TW200811413A - Evaluating a profile model to characterize a structure to be examined using optical metrology - Google Patents

Description

200811413 九、發明說明·· 【發明所屬之技術領域】 概括而言，本發明賴於職在半 量測方式，並且尤其係關於將欲上之結構的光學 以特徵化之輪廓模型的評估。 里/則方式撿查之結構予 【先前技術】 光學制包含：將人射光束躺結構、量 束以及分析此繞射絲以敬結構的特徵=產生的繞射光 學量測典型上係用於品質保證。舉例而i，it體製造中，光 結構之後，制光學㈣工具狀結“ =，圓上製造 輪廓’能夠評估用以形成結構之製造程序W精由判定結構的 於一習知的光學量測系統中，將由昭1^^。 號（量測的繞射信號）比對至模擬铐射作味、、、、:> 而收集的繞射信 結構的假定輪廓聯結。#在量測=射信號係與 信號之間得到匹配時，可假躲所匹配中之—模擬繞射 定輪廓即表示結構的實際輪廓。权擬…射信號聯結的假 ▲根據將欲檢查之結構予以特徵化的 生核擬繞射信號的假定騎。因此，、⑨旦σ產生用以產 定結構的麵，應制可料地將轉予叫彳==^=判 【發明内容】 參數光; 21的每—輪#參數具有輪，參。=數忒輪 =輪^數值所產生的模擬物信號，此鱗參 H而觀。將難細^與量·騎錢^使用其 200811413 【實施方式】 下列_提出許多特定的構造、參數等等。鋏而， 不耗 知：此種制並耗作為本發明範_ ^一應- 實施例的說明 促丨，、1卞馮 1·光學量測工具 芩考圖1，吾人能夠使用光學量測系統1〇〇檢查及 ΐίοΤίϊ®严上的結構。舉_言，亦關使枝學量測Ϊ 統讀)判定形成在晶圓1〇4上之週期性光栅搬之一 L前Ξί，週期性光拇1〇2賴形成在晶圓104上的測試墊内 = 1Q4 °週期性光拇102能夠形成 在刀告彳線内及/或不影響晶片知作的晶片區域内。 如圖1所描述，光學量測系統loo能夠包1()fi _器m的光度裝置。以來自光源日^ 柵102。入射光束1〇8以相對於週雛光拇1〇2之法線^ 入射角Θ,以及方位角Φ(即入射光束⑽之平面與週期性光\的 之週期性方向之間的角度)朝向週期性光栅102上。繞射光束11〇 以相對於法線之队的角度離開，並由偵測器112接 ^ ，射，^。轉換成量測的繞射信號，此信號 t:;an(f i、_△)、傅立葉係數等等。雖然圖1描述零階繞 = ，但甘人應認知：亦能夠使用非零階者。舉例來說， 4 A赋hnitt，Christ〇pher p.，「A ^ A_ach 切触二 甘」0gl」，Pr〇C· SPIE 5375—7，20〇4 年 2 月 23 日，pp H5， ，、内容以芩考文獻方式合併於此。 旦、目ifff測系統⑽亦包含肋接收制之繞射信號並分析此 =測之4½號的處理模組114。將處理模、组設成使用任 =^狀週期性光栅之-或更多特徵，這些方法對於量測之^ 、域可提供最佳的邮繞射錢。這些方法在職已被說明， 200811413 f且包含財庫麵理，或包含制H由祕麵合哭 學習系統所獲得之模擬繞射信號的迴歸型處理。 ："σ 2·判定結構之特徵的程式庫型處理 在判定結構之一或更多特徵的程式庫型處理 .f信號比對至模擬繞射信號的程式庫。具體而言，將史^庙二 每^莫擬繞射信號與結構的假定輪廓聯結。#的="鱼 射，號…、中之-权擬繞射信號的差異在職 - » =與的假定輪_表=^實 "的顯齡健及/或假定輪細定 ㈤Ϊ 逆二 私式庫116中的模擬繞射信號。， 5了主诸存在 I化，而產生曰儲存^將^期性^栅102的輪廓予以y徵 組將此輪廓模型予以^汽丨^假定輪廓組。可使用輪廓參數 ‘變形狀及尺寸的假定輪义模型的輪f參數以產生改 ‘光柵1G2的實際輪J二、用輪减型及輪庵參數組將週期性 - 舉例而言，如ίϊΐΑ化能ίί為參數化。 分別界定其高度及寬产的’係假5又.輪靡拉型200能夠藉由 至2Ε所描述，能夠郭苓數hl及wl予以特徵化。如圖2Β 額外形狀及特徵予以；^f輪^參數的數量而將輪廓模型200的 型200能夠藉由分別‘I舉例來說’如目2β所描述，輪靡模 數hi、wl及w2而予、底部寬度及頂部寬度的輪廓參 4寸欲化。吾人可注意到：輪廓模型2〇〇的 7 200811413 $能為關鍵尺寸（CD，Critical dimension)。例如，在圖

Wl ^ W2 2® 尺寸⑽、:Ji t 夫數τ^ϋ能夠藉由改變肋將輪赖型予轉徵化的輪靡 ΐ在程式庫ιΐ6(圖υ中的假定輪#組。舉例= i=!崎”吾人可注意到:-個、兩個或全部= 芩數此夠相對於彼此而加以改變。 ^ 相1，在假定輪雜巾假定輪軸對紅模擬繞射 ΐίϋΐ。及儲存在程式庫116中之模擬繞射信號的數量， 在某種私度上係依據範圍及增量（即程式庫116的分辨 ，會改變輪廓參數組，並於其中增量會改變輪‘ 麥數組。在從貫際結構獲得量測的繞射信號之前，產生 = 輪廓及模擬繞射信號。㈤此，吾人能夠依據對^ …構之衣以程序的熟悉度，以及變化的範圍可能到 選擇使用於程式庫116的範圍及增量（即範圍及分辨率）。^能夠 依據經驗量測，例如使用原子力顯微鏡(AFM)、橫切面 ，微鏡(X-SEM)等等的量測，而選擇程式* 116白勺範圍及&分辨 卜對於更詳細的多程式庫型處理說明，可參考美國專利申請荦 第 09/907, 488 號，標題為「GENERATI0N 0F A LIBRARY 〇F pERif $ GRATING DIFFRACTION SIGNALS」，於 2001 年7 月 16 日提出申言二 藉由參考文獻將其内容合併於此。 月 3·判定結構之特徵的迴歸型處理 在判定結構之一或更多特徵的迴歸型處理中，將量測的繞射 仏號比對至模擬繞射信號（即試驗繞射信號）。為得到假定輪廓，' 在使用輪廓參數組（即試驗輪廓參數）比對之前，產生此模射 200811413 信號。若制的_雜錢纖射錢 的繞射信號與其中之-模擬繞射信號的差異不在預 擬繞射信號，然後將量測的繞射信號_至重新= 3 ，。當量測的繞射信號與與模擬繞射信號匹配時，或 ,ΐίί中之—模擬繞射信號的差異係在預設或匹酉田己1則內 xnf匹配模擬繞射信號聯結的假定輪獅表示姓構的者 能夠利用匹配模擬繞射信號及 構是否已依照規格被製造。 疋獅姊判疋結 耻，再度參考圖！，為得到假定輪靡，處理模級 杈擬繞射信號’然後將量測的繞射信號比對至模擬植^ f二若量測的繞射信號與模擬繞射信號並秘Γ己時Γ 夺;於是為得到另一假定輪廓，處理模組ηί能ίϊ 生的模擬繞射信號’例如具有模擬回火的全局最 陡下降演算法的局部最魏。 MUbM及具有取 μ ίΐ賴賴射錄及蚊輪軸存在程鱗U6(即動態 而# 疋儲存於程式冑116的模擬繞射信號及假定輪扉能 夠、、k而使用在匹配量測的繞射信號上。 迴歸型處理説明，可參考美國專利申請案第 ίΐΐπ i 1題為「麵0D AND SYS觀0F酬觀C L膽麵G ^9〇ni t REGRESSI0N~BASED LIBRARY GENERATION PROCESSj > ;〇l年8月6日提出申請，其内容藉由參考文獻合併於此。 4·嚴格轉合波分析 如上所述’產生模擬繞射錢以比對至量酬繞射信號。如 二戶 兄明，能夠藉由應用MAXWELL方程式，並使用數值方析 付’解MAXWELL方程式，以產生模擬繞射信號。然而，吾人應 9 200811413 注意到：能夠使用各種包含嚴格耦合波分析（RCWA，Rig〇r〇us Coupled Wave Analysis)的數值分析技術。 一般，而言，RCWA包含將假定輪廓劃分成一些斷面、薄片或平 板（以下簡稱為斷面）。對於每一假定輪廓的斷面，使用maxwell 式的傅立葉展開以產生编合微分方程式的系統（即電磁場及 介電係數的成分及介電係數（ε ))。然後使用對角化步驟求解微分 - 方程式的系統，此對角化步驟包含相關微分方程式系統之特徵矩 •陣的特徵值及特徵向量分解（即特徵分解）。最後，使用例如散射 矩陣法的遞迴耦合綱目，使對於假定輪廓之每一斷面的解答耦 合。對於散射矩陣法的說明，可參考LifengLi「Formulation and comparison of two recursive matrix algorithms for modeling layered diffraction gratings」J· Opt· Soc· Am· A13，pp 1024-脳(1議），翻容藉由參考文獻对合併於此。對於更詳 細的RCWA說明，可參考美國專利申請案第〇9/77〇,997號，標題 為「CACHING OF INTRA-LAYER CALCULATIONS FOR RAPID RIGOROUS COUPLED-WAVE ANALYSES」，於2001年1月25日提出申請，其内 容藉由參考文獻方式合併於此。 ^ 5.機器學習系統 馨 月匕夠使用機為學習系統(MLS，Machine Learning Systems) 產生模擬繞射信號，此機器學習系統係利用機器學習演算法，例 如反向傳播、徑向基底函數、支持向量、核迴歸等等;對於更詳 ^細的機器學習系統及演算法說明，可參考Simon Haykin所著之 • 「Neural Networks」，Prent1Ce Halί，1999，其内容藉由參考文 獻方式合併於此。亦可茶考美國專利申請案第1〇/6〇8, 3⑽號，標 題為「 OPTICAL· METROLOGY OF STRUCTURES FORMED ⑽ SEMICONDUCTOR WAFERS USING MACHINE LEARNING SYSTEMS」，於 2003年6月27日提出申請，其内容藉由參考文獻方式合併於此。 於-示範實施例中，使用MLS可產生在繞射信號程式庫(例如 10 200811413 的模擬繞射信號’此模擬繞射信號係使用於

Ϊ- ϊί^；ί!]ίΤ ? MLS 輪廓袓及此槿縣二二产>LS之輪出的模擬繞射信號組。將此假定 购、、且及_擬_信1_存於程絲巾。 使用純s _15細’產生 “設置作為到MLS的於乂，Γ甚4牛例而言，能夠將初始假定輪廣 .繞射信號。若此初i模擬结射^乍為>來自MLS之輸出的初始模擬 時，能夠將另一假定^ 與量測的繞射信號匹配 -模擬細讀。讀U作麵㈣騎加輸人，以產生另 ^ 然而 MLS 118 _處理模組 114。 其中之-lit兩能夠具有程式庫116紐S瓜 時，則可將MLS 118省略歹'處^吴、组114只使用程式庫116 處理時，則可_式庫116 理迴歸型 =里能夠包含將迴歸處理期間所私、迴歸型 儲存在例如程式庫116的程式庫中。，假讀叙_繞射信號 6·評估輪廓模型 1 巧;^黯？巾，_欲檢查之 ，翏數組將輪廓模奸以特徵化，改變=麵。使用輪 -狀及尺寸的假定輪廓。⑽邛，數以產生改變形 ^考圖3，示範程序3〇〇描述在使用 $艿中，或判定結構之特徵之迴歸型幺中在程式 估在不同時間及對⑤使用示範程序 的輪廓板型評估。然而，、k疋輪廓之前 300評 於步驟302中 顯 參數 示可將輪m型予以特徵化的_ 11 200811413 4A ml 402 400 ο 可將此輪廓模型予鱗徵化模型能夠與 參㈣、心τηΐϋ目J1 ’m參數組搬包含輪廓 ‘參數X0將輪廓模型綱的“ ^本，中，輪靡 從足部峨化。輪廓參數χ3ί 吾人應認知：輪ί;ίί 4 =1的=予以特徵化。然而， 能夠將雙間隔輪廓之間的分隔 以f =例而吕’輪廓參數 有在其中之-線組之間的一 隔。輪廓參數組亦能夠將在兩或多維改之=另-間 ίϋΓΐΐ型化二維重複結構說明，可參國專安Ξ 11/061，303 5虎，標題為「optica丨 ΜΡΤϊ?ητπ〜μ 』Τ 术弟

REPETITIVE STRUCTURES, ^ 2004 ^ 4 〇；™；A™N 麥考文獻方式將其内容合併於此。 美出申明，猎由 .部寬度、足部高度以及從足部之頂部至= 部寬度、底 的數值範圍聯結的數值範圍。然而，五部之焉度 能夠用一或更多固定的輪廓參數予以模型404 =光权入射角予以特徵化的輪•數 的輪廓參數-起顯示。 疋的麵參數此夠與具有數值範圍 12 200811413 數，ί度Γ考圖3，於步驟304中，對於具有數值範圍的輪廓失 在範圍内選擇輪齡數值的調整工具。參考圖二 m彻^中’將调整工具描繪成執跡滑桿406。尤其，圖4A浐仏 ==轉數XG、Xl、X2及X3的執跡滑桿棚。因此S ί 用執跡滑桿稱在輪_“0、X卜χ2及x3的數 參數别、X卜x2及X3的數值。如圖4A所描述，在 ’能_不選擇的數值。舉例而言’在顯示器_ Ϊ了之麥數X〇、Xl、X2及X3的數值分別為185、195、318. 53 ^ 及1 3奈米。

/然而，吾人應認知：能夠使用不同型式的調整工具。例如， ^整工具能夠係刻度盤/旋鈕介面、兩箭號按鈕（用以將數值調上 下）等等。吾人亦應認知··數值範圍能夠與在範圍内選擇的數 一起顯不。再者，能夠設置調整工具以提供所欲調整的範圍。 一 $ f次參考圖3，於步驟306中，顯示量測的繞射信號。使用 光學量測工具量測此量測的繞射信號。於步驟3〇8中，顯示模擬 ，射彳。號。根據輪廓參數值而產生模擬繞射信號，此輪廓參數值 係使用調整工具而選擇。將模擬繞射信號與量測的繞射信號重疊 以促進兩繞射信號的視覺比對。 且 舉例來說，再度參考圖4A，將量測的繞射信號408與模擬繞 射仏號410重疊。藉由將量測的繞射信號408與模擬繞射信號41〇 $疊’使用者能夠更輕易地判定兩繞射信號之間的適配度。於本 範例中，使用顯示器400所顯示之輪廓參數χ〇、χ1、.χ2及x3的 數值（即185、195、318· 53及13奈米），產生圖4Α所描述的模擬 、繞射信號410。如上所述，使用例如RCWA的數值分析技術，或使 用機器學習系統，能夠產生模擬繞射信號410。 在本示範實施例中，使用者能夠調整所顯示之輪廓參數之任 何一或更多的數值。之後顯示使用輪廓參數之調整值所產生之新 的模擬繞射信號。因此，依此方式，使用者能夠在視覺上評估將 用於模擬繞射信號之所調整之一或更多輪廓參數的效果。此外， 13 200811413 整輪廓參數的數值號’使用者能_ 匹配與再者，使用者能二=以射信號之間的 舉例而言，® 4B描述從1δ5 圍。 值。如圖4B所描述，可調整If ° t 之輪廓苓數汕的數 形狀（即圖4B之輪廓模型4〇/^ 輪廓模型姻的 。，顯示器權所顯*之模擬繞射信^的形狀圖$此又=調 參考圖5，在本示範實施例中，哭 細（圖3)的處理器502。電腦系統5〇〇能夠&序 能夠包含電腦可執行指令以腦可讀取記錄媒體 之期間内的操作。_系統序3〇〇(圖幻 之輸入的輸入裝置506。 接收來自使用者 ； ίΓί t500 ?; 5 ^ ^ ：ί«； 500 5：； ► 作站，或者能夠係分散式電腦的部份。 、仏，例 :對其形態及特殊具體例之崎作各種，當可 【圖式簡單說明】 一 圖1描述示範的光學量測系統； 圖2A-2E描述示範的輪廓模型； 圖3描述評估輪廓模型的示範程序； 圖4A及4B描逑顯示輪廓模型、輪廓模型的輪廓參數、量測 14 200811413 的繞射信號以及模擬繞射信號的顯示器；及 圖5描述示範的電腦系統。 【主要元件符號說明】 100 光學量測系統 102週期性光栅 104晶圓 10δ 光源 108入射光束 110繞射光束 ，112偵測器 114 處理模組 116程式庫 118機器學習系統 200輪廓模型 300 示範程序 302 顯示一輪廓參數組 304 顯示用以在一數值範圍内選擇一輪廓參數之數值的調 整工具 306顯示一量測的繞射信號 308顯示根據輪廓參數之數值所產生的模擬繞射信號，其中 該輪廓參數係使用調整工具而選擇 400 顯示器 402輪廓參數組 404輪廓模型 .4〇β 軌跡滑桿 408 量測的繞射信號 410模擬繞射信號 500 電腦系統 15 200811413 502處理器 504 電腦可讀取記錄媒體 506輸入裝置

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Claims (1)

1. 200811413 十、申請專利範圍： 量測方式 廓模型予以特徵 !二„模型鱗估方法’該輪靡模型將欲利用井與 才双查之、纟Q構予以特徵化，該方法包含： 千 々）"、、員不輪廊參數組’该輪廊參數組將該輪 化，每一輪廓參數具有其一數值範圍； ^ 用以在該數值 产卜W對於具有一數值範圍的每一輪廓參數，顯厂 範圍内選擇其一數值的一調整工具； 、下 C)顯示一量測的繞射信號，其中使用一 τ 量測的繞射信號；及 尤予里測工具量測該 d)顯示一模擬繞射信號，其中根據該輪廓表數佶 擬繞射信號，該輪廓參數值係使用其調整卫具而埋，產^模 該模擬繞射信號與該量測的繞射信號重疊。 、’且/、中將 更包含： 2.如申請專利範圍第1項之輪廓模型的評估方法， 顯示該輪廓模型。 3.如申請專利範圍第}項之輪廓模型的評估方法，更包含 當使用-輪廓參數之調整工具選擇該輪廓參數^ 時，顯不-新模擬繞射錢，其中根據為該輪廓參數 新數值以產生該新模擬繞射信號，且其中將該 射 該量測的繞射信餘疊。 胃U 1如申專利範圍第3項之輪廓模型的評估方法，更包含： 當运擇该新數值時，顯示一新輪廓模型。 5·如申請專利範圍第1項之輪廓模型的評估方法，更包人： 對於具有一數值範圍的每一輪廓參數，顯該 I 擇的該數值。 π稀称數之进 17 200811413 6.如= 範圍第1項之輪摩模型的評估方法，更包人. 對於具有-數值範_每—輪廓參數，顯示圍。 7·如申請專利範圍第丨項之輪廓模 值分析技術產生該模擬繞射信號。 f估方法，其中使用一數 ‘機 8·如申請專利範圍第1項 器學習系統產生該模擬繞射碰的#估方法，其中使用 更包含： 特徵化的該輪廓參數而 產生一假定輪廓組； .使用該假定輪廓組產生一模擬繞 將該假定輪廓缺雜_雜驗^在^式庫中。 10.如申請專利範圍第J項之 使用該輪廓翻產生-第-蚊輪，更包含： 獲得：量_:5|生—弟―模擬繞射信號； 信號與該量測的繞射信號比對； 不匹信號在-匹配準則内 參數而產生-第二假定輪廓f辟輪純型倾特徵化的該輪廓 使用該弟—假定輪產盖法_ ^ 將該第二模擬繞及. 腦可輕雜制，翻令用以 型，該電腦可讀取記錄==^^冓予以特徵化的-輪廓模 18 200811413 a)顯示一輪廓參數組，該輪廓參數組將該輪 ，备一給虛炎勃I右JL一獻估鉉囹： $ 、 于以特徵 化’每一輪廓參數具有其一數值範圍；· b) 對於具有一數值範圍的每一輪廓參數，顯 範圍内選擇其一數值的一調整工具； ^ c) 顯示一量測的繞射信號，其中使用一光段旦 量測的繞射信號；及 予里/、工具 不用以在該數值 量測該 d)顯示一模擬繞射信號，其中根據該輪廓參 ^ 擬繞射信號，該輪廓參數值係使用其調整工具而、琴 產生該模 該模擬繞射信號與該量測的繞射信號重疊。 廷’且其中將 12·如申請專利範圍第u項之包含電腦可執 記錄媒體，更包含下列指令： 曰7的兔細可讀取 量測的繞射信號重疊 當使用一輪廓參數之調整工具選擇該輪靡灸 ，值ϋ產生該新模擬繞射信號，其中將該新模擬 專圍第12項之包含電腦可執行指令的 吕己錄媒體，更包含下列指令： 幻 當選擇該新數值時，顯示一新輪廓模型。 14·如申請專利範圍第η奴包含電 入 記錄媒體，更包含下列指令： 巩，丁知々的 對於具有一數值範圍的每一輪廓參數 擇的該數值。· ^ 電腦可讀取 電腦可讀取 廓參數之選 15·如申請專纖圍第η項之包含 執 記錄媒體，更包含下列指令〕 」轨订和令的電腦可讀取 對於具有-數絲®的每—輪廓麵 〆負不該數值範圍。 19 200811413 16·如申請專利範圍第11項之包含電腦可勃f 記錄媒體，更包含下列指令：執仃指令的電腦可讀取 藉由改變一或更多將該輪廓模型予以牲外 產生-假定輪雜； m雜的該麵參數而 使用該假定輪廓組產生一模擬繞射信號組；及 將該假定輪廓組及該模擬繞射信號纟且锉左二 啼仔在一程式庫中。 17·如申請專利範圍第11項之包含電腦可執八 記錄媒體，更包含下列指令： 曰7的黾腦可讀取 使用該輪廓模型產生一第一假定輪廓； =該^蚊麵產生—第—模擬繞射 獲付一置測的繞射信號； 一 Ϊ擬繞射信雜該量_繞射信號比對； 不匹配時，蕻由哺敕斗s ：； 〗的、兀射仏就在—匹配準則内 ·由碰—或更多將該輪 了 = 茶數而產生一第二假定輪廓； 主丁乂知徵化的该輪廓 定輪^生一第二模擬繞射信號；及 、X —杈擬繞射信號與該量測的繞射信號比對。 ，雜賴嶋_光學量測 -顯示單元t’該系統包含： 至該顯示單元，並用以： 輪廓模型予元^上顯示一輪廓參數組’該輪摩參數組將該 b)對於星右一*母―輪廓茶數具有其一數值範園； 顯示用以在該數範_每—輪廓參數，在該顯示單元上 。)在該顯示!園内f擇其-數值的-調整工具； 、、y、早70上顯示一量測的繞射信號，其中使用一光 20 200811413 學里測工具量測該量測的繞射信號；及 . d)在該顯示單元上顯示一模擬繞射信號，其中根據該輪廓 苓，值以產生該模擬繞射信號，該輪廓參數值係使用其調整工具 而廷擇，且其中將該模擬繞射信號與該量測的繞射信號重疊。 其中該 ^^申^專利範圍第18項之用以評估輪雜型的系統， 時，ίίί-—。輪-轉數之觀工具卿該輪齡鼓—新數值 模繞射信號，且其中將該新 輪廓模型的系統，其中該 器用以： 專利範圍第18項之用以評估 顯示單元上顯 讀輪摩參數ϋίΐίί母―麵參數，在該 % 、圖式 21