TWI627394B - 用於具有最佳化系統測數之光學測量之設備及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明呈現用於達成跨越一組測量系統測數之一小量測盒大小規格之方法及系統。在量測期間藉由選擇性約束一或多個該系統測數組達成該小量測盒大小規格。量測系統測數(諸如照明波長、偏振狀態、入射極角及入射方位角之一子集)經選擇用於量測以維持較若在該量測中利用完全、可用範圍之量測系統測數原本可達成之一較小量測盒大小。以此方式，可藉由約束量測系統測數空間實現影響量測盒大小之一或多個因素之控制。此外，量測信號之一子集可經選擇以維持較若在該量測中利用所有可用量測信號原本可達成之一較小量測盒大小。

Description

用於具有最佳化系統測數之光學測量之設備及方法 相關申請案交叉參考
本專利申請案根據35 U.S.C.§119規定主張2012年11月9日所申請之名為「Apparatus and Method for Optical Metrology with Optimized System Parameters to Achieve Small Measurement Box Capability」之美國臨時專利申請案第61/724,722號之優先權，該案之標的以引用的方式併入本文中。
描述實施例係關於測量系統及方法，且更特定而言係關於用於具有較小量測盒大小之經改良量測解析度之方法及系統。
半導體裝置(諸如邏輯及記憶體裝置)通常藉由應用至一樣本之一系列處理步驟製造。藉由此等處理步驟形成半導體裝置之各種特徵及多個結構層級。例如，作為其中之一之微影術係涉及在一半導體晶圓上產生一型樣之一半導體製程。半導體製程之額外實例包含，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製造多個半導體裝置且接著將該多個半導體裝置分為個別半導體裝置。
執行如上文所描述之一微影程式以選擇性移除上覆一晶圓之表面之一光阻材料之部分，藉此曝露在其上形成光阻劑以用於選擇性處 理(諸如蝕刻、材料沈積、植入及諸如此類)之樣本之下伏區域。因此，在許多例項中，微影術程式之效能基本決定形成於樣本上之結構之特徵(例如，尺寸)。因此，微影術之趨勢係設計能夠形成具有較小尺寸之圖案之系統及組件(例如，光阻材料)。
在一半導體製程期間的各種步驟處使用基於光學測量之檢測程式以偵測晶圓上之缺陷以促進較高良率。光學測量技術為高產量提供可能性，且沒有樣品破壞之風險。已描述若干以光學測量為基礎之技術，包含散射測量實施方案及相關分析演算法，以特徵化裝置幾何形狀。然而，維持一小量測盒大小仍然係一挑戰。在可用於測量目標之區域係最小限度之半導體線內產品測量中，一小量測盒大小特別重要。量測盒大小係指量測結果係穩定且不被光學測量中之邊緣效應(例如，歸因於光學繞射翼)影響之樣本上之最小區域。因此，量測盒大小越小，測量目標之所需區域越小。
一些現有方法僅集中於光學設計上。若不能用可用光學設計達成量測盒大小規格，則接受一較大盒大小。此對一些測量應用係可接受的。然而，在半導體產業中，在分配至測量目標之晶圓空間係受限制的(常常，在切割道內或甚至在晶粒內)之情況下，所需盒大小規格常常可為非常有挑戰性的，諸如30μm×30μm或10μm×10μm或諸如此類。
為克服此等挑戰，必須控制繞射、光行差及其他限制效應。在一實例中，藉由1997年3月4日頒於KLA-Tencor Corporation之名為「Focused beam spectroscopic ellipsometry method and system」之美國專利第5,608,526號(其內容以引用方式併入本文中，如完全在本文中闡述)描述藉由減少通常與折射元件之使用相關之色差而允許在測量目標上之一較小點大小之一折射光學橢偏儀。在另一實例中，1999年1月12日頒於KLA-Tencor Corporation名為「Apodizing filter system useful for reducing spot size in optical measurements and other applications」之美國專利第5,859,424號(其內容以引用方式併入本文，如完全在本文中闡述)描述採用一無足化元件之一測量工具。無足化器提供一平穩變化空間濾波器以減少樣品上照明點中之繞射尾巴。
一般而言，常常期望測量系統組態有多個入射角及數個波長帶以試圖達成小量測點大小。例如，2002年8月6日頒於KLA-Tencor Corporation名為「Critical dimension analysis with simultaneous multiple angle of incidence measurements」之美國專利第6,429,943號(其內容以引用方式併入本文中，如完全在本文中闡述)描述具有多個入射角之測量系統。在另一實例中，2006年6月13日頒於KLA-Tencor Corporation名為「Measurement system with separate optimized beam paths」之美國專利第7,061,614號(其內容以引用方式併入本文中，如完全在本文中闡述)描述具有數個波長帶之測量系統。然而，在一些實例中，例如，期望在傾斜、近布魯斯特入射角(AOI)處執行量測之組合物量測中，幾何縮放效應引起在大AOI處之量測盒大小之一非期望增大。
不管為控制量測盒大小設計之現有方法，在完全量測範圍上達成一小量測盒大小規格係非常有挑戰性的。在大傾斜入射角(AOI)(其中入射光束覆蓋一較大區域)與在較長波長(其中繞射效應引入顯著限制)兩者中尤其如此。
隨著微影及檢測系統貼近更高解析度，量測盒大小變為維持裝置良率中之一限制因素。因此，期望達成與各種測量技術相關之一小量測盒大小之經改良方法及系統。
呈現用於以跨越所有組系統測數之一小量測盒大小規格滿足測 量目的之方法及系統。當與多組系統測數中之每一者之完全範圍相關之資料之使用導致量測盒大小之一非期望增大時，在量測期間藉由選擇性約束一或多組系統測數達成小量測盒大小規格。
在一態樣中，量測系統測數(諸如，照明波長、偏振狀態、入射極角及入射方位角)之一子集經選擇用於量測以維持較若在量測中利用完全、可用範圍之量測系統測數原本可達成之一較小量測盒大小。以此方式，藉由約束量測系統測數空間實現影響量測盒大小之一或多個因素之控制。
在一進一步態樣中，量測信號之一子集經選擇與量測測數之子集結合以維持較若在量測中利用所有可用量測信號原本可達成之一較小量測盒大小。
在一些實例中，識別可用測量系統測數之一多維度空間。多維度空間包含1)入射極角之一範圍，2)入射方位角之一範圍，3)偏振狀態之一範圍及4)照明波長之一範圍中之任何兩者或兩者以上。一經約束組測量系統測數經選擇以達成較自測量系統測數之可用空間原本可達成之一較小量測盒大小。經約束組測量系統測數包含1)入射極角之範圍，2)入射方位角之範圍，3)偏振狀態之範圍及4)照明波長之範圍中之兩者或兩者以上中之任一者之可用範圍之一子集。在一些實例中，較小量測盒在任何方向小於三十微米。在一些實例中，較小量測盒在任何方向小於十微米。接收指示樣本對根據經約束組測量系統測數執行之量測之一回應之輸出信號。至少部分基於所接收輸出信號判定樣本之一結構測數之一估計。
在一實例中，一多AOI光譜橢偏測量(或反射測量)工具可在不同AOI處使用不同波長分析窗達成一小測量盒大小。此一方案可達到在較小AOI處之較長波長及在較大AOI處之較短波長兩者。以此方式，可滿足薄膜及臨界尺寸兩者之光學測量之此等常常不相容之要求。
在一些實例中，一照明系統用照明光照明一樣本。照明系統可操作以產生具有入射極角之一範圍、入射方位角之一範圍、偏振狀態之一範圍及照明波長之一範圍中之任何兩者或兩者以上之一可用照明光。將可用照明光約束至入射極角之範圍、入射方位角之範圍、偏振狀態之範圍及照明波長之範圍中之兩者或兩者以上中之任一者之一子集，以達成較自可用照明光原本達成之一較小量測盒大小。在一些實例中，較小量測盒大小在任何方向上小於三十微米。在一些實例中，較小量測盒大小在任何方向上小於十微米。
在一些實例中，藉由將遞送至樣本之表面之照明光實體限制至照明系統測數之期望子集(例如，藉由濾波等)來約束照明光。在一些其他實例中，藉由將經散射光之收集限制至與照明系統測數之期望子集相關之光來約束照明光。在一些其他實例中，藉由僅選擇用於量測分析之與照明系統測數之期望子集相關之輸出信號之部分來約束照明光。
在許多實例中，判定一經約束組系統測數值範圍以使用多個入射角達成測量架構之一小測量盒大小。此等包含但不限於以其標準或繆勒矩陣(MMSE)實施方案之多AOI光譜橢偏測量(SE)、多AOI光譜反射測量、光束輪廓反射測量(BPR)或光束輪廓橢偏測量(BPE)，其中BPR或BPE技術用於一維或二維角解析實施方案中。
判定一經約束組系統測數值範圍以達成一小測量盒大小對CD及薄膜組合物測量兩者係有用的。然而，此等應用並不進行限制，本文所描述之方法在疊對測量應用、焦點及用量監測應用、蝕刻監測應用等中亦有用。
判定一經約束組系統測數值範圍以達成一小測量盒大小可實施為一測量工具之部分或一製程及/或製程工具之部分。製程工具之實例包含，但不限於，微影曝露工具、膜沈積工具、植入工具及蝕刻工 具。以此方式，使用自一經約束組系統測數值範圍導出以達成一小測量盒大小之量測結果來控制一製程。在一實例中，一微影術工具使用根據本文所描述之方法自一或多個目標收集之量測資料來控制焦點及用量。在另一實例中，一蝕刻工具使用根據本文所描述之方法自一或多個目標收集之量測資料來控制蝕刻程式測數，諸如蝕刻時間。
前述內容係一發明內容，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為說明性且不以任何方式進行限制。本文所描述之裝置及/或程式之其他態樣、發明特徵及優勢將在本文闡述之非限制性詳細描述中變明白。
10‧‧‧繪圖
20‧‧‧繪圖
30‧‧‧表格
31‧‧‧入射光束
32‧‧‧出射光束
33‧‧‧目標
40‧‧‧表格
100‧‧‧測量工具/系統/組合式測量系統/板上記憶體測量系統
101‧‧‧樣本
102‧‧‧量測盒區域/量測盒
108‧‧‧晶圓卡盤
110‧‧‧旋轉置物台
112‧‧‧平移置物台
114‧‧‧運動控制器
120‧‧‧光學照明系統/照明系統
121‧‧‧光學照明源
122‧‧‧光學照明光學部件/照明光學部件
123‧‧‧光學偵測器/光譜橢偏儀/光學光譜儀
124‧‧‧輸出信號/信號/量測資料
125‧‧‧樣本定位系統
127‧‧‧光學照明光束/入射光學照明光束/照明光束
128‧‧‧光學輻射/經散射光學輻射
130‧‧‧計算系統/單個電腦系統/多個電腦系統/電腦系統
131‧‧‧處理器
132‧‧‧記憶體
133‧‧‧匯流排
134‧‧‧程式指令
137‧‧‧命令信號
圖1係圖解說明具有一重複裝置結構之一測量目標之反射計量測結果之一繪圖10。
圖2圖解說明一照明點之一例示性強度分佈之一繪圖20。
圖3係圖解說明與一目標33互動之一入射光束31之一圖式。
圖4圖解說明用於量測一小量測盒大小內之一樣本之特徵之一測量工具100。
圖5圖解說明一流程圖，該流程圖圖解說明判定一經約束組測量系統測數以達成較自測量系統測數之可用空間原本可達成之一較小量測盒大小之一方法200。
圖6A係圖解說明作為在可用照明波長之完全範圍上執行之量測之一結果，量測盒大小之增大(尤其在較大AOI處)之一表格30。
圖6B係圖解說明作為針對不同入射角在可用照明波長之一經約束範圍上執行之量測之一結果，量測盒大小之一表格40。
圖7係圖解說明將一定量的可用照明光約束至照明系統測數之一子集以達成較自可用照明光原本可達成之一較小量測盒大小之一方法300之一流程圖。
現將作出對本發明之背景實例及一些實施例之詳細參考，其實例圖解說明於附圖中。
現代、複雜光學測量系統藉由多組系統測數，諸如入射極角之(AOI)一範圍、入射方位角之一範圍、照明波長之一範圍、偏振狀態之一範圍、繞射次序之一範圍等特徵化。
傳統上，在此等多組系統測數中之每一者之完全範圍上收集量測資料以最大化可用於分析之量測資料之數量以滿足半導體裝置測量挑戰。然而，此資料收集及分析之方法常常導致量測盒大小之一非期望增大。
發明人意外地發現在許多情形中可跨越所有組系統測數保持量測盒大小規格，同時藉由在量測期間選擇性約束一或多組系統測數而滿足測量目的。儘管藉由選擇性約束一或多組系統測數減少可用於分析之量測資料之數量似乎係違反直覺的，但在許多情形中，使用一減小的資料組以一較小量測盒大小達成測量目的。以此方式，可在不必擴張測量盒之大小之情況下達成(例如，達到UV、可見及IR波長、達到傾斜AOI等)測量目的。藉由啟用較小量測盒，在許多應用中可減小測量目標大小，因此保持有價值的晶圓區域。在一些實例中，較小測量目標可位於切割道內、裝置區域內或晶粒內。
藉由實例，圖1圖解說明為一測量工具特徵化量測盒大小規格之一方法。圖1係圖解說明一測量目標之反射計量測結果之一繪圖10，該測量目標具有帶有已知50微米×50微米經圖案化區域之一重複裝置結構。跨越目標掃描照明點大小。在所提供實例中，藉由識別最適合所量測光譜反射計信號之一組目標測數來量測特徵化目標之一臨界尺寸(CD)。期望CD變化保持在此測試目標內之一指定範圍內。因此，假定照明光束與目標區域之邊緣之一非期望互動發生在當量測結果移 至此範圍外時。在所圖解說明實例中，量測在約38微米之一線性掃描上係穩定的。因此，與藉由反射計沿著掃描方向(例如，x方向)對目標之量測相關之量測盒大小係12微米(即，在x方向之目標長度50微米與經可靠量測之沿著x方向之目標長度之部分38微米之間之差)。換言之，歸因於照明光束與目標區域之邊緣之互動，具有小於12微米之一經圖案化區域之一測量目標沿著掃描方向之量測將不會產生有用結果。因此，在此實例中之最小量測盒大小在x方向係12微米。注意，沿著正交方向(例如，y方向)之量測盒大小可為不同的且可取決於照明光束特性及目標特性兩者。注意，亦可涵蓋藉由非限制性實例將一反射計之使用提供為其他量測儀器例如，橢偏儀等)。此外，目標邊緣對基於一臨界尺寸量測之目標之量測之影響之特徵亦藉由非限制性實例提供。亦可涵蓋其他度量(例如，擬合優度、x2等)。
在一態樣中，量測系統測數(諸如照明波長、偏振狀態、入射極角及入射方位角)之一子集經選擇用於量測以維持較若在量測中利用量測系統測數之完全、可用範圍原本可達成之一較小量測盒大小。以此方式，藉由約束量測系統測數空間實現影響量測盒大小之一或多個因素之控制。
在一進一步態樣中，量測信號之一子集經選擇，與量測測數之子集結合以維持較若在量測中利用所有可用量測信號原本可達成之一較小量測盒大小。
在一些實例中，量測系統測數之可用範圍(例如，照明光測數之範圍)之約束至少部分基於對歸因於幾何效應、光繞射效應、光行差效應及照明光與樣本之間之互動中之任一者對量測盒大小之一影響之一分析。
數個因素影響量測盒大小。在一實例中，幾何縮放效應影響量測盒大小。儘管傾斜入射角(AOI)對於量測技術(如諸如，橢偏測量) 係期望的，但傾斜入射角貢獻於照明點大小之增大。照明點大小與1/cos(AOI)成正比，其中自垂直於量測下之表面之一軸量測AOI。因此，隨著AOI增加，照明光束至檢測下方之表面上之投射增長。例如，在垂直入射(AOI=0度)處產生一20μm幾何點大小之一照明光束在一45度AOI處將產生約28微米之一幾何點大小，且在一70度AOI處將產生約58微米之一幾何點大小。因此，可聚焦至一較小有效點大小之較短波長照明光仍可滿足在較大AOI處之一小量測盒大小規格，在此點較長波長照明光不能。
在另一實例中，繞射效應影響量測盒大小。已知當試圖將一束光聚焦至一小點上時，一中心亮點伴隨有繞射尾巴。圖2圖解說明樣品之入射區域上方之一照明點之一例示性強度分佈之一繪圖20。如圖2中所圖解說明，在一中心照明點處強度達到峰值，但不是離開光束之中心便減小至0，歸因於繞射效應，強度離開中心成波形，因此增加有效點大小。受繞射限制之有效點大小隨著照明光之波長而縮放。因此，較短波長照明光可聚焦至一較小有效點大小。
在又另一實例中，光學光行差效應影響量測盒大小。光學光行差效應之影響亦取決於照明波長。因此，可使用照明光之波長之一特定子集之選擇以減輕光學光行差對量測盒大小之影響。此外，亦藉由光學設計之細節定義光學光行差。因此，照明光之波長之一特定子集之選擇以減小光學光行差之影響亦取決於特定光學設計。因此，在一特定系統中之光學光行差可在波長之一範圍內較好地被補償，且在另一範圍內較少地被補償。
在又另一實例中，在照明光與目標結構自身之間之互動影響有效量測盒大小。對有效量測盒大小上之一常常忽視之限制係歸因於入射光束與樣品之互動。例如，如圖3中所圖解說明，一入射光束31與一目標33(例如，通常在CD測量中使用之一光柵目標)互動。互動可激 發結構之特徵模式(諸如波導模式、表面電漿極化子)，或導致與將有效互動區域延伸越過照明點大小之目標之其他類型之諧振或非諧振互動。如圖3中示意性圖解說明，此將導致測量工具之收集側偵測到來自比所照明點大小大之一區域之一出射光束32。當忽視與樣品之互動效應時(即，假定一完美反射鏡表面)，相較於理想情形，此增加測量盒大小。基於特定目標結構，入射角、方位角、偏振狀態及照明波長之特定範圍可經選擇以最小化歸因於照明光與目標結構之間之互動之量測盒之增大。
在一態樣中，一量測方案經判定以藉由選擇照明光測數(諸如波長、偏振狀態、入射角及方位角)之一子集達成小盒量測。在一些實例中，方案至少部分基於對歸因於幾何效應、光繞射效應、光行差效應及照明光與樣本之間之互動中之任一者對量測盒大小之一影響之一分析。以此方式，量測可在一小量測盒大小內執行，同時克服由幾何效應、光繞射效應、光行差效應及照明光與目標之間之互動中之任一者所引起之限制。
圖4圖解說明用於在一小量測盒大小內量測一樣本之特徵之一測量工具100。藉由以系統測數之可用範圍之一子集執行量測克服由幾何效應、光繞射效應、光行差效應及照明光與目標之間之互動中之任一者所引起之限制。可用系統測數包含照明波長、偏振狀態、入射角及方位角。此外，在一進一步態樣中，量測信號之一子集經選擇，與量測測數之子集組合以維持較若在量測中利用所有可用量測信號原本將可達成之一較小量測盒大小。例如，不同量測信號(例如，來自一橢偏量測之α及β信號)可展現對量測盒大小之不同敏感度。因此，可用量測信號之一子集可經選擇以滿足一期望量測盒大小規格。
在圖4中所描繪之實施例中，計算系統130經組態以實施本文所描述方法中之任一者。如圖4中所展示，系統100可用以在安置於一樣 本定位系統125上之一樣本101之一量測盒區域102上方執行光學散射量測。在一些實施例中，量測盒大小在任何方向係三十微米或更小。在一些實施例中，量測盒大小在任何方向係十微米。
一般而言，且如圖4中所描繪，測量工具100包含一光學照明系統120及一光學偵測器123。光學照明系統120包含一光學照明源121及經組態以塑形及引導來自光學照明源121之入射光學照明光束127至樣本101之量測盒102之光學照明光學部件122。藉由非限制性實例，光學照明源121包含一或多個弧光燈、雷射器、發光二極體、鐳射驅動電漿源及鐳射驅動超連續源或其任何組合。一般而言，可涵蓋任何合適光學照明源。在一些實施例中，光學照明源121經組態以產生具有在100奈米與2000奈米之間之波長分量之照明光。
照明光學部件122經組態以準直或聚焦入射光學照明光束127至樣本101之量測盒102。在一些實例中，照明光學部件122經組態以單色化入射光學照明光束127。在一些實施例中，照明光學部件122包含一或多個光學鏡、聚焦或散焦光學部件、光學波板、光學孔隙、光學單色儀及光學光束擋塊或其任何組合。
光學偵測器123收集自樣本101散射之光學輻射128，且產生指示對入射光學輻射敏感之樣本101之特性之一輸出信號124。在一些實施例中，藉由光學偵測器123收集經散射光學輻射128，同時樣本定位系統125定位及定向樣本101以產生經角解析之經散射光學輻射。光學偵測器123能夠解析一或多個光學光子能且產生指示樣本之特性之每一光學能量組件之信號。在一些實施例中，光學偵測器123係一CCD陣列、一光電二極體陣列、一CMOS偵測器及一光電倍增管中之任一者。
測量工具100亦包含經使用以獲取藉由光學偵測器123產生之信號124及至少部分基於所獲取信號判定樣本之特性之一計算系統130。 如圖4中所圖解說明，計算系統130以通信方式耦合至光學偵測器123。在一態樣中，計算系統130接收與在系統測數之可用範圍之一子集內以達成一小量測盒大小之量測相關之量測資料124。可用系統測數包含照明波長、偏振狀態、入射角及方位角。
在一實例中，光學偵測器123係一光學光譜儀，且量測資料124包含基於藉由一光學光譜儀實施之一或多個取樣程式之樣本之所量測光譜回應之指示。
在一進一步實施例中，計算系統130經組態以即時存取模型測數，從而使用即時臨界尺寸確定(RTCD)，或者其可存取經預先計算模型之庫用於判定與樣本101相關之至少一樣本測數值之一值。一般而言，可使用CD引擎之某一形式以評價一樣本之經指派CD測數與同經量測樣本相關之CD測數之間之差異。在2010年11月2日頒於KLA-Tcncor Corp.之美國專利第7,826,071號中描述用於計算樣本測數值之例示性方法及系統，該案之全文以引用方式併入本文中。一般而言，可藉由計算系統130應用不僅與CD而且與薄膜及組合物量測相關之量測模型以解析樣本測數值。
如圖4中所圖解說明，測量工具100包含經組態以在照明光束127下方移動樣本101之一樣本定位系統125。計算系統130將指示樣本101之期望位置之命令信號傳遞至樣本定位系統125之運動控制器114。作為回應，運動控制器114產生命令信號至樣本定位系統125之各種致動器，以達成樣本101之期望定位。
在圖4中所描繪之實施例中，樣本定位系統125包含一晶圓卡盤108、運動控制器114、一旋轉置物台110及一平移置物台112。樣本101支撐於晶圓卡盤108上。通常，樣本101以其幾何中心與旋轉置物台110之旋轉軸大致對準而定位。以此方式，旋轉置物台110使樣本101繞其幾何中心以一指定角速度，ω(在一可接受容限內)轉動。此 外，平移置物台112以一指定速度，VT，在大致垂直於旋轉置物台110之旋轉軸之一方向平移樣本101。運動控制器114協調藉由旋轉置物台110之樣本101之轉動與藉由平移置物台112之樣本101之平移以達成系統100內之樣本101之期望掃描運動。
應認識到，整個本發明所描述之各種步驟可藉由一單個電腦系統130實施，或另一選擇係，可藉由一多個電腦系統130實施。此外，系統100之不同子系統(諸如樣本定位系統125)可包含合適合於實施本文所描述之步驟中之至少一部分之一電腦系統。因此，上述描述不應解譯為對本發明之一限制，而應僅係一圖解說明。此外，一或多個計算系統130可經組態以執行本文描述之方法實施例中之任一者之任何其他步驟。
此外，電腦系統130可以此項技術中已知之任何方式以通信方式耦合至光學偵測器123及光學照明系統120。例如，一或多個計算系統130可耦合至與光學偵測器123及光學照明系統120相關之計算系統。在另一實例中，光學偵測器123及光學照明系統120中之任一者可由耦合至電腦系統130之一單個電腦系統直接控制。
組合式測量系統100之電腦系統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自系統之子系統(例如，光學偵測器123、光學照明系統120及類似物)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與系統100之其他子系統之間之一資料連結。
測量系統100之電腦系統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自其他系統接收及/或獲取資料或資訊(例如，量測結果、模型化輸入、模型化結果等)。以此方式，傳輸媒體可充當電腦系統130與其他系統(例如，板上記憶體測量系統100、外部記憶體或外部系統)之間之一資料連結。例如，計算系統130可經組態以經 由一資料連結自一儲存媒體(即，記憶體132或一外部記憶體)接收量測資料(例如，信號124)。例如，使用光學偵測器123之一光譜儀獲得之光譜結果可儲存於一永久或半永久記憶體裝置(例如，記憶體132或一外部記憶體)中。關於這一點，可自板上記憶體或自一外部記憶體系統導出光譜結果。此外，電腦系統130可經由一傳輸媒體發送資料至其他系統。例如，藉由電腦系統130或另一計算系統判定之經約束量測測數範圍可儲存於一永久或半永久記憶體裝置(例如，記憶體132或一外部記憶體)中。關於這一點，可將結果導出至另一系統。
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、並列處理器或此項技術中已知之任何其他裝置。一般而言，術語「計算系統」可寬泛地定義為包含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。
實施方法(諸如，本文所描述之彼等)之程式指令134可經由一傳輸媒體諸如，一線、電纜或無線傳輸連結)傳輸。例如，如圖4中所圖解說明，記憶體132中儲存之程式指令經由匯流排133傳輸至處理器131。程式指令134儲存於一電腦可讀媒體(例如，記憶體132)中。例示性電腦可讀媒體包含唯讀記憶體、一隨機存取記憶體、一磁碟或光碟或者一磁帶。
儘管，根據本文所描述之方法之量測方案之開發可藉由電腦系統130實現，但涵蓋藉由其他電腦系統(例如，測量工具100外部之一電腦系統)開發量測方案。例如，涵蓋在於生產環境中使用之前根據本文所描述之方法判定量測方案。在此等實例中，涵蓋根據本文所描述之方法之量測方案之判定藉由一或多個外部電腦系統實現。
圖5圖解說明適合於藉由一計算系統(例如，圖4中所圖解說明之計算系統130)實施之一方法200。在一態樣中，應認識到方法200之資料處理方塊可經由藉由計算系統130之一或多個處理器執行之一經預 先程式化演算法實施。雖然在測量系統100之上下文中呈現方法200之以下描述，但在本文中應認識到，測量系統100之特定結構態樣不代表限制，且僅應解譯為說明性。
在方塊201中，計算系統130識別可用測量系統測數之多維度空間。多維度空間包含1)入射極角之一範圍，2)入射方位角之一範圍，3)偏振狀態之一範圍及4)照明波長之一範圍中之任何兩者或兩者以上。
在方塊202中，計算系統130判定一經約束組測量系統測數以達成較自測量系統測數之可用空間原本可達成之一較小量測盒大小。經約束組測量系統測數包含：1)入射極角之範圍；2)入射方位角之範圍；3)偏振狀態之範圍；及4)照明波長之範圍中之兩者或兩者以上中之任一者之可用範圍之一子集。在一些實例中，較小測量盒在任何方向小於三十微米。在一些實例中，較小量測盒在任何方向小於十微米。
在方塊203中，計算系統130接收指示樣本對根據經約束組測量系統測數執行之量測之一回應之複數個輸出信號。
在方塊204中，計算系統130至少部分基於藉由光學光譜儀123產生之複數個輸出信號判定樣本101之一結構測數之一估計。
計算系統130可判定經約束組測量系統測數以便以分析方式或實驗方式達成期望量測盒大小。
例如，一般而言，傾斜入射角、繞射、光行差及照明光與目標之間之互動之效應可藉助一適當電磁模擬引擎來嚴密地計算。例如，此一計算可使用有限元法執行。另一選擇係，亦可涵蓋其他方法。以此方式，經約束組測量系統測數之判定以達成跨越經約束組系統測數之小量測盒大小係基於有限點照明之效應、穿過光學元件之光之傳播等之一模型達成的。例如，計算可識別被激發及影響盒大小之表面或 波導模式。由於此模式通常僅在波長之一有限範圍內支援且係偏振相依，因此計算系統130可識別及自量測方案排除測量系統測數(例如，照明波長、入射角、方位角及偏振狀態之特定範圍)以保持在所需量測盒大小內。此外，不同所量測信號(橢偏測量、反射測量等)以不同方式受繞射、光行差、經引導波等影響。在一些實例中，計算系統130將系統測數之選擇與所量測信號之選擇組合以保持在所需量測盒大小內。
在另一實例中，計算系統130可判定經約束組量測系統測數以便以實驗方式達成期望量測盒大小。在一些實例中，測量方案係基於測量目標或多個目標之實驗特徵化。使用系統測數之可用範圍及量測信號執行目標之量測。在量測係以尚未經約束以達成一小量測盒大小之系統測數範圍執行之意義上，此等量測係未經約束的。此外，藉由非限制性實例，執行線掃描或區域掃描量測用於如參考圖1所描述之盒大小分析。執行所量測資料之分析以選擇系統測數之範圍(即，約束系統測數之可用範圍)及量測信號以滿足量測盒大小規格。此目標(或多目標)特定量測方案接著用於期望量測盒內之隨後量測。
如前文中所描述，藉由量測盒大小目的驅動量測方案之判定。一經約束組可用系統測數之選擇及選用信號使得能達成彼目的。圖6A至圖6B圖解說明一經約束組可用系統測數之選擇對量測盒大小之影響。使用光譜橢偏測量(例如，圖4中圖解說明之測量工具100)之多AOI組合物或薄膜測量常常需要在近布魯斯特AOI處之量測。由於幾何縮放及繞射效應，此等系統傳統上尚不能達成跨越在SE量測中使用之照明波長之範圍之一小量測盒大小(例如，小於四十微米)。例如，如圖6A中所圖解說明，在每一AOI(即，65度、70度及75度)處使用完全範圍之可用照明波長(即，190奈米至800奈米)。在其他實例中，AOI之範圍在55度與75度之間。所得量測盒大小(尤其在較大AOI 處)顯著增大且大大超過量測盒規格(例如，小於40微米)。然而，圖6B圖解說明藉由在較小AOI(即，65度)處選擇一較大範圍之照明波長(即，190奈米至800奈米)且在較大入射角(即，分別為70微米及75微米)處選擇逐漸更小範圍之照明波長(即，190奈米至647奈米及190奈米至396奈米)，量測盒大小保持在一小量測盒大小(即，小於40微米)內。因此，較短(UV)波長及較長(IR)波長兩者皆在沒有使量測盒之大小增大至越過所期望規格之情況下適應。
如圖6A至圖6B中所圖解說明，一多AOI光譜橢偏測量(或反射測量)工具可在不同AOI處使用不同波長分析窗達成一小測量盒大小。此一方案可達到在較小AOI處之較長波長及在較大AOI處之較短波長兩者。以此方式，滿足薄膜及臨界尺寸之光學測量之此等常常不相容之需求兩者。然而，此實例並不進行限制，乃因可涵蓋藉由選擇一經約束組系統測數範圍達成之一小測量盒大小之其他量測實例。例如，圖6A至圖6B中所圖解說明之SE實例解決幾何及繞射限制，然而，可藉由考量光行差及照明與目標之互動達成進一步方案最佳化。
在一些實例中，本文所描述用以達成一小大小量測盒之方法可與現有聚焦光束橢偏儀系統(諸如藉由1)1997年3月4日頒於KLA-Tencor Corporation名為「Focused beam spectroscopic ellipsometry method and system」之美國專利第5,608,526號(該案之內容以引用的方式併入，如在本文中完全闡述)及2)1999年1月12日頒於KLA-Tencor Corporation名為「Apodizing filter system useful for reducing spot size in optical measurements and other applications」之美國專利第5,859,424號(該案之內容以引用方式併入，如在本文中完全闡述)描述)結合使用。
在許多實例中，主要焦點係判定一組經約束系統測數值範圍以達成使用多個入射角之測量架構之一小測量盒大小。此等包含但不限 於以其標準或繆勒矩陣(MMSE)實施方案之多AOI光譜橢偏測量(SE)、多AOI光譜反射測量、光束輪廓反射測量(BPR)或光束輪廓橢偏測量(BPE)，其中BPR或BPE技術用於一維或二維角解析實施方案中。
然而，一般而言，本文中所描述之方法與所有已知光學測量工具個別地相容，或組合為一組合式量測分析之部分。藉由非限制性實例，此光學測量工具包含光譜橢偏儀、光譜反射計、角解析反射計及橢偏儀、光譜散射測量、散射測量覆蓋、光束輪廓反射測量、(角及偏振解析)，光束輪廓橢偏測量、單或多離散波長橢偏測量、多入射角橢偏測量及光譜偏振測量。
圖7圖解說明適合於藉由一測量系統(例如，圖4中所圖解說明之測量工具100)實施之一方法300。在一態樣中，認識到方法300之資料處理方塊可經由由計算系統130之一或多個處理器執行之一經預先程式化演算法實施。雖然在測量系統100之上下文中呈現方法300之以下描述，但本文認識到測量系統100之特定結構態樣並不代表限制且應僅解譯為說明性。
在方塊301中，照明系統120用照明光照明一樣本。照明系統120可操作以產生具有入射極角之一範圍、入射方位角之一範圍、偏振狀態之一範圍及照明波長之一範圍中之任何兩者或兩者以上之一可用照明光。
在方塊302中，計算系統130將可用照明光約束至入射極角之範圍、入射方位角之範圍、偏振狀態之範圍及照明波長之範圍中之兩者或兩者以上中之任一者之一子集以達成較自可用照明光原本可達成之一較小量測盒大小。在一些實例中，較小量測盒大小在任何方向小於三十微米。在一些實例中，較小量測盒大小在任何方向小於十微米。在一些實例中，計算系統130藉由將一命令信號137傳遞至照明系統 120來約束可用照明光以將遞送至樣本101之表面之照明光實體限制至照明系統測數之期望子集(例如，藉由濾波等)。在一些其他實例中，計算系統130藉由將一命令信號(未展示)發送至光譜橢偏儀123來約束可用照明光以將經散射光之收集限制至與照明系統測數之期望子集相關之光。在一些其他實例中，計算系統130藉由僅選擇與用於量測分析之照明系統測數之期望子集相關之輸出信號124之部分來約束可用照明光。
在方塊303中，光學光譜儀123產生指示樣本對照明光之一回應之複數個輸出信號。
在方塊304中，計算系統130至少部分基於藉由光學光譜儀123產生之複數個輸出信號判定樣本101之一結構測數之一估計。
如前文中所描述，判定一經約束組系統測數值範圍以達成一小測量盒大小對CD測量、薄膜測量及組合物測量係有用的。然而，此等應用並不進行限制，本文所描述之方法在疊對量測應用、焦點及用量監測應用、蝕刻監測應用等中亦有用。
如前文中所討論，判定一經約束組系統測數值範圍以達成一小測量盒大小實施為一測量工具(例如，測量工具100)之部分。然而，判定一經約束組系統測數值範圍以達成一小測量盒大小量測能力亦可實施為一製程及/或製程工具之部分。製程工具之實例包含，但不限於，微影曝露工具、膜沈積工具、植入工具及蝕刻工具。以此方式，使用自一經約束組系統測數值範圍導出以達成一小測量盒大小之量測結果以控制一製程。在一實例中，根據本文所描述之方法自一或多個目標收集之量測資料由一微影工具使用以控制焦點及用量。在另一實例中，根據本文所描述之方法自一或多個目標收集之量測資料由一蝕刻工具使用以控制蝕刻程式測數，諸如蝕刻時間。
如本文所描述，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)及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)。結構可包含三維結構、圖案化結構、疊對結構等。
如本文所描述，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。
如本文所描述，術語「測量系統」包含至少部分用以在任何態樣中特徵化一樣本之任何系統，包含臨界尺寸應用及疊對測量應用。然而，此等技術術語並不限制如本文所描述術語「測量系統」之範疇。此外，測量系統100可經組態用於經圖案化晶圓及/或未經圖案化晶圓之量測。測量系統可經組態為一LED檢測工具、太陽能檢測工具、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(同時涉及來自一或多個置物台之資料)及得益於基於臨界尺寸資料之系統測數之校準之任何其他測量或檢測工具。
本文描述可用於處理一樣本之一半導體處理系統(例如，一檢測系統或一微影系統)之各種實施例。本文使用之術語「樣本」係指一晶圓、一光罩或任何其他可藉由此項技術中已知方式處理(例如，印刷或檢查缺陷)之樣品。
如本文所使用，術語「晶圓」大體上係指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。通常可在半導體製造工廠中找到及/或處理此等基板。在一些情形中，一晶圓可僅包含基板(即，裸晶圓)。另一選擇係，一晶圓可包含形成於一基板上之不同材料之一或多個層。形成於一晶圓上之一或多個層可「經圖案化」或「未經圖案化」。例如，一晶圓可包含具有可重複圖案特徵之複數個晶粒。
一「光罩」可係在一光罩製程之任何階段之一光罩或可被釋放或不可被釋放供在一半導體製造工廠中使用之一完成光罩。一光罩或一「遮罩」通常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之一實質上透明基板。該基板可包含，例如，一玻璃材料，諸如非晶SiO2。一光罩可在一微影程式之一曝露步驟期間安置於一抗蝕劑覆蓋之晶圓上面使得在光罩上之圖案可轉印至抗蝕劑。
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，一晶圓可包含複數個晶粒，每一晶粒具有可重複圖案特徵。此等材料層之形成及處理可最終產生完成裝置。許多不同類型之裝置可形成於一晶圓上，且本文使用之術語晶圓意欲包含此項技術中已知之任何類型之裝置可製造於其上之一晶圓。
在一或多項例示性實施例中，所描述功能可在硬體、軟體、韌體或其任何組合中實施。若在軟體中實施，功能可作為在一電腦可讀媒體上之一或多個指令或程式碼被儲存或傳輸。電腦可讀媒體包含電腦儲存媒體及包含促進一電腦程式自一位置至另一位置之轉移之任何媒體之通信媒體。一儲存媒介可係可由一一般用途或特殊用途電腦存取之任何可用媒體。藉由實例，但不限制，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，或可用於攜載或儲存以指令或資料結構之形式之期望程式碼構件且可由一一般用途或特殊用途電腦或者一一般用途或特殊用途處理器存取之任何其他媒體。此外，任何連接可適當稱為一電腦可讀媒體。例如，若軟體使用一同軸電纜、纖維光纜、雙絞線對、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，則同軸電纜、纖維光纜、雙絞線對、DSL或無線技術(諸如，紅外線、無線電及微波)包含於媒體之定義中。如本文中使用之磁碟及光碟包含壓縮光碟(CD)、雷射碟、光學 碟、數位多功能碟(DVD)、軟磁碟及藍光碟，其中磁盤通常磁性地再現資料，而光碟藉助雷射光學地再現資料。以上之組合亦應包含於電腦可讀媒體之範疇內。
儘管上文出於指導目的描述某些特定實施例，但此專利檔之教示具有一般適用性且並不限於上文所描述之特定實施例。因此，所描述之實施例之各種特徵之各種修改、調適及組合可在不脫離如申請專利範圍中闡述之本發明範疇之情況下實踐。

Claims (19)

  1. 一種用於光學測量之方法，其包括：以來自一照明子系統之一照明光照明一樣本，該照明子系統可操作以產生具有入射極角之一範圍、入射方位角之一範圍、偏振狀態之一範圍及照明波長之一範圍中之任何兩者或兩者以上之一可用照明光；將該可用照明光約束至入射極角之該範圍、入射方位角之該範圍、偏振狀態之該範圍及照明波長之該範圍中之該兩者或兩者以上中之任一者之一子集，以最小化一量測盒大小及達成較自該可用照明光原本將可達成之一較小量測盒大小，其中約束該照明光涉及：判定與最小化該量測盒大小之複數個入射角之每一者相關之照明波長之一子集；產生指示該樣本對該照明光之一回應之複數個輸出信號，其中每一輸出信號指示以一不同入射角自該樣本繞射之一定量的光；及至少部分基於該複數個輸出信號判定一結構測數(parameter)之一估計。
  2. 如請求項1之方法，進一步包括：約束與不同量測技術相關之一組可用量測信號。
  3. 如請求項1之方法，其中該等不同入射角範圍在55度與75度之間，且其中照明波長之該範圍在100奈米與2000奈米之間。
  4. 如請求項3之方法，其中與大於70度之一入射角相關之照明波長之該子集在190奈米與650奈米之間，且其中與小於70度之一入射角相關之照明波長之該子集在190奈米與800奈米之間。
  5. 如請求項1之方法，其中該照明光之該約束涉及：將遞送至該樣 本之該照明光實體限制至該子集；將經散射光之收集限制至與該子集相關之經散射光；及僅選擇與用於量測分析之該子集相關之該等輸出信號之一部分中之任一者。
  6. 如請求項1之方法，其中該較小量測盒大小在任何方向小於30微米。
  7. 如請求項1之方法，其中該較小量測盒大小在任何方向小於10微米。
  8. 如請求項1之方法，其中該約束該可用照明光係至少部分基於歸因於幾何效應、光繞射效應、光行差效應(aberration effects)及該照明光與該樣本之間之互動中之任一者對量測盒大小之一影響之一分析。
  9. 一種用於光學測量之方法，其包括：以來自一照明子系統之一照明光照明一樣本，該照明子系統可操作以產生具有入射極角之一範圍、入射方位角之一範圍、偏振狀態之一範圍及照明波長之一範圍中之任何兩者或兩者以上之一可用照明光；將該可用照明光約束至入射極角之該範圍、入射方位角之該範圍、偏振狀態之該範圍及照明波長之該範圍中之該兩者或兩者以上中之任一者之一子集，以最小化一量測盒大小及達成較自該可用照明光原本將可達成之一較小量測盒大小，其中約束該可用照明光以最小化該量測盒大小涉及：判定該照明光與該樣本之間之一互動的一電磁模型；及選擇入射極角之該範圍、入射方位角之該範圍、偏振狀態之該範圍及照明波長之該範圍中之該兩者或兩者以上中之任一者之該子集，該子集最小化歸因於該照明光及該目標結構之間之該互動之該電磁模型所預測之該量測盒大小之增大； 產生指示該樣本對該照明光之一回應之複數個輸出信號；及至少部分基於該複數個輸出信號判定一結構測數之一估計。
  10. 一種用於光學測量之方法，其包括：以來自一照明子系統之一照明光照明一樣本，該照明子系統可操作以產生具有入射極角之一範圍、入射方位角之一範圍、偏振狀態之一範圍及照明波長之一範圍中之任何兩者或兩者以上之一可用照明光；將該可用照明光約束至入射極角之該範圍、入射方位角之該範圍、偏振狀態之該範圍及照明波長之該範圍中之該兩者或兩者以上中之任一者之一子集，以最小化一量測盒大小及達成較自該可用照明光原本將可達成之一較小量測盒大小，其中約束該可用照明光以最小化該量測盒大小涉及：以該可用照明光執行該樣本之複數個量測；判定複數個量測盒大小，每一量測盒大小與該複數個量測之每一者相關聯；及選擇入射極角之該範圍、入射方位角之該範圍、偏振狀態之該範圍及照明波長之該範圍中之該兩者或兩者以上中之任一者之該子集，該子集最小化基於該等經判定量測盒大小的該量測盒大小之增大；產生指示該樣本對該照明光之一回應之複數個輸出信號；及至少部分基於該複數個輸出信號判定一結構測數之一估計。
  11. 一種用於光學測量之方法，其包括：識別包含入射極角之一範圍、入射方位角之一範圍、偏振狀態之一範圍及照明波長之一範圍中之任何兩者或兩者以上之可用測量系統測數之一多維度空間；判定包含入射極角之該範圍、入射方位角之該範圍、偏振狀 態之該範圍及照明波長之該範圍中之該兩者或兩者以上中之任一者之一子集之一經約束組測量系統測數，以最小化一量測盒大小及達成較自測量系統測數之該可用多維度空間原本將可達成之一較小量測盒大小，其中判定一經約束組測量系統測數係至少部分基於歸因於幾何效應、光繞射效應、光行差效應及該照明光與一樣本之間之互動中之任一者對量測盒大小之一影響之一分析；照明該樣本；接收指示該樣本對根據該經約束組測量系統測數所執行之量測之一回應之複數個輸出信號；及至少部分基於該複數個輸出信號判定一結構測數之一估計。
  12. 如請求項11之方法，其中該經約束組測量系統測數之該判定涉及：一實驗性分析及一基於模型之分析中之任一者。
  13. 如請求項11之方法，其中該較小量測盒大小在任何方向小於30微米。
  14. 如請求項11之方法，其中該較小量測盒大小在任何方向小於10微米。
  15. 一種用於光學測量之設備，其包括：一照明子系統，其可操作以產生具有入射極角之一範圍、入射方位角之一範圍、偏振狀態之一範圍及照明波長之一範圍中之任何兩者或兩者以上之一可用照明光及用一照明光照明一樣本；一電腦子系統，其經組態以：將該可用照明光約束至入射極角之該範圍、入射方位角之該範圍、偏振狀態之該範圍及照明波長之該範圍中之該兩者或兩者以上中之任一者之一子集，以最小化一量測盒大小及 達成較自該可用照明光原本將可達成之一較小量測盒大小，其中該可用照明光之該約束至少部分基於對歸因於幾何效應、光繞射效應、光行差效應及該照明光與該樣本之間之互動中之任一者對量測盒大小之一影響之一分析；及至少部分基於複數個輸出信號判定該樣本之一結構測數之一估計；及一偵測器，其可操作以產生指示該樣本對該可用照明光之該子集之一回應之該複數個輸出信號。
  16. 如請求項15之設備，其中該電腦子系統經進一步組態以約束與不同量測技術相關之一組可用量測信號。
  17. 如請求項15之設備，其中該照明燈之該約束涉及：將遞送至該樣本之該照明光實體限制至該子集；將經散射光之收集限制至與該子集相關之經散射光；及僅選擇與用於量測分析之該子集相關之該等輸出信號之一部分中之任一者。
  18. 如請求項15之設備，其中該較小量測盒大小在任何方向小於30微米。
  19. 如請求項15之設備，其中該較小量測盒大小在任何方向小於10微米。
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