DE112013003491T5

DE112013003491T5 - Modellbildungs- und Analyse-Maschine für eine kombinierte auf Röntgenstrahlung und optisch basierte Metrologie

Info

Publication number: DE112013003491T5
Application number: DE112013003491.3T
Authority: DE
Inventors: Michael Bakeman; Qiang Zhao; Zhengquan Tan; Andrei Shchegrov
Original assignee: KLA Tencor Corp
Current assignee: KLA Corp
Priority date: 2012-07-10
Filing date: 2013-07-08
Publication date: 2015-03-26
Also published as: CN104583872B; TW201411089A; JP6184490B2; TWI611161B; US10013518B2; WO2014011565A1; JP2015531056A; KR102055966B1; US20140019097A1; KR20150036355A; IL236571A0; CN104583872A; IL236571B

Abstract

Strukturparameter einer Probe werden bestimmt, indem Modelle der Antwort der Probe auf die Messungen, die von unterschiedlichen Messverfahren in einer kombinierten Untersuchung aufgenommen wurden, angepasst werden. Modelle der Antwort der Probe von mindestens zwei unterschiedlichen Messtechnologien teilen mindestens einen gemeinsamen geometrischen Parameter. In einigen Ausführungsformen führt eine modellbildende und analysierende Maschine, röntgen und optische Analysen durch, wobei mindestens ein gemeinsamer Parameters während der Analyse gekoppelt ist. Der Fit der Antwortmodelle an die Messdaten kann, sequentiell, parallel, oder mittels einer Kombination von sequentieller und paralleler Analysen durchgeführt werden. Gemäß einem weiteren Aspekt wird die Struktur der Antwortmodelle basierend auf der Güte der Anpassung zwischen den Modellen und der entsprechenden Messdaten verändert. Beispielsweise wird ein geometrisches Modell der Probe basierend auf dem Fit zwischen den Antwortmodellen und der entsprechenden Messdaten restrukturiert.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität gemäß 35 U.S.C. §119 der provisorischen US-Anmeldung 61/669,901 , mit dem Titel „Method Building And Analysis Engine For Measuring Structure And Film Parameters Using Optical And X-ray Metrology Technologies“ vom 10 Juli 2012. Die genannte provisorische US-Anmeldung 61/669,901 wird zur Gänze durch Verweis hierin einbezogen.
TECHNISCHES GEBIET
Die beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf Metrologie-Systeme und -Verfahren, und insbesondere auf Verfahren und Systeme zur Verbesserung der Messgenauigkeit.
HINTERGRUND
Halbleiterbauelemente, wie Logik- und Speicherbauelemente, werden typischerweise durch eine Folge von Verarbeitungsschritten hergestellt, die auf eine Probe angewendet werden. Die verschiedenen Merkmale und die mehreren Strukturebenen der Halbleiterbauelemente werden durch diese Verarbeitungsschritte gebildet. Zum Beispiel ist die Lithographie ein Halbleiterherstellungsprozess unter anderen, der die Erzeugung eines Musters auf einem Halbleiterwafer umfasst. Weitere Beispiele für Halbleiterherstellungsverfahren umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, chemisch-mechanisches Polieren, Ätzen, Abscheidung und Ionenimplantierung. Eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen kann auf einer einzigen Halbleiterscheibe hergestellt und dann in einzelne Halbleiterbauelemente voneinander getrennt werden.
Metrologieverfahren werden in verschiedenen Stufen während eines Halbleiterherstellungsprozess verwendet, um Defekte auf Wafern zu erfassen und eine höhere Ausbeute zu fördern. Optische Metrologie-Techniken bieten das Potential für einen hohen Durchsatz, ohne das Risiko der Probenzerstörung. Eine Reihe von auf optischer Metrologie basierenden Techniken, einschließlich Scatterometrie- und Reflektometrie-Implementierungen und zugehörige Analysealgorithmen werden häufig verwendet, um kritische Abmessungen, Schichtdicken, Zusammensetzung und andere Parameter von Strukturen im Nanobereich zu bestimmen.
Traditionell werden Scatterometrie-Messungen an Targets aus dünnen Schichten und/oder wiederholten periodischen Strukturen durchgeführt. Während der Herstellung der Bauelemente stellen diese Schichten und periodischen Strukturen in der Regel die tatsächliche Bauelementgeometrie und Materialstruktur oder ein Zwischen-Design dar. Da Bauelemente (z.B. Logik- und Speicherbauelemente) sich zu kleineren Abmessungen im Nanometerbereich bewegen, wird die Charakterisierung immer schwieriger. Bauelemente mit einer komplexen dreidimensionalen Geometrie und Materialien mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften tragen zur Schwierigkeit der Charakterisierung bei. Beispielsweise sind moderne Speicherstrukturen oft dreidimensionale Strukturen mit hohem Aspektverhältnis, die es für die optische Strahlung schwierig machen, zu den unteren Schichten durchzudringen. Darüber hinaus führt die zunehmende Anzahl an Parametern, die zur Charakterisierung komplexer Strukturen (z.B. FinFETs) erforderlich sind, zu steigender Parameterkorrelation. Infolgedessen können die Parameter, welche das Target charakterisieren, oft nicht verlässlich mit den verfügbaren Messungen entkoppelt werden. In einem weiteren Beispiel werden opake, High-k-Materialien zunehmend in den modernen Halbleiterstrukturen verwendet. Der optischen Strahlung ist es häufig nicht möglich, die aus diesen Materialien aufgebauten Schichten zu durchdringen. Dadurch werden Messungen mit Dünnschicht-Scatterometrie-Maschinen, wie z.B. Ellipsometern oder Reflektometern, immer anspruchsvoller.
In Reaktion auf diese Herausforderungen sind komplexere optische Maschinen entwickelt worden. Zum Beispiel sind Maschinen mit mehreren Beleuchtungswinkeln, kürzeren und breiteren Bereichen der Beleuchtungswellenlängen, und vollständigerer Informationserfassung aus reflektierten Signalen (z.B. Messung mehrerer Müller-Matrix-Elemente zusätzlich zu den konventionelleren Reflektivitäts- oder ellipsometrischen Signalen) entwickelt worden. Jedoch haben diese Ansätze nicht die grundlegenden Herausforderungen bei der Messung vieler hochentwickelter Targets (z.B. komplexe 3D-Strukturen, Strukturen kleiner als 10 nm, Strukturen mit opaken Materialien) und Messanwendungen (z.B. Messungen der Rauhigkeit der Linienkanten und der Rauheit der Linienbreite) zuverlässig bewältigt.
Eine andere Antwort auf diese Herausforderungen ist die Entwicklung von Messmaschinen, die mehrere Messtechnologien beinhalten. In einem Beispiel wird ein Dünnschicht-Analysesystem, welches Röntgen-Reflektometrie bei streifendem Einfall mit Röntgenfluoreszenz (XRF) sowie Elektronenstrahlmikroanalyse kombiniert, in dem US Patent 6,816,570 mit dem Titel "Multi-technique thin film analysis tool“, vom 9. November 2004, Anmelder; KLA-Tencor Corporation, beschrieben, wobei der Gegenstand des Patents hierin durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit aufgenommen ist.
Die Zukunft der Messtechnik-Anwendungen stellen Herausforderungen für die Metrologie aufgrund immer kleiner werdender Auflösungsanforderungen, Multiparameterkorrelation, immer komplexerer geometrischer Strukturen und zunehmenden Einsatzes von opaken Materialien. Die Verwendung mehrerer Messtechnologien, um eine Probe zu charakterisieren, gibt Hoffnung. Jedoch sind Verbesserungen bei der Analyse der von mehreren Messtechnologien erzeugten Messdaten erwünscht.
ÜBERSICHT
Verfahren und Systeme zum Durchführen von Messungen der strukturellen Eigenschaften und der Materialeigenschaften (wie z.B. Materialzusammensetzung, dimensionale Eigenschaften der Strukturen und Schichten, etc.), die mit verschiedenen Halbleiterherstellungsverfahren verbunden sind, werden vorgestellt. Ein oder mehrere Strukturparameter einer Halbleiterprobe werden durch Fitten von Modellen der Antwort der Probe an mit verschiedenen Messverfahren gesammelte Messungen in einer kombinierten Analyse bestimmt.
In einigen Ausführungsformen ermöglicht eine kombinierte Analyse sowohl von optischen Messungen als auch von Röntgenmessungen einer Probe eine erhöhte Messempfindlichkeit und einen erhöhten Durchsatz aufgrund der ergänzenden Natur der Röntgen- und optischen Techniken. Die Messpräzision und -genauigkeit können durch die Identifizierung gemeinsamer Modellparameter verbessert werden, die mathematisch mit Hilfe von Datensätzen aus Röntgenund optischen Messungen aufgelöst werden. Messungen gemeinsamer Parameter mit einer Vielfalt von Messtechnologien reduziert Korrelationen zwischen den Parametern und verbessert die Messgenauigkeit.
In einem Aspekt teilen sich die Modelle der Antwort der Probe auf zumindest zwei verschiedene Messtechnologien mindestens einen gemeinsamen geometrischen Parameter. In einigen Ausführungsformen führt eine Modellbildungs- und Analyse-Maschine Röntgenanalysen und optische Analysen gemeinsamer oder mehrerer Targets durch, wobei mindestens ein gemeinsamer Parameter während der Analyse gekoppelt ist. In einem weiteren Aspekt basieren die Modelle der Antwort der Probe auf zumindest zwei verschiedene Messtechnologien auf dem gleichen geometrischen Modell.
In einem anderen weiteren Aspekt können der Fit des optischen Antwortmodells mit einer Menge optischer Messdaten und der Fit des auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortmodells mit einer Menge von Röntgenmessdaten nacheinander, parallel, oder in einer Kombination von nacheinander und parallel durchgeführten Analysen ausgeführt werden.
In noch einem weiteren anderen Aspekt werden die Anzahl der sich frei ändernden Targetparameter des optischen Modells und die Anzahl der sich frei ändernden Targetparameter des Röntgenmodells reduziert, indem einige der Parameter gekoppelt werden. In einigen Beispielen werden gemeinsame geometrische Parameter als ein einzelner Parameter behandelt. In anderen Beispielen kann es notwendig sein, Skalierungsfaktoren und Offsetwerte einzuführen, um der Kalibrierung und der systematischen Messabweichung des Modells aufgrund der unterschiedlichen Messmethoden Rechnung zu tragen.
In noch einem anderen weiteren Aspekt führt eine Modellbildungs- und Analyse- Maschine die Hauptkomponentenanalyse (PCA) durch, um einen oder mehrere Sätze von Parameterwerten in einen oder mehrere Sätze von Parameterwerten mit reduzierte Korrelation umzuwandeln. PCA involviert das Umwandeln eines Satzes möglicherweise korrelierter Parameter in einen Satz linear unkorrelierter Parameter mittels einer linearen Koordinatentransformation.
Bei noch einem anderen weiteren Aspekt umfasst die der Untersuchung zugrunde liegende Probe Feldverstärkungselemente, um die Parameterempfindlichkeit in Bezug auf die Röntgenmetrologie und die optische Metrologie zu erhöhen. Feldverstärkungselemente sind Strukturen, die verwendet werden, um die Messempfindlichkeit für Parameter von Interesse zu erhöhen und um Parameterkorrelationen zu brechen.
In noch einem anderen weiteren Aspekt wird die Struktur der Modelle der Antwort der Probe auf zumindest zwei verschiedene Messtechnologien verändert, wobei dies auf der Qualität der Anpassung zwischen den Modellen und den entsprechenden Messdaten basiert. In einigen Beispielen wird die Struktur des geometrischen Modells auf der Grundlage der Qualität des Fits zwischen den Antwortmodellen und den entsprechenden Messdaten verändert.
Die vorstehenden Ausführungen sind eine Zusammenfassung und enthalten damit notwendigerweise Vereinfachungen, Verallgemeinerungen und Auslassungen von Details; folglich wird der Fachmann erkennen, dass die Übersicht nur beschreibend und in keiner Weise als einschränkend zu verstehen ist. Andere Aspekte, erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Vorrichtungen und/oder Verfahren werden in der nicht einschränkenden detaillierten Beschreibung nachstehend ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Diagramm einer beispielhaften Modellbildungs- und Analyse- Maschine 150, die konfiguriert ist, um die hier beschriebe Modellerstellungs- und Analyse-Funktionalität zu implementieren.
2 ist ein Diagramm, das eine kombinierte Metrologiemaschine 100 zum Messen von Eigenschaften einer Probe mit zwei verschiedenen Messtechniken zeigt. Die kombinierte Metrologiemaschine 100 umfasst ein Computersystem 130, das als Modellbildungs- und Analyse-Maschine konfiguriert ist, um die hierin beschriebe Modellerstellungs- und Analysefunktionalität durchzuführen.
3 ist ein Flußdiagramm, das ein geeignetes Verfahren 200 für die Implementierung durch die Modellbildungs- und Analyse-Maschine 150 der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein geeignetes Verfahren 300 für die Implementierung durch die Modellbildungs- und Analyse-Maschine 150 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
5 ist ein Diagramm, das einen High-k-Metall-Gate-Transistor 160 zeigt, der Gegenstand einer Messung durch die hierin beschriebenen Verfahren und Systeme ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Verfahren und Systeme zum Durchführen von Messungen der Struktur- und Materialeigenschaften (wie z.B. Materialzusammensetzung, Abmessungseigenschaften der Strukturen und Schichten, etc.) in Verbindung mit verschiedenen Halbleiterherstellungsverfahren, werden vorgestellt. Wie hierin beschrieben, werden ein oder mehrere Strukturparameter einer Halbleiterprobe bestimmt, indem Modelle der Antwort der Probe an gesammelte Messungen von verschiedenen Messverfahren in einer kombinierten Analyse gefittet werden. Bezug wird nun im Detail auf Grundlagenbeispiele und Ausführungsformen der Erfindung genommen, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind.
In einem Aspekt teilen sich die Modelle der Antwort der Probe auf mindestens zwei unterschiedlichen Messtechnologien zumindest einen gemeinsamen geometrischen Parameter. In einem weiteren Aspekt basieren die Modelle der Antwort der Probe auf zumindest zwei verschiedene Messtechnologien auf dem gleichen geometrischen Modell.
In einigen Ausführungsformen, ermöglicht die kombinierte Analyse der optischen Messungen und Röntgenmessungen einer Probe eine erhöhte Messempfindlichkeit und einen erhöhten Durchsatz aufgrund der sich ergänzenden Natur der Röntgentechniken und optischen Techniken. Die Messpräzision und die Genauigkeit können durch die Identifizierung gemeinsamer Modellparameter verbessert werden, wobei die Modellparameter mathematisch sequentiell oder parallel mit aus Röntgenmessungen und optischen Messungen abgeleiteten Datensätzen gelöst werden. Das Messen gemeinsamer Parameter mit einer Vielfalt von Messtechnologien reduziert Korrelationen zwischen Parametern und verbessert die Messgenauigkeit.
Im Allgemeinen sind die hierin diskutierten Röntgentechniken und die optischen Messtechniken indirekte Methoden zur Messung einiger physikalischer Eigenschaften der zu untersuchenden Probe. In den meisten Fällen können die gemessenen Werte nicht verwendet werden, um die physikalischen Eigenschaften der Probe direkt zu bestimmen. Das nominelle Messverfahren besteht aus der Parametrierung der Struktur (wie z.B. Schichtdicken, kritischen Abmessungen, Brechungsindizes, etc.) und der Maschine (wie z.B. Wellenlängen, Einfallswinkeln, Polarisationswinkel, etc.). Es wird ein Modell erstellt, das versucht, die Messwerte vorherzusagen. Das Modell enthält Parameter, die der Maschine (P_Machine) und der Probe (P_Probe) zugeordnet sind.
Die Maschinenparameter sind Parameter, die verwendet werden, um die Metrologie-Maschine selbst zu kennzeichnen. Exemplarische Maschinenparameter umfassen den Einfallswinkel (AOI), den Analysatorwinkel (AO), den Polarisationswinkel (PO), die Beleuchtungswellenlänge, die numerische Apertur (NA) usw. Probenparametern sind Parameter, die verwendet werden, um die Probe zu charakterisieren. Für eine Probe einer dünnen Schicht umfassen beispielhafte Probenparameter den Brechungsindex, den Tensor der dielektrischen Funktion, die nominelle Schichtdicke aller Schichten, die Schichtfolge, usw. Für Messzwecke werden die Maschinenparameter als bekannte, feste Parameter behandelt und die Probenparameter werden als unbekannte, veränderliche Parameter behandelt. Die veränderlichen Parameter werden durch einen Fit-Prozess gelöst (wie z.B. Regression, Bibliotheksanpassung, etc.), der den besten Fit zwischen theoretischen Vorhersagen und experimentellen Daten erzeugt. Die unbekannten Probenparameter, P_Probe, sind vielfältig und die Modellausgangswerte werden berechnet, bis ein Satz von Werten der Probenparameter ermittelt wird, der zu einer engen Übereinstimmung zwischen den Modellausgangswerten und den experimentell gemessenen Werten führt.
1 ist ein Diagramm einer beispielhaften Modellbildungs- und Analyse-Maschine 150, die so konfiguriert ist, dass die Erstellung eines Modells und die Analyse-Funktionalität, wie hier beschrieben, implementiert sind. In einem Beispiel wird die Modellbildungs- und Analyse-Maschine 150 durch ein Computersystem realisiert (wie z.B. ein Computersystem 130 aus 2). Die Modellbildungs- und Analyse-Maschine 150 umfasst ein Modul 151 zur Bildung eines geometrischen Modells, um ein geometrisches Modell 152 einer Messstruktur einer Probe zu generieren. Die Modellbildungs- und Analyse-Maschine 150 umfasst auch ein Modul 153 zur Bildung einer auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortfunktion und ein Modul 154 zur Bildung einer optischen Antwort, um ein Modell 155 für die Röntgenantwort beziehungsweise ein Modell 156 für die optische Antwort zu erzeugen, wobei jedes wenigstens einen gemeinsamen geometrischen Parameter vom geometrischen Modell umfasst. Die Modellbildungs- und Analyse-Maschine 150 umfasst auch ein Fit-Analyse-Modul 157, das derart konfiguriert ist, dass zumindest ein Parameterwert 170 der Probe durch Fitten des Modells 156 der optischen Antwort mit einer Menge an optischen Messdaten 124 und durch Fitten des Modells 155 für die Röntgenantwort mit einer Menge an Röntgenmessdaten 126 in einer kombinierten Analyse erhalten wird.
3 zeigt ein Verfahren 200, das für die Implementierung in der Modellbildungs- und Analyse-Maschine 150 der vorliegenden Erfindung geeignet ist. In einem Aspekt ist erkannt, dass die Datenverarbeitungsblöcke des Verfahrens 200 über einen vorprogrammierten Algorithmus, der durch einen oder mehrere Prozessoren des Computersystems 130 durchgeführt wird, ausgeführt werden können. Während die folgende Beschreibung der Modellbildungs- und Analyse-Maschine 150 im Rahmen eines kombinierten Metrologiesystems 100 vorgestellt wird, ist hier erkannt, dass die besonderen strukturellen Aspekte des kombinierten Metrologiesystems 100 keine Einschränkungen darstellen und lediglich als veranschaulichend ausgelegt werden sollten.
Im Block 201 erzeugt das Modul 151 zur Erstellung eines geometrischen Modells der Modellbildungs- und Analyse-Maschine 150 ein geometrisches Modell 152 von mindestens einer Struktur einer Probe. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das geometrische Modell 152 auch Materialeigenschaften der Probe.
Im Block 202 erzeugt das Modul 153 zur Erstellung einer auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortfunktion ein auf Röntgenstrahlung basierendes Antwortmodell 155, das zumindest teilweise auf dem geometrischen Modell 152 basiert. Ebenso erzeugt das Modul 154 zur Erstellung einer optischen Antwortfunktion ein optisches Antwortmodell 156, das wenigstens teilweise auf dem geometrischen Modell 152 basiert. Sowohl das optische Antwortmodell 155 als auch das auf Röntgenstrahlung basierende Antwortmodell 156 enthalten zumindest einen gemeinsamen geometrischen Parameter aus dem geometrischen Modell 152.
Wie in 1 dargestellt wird das geometrische Modell 152 als Eingabe für das Modul 153 zur Bildung einer auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortfunktion und das Modul 154 zur Bildung einer optischen Antwortfunktion empfangenen. Das Modul 153 zur Bildung einer auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortfunktion erzeugt ein Modell 155 der auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortfunktion, das zumindest teilweise auf dem geometrischen Modell 152 basiert. In einigen Beispielen basiert das Modell 155 der auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortfunktion auf den Röntgenformfaktoren
wobei F der Formfaktor, q der Streuvektor und r(r) die Elektronendichte der Probe in sphärischen Koordinaten ist. Die Intensität der Röntgenstreuung ist dann gegeben durch I(q →) = F·F (2)
In ähnlicher Weise erzeugt das Modul 154 zur Bildung einer optischen Antwortfunktion ein optisches Antwortfunktionsmodell 156, das zumindest teilweise auf dem geometrischen Modell 152 basiert. In einigen Beispielen basiert das optische Antwortfunktionsmodell 156 auf der Rigorous Coupled-Wave Analysis (RCWA), wobei die Maxwellschen Gleichungen gelöst werden, um die optische Streuung von dem Modell der Probe vorherzusagen.
Im Allgemeinen können die Probenparameter deterministisch sein (wie z.B. die Schichtdicken, CD, SWA, etc.), statistisch sein (wie z.B. rms Höhe der Rauhigkeit der Seitenwände, Korrelationslänge der Rauhigkeit, etc.) oder eine Kombination von deterministischen und statistischen Parametern sein, solange geeignete Modelle zur Beschreibung der Wechselwirkung der Röntgenstrahlen und der optischer Strahlen mit der Probe verwendet werden.
Im Block 203 werden optische Messdaten, die mit den Messungen an der Probe durch ein optisches Metrologiesystem assoziiert sind, von einem Fit-Analyse-Modul 157 empfangen. Die optischen Messdaten basieren auf einer Menge detektierter, von der Probe in Antwort auf auf die Probe einfallende optische Beleuchtung ausgehender optischer Strahlung. Wie in 1, dargestellt ist, empfängt das Fit-Analyse-Modul 157 optische Messdaten 124, die durch den in 2 dargestellten optischen Detektor 123 erzeugt werden.
Im Block 204 werden Röntgenmessdaten, die mit Messungen an der Probe durch ein Röntgenmesssystem assoziiert sind, vom Fit-Analyse-Modul 157 empfangen. Die Röntgenmessdaten 126 basieren auf einer Menge detektierter, von der Probe in Antwort auf auf die Probe einfallende Röntgenbeleuchtung ausgehender Röntgenstrahlung. Wie in 1 dargestellt, empfängt das Fit- Analyse-Modul 157 Röntgenmessdaten 126, die durch den in 2 dargestellten Röntgendetektor 116 generiert wurden.
Im Block 205 wird zumindest ein Parameterwert 170 der Probe bestimmt, basierend auf einer Fit-Analyse der Röntgenmessdaten 126 mit dem Modell 155 der auf Röntgenstrahlung basierenden Antwort und einer Fit-Analyse der optischen Messdaten 124 mit dem Modell 156 der optischen Antwort. Das Modell 155 für die auf Röntgenstrahlung basierende Antwortfunktion und das Modell 156 für die optische Antwortfunktion werden als Eingabe für das Fit-Analyse-Modul 157 empfangen. Das Fit-Analyse-Modul 157 vergleicht die auf dem Modell basierende Röntgen- und optische Streuung mit den entsprechenden Messdaten, um sowohl geometrische Eigenschaften als auch Materialeigenschaften der Probe zu bestimmen.
In einigen Beispielen wird das Fitten der Modelldaten an experimentelle Daten durch Minimierung eines Chi-Quadrat-Werts erreicht. Zum Beispiel kann für die optische Metrologie ein Chi-Quadrat-Wert definiert werden als:
wobei S opt.experiment / i die gemessenen optischen Signale 124 darstellen, die experimentell in dem „Kanal“ i gemessen wurden, wobei der Index i für eine Satz von Systemparametern, wie z.B. Wellenlänge, Winkelkoordinate Polarisation etc. steht. S opt.model / i (u₁, ..., u_M) ist das auf dem Modell basierende optische Signal für den „Kanal“ i, das für Struktur-(Target-)Parameter u₁, ..., u_M berechnet wurde, wobei diese Parameter geometrische Parameter (Schichtdicken, CD, Winkel der Seitenwand, Overlay, etc.) und Materialparameter (Brechungsindizes, Absorptionskoeffizienten Dispersionsmodellparameter), etc. beschreiben. σ_opt,i ist die Unsicherheit im Zusammenhang mit „Kanal“ i. N_opt ist die Gesamtzahl der Kanäle in der optischen Metrologie. M ist die Anzahl der Parameter, die das Target für die Metrologie charakterisieren. Beispielhafte Verfahren und Systeme für die modellbasierte Analyse optischer spektroskopischer Messdaten werden in dem U.S. Patent 7,478,019 , veröffentlicht am 13. Januar 2009,der KLA-Tencor Corp. beschrieben, dessen Gesamtheit hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Auch für Röntgenmessungen (z.B. CD-SAXS) kann ein Chi-Quadrat-Wert definiert werden als:
Wobei S xray.experment / j die in dem „Kanal“ j gemessenen Röntgensignale 126 darstellen, wobei der Index j für einen Satz von Systemparametern, wie z.B. Energie, Winkelkoordinate etc. steht. S xray.model / j (v ,...,v ) ist das auf dem Modell basierende Röntgensignal S für den "Kanal" j, das für einen Satz von Struktur-(Target-)Parametern v₁, ..., v_L berechnet wurde, wobei diese Parameter geometrische Parameter (Schichtdicken, CD, Winkel der Seitenwand, Overlay etc.) und Materialparameter (Elektronendichte etc.) beschreiben. σ_xray,j ist die Unsicherheit im Zusammenhang mit „Kanal“ j. N_xray ist die Gesamtzahl der Kanäle der Metrologie mit Röntgenstrahlen. L ist die Anzahl der Parameter, die das Target für die Metrologie charakterisieren.
Die Gleichungen (3) und (4) nehmen an, dass die Unsicherheiten, die den unterschiedlichen Kanälen zugeordnet sind, unkorreliert sind. In Beispielen, bei denen die Unsicherheiten, die den verschiedenen Kanälen zugeordnet sind, korreliert sind, kann eine Kovarianz zwischen den Unsicherheiten berechnet werden. In diesen Beispielen kann ein Chi-Quadrat-Wert für optische Messungen ausgedrückt werden als:
wobei V_opt die Kovarianzmatrix der optischen Kanal-Unsicherheiten und T die Transponierung ist. Ein Chi-Quadrat-Wert für Röntgenmessungen kann in der gleichen Weise berechnet werden.
Der Satz von Zielparametern für das optische Modell (d.h. {u₁, ..., u_M}) und das Röntgenmodell (d.h. {v₁, ..., v_L}) sind im Allgemeinen nicht dieselben.
Unterschiede in den Materialkonstanten und den Funktionen, die zum Beschreiben optischer Interaktionsprozesse und Röntgen-Interaktionsprozesse benötigt werden, führen zu verschiedenen Zielparametern. Jedoch ist zumindest ein Parameter dem Modell 155 der auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortfunktion und dem Modell 156 der optischen Antwortfunktion gemeinsam. Die gemeinsamen Parameter sind entweder gleich oder durch eine eindeutige algebraische Transformation miteinander verbunden. In einigen Beispielen sind die Zielparameter, wie z.B. die Schichtdicken, CD, Overlay etc. gemeinsam für das Modell 155 der auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortfunktion und das optische Antwortfunktionsmodell 156.
In einem weiteren Aspekt können das Fitten des optischen Antwortmodells mit einer Menge optischer Messdaten und das Fitten des auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortmodells mit einer Menge von Röntgenmessdaten nacheinander, parallel, oder durch eine Kombination von sequentiellen und parallelen Analysen durchgeführt werden. In einigen Beispielen verbessert die Modellbildungs- und Analyse-Maschine 150 die Genauigkeit der gemessenen Parameter durch jede beliebige Kombination von fortschreitenden Seitwärts-Analysen, fortschreitenden Vorwärts-Analysen und Parallel-Analysen. Die fortschreitende Seitwärts-Analyse bezieht sich darauf, dass mehrere Datensätze von verschiedenen Bereichen derselben Probe genommen werden, und dass gemeinsame Parameter, die von einem Datensatz bestimmt wurden, an einen nachfolgenden Datensatz für die Analyse weitergegeben werden. Die fortschreitende Vorwärts-Analyse bezieht sich darauf, dass Datensätze von verschiedenen Proben genommen werden, und dass gemeinsame Parameter an die folgenden Analysen weitergegeben werden, wobei ein Stufenweiser-Kopie-exakter-Parameter-fortschreitender-Vorwärts-Ansatz verwendet wird. Parallel-Analyse bezieht sich auf die parallele oder gleichzeitige Anwendung einer nichtlinearen Fitting-Methodik auf mehrere Datensätze, wobei zumindest ein gemeinsamer Parameter während des Fittens gekoppelt ist.
In einigen Beispielen verbessert die Modellbildungs- und Analyse-Maschine 150 die Genauigkeit der gemessenen Parameter mittels der Durchführung einer Mehrfach-Tool- und Strukturanalyse. Die Mehrfach-Tool- und Strukturanalyse bezieht sich auf eine fortschreitende Vorwärts-, eine fortschreitende Seitwärts- oder eine Parallelanalyse, die auf Regression, einer Nachschlagetabelle (d.h. "Bibliotheks"-Abgleich) oder einem anderen Fit-Verfahren von mehreren Datensätzen basieren. Beispielhafte Verfahren und Systeme für Mehrfach-Tool- und Strukturanalyse sind im U.S. Patent 7,478,019 , erteilt am 13. Januar 2009 für KLA-Tencor Corp. offenbart, dessen Gesamtheit hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
In einigen Beispielen löst das Fit-Analyse-Modul 157 mindestens einen Parameterwert der Probe durch sequentielles Durchführen einer Fit-Analyse des Modells 155 der auf Röntgenstrahlung basierenden Antwort mit Röntgenmessdaten 126 und einer Fit-Analyse des optischen Antwortmodells 156 mit optischen Messdaten 124. In einigen Beispielen wird zunächst χ 2 / opt optimiert, und alle aufgelösten, gemeinsamen Parameterwerte der Probe werden als Konstanten in der nachfolgenden Optimierung von χ 2 / xray behandelt. Ähnlich wird in einigen anderen Beispielen zunächst χ 2 / xray optimiert, und alle aufgelösten gemeinsamen Parameterwerte der Probe werden als Konstanten in der nachfolgenden Optimierung von χ 2 / opt behandelt.
In einigen anderen Beispielen löst das Fit-Analyse-Modul 157 mindestens einen Parameterwert der Probe durch Ausführen einer parallelen Fit-Analyse des auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortmodells 155 mit Röntgenmessdaten 126 und des optischen Antwortmodells 156 mit optischen Messdaten 124. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann eine Chi-Quadrat-Funktion für die parallele Analyse definiert sein als: χ² = w_optχ 2 / opt + w_xrayχ 2 / xray (6) wobei w_opt und w_xray Gewichtungskoeffizienten sind, die zu der optischen Metrologie und der Röntgen Metrologie zugeordnet sind. Im einfachsten Fall gilt:
w_opt = w_xray = 1. Jedoch verbessert das Zuweisen von unterschiedlichen _{opt xray} Gewichten oft die relevantere Metrologie. Die Auswahl der richtigen Gewichte erfolgt in der Regel durch die Analyse experimenteller Daten im Vergleich zur Referenzmetrologie und/oder durch Messung von Parametervariationen bei vorprogrammierter Versuchsplanung (DOE) zu besonderen DOE-Targets.
Optische Metrologie und Röntgenstrahl-Metrologie können mehr als eine einschlägige Technologie bei der Berechnung der Chi-Quadrat-Werte enthalten. Beispielsweise kann χ 2 / xray für die kombinierte Verwendung von SAXS bei streifendem Einfall und SAXS in Transmission berechnet werden, wobei jeder Technologie ein Gewichtungskoeffizient zugeordnet ist. Ebenso kann χ 2 / opt für die kombinierte Verwendung von spektroskopischer Ellipsometrie, Strahlprofil-Reflektometrie und spektroskopischer Reflektometrie mit einem jeder Technologie zugeordneten Gewichtskoeffizienten berechnet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt werden die Anzahl der veränderlichen Targetparameter des optischen Modells, {u₁, ..., u_M}, und die Anzahl der veränderlichen Targetparameter der Röntgenmodells {v₁, ..., v_L} reduziert, indem einige Parameter verknüpft werden. In einigen Beispielen werden gemeinsame geometrische Parameter als ein einzelner Parameter behandelt. Beispielsweise werden, wenn u1 und v1 beide die Dicke einer bestimmten Schicht darstellen, die Werte von u1 und v1 derart eingeschränkt, dass sie denselben Wert aufweisen. In anderen Beispielen kann die Einführung von Skalierungsfaktoren und Offset-Werten notwendig sein, um der Kalibrierung und der Modelltendenz der optischen Metrologie und der Röntgenmetrologie Rechnung zu tragen. Beispielsweise ist, wenn u1 und v1 beide die Dicke einer bestimmten Schicht repräsentieren, der Wert u1 derart eingeschränkt, dass er eine Funktion von v1 ist (z.B. u1 = f1·v1 + d1, wobei f1 und d1 Konstanten sind). Skalierungsfaktoren (z.B. f1) und Offset-Werte (z.B. d1) sind keine veränderlichen Parameter und werden bestimmt, bevor die globale Optimierung durchgeführt wird. Die Kalibrierung von Skalierungsfaktoren und Offset-Werten kann mit Hilfe der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), der Rasterkraftmikroskopie (AFM) oder anderen Methoden durchgeführt werden. Darüber hinaus sind auch komplexere Wege möglich, um Struktur-Parameter zu verbinden.
Der kombinierte Fit von optischen Messdaten und Röntgenmessdaten ist vorteilhaft für jede Art von Röntgentechnologie und optischer Technologie, die eine ergänzende Empfindlichkeit hinsichtlich geometrischer Parameter und/oder Materialparametern von Interesse bietet. Dies ist insbesondere der Fall, wenn mindestens ein geometrischer Parameter dem Röntgenmodell und dem optischen Modell gemeinsam ist oder zwischen dem Röntgenmodell und dem optischen Modell verknüpft ist.
Wie zuvor beschrieben, wird der Fit von Röntgenmodellen und optischen Modellen mit Messdaten an Hand der Minimierung der kleinsten Quadrate der Chi-Quadrat-Werte erreicht. Jedoch kann im Allgemeinen der Fit von Röntgendaten und optischer Daten mit anderen Funktionen erreicht werden. Dies kann vorteilhaft sein, beispielsweise in Fällen, wenn Ausreißer vorliegen. Beispielhafte Funktionen werden von P.J. Huber in "Robust Statistics“ vorgestellt, John Wiley and Sons (2004), dessen Gegenstand hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Im Block 206 wird zumindest ein im Block 205 bestimmter Parameterwert der Probe gespeichert. Wie in 1 dargestellt, kommuniziert das Fit-Analyse-Modul 157 den Parameterwert 170 der Probe in den Speicher 180 zur Speicherung im Speicher 180.
Gemäß einem weiteren Aspekt, führt die Modellbildungs- und Analyse-Maschine 150 die Hauptkomponentenanalyse (PCA) durch, um einen oder mehrere Sätze von Parameterwerten (z.B. {u₁, ..., u_M} und {v₁, ..., v_L}) in einen oder mehrere Sätze von Parameterwerten (z.B. {u'₁, ..., u'_M} und {v'₁, ..., v'_L}) mit reduzierter Korrelation umzuwandeln. PCA umfasst das Umwandeln eines Satzes möglicherweise korrelierter Parameter in eine Reihe von linear unkorrelierten Parametern durch lineare Koordinatentransformation.
Gemäß einem anderen weiteren Aspekt umfasst die zu untersuchende Probe Feldverstärkungselemente, um die Parameterempfindlichkeit in Bezug auf Röntgenmetrologie und optische Metrologie zu erhöhen. Feldverstärkungselemente sind Strukturen, die verwendet werden, um die Messempfindlichkeit in Verbindung mit Parametern von Interesse zu erhöhen sowie Parameterkorrelationen zu brechen.
In noch einem anderen weiteren Aspekt führt die Modellbildungs- und Analyse- Maschine 150 Röntgenanalysen und optische Analysen unter Verwendung von gemeinsamen oder mehreren Targets durch, wobei wenigstens ein gemeinsamer Parameter während der Analyse gekoppelt ist.
In noch einem anderen weiteren Aspekt wird die Struktur der Modelle der Antwort der Probe auf zumindest zwei verschiedene Messtechnologien auf Grundlage der Qualität des Fits zwischen den Modellen und den entsprechenden Messdaten verändert. In einigen Beispielen wird die Struktur des geometrischen Modells auf der Grundlage der Qualität des Fits zwischen den Antwortmodellen und den entsprechenden Messdaten verändert.
4 zeigt ein Verfahren 300, das zur Implementierung durch die Modellbildungs- und Analyse-Maschine 150 der vorliegenden Erfindung geeignet ist. In einem Aspekt ist erkannt, dass die Datenverarbeitungsblöcke des Verfahrens 300 mittels eines vorprogrammierten Algorithmus, der durch einen oder mehrere Prozessoren des Computersystems 130 durchgeführt wird, ausgeführt werden können. Während die folgende Beschreibung der Modellbildungs- und Analyse-Maschine 150 im Rahmen eines kombinierten Metrologiesystems 100 vorgestellt wird, wird hier sehr wohl erkannt, dass die besonderen strukturellen Aspekte des kombinierten Metrologiesystems 100 keine Einschränkungen darstellen und lediglich als veranschaulichend ausgelegt werden sollten.
Im Block 301 bestimmt das Fit-Analyse-Modul 157 einen Restwert einer Kostenfunktion, die mit der Fit-Analyse von Block 205 des Verfahrens 200 verbunden ist. In einem Beispiel bestimmt das Fit-Analyse-Modul 157 den Restwert einer Kostenfunktion, der auf der Größe der Optimierungskostenfunktion (oder Funktionen) basiert, nachdem die iterative Optimierung abgeschlossen ist.
Im Block 302, bestimmt das Fit-Analyse-Modul 157, ob der Restwert einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Auf diese Weise bewertet das Fit-Analyse-Modul 157 die Qualität der Anpassung zwischen dem auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortmodell und dem optischen Antwortmodell und der entsprechenden Messdaten.
Im Block 303 wird das geometrische Modell restrukturiert, wenn der Restwert den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Zum Beispiel stellt, wenn der 2Wert von χ² einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, die Modellbildungsund Analyse-Maschine 150 fest, dass die Qualität des Fits niedrig ist und die zugrunde liegenden Messmodelle restrukturiert werden müssen, um die Messergebnisse zu verbessern. Auf diese Weise wird die Qualität des Fits der Daten verwendet, um die Gültigkeit der zur Beschreibung der Struktur verwendeten parametrischen Modelle zu überprüfen. Gemäß einem Beispiel restrukturiert die Modellbildungs- und Analysemaschine 150 das geometrische Modell durch Berechnung der Jacobi-Matrix, die mit den geometrischen Modellparametern assoziiert ist, und restrukturiert dann das Modell durch Transformieren der Modellparameter, um den größten Wert der Jacobi-Matrix zu minimieren. Die vorgenannte Vorgehensweise stellt ein nicht einschränkendes Beispiel dar. Viele andere Ansätze zur Modellrestrukturierung können in Betracht gezogen werden.
Beispielsweise ist in einigen Messszenarios die Targetstruktur ein periodisches Gitter, das in jeder Periode durch ein Profil, Schichtdicken und Materialeigenschaften parametrisiert ist. Eine adäquater Fit kann dadurch erreicht werden, dass ein optisches Modell allein mit optischen Daten gefittet wird. Jedoch zeigt das gleichzeitige Fitten optischer Modelle und von Röntgenmodellen an optische Messdaten und Röntgenmessdaten einen unannehmbar schlechten Fit (d.h. der Restwert der Optimierungskostenfunktion ist zu hoch). In Reaktion darauf kann das Strukturmodell verändert werden, bis eine guter Fit bestimmt ist. Es ist zu beachten, dass die Änderung des Modells eine Veränderung der Parametrierung der Targetstruktur (z.B. Hinzufügen oder Ändern von Merkmalen, wie Fußzeilen, Rauhigkeit der Linienkanten, Verbesserung dielektrischer Eigenschaften, etc.) involviert. Auf diese Weise können die Optimierungsergebnisse, die von der Modellbildungs- und Analyse- Maschine 150 zur Verfügung gestellt wurden, verwendet werden, um das Strukturmodell zu verbessern, bis es ausreichend genau ist.
In einem weiteren Beispiel wird bei einigen Messszenarios ein adäquater Fit eines optischen Modells mit optischen Daten durch Anpassen von Modellparametern und Maschinenparametern (z.B. Wellenlänge, Kippwinkel, Rauschen, etc.) erreicht. Obwohl dies in einem kleinen Prozessfenster gut funktionieren kann, stellt sich oft heraus, dass in dieser Weise arbeitende Metrologiesysteme nicht in der Lage sind praxisnahe Prozessschwankungen zu verfolgen. Das Hinzufügen einer auf Röntgenstrahlen basierenden Metrologiefähigkeit (z.B. CD-SAXS, XRF, etc.) zusätzlich zu der optisch basierten Metrologie zeigt oft den Mangel des Modells. In diesem Szenario wird die Modellbildungs- und Analyse-Maschine 150 verwendet, um die Modellmängel zu erkennen und die Parametrierung des Strukturmodells zu ändern. Zum Beispiel kann ein einfaches Trapezmodell völlig ausreichend sein, um spektroskopische Ellipsometriedaten (SE) zu fitten. Jedoch müssen zusätzliche Formparametern hinzugefügt werden, um einen ausreichenden Fit sowohl für SE- als auch für CD-SAXS-Daten zu erzielen. Das verbesserte Strukturmodell verbessert wiederum, aufgrund der Verwendung eines repräsentativeren Strukturmodells, die Fähigkeit der SE-Messung. In einigen Beispielen wird eine kombinierte Fit-Analyse unter Verwendung von optischen Messdaten und Röntgenmessdaten verwendet, um ein optimiertes Strukturmodell zu entwickeln, und dann wird nur eine der Messtechniken (wie z.B. eine für höheren Durchsatz geeignete optische Metrologietechnik) für Messungen während der Produktion verwendet.
Im Block 304 wird das geometrische Modell gespeichert, wenn der Restwert den vorbestimmten Schwellenwert nicht überschreitet.
Wie in 4 dargestellt, können die Blöcke 301–303 iterativ ausgeführt werden, bis ein zufriedenstellendes Ergebnis erreicht ist (d.h. der Restwert übersteigt nicht den vorbestimmten Schwellenwert), und sodann das Modell für die weitere Verwendung gespeichert wird.
2 veranschaulicht ein kombiniertes Metrologiesystem 100 zum Messen von Eigenschaften einer Probe mit zwei verschiedenen Messtechniken. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Computersystem 130 als Modellbildungs- und Analyse-Maschine konfiguriert, um die hier beschriebene Modellbildungs- und Analyse-Funktionalität zu implementieren. Wie in 2 gezeigt, kann das System 100 verwendet werden, um kombinierte optische Scatterometrie-Messungen und SAXS-Messungen über einem Inspektionsbereich 102 einer Probe 101 auf einem Probenpositionierungssystem 140 auszuführen. In einigen Ausführungsformen hat der Inspektionsbereich 102 eine Fleckgröße von fünfzig Mikrometer oder weniger.
In der dargestellten Ausführungsform enthält das Metrologie-System 100 ein auf flüssigem Metall basierendes Röntgenbeleuchtungssystem 110 und einen Röntgendetektor 116. Das Röntgenbeleuchtungssystem 110 umfasst eine Flüssigmetall-Röntgenbeleuchtungsquelle mit hoher Helligkeit. Ein Strahl aus flüssigem Metall 119 wird aus einem Behälter 111 für flüssiges Metall erzeugt und in einem Kollektor 112 für flüssiges Metall gesammelt. Ein System (nicht gezeigt) für den Kreislauf des flüssigen Metalls führt das durch den Kollektor 112 gesammelte flüssige Metall zu dem Behälter 111 für flüssiges Metall zurück. Der Strahl aus flüssigem Metall 119 enthält ein oder mehrere Elemente. Als nicht-einschränkendes Beispiel enthält der Strahl aus flüssigem Metall 119 irgendeines der folgenden Elemente: Aluminium, Gallium, Indium, Zinn, Thallium und Wismut. Auf diese Weise erzeugt der Strahl aus flüssigem Metall 119 Röntgenlinien entsprechend seiner Bestandteile. In einigen Ausführungsformen ist das Röntgenbeleuchtungssystem 110 so konfiguriert, dass Wellenlängen zwischen 0,01 Nanometer und 1 Nanometer erzeugt werden. Beispielhafte Verfahren und Systeme zum Erzeugen von Röntgenbeleuchtung hoher Helligkeit auf Basis flüssigen Metalls sind im U.S. Patent 7,929,667 , erteilt am 19. April 2011 für KLA-Tencor Corp. beschrieben, dessen Gesamtheit hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Eine Elektronenstrahlquelle 113 (beispielsweise eine Elektronenkanone) erzeugt einen Strom von Elektronen 118, der von der Elektronenoptik 114 auf den Strahl aus flüssigem Metall 119 gerichtet wird. Eine geeignete Elektronenoptik 114 weist Elektromagneten, Permanentmagneten oder eine Kombination aus Elektromagneten und Permanentmagneten für die Fokussierung des Elektronenstrahls und das Richten des Strahls auf den Strahl aus flüssigem Metall 119 auf. Das Zusammentreffen des Strahls aus flüssigem Metall 119 und des Stroms von Elektronen 118 erzeugt einen Röntgenstrahl 117, der auf den Inspektionsbereich 102 der Probe 101 trifft. Eine Röntgenoptik 115 formt und richtet den einfallenden Röntgenstrahl 117 auf die Probe 101. In einigen Beispielen monochromatisiert die Röntgenoptik 115 den Röntgenstrahl, der auf die Probe 101 einfällt. In einigen Beispielen kollimiert oder fokussiert die Röntgenoptik 115 den Röntgenstrahl 117 auf den Inspektionsbereich 102 der Probe 101. In einigen Ausführungsformen enthält die Röntgenoptik 115 einen oder mehrere Kollimationsspiegel für die Röntgenstrahlung, Blenden für die Röntgenstrahlung, Monochromatoren für die Röntgenstrahlung und Strahlstopper für die Röntgenstrahlung, mehrschichtige Optiken, refraktive Optiken, diffraktiven Optiken wie Zonenplatten, oder jede Kombination davon.
Der Röntgendetektor 116 sammelt von der Probe 101 gestreute Röntgenstrahlung 125 und erzeugt ein Ausgangssignal 126, das Eigenschaften der Probe 101, die empfindlich gegenüber der einfallenden Röntgenstrahlung sind, anzeigt. Die gestreuten Röntgenstrahlen 125 werden durch Röntgendetektor 116 aufgefangen, während das Probenpositionierungssystem 140 die Probe 101 positioniert und orientiert, um eine winkelaufgelöste Streuung der Röntgenstrahlen zu erzeugen. Der Röntgendetektor 116 ist in der Lage, eine oder mehrere Röntgenphotonenenergien aufzulösen und erzeugt Signale für jede Komponente der Röntgenenergie, die ein Hinweis auf Eigenschaften der Probe sind. In einigen Ausführungsformen umfasst der Röntgendetektor 116 irgendwelche der folgenden Elemente: eine CCD-Anordnung, eine Mikrokanalplatte, ein Photodiodenarray, einen Mikrostreifen-Proportionalzähler, einen mit Gas gefüllten Proportionalzähler und einen Szintillator.
Das kombinierte Metrologiesystem 100 umfasst auch ein optisches Beleuchtungssystem 120 und einen optischen Detektor 123. Das optische Beleuchtungssystem 120 umfasst eine optische Beleuchtungsquelle 121 und eine optische Beleuchtungsoptik 122, die so konfiguriert ist, dass ein von der optischen Beleuchtungsquelle 121 einfallender optischer Beleuchtungsstrahl 127 geformt und auf den Inspektionsbereich 102 der Probe 101 gerichtet wird. In einigen Beispielen überlappen der einfallende optische Beleuchtungsstrahl 127 und der einfallende Röntgenbeleuchtungsstrahl 117 räumlich am Inspektionsbereich 102 der Probe 101.
Als nicht-einschränkendes Beispiel umfasst die optische Beleuchtungsquelle 121 eine oder mehrere Lichtbogenlampen, Laser, lichtemittierende Dioden, mit Laser angetriebene Plasmaquellen und mit Laser angetriebene Superkontinuum-Quellen oder eine Kombination davon. Im Allgemeinen kann jede geeignete optische Beleuchtungsquelle in Betracht gezogen werden. In einigen Ausführungsformen ist die optische Beleuchtungsquelle 121 derart konfiguriert, dass Beleuchtungslicht mit Wellenlängenkomponenten zwischen 120 Nanometern und 2000 Nanometern erzeugt wird.
Die Beleuchtungsoptik 122 ist so konfiguriert, dass der einfallende optische Beleuchtungsstrahl 127 auf den Inspektionsbereich 102 der Probe 101 kollimiert oder fokussiert wird. In einigen Beispielen ist die Beleuchtungsoptik 122 so konfiguriert, dass der einfallende optische Beleuchtungsstrahl 127. monochromatisiert wird. In einigen Ausführungsformen umfasst die Beleuchtungsoptik 122 einen oder mehrere optische Spiegel, Fokussierungsoder Defokussierungsoptiken, optische Verzögerungsplatten, optische Blenden, optische Monochromatoren und optischen Strahlstopper, oder eine beliebige Kombination davon.
Der optische Detektor 123 erfasst die optische Strahlung 128, die von der Probe 101 gestreut wurde, und erzeugt ein Ausgangssignal 124, das Eigenschaften der Probe 101 anzeigt, die empfindlich gegenüber der einfallenden optischen Strahlung sind. Die gestreute optische Strahlung 128 wird durch den optischen Detektor 123 gesammelt, während das Probenpositionierungssystem 140 die Probe 101 positioniert und orientiert, um eine winkelaufgelöste optische Streustrahlung zu erzeugen. Der optische Detektor 123 ist in der Lage, eine oder mehrere optische Photonenenergien aufzulösen und erzeugt Signale für jede optische Energiekomponente, die Eigenschaften der Probe anzeigt. In einigen Ausführungsformen ist der optische Detektor 123 irgendeines der folgenden Elemente: CCD-Array, ein Photodiodenarray, ein CMOS-Detektor und ein Photomultiplier-Röhre.
Das kombinierte Metrologiesystem 100 umfasst auch ein Computersystem 130, das verwendet wird, um durch den optischen Detektor 123 beziehungsweise den Röntgenstrahldetektor 116 generierte Signale 124 und 126 zu erfassen, und Eigenschaften der Probe zu bestimmen, zumindest teilweise basierend auf den erfassten Signalen. Wie in 2 dargestellt, steht das Computersystem 130 in Kommunikationsverbindung mit dem optischen Detektor 123 und dem Röntgenstrahldetektor 116. Gemäß einem Aspekt empfängt das Computersystem 130 die Messdaten 124 und 126, die mit gleichzeitigen Messungen der kritischen Dimension der Probe 101 im Inspektionsbereich 102, der sowohl durch einen Röntgenstrahl 117 als auch einen optischen Beleuchtungsstrahl 127 beleuchtet wird, assoziiert sind.
Gemäß einem Beispiel ist der optische Detektor 123 ein optisches Spektrometer und die Messdaten 124 enthalten einen Hinweis auf die gemessene spektrale Antwort der Probe, die auf einem oder mehreren durch das optische Spektrometer implementierten Abtastungsvorgängen basiert. Ähnlich ist in einem Beispiel der Röntgendetektor 116 ein Röntgenspektrometer und die Messdaten 126 enthalten einen Hinweis auf die gemessene spektrale Antwort der Probe, die auf einem oder mehreren durch das Röntgenspektrometer implementierten Abtastungsvorgängen basiert.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Computersystem 130 so konfiguriert, dass auf Modellparameter in Echtzeit zugegriffen werden kann, indem Real Time Critical Dimensioning (RTCD) verwendet wird, oder dass es auf Bibliotheken von vorberechneten Modellen zum Bestimmen eines Werts mindestens eines Probenparameterwerts zugreift, der mit der Probe 101 assoziiert ist. In der Regel kann irgendeine Form einer CD-Maschine verwendet werden, um die Differenz zwischen zugeordneten CD-Parametern einer Probe und den der gemessenen Probe zugeordneten CD-Parametern auszuwerten. Beispielhafte Verfahren und Systeme zum Berechnen von Probenparameterwerten sind in dem U.S Patent 7,826,071 beschrieben, das am 2. November 2010 für KLA-Tencor Corp. erteilt wurde Dessen Gesamtheit ist hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
In einem weiteren Aspekt umfasst das kombinierte Metrologie-System 100 ein Computersystem (z.B. Computersystem 130), das konfiguriert ist, die hier beschriebene Strahlsteuerungsfunktionalität zu implementieren. In dem Ausführungsbeispiel nach 2 wird das Computersystem 130 als Strahlregler betrieben, um die Positionierung und die Fleckgröße des einfallenden Röntgenstrahls 117 und des einfallenden optischen Beleuchtungsstrahl 127 derart zu steuern, dass sie zu jedem Zeitpunkt räumlich im gewünschten Untersuchungsbereich 102 der Probe 101 überlappen.
Wie in 2 dargestellt, ist das Computersystem 130 kommunikativ mit dem Röntgendetektor 116 und dem optischen Detektor 123 gekoppelt. Das Computersystem 130 ist konfiguriert, Messdaten 124 vom optischen Detektor 123 und Messdaten 126 vom Röntgenstrahldetektor 116 zu empfangen. In einem Beispiel enthalten die Messdaten 124 einen Hinweis auf die gemessene optische Antwort der Probe. Auf Basis der Verteilung der gemessenen optischen Antwort auf der Oberfläche des Detektors 123 wird die Position und die Einfallsfläche des optischen Beleuchtungsstrahls 127 auf Probe 101 durch die Strahlsteuerung 130 bestimmt. In einem Beispiel werden durch das Computersystem 130 Mustererkennungstechniken angewendet, um die Position und die Einfallsfläche des optischen Beleuchtungsstrahls 127 auf der Probe 101 auf Basis der Messdaten 124 zu bestimmen. Gleichermaßen enthalten die Messdaten 126 einen Hinweis auf die gemessene Röntgenantwort der Probe. Auf Basis der Verteilung der gemessenen Röntgenantwort auf der Oberfläche des Detektors 116 wird die Position und die Einfallsfläche des Röntgenstrahls 117 auf der Probe 101 durch die Strahlsteuerung 130 bestimmt. In einem Beispiel werden durch das Computersystem 130 Mustererkennungstechniken angewendet, um die Position und die Einfallsfläche des Röntgenstrahls 117 auf der Probe 101 auf Basis der Messdaten 124 zu bestimmen. Als Antwort darauf erzeugt das Computersystem 130 ein Befehlssignal 137, das an die Beleuchtungsoptik 122 weitergegeben wird, um den einfallenden optischen Beleuchtungsstrahl 127 umzuleiten und umzuformen, so dass der einfallende optische Beleuchtungsstrahl 127 mit dem einfallenden Röntgenstrahl 117 auf dem gewünschten Inspektionsbereich 102 der Probe 101 räumlich überlappt. Gleichermaßen erzeugt die Strahlsteuerung 130 ein Befehlssignal 136, das der Elektronenoptik 114 und / oder der Röntgenoptik 115 mitgeteilt wird, um den einfallenden Röntgenstrahl 117 umzuleiten und umzuformen, so dass der einfallende Röntgenstrahl 117 mit dem einfallenden optischen Beleuchtungsstrahl 127 im gewünschten Inspektionsbereich 102 der Probe 101 räumlich überlappt
In einem weiteren Aspekt werden gleichzeitig SAXS und optische Scatterometrie-Messungen eines bestimmten Inspektionsbereichs in einer Vielzahl von unterschiedlichen Out-of-Plane-Orientierungen ausgeführt. Dies erhöht die Präzision und Genauigkeit der gemessenen Parameter und reduziert Korrelationen unter den Parameter, indem die Anzahl und Vielfalt der Datensätze, die für die Auswertung zur Verfügung stehen, um eine Vielzahl von Out-of-Plane-Orientierungen mit einem großen Winkel erweitert wird. Die Messung von Probenparametern mit einem tieferen, mannigfaltigeren Datensatz reduziert ebenfalls Korrelationen zwischen den Parametern und verbessert die Messgenauigkeit.
Wie in 2 dargestellt, umfasst das kombinierte Metrologiesystem 100 ein Probenpositionierungssystem 140, das derart ausgebildet ist, dass die Probe 101 sowohl ausgerichtet wird, als auch über einen großen Bereich von Out-of-Plane-Winkelorientierungen in Bezug auf das optische Scatterometer und das Kleinwinkel-Röntgen-Scatterometer orientiert wird. In anderen Worten ist das Probenpositionierungssystem 140 konfiguriert, um die Probe 101 über einen großen Winkelbereich um eine oder mehrere Drehachsen, die parallel zu der Oberfläche der Probe 101 ausgerichtet sind, zu drehen. In einigen Ausführungsformen ist das Probenpositionierungssystem 140 ausgebildet, die Probe 101 in einem Bereich von mindestens 90 Grad um eine oder mehrere Drehachsen, die parallel zu der Oberfläche der Probe 101 ausgerichtet sind, zu drehen. In einigen Ausführungsformen ist das Probenpositionierungssystem 140 ausgebildet, die Probe 101 in einem Bereich von mindestens 60 Grad um eine oder mehrere Drehachsen, die parallel zu der Oberfläche der Probe 101 ausgerichtet sind, zu drehen. In einigen anderen Ausführungsformen ist das Probenpositionierungssystem 140 ausgebildet, die Probe 101 in einem Bereich von mindestens einem Grad um eine oder mehrere Drehachsen, die parallel zu der Oberfläche der Probe 101 ausgerichtet sind, zu drehen. Auf diese Art und Weise werden winkelaufgelöste Messungen der Probe 101 mit Metrologie- System 100 über eine beliebige Anzahl von Positionen auf der Oberfläche der Probe 101 gesammelt. In einem Beispiel kommuniziert das Computersystem 130 Befehlssignale an die Bewegungssteuerung 145 des Probenpositionierungssystems 140, die die gewünschte Position der Probe 101 anzeigen. In Antwort darauf erzeugt die Bewegungssteuerung 145 Steuersignale für die verschiedenen Stellglieder des Probenpositionierungssystems 140, um die gewünschte Positionierung der Probe 101 zu erreichen.
Als nicht-einschränkendes Beispiel, wie in 2. dargestellt, weist das Probenpositionierungssystem 140 eine Rand-Greif-Spannvorrichtung 141 auf, um die Probe 101 fest am Probenpositionierungssystem 140 anzubringen. Eine drehende Betätigungsvorrichtung 142 ist konfiguriert, um die Rand-Greif-Spannvorrichtung 141 und die angebrachte Probe 101 in Bezug auf einen Umfangsrahmen 143 zu drehen. In der dargestellten Ausführungsform ist die drehende Betätigungsvorrichtung 142 so konfiguriert, dass die Probe 101 um die x-Achse des in 2 dargestellten Koordinatensystems 146 gedreht werden kann. Wie in 2 dargestellt, liegt eine Drehung der Probe 101 um die z-Achse in einer Rotationsebene der Probe 101. Rotationen um die x-Achse und die y-Achse (nicht gezeigt) sind Drehungen aus der Ebene der Probe 101 heraus, die die Oberfläche der Probe wirksam in Bezug auf die Metrologieelemente des Metrologiesystems 100 kippen. Obwohl nicht dargestellt, ist eine zweite drehende Betätigungsvorrichtung derart konfiguriert, dass die Probe 101 um die y-Achse dreht werden kann. Ein Linearantrieb 144 ist so konfiguriert, dass der Umfangsrahmen 143 in der x-Richtung verschoben werden kann. Ein weiterer Linearantrieb (nicht gezeigt) ist so konfiguriert, dass der Umfangsrahmen 143 in y-Richtung verschoben werden kann. Auf diese Weise ist jede Stelle auf der Oberfläche der Probe 101 für die Messung über einen Bereich von Out-of-Plane-Winkelpositionen verfügbar. Zum Beispiel wird in einer Ausführungsform ein Ort auf der Probe 101 über mehrere Winkelinkremente in einem Bereich von –45 Grad bis +45 Grad in Bezug auf die normale Ausrichtung der Probe 101 gemessen.
Typische optische Scatterometrie-Systeme verwenden kein Probenpositionierungssystem, das in der Lage ist, eine Probe über einen großen Bereich von Out-of-Plane-Winkelpositionen (z.B. größer als +/– ein Grad) auszurichten. Als Ergebnis fehlt es den Messinformationen, die von diesen Systemen gesammelt werden, oft an der Empfindlichkeit hinsichtlich bestimmter Parameter oder sie sind nicht in der Lage, Korrelationen zwischen Parametern zu reduzieren. Allerdings erweitert die große Out-of-Plane-Winkelpositionierungsfähigkeit des Probenpositionierungssystems 140 die Messempfindlichkeit und reduziert Korrelationen zwischen Parametern. Zum Beispiel ist, bei normaler Orientierung, SAXS in der Lage, die kritische Dimension eines Merkmals aufzulösen, aber ist weitgehend unempfindlich hinsichtlich Seitenwandwinkel und Höhe eines Merkmals. Jedoch können durch Sammeln von Messdaten über einen breiten Bereich von Out-of-Plane-Winkelstellungen der Seitenwandwinkel und die Höhe eines Merkmals aufgelöst werden.
Es sollte klar sein, dass die verschiedenen in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen Schritte durch ein einzelnes Computersystem 130 oder, alternativ, ein Mehrfachcomputersystem 130 ausgeführt werden können. Darüber hinaus können verschiedene Subsysteme des Systems 100, wie zum Beispiel das Probenpositionierungssystem 140, ein Computersystem, das zur Durchführung von mindestens einem Teil der hier beschriebenen Schritte geeignet ist, umfassen. Daher sollte die vorgenannte Beschreibung nicht als eine Einschränkung der vorliegenden Erfindung, sondern lediglich eine Illustration interpretiert werden. Ferner können das eine oder die mehreren Computersysteme 130 konfiguriert werden, um jeden anderen Schritt(e) von jeder der hierin beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens durchzuführen.
Darüber hinaus kann das Computersystem 130 kommunikativ mit dem optischen Detektor 123, dem Röntgenstrahldetektor 116, der optischen Beleuchtungsoptik 122 und der Röntgenbeleuchtungsoptik 115 in irgendeiner aus der Technik bekannten Weise gekoppelt sein. Zum Beispiel können das eine oder die mehreren Computersysteme 130 mit Computersystemen, die mit dem optischen Detektor 123, dem Röntgenstrahldetektor 116, der optischen Beleuchtungsoptik 122 bzw. der Röntgenbeleuchtungsoptik 115 assoziiert sind, gekoppelt sein. In einem anderen Beispiel kann jedes der folgenden Elemente:, der optische Detektor 123, der Röntgenstrahldetektor 116, die optische Beleuchtungsoptik 122 und die Röntgenstrahlbeleuchtungsoptik 115, direkt durch ein einzelnes Computersystem gesteuert werden, das mit dem Computersystem 130 gekoppelt ist.
Das Computersystem 130 des kombinierten Metrologiesystems 100 kann derart konfiguriert sein, dass es Daten oder Informationen von den Subsystemen des Systems (z.B. dem optischen Detektor 123, dem Röntgenstrahldetektor 116, der optischen Beleuchtungsoptik 122 und der Röntgenstrahlbeleuchtungsoptik 115 und dergleichen) durch ein Übertragungsmedium, das drahtgebundene und/oder drahtlose Abschnitte umfassen kann, empfangen und/oder erhalten kann. Auf diese Weise kann das Übertragungsmedium als eine Datenverbindung zwischen dem Computersystem 130 und anderen Subsystemen des Systems 100 dienen.
Das Computersystem 130 des kombinierten Metrologiesystems 100 kann derart konfiguriert sein, dass es Daten oder Informationen (z.B. Messergebnisse, Eingaben für die Modellierung, Ergebnisse der Modellierung, usw.) von anderen Systemen mittels eines Übertragungsmediums, das drahtgebundene und/oder drahtlose Abschnitte umfassen kann, empfangen und / oder erhalten kann. Auf diese Weise kann das Übertragungsmedium als eine Datenverbindung zwischen dem Computersystem 130 und anderen Systemen (z.B. interner Speicher des Metrologiesystems 100, externer Speicher oder externe Systeme) dienen. Zum Beispiel kann das Computersystem 130 so konfiguriert sein, dass Messdaten (z.B. Signale 124 und 126) von einem Speichermedium (d.h. Speicher 132 oder Speicher 180) über eine Datenverbindung empfangen werden. Zum Beispiel können Spektralergebnisse, die unter Verwendung eines Spektrometers eines jeglichen Röntgenstrahldetektors 116 und optischen Detektors 123 erhalten werden, in einer permanenten oder semi-permanenten Speichervorrichtung (z.B. Speicher 132 oder 180) gespeichert werden. In dieser Hinsicht können die spektralen Ergebnisse von einem internen Speicher oder von einem externen Speichersystem importiert werden. Darüber hinaus kann das Computersystem 116 Daten an andere Systeme über ein Übertragungsmedium senden. Zum Beispiel können Probenparameterwerte 170, die durch das Computersystem 130 bestimmt wurden, in einem permanenten oder semi-permanenten Speicherelement (z.B. Speicher 180) gespeichert werden. In dieser Hinsicht können die Messergebnisse auf ein anderes System übertragen werden.
Das Computersystem 130 kann, ist aber nicht darauf beschränkt, ein Personalcomputersystem, ein Mainframe-Computersystem, eine Workstation einen Bildrechner, einen Parallel-Prozessor oder jegliches andere aus der Technik bekannte Gerät umfassen. Im Allgemeinen wird der Begriff "Computersystem" breit ausgelegt, so dass es jede Vorrichtung mit einem oder mehreren Prozessoren, die Befehle von einem Speichermedium ausführen, umfasst.
Programminstruktionen 134 zur Implementierung von Verfahren wie den hierin beschriebenen können über ein Übertragungsmedium, wie z.B. einen Draht, ein Kabel oder eine drahtlose Übertragungsstrecke übertragen werden. Zum Beispiel, wie in 2. dargestellt, werden Programmanweisungen, die im Speicher 132 gespeichert sind, an den Prozessor 131 über den Bus 133 übertragen. Programmanweisungen 134 werden in einem computerlesbaren Medium gespeichert (z.B. Speicher 132). Beispielhafte computerlesbare Medien umfassen: Nur-Lese-Speicher, Speicher mit wahlfreiem Zugriff, eine magnetische oder optische Platte oder ein Magnetband.
Wie anhand der 2 beschrieben, umfasst das kombinierte Metrologiesystem ein SAXS-System und ein optisches Scatterometer-System. Jedoch kann im Allgemeinen eine kombinierte Analyse, basierend auf einer Kombination von verschiedenen optischen Messtechniken und unterschiedlichen auf Röntgen basierenden Messtechniken im Rahmen dieser Patentschrift in Betracht gezogen werden. Weiterhin könne Messungen, die auf jeglicher optischen Messtechnik und Röntgenmesstechnik basieren, welche bei einer kombinierten Analyse wie hierin beschrieben verwendet werden, auf einer oder mehreren einzelnen Metrologieanlagen, auf einer oder mehreren kombinierten Messanlagen, oder irgendeiner Kombination davon, ohne Einschränkung durchgeführt werden.
Als nicht-einschränkendes Beispiel kann jede der folgenden optischen Messtechniken: spektroskopische Ellipsometrie (einschließlich Mueller-Matrix-Ellipsometrie), Müller-Matrix-spektroskopische-Ellipsometrie, spektroskopische Reflektometrie, spektroskopische Scatterometrie, Scatterometrie-Overlay, Strahlprofil-Reflektometrie (winkel- und polarisationsaufgelöst), Strahlprofil-Ellipsometrie, Ellipsometrie bei einer einzelnen oder mehreren diskreten Wellenlängen, Ellipsometrie mit mehreren Einfallswinkeln und spektroskopische Polarimetrie im Rahmen dieser Patentschrift für die Analyse wie hierin beschrieben kombiniert werden mit jeglicher der folgenden Röntgenmesstechniken: Transmissions-Kleinwinkelröntgenstreuung (TSAXS), Kleinwinkelröntgenstreuung bei streifendem Einfall (GISAXS), Weitwinkel-Röntgenstreuung (WAXS), Röntgen-Reflexionsvermögen (XRR), Röntgenbeugung (XRD), Röntgenbeugung bei streifendem Einfall (GIXRD), hochauflösende Röntgenbeugung (HRXRD), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), Röntgenfluoreszenz (XRF), Röntgenfluoreszenz bei streifendem Einfall (GIXRF), Röntgentomographie und Röntgen-Ellipsometrie.
Röntgen-Messtechniken und optische Messtechniken, in Kombination angewendet wie hierin beschrieben, können verwendet werden, um Eigenschaften von Halbleiterstrukturen zu bestimmen. Exemplarische Strukturen umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt auf, FinFETs, niedrig-dimensionale Strukturen, wie Nanodrähte oder Graphen, Sub-10 Nm-Strukturen, dünne Schichten, lithographische Strukturen, Siliziumdurchkontaktierung („Through Silicon Vias“ (TSV)), Speicherstrukturen, wie z.B. DRAM, DRAM 4F2, FLASH und Speicherstrukturen mit hohem Aspektverhältnis. Beispielhafte Strukturmerkmale beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, geometrische Parameter wie Rauhigkeit der Linienkanten, Rauheit der Linienbreite, Porengröße, Porendichte, Seitenwandwinkel, Profil, Schichtdicke, kritische Dimension, Pitch und Materialparameter wie Elektronendichte, kristalline Kornstruktur, Morphologie, Orientierung, mechanische Spannung und Verformung.
Als nicht einschränkendes Beispiel ist die Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS) für die Messung von geometrischen Parametern (wie z-B. Pitch, kritische Dimension (CD), Winkel der Seitenwand (SWA), Rauheit der Linienbreite (LWR) und Rauhigkeit der Linienkanten (LER)) von Strukturen kleiner als 10 Nanometer geeignet. Darüber hinaus durchdringt die hohe Energie der Röntgenstrahlung lichtundurchlässige Dünnschichten, vergrabene Strukturen, Strukturen mit hohem Aspektverhältnis und Elemente, die viele Dünnschichtlagen tragen. Als nicht einschränkendes Beispiel sind optische Scatterometrietechniken geeignet für die Messung des Pitch, der CD, der Dicke dünner Schichten, der Zusammensetzung und der Dispersion vieler verschiedener Strukturen.
In einem weiteren, in 5 dargestellten, nicht einschränkenden Beispiel werden die Parameter von Interesse eines High-k-Metall-Gate-Transistors 160 basierend auf einer kombinierten Analyse von Röntgenmessungen und optischen Messungen gemessen. In dem dargestellten Beispiel werden die SiGe-Konzentrationen der Quelle 162 und der Senke 163 des Siliziumsubstrats 161 mit XRF gemessen, während die kritischen Abmessungen der Metallgateelektrode 165 und die Dicke des Gate-Dielektrikums 164 mit optischen Technologien, wie z.B. spektroskopischer Ellipsometrie, gemessen werden können.
In noch einem anderen nicht einschränkenden Beispiel wird XRF verwendet, um die Dicke von Schichten, wie z.B. HfO2, sehr dicken Schichten und Schichten, in denen die Elektronendichte sehr ähnlich zu den benachbarten Schichten ist, zu messen. Diese Dicken werden weitergereicht, um die Parameterkorrelationen bei optischen Messungen zu brechen.
Bei noch einem weiteren, nicht einschränkenden Beispiel, wie in 5 dargestellt, wird XRF verwendet, um die Ge-Dosis in hochentwickelten Strukturen, wie beispielsweise bei FinFETs, zu messen. Optische Messungen werden zur Messung des Volumens der Struktur verwendet. Die Ge-Konzentration wird auf der Basis der Dosis- und Volumenmessungen berechnet.
In noch einem anderen nicht einschränkenden Beispiel umfassen Speicherstrukturen eine TiN/Al2O3/TiN-Schichtanordnung. XRR wird verwendet, um die Dicke der TiN-Lagen zu messen, ist aber relativ unempfindlich hinsichtlich der Al2O3-Schicht. Spektroskopische Ellipsometrie-Messungen haben Schwierigkeiten bei der Unterscheidung der oberen und unteren TiN-Schichten. Kombinierte XRR- und spektroskopische Ellipsometrie-Messungen können die Dicke aller drei Schichten messen.
In einem noch weiteren, nicht einschränkenden Beispiel, haben magnetische Mehrfachschichten, wie z.B. Spinventile, eine nominelle SiO2/NiO/Co/Cu/Co-Schichtstruktur. XRR wird verwendet, um die Dicke der NiO-Schicht zu messen, aber kann aufgrund der ähnlichen Elektronendichten von Co und Cu nicht zwischen den Co/Cu/Co-Schichten unterscheiden. GIXRD löst eindeutig die Co, Ni und Cu auf, und die relativen integrierten Intensitäten der Peaks der Elemente bestimmen die Dicke der Cu- und Co-Schichten. Da die Gesamtdicke der Co/Cu/Co-Schicht über XRR bekannt ist, kann die Cu-Dicke mit einer Genauigkeit von besser als 0,1 nm bestimmt werden. Kombinierte XRR, GIXRF und optische Techniken, wie z.B. spektroskopische Ellipsometrie, können verwendet werden, um alle Dicken sowie die kritischen Abmessungen der Struktur zu messen.
In noch einem anderen, nicht einschränkenden Beispiel, können die Rauhigkeit der Linienkanten (LER) und die Rauhigkeit der Linienbreite (LWR) nicht ohne weiteres mit optischen Techniken gemessen werden, aber können unter Verwendung von Kleinwinkelröntgenstreuung gemessen werden. Der Winkel Seitenwand von Strukturen, wie z.B. ein Photoresist-Gitter und Block- Copolymere, können mit spektroskopischer Ellipsometrie gemessen werden.
In noch einem anderen, nicht einschränkenden Beispiel wird XRD verwendet, um die Zusammensetzung und die mechanische Spannung von III-V-Materialien zu messen. Diese Parameter werden bei der Analyse von optischen Messungen, wie z.B. spektroskopische Ellipsometrie, weitergereicht, um die Dicke und die kritische Dimension zu bestimmen.
In manchen Ausführungsformen wird eine kombinierte Röntgenanalyse und optische Analyse, wie hierin beschrieben, als Teil einer Maschine im Herstellungsprozess implementiert. Beispiele für Maschinen im Herstellungsprozess umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, lithographische Belichtungsanlagen, Schichtablagerungsmaschinen, Implantationsanlagen und Ätzanlagen. Auf diese Weise werden die Ergebnisse einer kombinierten Röntgenanalyse und optischen Analyse verwendet, um einen Herstellungsprozess zu steuern. In einem Beispiel werden die von einem oder mehreren Targets gesammelten Röntgenmessdaten und optischen Messdaten zu einer Maschine im Herstellungsprozess gesendet. Die Röntgenmessdaten und optischen Messdaten werden, wie hier beschrieben, analysiert und die Ergebnisse werden verwendet, um den Betrieb der Maschine im Herstellungsprozess anzupassen.
Wie hierin beschrieben, bedeutet der Ausdruck "kritische Dimension" jegliche kritische Abmessung einer Struktur (wie z.B. die untere kritische Abmessung, die mittlere kritische Abmessung, die obere kritischen Abmessung, den Winkel der Seitenwand, Gitterhöhe, etc.), eine kritische Abmessung zwischen jeglichen zwei oder mehreren Strukturen (wie z.B. der Abstand zwischen zwei Strukturen), und eine Verschiebung zwischen zwei oder mehr Strukturen (z.B. Overlay-Verschiebung zwischen übereinanderliegenden Gitterstrukturen, etc.). Die Strukturen können dreidimensionale Strukturen, gemusterte Strukturen, Overlay-Strukturen usw. umfassen.
Wie hierin beschrieben, umfasst der Ausdruck "kritische Dimension-Anwendung" oder "kritische Dimension-Messanwendung" jede kritische Dimensionsmessung.
Wie hierin beschrieben, umfasst der Ausdruck "Metrologiesystem" jedes System, das zumindest teilweise zur Charakterisierung einer Probe in jeglicher Hinsicht verwendet werden kann, einschließlich kritische Dimension-Anwendungen und Overlay-Metrologieanwendungen. Allerdings beschränken solche Begriffe aus dem Stand der Technik nicht den Umfang des Begriffs "Metrologiesystem", wie hier beschrieben. Darüber hinaus kann das Metrologiesystem 100 zur Messung von strukturierten Wafern und/oder ungemusterten Wafern ausgebildet sein. Das Metrologiesystem kann als LED-Inspektionsmaschine, Solar-Inspektionsmaschine, Rand-Inspektionsmaschine, Rückseiten-Inspektionsmaschine, Makro-Inspektionsmaschine, oder Multi-Mode-Inspektionsmaschine (verwendet Daten aus einer oder mehreren Plattformen gleichzeitig), und als jede andere Metrologiemaschine oder Inspektionsmaschine konfiguriert sein, die von der Kalibrierung von Systemparametern auf der Grundlage der Daten der kritischen Dimension profitiert.
Verschiedene Ausführungsformen werden hierin für ein Halbleiterverarbeitungssystem beschrieben (z.B. eine Inspektionsmaschine oder. ein Lithographie-System), das für die Verarbeitung einer Probe verwendet werden kann. Der hierin verwendete Begriff "Probe" betrifft einen Wafer, ein Retikel oder jede andere Probe, die mit Mitteln des Standes der Technik verarbeitet werden können (wie z.B. bedruckt oder auf Defekte hin untersucht).
So wie hier verwendet, bezieht sich der Begriff "Wafer" im Allgemeinen auf Substrate aus einem Halbleiter oder Nicht-Halbleitermaterial. Beispiele hierfür umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, monokristallines Silizium, Galliumarsenid und Indiumphosphid. Solche Substrate sind üblicherweise in Halbleiterherstellungsanlagen vorhanden und/oder werden dort verarbeitet. In einigen Fällen kann ein Wafer nur das Substrat umfassen (d.h. blanker Wafer). Alternativ kann ein Wafer eine oder mehrere Schichten aus unterschiedlichen Materialien enthalten, die auf dem Substrat ausgebildet sind. Eine oder mehrere auf einem Wafer ausgebildete Schichten können "strukturiert" oder als "nicht-strukturiert" sein. Beispielsweise kann ein Wafer eine Mehrzahl von Dies aufweisen, die wiederholbare Mustermerkmale umfassen.
Eine "Retikel" kann ein Retikel in jedem Stadium des Herstellungsprozesses eines Retikels oder ein fertiges Retikel sein, das oder das nicht zur Verwendung in einer Halbleiterfertigungsanlage freigegeben werden kann. Ein Retikel oder eine "Maske", wird im Allgemeinen als ein im Wesentlichen transparentes Substrat definiert, das im Wesentlichen undurchlässige Bereiche in einem Muster ausgebildet hat. Das Substrat kann zum Beispiel ein Glasmaterial, wie z.B. amorphes SiO₂, sein. Ein Retikel kann über einem mit Resist bedeckten Wafer während eines Belichtungsschritts eines Lithographieprozesses angeordnet sein, so dass das Muster auf dem Retikel in den Resist übertragen werden kann.
Eine oder mehrere auf einem Wafer ausgebildete Schichten können strukturiert oder unstrukturiert sein. Beispielsweise kann ein Wafer eine Vielzahl von Dies enthalten, von denen jeder wiederholbare Mustereigenschaften umfassen kann. Die Ausbildung und Verarbeitung solcher Materialschichten führt letztlich zu fertigen Elementen. Viele verschiedene Typen von Elementen können auf einem Wafer ausgebildet werden, und der Ausdruck Wafer, wie er hier verwendet wird, soll einen Wafer umfassen, auf dem jede Art von in der Technik bekannten Elementen hergestellt werden können.
Bei einem oder mehreren Ausführungsbeispielen können die beschriebenen Funktionen in Hardware, Software, Firmware oder jeder Kombination davon implementiert sein. Falls die Funktionen in Software implementiert sind, können die Funktionen auf einem computerlesbaren Medium gespeichert sein oder können als eine oder mehrere Anweisungen oder als Kode auf ein computerlesbares Medium übertragen werden. Computerlesbare Medien umfassen sowohl Computerspeichermedien als auch Kommunikationsmedien einschließlich jedes Mediums, das die Übertragung eines Computerprogramms von einem Ort zu einem anderen Ort unterstützt. Ein Speichermedium kann jedes verfügbare Medium sein, auf das von einem Mehrzweck- oder Spezialcomputer zugegriffen werden kann. Als Beispiel, und nicht Einschränkung, können solche computerlesbaren Medien RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM oder andere optische Plattenspeicher, Magnetplattenspeicher oder andere magnetische Speichervorrichtungen oder jedes andere Medium, das verwendet werden kann, um die gewünschten Programmcodemittel in Form von Anweisungen oder Datenstrukturen zu tragen oder zu speichern, umfassen, auf welches von einem Universal- oder Spezialcomputer oder einen Universal- oder Spezialprozessor zugegriffen werden kann. Außerdem ist jede Verbindung korrekt als computerlesbares Medium bezeichnet. Zum Beispiel, wenn die Software von einer Webseite, einem Server oder einer anderen entfernten Quelle über ein Koaxialkabel, ein Glasfaserkabel, ein verdrilltes Paar, einer digitale Teilnehmerleitung (DSL), oder mittels drahtloser Technologien, wie z.B. Infrarot, Radio- und Mikrowellen übertragen wird, werden das Koaxialkabel, das Glasfaserkabel, das verdrillte Paar, DSL oder die drahtlose Technologien, wie z.B. Infrarot-, Radio- und Mikrowelle als in der Definition für das Medium enthalten angesehen. Platten (Disk und Disc), wie hier verwendet, schließt Compact Disc (CD), Laserdisc, optische Disc, Digital Versatile Disc (DVD), Diskette und Blu-ray Disc mit ein, wobei Disks Daten normalerweise magnetisch und Discs Daten optisch, mit Lasern, wiedergegeben. Kombinationen der oben genannten sollten ebenfalls in den Umfang der computerlesbaren Medien eingeschlossen sein.
Obwohl bestimmte spezifische Ausführungsformen vorstehend zu Offenbarungszwecken beschrieben worden sind, hat die Lehre dieser Patentanmeldung allgemeine Anwendbarkeit und ist nicht auf die oben beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt. Dementsprechend sind verschiedene Modifikationen, Anpassungen und Kombinationen von verschiedenen Merkmalen der beschriebenen Ausführungsformen möglich, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den Ansprüchen dargelegt ist, abzuweichen.

Claims

Eine Modellbildungs- und Analyse-Maschine, umfassend: • ein Modul zur Bildung eines geometrischen Modells, konfiguriert, um ein geometrisches Modell einer Struktur einer Probe zu erzeugen; • ein Modul zur Bildung einer optischen Antwortfunktion, konfiguriert, um ein optisches Antwortmodell einer Antwort der Struktur der Probe auf einfallende optische Strahlung zu erzeugen, zumindest zum Teil basierend auf dem geometrischen Modell; • ein Modul zur Bildung einer auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortfunktion,konfiguriert, um ein auf Röntgenstrahlung basierendes Antwortmodell einer Antwort der Struktur der Probe auf einfallende Röntgenstrahlung zu erzeugen, zumindest zum Teil basierend auf dem geometrischen Modell, wobei sowohl das optische Antwortmodell als auch das auf Röntgenstrahlung basierende Antwortmodell zumindest einen gemeinsamen geometrischen Parameter aus dem geometrischen Modell umfassen; und • ein Modul zur Fit-Analyse,konfiguriert, um: – eine erste Menge an Messdaten zu empfangen, die eine Menge der optischen Strahlung anzeigt, die als Reaktion der Probe auf einen auf die Probe einfallenden optischen Beleuchtungstrahl detektiert wurde; – eine zweite Menge an Messdaten zu empfangen, die eine Menge der Röntgenstrahlung anzeigt, die als Reaktion der Probe auf einen auf die Probe einfallenden Beleuchtungsstrahl aus Röntgenstrahlung detektiert wurde; – mindestens einen Parameterwert der Probe zu bestimmen, auf Grundlage eines Fits des optischen Antwortmodells an die erste Menge an Messdaten und eines Fits des auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortmodells an die zweite Menge an Messdaten; und – den mindestens einen Parameterwert der Probe zur Speicherung in einem Speicher auszugeben.
Modellbildungs- und Analyse-Maschine nach Anspruch 1, wobei ein Wert des mindestens einen gemeinsamen geometrischen Parameters auf der Basis des Fits des auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortmodells an die zweite Menge an Messdaten bestimmt wird, und der ermittelte Wert als eine Konstante behandelt wird beim Fit des optischen Antwortmodells mit der ersten Menge von Messdaten, um den zumindest einen Parameterwert der Probe zu bestimmen.
Modellbildungs- und Analyse-Maschine nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine gemeinsame geometrische Parameter als globaler Parameter in einer parallelen Fit-Analyse behandelt wird, die sowohl den Fit des optischen Antwortmodells mit der ersten Menge von Messdaten und den Fit des auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortmodells mit der zweiten Menge von Messdaten umfasst.
Modellbildungs- und Analyse-Maschine nach Anspruch 2, wobei der Fit des optischen Antwortmodells mit der ersten Menge von Messdaten die Minimierung einer Kostenfunktion umfasst.
Modellbildungs- und Analyse-Maschine nach Anspruch 3, wobei die parallele Fit-Analyse die Minimierung einer kombinierten Kostenfunktion beinhaltet.
Modellbildungs- und Analyse-Maschine nach Anspruch 1, wobei das Modul zur Fit- Analyse ferner konfiguriert ist, um: • einen Restwert einer Kostenfunktion zu bestimmen, die mit dem Fit der ersten Menge der Messdaten mit dem optischen Antwortmodell und mit dem Fit der zweiten Menge der Messdaten mit dem auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortmodell verbunden ist; • festzustellen, ob der Restwert einen vorbestimmten Schwellenwert übertrifft; • das geometrische Modell der Struktur der Probe zu restrukturieren, falls der Restwert den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet; und • das geometrische Modell der Struktur der Probe zu speichern, falls der Restwert den vorbestimmten Schwellenwert nicht überschreitet.
Modellbildungs- und Analyse-Maschine nach Anspruch 1, wobei das optische Antwortmodell und das auf Röntgenstrahlung basierende Antwortmodell alle geometrischen Parameter des geometrischen Modells teilen.
Modellbildungs- und Analyse-Maschine nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine gemeinsame geometrische Parameter irgendeiner der folgenden ist: eine Rauhigkeit einer Linienkante, eine Rauhigkeit einer Linienbreite, eine Porengröße, eine Porendichte, ein Winkel der Seitenwände zueinander, ein Profil, eine Schichtdicke, die kritische Dimension, und der Pitch.
Modellbildungs- und Analyse-Maschine nach Anspruch 1, wobei die Modellbildungs- und Analyse-Maschine ein Computersystem einer kombinierten Einrichtung zur Metrologie auf Basis von Röntgenstrahlung und zur optischen Metrologie ist.
Modellbildungs- und Analyse-Maschine nach Anspruch 9, wobei die kombinierte Einrichtung zur Metrologie auf Basis von Röntgenstrahlung und zur optischen Metrologie umfasst: • ein auf flüssigem Metall basiertes Röntgenbeleuchtungssystem mit einer auf flüssigen Metall basierenden Röntgenbeleuchtungsquelle und einer Röntgenbeleuchtungsoptik, die konfiguriert ist, um einen einfallenden Röntgenstrahl zu formen und zu einem Inspektionsbereich einer Probe zu leiten; • einen Röntgendetektor, der konfiguriert ist, um die Menge der von der Probe in Antwort auf den einfallenden Röntgenstrahl ausgehenden Röntgenstrahlung in Reaktion auf den einfallenden Röntgenstrahl zu detektieren; • ein optisches Beleuchtungssystem, das eine optische Lichtquelle und eine optische Beleuchtungsoptik beinhaltet, die derart konfiguriert sind, um einen einfallenden optischen Beleuchtungsstrahl zu formen und zum Inspektionsbereich der Probe gleichzeitig mit dem einfallenden Röntgenstrahl zu leiten, wobei der einfallende optische Beleuchtungslichtstrahl und der einfallende Röntgenstrahl räumlich im Inspektionsbereich der Probe überlappen; und • einen optischen Detektor, der derart konfiguriert ist, um die Menge der von der Probe ausgehenden optischen Strahlung in Reaktion auf den einfallenden optischen Beleuchtungsstrahl zu detektieren.
Ein Verfahren, umfassend: • das Erstellen eines geometrischen Modells einer Struktur einer Probe; • Erzeugen eines optischen Antwortmodells und eines auf Röntgenstrahlung basierendes Antwortmodell, die zumindest teilweise auf dem geometrischen Modell basieren, wobei beide, das optische Antwortmodell und das auf Röntgenstrahlung basierende Antwortmodell zumindest einen gemeinsamen geometrischen Parameter aus dem geometrischen Modell besitzen; • Empfangen einer ersten Menge von Messdaten, die auf der Grundlage einer Menge von der Probe in Reaktion auf einen auf die Probe einfallenden optischen Beleuchtungsstrahl, detektierten optischen Strahlung basiert; • Empfangen einer zweiten Menge von Messdaten, die auf der Grundlage einer Menge von der Probe in Reaktion auf einen auf die Probe einfallenden Röntgenbeleuchtungsstrahl, detektierten Röntgenstrahlung basiert; • Bestimmen mindestens eines Parameterwerts der Probe auf der Basis einer Fit-Analyse der ersten Menge von Messdaten mit dem optischen Antwortmodell und einer Fit-Analyse der zweiten Menge von Messdaten mit dem auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortmodell; und • Speichern des mindestens einen Parameterwerts der Probe.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend: Bestimmen eines Werts der mindestens einen gemeinsamen geometrischen Parameters bezogen auf die Fit-Analyse der zweiten Menge von Messdaten, und wobei der bestimmte Wert des mindestens einen gemeinsamen geometrischen Parameters als eine Konstante in der Fit-Analyse der ersten Menge von Messdaten behandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend: Bestimmen eines Werts des mindestens einen gemeinsamen geometrischen Parameters auf der Grundlage einer parallelen Fit-Analyse der ersten Menge von Messdaten mit dem optischen Antwortmodell und der zweiten Menge von Messdaten mit dem auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortmodells.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend: • Bestimmen eines Restwert einer Kostenfunktion, die mit der Fit-Analyse der ersten Menge von Messdaten mit dem optischen Antwortmodell und der Fit-Analyse der zweiten Menge von Messdaten mit dem Röntgenantwortmodell zugeordnet ist; • Bestimmen, ob der Restwert einen vorbestimmten Schwellenwert übertrifft; • Restrukturierung des geometrischen Modells der Struktur der Probe, wenn der Restwert den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet; und • Speichern des geometrischen Modells der Struktur der Probe, wenn der Restwert den vorbestimmten Schwellenwert nicht überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der mindestens eine gemeinsame geometrische Parameter irgendeine eine Rauhigkeit einer Linienkante, eine Rauhigkeit einer Linienbreite, eine Porengröße, eine Porendichte, ein Winkel der Seitenwänd zueinander, ein Profil, eine Schichtdicke, die kritische Dimension und der Pitch ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die parallele Fit-Analyse ein Minimieren einer kombinierten Kostenfunktion beinhaltet.
Ein nicht flüchtiges, computerlesbares Medium, umfasst: • einen Code, um einen Computer zu veranlassen, ein geometrisches Modell einer Struktur einer Probe zu erzeugen; • einen Code, um einen Computer zu veranlassen, ein optisches Antwortmodell und ein auf Röntgenstrahlung basierendes Antwortmodell zu erzeugen, das zumindest teilweise auf dem geometrischen Modell basiert, wobei beide, das optische Antwortmodell und das auf Röntgenstrahlung basierendes Antwortmodell zumindest einen gemeinsamen geometrischen Parameter des geometrischen Modells enthalten; • einen Code, um einen Computer zu veranlassen, eine erste Menge von Messdaten der von der Probe detektierten optischen Strahlung zu empfangen, die Antwort auf einen auf die Probe einfallenden optischen Beleuchtungsstrahl ist, • einen Code, um einen Computer zu veranlassen, eine zweite Menge von Messdaten der von der Probe detektierten Röntgenstrahlung zu empfangen, die Antwort auf einen auf die Probe einfallenden Röntgenbeleuchtungsstrahl ist; • einen Code, um einen Computer zu veranlassen, mindestens einen Parameterwert der Probe zu bestimmen, der auf einer Fit-Analyse der ersten Menge von Messdaten mit dem optischen Antwortmodell und einer Fit-Analyse der zweiten Menge von Messdaten mit dem auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortmodells basiert; und • einen Code, um einen Computer zu veranlassen, mindestens einen Parameterwert der Probe zu speichern.
Das nicht flüchtige, computerlesbare Medium nach Anspruch 17, ferner umfassend: einen Code, um einen Computer zu veranlassen, einen Wert mindestens eines gemeinsamen geometrischen Parameters auf Grundlage der Fit-Analyse der zweiten Menge von Messdaten zu bestimmen, und wobei der bestimmte Wert des mindestens einen gemeinsamen geometrischen Parameters als eine Konstante in der Fit-Analyse der ersten Menge von Messdaten behandelt wird.
Das nicht flüchtige, computerlesbare Medium nach Anspruch 17, ferner umfassend: einen Code, um einen Computer zu veranlassen, einen Wert des mindestens einen gemeinsamen geometrischen Parameters auf der Grundlage einer parallelen Fit-Analyse der ersten Menge von Messdaten mit dem optischen Antwortmodell zu bestimmen, und die zweite Menge von Messdaten mit dem auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortmodell zu bestimmen.
Das nicht flüchtige, computerlesbare Medium nach Anspruch 17, ferner umfassend: • einen Code, um einen Computer zu veranlassen, einen Restwert eine Kostenfunktion mit der Fit-Analyse der ersten Menge von Messdaten mit dem optischen Antwortmodell und der Fit-Analyse der zweiten Menge von Messdaten mit dem auf Röntgenstrahlung basierenden Antwortmodell zu bestimmen; • einen Code, um einen Computer zu veranlassen, zu bestimmen, ob der Restwert einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt; • einen Code, um einen Computer zu veranlassen, das geometrische Modell der Struktur der Probe zu restrukturieren, wenn der Restwert den vorbestimmten Schwellenwert übersteigt; und • einen Code, um einen Computer zu veranlassen, das geometrische Modell der Struktur der Probe zu speichern, wenn der Restwert nicht den vorbestimmten Schwellenwert nicht übersteigt.