專利名稱：復(fù)雜層結(jié)構(gòu)的厚度分解的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量復(fù)雜層結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)的方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體裝置以及諸如平板顯示器、MEMS和存儲盤等的類似產(chǎn)品的制造過程涉及在其中對層進(jìn)行淀積、蝕刻、涂層和拋光磨蝕的大量過程步驟。為了控制在生產(chǎn)線上運(yùn)行的每個(gè)單元的過程步驟性能，重要的是監(jiān)測相應(yīng)過程步驟之前、之中和之后的層的物理參數(shù)。部分過程步驟涉及層的選擇性蝕刻或淀積，以便在晶片上形成圖案，例如金屬線、電介質(zhì)或Si溝槽光刻膠圖案等。
測量層厚度的方法是眾所周知的，其中可包括反射法，在其中，來自層的頂面的反射光與層的底部界面之間的干擾可追溯到層厚度、折射率和消光系數(shù)，以及橢圓光度法，在其中，從頂部與底面界面反射的光線之間的極性差異可追溯到層物理參數(shù)。
對樣本實(shí)現(xiàn)最精確的測量，在其中，層參數(shù)、即厚度、折射率和消光系數(shù)在測量光束點(diǎn)區(qū)域內(nèi)是恒定的。在過程中生產(chǎn)的單元、如半導(dǎo)體裝置從極復(fù)雜的圖案結(jié)構(gòu)中構(gòu)成，其中在裝置的不同位置具有不同的層厚度。圖案的空間和寬度不同，但可小于0.1微米，以及技術(shù)的需求不斷要求更小的特征。
在生產(chǎn)線上用于監(jiān)測過程性能的常用方法沒有包含測量已構(gòu)圖區(qū)域上的生產(chǎn)單元，而是采用沒有預(yù)先構(gòu)圖的樣本，它們通過此過程，然后采用單層測量技術(shù)的傳統(tǒng)方法來測量。
避免復(fù)雜圖案結(jié)構(gòu)的另一種方式是在測量工具中包括復(fù)雜的校準(zhǔn)機(jī)制，它利用視覺系統(tǒng)來描繪裝置，利用模式識別算法來查找裝置中大的非已構(gòu)圖區(qū)域，以及利用高精度裝置把測量點(diǎn)導(dǎo)航到非已構(gòu)圖區(qū)域。該方法要求測量點(diǎn)足夠小，以適合生產(chǎn)單元內(nèi)的非已構(gòu)圖區(qū)域。一旦校準(zhǔn)完成，則利用傳統(tǒng)方法對非已構(gòu)圖區(qū)域進(jìn)行測量。在這里參照

圖1b的測量在制造過程中在晶片的非已構(gòu)圖區(qū)域之間選擇的點(diǎn)的一個(gè)實(shí)例，從其中可得到厚度D。
以上方法在用于生產(chǎn)線時(shí)具有限制。對明顯樣本或者對非已構(gòu)圖區(qū)域的測量沒有始終與出現(xiàn)不同物理現(xiàn)象的已構(gòu)圖區(qū)域之上的層的確切厚度相關(guān)。產(chǎn)生測試樣本所需的特殊運(yùn)行具有減小使用機(jī)器的實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間的效果，消耗附加原料。另一方面，采用校準(zhǔn)技術(shù)測量實(shí)際生產(chǎn)單元花費(fèi)時(shí)間，要求復(fù)雜的硬件，并且無法在處理室內(nèi)執(zhí)行以便實(shí)時(shí)監(jiān)測過程。
PCT專利申請No.WO0012958描述了一種稱作TMS的測量系統(tǒng)，它利用從已構(gòu)圖裝置表面的層中反射的寬點(diǎn)光束對透明層、具體為SiO2層的厚度的橫向變化進(jìn)行測量。與現(xiàn)有方法不同，它甚至可用于如圖1c所示的晶片的大量已構(gòu)圖區(qū)域。反射系數(shù)通常被轉(zhuǎn)化為頻域，從其中能夠通過把與其相關(guān)的信息與來自具有不同參數(shù)的層的信息分隔開，來確定SiO2層物理參數(shù)。
伴隨TMS方法的一個(gè)缺點(diǎn)在于，對測量的分辨率存在限制。隨著晶片層變得更小，就更難以利用TMS來分辨層，并且更高的分辨精度要求更密集的計(jì)算。更密集的計(jì)算損害了TMS的主要優(yōu)點(diǎn)-能夠?qū)崟r(shí)工作。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，因此提供一種用于測量半導(dǎo)體晶片的已構(gòu)圖區(qū)域上的層厚度的厚度測量設(shè)備，該設(shè)備包括頻譜分析儀，用于獲取從已構(gòu)圖區(qū)域提取的反射數(shù)據(jù)，并從其中獲取頻譜。
峰值檢測器，與頻譜分析儀關(guān)聯(lián)，用于搜索頻譜以便查找頻譜中的峰值頻率，峰值檢測器可用于把搜索限制到與學(xué)習(xí)階段找到的峰值頻率對應(yīng)的區(qū)域，頻率濾波器，與峰值檢測器關(guān)聯(lián)，用于對關(guān)于峰值頻率的頻譜進(jìn)行濾波，以及最大似然擬合器，用于采用在學(xué)習(xí)階段得到的參數(shù)來執(zhí)行對已濾波頻譜的最大似然擬合，以便至少獲得層厚度。
反射數(shù)據(jù)最好是從已構(gòu)圖區(qū)域的多色光照射來獲取。
頻譜分析儀最好包括分光計(jì)、色散校正器、波數(shù)變換器和傅立葉變換器。
在學(xué)習(xí)階段發(fā)現(xiàn)的峰值頻率最好對應(yīng)于初始樣本的層厚度。
初始樣本的層厚度最好是通過采用光譜分析來構(gòu)建比頻譜分析儀所得到的分辨率更高的分辨率的頻譜。
頻率濾波器最好可用于查找各峰值的任一側(cè)的最小值，以及通過對最小值所定義的范圍進(jìn)行濾波來執(zhí)行各峰值的濾波。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于測量半導(dǎo)體晶片的已構(gòu)圖區(qū)域上的層厚度的厚度測量設(shè)備，該設(shè)備包括a)輸入頻譜分析儀，用于從半導(dǎo)體晶片的相應(yīng)已構(gòu)圖區(qū)域獲取反射頻譜，b)學(xué)習(xí)模式單元，包括峰值檢測器，與頻譜分析儀關(guān)聯(lián)，用于搜索頻譜以便查找頻譜中的峰值頻率，峰值檢測器可用于把搜索限制到與已構(gòu)圖區(qū)域中的層的預(yù)計(jì)厚度對應(yīng)的區(qū)域，頻率濾波器，與峰值檢測器關(guān)聯(lián)，用于對關(guān)于峰值頻率的頻譜進(jìn)行濾波，高分辨率頻譜分析儀，用于從已濾波頻譜中獲取參數(shù)，用于最大似然擬合，以及最大似然擬合器，用于采用參數(shù)來執(zhí)行對已濾波頻譜的最大似然擬合，以便獲得學(xué)習(xí)模式層厚度；以及c)運(yùn)行模式單元，包括峰值檢測器，與頻譜分析儀關(guān)聯(lián)，用于搜索頻譜以便查找頻譜中的峰值頻率，峰值檢測器可用于把搜索限制到與學(xué)習(xí)模式單元所找到的峰值頻率對應(yīng)的區(qū)域，頻率濾波器，與峰值檢測器關(guān)聯(lián)，用于對關(guān)于峰值頻率的頻譜進(jìn)行濾波，以及最大似然擬合器，用于采用學(xué)習(xí)模式單元所得到的參數(shù)來執(zhí)行對已濾波頻譜的最大似然擬合，以便獲得層厚度。
高分辨率頻譜分析儀可用于通過構(gòu)建比輸入頻譜分析儀所得到的分辨率更高的分辨率的新頻譜，來得到參數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種用于測量半導(dǎo)體晶片的已構(gòu)圖區(qū)域上的層厚度的方法，該方法包括獲取從已構(gòu)圖區(qū)域提取的反射數(shù)據(jù)，從其中獲取頻譜，搜索頻譜以查找頻譜中的峰值頻率，該搜索限制到與學(xué)習(xí)階段中找到的峰值頻率對應(yīng)的區(qū)域，對有關(guān)峰值頻率的頻譜進(jìn)行濾波，以及采用在學(xué)習(xí)階段得到的參數(shù)來執(zhí)行對已濾波頻譜的最大似然擬合，以便獲得層厚度。
反射數(shù)據(jù)最好是從已構(gòu)圖區(qū)域的多色光照射來獲取。
獲取頻譜的步驟最好包括測量反射數(shù)據(jù)的頻譜，校正色散，變換波數(shù)以及執(zhí)行傅立葉變換。
在學(xué)習(xí)階段發(fā)現(xiàn)的峰值頻率最好對應(yīng)于初始樣本的層厚度。
初始樣本的層厚度最好是通過采用光譜分析來構(gòu)建比頻譜分析儀所得到的分辨率更高的分辨率的頻譜，在學(xué)習(xí)階段中確定。
對頻譜的濾波最好包括查找各峰值的任一側(cè)的最小值，以及執(zhí)行對最小值所定義的范圍上的各峰值的濾波。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種用于測量半導(dǎo)體晶片的已構(gòu)圖區(qū)域上的層厚度的方法，包括a)從半導(dǎo)體晶片的相應(yīng)已構(gòu)圖區(qū)域獲取反射頻譜的階段，b)學(xué)習(xí)階段，包括搜索頻譜以查找頻譜中的峰值頻率，同時(shí)把搜索限制到與已構(gòu)圖區(qū)域中的層的預(yù)計(jì)厚度對應(yīng)的區(qū)域，對有關(guān)峰值頻率的頻譜進(jìn)行濾波，從已濾波頻譜中獲取參數(shù)，用于最大似然擬合，以及采用參數(shù)來執(zhí)行對已濾波頻譜的最大似然擬合，以便獲得學(xué)習(xí)模式層厚度；以及c)運(yùn)行階段，包括搜索頻譜以查找頻譜中的峰值頻率，同時(shí)把搜索限制到與學(xué)習(xí)階段中找到的峰值頻率對應(yīng)的區(qū)域，對有關(guān)峰值頻率的頻譜進(jìn)行濾波，以及采用在學(xué)習(xí)階段得到的參數(shù)來執(zhí)行對已濾波頻譜的最大似然擬合，以便獲得層厚度。
從已濾波頻譜中獲取用于最大似然擬合的階段包括構(gòu)建所得反射頻譜的更高分辨率形式。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供用于控制半導(dǎo)體晶片生產(chǎn)線的設(shè)備，生產(chǎn)線具有多個(gè)站，連續(xù)站用于對晶片執(zhí)行連續(xù)過程，以便向晶片添加特征，站的至少一個(gè)具有測量單元，用于對相應(yīng)晶片的已構(gòu)圖表面部分提供層的測量，測量單元包括光譜分析儀，用于獲取從已構(gòu)圖區(qū)域提取的反射數(shù)據(jù)，并從其中獲取頻譜。
峰值檢測器，與頻譜分析儀關(guān)聯(lián)，用于搜索頻譜以便查找頻譜中的峰值頻率，同時(shí)把搜索限制到與學(xué)習(xí)階段中找到的峰值頻率對應(yīng)的區(qū)域，頻率濾波器，與峰值檢測器關(guān)聯(lián)，用于對關(guān)于峰值頻率的頻譜進(jìn)行濾波，以及最大似然擬合器，用于采用在學(xué)習(xí)階段得到的參數(shù)來執(zhí)行對已濾波頻譜的最大似然擬合，以便獲得層厚度。
反射數(shù)據(jù)最好是從已構(gòu)圖區(qū)域的多色光照射來獲取。
頻譜分析儀包括分光計(jì)、色散校正器、波數(shù)變換器和傅立葉變換器。
在學(xué)習(xí)階段發(fā)現(xiàn)的峰值頻率最好對應(yīng)于初始樣本的層厚度。
初始樣本的層厚度最好是通過采用光譜分析來構(gòu)建比頻譜分析儀所得到的分辨率更高的分辨率的頻譜，在學(xué)習(xí)階段中確定。
頻率濾波器最好可用于查找各峰值的任一側(cè)的最小值，以及通過對最小值所定義的范圍進(jìn)行濾波來執(zhí)行各峰值的濾波。
測量單元最好設(shè)置為在給定站的處理過程之前、之中和之后進(jìn)行厚度測量。厚度測量則可用來提供對晶片生產(chǎn)過程的控制。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供用于控制半導(dǎo)體晶片生產(chǎn)線的設(shè)備，生產(chǎn)線具有多個(gè)站，連續(xù)站用于對晶片執(zhí)行連續(xù)過程，以便向晶片添加特征，站的至少一個(gè)具有測量單元，用于對相應(yīng)晶片的已構(gòu)圖表面部分提供層的測量，測量單元包括a)輸入頻譜分析儀，用于從半導(dǎo)體晶片的相應(yīng)已構(gòu)圖區(qū)域獲取反射頻譜，b)學(xué)習(xí)模式單元，包括峰值檢測器，與頻譜分析儀關(guān)聯(lián)，用于搜索頻譜以便查找頻譜中的峰值頻率，同時(shí)把搜索限制到與已構(gòu)圖區(qū)域中的層的預(yù)計(jì)厚度對應(yīng)的區(qū)域，頻率濾波器，與峰值檢測器關(guān)聯(lián)，用于對關(guān)于峰值頻率的頻譜進(jìn)行濾波，高分辨率頻譜分析儀，用于從已濾波頻譜中獲取參數(shù)，用于最大似然擬合，以及最大似然擬合器，用于采用參數(shù)來執(zhí)行對已濾波頻譜的最大似然擬合，以便獲得學(xué)習(xí)模式層厚度；以及c)運(yùn)行模式單元，包括峰值檢測器，與頻譜分析儀關(guān)聯(lián)，用于搜索頻譜以便查找頻譜中的峰值頻率，同時(shí)把搜索限制到與學(xué)習(xí)模式單元所找到的峰值頻率對應(yīng)的區(qū)域，頻率濾波器，與峰值檢測器關(guān)聯(lián)，用于對關(guān)于峰值頻率的頻譜進(jìn)行濾波，以及最大似然擬合器，用于采用學(xué)習(xí)模式單元所得到的參數(shù)來執(zhí)行對已濾波頻譜的最大似然擬合，以便獲得層厚度。
高分辨率頻譜分析儀可用于通過構(gòu)建比輸入頻譜分析儀所得到的分辨率更高的分辨率的新頻譜，來得到參數(shù)。
測量單元最好設(shè)置為在給定站的處理過程之前、之中和之后進(jìn)行厚度測量。測量則可用來提供對過程的控制。
附圖簡介為了更好地理解本發(fā)明以及說明如何實(shí)現(xiàn)相同的方法，下面僅作為實(shí)例，參照附圖來進(jìn)行說明。
現(xiàn)在具體參照詳細(xì)附圖，要強(qiáng)調(diào)的是，所述詳細(xì)情況作為實(shí)例，僅用于對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的說明性論述，并且提出的目的是為了提供被認(rèn)為是對本發(fā)明的原理及概念方面的最有用且易于理解的描述。在這方面，無意更詳細(xì)地說明基本了解本發(fā)明所需情況之外的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，結(jié)合附圖的說明使本領(lǐng)域的技術(shù)人員清楚地知道實(shí)際上體現(xiàn)本發(fā)明的若干形式。附圖包括圖1A是沒有任何圖案的分層產(chǎn)品晶片產(chǎn)品的簡化圖，圖1B是帶有基礎(chǔ)圖案、如金屬線的分層產(chǎn)品晶片的簡化圖。晶片還具有非已構(gòu)圖區(qū)域，在其中仍然可執(zhí)行厚度測量的傳統(tǒng)方法，圖1C是與圖1B相似的、但在整個(gè)晶片上引入了圖案的分層晶片的簡化圖，并表示對已構(gòu)圖區(qū)域執(zhí)行的測量，
圖2是簡化射線圖，說明光反射如何可用于采用TMS系統(tǒng)來獲取分層晶片產(chǎn)品中的層厚度的信息，圖3是簡化框圖，表示根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的兩部分層厚度測量設(shè)備，圖4是簡化框圖，更詳細(xì)地表示圖3的學(xué)習(xí)模式單元，圖5是簡化流程圖，表示與圖3的學(xué)習(xí)模式單元配合使用的學(xué)習(xí)模式過程，圖6是簡化流程圖，表示用于在學(xué)習(xí)模式計(jì)算高分辨率頻譜的過程，圖7是簡化流程圖，表示對學(xué)習(xí)以及運(yùn)行模式兩者的最大似然擬合的方法，圖8是簡化框圖，更詳細(xì)地表示圖3的運(yùn)行模式單元，以及圖9是簡化流程圖，表示與圖8的運(yùn)行模式單元配合使用的過程。
優(yōu)選實(shí)施例說明本實(shí)施例描述兩級系統(tǒng)，它采用PCT專利申請No.WO0012958的TMS系統(tǒng)，其內(nèi)容通過引用完整地結(jié)合于此。在第一學(xué)習(xí)級中，對給定制造階段進(jìn)行半導(dǎo)體晶片產(chǎn)品的典型樣本的基于TMS的層表征。采用這類技術(shù)進(jìn)行比以前更高分辨率頻譜的估算，以盡量精確地執(zhí)行這個(gè)階段。這類技術(shù)是高計(jì)算密集的，因此目前不適合于實(shí)時(shí)處理過程。高分辨率頻譜的估算用來產(chǎn)生最大似然擬合的起始點(diǎn)。在第二級，采取對到達(dá)給定級的實(shí)際半導(dǎo)體產(chǎn)品的測量，以及確定層厚度相對樣本的偏差。第二級還采用最大似然擬合，但是，在第二級中，最大似然估算通過從第一級得到的參數(shù)來確立。因此，在第二級，第一級的高分辨率估算最好被保留，即使計(jì)算所需的資源最好被減少。
在詳細(xì)說明本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例之前，應(yīng)理解本發(fā)明不限于它在以下描述中闡述或者在附圖中所示的構(gòu)造的詳細(xì)情況以及組件的配置的應(yīng)用。本發(fā)明適用于其它實(shí)施例或者以各種方式被實(shí)施或執(zhí)行。另外，應(yīng)理解本文所用的用語和術(shù)語是為了便于描述而不應(yīng)當(dāng)被視作限制。
作為對本發(fā)明的介紹，詳細(xì)論述PCT專利申請No.WO0012958的TMS測量方法。
現(xiàn)在參照圖1A，這是一個(gè)簡化圖，表示在生產(chǎn)過程中的中間級的硅片的截面。硅片2具有連接到其中的光阻層4。在圖1A中，光阻層4是均勻的，以及簡單測量是確定層的厚度D所需的全部。
現(xiàn)在參照圖1b，這是一個(gè)簡化圖，顯示在另一個(gè)中間處理級的硅層，在其中，開始進(jìn)行構(gòu)圖以便向芯片提供特征。更明確地說，金屬結(jié)構(gòu)6由二氧化硅(SiO2)層10覆蓋。如圖所示，可在表面的非已構(gòu)圖部分選取一個(gè)點(diǎn)，同樣只需要進(jìn)行簡單測量，以便獲得厚度D。
現(xiàn)在參照圖1c，這是一個(gè)簡化圖，表示在生產(chǎn)過程中的另一個(gè)中間級的另一個(gè)硅片的截面。在圖1c中，晶片2包括由SiO2層10覆蓋的一系列金屬線結(jié)構(gòu)6。下面將會更詳細(xì)說明的TMS測量系統(tǒng)極適合于測量透明或半透明薄膜的厚度。在當(dāng)前情況下，SiO2層10因金屬線結(jié)構(gòu)6而在不同位置上具有厚度差異。因此，在典型的晶片中可能存在已標(biāo)識的三個(gè)不同層厚度D1-D3。上述厚度差異在傳統(tǒng)的測量系統(tǒng)中是不可精確測量的。但是，TMS系統(tǒng)能夠測量被涂敷的晶片層或被移去的層中的這類厚度變化，此外，測量在原位并且實(shí)時(shí)達(dá)到一定的分辨率限度。TMS過程的操作的基本理論的以下描述將有助于理解這是如何實(shí)現(xiàn)的。
現(xiàn)在參照圖2，這是一個(gè)簡化射線圖，表示以某個(gè)角度到具有不同折射率的一系列層的光的入射。
在圖2中，包含三個(gè)透明層0、1和2的材料受到光束照射。入射線12到達(dá)第一層邊界14，從而被分離成反射線16和折射線18。折射線18到達(dá)第二層邊界20，并再次被分離。這時(shí)僅表示了反射線22。當(dāng)折射線22到達(dá)第一邊界14時(shí)，再次被折射，從而包含第三折射線24。
對于采用通過利用多波長光所得到的反射圖案來測量透明薄膜的厚度，若干方法是已知的。當(dāng)圖2所示的光束為單色(單波長)光束并到達(dá)透明薄膜時(shí)，光束的一部分從頂面(第0層/第1層分界面)反射，以及一部分從底面(第1層/第2層分界面)反射。
數(shù)學(xué)表達(dá)如圖2所示λ為光的波長；Φ0是入射光(以及從第0層/第1層分界面反射的光線)的相位角；Φ0+Φ1是從第1層/第2層分界面反射的光線的相位角；r01是第0層/第1層分界面的菲涅爾反射系數(shù)；r12是第1層/第2層分界面的菲涅爾反射系數(shù)；以及t01是第0層/第1層分界面的菲涅爾透射系數(shù)；t10是第1層/第0層分界面的菲涅爾透射系數(shù)；I為入射光的強(qiáng)度I＝Io cos(2πct/λ+φo)(等式1)其中，I0為最大強(qiáng)度幅度，以及c為光速。
對于垂直于薄膜表面到達(dá)的光線，來自頂面和底面的反射系數(shù)為r01＝(n1-n0)/(n1+n0) (等式2a)r12＝(n2-n1)/(n2+n1) (等式2b)t01＝2n0/(n1+n0) (等式2c)t10＝2n1/(n1+n0) (等式2d)其中，n0、n1、n2分別是第0層、第1層和第2層的折射率。
從頂面反射的光干擾從底面反射的光，給出整體反射系數(shù)(R)，它是層厚度與層折射率的函數(shù)。這種反射可通過眾所周知的菲涅爾方程來描述，如下所示
R＝(r012+r122+2r01r12cos2Φ1)/(1+r012r122+2r01r12cos2Φ1) (等式3)其中Φ1＝2πn1d1/λ (等式4)其中d1-層厚度。
采用多波長光(白光)照射薄膜以及以每個(gè)波長(λ)測量反射率，給出R，作為λ的函數(shù)，即R(λ)。
以大的多波長光點(diǎn)照射具有復(fù)合(即橫向變化)分布的產(chǎn)品晶片產(chǎn)生反射光束，它是單獨(dú)取出的厚度的每個(gè)獨(dú)立反射的合成。
R(λ，d1，...，dn)＝∑i(r(i-1)，i2+ri(i+1)2+2r(i-1)，iri(i+1)cos2Φi)/(1+r(i-1)，i2ri(i+1)2+2r(i-1)，iri(i+1)cos2Φi) (等式5a)要注意，等式5應(yīng)用于多層的情況。對于橫向的情況，即在厚度的橫向變化的情況下，可寫為R(λ，d1，...，dn)＝∑iR(λ，di)(等式5b)通過簡單數(shù)學(xué)運(yùn)算，能夠把反射系數(shù)表達(dá)為R(λ，d1，..dn)＝∑i[1-Ai/(1+BiCos(2Φi))]*Gi(等式6)其中Ai＝(1-r(i-1)，i2)(1-ri(i+1)2)/(1+r(i-1)，i2ri(i+1)2)；(等式6a)Bi＝2r(i-1)，iri(i+1)/(1+r(i-1)，i2ri(i+1)2) (等式6b)以及Gi是描述具有厚度di的給定層對多厚度結(jié)構(gòu)的總反射的相對影響的因子。
應(yīng)用反射系數(shù)的頻率分解的多個(gè)方法中的任一種可提供每個(gè)變元(Φi)，以及從等式3和等式4，能夠確定層厚度，假定層的折射率為已知?；蛘?，如果層厚度為已知，則能夠確定層折射率。
有若干方式來執(zhí)行頻率分解，其中的一部分如以下所建議數(shù)學(xué)分解
1)正交變換方法的系列，例如傅立葉變換，2)基于最大似然原理的方法的系列，3)基于參數(shù)模型的方法的系列4)子空間分解方法的系列。
電分解電頻率濾波器廣泛用于電氣系統(tǒng)和電子系統(tǒng)。這類濾波器用于定義頻域中的窗口，以及輸出窗口的范圍內(nèi)的輸入信號的成分的幅度。通過一組濾波器或者具有可變頻率的單濾波器傳遞反射信號(被轉(zhuǎn)換為電信號)提供預(yù)期分解。
上述方法即所列數(shù)學(xué)方法和電分解方法的每一種在單獨(dú)使用時(shí)，在諸如硅芯片生產(chǎn)線等的實(shí)施環(huán)境的狀態(tài)中有其自身的限制。正交變換、尤其是傅立葉變換是快速且易于使用的，但限制于所提供的分辨率等級。眾所周知的關(guān)系，瑞利極限規(guī)定，對有限變元T1...Tn執(zhí)行的傅立葉變換具有最小頻率分辨率Dfmin＝1/(Tn-T1)。在光線處于UV-可見范圍內(nèi)、例如從300nm至1000nm的白光，并且介電層是例如具有折射率1.45的SiO2的情況下，最小厚度分辨率大約為148nm，它在一些情況下對于預(yù)期要控制的橫向厚度變化的等級是不夠的。
利用最大似然原理的方法包括采用層數(shù)和物理參數(shù)(d，n和k)作為變量來擬合反射系數(shù)數(shù)據(jù)與理論反射系數(shù)，并改變那些變量，直到實(shí)現(xiàn)最佳擬合。在實(shí)際生產(chǎn)線上，對相干變量的必要先驗(yàn)知識可能受到限制，并且只可通過廣泛分析來發(fā)現(xiàn)，它對于被測試樣本可能是破壞性的。沒有對變量的先驗(yàn)知識，擬合算法過于復(fù)雜而無法提供準(zhǔn)確結(jié)果，耗費(fèi)長時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，并且在一些情況下可能導(dǎo)致無效結(jié)果?；谧畲笏迫坏姆椒▽τ谶^程監(jiān)測和控制所需的實(shí)時(shí)測量的種類是不可行的。
把基于參數(shù)模型的方法與子空間分解進(jìn)行比較，后者提供更好的光譜分辨率。另一方面，相應(yīng)的計(jì)算費(fèi)用大致相等。此外，可用的參數(shù)模型方法主要用于隨機(jī)類型信號。相反，在本發(fā)明中所考慮的信號的種類通常是確定性的并且形式為正弦的。(參見等式3)子空間分解的方法一般專用于獨(dú)立信號源的光譜分析。然而，如果說在晶片層結(jié)構(gòu)中，信號源、即層邊界實(shí)際上能夠勝任獨(dú)立源，這是不正確的。每個(gè)層邊界確實(shí)產(chǎn)生其自身的信號。例如，在金屬線圖案之上的介電層的淀積中，金屬線之上的電介質(zhì)的厚度以及金屬線之間的電介質(zhì)厚度是兩個(gè)不同的厚度，它們必需被單獨(dú)處理，但它們并不是彼此無關(guān)的，因?yàn)榈矸e層厚度的變化同時(shí)改變它們兩者。盡管上述缺點(diǎn)，但如果對適當(dāng)數(shù)據(jù)正確執(zhí)行，則子空間分解技術(shù)能夠以比傅立葉變換更好的分辨率來分離這些層。但是，生產(chǎn)線環(huán)境中固有的限制以及子空間混合的問題限制了結(jié)果的精度和穩(wěn)定性。子空間分解方法在用于測量晶片厚度時(shí)，通常傾向于提供帶系統(tǒng)偏移的結(jié)果。
現(xiàn)在參照圖3，這是一個(gè)簡化圖，表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的兩級測量系統(tǒng)。學(xué)習(xí)模式單元30執(zhí)行TMS結(jié)果的傅立葉分析、高分辨率分析以及最大似然擬合，并設(shè)置成與運(yùn)行模式單元32關(guān)聯(lián)，它對實(shí)時(shí)TMS結(jié)果執(zhí)行傅立葉分析和最大似然擬合。如上所述，利用最大似然方法的主要困難在于獲取擬合過程的初始值的方面。因此，本實(shí)施例執(zhí)行對樣本的非實(shí)時(shí)分析，以及非實(shí)時(shí)分析的結(jié)果用作實(shí)時(shí)最大似然擬合的起始點(diǎn)。在學(xué)習(xí)模式中，高分辨率頻譜被構(gòu)建，最好是通過子空間分解方法，如下面將要說明的那樣，以便得到最大似然擬合的起始點(diǎn)。該方法從一組試驗(yàn)樣本中查找極精確的結(jié)果，這些結(jié)果然后用作確立實(shí)時(shí)測量模式的參數(shù)，它包含最大似然過程，但沒有計(jì)算高分辨率頻譜。因此，學(xué)習(xí)模式從一組試驗(yàn)樣本中得到精確的厚度數(shù)據(jù)，樣本是對過程的完全反映。學(xué)習(xí)模式最好在每次制造新圖案結(jié)構(gòu)時(shí)、每當(dāng)不同的材料被加入或者每當(dāng)不同的厚度范圍被加入時(shí)來執(zhí)行，使得它始終是過程的完全反映。學(xué)習(xí)模式結(jié)果則最好是以對于產(chǎn)品類型、過程類型和材料所指定的標(biāo)簽存儲在計(jì)算機(jī)存儲器中。
運(yùn)行模式單元32隨后每當(dāng)要求測量來控制層淀積過程時(shí)用于實(shí)時(shí)分析。運(yùn)行模式采用來自‘學(xué)習(xí)模式’的數(shù)據(jù)作為初始參數(shù)或初始估算，以便確立基于最大似然的過程，然后繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算，直到取得最終結(jié)果。因此，該系統(tǒng)克服了如上所述的最大似然以及高分辨率(子空間分解)兩種方法的缺點(diǎn)。由于極精確的先驗(yàn)知識從學(xué)習(xí)模式中獲得，因此最大似然估算能夠?qū)崟r(shí)提供穩(wěn)定且準(zhǔn)確的結(jié)果。
在以下附圖中，更詳細(xì)地考慮了學(xué)習(xí)和運(yùn)行階段。
1)學(xué)習(xí)模式現(xiàn)在參照圖4，這是一個(gè)簡化框圖，表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例、用于執(zhí)行上述學(xué)習(xí)模式的設(shè)備。同時(shí)參照圖5，這是一個(gè)流程圖，表示學(xué)習(xí)模式中涉及的過程。
操作的第一部分在學(xué)習(xí)和運(yùn)行兩種模式中相同。
在兩種情況下，初始頻譜通過分光計(jì)42取自樣本40的已構(gòu)圖表面。
利用層折射率的先驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用折射率色散(N[λ(i)])的波長軸的校正在連接到分光計(jì)42的下游的色散校正器44中執(zhí)行。校正最好通過分析公式根據(jù)層材料的類型來執(zhí)行，從而得λcor(i)＝λ(i)/N[λ(i)]，其中i＝1∶n。
其中，λcor(i)為經(jīng)校正波長，λ(i)為第i個(gè)波長，以及N[λ(i)]表示在波長λ的折射率N的色散函數(shù)。這時(shí)在經(jīng)校正波長λcor中為均勻的信號最好利用線性內(nèi)插被變換為在x＝2π/λcor中是均勻的。變換在連接到色散校正器46的下游的波數(shù)變換器48中執(zhí)行。
波數(shù)變換器48連接到傅立葉變換單元50，它對反射系數(shù)y＝R(x)執(zhí)行傅立葉變換，從而給出S(f)＝FT[y]預(yù)計(jì)厚度52的值52根據(jù)應(yīng)用的先前知識以及根據(jù)特定過程和產(chǎn)品來定義。與后續(xù)運(yùn)行模式相比，預(yù)計(jì)值不可能特別精確。
連接到傅立葉變換單元的下游的是標(biāo)準(zhǔn)峰值選擇器54。應(yīng)記得TMS信號包含與層邊界對應(yīng)的峰值，以及“標(biāo)準(zhǔn)”光譜峰值是分配給已變換信號中的有效峰值的名稱，它最接近與相應(yīng)預(yù)計(jì)厚度對應(yīng)的頻率值。標(biāo)準(zhǔn)峰值選擇器52采用預(yù)計(jì)厚度來得出信號中的起始點(diǎn)，并由此查找標(biāo)準(zhǔn)峰值。
用于厚度與頻率之間的變換的系數(shù)可由下列恒等式來定義厚度＝0.5*n/(1/λmin-1/λmax)*頻率其中，n為信號中的點(diǎn)數(shù)；λmin、λmax分別是已校正波長λcor的最小和最大波長因此，系數(shù)為0.5*n/(1/λmin-1/λmax)陣列可從已經(jīng)在已變換信號中標(biāo)識的所有標(biāo)準(zhǔn)峰值中選取。這種陣列在本文中稱作“VecPeak”，它表示構(gòu)成來自晶片的反射圖案的所有厚度。
標(biāo)準(zhǔn)峰值選擇器54的下游是頻譜濾波器56。頻譜濾波器的用途是查找預(yù)計(jì)厚度周圍的各種光譜或標(biāo)準(zhǔn)峰值的頻率界限。最好是通過查找引起與預(yù)計(jì)厚度對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)頻率峰值的頻率來獲得頻率界限。
具有已校正變元(R(λcor))的原始信號則由頻譜濾波器56進(jìn)行濾波，從而只保留信號的標(biāo)準(zhǔn)峰值部分，因?yàn)樗幱谏厦嬲业降倪吔缰畠?nèi)。
頻譜濾波器56之后跟隨高分辨率光譜分析儀58，在本文中又稱作高分辨率頻譜構(gòu)造器。已濾波光譜信號這時(shí)進(jìn)入推導(dǎo)具有比初始輸入頻譜更高分辨率的頻譜的數(shù)學(xué)過程。高分辨率光譜分析如圖6所示，這是一個(gè)簡化流程圖，表示用于產(chǎn)生高分辨率頻譜的分析的階段。
在第一級S1，第四階累積量取自已濾波信號。
對于給定信號，自相關(guān)矩陣(T)在級S2中從第四階累積量構(gòu)建。
在自相關(guān)矩陣形成之后，在級S3從自相關(guān)矩陣執(zhí)行SVD(單值分解)，因此T＝U*E*V+，其中，T是如上所述的自相關(guān)矩陣；E是以降序的自相關(guān)矩陣的本征值的對角矩陣；U是矩陣T的相應(yīng)本征向量的矩陣；V+是V的共軛轉(zhuǎn)置矩陣；V是T’的相應(yīng)本征向量的矩陣；以及T’是T的轉(zhuǎn)置矩陣。
在以上過程中，級S4查找模型的階(p)，它是等于最大本征值的數(shù)目的數(shù)量。該過程搜索與直接后繼本征值顯著不同的本征值，因而(E(p，p)＞＞E(p+1，p+1))。因此，在級S5，以上定義的模型的階能夠把關(guān)聯(lián)本征向量分為兩組，即跨越信號子空間Us的本征向量以及跨越正交噪聲子空間Un的本征向量U＝{Us|Un}。在級S6，高分辨率頻譜被創(chuàng)建，如下所述對于所得模型的階p以及數(shù)據(jù)集，計(jì)算高分辨率頻譜，如下所示SHR(f)＝1/[W(f)*W(f)*]，其中W(f)是頻率f的向量w的傅立葉變換；其中，w＝{1|(1-up x upT)-1Up*x up}；up和Up分別是第一行向量以及矩陣Us的其余部分。
標(biāo)號“*”表示共軛向量或矩陣；標(biāo)號“T”表示轉(zhuǎn)置向量或矩陣。
SHR(f)的最大值的位置這時(shí)可被認(rèn)為是初始厚度值(Dini)。
現(xiàn)在回到圖4，高分辨率頻譜分析儀58的下游是最大似然擬合器60。擬合器采用初始厚度值(Dini)來擬合已濾波數(shù)據(jù)集與等式(6)所定義的曲線。
其它參數(shù)Gini、Aini和Bini通過預(yù)先估算過程來獲得。擬合過程最好采用等式(6)的近似值1/(1+z)～1-z，并根據(jù)以下操作序列來獲取初始參數(shù)的分析決策，如圖7所示首先在S10，執(zhí)行搜索以確定所測量數(shù)據(jù)中的極值點(diǎn)xExt(m)、yExt(m)的坐標(biāo)；第二，在S11，進(jìn)行對數(shù)據(jù)yAver上的平均值的估算；第三，在S12，進(jìn)行對系統(tǒng)的系數(shù)的計(jì)算Cn＝Vxz，(等式7)其中，Cn＝y(tǒng)Ext(m)-yAver；以及V＝{V1|V2|V3...}-為系統(tǒng)矩陣，它由下式定義的列向量Vi組成yAverxcos[4πxxExt(m)xD(nD)]for i＝1；Vi＝{cos[4πxxExt(m)xD(i-1)]-cos[4πxxExt(m)xD(nD)]fori＝2∶nD；nD是所搜索厚度(Dini)的數(shù)量系統(tǒng)由等式(7)確定；即z＝V-1xCn以及在步驟S13中進(jìn)行對值A(chǔ)、G的確定，如下所述Aini＝z(1)/[z(1)+1]；z(i+1)/A for i＝2∶nD-1；Gini(i)＝{[z(1)xyAver-∑z(k)]/A for i＝nD.
k＝2∶nDBini＝const。
以上估算的參數(shù)Aini、Bini、Gini和Dini是對最大似然擬合的初始猜測。這個(gè)擬合的結(jié)果又包含學(xué)習(xí)模式的結(jié)果。在級S14，對于所找到的每個(gè)厚度，所確定的A、B、G和D的值最后存儲在數(shù)據(jù)庫72中。
2)運(yùn)行模式現(xiàn)在參照圖8，這是圖3的運(yùn)行單元32的簡化框圖。非常清楚，運(yùn)行模式單元與學(xué)習(xí)模式單元30相似但不是完全相同。
運(yùn)行模式單元30對于其操作要求由學(xué)習(xí)模式從已經(jīng)通過相同處理過程的樣本得到參數(shù)。
在運(yùn)行模式中，如學(xué)習(xí)模式中那樣，樣本40被照射，以及反射信息由分光計(jì)42獲得并分析。色散校正器44按照前面所述采用色散分析功能46。根據(jù)材料等的類型采用參數(shù)來執(zhí)行校正。
在波數(shù)變換器48，當(dāng)前在波長λ中均勻的信號到2n/λ中均勻的變換采用線性內(nèi)插來執(zhí)行。
如前面所述，信號通過傅立葉變換器50被變換為頻域。但是，當(dāng)它到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)峰值選擇器’70時(shí)，采用已經(jīng)在學(xué)習(xí)過程中得到的頻帶(或厚度)72作為起始點(diǎn)來進(jìn)行選擇，從其中找到實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)峰值，以便產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)頻譜。標(biāo)準(zhǔn)峰值選擇器’70的操作基于以下假設(shè)所測量的當(dāng)前厚度與在學(xué)習(xí)階段發(fā)現(xiàn)的厚度不同，但這種不同不是很明顯的。因此，對于圍繞預(yù)計(jì)厚度的小范圍的檢驗(yàn)應(yīng)當(dāng)找出實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)峰值，它可在預(yù)計(jì)厚度和偏移ΔD方面來描述。這樣，預(yù)計(jì)厚度對于給定過程是共同的，而偏移則是單獨(dú)晶片的屬性，并達(dá)到單獨(dú)厚度的更小程度。應(yīng)理解根本沒有檢測到可辨別峰值也是可能的，在這種情況下，相應(yīng)的厚度以及對應(yīng)的層被假定為不存在。
隨后，頻譜濾波器56可執(zhí)行對于學(xué)習(xí)過程所得到的、隨后相對實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)頻譜校正的頻帶內(nèi)的信號的帶通濾波。
在運(yùn)行模式中，沒有高分辨率頻譜分析儀。相反，擬合階段所需的參數(shù)直接從學(xué)習(xí)模式的數(shù)據(jù)庫72中取出。
最后，最大似然擬合器60利用在學(xué)習(xí)模式中找到的初始Gi、Ai、Bi作為優(yōu)化參數(shù)以及利用以上結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)峰值選擇器所述的偏移校正器過程所校正的Di+ΔD，來執(zhí)行如以上在學(xué)習(xí)模式中說明的擬合。
當(dāng)取得最佳擬合時(shí)，各種厚度Di的最終結(jié)果以及當(dāng)前樣本的區(qū)域比率Gi最好適當(dāng)?shù)卮鎯υ诳刂葡到y(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，和/或發(fā)送給系統(tǒng)的輸出單元，例如屏幕等的主機(jī)通信、過程工具通信等，以便構(gòu)成預(yù)期的過程的控制。
這樣，實(shí)現(xiàn)了精確、高分辨率的厚度測量系統(tǒng)，它實(shí)時(shí)工作，并且可用于提供晶片生產(chǎn)過程控制的測量。
雖然優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)描述成用于晶片制造，但是應(yīng)當(dāng)知道，該測量系統(tǒng)適用于需要薄膜或透明或半透明層的高分辨率實(shí)時(shí)厚度測量的任何情況。
應(yīng)當(dāng)知道，為了清楚起見本發(fā)明的某些特征是在獨(dú)立的實(shí)施例環(huán)境下進(jìn)行描述的，但它們也可結(jié)合在單個(gè)實(shí)施例中進(jìn)行。相反，為了簡潔起見，本發(fā)明的許多特征是在單個(gè)實(shí)施例環(huán)境中進(jìn)行描述的，但它們也可單獨(dú)或者在任何適當(dāng)?shù)脑俳M合中進(jìn)行。
除另有說明之外，本文所使用的所有科技術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員普遍理解的同樣的含義。雖然與本文所述的類似或等效的方法可用于實(shí)踐或本發(fā)明的測試，但本文描述了適合的方法。
本文所提到的所有發(fā)行物、專利申請、專利及其它參考均通過引用完整地結(jié)合于此。在沖突的情況下，將以專利申請、包括定義為準(zhǔn)。另外，材料、方法和實(shí)例只是說明性的，而不是意在限制。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會知道，本發(fā)明并不僅限于上文中表示和描述的實(shí)例。本發(fā)明的范圍而是由所附權(quán)利要求書來定義，并包括上文所述各種特征的組合及再組合，以及包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀以上說明時(shí)所想到的變更及修改。
權(quán)利要求
1.一種厚度測量設(shè)備，用于對半導(dǎo)體晶片的已構(gòu)圖區(qū)域測量層厚度，所述設(shè)備包括頻譜分析儀，用于獲取從已構(gòu)圖區(qū)域提取的反射數(shù)據(jù)，并從其中獲取頻譜；峰值檢測器，與所述頻譜分析儀關(guān)聯(lián)，用于搜索所述頻譜以便查找所述頻譜中的峰值頻率，所述峰值檢測器可用于把所述搜索限制到與學(xué)習(xí)階段找到的峰值頻率對應(yīng)的區(qū)域，頻率濾波器，與所述峰值檢測器關(guān)聯(lián)，用于對關(guān)于所述峰值頻率的所述頻譜進(jìn)行濾波，以及最大似然擬合器，用于采用在所述學(xué)習(xí)階段得到的參數(shù)來執(zhí)行對所述已濾波頻譜的最大似然擬合，以便至少獲得所述層厚度。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述反射數(shù)據(jù)從所述已構(gòu)圖區(qū)域的多色光照射中獲得。
3.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述頻譜分析儀包括分光計(jì)、色散校正器、波數(shù)變換器和傅立葉變換器。
4.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，在所述學(xué)習(xí)階段找到的所述峰值頻率對應(yīng)于初始樣本的層厚度。
5.如權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，所述初始樣本的所述層厚度通過采用光譜分析來構(gòu)建比所述頻譜分析儀所得到的分辨率更高的分辨率的頻譜，在所述學(xué)習(xí)階段中確定。
6.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述頻率濾波器可用于查找各峰值的任一側(cè)的最小值，以及通過對所述最小值所定義的范圍進(jìn)行濾波來執(zhí)行各峰值的濾波。
7.一種厚度測量設(shè)備，用于對半導(dǎo)體晶片的已構(gòu)圖區(qū)域測量層厚度，所述設(shè)備包括a)輸入頻譜分析儀，用于從半導(dǎo)體晶片的相應(yīng)已構(gòu)圖區(qū)域獲取反射頻譜，b)學(xué)習(xí)模式單元，包括峰值檢測器，與所述頻譜分析儀關(guān)聯(lián)，用于搜索所述頻譜以便查找所述頻譜中的峰值頻率，所述峰值檢測器可用于把所述搜索限制到與所述已構(gòu)圖區(qū)域中的層的預(yù)計(jì)厚度對應(yīng)的區(qū)域，頻率濾波器，與所述峰值檢測器關(guān)聯(lián)，用于對關(guān)于所述峰值頻率的所述頻譜進(jìn)行濾波，高分辨率頻譜分析儀，用于從所述已濾波頻譜中獲得參數(shù)，用于最大似然擬合，以及最大似然擬合器，用于采用所述參數(shù)來執(zhí)行對所述已濾波頻譜的最大似然擬合，以便至少獲得學(xué)習(xí)模式層厚度；以及c)運(yùn)行模式單元，包括峰值檢測器，與所述頻譜分析儀關(guān)聯(lián)，用于搜索所述頻譜以便查找所述頻譜中的峰值頻率，所述峰值檢測器可用于把所述搜索限制到與所述學(xué)習(xí)模式單元所找到的峰值頻率對應(yīng)的區(qū)域，頻率濾波器，與所述峰值檢測器關(guān)聯(lián)，用于對關(guān)于所述峰值頻率的所述頻譜進(jìn)行濾波，以及最大似然擬合器，用于采用所述學(xué)習(xí)模式單元所得到的所述參數(shù)來執(zhí)行對所述已濾波頻譜的最大似然擬合，以便獲得所述層厚度。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述高分辨率頻譜分析儀可用于通過構(gòu)建比所述輸入頻譜分析儀所得到的分辨率更高的分辨率的新頻譜，來獲得所述參數(shù)。
9.一種用于對半導(dǎo)體晶片的已構(gòu)圖區(qū)域測量層厚度的方法，所述方法包括獲取從已構(gòu)圖區(qū)域提取的反射數(shù)據(jù)，從其中獲取頻譜，搜索所述頻譜以查找所述頻譜中的峰值頻率，所述搜索限制到與學(xué)習(xí)階段中找到的峰值頻率對應(yīng)的區(qū)域，對有關(guān)所述峰值頻率的所述頻譜進(jìn)行濾波，以及采用在所述學(xué)習(xí)階段得到的參數(shù)來執(zhí)行對所述已濾波頻譜的最大似然擬合，以便獲得所述層厚度。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述反射數(shù)據(jù)從所述已構(gòu)圖區(qū)域的多色光照射中獲得。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，獲取所述頻譜的步驟包括測量所述反射數(shù)據(jù)的頻譜，校正色散，變換波數(shù)以及執(zhí)行傅立葉變換。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，在所述學(xué)習(xí)階段找到的所述峰值頻率對應(yīng)于初始樣本的層厚度。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述初始樣本的所述層厚度通過采用光譜分析來構(gòu)建比所述頻譜分析儀所得到的分辨率更高的分辨率的頻譜，在所述學(xué)習(xí)階段中確定。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，對所述頻譜的所述濾波包括查找各峰值的任一側(cè)的最小值，以及執(zhí)行對所述最小值所定義的范圍上的各峰值的濾波。
15.一種用于對半導(dǎo)體晶片的已構(gòu)圖區(qū)域測量層厚度的方法，包括a)從半導(dǎo)體晶片的相應(yīng)已構(gòu)圖區(qū)域獲取反射頻譜的階段，b)學(xué)習(xí)階段，包括搜索所述頻譜以查找所述頻譜中的峰值頻率，同時(shí)把所述搜索限制到與所述已構(gòu)圖區(qū)域中的層的預(yù)計(jì)厚度對應(yīng)的區(qū)域，對有關(guān)所述峰值頻率的所述頻譜進(jìn)行濾波，從所述已濾波頻譜中獲取參數(shù)，用于最大似然擬合，以及采用所述參數(shù)來執(zhí)行對所述已濾波頻譜的最大似然擬合，以便獲得學(xué)習(xí)模式層厚度；以及c)運(yùn)行階段，包括搜索所述頻譜以查找所述頻譜中的峰值頻率，同時(shí)把所述搜索限制到與所述學(xué)習(xí)階段中找到的峰值頻率對應(yīng)的區(qū)域，對有關(guān)所述峰值頻率的所述頻譜進(jìn)行濾波，以及采用在所述學(xué)習(xí)階段得到的所述參數(shù)來執(zhí)行對所述已濾波頻譜的最大似然擬合，以便獲得所述層厚度。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，從所述已濾波頻譜中獲取用于最大似然擬合的所述階段包括構(gòu)建所述所得反射頻譜的更高分辨率形式。
17.一種用于控制半導(dǎo)體晶片生產(chǎn)線的設(shè)備，所述生產(chǎn)線具有多個(gè)站，連續(xù)站用于對晶片執(zhí)行連續(xù)過程，以便向所述晶片添加特征，所述站的至少一個(gè)具有測量單元，用于對相應(yīng)晶片的已構(gòu)圖表面部分提供層的測量，所述測量單元包括頻譜分析儀，用于獲取從已構(gòu)圖區(qū)域提取的反射數(shù)據(jù)，并從其中獲取頻譜，峰值檢測器，與所述頻譜分析儀關(guān)聯(lián)，用于搜索所述頻譜以便查找所述頻譜中的峰值頻率，同時(shí)把所述搜索限制到與學(xué)習(xí)階段找到的峰值頻率對應(yīng)的區(qū)域，頻率濾波器，與所述峰值檢測器關(guān)聯(lián)，用于對關(guān)于所述峰值頻率的所述頻譜進(jìn)行濾波，以及最大似然擬合器，用于采用在所述學(xué)習(xí)階段得到的參數(shù)來執(zhí)行對所述已濾波頻譜的最大似然擬合，以便獲得所述層厚度，所述層厚度可作為所述晶片生產(chǎn)線的控制信號。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述反射數(shù)據(jù)從所述已構(gòu)圖區(qū)域的多色光照射中獲得。
19.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述頻譜分析儀包括分光計(jì)、色散校正器、波數(shù)變換器和傅立葉變換器。
20.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，在所述學(xué)習(xí)階段找到的所述峰值頻率對應(yīng)于初始樣本的層厚度。
21.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述初始樣本的所述層厚度通過采用光譜分析來構(gòu)建比所述頻譜分析儀所得到的分辨率更高的分辨率的頻譜，在所述學(xué)習(xí)階段中確定。
22.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述頻率濾波器可用于查找各峰值的任一側(cè)的最小值，以及通過對所述最小值所定義的范圍進(jìn)行濾波來執(zhí)行各峰值的濾波。
23.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述測量單元設(shè)置為在給定站的處理過程之前、之中和之后進(jìn)行厚度測量。
24.一種用于控制半導(dǎo)體晶片生產(chǎn)線的設(shè)備，所述生產(chǎn)線具有多個(gè)站，連續(xù)站用于對晶片執(zhí)行連續(xù)過程，以便向所述晶片添加特征，所述站的至少一個(gè)具有測量單元，用于對相應(yīng)晶片的已構(gòu)圖表面部分提供層的測量，所述測量單元包括a)輸入頻譜分析儀，用于從半導(dǎo)體晶片的相應(yīng)已構(gòu)圖區(qū)域獲取反射頻譜，b)學(xué)習(xí)模式單元，包括峰值檢測器，與所述頻譜分析儀關(guān)聯(lián)，用于搜索所述頻譜以便查找所述頻譜中的峰值頻率，同時(shí)把所述搜索限制到與所述已構(gòu)圖區(qū)域中的層的預(yù)計(jì)厚度對應(yīng)的區(qū)域，頻率濾波器，與所述峰值檢測器關(guān)聯(lián)，用于對關(guān)于所述峰值頻率的所述頻譜進(jìn)行濾波，高分辨率頻譜分析儀，用于從所述已濾波頻譜中獲得參數(shù)，用于最大似然擬合，以及最大似然擬合器，用于采用所述參數(shù)來執(zhí)行對所述已濾波頻譜的最大似然擬合，以便獲得學(xué)習(xí)模式層厚度；以及c)運(yùn)行模式單元，包括峰值檢測器，與所述頻譜分析儀關(guān)聯(lián)，用于搜索所述頻譜以便查找所述頻譜中的峰值頻率，同時(shí)把所述搜索限制到與所述學(xué)習(xí)模式單元找到的峰值頻率對應(yīng)的區(qū)域，頻率濾波器，與所述峰值檢測器關(guān)聯(lián)，用于對關(guān)于所述峰值頻率的所述頻譜進(jìn)行濾波，以及最大似然擬合器，用于采用所述學(xué)習(xí)模式單元所得到的所述參數(shù)來執(zhí)行對所述已濾波頻譜的最大似然擬合，以便獲得所述層厚度，所述層厚度可作為所述晶片生產(chǎn)線的控制信號。
25.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征在于，所述高分辨率頻譜分析儀可用于通過構(gòu)建比所述輸入頻譜分析儀所得到的分辨率更高的分辨率的新頻譜，來獲得所述參數(shù)。
26.如權(quán)利要求24所述的設(shè)備，其特征在于，所述測量單元設(shè)置為在給定站的處理過程之前、之中和之后進(jìn)行厚度測量。
全文摘要
一種厚度測量設(shè)備，用于對半導(dǎo)體晶片的已構(gòu)圖區(qū)域測量層厚度，包括頻譜分析儀，用于獲取從已構(gòu)圖區(qū)域提取的反射數(shù)據(jù)并從其中獲取頻譜；峰值檢測器，用于搜索頻譜以便查找所述頻譜中的峰值頻率，搜索限制到與先前學(xué)習(xí)階段中找到的峰值頻率對應(yīng)的區(qū)域；頻率濾波器，與峰值檢測器關(guān)聯(lián)，用于對有關(guān)所述峰值頻率的頻譜進(jìn)行濾波；以及最大似然擬合器，用于采用在學(xué)習(xí)階段中得到的參數(shù)來執(zhí)行對所述已濾波頻譜的最大似然擬合，以便獲得預(yù)期層厚度。通過采用預(yù)先在高分辨率非實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)階段中得到的參數(shù)來執(zhí)行最大似然擬合，能夠?qū)崟r(shí)提供高分辨率結(jié)果。
文檔編號G01B11/06GK1732372SQ200380107737
公開日2006年2月8日 申請日期2003年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月28日
發(fā)明者O·杜－諾爾, V·魯賓斯泰恩 申請人:特維特程序控制技術(shù)有限公司