[发明专利]非对称结构的尺寸的检测与测量

说明书

本文中提出用于执行半导体结构的非对称特征的光谱测量的方法及系统。在一个方面中，按两个或更多个方位角执行测量以确保对任意定向的非对称特征的敏感度。在波长上对与对非对称性敏感的一或多个非对角线穆勒矩阵元素相关联的光谱求积分以确定一或多个光谱响应计量。在一些实施例中，在经选择以增加信噪比的一或多个波长子区域上执行所述积分。基于所述光谱响应计量及通过传统基于光谱匹配的技术测量的临界尺寸参数确定特性化非对称特征的参数值。

相关申请案的交叉参考

本专利申请案根据35U.S.C.§119规定主张2017年9月27日申请的标题为“非对称结构的尺寸的检测与测量(Detection And Measurement of Dimensions of AsymmetricStructures)”的序列号为62/564,119的美国临时专利申请案的优先权，所述申请案的标的物的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

所描述实施例涉及计量系统及方法，且更特定来说，涉及用于半导体结构的改进式测量的方法及系统。

背景技术

半导体装置(例如逻辑及存储器装置)通常通过应用于样品的一系列处理步骤来制造。通过这些处理步骤形成半导体装置的各种特征及多个结构层级。举例来说，光刻尤其是一种涉及在半导体晶片上产生图案的半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含但不限于化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。多个半导体装置可经制造在单个半导体晶片上，且接着被分成个别半导体装置。

在半导体制造工艺期间的各个步骤使用计量过程来检测晶片上的缺陷以促成更高良率。光学计量技术提供高处理能力而无样本毁坏的风险的可能性。数种基于光学计量的技术(包含散射测量及反射测量实施方案以及相关联分析算法)通常用来特性化纳米级结构的临界尺寸、膜厚度、组合物、重叠及其它参数。

许多光学计量系统间接测量样品的物理性质。在大多数情况下，经测量光学信号无法用来直接确定所关注的物理性质。

传统上，测量过程包括制定计量模型，所述计量模型试图基于测量目标与特定计量系统的交互的模型预测经测量光学信号。测量模型包含根据所关注测量目标的物理性质(例如，膜厚度、临界尺寸、折射率、光栅节距等)对结构的参数化。另外，所述测量模型包含测量工具本身的参数化(例如，波长、入射角、偏光角等)。举例来说，机器参数是用来特性化计量工具本身的参数。示范性机器参数包含入射角(AOI)、检偏镜角(A₀)、偏光器角(P₀)、照明波长、数值孔径(NA)等。样品参数是用来特性化样品的几何及材料性质的参数。针对薄膜样品，示范性样品参数包含折射率、电介质函数张量、所有层的标称层厚度、层序列等。

出于测量目的，将机器参数视为已知固定参数且将样品参数或样品参数的子集视为未知浮动参数。通过拟合过程(例如，回归、库匹配等)解析浮动参数，所述拟合过程产生从测量模型导出的理论预测光谱数据与经测量光谱数据之间的最佳拟合。改变未知样品参数且计算模型化光谱并以迭代方式比较模型化光谱与经测量光谱数据，直到确定样品参数值集合，从而导致模型化光谱与经测量光谱之间的紧密匹配。

此传统基于模型的测量方法已应用于描述非对称结构特征及对称结构特征的参数的估计。在一些实例中，通过强调与特定非对角线穆勒元素相关联的匹配的模型化光谱及经测量光谱来改进描述非对称结构特征的参数的估计。此方法在拉贝罗(Rabello)等人的第8,525,993号美国专利中进一步详细描述，所述专利的全文内容以引用方式并入本文中。

不幸的是，在许多情况下，一些所关注参数(尤其描述非对称结构特征的参数)与经测量光谱响应弱相关。在这些情况下，描述非对称结构特征的参数的变化不导致所得光谱的显著变化。此归因于测量模型中的测量噪声及误差两者而增加这些参数的回归值的不确定性。