用于原位測(cè)量的光學(xué)計(jì)量的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般是在光學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于原位測(cè)量被處理/制造的結(jié)構(gòu)的參數(shù)的光學(xué)方法和系統(tǒng)。本發(fā)明在半導(dǎo)體工業(yè)中尤其有用，用于控制在制造圖案化結(jié)構(gòu)(半導(dǎo)體晶片)中的各種處理。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，在圖案化結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)領(lǐng)域中，眾所周知，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)集成(integrated，綜合)、原位以及獨(dú)立的光學(xué)測(cè)量技術(shù)，控制圖案創(chuàng)作的工序(process，處理)。
[0003]例如，轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人的美國(guó)專利號(hào)6，764，379描述了使用集成技術(shù)并也描述了集成和原位技術(shù)的組合，用于監(jiān)控在生產(chǎn)線上前進(jìn)的基本上相同的物品的流的處理。首先，應(yīng)用原位技術(shù)以在檢測(cè)結(jié)束點(diǎn)信號(hào)時(shí)識(shí)別和結(jié)束處理，此處的后者與被處理的物品的某個(gè)參數(shù)的預(yù)定值對(duì)應(yīng)。在響應(yīng)于由在物品的處理期間連續(xù)操作的結(jié)束點(diǎn)檢測(cè)器所生成的結(jié)束點(diǎn)信號(hào)來(lái)完成處理時(shí)，集成監(jiān)控被施加到經(jīng)處理的物品，以測(cè)量所述參數(shù)的值。分析期望參數(shù)的測(cè)量值，以確定將用于調(diào)整結(jié)束點(diǎn)信號(hào)的校正值，從而用于適當(dāng)?shù)亟Y(jié)束在流中的下一個(gè)物品的處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在本領(lǐng)域中需要一種新方法，用于原位監(jiān)控制造在結(jié)構(gòu)內(nèi)具有不同的層狀堆疊的類型的圖案化結(jié)構(gòu)的過(guò)程。
[0005]通常，與集成和獨(dú)立的技術(shù)相比，原位測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)在于隨著處理的進(jìn)展在相同的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行測(cè)量的可能性。這能夠?qū)崟r(shí)控制產(chǎn)品和處理參數(shù)，而幾乎不中斷處理，并且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)處理結(jié)束點(diǎn)并且控制處理參數(shù)。解釋原位測(cè)量的數(shù)據(jù)是一項(xiàng)復(fù)雜的任務(wù)，并且所指定類型的常規(guī)技術(shù)不足夠精確，這主要是因?yàn)樵粶y(cè)量受到無(wú)規(guī)律的環(huán)境特征、結(jié)構(gòu)在處理/測(cè)量之下的機(jī)械運(yùn)動(dòng)等的影響。另外，原位光學(xué)測(cè)量不可避免地具有較低的空間分辨率，這是因?yàn)樵还鈱W(xué)測(cè)量需要相對(duì)較大尺寸的測(cè)量點(diǎn)(measurement spot)。在具有不同層堆疊(layer stack)的圖案化結(jié)構(gòu)的情況下，使用這種大的點(diǎn)，造成測(cè)量點(diǎn)包括不同的堆疊的部分，例如，不同的圖案。更具體而言，通常利用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于專門(mén)設(shè)計(jì)的劃線測(cè)試結(jié)構(gòu)(50x50微米)的點(diǎn)，進(jìn)行原位光學(xué)(例如，光譜)測(cè)量。通常，在晶片表面上的點(diǎn)尺寸的直徑大約為幾毫米并且更高，即，也就是相當(dāng)/比芯片尺寸大一些。在這種“大”點(diǎn)的情況下測(cè)量信號(hào)可以是從在測(cè)量點(diǎn)中的所有特征中反射的信號(hào)的組合。換言之，原位光學(xué)測(cè)量具有取決于晶片圖案的強(qiáng)信號(hào)。
[0006]本發(fā)明提供了一種新技術(shù)，用于原位光學(xué)測(cè)量中。這種新技術(shù)基于發(fā)明人的理解，隨著應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的處理的進(jìn)展，原位光學(xué)測(cè)量提供具有隨著時(shí)間測(cè)量的一系列數(shù)據(jù)塊的形式的測(cè)量數(shù)據(jù)。這一系列數(shù)據(jù)塊提供結(jié)構(gòu)的輪廓的時(shí)間變化的圖。這能夠?qū)崟r(shí)建模結(jié)構(gòu)輪廓，即，優(yōu)化描述在結(jié)構(gòu)輪廓與結(jié)構(gòu)的光學(xué)響應(yīng)之間的關(guān)系的模型。因此，可以根據(jù)原位光學(xué)信號(hào)(簽名)的時(shí)間序列(例如，光譜、角分辨的、橢圓偏振儀參數(shù)、光譜橢圓偏振儀(SE)參數(shù)等)，從動(dòng)態(tài)優(yōu)化的模型中提取結(jié)構(gòu)的輪廓參數(shù)。
[0007]應(yīng)理解的是，本發(fā)明的實(shí)時(shí)輪廓建模方法與常規(guī)的散射儀(光學(xué)臨界尺寸OCD)建模的不同之處在于用于數(shù)據(jù)解釋的輪廓定義和算法。本發(fā)明的實(shí)時(shí)輪廓建模技術(shù)可以利用在相同的圖案化結(jié)構(gòu)(晶片)上的任何一個(gè)或多個(gè)相關(guān)特征的標(biāo)準(zhǔn)OCD和/或其他測(cè)量結(jié)果，來(lái)微調(diào)實(shí)時(shí)輪廓的預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度和定時(shí)，(使用預(yù)先測(cè)量或者將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集系列分成可以通過(guò)不同的算法分析的子系列)用于當(dāng)前運(yùn)行和(使用后處理測(cè)量)用于下次運(yùn)行兩者。還應(yīng)注意的是，多個(gè)光學(xué)檢測(cè)器(相同或不同的類型)可以用于在結(jié)構(gòu)上的相同點(diǎn)和/或在結(jié)構(gòu)上的多個(gè)不同點(diǎn)的原位測(cè)量。
[0008]本發(fā)明提供了一種專用技術(shù)來(lái)提高利用本發(fā)明的實(shí)時(shí)輪廓建模的測(cè)量的穩(wěn)定性和魯棒性。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)不同的方式使用幾個(gè)測(cè)量的時(shí)間序列以允許跟蹤處理，并且使用以與處理和建模一致的方式來(lái)連接該序列的約束。
[0009]在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明利用組合的測(cè)量時(shí)間序列。不是與在散射儀測(cè)量中通常做的那樣將觀看到的每個(gè)簽名(例如，光譜)用作表示特定結(jié)構(gòu)，而是本發(fā)明的實(shí)時(shí)輪廓建模方法基于在任何時(shí)間點(diǎn)(在該處理期間，實(shí)時(shí))分析整個(gè)測(cè)量集，測(cè)量集是隨時(shí)間從處理開(kāi)始到當(dāng)前時(shí)刻測(cè)量的數(shù)據(jù)塊的序列。換言之，本發(fā)明的技術(shù)使用處理的歷史，其中，所有已經(jīng)測(cè)量的幀/信號(hào)(在前測(cè)量的數(shù)據(jù)塊)可用于進(jìn)行分析，并且在前測(cè)量的光譜的解釋的整個(gè)結(jié)果序列始終用于趨勢(shì)分析和預(yù)測(cè)。根據(jù)可獲得的先前解釋結(jié)果的整個(gè)序列，在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)，建立預(yù)測(cè)模型，并且該預(yù)測(cè)模型用于自動(dòng)估計(jì)下一個(gè)解釋的開(kāi)始點(diǎn)并且用于自動(dòng)估計(jì)解釋范圍。此外，預(yù)測(cè)模型可以在這時(shí)間幀序列中觸發(fā)在不同的搜索算法之間的切換，以便在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的解決方案時(shí)，允許更快速的收斂，或者根據(jù)預(yù)測(cè)，通過(guò)打開(kāi)/關(guān)閉參數(shù)，減少浮動(dòng)參數(shù)的數(shù)量。
[0010]在某些其他實(shí)施方式中，本發(fā)明提供了利用多個(gè)原始數(shù)據(jù)信號(hào)的測(cè)量數(shù)據(jù)處理技術(shù)。該技術(shù)允許與處理(例如，蝕刻)相關(guān)的參數(shù)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)的直接擬合。軟件產(chǎn)品或用戶可以定義可用于該目的的可變參數(shù)，例如，主要蝕刻參數(shù)，例如，在不同材料中的蝕刻速率。對(duì)于這些參數(shù)，先驗(yàn)信息還可以用作s起始點(diǎn)或預(yù)測(cè)(例如，平均的、已知的或者預(yù)期的蝕刻速率)。數(shù)據(jù)分析技術(shù)首先測(cè)試在前的擬合結(jié)果是否限定足夠干凈的預(yù)測(cè)趨勢(shì)和/或與預(yù)期的趨勢(shì)是否匹配。如果是這種情況，那么后續(xù)的測(cè)量光譜被分組擬合，使擬合參數(shù)隨時(shí)間的導(dǎo)數(shù)作為擬合參數(shù)本身?？梢詢H僅為在這組中的部分光譜進(jìn)行實(shí)際計(jì)算，并且在光譜的剩余部分中，沿著時(shí)間軸將結(jié)果內(nèi)插。根據(jù)光學(xué)響應(yīng)(光譜變化)在時(shí)間上的變化的估計(jì)線性度，在測(cè)量之下自動(dòng)將表示結(jié)構(gòu)的光學(xué)響應(yīng)(例如，光譜)的測(cè)量數(shù)據(jù)塊的時(shí)間序列分割成組。
[0011]在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明利用置信因數(shù)計(jì)算和用途。這個(gè)特征的目的在于，在測(cè)量時(shí)間序列中，為某個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)(光譜)提供解釋結(jié)果的可信度的某個(gè)數(shù)量測(cè)度。根據(jù)在結(jié)果之間的差異以及用于擬合參數(shù)值的變化的趨勢(shì)，在時(shí)間上限定擬合結(jié)果的低置信。能夠通過(guò)非常基本的方式實(shí)現(xiàn)這個(gè)特征，例如，計(jì)算在當(dāng)前點(diǎn)與在前時(shí)間點(diǎn)的估計(jì)趨勢(shì)的偏差之間的比率，尤其用于處理子步驟，其中，已知預(yù)期的趨勢(shì)/處理。與估計(jì)趨勢(shì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差相比，該偏差越大，當(dāng)前點(diǎn)的置信限度就越低。這個(gè)信息可以與趨勢(shì)的估計(jì)整合，使得趨勢(shì)比估計(jì)變得不清楚的情況更穩(wěn)健。在線工作時(shí)，這特別相關(guān)，其中，不能在時(shí)間上解釋所有信號(hào)。置信限度可以用于從趨勢(shì)估計(jì)或預(yù)測(cè)模型中過(guò)濾某些點(diǎn)，以使其更穩(wěn)健。
[0012]因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)廣泛的方面，提供一種用于控制對(duì)具有不同的層狀堆疊的區(qū)域的圖案化結(jié)構(gòu)施加的處理的方法，所述方法包括:
[0013](a)順次接收在預(yù)定的處理時(shí)間段期間表示被處理的結(jié)構(gòu)的光學(xué)響應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)，并且生成隨著時(shí)間測(cè)量的數(shù)據(jù)塊的對(duì)應(yīng)序列；
[0014](b)分析和處理所述數(shù)據(jù)塊的序列并且確定所述結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)主要參數(shù)，其中，所述分析和處理包括:
[0015]i)處理所述數(shù)據(jù)塊的序列的部分并且獲得表示所述結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)，
[0016]ii)利用表示所述結(jié)構(gòu)的所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的所述數(shù)據(jù)，并且優(yōu)化描述所述結(jié)構(gòu)的光學(xué)響應(yīng)與所述結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系的模型數(shù)據(jù)；
[0017]iii)利用優(yōu)化的所述模型數(shù)據(jù)來(lái)處理所測(cè)量的數(shù)據(jù)塊的序列的至少一部分，并且確定表征對(duì)所述結(jié)構(gòu)施加的所述處理的所述結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)參數(shù)，并且生成表示所述結(jié)構(gòu)的所述至少一個(gè)參數(shù)的數(shù)據(jù)。
[0018]在一些實(shí)施方式中，所獲得的表示所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的所述數(shù)據(jù)包括:關(guān)于所述結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)次要參數(shù)的信息，所述一個(gè)或多個(gè)次要參數(shù)隨著對(duì)所述結(jié)構(gòu)施加的所述處理相對(duì)微弱且緩慢地變化；和/或所述一個(gè)或多個(gè)次要參數(shù)基本上不受對(duì)所述結(jié)構(gòu)施加的所述處理的影響。表征對(duì)所述結(jié)構(gòu)施加的所述處理的所述結(jié)構(gòu)的所述至少一個(gè)確定的參數(shù)包括:隨著對(duì)所述結(jié)構(gòu)施加的所述處理相對(duì)強(qiáng)且快速變化的至少一個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)。
[0019]次要參數(shù)是基本上不受到對(duì)結(jié)構(gòu)施加的處理的影響的或者隨著處理比較微弱且緩慢變化的參數(shù)，而主要參數(shù)隨著該處理比較強(qiáng)烈地且快速地變化。
[0020]從中獲得表示所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的所述數(shù)據(jù)的所述數(shù)據(jù)塊的序列的所述部分包括:與所述處理時(shí)間段的初始時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的在前數(shù)據(jù)塊。用于確定表征對(duì)所述結(jié)構(gòu)施加的所述處理的所述結(jié)構(gòu)的所述至少一個(gè)參數(shù)而處理的所述序列的所述至少部分包括:與所述處理時(shí)間段的后續(xù)時(shí)間間隔對(duì)應(yīng)的所述數(shù)據(jù)塊。
[0021]在一些實(shí)施方式中，所述在前數(shù)據(jù)塊的所述處理包括:利用所述處理的施加期間關(guān)于所述結(jié)構(gòu)的所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的行為的數(shù)據(jù)，并且獲得在與一個(gè)或多個(gè)所述在前數(shù)據(jù)塊對(duì)應(yīng)的所述初始時(shí)間間隔內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)時(shí)間點(diǎn)的關(guān)