提高准确性和鲁棒性与可调谐多波长成像先进DRAM散射测量覆盖计量

Honggoo李,Sangjun汉Minhyung香港,Jieun Lee Dongyoung Lee Ahlin崔和SK海力士Chanha公园,和Dohwa Lee Seongjae Lee Jungtae Lee Jeongpyo李崔DongSub Sanghuck全,西风Liu郝美,Tal Marciano,搞清楚Hajaj,理说,达纳·克莱恩,伊兰阿米特,安娜Golotsvan,韦恩·周埃坦赫茨尔,Roie Volkovich和解放军的约翰·c·罗宾逊。

文摘
叠加过程控制是集成电路制造的一个关键方面。先进DRAM生产叠加误差预算方法sub-2nm阈值,包括所有来源的覆盖错误:平处理,non-litho处理、计量错误,等。覆盖测量质量、精度和鲁棒性,取决于计量系统及其配方设置。最优配置取决于所涉及的层和材料。增加计量设置的灵活性是至关重要的,搭配配方优化的改进方法。

光学图像叠加(伊博语)和散射测量衍射叠加(SCOL)覆盖控制是必要的工具。对一些设备和层伊博人提供最好的准确性和鲁棒性,而对他人SCOL提供最佳计量。从历史上看,波长的选择仅限于离散波长和只有一个波长。伊博语高级节点和SCOL需要波长可调谐性和多波长优化的准确性和鲁棒性,以及极化和数值孔径的选择(NA)。在以前studies1 2 3我们调查波长可调谐性分析与景观分析,利用分析技术来确定最优的设置。在这个报告中我们展示景观分析技术进步的伊博人通过聚焦和波长,SCOL和比较。成像的一个关键优势是能够优化波长在每层的基础上。这是一个有利于EUV层结合193年的我,例如,以及其他应用程序如厚3 d NAND层。我们的目标是形成准确、可靠的覆盖计量,是免于栈的变化过程,并提供显示质量的计量性能的指标。通过仿真和薄片上先进的DRAM测量,我们展示定量准确性和鲁棒性的好处为伊博语和SCOL应用程序栈的变化过程。

方法中描述这项工作可以通过使用弓箭手覆盖计量系统,ATL叠加计量系统和5 d分析仪先进的数据分析和模式控制的解决方案。

1。成像进行覆盖景观模拟
叠加过程控制是集成电路制造的关键部分,和设计规则收缩叠加控制的要求变得越来越具有挑战性。覆盖测量质量、精度和鲁棒性,取决于计量系统及其配方设置。最优配置取决于所涉及的层和材料。增加计量设置的灵活性是至关重要的,搭配配方优化的改进方法。在先前的研究[1,2,3]我们调查波长可调谐性分析与景观分析,利用分析技术来确定最优的设置。在本节中,我们显示仿真结果的图像叠加(伊博语)为了更好的展示机会,提高准确性和鲁棒性与变化过程。

光的波长和焦点是关键参数覆盖计量。波长可调谐性允许跟踪过程的出现变异和机会增加计量健壮性与变化过程。过程晶片栈的变化特征为对称的光程差(门诊部当)等厚度变化,n和k变化,CD变异,或不对称对门诊部当如侧壁角或倾斜。对称的过程变化的情况下模拟如图1所示。模拟地图显示波长与焦点为各种情况。很容易看到,测量覆盖作为两个参数的函数,不同的计量目标图像的对比。对比和叠加地图转移焦点和波长门诊部当一起改变。相对稳定的地区由急剧转变称为对比逆转。

图1:模拟对称变化过程。地图的叠加(左)(右)与波长(X轴)与重点(Y轴)名义(中心),名义名义+ 10% - 10%(上)和(下)。

如图2所示,一个小变化在目标类型的不对称影响覆盖特征明显,但有一个微不足道的影响精度的对比图。明确测量的准确性和鲁棒性是专注和波长的依赖不对称变化过程。只有在名义堆栈覆盖不变的情况下在波长和焦点。伊博语技术在集中和波长可调谐性使更好的最优跟踪精度和鲁棒性条件。这项技术还可以引入新算法和精度指标,提高整体的鲁棒性。

图2:模拟非对称变化过程。地图的对比(上)和覆盖(底部)波长(X轴)与重点(Y轴)名义(对称)堆栈(右),顶部倾斜(中心)和侧壁角不对称(左)。

景观分析是一个关键组成部分的最佳计量配方设置和维护。一旦选择最优集中切片,然后波长依赖性。图3显示了示意图景观作为波长的函数。图3是名义条件和显示了共振在500海里。覆盖计量不准确共振附近显示红色。相应的价值函数,来源于图像,蓝色所示。图3 b显示了一个对称的过程变化的影响。在这种情况下共振转移到550海里,但另有相同。绩效指标和准确性之间的比例不准确是不变的。

图3:原理图作为波长的函数。例子共振(a)名义条件,(b)与对称的过程变化,(c)和(d)与不对称的过程变化。覆盖不准确所示红色,价值函数所示蓝色。

图3 c显示了不对称的影响过程变异两侧壁角的值,但都具有相同的信号。在这种情况下,共振不转移,然而,不准确和价值尺度函数模拟非对称变化过程。图3 d的情况下侧壁角的两个值符号相反。像图3 c,峰值不转移,然而,准确振幅开关信号。对称和不对称的组合过程变化不仅可以移动而且影响叠加精度接近共振。

图4:成像光学测量系统的原理,包括不对称目标(底部),收集订单0,+ 1,1,成像平面x。

成像光学测量系统的简化示意图如图4所示。光从一个覆盖的目标是收集在光学图像平面x。为了简单起见,我们只考虑订单0,+ 1,1。在目标的存在不对称,一个δA振幅和相位不平衡δφ+ 1和- 1之间也会出现衍射(一个订单₁≠一₁和/或φ₁≠φ₁)。信号出现下面的方程。没有不对称,δA和δφ都是零和信号最终完美叠加精度。δA强烈波长的依赖,我们能找到一个食谱δA取消了和精度优化。[3]方程表明δA也关注相关的。如果δA = 0,然后不趋于0,因此,d (OVL) / dF = 0,那么就没有覆盖变化通过焦点。换句话说,覆盖变化通过集中应该像δA /。

关键指标是TFcos3σ(通过集中对称中心3σ)和TFOVL3σ(通过聚焦叠加3σ)。图5显示了一个模拟~ 10不同~ 100栈和过程变化的情况下侧壁角不对称。δA / TFcos3σ很相关。这表明对不对称是取消δA = 0。TFcos3σ是在相同的波长和最小化表示最小的敏感目标不对称。

图5:模拟通过焦点因为3σ和δA /波长的函数。

图6显示了如何通过集中跟踪不准确的叠加的情况下侧壁角不对称。覆盖错误显示为TFOVL3σ和波长的函数 。此外,图6显示了δA / TFOVL3σ独立为当前和以前的光栅。从这个我们认为之前的光栅是误差的主要因素,因此覆盖不准确是由δA /驱动的_以前的。同样清楚的是,TFOVL3σ是高度相关的错误和许可的最准确的选择区域景观。

图6:通过与侧壁的焦点景观不对称与波长。上图:TFOVL3σ(蓝色),不准确(红色) (绿色)。左下角显示以前的光栅,右下角显示当前光栅:δA /(蓝色)和TF3σ(绿色)。

传统观点将表明良好的对比度将确保计量。基于栈模拟光栅不对称和对称的±15%的厚度变化,我们可以看到,这可能并非如此。而良好的对比将允许测量,它不一定准确或健壮的过程变化,如区域在图7和8 A和B。

图7:对比(上)和不准确(低)和波长区域A和B。

图8:导航区域A和B的例子:不准确在十个不同的变化过程。通过重点覆盖(蓝色)和对比精度(红色)。

图8显示了十个不同的模拟过程变化条件下,表现出最好的对比精度和TFOVL3σ地区A和b,寻找最佳TFOVL3σ允许寻找更好的精确性和鲁棒性。地区B清楚显示更好的准确性和将导致更好的食谱。最优配方选择的过程叫做归航,见了这一仿真。成像叠加(伊博语)可以使用目标执行配方优化质量、可测性和精度指标。

2。成像叠加在DRAM景观计量
在前面的部分中,我们专注于仿真结果建立的机会在焦点和波长可调谐性伊博语计量优化基于理论上的考虑。在本节中,我们分析实际生产高级DRAM晶片计量关键层。除了目标可测性和准确性,伊博语技术允许其他类型的发展绩效标明质量目标。因此,配方选择使用不同的组合执行质量指标,例如那些图9所示和9 b。图9显示了之前和现在对比精密光栅以及池(或组合)对比精度。一旦专注切片选择最佳的波长可以选择,例如,基于绩效指标如图9所示。适当的分离光栅叠加计量使优化配方的选择以及深入的根源分析叠加远足分别通过分析每个目标的可测性,准确性和质量目标印刷适性。

图9:测量精度对比焦点和波长的函数前面的光栅,光栅,并结合/汇集结果。

图9 b:配方优化使用各种质量指标:准确性、目标质量和可测性。平均(上)和可变性(底部)为当前目标(橙色),先前的目标(黄色),池(蓝色)。

理解过程变化的影响叠加计量生产DRAM晶片,我们考虑在晶片变异。在晶片变异,显示的精度指标,明显在图10所示。相应的景观可以分析情节。由于共振是稳定的,它仍然是在一个波长一致,很明显,有非常小的对称的过程变化。风景呼吸如图10所分析景观理论提出后,在第一部分。它表明在晶片不对称的变异性。准确值计算使用伊博人的区别和CD-SEM测量(使用CD-SEM作为外部统治者)。右边的曲线的颜色表明晶片的位置地图左边。

图10。不对称的过程变异在晶片(左)晶片领域指数X和y的函数覆盖景观(右):覆盖在相应的位置与波长。

图11。建模不对称度量(左)晶片位置X和y的函数根据三角洲或NZO光学和扫描电镜之间(右)。

这种分析可以扣除的整个晶圆的大小和方向不对称。图11显示了计算不对称的大小(左)和站点三角洲(错误)或非零偏移(NZO)[3]之间的光学和CD-SEM覆盖测量(右)。两者之间的强关联签名验证的景观方法描述过程变化以及我们的标准功能。识别有问题的地区允许我们使用区域分析技术优化使用面积测量条件(区)特定的特征。

图12。Field-averaged精度指标在晶片和区域边界(白色圆圈)。

表1。覆盖精度指标计划的记录()和各种组合的波长区。

图12显示了一个发育的设置提供了改进的性能。在这种情况下,网站之间三角洲或NZO光学和扫描电镜覆盖1减少到0.3 nm的这种技术。进一步采取区域的方法,各种组合的两个波长精度和目标噪声指标减少,使覆盖剩余工资的减少和/或感兴趣的其他指标,如表1所示。

3所示。对比成像在DRAM散射测量叠加
前面的讨论只适用于光学成像进行计量(伊博语)。在本节中,我们比较伊博语和散射测量覆盖(SCOL)。4每个技术都有其优点,使两家科技组合优化跨设备和层。six-wafer实验设计(DOE)与先进的DRAM晶片进行了关键层。三晶片包括有意的厚度变化,包括名义或过程记录(运动),+ 10%层厚度和层厚度的-10%。一组额外的三个晶圆包括故意腐蚀变化。使用这六个晶圆计量的影响研究。

图13。成像(上面一行)和散射测量(底下一行)晶片中心(中心),晶片(左),左侧与晶片的右边(右):覆盖与波长的名义(蓝色),+ 10%的厚度(橙色)和-10%的厚度(黄色)。

美国能源部比较结果的伊博语和SCOL如图13所示。故意薄片的影响过程变异是由三个痕迹显示每个覆盖景观。对于这个设备和伊博人结果显示层可比SCOL过程的鲁棒性,表示能源部条件之间的传播,伊博人的潜在的优势。伊博语显示精度比SCOL表示的相对平坦的风景。在这两种情况下,连续波长可调谐性使先进景观配方优化和指标表明质量对测量过程的变化。

图14:成像(行)和散射测量(底下一行)和准确性在晶片(左),和站点之间三角洲或NZO光学和扫描电镜覆盖或NZO晶片(中心)和跨领域(右)。

在图14中我们比较伊博人的最佳配方的准确性和SCOL。相比之下,注意图形上的尺度是不同的,但是,伊博人结果显示~ 0.5 nm优势精度指标。当比较三角洲光学和扫描电镜结果或NZO之间对产品精度的基准,我们看到好的空间精度指标之间的相关性和可比性的结果精度指标。

作为额外的比较,我们看伊博人的累积分布函数和SCOL先进DRAM晶片,平均在故意能源部过程晶片与名义穷晶片。这个设备和层,伊博语显示85%更好的鲁棒性跨过程变化而SCOL的准确性(vs CD-SEM测量)和准确性的鲁棒性。然而,65%的SCOL食谱显示更好的残差和剩余的鲁棒性比伊博语跨过程变化。

图15:根据累积分布函数的增量或NZO叠加(上面一行)和残余(底下一行)都意味着(左)和3σ的鲁棒性(右)。成像结果(蓝色)与散射测量结果(橙色和黄色)。

4所示。摘要和结论
叠加过程控制是集成电路制造的一个关键方面。先进DRAM生产叠加误差预算方法sub-2nm阈值,包括所有来源的覆盖错误:平处理,non-litho处理、计量错误,等。覆盖测量质量、精度和鲁棒性,取决于计量系统及其配方设置。最优配置取决于所涉及的层和材料。增加计量设置的灵活性是至关重要的,配上改进的配方优化的方法和指标来表示精度和鲁棒性。

波长和焦点可调谐性允许开发新的和改进的精度指标,允许覆盖测量性能的优化。分析景观特征的测量使不对称的深入理解和在晶片签名过程变化。多波长测量精度指标优化相结合实现显著减少残差。利用两种技术的基于图像的叠加和散射测量叠加使优化跨多个技术和过程层。

方法中描述这项工作可以通过使用弓箭手覆盖计量系统,ATL叠加计量系统和5 d分析仪先进的数据分析和模式控制的解决方案。

引用
[1]贝利、Einat et al .,“光谱的可调性的准确性、鲁棒性和弹性,“Proc。有10585卷,计量、检验、和过程控制显微光刻法第十七届,105850年代(2018年)。

[2]Bringoltz,巴拉克,et al .,“光叠加计量准确,”Proc。有9778卷,计量、检验、显微光刻法XXX和过程控制,97781 h (2016)。

[3]Lee Honggoo;Kang Yoonshik;汉族,Sangjoon;垫片,Kyuchan;在香港,Minhyung;金,Seungyoung;李,Jieun;李,Dongyoung;哦,Eungryong;崔Ahlin; Kim, Youngsik; Marciano, Tal; Klein, Dana; Hajaj, Eitan M.; Aharon, Sharon; Ben-Dov, Guy; Lilach, Saltoun; Serero, Dan; and Golotsvan, Anna; “Accuracy optimization with wavelength tunability in imaging technology,” Proc. SPIE Vol. 10585, Metrology, Inspection, and Process Control for Microlithography XXXII, 1058532 (2018).

[4]Lee Honggoo;汉族,Sangjun;哇,Jaeson;李,DongYoung;歌,ChangRock;Heo Hoyoung;Brinster Irina;
崔DongSub;和罗宾逊,约翰·C。大批量制造设备覆盖过程控制,“Proc。有10145卷,计量、检验、显微光刻法第三十一章和过程控制,101450 d (2017)。

本文最初发表在有先进光刻,Proc。卷。10959年,计量、检验、显微光刻法第三十三章和过程控制;109591 e (2019) https://doi.org/10.1117/12.2515015