TWI375289B - Weighting function to enhance measured diffraction signals in optical metrology - Google Patents

Description

^375289 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本申明案係關於光學量測，特別關定羞 光學量測中所使用之量取繞42湖於疋義力口權函數以增強 【先前技街】 所甚測係關於將入射光束導向至晶圓上之特徵部八旦 繞射信號以及分析量取繞射信號，藉^c 眾夕特性。於半導體之製造過針 =徵。ρ刀之 言，於半導體晶31上之料體晶==== 性光栅之輪廓，可評估用以形成週期 的半導體“之製造程序的品質 ‘_於週期性光栅 旦取素’里取之繞射信號可能相當微弱。舉例而言，

里田之％射佗唬可能含有與用以取得量取繞射作 欲置測之特徵部分相關之雜訊H 學量測程序之準確度。 到里取號將降低光 【發明内容】 中所5用實施例中，係取得—加權函數以增強光學量測 中所使用之魏繞射健。為取得上述加權 量 取繞射信號。而量取制·信麟_ 位力置著根據存在於量取繞射信雜:=第 以量取繞射Ϊ號之準確度定義-第二加權函數。 二ί -:第=之敏感ΐ疋義一第三加權函數。最後根據第 第，、第二加權函數中之-個或多個定義一第四加權函數。 【實施方式】 5 1375289 以下之說明將提出眾多特定之組態、參 =敘述非為限制本發明之範圍，而係針對例:性;;=行 • 1.光學量測 . …請參照圖1所示，光學量測系統100可用以檢驗盘分析晶圓 ' =舉綱言，光學量辦統⑽可肋判_杰 . =曰®104上之週期性細脱之輪廓。如上所述，性忑 102可形成於晶圓104上之測試區域中，例如與—形於 上之裝置相鄰。週期性光柵102亦可形成 ;曰曰 #置運作之區域中，或沿著晶圓線 不影響該裝 1貝㈣⑴之測先裝置〇週期性光拇1〇2由來自於 夕 射光束108加以照射。於本例示性之實施例中，入井、 以相對於週期性光柵102之垂直之g之 0 、先束108係 (光束⑽之平面與週期性光栅搬Ϊ週 之角冬）導向至週期性光柵1〇2上。繞射光 ° 0’斤央 直之《之角度化離開，並由偵測器112所接收、二目 便將繞射光束110轉換為量取繞射传號。 者偵勒112 處理尚包含一 Ϊ 用資料庫或運用迴歸之光學= 輪廊。此外，其他線性或非線性之輪軸二:= 2.運用資料庫之光學量測程序 於運用資料庫之_量測程序中，量取缓射信號係與模擬繞 6 1375289 皆與ί徵cnt量；j ’資料庫—之各個模擬繞射信號 庫，口;繞，號與資料 之光學量測模型‘表特=，相配狀模擬繞射信號相關連 射信號及/或f ί便，相配對之模擬繞 請再參日，】所干否雜魏_造特徵部分。 綽射作缺你者田J!、於一例不性之實施例中，於取得一量取 二中°之^’^=114 f著將量取繞射信號與儲存於資料庫 信號皆可與資料庫116中之各個模擬繞射 料庫η㈣之因此，當量取繞射信號與資 配對之模擬繞射产於相關、=2中之相配對時，便可推定與相 川2之實H 關連之光學量測模型即代表週期性光栅

〜只丨不刊9/^ 〇 描繪 *2;:輪:;2==光柵102之輪廓進行特性 舉例過/可稱為參數化。 盘宽度之於鼓m 情假讀、_具有分別定義其高度 "r,；1 ^ ：r,,, 測模型200中所使用之輪廓參數之數斤方式 與特徵進行特性描緣。舉例而言，如圖2B中^ 可包含分別㈣其高度、底部寬度與‘以 wl與W2。請注意，光學量賴型之寬 1 度^、 2Β t，^P^wl ^ w25 f由改變光學量測模型中所使用之輪廓參二f子里^^組可 吕，請參照圖2B所示，藉由改變輪廊參數M、^與 7 1375289 f具有不同外型與尺寸之光學量測模型。請注意，輪廓參數之其 、其一或其全體皆可相應於彼此而改變。

請再參巧圖丨所示，儲存於資料庫116中之光學量測模型組 :繞號組巾之光學量難型與相對應之機繞射信號的 奋=(即^料庫116之辨識率及/或範圍）於某種程度上視輪廊 π紙組之範圍以及輪廓參數紐之變化量面定。於一例示性之實施 ^存於資料庫116中之光學量測模型以及模擬繞射信號‘ 二自一貝際特徵部分取得量取繞射信號之前產生。因此，可根據 特徵部分製造程序之熟悉度以及變化量的可能範圍選擇產生 =庫116時所使用之範圍與變化量（即範圍與辨識率）。資料庫 116之靶圍及/或辨識率亦可根據實證量測而加以選擇，例如根據 利用原子力顯微鏡（AFM，Atomic Force Microscope )、橫截掃描式 (X-SEM, Cross-sectional ScannmgE^

Microscope)以及其他相類似之方法所取得之數據等。 如欲獲得關於上述運職料庫之程序之更詳細說明，請參閱 =2001年7月16日提出申請之美國第_〇7，佩號專利申請案， 电明名稱為「週雛光柵繞射錢之:諸庫之產生」，該申請案 之整體内容併入本發明中參照之。 ’、 3·運用迴歸之光學量測程序 學量測程序中，量取繞射信號係與一模擬繞 =進行比較。該模擬繞射信號係於進 ϊ :光學量測模型之—組輪廓參數（即試驗輪磨參 數）而產生。右里取繞射信號與模擬繞射信號並不相配對 取繞射信雜模減射雜之其巾之_的差異 定或配對之標準内時，則利用另—個光學量測模 ^數產生另-麵減射錢，接著將量取_信鮮新產2之 Ϊ擬當量取繞射信號與模擬繞射信號相配 繞射信號之其中之—的差異位於預先 政疋或配對之標準内時，則狀與相配對之模擬繞射信號相關連 8 1375289 型即代表實際之特徵部分。接著便可利用相配對之 射錢及/或光學量賴斷是否有依據規格製造特徵 口P分0 因此，叫再參如、圖丨所示，於一例示性之實施例中處理模 一光學量測模型產生—模擬繞射信號，接著並將量 ，猊耵與模擬繞射信號進行比較0如上所述，若量取繞射传 擬繞，號並不相配對，或量取繞射信號與模擬繞射^虎 if ^異並非位於i先設定或配對之標準内，則處理 ΐ個光學量測模型產生另―個模擬繞射信 施例中，後續產生之模擬繞射信號可利用最 佳’异法產生，例如包含難退火法（simulatedannealing)等 之正體最佳彳b技術狀包含最陡坡降演算法（steepest descent algorithm )等之局部最佳化技術。 於—泰性之實蘭巾，可賴織射錄與絲量測模型 儲存於貧料庫116 (即一動態資料庫）中。儲存於資料庫ιΐ6中t ^擬繞射㈣與光學量·型可於其後用以與量取齡信號相配 對0 如欲獲得關於上述運用迴歸之程序之更詳細說 肅年8月6日提出申請之美國第_23,578，號專利申^閱^ 明名稱為「猎由-運用迴歸之資料庫之產生程序而動習之^ 法與系統」，該案於2004年8月3i日已獲核發美國第^ 7 I 號專利，該專利案之整體内容併入本發明中參照之。，，， 4.嚴格耦合波分析（RCWA，Rigorous c〇upled Wave Analysis 如上所述’產生模擬繞射信號個以與量取繞射沖 較。於一例示性之實施例中，可藉由運用馬克士威爾方程° (MaxWeirsequations)的方式產生模擬繞射信號，其二> 數值分析技術解出，包含嚴格耦合波分析技術。如欲 二

合波分析》之更詳細之說明，請參閱於2001年又J 申請之美國第G9/77_7,號專财請案，發明名稱為「針對= 9 1375289 嚴格耦合波分析之内層計算之高速存取」，該案於2〇〇5年5月ι〇 曰已獲核發美國第6,891,626號專利，該專利案之整體内容併入太 發明中參照之。 5.機器學習系統 於一例示性之實施例中，可藉由使用機器學習演算法之 學習系統產生模擬繞射信號，該機器學習演算法如倒傳遞° (baCk-propagati〇n )、徑向基函數（radial⑻匕、支援 向量（siipportvector)、核心迴歸（kemdregressi〇n)等 得機器學習純與演算法之更詳細之說明，請參閱由&職& Haykm所著’ prenticeHall出版社於1999年出版之「神經 (Neural Networks) —書。亦可參閱於2〇〇3年6月27曰 請之美國第10/608,300,號專利申請案，發明名稱為「利 I糸統之針對形成於半導體晶圓上之結構之光學量測^主 案之整體内容併入本發明中參照之。 °^曱°月 6·加權函數 之測^^如上所述’具有光源_與偵測器出 號。然由於某些因素，量取繞射作沪 取％射仏 學量測程序之準確度。就了月匕相，此將降低光 量取生ί實施例中，定義了一個加權函數以增強 ^取、％射彳5唬。其中，1取繞射信號係自欲檢驗之 得。上述加權函數盘晉敌植彳·> % if· 5。卩刀所取 號。接ΐ繞域相乘可產生—增強量取繞射戶 號接者執強篁取繞射信號可用於光 : 量測程序之準確度。 π予里判权序中以如咼光學

>於一例示性之實施例中，係根據利用 U iU二定f:權函數。該雜‘可能與用以:得 電子儀器:該雜與=====之=儀器與 所造成之光_漂自（fesistbleaehing) 例如該光源 —加權函數首先if本例示性之實施例中，欲根據雜訊定義 之化取繞射信號可預先利用測光裳置自一晶圓上 可不位。請注4 ’用以取得該組量取繞射信號之位置 白ΊΒ旦兩3特徵部分所處之晶圓上，而位於不同之晶圓上。 輪射信號可計算出一平均量取繞射信號。面雜訊 圖ί中所ίί置取繞射信號與該平均量取繞射信號間之差異。 然應ί解ΐ廊302係自五十個量取繞射信號計算而得。 由^雜警fit胁何數目之量取繞射信號產生雜訊輪廓。而 體^關‘ 係產自量取繞射信號’故雜訊輪廊302已將硬 相關雜與特徵部分_雜訊納入考量。 跡（=彳輪f^02後’可根據雜訊輪廊302定義一雜訊包 ;3〇ΓΓΓΙΪρ=3ϋ4。於本例示性之實施例中，係利用雜訊輪 者，雜訊包跡^4 ί曲線平滑化技術定義雜訊包跡3〇4。然需瞭解 考=包跡304可_多種數值技術加以定義。 由佟改而姦4 方式疋義一加權函數wb。而加權函數wb可經 ==，_數。舉例而言，可藉由比例縮放以及 截取加權函數wb的方式產生加權函數wc。 社:主:使ί Λ里減少，並提高了雜訊輪廟502之一致性。然 哨注思，加權函數wc並不合 … 會減==域，^能 繞麵去除所數係經修改而自量取 射信號。此外，加權函數過度減弱量取繞 除量。裹你丨而一 | ^ j ^改以扠计置取繞射信號之雜訊去 ’、 5 ’加權函數可經修改而使量取繞射信號之-部分 之雜訊去除量較他部分為少。 數。其ί特根據f量之準確度定義加權函 測光裝置自-參照晶圓上^ϋ取f量，f說可預先利用 於不同之晶圓上=舉獅言，圖33分^之晶圓上，而位 r取得之辦咖6G2 模擬位置取得-可藉由多種例如嚴格輕合波分析等^之處。如上所述’ 錯誤例施2以艮據量取與模擬繞射信號產生-中所示之量取二繞其係《圖6 接著 4。 了一加權函數Wa，1係_由反棘二 牛例而5，圖8顯示 瞭解者，勤祕定義。需 加以檢驗之結構:is法已以=巧變μ 其相類者之變異量的情形下，取得生質及 一如以下將予以詳述者，於本例示性射信號。 信號。根據轉換之繞射信號與量取燒射口;轉=射 1375289 Ϊ比Ϊ別是該加權函數可定義為轉換之繞難號與量取繞射信號 複數個加權η】換2射信號與量取繞射信號可定義 1〇顯示了圖9顯示了一組量取繞射信號。圖 兩於該組量取繞ίη將一或多個必要變數施 決定之Λ ifi9中所示之該組量取燒射鴻所 二=斤示之該加權函數係圖= 值。此Ϊ圖Γι射 =虎/'圖情示之該組量取繞射信號之比 繞射信號之其中之ΐ圖之9任中H函f為圖10中所示之轉換之 一之比值，補量取繞信號之其中之 繞射信號。 職就係用以產生圖10中所示之該轉換之 n述’多變量分析可用以針對該組量 要變數。特別是，可藉由實際之測量自^ ^虎。此外，亦可!^在晶圓上職 = 模擬而取得-_擬繞射錢。 。稱之h粒序進订 該組量取或模賴射錢可藉由f f =产其序參數，該組量取或模擬繞 強又，、係為波長之函數的形式。舉例而言，矩陣尤中之久丨 一程序參數t一特定變異量之一繞射信號（光強度相對 矩陣Z中之―列係對應於該程序參數中不同變 二Γ射號。矩陣I中之各行則對應於繞射信號_之— 寺疋波長。從而，由該組量取或模擬繞射信號 =而言，其^為測量之數量， 曾统示=實補中’可針對該組t取細_射信號計 #，，先5十貝科。舉例而言，可視需要對矩陣χ中所儲存之資料進行 13 1 丄75289 中（mean_Centered)及/或正規化（no_ized)。將儲存 中之f料置中化係指計算該行中分項之入值，& 自各刀項減去該平均值。此外，可利用一行中之 j新。如欲獲得更詳細之制，請參_細19 I°/66G，697,號專利申縣，發明名稱為「利用適 處理糸統之方法與系統」，該中請案之整體内 陣之該行中之資料加以正規化。再者，隨著新:ί取或 ΐΐ::射信巧ir欠取得，可將置中化及/或正規化之係數加 可省略計算 啡應用中: 性之實施财，係多變量分析_程序參數之 ί^ίίΞ取ί模擬繞射信號之改變的影響程度。舉例而言判 ^受多賴雜峨血麵時，矩陣 於-例雜之實蘭巾，雜2主齡分析（pca pr

Cl)

X=tp7+E 負

荷矩ί Γ為—ΐΐ矩陣（m x p)，其匯總i變數，而〒為 ^11 x P，”中P小於或等於n)，其顯示變數之影塑。冑 變量分析均可加吨行，例如駐絲G ^yS1S)、交又關連分析（咖 _1‘η 相類之分析方法 （ear叩Proximatumanalysis)以及其他 量的方可藉虫包含尤之共變數矩陣之特徵向 里的方式表不，其中共變數矩陣可表示為： 14 (2) (2) (3) = UAU： 而特徵向量作為行， 徵值。 3對應於者對練之各特徵向量的特 錯誤矩陣)，可V到S以):(針對-p等於n之全矩陣;即無 P=u (4) 且 (5) —r—— 了 Γ = Λ 處於每一:特徵值均代表於11度空間中， 此，最大二二二之方向之1取或模擬繞射信號的變異。因 大變異，而最,;、之特二取或模擬繞射信號中之最 異。就定A衫，擬魏钱巾之最小變 二大之特_係對應於處於相;=二,::二1)，因此’第 擬繞射錢之第二大變之方向之量取或模 垂直。 文/、而该方向係與第一特徵向量之方向相 產生-或多個利用多變量分析所 跟、特徵向里作為一或多個必要變數。而其後可利用 15 1375289 要變數對新取得之量取繞射信號進行轉換以產 投影至負』:陣嘗後’藉由將新的量取繞射信號 射信號）的方ΐ，組）义產生一組評分（如轉換之繞 轉換之繞射信號。用負何矩陣尸將新的量取繞射信號轉換為 生負荷矩陣？。於另===向I (或主成分）（n)均用以產 ㈤用以產生負附;，*量（或主成分) 8.0，模型之商用軟體如MATLAB或SIMCA-P 用者簡介： 年9月）。如欲獲得關=ΑΒΤ版侧 年2月7曰提出申請之美國斷第 =「_多變量分析轉換來自於半導體處明名 該申請案之整體内容併入本發明中處理糸奴調資料」， -最之初始加權函數定義 一作為最終加權函C亦函數之其中之 以定義最終加權函數。σ —個或一個以上之初始加權函數 舉例而言，可利用焦點曝光晶 驗)取得晶圓内關鍵 曰® ^ 寸之焦點曝光矩陣分析的執行^異顯不判斷中間關鍵尺 示利用加權函數wa之焦點曝光加，函數。圖13顯 利用加權函數wc之焦點曝光^ ^ 結果。圖Μ顯示 與〗”所示，判斷關鍵尺===果。如圖12、13 權函數WC對於焦點與劑量之 16 1375289 改變較為敏感。 因此，根據上述之趨勢分析，於本範例中 而非加權函數wa。需瞭解者，於不同 門擇加權函數wc 可將多種使用者之需求駄考^舉例而行選擇時， =接受較差之敏感度，某些使用者可能選擇加權函H準而確^ 雖已詳細說明眾多例示性之實施例，缺仍 精神及/或麟之情形下對本發明作多種修改。因脫j明之 限於圖式與上述說明中所示之特定態樣。 因此，本發明不 【圖式簡單說明】 圖1顯示一例示性之光學量測系 圖2A至2E顯示-結構之多種光學量測模型； 圖3顯不一例不性之雜訊輪廓； 圖4顯示例示性之加權函數； 圖5顯示另一例示性之雜訊輪廓； 號；圖6顯卜例雜之量取繞職號與—例雜之模擬繞射信 圖7顯示一例示性之錯誤輪廓； 圖8顯示一例示性之加權函數； 圖9顯示一組量取繞射信號； 圖10顯示一組轉換之繞射信號； 取繞===示之魏之_賴® 9中所示之量 結果圖12、13與14顯示例示性之焦點曝光晶圓（FEM)分析之 元件符號說明： 100 光學量測系統 17 1375289 102 週期性光柵 104 晶 0 106 光源 108 入射光束 110 繞射光束 112 偵測器 114 處理模組 116 資料庫 200 光學量測模型 302 雜訊輪廓 304 雜訊包跡 502 雜訊輪廓 602 量取繞射信號 604 模擬繞射信號 702 錯誤輪廓 704 錯誤包跡

Claims (1)

1. 、申請專利範圍： 1. 一 =得；增強光學量測中所使用之量取緩射信號 之方法，該方法包含： 一量取繞射信號，其中該量取繞射信號係利用 裝置1自一晶圓上之一位置所量取； 根據存在於該量取繞射信號中之雜訊定義一第—知姆 數 測光 該f取繞射信號之準確度定義-第二加權函數； 取繞ΐ信號之敏感蚊義—第三加權函數:以及 第四加、弟二與第三加權函數中之一個或多姻定義一 H °月專μ範圍第1項之取得’加權函數以增強光學量測中所 量取_信號之方法，其中該取得—量取繞射信號之步 測光，置自該日取繞射信號係利用該 3. 第2項之取得一加權函數以增強光學量測中所 驟包含 信號之方法，其中該取得一第一加權函數之步 j該組量取_錢產生一雜鳩廓（noiseprofile); 該雜訊輪廓定義-雜訊包跡（noise envelope);以及 ，據該雜訊包跡定義該第一加權函數。 Lri利範圍第3項之取得—加權函數以增強光學量測中所 驟包含置取繞射信號之方法，其中該定義該第一加權函數之步 =一，始加權函數定義為該雜訊包跡之反轉；以及 ^改該初始加權函數以定義該第一加權函數。 19 1 〇田^利|&圍第4項之取得—加權函數以增強光學量測中所 2 置取繞射信號之方法，其巾該修改該初始加權函數之步 驟包含： 比例縮放該初始加權函數；以及 截取該初始加權函數❶ 6.如申請專利範圍第3項之 使用之量取繞射信號之^件二權=以增強光^測中所 含： ，、中该產生一雜訊輪廓之步驟包 汁算該組量取繞射 7. 計算該組量取句量取繞射信號；以及 取繞射信號之差里，取繞射信號與該平均量 平均量取繞射^號。雜訊麵係計算所得之差異除以該 ==:;;=得::權函數以增強光學量測中所 8.如申請專利範圍第7項:二中J晶圓為-參照晶圓。 使用之量取繞射信號之方法量測中所 9·如申請專利範圍第 2中j參照日日0包含-稞石夕層。 使用之量取繞射信號之方法權函數以增強光學量測中所 驟包含： a ，、中邊取得一第二加權函數之步 ΐ上之該位置相對應之模擬繞射信號； 取繞射信號與該模擬繞射信號； 錯誤輪摩(==3與該模擬繞射信號之比較結果定義一 廊定義一錯誤包跡（e贿咖咖），·以及 f據4錯純歧A郷二加權函數。 〇.二以;:°權函數以增強綱測中所 錯誤包跡之反轉’/、中該第二加權函數係定義為該 11·如申請專利範圍第丨項之 使用之餘繞射錢之方法，更^祕叫料學里測中所 取得一組量取或模擬繞射信號； 定-或多針3取得之該組量取或模擬繞射信號決 為一必口;;=之該量取繞射信號轉換 射信號與該量取繞射信號而定義。σ函數係根據該轉換之繞 12. 如申請專利範圍第uρ 一 所使用之量取繞射錢1^數义鮮光學量測中 之繞射信號與該量取繞射作號之第二加權函數係該轉換 13. 如申請專利範圍第1項二$ 一，3。 使用之量取繞射信號之方法Γ更包函數以增強光學量測中所 利用該第-、第二與第 1 該第四加權函數係根據該趨勢分趨勢分析，其中 14·如申請專利範圍第13項之— Λ π 所使用之量取繞射信號之方法，^以^光學量測中 包含： ，、中β玄執仃一趨勢分析之步驟 wafer^；：^^ (f〇~ 變異利用該第—加權函數取得焦點曝光晶圓之晶圓内關鍵尺寸 變異利^第三加權函數取得焦點曝光晶圓之晶圓内關鍵尺寸 比較利用該第-、第二與第 晶圓之晶__尺寸變里之社果。催㈣所取付之焦點曝光 15.如申請專利範圍第13項之取得二 =之量權錢娜，射 圓 之晶==力數取得具有氮氧化術焦點曝光晶圓 利用該第二加權函數取得具有氮氧化石夕層之焦點曝光