專利名稱：在光學(xué)計量中增強測量衍射信號的權(quán)重函數(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)計量，尤其涉及定義權(quán)重函數(shù)來增強光學(xué)計量中所用 的測量衍射信號。
背景技術(shù)：
光學(xué)計量包括將入射光束導(dǎo)向晶片上的特征，測量所得的衍射信號， 并對測得的衍射信號進(jìn)行分析以確定特征的各種特性。在半導(dǎo)體制造中， 光學(xué)計量通常用于確保質(zhì)量。例如，在半導(dǎo)體晶片上的半導(dǎo)體芯片附近制 造周期性光柵之后，使用光學(xué)計量系數(shù)來確定周期性光柵的輪廓。通過確 定周期性光柵的輪廓，可以估計用于形成該周期性光柵的制造處理的質(zhì) 量，并延伸到估計該周期性光柵附近的半導(dǎo)體芯片的質(zhì)量。由于多種原因，測得的衍射信號可能較弱。例如，測得衍射信號可能 包括與獲得測得衍射信號所用的硬件以及被測特征有關(guān)的噪聲。較弱的測 得衍射信號可能降低光學(xué)計量處理的精度。發(fā)明內(nèi)容在一種示例性實施例中，獲得權(quán)重函數(shù)以使光學(xué)計量中所用的測得衍 射信號增強。為了獲得權(quán)重函數(shù)，獲得測得衍射信號。測得衍射信號是用 光計量裝置從晶片上的位置測量的。根據(jù)測得衍射信號中存在的噪聲來定 義第一權(quán)重函數(shù)。根據(jù)測得衍射信號的精度來定義第二權(quán)重函數(shù)。根據(jù)測 得衍射信號的靈敏度來定義第三權(quán)重函數(shù)。根據(jù)第一權(quán)重函數(shù)、第二權(quán)重 函數(shù)和第三權(quán)重函數(shù)中的一項或多項來定義第四權(quán)重函數(shù)。


參照下文結(jié)合附圖進(jìn)行的說明，可以對本申請有最佳的理解，在附圖
中，相同的部分可由相同的標(biāo)號來表示 圖l示出了一種示例性光學(xué)計量系統(tǒng)； 圖2A — 2E示出了結(jié)構(gòu)的各種光學(xué)計量模型； 圖3示出了一種示例性噪聲分布； 圖4示出了示例性權(quán)重函數(shù)； 圖5示出了另一種示例性噪聲分布；圖6示出了一種示例性測得衍射信號和示例性模擬衍射信號； 圖7示出了一種示例性誤差分布； 圖8示出了一種示例性權(quán)重函數(shù)； 圖9示出了測得衍射信號的組； 圖IO示出了經(jīng)轉(zhuǎn)換衍射信號的組；圖11示出了圖IO所示經(jīng)轉(zhuǎn)換衍射信號對圖9所示測得衍射信號的比 率；以及圖12、 13、 14示出了示例性聚焦/曝光晶片(FEM)分析的結(jié)果。
具體實施方式
下面的描述闡述了多種具體構(gòu)造、參數(shù)等。但是應(yīng)當(dāng)明白，這種描述 不應(yīng)認(rèn)為是對本發(fā)明范圍的限制，而是作為對示例性實施例的說明而提供 的。l.光學(xué)計量參照圖1，光學(xué)計量系統(tǒng)100可用來檢查和分析晶片上形成的結(jié)構(gòu)。 例如，光學(xué)計量系統(tǒng)100可用來確定晶片104上形成的周期性光柵102的 輪廓。如前所述，周期性光柵102可以形成于晶片104上的測試區(qū)域，例 如晶片104上形成的器件附近。或者，周期性光柵102可以形成于器件的 不對器件工作造成干擾的區(qū)域中或者沿著晶片104上的劃線而形成。如圖1所示，光學(xué)計量系統(tǒng)IOO可以包括帶有光源106和檢測器112 的光計量裝置。周期性光柵102由來自光源106的入射光束108照射。在 本示例性實施例中，入射光束108以相對于周期性光柵102的法線5的入 射角度6i和方位角度0 (即入射光束108的平面與周期性光柵102的周期
性方向之間的角度)導(dǎo)向到周期性光柵102上。衍射光束110以相對于周期性光柵102的法線;;的角度ed離開并由檢測器ii2接收。檢測器ii2將 衍射光束iio轉(zhuǎn)換成測得衍射信號。為了確定周期性光柵102的輪廓，光學(xué)計量系統(tǒng)100包括處理模塊 114，該模塊配置成接收測得衍射信號并分析該測得衍射信號。然后可以 用基于庫的光學(xué)計量處理或基于回歸的光學(xué)計量處理來確定周期性光柵 102的輪廓。另外，也可以想到其他的線性或非線性輪廓提取技術(shù)。應(yīng)當(dāng)明白，光學(xué)計量系統(tǒng)100可以用來檢查和分析除了周期性光柵 102之外的其他類型結(jié)構(gòu)，例如薄膜層、實際器件的特征等。另外，也可 以用基于庫的光學(xué)計量處理或基于回歸的光學(xué)計量處理來確定除了輪廓之 外的其他特性，例如薄膜層的厚度。2.基于庫的光學(xué)計量處理在基于庫的光學(xué)計量處理中，將測得衍射信號與模擬衍射信號的庫進(jìn) 行比較。具體而言，庫中的每個模擬衍射信號都與該特征的光學(xué)計量模型 相關(guān)聯(lián)。在測得衍射信號與庫中的模擬衍射信號之一之間建立匹配時，或 當(dāng)測得衍射信號與這些模擬衍射信號之一之間的差處于預(yù)設(shè)判據(jù)(即匹配 判據(jù))之內(nèi)時，就假定與匹配的模擬衍射信號相關(guān)聯(lián)的光學(xué)計量模型代表 了該特征。然后可以利用匹配的模擬衍射信號和/或光學(xué)計量模型來判定該 特征是否已經(jīng)根據(jù)規(guī)格制造的。因此，再參照圖1，在一種示例性實施例中，在獲得測得衍射信號之 后，處理模塊114然后將測得衍射信號與存儲在庫116中的模擬衍射信號 進(jìn)行比較。庫116中的每個模擬衍射信號可以與光學(xué)計量模型相關(guān)聯(lián)。這 樣，在測得衍射信號與庫116中的模擬衍射信號之一之間建立匹配時，就 可以假定與匹配的模擬衍射信號相關(guān)聯(lián)的光學(xué)計量模型代表了周期性光柵 102的實際輪廓。庫116中存儲的光學(xué)計量模型組可以通過下述方式產(chǎn)生用輪廓參數(shù) 組對周期性光柵102的輪廓進(jìn)行表征，并改變輪廓參數(shù)組以產(chǎn)生不同形狀 和尺寸的光學(xué)計量模型。用輪廓參數(shù)組表征輪廓的處理可以稱為參數(shù)化。例如，如圖2A所示，假定用光學(xué)計量模型200對特征的輪廓進(jìn)行表 征，光學(xué)計量模型200具有分別定義了其高度和寬度的輪廓參數(shù)hi和 wl。如圖2B至2E所示，可以通過增加光學(xué)計量模型200中所用的輪廓參 數(shù)的數(shù)目來對輪廓的附加的形狀和特征進(jìn)行表征。例如，如圖2B所示， 光學(xué)計量模型200可以包括分別定義了其高度、底部寬度和頂部寬度的輪 廓參數(shù)hl、 wl和w2。注意，光學(xué)計量模型200的寬度可以稱為臨界尺寸 (CD)。例如在圖2B中，可以說輪廓參數(shù)wl和w2分別定義了光學(xué)計量 模型200的底部CD和頂部CD。如上所述，庫116 (圖1)中存儲的光學(xué)計量模型組可以通過改變光 學(xué)計量模型中所用的輪廓參數(shù)來產(chǎn)生。例如，參照圖2B，通過改變輪廓 參數(shù)hl、 wl和w2，可以產(chǎn)生不同形狀和尺寸的光學(xué)計量模型。注意，可 以使一個、兩個或全部三個輪廓參數(shù)相對于彼此發(fā)生改變。再參照圖1，在光學(xué)計量模型的組和庫116中存儲的模擬衍射信號 中，光學(xué)計量模型以及相應(yīng)的模擬衍射信號的數(shù)目(即，庫116的范圍和/ 或分辨率)部分地取決于輪廓參數(shù)組的范圍以及輪廓參數(shù)組變化的增量。 在一種示例性實施例中，光學(xué)計量模型和庫116中存儲的模擬衍射信號是 在獲得來自實際特征的測得衍射信號之前產(chǎn)生的。因此，可以根據(jù)對特征 的制造工藝的熟悉情況以及變動范圍可能如何，來選擇產(chǎn)生庫116時所用 的范圍和增量(即范圍和分辨率)。也可以根據(jù)經(jīng)驗性測量(例如使用 AFM、 X-SEM等進(jìn)行的測量)來選擇庫116的范圍和/或分辨率。對于基于庫的處理的更詳細(xì)的描述，可以參見2001年7月16日提交 的名為"GENERATION OF A LIBRARY OF RERIODIC GRATING DIFFRACTION SIGNALS"的美國專利申請序號09/907,488，其全部內(nèi)容 通過引用結(jié)合于此。3.基于回歸的光學(xué)計量處理在基于回歸的光學(xué)計量處理中，將測得衍射信號與模擬衍射信號(即 試驗性衍射信號)進(jìn)行比較。模擬衍射信號是在比較之前，使用用于光學(xué) 計量模型的輪廓參數(shù)(即試驗性輪廓參數(shù))的組產(chǎn)生的。如果測得衍射信 號與模擬衍射信號不匹配，或當(dāng)測得衍射信號與模擬衍射信號之一的差不 在預(yù)設(shè)判據(jù)(即匹配判據(jù))范圍內(nèi)時，使用用于另一光學(xué)計量模型的另一 輪廓參數(shù)組產(chǎn)生另一模擬衍射信號，然后將測得衍射信號與新產(chǎn)生的模擬 衍射信號進(jìn)行比較。在測得衍射信號與模擬衍射信號匹配時，或測得衍射 信號與模擬衍射信號之一的差處于預(yù)設(shè)判據(jù)(即匹配判據(jù))范圍內(nèi)時，就 假定與匹配的模擬衍射信號相關(guān)聯(lián)的光學(xué)計量模型代表了實際特征。然后 可以用匹配的模擬衍射信號和/或光學(xué)計量模型來判定該特征是否是按照規(guī) 格制造的。這樣，再參照圖1，在一種示例性實施例中，處理模塊114可以產(chǎn)生 用于光學(xué)計量模型的模擬衍射信號，然后將測得衍射信號與模擬衍射信號 進(jìn)行比較。如上所述，如果測得衍射信號與模擬衍射信號不匹配，或在測 得衍射信號與模擬衍射信號之一的差不在預(yù)設(shè)判據(jù)(即匹配判據(jù))范圍內(nèi) 時，則處理模塊114可以迭代產(chǎn)生用于另一光學(xué)計量模型的另一模擬衍射 信號。在一種示例性實施例中，隨后產(chǎn)生的模擬衍射信號可以用優(yōu)化算法 來產(chǎn)生，優(yōu)化算法例如全局優(yōu)化技術(shù)(包括模擬退火)和局部優(yōu)化技術(shù) (包括最速下降算法)。在一種示例性實施例中，模擬衍射信號和光學(xué)計量模型可以存儲在庫116 (即動態(tài)庫)中。隨后存儲在庫116中的模擬衍射信號和光學(xué)計量模 型可以用在對測得衍射信號進(jìn)行匹配中。對于基于回歸的處理的更詳細(xì)說明，可以參見2001年8月6日提交的 名為"METHOD AND SYSTEM OF DYNAMIC LEARNING THROUGH A REGRESSION-BASED LIBRARY GENERATION PROCESS"的美國專利 申請序號09/923,578，該申請于2004年8月31日授權(quán)成為美國專利 No.6,785,638，其全部內(nèi)容通過引用方式結(jié)合在這里。4.嚴(yán)格耦合波分析如上所述，產(chǎn)生模擬衍射信號來與測得衍射信號進(jìn)行比較。在一種示 例性實施例中，模擬衍射信號可以通過應(yīng)用麥克斯韋方程組來產(chǎn)生，該方 程組可以用各種數(shù)值分析技術(shù)(包括嚴(yán)格耦合波分析(RCWA))來求 解。對于RCWA的更詳細(xì)說明，參見2001年1月25日提交的名為 "CACHING OF INTRA-LAYER CALCULATIONS FOR RAPID RIGOROUS COUPLED-WAVE ANALYSES "的美國專利申請序號 09/770,997，該申請于2005年5月10日授權(quán)成為美國專利No.6，891,626，其全部內(nèi)容通過引用方式結(jié)合在這里。5. 機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)在一種示例性實施例中，可以使用采用了機器學(xué)習(xí)算法的機器學(xué)習(xí)系 統(tǒng)來產(chǎn)生模擬衍射信號，機器學(xué)習(xí)算法例如后向傳播、徑向基函數(shù)、支持 矢量、核回歸等。對于機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)及算法的更詳細(xì)說明，參見"Neural Networks" ， Simon Haykin, Prentice Hall， 1999，其全部內(nèi)容通過引用方式 結(jié)合在這里。還可參見2003年6月27日提交的名為"OPTICAL METROLOGY OF STRUCTURES FORMED ON SEMICONDUCTOR WAFERS USING MACHINE LEARNING SYSTEMS"的美國專利申請序號 10/608,300，該申請的全部內(nèi)容通過引用方式結(jié)合在這里。6. 權(quán)重函數(shù)再參照圖1，如上所述，可以用包括光源106和檢測器112的光計量 裝置來產(chǎn)生來自晶片104上的特征的測得衍射信號。由于多種原因，測得 衍射信號可能較弱，這可能降低光學(xué)計量處理的精度。因此，在一種示例性實施例中，定義了權(quán)重函數(shù)來增強測得衍射信 號。具體而言，從待檢査的特征獲得測得衍射信號。將權(quán)重函數(shù)與測得衍 射信號相乘以產(chǎn)生強化測得衍射信號。然后在光學(xué)計量處理中使用該強化 測得衍射信號來提高光學(xué)計量處理的精度。在一種示例性實施例中，根據(jù)用光計量裝置獲得測得衍射信號時存在 的噪聲來定義權(quán)重函數(shù)。噪聲可以與獲得測得衍射信號所用的硬件(例如 光計量裝置中所用的光學(xué)器件和電子器件)有關(guān)。噪聲還可能與被測的特 征(例如由光源造成的光刻膠漂白(resist bleaching)現(xiàn)象)有關(guān)。參照圖3，在這種示例性實施例中，為了根據(jù)噪聲定義權(quán)重函數(shù)，首 先產(chǎn)生噪聲分布302。具體而言，獲得測得衍射信號的組?？梢杂霉庥嬃?裝置從晶片上的單一位置預(yù)先獲得測得衍射信號的組。注意，獲得測得衍 射信號的組的位置可以在與在其上形成要檢査的特征的晶片不同的晶片 上。從測得衍射信號的組計算平均測得衍射信號。噪聲分布302是各個測
得衍射信號與平均測得衍射信號之間的差。圖3所示的噪聲分布302是從 50個測得衍射信號計算的。但是應(yīng)當(dāng)明白，可以獲得任意數(shù)目的測得衍射 信號來產(chǎn)生噪聲分布。由于從測得衍射信號產(chǎn)生噪聲分布302，所以噪聲 分布302既考慮了與硬件有關(guān)的噪聲造成的噪聲，又考慮了與特征有關(guān)的 噪聲造成的噪聲。在獲得噪聲分布302之后，根據(jù)噪聲分布302來定義噪聲包絡(luò)線 304。在這種示例性實施例中，用噪聲分布302的最大值和曲線平滑化技 術(shù)來定義噪聲包絡(luò)線304。但是應(yīng)當(dāng)明白，可以用各種數(shù)值技術(shù)來定義噪 聲包絡(luò)線304。參照圖4，在這種示例性實施例中，通過對噪聲包絡(luò)線304 (圖3)求 反函數(shù)(invert)來定義權(quán)重函數(shù)wb。權(quán)重函數(shù)wb可以被修改以產(chǎn)生附 加權(quán)重函數(shù)。例如，可以通過對權(quán)重函數(shù)wb進(jìn)行定標(biāo)(scaling)和截頭(truncating)來產(chǎn)生權(quán)重函數(shù)wc。圖5圖示了用權(quán)重函數(shù)wc (圖4)來增強噪聲分布302 (圖3)所產(chǎn) 生的噪聲分布502。具體而言，噪聲分布302 (圖3)被乘以權(quán)重函數(shù)wc(圖4)來產(chǎn)生噪聲分布502。如圖5所示，權(quán)重函數(shù)wc減少了噪聲量并 提高了噪聲分布502的均勻性。但是注意，權(quán)重函數(shù)wc并未完全消除噪 聲。完全消除噪聲可能使測得衍射信號變差，這可能降低光學(xué)計量處理的 精度。因此，在這種示例性實施例中，權(quán)重函數(shù)被修改以從測得衍射信號中 除去期望量的噪聲，而不使測得衍射信號過度變差。另外，權(quán)重函數(shù)還可 被修改以影響測得衍射信號的噪聲減小量。例如，權(quán)重函數(shù)可以被修改以 使得與測得衍射信號的一部分相比，測得衍射信號的另一部分處減小的噪 聲更少。在另一種示例性實施例中，根據(jù)測量精度來定義權(quán)重函數(shù)。具體而 言，獲得測得衍射信號?？梢杂霉庥嬃垦b置從基準(zhǔn)晶片上的位置處預(yù)先獲 得測得衍射信號。注意，獲得測得衍射信號的組的位置可以在與在其上形 成待檢査的特征的晶片不同的晶片上。例如，圖6圖示了從帶有裸硅層的 基準(zhǔn)晶片獲得的測得衍射信號602，所述裸硅層是薄膜并且未被圖案化。 在這種示例性實施例中，對于基準(zhǔn)晶片上的獲得了測得衍射信號的位置獲得模擬衍射信號。如上所述，可以用各種數(shù)值技術(shù)(例如RCWA)或 MLS系統(tǒng)獲得模擬衍射信號。例如，圖6圖示了對于裸硅層的模擬衍射信 號604。在這種示例性實施例中，根據(jù)測得衍射信號和模擬衍射信號來產(chǎn)生誤 差分布。例如，圖7圖示了根據(jù)圖6所示測得衍射信號與模擬衍射信號之 間的差而產(chǎn)生的誤差分布702。對誤差分布702定義誤差包絡(luò)線704?？梢愿鶕?jù)誤差包絡(luò)線704來定 義權(quán)重函數(shù)。例如，圖8圖示了通過對誤差包絡(luò)線704求反函數(shù)而定義的 權(quán)重函數(shù)wa。應(yīng)當(dāng)明白，可以通過修改權(quán)重函數(shù)wa來產(chǎn)生附加權(quán)重函 數(shù)。在另一種示例性實施例中，根據(jù)測得衍射信號的靈敏度來定義權(quán)重函 數(shù)。具體而言，用一個或多個處理參數(shù)中已知的變動(即，制造被檢査的 結(jié)構(gòu)的方式的特性)來獲得測得衍射信號的組或模擬衍射信號的組。例 如，可以用曝光劑量、劑量、溫度、材料特性等中的已知變動來獲得測得 衍射信號的組或模擬衍射信號的組。下文中將會更詳細(xì)地說明，在這種示例性實施例中，用多變量分析對 測得衍射信號的組或模擬衍射信號的組獲得一個或多個基本變量。利用這 一個或多個基本變量，測得衍射信號被轉(zhuǎn)換成經(jīng)轉(zhuǎn)換衍射信號?？梢愿鶕?jù) 經(jīng)轉(zhuǎn)換衍射信號與測得衍射信號來定義權(quán)重函數(shù)。具體而言，權(quán)重函數(shù)可 以定義為經(jīng)轉(zhuǎn)換衍射信號對測得衍射信號的比率。應(yīng)當(dāng)明白，根據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換衍射信號和測得衍射信號的組，可以定義多個 權(quán)重函數(shù)。例如，圖9圖示了測得衍射信號的組。圖10圖示了將一個或 多個基本變量應(yīng)用于測得衍射信號的組所得到的經(jīng)轉(zhuǎn)換衍射信號的組。圖 11圖示了根據(jù)圖10所示經(jīng)轉(zhuǎn)換衍射信號的組以及圖9所示測得衍射信號 的組所確定的權(quán)重函數(shù)。具體而言，圖11圖示的權(quán)重函數(shù)是圖IO所示經(jīng) 轉(zhuǎn)換衍射信號的組對圖9所示測得衍射信號的組的比率。此外，圖11所 示的一個權(quán)重函數(shù)是圖10所示一個經(jīng)轉(zhuǎn)換衍射信號對圖9所示一個測得 衍射信號的比率，所述一個測得衍射信號是用來產(chǎn)生圖IO所示經(jīng)轉(zhuǎn)換衍 射信號。如上所述，可以用多變量分析來對測得衍射信號或模擬衍射信號的組 確定一個或多個基本變量。具體而言，可以由實際測量結(jié)果獲得測得衍射 信號的組，所述實際測量結(jié)果來自在晶片上形成被檢査結(jié)構(gòu)所用的實際半 導(dǎo)體制造處理?；蛘撸梢杂脤υ诰闲纬杀粰z查結(jié)構(gòu)的制造處理的模 擬來獲得模擬衍射信號的組。可以以數(shù)據(jù)矩陣^的形式來記錄和存儲測得衍射信號或模擬衍射信號 的組，對于每組處理參數(shù)所述測得衍射信號或模擬衍射信號的組包括作為 波長的函數(shù)的光強度。例如，針對處理參數(shù)中的給定變動，矩陣f的每行 對應(yīng)于衍射信號(光強度隨波長的變化)。這樣，對于處理參數(shù)中的不同 變動，矩陣^的不同行對應(yīng)于不同衍射信號。矩陣X的每列對應(yīng)于衍射信 號中的具體波長。因此，由測得衍射信號或模擬衍射信號的組組成的矩陣f具有mXn的維度，其中，例如m為測量結(jié)果的數(shù)目，而n為波長的數(shù) 目。在一種示例性實施例中，可以對測得衍射信號或模擬衍射信號的組執(zhí) 行統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)計算。例如，如果需要，存儲在矩陣^中的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行均 值對中(mean-centered)或者歸一化。對矩陣列中存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行對中包 括計算列元素的平均值并將其從各個元素中減去。此外，可以用列中數(shù)據(jù) 的標(biāo)準(zhǔn)偏差來對處于矩陣該列中的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化。此外，還可以在每次 獲取新的測得衍射信號或模擬衍射信號之后更新對中系數(shù)和/或歸一化系 數(shù)。對于更多細(xì)節(jié)，參見2003年9月12日提交的名為"METHOD AND SYSTEM OF DIAGNOSING A PROCESSING SYSTEM USING ADAPTIVE MULTIVARIATE ANALYSIS"的美國專利申請序號10/660,697，該申請 的全部內(nèi)容以引用方式結(jié)合在這里。應(yīng)當(dāng)明白，在某些應(yīng)用中，可以省略 執(zhí)行統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)計算的步驟。在一種示例性實施例中，利用多變量分析來確定處理參數(shù)中的變動對 于測得衍射信號或模擬衍射信號的改變的貢獻(xiàn)程度。例如，為了確定處理 參數(shù)的變動與測得衍射信號或模擬衍射信號之間的相互關(guān)系，矩陣f可以 受到多變量分析。
在一種示例性實施例中，采用主成分分析(PCA)，通過用較低維度 的矩陣乘積(^7)加上誤差矩陣^來對矩陣^進(jìn)行近似，從而求得矩陣 f內(nèi)的相關(guān)結(jié)構(gòu)X = + f ( 1 )其中，^為概括了^變量的(mXn)得分矩陣，而P為示出這些變量影響 的(nXp,其中p《n)負(fù)荷矩陣。應(yīng)當(dāng)明白，可以執(zhí)行各種類型的多變量 分析，例如獨立成分分析、互相關(guān)分析、線性近似分析等。總體而言，負(fù)荷矩陣？可被表示為包括了^的協(xié)方差的本征矢量，其 中協(xié)方差矩陣5可以表示為5 = (2)協(xié)方差矩陣5為實對稱矩陣，因此可以表述為5 = t/At/ ( 3 )其中，實對稱本征矢量矩陣G包括歸一化本征矢量作為各個列，而x 為對角矩陣，沿對角線包括與各個本征矢量對應(yīng)的本征值。利用式子(1)和(3)(對于p=n的滿矩陣，即沒有誤差的矩陣)，可以表示如下P = Z7 (4)以及7r7 = X (5) 上述本征分析的結(jié)果是，各個本征值代表了 n維空間中沿相應(yīng)本征矢 量方向的測得衍射信號或者模擬衍射信號的方差。因此，最大的本征值對 應(yīng)于n維空間中測得衍射信號或模擬衍射信號中的最大方差，而最小的本 征值代表測得衍射信號或模擬衍射信號中的最小方差。根據(jù)定義，所有的 本征矢量是正交的，因此，第二大的本征值對應(yīng)于沿與第一本征矢量方向 正交的相應(yīng)本征矢量方向的測得衍射信號或模擬衍射信號中第二大的方 差。在這種示例性實施例中，來自多變量分析的一個或多個本征值和本征 矢量被選擇為一個或多個基本變量。然后可以用這一個或多個基本變量對 新獲取的測得衍射信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換來產(chǎn)生經(jīng)轉(zhuǎn)換衍射信號。
在這種示例中，在執(zhí)行PCA分析之后，可以通過將新的測得衍射信號 投影到負(fù)荷矩陣^ (即主成分的組)上以產(chǎn)生得分的組(例如，經(jīng)轉(zhuǎn)換衍 射信號)，來用負(fù)荷矩陣^將新的測得衍射信號轉(zhuǎn)換成經(jīng)轉(zhuǎn)換衍射信號。在一種實施例中，在產(chǎn)生負(fù)荷矩陣？時使用全部本征矢量(即主成分)(n)。在另一種實施例中，在產(chǎn)生負(fù)荷矩陣？時使用一部分(<n) 本征矢量(即主成分)。例如，選擇最大的三個到四個本征值(以及相應(yīng) 的本征矢量)來對數(shù)據(jù)進(jìn)行近似并組成負(fù)荷矩陣f。通過這樣的近似，誤 差^被引入式子(1)的表達(dá)式中。支持PCA建模的一種商用軟件示例是MATLAB，另一種是SIMCA-P 8.0;對于更多細(xì)節(jié)，參見用戶手冊(User Guide to SIMCA-P 8.0: A new standard in multivariate data analysis, Umetrics AB, Version 8.0， September 1999)。對于確定基本變量的更多說明，參見2006年2月7日提交的名為 "TRANSFORMING METROLOGY DATA FROM A SEMICONDUCTOR TREATMENT SYSTEM USING MULTIVARIATE ANALYSIS"的美國專 利申請序號11/349,773，該申請的全部內(nèi)容以引用方式結(jié)合在這里。在一種示例性實施例中，根據(jù)基于噪聲、精度和靈敏度定義的初始權(quán) 重函數(shù)中的一個或多個，來定義最終權(quán)重函數(shù)。具體而言，可以選擇初始 權(quán)重函數(shù)中的一個作為最終權(quán)重函數(shù)?；蛘?，也可以將初始權(quán)重函數(shù)中的 兩個或更多個進(jìn)行組合來定義最終權(quán)重函數(shù)。例如，用聚焦/曝光晶片(FEM)來獲得晶片內(nèi)CD變動。圖12圖示 了不使用權(quán)重函數(shù)而執(zhí)行FEM分析以確定中間臨界尺寸(CD)的結(jié)果。 圖13圖示了使用權(quán)重函數(shù)wa執(zhí)行FEM分析的結(jié)果。圖14圖示了使用權(quán) 重函數(shù)wc執(zhí)行FEM分析的結(jié)果。由圖12、 13、 14可見，權(quán)重函數(shù)wc對 于確定CD時聚焦和劑量的改變造成了更大的靈敏度。因此，根據(jù)上述趨勢分析，在這種示例中，優(yōu)先于權(quán)重函數(shù)wa選擇 權(quán)重函數(shù)wc。應(yīng)當(dāng)明白，不同的用戶需求可以被分解成在不同的權(quán)重函 數(shù)之間進(jìn)行選擇。例如，有些用戶可能優(yōu)先于權(quán)重函數(shù)wc而選擇權(quán)重函 數(shù)wa，因為也許可以接收降低靈敏度以獲得更高精度。盡管己經(jīng)描述了各種示例性實施例，但是在不脫離本發(fā)明的精神和/ 或范圍的情況下可以進(jìn)行各種變化。因此，本發(fā)明不應(yīng)認(rèn)為局限于附圖所 示以及上文所述的具體形式。
權(quán)利要求
1. 一種獲得權(quán)重函數(shù)以使光學(xué)計量中所用的測得衍射信號增強的方法，所述方法包括獲得測得衍射信號，其中，所述測得衍射信號是用光計量裝置從晶片上的位置測量的；根據(jù)所述測得衍射信號中存在的噪聲來定義第一權(quán)重函數(shù)；根據(jù)所述測得衍射信號的精度來定義第二權(quán)重函數(shù)；根據(jù)所述測得衍射信號的靈敏度來定義第三權(quán)重函數(shù)；根據(jù)所述第一權(quán)重函數(shù)、所述第二權(quán)重函數(shù)和所述第三權(quán)重函數(shù)中的一個或多個來定義第四權(quán)重函數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，獲得測得衍射信號的步驟包括獲得測得衍射信號的組，其中，所述測得衍射信號的組是用所述光計 量裝置從所述晶片上的單一位置測量的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，獲得第一權(quán)重函數(shù)的步驟包括根據(jù)所述測得衍射信號的組來產(chǎn)生噪聲分布； 根據(jù)所述噪聲分布來定義噪聲包絡(luò)線；和 根據(jù)所述噪聲包絡(luò)線來定義所述第一權(quán)重函數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，定義所述第一權(quán)重函數(shù)的步驟 包括將初始權(quán)重函數(shù)定義為所述噪聲包絡(luò)線的反函數(shù)；和 修改所述初始權(quán)重函數(shù)來定義所述第 一權(quán)重函數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，修改所述初始權(quán)重函數(shù)的步驟 包括對所述初始權(quán)重函數(shù)進(jìn)行定標(biāo)；和 對所述初始權(quán)重函數(shù)進(jìn)行截頭。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，產(chǎn)生噪聲分布的步驟包括對于所述測得衍射信號的組計算平均測得衍射信號；計算所述測得衍射信號的組中的各個測得衍射信號與所述平均測得衍 射信號之間的差，其中，所述噪聲分布為計算出的差除以所述平均測得衍 射信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述晶片是基準(zhǔn)晶片。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述基準(zhǔn)晶片包括裸硅層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，獲得第二權(quán)重函數(shù)的步驟包括獲得與所述基準(zhǔn)晶片上的所述位置對應(yīng)的模擬衍射信號； 將所述測得衍射信號與所述模擬衍射信號進(jìn)行比較； 根據(jù)所述測得衍射信號與所述模擬衍射信號的比較來定義誤差分布； 根據(jù)所述誤差分布來定義誤差包絡(luò)線；和 根據(jù)所述誤差包絡(luò)線來定義所述第二權(quán)重函數(shù)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第二權(quán)重函數(shù)被定義為 所述誤差包絡(luò)線的反函數(shù)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括獲得測得衍射信號或模擬衍射信號的組；用多變量分析對于所獲得的測得衍射信號或模擬衍射信號的組確定一 個或多個基本變量；和利用所述一個或多個基本變量將所獲得的測得衍射信號轉(zhuǎn)換成經(jīng)轉(zhuǎn)換 衍射信號，其中，根據(jù)所述經(jīng)轉(zhuǎn)換衍射信號和所述測得衍射信號來定義所述第三 權(quán)重函數(shù)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第三權(quán)重函數(shù)是所述經(jīng) 轉(zhuǎn)換衍射信號對所述測得衍射信號的比率。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括用所述第一權(quán)重函數(shù)、所述第二權(quán)重函數(shù)和所述第三權(quán)重函數(shù)執(zhí)行趨 勢分析，其中，根據(jù)所述趨勢分析來定義所述第四權(quán)重函數(shù)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，執(zhí)行趨勢分析的步驟包括用所述第一權(quán)重函數(shù)獲得聚焦/曝光晶片的晶片內(nèi)臨界尺寸變動； 用所述第二權(quán)重函數(shù)獲得聚焦/曝光晶片的晶片內(nèi)臨界尺寸變動； 用所述第三權(quán)重函數(shù)獲得聚焦/曝光晶片的晶片內(nèi)臨界尺寸變動；和 對使用所述第一權(quán)重函數(shù)、所述第二權(quán)重函數(shù)和所述第三權(quán)重函數(shù)獲 得聚焦/曝光晶片的晶片內(nèi)臨界尺寸變動的結(jié)果進(jìn)行比較。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，執(zhí)行趨勢分析的步驟還包括用所述第一權(quán)重函數(shù)獲得帶有氮氧化硅層的聚焦/曝光晶片的晶片內(nèi)臨 界尺寸變動；用所述第二權(quán)重函數(shù)獲得帶有氮氧化硅層的聚焦/曝光晶片的晶片內(nèi)臨 界尺寸變動；用所述第三權(quán)重函數(shù)獲得帶有氮氧化硅層的聚焦/曝光晶片的晶片內(nèi)臨 界尺寸變動；和對使用所述第一權(quán)重函數(shù)、所述第二權(quán)重函數(shù)和所述第三權(quán)重函數(shù)獲 得帶有氮氧化硅層的晶片的聚焦/曝光晶片的晶片內(nèi)臨界尺寸變動的結(jié)果進(jìn) 行比較。
16. —種用權(quán)重函數(shù)對光學(xué)計量中所用的測得衍射信號進(jìn)行增強的方 法，所述方法包括獲得第一測得衍射信號，所述第一測得衍射信號是從晶片上的特征測 量的；將所述第一測得衍射信號與權(quán)重函數(shù)相乘，以產(chǎn)生強化測得衍射信號，其中，所述權(quán)重函數(shù)是根據(jù)第二測得衍射信號的噪聲、精度和靈敏度 而定義的，所述第二測得衍射信號是從另一晶片測量的；和 用所述強化測得衍射信號來確定所述特征的特性。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述第二測得衍射信號是從 單一位置測量的測得衍射信號的組，并且其中，所述權(quán)重函數(shù)是通過下述 方式定義的根據(jù)所述測得衍射信號的組來產(chǎn)生噪聲分布； 根據(jù)所述噪聲分布來定義噪聲包絡(luò)線；和 根據(jù)所述噪聲包絡(luò)線來定義所述權(quán)重函數(shù)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述第二測得衍射信號是從 基準(zhǔn)晶片測量的，并且其中，所述權(quán)重函數(shù)是通過下述方式定義的獲得與所述基準(zhǔn)晶片上的所述位置對應(yīng)的模擬衍射信號； 將所述第二測得衍射信號與所述模擬衍射信號進(jìn)行比較； 根據(jù)所述第二測得衍射信號和所述模擬衍射信號的比較來定義誤差分布；根據(jù)所述誤差分布來定義誤差包絡(luò)線；和 根據(jù)所述誤差包絡(luò)線來定義所述權(quán)重函數(shù)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述第二測得衍射信號是從基準(zhǔn)晶片測得的，并且其中，所述權(quán)重函數(shù)是通過下述方式定義的獲得測得衍射信號或模擬衍射信號的組；用多變量分析對所獲得的測得衍射信號或模擬衍射信號的組確定一個 或多個基本變量；和利用所述一個或多個基本變量將所獲得的測得衍射信號轉(zhuǎn)換成經(jīng)轉(zhuǎn)換 衍射信號，其中，所述權(quán)重函數(shù)是根據(jù)所述經(jīng)轉(zhuǎn)換衍射信號和所述測得衍射信號 來定義的。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述第二測得衍射信號包括 從單一位置測量的測得衍射信號的組以及從基準(zhǔn)晶片測量的第三測得衍射 信號，并且其中，所述權(quán)重函數(shù)是通過下述方式定義的根據(jù)所述測得衍射信號的組來產(chǎn)生噪聲分布；根據(jù)所述噪聲分布來定義噪聲包絡(luò)線；根據(jù)所述噪聲包絡(luò)線來定義第一權(quán)重函數(shù)；獲得與所述基準(zhǔn)晶片上的所述位置對應(yīng)的模擬衍射信號；將所述第三測得衍射信號與所述模擬衍射信號進(jìn)行比較；根據(jù)所述第三測得衍射信號與所述模擬衍射信號的比較來定義誤差分布；根據(jù)所述誤差分布來定義誤差包絡(luò)線；根據(jù)所述誤差包絡(luò)線來定義第二權(quán)重函數(shù)；獲得測得衍射信號或模擬衍射信號的組；用多變量分析對所獲得的測得衍射信號或模擬衍射信號的組確定一個 或多個基本變量；利用所述一個或多個基本變量將所述測得衍射信號的組轉(zhuǎn)換成經(jīng)轉(zhuǎn)換 衍射信號的組；根據(jù)所述經(jīng)轉(zhuǎn)換衍射信號的組中的一者和所述測得衍射信號的組中的 一者來定義第三權(quán)重函數(shù)，其中，所述權(quán)重函數(shù)是根據(jù)所述第一權(quán)重函數(shù)、所述第二權(quán)重函數(shù)和 所述第三權(quán)重函數(shù)中一個或者多個來定義的。
21. —種包含計算機可執(zhí)行指令的計算機可讀存儲介質(zhì)，所述指令用 于使計算機利用權(quán)重函數(shù)來增強光學(xué)計量中所用的測得衍射信號，所述計 算機可讀存儲介質(zhì)包括用于下述步驟的指令獲得第一測得衍射信號，所述第一測得衍射信號是從晶片上的特征測、將所述第一測得衍射信號與權(quán)重函數(shù)相乘，以產(chǎn)生強化測得衍射信號，其中，所述權(quán)重函數(shù)是根據(jù)第二測得衍射信號的噪聲、精度和靈敏度 而定義的，所述第二測得衍射信號是從另一晶片測量的；和 用所述強化測得衍射信號來確定所述特征的特性。
22. —種用權(quán)重函數(shù)來對光學(xué)計量中使用的測得衍射信號進(jìn)行增強的 系統(tǒng)，包括光計量裝置，其從晶片上的特征產(chǎn)生第一測得衍射信號；處理器，其被配置為將所述第一測得衍射信號與權(quán)重函數(shù)相乘以產(chǎn)生強化測得衍射信號，其中，所述權(quán)重函數(shù)是根據(jù)第二測得衍射信號的噪聲、精度和靈敏度而定義的，所述第二測得衍射信號是從另一晶片測量的；并且其中，所述處理器被配置為用所述強化測得衍射信號來確定所述特征 的特性。
23. —種包含計算機可執(zhí)行指令的計算機可讀存儲介質(zhì)，所述指令用 于使計算機獲得權(quán)重函數(shù)以增強光學(xué)計量中使用的測得衍射信號，所述計 算機可讀存儲介質(zhì)包括用于下述步驟的指令獲得測得衍射信號，其中，所述測得衍射信號是用光計量裝置從晶片上的位置測量的；根據(jù)所述測得衍射信號中存在的噪聲來定義第一權(quán)重函數(shù)； 根據(jù)所述測得衍射信號的精度來定義第二權(quán)重函數(shù)； 根據(jù)所述測得衍射信號的靈敏度來定義第三權(quán)重函數(shù)； 根據(jù)所述第一權(quán)重函數(shù)、所述第二權(quán)重函數(shù)和所述第三權(quán)重函數(shù)中的一個或多個來定義第四權(quán)重函數(shù)。
24. —種獲得權(quán)重函數(shù)以增強光學(xué)計量中所用的測得衍射信號的方 法，所述方法包括獲得測得衍射信號的組，其中，所述測得衍射信號的組是用光計量裝 置從晶片上的單一位置測量的；根據(jù)所述測得衍射信號的組來產(chǎn)生噪聲分布； 根據(jù)所述噪聲分布來定義噪聲包絡(luò)線；和 根據(jù)所述噪聲包絡(luò)線來定義權(quán)重函數(shù)。
25. —種包含計算機可執(zhí)行指令的計算機可讀存儲介質(zhì)，所述指令用 于使計算機獲得權(quán)重函數(shù)以增強光學(xué)計量中使用的測得衍射信號，所述計 算機可讀存儲介質(zhì)包括用于下述步驟的指令獲得測得衍射信號的組，其中，所述測得衍射信號的組是用光計量裝 置從晶片上的單一位置測量的；根據(jù)所述測得衍射信號的組來產(chǎn)生噪聲分布； 根據(jù)所述噪聲分布來定義噪聲包絡(luò)線；和 根據(jù)所述噪聲包絡(luò)線來定義權(quán)重函數(shù)。
26. —種使用權(quán)重函數(shù)來增強光學(xué)計量中所用的測得衍射信號的系 統(tǒng)，包括光計量裝置，其從晶片上的特征產(chǎn)生測得衍射信號；和 處理器，其被配置為將所述測得衍射信號與權(quán)重函數(shù)相乘以產(chǎn)生強化 測得衍射信號，其中，所述權(quán)重函數(shù)是根據(jù)噪聲包絡(luò)線來定義的，所述噪聲包絡(luò)線是 根據(jù)噪聲分布來定義的，其中，所述噪聲分布是用所述光計量裝置根據(jù)從 所述晶片上的單一位置測量的衍射信號組產(chǎn)生的，并且其中，所述處理器被配置為利用所述強化測得衍射信號來確定所述特 征的特性。
27. —種獲得權(quán)重函數(shù)以增強光學(xué)計量中所用的測得衍射信號的方 法，所述方法包括獲得測得衍射信號，其中，所述測得衍射信號是用光計量裝置從基準(zhǔn) 晶片上的位置測量的；獲得與所述基準(zhǔn)晶片上的所述位置對應(yīng)的模擬衍射信號； 將所述測得衍射信號與所述模擬衍射信號進(jìn)行比較； 根據(jù)所述測得衍射信號與所述模擬衍射信號的比較來定義誤差分布； 根據(jù)所述誤差分布來定義誤差包絡(luò)線；和 根據(jù)所述誤差包絡(luò)線來定義權(quán)重函數(shù)。
28. —種包含計算機可執(zhí)行指令的計算機可讀存儲介質(zhì)，所述指令用 于使計算機獲得權(quán)重函數(shù)以增強光學(xué)計量中使用的測得衍射信號，所述計 算機可讀存儲介質(zhì)包括用于下述步驟的指令獲得測得衍射信號，其中，所述測得衍射信號是用光計量裝置從基準(zhǔn) 晶片上的位置測量的；獲得與所述基準(zhǔn)晶片上的所述位置對應(yīng)的模擬衍射信號； 將所述測得衍射信號與所述模擬衍射信號進(jìn)行比較； 根據(jù)所述測得衍射信號與所述模擬衍射信號的比較來定義誤差分布； 根據(jù)所述誤差分布來定義誤差包絡(luò)線；和 根據(jù)所述誤差包絡(luò)線來定義權(quán)重函數(shù)。
29. —種用權(quán)重函數(shù)增強光學(xué)計量中使用的測得衍射信號的系統(tǒng)，包括光計量裝置，其從晶片上的特征產(chǎn)生測得衍射信號；和 處理器，其被配置為將所述測得衍射信號與權(quán)重函數(shù)相乘以產(chǎn)生強化 測得衍射信號，其中，所述權(quán)重函數(shù)是根據(jù)誤差包絡(luò)線來定義的，所述誤差包絡(luò)線是 根據(jù)誤差分布來定義的，其中，所述誤差分布是根據(jù)用所述光計量裝置從 基準(zhǔn)晶片上的位置測量的衍射信號與對應(yīng)于所述基準(zhǔn)晶片上的所述位置的 模擬衍射信號的比較來產(chǎn)生的，并且其中，所述處理器被配置為利用所述強化測得衍射信號來確定所述特 征的特性。
30. —種獲得權(quán)重函數(shù)以增強光學(xué)計量中所用的測得衍射信號的方 法，所述方法包括獲得測得衍射信號或模擬衍射信號的組；用多變量分析對所獲得的測得衍射信號或模擬衍射信號的組確定一個或多個基本變量；獲得測得衍射信號，其中，所述測得衍射信號是用光計量裝置從晶片上的位置測量的；利用所述一個或多個基本變量將所獲得的測得衍射信號轉(zhuǎn)換成經(jīng)轉(zhuǎn)換 衍射信號；和根據(jù)所述經(jīng)轉(zhuǎn)換衍射信號和所述測得衍射信號來定義權(quán)重函數(shù)。
31. —種包含計算機可執(zhí)行指令的計算機可讀存儲介質(zhì)，所述指令用 于使計算機獲得權(quán)重函數(shù)以增強光學(xué)計量中使用的測得衍射信號，所述計 算機可讀存儲介質(zhì)包括用于下述步驟的指令獲得測得衍射信號或模擬衍射信號的組；用多變量分析對所獲得的測得衍射信號或模擬衍射信號的組確定一個 或多個基本變量；獲得測得衍射信號，其中，所述測得衍射信號是用光計量裝置從晶片 上的位置測量的；利用所述一個或多個基本變量將所獲得的測得衍射信號轉(zhuǎn)換成經(jīng)轉(zhuǎn)換 衍射信號；和根據(jù)所述經(jīng)轉(zhuǎn)換衍射信號和所述測得衍射信號來定義權(quán)重函數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及在光學(xué)計量中增強測量衍射信號的權(quán)重函數(shù)。獲得權(quán)重函數(shù)以使光學(xué)計量中所用的測得衍射信號增強。為了獲得權(quán)重函數(shù)，獲得測得衍射信號。測得衍射信號是用光計量裝置從晶片上的位置測量的。根據(jù)測得衍射信號中存在的噪聲來定義第一權(quán)重函數(shù)。根據(jù)測得衍射信號的精度來定義第二權(quán)重函數(shù)。根據(jù)測得衍射信號的靈敏度來定義第三權(quán)重函數(shù)。根據(jù)第一權(quán)重函數(shù)、第二權(quán)重函數(shù)和第三權(quán)重函數(shù)中的一個或多個來定義第四權(quán)重函數(shù)。
文檔編號G06F15/00GK101401080SQ200780008294
公開日2009年4月1日 申請日期2007年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月8日
發(fā)明者李世芳, 維·翁, 燕 陳, 鮑君威 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社