相關(guān)申請案的交叉參考

本專利申請案依據(jù)35u.s.c.§119主張來自2015年2月22日提出申請的標題為“高吞吐量大na光學(xué)度量系統(tǒng)的設(shè)備及方法(apparatusandmethodsofhighthroughputlargenaopticalmetrologysystem)”的序列號為62/119,243的美國臨時專利申請案的優(yōu)先權(quán)，所述臨時專利申請案的標的物以全文引用的方式并入本文中。

所描述實施例涉及度量系統(tǒng)及方法，且更特定來說，涉及用于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的經(jīng)改善測量的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

通常通過適用于樣品的一系列處理步驟制作例如邏輯及存儲器裝置等半導(dǎo)體裝置。通過這些處理步驟形成半導(dǎo)體裝置的各種特征及多個結(jié)構(gòu)層級。舉例來說，光刻尤其是一種涉及在半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生圖案的半導(dǎo)體制作工藝。半導(dǎo)體制作工藝的額外實例包含但不限于化學(xué)機械拋光、蝕刻、沉積及離子植入?？稍趩我话雽?dǎo)體晶片上制作多個半導(dǎo)體裝置，且接著將其分離成若干個別半導(dǎo)體裝置。

在半導(dǎo)體制造工藝期間在各個步驟處使用度量工藝來檢測晶片上的缺陷以促成較高成品率。光學(xué)度量技術(shù)提供高吞吐量的可能性而不具有樣本損毀的危險。若干種基于光學(xué)度量的技術(shù)(包含散射測量及反射測量實施方案)及相關(guān)聯(lián)分析算法共同用于表征臨界尺寸、膜厚度、組合物、重疊及納米尺度結(jié)構(gòu)的其它參數(shù)。

特征大小的持續(xù)減小及半導(dǎo)體裝置的增加的復(fù)雜性對光學(xué)度量系統(tǒng)強加困難要求。光學(xué)度量系統(tǒng)必須以高吞吐量(即，短移動、獲取及測量(mam)時間)針對越來越小的度量目標滿足高精確度及準確度要求，以保持成本效益。在此上下文中，聚焦誤差已作為光學(xué)度量系統(tǒng)的設(shè)計中的關(guān)鍵性能限制問題而出現(xiàn)。更具體來說，特別是在高吞吐量操作(即，短mam時間)期間，以充分準確度維持聚焦已成為對聚焦誤差具有高靈敏度的光學(xué)度量系統(tǒng)的關(guān)鍵問題。

圖1描繪對聚焦誤差具有高靈敏度的示范性現(xiàn)有技術(shù)度量系統(tǒng)10。度量系統(tǒng)10包含產(chǎn)生入射于晶片15上的照射光束14的照射源25。照射光束14在光束從照射源25傳播到晶片15時穿過照射光瞳11、照射光場光闌12及照射光學(xué)器件13。光束14照射晶片15在測量光點16上的一部分。由收集光學(xué)器件18從測量光點16收集經(jīng)收集光束17。經(jīng)收集光17穿過收集光場光闌19、收集光瞳20及光譜儀狹縫21。由衍射光柵22使經(jīng)收集光束17衍射以根據(jù)波長使所述經(jīng)收集光束在空間上色散。經(jīng)波長色散的經(jīng)收集光入射于二維檢測器(例如，電荷耦合裝置(ccd))23的表面上。ccd檢測器23將經(jīng)收集光轉(zhuǎn)換成指示經(jīng)收集光的光譜強度的電信號。如圖1中所描繪，經(jīng)收集光束17包含兩個相異波長。衍射光柵22引起投影到檢測器23的表面上的兩個不同波長光之間的空間分離。以此方式，從測量光點16收集的具有特定波長的光使光點24a投影到檢測器23上，且從測量光點16收集的具有另一不同波長的光使光點24b投影到檢測器23上。

如圖1中所描繪，z軸定向成法向于晶片15的表面。x及y軸與晶片15的表面共面，且因此垂直于z軸。照射光束14的主光線26及經(jīng)收集光束17的主光線27界定入射平面。x軸與入射平面對準且y軸正交于入射平面。以此方式，入射平面位于xz平面中。照射光束14以相對于z軸的入射角α入射于晶片15的表面上且位于入射平面內(nèi)。

圖2a描繪晶片15的俯視圖，其包含對由圖1的照射光束14照射的測量光點16的描繪。在圖1中所描繪的實施例中，照射光束14的橫截面是圓形形狀的(例如，在照射光場光闌12處)。然而，圓形光束14到晶片15的表面上的幾何投影產(chǎn)生具有與入射平面對準的伸長形狀的測量光點16，如圖2a中所描繪。對于圓形照射光束，投影于晶片15的表面上的測量光點16是橢圓形形狀的。大體來說，對表面的傾斜照射產(chǎn)生相對于照射橫截面伸長的經(jīng)投影照射區(qū)，且伸長方向與入射平面對準。此外，伸長的量值隨入射角增加而增加。更具體來說，光束形狀與在入射平面的方向上入射角的余弦成反比。在不存在衍射及像差效應(yīng)的情況下，經(jīng)投影照射光在垂直于照射平面的方向(例如，y方向)上保持不失真。

如圖1中所描繪，測量光點16以波長色散方式投影到檢測器23的表面上。例如度量系統(tǒng)10等現(xiàn)有技術(shù)度量系統(tǒng)經(jīng)配置使得測量光點16的伸長方向的投影與檢測器23的表面上的波長色散方向?qū)?。圖1中所描繪的x’軸表示測量光點16的伸長方向(即，x軸)到檢測器23上的投影。如圖1中所描繪，x’軸與檢測器23的表面上的波長色散方向?qū)省?/p>

圖2b描繪檢測器23的表面的法向視圖。如圖2b中所描繪，測量光點16的伸長方向的投影與檢測器23的表面上的波長色散方向?qū)?。通過實例方式，光點24a及24b的伸長方向與波長色散方向?qū)?。在垂直于波長色散方向的方向上將檢測器23的表面上的波長相依圖像(例如，光點24a及24b)積分以獲得光譜，即，沿著波長色散軸的強度與波長的關(guān)系函數(shù)。對于ccd檢測器，在垂直于波長色散的方向上將電荷積分以到達所述光譜處。

當將測量光點成像到檢測器上使得晶片表面上的與入射平面對準的方向與檢測器表面上的波長色散方向?qū)蕰r，所得點擴散函數(shù)(psf)是強波長相依的。所得psf是高度尖峰的，因為圖像強度針對給定波長在伸長方向上極大地變化。為了恰當捕獲高度尖峰的psd，光譜儀必須以高分辨率獲取光譜數(shù)據(jù)。此增加測量時間且減小吞吐量。

在另一實例中，針對特定波長的所得psf取決于在伸長圖像及對應(yīng)伸長強度分布與光譜色散方向?qū)蕰r的入射角。所得psf取決于入射角而變寬或變窄。

在另一實例中，所得psf對聚焦誤差是高度靈敏的。隨著晶片上的測量目標移動而對焦及離焦，晶片上的測量光點的所檢測圖像改變大小且移位位置。另外，晶片上的測量光點的位置移位。如圖3中所說明，當晶片15對焦時，照射光束14在位置a處照射晶片。經(jīng)收集光束17經(jīng)波長色散且使光點24a及24b成像到檢測器23上，如圖4中所說明。當晶片15在z方向上向上移動且離焦達大于零的量δz時，照射光束14在位置c處照射晶片。經(jīng)收集光束17’經(jīng)波長色散且使光點24a’及24b’成像到檢測器23上。所得圖像因晶片移動遠離光學(xué)系統(tǒng)的聚焦平面而是較大的，且圖像的中心位置在與波長色散方向?qū)实姆较蛏弦莆?。在波長色散方向上的此移位因波長到像素映射改變而產(chǎn)生光譜測量誤差。當晶片15在z方向上向下移動且離焦達小于零的量δz時，照射光束14在位置b處照射晶片。經(jīng)收集光束17”經(jīng)波長色散且使光點24a”及24b”成像到檢測器23上。同樣，所得圖像因晶片移動遠離光學(xué)系統(tǒng)的聚焦平面而是較大的，且圖像的中心位置在與波長色散方向?qū)实姆较蛏弦莆弧?/p>

歸因于聚焦誤差(即，δz≠0)的晶片15上的測量光點移動導(dǎo)致依據(jù)波長沿著光譜儀色散軸的圖像移動。由于波長校準是在聚焦平面(即，z＝0)中執(zhí)行，因此由聚焦誤差誘發(fā)的在光譜儀色散方向上的任何圖像移動使所測量光譜對來自波長校準的偏差極靈敏。

在一些實例中，寬帶光源的發(fā)射光譜包含一或多個特性原子線，例如，氙弧燈。原子線可用于跟蹤及校正聚焦誤差。在現(xiàn)有技術(shù)度量系統(tǒng)中，聚焦跟蹤及校正對于實現(xiàn)測量準確度及工具間匹配是基本的。然而，如果寬帶光源是高亮度激光驅(qū)動式光源(ldls)，那么特性原子線不再可用于跟蹤及校正聚焦誤差。此外，對聚焦誤差的靈敏度針對大數(shù)值孔徑(na)光學(xué)度量系統(tǒng)惡化。

總之，對聚焦誤差及由傾斜照射誘發(fā)的誤差的靈敏度對度量系統(tǒng)及特定來說大na光學(xué)度量系統(tǒng)的性能提出限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本文中呈現(xiàn)用于執(zhí)行對聚焦誤差具有經(jīng)減小靈敏度的寬帶光譜度量的方法及系統(tǒng)。通過將測量光點成像到檢測器上使得晶片表面上的與入射平面對準的方向定向成垂直于檢測器表面上的波長色散方向來實現(xiàn)對聚焦位置誤差的靈敏度的顯著減小。聚焦誤差靈敏度的此種減小在不危及測量準確度的情況下實現(xiàn)經(jīng)減小聚焦準確度及可重復(fù)性要求、較快聚焦時間及經(jīng)減小的對波長誤差的靈敏度。這些益處在大數(shù)值孔徑光學(xué)度量系統(tǒng)中特別明顯。

在一個方面中，寬帶光譜度量系統(tǒng)經(jīng)配置使得將測量光點成像到檢測器上，使得晶片表面上的與入射平面對準的方向定向成垂直于檢測器表面上的波長色散方向。在此布置中，所述度量系統(tǒng)對聚焦誤差的靈敏度極大減小。在對聚焦誤差具有經(jīng)減小靈敏度的情況下，以較短mam時間且因此以較高吞吐量獲得精確測量。

在另一方面中，基于受測量目標的本質(zhì)而調(diào)整在垂直于所述入射平面的方向上投影到晶片平面上的照射光場的尺寸以優(yōu)化所得測量準確度及速度。在一些實施例中，針對每一測量應(yīng)用調(diào)整在垂直于入射平面的方向上投影于晶片平面上的照射光場光闌以使psf成型以實現(xiàn)對波長較不靈敏的平頂輪廓。另外，基于所述平頂輪廓而調(diào)整光譜分辨率以實現(xiàn)優(yōu)化測量準確度及速度。

前述內(nèi)容是發(fā)明內(nèi)容且因此必須含有細節(jié)的簡化、概述及省略；因此，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，發(fā)明內(nèi)容僅為說明性的且不以任何方式為限制性的。在本文中所陳述的非限制性實施方式中，本文中所描述的裝置及/或工藝的其它方面、發(fā)明性特征及優(yōu)點將變得顯而易見。

附圖說明

圖1描繪對聚焦誤差具有高靈敏度的示范性現(xiàn)有技術(shù)度量系統(tǒng)10。

圖2a描繪晶片15的俯視圖，其包含對由圖1的照射光束14照射的測量光點16的描繪。

圖2b描繪圖1中所描繪的檢測器23的表面的法向視圖。

圖3說明經(jīng)受聚焦位置誤差的晶片15。

圖4說明經(jīng)波長色散且成像到檢測器23的表面上的經(jīng)收集光束17。

圖5描繪對聚焦誤差具有經(jīng)減小靈敏度的示范性度量系統(tǒng)100。

圖6描繪圖5中所描繪的檢測器123的表面的法向視圖。

圖7描繪投影到檢測器123上的測量光點116的圖像124a及124b。

圖8描繪說明指示參考圖5所描述的系統(tǒng)相比于參考圖1所描述的系統(tǒng)的對聚焦誤差的經(jīng)減小靈敏度的模擬結(jié)果的曲線圖150。

圖9描繪由例如參考圖1所描述的系統(tǒng)等傳統(tǒng)寬帶光譜橢偏儀系統(tǒng)進行的對垂直nand(vnand)結(jié)構(gòu)的一系列三十次重復(fù)測量的在波長范圍內(nèi)的光譜參數(shù)β的值的曲線圖160。

圖10描繪由寬帶光譜橢偏儀系統(tǒng)進行的對同一垂直nand(vnand)結(jié)構(gòu)的一系列三十次重復(fù)測量的在波長范圍內(nèi)的光譜參數(shù)β的值的曲線圖170，所述寬帶光譜橢偏儀系統(tǒng)將測量光點成像到檢測器上，使得晶片表面上的與入射平面對準的方向定向成垂直于檢測器表面上的波長色散方向。

圖11說明在如本文中所描述的至少一個新穎方面中執(zhí)行光譜測量的方法200。

圖12描繪對聚焦誤差具有經(jīng)減小靈敏度的示范性度量系統(tǒng)300。

具體實施方式

現(xiàn)在將詳細參考背景技術(shù)實例及本發(fā)明的一些實施例，本發(fā)明的實例說明于所附圖式中。

本文中呈現(xiàn)用于執(zhí)行對聚焦誤差具有經(jīng)減小靈敏度的寬帶光譜度量的方法及系統(tǒng)。在一些實例中，通過將測量光點成像到檢測器上以使得與晶片表面上的入射平面對準的方向定向成垂直于檢測器表面上的波長色散方向，實現(xiàn)對聚焦位置的靈敏度的二十倍減小。聚焦誤差靈敏度的此種減小在不危及測量準確度的情況下實現(xiàn)經(jīng)減小聚焦準確度及可重復(fù)性要求、較快聚焦時間及經(jīng)減小的對波長誤差的靈敏度。這些益處在大數(shù)值孔徑光學(xué)度量系統(tǒng)中特別明顯。

在一個方面中，寬帶光譜度量系統(tǒng)經(jīng)配置以使得將測量光點成像到檢測器上，使得晶片表面上的與入射平面對準的方向定向成垂直于檢測器表面上的波長色散方向。在此布置中，所述度量系統(tǒng)對聚焦誤差的靈敏度極大減小。在對聚焦誤差具有經(jīng)減小靈敏度的情況下，以較短mam時間且因此以較高吞吐量獲得精確測量。

圖5描繪對聚焦誤差具有經(jīng)減小靈敏度的示范性度量系統(tǒng)100。度量系統(tǒng)100可配置為寬帶光譜橢偏儀、反射儀或其任何組合。度量系統(tǒng)100包含產(chǎn)生入射于晶片115上的照射光束114的照射源110。照射光束114在光束從照射源110傳播到晶片115時穿過照射光瞳111、照射光場光闌112及照射光學(xué)器件113。光束114照射晶片115在測量光點116上的一部分。由收集光學(xué)器件118從測量光點116收集經(jīng)收集光束117。經(jīng)收集光117穿過收集光場光闌119、收集光瞳120及光譜儀狹縫121。由衍射光柵122使經(jīng)收集光束117衍射以根據(jù)波長使所述經(jīng)收集光束在空間上色散。經(jīng)波長色散的經(jīng)收集光入射于二維檢測器的表面上。在一個實例中，檢測器123是電荷耦合裝置(ccd)。然而，大體來說，可預(yù)期其它二維檢測器技術(shù)(例如，位置靈敏檢測器(psd)、紅外檢測器、光伏檢測器等)。檢測器123將經(jīng)收集光轉(zhuǎn)換成指示經(jīng)收集光的光譜強度的電信號125。如圖5中所描繪，通過非限制性實例的方式，經(jīng)收集光束117包含兩個相異波長。衍射光柵122導(dǎo)致投影到檢測器123的表面上的兩個不同波長光之間的空間分離。以此方式，從測量光點116收集的具有特定波長的光使光點124a投影到檢測器123上，且從測量光點116收集的具有另一不同波長的光使光點124b投影到檢測器123上。

如圖5中所描繪，照射光束114以傾斜角提供到晶片115的表面。大體來說，照射光可以任一傾斜角或任一數(shù)目個傾斜角提供到晶片115的表面。在一些實施例中，除傾斜照射之外，一定量的照射光也以法向入射(即，與表面法線對準)提供到所述表面。

在另一方面中，所述量的照射光是包含橫跨至少500納米的波長范圍的寬帶照射光。在一個實例中，寬帶照射光包含低于250納米的波長及高于750納米的波長。大體來說，寬帶照射光包含在150納米與2,500納米之間的波長。

在一些實例中，投影到晶片115的表面上的所述量的照射光114的光束大小小于在樣品的表面上測量的測量目標的大小。示范性光束成型技術(shù)詳細描述于王(wang)等人的第2013/0114085號美國專利申請公開案中，所述公開案的內(nèi)容以全文引用的方式并入本文中。

如圖5中所描繪，z軸定向成法向于晶片115的表面。x及y軸與晶片115的表面共面，且因此垂直于z軸。照射光束114的主光線126及經(jīng)收集光束117的主光線127界定入射平面。x軸與入射平面對準且y軸正交于入射平面。以此方式，入射平面位于xz平面中。照射光束114以相對于z軸的入射角α入射于晶片115的表面上且位于入射平面中。

如關(guān)于圖1中所描繪的度量系統(tǒng)10所描述，照射光束以傾斜角到樣品的表面上的幾何投影導(dǎo)致在與入射平面對準的方向上照射光束橫截面的伸長。通過非限制性實例的方式，投影于晶片表面上的圓形照射光束產(chǎn)生橢圓形形狀的照射區(qū)。因此，大體來說，對表面的傾斜照射產(chǎn)生相對于照射橫截面伸長的經(jīng)投影照射區(qū)，且伸長方向與入射平面對準。此外，伸長的量值隨入射角增加而增加。更具體來說，光束形狀與在入射平面的方向上入射角的余弦成反比。在不存在衍射及像差效應(yīng)的情況下，經(jīng)投影照射光在垂直于照射平面的方向(例如，y方向)上保持不失真。

如圖5中所描繪，測量光點116以波長色散方式投影到檢測器123的表面上。度量系統(tǒng)100經(jīng)配置使得測量光點116的伸長方向的投影定向成垂直于檢測器123的表面上的波長色散方向。圖5中所描繪的x’軸表示測量光點116的伸長方向(即，x軸)到檢測器123上的投影。如圖5中所描繪，x’軸定向成垂直于檢測器123的表面上的波長色散方向。

與圖1中所描繪的度量系統(tǒng)10相比，在圖5中所描繪的實施例中，度量系統(tǒng)100的除光譜儀狹縫之外的所有光譜儀組件相對于經(jīng)收集光束旋轉(zhuǎn)90度。以此方式，測量光點116的伸長方向的投影定向成垂直于波長色散方向。

圖12描繪另一實施例中的對聚焦誤差具有經(jīng)減小靈敏度的度量系統(tǒng)300。度量系統(tǒng)300包含與參考圖5中所描繪的度量系統(tǒng)100所描述相同編號的元件。另外，度量系統(tǒng)300包含放置于收集路徑中以使圖像旋轉(zhuǎn)90度(即，使經(jīng)收集光束117沿著光束軸旋轉(zhuǎn))的光束旋轉(zhuǎn)光學(xué)器件128。度量系統(tǒng)300與度量系統(tǒng)100的不同之處還在于度量系統(tǒng)300的除光譜儀狹縫之外的所有光譜儀組件(例如，檢測器123、光柵122等)保持于與圖1中所描繪的度量系統(tǒng)10相同的定向上。與圖1中所描繪的度量系統(tǒng)10相比，度量系統(tǒng)300的光譜儀狹縫相對于經(jīng)收集光束旋轉(zhuǎn)90度。以此方式，測量光點116的伸長方向的投影定向成垂直于波長色散方向。

圖6描繪檢測器123的表面的法向視圖。如圖6中所描繪，測量光點116的伸長方向的投影(即，x’軸)定向成垂直于跨越檢測器123的表面的波長色散方向。通過實例方式，光點124a及124b的伸長方向定向成垂直于波長色散方向。在垂直于波長色散方向的方向上將檢測器123的表面上的波長相依圖像(例如，光點124a及124b)積分以獲得光譜，即，沿著波長色散軸的強度與波長的關(guān)系函數(shù)。對于ccd檢測器，在垂直于波長色散的方向上將電荷積分以到達所述光譜處。

在每一波長下在垂直于光譜儀波長色散軸的方向上將投影到檢測器(例如，ccd123)的表面上的圖像積分以獲得經(jīng)測量光譜。在每一波長下的個別光譜形狀是在所述特定波長下系統(tǒng)的點擴散函數(shù)(psf)。

當將測量光點成像到檢測器上使得晶片表面上的與入射平面對準的方向定向成垂直于檢測器表面上的波長色散方向時，所得點擴散函數(shù)(psf)與現(xiàn)有技術(shù)配置相比較不相依于波長。所得psf是不那么尖峰的，因為圖像強度針對給定波長在垂直于伸長方向的方向上(例如，跨越橢圓形的短軸)并不極大地變化。此外，雖然圖像強度確實在伸長方向上(例如，跨越橢圓形的長軸)極大地變化，但因伸長方向與ccd的電荷積分方向?qū)?，所述變化會在積分時被消除。以此方式，光譜儀不必以高分辨率獲取光譜數(shù)據(jù)以準確地構(gòu)造psf。此減小測量時間且增加吞吐量。

在另一實例中，當伸長方向定向成垂直于光譜色散方向時，針對特定波長的所得psf獨立于入射角。垂直于伸長方向(即，跨越橢圓形的短軸)的圖像及對應(yīng)強度分布對入射角在很大程度上是不變的。因此，在光譜色散方向上投影的圖像及對應(yīng)強度分布對入射角在很大程度上是不變的。因此，經(jīng)計算psf展示極小對入射角的相依性。

在另一實例中，與現(xiàn)有技術(shù)配置相比，所得psf對聚焦誤差是顯著較不靈敏的。當晶片上的測量目標移動而對焦及離焦時，晶片上的測量光點的所檢測圖像移位位置。類似于對度量系統(tǒng)10及圖3的說明，當晶片115對焦時，照射光束114在位置a處照射晶片。經(jīng)收集光束117經(jīng)波長色散且使光點124a及124b成像到檢測器123上，如圖6中所說明。當晶片115在z方向上向上移動且離焦達大于零的量δz時，照射光束114在位置c處照射晶片。經(jīng)收集光束117’經(jīng)波長色散且使光點124a’及124b’成像到檢測器123上。垂直于波長色散方向的圖像位置的此移位因波長到像素映射保持不變而使由聚焦誤差誘發(fā)的光譜測量誤差最小化。當晶片115在z方向上向下移動且離焦達小于零的量δz時，照射光束114在位置b處照射晶片。經(jīng)收集光束117”經(jīng)波長色散且使光點124a”及124b”成像到檢測器123上。同樣，垂直于波長色散方向的圖像位置的此移位使由聚焦誤差誘發(fā)的光譜測量誤差最小化。

在此配置中，聚焦誤差使檢測器上的圖像在垂直于波長色散軸的方向上移位。由于經(jīng)計算光譜是通過將垂直于光譜儀色散軸的圖像積分而獲得，因此聚焦誤差誘發(fā)的圖像移位在積分時被消除且不誘發(fā)實質(zhì)光譜測量誤差。對聚焦誤差的此經(jīng)減小靈敏度消除對基于原子線發(fā)射跟蹤及校正聚焦誤差的需要。以此方式，可采用例如高亮度激光驅(qū)動式光源(ldls)等寬帶光源作為具有放松聚焦定位要求的例如系統(tǒng)100等光譜度量系統(tǒng)中的光源。

如前文中所描述，由光譜儀投影的psf在很大程度上由垂直于入射平面(即，xz平面)的光的分布確定。出于此原因，psf獨立于傾斜入射角。因此，psf對波長的相依性基本上小于例如參考圖1所描述的配置等傳統(tǒng)配置。

當在aoi方向上的圖像垂直于檢測器上的波長色散方向(如圖5到6中所描繪)時，檢測器上的psf受垂直于入射平面的方向上的幾何光點大小限制。

在另一方面中，基于受測量目標的本質(zhì)而調(diào)整在垂直于入射平面的方向上投影于晶片平面上的照射光場光闌的尺寸以優(yōu)化所得測量準確度及速度。

針對每一測量應(yīng)用調(diào)整在垂直于入射平面的方向上投影于晶片平面上的照射光場光闌以使psf成型以實現(xiàn)對波長較不靈敏的平頂輪廓。另外，基于所述平頂輪廓而調(diào)整光譜分辨率以實現(xiàn)優(yōu)化測量準確度及速度。

在一些實例中，例如，如果樣本是極厚膜或光柵結(jié)構(gòu)，那么調(diào)整在垂直于入射平面的方向上投影于晶片平面上的照射光場光闌以減小光場大小以便實現(xiàn)增加光譜分辨率。在一些實例中，例如，如果樣本是薄膜，那么調(diào)整在垂直于入射平面的方向上投影于晶片平面上的照射光場光闌以增加光場大小以便在不損失光譜分辨率的情況下實現(xiàn)縮短測量時間。

圖7描繪投影到檢測器123上的光點124a及124b。在此實例中，圖5中所描繪的照射光場光闌112經(jīng)調(diào)整以減小在垂直于入射平面的方向(即，y方向)上投影于晶片平面上的光場大小。此繼而產(chǎn)生在與波長色散方向?qū)实姆较蛏侠媒?jīng)減小光場大小投影到檢測器123上的光點124a及124b。

在圖5中所描繪的實施例中，計算系統(tǒng)130經(jīng)配置以接收指示由ccd123檢測的光譜響應(yīng)的信號125。計算系統(tǒng)130進一步經(jīng)配置以確定傳遞到可編程照射光場光闌112的控制信號126?？删幊陶丈涔鈭龉怅@112接收控制信號126且調(diào)整照射孔徑的大小以實現(xiàn)所要照射光場大小。

在一些實例中，調(diào)整照射光場光闌以優(yōu)化測量準確度及速度，如前文中所描述。在另一實例中，調(diào)整照射光場光闌以防止由光譜儀狹縫進行的圖像裁剪及測量結(jié)果的對應(yīng)降級。以此方式，調(diào)整照射光場大小使得測量目標的圖像未充滿光譜儀狹縫。在一個實例中，調(diào)整照射光場光闌使得照射光學(xué)器件的偏光器狹縫的投影未充滿度量系統(tǒng)的光譜儀狹縫。

當將測量光點成像到檢測器上使得晶片表面上的與入射平面對準的方向定向成垂直于檢測器表面上的波長色散方向時，測量結(jié)果對聚焦誤差更不靈敏。圖8描繪說明指示參考圖5所描述的系統(tǒng)相比于參考圖1所描述的系統(tǒng)的對聚焦誤差的經(jīng)減小靈敏度的模擬結(jié)果的曲線圖150。曲線圖150描繪針對若干個不同情境由聚焦誤差誘發(fā)的光譜儀信號β的改變。光譜儀信號的改變δβ是在目標位置離焦時測量的光譜儀信號與在目標位于標稱焦點處時測量的光譜儀信號之間的差異。曲線151及152分別指示常規(guī)度量系統(tǒng)(例如參考圖1所描述的系統(tǒng))的在具有+1微米聚焦誤差及-1微米聚焦誤差的情況下的橫跨超過500納米的波長范圍的δβ值。曲線153及154分別指示新穎度量系統(tǒng)(例如參考圖5所描述的系統(tǒng))的在具有+1微米聚焦誤差及-1微米聚焦誤差的情況下的在波長范圍內(nèi)的δβ值。如圖8中所說明，當將測量光點成像到檢測器上使得晶片表面上的與入射平面對準的方向定向成垂直于檢測器表面上的波長色散方向時，測量結(jié)果對聚焦誤差更不靈敏。

圖9描繪垂直nand(vnand)結(jié)構(gòu)的一系列三十次重復(fù)測量的在橫跨超過500納米的波長范圍內(nèi)的光譜參數(shù)β的值的曲線圖160。圖9中所描繪的數(shù)據(jù)是由例如參考圖1所描述的系統(tǒng)等傳統(tǒng)寬帶光譜橢偏儀系統(tǒng)產(chǎn)生。

圖10描繪針對同一垂直nand(vnand)結(jié)構(gòu)的一系列三十次重復(fù)測量的在橫跨超過500納米的波長范圍內(nèi)的光譜參數(shù)β的值的曲線圖170。圖10中所描繪的數(shù)據(jù)由寬帶光譜橢偏儀系統(tǒng)產(chǎn)生，所述寬帶光譜橢偏儀系統(tǒng)將測量光點成像到檢測器上，使得晶片表面上的與入射平面對準的方向定向成垂直于檢測器表面上的波長色散方向。參考圖5描述此系統(tǒng)。通過將圖9與10的結(jié)果進行比較，很顯然，將測量光點成像到檢測器上以使得晶片表面上的與入射平面對準的方向定向成垂直于檢測器表面上的波長色散方向會產(chǎn)生系統(tǒng)可重復(fù)性的顯著改善，這主要歸因于對聚焦誤差的經(jīng)減小靈敏度。

圖11說明在至少一個新穎方面中的執(zhí)行光譜測量的方法200。方法200適于由例如本發(fā)明的圖5中所說明的度量系統(tǒng)100等度量系統(tǒng)實施。在一個方面中，認識到，方法200的數(shù)據(jù)處理框可經(jīng)由預(yù)編程算法執(zhí)行，所述預(yù)編程算法由計算系統(tǒng)130的一或多個處理器或任何其它通用計算系統(tǒng)執(zhí)行。本文中認識到，度量系統(tǒng)100的特定結(jié)構(gòu)方面不表示限制，且僅應(yīng)解釋為說明性的。

在框201中，在入射平面內(nèi)以一或多個入射角將來自照射源的一定量的寬帶照射光投影到受測量樣品的表面上的測量光點上。

在框202中，將來自樣品的表面上的測量光點的一定量的經(jīng)收集光成像到二維檢測器表面的表面，使得樣品表面上的與入射平面對準的方向定向成垂直于檢測器表面上的波長色散方向。

在框203中，產(chǎn)生指示樣品對所述量的照射光的響應(yīng)的多個輸出信號。所述輸出信號至少部分地通過在垂直于檢測器表面上的波長色散方向的方向上跨過多個像素將電荷積分而產(chǎn)生。

在另一方面中，至少部分地基于所述多個輸出信號而確定對樣品的結(jié)構(gòu)參數(shù)的估計。

如本文中所描述，任何法向入射或傾斜入射寬帶光學(xué)度量系統(tǒng)可經(jīng)配置使得測量光點成像到檢測器的表面上，使得晶片表面上的與入射平面對準的方向定向成垂直于檢測器表面上的波長色散方向。在一些實施例中，光譜儀色散軸定向成正交于晶片聚焦軸(例如，圖5中的z軸)，以減小朝向聚焦誤差的系統(tǒng)靈敏度。

可如本文中所描述配置的示范性測量技術(shù)包含但不限于光譜橢偏測量術(shù)(se)(包含穆勒(mueller)矩陣橢偏測量術(shù)、旋轉(zhuǎn)偏光器se、旋轉(zhuǎn)偏光器、旋轉(zhuǎn)補償器se、旋轉(zhuǎn)補償器、旋轉(zhuǎn)補償器、se)、光譜反射測量術(shù)(sr)(包含偏光sr、未偏光sr)、光譜散射測量術(shù)、散射測量術(shù)重疊、光束輪廓反射測量術(shù)(角分辨及偏光分辨兩者)、光束輪廓橢偏測量術(shù)、單個或多個離散波長橢偏測量術(shù)、x射線反射率(xrr)、x射線熒光(xrf)、掠入射x射線熒光(gixrf)、x射線橢偏測量術(shù)等。大體來說，個別地或以任何組合形式可預(yù)期包含具有多個波長的照射的任何度量技術(shù)。舉例來說，個別地或以任何組合形式可預(yù)期適用于半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的特性的任何sr或se技術(shù)(包含基于圖像的度量技術(shù))。

在另一實施例中，系統(tǒng)100包含經(jīng)采用以基于根據(jù)本文中所描述的方法收集的光譜測量數(shù)據(jù)而執(zhí)行實際裝置結(jié)構(gòu)的測量的一或多個計算系統(tǒng)130。一或多個計算系統(tǒng)130可通信地耦合到光譜儀(例如，光譜儀123)。在一個方面中，一或多個計算系統(tǒng)130經(jīng)配置以接收與樣品115的結(jié)構(gòu)的測量相關(guān)聯(lián)的測量數(shù)據(jù)125。

應(yīng)認識到，單計算機系統(tǒng)130或替代地多計算機系統(tǒng)130可執(zhí)行本發(fā)明通篇所描述的一或多個步驟。此外，系統(tǒng)100的不同子系統(tǒng)(例如光譜橢偏儀123)可包含適于執(zhí)行本文中所描述的步驟的至少一部分的計算機系統(tǒng)。因此，上述說明不應(yīng)解釋為對本發(fā)明的限制而僅是說明。

另外，計算機系統(tǒng)130可以此項技術(shù)中已知的任何方式通信地耦合到光譜儀123。舉例來說，一或多個計算系統(tǒng)130可耦合到與光譜儀123相關(guān)聯(lián)的計算系統(tǒng)。在另一實例中，光譜儀123可直接由耦合到計算機系統(tǒng)130的單計算機系統(tǒng)控制。

度量系統(tǒng)100的計算機系統(tǒng)130可經(jīng)配置以通過可包含有線及/或無線部分的發(fā)射媒體從系統(tǒng)的子系統(tǒng)(例如，光譜儀123等等)接收及/或獲取數(shù)據(jù)或信息。以此方式，發(fā)射媒體可用作計算機系統(tǒng)130與系統(tǒng)100的其它子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)鏈路。

度量系統(tǒng)100的計算機系統(tǒng)130可經(jīng)配置以通過可包含有線及/或無線部分的發(fā)射媒體而從其它系統(tǒng)接收及/或獲取數(shù)據(jù)或信息(例如，測量結(jié)果、模型化輸入、模型化結(jié)果、參考測量結(jié)果等)。以此方式，發(fā)射媒體可用作計算機系統(tǒng)130與其它系統(tǒng)(例如，存儲器板上度量系統(tǒng)100、外部存儲器或其它外部系統(tǒng))之間的數(shù)據(jù)鏈路。舉例來說，計算系統(tǒng)130可經(jīng)配置以經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈路從存儲媒體(即，存儲器132或外部存儲器)接收測量數(shù)據(jù)。舉例來說，使用光譜儀123獲得的光譜結(jié)果可存儲于永久性或半永久性存儲器裝置(例如，存儲器132或外部存儲器)中。就此來說，光譜結(jié)果可從板上存儲器或從外部存儲器系統(tǒng)傳入。此外，計算機系統(tǒng)130可經(jīng)由發(fā)射媒體將數(shù)據(jù)發(fā)送到其它系統(tǒng)。舉例來說，由計算機系統(tǒng)130確定的測量模型或?qū)嶋H裝置參數(shù)值可經(jīng)傳遞并存儲于外部存儲器中。就此來說，測量結(jié)果可傳出到另一系統(tǒng)。

計算系統(tǒng)130可包含但不限于個人計算機系統(tǒng)、大型計算機系統(tǒng)、工作站、圖像計算機、并行處理器或此項技術(shù)中已知的任一其它裝置。大體來說，術(shù)語“計算系統(tǒng)”可廣義定義為涵蓋具有執(zhí)行來自存儲器媒體的指令的一或多個處理器的任一裝置。

實施例如本文中所描述的那些方法等方法的程序指令134可經(jīng)由發(fā)射媒體(例如導(dǎo)線、電纜或無線發(fā)射鏈路)發(fā)射。舉例來說，如圖5中所說明，存儲于存儲器132中的程序指令134經(jīng)由總線133發(fā)射到處理器131。程序指令134存儲于計算機可讀媒體(例如，存儲器132)中。示范性計算機可讀媒體包含只讀存儲器、隨機存取存儲器、磁盤或光盤或者磁帶。

在一些實例中，測量模型實施為可從美國加利福尼亞州苗必達市kla-科磊公司(kla-tencorcorporation)購得的光學(xué)臨界尺寸度量系統(tǒng)的元件。以此方式，模型經(jīng)創(chuàng)建且準備好在由系統(tǒng)收集光譜之后立即使用。

在一些其它實例中，測量模型是(舉例來說)由實施可從美國加利福尼亞州苗必達市kla-科磊公司購得的軟件的計算系統(tǒng)離線實施。所得經(jīng)訓(xùn)練模型可并入為可由執(zhí)行測量的度量系統(tǒng)存取的庫的元件。

在另一方面中，本文中所描述的測量模型結(jié)果可用于提供對工藝工具(例如，光刻工具、蝕刻工具、沉積工具等)的主動反饋。舉例來說，基于本文中所描述的測量方法確定的經(jīng)測量參數(shù)的值可傳遞到光刻工具以調(diào)整光刻系統(tǒng)以便實現(xiàn)所要輸出。以類似方式，蝕刻參數(shù)(例如，蝕刻時間、擴散率等)或沉積參數(shù)(例如，時間、濃度等)可包含于測量模型中以分別提供對蝕刻工具或沉積工具的主動反饋。在某一實例中，對基于經(jīng)測量裝置參數(shù)值確定的工藝參數(shù)的校正及經(jīng)訓(xùn)練測量模型可傳遞到光刻工具、蝕刻工具或沉積工具。

如本文中所描述，術(shù)語“臨界尺寸”包含結(jié)構(gòu)的任何臨界尺寸(例如，底部臨界尺寸、中間臨界尺寸、頂部臨界尺寸、側(cè)壁角、光柵高度等)、任何兩個或多于兩個結(jié)構(gòu)之間的臨界尺寸(例如，兩個結(jié)構(gòu)之間的距離)，及兩個或多于兩個結(jié)構(gòu)之間的位移(例如，重疊光柵結(jié)構(gòu)之間的重疊位移等)。結(jié)構(gòu)可包含三維結(jié)構(gòu)、經(jīng)圖案化結(jié)構(gòu)、重疊結(jié)構(gòu)等。

如本文中所描述，術(shù)語“臨界尺寸應(yīng)用”或“臨界尺寸測量應(yīng)用”包含任何臨界尺寸測量。

如本文中所描述，術(shù)語“度量系統(tǒng)”包含至少部分地經(jīng)采用以在任何方面(包含測量應(yīng)用，例如臨界尺寸度量、重疊度量、聚焦/劑量度量及組合物度量)中表征樣品的任何系統(tǒng)。然而，此些技術(shù)術(shù)語并不限制如本文中所描述的術(shù)語“度量系統(tǒng)”的范圍。另外，度量系統(tǒng)100可經(jīng)配置用于經(jīng)圖案化晶片及/或未經(jīng)圖案化晶片的測量。度量系統(tǒng)可經(jīng)配置為led檢驗工具、邊緣檢驗工具、背面檢驗工具、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臺的數(shù)據(jù))，以及從基于臨界尺寸數(shù)據(jù)校準系統(tǒng)參數(shù)獲益的任何其它度量或檢驗工具。

本文中描述可用于處理樣品的半導(dǎo)體處理系統(tǒng)(例如，檢驗系統(tǒng)或光刻系統(tǒng))的各種實施例。術(shù)語“樣品”在本文中用于指晶片、光罩或可通過此項技術(shù)中已知的手段處理(例如，印刷或檢驗缺陷)的任何其它樣本。

如本文中所使用，術(shù)語“晶片”通常指由半導(dǎo)體或非半導(dǎo)體材料形成的襯底。實例包含但不限于單晶硅、砷化鎵及磷化銦。通?？稍诎雽?dǎo)體制作設(shè)施中找到及/處理此類襯底。在一些情形中，晶片可僅包含襯底(即，裸晶片)。替代地，晶片可包含形成于襯底上的一或多個不同材料層。形成于晶片上的一或多個層可為“經(jīng)圖案化”或“未圖案化”的。舉例來說，晶片可包含具有可重復(fù)圖案特征的多個裸片。

“光罩”可為在光罩制作工藝的任何階段處的光罩或者可或可不釋放以供在半導(dǎo)體制作設(shè)施中使用的完成光罩。光罩或“掩模”通常定義為具有在其上形成且配置成圖案的基本上不透明區(qū)域的基本上透明襯底。襯底可包含(舉例來說)例如非晶sio2等玻璃材料。光罩可在光刻工藝的曝光步驟期間安置于抗蝕劑覆蓋的晶片上面，使得可將所述光罩上的圖案轉(zhuǎn)印到所述抗蝕劑。

形成于晶片上的一或多個層可為經(jīng)圖案化或未圖案化的。舉例來說，晶片可包含各自具有可重復(fù)圖案特征的多個裸片。此類材料層的形成及處理可最終產(chǎn)生完成裝置。可在晶片上形成許多不同類型的裝置，且如本文中所使用的術(shù)語晶片打算涵蓋上面制作此項技術(shù)中已知的任何類型的裝置的晶片。

在一或多個示范性實施例中，所描述的功能可以硬件、軟件、固件或其任一組合來實施。如果以軟件實施，那么所述功能可存儲在計算機可讀媒體上或經(jīng)由計算機可讀媒體作為一或多個指令或代碼來發(fā)射。計算機可讀媒體包含計算機存儲媒體及通信媒體兩者，包含促進計算機程序從一處傳送到另一處的任何媒體。存儲媒體可以是可由通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C存取的任何可用媒體。以舉例方式且無限制地，此類計算機可讀媒體可包括：ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盤存儲裝置、磁盤存儲裝置或其它磁性存儲裝置，或者可用于載運或存儲呈指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的所要程序代碼構(gòu)件且可由通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C或者通用或?qū)Ｓ锰幚砥鞔嫒〉娜魏纹渌襟w。同樣，任何連接恰當?shù)胤Q為計算機可讀媒體。舉例來說，如果使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數(shù)字訂戶線(dsl)或例如紅外線、無線電及微波等無線技術(shù)從網(wǎng)站、服務(wù)器或其它遠程源發(fā)射軟件，那么同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、dsl或例如紅外線、無線電及微波等無線技術(shù)包含在媒體的定義中。如本文中所使用，磁盤及光盤包含：壓縮光盤(cd)、激光光盤、光學(xué)光盤、數(shù)字多功能光盤(dvd)、軟盤及藍光盤，其中磁盤通常以磁性方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)，而光盤利用激光以光學(xué)方式再現(xiàn)數(shù)據(jù)。上述的組合也應(yīng)包含于計算機可讀媒體的范圍內(nèi)。

雖然在上文中出于指導(dǎo)性目的而描述了某些特定實施例，但本專利文件的教示內(nèi)容具有一般適用性且不限于上文所描述的特定實施例。因此，可在不背離如權(quán)利要求書中所陳述的本發(fā)明的范圍的情況下實踐對所描述實施例的各種特征的各種修改、改動及組合。