基于代理结构的测量的信号响应计量制造技术

本文呈现基于附近计量目标的光学测量而估计实际装置结构的所关注参数的值的方法及系统。采用高处理量线内计量技术来测量位于实际装置结构附近的计量目标。将从所述计量目标收集的测量数据提供到经训练信号响应计量SRM模型。所述经训练SRM模型基于所述计量目标的所述测量而估计所述实际装置结构的一或多个所关注参数的所述值。所述SRM模型经训练以在由参考计量系统测量的实际装置参数与至少一个附近计量目标的对应光学测量之间建立函数关系。在另一方面中，采用所述经训练SRM来确定使测量装置参数值在规格内的工艺参数的校正。

Measurement of signal response based on proxy structure

In this paper, a method and system for estimating the value of a parameter of an actual device structure based on an optical measurement of a nearby measurement target is presented. The measurement target in the vicinity of the actual device structure is measured by a high throughput measurement technique. The measurement data collected from the measurement target is provided to the SRM model of the training signal response measurement. The trained SRM model estimates the value of one or more of the parameters of the actual device based on the measurement of the measurement target. The SRM model is trained to establish a functional relationship between the actual device parameters measured by the reference metrology system and the corresponding optical measurements of at least one nearby measurement target. On the other hand, the trained SRM is used to determine the correction of the process parameters of the measuring device parameter values in the specifications.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请案的交叉参考本专利申请案依据35U.S.C.§119主张来自2014年7月7日申请的标题为“控制工艺参数以改进半导体装置良率及边缘放置误差的计量及方法(MetrologyandMethodtoControlProcessParameterstoImproveSemiconductorDeviceYieldandEdgePlacementErrors)”的序列号为62/021,659的美国临时专利申请案的优先权，所述美国临时专利申请案以全文引用的方式并入本文中。
所描述的实施例涉及计量系统及方法，且更特定来说，所描述的实施例涉及用于改进半导体结构的测量的方法及系统。
技术介绍
通常通过应用于样品的一系列处理步骤来制造半导体装置，例如逻辑装置及存储器装置。通过这些处理步骤而形成所述半导体装置的各种特征及多个结构层级。举例来说，光刻尤其是涉及在半导体晶片上产生图案的一种半导体制造工艺。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。可在单个半导体晶片上制造多个半导体装置，且接着将所述多个半导体装置分成个别半导体装置。使用多个图案化工艺来构造低于20纳米的半导体装置制造节点处所制造的最高级逻辑装置及存储器装置。示范性多个图案化工艺包含自对准双重图案化(SADP)技术、自对准三重图案化(SATP)技术及自对准四重图案化(SAQP)技术。在一个实例中，SAQP散热片形成过程实现目标间距，其是使用常规单图案化光刻可获得的间距的四分之一。在一个实例中，需要至少十四个步骤来产生散热片结构。这些步骤包含光刻步骤、蚀刻步骤及剥离步骤，其必须经精确控制以实现具有所期望的间距及轮廓的散热片结构。通过所述SAQP散热片形成过程而实现的最终间距值及散热片轮廓(例如CD、SWA)受来自先前步骤的结构参数值(例如抗蚀剂轮廓参数、间隔物膜厚度及其它参数)影响。在半导体制造工艺期间的各种步骤处使用计量过程来检验晶片上的缺陷以促成较高良率。光学计量技术提供高处理量且无样本破坏风险的可能性。通常使用大量基于光学计量的技术(其包含散射测量实施方案及反射测量实施方案及相关联的分析算法)来使纳米级结构的临界尺寸、膜厚度、组成、叠加及其它参数特性化。在一些实例中，采用光学临界尺寸(CD)及膜计量(光谱分析或角分辨)来监测多个图案化工艺期间的结构参数值以确保制造具有所期望的间距及轮廓的结构。然而，光学CD及膜计量存在对多个图案化技术中所采用的许多结构(特定来说，掩埋结构)缺乏敏感度的问题。当前，对于一些结构参数(例如边缘放置误差(EPE))，不存高处理量(例如光学)测量解决方案。在另一实例中，也采用光学叠加计量，但光学叠加测量需要专门计量目标来使通过多个图案化技术而制造的结构特性化。在现有方法中，通常基于对通过光刻工具形成于晶片上的各个位置处的专门目标结构的测量而评估叠加误差。所述目标结构可呈许多形式，例如盒结构中的盒。以此形式，在晶片的一个层上产生盒且在另一层上产生第二较小盒。通过比较所述两个盒的中心之间的对准而测量局部化叠加误差。在可取得目标结构的晶片上的位置处进行此类测量。不幸的是，这些专门目标结构通常不符合用于产生电子装置的特定半导体制造工艺的设计规则。这导致估计与根据可适用设计规则而制造的实际装置结构相关联的叠加误差时的误差。举例来说，基于图像的叠加计量通常需要使用光学显微镜(其需要具有远超过设计规则临界尺寸的临界尺寸的粗线)来分辨图案。在另一实例中，角分辨SCOL通常需要大间距目标来以+1及-1传播衍射级从叠加目标产生足够信号。在一些实例中，可使用500到800nm范围内的间距值。同时，逻辑或存储器应用的实际装置间距(设计规则尺寸)可能小得多，例如，在100到400nm范围内或甚至低于100nm。图1描绘微电子芯片的静态随机存取存储器(SRAM)区域10中所制造的线结构11的硬掩模图案。通过组合多种图案化技术与经切割掩模而产生有源区域的复杂布局。切割掩模选择性地移除用于将衬底图案化成有源区域的硬掩模层的部分。图2描绘安置于图1中所描绘的线结构的图案的顶部上的底部抗反射涂层(BARC)层12及抗蚀剂层13。所述抗蚀剂层用于选择性地移除抗蚀剂层13的开口14下方的硬掩模图案的部分。如图1中所描绘，即使是在抗蚀剂层13的开口14内，线结构11的硬掩模图案也由BARC层12掩埋。为提供切割掩模过程的足够良率，需要轮廓(例如CD、HT、SWA)、膜厚度及叠加的可靠测量。叠加的计算揭露：其是来自四重图案化工艺的先前步骤的许多结构参数的函数。切口的边缘与相邻线结构之间的间隙的分布且因此过程的良率取决于所有工艺参数的复杂相互作用。在另一实例中，边缘放置距离(EPD)及相关联的边缘放置误差(EPE)是在形成装置电触点之后所监测及控制的重要参数。将所期望的EPD与实际EPD之间的差值称为EPE。EPD及EPE是叠加误差及CD误差两者的函数。在一些实例中，可采用临界尺寸-扫描电子显微术(CD-SEM)来测量叠加及EPE。然而，最高级过程节点需要无法使用CD-SEM工具实现的较小计量误差及高处理量。总之，逻辑装置及高级DRAM及垂直或平面NAND装置的低于20纳米的装置制造节点处的半导体装置良率是许多参数(其包含膜厚度、图案化线的轮廓参数、叠加误差及边缘放置误差(EPE))的复杂函数。在这些参数中，EPE具有最严苛工艺窗且需要计量及控制CD及叠加。当前，不存在用于EPE测量及许多装置上叠加测量应用的高处理量光学计量解决方案。另外，缺乏足够计量使界定控制方案以改进装置良率具有挑战性。
技术实现思路
本文呈现用于基于附近计量目标的光学测量估计实际装置结构的所关注参数的值的方法及系统。采用高处理量线内计量技术(例如光学散射测量、成像叠加或其它技术)来测量位于实际装置结构附近的计量目标。将从所述计量目标收集的测量数据提供到经训练信号响应计量(SRM)模型。所述经训练SRM模型基于计量目标的测量而估计实际装置结构的一或多个所关注参数的值。所关注参数的实例包含(但不限于)位于晶片的装置区域中的实际装置结构的边缘放置误差(EPE)、叠加、间距游走及临界尺寸(CD)。在一个新的方面中，所述信号响应计量(SRM)模型经训练以在实际装置结构的所关注参数的测量值及与至少一个附近计量目标的测量相关联的对应测量数据之间建立函数关系。以此方式，以测量为特征的装置(即，实际装置结构)不同于经历由高处理量计量技术进行测量的计量目标。计量目标经选择以产生对所关注的实际装置参数具有高敏感度的光学测量信号。对使用参考工具(例如CD-SEM、CD/OVL-SAXS、AFM或基于模型的光学CD)测量的实际装置结构执行训练或映射。在执行映射之后，可线内测量生产晶片。由经训练SRM模型将从计量目标收集的测量数据映射到实际装置结构的所关注参数。在一些实例中，按时间使计量目标与待测量的实际装置结构分离(即，通过一或多个过程步骤而分离)。在处理流程中的两个不同步骤处执行计量目标测量及任何相关联的参考测量。将每一不同处理步骤处的测量信号的差异视为用于训练目的的训练信号及用于测量目的的测量信号。在这些实例中，训练序列可使用通过一或多个处理步骤而与待测量的实际装置结构分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包括：接收在一或多个过程变量的值的范围内重复地制造的一或多个实际装置结构的一或多个所关注参数的参考值，其中所述参考值由参考计量系统测量；接收与安置于所述一或多个实际装置结构附近的一或多个计量目标的测量相关联的第一数量的测量数据，其中所述第一数量的测量数据源自于通过至少一个光学计量技术执行的测量；及基于所述第一数量的测量数据及所述一或多个所关注参数的所述参考值训练测量模型。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.07 US 62/021,659;2015.07.02 US 14/790,7931.一种方法，其包括：接收在一或多个过程变量的值的范围内重复地制造的一或多个实际装置结构的一或多个所关注参数的参考值，其中所述参考值由参考计量系统测量；接收与安置于所述一或多个实际装置结构附近的一或多个计量目标的测量相关联的第一数量的测量数据，其中所述第一数量的测量数据源自于通过至少一个光学计量技术执行的测量；及基于所述第一数量的测量数据及所述一或多个所关注参数的所述参考值训练测量模型。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量模型的所述训练涉及：确定所述一或多个过程变量中的每一者与所述一或多个实际装置结构的所述一或多个所关注参数的所述参考值之间的映射。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量模型的所述训练涉及：基于所述第一数量的测量数据的变换确定所述第一数量的测量数据的多个主特征，所述变换减少所述第一数量的测量数据的维度。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一数量的光学测量数据的所述变换涉及主分量分析PCA、独立分量分析ICA、核PCA、非线性PCA、快速傅里叶变换FFT分析、离散余弦变换DCT分析及小波分析中的任何者。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述测量模型是线性模型、多项式模型、神经网络模型、支持向量机模型、决策树模型及随机森林模型中的任何者。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一数量的光学测量数据包含通过相同过程条件形成的多个不同计量目标的测量的组合。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一数量的光学测量数据包含通过多个不同计量技术获取的测量。8.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一数量的光学测量数据的所述变换涉及：确定来自不同目标的测量的信号之间的差异、来自通过不同计量技术获取的测量的信号之间的差异、来自不同过程步骤处所获取的测量的信号之间的差异，或其任何组合。9.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一数量的光学测量数据的所述变换涉及：确定来自不同目标的测量的信号的拟合模型的残差、来自通过不同计量技术获取的光学测量的信号的拟合模型的残差、来自不同过程步骤处所获取的测量的信号的拟合模型的残差，或其任何组合。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述计量目标是实际装置结构。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述一或多个所关注参数包含边缘放置距离、边缘放置误差及叠加中的任何者。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述参考计量系统包含扫描电子显微镜及小角度x射线散射计中的任何一者或组合。13.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括：接收与安置于一或多...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·V·舒杰葛洛夫，T·G·奇乌拉，S·I·潘戴夫，L·波斯拉夫斯基，
申请(专利权)人：科磊股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US