TWI731170B - 計量系統及方法 - Google Patents

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TWI731170B
TWI731170B TW106133144A TW106133144A TWI731170B TW I731170 B TWI731170 B TW I731170B TW 106133144 A TW106133144 A TW 106133144A TW 106133144 A TW106133144 A TW 106133144A TW I731170 B TWI731170 B TW I731170B
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Abstract

本文中呈現用一電子束柱陣列來對多個晶粒執行測量之方法及系統。沿與安置於晶圓上之晶粒列平行之一方向掃描該晶圓。該等電子束測量柱沿一柱對準方向在空間上分離。沿相對於該柱對準方向以一傾斜角定向之一方向掃描該晶圓使得在同一晶圓通過期間每一電子束柱測量不同晶粒上之相同晶粒特徵列。該晶圓係藉由旋轉該晶圓、旋轉該等電子束柱或其兩者而相對於該電子束柱陣列定向。在其他態樣中，使每一測量束偏轉以校正每一行與待測量之該對應晶粒列之間的對準誤差且校正由晶圓定位系統報告之晶圓定位誤差。

Description

計量系統及方法
所闡述之實施例係關於計量系統及方法，且更特定而言係關於用於半導體結構之經改良測量之方法及系統。
通常藉由適用於一樣品之一系列處理步驟製作諸如邏輯及記憶體裝置等半導體裝置。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。舉例而言，除其他之外，微影亦係涉及在一半導體晶圓上產生一圖案之一種半導體製作程序。半導體製作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。多個半導體裝置可製作於一單個半導體晶圓上且然後分離成若干個別半導體裝置。
在一半導體製造程序期間在各種步驟處使用計量程序來偵測晶圓上之缺陷以促成較高良率。若干種基於光學計量之技術(包含散射術及反射術實施方案)及相關聯分析演算法共同用於特徵化奈米尺度結構之臨界尺寸、膜厚度、組合物、重疊及其他參數。
在某些實例中，光學臨界尺寸(CD)及膜計量(光譜或角度解析)用於在微影圖案化程序期間監測結構參數值以確保製作具有所要間距及輪廓之結構。然而，光學CD及膜計量缺乏對多個圖案化技術中採用之諸多結構(特定而言包含埋入結構)之敏感性。對於某些結構參數(諸如邊緣放置誤 差(EPE))，目前不存在高通量(例如，光學)測量解決方案。
在另一實例中，亦採用光學重疊計量，但光學重疊測量需要專門化計量目標以特徵化由多個圖案化技術製作之結構。在現有方法中，通常基於藉由一微影工具形成於晶圓上之各種位置處之專門化目標結構之測量而評估重疊誤差。該等目標結構可呈現諸多形式，諸如一盒中盒結構。在此形式中，在晶圓之一個層上形成一盒，且在另一層上形成一第二較小盒。藉由比較兩個盒之中心之間的對準來測量局域重疊誤差。此等測量係在晶圓上其中可存在目標結構之位置處進行。
遺憾地，此等專門化目標結構通常並不符合正用於產生電子裝置之特定半導體製造程序之設計規則。此導致在與根據適用設計規則製造之實際裝置結構相關聯之重疊誤差之估計中出現誤差。舉例而言，基於影像之重疊計量通常需要以一光學顯微鏡來解析圖案，該光學顯微鏡需要具有遠超過設計規則臨界尺寸之臨界尺寸的粗線。在另一實例中，角度解析SCOL通常需要大間距目標以便以來自重疊目標之+1及-1傳播繞射級產生充足信號。在某些實例中，可使用介於500nm至800nm之範圍內之間距值。同時，用於邏輯或記憶體應用之實際裝置間距(設計規則尺寸)可小得多，例如，處於範圍100nm至400nm中或甚至低於100nm。
在另一實例中，邊緣放置距離(EPD)及相關聯邊緣放置誤差(EPE)係在製成裝置電觸點之後進行監測及控制之一重要參數。所要EPD與實際EPD之間的差稱為EPE。EPD及EPE係重疊誤差及CD誤差兩者之一函數。
在某些實例中，可採用臨界尺寸掃描電子顯微鏡(CD-SEM)來測量重疊及EPE。然而，最高階程序節點需要可利用CD-SEM工具達成之小計量誤差及高通量。
概括而言，對於邏輯裝置及先進之DRAM以及垂直或平面NAND裝置，在低於20奈米之裝置製作節點下之半導體裝置良率係諸多參數(包含膜厚度、經圖案化線之輪廓參數、重疊誤差及邊緣放置誤差(EPE))之一複雜函數。其中，EPE具有最嚴格程序窗口且需要計量且控制CD及重疊。目前不存在對EPE測量及諸多裝置上重疊測量應用之高通量光學計量解決方案。另外，適當計量之缺乏使得定義用以改良裝置良率之控制方案成為挑戰。
本文中呈現用一電子束柱陣列來對多個晶粒執行測量以估計所關注參數之方法及系統。所關注參數包含(但不限於)定位於一晶圓之裝置區域中之實際裝置結構之重疊、邊緣放置誤差(EPE)、間距遊移(pitch walk)及臨界尺寸(CD)。
在一項態樣中，多個電子束測量柱在一單個晶圓通過時測量不同晶粒上之相同晶粒特徵之多個列。晶圓掃描方向與安置於晶圓上之晶粒列對準。每一電子束測量柱沿一柱對準方向與一毗鄰電子束測量柱在空間上分離開一固定距離。晶圓掃描方向相對於柱對準方向以一傾斜角定向。傾斜角經選擇使得每一電子束柱在同一晶圓通過期間測量不同晶粒上之相同晶粒特徵列。
在又一態樣中，複數個電子束柱中之每一者對每一晶粒特徵對應列執行一個一維測量。換言之，電子束柱本身並不以一掃描模式操作。
在某些實施例中，藉由用構建至晶圓定位系統中之一旋轉載台旋轉晶圓來相對於柱陣列定向晶圓。
在某些其他實施例中，藉由在將晶圓自一預對準載台轉移至晶圓定 位系統之前用該預對準載台將晶圓旋轉至所要定向來相對於柱陣列定向晶圓。
在某些其他實施例中，藉由相對於晶圓旋轉柱陣列來相對於柱陣列定向晶圓。
在又一態樣中，將測量束中之每一者偏轉一小量以在每一晶圓通過期間校正每一行與待測量之對應晶粒列之間的對準誤差。
在再一態樣中，將測量束中之每一者偏轉一小量以校正由晶圓定位系統報告之晶圓定位誤差。以此方式，調整初級電子束至晶圓上之入射位置以補償晶圓定位誤差。
前述內容係一發明內容且因此必須含有細節之簡化、概述及省略；因此，熟習此項技術者將瞭解，發明內容僅係說明性的且不以任何方式係限制性的。在本文中所陳述之非限制性實施方式中，本文中所闡述之裝置及/或程序之其他態樣、發明性特徵及優點將變得顯而易見。
100:系統/計量系統
101A-101D:柱/電子束測量柱
102:晶圓
103:初級電子束/初級束
104:偵測器
105:物鏡
106:束偏轉器
107:次級電子
108A-108D:命令信號/信號
109A-109D:輸出信號/次級電子強度信號/強度信號
111-114:特徵列
115-118:特徵列
120:電子束源
121:旋轉載台
122:平移載台
123:運動控制器
125:晶圓定位系統
126:晶圓卡盤
130:計算系統/電腦系統/單電腦系統/多電腦系統
131:處理器
132:記憶體
133:匯流排
134:程式指令
140:經估計裝置參數值
150:靜態隨機存取記憶體區域
151:線結構
152:底部抗反射塗佈層
153:阻抗層
154:開口
160:半導體結構/結構
161:材料層
162:埋入結構/結構
163:材料層
164:材料層
165:底部抗反射塗佈層
166:光阻劑結構
170:裝置結構
171-174:主動場
175:閘極
176:閘極
177:閘極
178:閘極
179:觸點
180:觸點
181:觸點
182:觸點
183:觸點
184:觸點
185:觸點
186:觸點
187:觸點
188:觸點
189:觸點
190:觸點
201:方塊
202:方塊
D:距離
EPD1:邊緣放置距離
EPD2:邊緣放置距離
EPD3:邊緣放置距離
HDIE:晶粒高度
VT:規定速度
X:方向
Y:方向
Y’:柱對準方向/方向
α:傾斜角
圖1圖解說明根據本文中所呈現之例示性方法之用於以實質上經改良通量對多個晶粒特徵列執行電子束檢測測量之一系統100。
圖2繪示晶圓102及圖1中所繪示之柱101A至101D之陣列之一俯視圖。
圖3繪示柱101A至101D之陣列及具有更詳細繪示之晶粒列之晶圓102之一俯視圖。
圖4繪示相對於柱101A至101D之陣列旋轉使得每一柱測量每一對應晶粒列之相同特徵列之晶圓102之一俯視圖。
圖5係繪示製作於一微電子晶片之一靜態隨機存取記憶體(SRAM)區 域150中之線結構151之一硬遮罩圖案之一圖式。
圖6係繪示安置於圖5中所繪示之線結構之圖案之頂部上之一底部抗反射塗佈(BARC)層152及一阻抗層153之一圖式。
圖7繪示可由圖1中所繪示之系統100測量之一結構160之一剖面。
圖8繪示包含主動場、閘極及觸點之一裝置結構170之一俯視圖。
圖9係圖解說明用一電子束柱陣列來對多個晶粒執行探針測量以估計至少一項新穎態樣中之所關注參數之一方法200之一流程圖。
相關申請案交叉參考
本專利申請案依據35 U.S.C.§119主張來自於2016年9月27日提出申請之美國臨時專利申請案第62/400,229號之優先權，該美國臨時專利申請案第62/400,229號之標的物以其全文引用方式併入本文中。
現在將詳細參考背景技術實例及本發明之某些實施例，本發明之實例圖解說明於附圖中。
本文中呈現用一電子束柱陣列來對多個晶粒執行測量以估計所關注參數之方法及系統。可測量之所關注參數包含(但不限於)定位於一晶圓之裝置區域中之實際裝置結構之重疊、邊緣放置誤差(EPE)、間距遊移及臨界尺寸(CD)。
在一項態樣中，多個電子束測量柱用於在一單個晶圓通過時對不同晶粒上之相同特徵之多個列執行EPE測量、重疊測量或其兩者。晶圓掃描方向與安置於晶圓上之晶粒列對準。每一電子束測量柱沿一柱對準方向與一毗鄰電子束測量柱在空間上分離開一固定距離。沿相對於柱對準方向以一傾斜角定向之一方向掃描晶圓。傾斜角經選擇使得每一電子束柱在相同 晶圓通過期間測量多個不同晶粒上之相同晶粒特徵列。在又一態樣中，複數個電子束柱中之每一者對每一晶粒特徵列執行一個一維測量。換言之，電子束柱本身並不以一掃描模式操作。
圖1圖解說明根據本文中所呈現之例示性方法之用於以實質上經改良通量對多個晶粒特徵列執行電子束檢測測量之一系統100。如圖1中所繪示，系統100包含電子束測量柱101A至101D之一陣列、一晶圓定位系統125及一計算系統130。
電子束測量柱101A至101D之陣列經組態以對製作於晶圓102上之結構執行同步測量。每一電子束柱包含一電子束源120、一束偏轉器106、一物鏡105及一偵測器104。
電子束源120經組態以產生引導至晶圓102之一初級電子束。在一項實施例中，電子束源120包含一陰極源或發射電子之發射器。在某些實施例中，電子束源120包含一或多個透鏡元件(例如，磁性元件、電磁元件、靜電元件、光圈、陽極等)。透鏡元件使所發射電子加速且聚焦所發射電子以產生沿著柱之電光軸引導之一初級電子束103。
在自陰極源或發射器提取之後，電子處於定義為「提取能量」(EE)之一相對較低能量位準下。在加速之後，初級電子束103中之電子處於定義為「束能量」(BE)之一較高能量位準下。在一項實例性實施方案中，EE位準可在4keV至7keV之一範圍中，且BE位準可在8keV至12keV之一範圍中。待使用之特定能量位準取決於特定實施方案。在另一實例性實施方案中，可使用高達35keV之一超高BE。可使BE可變以在不利用極其高電壓之情況下利用高BE電子光學元件減小電子-電子相互作用。
在某些實施例中，初級電子束103通過一束電流選擇光圈以選擇投射 至晶圓上之束電流。在某些實施例中，束電流選擇光圈係一連續可變光圈。於2012年10月2日發佈之共同擁有之美國專利第8,278,623號及於2014年3月4日發佈之美國專利第8,664,594號中闡述實例性實施例，美國專利第8,278,623號及美國專利第8,664,594號之內容以其全文引用方式併入本文中。
初級電子束103藉由物鏡105聚焦至晶圓102上一束點上。物鏡105較佳地經組態以具有一極低球面像差係數及一極低色像差係數。物鏡105亦可將初級束103中之電子之能量自「束能量」(BE)位準減小(亦即，使電子減速)至一較低「著陸能量」(LE)位準。待使用之特定能量位準取決於特定實施方案。大體而言，束點經定大小小於待解析之特徵大小。在某些實施例中，解析10奈米或更小之特徵大小。因此，束點經定大小小於10奈米。在某些實施例中，解析5奈米或更小之特徵大小。因此，束點經定大小小於5奈米。
束偏轉器106經組態以調整初級電子束至晶圓102上之入射位置。在圖1中所繪示之實施例中，束偏轉器106使束沿y方向(亦即，垂直於晶圓掃描方向)偏轉以調整初級電子束103至晶圓102上之入射位置。在某些實施例中，束偏轉器包含一維因(Wien)濾波器。維因濾波器包含垂直電場及磁場，該等垂直電場及磁場經控制以使初級電子束103沿y方向偏轉以達成束點在晶圓102上之所要位置改變。
初級電子束103至晶圓102上之照射致使發射次級電子107。次級電子係自晶圓102提取且藉由束偏轉器106之維因濾波器偏轉遠離電子柱之電光軸。在某些實施例中，採用維因濾波器之靜電偏轉場來偏轉初級電子束，且垂直磁偏轉場與靜電偏轉場平衡以將次級電子107自初級電子束 103之路徑朝向偵測器104偏轉。
偵測器104經組態以偵測次級電子107且基於次級電子之所偵測強度來產生一輸出信號109A。電子係以規則週期自樣本收集且轉換成一數位強度信號。由於每一樣本之載台位置及信號強度兩者皆係已知的，因此次級電子強度信號109A至109D與晶圓位置同步以產生對所測量強度之一個一維測量，該等所測量強度隨晶圓位置沿著掃描方向(亦即，圖1中所繪示之x方向)之變化而變化。
晶圓102藉由一晶圓定位系統125定位於準確地定位於柱101A至101D之陣列下方。在某些實施例中，晶圓定位系統相對於電子束測量柱之陣列以小於1奈米之一可重複性定位晶圓。此使所測量特徵之絕對定位判定能夠在幾奈米內。
在圖1中所圖解說明之實施例中，晶圓定位系統125移動電子束測量柱101A至101D下方之晶圓102以調整束點在晶圓表面上之位置。晶圓定位系統125包含一晶圓卡盤126、運動控制器123、一旋轉載台121及平移載台122。晶圓102支撐於晶圓卡盤126上。
晶圓102經定位，其中其幾何中心大約與旋轉載台121之旋轉軸對準。以此方式，旋轉載台121旋轉晶圓102以達成一可接受容差內的柱對準方向(亦即，圖1中所繪示之y'方向)與晶圓掃描方向(亦即，圖1中所繪示之x方向)之間的所要傾斜角α。平移載台122沿晶圓掃描方向以一規定速度VT平移晶圓102。運動控制器123控制晶圓102藉由旋轉載台121之旋轉及晶圓102藉由平移載台122之平移以達成晶圓102在系統100內之所要定向及掃描運動。
計算系統130經組態以接收由電子束測量柱102A至102D中之每一者 產生之輸出信號109A至109D且基於該等輸出信號來估計一重疊值、一邊緣放置誤差值或其兩者。在某些實例中，藉由比較所測量強度信號109A至109D與設計參考資料來估計所關注參數之值。
如本文中所闡述，晶圓102相對於電子束測量柱101A至101D之陣列旋轉使得待檢測之類似晶粒特徵之列之間的間隔沿垂直於晶粒列之方向匹配電子束柱間隔。圖2繪示晶圓102及柱101A至101D之陣列之一俯視圖。如圖2中所繪示，柱沿柱對準方向(y'方向)彼此相等地間隔開一距離D。在一項實例中，電子束測量柱各自分開20毫米之一距離。另外，圖2圖解說明沿x方向延伸之數個晶粒列。每一晶粒列具有沿y方向延伸之一晶粒高度HDIE。為將晶粒列間隔與行間隔沿垂直於掃描方向之方向匹配，相對於柱陣列及晶粒列以一傾斜角α定向晶圓102，其中α係由方程式(1)給出。
Figure 106133144-A0305-02-0012-1
以此方式，每一柱探測每一不同晶粒列中之相同特徵。
圖3繪示柱101A至101D之陣列及具有更詳細繪示之晶粒列之晶圓102之一俯視圖。在圖3之圖解說明中，16個晶粒在晶圓102上配置成四個列。如圖3中所繪示，每一晶粒包含若干特徵列。特徵列111至114係相同特徵且相對於每一各別晶粒定位於相同位置中。類似地，特徵列115至118係相同特徵且相對於每一各別晶粒定位於相同位置中。如圖3中所繪示，相對於晶圓掃描方向(亦即，x方向)以一傾斜角α定向柱對準方向(亦即，y'方向)。另外，晶圓掃描方向與安置於晶圓102上之晶粒列之長度方向平行。傾斜角經選擇使得每一柱測量每一對應晶粒列之相同特徵列。換言之，在同一晶圓通過時藉由一對應柱測量特徵列111至114中之每一者。類似地，在另一晶圓通過時藉由每一對應柱測量特徵列115至118中 之每一者。
在某些實施例中，藉由用構建至晶圓定位系統中之一旋轉載台(例如，圖1中所繪示之旋轉載台121)旋轉晶圓102來相對於柱101A至101D之陣列定向晶圓102。圖4繪示相對於柱101A至101D之陣列旋轉使得每一柱測量每一對應晶粒列之相同特徵列之晶圓102之一俯視圖。
在某些其他實施例中，藉由在將晶圓自一預對準載台轉移至晶圓定位系統125之前用該預對準載台將晶圓旋轉至所要定向來相對於柱101A至101D之陣列定向晶圓102。
在某些其他實施例中，藉由相對於晶圓102旋轉柱101A至101D之陣列來相對於柱101A至101D之陣列定向晶圓102。圖3繪示相對於晶圓102旋轉使得每一柱測量每一對應晶粒列之相同特徵列之柱101A至101D之陣列之一俯視圖。在一項實例中，柱101A至101D之陣列安裝至可在系統100內移動之一圖框。可移動圖框相對於晶圓定位系統及晶圓102重新定位使得達成相對於晶圓102之所要角度。
大體而言，可在將晶圓102轉移至晶圓定位系統125上之前或之後藉由晶圓及柱陣列之移動之任何組合來改變晶圓102相對於柱101A至101D之陣列之定向。
如本文中所闡述，晶圓102係藉由晶圓102相對於柱101A至101D之陣列之一相對旋轉而相對於柱101A至101D之陣列定向。然而，在諸多實例中，此移動並不充分準確以確保每一柱測量每一對應晶粒列之相同特徵列。柱之對準之容差及晶圓定位誤差可導致每一柱與在每一晶圓通過期間待測量之對應晶粒列之輕微不對準。
在又一態樣中，將測量束偏轉一小量以校正每一柱與在每一晶圓通 過期間待測量之對應晶粒列之間的對準誤差。如圖1中所繪示，柱陣列接收命令信號108A至108D。作為回應，藉由一對應束偏轉器(例如，束偏轉器106)偏轉每一測量束以調整初級電子束至晶圓102上之入射位置以對應於(例如，重疊)待測量之特徵列。
大體而言，晶圓定位系統125係連續測量其電流位置、比較彼位置與一所要位置且產生運動控制命令以迫使彼等誤差趨向於0之一回饋定位系統。然而，晶圓定位系統之帶寬係有限的，且因此在一實際操作環境中不能完美地追蹤所要運動軌跡。
在又一態樣中，將測量束偏轉一小量以校正由晶圓定位系統125報告之晶圓定位誤差。在某些實施例中，由晶圓定位系統125測量定位誤差且將指示此等誤差之信號(未展示)傳遞至計算系統130。繼而，計算系統130將包含用以補償晶圓定位誤差之命令之信號108A至108D分別傳遞至柱101A至101D。如圖1中所繪示，柱陣列接收命令信號108A至108D。作為回應，藉由一對應束偏轉器(例如，束偏轉器106)偏轉每一測量束以調整初級電子束至晶圓102上之入射位置以補償晶圓定位誤差。因此，大體而言，載台定位之誤差連續地傳遞至柱控制電子器件以偏轉束且校正此等誤差。
使用多個圖案化程序來構造在低於20奈米之半導體裝置製作節點下製作之諸多高階邏輯及記憶體裝置。例示性多個圖案化程序包含自對準雙倍圖案化(SADP)、自對準三倍圖案化(SATP)及自對準四倍圖案化(SAQP)技術。
在一項實例中，一SAQP鰭形成程序達成係可用習用單個圖案微影獲得之間距之四分之一之一目標間距。在一項實例中，需要至少14個步驟來 產生該等鰭結構。此等步驟包含必須受精確控制以實現具有所要間距及輪廓之鰭結構之微影、蝕刻及條帶化步驟。藉由SAQP鰭形成程序達成之最終間距值及鰭輪廓(例如CD、SWA)受來自先前步驟之結構參數值(例如，阻抗層輪廓參數、間隔件膜厚度及其他)影響。
圖5繪示製作於一微電子晶片之一靜態隨機存取記憶體(SRAM)區域150中之線結構151之一硬遮罩圖案。藉由將多個圖案化技術與切斷遮罩組合來形成主動區之複雜佈局。切斷遮罩選擇地移除用於將基板圖案化成主動區之硬遮罩層之部分。圖6繪示安置於圖5中所繪示之線結構之圖案之頂部上之一底部抗反射塗佈(BARC)層152及一阻抗層153。阻抗層用於選擇性地移除阻抗層153之開口154下面之硬遮罩圖案之部分。如圖5中所繪示，線結構151之硬遮罩圖案被BARC層152埋入(即使在阻抗層153之開口154內)。在某些實施例中，以本文中所闡述之方式執行重疊之可靠測量以提供切斷遮罩程序之充足良率。
圖7繪示由如本文中所闡述之一電子束柱陣列測量之一半導體結構160之一剖面圖。結構160包含包括一埋入結構162之一材料層161。材料層163及164使結構162與BARC層165分離。一光阻劑結構166安置於BARC層165之頂部上。如所繪示，結構160包含由如本文中所闡述之電子束柱之一陣列測量之一重疊偏移(OVL)。
圖8繪示包含主動場171至174、閘極175至178及觸點179至190之實際裝置結構170之一俯視圖。圖8圖解說明閘極177與觸點188之間的邊緣放置距離EPD1。圖8亦圖解說明閘極178與觸點188之間的邊緣放置距離EPD2及閘極176與觸點184之間的邊緣放置距離EPD3。必須小心地控制邊緣放置距離一以確保高裝置良率。若與此等邊緣放置距離中之任何者相關 聯之邊緣放置誤差過大，則裝置將不合格。如圖8中所圖解說明，重疊誤差與CD誤差兩者促成EPE。舉例而言，若與觸點相關聯之層不與與閘極相關聯之層對準，則導致EPE。類似地，若與觸點結構相關聯之CD與標稱尺寸偏離，則導致EPE。舉例而言，觸點183及186過大。結果係每一觸點與對應閘極結構之間的重疊及裝置不合格。在某些實施例中，藉由如本文中所闡述之電子柱之陣列測量邊緣放置誤差EPE1、EPE2及EPE3。
圖9圖解說明用一電子束柱陣列對多個晶粒執行測量以估計至少一項新穎態樣中之所關注參數之一方法200。方法200適於由諸如本發明之圖1中所圖解說明之計量系統100之一計量系統實施。在一項態樣中，認識到，方法200之資料處理方塊可經由一預程式化演算法執行，該預程式化演算法由計算系統130之一或多個處理器或任何其他一般用途計算系統執行。在本文中應認識到，計量衡系統100之特定結構態樣不表示限制且應僅解釋為說明性的。
在方塊201中，沿一晶圓掃描方向掃描複數個電子束測量柱下面之一樣品。晶圓掃描方向與安置於晶圓上之一晶粒列平行。複數個電子束測量柱中之每一者沿著一柱對準方向與一毗鄰電子束測量柱在空間上分離開一固定距離。
在方塊202中，相對於柱對準方向以一傾斜角定向樣品之晶圓掃描方向。在此傾斜角下，複數個電子束測量柱中之每一者對一不同晶粒列之相同特徵列執行一個一維測量。
應認識到，本發明通篇所闡述之各種步驟可由一單電腦系統130或(另一選擇係)一多電腦系統130執行。此外，系統100之不同子系統可包含適合用於實施本文中所闡述之步驟中之至少一部分之一電腦系統。因此， 前述說明不應解釋為對本發明之一限制而僅係一圖解說明。此外，一或多個計算系統130可經組態以執行本文中所闡述之方法實施例中之任何者之任何其他步驟。
另外，電腦系統130可以此項技術中已知的任何方式通信地耦合至電子束柱陣列102A至102D。舉例而言，一或多個計算系統130可耦合至與電子束柱陣列中之每一者相關聯之計算系統。在另一實例中，柱101A至101D之陣列可直接受耦合至電腦系統130之一單個電腦系統控制。
計量系統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該系統之子系統(例如，晶圓定位系統125、電子束測量柱101A-101D及諸如此類)接收及/或獲取資料或資訊。以此方式，傳輸媒體可用作電腦系統130與系統100之其他子系統之間的一資料鏈路。
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而自其他系統接收及/或獲取資料或資訊(例如，測量結果、模型化輸入、模型化結果、參考測量結果等)。以此方式，傳輸媒體可用作電腦系統130與其他系統(例如，記憶體板上計量系統100、外部記憶體或其他外部系統)之間的一資料鏈路。舉例而言，計算系統130可經組態以經由一資料鏈路自一儲存媒體(亦即，記憶體132或一外部記憶體)接收測量資料。舉例而言，使用電子束測量列101A至101D獲得之測量資料可儲存於一永久性或半永久性記憶體裝置(例如，記憶體132或一外部記憶體)中。就此而言，測量結果可自板上記憶體或自一外部記憶體系統導入。在另一實例中，計算系統130可經組態以經由一資料鏈路自一參考測量源(例如，一儲存媒體)接收參考測量資料。舉例而言，參考測量資料可儲存於一永久性或半永久性記憶體裝置中。就此而言，參考測量結果可自板上記憶體或自 一外部記憶體系統導入。此外，電腦系統130可經由一傳輸媒體將資料發送至其他系統。舉例而言，可將由電腦系統130判定之一經估計裝置參數值140傳遞且儲存於一外部記憶體中。就此而言，測量結果可輸出至另一系統。
計算系統130可包含但不限於一個人電腦系統、大型電腦系統、工作站、影像電腦、並行處理器或此項技術中已知之任何其他裝置。大體而言，大體而言，術語「計算系統」可廣義地定義為囊括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。
實施諸如本文中所闡述之彼等方法之方法之程式指令134可經由一傳輸媒體(諸如一導線、纜線或無線傳輸鏈路)傳輸。舉例而言，如圖1中所圖解說明，儲存於記憶體132中之程式指令134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、一磁碟或光碟或一磁帶。
在又一態樣中，本文中所闡述之測量可用於將主動回饋提供至一程序工具(例如，微影工具、蝕刻工具、沈積工具等)。舉例而言，可將使用本文中所闡述之方法判定之EPE之值或重疊誤差傳遞至一微影工具以調整微影系統來達成一所要輸出。在某一實例中，對基於所測量EPE及重疊值判定之程序參數之校正可傳遞至一微影工具、蝕刻工具或沈積工具。舉例而言，可包含蝕刻參數(例如，蝕刻時間、擴散率等)或沈積參數(例如，時間、濃度等)以將主動回饋分別提供至蝕刻工具或沈積工具。
在某些實例中，一或多個蝕刻步驟或微影步驟之前或之後的所測量參數值之間的差可用作至蝕刻程序或微影程序之閉環控制之一輸入。
大體而言，電子束測量允許可用於(舉例而言)設定兩個程序監測步驟(亦即，蝕刻及微影)之間目標偏置、提供每場校正或提供高階校正(例如，OVL或EPE控制)之全域(晶圓)、場(場平均)或局域(每位點)結果。
如本文中所闡述，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、側壁角度、光柵高度等)、任何兩個或兩個以上結構之間的一臨界尺寸(例如，兩個結構之間的距離)及兩個或兩個以上結構之間的一位移(例如，重疊光柵結構之間的重疊位移等)。結構可包含三維結構、經圖案化結構、疊對結構等。
如本文中所闡述，術語「臨界尺寸應用」或「臨界尺寸測量應用」包含任何臨界尺寸測量。
如本文中所闡述，術語「計量系統」包含至少部分地用以在任何態樣中表徵一樣品之任何系統，包含測量應用，諸如臨界尺寸計量、重疊計量、聚焦/劑量計量及組合物計量及檢測應用。然而，此等技術術語並不限制如本文中所闡述之術語「計量系統」之範疇。另外，計量系統100可經組態以用於測量經圖案化晶圓及/或未經圖案化晶圓。計量系統可經組態為一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)以及任何其他計量或檢測工具。
本文中闡述可用於處理一樣品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。術語「樣品」在本文中用於指一晶圓、一光罩或可藉由此項技術中已知之方式處理(例如，印刷或檢測缺陷)之任何其他樣本。
如本文中所使用，術語「晶圓」通常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。通常可在半導體製作設備中找到及/處理此等基板。在某些情形中，一晶圓可僅包含基板(亦即，裸露晶圓)。另一選擇係，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係「經圖案化」或「未圖案化」的。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「光罩」可係在一光罩製作程序之任何階段處之一光罩或者可或可不釋放以供在一半導體製作設備中使用之一完成光罩。一光罩或一「遮罩」通常定義為具有在其上形成且組態成一圖案之實質上不透明區的一實質上透明基板。基板可包含(舉例而言)諸如非晶SiO2之一玻璃材料。一光罩可在一微影程序之一曝光步驟期間安置於一抗蝕劑覆蓋之晶圓上面，使得可將該光罩上之圖案轉印至該抗蝕劑。
形成於一晶圓上之一或多個層可係經圖案化或未圖案化的。舉例而言，一晶圓可包含各自具有可重複圖案特徵之複數個晶粒。此類材料層之形成及處理可最終產生完成裝置。可在一晶圓上形成諸多不同類型之裝置，且如本文中所使用之術語晶圓意欲涵蓋於其上製作此項技術中已知之任何類型之裝置之一晶圓。
在一或多個例示性實施例中，所闡述之功能可實施於硬體、軟體、韌體或其任一組合中。若實施於軟體中，則該等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一電腦可讀媒體傳輸。電腦可讀媒體包含電腦儲存媒體及通信媒體兩者，該通信媒體包含促進將一電腦程式自一個地方傳送至另一地方之任何媒體。一儲存媒體可係可由一個一般用途或特殊用途電腦可存取之任何可用媒體。藉由實例之方式且非限制性 的，此等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呈指令或資料結構形式之所要程式碼且可由一個一般用途或特殊用途電腦或者一個一般用途或特殊用途處理器存取之任何其他媒體。並且，任何連接恰當地稱為一電腦可讀媒體。舉例而言，若使用一同軸纜線、光纖纜線、雙絞線、數位用戶線(DSL)或諸如紅外線、無線電及微波等無線技術自一網站、伺服器或其他遠端源傳輸軟體，則同軸纜線、光纖纜線、雙絞線、DSL或諸如紅外線、無線電及微波等無線技術皆包含於媒體之定義中。如本文中所使用，磁碟及碟片包含光碟(CD)、雷射碟片、光學碟片、數位多功能碟片(DVD)、軟碟及藍光碟片，其中磁碟通常以磁性方式重現資料而碟片藉助雷射以光學方式重現資料。上述之組合亦應包含於電腦可讀媒體之範疇內。
雖然在上文中出於指導性目的闡述了某些特定實施例，但本專利文件之教示內容具有一般適用性且不限於上文所闡述之特定實施例。因此，可在不背離如申請專利範圍中所陳述之本發明之範疇之情況下實踐對所闡述之實施例之各種特徵的各種修改、更改及組合。
100:系統/計量系統
101A-101D:柱/電子束測量柱
102:晶圓
103:初級電子束/初級束
104:偵測器
105:物鏡
106:束偏轉器
107:次級電子
108A-108D:命令信號/信號
109A-109D:輸出信號/次級電子強度信號/強度信號
120:電子束源
121:旋轉載台
122:平移載台
123:運動控制器
125:晶圓定位系統
126:晶圓卡盤
130:計算系統/電腦系統/單電腦系統/多電腦系統
131:處理器
132:記憶體
133:匯流排
134:程式指令
140:經估計裝置參數值
VT:規定速度
X:方向
Y:方向
Y’:柱對準方向/方向
α:傾斜角

Claims (20)

  1. 一種計量系統，其包括：複數個電子束測量柱，其各自沿著一第一方向與該複數個電子束測量柱中之一毗鄰電子束測量柱在空間上分離開一固定距離，每一電子束測量柱包含：一電子束源，其經組態以產生一初級電子束；一束偏轉器，其經組態以調整該初級電子束至經受測量之一樣品上之一入射位置；及一偵測器，其經組態以偵測回應於入射之該初級電子束而來自該樣品之多個次級電子且基於所偵測之該等次級電子而產生一輸出信號；一樣品定位子系統，其經組態以沿與安置於該樣品上之一晶粒列對準之一第二方向掃描一樣品，其中該第一方向相對於該第二方向以一傾斜角定向使得該複數個電子束柱中之每一者對一不同晶粒列之相同特徵列執行一個一維測量；及一計算系統，其經組態以：接收由該等電子束測量柱中之每一者產生之該等輸出信號；且基於該等輸出信號來估計一重疊值、一邊緣放置誤差值或其兩者。
  2. 如請求項1之計量系統，其中該第一方向係藉由用該樣品定位子系統之一旋轉載台旋轉該樣品而相對於該第二方向以該傾斜角定向。
  3. 如請求項1之計量系統，其進一步包括：一預對準載台，其在將該樣品裝載至該樣品定位子系統上之前定向該樣品使得該第一方向相對於該第二方向以該傾斜角定向。
  4. 如請求項1之計量系統，其中該第一方向係藉由相對於該樣品旋轉該複數個電子束測量柱而相對於該第二方向以該傾斜角定向。
  5. 如請求項1之計量系統，其中該束偏轉器經組態以回應於該樣品定位子系統之一定位誤差之一指示而調整該初級電子束至經受測量之該樣品上之一入射位置。
  6. 如請求項1之計量系統，其中該束偏轉器經組態以調整該初級電子束至經受測量之該樣品上之一入射位置以對應於經受測量之該等特徵列。
  7. 如請求項1之計量系統，其中該樣品定位子系統相對於該複數個電子束測量柱之一定位可重複性小於1奈米。
  8. 如請求項1之計量系統，其中對該重疊值、該邊緣放置誤差值或其兩者之該估計係基於該等輸出信號與設計參考資料之一比較。
  9. 如請求項1之計量系統，其中入射至該樣品上之該初級電子束之一測量點大小小於10奈米。
  10. 一種計量系統，其包括：複數個電子束測量柱，其各自沿著一柱對準方向與一毗鄰電子束測量柱在空間上分離開一固定距離；一樣品定位子系統，其經組態以沿一晶圓掃描方向掃描該複數個電子束測量柱下面之一樣品，該晶圓掃描方向平行於安置於該樣品上之一晶粒列；及一計算系統，其經組態以：判定該晶圓相對於該柱對準方向之一所要定向使得該複數個電子束測量柱中之每一者對一不同晶粒列之相同特徵列執行一個一維測量；且傳遞(communicate)致使該晶圓被重新定向至所要定向之一命令信號。
  11. 如請求項10之計量系統，其中該複數個電子束測量柱中之每一者包括：一電子束源，經組態以產生一初級電子束；一束偏轉器，其經組態以調整該初級電子束至經受測量之一樣品上之一入射位置；及一偵測器，其經組態以偵測回應於入射之該初級電子束而來自該樣品之多個次級電子且基於所偵測之該等次級電子而產生一輸出信號。
  12. 如請求項11之計量系統，其中該計算系統進一步經組態以：接收由該等電子束測量柱中之每一者產生之該等輸出信號；且 基於該等輸出信號來估計一重疊值、一邊緣放置誤差值或其兩者。
  13. 如請求項11之計量系統，其中該樣品定位子系統接收該命令信號，且該樣品定位子系統之一旋轉載台將該晶圓重新定向至該所要定向。
  14. 如請求項11之計量系統，其中該束偏轉器經組態以回應於該樣品定位子系統之一定位誤差之一指示而調整該初級電子束至經受測量之該樣品上之一入射位置。
  15. 如請求項11之計量系統，其中該束偏轉器經組態以調整該初級電子束之一入射位置以對應於經受測量之該等特徵列。
  16. 一種計量方法，其包括：沿一晶圓掃描方向掃描複數個電子束測量柱下面之一樣品，該晶圓掃描方向平行於安置於該樣品上之一晶粒列，其中該複數個電子束測量柱中之每一者沿著一柱對準方向與一毗鄰電子束測量柱在空間上分離開一固定距離；及相對於該柱對準方向以一傾斜角定向該樣品之該晶圓掃描方向使得該複數個電子束測量柱中之每一者對一不同晶粒列之相同特徵列執行一個一維測量。
  17. 如請求項16之方法，其進一步包括：產生複數個初級電子束； 使該複數個初級電子束中之每一者偏轉以調整每一初級電子束至該樣品上之一入射位置；偵測回應於入射之該等初級電子束而來自該樣品之多個次級電子；基於所偵測之該等次級電子而產生複數個輸出信號；以及基於該等輸出信號與設計參考資料之一比較來估計一重疊值、一邊緣放置誤差值或其兩者。
  18. 如請求項16之方法，其中該晶圓掃描方向相對於該柱對準方向之該重新定向涉及用一樣品定位子系統之一旋轉載台旋轉該樣品。
  19. 如請求項16之方法，其進一步包括：回應於一樣品定位子系統之一定位誤差之一指示而使複數個初級電子束中之每一者偏轉以調整每一初級電子束至該樣品上之一入射位置。
  20. 如請求項16之方法，其進一步包括：使複數個初級電子束中之每一者偏轉以調整每一初級電子束至該樣品上之一入射位置以與經受測量之一特徵列重疊。
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