JP5137587B2 - 繰り返し構造のための光計測の最適化 - Google Patents
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Description
1.光計測
図1を参照すると、光計測システム100は、ウエハ104上に形成された構造102を検査及び解析するのに用いられて良い。たとえば光計測システム100は、ウエハ104上に形成された周期回折格子の特徴を決定するのに用いられて良い。先述のように、周期回折格子は、たとえばウエハ104上に形成された素子の隣のような、ウエハ104上の検査領域内に形成されて良い。あるいはその代わりに、周期回折格子は、素子の動作と干渉しない素子の領域内又はウエハ104上のスクライビングラインに沿って形成されて良い。
2.ライブラリに基づいて構造のプロファイルを決定する処理
ライブラリに基づいて構造のプロファイルを決定する処理では、測定された回折信号は、シミュレーションされた回折信号と比較される。より詳細には、ライブラリ中のシミュレーションされた回折信号は、構造の仮説プロファイルに関連する。測定された回折信号とライブラリ中のシミュレーションされた回折信号のうちの1とが一致するとき、又は、測定された回折信号とライブラリ中のシミュレーションされた回折信号のうちの1との差異が予定又は一致基準の範囲内であるとき、一致したシミュレーションされた回折信号に関連する仮説プロファイルは、構造の実際のプロファイルを表すものと推定される。よってその一致したシミュレーションによる回折信号及び/又は仮説プロファイルは、構造が仕様通りに作製されているのかを判断するのに利用することができる。
3.回帰分析に基づいて構造のプロファイルを決定する処理
回帰分析に基づいて構造のプロファイルを決定する処理では、測定された回折信号は、シミュレーションされた回折信号(つまり試行回折信号)と比較される。シミュレーションされた回折信号は、仮説プロファイルについての1組のパラメータ(つまり試行パラメータ)を用いた比較を行う前に生成される。測定された回折信号とライブラリ中のシミュレーションされた回折信号のうちの1とが一致しないとき、又は、測定された回折信号とライブラリ中のシミュレーションされた回折信号のうちの1との差異が予定又は一致基準の範囲内でないときには、別なシミュレーションされた回折信号が、別な仮説プロファイルについてのパラメータの別な組を用いて生成される。続いて測定された回折信号とその新たに生成されたシミュレーションされた回折信号とが比較される。測定された回折信号とライブラリ中のシミュレーションされた回折信号のうちの1とが一致するとき、又は、測定された回折信号とライブラリ中のシミュレーションされた回折信号のうちの1との差異が予定又は一致基準の範囲内であるとき、一致したシミュレーションされた回折信号に関連する仮説プロファイルは、構造の実際のプロファイルを表すものと推定される。よってその一致したシミュレーションによる回折信号及び/又は仮説プロファイルは、構造が仕様通りに作製されているのかを判断するのに利用することができる。
4.シミュレーションされた回折信号を決定するアルゴリズム
上述したように、シミュレーションされた回折信号が生成されて、測定された回折信号と比較される。後述するように、一の典型的実施例では、シミュレーションされた回折信号は、マクスウエル方程式を適用し、マクスウエル方程式を解く数値解析手法を用いることによって生成されて良い。より詳細には、後述する典型的実施例ではRCWAが用いられる。しかしRCWA、モード解析、積分法、グリーン関数法、フレネル法、有限要素法等のバリエーションを含む様々な数値解析が利用可能であることに留意すべきである。
5.機械学習システム
一の典型的実施例では、シミュレーションされた回折スペクトルは、機械学習アルゴリズムを用いる機械学習システム(MLS)を用いることによって生成することが可能である。MLSは、逆伝播、動径分布関数、サポートベクトル、カーネル回帰等の機械学習アルゴリズムを用いている。機械学習システム及びアルゴリズムのより詳細な説明については、非特許文献2及び特許文献4を参照のこと。
6.繰り返し構造
上述したように、光計測は従来、1次元にのみ変化するプロファイルを有する周期回折格子のライン・アンド・スペース上で実行されてきた。具体的には、図1を再度参照すると、周期回折格子102のプロファイルは、x方向に変化するがy方向には変化しない。よって係る周期回折格子上で光計測を実行する際には、断面プロファイル(たとえば図2A−図2Eのような)のみが周期回折格子のプロファイルを評価するのに用いられた。
ここでx及びyは一定な断面zでの形状の横座標で、φは方位角で、φx及びφyはx軸及びy軸での方位角で、かつφ=0…2πである。m=2/M及びn=2/Nである場合、M及びNは、次式の超楕円についての“標準的な”公式の指数に対応する。
ここでf、g及びhは、評価のためのそれぞれ異なる変数tについての関数で、tは方位角φ又は形状の他の変数であって良い。
ここでzは形状の非線形性を特徴づける表現である。
Claims (26)
- ウエハ上に形成された繰り返し構造の上面に関連するプロファイルパラメータ及び前記繰り返し構造の断面に関連するプロファイルパラメータを有する光計測モデルを用いて前記繰り返し構造のプロファイルパラメータを決定する方法であって、
当該方法は:
プロファイルパラメータを有する前記構造の上面プロファイルの特徴を記述するプロファイル記述工程;
前記の構造の上面プロファイルに関連するプロファイルパラメータを選択する第1上面プロファイルパラメータ選択工程;
前記の構造の断面プロファイルに関連するプロファイルパラメータを選択する第1断面プロファイルパラメータ選択工程;
前記の構造の上面プロファイル及び断面プロファイルを表す前記の選択されたプロファイルパラメータを、光計測モデルに統合する統合工程;
前記光計測モデルを最適化する第1最適化工程;
前記の最適化された光計測モデルを用いて、プロファイルパラメータとシミュレーションされた回折信号との組を生成する生成工程;
生成されたシミュレーションされた回折信号と1以上の測定された回折信号との組を用いて最も良く一致するシミュレーションされた回折信号を抽出する抽出工程;
前記最も良く一致するシミュレーションされた回折信号と前記1以上の測定された回折信号とが1以上の一致基準範囲内で一致しないとき、プロファイルパラメータの前記の特徴記述及び/又は選択を修正する修正工程;及び
前記最も良く一致するシミュレーションされた回折信号と前記1以上の測定された回折信号とが前記1以上の一致基準範囲内で一致するまで、前記プロファイル記述工程、前記第1上面プロファイルパラメータ選択工程、前記第1断面プロファイルパラメータ選択工程、前記統合工程、前記第1最適化工程、前記生成工程、前記抽出工程、及び前記修正工程を繰り返す工程;
を有し、
前記上面及び断面プロファイルに関連するプロファイルパラメータの選択は、(i)プロファイルパラメータの連続的な追加及び/若しくは除去を含む連続的な形状近似、(ii)履歴データを用いての同様の用途から、変化因子を満たす構造のプロファイルパラメータの選択、(iii)プロファイルパラメータの変化を決定する数学的手法、又は(iv)プロセスシミュレーションを用いた、変化の大きいプロファイルパラメータの選択のうちの一以上を用いて実行され、
前記の構造の上面プロファイル及び断面プロファイルを表す選択されたプロファイルパラメータを統合する工程は、前記の構造の上面プロファイル及び断面プロファイルを表す選択されたプロファイルパラメータから、重複して選択されたプロファイルパラメータを除去する工程を有する、
方法。 - 構造のプロファイルの特徴を記述する工程が:
1以上の特徴部位を有する前記繰り返し構造のユニットセルを画定する画定工程;及び
前記ユニットセルが有する1以上の特徴部位の上面プロファイルの特徴を記述する特徴記述工程;
を有する、
請求項1に記載の方法。 - 前記特徴記述工程が:
1以上の基本形状を前記のユニットセルが有する1以上の特徴部位の上面プロファイルに適合させる適合工程;
前記1以上の基本形状のパラメータを特定する特定工程;及び
前記の特定された1以上の基本形状のパラメータの変化を決定する第1決定工程;
を有する、
請求項2に記載の方法。 - 前記基本形状が楕円及び/又は多角形を有する、請求項3に記載の方法。
- 前記の特定された1以上の基本形状のパラメータが、楕円短軸、楕円長軸、又は多角形の1以上の側部の長さを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記第1決定工程が:
前記のユニットセルが有する1以上の特徴部位の上面プロファイルサンプルを集める第1収集工程;及び
前記のユニットセルが有する1以上の特徴部位の上面プロファイルに適合する前記の特定された1以上の基本形状のパラメータの範囲を決定する第2決定工程;
を有する、
請求項3に記載の方法。 - 前記第1収集工程が:
プロセスシミュレータを用いた前記繰り返し構造の製造のシミュレーションから得られた上面サンプルを集める工程;
前記のユニットセルが有する1以上の特徴部位の上面プロファイルを計測装置によって測定する工程;又は
前記のユニットセルが有する1以上の特徴部位の上面プロファイルを含む、半導体に用いられる前記繰り返し構造についての経験的な形状データにアクセスする工程;
を有する、
請求項6に記載の方法。 - 前記の繰り返し構造のプロファイル変化を表す前記プロファイルパラメータを選択する工程が、前記のユニットセルが有する1以上の特徴部位の上面プロファイルに適合する前記1以上の基本形状についての1以上の特定されたパラメータを、その最大範囲で選択する工程を有する、請求項6に記載の方法。
- 前記生成工程が、シミュレーションされた回折信号及び関連するプロファイルパラメータのライブラリを生成する工程を有し、
前記シミュレーションされた回折信号はマクスウエル方程式を解く数値解析手法を用いることによって生成される、
請求項1に記載の方法。 - 前記数値解析手法が、厳密結合波解析法、モード解析法、積分法、グリーン関数法、フレネル法、又は有限要素法である、請求項9に記載の方法。
- 前記生成工程が:
入力プロファイルパラメータに基づいてシミュレーションされた回折信号を生成するように訓練された機械学習システムを生成する工程;及び
入力として1組のプロファイルパラメータを用いることによってシミュレーションされた回折信号の組を生成する工程;
を有する、
請求項1に記載の方法。 - 前記機械学習システムが、逆伝播法、動径基底関数法、サポートベクター、又はカーネル回帰である、請求項11に記載の方法。
- 前記特徴記述工程が:
前記のユニットセルが有する1以上の特徴部位の上面プロファイルに1以上の数学モデルを適合させる数学モデル適合工程;
前記1以上の数学モデルのパラメータを特定する特定工程;及び
前記の1以上の数学モデルの特定されたパラメータの変化を決定する第3決定工程;
を有する、
請求項2に記載の方法。 - 前記数学モデルが幾何学形状についての方程式を有する、請求項13に記載の方法。
- 前記幾何学形状が楕円及び/又は多角形を有する、請求項14に記載の方法。
- 前記特定されたパラメータが楕円及び多角形についての方程式中の変数に対応する、請求項15に記載の方法。
- 前記第3決定工程が:
前記のユニットセルが有する1以上の上面プロファイルサンプルを集める第2収集工程;及び
前記のユニットセルが有する1以上の上面プロファイル形状に適合する前記1以上の数学モデルの特定されたパラメータ範囲を決定する決定工程;
を有する、
請求項13に記載の方法。 - 前記第2収集工程が:
プロセスシミュレータを用いた前記繰り返し構造の製造のシミュレーションから得られた上面プロファイルサンプルを集める第3収集工程;
前記のユニットセルが有する1以上の特徴部位の上面プロファイルを測定する工程;又は
前記のユニットセルが有する1以上の特徴部位の上面プロファイルを含む、半導体に用いられる前記繰り返し構造についての経験的な形状データにアクセスする工程;
を有する、
請求項17に記載の方法。 - 前記の繰り返し構造のプロファイル変化を表す前記プロファイルパラメータを選択する工程が、前記のユニットセルが有する1以上の特徴部位の上面プロファイルに適合する前記1以上の基本形状についての1以上の特定されたパラメータを、その値の最大範囲で選択する工程を有する、請求項17に記載の方法。
- 光計測のためにウエハ内の繰り返し構造をモデル化する方法であって:
1以上の終了基準を設定する終了基準設定工程;
1以上の特徴部位を有する、ウエハ内の前記繰り返し構造のユニットセルを画定する画定工程;
前記のユニットセルが有する1以上の特徴部位の上面プロファイルに、パラメータを有する1以上の基本形状を適合させる基本形状適合工程;
前記の構造の上面プロファイル変化を表す前記の1以上の基本形状のパラメータを選択する第2上面プロファイルパラメータ選択工程;
前記構造の断面プロファイルに関連するプロファイルパラメータを選択する第2断面プロファイルパラメータ選択工程;
前記の構造の上面プロファイル及び断面プロファイルを表す前記選択されたプロファイルパラメータを光計測モデルに統合する統合工程;
前記繰り返し構造で回折された1以上の測定信号を用いて前記光計測モデルを最適化して、シミュレーションされた回折信号を生成する第2最適化工程;及び
前記の生成されたシミュレーションされた回折信号を用いて、計算された終了基準と、少なくとも95%の適合度及び2.50未満の費用関数を有する終了基準とを比較する比較工程;
を有し、
前記上面及び断面プロファイルに関連するプロファイルパラメータの選択は、(i)プロファイルパラメータの連続的な追加及び/若しくは除去を含む連続的な形状近似、(ii)履歴データを用いての同様の用途から、変化因子を満たす構造のプロファイルパラメータの選択、(iii)プロファイルパラメータの変化を決定する数学的手法、又は(iv)プロセスシミュレーションを用いた、変化の大きいプロファイルパラメータの選択のうちの一以上を用いて実行され、
前記の構造の上面プロファイル及び断面プロファイルを表す選択されたプロファイルパラメータを統合する工程は、前記の構造の上面プロファイル及び断面プロファイルを表す選択されたプロファイルパラメータから、重複して選択されたプロファイルパラメータを除去する工程を有する、
方法。 - 前記1以上の終了基準が満たされない場合に、
前記上面プロファイルへの基本形状の適合を変更する工程;
前記第2上面プロファイルパラメータ選択工程及び前記第2断面プロファイルパラメータ選択工程でのパラメータの選択を変更する工程;及び
前記1以上の終了基準が満たされるまで、前記画定工程、前記基本形状適合工程、前記第2上面プロファイルパラメータ選択工程、前記第2断面プロファイルパラメータ選択工程、前記統合工程、前記第2最適化工程及び前記比較工程を繰り返す工程;
をさらに有する、請求項20に記載の方法。 - 前記適合工程において、前記のユニットセルが有する1以上の特徴部位の上面プロファイルに1以上の基本形状を適合する代わりに、前記のユニットセルが有する1以上の特徴部位の上面プロファイルに1以上の数式を適合する工程を有する、請求項20に記載の方法。
- ウエハ内の繰り返し構造をモデル化するのに用いられる、前記構造の上面に関連するプロファイルパラメータ及び前記構造の断面に関連するプロファイルパラメータを有する光計測モデルのプロファイルパラメータに係る選択を最適化するシステムであって:
前記構造の上面プロファイルの特徴を記述する;
前記の構造の上面プロファイル変化を表すプロファイルパラメータを選ぶ;
前記構造の断面プロファイルに関連するプロファイルパラメータを選ぶ;及び
前記の構造の上面プロファイル及び断面プロファイルを表す前記の選ばれたプロファイルパラメータを光計測モデルに統合する;
ように備えられているプロファイルプリプロセッサ;
1以上の基準を用いて前記光計測モデルを最適化し、かつ前記の最適化された計測モデルに基づいて1以上のシミュレーションされた回折信号を生成するように備えられた計測モデル最適化装置;
前記繰り返し構造で回折される信号を測定するように備えられている計測装置;
前記の生成された回折信号を用いた計算に基づいて、1以上の終了基準が満たされているか否かを判断するように備えられている比較装置;並びに
前記構造の前記上面プロファイルの特徴の記述;
前記構造の前記上面プロファイルの変化を表すプロファイルパラメータの選択;及び
前記構造の前記断面プロファイルに関連するプロファイルパラメータの選択;
を変更するように備えられているモデル調節装置;
を有するシステム。 - 繰り返し構造のプロファイルパラメータと対応する回折信号の物理的又は論理的対を保存するように備えられている、データ保存体又はライブラリ又は訓練された機械学習システム、をさらに有する、請求項23に記載のシステム。
- 前記計測装置がスキャタロメータ装置である、請求項23に記載のシステム。
- 前記スキャタロメータ装置が反射率計又は偏光解析器である、請求項25に記載のシステム。
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