DE10302868B4

DE10302868B4 - Method for determining structural parameters of a surface with a learning system

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Publication number: DE10302868B4
Application number: DE10302868A
Authority: DE
Inventors: Andrea Dipl.-Phys. Weidner; Andreas Dr. Erdmann; Claus Dr. Schneider
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2003-01-25
Filing date: 2003-01-25
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2023-01-26
Also published as: WO2004068070A1; DE10302868A1

Abstract

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 Funktion Strukturparameter derart ausgewählt werden, dass eine aus der ermittelten Abbildungsvorschrift und der berechneten Funktion gebildete Differenzfunktion Funktionswerte annimmt, die kleiner als Funktionswerte einer Grenzfunktion sind,
wobei das lernfähige System zur Berechnung der Funktion einen Optimierungsschritt einsetzt, der rigorose Berechnungsverfahren nutzt, und dem lernfähigen System...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) is detected and at least one mapping rule is determined imaging at least one beam parameter of the reflected and / or transmitted light beam (3) onto at least one beam parameter of the light beam (2) directed onto the surface (4),
in which a function which images at least one beam parameter of the reflected and / or transmitted light beam (3) onto at least one beam parameter of the light beam (2) directed onto the surface (4) is determined by a system capable of learning, and structure parameters are determined in such a way on the basis of the calculated function a difference function formed from the determined mapping rule and the calculated function assumes function values that are smaller than the function values of a limit function,
where the adaptive system for calculating the function uses an optimization step that uses rigorous calculation methods, and the adaptive system ...

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application

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 Strahlparameter des reflektierten oder transmittierten Lichtstrahls auf wenigstens einen simulierten Strahlparameter 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.The The invention relates to a method for determining structural parameters a surface, at least one coherent one Light beam of defined intensity and polarization directed to the surface, one of regular structures the surface reflected or transmitted beam detected and at least a mapping rule is determined, the at least one beam parameter of the reflected or transmitted light beam at least a beam parameter of the light beam directed onto the surface maps. Furthermore, using a simulation based on predefinable structure parameter is performed, a function is calculated, the at least one simulated beam parameter of the reflected or transmitted light beam to at least one simulated beam parameter of the surface directed light beam images. The predefinable structural parameters are varied with the aid of an optimization method such that one from the determined mapping rule and the calculated Function formed difference function assumes function values, the are smaller than the functional values of a limit function.

Stand der TechnikState 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 Strukturparameter wie z. B. Grabentiefe oder Seitenwandschräge von großer Wichtigkeit. Zur Kontrolle dieser Fertigungsparameter auf Lithographiemasken, Halbleiterscheiben oder anderen feinstrukturierten Oberflächen werden entsprechende Messverfahren eingesetzt.at the determination of structural parameters of technical surfaces, in particular in semiconductor manufacturing while of the manufacturing process often line widths and profiles of structured layers to be controlled. For the functionality of a product is the exact compliance with the line width specifications of crucial importance. There are also other structural parameters such as B. Trench depth or sidewall slope of great importance. For control this manufacturing parameter on lithography masks, semiconductor wafers or other finely textured surfaces become appropriate measuring methods used.

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 Empfindlichkeit, die zerstörungs- 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.A efficient method for the determination of optical material properties and the thicknesses thinner Layers here represents the scatterometry, in particular reflectometry or ellipsometry are, dar. Scatterometry includes non-destructive working measuring methods, the changes of a light beam after measuring it on a periodically structured surface and evaluate. The advantages of these measuring methods are the high sensitivity, the destructive and even non-contact Measurement as well as easy practical handling. However deliver the measurements are not directly the desired material data, such as For example, layer thickness, but require an adjustment of calculated Values to the measured values. With this adaptation, the examined Material properties as model parameters in the invoice.

In der Scatterometrie, wie sie zur Strukturbreitenmessung in der Halbleiterindustrie eingesetzt wird, werden Intensität oder Polarisationszustand des an periodischen Strukturen reflektierten oder transmittierten Strahls als Funktion eines Winkels oder der Wellenlänge gemessen. Diese funktionelle 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 Messergebnisse 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.In Scatterometry, as used for structure width measurement in the semiconductor industry being used will be intensity or polarization state of the reflected on periodic structures or transmitted beam as a function of angle or wavelength measured. This functional dependence of the reflected beam is determined by structural parameters such as linewidth or depth is affected and is characteristic of the diffractive Structure. However, a determination of the structure parameters is direct not possible from the measurement result, because this inverse diffraction problem can not be solved mathematically can. In contrast, is a forward simulation the measurement results of an assumed structural model possible, eg. with rigorous procedures like the "Rigorous Coupled Wave Analysis "eg. M. Moharam, et. al., Journal of the American Optical Society A. vol. 12 (1995), pp. 1077-1086). Here are the Maxwell equations with those through the structure given boundary conditions exactly solved.

Bisher werden für die Simulation der Beugungseffekte 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 Simulationsparameter und damit der Strukturparameter eine optimale Übereinstimmung zwischen Simulation und Messung zu erzielen.So far be for the simulation of the diffraction effects these elaborate rigorous procedures used because the dimensions of the structures of less than 200 nm in the range of the measuring wavelength. The measurement results are compared with the simulations to get through an iterative Variation of the simulation parameters and thus of the structure parameters an optimal match between simulation and measurement.

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 rechenaufwändige Simulation erfordert.Problematic However, this is that with the previously known evaluation Fluctuation about the line width for this optimization is not direct considered but each optimization step is a complete time and computationally expensive Simulation requires.

So beschreibt bspw. die DE 199 14 696 A1 ein Gerät zur schnellen Messung winkelabhängiger Beugungseffekte an feinstrukturierten Oberflächen. Das Gerät besteht aus einer kohärenten Strahlungsquelle, die in unterschiedliche 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, describes the DE 199 14 696 A1 a device for the rapid measurement of angle-dependent diffraction effects on finely structured surfaces. The device consists of a coherent radiation source that radiates in different directions, a spherical or aspherical mirror or Spiegelsegmen arranged to correspond to a spherical or aspherical mirror and a detector unit for measuring the intensity of radiation diffracted on a sample. The described device is characterized essentially by the fact that the radiation deflected in different directions is reflected by the mirror arrangement in such a way that the coherent beam is deflected sequentially with different angles of incidence onto the sample in succession. For this purpose, the measuring beam is changed continuously or in small steps. The intensities of the direct reflex as well as the possibly occurring higher bending orders 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 investigated periodic structures.

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 realen 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 Messpunkt zur Verfügung steht.A such diffraction analysis can be divided into two steps. First an intensity measurement takes place of scattered or diffracted light. Subsequently, the measured intensity distribution with simulated diffraction effects, the lattice parameters be varied in a given range. Those parameter values, the best match between measurement and simulation are considered meaningful approximations the real grid parameter assumed. For the procedure described to reduce required computational effort is in this document proposed to waive an accurate quantitative evaluation and instead only perform a classification. On Reason of the big one Number of factors however, a clear classification of the lattice parameters only possible, if a sufficient number of intensity readings for the examined Measuring point available stands.

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. 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 Spezialfälle, wie etwa für senkrechten Lichteinfall, verwendet werden, um die geforderte Schnelligkeit zu erreichen.Around to accelerate the evaluation of the measurement, there are currently two Approaches. One solution the simulations are performed before the actual measurements and stored in a database. Subsequently, by a search algorithm the simulation with the underlying structure parameters selected, the best matches the measurement results. The second solution to Evaluation of diffraction effects, however, sees the variation of the Simulation parameters. Here are the simulation parameters for one continue to rigorous simulation as long as varied until the deviation the simulation of the measurement is below a certain value. However, the rigorous simulation methods used can mostly only for Special Cases like for vertical incidence of light, used to the required speed to reach.

Ein derartiges Verfahren zur Bestimmung von Strukturparametern der Oberflächen, insbesondere von Halbleiterbauelementen, geht aus der US 59 63 329 A 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 die Struktur vorgegebenen Randbedingungen exakt gelöst. 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.Such a method for determining structural parameters of the surfaces, in particular of semiconductor devices, is evident from the US 59 63 329 A out. Also in this case, a function is detected which maps the intensity of the output beam to the wavelength of the reflected beam. In addition, a simulation is performed for which the simulation parameters are varied. In this case, the Maxwell equations are exactly solved with the boundary conditions given by the structure. A disadvantage of this method is that a significant amount of computation time is needed for exact results or, in order to shorten the required computing time, the simulation has to be simplified and thus a possible measurement setup is limited.

Aus der WO 02/27288 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung von Strukturparametern einer Oberfläche bekannt, mit dem eine Minimierung der benötigten Rechenzeit erzielt werden soll. Die Anfangsparameter werden hierbei mit Hilfe einer rigorosen Simulation erzeugt und anschließend in einer Datenbank gespeichert. Die Beschleunigung des Rechenverfahrens wird dadurch erreicht, dass die in der Datenbank hinterlegten Werte mit Hilfe eines Näherungsverfahrens berechnet werden.From the WO 02/27288 A1 a method for the determination of structural parameters of a surface is known, with which a minimization of the required computing time is to be achieved. The initial parameters are generated using a rigorous simulation and then stored in a database. The acceleration of the calculation process is achieved by calculating the values stored in the database by means of an approximation method.

Weiterhin beschreibt die US 2002/0 038 196 A1 ein Verfahren zur Bestimmung von Strukturparametern einer Oberfläche, bei dem eine Simulation zur Vorherbestimmung der Strukturparameter durchgeführt wird. Das Verfahren kombiniert eine Datenbanksuche mit einer Interpolation. Das hierbei verwendete Interpolationsverfahren nutzt ein mathematisches Modell, das auf die Simulation von Beugungseffekten verzichten kann.Furthermore, the describes US 2002/0 038 196 A1 a method for determining structural parameters of a surface, in which a simulation for predetermining the structural parameters is performed. The method combines a database search with an interpolation. The interpolation method used here uses a mathematical model that can dispense with the simulation of diffraction effects.

In der DE 199 22 614 A1 werden ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur optischen Kontrolle von Fertigungsprozessen feinstrukturierter Oberflächen in der Halbleiterfertigung beschrieben, bei dem anstelle einer herkömmlichen Simulation ein lernfähiges System eingesetzt wird. Bei dem in dieser Druckschrift beschriebenen Messverfahren werden bereitgestellte Referenzsignaturen mit Signaturen aus gemessenen Beugungs- bzw. Streulichtbildern der zu untersuchenden Probenoberfläche verglichen. Die Parameter der Probenoberfläche werden anhand der Vergleichsergebnisse klassifiziert, um eine Erkennung fehlerhafter Teile anhand der gemessenen Beugungs- bzw. Streulichtbilder zu ermöglichen. Für die Klassifikation wird bevorzugt ein lernfähiges neuronales Netzwerk eingesetzt.In the DE 199 22 614 A1 describe a method and a device for the optical control of manufacturing processes of finely structured surfaces in semiconductor manufacturing, in which instead of a conventional simulation an adaptive system is used. In the measuring method described in this publication, provided reference signatures are compared with signatures from measured diffraction or scattered light images of the sample surface to be examined. The parameters of the sample surface are classified according to the comparison results in order to enable detection of defective parts on the basis of the measured diffraction or scattered light images. For the classification, an adaptive neural network is preferably used.

Die US 64 83 580 B1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung von Strukturparametern einer Oberfläche, bei dem eine Datenbank für den Vergleich von Signaturen aus den gemessenen Beugungs- bzw. Streulichtbildern mit Vergleichssignaturen eingesetzt wird. Die Einträge in der Datenbank werden dabei unter Einsatz eines rigorosen Modells berechnet.The US 64 83 580 B1 describes a method for determining structural parameters of a surface, in which a database is used for the comparison of signatures from the measured diffraction or scattered light images with comparative signatures. The entries in the database are calculated using a rigorous model.

Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Bestimmung von Strukturparametern einer Oberfläche anzugeben, das die Detektion regelmäßiger Strukturen der Oberfläche mit einem beliebigen Mess aufbau ermöglicht und darüber hinaus eine schnelle Auswertung der Beugungseffekte ermöglicht. Insbesondere soll die Schnelligkeit der Auswertung auch eine integrierte Messung während des Prozesses ermöglichen.outgoing from the known prior art, the invention is therefore the Task based, a method for the determination of structure parameters a surface indicate that the detection of regular structures of the surface with allows any measurement construction and above In addition, a quick evaluation of the diffraction effects allows. In particular, the speed of evaluation should also be integrated Measurement during of the process.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Lösung der der Erfindung zu Grunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben.The solution The object underlying the invention is in claim 1 specified.

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. Mit einem lernfähigen System wird eine Funktion ermittelt, die wenigstens einen Strahlparameter des reflektierten und/oder transmittierten Lichtstrahls auf wenigstens einen Strahlparameter des auf die Oberfläche gerichteten Lichtstrahls abbildet. Unter Zugrundelegung der berechneten Funktion werden Strukturparameter derart ausgewählt, dass eine aus der ermittelten Abbildungsvorschrift und der berechneten Funktion gebildete Differenzfunktion Funktionswerte annimmt, die kleiner als Funktionswerte einer Grenzfunktion sind. Das lernfähige System setzt zur Berechnung der Funktion einen Optimierungsschritt ein, der rigorose Berechnungsverfahren nutzt, wobei dem lernfähigen System Strukturparameter zu Grunde gelegt werden, die mit einem Näherungsverfahren und/oder ebenfalls mit einem lernfähigen System ermittelt werden.According to the invention is a Method for determining structural parameters of a surface, in which at least a coherent one Light beam of defined intensity and / or polarization directed to the surface, one of regular structures the surface reflected or transmitted beam detected and at least a mapping rule is determined, the at least one beam parameter of the reflected or transmitted light beam at least a beam parameter of the light beam directed onto the surface maps. With a learning ability System is determined a function that at least one beam parameter of the reflected and / or transmitted light beam at least a beam parameter of the light beam directed onto the surface maps. On the basis of the calculated function, structural parameters become so selected that one from the determined mapping rule and the calculated Function formed difference function assumes function values, the are smaller than the functional values of a limit function. The adaptive system uses an optimization step to calculate the function, uses the rigorous calculation method, the adaptive system Structural parameters are taken as an approximation method and / or also be determined with a learning system.

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 inventive method for determining structural parameters of a surface on the one hand, sure that neither a discretization of the results takes place, a preliminary simulation is necessary and none restriction exists on previously simulated structure types. On the other hand stands out the inventive method characterized in that the computing power to calculate the diffraction effects is minimized and evaluated so the diffraction effects quickly and reliably become.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass eine Intensität und/oder ein Polarisationszustand des reflektierten oder transmittierten Lichtstrahls als Strahlparameter des reflektierten oder transmittierten Lichtstrahls verwendet wird. Vorzugsweise werden als Strahlparameter des auf die Oberfläche gerichteten Lichtstrahls ein Einfallswinkel und/oder eine Wellenlänge 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 reflektierten Strahls wird durch Strukturparameter, Volumenbreite oder -tiefe beeinflusst und ist charakteristisch für die beugende Struktur.A embodiment Provides that an intensity and / or a polarization state of the reflected or transmitted Light beam as a beam parameter of the reflected or transmitted Light beam is used. Preferably, as beam parameters of the surface directed light beam, an angle of incidence and / or a wavelength of this Beam used. In this way, intensity or polarization state of the reflected or transmitted at the periodic structures Beam as a function of an angle of incidence or over the wavelength of the incident light beam measured. This functional dependence of the reflected beam is determined by structural parameters, volume width or depth and is characteristic of the diffractive Structure.

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 Näherungsverfahrens besteht darin, dass auf diese Weise eine Rückwärtskorrelation der berechneten Werte durchführbar ist.Preferably becomes an adaptive one System used to determine structural parameters of a surface, provided the structural parameters from the intensity profile of the measured values to be determined. The main difference in use a learner System instead of an approximation is that in this way a backward correlation of the calculated Values feasible is.

Das Verfahren zur Bestimmung von Strukturparametern an einer Oberfläche sowie die Vorrichtung zu dessen Umsetzung soll im Weiteren näher erläutert werden. In den folgenden Beispielen zeigen:The Method for determining structural parameters on a surface and the device for its implementation will be explained in more detail below. In the following examples show:

1: Durchführung einer Reflektometriemessung; 1 : Performing a reflectometry measurement;

2: Verfahrensschema zur Bestimmung von Strukturparametern mit Hilfe eines Optimierungsverfahrens; und 2 : Process scheme for the determination of structure parameters by means of an optimization method; and

3: Verfahrensschema zur Bestimmung von Strukturparametern mit Hilfe zweier Optimierungsverfahren, die unterschiedliche Berechnungsalgorithmen nutzen. 3 : Process scheme for the determination of structure parameters using two optimization methods that use different calculation algorithms.

In 1 ist eine spektrale Reflektometriemessung mit einer auf eine Probe 1 gerichteten Lichtstrahlung 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.In 1 is a spectral reflectometry measurement with one on a sample 1 directed light radiation 2 and from the surface 4 the sample 1 reflected light radiation 3 shown schematically. With the help of the measurement, the spectral and spatial distribution of the on the surface 4 arranged periodic structures 5 reflected light radiation 3 measured and marked.

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 die Reflektivität oder Transmission auf die Wellenlänge abbildet, wird als sog. Signatur (I_mess(λ)) bezeichnet und stellt eine gemessene Abbildungsvorschrift dar.The measurement on the sample 1 that are at the surface 4 periodic line trench structures 5 is carried out either with a reflectometer or a combined ellipso-reflectometer and provides as a measurement result reflectivity or transmission as a function of wavelength. This function, which maps the reflectivity or transmission onto the wavelength, is called a so-called signature (I _mess (λ)) and represents a measured mapping rule.

Mit Hilfe der ermittelten Messwerte wird ein 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 Signatur (I_Sim(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:

With the help of the determined measured values, a start model is defined, which is the sequence of layers 6 exactly and the layer thicknesses 7 and roughly describes the structural form. The signature of this model is calculated by means of the extended form birefringence according to Rytov and provides the computationally determined signature (I _Sim (λ)). Subsequently, the measured signature is compared with the calculated signature taking into account the mean square error (MSE). The mean square error is calculated as follows:

Die Strukturparameter, wie etwa Schichtdicken, Linienbreiten oder Periode werden so lange variiert, bis der Wert für MSE unter einem definierten Wert liegt.The Structure parameters, such as layer thickness, line width or period are varied until the value for MSE is below a defined one Value is.

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 als 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.Around Calculating smaller details of the structure will also provide measurement results considered, the outside of the scope of approximation lie. In the present case these are the intensity values for wavelengths that are less than or equal to the period of the structure. That's why the calculated by means of the birefringence model as a starting model for further Used optimization steps. For these further optimization steps become rigorous simulation models, such as a Rigorous Coupled Wave Anlaysis used. The measurement signature is then sent with compared to these rigorously calculated signatures. For the speed to increase, Is it possible, only the wavelengths to take into account for that Approximation method no longer valid is.

In 2 ist ein Verfahrensablauf bei der 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.In 2 a process flow in the determination of structural parameters of a surface is shown in which diffraction effects are calculated approximately only with the aid of an optimization algorithm and thus the structural parameters are determined. In this way, the parameters of the simulated structure are varied by means of an optimization method until a difference function formed from the determined mapping rule and the calculated function assumes function values as a comparison scale which are smaller than function values of a limit function representing a desired accuracy criterion.

Die 3 zeigt ein weiteres Verfahren zur Bestimmung von Strukturparametern einer Oberfläche. Zunächst werden ebenfalls mittels eines Optimierungs verfahrens, das ein Näherungsverfahren 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 Abbildungsvorschrift und der berechneten Funktion gebildete Differenzfunktion als Vergleichsmaßstab Funktionswerte annimmt, die kleiner als Funktionswerte einer ein gewünschtes Genauigkeitskriterium darstellende Grenzfunktion sind.The 3 shows another method for determining structural parameters of a surface. First of all, surface parameters are also determined by means of an optimization method which uses an approximation method for the simulation of diffraction effects. However, the surface parameters are further determined by using an optimization method that uses rigorous methods for the simulation of diffraction methods and that uses the approximated model as the starting model, the structure parameters vary until a given criterion for comparing the results of measurement and simulation is satisfied, ie, a difference function formed from the determined mapping rule and the calculated function assumes, as a comparison criterion, function values which are smaller than function values of a limit function representing a desired accuracy criterion.

11: Probesample
22: einfallende Lichtstrahlungincident light radiation
33: reflektierte Lichtstrahlungreflected light radiation
44: Probenoberflächesample surface
55: Periodische Strukturperiodic structure
66: Schichtabfolgelayer sequence
77: Schichtdickelayer thickness

Claims

Method for determining structural parameters of a surface in which at least one light beam ( 2 ) of defined intensity and polarization on the surface ( 4 ), one of regular structures ( 5 ) of the surface ( 4 ) reflected and / or transmitted light beam ( 3 ) is detected and at least one mapping rule is determined, the at least one beam parameter of the reflected and / or transmitted light beam ( 3 ) on at least one beam parameter of the surface ( 4 ) directed light beam ( 2 ), in which with a system capable of learning a function, the at least one beam parameter of the reflected and / or transmitted light beam ( 3 ) on at least one beam parameter of the surface ( 4 ) directed light beam ( 2 ), determined and selected on the basis of the calculated function structure parameter 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, wherein the adaptive system uses an optimization step to calculate the function, the rigorous calculation method is used, and the adaptive system is based on structural parameters, which are determined by an approximation method and / or also with an adaptive system.