用于薄膜中测量的混合测量系统及方法技术方案

提供了用于在线测量在生产线上行进的结构中薄膜的一个或多个参数的测量方法和系统。从正在被测量的薄膜上的多个测量位点提供第一测量数据和第二测量数据，其中第一测量数据对应于来自相对少数量的测量位点的第一选择组的第一类型测量，并且第二测量数据对应于来自显著更高数量的测量位点的第二组的第二类型光学测量。处理第一测量数据用于确定所述第一组的每个测量位点中薄膜的至少一个参数的至少一个值。该至少一个参数值用于解释第二测量数据，从而获得指示所述第二组的测量位点内的所述至少一个参数的值的分布的数据。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于薄膜中测量的混合测量系统及方法
本专利技术属于测量
，并且涉及一种测量系统和方法，特别可用于控制包含薄膜的结构/样本，如半导体晶片的制造过程。
技术介绍
先进的半导体工业正在持续整合新材料成分(例如，SiGe、HKMG、3DFinFet等)的更薄和多叠层的膜。这是继续性能增长以确保先进节点(如1X和更高)持续遵循摩尔定律的一种方法。在1-2nm范围内的超薄膜的过程控制需要0.1A数量级的总测量不确定性(TMU1-相对准确性量度)和快速匹配(FleetMatching)。光学计量技术(如椭圆光谱，目前是薄膜测量的处理量大量处理的主力)正在达到其性能极限。作为实例，准确识别0.1埃的膜厚度变化的能力基本上受到与薄膜叠层的其他参数(其他层的厚度、可变材料成分)的串扰以及有限的光学灵敏度的限制。
技术实现思路
本领域需要用于监测/测量薄膜参数的新方法，特别是对于具有可变参数如例如材料浓度的薄膜。而且，监视技术应该优选地能够有效地过程控制在生产线上进行的基于薄膜的结构的制造。换言之，测量技术应在实时(或在线或工具上)测量模式中是有效地可操作的。在这方面，应该注意的是，在本文使用的术语“在线”或“工具上”是指通过在离线模式中操作的独立测量工具的测量的替代的测量模式。光学计量技术基于对由样本反射的光的性质的测量。对于薄膜测量，依赖于不同膜的光学性质之间的对比来建模、去卷积并且单独提取膜厚度，并且通常延伸到使用散射光的性质的周期性结构的轮廓测量(散射测量，也称为光学关键尺寸(opticalcriticaldimension)OCD)。虽然这种方法快速且非常适合先进过程控制(APC)，但其依赖于关于光学性质和几何形状的假设。具体地，由于不能区分光学性质变化的影响与厚度变化，所以具有可变成分的超薄膜的性能通常会受到误差。这在图1中示意性地示出，其示出了平面或周期性结构的光学测量和数据解释的示图。该图以不言自明的方式显示了工具上(或在线)的和离线的测量方案。在在线测量方案中，将光谱测量(例如，基于偏振的测量)应用于样本(例如，半导体晶片)，并且将拟合程序应用于测量的光谱数据，并且在识别来自文库的最佳拟合光谱数据时，确定相应的结构参数(例如，CD、高度、SWA等)。同样如图所示，光谱库使用离线测量方案建立。离线测量方案利用模型创建(目标上的建模结构)，使用输入数据如膜堆叠信息、膜光学属性和几何形状信息。然后，可以使用各种已知方法来优化该模型，用于创建/更新光谱库，即理论光谱数据。X射线方法有不同的形式。X射线光电子能谱(XPS)特别适用于薄膜，测量靶的X射线照射生成的光电子的光谱响应。这种光电子在材料内部快速再结合，其净效应是仅在材料的表面～10nm中生成的电子能够逃离叠层并被检测到。来自不同原子种类/分子的信号被记录为能量的函数，并归因于叠层的不同层，与X射线、电子和不同材料之间的物理相互作用一致。这在图2中示意性地示出，其以不言自明的方式示出了XPS测量和测量数据的示图。因此，XPS测量可以独立地提取多层超薄膜的成分(不同种类的原子的相对数目)和层厚度。然而，XPS技术不提供大批量生产(HVM)所需的期望的处理量。换言之，XPS测量实际上不适用于生产过程控制的在生产线上进行的结构的在线测量模式。参考图3A和3B，其示出了测量不确定性对HVM的影响。图3A示出了经受精度(A型)误差的测量，该误差通常可以通过减少浮动参数的数量而最小化。图3B示出了经受准确度(B型)误差的测量。任何测量经受不同的误差源。根据基于模型的计量的具体情况，基于随机噪声-精度统计分析，A型误差很容易量化。这种类型的误差通常通过减少可能变化的模型参数的数量(并且在进行重复测量时相应地增加关键参数的值的稳定性)而被最小化。B型误差(准确度指标)通常由关键参数(浮动)和一些固定参数(整个对应的物理样本参数实际上改变)之间的串扰产生。这种固定的参数可以包括材料的光学性质。在HVM环境中，这种误差在很大程度上是隐藏的，并且可能导致错误的晶片布置。如图3B所示，与参考的比较可以帮助在配方设置期间建立对“真实”(箭头G)的相关校准。然而，在HVM期间一些固定模型参数的无意(未知)的变化会引起测量值的相应变化；这使与“真实”的原始关系无效，从而可能触发错误的晶片布置。将“参考水平”的测量定义为对于在HVM中的正常过程变化导致的其他参数的无意变化是不变的，同时对于所讨论的测量参数是超级敏感的。这种测量的示例可以认为是X射线荧光(XRF)，其提供特定种类的原子的总数，而不管来自存在于测量的样本中的其他种类的原子，或者XPS，其探测存在于样本的表面层中的原子种类，而不管深度超过～10nm的叠层。理想地，在线计量将提供“参考水平”测量。实际上，在测量速度和性能之间总是存在折衷，在许多情况下，解决这个问题有利于获得更高处理量、更高风险的计量。混合计量是将测量相同或相似结构的两种或更多种计量工具结合起来的实践。在工具组之间以互补的方式共享数据，以提高计量性能，并且能够测量不能通过任何单独的工具集以足够的性能测量的复杂的结构。迄今为止，大部分的混合计量工作都结合了非参考计量(CD-SEM和OCD)。本专利技术提供了以基于X射线的技术和光学方法的组合为基础的用于薄膜测量的新型混合计量解决方案。这是慢速其准确的参考水平计量(XPS)与快速且精确的非参考(光学)的组合、XPS和光学的组合，以允许测量薄膜和结构上的成分。本专利技术的技术提供了所谓的可混合智能采样(HESS)测量技术。这与以下相关：更严格的过程窗口需要更好地控制样本(例如，晶片)上的过程可变性以及“热点”检测和边缘监测。期望更高的测量采样率，以及更高的质量水平的性能。为了减轻速度和性能之间的折衷，本专利技术探索了XPS和光学方法的混合组合，其中，XPS使用“稀疏采样计划”，并且光学使用“密集的全晶片采样”。本专利技术的技术将XPS性能扩展到全晶片图，具有由光学方法提供的改进的处理量。更具体地，本专利技术将具有有限样本集的测量扩展到更大的采样(光学测量)。这种技术通常适用于几个(相对少数)高准确度(可信的、慢速的)测量和大量(相对大量)快速光学测量的情况。这种相对慢的高准确度测量可以包括以下一种或多种技术：XPS、X射线荧光(XRF)、透射电子显微镜(TEM)、聚焦离子束(FIM)、二次离子质谱(SIMS)。相对快的测量是光学测量，其可以基于例如光谱反射测量、偏振光谱反射测量等。应该理解的是，为了本公开的目的，“相对慢”和“相对快”的测量和相应的测量系统彼此区分，在于“慢速”测量需要更多的时间来收集和解释测量数据，但是与“快速”测量的那些相比，提供更高的准确度。因此，在本专利技术中，“相对慢”和“相对快”的测量分别应用于小得多的测量位置/点/位点的数量N以及大得多的测量位置/点/位点的数量M，使得M＝N+K(K是从1开始的整数)。优选地，选择测量位置，使得慢速测量(通常至少两个这种位置)的N个位置L1...Ln包括在快速测量的M个位置，即L1、...、Ln、L'1、L'2、...、L'k中。至少快速测量的测量位点/位置优选地选择为在测量下基本均匀地分布在结构内。例如，考虑到典型的半导体晶片(即，盘状结构)，“快速”测量位置沿晶片的半本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在线测量在生产线上行进的结构中的薄膜的一个或多个参数的测量方法，所述方法包括：‑从正在被测量的所述薄膜上的多个测量位点提供第一测量数据和第二测量数据，其中所述第一测量数据对应于来自第一选择组的相对少数量的测量位点的第一类型测量，并且所述第二测量数据对应于来自第二组的显著更高数量的测量位点的第二类型光学测量；‑处理所述第一测量数据，并且确定所述第一组的每个测量位点中所述薄膜的至少一个参数的至少一个值；‑利用所述至少一个参数值来解释所述第二测量数据，从而获得指示所述第二组的测量位点内的所述至少一个参数的值的分布的数据。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.08.04 US 62/200,6981.一种用于在线测量在生产线上行进的结构中的薄膜的一个或多个参数的测量方法，所述方法包括：-从正在被测量的所述薄膜上的多个测量位点提供第一测量数据和第二测量数据，其中所述第一测量数据对应于来自第一选择组的相对少数量的测量位点的第一类型测量，并且所述第二测量数据对应于来自第二组的显著更高数量的测量位点的第二类型光学测量；-处理所述第一测量数据，并且确定所述第一组的每个测量位点中所述薄膜的至少一个参数的至少一个值；-利用所述至少一个参数值来解释所述第二测量数据，从而获得指示所述第二组的测量位点内的所述至少一个参数的值的分布的数据。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二组的测量位点选择为基本均匀地分布在正在被测量的所述薄膜内。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二组的测量位点包括所述第一组的测量位点。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述利用所述至少一个参数值来解释所述第二测量数据包括：识别所述第一测量数据和所述第二测量数据中测量位点之间的匹配集；创建用于所述匹配集的临时训练配方，并且使用所述临时训练配方来解释所述第二测量数据。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中选择所述第一选择组的测量位点，使得能够测量所述至少一个参数的最小值和最大值。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述选择基于关于跨越所述结构的薄膜的所述至少一个参数的变化形状的知识。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述结构是半导体晶片。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一类型测量和所述第二类型测量至少在收集和解释测量数据所需的时间上是不同的，所述第一类型测量是相对慢的测量，并且所述第二类型测量是相对快的测量。9.根据权利要求8所述的方法，其中，与所述第二类型测量相比，所述第一类型测量的特征在于更高的准确度。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一类型测量包括XPS。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二类型测量包括光谱反射测量。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，正在被测量的所述薄膜的一个或多个参数包括所述薄膜中膜厚度和材料浓度中的至少一种。13.一种用于在线测量在生产线上行进的结构中的薄膜的一个或多个参数的测量方法，所述方法包括：-将XPS测量应用于所述薄膜中第一选择组的相对少数量的测量位点并提供XPS测量数据；-将光学测量应用于包括第一组的测量位点的第二组的显著更高数量的测量位点并提供光学测量数据；-处理所述XPS测量数据，并确定所述第一组的每个测量位点中薄膜的至少一个参数的值；-利用所述至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：科尔内尔·博兹多格，阿洛克·瓦德，斯里达尔·马亨德拉卡尔，玛纽尔·霍桑，塔希尔·卡加瓦拉，
申请(专利权)人：诺威量测设备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列,IL