WO2004068070A1 - Method for determining structural parameters of a surface - Google Patents

Method for determining structural parameters of a surface Download PDF

Info

Publication number
WO2004068070A1
WO2004068070A1 PCT/DE2003/004287 DE0304287W WO2004068070A1 WO 2004068070 A1 WO2004068070 A1 WO 2004068070A1 DE 0304287 W DE0304287 W DE 0304287W WO 2004068070 A1 WO2004068070 A1 WO 2004068070A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light beam
reflected
function
simulation
parameters
Prior art date
Application number
PCT/DE2003/004287
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andrea Weidner
Andreas Erdmann
Claus Schneider
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. filed Critical Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Publication of WO2004068070A1 publication Critical patent/WO2004068070A1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4788Diffraction
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/06Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness for measuring thickness ; e.g. of sheet material

Definitions

  • the invention relates to a method for determining structural parameters of a surface, in which at least one coherent light beam of defined intensity and polarization is directed onto the surface, a beam reflected or transmitted by regular structures of the surface is detected and at least one imaging rule is determined, which is at least one Maps beam parameters of the reflected or transmitted light beam to at least one beam parameter of the light beam directed onto the surface. Furthermore, a simulation that is carried out on the basis of predefinable structural parameters is used to calculate a function that maps at least one simulated beam parameter of the reflected or transmitted light beam to at least one simulated beam parameter of the light beam directed onto the surface.
  • the predefinable structure parameters are varied with the aid of an optimization method such that a difference function formed from the determined mapping rule and the calculated function assumes function values that are smaller than function values of a limit function.
  • Scatterometry which includes reflectometry and ellipsometry in particular, is an efficient method for determining optical material properties and the thickness of thin layers.
  • Scatterometry includes non-destructive measurement methods that change a light beam after it strikes a periodically structured one Measure and evaluate the surface. The advantages of these measuring methods are the high sensitivity, the non-destructive and even non-contact measurement as well as the simple practical handling. However, the measurements do not directly provide the desired material data, such as layer thickness, but rather require the calculated values to be adapted to the measured values. With this adjustment, the examined material properties are included in the calculation as model parameters.
  • the intensity or polarization state of the beam reflected or transmitted at periodic structures is measured as a function of an angle or the wavelength.
  • This functional dependence of the reflected beam is influenced by structural parameters such as line width or depth and is characteristic of the diffractive structure.
  • structural parameters such as line width or depth and is characteristic of the diffractive structure.
  • a forward simulation of the measurement results of an assumed structural model is possible, for example using rigorous methods such as "Rigorous Coupled Wave Analysis", for example M. Moharam, et. Al., Journal of the American Optical Society A. vol. 12 (1995), pp. 1077-1086)
  • the Maxwell equations are exactly solved with the boundary conditions given by the structure.
  • DE 199 14 696 AI describes a device for quickly measuring angle-dependent diffraction effects on finely structured surfaces.
  • the device consists of a coherent radiation source which emits in different directions, a spherical or aspherical mirror or mirror segments which are arranged such that they correspond to a spherical or aspherical mirror, and a detector unit for measuring the intensity of the radiation diffracted on a sample.
  • the device described is essentially characterized in that the radiation deflected in different directions is reflected by the mirror arrangement in such a way that the coherent beam is deflected sequentially in succession at different angles of incidence onto the sample.
  • the measuring beam is changed continuously or in small steps.
  • the intensities of the direct reflex as well as the higher bending orders that may occur are measured.
  • the evaluation of the intensity curves as a function of the varied angle of incidence allows conclusions to be drawn about the shape and material of the periodic structures examined.
  • Such a diffraction analysis can be divided into two steps. First, the intensity of the scattered or diffracted light is measured. Then the measured intensity Distribution compared with simulated diffraction effects, the grating parameters being varied within a predetermined range. Those parameter values that lead to the best agreement between measurement and simulation are considered reasonable approximations of the real ones
  • the simulation with the underlying structural parameters that best matches the measurement results is then selected by a search algorithm.
  • the second solution for evaluating diffraction effects is to vary the simulation parameters.
  • the simulation parameters are varied until the simulation deviates from the measurement below a certain value.
  • the rigorous simulation methods used can usually only be used for special cases, such as for vertical incidence, in order to achieve the required speed.
  • a function is determined that maps the intensity of the output beam to the wavelength of the reflected beam.
  • a simulation is carried out for which the simulation parameters are varied.
  • the Maxwell equations are compared with those by
  • the invention is therefore based on the object of a method for determining structural parameters
  • the speed of the evaluation should also enable integrated measurement during the process.
  • a method for determining structural parameters of a surface in which at least one coherent light beam of defined intensity and / or polarization is directed onto the surface, a beam reflected or transmitted by regular structures of the surface is detected and at least one imaging rule is determined, which has at least one beam parameter of the reflected or transmitted light beam onto at least one beam parameter of the light beam directed onto the surface. Furthermore, a simulation that is carried out on the basis of predefinable structural parameters is used to calculate a function that maps at least one simulated beam parameter of the reflected or transmitted light beam to at least one simulated beam parameter of the light beam directed onto the surface.
  • the predefinable structure parameters are varied with the aid of an optimization method such that a difference function formed from the determined mapping rule and the calculated function assumes function values that are smaller than function values of a limit function.
  • the method is characterized in that the simulation is carried out using an approximation method and / or an adaptive system for calculating diffraction effects, and in that the
  • Approximation method and / or the learning system calculated structural parameters for an optimization step that uses rigorous calculation methods.
  • the method according to the invention for determining structural parameters of a surface thus ensures on the one hand that the results are not discretized, that a preliminary simulation is not necessary and that there is no restriction to previously simulated structure types.
  • the method according to the invention is characterized in that the computing power for calculating the diffraction effects is minimized and the diffraction effects are thus evaluated quickly and reliably.
  • the structural parameters calculated with the approximation method are preferably used for an optimization step that uses rigorous calculation methods, such as a rigorous coupled wave analysis.
  • a regression method is used as the optimization method.
  • the parameters of the simulated structure are varied until the calculated function within predefinable limit values, which determine the permitted deviation of the simulation from the measurement, has approached a limit function. It is irrelevant whether the measurement detects the reflection, transmission or both effects together.
  • a further embodiment provides that an intensity and / or a polarization state of the reflected or transmitted light beam as
  • Beam parameters of the reflected or transmitted light beam is used.
  • An angle of incidence and / or a wavelength of this beam are preferably used as the beam parameters of the light beam directed onto the surface.
  • the intensity or polarization state of the beam reflected or transmitted at the periodic structures is measured as a function of an angle of incidence or over the wavelength of the incident light beam.
  • Beam is influenced by structural parameters, volume width or depth and is characteristic of the diffractive structure.
  • a special embodiment provides shape birefringence as an approximation method for calculating diffraction effects. With the help of this method, the diffraction effects that occur on periodic structures can be approximately calculated. The procedure can be used for trench-line structures
  • Periods that are significantly smaller than the wavelength of the incident beam can be used.
  • the structure is effective by two Refractive indices are described, which are calculated by a series development according to the ratio period to wavelength.
  • approximation methods which have a suitable convergence behavior can also be used for the method according to the invention.
  • approximation methods are used that take into account the ratio of structure thickness to wavelength.
  • scalar calculation methods such as, for example, a complex-amplitude transmittance method.
  • the latter method is particularly suitable for structures that have periods that are significantly larger than the wavelength of the incident beam.
  • An alternative embodiment of the method according to the invention provides that the structure parameters are determined not with the aid of a simulation method but with the aid of a system capable of learning using a suitable algorithm.
  • a function is calculated with the aid of the learnable system, which maps at least one beam parameter of the reflected and / or the transmitted light beam to at least one beam parameter of the light beam directed onto the surface.
  • a difference function is determined from the calculated function and the mapping rule determined in advance. The individual process steps are repeated catches up until the function values of the difference function assume values that are smaller than function values of a previously defined limit function.
  • the above-described method is characterized in that the structural parameters calculated with the adaptable system are ultimately used for an optimization step that uses rigorous calculation methods.
  • An adaptive system for determining structure parameters of a surface is preferably used if the structure parameters are to be determined from the intensity profile of the measured values.
  • the main difference when using an adaptive system instead of an approximation method is that a backward correlation of the calculated values can be carried out in this way.
  • a method for determining structure parameters of a surface has a radiation source that emits coherent light, a detection unit that detects at least one light beam reflected and / or transmitted by regular structures of the surface and determines at least one beam parameter of the reflected light beam, and a simulation unit to calculate diffraction effects.
  • a radiation source that emits coherent light
  • a detection unit that detects at least one light beam reflected and / or transmitted by regular structures of the surface and determines at least one beam parameter of the reflected light beam
  • a simulation unit to calculate diffraction effects.
  • this device ensures that the results are neither discretized nor a preliminary simulation is necessary and there is also no restriction to previously simulated structure types.
  • the computing power required to calculate the diffraction effects is minimized in such a way that the diffraction effects can be evaluated quickly and reliably.
  • FIG. 1 Carrying out a reflectometry measurement
  • FIG. 2 process scheme for determining structural parameters with the aid of an optimization process
  • Figure 3 Process scheme for determining structure parameters with the help of two optimization methods, the different
  • FIG. 1 schematically shows a spectral reflectometry measurement with light radiation 2 directed onto a sample 1 and the light radiation 3 reflected from the surface 4 of the sample 1.
  • the spectral and spatial Distribution of the light radiation 3 reflected by the periodic structures 5 arranged on the surface 4 is measured and characterized.
  • the measurement on the sample 1, which has periodic line-trench structures 5 on the surface 4, takes place either with a reflectometer or a combined ellipso-reflectometer and provides the measurement result as the reflectivity or transmission as a function of the wavelength.
  • Mapping reflectivity or transmission to the wavelength is referred to as a so-called signature (Imess ( ⁇ )) and represents a measured mapping rule.
  • the structural parameters such as layer thicknesses, line widths or periods are varied as long as until the value for MSE is below a defined value.
  • FIG. 3 shows a further method according to the present invention for determining structural parameters of a surface. First, surface parameters are also determined using an optimization process that uses an approximation process for the simulation of diffraction effects.
  • the surface parameters are then determined in more detail by using an optimization method that uses rigorous methods for the simulation of diffraction methods and that uses the approximately calculated model as the start model, until the structure parameters are varied until a given criterion for comparing the results of measurement and simulation is fulfilled, that is to say one formed from the determined mapping rule and the calculated function
  • Difference function as a benchmark assumes function values that are smaller than the function values of a limit function that represents a desired accuracy criterion.

Abstract

The invention relates to a method for determining structural parameters of a surface (4) consisting in optically measuring periodical structures (5) and in carrying out a simulation or in using an adapting system which make it possible to determine said structural parameters by calculation. Entry values treated by means of said simulation or an adaptive system are modified as far as calculated values are situated in a defined limit of tolerance with respect to the measured structural parameters. The inventive method is characterised in that the simulation is carried out with the aid of approximation and/or an adaptive system for calculating diffraction effects and the structural parameters calculated by means of approximation and/or the adaptive system are used for an optimisation stage requiring stringent calculations.

Description

Verfahren zur Bestimmung von Strukturparametern einer Method for determining structural parameters of a
Oberflächesurface
Technisches AnwendungsgebietTechnical application area
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung von Strukturparametern einer Oberfläche, bei dem wenigstens ein kohärenter Lichtstrahl definierter Intensität und Polarisation auf die Oberfläche gerichtet, ein von regelmäßigen Strukturen der Oberfläche reflektierter oder transmittierter Strahl detektiert und zumindest eine Abbildungsvorschrift ermittelt wird, die wenigstens einen Strahlparameter des reflektierten oder transmittierten Lichtstrahls auf wenigstens einen Strahlparameter des auf die Oberfläche gerichteten Lichtstrahls abbildet. Weiterhin wird mit einer Simulation, die auf der Grundlage vorgebbarer Strukturparameter durchgeführt wird, eine Funktion berechnet, die wenigstens einen simulierten Strahl- Parameter des reflektierten oder transmittierten Lichtstrahls auf wenigstens einen simulierten Strahl- parameter des auf die Oberfläche gerichteten Lichtstrahls abbildet. Die vorgebbaren Strukturparameter werden mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens derart variiert, dass eine aus der ermittelten Abbildungsvorschrift und der berechneten Funktion gebildete Differenzfunktion Funktionswerte annimmt, die kleiner als Funktionswerte einer Grenzfunktion sind. Stand der TechnikThe invention relates to a method for determining structural parameters of a surface, in which at least one coherent light beam of defined intensity and polarization is directed onto the surface, a beam reflected or transmitted by regular structures of the surface is detected and at least one imaging rule is determined, which is at least one Maps beam parameters of the reflected or transmitted light beam to at least one beam parameter of the light beam directed onto the surface. Furthermore, a simulation that is carried out on the basis of predefinable structural parameters is used to calculate a function that maps at least one simulated beam parameter of the reflected or transmitted light beam to at least one simulated beam parameter of the light beam directed onto the surface. The predefinable structure parameters are varied with the aid of an optimization method such that a difference function formed from the determined mapping rule and the calculated function assumes function values that are smaller than function values of a limit function. State of the art
Bei der Bestimmung von Strukturparametern technischer Oberflächen, insbesondere in der Halbleiterfertigung, müssen während des Fertigungsprozesses oftmals Linienbreiten und -profile von strukturierten Schichten kontrolliert werden. Für die Funktionsfähigkeit eines Produkts ist die exakte Einhaltung der Spezifikationen für die Linienbreite von ausschlaggebender Bedeutung. Daneben sind noch weitere Struktur- parameter wie z. B. Grabentiefe oder Seitenwandschrage von großer Wichtigkeit. Zur Kontrolle dieser Fertigungsparameter auf Lithographiemasken, Halbleiterscheiben oder anderen feinstrukturierten Oberflächen werden entsprechende Messverfahren eingesetzt .When determining the structural parameters of technical surfaces, especially in semiconductor manufacturing, line widths and profiles of structured layers often have to be checked during the manufacturing process. Precise compliance with the specifications for the line width is of crucial importance for the functionality of a product. In addition, there are other structural parameters such as B. trench depth or sidewall slope of great importance. Appropriate measuring methods are used to check these manufacturing parameters on lithography masks, semiconductor wafers or other finely structured surfaces.
Eine effiziente Methode zur Bestimmung von optischen Materialeigenschaften sowie der Dicken dünner Schichten stellt hierbei die Scatterometrie, zu der insbesondere die Reflekto- bzw. die Ellipsometrie gehören, dar. Die Scatterometrie umfasst zerstörungsfrei arbeitende Messverfahren, die Veränderungen eines Lichtstrahls nach seinem Auftreffen auf eine periodisch strukturierte Oberfläche messen und auswerten. Die Vorteile dieser Messverfahren sind die hohe Empfind- lichkeit, die zerstorungs- und sogar berührungsfreie Messung sowie die einfache praktische Handhabung. Allerdings liefern die Messungen nicht direkt die erwünschten Materialdaten, wie bspw. Schichtdicke, sondern erfordern eine Anpassung berechneter Werte an die Messwerte. Bei dieser Anpassung gehen die untersuchten Materialeigenschaften als Modellparameter in die Rechnung ein. In der Scatterometrie, wie sie zur -Struktur- breitenmessung in der Halbleiterindustrie eingesetzt wird, werden Intensität oder Polarisationszustand des an periodischen Strukturen reflektierten oder trans- mittierten Strahls als Funktion eines Winkels oder der Wellenlänge gemessen. Diese funktioneile Abhängigkeit des reflektierten Strahls wird durch Strukturparameter wie Linienbreite oder Tiefe beeinflusst und ist charakteristisch für die beugende Struktur. Allerdings ist eine Bestimmung der Strukturparameter direkt aus dem Messergebnis nicht möglich, da dieses inverse Beugungsproblem mathematisch nicht gelöst werden kann. Demgegenüber ist eine Vorwärts-Simulation der Mess- ergebnisse eines angenommenen Strukturmodells möglich, bspw. mit rigorosen Verfahren wie der „Rigorous Coupled Wave Analysis" bspw. M. Moharam, et. al . , Journal of the American Optical Society A. vol. 12 (1995), S. 1077-1086) . Herbei werden die Maxwell-Gleichungen mit den durch die Struktur vorgegebenen Randbedingungen exakt gelöst.Scatterometry, which includes reflectometry and ellipsometry in particular, is an efficient method for determining optical material properties and the thickness of thin layers. Scatterometry includes non-destructive measurement methods that change a light beam after it strikes a periodically structured one Measure and evaluate the surface. The advantages of these measuring methods are the high sensitivity, the non-destructive and even non-contact measurement as well as the simple practical handling. However, the measurements do not directly provide the desired material data, such as layer thickness, but rather require the calculated values to be adapted to the measured values. With this adjustment, the examined material properties are included in the calculation as model parameters. In scatterometry, as used for structure width measurement in the semiconductor industry, the intensity or polarization state of the beam reflected or transmitted at periodic structures is measured as a function of an angle or the wavelength. This functional dependence of the reflected beam is influenced by structural parameters such as line width or depth and is characteristic of the diffractive structure. However, it is not possible to determine the structural parameters directly from the measurement result, since this inverse diffraction problem cannot be solved mathematically. In contrast, a forward simulation of the measurement results of an assumed structural model is possible, for example using rigorous methods such as "Rigorous Coupled Wave Analysis", for example M. Moharam, et. Al., Journal of the American Optical Society A. vol. 12 (1995), pp. 1077-1086) The Maxwell equations are exactly solved with the boundary conditions given by the structure.
Bisher werden für die Simulation der Beugungs- effekte diese aufwändigen rigorosen Verfahren verwendet, da die Abmessungen der Strukturen von weniger als 200 nm im Bereich der messenden Wellenlänge liegen. Die Messergebnisse werden mit den Simulationen verglichen, um durch eine iterative Variation der Simulations- parameter und damit der Strukturparameter eine optimale Übereinstimmung zwischen Simulation und Messung zu erzielen.So far, these complex, rigorous methods have been used to simulate the diffraction effects, since the dimensions of the structures of less than 200 nm are in the range of the measuring wavelength. The measurement results are compared with the simulations in order to achieve an optimal match between simulation and measurement through an iterative variation of the simulation parameters and thus the structural parameters.
Problematisch hierbei ist allerdings, dass mit den bislang bekannten Auswerteverfahren Schwankungen etwa der Linienbreite für diese Optimierung nicht direkt berücksichtigt werden, sondern jeder Optimierungsschritt eine vollständige zeit- und rechenauf ändige Simulation erfordert.The problem here, however, is that fluctuations can occur with the previously known evaluation methods the line width for this optimization are not directly taken into account, but each optimization step requires a complete, time-consuming and computational simulation.
So beschreibt bspw. die DE 199 14 696 AI ein Gerät zur schnellen Messung winkelabhängiger Beugungseffekte an feinstrukturierten Oberflächen. Das Gerät besteht aus einer kohärenten Strahlungsquelle, die in unter- schiedliche Richtungen abstrahlt, einem sphärischen oder asphärischen Spiegel oder Spiegelsegmenten, die derart angeordnet sind, dass sie einem sphärischen oder asphärischen Spiegel entsprechen, und einer Detektoreinheit zur Intensitätsmessung der an einer Probe gebeugten Strahlung. Die beschriebene Vorrichtung zeichnet sich im Wesentlichen dadurch aus, dass die in unterschiedliche Richtungen umgelenkte Strahlung derart von der Spiegelanordnung reflektiert wird, dass der kohärente Strahl zeitlich hintereinander sequenziell mit unterschiedlichen Einfallswinkeln auf die Probe umgelenkt wird. Hierzu wird der Messstrahl kontinuierlich bzw. in kleinen Schritten verändert. Die Intensitäten des direkten Reflexes sowie der ggf. auftretenden höheren Beugeordnungen werden gemessen. Die Auswertung der Intensitätsverläufe in Abhängigkeit des variierten Einfallswinkels lässt Rückschlüsse auf Form und Material der untersuchten periodischen Strukturen zu.For example, DE 199 14 696 AI describes a device for quickly measuring angle-dependent diffraction effects on finely structured surfaces. The device consists of a coherent radiation source which emits in different directions, a spherical or aspherical mirror or mirror segments which are arranged such that they correspond to a spherical or aspherical mirror, and a detector unit for measuring the intensity of the radiation diffracted on a sample. The device described is essentially characterized in that the radiation deflected in different directions is reflected by the mirror arrangement in such a way that the coherent beam is deflected sequentially in succession at different angles of incidence onto the sample. For this purpose, the measuring beam is changed continuously or in small steps. The intensities of the direct reflex as well as the higher bending orders that may occur are measured. The evaluation of the intensity curves as a function of the varied angle of incidence allows conclusions to be drawn about the shape and material of the periodic structures examined.
Eine derartige Beugungsanalyse kann in zwei Schritte gegliedert werden. Zunächst erfolgt eine Intensitätsmessung des gestreuten bzw. gebeugten Lichts. Anschließend wird die gemessene Intensitäts- Verteilung mit simulierten Beugungseffekten verglichen, wobei die Gitterparameter in einem vorgegebenen Bereich variiert werden. Diejenigen Parameterwerte, die zur besten Übereinstimmung zwischen Messung und Simulation führen, werden als sinnvolle Näherungen der realenSuch a diffraction analysis can be divided into two steps. First, the intensity of the scattered or diffracted light is measured. Then the measured intensity Distribution compared with simulated diffraction effects, the grating parameters being varied within a predetermined range. Those parameter values that lead to the best agreement between measurement and simulation are considered reasonable approximations of the real ones
Gitterparameter angenommen. Um den für das beschriebene Verfahren erforderlichen Rechenaufwand zu reduzieren wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, auf eine genaue quantitative Auswertung zu verzichten und stattdessen lediglich eine Klassifizierung durchzuführen. Auf Grund der großen Zahl von Einflussgrößen ist eine eindeutige Klassifizierung der Gitterparameter allerdings nur möglich, falls eine ausreichende Anzahl von Intensitätsmesswerten für den untersuchten Mess- punkt zur Verfügung steht.Grid parameters accepted. In order to reduce the computational effort required for the described method, it is proposed in this publication to dispense with an exact quantitative evaluation and instead to merely carry out a classification. Due to the large number of influencing variables, however, a clear classification of the grating parameters is only possible if a sufficient number of intensity measurement values are available for the examined measuring point.
Um die Auswertung der Messung zu beschleunigen, gibt es derzeit zwei Ansätze. Bei der einen Lösung werden die Simulationen vor den eigentlichen Messungen durchgeführt und in einer Datenbank gespeichert.There are currently two approaches to speed up the evaluation of the measurement. In one solution, the simulations are carried out before the actual measurements and stored in a database.
Anschließend wird durch einen Suchalgorithmus die Simulation mit den zu Grunde liegenden Strukturparametern ausgewählt, die am besten mit den Messergebnissen übereinstimmt . Die zweite Lösung zur Auswertung von Beugungseffekten sieht dagegen die Variation der Simulationsparameter vor. Hierbei werden die Simulationsparameter für eine weiterhin rigorose Simulation solange variiert, bis die Abweichung der Simulation von der Messung unter einem bestimmten Wert liegt. Die dabei verwendeten rigorosen Simulationsverfahren können allerdings meist nur für Spezialfalle, wie etwa für senkrechten Lichteinfall, verwendet werden, um die geforderte Schnelligkeit zu erreichen. Ein derartiges Verfahren zur Bestimmung von Strukturparametern der Oberflächen, insbesondere von Halbleiterbauelementen, geht aus der US 5,963,329 hervor. Auch in diesem Fall wird eine Funktion ermittelt, die die Intensität des Ausgangsstrahls auf die Wellenlänge des reflektierten Strahls abbildet . Darüber hinaus wird eine Simulation durchgeführt, für die die Simulationsparameter variiert werden. Hierbei werden die Maxwell-Gleichungen mit den durch dieThe simulation with the underlying structural parameters that best matches the measurement results is then selected by a search algorithm. In contrast, the second solution for evaluating diffraction effects is to vary the simulation parameters. For a rigorous simulation, the simulation parameters are varied until the simulation deviates from the measurement below a certain value. However, the rigorous simulation methods used can usually only be used for special cases, such as for vertical incidence, in order to achieve the required speed. Such a method for determining structural parameters of the surfaces, in particular of semiconductor components, is evident from US Pat. No. 5,963,329. In this case too, a function is determined that maps the intensity of the output beam to the wavelength of the reflected beam. In addition, a simulation is carried out for which the simulation parameters are varied. Here, the Maxwell equations are compared with those by
Struktur vorgegebenen Randbedingungen exakt gelös . Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass für exakte Ergebnisse eine erhebliche Rechenzeit benötigt wird bzw. zur Verkürzung der benötigten Rechenzeit die Simulation vereinfacht werden muss und so ein möglicher Messaufbau beschränkt wird.Structure specified boundary conditions exactly solved. A disadvantage of this method is that a considerable computing time is required for exact results, or the simulation has to be simplified in order to shorten the required computing time, thus limiting a possible measurement setup.
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Bestimmung von Strukturparametern einerStarting from the known prior art, the invention is therefore based on the object of a method for determining structural parameters
Oberfläche anzugeben, das die Detektion regelmäßiger Strukturen der Oberfläche mit einem beliebigen Messaufbau ermöglicht und darüber hinaus eine schnelle Auswertung der Beugungseffekte ermöglicht. Insbesondere soll die Schnelligkeit der Auswertung auch eine integrierte Messung während des Prozesses ermöglichen.Specify the surface that enables the detection of regular surface structures with any measurement setup and also enables a quick evaluation of the diffraction effects. In particular, the speed of the evaluation should also enable integrated measurement during the process.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Die Lösung der der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. VorteilhafteThe solution to the problem on which the invention is based is specified in claim 1. advantageous
Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand der Unteransprüche sowie aus dem nachfolgenden Beschreibungstext unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.Developments of the inventive concept are the subject of the dependent claims and from the following Descriptive text with reference to the embodiments can be found.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Bestimmung von Strukturparametern einer Oberfläche, bei dem wenigstens ein kohärenter Lichtstrahl definierter Intensität und/oder Polarisation auf die Oberfläche gerichtet, ein von regelmäßigen Strukturen der Oberfläche reflektierter oder transmittierter Strahl detektiert und zumindest eine Abbildungsvorschrift ermittelt wird, die wenigstens einen Strahlparameter des reflektierten oder transmittierten Lichtstrahls auf wenigstens einen Strahlparameter des auf die Oberfläche gerichteten Lichtstrahls abbildet. Weiterhin wird mit einer Simulation, die auf der Grundlage vorgebbarer Strukturparameter durchgeführt wird, eine Funktion berechnet, die wenigstens einen simulierten Strahl- Parameter des reflektierten oder transmittierten Lichtstrahls auf wenigstens einen simulierten Strahl- parameter des auf die Oberfläche gerichteten Lichtstrahls abbildet. Die vorgebbaren Strukturparameter werden mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens derart variiert, dass eine aus der ermittelten Abbildungs- vorschrift und der berechneten Funktion gebildete Differenzfunktion Funktionswerte annimmt, die kleiner als Funktionswerte einer Grenzfunktion sind. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Simulation unter Verwendung eines Näherungsverfahrens und/oder eines lernfähigen Systems zur Berechnung von Beugungseffekten durchgeführt wird und dass die mit demAccording to the invention, there is a method for determining structural parameters of a surface, in which at least one coherent light beam of defined intensity and / or polarization is directed onto the surface, a beam reflected or transmitted by regular structures of the surface is detected and at least one imaging rule is determined, which has at least one beam parameter of the reflected or transmitted light beam onto at least one beam parameter of the light beam directed onto the surface. Furthermore, a simulation that is carried out on the basis of predefinable structural parameters is used to calculate a function that maps at least one simulated beam parameter of the reflected or transmitted light beam to at least one simulated beam parameter of the light beam directed onto the surface. The predefinable structure parameters are varied with the aid of an optimization method such that a difference function formed from the determined mapping rule and the calculated function assumes function values that are smaller than function values of a limit function. The method is characterized in that the simulation is carried out using an approximation method and / or an adaptive system for calculating diffraction effects, and in that the
Näherungsverfahren und/oder dem lernfähigen System berechneten Strukturparameter für einen Optimierungs- schritt, der rigorose Berechnungsverfahren einsetzt, verwendet werden.Approximation method and / or the learning system calculated structural parameters for an optimization step that uses rigorous calculation methods.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung von Strukturparametern einer Oberfläche stellt damit zum einen sicher, dass weder eine Diskretisierung der Ergebnisse erfolgt, noch eine Vorab-Simulation notwendig ist und auch keine Beschränkung auf vorab simulierte Strukturtypen besteht. Zum anderen zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren dadurch aus, dass die Rechenleistung zur Berechnung der Beugungseffekte minimiert wird und so die Beugungseffekte schnell und zuverlässig ausgewertet werden.The method according to the invention for determining structural parameters of a surface thus ensures on the one hand that the results are not discretized, that a preliminary simulation is not necessary and that there is no restriction to previously simulated structure types. On the other hand, the method according to the invention is characterized in that the computing power for calculating the diffraction effects is minimized and the diffraction effects are thus evaluated quickly and reliably.
Sollte das Näherungsverfahren die beugendeShould the approximation be the diffractive
Struktur nicht genau genug beschreiben, ist dies durch optische Effekte erkennbar, die außerhalb des Gültigkeitsbereiches des Näherungsverfahrens liegen. Diese Effekte sind daher nicht mit ausreichender Überein- Stimmung zu simulieren. In einem solchen Fall werden die mit dem Näherungsverfahren berechneten Strukturparameter vorzugsweise für einen Optimierungsschritt genutzt, der rigorose Berechnungsverfahren, wie etwa eine Rigorous Coupled Wave Anlaysis, verwendet.If the structure is not described precisely enough, this can be recognized by optical effects that are outside the scope of the approximation method. These effects cannot therefore be simulated with sufficient agreement. In such a case, the structural parameters calculated with the approximation method are preferably used for an optimization step that uses rigorous calculation methods, such as a rigorous coupled wave analysis.
Auch in diesem Fall wird die Rechenzeit, die für die Simulation der Beugungseffekte benötigt wird minimiert und die Genauigkeit des Meßverfahrens erhöht .In this case, too, the computing time required for the simulation of the diffraction effects is minimized and the accuracy of the measuring method is increased.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Optimierungs- verfahren ein Regressionsverfahren eingesetzt. Mittels des Optimierungsverfahrens werden die Parameter der simulierten Struktur solange variiert, bis sich die berechnete Funktion innerhalb vorgebbarer Grenzwerte, die die erlaubte Abweichung der Simulation von der Messung festlegen, einer Grenzfunktion genähert hat. Hierbei ist es unerheblich ob die Messung die Reflexion, Transmission oder beide Effekte gemeinsam detektiert .In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, a regression method is used as the optimization method. Using the optimization process, the parameters of the simulated structure are varied until the calculated function within predefinable limit values, which determine the permitted deviation of the simulation from the measurement, has approached a limit function. It is irrelevant whether the measurement detects the reflection, transmission or both effects together.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass eine Intensität und/oder ein Polarisationszustand des reflektierten oder transmittierten Lichtstrahls alsA further embodiment provides that an intensity and / or a polarization state of the reflected or transmitted light beam as
Strahlparameter des reflektierten oder transmittierten Lichtstrahls verwendet wird. Vorzugsweise werden als Strahlparameter des auf die Oberfläche gerichteten Lichtstrahls ein Einfallswinkel und/oder eine Wellen- länge dieses Strahls verwendet. Auf diese Weise werden Intensität oder Polarisationszustand des an den periodischen Strukturen reflektierten oder transmittierten Strahls als Funktion eines Einfallswinkels oder über Wellenlänge des eingestrahlten Lichtstrahls gemessen. Diese funktionelle Abhängigkeit des reflektiertenBeam parameters of the reflected or transmitted light beam is used. An angle of incidence and / or a wavelength of this beam are preferably used as the beam parameters of the light beam directed onto the surface. In this way, the intensity or polarization state of the beam reflected or transmitted at the periodic structures is measured as a function of an angle of incidence or over the wavelength of the incident light beam. This functional dependence of the reflected
Strahls wird durch Strukturparameter, Volumenbreite oder -tiefe beeinflusst und ist charakteristisch für die beugende Struktur.Beam is influenced by structural parameters, volume width or depth and is characteristic of the diffractive structure.
Eine besondere Ausführungsform sieht die Form- Doppelbrechung als Näherungsverfahren zur Berechnung von Beugungseffekten vor. Mit Hilfe dieses Verfahrens können näherungsweise die Beugungseffekte, die an periodischen Strukturen auftreten, berechnet werden. Das Verfahren kann für Linien-Graben-Srukturen mitA special embodiment provides shape birefringence as an approximation method for calculating diffraction effects. With the help of this method, the diffraction effects that occur on periodic structures can be approximately calculated. The procedure can be used for trench-line structures
Perioden, die deutlich kleiner als die Wellenlänge des eingestrahlten Strahls sind, verwendet werden. Auf diese Weise wird die Struktur durch zwei effektive Brechungsindizes beschrieben, die durch eine Reihenentwicklung nach dem Verhältnis Periode zu Wellenlänge berechnet werden.Periods that are significantly smaller than the wavelength of the incident beam can be used. In this way, the structure is effective by two Refractive indices are described, which are calculated by a series development according to the ratio period to wavelength.
Selbstverständlich können für das erfindungsgemäße Verfahren aber auch andere Näherungsverfahren, die ein geeignetes Konvergenzverhalten aufweisen, verwendet werden. So werden in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens Näherungsverfahren einge- setzt, die das Verhältnis von Strukturdicke zu Wellenlänge berücksichtigen.Of course, other approximation methods which have a suitable convergence behavior can also be used for the method according to the invention. In a further embodiment of the method according to the invention, approximation methods are used that take into account the ratio of structure thickness to wavelength.
Vorteilhaft ist auch die Verwendung von skalaren Berechnungsverfahren, wie bspw. Complex-amplitude- Transmittance-Method. Das letztgenannte Verfahren ist insbesondere für Strukturen geeignet, die Perioden aufweisen, die deutlich größer als die Wellenlänge des eingestrahlten Strahls sind.It is also advantageous to use scalar calculation methods, such as, for example, a complex-amplitude transmittance method. The latter method is particularly suitable for structures that have periods that are significantly larger than the wavelength of the incident beam.
Eine alternative Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Strukturparameter nicht mit Hilfe eines Simulationsverfahrens sondern mit Hilfe eines lernfähigen Systems unter Zugrundelegung eines geeigneten Algorithmus ermittelt werden. Bei diesem Verfahren wird mit Hilfe des lernfähigen Systems eine Funktion berechnet, die wenigstens einen Strahlparameter des reflektierten und/oder des transmittierten Lichtstrahls auf wenigstens einen Strahlparameter des auf die Oberfläche gerichteten Lichtstrahls abbildet. Aus der berechneten Funktion und der im Vorfeld ermittelten Abbildungsvorschrift wird eine Differenzfunktion ermittelt. Die einzelnen Verfahrensschritte werden so lange wieder- holt, bis die Funktionswerte der Differenzfunktion Werte annehmen, die kleiner als Funktionswerte einer vorab definierten Grenzfunktion sind. Das vorbeschriebene Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die mit dem lernfähigen System berechneten Strukturparameter schließlich für einen Optimierungsschritt verwendet werden, der rigorose Berechnungsverfahren einsetzt .An alternative embodiment of the method according to the invention provides that the structure parameters are determined not with the aid of a simulation method but with the aid of a system capable of learning using a suitable algorithm. In this method, a function is calculated with the aid of the learnable system, which maps at least one beam parameter of the reflected and / or the transmitted light beam to at least one beam parameter of the light beam directed onto the surface. A difference function is determined from the calculated function and the mapping rule determined in advance. The individual process steps are repeated catches up until the function values of the difference function assume values that are smaller than function values of a previously defined limit function. The above-described method is characterized in that the structural parameters calculated with the adaptable system are ultimately used for an optimization step that uses rigorous calculation methods.
Vorzugsweise wird ein lernfähiges System zur Ermittlung von Strukturparametern einer Oberfläche eingesetzt, sofern die Strukturparameter aus dem Intensitätsverlauf der gemessenen Werte bestimmt werden sollen. Der wesentliche Unterschied bei der Verwendung eines lernfähigen Systems an Stelle eines Näherungs- Verfahrens besteht darin, dass auf diese Weise eine Rückwärtskorrelation der berechneten Werte durchführbar ist .An adaptive system for determining structure parameters of a surface is preferably used if the structure parameters are to be determined from the intensity profile of the measured values. The main difference when using an adaptive system instead of an approximation method is that a backward correlation of the calculated values can be carried out in this way.
Eine Vorrichtung, mit der das erfindungsgemäßeA device with which the invention
Verfahren zur Bestimmung von Strukturparametern einer Oberfläche realisierbar ist, weist eine Strahlungsquelle, die kohärentes Licht abstrahlt, eine Detek- tionseinheit , die zumindest einen von regelmäßigen Strukturen der Oberfläche reflektierten und/oder transmittierten Lichtstrahl detektiert und zumindest einen Strahlparameter des reflektierten Lichtstrahls ermittelt sowie eine Simulationseinheit zur Berechnung von Beugungseffekten auf. Mit einer derartigen Vorrichtung sind in besonders geeigneter Weise,A method for determining structure parameters of a surface can be implemented, has a radiation source that emits coherent light, a detection unit that detects at least one light beam reflected and / or transmitted by regular structures of the surface and determines at least one beam parameter of the reflected light beam, and a simulation unit to calculate diffraction effects. With such a device, in a particularly suitable manner,
Strukturparametern einer Oberfläche zu bestimmen. Insbesondere stellt diese Vorrichtung sicher, dass weder eine Diskretisierung der Ergebnisse erfolgt, noch eine Vorab-Simulation notwendig ist und auch keine Beschränkung auf vorab simulierte Strukturtypen besteht. Darüber hinaus wird die benötigte Rechenleistung zur Berechnung der Beugungseffekte derart minimiert, dass die Beugungseffekte schnell und zuverlässig auswertbar sind.Determine structural parameters of a surface. In particular, this device ensures that the results are neither discretized nor a preliminary simulation is necessary and there is also no restriction to previously simulated structure types. In addition, the computing power required to calculate the diffraction effects is minimized in such a way that the diffraction effects can be evaluated quickly and reliably.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung von Strukturparametern an einer Oberfläche sowie die Vorrichtung zu dessen Umsetzung soll im Weiteren näher erläutert werden.The method according to the invention for determining structural parameters on a surface and the device for implementing it will be explained in more detail below.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand vonThe invention is described below without restricting the general inventive concept
Ausführungsbeispielen exemplarisch beschrieben. Hierbei zeigen:Exemplary embodiments described. Here show:
Figur 1: Durchführung einer Reflektometriemessung; Figur 2: Verfahrensschema zur Bestimmung von Strukturparametern mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens; undFigure 1: Carrying out a reflectometry measurement; FIG. 2: process scheme for determining structural parameters with the aid of an optimization process; and
Figur 3 : Verfahrensschema zur Bestimmung von Strukturparametern mit Hilfe zweier Optimierungsverfahren, die unterschiedlicheFigure 3: Process scheme for determining structure parameters with the help of two optimization methods, the different
Berechnungsalgorithmen nutzen.Use calculation algorithms.
In Figur 1 ist eine spektrale Reflektometriemessung mit einer auf eine Probe 1 gerichteten Licht- Strahlung 2 und der von der Oberfläche 4 der Probe 1 reflektierten Lichtstrahlung 3 schematisch dargestellt . Mit Hilfe der Messung wird die spektrale und räumliche Verteilung der von den auf der Oberfläche 4 angeordneten periodischen Strukturen 5 reflektierten Lichtstrahlung 3 gemessen und gekennzeichnet .FIG. 1 schematically shows a spectral reflectometry measurement with light radiation 2 directed onto a sample 1 and the light radiation 3 reflected from the surface 4 of the sample 1. With the help of the measurement, the spectral and spatial Distribution of the light radiation 3 reflected by the periodic structures 5 arranged on the surface 4 is measured and characterized.
Die Messung an der Probe 1, die an der Oberfläche 4 periodische Linien-Graben-Strukturen 5 aufweist, erfolgt entweder mit einem Reflektometer oder einem kombinierten Ellipso-Reflektometer und liefert als Messergebnis die Reflektivität oder Transmission als Funktion der Wellenlänge. Diese Funktion, die dieThe measurement on the sample 1, which has periodic line-trench structures 5 on the surface 4, takes place either with a reflectometer or a combined ellipso-reflectometer and provides the measurement result as the reflectivity or transmission as a function of the wavelength. This feature that the
Reflektivität oder Transmission auf die Wellenlänge abbildet, wird als sog. Signatur (Imess(λ)) bezeichnet und stellt eine gemessene Abbildungsvorschrift dar.Mapping reflectivity or transmission to the wavelength is referred to as a so-called signature (Imess (λ)) and represents a measured mapping rule.
Mit Hilfe der ermittelten Messwerte wird einWith the help of the determined measured values, a
Startmodell definiert, das die Schichtfolge 6 exakt und die Schichtdicken 7 sowie die Strukturform grob beschreibt. Die Signatur dieses Modells wird mittels der erweiterten Formdoppelbrechung nach Rytov berechnet und liefert die rechnerisch ermittelte SignaturDefined start model that describes the layer sequence 6 exactly and the layer thicknesses 7 and the structure shape roughly. The signature of this model is calculated using the extended form birefringence according to Rytov and supplies the calculated signature
(Isim(λ)) . Anschließend wird die gemessene Signatur mit der berechneten Signatur unter Berücksichtigung des mittleren quadratischen Fehlers (MSE: Mean-Square- Error) verglichen. Der mittlere quadratische Fehler berechnet sich wie folgt:(Isi m (λ)). The measured signature is then compared with the calculated signature taking into account the mean square error (MSE: Mean Square Error). The mean square error is calculated as follows:
Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0001
Die Strukturparameter, wie etwa Schichtdicken, Linienbreiten oder Periode werden so lange variiert, bis der Wert für MSE unter einem definierten Wert liegt .The structural parameters, such as layer thicknesses, line widths or periods are varied as long as until the value for MSE is below a defined value.
Um kleinere Details der Struktur zu berechnen, werden auch Messergebnisse berücksichtigt, die außerhalb des Gültigkeitsbereiches des Näherungsverfahrens liegen. In dem vorliegenden Fall sind dies die Intensitätswerte für Wellenlängen, die kleiner oder gleich der Periode der Struktur sind. Deshalb wird das mittels der Formdoppelbrechung berechnete Modell alsIn order to calculate smaller details of the structure, measurement results that are outside the scope of the approximation method are also taken into account. In the present case, these are the intensity values for wavelengths that are less than or equal to the period of the structure. Therefore, the model calculated using the shape birefringence is called
Startmodell für weitere Optimierungsschritte verwendet. Für diese weiteren Optimierungsschritte werden rigorose Simulationsmodelle, wie etwa eine Rigorous Coupled Wave Anlaysis verwendet. Die Messsignatur wird anschließend mit diesem rigoros berechneten Signaturen verglichen. Um die Schnelligkeit zu erhöhen, ist es möglich, nur die Wellenlängen zu berücksichtigen, für die das Näherungsverfahren nicht mehr gültig ist.Start model used for further optimization steps. Rigorous simulation models, such as a rigorous coupled wave analysis, are used for these further optimization steps. The measurement signature is then compared to this rigorously calculated signature. To increase the speed, it is possible to consider only the wavelengths for which the approximation method is no longer valid.
In Figur 2 ist ein Verfahrensablauf bei derIn Figure 2 is a process flow in the
Bestimmung von Strukturparametern einer Oberfläche dargestellt, bei dem ausschließlich mit Hilfe eines Optimierungsalgorithmus Beugungseffekte näherungsweise berechnet und so die Strukturparameter bestimmt werden. Mittels eines Optimierungsverfahrens werden auf diese Weise die Parameter der simulierten Struktur so lange variiert, bis eine aus der ermittelten Abbildungsvorschrift und der berechneten Funktion gebildete Differenzfunktion als Vergleichsmaßstab Funktionswerte annimmt, die kleiner als Funktionswerte einer ein gewünschtes Genauigkeitskriterium darstellenden Grenzfunktion sind. Die Figur 3 zeigt ein weiteres Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung zur Bestimmung von Strukturparametern einer Oberfläche. Zunächst werden ebenfalls mittels eines Optimierungsverfahrens, das ein Nähe- rungsverfahren für die Simulation von Beugungseffekten verwendet, Oberflächenparameter bestimmt. Anschließend werden die Oberflächenparameter allerdings näher bestimmt, indem ein Optimierungsverfahren, das rigorose Verfahren für die Simulation von Beugungsverfahren einsetzt und das das näherungsweise berechnete Modell als Startmodell verwendet, die Strukturparameter so lange variiert, bis ein gegebenes Kriterium für den Vergleich der Ergebnisse von Messung und Simulation erfüllt ist, also eine aus der ermittelten Abbildungs- Vorschrift und der berechneten Funktion gebildeteDetermination of structure parameters of a surface is shown, in which diffraction effects are only approximately calculated with the help of an optimization algorithm and the structure parameters are thus determined. In this way, the parameters of the simulated structure are varied by means of an optimization process until a difference function formed from the determined mapping rule and the calculated function assumes, as a comparison standard, function values that are smaller than the function values of a limit function that represents a desired accuracy criterion. FIG. 3 shows a further method according to the present invention for determining structural parameters of a surface. First, surface parameters are also determined using an optimization process that uses an approximation process for the simulation of diffraction effects. However, the surface parameters are then determined in more detail by using an optimization method that uses rigorous methods for the simulation of diffraction methods and that uses the approximately calculated model as the start model, until the structure parameters are varied until a given criterion for comparing the results of measurement and simulation is fulfilled, that is to say one formed from the determined mapping rule and the calculated function
Differenzfunktion als Vergleichsmaßstab Funktionswerte annimmt, die kleiner als Funktionswerte einer ein gewünschtes Genauigkeitskriterium darstellende Grenzfunktion sind. Difference function as a benchmark assumes function values that are smaller than the function values of a limit function that represents a desired accuracy criterion.
Bezugszeichenlis e;Reference numerals;
Probe einfallende Lichtstrahlung reflektierte Lichtstrahlung Probenoberfläche Periodische Struktur Schichtabfolge Schichtdicke Sample incident light radiation reflected light radiation Sample surface Periodic structure Layer sequence Layer thickness

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Bestimmung von Strukturparametern einer Oberfläche, bei dem wenigstens ein Lichtstrahl (2) definierter Intensität und Polarisation auf die Oberfläche (4) gerichtet, ein von regelmäßigen Strukturen (5) der Oberfläche (4) reflektierter und/oder transmittierter Lichtstrahl (3) detektiert und zumindest eine1. A method for determining structural parameters of a surface, in which at least one light beam (2) of defined intensity and polarization is directed onto the surface (4), a light beam (3.) Reflected and / or transmitted by regular structures (5) of the surface (4) ) detected and at least one
Abbildungsvorschrift ermittelt wird, die wenigstens einen Strahlparameter des reflektierten und/oder transmittierten Lichtstrahls (3) auf wenigstens einen Strahlparameter des auf die Oberfläche (4) gerichteten Lichtstrahls (2) abbildet, bei dem mit einer Simulation, die auf der Grundlage vorgebbarer Strukturparameter durchgeführt wird, eine Funktion berechnet wird, die wenigstens einen simulierten Strahlparameter des reflektierten und/oder transmittierten Lichtstrahls (3) auf wenigstens einen simulierten Strahlparameter des auf die Oberfläche (4) gerichteten Lichtstrahls (2) abbildet, und bei dem die vorgebbaren Strukturparameter für die Simulation mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens derart variiert werden, dass eine aus der ermittelten Abbildungsvorschrift und der berechneten Funktion gebildete Differenzfunktion Funktionswerte annimmt, die kleiner als Funktionswerte einer Grenzfunktion sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Simulation unter Verwendung einesA mapping rule is determined which maps at least one beam parameter of the reflected and / or transmitted light beam (3) to at least one beam parameter of the light beam (2) directed onto the surface (4), in which simulation is carried out on the basis of predefinable structural parameters , a function is calculated which maps at least one simulated beam parameter of the reflected and / or transmitted light beam (3) to at least one simulated beam parameter of the light beam (2) directed onto the surface (4), and in which the predefinable structural parameters for the simulation are included With the aid of an optimization method, it can be varied such that a difference function formed from the determined mapping rule and the calculated function assumes function values that are smaller than function values of a limit function, characterized in that the simulation is carried out using a
Näherungsverfahrens und/oder eines lernfähigen Systems zur Berechnung von Beugungseffekten durchgeführt wird und dass die mit dem Näherungsverfahren und/oder dem lernfähigen System berechneten Strukturparameter für einen Optimierungsschritt, der rigorose Berechnungsverfahren einsetzt, verwendet werden.Approximation method and / or a learning system for calculating diffraction effects is carried out and that with the approximation method and / or the system parameters that are capable of learning are used for an optimization step that uses rigorous calculation methods.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Optimierungsverfahren ein Regressionsverfahren eingesetzt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that a regression method is used as the optimization method.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Intensität und/oder ein Polarisationszustand des reflektierten oder transmittierten Lichtstrahls (3) als Strahlparameter des reflektierten oder transmittierten Lichtstrahls (3) verwendet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that an intensity and / or a polarization state of the reflected or transmitted light beam (3) is used as a beam parameter of the reflected or transmitted light beam (3).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlparameter des auf die Oberfläche gerichteten Lichtstrahls (2) ein Winkel und/oder eine4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that an angle and / or an angle as the beam parameter of the light beam (2) directed onto the surface
Wellenlänge verwendet wird.Wavelength is used.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, dass als Näherungsverfahren zur Berechnung von Beugungseffekten ein effektives Medium Modell, insbesondere Form-Doppelbrechnung, verwendet wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that an effective medium model, in particular shape double refraction, is used as an approximation method for calculating diffraction effects.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Näherungsverfahren eingesetzt wird, das das Verhältnis von Strukturdicke zu Wellenlänge berücksichtigt . 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that an approximation method is used which takes into account the ratio of structure thickness to wavelength.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Näherungsverfahren ein skalares Berechnungsverfahren, insbesondere die Complex- Amplitude-Transmittance-Method, verwendet wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a scalar calculation method, in particular the complex amplitude transmittance method, is used as the approximation method.
8. Verfahren zur Bestimmung von Strukturparametern einer Oberfläche, bei dem wenigstens ein Lichtstrahl (2) definierter Intensität und Polarisation auf die Oberfläche (4) gerichtet, ein von regelmäßigen Strukturen (5) der Oberfläche (4) reflektierter und/oder transmittierter Lichtstrahl (3) detektiert und zumindest eine Abbildungsvorschrift ermittelt wird, die wenigstens einen Strahlparameter des reflektierten und/oder transmittierten Lichtstrahls (3) auf wenigstens einen Strahlparameter des auf die Oberfläche (4) gerichteten Lichtstrahls (2) abbildet, bei dem mit einem lernfähigen System eine Funktion, die wenigstens einen Strahlparameter des reflektierten und/oder transmittierten Lichtstrahls (3) auf wenigstens einen Strahlparameter des auf die Oberfläche (4) gerichteten Lichtstrahls (2) abbildet, ermittelt und unter Zugrundelegung der berechneten Funktion8. Method for determining structure parameters of a surface, in which at least one light beam (2) of defined intensity and polarization is directed onto the surface (4), a light beam (3.) Reflected and / or transmitted by regular structures (5) of the surface (4) ) is detected and at least one mapping rule is determined, which maps at least one beam parameter of the reflected and / or transmitted light beam (3) to at least one beam parameter of the light beam (2) directed onto the surface (4), in which a function can be learned with a system capable of learning, which maps at least one beam parameter of the reflected and / or transmitted light beam (3) to at least one beam parameter of the light beam (2) directed onto the surface (4), determined and on the basis of the calculated function
Strukturparameter derart auswählt, dass eine aus der ermittelten Abbildungsvorschrift und der berechneten Funktion gebildete Differenzfunktion Funktionswerte annimmt, die kleiner als Funktionswerte einer Grenzfunktion sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem lernfähigen System berechnetenSelects structure parameters in such a way that a difference function formed from the determined mapping rule and the calculated function assumes function values that are smaller than function values of a limit function, characterized in that those calculated with the system capable of learning
Strukturparameter für einen Optimierungsschritt, der rigorose Berechnungsverfahren einsetzt, verwendet werde .Structure parameters for an optimization step that uses rigorous calculation methods.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einer Strahlungsquelle, die Licht abstrahlt, mit einer Detektionseinheit, die zumindest einen von regelmäßigen Strukturen (5) einer Oberfläche (4) reflektierten und/oder transmittierten Lichtstrahl (3) detektiert und zumindest einen Strahlparameter des reflektierten Lichtstrahls (3) ermittelt sowie mit einer Simulationseinheit zur Berechnung von Beugungseffekten gemäß dem Verfahren. 9. Device for performing the method according to one of claims 1 to 8 with a radiation source that emits light, with a detection unit that detects at least one of regular structures (5) of a surface (4) reflected and / or transmitted light beam (3) and determines at least one beam parameter of the reflected light beam (3) and with a simulation unit for calculating diffraction effects according to the method.
PCT/DE2003/004287 2003-01-25 2003-12-23 Method for determining structural parameters of a surface WO2004068070A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10302868.4 2003-01-25
DE10302868A DE10302868B4 (en) 2003-01-25 2003-01-25 Method for determining structural parameters of a surface with a learning system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2004068070A1 true WO2004068070A1 (en) 2004-08-12

Family

ID=32667818

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2003/004287 WO2004068070A1 (en) 2003-01-25 2003-12-23 Method for determining structural parameters of a surface

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE10302868B4 (en)
WO (1) WO2004068070A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010031227A1 (en) 2010-07-12 2012-01-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Device for testing microstructuring quality
DE102013220006A1 (en) 2013-10-02 2015-04-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method for quality control of a microstructuring and device therefor

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005023736B4 (en) 2005-05-23 2019-08-22 Vistec Semiconductor Systems Jena Gmbh Method for determining structure parameters
JP2023509816A (en) * 2019-11-28 2023-03-10 エーファウ・グループ・エー・タルナー・ゲーエムベーハー Apparatus and method for measuring substrates

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5963329A (en) * 1997-10-31 1999-10-05 International Business Machines Corporation Method and apparatus for measuring the profile of small repeating lines
WO2002027288A1 (en) * 2000-09-27 2002-04-04 Kla-Tencor Corporation Improved system for scatterometric measurements and applications
US20020051564A1 (en) * 1998-12-04 2002-05-02 Norbert Benesch Method and device for optically monitoring fabrication processes of finely structured surfaces in a semiconductor production
US20020072003A1 (en) * 2000-10-30 2002-06-13 Nova Measuring Instruments Ltd. Process control for micro-lithography
US6483580B1 (en) * 1998-03-06 2002-11-19 Kla-Tencor Technologies Corporation Spectroscopic scatterometer system

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19922614A1 (en) * 1998-12-04 2000-06-15 Fraunhofer Ges Forschung Method to control manufacturing processes of fine structure surfaces in semiconductor manufacturing; involves comparing signatures obtained from diffraction image with references for reference surfaces
DE19914696C2 (en) * 1999-03-31 2002-11-28 Fraunhofer Ges Forschung Device for the rapid measurement of angle-dependent diffraction effects on finely structured surfaces
JP2004507719A (en) * 2000-08-10 2004-03-11 サーマ−ウェーブ・インコーポレイテッド Database interpolation method for optical measurement of diffractive microstructure

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5963329A (en) * 1997-10-31 1999-10-05 International Business Machines Corporation Method and apparatus for measuring the profile of small repeating lines
US6483580B1 (en) * 1998-03-06 2002-11-19 Kla-Tencor Technologies Corporation Spectroscopic scatterometer system
US20020051564A1 (en) * 1998-12-04 2002-05-02 Norbert Benesch Method and device for optically monitoring fabrication processes of finely structured surfaces in a semiconductor production
WO2002027288A1 (en) * 2000-09-27 2002-04-04 Kla-Tencor Corporation Improved system for scatterometric measurements and applications
US20020072003A1 (en) * 2000-10-30 2002-06-13 Nova Measuring Instruments Ltd. Process control for micro-lithography

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010031227A1 (en) 2010-07-12 2012-01-12 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Device for testing microstructuring quality
WO2012007404A1 (en) 2010-07-12 2012-01-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Apparatus for checking microstructuring quality
DE102013220006A1 (en) 2013-10-02 2015-04-02 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Method for quality control of a microstructuring and device therefor

Also Published As

Publication number Publication date
DE10302868A1 (en) 2004-08-05
DE10302868B4 (en) 2008-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112010004023B4 (en) Film thickness measuring device and film thickness measuring method
DE60117286T2 (en) process control
DE102005063087A9 (en) Stray radiation measurement method with adjustment of characteristic signatures
EP1145303A1 (en) Method and device for optically monitoring processes for manufacturing microstructured surfaces in the production of semiconductors
DE102012223878A1 (en) Compensation of a chromatic point sensor with effects of the workpiece material
EP0201861B1 (en) Optical tension-measuring process and device
DE112004001001T5 (en) Optical measurement of structures formed on semiconductor wafers using machine learning systems
DE102013203883B4 (en) Method for measuring an aspherical surface, device for measuring an aspherical surface, device for producing an optical element and optical element
DE102005056916A1 (en) Method of designing an overlay marker
DE102013004043B4 (en) Aspheric surface measuring method, aspheric surface measuring device, optical element manufacturing device, and optical element
DE102009011636A1 (en) Spectroscopic ellipsometer
DE60305072T2 (en) OPTICAL METHOD FOR STUDYING THE RELIABILITY OF A STRUCTURE
DE19922614A1 (en) Method to control manufacturing processes of fine structure surfaces in semiconductor manufacturing; involves comparing signatures obtained from diffraction image with references for reference surfaces
EP0812415B1 (en) Method for producing comparability of spectrometer measurements
WO2004068070A1 (en) Method for determining structural parameters of a surface
DE102011102196B3 (en) Adjustment of an optical surface to be tested in a test device
EP3371657B9 (en) Method and device for characterizing a wafer patterned using at least one lithography step
DE10204943A1 (en) Method for determining layer thicknesses
DE69918661T2 (en) Method and device for measuring pattern structures
DE102018202637B4 (en) Method for determining a focus position of a lithography mask and metrology system for carrying out such a method
DE102018202639B4 (en) Method for determining a structure-independent contribution of a lithography mask to a fluctuation of the line width
EP4133258B1 (en) Method and device for determining frequency-dependent refractive indices
DE102005023737A1 (en) Calculation method e.g. for multiple spectrums of total reflection, involves measuring reflection spectrum of object and comparing it with computed model spectrum
DE102021116991A1 (en) Method and device for determining frequency-dependent refractive indices
DE102007010588B3 (en) Interferometer assembly, to measure object rough surfaces, directs two different beam alignments through a diffractive structure

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): JP KR US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR

DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP