相关申请案的交叉参考
本专利申请案根据35u.s.c.§119规定主张2015年5月8日申请的标题为“以模型为基础的热点监测(model-basedhotspotmonitoring)”的第62/158,618号美国临时专利申请案的优先权，所述临时专利申请案的标的物的全部内容以引用的方式并入本文中。
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半导体结构的改进测量的方法及系统。
背景技术：
半导体装置(例如逻辑及存储器装置)通常通过应用到样品的一系列处理步骤制造。通过这些处理步骤形成半导体装置的各种特征及多个结构层级。举例来说，光刻尤其是涉及在半导体晶片上产生图案的一种半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含(但不限于)化学机械抛光、蚀刻、沉积及离子植入。多个半导体装置可在单个半导体晶片上制造且接着分为个别半导体装置。
在半导体晶片上制造的结构的几何形状取决于光刻曝光期间的工艺条件。例如焦点、剂量及扫描仪像差的工艺参数取决于经制造结构的类型而不同地影响所得结构的形状。举例来说，相对隔离结构对焦点改变更敏感，而相对紧密结构对剂量改变更敏感。通过由图案化步骤(例如，光刻、沉积、蚀刻等等)形成的结构的质量限制装置功能性及制造良率。
在半导体制造工艺期间的各种步骤处使用计量过程来检测晶片上的缺陷以促进更高良率。光学计量技术提供高处理能力的可能性而无样本破坏的风险。包含散射术及反射术实施方案及相关联分析算法的数个以光学计量为基础的技术常用于特性化临界尺寸、膜厚度、组合物、叠加及纳米尺度结构的其它参数。
以现有模型为基础的计量方法通常包含建模且接着测量结构参数的一系列步骤。通常，从特定计量目标收集测量数据(例如，doe光谱)。制定光学系统、分散参数及几何特征的准确模型。收集膜光谱测量以确定材料分散。产生目标结构的参数几何模型以及光学模型。另外，必须小心执行模拟近似法(例如，切块(slabbing)、严格耦合波分析(rcwa)等等)以避免引入过大误差。定义离散化及rcwa参数。执行一系列模拟、分析及回归以定义几何模型且确定哪些模型参数浮动。产生合成光谱程序库。最后，使用程序库及几何模型来执行测量。每一步骤引入误差且消耗大量计算及用户时间。通常，模型构建任务需要数天或甚至数周来完成。另外，程序库的大小及与在测量期间执行回归计算相关联的计算时间降低测量系统的处理能力。
另外，常规计量技术依靠专用计量结构或目标。在半导体制造及特定来说图案化工艺中，通过对特定专用结构执行计量而实现工艺控制。这些专用结构可定位于裸片之间或裸片本身内的划线道中。使用专用计量结构可引入显著测量误差。
实际装置结构与专用计量目标之间的差异限制计量数据准确反映裸片中的实际装置特征的状态的能力。在一个实例中，归因于过程加载、图案密度或像差场中的位置相依差而引起差异，这是因为专用计量目标及实际装置结构未经共置。在另一实例中，专用计量结构及实际装置结构的特性特征大小通常十分不同。因此，即使专用计量目标及实际装置结构紧密接近，大小差也导致差异。
在一些实例中，cd-sem用于热点监测，但cd-sem遭受低处理能力及不足精确性使得其不适用于线内高处理能力计量。另外，cd-sem使经历测量的图案频繁变形，且因此不适合于测量装置结构。
未来计量应用归因于越来越小分辨率要求及越来越复杂的几何结构而提出挑战。期望用于制造期间的较大数目个不同类型的结构的几何形状的改进监测的方法及系统以在制造工艺中较早识别缺陷。
技术实现要素：
在本文中呈现用于监测特性化制造在半导体晶片上的不同位置处的一组热点结构的参数的方法及系统。所述热点结构是展现对工艺变化的敏感性且引起必须执行以防止装置故障及低良率的对可允许工艺变化的限制的装置结构。基于从制造在与所述组热点结构相同的晶片上的计量目标收集的测量数据及经训练热点测量模型来估计特性化热点结构的参数的值。
在一个方面中，经训练热点测量模型经采用为用于具有未知参数值的热点结构的测量模型。结构化所述热点测量模型以接收通过一或多个计量系统在一或多个计量目标处产生的测量数据(例如，经测量光谱)，且直接确定热点装置结构的一或多个所关注参数。以此方式，通过测量特性化的每一结构(即，每一热点结构)不同于经历通过高处理能力计量技术的测量的一或多个计量目标。特性化所述热点结构的参数的实例包含(但不限于)临界尺寸(cd)、高度、侧壁角度、叠加等等。一般来说，可以包含图像特性、各种几何特征、图案等等的任何合适方式特性化热点结构。
采用高处理能力线内计量技术(例如，光学散射术、成像或其它技术)以测量定位于经测量晶片上的计量目标。高处理能力线内计量技术通常缺乏对特性化所述组热点结构的参数的测量敏感性，但具有对计量目标中的结构的工艺引发改变的充分敏感性。以此方式，采用使通过高处理能力计量技术从邻近计量目标收集的测量数据与热点结构的所关注参数相关的经训练热点测量模型以提供原本将不可测量的所关注参数的线内计量。
在另一方面中，训练所述热点测量模型以建立考虑中的热点结构的一或多个特性与相关联于相同晶片上的至少一个计量目标的测量的对应测量数据之间的函数关系。如在本文中描述，通过使用原始测量数据(即，通过测量系统直接产生的测量数据)来产生所述测量模型，减少与以传统模型为基础的计量方法相关联的误差及近似值。另外，所述测量模型并不对系统误差、不对称性等等敏感，这是因为所述测量模型基于从特定计量系统收集或模拟的测量数据而训练且用于基于从相同计量系统收集的测量数据执行测量。
在本文中描述的所述经训练热点测量模型直接接收测量数据作为输入且提供所关注参数的值作为输出。通过流线化测量过程，改进预测结果且减少计算及用户时间。在一些实例中，所述热点测量模型可在少于一小时中产生。另外，通过采用简化模型，相较于现有计量方法减少测量时间。
在工艺参数(例如，光刻焦点、曝光、像差参数、叠加偏移、蚀刻时间、温度、压力及其它局部或全局参数)的受控doe(实验设计)变化下执行所述热点测量模型的训练。
在另一方面中，来自相同计量目标的相同测量信号可用于产生用于测量其它所关注热点参数的不同热点测量模型。基于从所述计量目标模拟或测量的测量数据及包含如在本文中描述的工艺变化范围的经模拟或经测量热点参数来训练所述热点测量模型。凭借针对每一所关注热点参数训练的热点测量模型，一或多个计量目标的测量提供到所述热点测量模型的输入以确定每一所关注参数的值。
在另一方面中，来自各自由多个计量技术测量的多个目标的信号增大训练及使用所述热点测量模型所采用的所述组信号中的信息内容。计量目标及计量技术的多样性减小与工艺或其它参数变化的相关性。
前文是发明内容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了解，发明内容仅为说明性且不以任何方式限制。将在本文阐述的非限制性实施方式中明白本文描述的装置及/或过程的其它方面、发明特征及优点。
附图说明
图1描绘适合于实施在图2中描绘的方法110及在图3中描绘的方法100的计量系统300。
图2说明基于经训练热点测量模型以基于邻近计量目标的测量来测量热点结构的方法110。
图3说明训练适合于基于邻近计量目标的测量来测量热点结构的热点测量模型的方法100。
图4描绘说明表示用于在doe训练集中表示的每一剂量的cd值的示范性数据点151的图150。
图5说明具有展现一个实施例中的光刻焦点及剂量的已知变化的目标的栅格的doe晶片160。
具体实施方式
现将详细参考本发明的背景实例及一些实施例，在附图中说明所述实施例的实例。
在本文中呈现用于监测特性化制造在半导体晶片上的不同位置处的一组热点结构的参数的方法及系统。热点结构是展现对工艺变化的敏感性且引起必须执行以防止装置故障及低良率的对可允许工艺变化的限制的装置结构。基于从制造在与所述组热点结构相同的晶片上的计量目标收集的测量数据及经训练热点测量模型来估计特性化热点结构的参数的值。
采用高处理能力线内计量技术(例如，光学散射术、成像或其它技术)以测量定位于经测量晶片上的计量目标。高处理能力线内计量技术通常缺乏对特性化所述组热点结构的参数的测量敏感性，但具有对计量目标中的结构的工艺引发改变的充分敏感性。以此方式，采用使通过高处理能力计量技术从邻近计量目标收集的测量数据与热点结构的所关注参数相关的经训练热点测量模型以提供所关注参数的线内计量。
图1说明用于根据本文呈现的示范性方法测量样品的特性的系统300。如在图1中展示，系统300可用来执行样品301的一或多个结构的光谱椭圆偏光测量。在此方面中，系统300可包含配备有照明器302及光谱仪304的光谱椭圆偏光仪。系统300的照明器302经配置以产生选定波长范围(例如，100到2500nm)的照明且将其引导到安置于样品301的表面上的结构。光谱仪304又经配置以响应于通过照明器302提供的照明而从样品301的表面收集辐射。进一步注意，使用偏光状态产生器307使从照明器302出射的光偏光以产生偏光照明光束306。从安置于样品301上的结构收集的辐射通过偏光状态分析器309且到光谱仪304。就偏光状态分析通过光谱仪304以收集光束308接收的辐射，从而允许通过分析器传递的辐射凭借光谱仪进行光谱分析。这些光谱311经传递到运算系统330以用于分析结构。
如在图1中描绘，系统300包含单个测量技术(即，se)。然而，一般来说，系统300可包含任何数目个不同测量技术。通过非限制实例，系统300可经配置为光谱椭圆偏光仪(包含穆勒(mueller)矩阵椭圆偏光术)、光谱反射仪、光谱散射仪、叠加散射仪、角度分辨光束轮廓反射仪、偏光分辨光束轮廓反射仪、光束轮廓反射仪、光束轮廓椭圆偏光仪、任何单个或多个波长椭圆偏光仪或其任何组合。此外，一般来说，可从多个工具而非集成多个技术的一个工具收集通过不同测量技术收集且根据在本文中描述的方法分析的测量数据。
在进一步实施例中，系统300可包含用以基于根据本文中描述的方法开发的测量模型来执行实际装置结构的测量的一或多个运算系统330。一或多个运算系统330可通信耦合到光谱仪304。在一个方面中，一或多个运算系统330经配置以接收与样品301的结构的测量相关联的测量数据311。
应认识到，可通过单个计算机系统330或替代性地多计算机系统330实行贯穿本发明描述的各种步骤。此外，系统300的不同子系统(例如光谱椭圆偏光仪304)可包含适合于实行在本文中描述的步骤的至少一部分的计算机系统。因此，前述描述不应解释为对本发明的限制而仅为说明。此外，一或多个运算系统330可经配置以执行在本文中描述的方法实施例中的任何者的任何其它步骤。
另外，计算机系统330可以所属领域中已知的任何方式通信耦合到光谱仪304。举例来说，一或多个运算系统330可耦合到与光谱仪304相关联的运算系统。在另一实例中，可通过耦合到计算机系统330的单个计算机系统直接控制光谱仪304。
计量系统300的计算机系统330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304及类似物)接收及/或获取数据或信息。以此方式，传输媒体可充当计算机系统330与系统300的其它子系统之间的数据链路。
计量系统300的计算机系统330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、建模输入、建模结果、参考测量结果等等)。以此方式，传输媒体可充当计算机系统330与其它系统(例如，板上存储器计量系统300、外部存储器、参考测量源320或其它外部系统)之间的数据链路。举例来说，运算系统330可经配置以经由数据链路从存储媒体(即，存储器332或外部存储器)接收测量数据。举例来说，使用光谱仪304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332或外部存储器)中。在此方面，可从板上存储器或从外部存储器系统汇入光谱结果。在另一实例中，运算系统330可经配置以经由数据链路从参考测量源(例如，存储媒体)接收参考测量数据321。举例来说，使用参考测量系统获得的参考测量结果可存储于永久或半永久存储器装置中。在此方面，可从板上存储器或从外部存储器系统汇入参考测量结果。此外，计算机系统330可经由传输媒体发送数据到其它系统。举例来说，通过计算机系统330确定的测量模型或热点参数值340可经传送且存储于外部存储器中。在另一实例中，通过计算机系统330确定的热点参数值340可传送到工艺工具以导致工艺工具基于特性化热点结构的至少一个参数的值来调整与半导体晶片制造序列的制造工艺步骤相关联的工艺参数。在此方面，可将测量结果导出到另一系统。
运算系统330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、或所属领域中已知的任何其它装置。一般来说，术语“运算系统”可经广泛定义以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。
可通过例如导线、电缆或无线传输链路的传输媒体传输实施例如在本文中描述的方法的程序指令334。举例来说，如在图1中说明，存储于存储器332中的程序指令334通过总线333传输到处理器331。程序指令334存储于计算机可读媒体(例如，存储器332)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。
在一些实例中，在本文中描述的模型构建、训练及测量方法经实施为可从美国加利福尼亚州米尔皮塔斯市的科磊公司(kla-tencorcorporation,milpitas,california,usa)购得的
在一些其它实例中，(例如)通过实施可从美国加利福尼亚州米尔皮塔斯市的科磊公司购得的
在一个方面中，采用经训练热点测量模型作为用于具有未知参数值的热点结构的测量模型。结构化热点测量模型以接收通过一或多个计量系统在一或多个计量目标处产生的测量数据(例如，经测量光谱)，且直接确定热点装置结构的一或多个所关注参数。特性化热点结构的参数的实例包含(但不限于)临界尺寸(cd)、高度、侧壁角度、叠加等等。一般来说，可以包含图像特性、各种几何特征或图案等等的任何合适方式特性化热点结构。在一个实例中，在光刻步骤之后，热点是两个相邻光阻图案在其应分开某临界尺寸之处彼此接触的位置。此类型的热点通常称为“桥接”。在另一实例中，在光刻步骤之后，热点是金属导线过度薄化或缩短的位置。
图2说明适合于通过计量系统(例如在本发明的图1中说明的计量系统300)实施的方法110。在一个方面中，应认识到，可经由通过运算系统330或任何其它通用运算系统的一或多个处理器执行的预编程算法实行方法110的数据处理框。在本文中应认识到，计量系统300的特定结构方面并不表示限制且仅应解释为说明性。
在框111中，在半导体晶片制造序列的中间工艺步骤之后将晶片提供到测量系统。晶片包含在晶片上的第一多个位置处的多个热点结构。晶片还包含在晶片上不同于第一多个位置的第二多个位置处的多个计量目标。
在任选框(未展示)中，基于缩减经测量数据的维度的数学变换来确定来自经测量数据的至少一部分的主特征。在一些实施例中，变换是用以缩减用以训练热点测量模型的对应训练数据的维度的相同变换。
在框112中，通过计量系统的照明器(例如，照明器302)照明第二多个位置处的多个计量目标中的每一者。一般来说，用以测量计量目标的计量系统或计量系统的组合采用相同计量技术或用以训练热点测量模型的计量技术的组合。类似地，通过计量系统或计量系统的组合测量的计量目标是与用以训练热点测量模型的计量目标相同类型的结构。
在框113中，响应于提供到多个计量目标中的每一者的照明而(例如，通过光谱仪304)从多个计量目标中的每一者检测光量。另外，基于经检测光量(例如，通过光谱仪304)产生一定量的测量数据(例如，测量数据311)的。通过运算系统(例如，运算系统330)接收与计量目标的测量相关联的所述一定量的测量数据。
在框114中，基于测量数据及经训练热点测量模型(例如，参考方法100描述的经训练热点测量模型)来确定特性化热点结构的一或多个参数的值。当采用数学变换来缩减经测量数据的维度时，基于主特征及经训练热点测量模型来确定特性化热点结构的一或多个参数值的值。以此方式，基于经训练热点测量模型及测量信号的缩减集合来确定热点参数值。
在框115中，基于特性化热点结构的至少一个参数的值来调整与半导体晶片制造序列的制造工艺步骤相关联的工艺参数。针对通过实验设计(doe)集合定义的工艺变化空间中的所有经测量信号训练热点测量模型。因此，确定在doe工艺变化空间内的过程变量与所得热点参数值之间的映射。图4描绘包含表示cd值(通过参考测量系统测量或针对在doe训练集合中表示的每一剂量模拟)的示范性数据点151的说明图150。举例来说，通过将曲线152拟合到数据点151而建立cd与剂量之间的函数关系。
在框115中，基于热点参数的经测量值及热点参数值(例如，cd)与一或多个工艺参数之间的映射来确定对一或多个工艺参数的校正。举例来说，在图4中说明的点153表示与通过如先前描述的经训练测量模型确定的热点结构相关联的经测量cd值。可期望校正过程剂量，使得后续经测量cd值将在cdmax与cdmin之间的规格范围内。基于cd与剂量之间的函数映射，确定剂量校正δdose，其应导致处于规格范围中间的经测量cd值。
出于说明性目的呈现在图4中说明的实例。一般来说，可产生多维响应表面，其使doe工艺变量与所关注热点参数相关。可基于多维响应表面来计算对一或多个工艺参数的校正以驱动规格内的所关注热点参数的经测量值。
经确定热点参数值存储于存储器中。举例来说，装置参数值可存储于板上测量系统300(例如，存储器332中)，或可(例如，经由输出信号340)传送到外部存储器装置(例如，工艺工具的外部存储器装置)。
在另一方面中，训练热点测量模型以建立考虑中的热点结构的一或多个特性与相关联于相同晶片上的至少一个计量目标的测量的对应测量数据之间的函数关系。以此方式，通过测量特性化的每一结构(即，每一热点结构)不同于经历通过高处理能力计量技术的测量的一或多个计量目标。在一些实例中，计量目标中的至少一者是装置结构(例如，线距光栅、finfet结构、sram装置结构、快闪装置结构、dram装置结构等等)。在一些实例中，计量目标中的一或多者是与经测量热点结构相同类型的结构。
如在本文中描述，通过使用原始测量数据(即，通过测量系统直接产生的测量数据)来产生测量模型，减少与以传统模型为基础的计量方法相关联的误差及近似值。另外，测量模型不对系统误差、不对称性等等敏感，这是因为测量模型基于从特定计量系统收集或模拟的测量数据而训练且用以基于从相同计量系统收集的测量数据执行测量。
在本文中描述的经训练热点测量模型直接接收测量数据作为输入且提供所关注参数的值作为输出。通过流线化测量过程，改进预测结果且减少计算及用户时间。在一些实例中，热点测量模型可在少于一小时中产生。另外，通过采用简化模型，相较于现有计量方法减少测量时间。
在工艺参数(例如，光刻焦点、曝光、像差参数、叠加偏移、蚀刻时间、温度、压力及其它区域或全局参数)的受控doe(实验设计)变化下执行热点测量模型的训练。在完成训练之后，线内光学计量可以独立或集成模式操作。
图3说明在至少一个新颖方面中训练用于热点监测的热点测量模型的方法100。方法100适合于通过计量系统(例如在本发明的图1中说明的计量系统300)实施。在一个方面中，应认识到，可经由通过运算系统330(或任何其它通用运算系统)的一或多个处理器执行的预编程算法实行方法100的数据处理框。在本文中应认识到，计量系统300的特定结构方面并不表示限制且仅应解释为说明性。在制造工艺的配方开发阶段中执行训练。热点测量模型的训练并非针对每一个生产晶片执行。
在框101中，通过运算系统(例如，运算系统330)接收待制造在晶片上的不同位置处的一组热点结构的指示。在一些实施例中，通过用户基于经验、先前测量等等来定义所述组热点结构。用户以任何合适方式参数化所述组热点结构。因此，在此实例中，通过用户输入将所述组热点结构及其参数化传送到运算系统330。
在框102中，通过运算系统(例如，运算系统330)接收待制造在晶片上不同于待制造热点结构的位置的位置处的一组计量目标的指示。在一些实施例中，通过用户定义所述组计量目标及其参数化，且通过用户输入将所述组参数化计量目标传送到运算系统330。
在框103中，通过运算系统(例如，运算系统330)接收相关联于与在中间工艺步骤之前且包含中间工艺步骤的任何工艺步骤相关联的一或多个工艺参数的工艺窗的指示。在一个实例中，工艺条件的集合描述光刻焦点及剂量设置的空间中的不同点。
在框104中，在工艺窗内的多个工艺点中的每一者处估计特性化热点结构的至少一个参数的值。在一些实施例中，运算系统330基于模拟来确定与每一测量位点处的工艺窗内的每一工艺点相关联的预期热点参数值。举例来说，采用工艺过程模拟器以定义热点参数(即，几何或材料参数)对于给定工艺参数值集合的预期响应。示范性工艺过程模拟器包含可从美国加利福尼亚州米尔皮塔斯市的科磊公司购得的正型抗蚀剂光学光刻(prolith)模拟软件。一般来说，可在此专利文件的范围内预期任何过程建模技术或工具(例如，可从美国北卡罗来纳州凯里市的科文特公司(coventor,inc.,cary,northcarolina,usa)购得的coventor模拟软件)。
在一些其它实施例中，与每一测量位点处的工艺窗内的每一工艺点相关联的预期热点参数值是基于一或多个doe晶片通过参考计量系统(例如，参考测量源320)的实际测量(例如，参考测量321)。通过参考计量系统探测的测量位点包含具有通过参考计量系统测量的一或多个所关注参数的热点结构。一般来说，可通过一或多个参考计量系统执行参考测量。通过非限制性实例，可单独采用或组合采用临界尺寸扫描电子显微镜(cd-sem)、临界尺寸小角度x射线散射仪(cd-saxs)、原子力显微镜(afm)等等以执行热点结构的参考测量。这些测量技术归因于低处理能力、对于每一个别位点的高测量不确定性、样本破坏风险等等而无法用于线内计量。可在定位于(例如)划线区域中的装置结构或似装置结构上执行通过参考计量系统的测量。
在框105中，在工艺窗内的多个工艺点中的每一者处确定与多个计量目标中的每一者的测量相关联的一定量的测量数据。在一些实施例中，运算系统330基于模拟来确定与每一测量位点处的工艺窗内的每一工艺点相关联的预期计量目标参数值。举例来说，采用过程模拟器以定义计量目标参数(即，几何或材料参数)对于给定工艺参数值集合的预期响应。另外，运算系统330采用测量模拟器(例如，rcwa等等)以模拟通过测量系统(例如，在图1中描绘的光谱椭圆偏光仪)针对每一计量目标产生的原始测量数据。
在一些其它实施例中，与工艺窗内的每一工艺点处的每一计量目标的测量相关联的测量数据是基于一或多个doe晶片通过计量目标测量系统(例如，在图1中描绘的光谱椭圆偏光仪)的实际测量(例如，测量311)。通过计量目标测量系统探测的测量位点包含具有通过计量目标测量系统测量的一或多个所关注参数的计量目标。
在一些前述实施例中，参考热点测量及计量目标的测量的一者或两者是在一或多个doe晶片上执行的实际测量。在这些实施例中，出于训练目的而将一或多个工艺参数、结构参数或两者的变化组织于一或多个半导体晶片的表面上的doe图案中。以此方式，参考及计量目标测量系统询问晶片表面上对应于一或多个工艺参数、结构参数或两者的不同值的不同位置。
在一些实例中，在单个晶片上产生计量目标及对应热点结构的doe集合。举例来说，可通过依据单个晶片的表面上的位置来变化蚀刻设置、光刻焦点、剂量、像差及叠加设置中的任一者或组合而产生计量目标及热点结构的doe集合。在一些实例中，在若干晶片上产生计量目标及对应热点结构的doe集合。举例来说，可使用多个doe晶片的集合探索影响整个晶片的工艺参数(例如沉积时间、蚀刻时间、晶片级光刻焦点等等)的变化的影响。以此方式，探索工艺参数的变化对经测量计量信号及所关注热点参数的影响。
可在分开训练晶片上或在生产晶片上提供训练目标。在一些实例中，计量目标定位于生产晶片的划线道中。在一些其它实例中，计量目标定位于有源裸片区域中。
在一些实例中，包含doe变化的特殊掩模或掩模集合经设计以产生训练晶片。在一些其它实例中，训练目标可定位于生产掩模内。在一些其它实例中，在无特殊掩模或掩模特征的情况下通过工艺控制设置完全控制doe变化。
在一个实例中，doe图案是光刻焦点/剂量图案。通常，展现焦点/剂量图案的doe晶片包含测量位点的栅格图案。在一个栅格方向(例如，x方向)上，焦点在x方向上变化而y方向上的焦点保持恒定。在正交栅格方向(例如，y方向)上，剂量误差变化而x方向上的剂量保持恒定。以此方式，从doe晶片收集的测量数据包含与光刻焦点及剂量设置分别在x及y方向上的变化相关联的数据。图5描绘具有展现对焦点及剂量的变化的敏感性的目标(例如，目标161)的栅格的doe晶片160。焦点依据doe晶片160上沿x方向的位置而变化。剂量依据doe晶片160上沿y方向的位置而变化。
一般来说，针对可印刷性及对所关注工艺参数、结构参数或两者的改变的敏感性来设计计量目标。在一些实例中，计量目标是专用目标，其并非与对应热点结构相同的类型。在一些实施例中，计量目标是基于常规线/空间目标。通过非限制性实例，可采用cd目标、scol目标或aim目标。在一些其它实施例中，计量目标是与热点结构相同类型的似装置结构。在一些其它实例中，计量目标是装置结构或装置结构的部分。与所采用的计量目标的类型无关，必须提供展现对经探索工艺变化、结构变化或两者的敏感性的一组训练目标以训练热点测量模型。一旦模型经训练，便可将其用于执行具有如在本文中描述的一或多个所关注参数的未知值的热点结构的测量。
任选地，基于数学变换从测量数据提取数个主特征。变换缩减光学测量数据的维度且将原始信号映射到新的经缩减信号集合。将每一经测量信号视为针对光学测量数据集合中的不同测量而在工艺范围内改变的原始信号。变换可应用于所有测量信号或测量信号的子集。在一些实例中，随机选取经受分析的信号。在一些其它实例中，经受分析的信号归因于其对工艺参数的改变的相对高敏感性而经选取。举例来说，可忽略对工艺参数的改变不敏感的信号。
通过非限制性实例，可使用主成分分析(pca)模型、核心pca模型、非线性pca模型、独立成分分析(ica)模型或使用字典的其它降维方法(离散余弦变换(dct)模型、快速傅立叶变换(fft)模型、小波模型等等)中的任何者实现变换。
在框106中，基于特性化热点结构的至少一个参数在工艺窗内的多个工艺点中的每一者处的估计值及一定量的测量数据来训练热点测量模型。如果执行任选数据缩减步骤，那么基于从测量数据提取的主特征来训练热点测量模型。在一些实施例中，测量模型经实施为神经网络模型。在一个实例中，基于从训练数据提取的特征来选择神经网络的节点数目。在其它实例中，测量模型可经实施为线性模型、非线性模型、多项式模型、响应表面模型、随机森林模型、支持向量机模型或其它类型的模型。在一些实例中，测量模型可经实施为模型组合。模型经训练使得其输出拟合用于通过doe计量目标集合及对应热点结构定义的工艺变化空间中的所有经测量信号的参考热点参数值。
以此方式，经训练测量模型将使用计量目标测量工具测量的计量信号映射到经模拟或经测量的所关注热点参数的值。
在另一方面中，确定在doe工艺变化空间内的工艺变量与所关注热点参数的值之间的映射。由于针对通过doe集合定义的工艺变化空间中的所有经测量信号训练模型，所以可增加经训练测量模型以还将工艺条件映射到所关注热点参数。以此方式，采用经训练热点测量模型以测量除来自相同计量目标的一或多个所关注热点参数(例如，epe、叠加、cd、间距游动(pitchwalk)等等)以外的所关注工艺参数(例如，焦点/剂量、曝光等等)。
在一些实施例中，计量目标是设计规则目标。换句话说，计量目标遵循可应用于底层半导体制造工艺的设计规则。在一些实例中，计量目标优选定位于有源裸片区域内。在一些实例中，计量目标具有15μm×15μm或更小的尺寸。以此方式，可分析由光刻缺陷引起的场内变化对叠加的影响。在一些其它实例中，计量目标定位于划线道中或以其它方式定位于有源裸片区域外部。
一般来说，待测量的计量目标与待特性化的热点结构在空间上分开。然而，在优选实施例中，计量目标定位成接近于所关注热点结构。计量目标经选择以产生对所关注参数具有高敏感性的测量信号。然而，对使用例如cd-sem、cd/ovl-saxs、afm或以模型为基础的光学cd的参考工具模拟或测量的实际装置结构执行训练或映射。在模型训练之后，可在线内测量生产晶片且从计量目标收集测量数据。通过经训练热点测量模型将测量数据映射到所关注热点参数。
在一些其它实施例中，计量目标与所关注热点结构按时间分开(即，通过一或多个工艺步骤分开)。在这些实例中，训练序列可使用通过一或多个处理步骤与待测量的热点结构分开的相同或不同类型的目标。在一些实例中，计量目标是在特定工艺状态中的结构。使用从在特定工艺状态中的热点结构收集的测量数据来训练如在本文中描述的热点测量模型。接着使用经训练热点测量模型以基于从相同特定工艺状态下的计量目标收集的用于训练热点测量模型的测量数据来计算在后续工艺状态中的热点结构的结构参数、工艺参数或两者的值。
在另一方面中，来自相同计量目标的相同测量信号可用于产生用于测量其它所关注热点参数的不同热点测量模型。一般来说，前述测量技术可应用于其它工艺、结构、分散参数或这些参数的任何组合的测量。通过非限制性实例，可使用前述技术测量叠加、轮廓几何参数(例如，临界尺寸)、工艺参数(例如，焦点及剂量)、分散参数、间距游动、边缘放置误差或任何参数组合。必须提供具有每一所关注参数的变化的一组训练目标。接着基于从计量目标模拟或测量的测量数据及包含如在本文中描述的工艺变化范围的经模拟或经测量热点参数来训练热点测量模型。凭借针对每一所关注热点参数训练的热点测量模型，一或多个计量目标的测量提供到热点测量模型的输入以确定每一所关注参数的值。
在另一方面中，用于训练测量模型的方法及系统包含用以使得出经训练测量模型所需的任何或所有元素自动化的优化算法。
在一些实例中，优化算法经配置以通过优化下列参数中的任何者或全部而最大化测量性能(通过成本函数定义)：特征提取模型的类型(即，变换)、选定特征提取模型的参数、热点测量模型的类型及选定热点测量模型的参数。优化算法可包含用户定义的试探法且可为嵌套优化的组合(例如，组合及连续优化)。
在另一方面中，针对模型构建、训练及测量收集来自多个不同目标的测量数据。使用与具有不同结构但由相同工艺条件形成的多个目标相关联的数据增大嵌入模型中的信息且减小与工艺或其它参数变化的相关性。嵌入模型中的额外信息允许与一个所关注参数相关联的信息内容与相关联于可以类似方式影响经测量信号的其它参数(例如，膜厚度、cd等等)的信息解耦合。在这些实例中，使用包含一或多个测量位点处的多个不同目标的测量的训练数据实现更准确参数估计。在一些实例中，采用隔离及紧密线/空间目标的混合以使叠加与下层影响解耦合。在一些实例中，在每一裸片中采用在正交方向上偏移的多个不同目标。这可有利于最小化下层对测量准确性的影响。在一个实例中，sram装置区域可因其对cd改变敏感而用作一个计量目标，与对叠加敏感的另一计量目标组合。
在另一方面中，可处理来自多个目标的信号以减小对工艺变化的敏感性且增大对所关注参数的敏感性。在一些实例中，将来自不同目标的信号彼此相减。在一些其它实例中，将来自不同目标的信号拟合到模型，且使用残差来构建、训练及使用如在本文中描述的热点测量模型。在一个实例中，将来自两个不同目标的信号相减以消除或显著减小每一测量结果中的过程噪声的影响。一般来说，可在来自不同目标的信号之间应用各种数学运算以确定具有对工艺变化的减小敏感性及对所关注参数的增大敏感性的信号。
在另一方面中，针对模型构建、训练及测量收集从通过多个不同测量技术的组合执行的测量导出的测量数据。使用与多个不同测量技术相关联的测量数据增大经组合信号集合中的信息内容且减小与工艺或其它参数变化的相关性。测量数据可从通过多个不同测量技术的任何组合执行的测量导出。以此方式，可通过多个不同测量技术(例如，光学se、成像叠加等等)测量不同测量位点以增强可用于估计所关注参数的测量信息。
一般来说，在本专利文件的范围内可预期任何测量技术或者两种或两种以上测量技术的组合，这是因通过特征提取模型以及用于训练及测量的热点测量模型处理的数据是呈向量形式。由于如本文中所述的信号响应计量技术对数据的向量进行操作，因此每一所收集信号是被独立地处理。另外，可序连来自多个不同计量的数据，而与所述数据是否是二维数据、一维数据或甚至单点数据无关。
可提供用于根据本文中所述的信号响应计量技术进行分析的数据的示范性测量技术包含(但不限于)：以成像为基础的测量系统、光谱椭圆偏光术(包含穆勒矩阵椭圆偏光术及具有多个照明角度的椭圆偏光术)、单波长椭圆偏光术、光谱反射术、单波长反射术、光谱散射术、散射术叠加、光束轮廓反射术(角分辨及偏光分辨两者)、光束轮廓椭圆偏光术、单个或多个离散波长椭圆偏光术、透射小角度x射线散射仪(tsaxs)、小角度x射线散射(saxs)、掠入射小角度x射线散射(gisaxs)、宽角度x射线散射(waxs)、x射线反射率(xrr)、x射线绕射(xrd)、掠入射x射线绕射(gixrd)、高分辨率x射线绕射(hrxrd)、x射线光电子光谱(xps)、x射线荧光(xrf)、掠入射x射线荧光(gixrf)、x射线断层摄影术、x射线椭圆偏光术、散射术(例如，斑点)、拉曼光谱、扫描电子显微镜(sem)、透射电子显微镜(tem)及原子力显微镜(afm)。一般来说，可个别考虑或以任何组合考虑适用于半导体结构的特性化的任何计量技术，包含以图像为基础的计量技术。
在另一方面中，可处理通过多个计量测量的信号以减小对工艺变化的敏感性且增大对所关注参数的敏感性。在一些实例中，来自通过不同计量测量的目标的信号彼此相减。在一些其它实例中，将来自通过不同计量测量的目标的信号拟合到模型，且使用残差以构建、训练及使用如在本文中描述的测量模型。在一个实例中，将来自通过两个不同计量测量的目标的信号相减以消除或显著减小每一测量结果中的过程噪声的影响。一般来说，可在通过不同计量测量的信号之间应用各种数学运算以确定具有对工艺变化的减小敏感性及对所关注参数的增大敏感性的信号。
一般来说，来自各自通过多个计量技术测量的多个目标的信号增大经组合信号集合中的信息内容且减小与工艺或其它参数变化的相关性。
在另一方面中，在差分模式中实施如前文描述的用于训练及测量热点结构的方法及系统。在此方案中，在处理流程中的两个不同步骤处执行计量目标测量及任何相关联参考测量或模拟。将每一相异处理步骤处的经测量信号的差视为用于训练目的的训练信号及用于测量目的的测量信号。
在一个实例中，相同位置点用于光刻步骤及后续蚀刻步骤处的计量目标测量。光刻与蚀刻步骤之间的差信号允许在每点位点基础上监测工艺可变性，即使结构在晶片上的点之间变化(例如，归因于工艺步骤或小定位误差)。此差分计量模式优选可用于sram装置区域(其中测量目标的变化存在于晶片上的不同场之间)的计量。
在一些实例中，测量目标的变化起因于经测量结构的周期性的缺陷(例如，有限结构大小)或无法在计量系统的测量点内足够地重复其它周期性结构的情境中的缺陷。在一些实例中，测量目标的变化起因于光学计量系统的小点大小及计量系统的测量位置放置误差。
在一些实例中，在一或多个蚀刻步骤之前及之后的实际装置参数值之间的差可用作到蚀刻工艺的死循环控制的输入。
一般来说，差分热点监测允许可用于(例如)设置两个工艺监测步骤(即，蚀刻与光刻)之间的目标偏压的全局(晶片)、场(场平均)或区域(每位点)结果提供每场校正或提供高阶校正(例如，ovl或epe控制)。
在另一方面中，可使用本文中描述的热点测量模型结果以提供有源反馈到工艺工具(例如，光刻工具、蚀刻工具、沉积工具等等)。举例来说，可将使用本文中描述的方法确定的热点参数的值传送到光刻工具以调整光刻系统以实现所要输出。以类似方式，可将蚀刻参数(例如，蚀刻时间、扩散率等等)或沉积参数(例如，时间、浓度等等)包含于测量模型中以将有源反馈分别提供到蚀刻工具或沉积工具。在一些实例中，可将基于经训练热点测量模型确定的工艺参数的校正传送到光刻工具、蚀刻工具或沉积工具。
一般来说，在本文中描述的系统及方法可经实施为使测量模型准备用于脱机测量或工具上测量的过程的部分。
如在本文中描述，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、侧壁角度、光栅高度等等)、任何两个或更多个结构之间的临界尺寸(例如，两个结构之间的距离)及两个或更多个结构之间的位移(例如，叠加光栅结构之间的叠加位移等等)。结构可包含三维结构、图案化结构、叠加结构等等。
如在本文中描述，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。
如在本文中描述，术语“计量系统”包含至少部分用以特性化任何方面中的样品的任何系统，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在本文中描述的术语“计量系统”的范围。另外，计量系统100可经配置以用于测量图案化晶片及/或未图案化晶片。计量系统可经配置为led检验工具、边缘检验工具、背侧检验工具、宏观检验工具或多模式检验工具(涉及同时来自一或多个平台的数据)及获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。
在本文中针对可用于处理样品的半导体处理系统(例如，检验系统或光刻系统)描述各种实施例。术语“样品”在本文中用于是指晶片、主光罩或可通过所属领域中已知的方法处理(例如，印刷或检验缺陷)的任何其它样本。
如在本文中使用，术语“晶片”通常是指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。通常可在半导体制造设施中找到及/或处理此类衬底。在一些情况中，晶片可仅包含衬底(即，裸晶片)。替代性地，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”。举例来说，晶片可包含具有可重复图案特征的多个裸片。
“主光罩”可为在光罩制造工艺的任何阶段处的光罩，或可或不可经释放以用于半导体制造设施中的完成光罩。主光罩或“掩模”通常定义为具有形成于其上且配置成图案的实质上不透明区域的实质上透明衬底。衬底可包含(例如)玻璃材料，例如非晶sio2。主光罩可在光刻工艺的曝光步骤期间安置于抗蚀剂的覆盖晶片上方，使得主光罩上的图案可转印到抗蚀剂。
形成于晶片上的一或多个层可经图案化或未经图案化。举例来说，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完成装置。许多不同类型的装置可形成于晶片上，且如在本文中使用的术语晶片希望涵盖其上制造所属领域中已知的任何类型的装置的晶片。
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的功能。如果实施于软件中，那么功能可存储于计算机可读媒体上或作为计算机可读媒体上的一或多个指令或程序代码而传输。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及通信媒体两者，其包含促进计算机过程从一个位置转移到另一位置的任何媒体。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。通过实例且非限制，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携载或存储呈指令或数据结构形式的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，将任何连接适当地称为计算机可读媒体。举例来说，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。如在本文中使用，磁盘及光盘包含光盘(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重现数据，而光盘使用激光光学地重现数据。上文的组合还应包含于计算机可读媒体的范围内。
尽管在上文出于指导目的描述某些特定实施例，但此专利文献的教示具有一般适用性且不限于上文描述的特定实施例。因此，在不脱离如在权利要求书中阐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。