞至計算系統116用於分析結構114。
在一進一步實施例中，計量系統100係包含經組態以根據本文中提供之描述執行一自動可量測性排名(AMR)工具之一或多個計算系統130之一量測系統100。在較佳實施例中，AMR工具係儲存於一記憶體132中之一組程式指令134。由計算系統130之一或多個處理器讀取且執行程式指令134以實現如本文中描述之可量測性排名功能。計算系統130可通信耦合至光譜儀104。在一個態樣中，計算系統130經組態以接收與樣品112之結構114之一量測(例如，臨界尺寸、膜厚度、組合物、程序等)相關聯之量測資料111。在一個實例中，量測資料111包含藉由量測系統100基於來自光譜儀104之一或多個取樣程序之樣本之量測光譜回應之一指示。在一些實施例中，計算系統130進一步經組態以自量測資料111判定結構114之樣品參數值。在一個實例中，計算系統130經組態以即時存取模型參數，採用即時臨界尺寸標註(RTCD)或其可存取預計算模型之庫以判定與目標結構114相關聯之至少一個樣品參數值之一值。
另外，在一些實施例中，計算系統130進一步經組態以自一使用者輸入源103(諸如一圖形使用者介面、鍵盤等)接收使用者輸入113。
在一些實施例中，量測系統100進一步經組態以將一或多個候選配方115儲存於一記憶體(例如，記憶體132或一外部記憶體)中。
應認知，貫穿本發明描述之各個步驟可由一單一電腦系統130或替代地一多電腦系統130實行。再者，系統100之不同子系統(諸如光譜橢偏儀101)可包含適合於實行本文中描述之步驟之至少一部分之一電腦系統。因此，不應將前述描述解譯為對本發明之一限制，而僅為一圖解。此外，計算系統130可經組態以執行本文中描述之任何方法實施例之任何(若干)其他步驟。
計算系統130可包含(但不限於)一個人電腦系統、主機電腦系統、工作站、影像電腦、平行處理器或此項技術中已知之任何其他裝置。一般言之，術語「計算系統」可廣泛地定義為涵蓋具有執行來自一記憶體媒體之指令之一或多個處理器之任何裝置。一般言之，計算系統130可與一量測系統(諸如量測系統100)整合或替代地可與任何量測系統分離。在此意義上，計算系統130可經遠端定位且分別自任何量測源及使用者輸入源接收量測資料及使用者輸入113。
可經由諸如一導線、電纜或無線傳輸鏈路之一傳輸媒體傳輸實施諸如本文中描述之方法之方法之程式指令134。儲存程式指令134之記憶體132可包含諸如一唯讀記憶體、一隨機存取記憶體、一磁碟或光碟或一磁帶之一電腦可讀媒體。
另外，電腦系統130可以此項技術中已知之任何方式通信耦合至橢偏儀101之光譜儀104或照明器子系統102或使用者輸入源103。
計算系統130可經組態以藉由可包含有線及/或無線部分之一傳輸媒體而自使用者輸入源103及系統之子系統(例如，光譜儀104、照明器102及類似者)接收及/或獲取資料或資訊。以此方式，傳輸媒體可充當電腦系統130、使用者輸入源103與系統100之其他子系統之間之一資料鏈路。此外，計算系統130可經組態以經由一儲存媒體(即，記憶體)而接收量測資料。舉例而言，可將使用橢偏儀101之一光譜儀獲得之光譜結果儲存於一永久或半永久記憶體裝置(未展示)中。在此方 面，光譜結果可自一外部系統匯入。再者，電腦系統130可經由一傳輸媒體而將資料發送至外部系統。
可如本文中描述般進一步組態圖1中繪示之系統100之實施例。另外，系統100可經組態以執行本文中描述之任何(若干)方法實施例之任何(若干)其他方塊。
一般言之，橢偏儀係量測在檢測中之樣品之物理性質之一間接方法。在大多數情況下，無法使用量測值(例如，αmeas及βmeas)以直接判定樣品之物理性質。標稱量測程序由結構(例如，膜厚度、臨界尺寸等)及機器(例如，波長、入射角、偏光角等)之參數化組成。創建試圖預測量測值(例如，αmeas及βmeas)之一量測模型。如方程式(1)及(2)中繪示，量測模型包含與機器(Pmachine)及樣品(Pspecimen)相關聯之參數。
α model =f(P machine ,P specimen ) (1)
β model =g(P machine ,P specimen ) (2)
機器參數係用以特性化計量工具(例如，橢偏儀101)之參數。例示性機器參數包含入射角(AOI)、分析器角度(A0)、偏光器角度(P0)、照明波長、數值孔徑(NA)等。樣本參數係用以特性化樣品(例如，包含結構114之樣品112)之參數。針對一薄膜樣品，例示性樣品參數包含折射率、介電函數張量、全部層之標稱層厚度、層序列等。為了量測目的，將機器參數視為已知固定參數且將一或多個樣品參數視為未知浮動參數。
在一些實例中，藉由產生理論預測與實驗資料之間之最佳擬合之一反覆程序(例如，迴歸)解析浮動參數。改變未知樣品參數Pspecimen且計算模型輸出值(例如，αmodel及βmodel)直到判定導致模型輸出值與實驗量測值(例如，αmeas及βmeas)之間之一緊密匹配之一組樣品參數值。在一基於模型之量測應用(諸如一CD樣品上之光譜橢偏儀)中，採用一迴歸程序(例如，普通最小平方迴歸)以識別針對一組固定機器參 數值最小化模型輸出值與實驗量測值之間之差之樣品參數值。
在一些實例中，藉由一搜尋透過預計算解之庫解析浮動參數以尋找最緊密匹配。在一基於模型之量測應用(諸如一CD樣品上之光譜橢偏儀)中，採用一庫搜尋程序以識別針對一組固定機器參數值最小化預計算輸出值與實驗量測值之間之差之樣本參數值。
在一基於模型之量測應用中，通常需要簡化假定以維持足夠處理能力。在一些實例中，必須減少一嚴格耦合波分析(RCWA)之截取階數以最小化計算時間。在另一實例中，減少庫函數之數目或複雜性以最小化搜尋時間。此等簡化假定可導致量測參數值之估計之不可接受誤差。此等簡化假定之規範係與經選擇以執行一特定量測之一特定量測系統相關聯之量測配方之部分。
圖2係繪示由計算系統130實施例之一例示性AMR工具150之一圖。在圖2中描繪之實施例中，計算系統130經組態以實施如本文中描述之自動可量測性排名功能。
在圖2中描繪之實施例中，採用一量測模型建立模組140以產生由一特定量測系統量測之一結構之一量測模型141。臨界尺寸(CD)、薄膜厚度、光學性質及材料組合物、覆疊、微影焦點/計量等之基於模型之光學量測通常需要待量測之下伏結構之一幾何模型。因此，一量測模型包含物理尺寸、材料性質及結構之參數化。在一些實施例中，量測模型建立模組140讀取含有表示待量測之結構之幾何特徵之方程式之一檔案。在一些實施例中，可由一微影模擬器(諸如可購自(美國)加利福尼亞州，米爾皮塔斯市之KLA-Tencor Corporation之PROLITH軟體)產生此檔案。量測模型建立模組140基於此應用資訊設定量測模型141之參數化及約束。
由量測模型建立模組140產生之量測模型141包含機器參數值及樣品參數值。取決於考量中之量測系統，可量測各種機器參數及機器 參數值之範圍。在一個實例中，可購自(美國)加利福尼亞州，米爾皮塔斯市之KLA-Tencor Corporation之SpectraShapeTM 10K計量工具提供三個不同入射角、方位角之一任意選擇、可選擇波長範圍及一個以上收集角。
用於一特定量測系統之一量測配方包含可用機器參數之一選擇。在一些實例中，一計量工具包含多個不同計量子系統(例如，光譜橢偏量測及光譜反射量測)。一量測案例界定由一特定量測系統根據一特定量測配方執行之一計量目標之一量測。採用AMR工具150以界定用於一或多個所關注參數之量測之一或多個可用量測案例且對該一或多個可用量測案例進行排名。
如圖2中描繪，由AMR工具150接收一或多個不同量測模型141。由AMR工具150之模型可靠性評估模組151接收且評估各量測模型141。為了準確評估使用不同量測系統及配方之所關注參數之可量測性，一穩定量測模型至關重要。
在一個實例中，模型可靠性評估模組151確認量測模型之幾何特徵與用以產生特徵之程序實際上一致。
在另一實例中，模型可靠性評估模組151評估針對各所關注參數之值之一範圍由量測模型預測之量測信號值。在一個實例中，針對一所關注參數之值之一範圍中之各值在一照明波長範圍內平均化光譜橢偏量測(SE)信號。評估平均SE信號以確認針對所關注參數之值之範圍內之各可能值，平均信號並非零。另外，評估SE信號以確認針對所關注參數之值之範圍內之各可能值存在資料。若針對所關注參數之一或多個可能值不存在資料，則此指示量測模型之一失效。
在另一實例中，模型可靠性評估模組151評估針對各所關注參數之值之一範圍相對於各所關注參數之由量測模型預測之量測信號值之第一階導數。在上文中描述之SE實例中，貫穿所關注參數之值之範 圍，平均SE信號之第一階導數應連續。另外，較佳的是，在參數值之範圍內，平均SE信號之導數應平滑且非零。由模型可靠性評估模組151排除對應於非平滑或不連續導數之參數值範圍之進一步考量。
可以若干不同方式識別非平滑或不連續第一階導數。在一個實例中，模型可靠性評估模組151評估針對各所關注參數之值之一範圍由量測模型預測之量測信號值之第二階導數。在上文中描述之SE實例中，貫穿所關注參數之值之範圍，平均SE信號之第二階導數應低於一預定臨限值。由模型可靠性評估模組151排除對應於超過一預定臨限值之第二階導數之參數值之範圍之進一步考量。
在另一實例中，模型可靠性評估模組151執行與在一所關注參數之值之一局部範圍內相對於該所關注參數之量測信號值之第一階導數之一多項式擬合。若擬合品質差(例如，擬合參數優度<0.9)，則由模型可靠性評估模組151排除參數值之對應局部範圍之進一步考量。
在另一實例中，模型可靠性評估模組151執行與在一組波長下在一所關注參數之值之一局部範圍內相對於該所關注參數之之量測信號值之第一階導數之一多項式擬合。若擬合品質在一特定波長範圍內不良(例如，擬合參數優度<0.9)，則由模型可靠性評估模組151排除對應於特定波長範圍之量測信號之進一步考量。
在另一實例中，模型可靠性評估模組151評估與針對各所關注參數之值之一範圍相對於各所關注參數之由量測模型預測之量測信號值之第一階導數相關聯之統計資料(例如，三σ值、四σ值等)。若統計量測指示廣方差，則由模型可靠性評估模組151排除參數值之對應範圍之進一步考量。
在由模型可靠性評估模組151評估之後，在量測模型152中實施對由模型可靠性評估模組151識別之所關注參數或機器參數之範圍之任何約束。因此，若未由模型可靠性評估模組151識別約束，則量測 模型152與量測模型141相同。然而，若由模型可靠性評估模組151識別約束，則量測模型152係具有一精簡組之可用機器參數值(即，子集)之量測模型141之一約束版本。
由AMR工具150之模型篩選模組153接收且評估量測模型152。模型篩選模組153執行精確度分析、靈敏度分析或其組合。基於此等分析，選擇能夠以必要精確度執行一所關注參數之一量測之量測子系統及機器參數之範圍。在一個實例中，一旋轉偏光器光譜橢偏(RPSE)系統包含零度與三百六十度之間之可用方位角之一範圍。在此實例中，模型篩選模組針對零度與三百六十度之間之方位角之一範圍計算對一所關注參數之改變之量測信號靈敏度。選擇提供對所關注參數之最高量測靈敏度之一或多個方位角。以一類似方式，針對一旋轉偏光器旋轉補償器(RPRC)系統評估方位角之一範圍。
在由模型篩選模組153評估之後，在量測模型154中實施對由模型篩選模組153識別之機器參數之範圍之任何約束。
實驗設計(DOE)產生模組155接收量測模型154且基於考量中之量測模型154之模擬針對一所關注參數之不同值及機器參數值產生一組合成實驗設計(DOE)量測資料158。為了光譜量測，該組DOE光譜158之各DOE光譜包含與在針對考量中之一特定量測配方(例如，機器參數值組)之一特定值下一特定所關注參數之一量測相關聯之模擬光譜量測資料。在一些實例中，DOE光譜之模擬包含一雜訊定義156A、一系統參數擾動156B、一固定參數擾動156C或其等之任何組合。將考量中之所關注參數之已知值159及該組相關聯DOE光譜158兩者提供至DOE追蹤分析模組160。
DOE追蹤分析模組160使用一電磁解算器161對該組DOE光譜158之各DOE光譜執行一迴歸分析。迴歸分析針對各DOE光譜判定考量中之一所關注參數之一估計值163。
藉由追蹤器162比較所關注參數之估計值163與所關注參數之已知值159。估計值163與已知值159之間之差突顯考量中之各量測系統及配方164之雜訊拒斥能力及穩健性。
圖3描繪一所關注參數(POI)之估計值及該所關注參數之對應已知值之一曲線圖190。若所關注參數之估計值完美匹配對應已知值，則全部點將位於線191上。實際上，存在差異。線192表示與資料點之一線性擬合。
在一些實例中，追蹤器162針對各量測案例將量測準確度定量為所關注參數之估計值163與所關注參數之已知值159之間之差之3σ值。在一個實例中，準確度由方程式(1)至(3)定義，其中所關注參數之估計值表示為yesti且所關注參數之已知值表示為yknowni。
e i =y esti -y knowni (5)
在一些實例中，追蹤器162判定資料點之迴歸線(例如，圖3中描繪之線192)之斜率。
在一些實例中，追蹤器162判定相關聯於所關注參數之估計值163與所關注參數之已知值159之間之差之R2值(即，判定係數)。R2值之範圍在0與1之間，其中針對各量測案例，1係所關注參數之估計值163與所關注參數之已知值159之間之一完美擬合。在一些實例中，如方程式(6)中繪示般計算R2值。
藉由效能度量評估模組166接收由DOE追蹤分析模組160判定之準確度、斜率及R2結果165。效能度量評估模組166基於由DOE追蹤分析模組160執行之DOE追蹤分析之結果產生彙總、定量度量。
在一個實例中，效能度量評估模組166在考量中之量測案例之範圍內自由DOE追蹤分析模組160產生之追蹤結果產生各所關注參數之一可量測性分數。可量測性分數Mscore取決於與各所關注參數相關聯之準確度、斜率及R2值，如由方程式(7)至(10)繪示，其中△=0.005且γ=0.3。
以可量測性分數Mscore為基礎之計算之乘法性質暗示一所關注參數之全部值必須可量測以使可量測性之值合理。
在另一實例中，效能度量評估模組166產生針對各所關注參數評估之一R分數(R-score)。基於準確度、斜率及R2值判定R分數。
基於針對各個別所關注參數之R分數之一加權平均值判定一總體R分數Rscoretotal，如由方程式(11)繪示。
針對各所關注參數i，藉由方程式(12)至(14)判定一R分數。
其中C=100，△=0.005，
其中μ=1.0且σ=0.025，及
其中γ=0.3。
R分數在自0至100之範圍內，其中100係完美且0係至少能。
總體R分數度量之加法性質藉由平衡針對多個所關注參數之量測之一特定量測案例之量測能力而提供額外資訊。
藉由非限制性實例提供方程式(11)至(14)，此係因為R分數度量之許多其他公式可涵蓋於本專利文獻之範疇內。
圖4描繪繪示R分數之值隨著各種R2值之準確度之改變之一模擬實例之一曲線圖200。曲線201描繪依據0.99之一R2值之準確度而變化之R分數值。曲線202描繪依據0.97之一R2值之準確度而變化之R分數值。曲線203描繪依據0.95之一R2值之準確度而變化之R分數值。曲線204描繪依據0.90之一R2值之準確度而變化之R分數值。曲線205描繪依據0.85之一R2值之準確度而變化之R分數值。曲線206描繪依據0.80之一R2值之準確度而變化之R分數值。曲線207描繪依據0.75之一R2值之準確度而變化之R分數值。如圖4中描繪，R分數值隨著準確度改良而增加且R分數值隨著R2值增加而增加。
圖5描繪繪示R分數之值隨著各種斜率值之準確度之改變之一模擬實例之一曲線圖210。曲線211描繪依據0.99之一斜率值之準確度而變化之R分數值。曲線212描繪依據0.97之一斜率值之準確度而變化之 R分數值。曲線213描繪依據0.95之一斜率值之準確度而變化之R分數值。曲線214描繪依據0.90之一斜率值之準確度而變化之R分數值。如圖5中描繪，R分數值隨著準確度改良而增加且R分數值隨著斜率增加(接近1之一值)而增加。當斜率小於0.9時，R分數非常靈敏(即，大幅減小)。
在又另一實例中，效能度量評估模組166產生一T分數(T-score)。T分數經定義為使用處理能力按比例調整之R分數。處理能力愈高，針對一給定R分數之T分數愈大。T分數度量係重要的，此係因為處理能力係一生產環境中之大多數問題之一者。
基於各個別所關注參數之T分數之一加權平均值判定一總體T分數Tscoretotal。
可量測性、R分數及T分數之定義並非唯一。在此意義上，基礎追蹤資料之不同公式可涵蓋於本專利文獻之範疇內。然而，重要的是，函數值單調改變以提供各量測案例之量測能力之一定量評估。
在一些實施例中，效能度量評估模組166編譯若干量測案例及相關聯之量測配方，基於可量測性分數、R分數及T分數對其等進行排名且將其等傳達給一使用者168。舉例而言，在一顯示器(例如，電腦監視器等)上以排名順序向一使用者168呈現由效能度量評估模組166判定之定量效能度量167。
系統組態模組170接收使用者168對一或多個量測案例之一選擇之一指示171。在一些其他實例中，一使用者可與一圖形使用者介面(GUI)互動，該GUI容許一使用者基於由AMR工具150提供之排名選擇一或多個量測案例。
作為回應，系統組態模組170自動產生對量測模型及量測系統之適當約束以實現選定量測案例。在一些實施例中，將選定量測案例組態172儲存於一記憶體(例如，記憶體180)中。經儲存量測案例組態可匯出至其他量測系統以界定其他系統上之量測案例。
圖6以至少一個新穎態樣繪示對用於一特定計量應用之多組量測系統組合及配方之量測效力進行評估與排名之一方法300。方法300適合於由一計量系統(諸如本發明之圖1中繪示之計量系統100)實施。在一個態樣中，應認知，可經由由計算系統130或任何其他通用計算系統之一或多個處理器執行之一預程式化演算法實行方法300之資料處理方塊。本文中應認知，計量系統100之特定結構態樣不表示限制且應僅解譯為闡釋性。
在方塊301中，由一自動可量測性排名(AMR)工具150接收指示在複數個量測案例下由一計量系統對一所關注參數之一量測之一量測模型。各量測案例包含一入射角、方位角、照明波長、偏光狀態之不同值或其等之任何組合。
在方塊302中，AMR工具150之一模型可靠性評估模組151判定增加對所關注參數之量測之一可靠性及靈敏度之複數個量測案例之一子集。
在方塊303中，AMR工具150之一實驗設計(DOE)產生模組155判定與針對所關注參數之已知值之一範圍之量測及複數個量測案例之子集之一模擬相關聯之一組DOE量測資料。
在方塊304中，AMR工具150之一DOE追蹤分析模組160基於對應於所關注參數之各已知值之該組DOE量測資料判定所關注參數之估計值。
在方塊305中，AMR工具150之DOE追蹤分析模組160判定所關注參數之已知值與所關注參數之估計值之間之一差之一或多個指示。
在方塊306中，AMR工具150之一效能度量評估模組166基於所關注參數之已知值與估計值之間之差之指示判定指示一或多個量測案例之量測效能之一或多個量測效能度量。
在方塊307中，效能度量評估模組166將量測效能度量傳達給一使用者。
雖然參考系統100解釋本文中論述之方法，但可採用經組態以照明且偵測自一樣品反射、透射或繞射之光之任何光學計量系統以實施本文中描述之例示性方法。例示性系統包含一角度解析反射計、一散射計、一反射計、一橢偏儀、一光譜反射計或橢偏儀、一光束輪廓反射計、一多波長二維光束輪廓反射計、一多波長二維光束輪廓橢偏儀、一旋轉補償器光譜橢偏儀等。藉由非限制性實例，一橢偏儀可包含一單一旋轉補償器、多個旋轉補償器、一旋轉偏光器、一旋轉分析器、一調變元件、多個調變元件或無調變元件。
應注意，來自一源及/或目標量測系統之輸出可經組態使得量測系統使用一個以上技術。事實上，一應用可經組態以採用一單一工具內或跨若干不同工具之可用計量子系統之任何組合。
亦可以若干不同方式組態實施本文中描述之方法之一系統。舉例而言，可涵蓋廣範圍之波長(包含可見、紫外線、紅外線及x射線)、入射角、偏光狀態及相干狀態。在另一實例中，系統可包含若干不同光源之任何者(例如，一直接耦合光源、一雷射維持電漿光源等)。在另一實例中，系統可包含用以調節引導至樣品(例如，變跡器、濾光器等)或自樣品收集之光之元件。
本文中呈現之本發明解決判定硬體組態及相關聯之量測配方之哪一組合能夠量測特定半導體結構及材料特性之問題。在許多情況中，此問題在無本文中描述之方法及系統之幫助下係難解決的。再者，本發明中描述之方法不限於上文概述之硬體及/或光學組態。
在半導體計量之領域中，一計量系統可包括照明一目標之一照明系統、擷取藉由照明系統與一目標、裝置或特徵之互動(或缺乏其)提供之相關資訊之一收集系統及分析使用一或多個演算法收集之資訊之一處理系統。計量工具可用於量測與各種半導體製造程序相關聯之結構及材料特性(例如，材料組合物、結構及膜之尺寸特性(諸如膜厚度及/或結構之臨界尺寸)、覆疊等)。在製造半導體晶粒中使用此等量測以促進程序控制及/或良率效率。
一計量系統可包括可結合本發明之某些實施例使用以(例如)量測各種前述半導體結構及材料特性之一或多個硬體組態。此等硬體組態之實例包含(但不限於)以下：一光譜橢偏儀(SE)、具有多個照明角之一SE、一SE量測穆勒(Mueller)矩陣元件(例如，使用(若干)旋轉補償器)、一單波長橢偏儀、一光束輪廓橢偏儀(角度解析橢偏儀)、一光束輪廓反射計(角度解析反射計)、一寬頻反射光譜儀(光譜反射計)、一單波長反射計、一角度解析反射計、一成像系統及一散射計(例如，光斑分析器)。
硬體組態可分離成離散操作系統。另一方面，一或多個硬體組態可組合成一單一工具。在美國專利第7,933,026號中描述多個硬體組態組合成一單一工具之一個實例，該案之全文為了全部目的以引用的方式併入本文中。在許多情況中，將多個計量工具用於對單一或多個計量目標之量測。此(例如)由Zangooie等人在美國專利第7,478,019號中描述，該案之全文為了全部目的以引用的方式併入本文中。
如本文中描述，術語「臨界尺寸」包含一結構之任何臨界尺寸(例如，底部臨界尺寸、中間臨界尺寸、頂部臨界尺寸、側壁角、光柵高度等)、任何兩個或兩個以上結構之間之一臨界尺寸(例如，兩個結構之間之距離)、兩個或兩個以上結構之間之一位移(例如，疊對光柵結構之間之疊對位移等)及結構或結構之部分中使用之一材料之一 色散性質。結構可包含三維結構、圖案化結構、覆疊結構等。
如本文中描述，術語「臨界尺寸應用」或「臨界尺寸量測應用」包含任何臨界尺寸量測。
如本文中描述，術語「計量系統」包含至少部分採用以在任何態樣中特性化一樣品之任何系統。然而，此等技術術語不限制如本文中描述之術語「計量系統」之範疇。另外，計量系統100可經組態以量測圖案化晶圓及/或未經圖案化晶圓。計量系統可組態為一LED檢測工具、邊緣檢測工具、背面檢測工具、宏觀檢測工具或多模式檢測工具(涉及同時來自一或多個平台之資料)及受益於基於臨界尺寸資料之系統參數之校準之任何其他計量或檢測工具。
本文中針對可用於處理一樣品之一半導體處理系統(例如，一計量系統或一微影系統)描述各項實施例。術語「樣品」在本文中用以指代一晶圓上之一位點或若干位點、一倍縮光罩或可藉由此項技術中已知之構件處理(例如，印刷或檢測缺陷)之任何其他樣本。在一些實例中，樣品包含具有一或多個量測目標之一單一位點，將該一或多個量測目標之同時組合量測視為一單一樣品量測或參考量測。在一些其他實例中，樣品係其中與彙總量測位點相關聯之量測資料係與多個位點之各者相關聯之資料之一統計彙總之位點之一彙總。再者，此多個位點之各者可包含與一樣品或參考量測相關聯之一或多個量測目標。
如本文中使用，術語「晶圓」大體上指代由一半導體或非半導體材料形成之基板。實例包含(但不限於)單晶矽、砷化鎵及磷化銦。此等基板通常可在半導體製造設施中找到及/或處理。在一些情況中，一晶圓可僅包含基板(即，裸晶圓)。替代地，一晶圓可包含形成於一基板上之一或多個不同材料層。形成於一晶圓上之一或多個層可「經圖案化」或「未經圖案化」。舉例而言，一晶圓可包含具有可重複圖案特徵之複數個晶粒。
一「倍縮光罩」可為在一倍縮光罩製造程序之任何階段之一倍縮光罩，或為可或可未經釋放以於一半導體製造設施中使用之一完成倍縮光罩。一倍縮光罩或一「遮罩」大體上定義為具有形成於其上且以一圖案組態之實質上不透明區域之一實質上透明基板。基板可包含(例如)一玻璃材料，諸如非晶SiO2。可在一微影製造程序之一曝光步驟期間將一倍縮光罩安置於一覆蓋有光阻之晶圓上方，使得可將倍縮光罩上之圖案轉印至光阻。
形成於一晶圓上之一或多個層可經圖案化或未經圖案化。例如，一晶圓可包含各具有可重複圖案特徵之複數個晶粒。此等材料層之形成及處理最終可導致完成裝置。許多不同類型的裝置可形成於一晶圓上，且如本文中使用之術語晶圓意欲涵蓋其上製造此項技術中已知之任何類型的裝置之一晶圓。
在一或多項例示性實施例中，所描述之功能可實施於硬體、軟體、韌體或其等之任何組合中。若在軟體中實施，則功能可作為一或多個指令或程式碼儲存於一電腦可讀媒體上或經由該電腦可讀媒體傳輸。電腦可讀媒體包含電腦儲存媒體及通信媒體兩者，通信媒體包含促進一電腦程式自一位置至另一位置之傳送之任何媒體。一儲存媒體可為可藉由一通用電腦或專用電腦存取之任何可用媒體。舉例而言(且非限制)，此電腦可讀媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟儲存器、磁碟儲存器或其他磁性儲存裝置或可用於載送或儲存呈指令或資料結構之形式之所要程式碼構件且可藉由一通用電腦或專用電腦或一通用或專用處理器存取之任何其他媒體。再者，任何連接可被適當地稱為一電腦可讀媒體。例如，若使用一同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數位用戶線(DSL)或無線技術(諸如紅外線、無線電及微波)自一網站、伺服器或其他遠端源傳輸軟體，則同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL或諸如紅外線、無線電及微波之無 線技術包含於媒體之定義中。如本文中使用，磁碟及光碟包含光碟(CD)、雷射光碟、光碟、數位多功能光碟(DVD)、軟碟及藍光光碟，其中磁碟通常磁性地重現資料而光碟用雷射光學地重現資料。上述組合亦應包含於電腦可讀媒體之範疇內。
儘管上文為指導目的而描述某些特定實施例，但本專利文獻之教示具有一般適用性且不限於上文中描述之特定實施例。因此，在不脫離如申請專利範圍中闡述之本發明之範疇之情況下，可實踐所描述之實施例之各種特徵之各種修改、調適及組合。
140‧‧‧量測模型建立模組
141‧‧‧量測模型
150‧‧‧自動可量測性排名(AMR)工具
151‧‧‧模型可靠性評估模組
152‧‧‧量測模型
153‧‧‧模型篩選模組
154‧‧‧量測模型
155‧‧‧實驗設計(DOE)產生模組
156A‧‧‧雜訊定義
156B‧‧‧系統參數擾動
156C‧‧‧固定參數擾動
158‧‧‧實驗設計(DOE)量測資料/實驗設計(DOE)光譜
159‧‧‧所關注參數之已知值
160‧‧‧實驗設計(DOE)追蹤分析模組
161‧‧‧電磁解算器
162‧‧‧追蹤器
163‧‧‧所關注參數之估計值
165‧‧‧R2結果
166‧‧‧效能度量評估模組
167‧‧‧定量效能度量
168‧‧‧使用者
170‧‧‧系統組態模組
171‧‧‧指示
172‧‧‧選定量測案例組態
180‧‧‧記憶體

Claims (24)

  1. 一種計量系統，其包括：一或多個電腦系統，其等經組態以：接收指示在複數個量測案例下由一計量系統對一所關注參數之一量測之一量測模型，其中各量測案例包含一入射角、方位角、照明波長、偏光狀態之不同值或其等之任何組合；判定增加對該所關注參數之該量測之一可靠性及靈敏度之該複數個量測案例之一子集；判定與針對該所關注參數之已知值之一範圍之該量測及該複數個量測案例之該子集之一模擬相關聯之一組實驗設計(DOE)量測資料；基於對應於該所關注參數之該等已知值之各者之該組DOE量測資料判定該所關注參數之估計值；判定該所關注參數之該等已知值與該所關注參數之該等估計值之間之一差之一或多個指示；基於該所關注參數之該等已知值與該等估計值之間之該差之該等指示判定指示該等量測案例之一或多者之量測效能之一或多個量測效能度量；將該等量測效能度量傳達給一使用者；接收由該使用者對一量測案例之一選擇之一指示；及基於該選擇產生一量測系統組態；及一照明源，其經組態以根據該量測系統組態將一定量之照明光提供給一或多個計量目標；及一偵測器，其經組態以回應於該一定量之照明光根據該量測系統組態自該一或多個計量目標接收一定量之收集光。
  2. 如請求項1之計量系統，其中該判定增加該量測之該可靠性及靈敏度之該複數個量測案例之該子集涉及消除導致針對該所關注參數之一或多個值之一量測信號回應之一不連續性之一或多個量測案例。
  3. 如請求項1之計量系統，其中該判定增加該量測之該可靠性及靈敏度之該複數個量測案例之該子集涉及消除導致針對該所關注參數之一或多個值之一量測信號回應之一導數之一不連續性之一或多個量測案例。
  4. 如請求項1之計量系統，其中該判定增加該量測之該可靠性及靈敏度之該複數個量測案例之該子集涉及將一多項式函數擬合至在一組波長下相對於一所關注參數之一量測信號回應之一第一階導數且若擬合之一品質在一特定波長範圍內小於一預定臨限值，則排除對應於該特定波長範圍之量測信號。
  5. 如請求項1之計量系統，其中該量測效能度量係一總體R分數值，其係與該所關注參數之各已知值相關聯之R分數值之一加權和。
  6. 如請求項1之計量系統，其中該量測效能度量係一總體可量測性值，其係與該所關注參數之各已知值相關聯之可量測性值之一乘積。
  7. 如請求項5之計量系統，其中該量測效能度量係一總體T分數值，其係與該所關注參數之各已知值相關聯之T分數值之一加權和，其中各T分數值係對應於各量測案例之該R分數值與相關聯於各量測案例之一量測時間之一對應指示之一乘積。
  8. 如請求項1之計量系統，其中該照明源及該偵測器係一光譜橢偏儀、一光譜反射計、一單波長橢偏儀及一光束輪廓反射計之任何者之元件。
  9. 一種自動可量測性排名工具，其包括儲存於一非暫時性電腦可讀媒體上之電腦可讀指令，該等電腦可讀指令包括：用於引起一計算系統接收指示在複數個量測案例下由一計量系統對一所關注參數之一量測之一量測模型之程式碼，其中各量測案例包含一入射角、方位角、照明波長、偏光狀態之不同值或其等之任何組合；用於引起該計算系統判定增加對該所關注參數之該量測之一可靠性及靈敏度之該複數個量測案例之一子集之程式碼；用於引起該計算系統判定與針對該所關注參數之已知值之一範圍之量測及該複數個量測案例之該子集之一模擬相關聯之一組實驗設計(DOE)量測資料之程式碼；用於引起該計算系統基於對應於該所關注參數之該等已知值之各者之該組DOE量測資料判定該所關注參數之估計值之程式碼；用於引起該計算系統判定該所關注參數之該等已知值與該所關注參數之該等估計值之間之一差之一或多個指示之程式碼；用於引起該計算系統基於該所關注參數之該等已知值與該等估計值之間之該差之該等指示判定指示該等量測案例之一或多者之量測效能之一或多個量測效能度量之程式碼；及用於引起該計算系統將該等量測效能度量傳達給一使用者之程式碼。
  10. 如請求項9之自動可量測性排名工具，該等電腦可讀指令進一步包括：用於引起該計算系統接收由該使用者對一量測案例之一選擇之一指示之程式碼；用於引起該計算系統基於該選擇產生一量測系統組態之程式 碼；及用於引起該計算系統基於該量測系統組態執行一量測之程式碼。
  11. 如請求項9之自動可量測性排名工具，其中該判定增加該量測之該可靠性及靈敏度之該複數個量測案例之該子集涉及消除導致針對該所關注參數之一或多個值之一量測信號回應之一不連續性之一或多個量測案例。
  12. 如請求項9之自動可量測性排名工具，其中該判定增加該量測之該可靠性及靈敏度之該複數個量測案例之該子集涉及消除導致針對該所關注參數之一或多個值之量測信號回應之一導數之一不連續性之一或多個量測案例。
  13. 如請求項9之自動可量測性排名工具，其中該判定增加該量測之該可靠性及靈敏度之該複數個量測案例之該子集涉及將一多項式函數擬合至在一組波長下相對於一所關注參數之一量測信號回應之一第一階導數且若擬合之一品質在一特定波長範圍內小於一預定臨限值，則排除對應於該特定波長範圍之量測信號。
  14. 如請求項9之自動可量測性排名工具，其中該量測效能度量係一總體R分數值，其係與該所關注參數之各已知值相關聯之R分數值之一加權和。
  15. 如請求項9之自動可量測性排名工具，其中該量測效能度量係一總體可量測性值，其係與該所關注參數之各已知值相關聯之可量測性值之一乘積。
  16. 如請求項14之自動可量測性排名工具，其中該量測效能度量係一總體T分數值，其係與該所關注參數之各已知值相關聯之T分數值之一加權和，其中各T分數值係對應於各量測案例之該R分數值與相關聯於各量測案例之一量測時間之一對應指示之一乘 積。
  17. 一種方法，其包括：接收指示在複數個量測案例下由一計量系統對一所關注參數之一量測之一量測模型，其中各量測案例包含一入射角、方位角、照明波長、偏光狀態之不同值或其等之任何組合；判定增加對該所關注參數之該量測之一可靠性及靈敏度之該複數個量測案例之一子集；判定與針對該所關注參數之已知值之一範圍之量測及該複數個量測案例之該子集之一模擬相關聯之一組實驗設計(DOE)量測資料；基於對應於該所關注參數之該等已知值之各者之該組DOE量測資料判定該所關注參數之估計值；判定該所關注參數之該等已知值與該所關注參數之該等估計值之間之一差之一或多個指示；基於該所關注參數之該等已知值與該等估計值之間之該差之該等指示判定指示該等量測案例之一或多者之量測效能之一或多個量測效能度量；及將該等量測效能度量傳達給一使用者。
  18. 如請求項17之方法，其進一步包括：接收由該使用者對一量測案例之一選擇之一指示；基於該選擇產生一量測系統組態；及基於該量測系統組態執行一量測。
  19. 如請求項17之方法，其中該判定增加該量測之該可靠性及靈敏度之該複數個量測案例之該子集涉及消除導致針對該所關注參數之一或多個值之一量測信號回應之一不連續性之一或多個量測案例。
  20. 如請求項17之方法，其中該判定增加該量測之該可靠性及靈敏度之該複數個量測案例之該子集涉及消除導致針對該所關注參數之一或多個值之量測信號回應之一導數之一不連續性之一或多個量測案例。
  21. 如請求項17之方法，其中該量測效能度量係一總體R分數值，其係與該所關注參數之各已知值相關聯之R分數值之一加權和。
  22. 如請求項17之方法，其中該量測效能度量係一總體可量測性值，其係與該所關注參數之各已知值相關聯之可量測性值之一乘積。
  23. 如請求項21之方法，其中該量測效能度量係一總體T分數值，其係與該所關注參數之各已知值相關聯之T分數值之一加權和，其中各T分數值係對應於各量測案例之該R分數值與相關聯於各量測案例之一量測時間之一對應指示之一乘積。
  24. 如請求項17之方法，其中該計量系統係一光譜橢偏儀、一光譜反射計、一單波長橢偏儀及一光束輪廓反射計之任何者。
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