TWI621826B - 量測方法及系統 - Google Patents

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TWI621826B
TWI621826B TW103123691A TW103123691A TWI621826B TW I621826 B TWI621826 B TW I621826B TW 103123691 A TW103123691 A TW 103123691A TW 103123691 A TW103123691 A TW 103123691A TW I621826 B TWI621826 B TW I621826B
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Abstract

本發明提供方法及演算法以及針對相對於一量測系統之光軸之光圈之未對準之新計量。方法包括使用藉由使相對於一週期性結構之疊對量測計算之一疊對變動量度最小化而導出之(諸)修正項將(諸)光圈對準至一散射量測工具之一光軸。此等方法得到高敏感度未對準計量，其可在校正步驟中或在作業中用於對準系統之光圈且實現歸因於所得提高之對準準確度而減小目標大小。

Description

量測方法及系統 [相關申請案]
本申請案主張2013年7月9日申請之美國臨時專利申請案第61/844,271號之權利，其全文以引用的方式併入本文中。
本發明係關於散射量測之領域且更特定言之係關於散射量測工具中之光圈對準。
依賴散射量測之各種的疊對量測技術要求輻射點在疊對工具之光圈內對準。未對準導致信號中之一對稱中斷，其從而導致一疊對誤差，其取決於系統參數(如波長、照明數值光圈、照明變跡(apodization)、大小、形狀及場光闌(field stop)之變跡)及目標參數(如晶圓反射率、目標大小及疊對目標之外部之結構)。此誤差可為甚大的且可能危害量測之準確度及其可重複性。具體言之，由於此誤差係歸因於系統未對準，故其可被視為工具引致的移位，其至少在疊對散射量測情況中係需自上文嚴格約束之重要性能參數之一。
本發明之一態樣提供一種方法，其包括使用藉由使相對於一週期性結構之疊對量測計算之一疊對變動量度最小化而導出之至少一修正項將至少一光圈對準至一散射量測工具之一光軸。
本發明之此等、進一步及/或其他態樣及/或優點闡述在下文詳細描述中；可能可從詳細描述中推斷；及/或可藉由本發明之實踐學 習。
200‧‧‧方法
210‧‧‧步驟
215‧‧‧步驟
220‧‧‧步驟
222‧‧‧步驟
225‧‧‧步驟
227‧‧‧步驟
228‧‧‧步驟
230‧‧‧步驟
232‧‧‧步驟
235‧‧‧步驟
236‧‧‧步驟
237‧‧‧步驟
238‧‧‧步驟
240‧‧‧步驟
250‧‧‧步驟
255‧‧‧步驟
為了更清楚地瞭解本發明之實施例及為了展示其可如何實施，現將單純藉由實例參考附圖，其中全文中相同數字指示相應元件或區段。
在附圖中：
圖1A、圖1B及圖2A、圖2B係繪示根據本發明之一些實施例之疊對變動量度之最小化之例示性模擬結果。
圖3係繪示根據本發明之一些實施例之一光圈對準方法之一高階流程圖。
現詳細地具體參考圖式，應強調的是所示之細節係舉例而言且僅為了闡釋性討論本發明之較佳實施例之目的，且係為了據信係本發明之原理及概念態樣之最有用及最易理解之描述之緣由而提出。在此方面，不試圖展示比本發明之基本瞭解所需更詳細之本發明之結構細節，其中結合圖式進行之描述使熟習此項技術者瞭解可如何在實踐中具體體現本發明之數種形式。
在詳細說明本發明之至少一實施例之前，因理解本發明之應用不限於下文描述中闡述或圖式中所示之構造細節及組件配置。本發明適用於其他實施例或可以各種方式實踐或執行。此外，應瞭解本文中採用之措辭及術語係用於描述之目的且不得被視為限制。
提供方法及演算法以及針對相對於一量測系統之光軸之光圈之未對準之新計量。方法包括使用藉由使相對於一週期性結構之疊對量測計算之一疊對變動量度最小化而導出之(諸)修正項將(諸)光圈對準至一散射量測工具之一光軸。此等方法得到高敏感性未對準計量，其可在校正步驟中或在作業中用於對準系統之光圈且實現歸因於所得提 高之對準準確度減小目標大小。
所揭示之發明使用散射量測疊對信號實現被放置在一光學量測工具中之光圈之對準且提供包含在非疊對特徵(諸如臨界尺寸(CD)等)之量測中之準確光圈對準。所揭示之發明優於用於校正光圈至光軸對準之當前基於解析度之方法，其更麻煩且耗時。所揭示方法(包含對準演算法、對準計量及電腦程式產品及模組中之各自實施方案)在應用上更簡單及快速且提供必要的非常高的準確度位準，其可在晶圓坐標中達到幾奈米或數十奈米。藉由使用對光圈未對準非常敏感之光瞳信號在所揭示發明中達成高準確度位準。
所揭示方法適用於所有類型之散射量測疊對(SCOL)技術，包含但不限於依賴一階繞射信號內之強度、零階繞射信號內之強度以及針對如並列技術之相移干涉量測之技術。
在下文中，應注意，如本申請案中使用之術語「光圈」指光學量測系統中之任何光圈，其可被放置在光學系統之視平面(如一聚光場光闌或一照明場光闌)及/或光瞳平面(如一光瞳光圈)上或其附近。
下文求導用於達成用於使用藉由使相對於一週期性結構之疊對量測之一疊對變動量度最小化而導出之一修正項將至少一光圈對準至一散射量測工具之一光軸之方法。
假設每個光瞳像素疊對(OVL)量測對未對準誤差之相關性如下(等式1)。
其中矢量係未對準矢量，係對應於一特定光瞳點之波矢量且矢量係對未對準之疊對線性回應。如項O(d 2)所示，等式1適用於未對準矢量中之領頭階。將目標之疊對設定為零移除項OVL real。重要的是，取決於波長、晶圓反射率之細節、光瞳點及目標設計。例如，吾人可展示對於X方向上之光柵，其量測X方向上之疊對，等式2 適用：A x >>A y 。 等式2
事實上，模擬顯示Ax與Ay之間之比率可容易地達成數階量值。
使用等式1，發明人已發現OVL3S所示之每個光瞳像素疊對波長(3σ)之加權平均遵從等式3：
其中波浪符~被定義為兩點函數，其中括號表示光瞳平均。重要的是，評估OVL3S無需對疊對本身之任何事先了解且可在作業時且非常快速地完成。
基於此分析，所揭示之對準方法包括準確量測未對準d x ，例如應用下列步驟：(i)執行一校正目標之數個SCOL量測，該校正目標具有零疊對(例如，單個光柵)；(ii)改變量測之間之未對準及(iii)計算針對各量測之OVL及OVL3S。隨後，使用資料擬合，可產生此等函數之分析估計。
估計之OVL3S函數可被最小化以獲得值之估計，其使OVL3S 最小化。由於A x ≫A y ，此「未對準」值遵從，且對應於光圈系統內之輻射點之居中位置。因此被選擇作為用於對準各自光圈之修正項且可用於將光圈系統對準至光學系統。
在特定實施例中，此程序可應用於具有一非零疊對之目標，例如常規散射量測目標且不一定係校正目標。具有零疊對。目標之疊對隨後可使用等式1作為OVL real從所量測之疊對中減去。
所計算之未對準d(例如，dx)可用於導出(諸)修正項，其定義(諸)光圈再調整值。
圖1A、圖1B及圖2A、圖2B係繪示根據本發明之一些實施例之疊對變動量度之最小化之例示性模擬結果。圖1A、圖2A描繪來自一階 SCOL之一硬邊緣正方形聚光場光闌(CFS)之加權平均OVL3S對未對準矢量dx之x坐標，而圖1B、圖2B描繪相同者之加權平均OVL3S對未對準矢量dy之y坐標。圖1A、圖1B針對作為底層之矽模擬而圖2A、圖2B針對作為底層之圖案化金屬模擬。在兩種情況中，目標係沿著x軸呈週期性之一週期性結構。
圖1A、圖2A繪示加權平均OVL3S值之明確最小值，其指示有關未對準dx之修正項。圖1B、圖2B繪示加權平均OVL3S值之明確最小值，其指示有關未對準dy之修正項。OVL3S沿著x軸且非沿著y軸之波動由沿著x軸之週期性結構之週期性導致。但是，在兩種情況中，最小值被明確定義且可用作光圈對準之修正項。
圖3係繪示根據本發明之一些實施例之一方法200之一高階流程圖。方法200可至少部分由至少一處理器實施，且方法200之步驟可在各自電腦程式產品中實施，其包括具有結合其具體實現且經組態以執行其各自步驟或部分之電腦可讀程式之一電腦可讀儲存媒體。
方法200可包括使用藉由使從一週期性結構之疊對量測計算之一疊對變動量度最小化(步驟220)而導出(步驟215)之一修正項將至少一光圈對準至一散射量測工具之一光軸(步驟210)。在特定實施例中，疊對量測可在週期性結構之至少一對稱軸中執行，例如沿著及/或跨週期性結構(步驟225)。週期性結構可被設計在一單個層中且缺少一疊對(步驟227)以將等式1之項OVL real設定為零。
疊對變動量度可相對於一光瞳平面計算(步驟230)，例如，相對於光瞳平面內之疊對量測之加權平均值(步驟235)。疊對變動量度可與疊對量測之標準差成比例，例如被設定為3σ(步驟237)。
光圈對準可在一校正步驟中及/或在作業中執行(步驟240)且任何求導215、最小化220及計算230可至少部分使用一處理器執行(步驟250)。對準程序可以任何方式(例如，實施在硬體及/或軟體中或整合 在現有模組內之一特定模組)整合在量測工具中(步驟255)。特殊目標及週期性結構可經設計以最佳化對準量測。
方法200可例如包括執行具有零疊對之一對準目標之數個散射量測(步驟222)；改變量測之間之未對準(步驟228)；計算各量測之OVL及OVL3S(步驟232)；使用資料擬合產生疊對變動量度之分析估計(步驟236)及使估計的OVL3S函數最小化以計算未對準(步驟238)。
在特定實施例中，實施方案可在一電腦程式產品中執行，其包括一電腦可讀存儲媒體，其具有結合其具體體現且經組態以導出一修正項之電腦可讀程式，該修正項用於藉由使從一週期性結構之疊對量測計算之一疊對變動量度最小化而將至少一光圈對準至一散射量測工具之一光軸。電腦可讀程式可經組態以執行上列步驟之任何部分。
有利地，所揭示發明顯著增大量測光圈至一光學量測系統中之光軸之未對準之準確度且顯著減小疊對量測之未對準敏感度。相對於光瞳平面執行量測及分析改良未對準校正之穩健性且因此允許釋放有關光圈對準之準確度及可重複性之嚴格規格。最後，所揭示發明實現結合非常小的目標實踐疊對量測，而不管對此等目標藉由先前技術引入量測之未對準誤差之增大的敏感度。
在上文描述中，一實施例係本發明之一實例或實施方案。「一項實施例」、「一實施例」、「特定實施例」或「一些實施例」之各種表象不一定皆指相同實施例。
雖然本發明之各種特徵可在一單項實施例之背景中描述，但是特徵亦可單獨或以任何適當組合提供。相反地，雖然為簡明起見，本發明可在不同實施例之背景中描述，但是本發明亦可實施在單項實施例中。
本發明之特定實施例可包含來自上文揭示之不同實施例之特徵且特定實施例可併入來自上文揭示之其他實施例之元件。在特定實施 例之背景中之本發明之元件之揭示不被視為限制其單單用在特定實施例中。
此外，應瞭解本發明可以各種方式執行或實踐，且本發明可在不同於上文描述中概述之實施例之特定實施例中實施。
本發明不限於該等圖或對應之描述。例如，流程無需移動穿過各所繪示之框或狀態或以如所示及描述之完全相同順序移動。
本文中使用之技術及科學術語之含義應已由本發明所屬領域之技術人員普遍瞭解，除非另有定義。
雖然已參考有限數量之實施例描述本發明，但是此等不得被解釋為限制本發明之範疇，而是作為一些較佳實施例之例示。其他可能變動、修改及應用亦在本發明之範疇內。因此，本發明之範疇不應受限於目前為止已描述之內容，而是受限於隨附申請專利範圍及其合法等效物。

Claims (28)

  1. 一種量測方法，其包括：將位於一散射量測工具之一光圈平面處之一光圈移動(translate)至該光圈平面內之複數個光圈位置；藉由該散射量測工具以在該複數個光圈位置之每一光圈位置處執行一週期性結構之一疊對量測；藉由一或多個處理器以計算用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之一疊對變動量度(overlay variation measure)，其中該疊對變動量度經組態以與自一對準光圈位置至該光圈之一偏差相關；藉由一或多個處理器以基於用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之該等計算疊對變動量度來判定該對準光圈位置；及將該散射量測工具中之該光圈對準該光圈平面內之該對準光圈位置。
  2. 如請求項1之方法，其中計算用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之該疊對變動量度包括：產生用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之一每個光瞳像素疊對量測(per-pupil overlay measurement)之一分析函數。
  3. 如請求項2之方法，其中計算用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之該疊對變動量度包括：產生用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之該每個光瞳像素疊對量測之一加權平均值之一分析函數。
  4. 如請求項3之方法，其中基於用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之該等計算疊對變動量度來判定該對準光圈位置包括：最小化用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之該每個光瞳 像素疊對量測之該加權平均值之該分析函數以判定該對準光圈位置。
  5. 如請求項1之方法，其中該週期性結構具有一零疊對(zero overlay)。
  6. 如請求項1之方法，其進一步包括：自該對準光圈位置導出一修正項，其中將該散射量測工具中之該光圈對準該對準光圈位置包含使用該修正項以對準該光圈。
  7. 如請求項1之方法，其中將位於一散射量測工具之一光圈平面處之該光圈移動至該光圈平面內之複數個光圈位置包括：沿著該週期性結構之至少一對稱軸以移動該光圈，其中在該複數個光圈位置之每一光圈位置處之該週期性結構之該疊對量測係至少沿著該週期性結構之該至少一對稱軸而執行。
  8. 如請求項1之方法，其中計算用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之該疊對變動量度包括：基於該散射量測工具之一光瞳平面以計算用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之該疊對變動量度。
  9. 如請求項8之方法，其中基於該光瞳平面以計算用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之該疊對變動量度包括：基於該光瞳平面上之該疊對量測之一加權平均值以計算該疊對變動量度。
  10. 如請求項1之方法，其中用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之經計算之該疊對變動量度係與該疊對量測之一標準差成比例。
  11. 如請求項10之方法，其中用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之經計算之該疊對變動量度係與該疊對量測之一3σ標準差成 比例。
  12. 如請求項1之方法，其中將該散射量測工具中之該光圈對準該對準光圈位置包括：在一校正步驟期間將該散射量測工具中之該光圈對準。
  13. 如請求項1之方法，其中該週期性結構包含一單層且缺少一疊對值。
  14. 一種量測系統，其包括：一光圈，其位於一光圈平面處；一控制器，其中該控制器包含一或多個處理器，其經組態以實施一或多個程式指令，該一或多個程式指令經組態以使該一或多個處理器：引導該光圈移動至該光圈平面內之複數個光圈位置；在該複數個光圈位置之每一光圈位置處執行一週期性結構之一疊對量測；計算用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之一疊對變動量度，其中該疊對變動量度經組態以與自一對準光圈位置至該光圈之一偏差相關；及將該光圈對準該光圈平面內之該對準光圈位置。
  15. 如請求項14之量測系統，其中計算用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之該疊對變動量度包括：產生用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之一每個光瞳像素疊對量測之一分析函數。
  16. 如請求項15之量測系統，其中計算用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之該疊對變動量度包括：產生用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之該每個光瞳像素疊對量測之一加權平均值之一分析函數。
  17. 如請求項15之量測系統，其中基於用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之該等計算疊對變動量度來判定該對準光圈位置包括：最小化用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之該每個光瞳像素疊對量測之該加權平均值之該分析函數。
  18. 如請求項14之量測系統，其中該週期性結構具有一零疊對。
  19. 如請求項14之量測系統，其中該一或多個處理器進一步經組態以實施一或多個程式指令，該一或多個程式指令經組態以使該一或多個處理器：自該對準光圈位置導出一修正項，其中將該光圈對準包含使用該修正項以對準該光圈。
  20. 如請求項14之量測系統，其中該一或多個處理器進一步經組態以實施一或多個程式指令，該一或多個程式指令經組態以使該一或多個處理器引導該光圈沿著該週期性結構之至少一對稱軸移動，以使得在該複數個光圈位置之每一光圈位置處之該週期性結構之該疊對量測係沿著該週期性結構之該至少一對稱軸而執行。
  21. 如請求項14之量測系統，其中基於一光瞳平面以計算用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之該疊對變動量度。
  22. 如請求項21之量測系統，其中基於該光瞳平面以計算用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之該疊對變動量度包括：基於該光瞳平面上之該疊對量測之一加權平均值以計算該疊對變動量度。
  23. 如請求項14之量測系統，其中用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之經計算之該疊對變動量度係與該疊對量測之一標準差成比例。
  24. 如請求項23之量測系統，其中用於該複數個光圈位置之每一光圈位置之經計算之該疊對變動量度係與該疊對量測之一3σ標準差成比例。
  25. 如請求項14之量測系統，其中將該光圈對準該對準光圈位置包括：在一校正步驟期間將該光圈對準。
  26. 如請求項14之量測系統，其中該週期性結構包含一單層且缺少一疊對值。
  27. 如請求項14之量測系統，其中該光圈平面包括一場平面。
  28. 如請求項14之量測系統，其中該對準光圈位置對應於一光軸。
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