复杂层结构的厚度分解的方法及设备技术

一种厚度测量设备，用于对半导体晶片的已构图区域测量层厚度，所述设备包括：　　　　频谱分析仪，用于获取从已构图区域提取的反射数据，并从其中获取频谱；　　　　峰值检测器，与所述频谱分析仪关联，用于搜索所述频谱以便查找所述频谱中的峰值频率，所述峰值检测器可用于把所述搜索限制到与学习阶段找到的峰值频率对应的区域，　　　　频率滤波器，与所述峰值检测器关联，用于对关于所述峰值频率的所述频谱进行滤波，　　　　以及最大似然拟合器，用于采用在所述学习阶段得到的参数来执行对所述已滤波频谱的最大似然拟合，以便至少获得所述层厚度。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】 专利
本专利技术涉及用于测量复杂层结构的物理参数的方法及设备。专利技术背景半导体装置以及诸如平板显示器、MEMS和存储盘等的类似产品的制造过程涉及在其中对层进行淀积、蚀刻、涂层和抛光磨蚀的大量过程步骤。为了控制在生产线上运行的每个单元的过程步骤性能，重要的是监测相应过程步骤之前、之中和之后的层的物理参数。部分过程步骤涉及层的选择性蚀刻或淀积，以便在晶片上形成图案，例如金属线、电介质或Si沟槽光刻胶图案等。测量层厚度的方法是众所周知的，其中可包括反射法，在其中，来自层的顶面的反射光与层的底部界面之间的干扰可追溯到层厚度、折射率和消光系数，以及椭圆光度法，在其中，从顶部与底面界面反射的光线之间的极性差异可追溯到层物理参数。对样本实现最精确的测量，在其中，层参数、即厚度、折射率和消光系数在测量光束点区域内是恒定的。在过程中生产的单元、如半导体装置从极复杂的图案结构中构成，其中在装置的不同位置具有不同的层厚度。图案的空间和宽度不同，但可小于0.1微米，以及技术的需求不断要求更小的特征。在生产线上用于监测过程性能的常用方法没有包含测量已构图区域上的生产单元，而是采用没有预先构图的样本，它们通过此过程，然后采用单层测量技术的传统方法来测量。避免复杂图案结构的另一种方式是在测量工具中包括复杂的校准机制，它利用视觉系统来描绘装置，利用模式识别算法来查找装置中大的非已构图区域，以及利用高精度装置把测量点导航到非已构图区域。该方法要求测量点足够小，以适合生产单元内的非已构图区域。一旦校准完成，则利用传统方法对非已构图区域进行测量。在这里参照图1b的测量在制造过程中在晶片的非已构图区域之间选择的点的一个实例，从其中可得到厚度D。以上方法在用于生产线时具有限制。对明显样本或者对非已构图区域的测量没有始终与出现不同物理现象的已构图区域之上的层的确切厚度相关。产生测试样本所需的特殊运行具有减小使用机器的实际生产时间的效果，消耗附加原料。另一方面，采用校准技术测量实际生产单元花费时间，要求复杂的硬件，并且无法在处理室内执行以便实时监测过程。PCT专利申请No.WO0012958描述了一种称作TMS的测量系统，它利用从已构图装置表面的层中反射的宽点光束对透明层、具体为SiO2层的厚度的横向变化进行测量。与现有方法不同，它甚至可用于如图1c所示的晶片的大量已构图区域。反射系数通常被转化为频域，从其中能够通过把与其相关的信息与来自具有不同参数的层的信息分隔开，来确定SiO2层物理参数。伴随TMS方法的一个缺点在于，对测量的分辨率存在限制。随着晶片层变得更小，就更难以利用TMS来分辨层，并且更高的分辨精度要求更密集的计算。更密集的计算损害了TMS的主要优点-能够实时工作。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，因此提供一种用于测量半导体晶片的已构图区域上的层厚度的厚度测量设备，该设备包括频谱分析仪，用于获取从已构图区域提取的反射数据，并从其中获取频谱。 峰值检测器，与频谱分析仪关联，用于搜索频谱以便查找频谱中的峰值频率，峰值检测器可用于把搜索限制到与学习阶段找到的峰值频率对应的区域，频率滤波器，与峰值检测器关联，用于对关于峰值频率的频谱进行滤波，以及最大似然拟合器，用于采用在学习阶段得到的参数来执行对已滤波频谱的最大似然拟合，以便至少获得层厚度。 反射数据最好是从已构图区域的多色光照射来获取。 频谱分析仪最好包括分光计、色散校正器、波数变换器和傅立叶变换器。 在学习阶段发现的峰值频率最好对应于初始样本的层厚度。 初始样本的层厚度最好是通过采用光谱分析来构建比频谱分析仪所得到的分辨率更高的分辨率的频谱。 频率滤波器最好可用于查找各峰值的任一侧的最小值，以及通过对最小值所定义的范围进行滤波来执行各峰值的滤波。 根据本专利技术的第二方面，提供一种用于测量半导体晶片的已构图区域上的层厚度的厚度测量设备，该设备包括a)输入频谱分析仪，用于从半导体晶片的相应已构图区域获取反射频谱，b)学习模式单元，包括峰值检测器，与频谱分析仪关联，用于搜索频谱以便查找频谱中的峰值频率，峰值检测器可用于把搜索限制到与已构图区域中的层的预计厚度对应的区域，频率滤波器，与峰值检测器关联，用于对关于峰值频率的频谱进行滤波，高分辨率频谱分析仪，用于从已滤波频谱中获取参数，用于最大似然拟合，以及最大似然拟合器，用于采用参数来执行对已滤波频谱的最大似然拟合，以便获得学习模式层厚度；以及c)运行模式单元，包括峰值检测器，与频谱分析仪关联，用于搜索频谱以便查找频谱中的峰值频率，峰值检测器可用于把搜索限制到与学习模式单元所找到的峰值频率对应的区域，频率滤波器，与峰值检测器关联，用于对关于峰值频率的频谱进行滤波，以及最大似然拟合器，用于采用学习模式单元所得到的参数来执行对已滤波频谱的最大似然拟合，以便获得层厚度。 高分辨率频谱分析仪可用于通过构建比输入频谱分析仪所得到的分辨率更高的分辨率的新频谱，来得到参数。 根据本专利技术的第三方面，提供一种用于测量半导体晶片的已构图区域上的层厚度的方法，该方法包括获取从已构图区域提取的反射数据，从其中获取频谱，搜索频谱以查找频谱中的峰值频率，该搜索限制到与学习阶段中找到的峰值频率对应的区域，对有关峰值频率的频谱进行滤波，以及采用在学习阶段得到的参数来执行对已滤波频谱的最大似然拟合，以便获得层厚度。 反射数据最好是从已构图区域的多色光照射来获取。 获取频谱的步骤最好包括测量反射数据的频谱，校正色散，变换波数以及执行傅立叶变换。 在学习阶段发现的峰值频率最好对应于初始样本的层厚度。 初始样本的层厚度最好是通过采用光谱分析来构建比频谱分析仪所得到的分辨率更高的分辨率的频谱，在学习阶段中确定。 对频谱的滤波最好包括查找各峰值的任一侧的最小值，以及执行对最小值所定义的范围上的各峰值的滤波。 根据本专利技术的第四方面，提供一种用于测量半导体晶片的已构图区域上的层厚度的方法，包括a)从半导体晶片的相应已构图区域获取反射频谱的阶段，b)学习阶段，包括搜索频谱以查找频谱中的峰值频率，同时把搜索限制到与已构图区域中的层的预计厚度对应的区域，对有关峰值频率的频谱进行滤波，从已滤波频谱中获取参数，用于最大似然拟合，以及采用参数来执行对已滤波频谱的最大似然拟合，以便获得学习模式层厚度；以及c)运行阶段，包括搜索频谱以查找频谱中的峰值频率，同时把搜索限制到与学习阶段中找到的峰值频率对应的区域，对有关峰值频率的频谱进行滤波，以及采用在学习阶段得到的参数来执行对已滤波频谱的最大似然拟合，以便获得层厚度。 从已滤波频谱中获取用于最大似然拟合的阶段包括构建所得反射频谱的更高分辨率形式。 根据本专利技术的第五方面，提供用于控制半导体晶片生产线的设备，生产线具有多个站，连续站用于对晶片执行连续过程，以便向晶片添加特征，站的至少一个具有测量单元，用于对相应晶片的已构图表面部分提供层的测量，测量单元包括光谱分析仪，用于获取从已构图区域提取的反射数据，并从其中获取频谱。 峰值检测器，与频谱分析仪关联，用于搜索频谱以便查找频谱中的峰值频率，同时把搜索限制到与学习阶段中找到的峰值频率对应的区域，频率滤波器，与峰值检测器关联，用于对关于峰值频率的频谱进行滤波，以及最大似然拟本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】书来定义，并包括上文所述各种特征的组合及再组合，以及包括本领域的技术人员在阅读以上说明时所想到的变更及修改。权利要求1.一种厚度测量设备，用于对半导体晶片的已构图区域测量层厚度，所述设备包括频谱分析仪，用于获取从已构图区域提取的反射数据，并从该反射数据中获取频谱；峰值检测器，与所述频谱分析仪关联，用于搜索所述频谱以便查找所述频谱中的峰值频率，所述峰值检测器可用于把所述搜索限制到与学习阶段找到的峰值频率对应的区域，频率滤波器，与所述峰值检测器关联，用于对关于所述峰值频率的所述频谱进行滤波，以及最大似然拟合器，用于采用在所述学习阶段得到的参数来执行对所述已滤波频谱的最大似然拟合，以便至少获得所述层厚度。2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述反射数据从所述已构图区域的多色光照射中获得。3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述频谱分析仪包括分光计、色散校正器、波数变换器和傅立叶变换器。4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述学习阶段找到的所述峰值频率对应于初始样本的层厚度。5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述初始样本的所述层厚度通过采用光谱分析来构建比所述频谱分析仪所得到的分辨率更高的分辨率的频谱，在所述学习阶段中确定。6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述频率滤波器可用于查找各峰值的任一侧的最小值，以及通过对所述最小值所定义的范围进行滤波来执行各峰值的滤波。7.一种厚度测量设备，用于对半导体晶片的已构图区域测量层厚度，所述设备包括a)输入频谱分析仪，用于从半导体晶片的相应已构图区域获取反射频谱，b)学习模式单元，包括峰值检测器，与所述频谱分析仪关联，用于搜索所述频谱以便查找所述频谱中的峰值频率，所述峰值检测器可用于把所述搜索限制到与所述已构图区域中的层的预计厚度对应的区域，频率滤波器，与所述峰值检测器关联，用于对关于所述峰值频率的所述频谱进行滤波，高分辨率频谱分析仪，用于从所述已滤波频谱中获得参数，用于最大似然拟合，以及最大似然拟合器，用于采用所述参数来执行对所述已滤波频谱的最大似然拟合，以便至少获得学习模式层厚度；以及c)运行模式单元，包括峰值检测器，与所述频谱分析仪关联，用于搜索所述频谱以便查找所述频谱中的峰值频率，所述峰值检测器可用于把所述搜索限制到与所述学习模式单元所找到的峰值频率对应的区域，频率滤波器，与所述峰值检测器关联，用于对关于所述峰值频率的所述频谱进行滤波，以及最大似然拟合器，用于采用所述学习模式单元所得到的所述参数来执行对所述已滤波频谱的最大似然拟合，以便获得所述层厚度。8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述高分辨率频谱分析仪可用于通过构建比所述输入频谱分析仪所得到的分辨率更高的分辨率的新频谱，来获得所述参数。9.一种用于对半导体晶片的已构图区域测量层厚度的方法，所述方法包括获取从已构图区域提取的反射数据，从该反射数据中获取频谱，搜索所述频谱以查找所述频谱中的峰值频率，所述搜索限制到与学习阶段中找到的峰值频率对应的区域，对有关所述峰值频率的所述频谱进行滤波，以及采用在所述学习阶段得到的参数来执行对所述已滤波频谱的最大似然拟合，以便获得所述层厚度。10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述反射数据从所述已构图区域的多色光照射中获得。11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，获取所述频谱的步骤包括测量所述反射数据的频谱，校正色散，变换波数以及执行傅立叶变换。12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在所述学习阶段找到的所述峰值频率对应于初始样本的层厚度。13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述初始样本的所述层厚度通过采用光谱分析来构建比所述频谱分析仪所得到的分辨率更高的分辨率的频谱，在所述学习阶段中确定。14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，对所述频谱的所述滤波包括查找各峰值的任一侧的最小值，以及执行对所述最小值所定义的范围上的各峰值的滤波。15.一种用于对半导体晶片的已构图区域测量层厚度的方法，包括a)从半导体晶片的相应已构图区域获取反射频谱的阶段，b)学习阶...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·杜诺尔，V·鲁宾斯泰恩，
申请(专利权)人：特维特程序控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：