TWI569344B - 用於以頻譜匹配為基礎之校正之檢驗方法、非暫時性電腦可讀媒體及檢驗系統 - Google Patents

用於以頻譜匹配為基礎之校正之檢驗方法、非暫時性電腦可讀媒體及檢驗系統 Download PDF

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Description

用於以頻譜匹配為基礎之校正之檢驗方法、非暫時性電腦可讀媒體及檢驗系統
所描述之實施例係關於用於晶圓檢驗之系統，且更特定言之係關於用於半導體製造之薄膜之特徵化及缺陷偵測。
本專利申請案根據35 U.S.C.§119主張2011年11月21日申請之標題為「Spectral Matching Based Calibration」之美國臨時專利申請案第61/562,154號之優先權，該案之標的以引用方式併入本文中。
諸如邏輯及記憶體裝置之半導體裝置通常係藉由施加於一基板或晶圓之處理步驟之一順序而加工。該等半導體裝置之各種特徵及多個結構位準係藉由此等處理步驟形成。例如，尤其光微影術係涉及在一半導體晶圓上產生一圖案之一半導體加工處理。半導體加工處理之額外實例包含(但不限於)化學機械拋光、蝕刻、沈積及離子植入。可在一單個半導體晶圓上加工多個半導體裝置且接著將其等分離為個別半導體裝置。
在一半導體製造處理期間之各種步驟處使用檢驗處理以偵測晶圓上之缺陷以促進較高良率。隨著設計規則及處理窗在大小上繼續縮小，需要檢驗系統以擷取晶圓表面上之一更廣泛範圍的物理缺陷同時維持高產量。
對半導體檢驗系統執行多種校正程序以保證一特別檢驗系統之量測精確度。在一些實例中，藉由一檢驗系統量測具有已知性質之一參考晶圓(或一組參考晶圓)。該檢驗系 統之參數經調諧使得藉由該檢驗系統產生之量測結果匹配該參考晶圓之已知特性。此程序保證用於具有緊密匹配參考晶圓性質之性質之晶圓之所校正檢驗系統之量測精確度。
在一製造環境中，跨賦與相同量測目的之任務之一隊檢驗系統之量測一致性亦為重要的。若檢驗系統之間的量測一致性劣化，則經處理之半導體晶圓之間的一致性損失且良率降下至不可接受的位準。在某種程度上，可藉由用一參考晶圓(或一組參考晶圓)校正一隊檢驗系統之每一檢驗系統而獲得量測一致性。然而，為獲得高精確度的結果，必須在匹配當最初特徵化該參考晶圓時之合適地方之環境條件之一經小心控制的環境中執行涉及該參考晶圓之校正實驗。此可能在一製造環境中難以達成且導致損失檢驗系統之間的一致性。此外，必須將一昂貴的參考晶圓組維持在該製造環境中。晶圓破損或劣化之風險潛在地危害校正處理之完整性。此外，基於參考晶圓校正之一檢驗系統之精確度通常限於具有緊密匹配參考晶圓性質之性質之晶圓。
因此，將有利的是，發展用於檢驗系統之改良之校正方法以保證對一廣泛範圍的晶圓且跨一隊檢驗系統之量測一致性。
本發明呈現用於校正一目標檢驗系統之系統參數值之方法及系統。本文描述之實施例大體上係關於用於藉由對於 一給定樣本或一組樣本最小化不同的檢驗系統之間的頻譜誤差之差增加檢驗系統之間的量測一致性之方法。一目標檢驗系統之系統參數值經校正使得與藉由該目標檢驗系統之一樣本之一量測相關聯之一頻譜誤差及與藉由一參考檢驗系統之相同的樣本之一量測相關聯之一頻譜誤差之間之差得以最小化。
以頻譜誤差為基礎之校正(SEBC)藉由對於一給定樣本或一組樣本最小化不同的檢驗系統之間的頻譜誤差之差增加檢驗系統之間的一致性。在不修改樣本參數之情況下，經校正之系統參數經調諧使得所得頻譜誤差接近該參考檢驗系統之頻譜誤差。藉由對具有一廣泛範圍的樣本參數值之一組樣本執行SEBC，對受測試之一廣泛範圍的樣本之所得校正係穩健的。亦藉由匹配檢驗系統之間之頻譜誤差而非所量測頻譜，可校正具有不同的標稱系統參數值之檢驗系統以遞送一致的量測結果。
在一實例中，藉由一計算系統116接收藉由一目標檢驗系統100之一樣本之一所量測頻譜回應之一指示。藉由計算系統116判定與該目標檢驗系統100相關聯之一頻譜誤差。該頻譜誤差係基於藉由該目標檢驗系統之該樣本之該經量測頻譜回應與該樣本之一經模型化頻譜回應之間之差。該經模型化頻譜回應包含至少一系統參數及至少一樣本參數。亦藉由該計算系統116接收與一參考檢驗系統相關聯之一頻譜誤差之一指示。該頻譜誤差係基於藉由該目標檢驗系統量測之相同樣本之一經量測頻譜回應與藉由該 參考檢驗系統之該樣本之一經模型化頻譜回應之間之差。藉由計算系統116判定該目標檢驗系統之至少一系統參數之值。該值(或該等值)經判定使得包含該目標檢驗系統之頻譜誤差與該參考檢驗系統之頻譜誤差之間之一差之一誤差函數得以最小化。
術語參考檢驗系統及目標檢驗系統大體上指代一檢驗方案(例如，該目標檢驗系統)，其需要調適系統參數以獲得與另一檢驗方案(例如，該參考檢驗系統)之量測一致性。以此方式，關於該參考校正該目標。
在一些實例中，該目標檢驗系統及該參考檢驗系統係不同的工具。在一些其他實例中，可定期對一個別檢驗系統執行SEBC以維持隨著時間之量測穩定性。一特別檢驗系統之物理特性可隨著時間而漂移。可重新校正該檢驗系統以藉由定期運行SEBC補償隨著時間之漂移。在此方案中，該參考檢驗系統係於檢驗一特別晶圓時之一相對較早時間之一物理狀態中之檢驗系統。該目標檢驗系統係於再次檢驗相同晶圓時之一稍晚時間之一經改變物理狀態中(例如，在發生漂移之後)之相同檢驗系統。在又另一實例中，可在對一特別檢驗系統執行任何預防性維護操作之前及之後執行SEBC。以此方式，執行SEBC以重新校正該系統以恢復在執行預防性維護之前之該系統之量測效能。在又另一實例中，可執行SEBC作為一檢驗系統之健康之一診斷。若頻譜誤差匹配劣化，則其可為該檢驗系統之硬體折損且必須經修復以回復主動服務之一指示。
該前述係發明內容且因此必須含有簡單化、一般化及細節之省略。因此，熟習此項技術者將瞭解，說明內容僅係闡釋性且不以任何方式限制。在本文陳述之非限制性詳細描述中將明白本文描述之裝置及/或處理之其他態樣、發明特徵及優點。
現在將詳細地參考本發明之背景實例及一些實施例，該等實例在隨附圖式中予以圖解說明。
圖1圖解說明根據本文呈現之例示性方法之用於量測一半導體晶圓之一薄膜之特性之一系統100。如圖1中所示，該系統100可用以對安置在一晶圓定位系統110上之一半導體晶圓112之一或多個膜114執行頻譜分析之橢圓偏振技術。在此態樣中，該系統100可包含裝備有一照明器102及一頻譜儀104之一頻譜分析之橢圓偏振光儀。該系統100之照明器102經組態以產生並引導一選定波長範圍(例如，150 nm至850 nm)之照明至安置在該半導體晶圓112之表面上之薄膜(例如，HfSiON薄膜)。繼而，該頻譜儀104經組態以接收自該半導體晶圓112之表面反射之照明。進一步注意，自該照明器102出現之光係使用偏振片107加以偏振以產生一經偏振照明光束106。藉由安置在該晶圓112上之薄膜114反射之輻射穿過一分析器109且至該頻譜儀104。就此而言，分析收集光束108中之藉由該頻譜儀104接收之輻射，容許該薄膜114之頻譜之分析。
在一進一步實施例中，該檢驗系統100係一目標檢驗系 統100，其可包含運用以執行該目標檢驗系統100之以頻譜誤差為基礎之校正(SEBC)之一或多個計算系統116。該一或多個計算系統116可通信地耦合至該頻譜儀104。在一態樣中，該一或多個計算系統116經組態以自該頻譜儀接收該一或多個取樣處理之結果。該等結果包含藉由目標檢驗系統100之該樣本之經量測頻譜回應之一指示。
該一或多個計算系統116判定與該目標檢驗系統100相關聯之一頻譜誤差。就此而言，該計算系統116將該頻譜誤差判定為該樣本之經量測頻譜與一經模型化頻譜回應之間之一差。
此外，該一或多個計算系統116經進一步組態以接收與一參考檢驗系統相關聯之一頻譜誤差。在一些實例中，與該參考檢驗系統相關聯之頻譜誤差儲存於載體媒體118中且藉由計算系統116取回。與該參考檢驗系統相關聯之頻譜誤差係基於相同的樣本之一經量測頻譜回應與一經模型化頻譜回應之間之一差。
該一或多個電腦系統經進一步組態以判定該檢驗系統100之至少一系統參數之一值使得包含該目標檢驗系統100之頻譜誤差與該參考檢驗系統之頻譜誤差之間之一差之一誤差函數得以最小化。在此方面，可運用一回歸處理(例如，普通最小平方回歸)以識別最小化與該參考檢驗系統相關聯之頻譜誤差與該檢驗系統之頻譜誤差之間之差之該檢驗系統之系統參數。
申請人注意，本文將更詳細地進一步論述具體情況相關 之以頻譜誤差為基礎之校正。
如圖2中圖解說明，在一些實施例中，可在一半導體基板112上安置若干個層。例如，在一半導體基板112(例如，矽)與一高介電值絕緣層114A之間定位一中間層114B以促進高介電值材料與該半導體基板之間之黏附。通常，該中間層114B係薄的(例如，十埃)。
應認知，貫穿本揭示內容描述之各種步驟可藉由一種單個電腦系統116或替代地一種多個電腦系統116實行。此外，該系統100之不同的子系統(諸如該頻譜分析之橢圓偏振光儀101)可包含適用於實行上述該等步驟之至少一部分之一電腦系統。因此，上文描述不應被解釋為對本發明之一限制且僅僅係一圖解。進一步言之，該一或多個計算系統116可經組態以執行本文描述之方法實施例之任一者之任何其他步驟。
在另一實施例中，該電腦系統116可以此項技術中已知的任何方式通信地耦合至該橢圓偏振光儀101之頻譜儀104或照明器子系統102。例如，該一或多個計算系統116可耦合至該橢圓偏振光儀101之頻譜儀104之一計算系統及該照明器子系統102之一計算系統。在另一實例中，該頻譜儀104及該照明器102可藉由一單個電腦系統予以控制。以此方式，該系統100之電腦系統116可耦合至一單個橢圓偏振光儀電腦系統。
該系統100之電腦系統116可經組態以藉由可包含有線及/或無線部分之一傳輸媒體自該系統之子系統(例如，頻 譜儀104、照明器102及其類似物)接收及/或獲取資料或資訊。以此方式，該傳輸媒體可用作該系統100之電腦系統116與其他子系統之間之一資料鏈路。進一步言之，該計算系統116可經組態以經由一儲存媒體(即，記憶體)接收頻譜結果。譬如，使用一橢圓偏振光儀之一頻譜儀獲得之頻譜結果可儲存在一永久或半永久記憶體裝置中。就此而言，可自一外部系統匯入該等頻譜結果。
此外，該電腦系統116可經由一傳輸媒體將資料發送至外部系統。此外，該系統100之電腦系統116可經組態以藉由可包含有線及/或無線部分之一傳輸媒體自其他系統接收及/或獲取資料或資訊(例如，來自一檢驗系統之檢驗結果或來自一度量衡系統之度量衡結果)。以此方式，該傳輸媒體可用作該系統100之電腦系統116與其他子系統之間之一資料鏈路。此外，該電腦系統116可經由一傳輸媒體將資料發送至外部系統。
該計算系統116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、並行處理器，或此項技術中已知的任何其他裝置。一般而言，術語「計算系統」可概括地定義以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。
實施諸如本文所描述方法之方法之程式指令120可經由載體媒體118傳輸或儲存在載體媒體118上。該載體媒體可為一傳輸媒體，諸如一導線、電纜或無線傳輸鏈路。該載體媒體亦可包含一電腦可讀媒體，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。
圖1中圖解說明之系統100之實施例可進一步如本文描述組態。此外，該系統100可經組態以執行本文描述之方法實施例之任一者之任何其他方塊。
如圖1中圖解說明，在偏振片107中線性偏振來自照明器102之寬頻輻射之一光束，且接著該經線性偏振光束入射在樣本112上。在自樣本112反射之後，該光束用一經改變偏振狀態傳播朝向分析器109。在一些實例中，經反射光束具有橢圓形偏振，該經反射光束透過分析器109傳播至頻譜儀104中。在頻譜儀104中，在不同的方向上將具有不同的波長之光束分量折射至不同的偵測器。該等偵測器可為光二極體之一線性陣列，其中每一光二極體量測一不同的波長範圍中之輻射。
在一實例中，計算系統116自每一偵測器接收所量測資料且用軟體程式化以一適當的方式處理其接收之資料。可回應於具有已知偏振狀態之入射輻射以此項技術中已知的任何數目個方式藉由分析自樣品反射之輻射之偏振之改變判定一樣本之所量測頻譜回應。
偏振片107及分析器109之任一者可經組態以在一量測操作期間圍繞其等之光學軸旋轉。在一些實例中，計算系統116經程式化以產生控制信號以控制偏振片107及/或分析器109或該系統100之其他元件(例如，樣本112靜置於其上之晶圓定位系統110)之角定向。計算系統116亦可自與分析器109相關聯之一分析器位置感測器接收指示分析器109 之角定向之資料。類似地，計算系統116亦可自與偏振片107相關聯之一偏振片位置感測器接收指示偏振片107之角定向之資料。計算系統116可用軟體程式化以一適當的方式處理此定向資料。
在一實施例中，偏振片107經控制使得其以一恆定速率旋轉。在頻譜儀104之每一偵測器處接收之信號將係藉由以下給定之一隨時間變化強度：I(t)=I 0[1+αcos(2ωt-P 0)+βsin(2ωt-P 0)] (1)其中I0係取決於藉由照明器102發射之輻射之強度之一常數，ω係偏振片107之角速度，P0係在一初始時間(t=0)之偏振片107之光學軸與入射之平面(例如，圖1之平面)之間之角度，且α及β係定義如下之值：α=[tan2Ψ-tan2(A-A 0)]/[tan2Ψ+tan2(A-A 0)] (2)及β=[2(tanΨ)(cos△)(tan(A-A 0))]/[tan2Ψ+tan2(A-A 0)] (3)其中tan(Ψ)係樣品之反射率之p分量與s分量之配位比之振幅，且△係樣品之反射率之p分量與s分量之配位比之相位。「p」分量標示其電場係在圖1之平面中之經偏振輻射之分量，且「s」標示其電場垂直於圖1之平面之經偏振輻射之分量。A係標稱分析器角度(例如，自(例如)與分析器109相關聯之上文提及的分析器位置感測器供應之定向角度之一經量測值)。A0係分析器109之實際定向角度與讀數「A」之偏移(例如，歸因於機械失準，A0可為非零)。
自方程式(1)至(3)，可基於藉由檢驗系統100之一特別樣 本之一量測判定a及β之值。因此，對於一特別樣本，αmeas值及βmeas值係基於頻譜儀資料而判定。
一般而言，橢圓偏振技術係量測檢驗下之樣本之物理性質之一間接方法。在大部分情況中，所量測值(例如，αmeas及βmeas)不能用來直接判定該樣本之物理性質。為解決此問題，建立嘗試預測該等經量測值(例如，αmeas及βmeas)之一模型。如方程式(4)及(5)中圖解說明，該模型包含與系統(Psys)及樣本(Pspecimen)相關聯之參數。
α model =f(P sys ,P specimen ) (4)
β model =g(P sys ,P specimen ) (5)系統參數係用以特徵化檢驗工具(例如，橢圓偏振光儀101)之參數。例示性系統參數包含入射之角度(AOI)、分析器角度(A0)、偏振片角度(P0)、照明波長、數值孔徑(NA)等等。樣本參數係用以特徵化樣本(例如，包含層114之樣本112)之參數。例示性樣本參數包含折射率、介電函數張量、所有層之標稱層厚度、層順序等等。檢驗下之一樣本之物理性質係藉由一反覆程序(例如，回歸)加以判定。變化未知樣本參數且演算模型輸出值(例如，αmodel及βmodel)直到判定樣本參數值之一集合，其引起在該等模型輸出值與經實驗量測值(例如，αmeas及βmeas)之間之一緊密匹配。受測試之樣本之經模型化回應與經實驗擷取回應之間之剩餘頻譜不匹配係一頻譜誤差。對於頻譜回應值α及β，方程式(6)及(7)中表達各自頻譜誤差δα及δβ。
δα=α meas -α model (6)
δβ=β meas -β model (7)
在一態樣中，一目標檢驗系統之系統參數值經校正使得與藉由該目標檢驗系統之一樣本之一量測相關聯之一頻譜誤差及與藉由一參考檢驗系統之相同樣本之一量測相關聯之一頻譜誤差之間之差得以最小化。以頻譜誤差為基礎之校正(SEBC)藉由對於一給定樣本或一組樣本最小化不同的檢驗系統之間的頻譜誤差之差增加檢驗系統之間的一致性。在不修改樣本參數之情況下，經校正之系統參數經調諧使得所得頻譜誤差接近該參考檢驗系統之頻譜誤差。因為該目標系統及該參考系統二者量測相同樣本或一組樣本，故樣本參數值之小偏差對該校正影響微小。此外，藉由對具有一廣泛範圍的樣本參數值之一組樣本執行SEBC，對受測試之一廣泛範圍的樣本之所得校正係穩健的。亦藉由匹配檢驗系統之間之頻譜誤差而非所量測頻譜，可校正具有不同的系統參數值之檢驗系統以遞送一致的量測結果。例如，可校正具有65度之一入射角度之一檢驗系統以遞送與具有70度之一入射角度之一檢驗系統一致的量測結果。
圖5圖解說明適用於藉由本發明之檢驗系統100實施之一方法200。在一態樣中，認知方法200之資料處理方塊可經由藉由計算系統116之一或多個處理器執行之一預程式化演算法實行。雖然下列描述係於檢驗系統100之情境中呈現，但是本文認知檢驗系統100之特別結構態樣並不表示 限制且應僅被解釋為闡釋性。
在方塊201中，藉由計算系統116接收藉由一目標檢驗系統之一樣本之一所量測頻譜回應之一指示。例如，可自一頻譜分析之橢圓偏振光儀101接收頻譜。在另一實例中，可自一反射計(未展示)接收頻譜。可利用該頻譜分析之橢圓偏振光儀101自沈積在該晶圓112上之薄膜114之各者獲取頻譜資料。譬如，該頻譜分析之橢圓偏振光儀101可包含一照明器102及一頻譜儀104，如本文先前論述。該頻譜儀104可將與該晶圓之薄膜之一頻譜分析量測相關聯之結果傳輸至一或多個計算系統116以用於分析。在另一實例中，可藉由匯入先前獲得之頻譜資料獲取多個薄膜114之頻譜。就此而言，不需要頻譜獲取及頻譜資料之後續分析必需同期或以空間近接性執行。譬如，頻譜資料可儲存於記憶體中以在一稍晚時間用於分析。在另一例項中，可獲得並傳輸頻譜結果至位於一遠程位置處之一計算系統以用於分析。
在一實例中，所量測頻譜回應之指示係藉由如之前參考方程式(1)至(3)論述之此項技術中已知的方法自量測資料導出之αmeas及βmeas值。在其他實例中，可預期該所量測頻譜回應之其他指示(例如，tanΨ及△等等)。藉由非限制性實例提供先前提及之頻譜回應指示。可預期其他指示或指示之組合。重要的是，注意，一頻譜指示係基於樣本之頻譜回應而非可自該樣本之頻譜回應導出之特定度量(例如，膜厚度、折射率、介電常數等等)。
在方塊202中，藉由計算系統116判定與該目標檢驗系統100相關聯之一頻譜誤差。該頻譜誤差係基於藉由該目標檢驗系統之該樣本之經量測頻譜回應與該樣本之一經模型化頻譜回應之間之差。該經模型化頻譜回應包含如之前參考方程式(4)至(5)論述之至少一系統參數及至少一樣本參數。
在方塊203中，藉由該計算系統116接收與一參考檢驗系統相關聯之一頻譜誤差之一指示。該頻譜誤差係基於藉由該目標檢驗系統量測之相同樣本之一經量測頻譜回應與藉由該參考檢驗系統之該樣本之一經模型化頻譜回應之間之一差。例如，可藉由匯入先前獲得之頻譜誤差資料接收該頻譜誤差。就此而言，不需要頻譜獲取及頻譜資料之後續分析必需同期或以空間近接性執行。譬如，頻譜資料可儲存於記憶體中以在一稍晚時間用於分析。在另一例項中，可獲得並傳輸頻譜結果至位於一遠程位置處之一計算系統以用於分析。
在一些實例中，可藉由該計算系統116判定與該參考檢驗系統相關聯之頻譜誤差。在一些實例中，計算系統116接收藉由該參考檢驗系統之該樣本之經量測頻譜回應及藉由該參考檢驗系統之該樣本之經模型化頻譜回應並判定該差。
在方塊204中，藉由計算系統116判定該目標檢驗系統之至少一系統參數之值。該值或該等值經判定使得包含該目標檢驗系統之頻譜誤差與該參考檢驗系統之頻譜誤差之間 之一差之一誤差函數得以最小化。
在一實例中，執行一回歸以解答該目標檢驗系統之系統參數集合(Psys)使得方程式(8)中圖解說明之誤差函數E得以最小化。
誤差函數E係一最小平方誤差函數，其包含在所擷取之像素(N個像素)之各者之上之該目標檢驗系統之頻譜誤差(例如，δαT及δβT)與該參考檢驗系統之頻譜誤差(例如，δαR及δβR)之間之差之各者之平方之總和(對於α及β二者)。
藉由實例提供方程式(8)中呈現之誤差函數。許多其他誤差函數可運用以驅使系統參數值之回歸。例如，該誤差函數可藉由α及β之不確定性予以加權。在另一實例中，該誤差函數可為與該參考檢驗系統及該目標檢驗系統相關聯之誤差頻譜之間之差之最大值之最小化。可基於此項技術中已知的參數擬合之方法預期其他實例。
術語參考檢驗系統及目標檢驗系統大體上指代一檢驗方案(例如，該目標檢驗系統)，其需要調適系統參數以獲得與另一檢驗方案(例如，該參考檢驗系統)之量測一致性。以此方式，關於該參考校正該目標。
在一些實例中，該目標檢驗系統及該參考檢驗系統係不同的工具。例如，在一製造情境中，可係有利的是，具有各者關於一單個參考檢驗系統藉由SEBC校正之一隊檢驗系統。以此方式，該隊檢驗系統之各者與一單個參考工具 一致。
圖3圖解說明指示藉由實施SEBC改良兩個不同的檢驗系統之間之量測一致性之一圖表300。如圖3中圖解說明，第一行展示藉由一參考檢驗系統執行之一系列層厚度量測。第二行圖解說明在不執行SEBC之情況下藉由一目標檢驗系統對相同的晶圓之相同系列的厚度量測之結果。第三行中圖解說明該兩個量測之間之差。第四行圖解說明在執行如本文描述之SEBC之後藉由該目標檢驗系統對相同的晶圓之相同系列的厚度量測之結果。第五行中圖解說明藉由該目標檢驗系統在校正之後與藉由該參考量測系統之厚度量測之間之差。如藉由第五行中之較小差圖解說明，藉由實施SEBC顯著地改良該目標檢驗系統與該參考檢驗系統之間之量測一致性。
在一些實例中，可定期對一個別檢驗系統執行SEBC以維持隨著時間之量測穩定性。例如，一特別檢驗系統之物理特性可隨著時間而漂移。藉由定期運行SEBC，可重新校正該檢驗系統以補償隨著時間之漂移。在此方案中，該參考檢驗系統係於檢驗一特別晶圓時之一時間之一物理狀態中之檢驗系統。該目標檢驗系統係於再次檢驗相同晶圓時之一稍晚時間之一經改變物理狀態中(例如，在已發生漂移之後)之相同檢驗系統。以此方式，可執行SEBC以重新校正該檢驗系統之系統參數以保證量測行為與相同的工具在一較早時間(例如，當初始校正工具時)之量測行為一致。
在另一實例中，可在對一特別檢驗系統執行任何預防性維護操作之前及之後執行SEBC。必須定期部分地拆卸一檢驗系統以執行預防性維護。當重新組裝該檢驗系統時，改變該系統之物理特性。可執行SEBC以重新校正該系統以恢復在執行預防性維護之前之該系統之量測效能。以此方式，該參考檢驗系統係於該預防性維護操作之前的一物理狀態中之檢驗系統，且該目標檢驗系統係於預防性維護之後的一經已變物理狀態中之檢驗系統。
圖4圖解說明指示藉由實施如本文描述之SEBC改良一預防性維護操作之前及之後的量測一致性之一圖表400。如圖4中圖解說明，在執行一預防性維護操作之前藉由一檢驗系統量測各者具有不同的氧化物層厚度之若干個不同的晶圓。第一行中圖解說明每一晶圓之氧化物層之標稱厚度且第二行中圖解說明量測結果。第三行展示在該預防性維護操作及在不執行SEBC之情況下藉由傳統技術之初始校正之後的量測結果。第四行中圖解說明量測結果之移位。該等移位圖解說明傳統的校正技術之限制。第五行圖解說明在該預防性維護操作及用SEBC之校正之後的量測結果。第六行圖解說明量測結果之所得移位。如此實例中圖解說明，SEBC增加在一預防性維護操作之前及之後的量測一致性。此外，(藉由最小化參與額外的校正操作之需要)減小系統恢復時間，且在一些情況中，在無額外的校正努力之情況下維持系統基線及相關性。
此外，圖4圖解說明對於一樣本之物理特性範圍量測一 致性之一改良。如圖4中圖解說明，藉由該檢驗系統量測各者具有一不同的標稱氧化物層厚度之不同的晶圓。第一行中圖解說明每一晶圓之標稱氧化物層厚度。對於各者具有一不同的氧化物層厚度之若干個不同的晶圓指明量測一致性之一改良。圖解說明具有大範圍的氧化物層厚度(30埃至9000埃)之晶圓之量測結果。藉由實施如本文描述之SEBC顯著地改良氧化物層厚度之各者之量測一致性。
在另一實例中，可執行SEBC作為一檢驗系統之健康之一診斷。若頻譜誤差匹配劣化，則其可為該檢驗系統之硬體折損且必須經修復以回復主動服務之一指示。
本文描述之實施例大體上係關於用於藉由對於一給定樣本或一組樣本最小化不同的檢驗系統之間的頻譜誤差之差增加檢驗系統之間的一致性之方法。一目標檢驗系統之系統參數值經校正使得與藉由該目標檢驗系統之一樣本之一量測相關聯之一頻譜誤差及與藉由一參考檢驗系統之相同的樣本之一量測相關聯之一頻譜誤差之間之差得以最小化。例如，一實施例係關於一種用於基於頻譜分析之橢圓偏振光儀資料對於一給定樣本或一組樣本最小化不同的檢驗系統之間的頻譜誤差之差之電腦實施方法。然而，本文描述之方法並不限於可自其等導出頻譜誤差之檢驗系統之類型。例如，在一實施例中，該檢驗系統包含用於晶圓之薄膜檢驗之一反射計。
如本文描述，除其他校正方法以外，亦可將SEBC施加於一或多個檢驗系統。在一些實例中，可使用已知的技術 個別地校正每一檢驗系統且接著可施加SEBC以增加一群組檢驗系統之間的一致性。
如本文描述，術語「檢驗系統」包含至少部分運用以在任何態樣特徵化一樣本之任何系統。用於此項技術之例示性術語可包含一「缺陷檢驗」系統或一「度量衡」系統。然而，此等技術術語並不限制如本文描述之術語「檢驗系統」之範疇。此外，該檢驗系統100可經組態以檢驗經圖案化晶圓及/或未經圖案化之晶圓。該檢驗系統可組態為一LED檢驗工具、邊緣檢驗工具、背側檢驗工具、宏觀檢驗工具或多模式檢驗工具(涉及同時來自一或多個平台之資料)及獲利於基於一參考與一目標檢驗工具之間之誤差頻譜之差之系統參數之校正之任何其他度量衡或檢驗工具。
本文描述可用於處理一樣本之一半導體處理系統(例如，一檢驗系統或一光微影術系統)之各種實施例。術語「樣本」在本文中係用以指代一晶圓、一倍縮光罩，或可藉由此項技術中已知的構件處理(例如，印刷或對於缺陷檢驗)之任何其他樣品。
如本文使用，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。普遍可在半導體加工設施中找到及/或處理此等基板。在一些情況中，一晶圓可僅包含該基板(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層之不同材料。
一或多個層可形成於一晶圓上。例如，此等層可包含(但不限於)一光阻、一介電材料、一導電材料，及一半導電材料。此項技術中已知許多不同類型的此等層，且如本文使用之術語晶圓旨在涵蓋其上可形成所有類型的此等層之一晶圓。
可「圖案化」或「未圖案化」形成於一晶圓上之一或多個層。例如，一晶圓可包含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可最終引起完成的裝置。許多不同類型的裝置可形成於一晶圓上，且如本文使用之術語晶圓旨在涵蓋其上加工此項技術中已知的任何類型的裝置之一晶圓。
一典型的半導體處理包含按批之晶圓處理。如本文使用，一「批」係一起處理之一晶圓群組(例如，25個晶圓之群組)。該批中之每一晶圓包括來自光微影術處理工具(例如，步進機、掃描儀等等)之許多曝光場。在每一場內可存在多個晶粒。一晶粒係最後成為一單個晶片之功能單元。可圖案化或未圖案化形成於一晶圓上之一或多個層。例如，一晶圓可包含各者具有可重複經圖案化特徵之複數個晶粒。此等材料層之形成及處理可最終引起完成的裝置。許多不同類型的裝置可形成於一晶圓上，且如本文使用之術語晶圓旨在涵蓋其上加工此項技術中已知的任何類型的裝置之一晶圓。
一「倍縮光罩」可為一倍縮光罩加工處理之任何階段處之一倍縮光罩，或可或不一定經釋放以用於一半導體加工 設施之一完成的倍縮光罩。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。該基板可包含(例如)一玻璃材料，諸如石英。在一光微影術處理之一曝光步驟期間可在一經光阻覆蓋之晶圓上方安置一倍縮光罩使得該倍縮光罩上之圖案可轉印至該光阻。
在一或多個例示性實施例中，可在硬體、軟體、韌體或其等之任何組合中實施所描述之功能。若在軟體中實施，則功能可作為一或多個指令或碼儲存在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二者，該等通信媒體包含便於將一電腦程式自一地方傳送至另一地方之任何媒體。一儲存媒體可為可藉由一個一般用途或特殊用途之電腦存取之任何可用媒體。舉例而言(且非限制)，此等電腦可讀媒體可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光學碟儲存器、磁性碟儲存器或其他磁性儲存裝置，或可用以攜載或儲存呈指令或資料結構之形式之所要程式碼構件及可藉由一個一般用途或特殊用途之電腦或一個一般用途或特殊用途之處理器存取之任何其他媒體。任何連接亦適合稱為一電腦可讀媒體。例如，若該軟體係使用一同軸電纜、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)傳輸自一網站、伺服器或其他遠程源，則媒體之定義中包含同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL，或無線技術(諸如紅外線、無線電及微波)。如本文使用之 碟(disk及disc)包含光碟(CD)、雷射碟、光學碟、數位多功能碟(DVD)、軟碟及藍光碟，其中碟(disk)常常磁性地重現資料而碟(disc)用雷射光學地重現資料。上述組合應亦包含於電腦可讀媒體之範疇內。
雖然上文對於指導用途描述某些特定實施例，但是本專利文件之教示具有一般的適用性且不限於上述特定實施例。因此，在不脫離如申請專利範圍中陳述之本發明之範疇之情況下可實踐該等所描述之實施例之各種特徵之各種修改、調適及組合。
100‧‧‧目標檢驗系統
101‧‧‧頻譜分析之橢圓偏振光儀/橢圓偏振光儀
102‧‧‧照明器/照明器子系統
104‧‧‧頻譜儀
106‧‧‧經偏振照明光束
107‧‧‧偏振片
108‧‧‧收集光束
109‧‧‧分析器
110‧‧‧晶圓定位系統
112‧‧‧半導體晶圓/樣本/半導體基板
114‧‧‧膜
114A‧‧‧高介電值絕緣層
114B‧‧‧中間層
116‧‧‧計算系統/電腦系統
118‧‧‧載體媒體
120‧‧‧程式指令
圖1係圖解說明可根據本文描述之以頻譜誤差為基礎之校正(SEBC)方法操作之一檢驗系統100之一簡圖。
圖2係圖解說明具有附著之薄膜層114A及114B之一半導體基板112之一簡圖。
圖3圖解說明指示藉由實施SEBC改良兩個不同的檢驗系統之間之量測一致性之一圖表300。
圖4圖解說明指示在一預防性維護操作之前及之後藉由實施如本文描述之SEBC改良量測一致性之一圖表400。
圖5係圖解說明校正一檢驗系統之系統參數以最小化一目標檢驗系統與一參考檢驗系統之間之頻譜誤差之差之一方法200之一流程圖。
100‧‧‧目標檢驗系統
101‧‧‧頻譜分析之橢圓偏振光儀/橢圓偏振光儀
102‧‧‧照明器/照明器子系統
104‧‧‧頻譜儀
106‧‧‧偏振照明光束
107‧‧‧偏振片
108‧‧‧收集光束
109‧‧‧分析器
110‧‧‧晶圓定位系統
112‧‧‧半導體晶圓/樣本
114‧‧‧膜
116‧‧‧計算系統/電腦系統
118‧‧‧載體媒體
120‧‧‧程式指令

Claims (20)

  1. 一種檢驗方法，其包括：接收基於藉由一目標檢驗系統之一第一樣本之一量測之該第一樣本之一所量測頻譜回應之一指示；判定基於藉由該目標檢驗系統之該第一樣本之該經量測頻譜回應與該第一樣本之一經模型化頻譜回應之間之一差之與該目標檢驗系統相關聯之一第一頻譜誤差，該經模型化頻譜回應至少部分基於該目標檢驗系統之至少一系統參數；接收基於藉由一參考檢驗系統之該第一樣本之一經量測頻譜回應與一經模型化頻譜回應之間之一差之與該參考檢驗系統相關聯之一第一頻譜誤差；及判定該目標檢驗系統之該至少一系統參數之一值使得包含該目標檢驗系統之該第一頻譜誤差與該參考檢驗系統之該第一頻譜誤差之間之一差之一誤差函數得以最小化。
  2. 如請求項1之檢驗方法，其中該目標檢驗系統及該參考檢驗系統係頻譜分析之橢圓偏振光儀。
  3. 如請求項1之檢驗方法，其中該參考檢驗系統係以一第一物理組態之一檢驗系統且該目標檢驗系統係以一第二物理組態之該檢驗系統。
  4. 如請求項1之檢驗方法，其中該參考檢驗系統係在一第一時間量測之一檢驗系統且該目標檢驗系統係在該第一時間之後之一第二時間量測之該檢驗系統。
  5. 如請求項1之檢驗方法，其中該至少一系統參數不包含與該第一樣本相關聯之一參數。
  6. 如請求項1之檢驗方法，其中該參考檢驗系統包含不同於該目標檢驗系統之一標稱入射角度之一標稱入射角度。
  7. 如請求項1之檢驗方法，其進一步包括：接收基於藉由該目標檢驗系統之一第二樣本之一量測之該第二樣本之一所量測頻譜回應之一指示；判定基於對藉由該目標檢驗系統之該量測之該第二樣本之該經量測頻譜回應與該第二樣本之一經模型化頻譜回應之間之一差之與該目標檢驗系統相關聯之一第二頻譜誤差，該第二樣本之該經模型化頻譜回應至少部分基於該目標檢驗系統之該至少一系統參數；接收基於對藉由一參考檢驗系統之該第二樣本作出之一量測之該第二樣本之一經量測頻譜回應與一經模型化頻譜回應之間之一差之與該參考檢驗系統相關聯之一第二頻譜誤差，且其中該目標檢驗系統之該至少一系統參數之該值之該判定涉及最小化包含該目標檢驗系統之該第一頻譜誤差及該第二頻譜誤差及該參考檢驗系統之該第一頻譜誤差及該第二頻譜誤差之一誤差函數。
  8. 一種非暫時性電腦可讀媒體，其包括：用於使一電腦接收基於藉由一目標檢驗系統之一第一樣本之一量測之該第一樣本之一所量測頻譜回應之一指示之碼； 用於使該電腦判定基於藉由該目標檢驗系統之該第一樣本之該經量測頻譜回應與該第一樣本之一經模型化頻譜回應之間之一差之與該目標檢驗系統相關聯之一第一頻譜誤差之碼，該經模型化頻譜回應至少部分基於該目標檢驗系統之至少一系統參數；用於使該電腦接收基於藉由一參考檢驗系統之該第一樣本之一經量測頻譜回應與一經模型化頻譜回應之間之一差之與該參考檢驗系統相關聯之一第一頻譜誤差之碼；及用於使該電腦判定該目標檢驗系統之該至少一系統參數之一值使得包含該目標檢驗系統之該第一頻譜誤差與該參考檢驗系統之該第一頻譜誤差之間之一差之一誤差函數得以最小化之碼。
  9. 如請求項8之非暫時性電腦可讀媒體，其中該目標檢驗系統及該參考檢驗系統係頻譜分析之橢圓偏振光儀。
  10. 如請求項8之非暫時性電腦可讀媒體，其中該參考檢驗系統係以一第一物理組態之一檢驗系統且該目標檢驗系統係以一第二物理組態之該檢驗系統。
  11. 如請求項8之非暫時性電腦可讀媒體，其中該參考檢驗系統係在一第一時間量測之一檢驗系統且該目標檢驗系統係在該第一時間之後之一第二時間量測之該檢驗系統。
  12. 如請求項8之非暫時性電腦可讀媒體，其中該至少一系統參數不包含與該第一樣本相關聯之一參數。
  13. 如請求項8之非暫時性電腦可讀媒體，其中該參考檢驗系統包含不同於該目標檢驗系統之一標稱入射角度之一標稱入射角度。
  14. 如請求項8之非暫時性電腦可讀媒體，其進一步包括：用於使該電腦接收基於藉由該目標檢驗系統之一第二樣本之一量測之該第二樣本之一所量測頻譜回應之一指示之碼；用於使該電腦判定基於對藉由該目標檢驗系統之該量測之該第二樣本之該經量測頻譜回應與該第二樣本之一經模型化頻譜回應之間之一差之與該目標檢驗系統相關聯之一第二頻譜誤差之碼，該第二樣本之該經模型化頻譜回應至少部分基於該目標檢驗系統之該至少一系統參數；及用於使該電腦接收基於對藉由一參考檢驗系統之該第二樣本之一量測之該第二樣本之一經量測頻譜回應與一經模型化頻譜回應之間之一差之與該參考檢驗系統相關聯之一第二頻譜誤差之碼，且其中該目標檢驗系統之該至少一系統參數之該值之該判定涉及最小化包含該目標檢驗系統之該第一頻譜誤差及該第二頻譜誤差及該參考檢驗系統之該第一頻譜誤差及該第二頻譜誤差之一誤差函數。
  15. 一種檢驗系統，其包括：一照明器；一頻譜儀；及 一或多個電腦系統，其經組態以：接收基於藉由一目標檢驗系統之一第一樣本之一量測之該第一樣本之一所量測頻譜回應之一指示；判定基於藉由該目標檢驗系統之該第一樣本之該經量測頻譜回應與該第一樣本之一經模型化頻譜回應之間之一差之與該目標檢驗系統相關聯之一第一頻譜誤差，該經模型化頻譜回應至少部分基於該目標檢驗系統之至少一系統參數；接收基於藉由一參考檢驗系統之該第一樣本之一經量測頻譜回應與一經模型化頻譜回應之間之一差之與該參考檢驗系統相關聯之一第一頻譜誤差；及判定該目標檢驗系統之該至少一系統參數之一值使得包含該目標檢驗系統之該第一頻譜誤差與該參考檢驗系統之該第一頻譜誤差之間之一差之一誤差函數得以最小化。
  16. 如請求項15之檢驗系統，其中該參考檢驗系統係以一第一物理組態之一檢驗系統且該目標檢驗系統係以一第二物理組態之該檢驗系統。
  17. 如請求項15之檢驗系統，其中該參考檢驗系統係在一第一時間量測之一檢驗系統且該目標檢驗系統係在該第一時間之後之一第二時間量測之該檢驗系統。
  18. 如請求項15之檢驗系統，其中該至少一系統參數不包含與該第一樣本相關聯之一參數。
  19. 如請求項15之檢驗系統，其中該參考檢驗系統包含不同 於該目標檢驗系統之一標稱入射角度之一標稱入射角度。
  20. 如請求項15之檢驗系統，其中該一或多個電腦系統經進一步組態以：接收基於藉由該目標檢驗系統之一第二樣本之一量測之該第二樣本之一所量測頻譜回應之一指示；判定基於對藉由該目標檢驗系統之該量測之該第二樣本之該經量測頻譜回應與該第二樣本之一經模型化頻譜回應之間之一差之與該目標檢驗系統相關聯之一第二頻譜誤差，該第二樣本之該經模型化頻譜回應至少部分基於該目標檢驗系統之該至少一系統參數；及接收基於對藉由一參考檢驗系統之該第二樣本之一量測之該第二樣本之一經量測頻譜回應與一經模型化頻譜回應之間之一差之與該參考檢驗系統相關聯之一第二頻譜誤差，且其中該目標檢驗系統之該至少一系統參數之該值之該判定涉及最小化包含該目標檢驗系統之該第一頻譜誤差及該第二頻譜誤差及該參考檢驗系統之該第一頻譜誤差及該第二頻譜誤差之一誤差函數。
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