用于共址计量的方法及系统与流程

1.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。


背景技术：

2.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。
3.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。
4.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。
5.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。
6.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。
7.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。


技术实现要素：

8.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)。
9.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。
10.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。
11.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。
12.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。
13.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。
14.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。
15.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。
16.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。
17.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。
18.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。
19.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。
20.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。
21.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、发明特征及优点将变得显而易见。
附图说明
22.图1描绘一个实施例中的用于通过多个计量子系统执行半导体结构的共址测量的示范性计量系统100。
23.图2描绘另一实施例中的用于通过多个计量子系统执行半导体结构的共址测量的示范性计量系统200。
24.图3描绘另一实施例中的用于通过多个计量子系统执行半导体结构的共址测量的示范性计量系统300。
25.图4描绘另一实施例中的用于通过多个计量子系统执行半导体结构的共址测量的示范性计量系统400。
26.图5描绘另一实施例中的用于通过多个计量子系统执行半导体结构的共址测量的示范性计量系统500。
27.图6描绘另一实施例中的用于通过多个计量子系统执行半导体结构的共址测量的示范性计量系统600。
28.图7说明如本文中所描述的至少一个新颖方面中的通过多个计量子系统执行共址测量的方法700。
具体实施方式
29.现将详细参考本发明的背景实例及一些实施例，其实例说明于随附图式中。
30.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。在一些实施例中，计量系统包含光谱反射计(sr)子系统及光谱椭偏仪(se)子系统。在一些实施例中，计量系统包含各自经布置以依不同方位角(例如，零度及九十度)执行测量的两个se子系统。在一些实施例中，计量系统包含se子系统及角解析反射计子系统(例如，二维光束轮廓反射计)。在一些实施例中，计量系统包含se子系统及基于成像的计量子系统，例如基于高光谱成像的计量子系统。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测量点与计量目标的最大共址。
31.在一些实施例中，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循序地执行测量。在一些实施例中，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。这些特征个别地或组合地实现以高处理量、精度及准确度测量具有较小横向尺寸的结构及测量高深宽比的结构(例如，具有1微米或更大的深度的结构)。
32.一般来说，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)。
33.图1描绘用于执行半导体结构的se及sr测量的示范性组合se
‑
sr计量系统100。在一些实例中，一或多个结构包含至少一个高深宽比(har)结构或至少一个大横向尺寸结构。如图1中所描绘，计量系统100包含光谱椭偏仪(se)子系统105及光谱反射计(sr)子系统106。
34.se子系统105包含照明源110，照明源110产生入射于晶片101上的照明光束107。在一些实施例中，照明源110是发射在紫外线、可见光及红外线光谱中的照明光的宽带照明源。在一个实施例中，照明源110是激光持续等离子体(lsp)光源(也称激光驱动等离子体源)。lsp光源的浦激光可为连续波或脉冲式。跨从150纳米到2,500纳米的整个波长范围，激光驱动等离子体源可产生显著多于氙灯的光子。照明源110可为单个光源或多个宽带或离散波长光源的组合。由照明源110产生的光包含从紫外线到红外线(例如，真空紫外线到中红外线)的连续光谱或连续光谱的部分。一般来说，照明光源110可包含超连续谱激光源、红外线氦氖激光源、弧光灯、炽棒光源(globar source)或任何其它合适光源。
35.在另一方面中，照明光量是包含跨越至少500纳米的波长范围的宽带照明光。在一个实例中，宽带照明光包含低于250纳米的波长及高于750纳米的波长。一般来说，宽带照明光包含介于120纳米到4,200纳米之间的波长。在一些实施例中，可采用包含超过4,200纳米的波长的宽带照明光。在一些实施例中，照明源110包含发射具有跨从150纳米到400纳米的范围的波长的光的氘光源，发射具有跨从180纳米到2,500纳米的范围的波长的光的lsp源，发射具有跨从800纳米到4,200纳米的范围的波长的光的超连续谱源，及发射具有跨从2,000纳米到20,000纳米的范围的波长的光的炽棒源。
36.如图1中所描绘，se子系统105包含照明子系统，所述照明子系统经配置以将照明光107引导到形成于晶片101上的一或多个结构。照明子系统被展示为包含光源110、照明光学器件111a、一或多个光学滤波器111b、偏振组件112、照明场光阑113及照明光瞳孔径光阑114。如图1中所描绘，随着照明光束107从照明源110传播到晶片101，光束穿过照明光学器件111a、光学滤波器111b、偏振组件112、场光阑113及孔径光阑114。光束107照明测量点108内的晶片101的一部分。
37.照明光学器件111a调节照明光107且将照明光107聚焦于测量点108上。一或多个光学滤波器111b用于控制来自照明子系统的亮度、光谱输出或其组合。在一些实例中，采用一或多个多区带滤波器作为光学滤波器111b。偏振组件112产生离开照明子系统的所要偏振状态。在一些实施例中，偏振组件是偏振器、补偿器或两者，且可包含任何合适市售偏振组件。偏振组件可为固定的、可旋转到不同固定位置或为连续旋转的。尽管图1中所描绘的se照明子系统包含一个偏振组件，但se照明子系统可包含多于一个偏振组件。场光阑113控制照明子系统的视场(fov)且可包含任何合适市售场光阑。孔径光阑114控制照明子系统的数值孔径(na)且可包含任何合适市售孔径光阑。来自照明源110的光被聚焦于晶片101上的一或多个结构(图1中未展示)上。se照明子系统可包含光谱椭偏测量技术中已知的任何类
型及布置的照明光学器件111a、光学滤波器111b、偏振组件112、场光阑113及孔径光阑114。
38.计量系统100还包含收集光学子系统，所述收集光学子系统经配置以收集由一或多个结构与入射照明束107之间的相互作用产生的光。通过收集光学器件115收集来自测量点108的收集光109束。收集光109穿过收集光学子系统的收集孔径光阑116、偏振元件117及场光阑118。
39.收集光学器件115包含用于收集来自形成于晶片101上的一或多个结构的光的任何合适光学元件。收集孔径光阑116控制收集光学子系统的na。偏振元件117分析所要偏振状态。偏振元件117是偏振器或补偿器。偏振元件117可为固定的、可旋转到不同固定位置或为连续旋转的。尽管图1中所描绘的收集子系统包含一个偏振元件，但收集子系统可包含多于一个偏振元件。收集场光阑118控制收集子系统的fov。收集子系统获得来自晶片101的光，且引导光穿过收集光学器件115、孔径光阑116及偏振元件117以聚焦于收集场光阑118上。在一些实施例中，收集场光阑118用作检测子系统的光谱仪的光谱仪狭缝。然而，收集场光阑118可定位于检测子系统的光谱仪的光谱仪狭缝处或附近。
40.收集子系统可包含光谱椭偏测量技术中已知的任何类型及布置的收集光学器件115、孔径光阑116、偏振元件117及场光阑118。
41.在图1中所描绘的实施例中，收集光学子系统将光引导到检测器119。检测器119响应于从由照明子系统在测量点108处照明的一或多个结构收集的光而产生输出。在一个实例中，检测器119包含对紫外线及可见光(例如，具有介于190纳米到860纳米之间的波长的光)敏感的电荷耦合装置(ccd)。在其它实例中，检测器119包含对红外光(例如，具有介于950纳米到2500纳米之间的波长的光)敏感的光检测器数组(pda)。然而，一般来说，检测器119可包含其它检测器技术及布置(例如，位置敏感检测器(psd)、红外线检测器、光伏打检测器、正交单元检测器、相机等)。每一检测器将入射光转换成指示入射光的光谱强度的电信号。一般来说，检测器119产生指示在检测器119上检测的光的输出信号103。
42.sr子系统106包含照明源120，照明源120产生入射于晶片101上的照明光束135。在一些实施例中，照明源120是发射在紫外线、可见光及红外线光谱中的照明光的宽带照明源。在一个实施例中，照明源120是激光持续等离子体(lsp)光源(也称激光驱动等离子体源)。lsp光源的浦激光可为连续波或脉冲式。跨从150纳米到2,500纳米的整个波长范围，激光驱动等离子体源可产生显著多于氙灯的光子。照明源120可为单个光源或多个宽带或离散波长光源的组合。由照明源120产生的光包含从紫外线到红外线(例如，真空紫外线到中红外线)的连续光谱或连续光谱的部分。一般来说，照明光源120可包含超连续激光源、红外线氦氖激光源、弧光灯、炽棒源或任何其它合适光源。
43.在另一方面中，照明光量是包含跨越至少500纳米的波长范围的宽带照明光。在一个实例中，宽带照明光包含低于250纳米的波长及高于750纳米的波长。一般来说，宽带照明光包含介于120纳米到4,200纳米之间的波长。在一些实施例中，可采用包含超过4,200纳米的波长的宽带照明光。在一些实施例中，照明源110包含发射具有跨从150纳米到400纳米的范围的波长的光的氘光源，发射具有跨从180纳米到2,500纳米的范围的波长的光的lsp源，发射具有跨从800纳米到4,200纳米的范围的波长的光的超连续谱源，及发射具有跨从2,000纳米到20,000纳米的范围的波长的光的炽棒源。
44.在一些实施例中，se子系统105的照明源110及sr子系统106的照明源120是相同照
明源或照明源组合。跨se及sr子系统共享共同照明源或光源组合可减少组件的数目及因此故障模式的数目，且还简化跨se及sr子系统的光谱校准。
45.如图1中所描绘，sr子系统106包含照明子系统，所述照明子系统经配置以将照明光135引导到由se子系统照明的形成于晶片101上的相同结构。照明子系统被展示为包含光源120、一或多个光学滤波器121、照明场光阑122a、照明孔径光阑122b、光学器件123、光束分离器124及物镜125。如图1中所描绘，随着照明光束135从照明源120传播到晶片101，光束穿过光学滤波器121、场光阑122a、照明孔径光阑122b、光学器件123、光束分离器124及物镜125。光束135照明测量点137内的晶片101的一部分。
46.一或多个光学滤波器121控制亮度、空间输出、光谱输出或其组合。在一些实例中，采用一或多个多区带滤波器作为光学滤波器121。场光阑122a控制sr照明子系统的视场(fov)且可包含任何合适市售场光阑。照明孔径光阑122b控制sr照明子系统的照明数值孔径(na)且可包含任何市售孔径光阑。光学器件123将照明光引导朝向光束分离器124。光束分离器124将照明光的一部分引导朝向物镜125。物镜125将来自光束分离器124的照明光聚焦于晶片101上的一或多个结构(图1中未展示)上的测量点137上方。sr照明子系统可包含光谱反射测量技术中已知的任何类型及布置的光学滤波器121、照明场光阑122a、照明孔径光阑122b、光学器件123、光束分离器124及物镜125。
47.sr子系统106还包含收集光学子系统，所述收集光学子系统经配置以收集由一或多个结构与入射照明束135之间的相互作用产生的光。通过物镜125收集来自测量点137的收集光136束。收集光136穿过收集光学子系统的光束分离器124、聚焦光学器件126、收集孔径光阑127b及收集场光阑127a。
48.物镜125包含用于收集来自形成于晶片101上的一或多个结构的光的任何合适光学元件。在一些实施例中，物镜125包含控制照明光学子系统及收集光学子系统的na的孔径光阑。收集孔径光阑127b控制收集子系统的收集na。收集场光阑127a控制收集子系统的视场(fov)。收集子系统获得来自晶片101的光，且将光引导穿过物镜125、光束分离器124、聚焦光学器件126、收集孔径光阑127b及收集场光阑127a。在一些实施例中，收集场光阑127a用作检测子系统的光谱仪的光谱仪狭缝。然而，收集场光阑127a可定位于检测子系统的光谱仪的光谱仪狭缝处或附近。
49.在一些实施例中，光束分离器124、物镜125或两者可为照明子系统及收集子系统所共有。在一些实施例中，照明子系统及收集子系统具有相同na。在一些实施例中，照明子系统及收集子系统具有不同na。收集子系统可包含光谱反射测量技术中已知的任何类型及布置的物镜125、光束分离器124、聚焦光学器件126、收集孔径光阑127b及场光阑127a。
50.在图1中所描绘的实施例中，sr收集光学子系统将光引导到检测器128。检测器128响应于从由照明子系统在测量点137处照明的一或多个结构收集的光而产生输出。在一个实例中，检测器128包含对紫外线及可见光(例如，具有介于190纳米860纳米之间的波长的光)敏感的电荷耦合装置(ccd)。在其它实例中，检测器128包含对红外光(例如，具有介于950纳米到2500纳米之间的波长的光)敏感的光检测器数组(pda)。然而，一般来说，检测器128可包含其它检测器技术及布置(例如，位置敏感检测器(psd)、红外线检测器、光伏打检测器、正交单元检测器、相机等)。每一检测器将入射光转换成指示入射光的光谱强度的电信号。一般来说，检测器128产生指示在检测器128上检测的光的输出信号102。
51.尽管图1未说明sr子系统106的照明路径、收集路径或两者中的偏振组件，但一般来说，sr子系统106可在照明路径、收集路径或两者中包含一或多个偏振组件以增强由sr子系统106执行的光谱反射术测量。
52.计量系统100还包含计算系统130，计算系统130经配置以接收经检测信号102及103，且至少部分基于经测量信号确定经测量结构的所关注参数104的值的估计值。通过在未进行干预载物台移动的情况下收集与相同所关注结构相关联的sr及se光谱，减少测量时间且在相同对准条件下测量所有光谱。此容许更容易校正波长误差，因为可将共同校正应用于所有光谱数据集。
53.在一个方面中，监测计量目标在se场图像中的位置及相同计量目标在sr场图像中的位置。当计量目标在se场图像中的位置与计量目标在sr场图像中的位置之间的失准超过预定容限时，自动调整se子系统、sr子系统或两者的一或多个元件的位置以使计量目标在se及sr场图像中在预定容限内共址。
54.在另一方面中，通过定位于se子系统的收集路径中的se场成像装置(例如，ccd相机)产生计量目标的场图像。采用图案辨识来估计计量目标在se场图像中的位置。类似地，通过定位于sr子系统的收集路径中的sr场成像装置(例如，ccd相机)产生计量目标的场图像。采用图案辨识来估计计量目标在sr场图像中的位置。
55.在一些实施例中，镜选择性地定位于se子系统的收集光束路径中，且另一镜选择性地定位于sr子系统的收集光束路径中。每一镜通过致动器子系统(例如，螺线管、伺服机构、平衡环等)选择性地定位于每一相应光束路径中或外。当镜定位于se收集光束路径内时，镜将se收集光束重新引导朝向se场成像相机。当镜经定位于se收集光束路径外时，se收集光束传播朝向se光谱仪。类似地，当镜定位于sr收集光束路径内时，镜将sr收集光束重新引导朝向sr场成像相机。当镜定位于sr收集光束路径外时，sr收集光束传播朝向sr光谱仪。
56.图1还描绘在se子系统的晶片图像平面处或附近的相机180及在sr子系统的晶片图像平面处或附近的相机183。如图1中所描绘，镜178选择性地定位于se子系统的收集光束路径中，且镜181选择性地定位于sr子系统的收集光束路径中。镜178通过致动器子系统179选择性地定位于se收集光束路径中或外。类似地，镜181通过致动器子系统182选择性地定位于sr收集光束路径中或外。当镜178定位于se收集光束路径内时，镜178将se收集光束重新引导朝向se场成像相机180。se场成像相机180将指示晶片101上的se测量点108的se场图像的信号185传达到计算系统130。当镜181定位于sr收集光束路径内时，镜181将sr收集光束重新引导朝向sr场成像相机183。sr场成像相机183将指示晶片101上的sr测量点137的sr场图像的信号184传达到计算系统130。
57.在图1中所描绘的实施例中，计算系统130经配置以接收指示由相机180检测的晶片101上的se测量点108的se场图像的信号185。在所描绘的实施例中，计算系统130采用图案辨识技术来识别所关注结构(例如，计量目标)在测量点108内的位置。类似地，计算系统130经配置以接收指示由相机183检测的晶片101上的sr测量点137的sr场图像的信号184。在所描绘的实施例中，计算系统130采用图案辨识技术来识别相同所关注结构(例如，相同计量目标)在测量点137内的位置。
58.另外，计算系统130确定计量目标在测量点108的se场图像中的位置与计量目标在测量点137的sr场图像中的位置之间的失准，且还确定失准是否超过预定阈值。
59.在一些实例中，计算系统130确定测量点108相对于计量目标的经测量se场图像与测量点108相对于计量目标的se场图像的所要位置之间的失准。如果此失准超过预定阈值，那么计算系统130将控制命令传达到se子系统105的一或多个元件，所述控制命令致使se子系统105调整se测量点108相对于计量目标的场图像的位置，以将失准降低到低于预定阈值。另外，计算系统130确定测量点137相对于相同计量目标的经测量sr场图像与测量点137相对于计量目标的sr场图像的所要位置之间的失准。如果此失准超过预定阈值，那么计算系统130将控制命令传达到sr子系统106的一或多个元件，所述控制命令致使sr子系统106调整测量点137相对于计量目标的sr场图像的位置，以将失准降低到低于预定阈值。
60.在一些其它实例中，计算系统130确定测量点108相对于计量目标的经测量se场图像与测量点137相对于相同计量目标的经测量sr场图像之间的失准。如果此失准超过预定阈值，那么计算系统130将控制命令传达到se子系统105、sr子系统106中的任一者或两者的一或多个元件，所述控制命令致使se子系统105、sr子系统106或两者调整测量点108相对于计量目标的se场图像的相对位置、测量点137相对于计量目标的sr场图像的位置或两者，以将失准降低到低于预定阈值。
61.在一些实施例中，通过用se测量子系统的照明光束(例如，图1中所描绘的光束107)照明计量目标而产生由定位于se子系统的收集路径中的相机产生的所述计量目标的场图像。类似地，通过用sr测量子系统的照明光束(例如，图1中所描绘的光束135)照明相同计量目标而产生由定位于sr子系统的收集路径中的相机产生的所述计量目标的场图像。
62.在一些其它实施例中，通过用不同于se测量子系统的照明光束的对准光束照明一计量目标而产生由定位于se子系统的收集路径中的相机产生的所述计量目标的场图像。类似地，通过用不同于sr测量子系统的照明光束的对准光束照明计量目标而产生由定位于sr子系统的收集路径中的相机产生的所述计量目标的场图像。
63.图1还描绘激光束源174，其产生由镜176引导朝向晶片101的对准光束175。如图1中所描绘，镜176选择性地定位于se子系统的照明光束路径中。镜176通过致动器子系统177选择性地定位于se照明光束路径中或外。图1还描绘激光束源170，其产生由镜172引导朝向晶片101的对准光束171。如图1中所描绘，镜172选择性地定位于sr子系统的照明光束路径中。镜172通过致动器子系统173选择性地定位于sr照明光束路径中或外。
64.在一些其它实施例中，采用共同激光束源来产生注入到sr子系统及se子系统两者的照明光束路径中的对准光束。
65.在一些实施例中，元件176及178是透射照明光束107且反射对准光束175的二向色镜元件。类似地，元件172及181是透射照明光束135且反射对准光束171的二向色镜元件。在其它实施例中，se/sr路径及对准路径可为没有元件176、178、172及182的单独路径。在一些实施例中，对准光束171及175分别通过光学调制在时间上与照明光束135及107分离。在这些实施例中，在与se及sr测量在时间上分离的例子中评估se及sr测量点的共址。
66.在一些实施例中，截光器定位于照明源110与镜元件176之间的照明光束路径中，且另一截光器定位于激光束源174与镜元件176之间的对准光束路径中。截光器经同步使得照明光束107或对准光束175透射到晶片101。类似地，截光器定位于照明源120与镜元件172之间的照明光束路径中，且另一截光器定位于激光束源170与镜元件172之间的对准光束路径中。截光器经同步使得照明光束135或对准光束171透射到晶片101。
67.在一些其它实施例中，照明源110及激光束源174是同步的脉冲源，使得照明光束107或对准光束175透射到晶片101。类似地，照明源120及激光束源170是同步的脉冲源，使得照明光束135或对准光束171透射到晶片101。
68.在一些实施例中，对准光束171及175分别按波长与照明光束135及107分离。在这些实施例中，可在与se及sr测量同时发生的例子中评估se及sr测量点的共址。
69.在一些实施例中，对准光束的光束路径与se子系统、sr子系统或两者的光束路径分离。在这些实施例中，对准测量通道与计量测量通道分离，因此降低对准测量通道与计量测量通道之间的串扰。在一些这些实施例中，对准测量与计量测量同时执行。在一些这些实施例中，在执行一晶片移动时执行对准测量，因此进一步改进测量处理量。
70.在又另一方面中，基于已知计量目标的se测量直接估计已知计量目标在se测量点中的位置，且基于已知计量目标的sr测量直接估计已知计量目标在sr测量点中的位置。
71.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se/sr共址。在一些实例中，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。在图1中所描绘的实施例中，通过se子系统105及sr子系统106测量已知计量目标。计算系统130基于信号103估计已知计量目标在se测量点108中的位置，且基于信号102估计已知计量目标在sr测量点137中的位置。
72.在又另一方面中，通过在测量专门计量目标期间最大化se测量通道与sr测量通道之间的串扰而实现sr测量点与se测量点的对准。
73.在一些实施例中，通过调整se照明在晶片处的入射位置以最大化由sr检测器响应于通过se照明源照明专门目标而检测的光谱信号来实现sr测量点与se测量点的对准。专门目标经设计以将大量se照明光衍射到sr测量通道中(例如，将大于零阶的一或多个阶衍射到sr测量通道中)。
74.在又另一方面中，基于计量目标的se测量的统计模型直接估计计量目标在se测量点中的位置，且基于计量目标的sr测量的统计模型直接估计已知计量目标在sr测量点中的位置。
75.在一些实施例中，运用一次仅使用一个测量子系统产生的测量数据来训练se测量及sr测量的统计模型。在一个实例中，通过以编程方式使计量目标在两个或三个自由度上相对于se子系统105移动而产生se统计模型校准数据集。在一些实例中，使计量目标在与晶片101的平面对准的两个维度(例如，{x,y}方向)上移动。在一些实例中，使计量目标在与晶片101的平面对准的两个维度及法向于晶片表面的维度(例如，{x,y,z})上移动。在每一编程载物台位置处，针对整组的测量波长、偏振器/补偿器旋转循环等记录se检测器信号。在执行这些se测量时，sr照明源120关断。计算系统130针对离散值检测器信号产生与计量目标的测量位置(θ＝{x
meas
,y
meas
,z
meas
})相关联的se检测器信号的条件概率模型prob(se
meas
|θ)。针对连续值检测器信号，概率被表达为概率密度函数。
76.类似地，通过以编程方式使计量目标在两个或三个自由度上相对于sr子系统106移动而产生sr统计模型校准数据集。在每一编程载物台位置处，针对整组的测量波长记录sr检测器信号。在执行这些sr测量时，se照明源110关断。计算系统130产生与计量目标的测量位置(θ＝{x
meas
,y
meas
,z
meas
})相关联的sr检测器信号的条件概率模型prob(sr
meas
|θ)。
77.基于与se校准测量及sr校准测量相关联的条件概率模型，计算系统130产生独立
se观察的可能性模型l(θ|se
meas
)及独立sr观察的可能性模型l(θ|sr
meas
)。在产生可能性模型之后，基于独立se观察的可能性模型l(θ|se
meas
)估计计量目标在se测量点中的位置，且基于独立sr观察的可能性模型l(θ|sr
meas
)估计计量目标在sr测量点中的位置。计量目标在se测量点中的位置的最大可能性估计(其被表示为)是可能性最大化的se位置，即，类似地，计量目标在sr测量点中的估计位置是具有最大可能性的sr位置值，即，另外，计算系统130确定计量目标在se测量点中的估计位置与计量目标在sr测量点中的估计位置之间的失准，确定失准是否超过预定阈值，且将控制命令传达到se子系统105、sr子系统105或两者的一或多个元件，以将失准降低到低于预定阈值，如本文中所描述。
78.在一些实施例中，运用同时使用两个测量子系统产生的测量数据来训练se测量及sr测量的统计模型。在一个实例中，通过以编程方式使计量目标在两个或三个自由度上相对于se子系统105移动而产生se统计模型校准数据集。在每一编程载物台位置处，针对整组的测量波长、偏振器/补偿器旋转循环等记录se探测器信号。在执行这些se测量时，sr照明源120接通。计算系统130产生与计量目标的测量位置(θ＝{x
meas
,y
meas
,z
meas
})相关联的se检测器信号的条件概率模型prob(sr
meas
|θ)。
79.类似地，通过以编程方式使计量目标在两个或三个自由度上相对于sr子系统106移动而产生sr统计模型校准数据集。在每一编程载物台位置处，针对整组的测量波长等记录sr检测器信号。在执行这些sr测量时，se照明源110接通。计算系统130产生与计量目标的测量位置(θ＝{x
meas
,y
meas
,z
meas
})相关联的sr检测器信号的条件概率模型prob(sr
meas
|θ)。
80.另外，计算系统130产生与计量目标的测量位置(θ＝{x
meas
,y
meas
,z
meas
})相关联的se校准测量及sr校准测量的共变异数模型k((se
meas
,sr
meas
)|θ)。
81.基于与se校准测量及sr校准测量相关联的条件概率模型以及se校准测量及sr校准测量的共变异数模型，计算系统130产生se观察的可能性模型l(θ|se
meas
)及sr观察的可能性模型l(θ|sr
meas
)，此并入se测量及sr测量的联合变异性。在产生可能性模型之后，基于se观察的可能性模型l(θ|se
meas
)估计计量目标在se测量点中的位置，且基于sr观察的可能性模型l(θ|sr
meas
)估计计量目标在sr测量点中的位置。计量目标在se测量点中的估计位置是具有最大可能性的se位置值。类似地，计量目标在sr测量点中的估计位置是具有最大可能性的sr位置值。另外，计算系统130确定计量目标在se测量点中的估计位置与计量目标在sr测量点中的估计位置之间的失准，确定失准是否超过预定阈值，且将控制命令传达到se子系统105、sr子系统106或两者的一或多个元件，以将失准降低到低于预定阈值，如本文中所描述。
82.在另一方面中，通过调整se子系统、sr子系统或两者的场光阑来校正se测量点与sr测量点之间的失准。以此方式，通过将se场光阑、sr场光阑或两者主动定位于垂直于测量光束路径的平面中而实现sr场图像及se场图像的xy共址(即，在晶片平面内的共址)。在又一方面中，还通过调整se子系统、sr子系统或两者的场光阑而校正se测量点及sr测量点的焦点。以此方式，通过将se场光阑、sr场光阑或两者主动定位于与测量光束路径对准的方向上而实现sr场图像及se场图像的z共址(即，垂直于晶片平面的共址)。
83.图2描绘用于执行半导体结构的se及sr测量的示范性组合se
‑
sr计量系统200。参考图1所描述的相同编号元件是类似的。如图2中所描绘，通过致动器子系统191主动定位se照明场光阑113，通过致动器子系统192主动定位se收集场光阑118，通过致动器子系统193主动定位se照明场光阑122a，且通过致动器子系统194主动定位se收集场光阑127a。致动器子系统191、192、193及194基于从计算系统130接收的命令信号(未展示)主动定位每一相关联场光阑。
84.在一些实施例中，通过se照明场光阑113的移动来相对于晶片101调整se测量点108的xy位置。在一个实施例中，计算系统130将控制信号传达到致动器子系统191，致动器子系统191在垂直于照明光束传播方向的平面上调整照明场光阑113的位置以实现se测量点108相对于被测量计量目标的所要xy位置。在另一实施例中，计算系统130将控制信号传达到致动器子系统192，致动器子系统192调整se收集场光阑118的位置以实现se场图像相对于被测量计量目标的所要xy位置。
85.在一些实施例中，通过sr照明场光阑122a的移动来相对于晶片101调整sr测量点137的位置。在一个实施例中，计算系统130将控制信号传达到致动器子系统193，致动器子系统193在垂直于照明光束传播方向的平面中调整照明场光阑122a的位置以实现sr测量点137相对于被测量计量目标的所要xy位置。在另一实施例中，计算系统130将控制信号传达到致动器子系统194，致动器子系统194调整sr收集场光阑127a的位置以实现sr场图像相对于被测量计量目标的所要xy位置。
86.在另一实施例中，计算系统130将控制信号传达到致动器子系统191、192、193及194，以将每一相关联场光阑主动定位于光束传播方向上而实现se光束、sr光束或两者相对于被测量计量目标的所要聚焦。
87.在另一方面中，通过调整sr子系统的照明光瞳而校正se测量点与sr测量点之间的失准。以此方式，通过用一或多个致动器(未展示)主动定位sr光瞳而实现sr场图像及se场图像的xy共址。在另一方面中，照明源110、120，场光阑113、118、122a、127a，检测器119、128或其组合的任何者在xyz上移动以实现所要端对端对准。
88.图3描绘用于执行半导体结构的se及sr测量的示范性组合se
‑
sr计量系统300。参考图1所描述的相同编号元件是类似的。如图3中所描绘，聚焦光学元件140及141安置于光束分离器124与物镜125之间的sr光学路径中。聚焦光学元件140及141通过致动器子系统143主动定位于垂直于光束传播方向的平面中，且通过致动器子系统142主动定位于与光束传播对准的方向上。致动器子系统142及143基于自计算系统130接收的命令信号(未展示)主动定位光学元件140及141。
89.在一些实施例中，通过聚焦光学元件140及141在垂直于光束传播方向的平面上的移动来相对于晶片101调整sr测量点137的位置。通过有效地使聚焦光学元件140及141偏心，引发光束传播方向的移位，此使sr测量点137入射于晶片101上的位置移位。在一个实施例中，计算系统130将控制信号传递到致动器子系统143，致动器子系统143在垂直于照明光束传播方向的平面上调整聚焦光学元件140及141的位置，以实现sr测量点137相对于被测量计量目标的所要位置。在另一实施例中，计算系统130将控制信号传达到致动器子系统142，致动器子系统142在光束传播方向上调整聚焦光学元件141及142的相对位置以实现sr照明光束相对于被测量计量目标的所要聚焦。
90.聚焦光学元件140及141在图3中被说明为透射光学元件。然而，替代地，聚焦光学元件140及141可实施为反射聚焦光学元件。
91.图4描绘用于执行半导体结构的se及sr测量的示范性组合se
‑
sr计量系统400。参考图1所描述的相同编号元件是类似的。如图4中所描绘，倾斜(tip
‑
tilt)致动器子系统150及151相对于晶片101主动定向光束分离器124。致动器子系统150及151基于从计算系统130接收的命令信号(未展示)主动定位光束分离器124。
92.在一些实施例中，通过光束分离器124绕平行于光束分离器124上的sr照明光束的入射平面的旋转轴的旋转来相对于晶片101调整sr测量点137的位置。通过使光束分离器124旋转，引发光束传播方向的移位，此使sr测量点137入射于晶片101上的位置移位。在一个实施例中，计算系统130将控制信号传达到致动器子系统150及151，致动器子系统150及151调整光束分离器124相对于入射sr照明光束的定向。旋转引发照明光束传播方向的移位以实现sr测量点137相对于被测量计量目标的所要位置。
93.在另一实施例中，定位于sr收集光束路径中的补偿板还主动旋转以确保sr收集光束与检测器128对准。
94.图5描绘用于执行半导体结构的se及sr测量的示范性组合se
‑
sr计量系统500。参考图1所描述的相同编号元件是类似的。如图5中所描绘，倾斜致动器子系统155及156相对于晶片101主动定向物镜125。致动器子系统155及156基于从计算系统130接收的命令信号(未展示)主动定位物镜125。
95.在一些实施例中，通过物镜125绕垂直于sr光束传播方向的旋转轴的旋转来相对于晶片101调整sr测量点137的位置。通过使物镜125旋转，引发光束传播方向的移位，此使sr测量点137入射于晶片101上的位置移位。在一个实施例中，计算系统130将控制信号传达到致动器子系统155及156，致动器子系统155及156调整物镜125相对于晶片101的定向。旋转引发照明光束传播方向的移位以实现sr测量点137相对于被测量计量目标的所要位置。在另一实施例中，计算系统130将控制信号传达到致动器子系统(未展示)，所述致动器子系统在光束传播方向上调整物镜125相对于晶片101的相对位置以实现sr照明光束相对于被测量计量目标的所要聚焦。
96.图6描绘用于执行半导体结构的se及sr测量的示范性组合se
‑
sr计量系统600。参考图1所描述的相同编号元件是类似的。如图6中所描绘，旋转致动器子系统161相对于晶片101主动定向里斯利棱镜(risley prism)160。致动器子系统161基于从计算系统130接收的命令信号(未展示)主动定位里斯利棱镜160。
97.在一些实施例中，通过里斯利棱镜160绕平行于sr光束传播方向的旋转轴的旋转来相对于晶片101调整sr测量点137的位置。通过使里斯利棱镜160旋转，引发光束传播方向的移位，此使sr测量点137入射于晶片101上的位置移位。在一个实施例中，计算系统130将控制信号传达到致动器子系统161，致动器子系统161调整里斯利棱镜160相对于晶片101的定向。旋转引发照明光束传播方向的移位以实现sr测量点137相对于被测量计量目标的所要位置。
98.在一些实施例中，物镜125定位于晶片101与位于光瞳平面上的光学元件(例如，镜、里斯利棱镜等)之间。在另一方面中，致动光学元件以使光瞳倾斜(即，使光束传播方向移位)。物镜125将光束传播方向的移位转变为光束在晶片101处的xy位移。以此方式，采用
光瞳处的倾斜的控制来实现sr测量点137相对于被测量计量目标的所要位置。
99.一般来说，计算系统130经配置以根据本文中所描述的任何监测技术接收计量目标在se场图像中的位置及相同计量目标在sr场图像中的位置的指示。此外，计算系统130经配置以确定计量目标在se场图像中的位置与计量目标在sr场图像中的位置之间的失准，且确定失准是否超过预定容限。另外，计算系统130经配置以将命令信号传达到se子系统、sr子系统或两者的一或多个元件，以自动调整一或多个光学元件的定位而使计量目标在se及sr场图像中在预定容限内共址，如本文中所描述。以此方式，计算系统130使用死循环反馈以自动化方式(无需人类操作者的干预)实现se
‑
sr共址。
100.在一些实施例中，在实现se/sr共址之后，在未干预载物台移动的情况下循序地执行se及sr测量，如本文中所描述。然而，在优选实施例中，在实现se/sr共址之后同时执行se及sr测量，如本文中所描述。此方法是有利的，因为与循序测量相比，同时执行se及sr测量减少晶片上的光子负载。此降低对晶片造成损坏的可能性，由于现在及未来执行计量所需的照明源功率越来越大，晶片损坏正成为更重大问题。不幸的是，计量目标的共址、同时se及sr测量易有跨se测量通道及sr测量通道的测量信号的交叉污染。
101.在另一方面中，将存在于sr测量通道中的se测量信号与sr测量信号解耦，且将存在于se测量通道中的sr测量信号与se测量信号解耦。以此方式，有效地减轻跨se测量通道及sr测量通道的测量信号的交叉污染。
102.在又一方面中，训练深度学习模型(例如，神经网络模型、支持向量机模型等)以减少在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。
103.在一些实施例中，基于与相同计量目标的同时测量相关联的se测量数据及sr测量数据训练深度学习模型。在一些这些实施例中，与经测量计量目标相关联的所关注参数(例如，临界尺寸、叠加等)是已知的。在这些实施例中，将sr测量信号及se测量信号视为输入训练数据且将已知的所关注参数值(例如，临界尺寸、叠加等)视为输出训练数据。
104.在一些其它实施例中，与经测量计量目标相关联的所关注参数(例如，临界尺寸、叠加等)是未知的。在一些这些实施例中，基于仅运用se测量通道(即，sr照明源关闭)执行的计量目标的测量、仅运用sr测量通道(即，se照明源关闭)执行的计量目标的测量或两者估计所关注参数的值。在一些这些实施例中，将sr及se测量信号视为输入训练数据且将所关注参数的估计值(例如，临界尺寸、叠加等)视为输出训练数据。
105.经训练深度学习模型基于在se及sr测量通道上同时测量的se及sr信号来估计所关注参数的值。将se及sr信号视为输入数据，且经训练深度学习模型的输出是所关注参数的估计值。
106.在又另一方面中，采用照明强度调制及滤波来解耦存在于se及sr测量通道的检测器处的同时测量的se及sr信号。存在于se测量通道上的sr信号及存在于sr测量通道上的se信号被丢弃，因此减少se测量通道与sr测量通道之间的串扰。
107.在一些实施例中，各自在时间上以不同频率调制se照明光束的强度及sr照明光束的强度。在一些实施例中，截光器定位于se照明光束路径、sr照明光束路径或两者中。在一个实施例中，截光器经配置以依特定时间频率调制se照明光束的强度，且完全不调制sr照明光束。在另一实施例中，截光器经配置以依特定时间频率调制sr照明光束的强度，且完全
不调制se照明光束。在另一实施例中，截光器经配置以依特定时间频率调制se照明光束的强度，且另一截光器经配置以依不同时间频率调制sr照明光束的强度。
108.在一些实施例中，se照明源、sr照明源或两者是脉冲式照明源，且se测量通道的脉冲频率及sr测量通道的脉冲频率是不同频率。
109.在一些其它实施例中，se测量通道包含一或多个旋转偏振元件，且sr测量通道不包含旋转偏振元件。在这些实施例中，se测量通道中的旋转偏振元件致使在检测器处检测的se测量信号随时间变化。但sr测量信号不随时间变化(即，零频率sr测量信号)。在一些其它实施例中，se测量通道包含一或多个旋转偏振元件，且sr测量通道还包含一或多个旋转偏振元件。se测量通道的一或多个旋转偏振元件的角速度不同于sr测量通道的一或多个旋转偏振元件的角速度。
110.se及sr测量通道的调制频率在频域上充分分离，以确保通过可用滤波技术独立地解析与每一测量通道相关联的信号贡献。
111.在一些实施例中，电子滤波器对se测量通道的经检测信号进行操作，且另一电子滤波器对sr测量通道的经检测信号进行操作。电子滤波器处理相应信号以移除来自属于待滤波的通道的不需要的频率分量的贡献。
112.在一些实施例中，数字滤波器对se测量通道的经检测信号进行操作，且另一数字滤波器对sr测量通道的经检测信号进行操作。数字滤波器处理相应信号以移除来自属于待滤波的通道的不需要的频率分量的贡献。每一数字滤波器在硬件、固件或软件中实施适当数学算法以移除来自属于待滤波的通道的不需要的频率分量的贡献。
113.在又另一方面中，采用单独照明波长来解耦存在于se及sr测量通道的检测器处的同时测量的se及sr信号。存在于se测量通道上的sr信号及存在于sr测量通道上的se信号被丢弃，因此减少se测量通道与sr测量通道之间的串扰。
114.在一个实例中，将一或多个法布里
‑
伯罗(fabry
‑
perot)干涉仪或其它装置定位于sr及se测量路径中以在se及sr照明路径两者中产生梳状光谱(comb spectra)。sr光谱及se光谱有效地交错且在任何特定波长下不重叠。此在每一检测器的sr测量信号与se测量信号之间产生光谱分离。在优选实施例中，将一或多个法布里
‑
伯罗干涉仪或其它装置定位于sr及se照明路径中以降低晶片上的辐照度。
115.在另一方面中，基于组合se/sr计量系统的机械对准及稳定性，计量目标在一se场图像中的位置及计量目标在sr场图像中的位置始终共址。
116.在一些实施例中，se物镜及sr物镜被制作为对热变动不敏感的绝热(athermalized)单片结构的部分。在一些实例中，结构经制作使得由热变动引发的机械移动沿着不引发se场图像或sr场图像的移动的方向。在一些实例中，结构经制作使得由热变动引发的机械移动彼此抵消，使得不引发se场图像或sr场图像的移动。
117.在一些实施例中，se物镜及sr物镜的光学及结构元件是由具有非常低热膨胀系数的材料(例如，微晶玻璃(zerodur)、因钢(invar)等)制成。
118.在一些实施例中，se测量通道及sr测量通道的光学元件在制造期间对准以一起优化se波前及sr波前两者。
119.在又另一方面中，在sr收集路径中，自由se照明路径提供的照明收集大于零的衍射阶，且反之亦然。在一些实例中，非零衍射阶包含非对称信息，例如叠加、蚀刻倾斜等。在
这些实施例中，包含大节距结构的专门计量目标或包含大节距的特定装置结构是优选的。
120.图7说明至少一个新颖方面中的执行共址光谱测量的方法700。方法700适于通过本发明的计量系统(例如计量系统100、200、300、400、500及600)实施。在一个方面中，应认识到，方法700的数据处理框可经由通过计算系统130或任何其它通用计算系统的一或多个处理器执行的预编程算法实行。本文中应认识到，计量系统100、200、300、400、500及600的特定结构方面不表示限制且仅应被解释为说明性的。
121.在框701中，产生第一测量信号，所述第一测量信号指示安置于样品上的计量目标在第一计量子系统的第一测量点内的第一测量。
122.在框702中，产生第二测量信号，所述第二测量信号指示安置于样品上的计量目标在第二计量子系统的第二测量点内的第二测量。
123.在框703中，接收计量目标在第一计量子系统的第一测量点内的位置的指示及计量目标在第二计量子系统的第二测量点内的位置的指示。
124.在框704中，确定计量目标在第一计量子系统的第一测量点内的位置、计量目标在第二计量子系统的第二测量点内的位置或两者之间的失准。
125.在框705中，将控制命令传达到第一计量子系统、第二计量子系统或两者的一或多个致动器，所述一或多个致动器致使第一计量子系统、第二计量子系统或两者的多个光学元件中的一者的移动，所述移动减小计量目标在第一计量子系统的第一测量点内的位置、计量目标在第二计量子系统的第二测量点内的位置或两者之间的失准。
126.尽管图1到6描述包含se子系统及sr子系统的计量系统的特定实施例，但一般来说，本文中所描述的共址测量技术适用于两个或多于两个计量子系统的任何组合。可如本文中所描述那样共址的示范性计量子系统包含(但不限于)：光谱椭偏测量(se)，包含穆勒矩阵椭偏测量(mmse)，旋转偏振器se(rpse)，旋转偏振器、旋转补偿器se(rprc)，旋转补偿器、旋转补偿器se(rcrc)；光谱反射测量(sr)，包含偏振sr、非偏振sr、光谱散射测量、散射测量叠加、角解析反射测量、偏振解析反射测量、光束轮廓反射测量、光束轮廓椭偏测量、单或多离散波长椭偏测量等。可如本文中所描述那样共址的示范性测量技术进一步包含采用光学照明、软x射线照明、硬x射线照明等的测量技术。此外，可如本文中所描述那样共址的示范性测量技术进一步包含基于图像的计量技术及基于高光谱成像的计量技术。例如，可个别地或以任何组合预期适用于半导体结构的特性化的任何sr或se技术的共址以及任何基于图像的计量技术、基于高光谱成像的计量技术或两者。在一些实施例中，采用相同计量技术但有不同系统设置的多个测量子系统如本文中所描述那样共址。例如，计量系统可包含各自经配置以依不同方位角执行计量目标的测量的两个se子系统。
127.在另一实施例中，系统100包含一或多个计算系统130，一或多个计算系统130用于基于根据本文中所描述的方法收集的光谱测量数据执行实际装置结构的测量。一或多个计算系统130可通信地耦合到光谱仪。在一个方面中，一或多个计算系统130经配置以接收与样品120的结构的测量相关联的测量数据170。
128.应认识到，在本发明各处所描述的一或多个步骤可通过单个计算机系统130或替代地多个计算机系统130来实行。此外，系统100的不同子系统可包含适于实行本文中所描述的步骤的至少一部分的计算机系统。因此，前述描述不应被解释为对本发明的限制，而是仅为说明。
129.另外，计算机系统130可以所属领域中已知的任何方式通信地耦合到光谱仪。例如，一或多个计算系统130可耦合到与光谱仪相关联的计算系统。在另一实例中，光谱仪可通过耦合到计算机系统130的单个计算机系统直接控制。
130.计量系统100的计算机系统130可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的传输媒体从系统的子系统(例如，光谱仪及类似者)接收及/或获取数据或信息。以此方式，传输媒体可用作计算机系统130与系统100的其它子系统之间的数据链路。
131.计量系统100的计算机系统130可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的传输媒体从其它系统接收及/或获取数据或信息(例如，测量结果、模型化输入、模型化结果、参考测量结果等)。以此方式，传输媒体可用作计算机系统130与其它系统(例如，板上存储器计量系统100、外部存储器或其它外部系统)之间的数据链路。例如，计算系统130可经配置以经由数据链路从存储媒体(即，存储器132或外部存储器)接收测量数据。例如，使用本文中所描述的光谱仪获得的光谱结果可存储于永久或半永久存储器装置(例如，存储器132或外部存储器)中。在此方面，可自板上存储器或从外部存储器系统汇入光谱结果。此外，计算机系统130可经由传输媒体将数据发送到其它系统。例如，可传达测量模型或由计算机系统130确定的估计参数值171且将其存储于外部存储器中。在此方面，可将测量结果导出到另一系统。
132.计算系统130可包含(但不限于)个人计算机系统、主计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或所属领域已知的任何其它装置。一般来说，术语“计算系统”可广义地定义为涵盖具有执行来自存储器媒体的指令的一或多个处理器的任何装置。
133.实施方法(例如本文中所描述的方法)的程序指令134可经由传输媒体(例如导线、电缆或无线传输链路)传输。例如，如图1中所说明，存储于存储器132中的程序指令134经由总线133传输到处理器131。程序指令134存储于计算机可读媒体(例如，存储器132)中。示范性计算机可读媒体包含只读存储器、随机存取存储器、磁盘或光盘、或磁带。
134.在一些实例中，测量模型实施为可购自美国加利福尼亚州米尔皮塔斯市(milpitas,california,usa)的kla
‑
tencor公司的光学临界尺寸计量系统的元件。以此方式，在系统收集光谱之后，可创建模型且准备立即使用。
135.在一些其它实例中，例如通过实施可购自美国加利福尼亚州米尔皮塔斯市的kla
‑
tencor公司的软件的计算系统脱机实施测量模型。所得经训练模型可并入为可由执行测量的计量系统存取的库的元件。
136.在另一方面中，本文中所描述的用于半导体装置的光谱计量的方法及系统适用于高深宽比(har)结构、大横向尺寸结构或两者的测量。所描述的实施例实现对于由各种半导体制造商(例如samsung公司(韩国)、sk hynix公司(韩国)、toshiba公司(日本)及micron technology公司(美国))制造的半导体装置(包含三维nand结构，例如垂直nand(v
‑
nand)结构、动态随机存取存储器结构(dram)等)的光学临界尺寸(cd)、膜及组合物计量。这些复杂装置遭受到待测量结构中的低透光性。具有宽带能力及广范围aoi、方位角或两者的具有如本文中所描述的同时光谱带检测的光谱椭偏仪适用于这些高深宽比结构的测量。har结构通常包含硬掩模层以促进har的蚀刻过程。如本文中所描述，术语“har结构”指代以超过10:1且可高达100:1或更高的深宽比为特征的任何结构。
137.在另一方面中，本文中所描述的测量结果可用于将主动反馈提供到过程工具(例
如，光刻工具、蚀刻工具、沉积工具等)。例如，可将基于本文中所描述的测量方法确定的经测量参数的值传达到光刻工具以调整光刻系统而实现所要输出。以类似方式，蚀刻参数(例如，蚀刻时间、扩散率等)或沉积参数(例如，时间、浓度等)可包含于测量模型中以分别将主动反馈提供到蚀刻工具或沉积工具。在一些实例中，可将基于经测量装置参数值及经训练测量模型确定的过程参数的校正传达到光刻工具、蚀刻工具或沉积工具。
138.如本文中所描述，术语“临界尺寸”包含结构的任何临界尺寸(例如，底部临界尺寸、中间临界尺寸、顶部临界尺寸、侧壁角、光栅高度等)，任两个或多于两个结构之间的临界尺寸(例如，两个结构之间的距离)，及两个或多于两个结构之间的位移(例如，叠加光栅结构之间的叠加位移等)。结构可包含三维结构、图案化结构、叠加结构等。
139.如本文中所描述，术语“临界尺寸应用”或“临界尺寸测量应用”包含任何临界尺寸测量。
140.如本文中所描述，术语“计量系统”包含至少部分用于在任何方面中特性化样品的任何系统，包含测量应用，例如临界尺寸计量、叠加计量、焦点/剂量计量及组合物计量。然而，此类技术术语并不限制如本文中所描述的术语“计量系统”的范围。另外，计量系统100可经配置用于图案化晶片及/或未图案化晶片的测量。计量系统可配置为led检验工具、边缘检验工具、背面检验工具、宏观检验工具或多模式检验工具(同时涉及来自一或多个平台的数据)，及受益于基于临界尺寸数据校准系统参数的任何其它计量或检验工具。
141.本文中描述可用于在任何半导体处理工具(例如，检验系统或光刻系统)内测量样品的半导体测量系统的各个实施例。术语“样品”在本文中用于指代可通过所属领域已知的手段处理(例如，打印或检验缺陷)的晶片、分划板或任何其它样本。
142.如本文中所使用，术语“晶片”一般指代由半导体或非半导体材料形成的衬底。实例包含(但不限于)单晶硅、砷化镓及磷化铟。此类衬底通常可在半导体制作设施中发现及/或处理。在一些情况中，晶片可仅包含衬底(即，裸晶片)。替代地，晶片可包含形成于衬底上的不同材料的一或多个层。形成于晶片上的一或多个层可“经图案化”或“未经图案化”。例如，晶片可包含具有可重复图案特征的多个裸片。
[0143]“分划板”可为在分划板制作过程的任何阶段的分划板，或可为可或可未经释放用于半导体制作设施中额成品分划板。分划板或“掩模”一般被定义为具有形成于其上且配置成图案的基本上不透明区域的基本上透明衬底。衬底可包含例如玻璃材料，例如非晶sio2。可在光刻过程的曝光步骤期间将分划板安置于抗蚀剂覆盖的晶片上方，使得可将分划板上的图案转印到抗蚀剂。
[0144]
形成于晶片上的一或多个层可经图案化或未经图案化。例如，晶片可包含多个裸片，每一裸片具有可重复图案特征。此类材料层的形成及处理最终可导致成品装置。许多不同类型的装置可形成于晶片上，且如本文中所使用的术语“晶片”希望涵盖其上制作所属领域中已知的任何类型的装置的晶片。
[0145]
在一或多个示范性实施例中，可在硬件、软件、固件或其任何组合中实施所描述功能。如果在软件中实施，那么功能可作为一或多个指令或程序代码存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体传输。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及通信媒体两者，包含促进将计算机程序从一个地方传送到另一地方的任何媒体。存储媒体可为可通过通用或专用计算机存取的任何可用媒体。举例来说且非限制地，此计算机可读媒体可包括ram、
rom、eeprom、cd
‑
rom或其它光盘存储器、磁盘存储器或其它磁性存储装置，或可用于以指令或数据结构形式载送或存储所要程序代码构件且可通过通用或专用计算机或通用或专用处理器存取的任何其它媒体。此外，任何连接被适当称为计算机可读媒体。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(dsl)或无线技术(例如红外线、无线电及微波)从网站、服务器或其它远程源传输软件，那么同轴电缆、光纤电缆、双绞线、dsl或无线技术(例如红外线、无线电及微波)包含于媒体的定义中。如本文中所使用，磁盘及光盘包含压缩光盘(cd)、激光光盘、光盘、数字多功能光盘(dvd)、软盘及蓝光光盘，其中磁盘通常磁性地再现数据，而光盘运用激光光学地再现数据。上述的组合还应包含于计算机可读媒体的范围内。
[0146]
尽管上文出于指导目的而描述某些特定实施例，但本专利档案的教示具有一般适用性且不限于上文所描述的特定实施例。因此，在不脱离如权利要求书中所陈述的本发明的范围的情况下，可实践所描述实施例的各种特征的各种修改、调适及组合。