用于半导体结构中应变测量的基于散射测量的方法及系统

摘要

本文中呈现用于测量晶体管沟道结构的光学性质并将所述光学性质与应变状态联系起来的方法及系统。对紧密模拟部分制造的实际装置结构的计量目标执行应变的光学散射测量。在一个方面中，基于沿着及跨越半导体沟道的所测量光谱的差异，采用光学散射测量来测量所述半导体沟道中的单轴应变。在另一方面中，使应变对所测量光谱的影响与例如在所述测量中捕获的结构的几何结构及材料性质的其它贡献因素去相关。在另一方面中，对包含经应变计量目标及对应未经应变计量目标的计量目标对执行测量以解析所述被测量计量目标的几何结构并提供用于应变的绝对值的估计的参考。

说明书

本专利申请案依据35U.S.C.§119主张2018年12月19日提出申请，标题为“光栅计量中的双角度应变(Dual Angle Strain In Grating Metrology)”的美国临时专利申请案序号62/782,026的优先权，所述美国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经改进测量准确度的方法及系统。

背景技术

通常通过适用于样品的一系列处理步骤制作例如逻辑及存储器装置的半导体装置。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，尤其光刻是涉及在半导体晶片上产生图案的一种半导体制作工艺。半导体制作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。可在单个半导体晶片上制作多个半导体装置，且然后将它们分离成个别半导体装置。

在半导体制造工艺期间在各个步骤处使用计量工艺来检测晶片上的缺陷以促成较高合格率。基于光学及x射线的计量技术提供高吞吐量而不具有样本损毁的危险的可能性。通常使用包含散射测量及反射测量实施方案的若干种技术及相关联分析算法来表征临界尺寸、膜厚度、组合物及纳米尺度结构的其它参数。

随着装置(例如，逻辑及存储器装置)朝着较小纳米尺度尺寸进展，表征变得更加困难。并入有复杂三维几何结构及具有迥异物理性质的材料的装置加剧表征困难度。

晶体管沟道的导电性与电荷载子的移动性成正比。对于N型金属氧化物半导体(NMOS)装置，电荷载子为电子。对于P型金属氧化物半导体(PMOS)装置，电荷载子为空穴。固体中的电子的移动性随着拉伸应变而增加，而空穴的移动性随着压缩应变而增加。因此，沿着晶体管沟道的单轴应变与PMOS及NMOS装置的电性质直接相关且单轴应变的测量指示装置质量。

在一个实例中，在经应变状态中制作NMOS及PMOS装置以增加电效率(即，在减少电损失的情形下增加计算速度)。在拉伸应变状态中制作NMOS装置以增加沿着装置的沟道的电子移动性且在压缩应变状态中制作PMOS装置以增加沿着装置的沟道的空穴移动性。

沿着PMOS装置的沟道的压缩应变由硅沟道材料与在沟道的端处充当导电触点的另一材料之间的晶格失配诱发。在许多实例中，失配材料为外延硅锗(例如，Si

沿着NMOS装置的沟道的拉伸应变也由硅沟道材料与在沟道的端处充当导电触点的另一材料之间的晶格失配诱发。在许多实例中，失配材料为碳化硅或掺杂磷的硅。在这些实例中，磷浓度或碳化硅的结构控制晶格失配的程度，且因此影响所诱发应变。

图1A描绘在未经应变状态中的晶体管10。晶体管10包含沟道12、源极11、漏极13及栅极14。源极11及漏极13制作于沟道12的两端处，且栅极14制作于沟道12上以控制沿着沟道12的导电性。

图1B描绘具有在拉伸应变状态中的沟道12的晶体管15。晶体管15包含沟道12、源极16、漏极17及栅极14。在沟道12的两端处使用与沟道12的材料具有晶格失配的材料制作源极16及漏极17。晶格失配诱发沿着沟道12的单轴拉伸应变。

图1C描绘具有在压缩应变状态中的沟道12的晶体管20。晶体管20包含沟道12、源极18、漏极19及栅极14。在沟道12的两端处使用与沟道12的材料具有晶格失配的材料制作源极18及漏极19。晶格失配诱发沿着沟道12的单轴压缩应变。

遗憾的是，测量沿着半导体装置的沟道的应变是困难的。发明者不知晓可用于直接测量单元中或光栅中的应变的任何现有测量系统。

通常，在装置完全制作之后，在电测试步骤中间接测量应变。采用所完成装置的电测量来间接估计装置中的单轴应变状态。当优化半导体制造工艺时，在漫长及昂贵制造工艺结束时进行应变测量导致经增加成本及延迟。在一些实例中，在将花费一个多月完成的制造工艺中很早就在晶片上制作经应变材料。

外延沉积问题的及早检测是重要的，因为外延(应变工程)很早就发生在漫长及昂贵制造工艺中。由于经应变半导体结构变得更加常见，因此期望在半导体制作工艺中及早进行应变测量。

发明内容

本文中呈现用于测量晶体管沟道结构的光学性质并将所述光学性质与应变状态联系起来的方法及系统。对紧密模拟部分制造的实际装置结构的计量目标执行应变的光学散射测量。

在一些实例中，对部分制造的鳍式场效应晶体管(FINFET)计量目标执行应变的基于光学散射测量的测量。在形成FINFET晶体管的源极及漏极结构的外延生长步骤之后立即进行应变测量使得能够快速细化外延生长工艺并及早估计例如所完成半导体装置的阈值电压的各种电特性。

在一个方面中，基于沿着及跨越半导体沟道的所测量光谱的差异，采用光学散射测量来测量半导体沟道中的单轴应变。沿着半导体沟道的应变是单轴的(即，与晶体管的源极与漏极之间的沟道的延伸方向对准)。由于应变是单轴的，因此平行于单轴应变方向与正交于单轴应变方向的光学性质是不同的。此外，沿着沟道的单轴应变状态的改变导致在单轴应变的方向而非正交于单轴应变的方向的方向(即，正交于晶体管的源极与漏极之间的沟道的延伸方向的方向)上的光学常数的值的改变。

一般来说，光学散射测量数据对所测量晶体管结构的几何特征及下伏材料的光学性质(包含受单轴应变影响的晶体管沟道的光学性质)两者敏感。为了基于光学散射测量估计晶体管沟道的应变状态，使应变对所测量光谱的影响与例如在测量中捕获的所测量计量目标的几何结构及其它结构(例如，源极及漏极结构等)的材料性质的其它贡献因素去相关。

在另一方面中，被测量计量目标的几何结构由另一测量系统测量，且所测量几何结构被前馈到光学散射测量模型中。

在另一其它方面中，基于所测量光谱信号，采用经训练几何测量模型来估计被测量计量目标的几何轮廓。将所估计几何轮廓前馈到光学散射测量模型中。

在另一方面中，被测量计量目标的材料性质由另一测量系统直接测量，且所测量材料性质被前馈到光学散射测量模型中。

在另一其它方面中，采用多模型方法来解析被测量计量目标的几何结构并提供用于应变的绝对值的估计的参考。对包含经应变计量目标及对应未经应变计量目标的计量目标对执行光学散射测量。

在一些实施例中，经应变计量目标是制作有由与源极及漏极结构不同的材料制成的鳍式结构的计量目标。在这些实施例中的一些实施例中，未经应变计量目标是部分制作的计量目标，其中鳍未经蚀刻且源极及漏极结构未经制作。在这些实施例中，沟道结构是未经应变的，因为在沟道结构的端处不存在晶格失配。在一些其它实施例中，未经应变计量目标是部分制作的计量目标，其中鳍式结构材料是用于制作源极及漏极结构的相同材料。由于材料是相同的，因此在沟道中不存在晶格失配及所诱发应变。

在一些实施例中，处理从未经应变计量目标收集的所测量光谱来求解描述未经应变目标的几何结构的几何参数。由于经应变目标与未经应变目标的几何结构是相同的，因此将基于未经应变目标的测量确定的几何结构参数前馈到经应变目标的光学参数的分析。以此方式，使几何特征对所测量光谱的贡献与应变对所测量光谱的贡献去相关。

在一些其它实施例中，在多目标分析中处理来自未经应变目标及经应变目标两者的所测量光谱。在此分析中，在经组合分析中解析几何参数及光学参数两者，其中将经应变模型与未经应变模型的几何参数联系起来，但受应变影响的带隙及其它相关色散参数可独立变化。

在另一方面中，从经应变及未经应变计量目标收集的经测量光谱经处理以解析经应变沟道的带隙能量及未经应变沟道的带隙能量。在一些实施例中，以入射电场相对于电晶体沟道的相同角度执行经应变及未经应变目标两者的电晶体沟道的光学散射测量。接着基于经应变沟道的带隙能量与未经应变沟道的带隙能量之间的差确定经应变沟道中的应变的绝对值。

在另一其它方面中，基于所测量光谱信号，采用经训练应变测量模型来估计计量目标的晶体管沟道的应变的相对值。

在另一其它方面中，使半导体结构的沟道中的应变的值与从成品装置获得的电测试结果相关。随后，基于在制造工艺的早期阶段测量的应变的值，使用此相关的模型来预测成品装置的电性能。

前述内容是发明内容且因此必须含有细节的简化、概述及省略；因此，所属领域的技术人员将了解，发明内容仅为说明性的且不以任何方式为限制性的。在本文中所陈述的非限制性详细说明中，本文中所描述的装置及/或工艺的其它方面、发明性特征及优点将变得显而易见。

附图说明

图1A描绘在未经应变状态中的晶体管。

图1B描绘具有在拉伸应变状态中的沟道的晶体管。

图1C描绘具有在压缩应变状态中的沟道的晶体管。

图2是图解说明用于对如本文中所描述的一或多个计量目标执行SE测量的光谱椭圆偏光仪(SE)计量系统100的实施例的图式。

图3是图解说明用于对如本文中所描述的一或多个计量目标执行SR测量的光谱反射计(SR)计量系统200的实施例的图式。

图4是图解说明经配置以实施如本文中所描述的模型构建与分析功能性的模型构建与分析引擎170的实施例的图式。

图5描绘在一个实施例中包含部分制作的晶体管结构的重复阵列的计量目标。

图6描绘在另一实施例中包含部分制作的晶体管结构的重复阵列的计量目标。

图7描绘在一个实施例中包含若干个计量目标对的实验设计(DOE)晶片。

图8描绘在图6中所描绘的计量目标的鳍式结构的横截面图。

图9描绘在执行蚀刻步骤之后的鳍式结构的横截面图。

图10描绘在执行外延沉积步骤之后的鳍式结构的横截面图。

图11是图解说明入射于晶片上的照射束的图式，所述晶片包含在X’方向上安置于晶片上的周期性计量目标。

图12是图解说明以由入射角θ及一方位角φ描述的一特定定向入射于晶片上的照射束的图式。

图13是图解说明用于测量如在本文中所描述的一个实例中的部分制作的晶体管结构的沟道结构中的应变的方法400的流程图。

图14是图解说明用于测量如在本文中所描述的另一实例中的部分制作的晶体管结构的沟道结构中的应变的方法500的流程图。

具体实施方式

现将详细参考先前技术实例及本发明的一些实施例，本发明的实例图解说明于附图中。

本文中呈现用于测量晶体管沟道结构的光学性质并将所述光学性质与经测量沟道结构的应变状态联系起来的方法及系统。更具体来说，采用光学散射测量来测量对应变状态敏感的半导体结构的光学性质。光学散射测量直接探测应变状态，因为应变状态的改变会改变所测量材料的带结构，其继而改变所测量光学性质的值。

对紧密模拟部分制造的实际装置结构(即，进一步制造成功能电子装置的装置结构)的计量目标执行应变的光学散射测量。计量目标是二维或三维装置状光栅(即，周期性)目标。计量目标与通过计量目标模仿的实际装置结构的大小是相同的。举例来说，实际装置与计量目标的主要结构的临界尺寸相同(例如，源极、漏极、沟道尺寸)。实际装置结构的直接、基于物理的非破坏性测量通常是不可能的，因为实际装置结构通常并非周期性的。在一些实施例中，对应计量目标缺少导致对应实际装置的非周期性的一些非本质特征。在不具有这些非本质特征的情形下，计量目标是周期性的且适合于基于光学散射测量的测量。

在一些实例中，对部分制造的鳍式场效应晶体管(FINFET)计量目标执行应变的基于光学散射测量的测量。在形成FINFET晶体管的源极及漏极结构的外延生长步骤之后立即测量应变的能力使得能够快速细化外延生长工艺并及早估计例如所完成半导体装置的阈值电压的各种电特性。此在工艺开发制作设施处在制作配方优化期间是有用的。此外，在形成FINFET晶体管的源极及漏极结构的外延生长步骤之后立即测量应变的能力还使得能够立即监测外延生长工艺以在FINFET装置的高容量制造期间快速识别不可接受的偏离。

固态材料的应变状态的改变导致经应变材料的光学能带结构的改变。因此，采用光学色散模型的光学常数的值来表征由于所测量材料的应变状态的改变导致的材料改变。对应变敏感的例示性光学常数包含复折射率的实分量(n)及虚分量(k)、电介质函数的实部(ε

硅结构中的单轴拉伸应变状态修改电子带结构，其继而改变硅结构的电阻率。通过显微镜，所允许对称操作的数目减少，且所允许对称操作的数目取决于硅晶体受应力的方式。破坏硅晶体的晶格对称导致不同导带及价带的能阶的移位、不同导带及价带的畸变、简并的移除或其任何组合。

在一个实例中，将平面内双轴拉伸应变施加到硅晶体，且在垂直于所述平面的方向上诱发单轴压缩应变。在导带最小值的四个Δ4谷及两个平面外Δ2谷中移除简并。能量因此被分裂。研究双轴应变对导带及价带的影响的各种理论模拟描述于由Douglas J.Paul的标题为“硅/硅锗异质结构：从材料及物理到装置及电路(Si/SiGe heterostructures:from material and physics to devices and circuits)”(Semicond.Sci.Technol.19(2004)R75-R108)的论文中，所述论文的内容以全文引用的方式并入本文中。所述论文描述有效质量依据所施加应变的改变及移动性及临界点(能阶)依据所施加应变的改变。

将带隙能量与应变的绝对值联系起来的模型描述于由Chouaib等人的“用于经应变硅计量的快速光反射光谱(Rapid photoreflectance spectroscopy for strainedsilicon metrology)”(Review of Scientific Instruments 79.10,103106(2008))中，其标的物以全文引用的方式并入本文中。模型将应变与硅的带能量的改变相关，如在方程式(1)中所图解说明，

其中，ΔE类似于带隙能量的改变，ε

ΔE＝-5.658(ε

沿着FINFET沟道(即，沿着连接源极与漏极的方向)的单轴应变减少晶体对称且增加对称确定的带简并。沿着沟道(即，方向[100])的单轴应变的应变张量可表达为：

其中ε

其中ε是单轴应变，

在一个方面中，基于沿着及跨越半导体沟道的所测量光谱的差异，采用光学散射测量来测量半导体沟道中的单轴应变。

沿着半导体沟道的应变是单轴的(即，与晶体管的源极与漏极之间的沟道的延伸方向对准)。由于应变是单轴的，因此平行于单轴应变方向与正交于单轴应变方向的光学性质是不同的。此外，沿着沟道的单轴应变状态的改变导致在单轴应变的方向而非正交于单轴应变的方向的方向(即，正交于晶体管的源极与漏极之间的沟道的延伸方向的方向)上的光学常数的值的改变。

在一些实例中，以入射电场相对于晶体管沟道的两个不同角度执行FINFET装置的晶体管沟道的光学散射测量。采用沟道的硅带隙的所测量差来确定沿着沟道结构存在的单轴应变的方向及量值。在这些实例中的一些实例中，通过光学散射测量来测量平行于及正交于单轴应变的方向的经单轴应变的FINFET沟道的带隙。所测量带隙的差指示沿着沟道结构存在的应变状态。在这些实例中，平行于沟道的延伸方向测量的经单轴应变的FINFET沟道的带隙是E

ΔE＝E

以此方式，基于平行于沟道的延伸方向与垂直于沟道的延伸方向测量的带隙之间的差，估计沿着从源极到漏极的沟道的延伸方向的应变的绝对值。

图2描绘用于对如在本文中所描述的一或多个计量目标执行SE测量的例示性光谱椭圆偏光仪(SE)计量系统100。如在图2中所描绘，计量系统100包含SE子系统。

SE子系统105包含照射源110，所述照射源产生入射于晶片101上的照射光束107。在一些实施例中，照射源110是发射紫外光、可见光及红外光光谱中的照射光的宽频带照射源。在一个实施例中，照射源110是激光维持等离子体(LSP)光源(也称为，激光驱动等离子体源)。LSP光源的泵激激光可为连续波或脉冲的。激光驱动等离子体源可跨越从150纳米到2,500纳米的整个波长范围产生比氙灯显著更多的光子。照射源110可为单个光源或多个宽频带或离散波长光源的组合。由照射源110产生的光包含从紫外光到红外光(例如，真空紫外光到中红外光)的连续光谱或连续光谱的部分。一般来说，照射光源110可包含超连续激光源、红外氦氖激光源、弧光灯、碳化硅棒源或任何其它适合光源。

在一些实施例中，所述量的照射光是包含横跨至少500纳米的波长范围的宽频带照射光。在一个实例中，宽频带照射光包含低于250纳米的波长及高于750纳米的波长。一般来说，宽频带照射光包含介于120纳米与4,200纳米之间的波长。在一些实施例中，可采用包含超过4,200纳米的波长的宽频带照射光。在一些实施例中，照射源110包含发射具有跨越从150纳米到400纳米的范围的波长的光的氘源，发射具有跨越从180纳米到2,500纳米的范围的波长的光的LSP源，发射具有跨越从800纳米到4,200纳米的范围的波长的光的超连续源，及发射具有跨越从2,000纳米到20,000纳米的范围的波长的光的碳化硅棒源。

如在图2中所描绘，SE子系统105包含经配置以将照射光107引导到在晶片101上形成的一或多个结构的照射子系统。展示照射子系统包含光源110、照射光学器件111A、一或多个光学滤光器111B、偏光组件112、照射场光阑113及照射光瞳孔径光阑114。如所描绘，在图2中，当照射光束107束从照射源110传播到晶片101时，所述束穿过照射光学器件111A、光学滤光器111B、偏光组件112、场光阑113及孔径光阑114。束107照射测量点位108上方的晶片101的一部分。

照射光学器件111A调节照射光107且将照射光107聚焦在测量点位108上。使用一或多个光学滤光器111B控制来自照射子系统的亮度级、光谱输出或其组合。在一些实例中，将一或多个多区滤光器用作光学滤光器111B。偏光组件112产生退出照射子系统的所期望偏光状态。在一些实施例中，偏光组件为偏光器、补偿器或两者，且可包含任何适合的可商购偏光组件。偏光组件可为固定的、可旋转到不同固定位置，或可为连续旋转的。尽管在图2中所描绘的SE照射子系统包含一个偏光组件，但SE照射子系统可包含一个以上偏光组件。场光阑113控制照射子系统的视场(FOV)且可包含任何适合的可商购场光阑。孔径光阑114控制照射子系统的数值孔径(NA)且可包含任何适合的可商购孔径光阑。来自照射源110的光聚焦在晶片101上的一或多个结构(图1中未展示)上。SE照射子系统可包含在光谱椭圆偏光技术中已知的任何类型及布置的照射光学器件111A、光学滤光器111B、偏光组件112、场光阑113及孔径光阑114。

计量系统100也包含经配置以收集由一或多个结构与入射照射束107之间的交互作用产生的光的收集光学器件子系统。所收集光束109由收集光学器件115从测量点位108收集。所收集光109穿过收集光学器件子系统的收集孔径光阑116、偏光元件117及场光阑118。

收集光学器件115包含用以从在晶片101上形成的一或多个结构收集光的任何适合光学元件。收集孔径光阑116控制收集光学器件子系统的NA。偏光元件117分析所期望偏光状态。偏光元件117为偏光器或补偿器。偏光元件117可为固定的、可旋转到不同固定位置，或可为连续旋转的。尽管在图2中所描绘的收集子系统包含一个偏光元件，但收集子系统可包含一个以上偏光元件。收集场光阑118控制收集子系统的FOV。收集子系统从晶片101获取光并引导光穿过收集光学器件115、孔径光阑116及偏光元件117以聚焦在收集场光阑118上。在一些实施例中，收集场光阑118被用作检测子系统的光谱仪的光谱仪狭槽。然而，收集场光阑118可位于检测子系统的光谱仪的光谱仪狭槽处或其附近。

收集子系统可包含在光谱椭圆偏光技术中已知的任何类型及布置的收集光学器件115、孔径光阑116、偏光元件117及场光阑118。

在图1中所描绘的实施例中，收集光学器件子系统将光引导到检测器119。检测器119响应于从在测量点位108处由照射子系统照射的一或多个结构收集的光而产生输出。在一个实例中，检测器119包含对紫外光及可见光(例如，具有介于190纳米与860纳米之间的波长的光)敏感的电荷耦合装置(CCD)。在其它实例中，检测器119包含对红外光(例如，具有介于950纳米与2500纳米之间的波长的光)敏感的光检测器阵列(PDA)。然而，一般来说，检测器119可包含其它检测器技术及布置(例如，位置敏感检测器(PSD)、红外光检测器、光伏打检测器、正交单元检测器、相机等)。每一检测器将入射光转换为指示入射光的光谱强度的电信号。一般来说，检测器119产生指示在检测器119上检测的光的输出信号103。

通过晶片101相对于照射束107的任何两次角旋转描述照射束107相对于半导体晶片101的表面法线的每一定向，或反之亦然。在一个实例中，可关于固定到晶片的坐标系统描述定向。图12描绘以由入射角θ及一方位角φ描述的一特定定向入射于晶片101上的照射束107。坐标系XYZ固定到SE计量系统(例如，照射束107)且坐标系X’Y’Z’固定到晶片101。Y轴在平面中与晶片101的表面对准。X及Z不与晶片101的表面对准。Z’与法向于晶片101的表面的轴对准，且X’与Y’在平面中与晶片101的表面对准。如在图12中所描绘，照射束107与Z轴对准且因此位于XZ平面内。入射角θ描述照射束107在XZ平面中相对于晶片的表面法线的定向。此外，方位角φ描述XZ平面相对于X’Z’平面的定向。θ与φ一起唯一地界定照射束107相对于晶片101的表面的定向。在此实例中，通过围绕法向于晶片101的表面的轴(即，Z’轴)的旋转及围绕与晶片101的表面对准的轴(即，Y轴)的旋转描述照射束相对于晶片101的表面的定向。

如在图2中所图解说明，SE计量工具100包含样品定位系统190，其经配置以在相对于照射束107的入射角及方位角的大范围内既对准样品101又定向样品101。以此方式，由计量系统100在样品101的表面上的任何数目的位置及定向内收集样品101的测量。在一个实例中，计算系统130将指示样品101的所期望位置的命令信号(未展示)传达到样品定位系统190。作为响应，样品定位系统190产生到样品定位系统190的各种致动器的命令信号以实现样品101的所期望定位。

一般来说，样品定位系统190可包含用以达成所期望线性及角度定位性能的机械元件的任何适合组合，包含但不限于测角置物台、六脚置物台、有角度置物台及线性置物台。

在一些实例中，SE计量系统100以两个不同方位角照射包含部分制作的FINFET装置的阵列的计量目标，且产生用于每一测量的光谱信号103。在这些实例中的一些实例中，一个方位角与平行于晶体管沟道的延伸方向的方向(即，连接源极与漏极的方向)对准，且另一方位角正交于晶体管沟道的延伸方向对准。以此方式，以相对于晶体管沟道成两个正交角度的照射光的入射电场执行测量。图11是图解说明入射于晶片101上的照射束107的图式。如在图11中所描绘，安置于晶片101上的计量目标在X’方向上是周期性的。

计量系统100也包含计算系统130，其经配置以接收所检测信号103且至少部分地基于所测量信号确定指示所测量结构的应变的值的估计。在一些实例中，计算系统130基于所测量光谱103确定在每一方位角处的所测量沟道的带隙。此外，计算系统130基于在每一方位角处的所测量硅带隙之间的差确定沿着所测量沟道存在的应变的指示。

一般来说，例如SE计量系统100的光学散射计经配置而以任何所期望入射角及方位角将照射光递送到被测量计量目标。

图3描绘用于对如在本文中所描述的一或多个计量目标执行SR测量的例示性光谱反射计(SR)计量系统200。如在图3中所描绘，计量系统200包含SR子系统106。SR子系统106包含产生入射于晶片101上的照射光束135的照射源120。在一些实施例中，照射源120是发射在紫外光、可见光及红外光光谱中的照射光的宽频带照射源。在一个实施例中，照射源120是激光维持等离子体(LSP)光源(也称为，激光驱动等离子体源)。LSP光源的泵激激光可为连续波或脉冲的。激光驱动等离子体源可跨越从150纳米到2,500纳米的整个波长范围产生比氙灯显著更多的光子。照射源120可为单个光源或多个宽频带或离散波长光源的组合。由照射源120产生的光包含从紫外光到红外光(例如，真空紫外光到中红外光)的连续光谱或连续光谱的部分。一般来说，照射光源120可包含超连续激光源、红外氦氖激光源、弧光灯、碳化硅棒源或任何其它适合光源。

在另一方面中，所述量的照射光是包含横跨至少500纳米的波长范围的宽频带照射光。在一个实例中，宽频带照射光包含低于250纳米的波长及高于750纳米的波长。一般来说，宽频带照射光包含介于120纳米与4,200纳米之间的波长。在一些实施例中，可采用包含超过4,200纳米的波长的宽频带照射光。在一些实施例中，照射源110包含发射具有跨越从150纳米到400纳米的范围的波长的光的氘源，发射具有跨越从180纳米到2,500纳米的范围的波长的光的LSP源，发射具有跨越从800纳米到4,200纳米的范围的波长的光的超连续源，及发射具有跨越从2,000纳米到20,000纳米的范围的波长的光的碳化硅棒源。

如在图3中所描绘，SR子系统106包含经配置以将照射光135引导到在晶片101上形成的计量目标的照射子系统。展示照射子系统包含光源120、一或多个光学滤光器121、照射场光阑122A、照射孔径光阑122B、偏光组件129、光学器件123、分束器124及物镜125。如所描绘，在图3中，当照射光束135从照射源120传播到晶片101时，所述束穿过光学滤光器121、偏光组件129、场光阑122A、照射孔径光阑122B、光学器件123、分束器124及物镜125。束135照射测量点位108上方的晶片101的一部分。

一或多个光学滤光器121控制亮度级、空间输出、光谱输出或其组合。在一些实例中，一或多个多区滤光器被用作光学滤光器121。偏光组件129产生退出照射子系统的所期望偏光状态。在一些实施例中，偏光组件为偏光器、补偿器或两者，且可包含任何适合的可商购偏光组件。偏光组件可为固定的、可旋转到不同固定位置，或可为连续旋转的。尽管在图3中描绘的SR照射子系统包含一个偏光组件，但SR照射子系统可包含一个以上偏光组件。场光阑122A控制SR照射子系统的视场(FOV)且可包含任何适合的可商购场光阑。照射孔径光阑122B控制SR照射子系统的照射数值孔径(NA)且可包含任何可商购孔径光阑。光学器件123朝向分束器124引导照射光。分束器124朝向物镜125引导照射光的一部分。物镜125将来自分束器124的照射光聚焦在测量点位108上方晶片101上的一或多个结构(图3中未展示)。SR照射子系统可包含在光谱反射测量技术中已知的任何类型及布置的光学滤光器121、偏光组件129、照射场光阑122A、照射孔径光阑122B、光学器件123、分束器124及物镜125。

SR子系统106也包含经配置以收集由一或多个结构与入射照射束135之间的交互作用产生的光的收集光学器件子系统。所收集光束136由物镜125从测量点位108收集。所收集光136穿过收集光学器件子系统的分束器124、聚焦光学器件126、收集孔径光阑127B及收集场光阑127A。

物镜125包含用以从在晶片101上形成的一或多个结构收集光的任何适合光学元件。在一些实施例中，物镜125包含控制照射光学器件子系统及收集光学器件子系统的NA的孔径光阑。收集孔径光阑127B控制收集子系统的收集NA。收集场光阑127A控制收集子系统的视场(FOV)。收集子系统从晶片101获取光并引导光穿过物镜125、分束器124、聚焦光学器件126、收集孔径光阑127B及收集场光阑127A。在一些实施例中，收集场光阑127A被用作检测子系统的光谱仪的光谱仪狭槽。然而，收集场光阑127A可位于检测子系统的光谱仪的光谱仪狭槽处或其附近。

在一些实施例中，分束器124、物镜125或两者可对照射子系统与收集子系统为共同的。在一些实施例中，照射子系统与收集子系统具有相同NA。在一些实施例中，照射子系统与收集子系统具有不同NA。收集子系统可包含在光谱反射测量技术中已知的任何类型及布置的物镜125、分束器124、聚焦光学器件126、收集孔径光阑127B及场光阑127A。

在图3中所描绘的实施例中，SR收集光学器件子系统将所收集光引导到检测器128。检测器128响应于从在测量点位108处由照射子系统照射的一或多个结构收集的光而产生输出。在一个实例中，检测器128包含对紫外光及可见光(例如，具有介于190纳米与860纳米之间的波长的光)敏感的电荷耦合装置(CCD)。在其它实例中，检测器128包含对红外光(例如，具有介于950纳米与2500纳米之间的波长的光)敏感的光检测器阵列(PDA)。然而，一般来说，检测器128可包含其它检测器技术及布置(例如，位置敏感检测器(PSD)、红外光检测器、光伏打检测器、正交单元检测器、相机等)。每一检测器将入射光转换为指示入射光的光谱强度的电信号。一般来说，检测器128产生指示在检测器128上检测的光的输出信号102。

尽管，图3图解说明在照射路径中的偏光组件，但一般来说，SR子系统106可包含在照射路径、收集路径或两者中的一或多个偏光组件以增强由SR子系统106执行的光谱反射术测量。

在一些实施例中，例如SE计量系统100及SR计量系统200的光学散射测量系统通过将光学路径包封在维持于真空中或使用惰性气体吹扫的室中来扩展用于测量高k及低k材料的带结构性质的照射光的波长范围。

在一些实例中，SR计量系统200以两个不同偏光角度照射包含部分制作的FINFET装置的阵列的计量目标，且产生用于每一测量的光谱信号102。在这些实例中的一些实例中，一个偏光角度导致入射电场与平行于晶体管沟道的延伸方向的方向(即，连接源极与漏极的方向)的对准，且另一偏光角度经对准使得入射电场正交于晶体管沟道的延伸方向。以此方式，以相对于晶体管沟道成两个正交角度的照射光的入射电场执行测量。

计量系统200也包含计算系统130，其经配置以接收所检测信号102且至少部分地基于所测量信号确定指示所测量结构的应变的值的估计。在一些实例中，计算系统130基于所测量光谱102确定在每一偏光角处的所测量沟道的带隙。此外，计算系统130基于在每一偏光角处的所测量硅带隙之间的差确定沿着所测量沟道存在的应变的指示。

在一其它实施例中，计量系统100及200包含经配置以根据本文中提供的说明执行模型构建与分析工具170的一或多个计算系统130。在较佳实施例中，模型构建与分析工具170是存储在存储器132中的一组程序指令134。程序指令134由一或多个处理器131读取及执行以实现如在本文中所描述的模型构建与分析功能性。一或多个计算系统130可通信地耦合到光谱仪105及106。在一个方面中，一或多个计算系统130经配置以接收与安置于晶片101上的一或多个计量目标的测量相关联的测量数据(例如，光谱102、光谱103或两者)。在一个实例中，测量数据包含基于来自光谱仪的一或多个取样过程的样品的所测量光谱响应(例如，依据波长的所测量强度)的指示。在一些实施例中，一或多个计算系统130进一步经配置以从所接收测量数据估计所测量晶体管沟道中的应变的值。

在一些实例中，基于计量的光学散射测量涉及通过使用所测量数据逆解预定测量模型来确定一或多个光学性质、几何参数或两者的值。测量模型包含数个(大约十个)可调整参数且表示样品的几何结构及光学性质以及测量系统的光学性质。逆解的方法包含但不限于基于模型的回归、层析成像、机器学习或其任何组合。以此方式，通过求解最小化所测量光学强度与模型化结果之间的误差的参数化测量模型的值来估计目标参数。

一般来说，如在本文中所描述的光学散射计可经配置以测量可指示应变的任何适合光学性质。通过非限制性实例，这些光学性质包含光学常数(例如折射率)、消光系数、反射率、所有电介质函数，及所导出性质(例如带隙及其它带结构值)。

在另一方面中，计算系统130经配置以产生样品的所测量结构的结构模型(例如，几何模型、材料模型或经组合几何及材料模型)，产生与模型化结构相关联的光学响应模型，并通过使用所述光学响应模型执行光学测量数据的拟合分析来解析至少一个样品参数值。使用分析引擎比较经模拟光学响应信号与所测量数据，由此允许确定几何参数、光学参数或两者。在图4中所描绘的实施例中，计算系统130配置为经配置以实施如本文中所描述的模型构建与分析功能性的模型构建与分析引擎170。

如在图4中所描绘，模型构建与分析引擎170包含结构模型构建模块171，其产生安置于晶片101上的所测量计量目标的结构模型172。在一些实施例中，结构模型172也包含样品的材料性质。结构模型172作为输入接收到光学响应函数构建模块173。光学响应函数构建模块173至少部分地基于结构模型172产生光学响应函数模型175。

光学响应函数模型175包含所测量光学色散的参数表示。在一些实例中，参数化模型表示与带隙参数具有直接关系的电介质函数、沟道结构的电性能的关键指示符。一般来说，选择特定参数化来减少未知参数的数目并降低参数当中的相关。

在一些实例中，基于直接反演法预测一或多个高k介电层的光学响应。这些方法通过实例描述于J.Price等人的“通过椭圆偏光光谱法识别高k栅极堆叠薄膜中的界面缺陷(Identification of interfacial defects in high-k gate stack films byspectroscopic ellipsometry)”(J.Vac.Sci.Technol.B 27(1),310(2009))，及J.Price等人的“经由椭圆偏光光谱法识别HfO2/Si(100)界面处的亚带隙吸收特征(Identificationof sub-band-gap absorption features at the HfO2/Si(100)interface viaspectroscopic ellipsometry)”(APL 91,061925(2007))中，其每一者的标的物全部并入本文中。然而，直接反演法计算上繁重，对统计测量误差极其敏感，且不提供所测量结构的基于物理的模型(即，光学函数不满足Kramers-Kronig一致性条件)。因此，直接反演法用于高吞吐量检验及工艺控制的效用受到限制。

在一些其它实例中，基于布鲁格曼(Bruggeman)有效模型近似(BEMA)模型预测一或多个高k介电层的光学响应。BEMA模型将层的电介质函数表示为组分的所假定电介质函数的有效组合物。然后使经优化有效组合物与所关注介电层的组合物相关。一般来说，BEMA模型是基于组分的Kramers-Kronig一致电介质函数，且因此本身是Kramers-Kronig一致的。因此，BEMA模型产生物理上合理的结果。然而，从BEMA模型导出的带隙的值是需要参考以提供有意义的准确结果的间接测量。

使用BEMA及直接反演法两者以从光学散射测量提取色散曲线(例如，电介质函数的实部(ε

在一些其它实例中，采用Tauc-Lorentz模型或Cody-Lorentz模型，如通过实例描述于A.S.Ferlauto等人的“非晶半导体从近红外光到紫外光光学功能的分析模型：在薄膜光伏中的应用(Analytical model for the optical functions of amorphoussemiconductors from the near-infrared to ultraviolet:Application in thin filmphotovoltaics)”(J.Appl.Phys.92,2424(2002))中，所述论文的标的物全部并入本文中。在这些模型中，电介质函数的虚部由参数化色散函数表示，且基于Kramers-Kronig一致性的强制执行确定电介质函数的实部。通过以数值回归将模型化光谱拟合到所测量光谱来评估模型参数(例如，光学功能参数及厚度)。通过对模型参数的拟合质量及置信限制的统计评估来评价模型的有效性及限制。

常规Cody-Lorentz函数的重要限制是其在Urbach跃迁能阶E

在一些实施例中，所选择色散模型包含具有连续一阶导数的连续Cody-Lorentz模型以描述高k材料的复杂块体带结构。所选择色散模型包含广义Cody-Lorentz模型以描述使用额外洛伦兹(Lorentz)峰值扩增的高k介电材料的复杂块体带结构以描述缺陷、界面状态或激子态。可采用使用额外洛伦兹峰值扩增的广义Cody-Lorentz模型来建模高k介电层及各种纳米结构(例如，纳米线、量子点及量子阱)，包含任何原点的任何数目的能带，例如激子态。模型可经广义化以包含任何数目的缺陷级别。在另一实例中，模型可应用于嵌入在另一非晶态电介质板或层中的纳米结构(例如，量子阱、量子点及纳米线)。前述建模技术的额外说明提供于美国专利第9,405,290号、第9,595,481号及第9,664,734号中，这些专利的内容以全文引用的方式并入本文中。

一般来说，任何适合光学色散模型可预期在本专利文件的范围内。通过非限制性实例，适合色散模型包含BEMA模型、Cody-Lorentz模型、Tauc-Lorentz模型、谐波振荡器模型及点对点色散模型。

接收光学响应函数模型175作为拟合分析模块177的输入。拟合分析模块177比较模型化光学响应与对应所测量数据(例如，所测量光谱102、所测量光谱103或两者)以确定存储在存储器(例如，存储器180)中的样品的光学性质的值104或几何及光学性质两者的值。在一些实例中，拟合分析模块177通过使用光学响应模型175对光学测量数据执行拟合分析来解析至少一个光学参数值。

在一些实例中，通过拟合分析模块177确定平行于沟道的延伸方向测量的经单轴应变的FINFET沟道的带隙的值E

光学计量数据的拟合对于向所关注参数提供敏感性的任何类型的光学计量技术是有利的。样品参数可为确定性的(例如，CD、SWA等)或统计的(例如，侧壁粗糙度的rms高度、粗糙度相关长度等)，只要使用描述与样品的光交互作用的恰当模型即可。

此外，在一些实施例中，一或多个计算系统130进一步经配置以从一用户输入源(例如图形用户界面、键盘等)接收用户输入。一或多个计算机系统进一步经配置以配置被测量半导体结构的结构模型(例如，结构模型172)。

一般来说，光学散射测量数据对所测量晶体管结构的几何特征及下伏材料的光学性质(包含受单轴应变影响的晶体管沟道的光学性质)两者敏感。为了基于光学散射测量估计晶体管沟道的应变状态，必须使应变对所测量光谱的影响与其它贡献因素(例如在测量中捕获的所测量计量目标的几何结构及其它结构(例如，源极及漏极结构等)的材料性质)去相关。

在另一方面中，被测量计量目标的几何结构由另一测量系统测量，且所测量几何结构被前馈到光学散射测量模型中。举例来说，如在图2及3中所描绘，采用测量源150(例如基于x射线的计量系统或基于电子的计量系统)来准确地测量被测量计量目标的几何结构。将所测量计量目标的几何轮廓151前馈到结构模型构建模块171。以此方式，结构模型构建模块171在不具有在后续分析中必须由拟合分析模块177提出的未知几何参数的情形下产生准确地表示被测量计量目标的几何结构的结构模型172。例示性测量源150包含透射小角度x射线散射计(T-SAXS)、掠射入射小角度x射线散射计(GI-SAXS)、反射小角度x射线散射计(R-SAXS)、单波长椭圆偏光仪、光谱椭圆偏光仪、透射电子显微镜、扫描电子显微镜等。

在另一其它方面中，基于所测量光谱信号(例如，信号102、103或两者)，采用经训练几何测量模型来估计被测量计量目标的几何轮廓。将所估计几何轮廓前馈到光学散射测量模型中。在一些实施例中，将所测量计量目标的所估计几何轮廓前馈到结构模型构建模块171，且结构模型构建模块171在不具有在后续分析中必须由拟合分析模块177提出的未知几何参数的情形下产生准确地表示被测量计量目标的几何结构的结构模型172。经训练几何测量模型是基于机器学习的模型(例如，神经网络模型、线性模型、多项式模型、响应表面模型、支持向量机模型、随机森林模型或其它类型的模型)。基于从计量目标(具有已知几何轮廓，举例来说，由例如上文所描述的基于x射线及电子的计量系统的参考计量系统准确测量的几何轮廓)收集的光谱信号来训练基于机器学习的模型。

在另一方面中，被测量计量目标的材料性质由另一测量系统直接测量，且所测量材料性质被前馈到光学散射测量模型中。在一个实例中，采用参考计量系统来测量在沟道结构的两端处制作的源极及漏极结构中存在的锗浓度或碳化物浓度。例示性参考计量系统包含x射线衍射计、RAMAN光谱仪等。

在一些实例中，间接测量被测量计量目标结构的材料浓度。在一些实例中，在与被测量计量目标结构相同的工艺条件下制作薄膜样本。测量薄膜样本的材料浓度。将所测量材料浓度作为被测量计量结构的材料浓度的代替物前馈到光学散射测量模型。材料浓度的准确测量使其对光谱信号的贡献与直接用于估计应变状态的带隙测量去相关。

在另一其它方面中，采用多模型方法来解析被测量计量目标的几何结构并提供用于应变的绝对值的估计的参考。对包含经应变计量目标及对应未经应变计量目标的计量目标对执行光学散射测量。

图5描绘包含部分制作的晶体管结构的重复阵列的计量目标160。如在图5中所描绘，晶体管结构阵列在X’方向上重复。一个晶体管包含源极162A、漏极(图5中不可见)及沟道161A。第二晶体管包含源极162B、漏极(图5中不可见)及沟道(图5中不可见)。计量目标160包含鳍式结构(例如，鳍式结构164A及164B)的阵列，鳍式结构包括每晶体管的沟道。二氧化硅绝缘材料166使每一晶体管彼此隔离。间隔件165及衬里167使栅极(未展示)与源极及漏极结构隔离。

图6描绘包含部分制作的晶体管结构的重复阵列的另一计量目标169。计量目标169包含鳍式结构(例如，鳍式结构168A及168B)的阵列，鳍式结构包括每一晶体管的沟道。如在图6中所描绘，尚未对计量目标169执行形成在图5中所描绘的源极及漏极结构的蚀刻及外延沉积步骤。否则，计量目标169及160是相同的。

图8描绘在图6中描绘的计量目标169的鳍式结构168A的横截面图。

图9描绘在执行蚀刻步骤之后的鳍式结构164A的相同横截面图。如在图9中所描绘，通过蚀刻步骤移除鳍式结构168A的拐角。在图9中图解说明所蚀刻材料的高度H及宽度W尺寸。

图10描绘在执行外延沉积步骤之后的鳍式结构164A的相同横截面图。如在图10中所描绘，鳍式结构164A的拐角填充有形成晶体管的源极163A及漏极162A结构的材料。此外，连接源极与漏极结构的鳍式结构164A的部分是晶体管的沟道结构161A。

制作有在应变状态中的沟道的晶体管制作有由与源极及漏极结构不同的材料制成的鳍式结构。在一个实例中，使用硅制作鳍式结构161A，且使用硅锗外延(例如，Si

在一些实施例中，对包含经应变计量目标及对应未经应变计量目标的计量目标对执行光学散射测量。图7描绘包括若干个计量目标对181A到181D的实验设计(DOE)晶片101。每计量目标对包含经应变目标(例如，目标160A到160D)及未经应变目标(例如，目标169A到169D)。使用诱发经制作沟道中的每一者的应变的差值的不同源极/漏极材料浓度制造每一计量目标对的经应变目标。

在一些实施例中，经应变计量目标是制作有由与上文所描述的源极及漏极结构不同的材料制成的鳍式结构的计量目标，例如计量目标160。在这些实施例中的一些实施例中，未经应变计量目标是部分制作的计量目标(例如计量目标169)，其中鳍未经蚀刻且源极及漏极结构未经制作。在这些实施例中，沟道结构未经应变，因为在沟道结构的端处不存在晶格失配(例如，整个鳍式结构是硅)。在一些其它实施例中，未经应变计量目标是部分制作的计量目标，其中鳍式结构材料是用于制作源极及漏极结构的相同材料。由于材料是相同的，因此在沟道中不存在晶格失配及所诱发应变。通过非限制性实例，可使用掺杂磷的SiGe或三元硅锗碳化物(SiGeC)制作鳍式结构。尽管，描述用以使晶体管沟道应变的一些特定材料失配，但一般来说，用以使晶体管沟道应变的任何材料或方法可预期在此专利文件的范围内。类似地，尽管描述用以制作源极、漏极及沟道结构且不导致晶体管沟道的应变的一些特定材料，但一般来说，用以生长沟道、源极及漏极结构且不使晶体管沟道应变的任何材料或方法可预期在此专利文件的范围内。

在一些实施例中，由计算系统130处理从未经应变计量目标收集的所测量光谱以求解描述未经应变目标的几何结构的几何参数。由于经应变目标与未经应变目标的几何结构是相同的，因此将基于未经应变目标的测量确定的几何结构参数前馈到经应变目标的光学参数的分析。以此方式，使几何特征对所测量光谱的贡献与应变对所测量光谱的贡献去相关。

在一些其它实施例中，由计算系统130在多目标分析中处理来自未经应变目标与经应变目标两者的所测量光谱。在此分析中，在经组合分析中解析几何参数及光学参数两者，其中将经应变模型与未经应变模型的几何参数联系起来，但受应变影响的带隙及其它相关色散参数可独立变化。

在另一方面中，由计算系统130处理从经应变计量目标及未经应变计量目标收集的所测量光谱以求解经应变沟道的带隙能量E

E

在另一其它方面中，基于所测量光谱信号(例如，信号102、103或两者)，采用经训练应变测量模型来估计计量目标的晶体管沟道的应变的相对值。经训练应变测量模型是基于机器学习的模型(例如，神经网络模型、线性模型、多项式模型、响应表面模型、支持向量机模型、随机森林模型或其它类型的模型)。基于从计量目标(具有已知应变值，举例来说，由参考计量系统准确测量的应变值)收集的光谱信号来训练基于机器学习的模型。

在另一其它方面中，使半导体结构的沟道中的应变的值与从成品装置获得的电测试结果相关。随后，基于在制造工艺的早期阶段测量的应变的值，使用此相关的模型来预测成品装置的电性能。

一般来说，可组合用以打破本文中所描述的所测量光学响应的各种贡献因素当中的相关的技术来改进应变测量的准确度。举例来说，可依序地或并行分析经应变目标及未经应变目标的测量以准确地使几何结构与应变测量去相关。此外，也可采用几何结构及材料浓度的准确测量来进一步改进应变测量。

在另一方面中，由照射源(例如，照射源110及120)发射的波长是可选择的。在一些实施例中，照射源110或照射源120是由计算系统130控制以最大化一或多个所选择光谱区域中的通量的LSP光源。在目标材料处的激光峰值强度控制等离子体温度，且因此控制所发射辐射的光谱区域。通过调整脉冲能量、脉冲宽度或两者来使激光峰值强度变化。如在图2中所描绘，计算系统130将导致照射源110调整由照射源110发射的波长的光谱范围的命令信号140传达到照射源110。如在图3中所描绘，计算系统130将导致照射源120调整由照射源120发射的波长的光谱范围的命令信号141传达到照射源120。在一个实例中，照射源110、照射120或两者为LSP光源，且LSP光源调整脉冲持续时间、脉冲频率及目标材料组合物中的任一者以达成从LSP光源发射的波长的所期望光谱范围。

在一些实例中，模型构建工具170读取含有结构(包括被测量计量目标)的方程式的文件。在一些实例中，由光刻模拟器(例如可从加利福尼亚(USA)苗必达的KLACorporation购得的PROLITH软件)产生此文件。基于此应用信息，模型构建工具自动设定结构模型的参数化及约束条件。

虽然参考系统100及200解释本文中所论述的方法，但可采用经配置以照射样品并检测从所述样品散射的光的任何光学计量系统来实施本文中所描述的例示性方法。例示性系统包含角度解析反射计(即，束轮廓反射计)、角度解析椭圆偏光仪(即，束轮廓椭圆偏光仪)、散射计、光谱反射计或椭圆偏光仪、具有多个照射角度的光谱反射计或椭圆偏光仪、米勒(Mueller)矩阵光谱椭圆偏光仪(例如，旋转补偿器光谱椭圆偏光仪)、单波长椭圆偏光仪、单波长反射计、RAMAN散射计等。

通过非限制性实例，椭圆偏光仪可包含单个旋转补偿器、多个旋转补偿器、旋转偏光器、旋转分析仪、调制元件、多个调制元件或不包含调制元件。

注意，可以测量系统使用一种以上技术的此方式来配置来自源及/或目标测量系统的输出。实际上，应用可经配置以采用单个工具内或跨越若干个不同工具的可用计量子系统的任何组合。

也可以若干种不同方式配置实施本文中所描述的方法的系统。举例来说，可预期广泛波长范围(包含可见光、紫外光及红外光)、入射角度、偏光状态及相干状态。在另一实例中，系统可包含若干个不同光源中的任一者(例如，直接耦合光源、激光维持等离子体光源等)。在另一实例中，系统可包含用以调节引导到样品或从样品收集的光的元件(例如，变迹器、滤光器等)。

一般来说，被测量半导体结构的光学色散性质可近似为各向同性的。在此假设下，材料参数为标量值。另一选择是，被测量半导体结构的光学色散性质可更准确地建模为各向异性的。在此假设下，材料参数将为不同值的矩阵，而非标量值。关于被测量各向异性结构的处理的额外细节描述于美国专利公开案第2018/0059019号中，所述专利公开案的内容以全文引用的方式并入本文中。

图13图解说明适合于由本发明的计量系统100及200实施的方法400。在一个方面中，应认识到，可经由由计算系统130的一或多个处理器执行的预编程算法实施方法400的数据处理框。尽管在计量系统100及200的上下文中呈现以下说明，但在本文中应认识到，计量系统100及200的特定结构方面不表示限制且应仅解释为说明性的。

在框401中，使用在相对于计量目标的第一定向处具有电场的第一量的照射光照射包括部分制作的晶体管装置的第一阵列的计量目标。

在框402中，使用在相对于计量目标的第二定向处具有电场的第二量的照射光照射计量目标。

在框403中，响应于第一量的照射光检测与计量目标的测量相关联的测量数据的第一量。

在框404中，响应于第二量的照射光检测与计量目标的测量相关联的测量数据的第二量。

在框405中，基于测量数据的第一量与第二量之间的差，估计指示沿着部分制作的晶体管装置中的每一者的沟道存在的应变的值。

图14图解说明适合于由本发明的计量系统100及200实施的方法500。在一个方面中，应认识到，可经由由计算系统130的一或多个处理器执行的预编程算法实施方法500的数据处理框。尽管在计量系统100及200的上下文中呈现以下说明，但在本文中应认识到，计量系统100及200的特定结构方面不表示限制且应仅解释为说明性的。

在框501中，使用在相对于计量目标的第一定向处具有电场的第一量的照射光照射计量目标的部分制作的晶体管装置的第一阵列。

在框502中，使用在相对于计量目标的所述第一定向处具有电场的第二量的照射光照射计量目标的部分制作的晶体管装置的第二阵列。部分制作的晶体管装置的第一阵列具有经应变沟道结构，且部分制作的晶体管装置的第二阵列具有未经应变沟道结构。

在框503中，响应于第一量的照射光检测与计量目标的测量相关联的测量数据的第一量。

在框504中，响应于第二量的照射光检测与计量目标的测量相关联的测量数据的第二量。

在框505中，基于测量数据的第一量与第二量之间的差，估计指示沿着部分制作的晶体管装置中的每一者的沟道存在的应变的值。

应认识到，本发明通篇中所描述的各种步骤可由单个计算机系统或另一选择是多个计算机系统执行。此外，系统100及200的不同子系统(例如光谱椭圆偏光仪105)可包含适合于执行本文中所描述的步骤的至少一部分的计算机系统。因此，前述说明不应解释为对本发明的限制而仅为图解说明。此外，一或多个计算系统130可经配置以执行本文中所描述的方法实施例中的任一者的任一(任何)其它步骤。

计算系统130可包含但不限于个人计算机系统、大型计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或本技术领域中已知的任一其它计算装置。一般来说，术语“计算系统”可广泛地定义为囊括具有执行来自存储器媒体的指令的一或多个处理器的任一装置。一般来说，计算系统130可分别整合有例如测量系统100及200的测量系统，或另一选择是可与任何测量系统分离。在此意义上，计算系统130可位于遥远处并分别从任何测量源及用户输入源接收测量数据及用户输入。

实施(例如)本文中所描述的那些方法的方法的程序指令134可经由载体媒体传输或存储于载体媒体上。载体媒体可为例如导线、电缆或无线传输链路的传输媒体。载体媒体也可包含计算机可读媒体(例如只读存储器)、随机存取存储器、磁盘或光盘或者磁带。举例来说，如在图2及3中所图解说明，存储于存储器132中的程序指令134经由总线133传输到处理器131。程序指令134存储于计算机可读媒体(例如，存储器132)中。例示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。

如在本文中所描述，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)、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)、两个或更多个结构之间的位移(例如，重叠光栅结构之间的重叠位移等)，及在结构或结构的部分中使用的材料的色散性质值。结构可包含三维结构、经图案化结构、重叠结构等。

如本文中所描述，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。

如在本文中所描述，术语“计量系统”包含至少部分地用于表征任一方面中的样品的任何系统。然而，这些技术术语并不限制如本文中所描述的术语“计量系统”的范围。另外，计量系统100及200可经配置用于经图案化晶片及/或未经图案化晶片中的应变测量。计量系统可配置为LED检验工具，边缘检验工具、背面检验工具、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)，及任何其它计量或检验工具。

本文中描述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)的各种实施例。本文中使用术语“样品”来指代晶片、光罩或任何其它样本上可通过本技术领域中已知的手段处理(例如，针对缺陷的印刷、测量或检验)的位点或若干位点。在一些实例中，样品包含具有一或多个测量目标(其同时、经组合测量被处理为单个样品测量或参考测量)的单个位点。在一些其它实例中，样品是若干位点的汇总，其中与经汇总测量位点相关联的测量数据是与多个位点中的每一者相关联的数据的统计汇总。此外，这些多个位点中的每一者可包含与样品相关联的一或多个测量目标或参考测量。

如在本文中所使用，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。这些衬底通常可存在于半导体制作设施中及/或在其中处理。在一些情形中，晶片可仅包含衬底(即，裸晶片)。另一选择是，晶片可包含形成于衬底上的一或多个不同材料层。形成于晶片上的一或多个层可为“经图案化”或“未图案化”的。举例来说，晶片可包含具有可重复图案特征的多个裸片。

“光罩”可为在光罩制作工艺的任何阶段处的光罩，或者可或可不释放以供在半导体制作设施中使用的所完成光罩。光罩或“掩模”通常定义为具有在其上形成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(举例来说)例如非晶SiO

形成于晶片上的一或多个层可为经图案化或未经图案化的。举例来说，晶片可包含各自具有可重复图案特征的多个裸片。这些材料层的形成及处理可最终产生所完成装置。可在晶片上形成许多不同类型的装置，且如本文中所使用的术语晶片打算涵盖其上制作有在本技术领域中已知的任何类型的装置的晶片。

在一或多个例示性实施例中，所描述的功能可以硬件、软件、固件或其任何组合实施。如果以软件实施，那么这些功能可作为一或多个指令或代码存储于计算机可读媒体上或者经由计算机可读媒体传输。计算机可读媒体包含计算机存储媒体及通信媒体两者，包含促进将计算机程序从一个地方传送到另一地方的任何媒体。存储媒体可为可由一个通用或专用计算机存取的任何可用媒体。通过实例而非限制方式，此类计算机可读媒体可包括：RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置或者可用于以指令或数据结构的形式载运或存储所要程序代码构件且可由一个通用或专用计算机或者一个通用或专用处理器存取的任何其它媒体。并且，可将任何连接恰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，那么所述同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或无线技术(例如红外线、无线电及微波)均包含于媒体的定义内。如在本文中所使用，磁盘及光盘包含：压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘及蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘藉助激光以光学方式再现数据。上文的组合也应包含于计算机可读取媒体的范围内。

尽管在上文中出于指导性目的而描述了一些特定实施例，但本专利文件的教示内容具有一般适用性且不限于上文所描述的特定实施例。因此，可在不背离如权利要求书中所陈述的本发明的范围的情形下实践对所描述实施例的各种特征的各种修改、改动及组合。