高度敏感的重点监测技术基于照明和共同目标

由Myungjun李,马克·d·史密斯,Pradeep Subrahmanyan,阿迪征税。

文摘
我们提出一个具有成本效益的集中监控技术基于照明和目标共同改进。一个先进的浸没式扫描仪可以提供自由的照明,使使用任何类型的自定义源形状通过使用一个可编程阵列成千上万的单独可调micro-mirrors。因此,一个能产生non-telecentricity使用扫描仪的不对称的照明和优化目标关注成本效益的二进制OMOG面具。然后,扫描仪的焦点变化直接转化为容易测量覆盖印刷图案的变化与高灵敏度(∆转变/∆专注= 60 nm / 100海里)。此外,使用的自由照明的功能使我们能够计算co-optimize源和重点目标,同时,不仅产生垂直或水平的变化,但也引入对角线模式转变。focus-induced模式转变可以准确衡量标准晶片计量工具CD-SEM和叠加等计量工具。

1。介绍
虽然半导体行业取得了显著改进的可行解决光刻图案,这令人印象深刻的成功付出的成本失去过程窗口(PW)的设备。尤其是逆比例数值孔径的平方(NA)景深(景深)是一个主要的挑战,尤其是在一个先进的高NA浸没式光刻技术,提高在半导体制造过程控制的重要性。结果,实时监控功能检测流程变化生产晶圆正成为一个新的产业需求[1 - 2]。同时,常规监测和剂量变化集中在一个专用的简单叠加晶片使用专用面具仍然是至关重要的,然而在这么小的PW控制生产过程需要监控过程和更高的灵敏度变化[3 - 4]。

几种不同的过程监控技术对应于不同类型的计量工具的使用提出了专业目标和适应在半导体制造[1 - 5]。相移的重点监控(PSFM)基于交替相移掩模(APSM)的一个众所周知的方法自1994年被首次引入t .布鲁纳[3]。这种技术是测量横向转移焦点错误使用造成的90度被小西格玛相干源的PSM。另一个明显的方法是使用一个额外的Cr面具背后的分划板产生不对称的照明[5]。这两种方法的主要物理原理是打破telecentricity曝光系统。因此航拍图像由多个衍射订单有不同的相位延迟之间的干扰可以通过焦点变化导致图像位移误差。而这些技术有一定的优势,如模式转向关注变化的线性和简单的测量,关键问题是不够敏感的焦点变化和复杂的掩模制造,导致过度掩模成本。

自2010年以来,自由的照明,使使用任何类型的自定义源形状可在高钠浸扫描仪。因此,non-telecentricity可以通过使用不对称的照明的扫描仪优化目标注重成本效益的二进制OMOG面具,而不是使用昂贵的PSM。在这种情况下,关注变化直接转化为容易测量覆盖抵制变化模式。此外,这样一个自由的照明让我们计算co-optimize源和目标,同时,不仅提供垂直或水平的变化,但也斜转变。进一步引入sub-resolution辅助功能(SRAF)和/或sub-resolution逆特性(研)能够成功收益强劲集中计量的设计目标,确保晶片上的印刷适性。focus-induced模式转变可以准确衡量标准晶片计量工具CD-SEM和叠加等计量工具。在本文中,我们展示小说集中监控技术和几个新的焦点目标设计,由不对称离轴照明源。提出的具有成本效益的解决方案可以提供所需的属性,如鲁棒性模式崩溃和更大的focus-induced模式转变,∆转变/∆专注~ = 0.66 nm / 1 nm,相比之前的结果报道[1 - 7]。

2。专注variation-induced模式转变
另一个相移掩模已被用于监测光刻焦点通过故意造成图像不对称焦点变化。利用APSM的基本原则是使0号和1对秩序的衍射有不同的抵消从扫描仪的中心出射光瞳由于使用非- 180型换档。通过集中移器会导致图像不对称。这样一个成像不对称会导致不对称抵抗概要文件通过焦点变化以及不同的模式转变。这种技术提供了巨大的好处包括线性模式转变成专注变异和简单的测量。然而,这种方法并不适用于生产面具由于昂贵的成本和非标准相移[3]。

而不是使用一个昂贵的APSM,这里我们介绍具有成本效益的解决方案基于源-目标共同使用一个有效的二进制OMOG面具。的自由照明允许我们使用非对称源,可以生成non-telecentricity扫描仪的成像系统通过使用特定的面具音高的集中监控的目标。航拍图像(AI)是对称的焦点F = 0纳米和是完全集中在掩模图案中心。另一方面,越来越多的散焦导致不对称的人工智能和人工智能的中心转变。AI转移和非对称AI直接影响抵抗概要文件和模式转变。因此,模式转变将散焦由于路径长度成正比的区别两个衍射订单,如图1和图2所示。如果两个完全相同的衍射订单旅行距离,航拍图像的位置成为独立的集中,导致没有模式转变。注意所有光刻模拟进行使用KLA-Tencor PROLITH工具在整个论文。

概念上无花果。1和2所示,光的能量分布的衍射面具强烈取决于照明形状的掩模图案维度和高钠= 1.35浸扫描仪。这些图表显示,特别是两个光束成像情况下,只有两个衍射订单通过入射光瞳由于造成更大的衍射角较小的面具。这两个衍射订单可能会经历不同的阶段转移焦点,导致集中的模式转变为功能变异。此外,模式转变non-telecentricity引起的成像系统总是伴随着不可避免的不对称抵制概要侧壁角(SWA)变化的结果,如图2所示。这focus-dependent SWA变化是一个重大好处使用散射测量的计量工具。如图2中所示,对于给定的不对称单极照明,第一的位置衍射面具音高值的变化,而第一个衍射强度顺序是根据屏蔽线空间比例。因此,一个可以优化维度的关注目标,专注波动更加敏感。我们将介绍几种不同的重点监视目标在下一节。

图1所示。(一)提供non-telecentricity简化光刻系统的示意图。(b) - (d)显示的衍射订单扫描出射光瞳,衍射订单的位置在哪里定义的面具。(b)和(c)的例子non-telecentric系统,可以通过集中变异生成模式转变。(d)是维护telecentricity的例子,收益率没有模式转变。

图2。单极照明的效果,不同的音高的二元掩模是暴露出来。(一)单极照明。(b) - (d)显示衍射模式扫描出射光瞳,衍射角的减少增加。(f)显示了不同的面具抵制概要文件从80纳米到150纳米。

为了理解模式转向散焦的敏感性取决于面具,我们计算模式的转变量作为焦点的函数对许多不同的面具音高。简单的线条和空间光栅目标二进制掩模接触使用高钠= 1.35浸扫描仪和计算结果如图3所示。模式放置错误(PPE),相当于模式转变,计算是通过光刻模拟使用PROLITH完整的校准抵制模型。单极源在图2 (a)是用来照亮亮视场二进制模式设备在80 nm厚的面具积极的基调照片抵制,面具的CD被认为是相当于面具节距的一半。面具节= 80海里,没有两个衍射之间相位差的订单通过扫描仪退出呜咽,因此焦点变化不会引起任何模式转变。身体上,当sinθ=λ/ 2 p,θ是光轴的入射角,λ= 193 nm波长,p是面具。重要的是要注意,这个方程解释了最佳的照明是依赖于球场的[8]。

然而,增加沥青从p = 80海里将打破telecentricity成像系统,因此PPE敏感焦点变化开始增加,只要两个光束成像。鉴于照明,两束成像是维持80海里≤p≤140 nm和p = 140 nm)提供了最大模式转变由于最大的两个订单之间的相位差,如图2所示(d)。进一步提高沥青在140海里会降低灵敏度,因为引入额外的衍射订单减少整体相位差。从图3(一个),我们观察到的模式转变和焦点之间的线性关系,该技术的主要优势之一。因为我们使用80纳米厚的抵制,抵制底部CD (BCD)是用来衡量PPE, 40 nm散焦产量没有模式转变无论面具。因为对称的航拍图像获得最好的最好的关注焦点和80 nm厚抵制通常抵制中央高度(即40 nm从底部)。图3 (b)和(c)显示抵抗概要文件为两个特定的情况下;(1)维护telecentricity p = 80海里和(2)引入non-telecentricity p = 120海里,分别。

图3。(一)模式位置误差(PPE)和集中对许多不同的面具音高。抵制概要文件和自上而下CD-SEM图像(b) p = 80海里和(c) p = 120海里。

3所示。集中监视和测量目标

3.1重点监视目标1
为了准确测量焦点变化引起的模式转变,我们首先提出一个集中监控目标图4所示,它的形状和尺寸与标准测量目标标记用于成像进行叠加。目标在前一层可以作为基准标记,它必须被设计为了不通过集中提供模式转变。意识到这一点,有两种可能的方法。首先,参考标志应该被x - y-symmetric照明,而重点监视目标在当前层需要被不对称的来源。另一个策略是让两个目标使用不对称的照明,同时进行。引用马克必须使用焦点不敏感细分距(即。在本例中,p = 80海里),而重点监视目标使用焦点敏感(即。,p = 130 nm ~ 140 nm),产生足够大的模式转变。然后,一个覆盖测量工具可以很容易地测量目标之间的变化。为了达到增加敏感度关注变化,co-optimizing目标和照明是至关重要的。设计目标的详细步骤和监控重点变化解释在图5。

图6显示了模拟CD-SEM图片,说明如何关注变化转化为可测量的模式转变。这里,重点目标使用分割距= 130 nm实现更加敏感焦点变化,同时保持目标鲁棒性模式崩溃。参考目标也使用相同的维度和公开的对称偶极照明,导致没有模式转变。正如所料,重点目标将经历不同的模式转变为不同的集中值与我们观察到的一个重要模式转变的敏感性∆转变/∆专注~ = 40 nm / 100海里。如果需要更高的专注敏感性,一个可以用稍大的细分距140海里。一个明显的观察模式转变是重点从最好的焦点变化成线性正比F ~ = 40 nm。从最好的关注,减少集中转移模式向正方向和持续增加的关注会导致模式转向消极的方向。因为我们没有应用光学邻近校正(OPC)到目标,我们观察到CD最左和右线之间的变化,然而这种CD偏见可以最小化通过插入多个sub-resolution协助功能(SRAFs)。尽管如此,重要的是要注意,我们仍然看到清晰的模式转变的中心线分割目标。

图4。重点监视目标设计。当前层公开的不对称的照明来生成模式转变为焦点的变化。细分维度的关注目标需要优化集中灵敏度最大化,同时保持良好的印刷适性目标。

图5。焦点敏感目标设计和校准步骤提出重点监测技术。

图6。模拟CD-SEM参考图像用4种不同的散焦值和重点目标。(即模式位置错误。,模式变化)几乎是线性比例变化。

3.2使用研重点监视目标
现实世界的约束条件之一,设计一个集中监控的目标是确保目标通过限制可接受的印刷适性和健壮性侧壁角(SWA)分段线通过集中监控的合理范围或提高纵横比(抵制宽度/高度)的分段线。注意,目标的长宽比前面的小节所示远远小于1。为此,新福克斯目标利用sub-resolution逆特性(研)不仅改善目标的长宽比,但也增加敏感性变化。图7显示了新的焦点目标设计改进研,不印在晶片。这研创建一个等价的密集的环境和研音高= 130 nm用于提高灵敏度。正如我们已经指出在前一节中,成功地监控过程变化的关键是设计目标最大化灵敏度和鲁棒性。注意,删除研会大大降低专注敏感性。图8演示了PPE 3不同的散焦值并通过焦点改变我们观察到清晰的模式转变。提出的目标能产生很高的焦点敏感(∆转变/∆专注~ = 60 nm / 100海里)一起改进模式的忠诚。因此,扫描仪焦点错误将与伟大的精密度和准确度决定使用标准的成像进行计量工具

图7。使用研示意图的重点目标。研间距和宽度需要优化最大化灵敏度和鲁棒性。

图8。模拟CD-SEM参考和重点目标的图像用3种不同的散焦值= 0,40 nm, 80海里。(即模式位置错误。,模式变化)是线性比例变化。

3.3重点监视目标生成对角线模式转变
前一小节所示的方法依赖于水平模式转变使用垂直分段集中目标单极照亮的源,极点位置在哪里转移方向照明瞳孔的中心。在这里,我们使用旋转单极照明生成对角线模式变化通过焦点变化和技术的示意图见图9。目标包括引用和重点目标,其中包括两个边缘在x和y方向,因此可以定义在每个目标中心。两个中心之间的距离可以测量两个方向的叠加误差,可以直接翻译成集中值。再次,照明和目标维度需要优化提供合理的足够大的模式转变,同时保持目标的鲁棒性。使用优化的目标结果图10所示,展示了对角线模式转变的集中监控目标在当前层。分割距= 140 nm和宽度的研= 15海里用于二进制面具。我们观察到较强的PPE敏感焦点变化,导致灵敏度的对角转变∆转变/∆专注~ = 66海里/ 100海里。

图9。示意图的集中监控技术,使用对角线模式转变。旋转单极源是用来照亮重点敏感目标的二进制面具。细分维度关注的目标是优化的重点灵敏度最大化,同时保持良好的印刷适性目标。

图10。模拟CD-SEM专注目标,3种不同的图像散焦值。表中计算PPE和方向进行了总结。

4所示。结论
我们将演示一个基于成本效益的重点监测技术在照明和目标共同在现代高NA光刻工具。使用不对称的照明和优化的重点目标二进制掩码,我们可以生产non-telecentricity提供线性模式转变在水平或对角线方向通过焦点的变化。提出的目标是为了最大化灵敏度和鲁棒性,因此我们可以实现高灵敏度的∆转变/∆专注~ = 66海里/ 100海里。focus-induced模式转变可以准确衡量标准晶片CD-SEM等计量工具和基于成像叠加计量工具。本文给出的方法并不局限成像进行计量。重要的是,简单的线条和空间目标使用焦点敏感球场经历强烈focus-dependent SWA变化时公开的不对称的照明。然后,散射测量工具适用于捕获这种SWA通过焦点变化。

引用
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本文最初发表的学报学报》3月24日,2016年。