TWI780347B - 用於半導體量測之系統及方法 - Google Patents

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TWI780347B
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Abstract

本文中所揭示之實施例可實現一半導體晶圓上之一目標重建及/或成像。使用一晶圓量測工具來度量一半導體晶圓上之一目標之一表面。該表面之一體素圖經確定以匹配幾何形狀度量且使用預期材料之散射密度。可發生所有確定表面體素之散射密度之一致換算。

Description

用於半導體量測之系統及方法
本發明係關於半導體量測。
半導體製造業之發展對良率管理且尤其是量測及檢測系統提出越來越高要求。臨界尺寸不斷縮小。經濟促使產業縮短達成高良率、高價值生產之時間。最少化自偵測到一良率問題至將其修復之總時間判定一半導體製造商之投資回報率。
製造諸如邏輯及記憶體裝置之半導體裝置通常包含使用大量製程來處理一半導體晶圓以形成半導體裝置之各種特徵及多個層級。例如，微影係涉及將一圖案自一光罩轉移至配置於一半導體晶圓上之一光阻劑的一半導體製程。半導體製程之額外實例包含(但不限於)化學機械拋光(CMP)、蝕刻、沈積及離子植入。可在一單一半導體晶圓上以一配置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。
在半導體製造期間之各個步驟中使用量測程序來監測及控製程序。量測程序不同於檢測程序，因為與其中偵測晶圓上之缺陷的檢測程序不同，量測程序用於度量無法使用現有檢測工具來判定之晶圓之一或多個特性。量測程序可用於度量晶圓之一或多個特性，使得可自一或多個 特性判定一程序之效能。例如，量測程序可度量在程序期間形成於晶圓上之特徵之一尺寸(例如線寬、厚度等等)。另外，若晶圓之一或多個特性不可接受(例如，超出(若干)特性之一預定範圍)，則可使用晶圓之一或多個特性之度量來更改程序之一或多個參數，使得由程序製造之額外晶圓具有(若干)可接受特性。
在一半導體量測斷層攝影中，自來自一週期性平面目標之繞射光判定一自由形式散射密度圖(SDM)。對於硬x射線，此散射密度係一複數，其表示：一實部，其係與折射率之統一性之偏差；及一虛部，其係消光指數。在涉及典型電子半徑乘以x射線波長平方除以2之一恆定逆換算之後，SDM之實部等於材料之電子密度。因而，術語「電子密度」通常用作散射密度之一代用界定。密度判定係匹配模擬及度量繞射圖案且使SDM正規化之一最佳化程序之結果。SDM採用分配給體積元素(體素)之一組散射密度之形式，體積元素拼接x射線目標(通常為平面(x,y)方向上之一週期性單位單元及通常垂直於其(z)之非週期性散射區域)之散射體積。此散射體積表示為擴展單位單元。
試圖自繞射光強度推斷SDM之技術之一缺點係度量中無可用之絕對或相對相位資訊。因而，不存在唯一判定SDM之機制。實際上，存在可精確產生相同繞射光信號之SDM之諸多例項。此外，在硬x射線光譜中，散射體積之位置之高度相依性較弱。因此，在解析SDM中出現若干模糊性，其包含平移、空間分率及垂直反轉模糊性。就平移模糊性而言，SDM可在任何方向上移位且不改變模擬度量以因此對約束無影響。就空間分率模糊性而言，簡單結構之兩個單獨幾何形狀可產生除零階之外之所有階之相同散射分佈。就垂直反轉模糊性而言，若SDM相對於 一水平面翻轉，則單一散射模型產生相同模擬光譜。
先前技術試圖藉由在某種意義上自SDM初始條件借用相位及/或懲罰解析SDM與初始SDM之間的最佳化差來解決相位不足。然而，自初始條件誘發相位會使估計SDM偏向初始SDM。此可在估計SDM中產生原本不存在之特徵或抑制原本存在之幾何特徵。
因此，需要改良量測。
在一第一實施例中，提供一種方法。該方法包含：使用一晶圓量測工具來度量一半導體晶圓上之一目標之一表面。使用一處理器，該表面之一體素圖經確定以匹配幾何形狀度量且使用預期材料之散射密度。發生所有確定表面體素之散射密度之一致換算。
在一實例中，該晶圓量測工具係一臨界尺寸掃描電子顯微鏡。
在另一實例中，該晶圓量測工具係一反射小角度x射線散射計。該方法可包含使用反射模式中所組態之一度量工具來度量該目標之該表面。該度量工具可為一透射小角度x射線散射計。
在另一實例中，該晶圓量測工具係一光學散射計。該方法可包含使用經組態以使用一透射技術之一度量工具來度量該目標之該表面。該度量工具可為一透射小角度x射線散射計。
度量該目標之該表面可包含度量該目標之一幾何形狀以提供該等幾何形狀度量。
該等體素可自與該目標之材料相關聯之一組值取得散射值。該等散射值可連續浮動。
在一第二實施例中，提供一種系統。該系統包含：一晶圓量測工具，其經組態以度量一半導體晶圓上之一目標之一表面；及一處理器，其與該晶圓量測工具電子通信。該處理器經組態以確定該表面之一體素圖來匹配幾何形狀度量且使用預期材料之散射密度。發生所有確定表面體素之散射密度之一致換算。
在一實例中，該晶圓量測工具係一臨界尺寸掃描電子顯微鏡。
在另一實例中，該晶圓量測工具係一反射小角度x射線散射計。該系統可包含與該處理器電子通信之經組態以使用一反射模式之一度量工具。該度量工具可為一透射小角度x射線散射計。
在另一實例中，該晶圓量測工具係一光學散射計。該系統可包含與該處理器電子通信之經組態以使用一透射技術之一度量工具。該度量工具可為一透射小角度x射線散射計。
該系統可包含與該處理器電子通信之經組態以使用一透射技術之一度量工具。該晶圓量測工具可進一步經組態以度量該目標之一幾何形狀。在一實例中，該晶圓量測工具係一反射小角度x射線散射計或一光學散射計，且該度量工具係一透射小角度x射線散射計。該系統可包含經組態以儲存與該目標之材料相關聯之複數個散射值的一電子資料儲存單元。該電子資料儲存單元可與該處理器電子通信。該處理器可經組態以自該等體素之該組值取得散射值。該等散射值可連續浮動。
100:方法
101:使用一晶圓量測工具來度量一半導體晶圓上之一目標之一表面
102:確定表面之一體素圖以匹配藉由其他度量所獲得之幾何形狀且使用預期材料之散射密度
200:晶圓量測工具
201:度量系統
202:處理器
203:電子資料儲存單元
204:卡盤
205:晶圓
300:系統
301:度量工具
為更完全理解本發明之本質及目的，應參考結合附圖之以下詳細描述，其中： 圖1係根據本發明之一方法之一實施例之一流程圖；圖2繪示具有類似散射但在一週期性單位單元內具有不同界定之例示性2D結構；圖3繪示藉由輔助度量之相位顯示；圖4繪示藉由先前度量之相位顯示；圖5係根據本發明之一系統之一方塊圖；圖6係矽中之一例示性2D週期性孔陣列；圖7係使用用於體素化疊加之網格線所度量或成像之一例示性表面；圖8係2D週期性陣列內之一單位單元之一例示性3D圖；圖9係使用與網格線對準之體素化邊緣來體素化之後所度量或成像之一例示性表面；圖10係一粗糙體素化之後2D週期性陣列內之一單位單元之一例示性3D圖；及圖11係根據本發明之另一系統之一方塊圖。
儘管將根據特定實施例來描述所主張之標的，但包含僅提供本文中所闡述之益處及特徵之一子集之實施例的其他實施例亦在本發明之範疇內。可在不脫離本發明之範疇之情況下進行各種結構、邏輯、程序步驟及電子改變。因此，僅藉由參考隨附申請專利範圍來界定本發明之範疇。
本文中所揭示之實施例描述兩種類型之相位復原或部分復原。第一類型來自成像法，其中可度量物體之一部分。接著，可使用此度量來修正初始條件或為最佳化提供一額外懲罰項。第二類型使用散射量測 法，其中額外度量光譜含有有助於至少解析垂直模糊性之額外資訊。此等兩種類型之相位復原或部分復原可組合使用以提供特定結構之改良結果。本文中所揭示之實施例可實現依比僅使用透射-小角度X射線散射(T-SAXS)散射量測更有效之方式重建及/或成像一目標。本文中所描述之運算方法之實施例亦可減少用於斷層攝影之結果的時間。
使用本文中所描述之相位復原，在判定SDM之部分之後，可自度量信號獲得SDM之剩餘未知部分之一唯一解。描述其中詳細說明擴展單位單元之SDM圖之頂層的方法。其他實施例判定SDM之其他區段。
確定SDM之任何部分未必保證僅來自度量繞射信號之SDM之一唯一解。然而，可鑑於足夠數目個度量組態及來自SDM之確定部分之足夠散射量來獲得一唯一解。
圖1係一方法100之一流程圖。使用方法100，可分配一目標之一頂層之SDM且可判定頂層下方之SDM。在101中，使用一晶圓量測工具來度量一半導體晶圓上之一目標之一表面。例如，晶圓量測工具可為一臨界尺寸掃描電子顯微鏡(CD-SEM)、一反射小角度x射線散射計或一光學散射計。
在度量判定目標之頂面之幾何形狀之後，使用目標之表面之預期存在之材料的散射密度，基於度量幾何形狀來分配體素之頂層之SDM。若在散射運算中不獨立考量入射輻射通量，則可使用所有確定表面體素之散射密度之一致換算來考量輻射通量之不確定性。例如，在102中，確定表面之一體素圖以匹配藉由其他度量所獲得之幾何形狀且使用預期材料之散射密度。可發生所有確定表面體素之散射密度之一致換算。例 如，可僅發生所有確定表面體素之散射密度之一致換算或可發生所有確定表面體素之散射密度之至少一些一致換算。
一般而言，由於材料之入射通量及散射密度兩者之不確定性，可能難以將其設定為一確定值。在一例項中，代以應用一換算因數。若表面中存在多個材料，則各材料需要一單獨換算因數。
一體素係一小規則體積，通常為一長方柱。一體素之幾何形狀准許拼接擴展單位單元，即，完全無重疊覆蓋擴展單位單元之此等體積之一有限集。在一例項中，顯像系統可基於其相對於其他體素之位置(即，其在構成一單一體積影像之資料結構中之位置)來推斷一體素之位置。體素可表示非均勻填充之規則取樣空間。
體素可自與目標之材料相關聯之一組值取得散射值，其可包含此等材料之散射或電子密度。在本文所描述之量測方案中，散射值可連續變動，其允許目標內之形狀縮減至一體素之離散化位準。此顯像類似於一x射線影像之顯像，其中各圖片元素(像素)具有與目標材料對自一點狀源發射之一x射線錐之透射率成比例之亮度。
圖6至圖10係方法100之一實例。圖6係矽中之一例示性2D週期性孔陣列。圖7係使用用於體素化疊加之網格線所度量或成像之一例示性表面。圖7可對應於圖6。圖8係2D週期性陣列內之一單位單元之一例示性3D圖。圖9係使用與網格線對準之體素化邊緣來體素化之後所度量或成像之一例示性表面。圖9可對應於圖8。圖10係一粗糙體素化之後2D週期性陣列內之一單位單元之一例示性3D圖。圖10展示一3×3×6體素陣列。藉由一輔助度量來判定9個體素之一頂層，且可藉由x射線散射斷層攝影法來唯一判定剩餘者。
在一實施例中，可使用經組態以使用一反射技術之一度量工具(特別是具有目標之一相對較小穿透深度之系統)來度量目標之表面。度量工具亦可為另一晶圓量測工具或一些其他度量系統。在一實例中，晶圓量測工具可為一反射x射線散射計且度量工具可為一透射小角度x射線散射計。在另一實例中，晶圓量測工具係一光學散射計且度量工具可為一透射小角度x射線散射計。單獨或協同使用此等工具，可將目標之表面確定為由此等量測工具指示之幾何形狀，以所有確定表面體素之散射密度之一致換算為模。
在一混合成像實施例中，諸如CD-SEM成像或同調繞射成像之一成像法可提供目標之表面之一度量。使用該影像，可使用預期材料之散射密度來將表面之一體素圖確定為成像之幾何形狀，以所有確定表面體素之散射密度之一致換算為模。
在一混合散射量測實施例中，諸如反射-小角度x射線散射(R-SAXS)或光學散射量測之一方法可結合一透射技術(例如T-SAXS)來提供目標之幾何形狀之一度量。通常，將依賴此等度量來給出目標之一給定深度之準確結果。此在VNAND通道孔度量中特別有用，因為通道孔之幾何形狀在裝置之頂部處相對簡單，但在裝置之底部處具有一更複雜幾何形狀。可受益於此方法之其他實例裝置/結構係DRAM裝置、W-凹部結構、陣列下CMOS且一般為任何相對較高半導體裝置。僅可探測一裝置之頂部的散射量測結果可產生比僅T-SAXS更準確之上幾何形狀之一度量。
另外，若在多個處理步驟上建立一目標，則可使用一先前處理步驟中之一度量來確定目標之一下部分之幾何形狀。
使用頂面附近之反射散射量測結果，可使用預期材料之散 射密度來將體素圖之上部分之一體素圖確定為單獨度量之頂部幾何形狀以僅允許所有確定表面體素之散射密度之一致換算。
在使用T-SAXS來運算目標之一斷層影像之一實施例中，可使用一最佳化技術，其中依使得與散射密度之分佈相關聯之模擬T-SAXS信號匹配度量T-SAXS信號的一方式變動與未確定之體素相關聯之散射密度之值。因此，最佳化最小化擬合度量。若T-SAXS信號具有比SDM少之自由度，或若SDM至頻譜圖係秩虧(本文中之技術試圖消除或減少之一性質)，則可將一額外正則化項添加至減少SDM之一熵度量的最佳化。一此熵度量係有限差分材料梯度之L1範數，即，總變差。
一混合整數法可容許體素自與目標之已知材料相關聯之一組值取得散射值。混合整數法可使用一材料圖。可基於材料來將來自一有限可數集之數字分配給圖之各區域。可容許材料之散射值連續浮動以最小化相同或相似範數。演算法可並行化，因為若干單獨處理器可在一唯一整數材料圖上工作且標準最佳化可遍及相對較少散射密度值。因此，可相較於其他技術來最少化處理時間。
可(例如)藉由在初始整數體素圖與一所提出之整數圖之間應用視差之一離散度量且最佳化組合先接近來採用試探法降低問題之組合複雜度。
一混合整數法可與成像法或提供關於目標之額外資訊之其他方法一起有效工作。
SAXS度量可包含僅度量遠場強度中固有之模糊性。完整空間資訊攜載於複數值場振幅而非實數值強度(其經界定為場振幅之平方之絕對值)中。另外，可由於弱x射線散射而發生垂直模糊性。在T-SAXS 斷層攝影中，物體可垂直翻轉且歸因於硬x射線之弱散射特性而具有大致相同光譜匹配。可由於實際無法度量零繞射階(其可消除簡單矩形光柵之情況中之光譜之歧義)而發生空間分率模糊性。在T-SAXS斷層攝影中，具有40%之一線/空間分率之一2D光柵可由具有60%之一線/空間分率且與相同度量信號匹配之另一光柵表示。平移模糊性係度量強度而非振幅之一直接結果。圖2繪示具有類似散射但在一週期性單位單元內具有不同界定之例示性2D結構。
圖3繪示藉由輔助度量之相位顯示。可藉由經由一輔助度量獲知結構之一部分、將其確定於週期性單位單元內及取得各種照射角處之足夠數目個度量以判定結構之剩餘者來判定模型中之一未知相位。
圖4繪示藉由先前度量之相位顯示。可藉由獨立製造或放置目標結構下方或目標結構上方之一額外已知結構來判定相位。亦可藉由在目標製程之一不同步驟中度量其之部分來判定相位。
相位顯示(如圖4中之相位顯示)可自一結構之一底部進行至一結構之一頂部。
圖5係一晶圓量測工具200之一實施例之一方塊圖。晶圓量測工具200包含經組態以固持一晶圓205或其他工件之一卡盤204。卡盤204可經組態以在一個、兩個或三個軸中移動或旋轉。卡盤204亦可經組態以(諸如)繞Z軸自旋。
晶圓量測工具200亦包含經組態以度量晶圓205上之一表面、一裝置、一特徵或一層之部分的一度量系統201。例如，晶圓量測工具200可經組態以度量一半導體晶圓上之一目標之一表面。晶圓量測工具200可為一CD-SEM、一反射小角度x射線散射計或一光學散射計。例如， 晶圓量測工具200可具有類似於美國專利第7,933,026號中所展示之硬體組態的一硬體組態，該專利之全部內容以引用的方式併入本文中。
若晶圓量測工具200係一反射小角度x射線散射計或一光學散射計，則經組態以使用一透射技術之一度量工具(圖5中未繪示)可與處理器202電子通信。度量工具可為一透射小角度x射線散射計。晶圓量測工具200可進一步經組態以度量目標之一幾何形狀。
圖11係一系統300之一方塊圖。晶圓量測工具200及度量工具301兩者可使晶圓205成像或用於度量晶圓205之態樣。晶圓量測工具200及度量工具301兩者與處理器202及電子資料儲存單元203電子通信。晶圓量測工具200及度量工具301可為相同系統之部分或晶圓205可轉移於晶圓量測工具200與度量工具301之間。
返回至圖5，度量系統201可產生一光束、一電子束、寬頻電漿，或可使用其他技術來度量晶圓205之一表面。在一實例中，度量系統201包含一雷射。在另一實例中，晶圓量測工具200係一寬頻電漿檢測工具。度量系統201可提供晶圓205上之一目標之影像或可提供用於形成晶圓205上之晶粒之影像的資訊。
特定言之，晶圓量測工具200或度量系統201可經組態以提供旋轉偏振器旋轉補償器光譜橢偏量測資料、全穆勒(Mueller)矩陣分量資料、旋轉偏振器光譜橢偏量測資料、反射量測資料、雷射驅動光譜反射量測資料或x射線資料之一或多者。
在一例項中，晶圓量測工具200使用一寬頻光源、度量光源如何與目標相互作用之一度量系統201及提取目標之相關參數之處理演算法來提供光譜橢偏量測。光源可為一雷射驅動光源，與一Xe燈相比， 其可提供高強度且提高偵測器處之信雜比。在一實例中，收集系統包含一系列偏振器(旋轉或固定)、補償器(旋轉或固定)、偵測器、光譜儀、攝影機、透鏡、反射鏡及/或準直器。為增強目標特徵，系統可使用N2或Ar氣體清洗來將波長范圍擴展至170nm或更低。
晶圓量測工具200與一處理器202及與處理器202電子通信之一電子資料儲存單元203通信。例如，處理器202可與度量系統201或晶圓量測工具200之其他組件通信。處理器202實際上可由硬體、軟體及韌體之任何組合實施。此外，本文中所描述之其功能可由一個單元執行或分至不同組件中，該等組件之各者繼而可由硬體、軟體及韌體之任何組合實施。使處理器202實施各種方法及功能之程式碼或指令可儲存於控制器可讀儲存媒體(諸如電子資料儲存單元203中之一記憶體)中、處理器202內、處理器202外或其等之組合。
儘管僅繪示一個處理器202及電子資料儲存單元203，但可包含一個以上處理器202及/或一個以上電子資料儲存單元203。各處理器202可與一或多個電子資料儲存單元203電子通信。在一實施例中，通信地耦合一或多個處理器202。在此方面，一或多個處理器202可接收度量系統201處所接收之讀數且將讀數儲存於處理器202之電子資料儲存單元203中。處理器202及/或電子資料儲存單元203可為晶圓量測工具200本身之部分或可與晶圓量測工具200分離(例如一獨立控制單元或在一集中式品質控制單元中)。
處理器202可依任何適合方式耦合至晶圓量測工具200之組件(例如，經由可包含有線及/或無線傳輸媒體之一或多個傳輸媒體)，使得處理器202可接收由晶圓量測工具200產生之輸出，諸如來自度量系統201 之輸出。處理器202可經組態以使用輸出來執行若干功能。例如，處理器202可經組態以度量晶圓205上之層。在另一實例中，處理器202可經組態以將輸出發送至一電子資料儲存單元203或另一儲存媒體且無需複查輸出。處理器202可進一步如本文中所描述般組態。
本文中所描述之處理器202、(若干)其他系統或(若干)其他子系統可採用各種形式，其包含一個人電腦系統、影像電腦、大型電腦系統、工作站、網路設備、網際網路設備或其他裝置。(若干)子系統或系統亦可包含本技術中已知之任何適合處理器，諸如一並行處理器。另外，(若干)子系統或系統可包含具有高速處理及軟體之一平台作為一獨立或網路工具。例如，處理器202可包含一微處理器、一微控制器或其他裝置。
若系統包含一個以上子系統，則不同子系統可彼此耦合，使得可在子系統之間發送影像、資料、資訊、指令等等。例如，一子系統可藉由可包含本技術中已知之任何適合有線及/或無線傳輸媒體之任何適合傳輸媒體來耦合至(若干)額外子系統。此等子系統之兩者或兩者以上亦可由一共用電腦可讀儲存媒體(未展示)有效耦合。
處理器202亦可為一缺陷複查系統、一檢測系統、一量測系統或一些其他類型之系統之部分。因此，本文中所揭示之實施例描述可依多種方式為具有幾乎適合於不同應用之不同能力之系統定製的一些組態。
處理器202可與度量系統201或晶圓量測工具200之其他組件電子通信。處理器202可根據本文中所描述之任何實施例來組態。處理器202亦可經組態以使用度量系統201之輸出或使用來自其他源之影像、度量或資料來執行其他功能或額外步驟。
一額外實施例係關於一非暫時性電腦可讀媒體，其儲存可在一控制器上執行以執行本文中所揭示之一電腦實施方法的程式指令。特定言之，如圖5中所展示，處理器202可包含電子資料儲存單元203中之一記憶體或具有非暫時性電腦可讀媒體(其包含可在處理器202上執行之程式指令)之其他電子資料儲存媒體。電腦實施方法可包含本文中所描述之(若干)任何方法之(若干)任何步驟。例如，處理器202可經程式化以執行方法100之一些或所有步驟。電子資料儲存單元203中之記憶體或其他電子資料儲存媒體可為一儲存媒體，諸如一磁碟或光碟、一磁帶或本技術中已知之任何其他適合非暫時性電腦可讀媒體。
在一例項中，處理器202可經組態以執行一或多個軟體模組。例如，處理器202可經組態以使用預期材料之散射密度來將表面之一體素圖確定為來自晶圓量測工具200之度量之幾何形狀。僅可發生所有確定表面體素之散射密度之一致換算。電子資料儲存單元203可經組態以儲存與目標之材料相關聯之複數個散射值。處理器202可經組態以自體素之值組取得散射值。散射值可連續浮動。
可依各種方式之任何者實施程式指令，其尤其包含基於程序之技術、基於組件之技術及/或物件導向技術。例如，可視需要使用ActiveX控制、C++目標、JavaBeans、微軟基礎類(MFC)、串流SIMD擴展(SSE)或其他技術或方法來實施程式指令。
在另一實施例中，處理器202可依本技術中已知之任何方式通信地耦合至晶圓量測工具200之各種組件或子系統之任何者。此外，處理器202可經組態以藉由可包含有線及/或無線部分之一傳輸媒體來自其他系統接收及/或獲取資料或資訊(例如來自一檢測系統(諸如一複查工具、 另一度量工具、包含設計資料之一遠端資料庫及其類似者)之複查結果)。依此方式，傳輸媒體可用作處理器202與晶圓量測工具200之其他子系統或晶圓量測工具200外之系統之間的一資料鏈路。
在一些實施例中，本文中所揭示之晶圓量測工具200及方法之各個步驟、功能及/或操作由以下之一或多者執行：電子電路、邏輯閘、多工器、可程式化邏輯裝置、ASIC、類比或數位控制/開關、微控制器或運算系統。實施方法(諸如本文中所描述之方法)之程式指令可在載體媒體上傳輸或儲存於載體媒體上。載體媒體可包含一儲存媒體，諸如一唯讀記憶體、一隨機存取記憶體、一磁碟或光碟、一非揮發性記憶體、一固態記憶體、一磁帶及其類似者。一載體媒體可包含一傳輸媒體，諸如一電線、電纜或無線傳輸鏈路。例如，本發明中所描述之各個步驟可由一單一處理器202(或電腦系統)或替代地，多個處理器202(或多個電腦系統)執行。此外，晶圓量測工具200之不同子系統可包含一或多個運算或邏輯系統。因此，以上描述不應被解譯為本發明之一限制，而是僅為一說明。
在一例項中，圖5中之晶圓量測工具200可包含：一照明系統，其照射一目標；一度量系統201，其擷取藉由照明系統與晶圓205上之一目標、裝置或特徵相互作用(或無相互作用)所提供之相關資訊；及一處理器202，其使用一或多個演算法來分析收集資訊。
晶圓量測工具200可包含可用於度量各種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)一光譜橢偏儀(SE)、具有多個照明角之一SE、度量穆勒矩陣元素(例如，使用(若干)旋轉補償器)之一SE、一單波長橢偏儀、一光束分佈橢偏儀(角解析橢偏儀)、一光束分佈反射儀(角解析反射儀)、一寬頻反射光譜儀(光譜反射 儀)、一單波長反射儀、一角解析反射儀、一成像系統或一散射計(例如散斑分析儀)。硬體組態可分離成離散作業系統或可組合成一單一工具。
特定硬體組態之照明系統可包含一或多個光源。光源可產生僅具有一種波長之光(即，單色光)、具有多種離散波長之光(即，多色光)、具有多種波長之光(即，寬頻光)及/或連續或在波長之間跳躍掃過波長之光(即，可調諧源或掃掠源)。適合光源之實例係一白光源、一紫外線(UV)雷射、一弧光燈或一無電極燈、一雷射持續電漿(LSP)源、一超連續源(諸如一寬頻雷射源)、較短波長源(諸如X射線源)、極UV源或其等之一些組合。光源亦可經組態以提供具有足夠亮度之光，在一些情況中，亮度可為大於約1W/(nm．cm2Sr)之一亮度。晶圓量測工具200亦可包含對光源之一快速回饋用於穩定其功率及波長。光源之輸出可經由自由空間傳播來傳遞，或在一些情況中，經由任何類型之光纖或光導來傳遞。
晶圓量測工具200可經設計以進行與半導體製造相關之諸多不同類型之度量。例如，在特定實施例中，晶圓量測工具200可度量一或多個目標之特性，諸如臨界尺寸、重疊、側壁角、膜厚度或程序相關參數(例如焦點及/或劑量)。目標可包含具週期性之特定關注區域，諸如記憶體晶粒中之光柵。目標可包含其厚度可由晶圓量測工具200度量之多個層(或膜)。目標可包含放置於(或已存在於)半導體晶圓上以供使用之目標設計，諸如使用對準及/或重疊配準操作。特定目標可位於半導體晶圓上之各個位置處。例如，目標可位於切割道內(例如，在晶粒之間)及/或位於晶粒本身中。在特定實施例中，由相同或多個量測工具度量(同時或在不同時間)多個目標。可組合來自此等度量之資料。來自量測工具之資料可用於半導體製程中(例如)以前饋、回饋及/或側饋校正至程序(例如微影、蝕 刻)且因此可產生一完整程序控制解決方案。
為提高度量準確度及與實際裝置特性之匹配且改良晶粒中或裝置上之度量，已提出各種量測實施方案。例如，可使用基於主要反射光學器件之聚焦光束橢偏量測。可使用變跡器來減輕引起照射光斑擴散超過由幾何光學器件界定之大小的光學繞射之效應。使用具有同時多入射角照明之高數值孔徑工具係達成小目標能力之另一方式。其他度量實例可包含度量半導體堆疊之一或多個層之組合物、度量晶圓上(或晶圓內)之特定缺陷及度量暴露於晶圓之光微影輻射量。在一些情況中，一量測工具及演算法可經組態用於度量非週期性目標。
關注參數之度量通常涉及若干演算法。例如，入射光束與樣品之光學相互作用可使用一電磁(EM)求解器來模型化且可使用演算法，諸如嚴格耦合波分析(RCWA)、有限元法(FEM)、矩量法、表面積分法、體積積分法、時域有限差分法(FDTD)及其他。關注目標通常使用一幾何引擎或在一些情況中，程序模型化引擎或兩者之一組合來模型化(參數化)。可實施一幾何引擎，諸如KLA-Tencor之AcuShape軟體產品。
可藉由包含以下各者之諸多資料擬合及最佳化技藝及技術來分析所收集之資料：庫；快速降階模型；回歸；機器學習演算法，諸如神經網路及支援向量機(SVM)；降維演算法，諸如主成分分析(PCA)、獨立成分分析(ICA)及局部線性嵌入(LLE)；稀疏表示，諸如傅立葉或小波變換；卡爾曼(Kalman)濾波；用於促進相同或不同工具類型之匹配的演算法；及其他。亦可藉由不包含模型化、最佳化及/或擬合之演算法來分析所收集之資料。
通常針對量測應用來最佳化運算演算法，其中使用一或多 個方法，諸如運算硬體之設計及實施、並行化、運算分佈、負載平衡、多服務支援或動態負載最佳化。可在硬體、軟體、場可程式化閘陣列(FPGA)及可程式化光學組件等等中完成演算法之不同實施方案。
資料分析及擬合步驟通常追求一或多個目標。例如，目標可為CD、側壁角(SWA)、形狀、應力、成分、膜、帶隙、電性質、焦點/劑量、重疊、產生程序參數(例如抗蝕劑狀態、分壓、溫度及聚焦模型)及/或其任何組合的度量。目標可為量測系統之模型化及/或設計。目標亦可為量測目標之模型化、設計及/或最佳化。
本發明之實施例涉及半導體量測之領域且不受限於上文所概述之硬體、演算法/軟體實施方案及架構及使用情況。
可如本文中所描述般執行方法之各步驟。方法亦可包含可由本文中所描述之控制器及/或(若干)電腦子系統或系統執行之(若干)任何其他步驟。步驟可由可根據本文中所描述之任何實施例來組態的一或多個電腦系統執行。另外，上文所描述之方法可由本文中所描述之任何系統實施例執行。
儘管已相對於一或多個特定實施例來描述本發明，但應瞭解，可在不脫離本發明之範疇的情況下進行本發明之其他實施例。因此，可認為本發明僅受隨附申請專利範圍及其合理解譯限制。
100:方法
101:使用一晶圓量測工具來度量一半導體晶圓上之一目標之一表面
102:確定表面之一體素圖以匹配藉由其他度量所獲得之幾何形狀且使用預期材料之散射密度

Claims (20)

  1. 一種用於半導體量測之方法，其包括：使用一晶圓量測工具來度量一半導體晶圓上之一目標之一表面；及使用一處理器來確定該表面之一體素圖以匹配幾何形狀度量且使用預期材料之散射密度，其中發生所有確定表面體素之該散射密度之一致換算。
  2. 如請求項1之方法，其中該晶圓量測工具係一臨界尺寸掃描電子顯微鏡。
  3. 如請求項1之方法，其中該晶圓量測工具係一反射小角度x射線散射計，且其中該方法進一步包括使用反射模式中所組態之一度量工具來度量該目標之該表面。
  4. 如請求項3之方法，其中該度量工具係一透射小角度x射線散射計。
  5. 如請求項1之方法，其中該晶圓量測工具係一光學散射計，且其中該方法進一步包括使用經組態以使用一透射技術之一度量工具來度量該目標之該表面。
  6. 如請求項5之方法，其中該度量工具係一透射小角度x射線散射計。
  7. 如請求項1之方法，其中度量該目標之該表面包含度量該目標之一幾何形狀以提供該等幾何形狀度量。
  8. 如請求項1之方法，其中體素自與該目標之材料相關聯之一組值取得散射值。
  9. 如請求項8之方法，其中該等散射值連續浮動。
  10. 一種用於半導體量測之系統，其包括：一晶圓量測工具，其經組態以度量一半導體晶圓上之一目標之一表面；及一處理器，其與該晶圓量測工具電子通信，其中該處理器經組態以確定該表面之一體素圖以匹配幾何形狀度量且使用預期材料之散射密度，其中發生所有確定表面體素之該散射密度之一致換算。
  11. 如請求項10之系統，其中該晶圓量測工具係一臨界尺寸掃描電子顯微鏡。
  12. 如請求項10之系統，其中該晶圓量測工具係一反射小角度x射線散射計，且其中該系統進一步包括與該處理器電子通信之經組態以使用一反射模式之一度量工具。
  13. 如請求項12之系統，其中該度量工具係一透射小角度x射線散射計。
  14. 如請求項10之系統，其中該晶圓量測工具係一光學散射計，且其中該系統進一步包括與該處理器電子通信之經組態以使用一透射技術之一度量工具。
  15. 如請求項14之系統，其中該度量工具係一透射小角度x射線散射計。
  16. 如請求項10之系統，其中該系統進一步包括與該處理器電子通信之經組態以使用一透射技術之一度量工具，且其中該晶圓量測工具進一步經組態以度量該目標之一幾何形狀。
  17. 如請求項16之系統，其中該晶圓量測工具係一反射小角度x射線散射計或一光學散射計，且其中該度量工具係一透射小角度x射線散射計。
  18. 如請求項16之系統，其中該系統進一步包括經組態以儲存與該目標之材料相關聯之複數個散射值的一電子資料儲存單元，其中該電子資料儲存單元與該處理器電子通信。
  19. 如請求項18之系統，其中該處理器經組態以自該等體素之該組值取得散射值。
  20. 如請求項19之系統，其中該等散射值連續浮動。
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