[发明专利]先进纳米结构的测量方法

说明书

可基于来自晶片计量工具的光谱确定结构的参数化几何模型。所述结构可具有几何结构诱发的各向异性效应。可从所述参数化几何模型确定所述结构的色散参数。这可实现用于测量具有诱发不可忽略的各向异性效应的几何结构及与周围结构的相对位置的纳米结构的计量技术。这些技术可用于特性化例如FinFET或及环绕式栅极场效应晶体管的半导体制造中的涉及金属及半导体目标的工艺步骤。

相关申请案的交叉参考

本申请案主张在2017年12月8日申请且转让的第62/596,598号美国申请案的临时专利申请案的优先权，所述申请案的公开内容特此以引用的方式并入。

技术领域

本发明涉及测量半导体晶片上的结构。

背景技术

半导体制造产业的演进对良率管理以及特定来说计量及检验系统提出更高要求。临界尺寸日益缩小而晶片尺寸日益增大。经济学驱使所述产业减少用于实现高良率、高价值生产的时间。最小化从检测到良率问题到解决所述问题的总时间确定半导体制造商的投资回报率。

制造半导体装置(例如逻辑及存储器装置)通常包含使用大量制造工艺处理半导体晶片以形成半导体装置的各种特征及多个层级。举例来说，光刻是涉及将图案从光罩转印到布置于半导体晶片上的光致抗蚀剂的半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含但不限于化学机械抛光(CMP)、蚀刻、沉积及离子植入。多个半导体装置可制造于单半导体晶片上的布置中且接着分离成个别半导体装置。

可在半导体制造期间使用计量取得例如半导体晶片或光罩的各种测量值。可使用计量工具来测量与各种半导体制造工艺相关联的结构及材料特性。举例来说，计量工具可测量材料组合物或可测量结构及膜的尺寸特性，例如膜厚度、结构的临界尺寸(CD)或重叠。这些测量用于在制造半导体裸片期间促进工艺控制及/或良率效率。

随着半导体装置图案尺寸继续缩小，通常需要较小计量目标。此外，对于测量准确度及与实际装置特性匹配的要求增加对于似装置目标以及裸片内及甚至装置上测量的需要。已提出各种计量实施方案以实现所述目标。举例来说，已提出基于主要反射光学器件的聚焦光束椭偏测量。可使用变迹器减轻光学衍射引起照明光点扩散超出由几何光学定义的尺寸的效应。配合同时多入射角照明使用高数值孔径工具是实现小目标能力的另一方式。

其它测量实例可包含：测量半导体堆叠的一或多个层的组合物；测量晶片上(或内)的某些缺陷；及测量暴露于晶片的光刻辐射的量。在一些情况中，计量工具及算法可经配置用于测量非周期性目标。

计量技术可在制造过程期间特性化半导体晶片的参数。实际上，光被引导到形成于半导体晶片中的周期性光栅上。测量且分析反射光的光谱以特性化光栅参数。特性化参数可包含CD、侧壁角(SWA)、特征高度(HT)、材料参数或其它参数，其影响从材料反射或透射穿过所述材料的光的偏光及强度。经测量光谱的分析一般涉及比较经测量样本光谱与模拟光谱以推断最好描述经测量样本的模型的参数值。

所关注参数的测量通常涉及多种算法。举例来说，使用电磁(EM)解算器对入射光束与样本的光学相互作用建模，且使用如严格耦合波分析(RCWA)、有限元建模(FEM)、矩量法、面积分法、体积分法或有限差分时域(FDTD)的此类算法。通常使用几何引擎、过程建模引擎或两者的组合对所关注目标建模(例如，参数化所关注目标)。举例来说，在来自科磊公司(KLA-Tencor)的AcuShape软件产品中实施几何引擎。

这些建模方法可包含：固定或浮动参数的修改；参数约束的修改；固定参数的标称值的修改；参数空间的坐标的修改；子系统或通道的选择或加权；波长选择或加权；多遍次；数据前馈；多模型；或回归引擎的修改。

用于装置内或似装置目标的半导体计量的组成部分是使用电磁解算器对入射光束与样本的光学相互作用建模。电磁解算器的实例包含RCWA、FEM、矩量法、面积分法、体积分法或FDTD。这些模拟算法依赖于测量目标的个别组件的预定色散。