TW201447220A - 用於散射疊對量測之光瞳平面校準 - Google Patents

Abstract

本發明提供用於在散射疊對量測中校準一光瞳中心之方法及校準模組。該校準包括自一第一統計優值(諸如在該光瞳處之每像素之一疊對信號之一平均值)計算波動及相對於該等波動之一第二統計優值(諸如該等波動之一光瞳加權變異數)顯著降低(例如最小化)該等波動。

Description

用於散射疊對量測之光瞳平面校準

本發明係關於計量學之領域，且更特定言之係關於散射疊對計量學。

光瞳平面之誤校準係散射疊對計量學中之一誤差源。一般方法藉由量測一類似鏡子之校準目標及藉由憑藉解各自馬克士威(Maxwell)方程式模型化經偵測之電磁信號而校準光瞳平面。

本發明之一態樣提供一種在散射疊對量測中校準一光瞳中心之方法，該方法包括自該光瞳處之每像素之一疊對信號之一平均值計算波動及相對於該等波動之一光瞳加權變異數最小化該等波動。

本發明之此等額外及/或其他態樣及/或優點係在隨後詳細描述中闡述；可能可自該詳細描述推論；及/或可藉由本發明之實踐學習。

100‧‧‧目標

100A‧‧‧標準SCOL目標/目標

100B‧‧‧並排SCOL目標/目標/實際目標/並排目標

105‧‧‧目標單元/光柵/非疊對目標單元/疊對目標單元

106‧‧‧目標層

115‧‧‧輻射光點

115A‧‧‧光點

115B‧‧‧光點

120‧‧‧經校準光瞳影像

125‧‧‧實際光瞳影像

200‧‧‧光瞳平面校準方法/方法

210‧‧‧階段

220‧‧‧階段

225‧‧‧階段

230‧‧‧階段

240‧‧‧階段

250‧‧‧階段

260‧‧‧階段

270‧‧‧階段

280‧‧‧階段

290‧‧‧階段

‧‧‧波向量座標

‧‧‧光瞳平面座標

‧‧‧座標系統中之偏移(光瞳偏心)

B‧‧‧2x2矩陣

‧‧‧波向量

‧‧‧光瞳座標

P‧‧‧光柵之節距

‧‧‧光柵向量

OVL _real ‧‧‧目標之光柵之間之疊對

‧‧‧對光瞳偏心之疊對線性回應

‧‧‧連接及之一向量

‧‧‧光瞳光點

‧‧‧兩個輻射光點之間之距離

‧‧‧相位

‧‧‧波向量

g(i)‧‧‧光柵

‧‧‧相對於之函數之梯度

‧‧‧方向

‧‧‧剩餘疊對信號

‧‧‧光瞳加權變異數

‧‧‧未對準向量

為了更佳理解本發明之實施例且展示其等可如何實施，現將僅藉由實例參考附圖，其中相同數字始終指定對應元件或部分。

在附圖中：圖1係根據本發明之一些實施例之目標，各自光瞳平面影像及各自校準變數之一高階示意圖解。

圖2係根據本發明之一些實施例之用於SCOL之一光瞳平面校準方法之一高階示意流程圖。

圖3A及圖3B示意性地繪示根據本發明之一些實施例之經量測疊對對於用於一並排SCOL目標之未對準向量之一模擬相關性。

圖4A至圖4C示意性地繪示根據本發明之一些實施例之經量測疊對對於用於一標準SCOL目標之未對準向量之一實驗上量測之相關性。

圖5係繪示根據本發明之一些實施例之一方法之一高階流程圖。

在闡述詳細描述之前，闡述下文中將使用之特定術語之定義可為有用的。

如此申請案所使用之術語「最小化」係指一顯著降低，即，可相對於一未校準量測在計量學結果中辨別之一降低。並不需要一絕對最小值且任何顯著降低係在本發明之範疇內。

如此申請案中所使用之術語「統計優值」分別係指應用於光瞳平面像素之任何統計函數或指代特定光瞳平面像素之任何資料或值(諸如一加權平均值及經計算之疊對值)，如一非限制性實例。

現特定詳細參考圖式，強調所展示之細節係藉由實例且僅出於本發明之較佳實施例之闡釋性論述之目的，且係為了提供被認為本發明之原理及概念態樣之最有用且易於理解之描述之內容而提出。就此點而言，未進行任何嘗試以展示本發明之結構細節比本發明之一基礎理解所需更詳細，該等圖式所採取之描述使熟習此項技術者明白可如何在實踐中體現本發明之若干形式。

在詳細解釋本發明之至少一個實施例之前，應理解，本發明並不使其應用受限於以下描述中所闡述或圖式中所繪示之組件之建構及配置之細節。本發明可應用於其他實施例或可依各種方式實踐或實 施。又，應理解，本文中所採用之語法及術語係出於描述之目的且不應視為限制性。

圖1係根據本發明之一些實施例之目標100，各自光瞳平面影像及各自校準變數之一高階示意圖解。圖1示意性地繪示兩種一般類型之散射疊對(SCOL)目標，亦即，具有在不同目標層106處之至少部分疊對之之目標單元105之一(標準)SCOL目標(100A、左側)及具有(在一或多個層中)至少部分非疊對之目標單元105之並排SCOL目標(100B、右側)。對於各目標100A、100B，一示意視圖繪示藉由各自目標產生之輻射光點115係經示意性地繪示(一光點115針對標準SCOL目標100A且藉由X間隔之兩個光點115A、115B針對並排SCOL目標100B)。在底部，光瞳平面影像係示意性地繪示為包括繞射級-1、0、+1(在左下影像中自左至右，級0及+1在右下影像中放大)。在光瞳平面照明處之各級包括各自目標100A、100B之一實際光瞳影像125及各自經校準光瞳影像120。

本發明揭示用於校準放置於光瞳平面中之偵測器之座標之方法。此校準對於使用光學散射完成之量測而言重要的。該等方法在疊對散射量測技術中使用第一級繞射信號進行例證。該等方法可應用於不同SCOL目標設計(具有或不具有疊對目標單元)且提供光瞳平面之一精確校準(此改良任何類型之計量學量測，例如，臨界尺寸(CD)、層寬度、側壁角、光柵高度、疊對等)。

所揭示之方法克服由光瞳平面之誤校準引起之計量學誤差且防止計量學效能之一降級在工具誘發偏移(TIS)及其變異數(TIS3S(工具誘發偏移三標準差(tool induced shift 3-sigma))，此為與TIS有關之一可變性值)中放大。此外，所揭示方法係優於涉及量測常常為具有已知性質之一類似鏡子基板之一校準目標及藉由馬克士威方程式之一解而模型化經偵測電磁信號之校準方法。此模型化包含作為參數的校準 自由度且使模型擬合資料而修正該等校準參數，藉此完成光瞳平面之校準。然而，此等經實踐方法涉及模型化處理程序中之問題，該模型化處理程序之精確度及可重複性受限於信號對校準變數之敏感度且受限於常常受到計算資源限制之所使用之數值模型化引擎進行之近似化。相反地，所揭示方法並不涉及上文所描述之類型之電磁模型化且提供對校準參數之非常良好的敏感度。

未受理論所限制，光瞳平面影像之以下模型係用於例證所揭示之方法。該模型自身並不限制該等方法之實施方案但僅用於闡釋性目的。模型變數係以一示意方式示意性地繪示於圖1中。

首先，波向量座標與光瞳平面座標之間之一轉換係定義於方程式1中。

如方程式1展示，假定該波向量座標與該光瞳平面座標之間之一轉換係線性的。向量係座標系統中之偏移(光瞳偏心)且B係判定光瞳平面格柵之相對按比例調整及旋轉性質之一2x2矩陣。對於定向，應 注意，係對應於藉由法線照明到達目標且以第n個繞射級反射 之光之一波向量。亦應注意，此假定係一闡釋性簡單化且對於此假定引入各自修正係所揭示方法之部分。

使用第一級散射疊對技術在一光瞳座標處獲得且自疊對目標100提取之疊對信號可如方程式2中撰寫。

在方程式2中，P係光柵之節距且係光柵向量。OVL _real 係目標100之光柵105之間之疊對，向量係對光瞳偏心之疊對線性回應，且係連接(該係假定為對應於第一繞射級之中心但歸 因於誤校準自其偏離之光瞳光點)及之一向量，如在方程式3中公 式化(亦參見圖1)。

注意，「中心」下標繪示事實：在缺乏誤校準之情況下， 對應於第一繞射級之中心。最後，係由目標單元105之非疊對引起之在並排技術之情況中之兩個輻射光點之間之距離(參見目標100B)且對於使用疊對目標之第一級散射疊對(SCOL)為零(參見目標100A)。因 此，方程式2中之最後一個術語係在使用具有非疊對目標 單元105之目標100B(並排目標)時存在且在使用具有疊對目標單元105之目標100A(例如，如在光柵疊光柵之SCOL目標中)時不存在。

在並排SCOL量測中，對之線性回應遵守方程式4。

在方程式4中，係波向量在其以繞射級n自光柵g(i)反射時獲取之相位。表示相對於之函數之梯度。重要的是，模擬展示對於方向上之一光柵，向量具有至垂直於之方向上之一非常小投射，如方程式5中所表達。

自方程式5遵循方程式2可藉由以下方程式6近似化。

注意，方程式2及方程式6中之術語係獨立於且因此 使零耦合至晶圓反射率。就此點而言，其係一完全可校準TIS源且並不促成TIS3S。此係與方程式2及方程式6中之術語(其係光瞳相關的且透過其對(如方程式4中所表達之)之相關而耦合至晶圓反射率之性質)相反。確實，模擬展示此TIS原因係對於並排SCOL(目標100B)之小又非零之TIS3S之一重要促成者。明顯地，後者術語對光瞳座標及對晶圓反射比之相關亦係在使用具有疊對單元之 SCOL目標(目標100A)時存在。

圖2係根據本發明之一些實施例之用於SCOL之一光瞳平面校準方法200之一高階示意流程圖。遵循上文在方程式1至方程式6中所呈現之發展，方法200包括以下校準程序。

特定用於並排SCOL目標100B之一第一校準程序(階段210)包括使用一單一光柵校準及(階段220)。該並排量測程序(例如，揭示於WIPO PCT申請案第PCT/US13/65527號中)係用於自一單一光柵而非實際目標100B獲得一信號(階段225)。在此情況中，如藉由設定方程式4中之g(1)=g(2)及OVL _real =0為單一光柵目標而導出之並不清晰呈現任何疊對。因此，剩餘疊對信號係方程式6之術語，其可如方程式7中所表示般進行量測(階段230)： 當吾人量測實際目標100B時，方程式7中所描述之疊對信號係經記錄且自疊對信號減去(階段240)。應注意，此最後步驟不可應用於標準(光柵疊光柵)SCOL目標，此係因為光瞳格柵之按比例調整及旋轉並不影響使用此等目標之經計算之OVL。

一第一校準程序，其可應用於校準並排SCOL目標100B(階段210，在240之後或之前)及/或SCOL目標100A(階段250)中之。當獨立於光瞳座標(且在使用SCOL目標100A時為空)時，光瞳中心可依以下方式校準(階段260，在並排SCOL中，此並不需要吾人優先校準及)。

首先，方法200包括計算藉由每像素疊對之光瞳平均值減去光瞳平均值給定之疊對信號之光瞳波動，如方程式8中所表達(階段270)。

藉由OVL3S表示此等波動之三標準差值且使用方程式6，OVL3S 可根據方程式9來表達及計算(階段280)。

在方程式9中，係之光瞳加權變異數。方法200進一步包括找到依據對光瞳中心之一良好近似化最小化之之值(階段290)。

實例

以下實例包括證明上文所提出之對於並排目標100B之假定之有效性之模擬結果，如方程式1至方程式6中所表達。

圖3A及圖3B示意性地繪示根據本發明之一些實施例之經量測疊對對於用於一並排SCOL目標之未對準向量之一模擬相關性。圖3A及圖3B示意性地繪示沿著x軸之對於一X光柵之經量測疊對(及其相關聯OVL3S)對於用於一並排SCOL目標100B之未對準向量之X分量及Y分量之一模擬相關性。在所繪示之模擬中，頂部層係一光阻層且底部層係圖案矽。以一非限制性方式選取經模擬疊對值為零。此等結果集中於之校準，在不失一般性之情況下繪示為其中。明顯地，疊對誤差在偏心中為線性的(圖3A)且相較於其中之情況，對偏心之疊對敏感度在時更加明顯。顯而易見，當(即，d_x=0)時OVL3S達到一最小值(圖3B)。來自方程式2及方程式5之模擬結果之偏離係歸因於有限目標尺寸效應及在方程式1及方程式2中完成之主要級近似化。

以下實例包括證明上文所提出之對於SCOL目標100A之假定之有效性之模擬結果，如方程式1至方程式6中所表達。

圖4A至圖4C示意性地繪示根據本發明之一些實施例之經量測疊對對於用於一標準SCOL目標之未對準向量之一實驗上量測之相關 性。經測試晶圓具有一圖案化光阻之一上部層及圖案化矽之一下部層。圖4A至圖4C繪示藉由誘發之變化對OVL(圖4A及圖4B)及OVL3S(圖4C)之影響。圖4A繪示自三個不同晶圓位址對d _x 之疊對誤差。圖4B繪示自大量晶圓位址對d _y 之疊對誤差。圖4C繪示自三個不同晶圓位址對d _x 之OVL3S。對於光瞳校準之精確度之一指示係藉由憑藉其他方法之修正光瞳中心之一獨立量測給定，該獨立量測與藉由所揭示方法計算之結果一致。應注意，圖4A至圖4C中所量測之位址在不同圖式中並不相同。

圖5係繪示根據本發明之一些實施例之方法200之一高階流程圖。方法200之任何計算步驟可藉由至少一電腦處理器及/或藉由實施於軟體或硬體模組中而進行。

方法200包括藉由自光瞳處之每像素之一疊對信號之第一統計優值(例如，一平均值、一加權平均值、一中值等)計算波動(階段270)及相對於一第二統計優值(諸如該等波動之一光瞳加權變異數)顯著降低(例如，最小化或實質上最小化)該等波動(階段290)而在散射疊對量測中校準一光瞳中心(階段260)。取決於特定校準及量測要求，可使用該等第一優值及第二優值之任何組合。

方法200可包括自包括在至少兩個疊對層處之目標單元之一散射疊對(SCOL)目標導出量測(階段250)。

方法200可包括自包括至少兩個非疊對目標單元之一並排SCOL目標導出量測(階段210)及自該等並排SCOL量測減去自一單一光柵目標量測之一疊對信號(階段240)。

方法200包括經組態以降低及/或消除疊對、TIS及TIS3S量測之光瞳校準敏感度之校準技術。方法200包括使用一單一光柵校準之第一級之中心之光瞳校準之第一校準程序及/或使用疊對光瞳資訊及一標準SCOL目標或並排目標之光瞳之中心之光瞳校準之第二校準程序。 該第二校準程序可獨立於該第一校準程序進行及/或可在該第一校準程序之前或之後進行。該第二校準程序可在計量學量測期間(以量測模式)或在實際計量學量測之前以訓練模式「高速(on the fly)」進行。

某些實施例包括一電腦程式產品，該電腦程式產品包括具有與其一起體現之電腦可讀程式之一電腦可讀儲存媒體，該電腦可讀程式經組態以實施方法200之階段之任一者。

某些實施例包括經組態以藉由自光瞳處之每像素之一疊對信號之一第一統計優值(例如，一平均值、一加權平均值、一中值等)計算波動及相對於該等波動之一第二統計優值(例如，該等波動之一光瞳加權變異數)顯著降低(例如，最小化)該等波動而在散射疊對量測中校準一光瞳中心之可能至少部分實施於電腦硬體中之一校準模組。該校準模組可進一步經配置以自包括至少兩個疊對層處之目標單元之一散射疊對(SCOL)目標導出量測。該校準模組可進一步經配置以自包括至少兩個非疊對目標單元之一並排SCOL目標導出量測。該校準模組可進一步經配置以自並排SCOL量測減去自一單一光柵目標量測之一疊對信號。

有利的是，所揭示方法顯著降低及/或消除疊對、TIS及TIS3S之任一者之量測對光瞳座標中之可能誤差(諸如源自光瞳誤校準之該等誤差)之敏感度。所揭示方法使用(依據定義)為疊對信號且對所需校準參數非常敏感之信號達成敏感度降低，藉此改良未對準修正之穩健性；使能夠提高光瞳校準相關之TIS及TIS3S之效能；且使能夠以可高速執行而無需額外模型化之一方式定位光瞳中心。

在以上描述中，一實施例係本發明之一實例或實施方案。「一個實施例」、「一實施例」、「某些實施例」或「一些實施例」之各種表示並不一定全部係指相同實施例。

儘管可在一單一實施例之背景內容中描述本發明之各種特徵， 然該等特徵亦可單獨提供或以任何合適組合提供。相反地，儘管為清晰起見在本文中可在分離實施例之背景內容中描述本發明，然本發明亦可實施於一單一實施例中。

本發明之某些實施例可包含來自上文所揭示之不同實施例之特徵且某些實施例可併入來自上文所揭示之其他實施例之元件。本發明之元件在一特定實施例之背景內容中之揭示內容不應視為將其等限制用於僅特定實施例中。

此外，應理解，可依各種方式執行或實踐本發明且本發明可實施於除上文在描述中概述之實施例以外之某些實施例中。

本發明並不限於該等圖式或限於對應描述。例如，流程並不需要移動通過各繪示框或狀態或以如所繪示及描述之確切相同順序。

應通常如本發明所屬於之技術之一般技術者般理解本文中所使用之技術及科學術語之意義，除非另有定義。

雖然已參考一有限數目個實施例描述本發明，但此等實施例不應解釋為限制本發明之範疇，而應作為一些較佳實施例之例證。其他可能變動、修改及應用亦係在本發明之範疇內。因此，本發明之範疇不應由迄今已描述之內容限制，但藉由隨附申請專利範圍及其等合法等效物限制。

200‧‧‧光瞳平面校準方法/方法

210‧‧‧階段

240‧‧‧階段

250‧‧‧階段

260‧‧‧階段

270‧‧‧階段

290‧‧‧階段

Claims (18)

1. 一種在散射疊對量測中校準一光瞳中心之方法，其包括自該光瞳處之每像素之一疊對信號之一第一統計優值計算波動及相對於該等波動之一第二統計優值顯著降低該等波動，其中藉由至少一電腦處理器進行該校準及該顯著降低之至少一者。
2. 如請求項1之方法，其中該第一統計優值係一平均值且該第二統計優值係一光瞳加權變異數。
3. 如請求項1之方法，其中該第一統計優值係一光瞳加權平均值。
4. 如請求項1之方法，其中該第一統計優值係一中值。
5. 如請求項1之方法，其中該顯著降低該等波動包括：最小化該等波動。
6. 如請求項1之方法，其進一步包括自包括至少兩個疊對層處之目標單元之一散射疊對(SCOL)目標導出該等量測。
7. 如請求項1之方法，其進一步包括自包括至少兩個非疊對目標單元之一並排SCOL目標導出該等量測。
8. 如請求項7之方法，其進一步包括自該等並排SCOL量測減去自一單一光柵目標量測之一疊對信號。
9. 一種電腦程式產品，其包括具有與其一起體現之電腦可讀程式之一電腦可讀儲存媒體，該電腦可讀程式經組態以實施如請求項1至9中任一項之方法。
10. 一種校準模組，其經組態以藉由自該光瞳處之每像素之一疊對信號之一第一統計優值計算波動及相對於該等波動之一第二統計優值顯著降低該等波動，而在散射疊對量測中校準一光瞳中心。
11. 如請求項10之校準模組，其中該第一統計優值係一平均值且該 第二統計優值係一光瞳加權變異數。
12. 如請求項10之校準模組，其中該第一統計優值係一光瞳加權平均值。
13. 如請求項10之校準模組，其中該第一統計優值係一中值。
14. 如請求項10之校準模組，其進一步經組態以最小化該等波動。
15. 如請求項10之校準模組，其進一步經配置以自包括至少兩個疊對層之目標單元之一散射疊對(SCOL)目標導出該等量測。
16. 如請求項10之校準模組，其進一步經配置以自包括至少兩個非疊對目標單元之一並排SCOL目標導出該等量測
17. 如請求項10之校準模組，其進一步經配置以自該等並排SCOL量測減去自一單一光柵目標量測之一疊對信號。
18. 如請求項10至18中任一項之校準模組，其至少部分實施於電腦硬體中。