[发明专利]用于过程控制的计量系统及方法

说明书

本文中呈现用于基于在过程间隔期间对晶片进行的重复测量估计所关注参数的值的方法及系统。在一个方面中，一或多个光学计量子系统与例如蚀刻工具或沉积工具等过程工具集成。使用在处理所述晶片时测量的一或多个所关注参数的值来控制所述过程本身。快速地且以足够准确度执行所述测量以实现半导体制造过程流程的良率改进。在一个方面中，使用经训练信号响应计量SRM测量模型来基于被处理晶片的光谱测量估计一或多个所关注参数的值。在另一方面中，采用经训练信号净化模型以在处理所述晶片时从经测量光谱产生净化光谱。

相关申请案的交叉参考

本专利申请案根据35 U.S.C.§119规定主张来自在2016年10月13日申请的标题为“用于蚀刻过程控制的计量系统及方法(Metrology System and Method for EtchProcess Control)”的序列号为62/407,658的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以全文引用的方式并入本文中。

技术领域

所描述实施例涉及计量系统及方法，且更特定来说涉及用于对经历制造过程步骤的半导体结构进行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)通常是由应用于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，光刻尤其为涉及在半导体晶片上产生图案的一个半导体制造过程。半导体制造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造多个半导体装置，且接着将其分离为个别半导体装置。

在半导体制造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进更高良率。光学计量技术提供高处理量而无样本破坏的风险的可能。通常使用包含散射测量及反射测量实施方案以及相关联分析算法的数种基于光学计量的技术来表征纳米级结构的临界尺寸、膜厚度、组成、叠加及其它参数。

在半导体装置制造中，蚀刻过程及沉积过程是界定半导体晶片上的装置图案轮廓及布局的关键步骤。因此，测量膜及经图案化结构以确保经测量结构的保真度及其跨晶片的均匀性是重要的。此外，快速提供测量结果以控制正在进行的过程且调整设置以维持所需图案或跨晶片的膜均匀性是重要的。

在大多数实例中，由一或多个独立(SA)计量系统执行对半导体制造过程的精确监测。SA计量系统通常提供最高测量性能。然而，必须从过程工具移除晶片以进行测量。对于在真空中进行的过程，此引起显著延迟。因此，SA计量系统无法提供快速测量反馈到过程工具，尤其是涉及真空的过程工具。在其它实例中，通常将集成计量系统或传感器附接到过程设备以在完成过程步骤之后测量晶片，而无需从过程工具移除晶片。在其它实例中，在过程工具的处理腔室内部采用原位(IS)计量系统或传感器。此外，IS计量系统在过程(例如，蚀刻过程、沉积过程等)期间监测晶片，且在测量时将反馈提供到执行制造步骤的过程工具。

在一个实例中，原位监测经受反应性离子蚀刻过程的结构。在一些制造步骤中，需要蚀刻过程完全蚀刻穿过曝露层且接着在发生下层的实质蚀刻之前终止。通常，通过使用发射光谱技术监测腔室中存在的等离子的光谱特征而控制这些过程步骤。当蚀刻穿过曝露层且蚀刻过程开始与下层反应时，发生等离子的光谱特征的不同变化。通过发射光谱技术测量光谱特征的变化，且蚀刻过程基于经测量变化是光谱特征而停止。

在其它制造步骤中，需要蚀刻过程部分蚀刻穿过曝露层到指定蚀刻深度，且在完全蚀刻穿过曝露层之前终止。此类型的蚀刻过程通常称为“盲蚀刻(blind etch)”。当前，对穿过部分蚀刻层的蚀刻深度的测量是基于近法向入射光谱反射测量。

在一些实例中，被测量晶片包含周期性图案。这些图案展现可建模的独有反射率特征。因此，基于模型的光谱反射测量技术适于估计经图案化晶片的临界尺寸。遗憾的是，基于光谱反射测量的当前可用原位监测工具缺乏满足未来制造过程要求所需的精度。