用于共址计量的方法及系统技术方案

本文中呈现用于运用两个或多于两个测量子系统执行半导体结构的共址测量的方法及系统。为了实现足够小的测量盒大小，计量系统监测且校正每一计量子系统的测量点与计量目标的对准以实现每一计量子系统的所述测量点与所述计量目标的最大共址。另一方面，通过两个或多于两个计量子系统在相同晶片位置处以高处理量同时执行测量。此外，所述计量系统有效地解耦与每一测量子系统相关联的同时获取的测量信号。此最大化与通过两个或多于两个计量子系统同时测量相同计量相关联的信号信息。子系统同时测量相同计量相关联的信号信息。子系统同时测量相同计量相关联的信号信息。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于共址计量的方法及系统


[0001]所描述的实施例涉及计量系统及方法，且更特定来说涉及用于改进半导体结构的测量的方法及系统。

技术介绍

[0002]通常通过应用于样品的一序列处理步骤来制作半导体装置，例如逻辑及存储器装置。通过这些处理步骤来形成半导体装置的各种特征及多个结构层级。例如，光刻尤其为一种涉及在半导体晶片上产生图案的半导体制作过程。半导体制作过程的额外实例包含(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作多个半导体装置，且接着将其分离成个别半导体装置。
[0003]在半导体制作过程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较高良率。光学计量技术提供高处理量的可能而没有样本破坏的风险。通常使用若干基于光学计量的技术(包含散射测量及反射测量实施方案)及相关联分析算法来特性化纳米级结构的临界尺寸、膜厚度、组合物、叠加及其它参数。
[0004]通常使用多种计量技术循序地执行对所关注结构的测量以增加测量准确度及精度。在一些实例中，光谱椭偏测量(SE)及光谱反射测量(SR)系统执行对定位于半导体衬底上的相同计量目标的循序测量。为了使用不同测量子系统执行对计量目标的循序测量，每一子系统在测量时必须与计量目标对准。此可通过以下步骤实现：定位晶片使得计量目标与一个测量子系统对准，用所述子系统执行测量，接着重新定位晶片使得相同计量目标与另一测量子系统对准。此方法在高处理量计量设置中是不理想的，因为多步骤移动消耗过量时间。为了避免此问题，在一些实例中，使多个计量系统(例如SE系统及SR系统)的测量光束共址于相同计量目标上。在此方法中，在未通过晶片定位系统对衬底进行干预移动(例如，晶片载物台移动)的情况下获取SE测量及SR测量两者。
[0005]尽管SR及SE测量光束的共址提高总测量处理量，但测量系统漂移(例如，归因于温度漂移)引入半导体衬底上的SR测量位置及SE测量位置的重叠的误差。为了减小这些误差，必须周期性地校准SR及SE测量系统以重新定位SR及SE测量光束入射于半导体晶片上的位置，使得其实现最大共址。
[0006]目前，手动监测及调整SR及SE测量点相对于计量目标的定位。在一些实例中，人类操作者检查由SR及SE测量系统收集的计量目标的场图像，且调整SR及SE测量系统以将所关注计量目标分别置于SR及SE测量系统的视场中心。使用手动技术及足够长的循环时间，可能以大约10微米或更小的准确度实现SR及SE测量光束的定位的共址。不幸的是，归因于系统漂移及其它因素，SE及SR测量光束的定位的共址通常随时间降级。针对小尺寸计量目标(例如，具有15微米到30微米的横向范围的计量目标)，手动对准变得非常耗时且困难。此限制准确地特性化样本所需的多个计量系统(例如组合SE及SR系统)的处理量。
[0007]总而言之，特征大小的不断缩减及结构特征的深度增加将困难的要求加诸于光学计量系统。光学计量系统必须在高处理量下满足日益复杂的目标的高精度及准确度要求，
以保持成本效益。在此上下文中，多个测量子系统收集数据的速度已成为光学计量系统设计中的重要因素。因此，期望克服这些限制的经改进计量系统及方法。

技术实现思路

[0008]本文中提出用于运用两个或多于两个测量子系统执行半导体结构的共址测量的方法及系统。为了实现足够小的测量盒大小，计量系统监测且校正每一计量子系统的测量点与计量目标的对准以实现每一计量子系统的所述测量点与所述计量目标的最大共址。一般来说，两个或多于两个测量子系统对半导体结构的测量的自动化共址实现改进的测量准确度及处理量、改进的测量子系统匹配、改进的工具对工具匹配、制作设施处的更快速工具安装及对准，及编程维护之间的延长的时间(即，较少工具当机时间)。
[0009]在一个方面中，监测计量目标在与第一计量子系统相关联的场图像中的位置及相同计量目标在与第二计量子系统相关联的场图像中的位置。当所述计量目标在所述场图像中的所述位置之间的失准超过预定容限时，自动调整所述第一计量子系统、所述第二计量子系统或两者的一或多个元件的位置以使所述计量目标在两个场图像中在预定容限内共址。
[0010]在另一方面中，基于第一计量子系统对已知计量目标的测量直接估计所述已知计量目标在所述第一计量子系统的测量点中的位置。另外，基于第二计量子系统对所述已知计量目标的测量直接估计所述已知计量目标在所述第二计量子系统的测量点中的位置。
[0011]在一些实施例中，基于提供对与测量系统的对准具有已知相依性的光谱响应的已知计量目标的光谱测量直接评估共址。在一些实例中，所述计量目标是二维、空间变化的图案目标，例如二维可变周期光栅或可变波长滤波器。
[0012]在又另一方面中，通过在测量专门计量目标期间最大化两个测量通道之间的串扰而实现第一计量子系统的测量点与第二计量子系统的测量点的对准。
[0013]在另一方面中，基于第一计量子系统对计量目标的测量的统计模型直接估计计量目标在所述第一计量子系统的测量点中的位置。另外，基于第二计量子系统对所述计量目标的测量的统计模型直接估计所述计量目标在所述第二计量子系统的测量点中的位置。
[0014]在另一方面中，通过调整一个或两个计量子系统的场光阑而校正两个不同计量子系统的测量点之间的失准。采用场光阑在垂直于测量光束路径的平面中的移动来调整晶片平面处的失准，且采用场光阑在与测量光束路径对准的方向上的移动来调整焦点失准。
[0015]在另一方面中，通过调整两个不同计量子系统中的一者的照明光瞳而校正所述计量子系统的测量点之间的失准。
[0016]在另一方面中，致动计量子系统的光学元件以使光瞳倾斜(tip/tilt)而使光束传播方向移位。物镜将光束传播方向的所述移位转变为晶片处的测量光束的XY位移。
[0017]在另一方面中，通过两个或多于两个计量子系统在相同晶片位置处以高处理量同时执行测量。此外，计量系统有效地解耦与每一测量子系统相关联的同时获取的测量信号。此最大化与通过两个或多于两个计量子系统进行的相同计量的同时测量相关联的信号信息。
[0018]在一些实施例中，训练深度学习模型(例如，神经网络模型、支持向量机模型等)以降低在SE测量通道与SR测量通道上同时测量的信号之间的串扰。模型训练可基于实际测量
数据、合成测量数据(即，仿真测量数据)或两者。
[0019]在一些实施例中，采用单独照明波长来解耦存在于两个或多于两个测量通道的检测器处的同时测量的信号。
[0020]在另一方面中，基于组合计量系统的机械对准及稳定性，计量目标在第一计量子系统的场图像中的位置及所述计量目标在第二计量子系统的场图像中的位置始终共址。
[0021]前文是概述且因此必然含有细节的简化、概括及省略；因此，所属领域的技术人员将明白，所述概述仅为说明性的且绝非限制性的。在本文中所陈述的非限制性详细描述中，本文中所描述的装置及/或过程的其它方面、专利技术特征及优点将变得显而易见。
附图说明
[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】1.一种计量系统，其包括：第一计量子系统，其包括：一或多个照明源，其经配置以产生第一照明光量；照明光学子系统，其经配置以将所述第一照明光量作为第一照明光束从所述一或多个照明源引导到被测量样品的表面上的第一测量点；收集光学子系统，其经配置以从所述第一测量点收集光量；及检测器，其接收所述收集光量且产生第一测量信号，所述第一测量信号指示安置于所述样品上的计量目标在所述第一测量点内的第一测量；第二计量子系统，其包括：一或多个照明源，其经配置以产生第二照明光量；照明光学子系统，其经配置以将所述第二照明光量作为第二照明光束从所述一或多个照明源引导到所述被测量样品的所述表面上的第二测量点；收集光学子系统，其经配置以从所述第二测量点收集光量；及检测器，其接收所述收集光量且产生第二测量信号，所述第二测量信号指示安置于所述样品上的所述计量目标在所述第二测量点内的第二测量；及计算系统，其经配置以：接收所述计量目标在所述第一计量子系统的所述第一测量点内的位置的指示及所述计量目标在所述第二计量子系统的所述第二测量点内的位置的指示；确定所述计量目标在所述第一计量子系统的所述第一测量点内的所述位置、所述计量目标在所述第二计量子系统的所述第二测量点内的所述位置或两者之间的失准；及将控制命令传达到所述第一计量子系统、所述第二计量子系统或两者的一或多个致动器，所述控制命令致使所述第一计量子系统、所述第二计量子系统或两者的多个光学元件中的一者的移动，所述移动减小所述计量目标在所述第一计量子系统的所述第一测量点内的所述位置、所述计量目标在所述第二计量子系统的所述第二测量点内的所述位置或两者之间的所述失准。2.根据权利要求1所述的计量系统，其进一步包括：第一场成像装置，其安置于所述第一计量子系统的场图像平面处或附近，其中所述场成像装置捕捉与所述第一计量子系统相关联的第一场图像，其中所述第一场图像指示所述第一计量子系统的所述计量目标及所述第一测量点的所述位置；及第二场成像装置，其安置于所述第二计量子系统的场图像平面处或附近，其中所述第二场成像装置捕捉与所述第二计量子系统相关联的第二场图像，其中所述第二场图像指示所述第二计量子系统的所述计量目标及所述第二测量点的所述位置。3.根据权利要求2所述的计量系统，其中当所述第一场成像装置捕捉所述第一场图像时，所述第一计量子系统的所述一或多个照明源照明所述计量目标；且其中当所述第二场成像装置捕捉所述第二场图像时，所述第二计量子系统的所述一或多个照明装置照明所述计量目标。4.根据权利要求2所述的计量系统，其进一步包括：对准光束源，其经配置以当所述第一场成像装置捕捉所述第一场图像、所述第二场成像装置捕捉所述第二场图像或两者时产生照明所述计量目标的对准光束。
5.根据权利要求4所述的计量系统，其中所述对准光束源是激光对准源。6.根据权利要求4所述的计量系统，其中所述对准光束按波长与所述第一照明光束、所述第二照明光束或两者分离。7.根据权利要求4所述的计量系统，其中所述对准光束在空间上与所述第一照明光束、所述第二照明光束或两者分离。8.根据权利要求4所述的计量系统，其中所述对准光束在时间上与所述第一照明光束、所述第二照明光束或两者分离。9.根据权利要求8所述的计量系统，其中所述对准光束通过光学调制在时间上与所述第一照明光束、所述第二照明光束或两者分离。10.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述计量目标是已知计量目标，其中所述计量目标在所述第一子系统的所述测量点内的所述位置的所述指示是所述第一测量信号，且其中所述计量目标在所述第二子系统的所述测量点内的所述位置的所述指示是所述第二测量信号。11.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述计量目标将所述第一照明光束的一部分引导到所述第二计量子系统的所述检测器，且其中所述第一计量子系统、所述第二计量子系统或两者的光学调整最大化由所述第二计量子系统的所述检测器响应于通过所述第一照明光束照明所述计量目标而检测的所述第二测量信号。12.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述计算系统进一步经配置以：基于所述计量目标的所述第一测量的统计模型估计所述计量目标在所述第一测量点内的所述位置；及基于所述计量目标的所述第二测量的统计模型估计所述计量目标在所述第二测量点内的所述位置。13.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述第一计量子系统、所述第二计量子系统或两者的所述光学调整涉及调整所述第一计量子系统的场光阑、所述第二计量子系统的场光阑或两者的位置。14.根据权利要求13所述的计量系统，其中所述第一计量子系统的所述场光阑的所述位置的所述调整是在与穿过所述场光阑的测量光束对准的方向上。15.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述第一计量子系统、所述第二计量子系统或两者的所述光学调整涉及调整所述第一计量子系统的照明光瞳、所述第二计量子系统的照明光瞳或两者。16.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述第二计量子系统的所述光学调整涉及在垂直于所述第二照明光束的传播方向的方向上调整定位于所述第二计量子系统的光束路径中的聚焦光学元件的位置。17.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述第二计量子系统的所述光学调整涉及调整定位于所述第二计量子系统的光束路径中的光束分离元件的定向。18.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述第二计量子系统的所述光学调整涉及调整定位于所述第二计量子系统的光束路径中的物镜的定向。19.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述第二计量子系统的所述光学调整涉及调整定位于所述第二计量子系统的光束路径中的里斯利棱镜的定向。
20.根据权利要求1所述的计量系统，其中同时执行所述计量目标的所述第一测量及所述计量目标的所述第二测量。21.根据权利要求20所述的计量系统，所述计算系统进一步经配置以：基于经训练深度学习模型将相关联于所述第二计量子系统的测量信号与由所述第一计量子系统的所述检测器检测的相关联于所述第一计量子系统的测量信号解耦；及基于所述经训练深度学习模型将相关联于所述第一计量子系统的测量信号与由所述第二计量子系统的所述检测器检测的相关联于所述第二计量子系统的测量信号解耦。22.根据权利要求20所述的计量系统，其进一步包括：光学调制器，其定位于所述第一照明光束的路径中，所述光学调制器以不同于所述第二照明光束的强度的任何调制的频率或频率范围调制所述第一照明光束的强度；及滤波器，其从所述第一测量信号移除在与所述第一照明光束的所述强度的所述调制相关联的所述频率或频率范围外的频率分量。23.根据权利要求22所述的计量系统，其中所述光学调制器是在所述第一计量子系统的光学路径中的截光器、旋转偏振元件及所述第一计量子系统的脉冲式照明源中的任何者。24.根据权利要求20所述的计量系统，其进一步包括：光学调制器，其定位于所述第二照明光束的路径中，所述光学调制器以不同于所述第一照明光束的强度的任何调制的频率或频率范围调制所述第二照明光束的强度；及滤波器，其从所述第二测量信号移除在与所述第二照明光束的所述强度的所述调制相关联的所述频率或频率范围外的频率分量。25.根据权利要求24所述的计量系统，其中所述光学调制器是在所述第二计量子系统的光学路径中的截光器、旋转偏振元件及所述第二计量子系统的脉冲式照明源中的任何者。26.根据权利要求20所述的计量系统，其中所述第一照明光束的波长不同于所述第二照明光束的波长，所述计量系统进一步包括：第一光学滤波器，其从所述第二测量信号移除在与所述第二照明光束相关联的所述波长外的波长；及第二光学滤波器，其从所述第一测量信号移除波长以移除与所述第一照明光束相关联的所述波长外的波长。27.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述第一照明光束及所述第二照明光束各自包含含有红外线、可见光及紫外线波长的波长范围。28.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述计算系统进一步经配置以：基于所述第一测量信号及所述第二测量信号产生所述计量目标的所关注参数的估计值。29.根据权利要求1所述的计量系统，其中所述第一计量子系统是光谱椭偏仪，且其中所述第二计量子系统是反射计。30.根据权利要求29所述的计量系统，其中所述反射计是角解析反射计，且其中所述角解析反射计的所述照明源是宽带照明源，且其中所述第二照明光是宽带照明光。31.根据权利要求30所述的计量系统，其中所述角解析反射计的所述宽带照明源是基
于激光的照明源。32.根据权利要求30所述的计量系统，所述角解析反射计的照明光学器件进一步包括：一或多个窄带滤波器，其经配...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：科磊股份有限公司，
类型：发明
国别省市：