在光学计量中用近似和精细衍射模型确定结构的轮廓参数制造技术

本发明专利技术涉及在光学计量中用近似和精细衍射模型确定结构的轮廓参数，提供了一种通过使用光学计量模型确定结构的一个或多个轮廓参数的方法，该光学计量模型包括轮廓模型、近似衍射模型和精细衍射模型。根据所述结构的近似衍射模型产生模拟近似衍射信号。通过从每个模拟精细衍射信号减去所述模拟近似衍射信号获得一组差值衍射信号，并将所述组差值衍射信号与相对应的轮廓参数配对并且用于产生差值衍射信号的库。由所述模拟近似衍射信号所调节的测量衍射信号与所述库比对，以确定所述结构的至少一个轮廓参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及形成于半导体晶片上的结构的光学计量，更具体 地，涉及通过在光学计量中使用近似和精细模型来确定结构的一个或多个 轮廓参数。
技术介绍
在半导体制造中，通常使用周期性的光栅以保证质量。例如，周期光 栅的一个典型应用包括在半导体芯片的操作结构附近制造周期光栅。然后 使周期光栅接受电磁辐射照射。采集作为衍射信号的从周期光栅偏转的电 磁辐射。然后，分析衍射信号以确定周期光栅(并扩展到半导体芯片的操 作结构)是否根据规范制造。在一个常规系统中，将通过照射周期光栅所采集的衍射信号(测得衍 射信号)与模拟衍射信号库相比较。库中每个模拟衍射信号与假想轮廓相 关联。当测得衍射信号以及库中的一个模拟衍射信号匹配时，假定与该模 拟衍射信号相关联的假想轮廓代表周期光栅的实际轮廓。用于产生模拟衍射信号的假想轮廓根据表征待检査结构的轮廓模型产 生。从而，为了通过使用光学计量来精确地确定结构轮廓，应该使用精确 地表征该结构的轮廓模型。
技术实现思路
提供一种用于通过光学计量模型来确定结构的一个或多个轮廓参数的 方法，该光学计量模型包括轮廓模型、近似衍射模型和精细衍射模型。根 据结构的近似衍射模型而产生模拟近似衍射信号。通过从每个模拟精细衍 射信号减去模拟近似衍射信号得到差值衍射信号的组，并将这一组衍射信 号与相对应的轮廓参数配对，用于产生差值衍射信号库。由模拟衍射信号调节的测得衍射信号与库匹配以确定该结构的至少一个轮廓参数。 附图说明图1A是示出示例性实施例的结构示意图，其中能够利用光学计量来 确定形成于半导体晶片上的结构的轮廓。图1B示出一个示例性的一维重复结构。图1C示出一个示例性的二维重复结构。图2A示出二维重复结构的单元格的一个示例性的正交网格。图2B示出二维重复结构的俯视图。图2C是用于表征二维重复结构的俯视图的示例性技术。图3A是示出基底和金属薄膜层的两层材料的示例性结构示意图。图3B是示出基底和均质金属薄膜层的两层材料的示例性结构示意图。图4A是示出基底上无图案薄膜叠层的近似模型的示例性结构示意图。图4B是示出薄膜叠层的顶层上的图案化结构的精细模型的示例性结 构示意图。图5A是示出基底上的薄膜叠层的近似模型的示例性结构示意图。 图5B是示出具有接触孔的薄膜叠层的示例性结构侧视示意图。 图5C是示出具有接触孔的薄膜叠层的示例性结构俯视示意图。 图6A是结构的使用精细衍射模型的模拟精细衍射信号以及使用近似衍射模型的模拟近似衍射信号相比的示例性图表。 图6B是所计算的差值衍射信号的示例性图表。 图7A是利用近似和精细衍射模型来确定轮廓参数的示例性流程图。 图7B是利用近似和精细衍射模型使用第一和第二机器学习系统来确定轮廓参数的示例性流程图。图7C是利用近似和精细衍射模型使用一个或多个终止判据以优化测量模型来确定轮廓参数的示例性流程图。图8是用于通过使用近似和精细衍射模型利用所建立的库来确定结构的轮廓参数的系统的示例性框图。图9是用于通过使用近似和精细衍射模型利用所建立的机器学习系统 来确定结构的轮廓参数的系统的示例性框图。图10是通过使用近似和精细衍射模型来确定并利用轮廓参数以用于 自动处理和设备控制的示例性流程图。图11是确定并利用轮廓参数以用于自动处理和设备控制的示例性框图。具体实施例方式为了便于说明本专利技术，可使用半导体晶片来说明该概念的应用。该方 法和过程同样适用于具有重复结构的其它工件。而且，在此应用中，在未 限定时，术语"结构"是指被图案化的结构。图1A是示出一种示例性实施例的结构示意图，其中能够利用光学计 量来确定在半导体晶片上制造的结构的轮廓或形状。光学计量系统40包 括计量光束源41，该光束源将计量光束43投射在晶片47的目标结构59 上。计量光束43以入射角0朝向目标结构59投射。衍射光束49由计量光 束接收器51来测量。测得衍射信号57传递到轮廓服务器53。轮廓服务器 53将测得衍射信号57与模拟衍射信号及其相关联的代表目标结构的尺寸 的各种组合形式的假想轮廓相比较，所述模拟衍射信号由模拟器60模拟 并且/或者存储在该模拟器中。模拟器60可以是由机器学习系统构成的 库、预先产生的模拟衍射信号数据库或类似系统(例如，这是库方法)。 可选地，其可以是解出麦克斯韦方程以得到给定轮廓的按需衍射信号发生 器(例如，这是回归法)。在示例性实施例中，选择由模拟器60产生的 最匹配测得衍射信号57的衍射信号。假定与选定的模拟衍射信号对应的 假想轮廓以及相关联的尺寸相当于目标结构59的特征的实际轮廓以及尺 寸。光学测量系统40可使用反射计、散射仪、椭圆计或其它光学测量设 备，以测量衍射光束或信号。在2005年9月13日授权的、名为美国专利No. 6,943,900中描述了一种光学测量系统，在此通过引用而并入其全文。通过使用一些数值分析技术求解麦克斯韦方程能够产生模拟衍射信号。能够使用各种数值分析技术，包括严格耦合波分析(RCWA)的变 形。至于RCWA的更详细说明，参见2001年1月25日提交、2005年5 月10日授权的、名为CACHING OF INTRA-LAYER CALCULATIONS FOR RAPID QIGOROUS COUPLED-WAVE ANALYSIS的美国专利No. 6,891，626，在此通过引用而并入其全文。还能够使用机器学习系统(MLS)来产生模拟衍射信号。在产生模拟 衍射信号前，通过使用已知的输入和输出数据来训练MLS。在一个示例性 实施例中，能够通过使用采用机器学习算法的MLS来产生模拟衍射信 号，所述机器学习算法例如为反向传播、径向基函数、支持矢量机、核回 归等。至于应用于光学计量的机器学习系统和算法的更详细说明，参见 2003年6月27日提交的、名为OPTICAL METROLOGY OF STRUCTURES FORMED ON SEMICONDUCTOR WAFERS USING MACHINE LEANING SYSTEMS的美国专利申请No. 10/608,300，在此通 过引用而并入其全文。术语"一维结构"在此用来指代其轮廓在一个方向上变化的结构。例 如，图IB示出了其轮廓在一个方向(即x方向)上变化的周期光栅。假 定图lB中示出的周期光栅的轮廓在y方向是大致均匀或连续的。术语"二维结构"在此用来指代其轮廓在两个方向上变化的结构。例 如，图1C示出了其轮廓在两个方向(即x方向和y方向)上变化的周期、 图2A、 2B和2C示出了用于光学计量建模的二维重复结构的特征。 图2A示出二维重复结构300的单元格的示例性正交网格的俯视图。假想 网格线叠加在该重复结构的俯视图上，其中网格线沿着周期性的方向画 出。假想网格线形成称为单元格302的区域。单元格可设置为正交或非正 交的方式。二维重复结构可在单元格内包括下列特征，例如重复支柱、接 触孔、通孔、岛状物或以上两种或两种以上形状的组合。而且，所述特征 可具有多个形状并可以是凸或凹特征或者凸与凹特征的组合。参见图2A，重复结构300包括带有以正交方式设置的孔304的单元格302，其中 孔304定位为大体上位于单元格302的中心。图2B示出包括凹入的椭圆孔320的二维重复结构单元格310的俯视 图。孔320的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过使用光学计量模型确定结构的一个或多个轮廓参数的方法，该光学计量模型包括轮廓模型、近似衍射模型和精细衍射模型，该方法包括：　（ａ）建立结构的计量模型，该计量模型包括轮廓模型，该轮廓模型具有轮廓参数；　（ｂ）优化该计量模型， 该优化的计量模型包括优化的轮廓模型；　（ｃ）根据所述结构的近似衍射模型计算模拟近似衍射信号；　（ｄ）根据轮廓参数的组产生模拟精细衍射信号的组，通过使用所述结构的优化的轮廓模型来产生所述模拟精细衍射信号；　（ｅ）产生差值衍射 信号和相对应的轮廓参数的库，所述差值衍射信号是通过从所述模拟精细衍射信号的组中的每个模拟精细衍射信号减去所述模拟近似衍射信号来计算的；　（ｆ）把通过减去所述模拟近似衍射信号而受到调节的测量衍射信号与差值衍射信号的所述库对比而确定最佳匹 配；和　（ｇ）如果满足一个或多个匹配判据，则确定所述结构的至少一个轮廓参数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘维，李世芳，杨维东，
申请(专利权)人：东京毅力科创株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]