利用光学计量工具- sensing覆盖计量

Honggoo李,Sangjun汉Minhyung香港,Seungyong Kima, Jieun Lee DongYoung Leea, Eungryong哦,崔Ahlin SK海力士,和Hyowon公园,韦利梁,崔DongSub Nakyoon Kim Jeongpyo李,维拉潘德夫,全度妍Sanghuck KLA-Tencor约翰·c·罗宾逊

文摘
覆盖是一种最重要的半导体制造技术的过程控制步骤。典型的先进方案包括一个覆盖反馈回路基于平光学成像叠加后计量scribe-line目标。得病后控制循环一般包括高频采样:每个很多或者几乎所有很多。一个蚀刻后叠加计量步骤通常包括,以较低的采样频率,以描述和补偿的偏见。腐蚀后的计量步骤通常包括CD-SEM计量,在这种情况下- sensing和设备上。本工作研究了另一种方法使用光谱椭圆光度法(SE)计量分析和机器学习技术。先进1 x nm DRAM晶片准备,包括名义(运动)晶片叠加偏移量,以及能源部晶片与故意在晶片叠加调制。平计量用光学成像测量计量后,以及腐蚀后计量使用SE和CD-SEM比较。我们研究两种类型的机器学习技术与SE数据:模型较少,基于模型,显示了较好的腐蚀设备内置叠加- sensing计量后的性能。

1。介绍
叠加过程控制一直是集成电路制造的关键部分很多年了。设计规则收缩,要求覆盖控制变得越来越具有挑战性。典型的计划包括一个覆盖反馈回路基于平覆盖计量后,也被称为ADI(开发后检查)。ADI覆盖控制回路通常是基于光学计量scribeline目标,基于图像的计量或scatterometry-based。典型抽样在ADI高频率,每多或每隔几很多。产量与腐蚀叠加后,sensing,设备,在设计规则。弥合这一差距,蚀刻后计量或AEI腐蚀检验后()添加到描述和纠正偏差。AEI覆盖计量通常用CD-SEM为了测量- sensing,设备上,在设计规则。通常,AEI计量偏差补偿是以一个较低的频率,比如每隔几周。有一个行业大力提高AEI覆盖的频率计量,调用使用高通量SEM缺陷评估工具。 This study offers an alternative to the use of a SEM. The overlay control scheme used for advanced 1x nm DRAM is depicted schematically in Figure 1 [1, 2]. Analysis tools, such as 5D Analyzer, are used to combine the ADI and AEI results into modeled correctables suitable for process control.

CD-SEM覆盖AEI偏差补偿计量为基础,然而,缺点。CD-SEM工具相对较低的吞吐量(或相反的所有权成本高),有限层透明度,可怜的精密光学方法相比,往往具有破坏性的测量模式,并提供很少的个人信息。光谱椭圆光度法(SE),然而,有可能克服这些障碍。SE CD已经使用了多年计量[3],也证明了能力测量覆盖- sensing,设备上,在设计规则。此外,它有相对较高的吞吐量,精度高,并能提供完整的个人信息。被光学层具有良好的透明度在许多情况下,这是埋层的关键计量,一般非破坏性测量模式。

图1:叠加过程控制原理包括开发检验(ADI)和腐蚀后检验后(AEI)覆盖计量与平细胞反馈。

在这个工作我们利用光谱椭圆对称的关键创新分析。叫TurboShape®,它使用一个先进的机器学习技术(4、5),而不是传统的完整严格的基于模型的方法。TurboShape,而在这里,需要一个训练集的数据。训练集包含一个故意overlay-modulated晶片与设定的值。光谱的训练集都作为参考,然后从晶圆与光谱测试下。TurboShape既可以做有或没有模型,有更快的启动时间,并可能更多的自由度比传统严格的基于模型的方法。TurboShape被描述示意图如图2所示。

图2:TurboShape工作流概述。

2。配方开发和薄片的准备
在这项研究中,1 x的起点是发展纳米DRAM晶片。创建两种类型的晶片;3 DOE(试验设计)和三个胶版印刷的几率(记录、计划或名义)晶片。能源部的晶片,5 d分析仪是用于创建一个扫描器sub-recipe提供有意的在晶片叠加已知量的调节。此外,三晶片常数名义覆盖,但与固定意味着偏移量(0 5纳米,纳米,+ 5海里),创建(这里称为水域)。所有六个测量晶圆与一个SE, CD-SEM的比较如图3所示。三个能源部晶片用于配方设置。三晶片运动没有配方训练集的一部分。

图3:TurboShape配方的开发。能源部晶片用于TurboShape配方生成和CD-SEM比较。

如图4所示,晶片的两组,能源部和穷,测量在ADI阿切尔™600光学成像系统scribe-line计量标志。腐蚀处理后,两组测量SE和CD-SEM。在AEI的情况下,测量- sensing完成,设备上,在同一位置SE设计规则和CD-SEM人口配对比较。各个领域的测量,测量有七个网站/领域。

图4。能源部和抵消运动都以ADI, AEI。计量是所有字段和七个站点每个字段。

图5。晶片覆盖变化的比较(a) ADI光学成像,和(b) AEI CD-SEM。小的变化抵消晶片,并为能源部晶圆大的可变性。

在图5中我们比较可变性在六个晶片组。晶片4、5和6是能源部调制晶片用于配方培训。而中值接近于零,变化很大。晶片1,2,3是穷抵消晶片。在这种情况下,变化相对较少,但方式不同。这里显示ADI的结果是基于光学成像计量以及AEI CD-SEM结果。图6显示了相同的结果作为晶片地图签名。ADI光学成像结果和AEI CD-SEM结果定性相似。三个胶版印刷晶片运动是相当恒定的,尽管在不同的价值观和美国能源部晶片显示故意叠加调制。

图6。晶片地图着色签名ADI成像和AEI CD-SEM抵消超过晶圆和能源部晶片。

3所示。模型较少的叠加的结果
TurboShape使用先进的机器学习算法从SE谱估计中提取相关信息感兴趣的目标。与其他技术相比,试图衡量叠加影响不对称和对称和不对称的过程变化,TurboShape配方是训练来衡量实际的覆盖和健壮的其他不对称和过程变化的影响。

TurboShape可以执行在两种模式:模型较少,基于模型。在模型较少的情况下,从美国能源部光谱测量和作为解释变量TurboShape机器学习算法。CD-SEM叠加作为参考监督模型校准(训练算法)。在训练的过程中TurboShape配方变得麻木不仁的过程中发生的自然变异能源部晶片。结果TurboShape配方是健壮的过程变异和捕捉光谱和参考之间的关系,可以部署到准确估计覆盖了新的光谱。这个过程的示意图如图7所示。与传统的严格模型SE方法,不需要堆栈或前层信息,可以非常快速和设置时间。

图7。TurboShape模型较少的配方开发工作流程。

图8:TurboShape AEI覆盖测量(左)和相关CD-SEM AEI叠加。SRM表示TurboShape。

图8显示了AEI叠加模型较少的结果分析。左图所示的变化是与前一节所示的结果。也有很好的相关性CD-SEM结果和TurboShape结果,0.98和0.99的斜率的平方。图9显示了晶片,并不是用来训练食谱。我们又一次看到名义上平晶片与固定意味着补偿。晶片的关联意味着SE和CD-SEM之间优秀的平方0.99和1.0的斜率。

图9:模型较少抵消运动AEI覆盖晶片(左)和相关CD-SEM叠加(右)。SRM表示TurboShape。

4所示。基于模型的叠加、CT和概要文件的结果
作为替代选择,TurboShape SE光谱分析可以执行基于模型的模式。在这种情况下,美国能源部晶片使用无需CD-SEM校准结果,如图10所示。所需的光谱和能源部的参考价值在这种情况下产生的模型,提供完整的控制范围的变化和提出的参数的数量。TurboShape配方由这个方法是健壮的过程变化大参数有效范围和允许浮动更多参数(比传统光学临界尺寸(强迫症))。这使得TurboShape测量准确、不受“固定参数错误”(消防工程)——传统强迫症的典型错误。该方法除了覆盖的优势,其他参数也可以估计,包括CD和形状或配置文件。再一次,这种方法的设置时间明显短于,传统的严格的基于模型的方法。

图10:TurboShape基于模型的配方开发工作流程。

在这种基于模型的情况下,我们看到类似AEI前面所示的结果。能源部晶片显示程序变化大,晶片运动显示最小变异但固定补偿,如预期。基于模型的比较CD-SEM,显示了良好的相关性,与0.96和斜率为0.92平方,如图11所示。轻微饱和度可以看到在低端领域需要进一步调查。在图12中,我们看到晶圆运动的比较,而不是用于配方校准,基于模型的SE和CD-SEM之间。平方的相关性也是优秀的,0.99和0.93的斜率。

图11:基于模型的TurboShape AEI覆盖变化通过晶片(左),和关联TurboShape叠加的CD-SEM AEI覆盖(右)。

图12:基于模型的胶版印刷的几率AEI覆盖晶片(左)和相关CD-SEM叠加(右)。SRM表示TurboShape

基于模型的方法的一个优点是,同时附加参数可以确定覆盖之外,包括概要和CD值。图13块四个关键的参数是半径的函数,显示一致的和预期的径向晶片地图签名。额外的参数可用于过程控制隔离过程变化如CMP、蚀刻不对称等。

图13:关键配置文件(CP)参数测量作为六晶片晶圆半径的函数。

5。摘要和结论

图14:总结比较TurboShape模型较少和基于模型AEI叠加结果与CD-SEM AEI叠加结果:平方,斜坡,拦截。

叠加过程控制计划1 x nm DRAM包括高频ADI反馈回路,通常基于光学目标位于文士。低频AEI采样周期偏差修正,用于基于sensing,设备上,在设计规则CD-SEM测量。CD-SEMs有几个缺点上面所讨论的。在这个工作我们演示SE和TurboShape代替CD-SEM可比性能(图14),更高的吞吐量,更好的层的透明度,能够提供额外的参数。TurboShape优于传统严格的基于模型的SE分析包括更快的配方设置时间。ADI AEI反馈相结合和建模先进过程控制和改进的收益,正如前面所讨论的,例如5 d分析仪[1,2]。

6。引用
[1]Honggoo李韩Sangjun Jaeson哇,DongYoung Lee ChangRock歌,Hoyoung Heo, Irina Brinster,崔DongSub约翰·c·罗宾逊,“大批量制造设备覆盖过程控制,”Proc。相比10145年,计量、检验、显微光刻法第三十一章和过程控制,101450 d(2017年3月28日)。
[2]Honggoo李韩Sangjun Youngsik Kim Myoungsoo Kim Hoyoung Heo,全度妍Sanghuck DongSub崔杰里米•Nabeth Irina Brinster,比尔皮尔森,约翰·c·罗宾逊,“高容量生产设备覆盖方法,”Proc。相比9778年,计量、检验、显微光刻法XXX和过程控制,97781 f(2016年3月18日)。
[3]John a . Allgair David c . Benoit,罗伯特·r·赫尔希劳埃德·c·Litt易卜拉欣Abdulhalim,威廉•Braymer约翰·c·罗宾逊,迈克尔•Faeyrman Umar k·惠特尼,徐呀,彼得亚雷Zalicki,乔尔·l·瑟里格森“制造业考虑散射测量的实施过程监控”,Proc。相比3998年,计量、检验、显微光刻法十四和过程控制,(2000年6月2日)。
[4]维拉潘德夫、方方、年轻的Kim Ki,杰米•蔡阿洛克乌Lokesh Subramany,迪米特里·Sanko,维迪雅拉马纳坦,任周,8月Venkataraman,罗尼Haupt,“信号反应计量(SRM):光刻计量新方法,”Proc。相比9424年,计量、检验、过程控制为第29显微光刻法,94241 p(2015年3月19日)。
[5]方方,晓晓张阿洛克乌尔维拉潘德夫,迪米特里·Sanko,维迪雅拉马纳坦,8月Venkataraman,罗尼Haupt,“改善强迫症计量时间的解决方案使用信号回应,“Proc。相比9778年,计量、检验、显微光刻法XXX和过程控制,977806(2016年3月24日)。

这是最早出版于学报2018年先进光刻会议:计量、检验、和过程控制显微光刻法第十七届,编辑弗拉基米尔•a . Ukraintsev Proc.相比10585卷,105851 d·©2018年学报·CCC代码:0277 - 786 x / 18 / $ 18·doi: 10.1117/12.2300946