用于高纵横比及大横向尺寸结构的度量系统及方法.pdf

本发明提供用于高纵横比及大横向尺寸结构的各种度量系统及方法。一种方法包含将光引导到在晶片上形成的一或多个结构。所述光包含紫外光、可见光及红外光。所述一或多个结构包含至少一个高纵横比结构或至少一个大横向尺寸结构。所述方法还包含产生响应于归因于引导到所述一或多个结构的所述光而来自所述一或多个结构的光的输出。另外，所述方法包含使用所述输出确定所述一或多个结构的一或多个特性。

1.  一种系统，其经配置以确定在晶片上形成的一或多个结构的一或多个特性，所述系 统包括：
照明子系统，其经配置以将光引导到在所述晶片上形成的所述一或多个结构，其 中所述光包括紫外光、可见光及红外光，且其中所述一或多个结构包括至少一个高 纵横比结构或至少一个大横向尺寸结构；
检测子系统，其经配置以产生响应于归因于引导到所述一或多个结构的所述光而 来自所述一或多个结构的光的输出；以及
计算机子系统，其经配置以使用所述输出确定所述一或多个结构的一或多个特 性。

2.  根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个高纵横比结构包括由具有不同光学 性质的不同材料组成的交替层。

3.  根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个大横向尺寸结构并非在所述晶片上 形成的多个周期结构中的一者。

4.  根据权利要求1所述的系统，其中所述一或多个结构具有大于0.5微米的周期。

5.  根据权利要求1所述的系统，其中所述照明子系统包括至少一个激光维持等离子光 源。

6.  根据权利要求1所述的系统，其中所述照明子系统经进一步配置以将所述光引导到 所述一或多个结构上的光斑，且其中所述光斑具有至少一个小于50微米的横向尺 寸。

7.  根据权利要求1所述的系统，其中所述照明子系统经进一步配置以将不同波长的紫 外光、可见光及红外光依序引导到所述一或多个结构，且其中所述照明子系统经进 一步配置以随引导到所述一或多个结构的所述光的波长变化而改变所述光所引导 到的光斑的大小及位置。

8.  根据权利要求1所述的系统，其中所述照明子系统包括在单个衬底上具有第一区域 及第二区域的滤光器，其中所述第一区域经配置以在紫外光被所述照明子系统引导 到所述一或多个结构时使用，且其中所述第二区域经配置以在红外光被所述照明子 系统引导到所述一或多个结构时使用。

9.  根据权利要求1所述的系统，其中所述照明及检测子系统经进一步配置以用于椭圆 偏振术。

10.  根据权利要求1所述的系统，其中所述照明及检测子系统经进一步配置以用于光谱 椭圆偏振术。

11.  根据权利要求1所述的系统，其中所述照明及检测子系统经进一步配置以用于反射 术。

12.  根据权利要求1所述的系统，其中所述照明及检测子系统中的至少一者包含切趾元 件，且其中所述照明及检测子系统经进一步配置以用于光谱椭圆偏振术、光谱反射 术、射束轮廓椭圆偏振术或射束轮廓反射术。

13.  根据权利要求1所述的系统，其中所述检测子系统包括经配置以检测来自所述一或 多个结构的红外光而非紫外光的第一分光计子系统及经配置以检测来自所述一或 多个结构的紫外光而非红外光的第二分光计子系统，其中所述第一及第二分光计的 波长范围重叠，且其中所述计算机子系统经进一步配置以使用在重叠的所述波长范 围中产生的所述输出来组合来自所述第一及第二分光计的输出。

14.  根据权利要求1所述的系统，其中所述计算机子系统经进一步配置以使用响应于来 自所述一或多个结构的红外光的所述输出来确定所述至少一个高纵横比结构的底 部部分的一或多个特性及使用响应于来自所述一或多个结构的可见及紫外光的所 述输出来确定所述至少一个高纵横比结构的顶部部分的一或多个特性。

15.  根据权利要求1所述的系统，其中所述计算机子系统经进一步配置以不使用响应于 紫外光及可见光的所述输出来确定所述至少一个大横向尺寸结构的所述一或多个 特性。

16.  根据权利要求1所述的系统，其中所述一或多个结构并非装置结构，且其中所述一 或多个结构包括包含在所述装置结构中的一或多个层且具有不同于包含在所述装 置结构中的所述一或多个层的厚度。

17.  根据权利要求1所述的系统，其中所述一或多个结构包括对所述光的至少一些不透 明的材料，且其中所述一或多个特性包括基于所述材料变不透明时的波长确定的所 述材料的能带隙及基于所述能带隙确定的所述材料的组成。

18.  根据权利要求1所述的系统，其中所述一或多个结构包括对所述光的至少一些不透 明的材料，且其中所述一或多个特性包括基于所述材料变不透明时的波长确定的所 述材料的能带隙及基于所述能带隙确定的所述一或多个结构的尺寸。

19.  根据权利要求1所述的系统，其中所述一或多个结构包括在所述晶片的第一层上形 成的一或多个第一结构及在所述晶片位于所述第一层下方的第二层上形成的一或 多个第二结构，且其中所述一或多个特性包括所述一或多个第一结构相对于所述一 或多个第二结构的叠盖。

20.  一种用于确定在晶片上形成的一或多个结构的一或多个特性的方法，其包括：
将光引导到在所述晶片上形成的所述一或多个结构，其中所述光包括紫外光、可 见光及红外光，且其中所述一或多个结构包括至少一个高纵横比结构或至少一个大 横向尺寸结构；
产生响应于归因于引导到所述一或多个结构的所述光而来自所述一或多个结构 的光的输出；以及
使用所述输出确定所述一或多个结构的一或多个特性。

用于高纵横比及大横向尺寸结构的度量系统及方法
技术领域
本发明大体上涉及用于高纵横比及大横向尺寸结构的度量系统及方法。
背景技术
以下描述及实例不因为其包含在此段落中而被承认为是现有技术。
如概述用于高纵横比(HAR)结构的最新技术的度量选择的“超越22nm的半导体度 量：3D存储器度量(Semiconductor metrology beyond 22nm:3D memory metrology)”，艾 克奥(Arceo)等人，《固态技术(Solid State Technology)》(在线版本)，2012年2月16日(其 以全文引用的方式并入本文中)中所述：“许多光学技术(尤其那些在临界角附近离轴操作 的技术)遇到仅有极小部分的测量光到达特征底部并向上反射到检测器的问题。因此，在 大多数情况下，呈其当前形式的各种度量技术将在此类特征上遇到低信噪比(SNR)的问 题”。事实上，当纵横比增加到30:1、100:1及更高时，不存在用于测量HAR结构的快 速处理量和可靠度量，这仍将成问题。虽然正在开发上述参考文献中同样提及的例如临 界尺寸(CD)小角度X射线散射测量(CD-SAXS)、法向入射反射术及散射测量的技术，然 而仍未发现适当的解决方法。同时，测量CD(界定孔及沟槽的形状)的能力在获得所需产 量及高性能水平的装置中是重要的。
半导体装置度量中存在的其它挑战与具有大横向尺度(例如，1微米或更大的数量 级)的目标有关。由于光学CD度量为主要针对周期性目标所设计，因此相当大间距目标 可产生多个衍射阶数，其可干扰零阶衍射测量。此类型的应用包含SRAM、内嵌式快闪 存储器及其它。
现行提出的方法包含以下：缺乏提供3D结构细节的能力的俯视图CD扫描电子显 微术(CD-SEM)；具破坏性且无法用于线内度量的横截面SEM(X-SEM)；尚未被证实可 获得半导体工业所需的高处理量能力的CD-SAXS；具有高处理量但因到HAR结构中的 有限光穿透而受SNR限制的光散射测量CD度量；已被用于度量HAR DRAM结构但缺 乏由较短波长所提供的分辨率且具有对半导体度量来说过大的测量光斑大小的基于模 型的红外反射术(MBIR)(参见例如高思腾(Gostein)等人的“以基于模型的IR测量深沟槽 结构(Measuring deep-trench structures with model-based IR)”，《固态技术(Solid State  Technology)》，第49卷，第3期，2006年3月1日，其以全文引用的方式并入本文中)； 及无法实质测量高纵横比结构且具有相对低处理量的原子力显微术(AFM)。总而言之， 光学CD度量是理想的，但当前缺乏在相对小光斑(例如小于50微米或甚至更优选地小 于30微米)中测量具有微米级深度及横向尺寸的结构的细节轮廓的能力。
因此，开发用于确定在晶片上形成的结构的特性且不具有上述缺点中的一或多者的 方法及系统将会是有利的。
发明内容
不应以任何方式将各种实施例的以下描述理解为限制所附权利要求书的标的物。
一个实施例涉及一种系统，其经配置以确定在晶片上形成的一或多个结构的一或多 个特性。所述系统包含照明子系统，其经配置以将光引导到在晶片上形成的一或多个结 构。所述光包含紫外(UV)光、可见光及红外(IR)光。所述一或多个结构包含至少一个高 纵横比(HAR)结构或至少一个大横向尺寸结构。所述系统还包含检测子系统，其经配置 以产生响应于来自所述一或多个结构的光(归因于引导到所述一或多个结构的光)的输 出。另外，所述系统包含计算机子系统，其经配置以使用所述输出确定所述一或多个结 构的一或多个特性。可如本文中所述般进一步配置所述系统。
另一实施例涉及一种用于确定在晶片上形成的一或多个结构的一或多个特性的方 法。所述方法包含将光引导到在所述晶片上形成的一或多个结构。所述光包含UV光、 可见光及IR光。所述一或多个结构包含至少一个HAR结构或至少一个大横向尺寸结构。 所述方法还包含产生响应于来自所述一或多个结构的光(归因于引导到所述一或多个结 构的光)的输出。另外，所述方法包含使用所述输出确定所述一或多个结构的一或多个特 性。
可如本文中所述般进一步进行上述方法的步骤中的每一者。另外，上述方法可包含 本文中所述的任何其它方法的任何其它步骤。此外，可通过本文中所述的系统中的任何 者执行上述方法。
附图说明
所属领域的技术人员根据优选实施例的以下详细描述的益处并参考附图将明白本 发明的其它优点，附图中：
图1为说明其中一或多个特性可通过本文中所述实施例来确定的一或多个结构的一 个实例的横截面图的示意图；
图2为说明不同波长光的强度随着与可通过本文中所述实施例测量的一或多个结构 的表面的距离而变的曲线图；
图3为说明模/数转换器(ADC)计数对不同光源的波长的曲线图；
图4为说明经配置以确定在晶片上形成的一或多个结构的一或多个特性的系统的一 个实施例的侧视图的示意图；
图5为说明可包含在本文中所述的系统实施例中的滤光器的一个实施例的平面图的 示意图；及
图6为说明非暂时性计算机可读媒体的一个实施例的框图。
虽然本发明容易产生各种修改及替代形式，但其具体实施例以实例方式展示于图式 中且详细地描述于本文中。所述图式可能未按比例。然而，应理解，所述图式及其详细 描述无意将本发明限制于所揭示的特定形式，恰相反，本发明将涵盖处于如所附权利要 求书所定义的本发明的精神及范围内的所有修改、等效物及替代物。
具体实施方式
现转到图式，应注意所述图式不以比例绘制。特定来说，所述图式中的一些元件的 比例经大幅度放大以突出所述元件的特征。还应注意所述图式不以相同比例绘制。已使 用相同参考数字指示一个以上图式中所示的可以类似方式配置的元件。
文中所述的实施例大体上涉及用于度量具有高纵横比(HAR)及/或大横向尺寸结构 的半导体装置的方法及系统。所述实施例可对具有HAR(例如，VNAND、TCAT等)的半 导体装置及(更一般来说)因到被测量结构中的相对低光穿透而具光学度量挑战性的复杂 装置进行光学临界尺寸(CD)、薄膜及组成度量。
如文中所使用，术语“HAR结构”是指特征为在下一代装置中纵横比超过10:1且 可高达100:1的任何结构。HAR结构通常包含硬掩模层(参见例如在2012年8月7日 颁发给刘(Liu)的第8,237,213号美国专利案，其以如同全文引用的方式并入本文中)，以 促进HAR的蚀刻工艺。除垂直的NAND或TCAT结构以外，本文中所述的实施例可用 于其中到结构的底层的光穿透成为度量限制因素的其它HAR结构。例如，DRAM包含 一些其中必须测量蚀刻到衬底中的深沟槽或孔的深度的此类结构。
所述实施例还提供用于度量具有大横向尺寸结构的目标的方法。如文中所使用，术 语“大横向尺寸结构”是指其最大横向尺寸大约为0.5微米或更大的数量级的任何结构。 “横向尺寸”通常定义为结构在与其上形成所述结构的晶片的上表面实质上平行的方向 上的尺寸。
图1说明其中一或多个特性可通过文中所述的实施例来确定的结构的一个实例。特 定来说，图1展示HAR结构。在一个实施例中，所述至少一个HAR结构包含由具有不 同光学性质的不同材料组成的交替层。例如，如图1中所示，所述结构可包含氧化物层 100，其上已形成硅(例如，硅层102、104及106)及氧化物(例如，氧化物层108、110及 112)的交替层。已形成穿过所述层并进入最底部氧化物层100的开口，以在晶片(图1中 未图示)中形成沟槽。如图1中可见，所述沟槽的宽度可从所述沟槽顶部到所述沟槽底部 变化。可通过文中所述实施例确定的此结构的一或多个特性中的一些展示于图1中，且 包含高度h、所述沟槽顶部的CD(CD_顶部)、所述沟槽中部的CD(CD_中部)、所述沟槽底部 的CD(CD_底部)、侧壁角(SWA)、所述沟槽顶部的半径114(r_顶部)及所述沟槽底部的半径116 (r_底部)。
图1意在说明可通过文中所述的实施例测量的结构的仅一个一般实例。通常，文中 所述的实施例可用于测量任何HAR或大横向尺寸结构(例如姜杰(J.Jang)等人于“用于超 高密度NAND快闪存储器的使用TCAT(兆兆位单元阵列晶体管)技术的垂直单元阵列 (Vertical cell array using TCAT(Terabit Cell Array Transistor)technology for ultra high  density NAND flash memory)”，2009技术论文上的VLSI技术文摘研讨会(2009 Symposium on VLSI Technology Digest on Technical Papers)，第192-193页，页码10A-4 中所述的TCAT存储器结构，所述内容以如同全文引用的方式并入本文中)的一或多个特 性。
在图2中说明度量的挑战，所述图展示发明人所进行的电磁场强度计算。当使用紫 外(UV)及可见范围中的较短波长(例如，小于600nm的波长)时，可急剧地衰减光到结构 中的穿透。此衰减通常适用于椭圆偏光计(斜入射)及反射计(近法向或法向入射)配置。此 衰减的一个原因可能是硬掩模层，其可由在较短波长下不透明的多晶硅制成。可影响光 穿透的另一个因素为一些存储器装置的多个交替层设计。此类交替层对的典型物理厚度 可在20nm到50nm的范围内，且在近法向入射下的光学厚度(物理厚度乘以折射率)可 在30nm到100nm的范围内且在斜入射下更厚。
如光学涂层设计中所知，具有不同折射率的两种材料的多层堆叠可产生具有光谱性 及角度性宽阻带的相当高反射电介质镜面涂层。此设计在对应于四分之一波长条件(其确 保因光干涉现象引起的最大反射)的波长及厚度下尤其有效。所述涂层堆叠也称为分布式 布拉格反射器。然而，即使当薄膜厚度并非正好四分之一波长时，也可实现有效反射。 此反射促成光子到结构中的相对低的穿透。如文中所提出的解决方案，应使用所述阻带 以外的波长(及/或角度)。
还可通过使用较长波长大大地增进不透明硬掩模或其它非透明或部分透明层下方 的深层结构的测量。明确来说，在HAR存储器结构的情况下，最佳度量方案对应于将 波长范围扩展到红外(IR)光谱区域内。
发明人意识到，在单个系统中组合IR及可见波长的能力对测量复杂3D结构的细节 来说是重要的。一般来说，应使用相对长波长深入地穿透到结构中(或抑制具有相对大间 距的结构的高衍射阶数)。使用相对短波长对提供有关易得到相对短波长(通常，顶部水 平层)以及相对小CD及粗糙度特征的结构的尺寸信息来说仍是重要的。在一些情况下， 使用较长波长可有益于测量具有相对粗糙表面或界面的目标的尺寸特性，因为较长波长 对粗糙度通常具有较低敏感性。
虽然将波长范围从190nm到900nm(或甚至150nm到900nm)的典型范围增加到 更宽波长范围(例如190nm到2000nm或甚至150nm到2000nm)会对半导体光学度量 工具造成若干设计问题，但这些问题已如本文中所述般得到解决且其在先前IR光学度 量装置中无法被适当解决。
IR+可见光+UV系统设计中的一个障碍为光不足，这受在整个所需波长范围内产生 足够光子的可行源所限制。然而，激光驱动等离子源可克服光子不足。例如，由12000KCT 激光维持等离子光源(LSP)及75W，6000KCT Xe灯产生的光子的比较(经由黑体计算(假 设完全不透明))显示，在150nm到2000nm的整个波长范围内，LSP比Xe灯产生显著 更多的光子。另外，如图3中可见，在220nm到820nm的整个波长范围内，来自LSP 的随波长而变的模/数转换器(ADC)计数比来自150W光纤耦合Xe灯显著更高。在UV 及深UV(DUV)中，LSP的亮度也为Xe灯的亮度的10倍以上。此外，在IR中，LSP 的亮度也为Xe灯的亮度的5倍到8倍。因此，LSP可用于实现本文中所述的度量所需 且使用传统光源无法实现的光级。
图4说明经配置以确定在晶片上形成的一或多个结构的一或多个特性的系统的一个 实施例。所述系统包含照明子系统，其经配置以将光引导到在晶片上形成的一或多个结 构。所述光包含UV光、可见光及IR光。可如文中所述般配置所述一或多个结构。例 如，所述一或多个结构包含至少一个HAR结构或至少一个大横向尺寸结构。
在图4中所示的实施例中，照明子系统展示为包含光源400、一或多个滤光器402、 偏振组件404、场光阑406、孔径光阑408及一或多个具有反射能力的光学元件410。在 一个实施例中，所述照明子系统包含至少一个LSP。例如，光源400可为LSP。一或多 个滤光器402可用于控制所述照明子系统的光级及/或光谱输出。滤光器402可包含如文 中另外所述般配置的多区域滤光器。偏振组件404可用于产生离开所述照明子系统的所 需偏振态。所述偏振组件可为偏振器及/或补偿器。所述偏振组件可为固定式、可旋转式 或旋转式且可包含任何适宜的市售偏振组件。虽然图4中的照明子系统展示为包含一个 偏振组件，但所述照明子系统可包含一个以上偏振组件。场光阑406控制所述照明子系 统的视场(FOV)且可包含任何适宜的市售场光阑。孔径光阑408控制所述照明子系统的 数值孔径(NA)且可包含任何适宜的市售孔径光阑。将来自光源400的光引导通过一或多 个具有反射能力的光学元件410，以聚焦到晶片420上的一或多个结构(图4中未图示) 上。所述照明子系统可包含光谱椭圆偏振术、反射术及散射测量领域中已知的任何类型 及布置的滤光器402、偏振组件404、场光阑406、孔径光阑408及光学元件410。
所述系统还包含检测子系统，其经配置以产生响应于来自所述一或多个结构的光(归 因于引导到所述一或多个结构的光)的输出。在图4中所示的实施例中，所述检测子系统 展示为包含一或多个具有反射能力的光学元件422、孔径光阑424、偏振组件426及场 光阑430。一或多个光学元件422可包含任何适宜的此类元件且可收集来自在晶片420 上形成的一或多个结构的光。孔径光阑424控制所述检测子系统的NA。
偏振组件426可用于分析所需偏振态。所述偏振组件可为偏振器或补偿器。所述偏 振组件可为固定式、可旋转式或旋转式且可包含任何适宜的市售偏振组件。另外，虽然 检测子系统展示为包含一个偏振组件，但所述检测子系统可包含一个以上的偏振组件。
场光阑430控制所述检测子系统的FOV。所述检测子系统捕获从晶片420反射离开 的光并将所述光引导通过一或多个具有反射能力的光学元件422及偏振组件426，以聚 焦到场光阑430上，所述场光阑可用作所述检测子系统的分光计子系统461及481的分 光计狭缝。然而，场光阑430可定位在分光计子系统461及481的分光计狭缝位置或其 附近。
所述检测子系统可包含光谱椭圆偏振术、反射术及散射测量领域中已知的任何类型 及布置的光学元件422、孔径光阑424、偏振组件426及场光阑430。在图4中所示的实 施例中，光学元件434将光引导到分光计子系统461及481中的一者。在一个实施例中， 光学元件434可为回转镜。如果所述回转镜在图4中所示的位置，那么所述回转镜将把 光引导到分光计子系统481中。如果翻离所述回转镜在图4中所示的位置，那么光进入 分光计子系统461。在另一实施例中，光学元件434为二向色分光器。
分光计子系统461涵盖深UV到近IR的波长。分光计子系统461展示为包含一或 多个具有反射能力的光学元件446及450、光栅448、滤光器452及检测器454。光学元 件446将光引导到光栅448(其将光分散成光谱)。来自光栅的光由光学元件446引导到 光学元件450，其将光引导通过滤光器452到达检测器454。检测器454产生响应于从 晶片420上的一或多个结构反射离开的光的输出。检测器454可为电荷耦合装置(CCD) 或光二极管阵列(PDA)。
分光计子系统481涵盖IR波长。分光计子系统481展示为包含一或多个具有反射 能力的光学元件436及440、光栅438、滤光器442及检测器444。光学元件436将光引 导到光栅438(其将光分散成光谱)。来自光栅的光由光学元件436引导到光学元件440， 其将光引导通过滤光器442到达检测器444。检测器444产生响应于从晶片420上的一 或多个结构反射离开的光的输出。检测器444可为PDA。
分光计子系统461及481可包含光谱椭圆偏振术、反射术及散射测量领域中已知的 任何类型及布置的光学元件。在一个实施例中，所述检测子系统包含第一分光计子系统 481(其经配置以检测来自所述一或多个结构的IR光而非UV光)及第二分光计子系统 461(其经配置以检测来自所述一或多个结构的UV光而非IR光)。例如，所述第二分光 计子系统可经配置以检测来自所述一或多个结构的深UV到近IR光而非IR光。以此方 式，所述检测子系统可包含两个分光计，一个专用于IR且另一个专用于UV。例如，如 图4中所示，第一分光计子系统481可由光学元件436及440、光栅438、滤光器442 及检测器444组成。这些元件可组成检测子系统的IR分光计。第二分光计子系统461 可由光学元件446及450、光栅448、滤光器452及检测器454组成。这些元件可组成 所述系统的UV分光计。
本文中所述的系统布置与不同版本的光学度量系统兼容。例如，在一个实施例中， 所述照明及检测子系统经配置以用于椭圆偏振术。所述椭圆偏振术可包含此项技术中已 知的任何适宜的椭圆偏振术。例如，所述椭圆偏振术可为光谱椭圆偏振术(SE)。通常， SE可为具有单或双旋转补偿器配置的穆勒矩阵SE(Mueller Matrix SE，MMSE)、多入射 角(AOI)SE或具有多方位角测量的SE。
在另一实施例中，所述照明及检测子系统经配置以用于反射术。所述反射术可包含 此项技术中已知的任何反射术。在一些实施例中，所述照明及检测子系统中的至少一者 包含切趾元件，且所述照明及检测子系统经配置以用于SE、光谱反射术(SR)、射束轮廓 椭圆偏振术(BPE)或射束轮廓反射术(BPR)。切趾元件优选定位于孔径光阑408及/或424 附近。另外，本文中所述的实施例可经配置以包含不同子系统的组合，例如SE与SR 或SE与角分解反射术。
本文中所述的实施例还有利地提供相对小光斑大小测量能力。例如，本文中所述的 实施例提供一种通过光学度量在相对小面积(例如小于50微米x50微米的面积)内测量特 征为具有相对大微米级尺寸(例如，HAR结构)的结构的度量法。在一个实施例中，所述 照明子系统经配置以将光引导到所述一或多个结构上的光斑，且所述光斑具有至少一个 小于50微米的横向尺寸。在一个此实例中，如果所述光斑为圆斑，那么所述圆斑可具 有小于50微米的直径。在另一个此实例中，如果所述光斑为椭圆斑，那么所述椭圆斑 的较小尺寸可为小于50微米。
通过使用反射光学系统设计(例如，上文在SE的情况中另外所述者)及通过使用切趾 光学系统设计(例如，上文在SE、SR、BPE或BPR的情况中另外所述者)实现相对小光 斑大小测量能力。本文中所述的系统可经进一步配置以用于SE，如在1997年3月4日 颁发给片望卡-科尔(Piwonka-Corle)等人的第5,608,526号美国专利案中所述，所述专利 申请案以如同全文引用的方式并入本文中。如在1999年1月12日颁发给诺顿(Norton) 等人的第5,859,424号美国专利案(所述专利案以如同全文引用的方式并入本文中)中所 述，已在光学测量中使用切趾元件来减小光斑大小。然而，据信先前尚未将切趾元件与 IR波长及LSP一起使用。
所述系统还包含计算机子系统，其经配置以使用所述输出来确定所述一或多个结构 的一或多个特性。例如，图4中所示的系统可包含计算机子系统(例如，图6中所示的计 算机系统604，其在文中进一步描述)。例如，可通过一或多个传输介质(未图示)(其可包 含“有线”及/或“无线”传输介质)将图6中所示的计算机系统耦合到图4中所示的检 测器444及454，使得所述计算机系统可接收所述检测器产生的输出。所述计算机子系 统可经配置以利用所述输出使用此项技术中已知的任何适宜的方法及/或算法确定本文 中所述的一或多个结构中的任何者的本文中所述的任何一或多个特性。
在一个实施例中，所述照明子系统经配置以将不同波长的UV光、可见光及IR光 依序引导到所述一或多个结构，且所述照明子系统经配置以随引导到所述一或多个结构 的光波长变化而改变光所引导到的光斑的大小及位置。例如，本文中所述的实施例实现 随波长在整个宽分析范围(从UV到IR)的变化而使光斑大小及光斑位置发生实质上一致 及连续的变化。当度量目标变得更复杂时，因度量目标的SE数据变化而引起的晶片特 性(例如，CD、线宽、厚度、角度及类似特性)的变化变得越来越高度相关且难以解除耦 合。然而，本文中所述度量系统的经扩展且实质上连续的波长范围有助于打破晶片特性 的相关性。所述照明子系统可将不同波长的光以任何适宜方式引导到所述结构，且所述 照明子系统可经配置以任何适宜方式改变所述光斑的大小及位置。
如上文所述，所述检测子系统可包含两个分光计，一个经配置以用于IR光而非UV 光且另一个用于UV光而非IR光。在一个此种实施例中，所述第一及第二分光计的波 长范围重叠，且所述计算机子系统经配置以使用在重叠的波长范围中产生的输出来组合 来自所述第一及第二分光计的输出。例如，所述IR及UV分光计在可见波长范围中可 重叠，且所述IR及UV分光计的输出可拼接在一起且经调整以使硬件间匹配及工具间 匹配优化并促进方案转移及硬件采用。此外，本文中所述的光学设计允许使用两个或两 个以上分光计以涵盖整个波长范围并允许将不同波长范围的数据拼接成一个实质上连 续的数据集。允许在本文中所述实施例中实现此结果的一个重要组件为下文所述的滤光 器。
例如，在一个实施例中，所述照明子系统包含在单个衬底上具有第一区域及第二区 域的滤光器。所述第一区域经配置以在UV光被所述照明子系统引导到所述一或多个结 构时使用，且所述第二区域经配置以在IR光被所述照明子系统引导到所述一或多个结 构时使用。因此，所述滤光器在单个衬底上可具有一个以上区域。例如，如图5中所示， 滤光器500可包含在单个衬底上形成的区域1及区域2。所述多区域滤光器可用作图4 中所示的滤光器402。所述区域中的至少一者可经优化以用于UVSE(即，SE与较短波长) 且至少一个区域可经优化以用于IRSE(即，SE与较长波长)。所述UVSE滤光器区域可 为用于UV光级控制的中性密度(ND)滤光器或用于阻断非所要IR光以免污染测量的短 波通滤光器。所述IRSE滤光器区域可为用于IR光级控制的ND滤光器或用于阻断非所 要UV光以免对在晶片上形成的一或多个结构(例如光致抗蚀剂目标)产生破坏的长波通 滤光器。所述滤光器上的一或多个区域还可为或替代地为用于阻断用作光源的LSP的泵 源的陷波滤光器。本文中所述的滤光器实施例胜于在多个衬底上形成的滤光器的一个优 点为在本文中所述的滤光器的整个衬底上将存在相同楔形误差，这将使所述晶片的测量 目标上的照明光斑位置(光斑大小)的变化最小。
本文中所述的实施例还与例如多工具多目标分析(包含数据前馈或数据侧馈方法学) 或多工具目标并行分析的度量方法兼容。可如在2009年1月13日颁发给赞谷(Zangooie) 等人的第7,478,019号美国专利案(其以如同全文引用的方式并入本文中)中所述般进行 多工具多目标分析。使用扩展的波长范围也可增强度量目标设计的概念，如尤(Yoo)等人 在2012年10月31日申请的第13/665,436号美国专利申请案(其以第2013号美国专利 申请公开案方式在2013年公开)中所述，所述案以如同全文引用的方式并入本文中。使 用扩展的波长范围增强分析的其它方式可包含主分量分析(PCA)及其它稳健统计方法。
在一个实施例中，所述一或多个结构为非装置结构，且所述一或多个结构包括包含 在所述装置结构中的一或多个层且具有不同于所述装置结构中的一或多个层的厚度。例 如，本文中所述的实施例可通过目标设计改善所述度量的信噪比。特定来说，可改变所 述目标设计以调整性能限制层(例如一或多个硬掩模)的厚度以增强度量敏感性。因此， 本文中所述的实施例可通过单独或同时扩展度量硬件(经由扩展的波长范围)或目标设计 空间来改善信噪比。
本文中所述的实施例可针对许多不同应用提供显著优点。例如，本文中所述的较长 IR波长可有益于植入物监视应用。IR的优点是归因于自由载子浓度显著影响硅的光学 性质的事实。类似地，IR波长测量有用于包含具有IR波长敏感性的光学性质的材料的 结构。此类结构包含一些纳米线结构、量子点等。
在一个实施例中，所述一或多个结构包含对至少一些光不透明的材料，且所述一或 多个特性包含基于材料变不透明时的波长确定的所述材料的能带隙及基于所述能带隙 确定的所述材料的组成。例如，发现例如砷化镓(GaAs)、磷酸铟(InP)、硅锗(SiGe)及其 它材料在半导体制造中具有越来越多的用途。由于所述材料的能带隙使得这些材料在较 短波长下不透明，因此通过IR产生的可用扩展的波长范围是非常有益的。在较长波长 下，这些材料变透明(例如GaAs对于大于870nm(其对应于1.42eV GaAs能带隙)的波长 来说透明)，这显著改变测得的信号，借此提高敏感性。此外，追踪这些材料变透明时的 偏移波长将允许成分测量，这是因为成分的改变会移位能带隙(例如，砷化铟镓(InGaAs) 中的Ga成分)(参见例如“与InP匹配的In1-xGaxAsyP1-y晶格的能带隙对组成及维德加 定律的证实(Band gap versus composition and demonstration of Vegard's law for  In1-xGaxAsyP1-y lattice matched to InP)”，《应用物理快报(Appl.Phys.Lett.)》33(1978)第 659页)。
在另一实施例中，所述一或多个结构包含对至少一些光不透明的材料，且所述一或 多个特性包含基于材料变不透明时的波长确定的所述材料的能带隙及基于所述能带隙 确定的所述一或多个结构的尺寸。例如，可追踪透明度偏移，这是因为其可与材料的几 何参数直接相关。例如，硅纳米线的直径决定能带隙(参见例如“高折射率硅纳米线的电 子能带结构(Electronic band structure of high-index silicon nanowires)”，《统计物理杂志 (Phys.Stat.Sol.)》(b)242,No.12,2474-2479,2005)。因此，测量硅纳米线的透明度偏 移将可获得其直径。因此，需要大于1100nm的近IR波长。
在一些度量用途的情况下，使用短UV波长可改变所测结构(例如，光致抗蚀剂)的 性质。在所述用途情况下，扩展如本文中所述的波长范围可为有益的。
如本文中所述，使用IR波长通常可允许简化CD及薄膜度量的计算部分。例如，当 个别层的详细性质不重要且相对大尺度性质更重要时，可使用有效介质近似法(其中可通 过单个有效层或少数几个有效层代替多层)。
在一个实施例中，所述至少一个大横向尺寸结构并非在晶片上形成的多个周期结构 中的一者。在另一实施例中，所述一或多个结构具有大于0.5微米的周期。例如，在一 些用途情况下，度量目标具有可较大的周期(间距)，例如大约一或几个微米的数量级。 椭圆偏振术及反射术的一个已知限制为潜在存在可污染初级零阶信号并使测量质量降 级的额外衍射阶数。然而，相对长波长可对具有相对大间距的结构抑制高衍射阶数。因 此，在一个实施例中，所述计算机子系统经配置以不使用响应于UV及可见光的输出以 确定所述至少一个大横向尺寸结构的一或多个特性。以此方式，即使检测到来自所述结 构的UV及可见光，也可在一些度量计算期间忽略响应于所述光的输出。然而，如本文 中所述，将波长范围扩展到包含IR(且基本上使所述范围加倍)允许测量较大特征(例如较 大间距目标等)，此可特别有用于SRAM内嵌式快闪存储器特性分析。
在另一实施例中，所述计算机子系统经配置以使用响应于来自所述一或多个结构的 IR光的输出以确定所述至少一个HAR结构的底部部分的一或多个特性及使用响应于来 自所述一或多个结构的可见及UV光的输出以确定所述至少一个HAR结构的顶部部分 的一或多个特性。所述结构的底部部分可定义为从所述结构的最低表面延伸且UV及/ 或可见光无法穿透的所述结构的部分。所述结构的顶部部分可定义为从所述结构的最高 表面延伸的结构的部分且UV及/或可见光可穿透的所述结构的部分。例如，组合使用IR 及UV到可见波长(UV-VIS)可简化复杂结构的建模及测量。特定来说，可通过UV-VIS 测量装置特征(限于所述装置的顶部)的某一子集。可使用IR波长测量其它装置特征(位 于所述装置的底部)。
在另一实施例中，所述一或多个结构包含在所述晶片上的第一层上形成的一或多个 第一结构及在所述晶片中位于第一层下方的第二层上形成的一或多个第二结构，且所述 一或多个特性包含所述一或多个第一结构相对于所述一或多个第二结构的叠盖。例如， 使用IR波长可在叠盖度量中(尤其在使用多晶硅或在UV及可见区域中吸收但在较长波 长下透明的另一材料的装置中)提供性能优点。IR允许对底层及图案的较高敏感性且由 此可显著增加对上部装置图案的相对叠盖的敏感性。所述计算机子系统可以任何适宜方 式确定所述叠盖。
上述系统实施例中的每一者可经配置以执行本文中所述任何方法的任何步骤。另 外，可根据本文中所述的任何其它实施例或系统来配置本文中所述的系统实施例中的每 一者。
另一实施例涉及一种确定在晶片上形成的一或多个结构的一或多个特性的方法。所 述方法包含将光引导到在所述晶片上形成的一或多个结构，这可根据本文中所述的任一 实施例来执行。所述光包含UV光、可见光及IR光。所述一或多个结构包含至少一个 HAR结构或至少一个大横向尺寸结构。可如本文中所述般进一步配置光及所述结构。
所述方法还包含产生响应于来自所述一或多个结构的光(归因于引导到所述一或多 个结构的光)的输出，这可根据本文中所述的任一实施例来执行。另外，所述方法包含使 用所述输出确定所述一或多个结构的一或多个特性，这可根据本文中所述的任一实施例 来执行。
上述方法的实施例中的每一者可包含本文中所述的任何其它方法的任何其它步骤。 另外，可根据本文中所述的任何系统执行上述方法的实施例中的每一者。
另一实施例涉及一种非暂时性计算机可读媒体，其包含存储于其中的用于致使计算 机系统执行计算机实施方法的程序指令，所述计算机实施方法用于确定在晶片上形成的 一或多个结构的一或多个特性。所述计算机可读媒体的一个实施例展示于图6中。特定 来说，计算机可读媒体600包含存储于其中的用于致使计算机系统604执行计算机实施 方法的程序指令602，所述计算机实施方法用于确定在晶片上形成的一或多个结构的一 或多个特性。
所述计算机实施方法包含上文相对于所述系统的计算机子系统所述的任何步骤。例 如，所述计算机实施方法可包含使用响应于来自所述一或多个结构的光(归因于引导到所 述一或多个结构的光)的输出确定一或多个结构的一或多个特性。所述计算机实施方法还 可包含本文中所述的任何其它方法的任何其它步骤。另外，可如本文中所述般进一步配 置所述计算机可读媒体。
实施例如本文中所述的方法的程序指令602可存储于计算机可读媒体600上。所述 计算机可读媒体可为非暂时性计算机可读存储媒体(例如磁盘或光盘、磁带或此项技术中 已知的任何其它适宜的非暂时性计算机可读媒体)。
可以任何各种方式(包含基于程序的技术、基于组件的技术及/或面向对象的技术等) 实施所述程序指令。例如，可使用ActiveX控件、C++对象、JavaBeans、微软基础类 (Microsoft Foundation Classes)(“MFC”)或所需的其它技术或方法实施所述程序指令。
计算机系统604可呈各种形式，包含个人计算机系统、主计算机系统、工作站、图 像计算机、并行处理器或此项技术中已知的任何其它装置。通常，术语“计算机系统” 可经宽泛定义以涵盖具有一或多个执行来自存储器媒体的指令的处理器的任何装置。
鉴于本发明描述，所属领域的技术人员将明白本发明的各种方面的其它修改及替代 实施例。例如，提供用于高纵横比及大横向尺寸结构的度量系统及方法。因此，本描述 应被理解为仅具说明性且其旨在教示所属领域的技术人员实行本发明的一般方式。应理 解，本文中所示且所述的本发明的形式应被视作当前优选的实施例。所属领域的技术人 员在知晓本发明描述内容的益处后将明白可用元件及材料替代在本文中所述的元件及 材料，可颠倒部件及过程，且可独立地使用本发明的某些特征。在不脱离如所附权利要 求书所述的本发明的精神及范围的情况下，可对本文中所述的元件进行改变。