DE102005023736B4 - Method for determining structure parameters - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Bestimmen von Strukturparametern, insbesondere der Linienbreite (L) oder der Linienperiode (P) eines Objektes, wobei ein Spektrum eines Objektes mit einem scatterometrischen Verfahren, insbesondere der Ellipsometrie gemessen wird, und das gemessene Spektrum mit einem berechneten Modellspektrum verglichen wird, wobei Modell-Strukturparameter des Modellspektrums so lange variiert werden, bis das gemessene Spektrum mit dem Modellspektrum so gut übereinstimmt, dass ein vorgegebener Übereinstimmungswert erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Formel zur Berechnung des Modellspektrums in Teilformeln so zerlegt wird, dass bei Berechnung weiterer Spektren mit geänderten Modell-Strukturparametern nur diejenigen Teilformeln neu berechnet werden müssen, die einen geänderten Modell-Strukturparameter aufweisen. Method for determining structure parameters, in particular the line width (L) or the line period (P) of an object, wherein a spectrum of an object is measured by a scatterometric method, in particular ellipsometry, and the measured spectrum is compared with a calculated model spectrum, wherein Structural parameters of the model spectrum are varied until the measured spectrum with the model spectrum matches so well that a predetermined match value is achieved, characterized in that the formula for calculating the model spectrum in sub-formulas is decomposed so that when calculating additional spectra with changed Model structure parameters only those sub-formulas must be recalculated, which have a changed model structure parameter.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen von Strukturparametern nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.The invention relates to a method for determining structural parameters according to the preamble of
Bei technischen Oberflächen, insbesondere in der Halbleiterfertigung ist es oftmals erforderlich, die Strukturparameter der Oberflächen zu bestimmen. Beispielsweise müssen während des Fertigungsprozesses aufgebrachte Linienbreiten und Linienprofile von strukturierten Schichten auf ihre Dimensionen und ihre Regelmäßigkeit hin kontrolliert werden. Die exakte Einhaltung der Spezifikationen für die Linienbreite ist im Hinblick auf die Funktionsfähigkeit des Produktes von entscheidender Bedeutung. Weitere Strukturparameter, wie etwa die Seitenwandschräge oder die Grabentiefe von Linien, sind ebenfalls von großer Wichtigkeit. Zur Überprüfung dieser Fertigungsparameter, insbesondere auf Lithographiemasken, Halbleiterscheiben oder anderen feinstrukturierten Oberflächen werden entsprechende Meßverfahren eingesetzt. In besonderer Weise eignet sich hier die Scatterometrie mit der sich periodische Strukturen mit Streulicht vermessen lassen, die kleiner sind als die Wellenlänge des verwendeten Lichts. Mit relativ kleinem technischen Aufwand können damit Strukturen betrachtet werden, an denen andere optische Meßverfahren aufgrund der Auflösungsgrenze scheitern. Ein derartiges zerstörungsfrei arbeitendes Meßverfahren ist beispielsweise die Ellipsometrie. Die Messungen liefern allerdings nicht unmittelbar die erwünschten Materialdaten, wie etwa die oben genannte Schichtdicke, Linienbreite oder -periode der Struktur. Vielmehr ist es erforderlich, mit Hilfe eines Modells mit der Theorie der Lichtstreuung ein theoretisches Spektrum zu berechnen und mit der Messung zu vergleichen. Anschließend werden die Modell-Strukturparameter solange verändert, bis Theorie und Messung in möglichst guter Übereinstimmung liegen. Die zu variierenden Modell-Strukturparameter sind dabei etwa die Linienbreite einer periodischen Struktur, deren Periode, Linien- oder Steghöhe. Soll die Form der Stege analysiert werden, so lassen sich diese in mehrere Schichten zerlegen wobei anschließend die Breite der erhaltenen Schichten jeweils separat gefittet wird.For technical surfaces, especially in semiconductor manufacturing, it is often necessary to determine the structural parameters of the surfaces. For example, line widths and line profiles of structured layers applied during the manufacturing process must be controlled for their dimensions and regularity. Accurate compliance with line width specifications is critical to the product's functionality. Other structural parameters, such as the sidewall slope or the trench depth of lines, are also of great importance. Appropriate measuring methods are used to check these production parameters, in particular on lithographic masks, semiconductor wafers or other finely structured surfaces. In a special way, the scatterometry with which periodic structures can be measured with scattered light, which are smaller than the wavelength of the light used is suitable here. With relatively little technical effort can thus be considered structures in which other optical measurement methods fail due to the resolution limit. Such a non-destructive measuring method is, for example, ellipsometry. However, the measurements do not directly provide the desired material data, such as the above layer thickness, line width or period of the structure. Rather, it is necessary to calculate a theoretical spectrum with the help of a model with the theory of light scattering and to compare it with the measurement. Subsequently, the model structure parameters are changed until theory and measurement are in the best possible agreement. The model structure parameters to be varied are, for example, the line width of a periodic structure, its period, line or web height. If the shape of the webs are to be analyzed, they can be broken down into several layers, with the width of the layers obtained subsequently being separately fitted.
Zur Berechnung ist beispielsweise das rigorose Verfahren nach M. Moharam et al., Journal of the American Opticals Socienty A. vol. 12 (1995), S. 1077 bis 1086 bekannt. In diesem Verfahren werden die Maxwell-Gleichungen mit den durch die Struktur vorgegeben Randbedingungen exakt gelöst.For example, the rigorous method of M. Moharam et al., Journal of the American Optical Society A. vol. 12 (1995), pp. 1077-1086. In this method, the Maxwell equations are solved exactly with the boundary conditions specified by the structure.
Diejenigen Parameterwerte, die zur besten Übereinstimmung zwischen Messung und Simulation führen, werden als sinnvolle Näherung der realen Gitterparameter angenommen. Um den für das beschriebene Verfahren erforderlichen Rechenaufwand zu reduzieren, wird in der
Um eine weitere Beschleunigung der Auswertung zu erreichen, kann die Simulation vor der Durchführung der eigentlichen Messung durchgeführt und in einer Datenbank gespeichert werden. Anschließend wird mit Hilfe eines Suchalgorithmus die Simulation mit dem zugrunde liegenden Strukturparametern ausgewählt, die am besten mit den Messergebnissen übereinstimmt.In order to achieve a further acceleration of the evaluation, the simulation can be carried out before the actual measurement is carried out and stored in a database. Then, with the help of a search algorithm, the simulation is selected with the underlying structure parameter that best matches the measurement results.
Sofern allerdings auf eine Lösung zurückgegriffen werden soll, die mit Hilfe der Variation der Simulationsparameter arbeitet, müssen diese Simulationsparameter für eine weiterhin rigorose Simulation solange variiert werden bis die Abweichungen der Simulation von der Messung unter einem vorgegebenen Wert liegen. Dieses Verfahren ist sehr zeitaufwendig und kann meist für Spezialfälle, wie etwa einen senkrechten Lichteinfall, in der erforderlichen Geschwindigkeit Ergebnisse erreicht werden.However, if a solution is to be used which works with the aid of the variation of the simulation parameters, these simulation parameters must be varied for a further rigorous simulation until the deviations of the simulation from the measurement lie below a predetermined value. This process is very time consuming and can usually be achieved in special cases, such as a vertical incidence of light, in the required speed results.
Um die Geschwindigkeit der Auswertung weiter zu verbessern, wird in der
Das Standardverfahren für einen Fit ist das Gradientenverfahren, da mit seiner Hilfe schnell das exakte Ergebnis gefunden werden kann. Voraussetzung hierzu ist, dass der Startpunkt schon in der Nähe der Lösung liegt. Ist das Modell jedoch nur ungenau bekannt, so ist es noch nötig, diesen Startpunkt zu finden. Anderenfalls kann das Gradientenverfahren in ein Nebenminimum führen, ohne dass dieser Fehler klar erkennbar wäre. Ein vorgeschaltetes Verfahren, das so genannte Constant-Mesh-Verfahren, erfüllt diese Aufgabe. Hierbei wird jeder zu fittende Parameter in einem vorgegebenen Intervall mit einer bestimmten Schrittweite abgerastert.The standard procedure for a fit is the gradient method, because with its help the exact result can be found quickly. The prerequisite for this is that the starting point is already close to the solution. If the model is only vaguely known, it is still necessary to find this starting point. Otherwise, the gradient method can lead to a secondary minimum without this error being clearly recognizable. An upstream process, the so-called Constant Mesh process, fulfills this task. Hereby everyone will be fit Scanned parameters at a specified interval with a certain increment.
Bei der Produktionskontrolle, bei der die Analyse eingesetzt wird, ist die Zeit der begrenzende Faktor. Je mehr Spektren innerhalb einer vorgegebenen Zeit berechnet werden können, desto mehr Parameter können variiert werden. Es können dann auch die Intervalle größer gewählt werden, in denen die Lösung vermutet wird, was zu einer größeren Trefferwahrscheinlichkeit führt.In production control, where analysis is used, time is the limiting factor. The more spectra that can be calculated within a given time, the more parameters can be varied. It is then possible to select larger intervals in which the solution is suspected, which leads to a greater probability of a hit.
Bei dem Einsatz dieses Verfahrens ist es allerdings nach wie vor erforderlich, bei geänderten Modellparametern die Gesamtberechnung erneut durchzuführen, was einen erheblichen zeitlichen Aufwand für die Berechnung erfordert.With the use of this method, however, it is still necessary to carry out the overall calculation again with changed model parameters, which requires a considerable time expenditure for the calculation.
Aus dem Stand der Technik ist zudem
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, das bekannte Verfahren zum Bestimmen von Strukturparametern so weiterzubilden, dass der zeitliche Aufwand bei Änderung der Modell-Strukturparameter weiter reduziert wird.The object of the present invention is therefore to refine the known method for determining structural parameters in such a way that the time required for changing the model structural parameters is further reduced.
Nach der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Bestimmen von Strukturparametern mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.According to the present invention, this object is achieved by a method for determining structural parameters having the features according to
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bestimmung von Strukturparametern des Objektes wird zunächst mit Hilfe eines scatterometrischen Verfahrens, etwa der Ellipsometrie, ein Spektrum gemessen und das gemessene Spektrum mit einem berechneten Modellspektrum verglichen. Zur Ermittlung der gesuchten Strukturparameter werden die Modell-Strukturparameter des Modellspektrums so lange variiert, bis das gemessene Spektrum mit dem Modellspektrum so gut übereinstimmt, dass ein vorgegebener Übereinstimmungswert erreicht wird. Zur Erhöhung der Geschwindigkeit bei der Berechnung der Spektren mit den variierten Modell-Strukturparametern wird die Formel zur Berechnung des Modellspektrums in Teilformeln so zerlegt, dass bei Berechnung weiterer Spektren mit geänderten Modell-Strukturparameter nur diejenigen Teilformeln neu berechnet werden müssen, die einen geänderten Modell-Strukturparameter aufweisen.In the method according to the invention for determining structural parameters of the object, a spectrum is first measured with the aid of a scatterometric method, for example ellipsometry, and the measured spectrum is compared with a calculated model spectrum. To determine the sought-after structure parameters, the model structure parameters of the model spectrum are varied until the measured spectrum matches the model spectrum so well that a predetermined match value is achieved. To increase the speed in the calculation of the spectra with the varied model structure parameters, the formula for calculating the model spectrum is subdivided into sub-formulas such that when calculating further spectra with changed model structure parameters only those sub-formulas need to be recalculated that have a changed model Have structural parameters.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Modellspektrum für einen neuen Modell-Strukturparametersatz erst dann berechnet, wenn alle sich ändernden Modell-Strukturparameter festgelegt wurden. Dabei werden bevorzugt zu den geänderten Modell-Strukturparametern gegebenenfalls auch die zugehörigen Schichten, insbesondere im Falle der Berechnung der Form von Stegen, abgespeichert, in denen sich der Modell-Strukturparameter verändert hat. Dabei ist unter dem Abspeichern der Schicht die Lage der Schicht innerhalb des Objekts zu verstehen.In a preferred embodiment of the invention, the model spectrum for a new model structure parameter set is only calculated when all changing model structure parameters have been determined. If appropriate, the associated layers, in particular in the case of the calculation of the shape of webs, in which the model structure parameter has changed are also preferably stored for the modified model structure parameters. In this case, the storage of the layer is to be understood as meaning the position of the layer within the object.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist somit mehrere Schritte auf. In einem Initialisierungsschritt wird die Formel zur Berechnung der Spektren in eine Anzahl N von Gleichungen zerlegt, wobei die Werte der N Gleichungen für alle Wellenlängen einer gewünschten Anzahl ST von Stützstellen berechnet werden. In einem Parameterschritt werden dann alle neuen Werte der geänderten Parameter zusammen mit den zugehörigen Schichten abgespeichert, in den sich der Parameter geändert hat. In einem Neuberechnungsschritt des Spektrums werden dann nur noch diejenigen Werte der N Gleichungen neu berechnet, die auch tatsächlich einen geänderten Modell-Strukturparameter enthalten.The inventive method thus has several steps. In an initialization step, the formula for calculating the spectra is decomposed into a number N of equations, the values of the N equations being calculated for all wavelengths of a desired number ST of interpolation points. In a parameter step, all new values of the changed parameters are then stored together with the associated layers into which the parameter has changed. In a recalculation step of the spectrum, only those values of the N equations which actually also contain a changed model structure parameter are recalculated.
Bevorzugt wird der Fit mit einem Gradientenverfahren durchgeführt, dessenStartwerte mit einem Constant-Mesh-Verfahren ermittelt werden.Preferably, the fit is performed by a gradient method whose starting values are determined by a constant mesh method.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden hierzu alle zu variierenden Modell-Strukturparameter geeignet sortiert, um die Rechenzeit weiter zu verkürzen. Insbesondere kann die Sortierung danach erfolgen, welcher Strukturparameter, also etwa die Linienbreite, -höhe oder - periode sich geändert hat.For this purpose, in a further preferred embodiment of the invention, all model structure parameters to be varied are suitably sorted in order to further shorten the computing time. In particular, the sorting can be carried out according to which structural parameter, for example the line width, height or period, has changed.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht somit darin, dass die Zeit für die Berechnung durch Variation der Parameter wesentlich verkürzt werden kann.The advantage of the method according to the invention is therefore that the time for the calculation can be significantly shortened by varying the parameters.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungen.Further advantages and advantageous embodiments of the invention are the subject of the following figures and their descriptions.
Es zeigen im Einzelnen:
-
1a, b typische mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmbare Struktur -
2 schematisch die Hauptschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens -
3 den prinzipiellen Ablauf des Parameterschritts zum Festlegen der Variationsparameter -
4 den prinzipiellen Ablauf des Neuberechnungsschritts des Spektrums nach Änderung der Modell-Strukturparameter der Linienhöhe -
5 den prinzipiellen Ablauf des Neuberechnungsschritts des Spektrums am Beispiel der Änderung der Linienbreite -
6 den prinzipiellen Ablauf der Neuberechnungsschritte für Änderung der Modell-Strukturparameter Linienbreite und Linienhöhe -
7 den prinzipiellen Ablauf beim Einsatz des Verfahrens im Constant-Mesh.
-
1a, b typical structure determinable by the method according to the invention -
2 schematically the main steps of the method according to the invention -
3 the basic procedure of the parameter step for setting the variation parameters -
4 the basic procedure of the recalculation step of the spectrum after changing the model structure parameters of the line height -
5 the basic procedure of the recalculation step of the spectrum with the example of the change of the line width -
6 the basic sequence of the recalculation steps for changing the model structure parameters line width and line height -
7 the basic procedure when using the method in Constant-Mesh.
In
Damit ist das Modell-Spektrum der Struktur mit einem Satz von Modell-Strukturparameter, den so genannten Startparametern, an allen Stützstellen berechnet. Die Werte für diese Gleichungen werden in einer Tabelle abgespeichert. Die Gleichungen selbst enthalten Modell-Strukturparameter, die zur Anpassung der mit dem Modell errechneten Kurve des Spektrums an die gemessene Kurve variiert werden können. Soll nun das Modell-Spektrum der Struktur für andere Modell-Strukturparameter berechnet werden, so muss nur noch ein kleiner Teil der obigen Berechnung neu durchgeführt werden. Das Setzen eines Modell-Strukturparameters und die neue Berechnung das Modell-Spektrums der wird dafür voneinander getrennt. Der Aufruf zur Berechnung wird erst dann durchgeführt, wenn alle sich ändernden Modell-Strukturparameter gesetzt wurden. Wenn mehrere Modell-Strukturparameter gleiche oder teilweise gleiche Berechnungen nach sich ziehen, so werden diese nicht doppelt durchgeführt.Thus, the model spectrum of the structure is calculated with a set of model structure parameters, the so-called start parameters, at all nodes. The values for these equations are stored in a table. The equations themselves contain model structure parameters that can be varied to fit the curve of the spectrum calculated with the model to the measured curve. If the model spectrum of the structure is to be calculated for other model structure parameters, then only a small part of the above calculation has to be performed again. The setting of a model structure parameter and the new calculation of the model spectrum are separated from each other. The call for the calculation is only performed when all changing model structure parameters have been set. If several model structure parameters entail identical or partially identical calculations, these are not performed twice.
In
Der prinzipielle Verfahrensablauf zur Berechnung des Strukturspektrums geänderten Modell-Strukturparameter am Beispiel der Linienbreite
Wie in
Wie in
Darüber hinaus kann es erforderlich sein, dass weitere Berechnungsschritte, die in der Initialisierung angegeben sind, für solche Gleichungen durchgeführt werden müssen, für die sich entweder die Linienperiode
Als Standardverfahren für den Fit wird das Gradientenverfahren eingesetzt. Um dabei die Startparameter möglichst gut festlegen zu können kann das Constant-Mesh Verfahren vorgeschaltet werden. Ein Verfahren zum Sortieren der geänderten Parameterwerte
Für jeden zu fittenden Modell-Strukturparameter ist eine Schleife nötig. Diese Schleifen werden ineinander verschachtelt. Die Idee zur Steigerung der Geschwindigkeit besteht darin, rechenaufwendige Modell-Strukturparameter nur selten zu ändern und zu berechnen, indem sie in den äußersten Schleifen variiert werden. Insgesamt ergibt sich daraus ein zusätzlicher Zeitvorteil, da nur der sich ändernde Teil neu berechnet wird.A loop is required for each model structure parameter to be inserted. These loops are nested inside each other. The idea of increasing speed is to rarely change and calculate computationally expensive model structure parameters by varying them in outermost loops. Overall, this results in an additional time advantage, since only the changing part is recalculated.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird daher vorgeschlagen, vor der Berechnung der neuen Modell-Spektrum der Struktur mit den geänderten Modell-Strukturparameterwerten eine geeignete Sortierung der Modell-Strukturparameter, wie in
In
Im Schritt
Mit diesem Verfahren können also innere und äußere Berechnungsschleifen gebildet werden. Dadurch kann erreicht werden, dass diese ineinander verschachtelten Schleifen so angeordnet werden dass rechenaufwändige Modell-Strukturparameter nur selten zu geändert und zu berechnen sind, indem sie in den äußersten Schleifen variiert werden. Dadurch kann der Berechnungsaufwand erheblich reduziert und die Berechnung deutlich schneller durchgeführt werden.With this method, inner and outer calculation loops can be formed. As a result, these interleaved loops can be arranged so that computationally expensive model structure parameters are rarely changed and to be computed by being varied in outermost loops. As a result, the calculation effort can be significantly reduced and the calculation can be performed much faster.
Das Verfahren wurde anhand der beiden Modell-Strukturparameter Linienbreite
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Initialisierungsschrittinitialization
- 1212
- Parameterschrittparameters step
- 1313
- Stegweb
- 1414
- Parametersortierungs-SchrittParameter sort step
- 1515
- Schichtenlayers
- 1616
- Neuberechnungsschritt der TotalreflexionRecalculation step of total reflection
- 1818
- Modell-Strukturparameter geändert?Changed model structure parameters?
- 2020
- Speichern ParameterwertSave parameter value
- 2222
-
Modell-Strukturparameter ist Linienbreite
L ?Model structure parameter is line widthL ? - 2424
- Setzen Linienbreiten-FlagSet line width flag
- 2626
- Speichern neue Linienbreite LSave new line width L
- 2828
-
Linienperiode
P geändert?line periodP changed? - 3030
- Setzen Linienperioden-FlagSet line period flag
- 3232
-
Speichern neue Linienperiode
P Save new line periodP - 3434
- Linienbreiten Flag gesetzt?Line width flag set?
- 3636
- Neuberechnung Gleichung mit neuer LinienbreiteRecalculation Equation with new line width
- 3838
- Speichernto save
- 4040
- Linienperioden Flag gesetzt?Line Period flag set?
- 4242
- Neuberechnung Gleichung mit neuer LinienperiodeRecalculation Equation with new line period
- 4444
- Speichernto save
- 4646
- Neuberechnung Gleichungen mit neuen Modell-StrukturparameterRecalculation of equations with new model structure parameters
- 4848
- Speichernto save
- 5050
- Rücksetzen aller FlagsReset all flags
- 5252
- Sortieren Modell-Strukturparameter nach Linienbreite und LinienperiodeSort model structure parameters by line width and line period
- 5454
- Sortieren Linienbreitenparameter nach BerechnungsaufwandSort line width parameters according to calculation effort
- 5656
- Bestimmung Reihenfolge LinienbreitenparameterDetermination sequence line width parameters
- 5858
- Alle geänderten Linienbreitenparameter berücksichtigt?All changed line width parameters considered?
- 6060
- Sortieren Linienperiodenparameter nach BerechnungsaufwandSort line period parameters according to calculation effort
- 6262
- Bestimmung Reihenfolge LinienperiodenparameterDetermining sequence of line period parameters
- 6464
- Alle geänderten Linienperiodenparameter berücksichtigt?All changed line period parameters taken into account?
- 6666
- EndeThe End
- LL
- Linienbreitelinewidth
- PP
- Linienperiodeline period
- NN
- Anzahl GleichungenNumber of equations
- STST
- Anzahl der StützstellenNumber of interpolation points
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Date | Code | Title | Description |
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: VISTEC SEMICONDUCTOR SYSTEMS JENA GMBH, 07745 , DE |
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Representative=s name: WERNER F. REICHERT, DE Representative=s name: REICHERT, WERNER F., DIPL.-PHYS.UNIV. DR.RER.N, DE Representative=s name: REICHERT & LINDNER PARTNERSCHAFT PATENTANWAELT, DE Representative=s name: WERNER F. REICHERT, 93047 REGENSBURG, DE |
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R012 | Request for examination validly filed |
Effective date: 20120319 |
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