英文论文原文为：YieldStar based reticle 3D measurements and its application
摘要
YieldStar (YS) 是一款成熟的 ASML 制造的散射仪，能够测量晶圆临界尺寸 (CD)、叠加Overlay 和Focus焦点。在最近的一项研究中，YS 的应用范围得到了扩展，可以测量光罩上的 3D CD 图案（图案 CD、高度、侧壁角-SWA）。这项研究的主要动机来自成像研究，这些研究表明需要测量和控制光罩 3D 形貌。CD 扫描电子显微镜 (CD-SEM)、原子力显微镜 (AFM)、3D 多探测器 SEM (3D-SEM) 是光罩计量的首选工具。虽然这些工具为行业提供了良好的服务，但目前对光罩 3D 影响的研究涉及大量成本、物流挑战和光罩交付周期的增加。YS 提供了一种有吸引力的替代方案，因为它可以在一次测量中以高吞吐量测量图案 CD、SWA 和高度。这项工作展示了 YS 作为光罩计量工具的能力。
1. 简介
在本文介绍的工作中，我们利用 YS 对 EUV 和光学光罩图案进行了 3D 表征（图案 CD、高度、SWA）。这项研究的动机来自成像研究，这些研究表明需要控制（和测量）光罩吸收体形貌，因为其中的变化会对最终晶圆的成像特性产生负面影响 。据报道，掩模级 SWA 对晶圆级 CD 的影响，尤其是通过间距，重申了表征光罩图案尺寸的必要性。光罩 CD 通常在 CD-SEM 上进行测量和鉴定。也有多个使用其他计量工具（如 AFM3、3D-SEM4、光学 和 EUV 散射仪 ）对光罩图案进行 3D 表征的案例。AFM 和 3D-SEM 技术的使用更为普遍，并广泛用于获取有关光罩图案的 3D 信息。因此，需要多种计量工具才能对光罩图案进行完整的结构表征，从而导致光罩交付周期增加和测量成本增加。YS 提供了一种有吸引力的替代方案，因为它可以在高吞吐量下通过一次测量测量吸收器 CD、SWA 和高度。
2. 实验
YS 是 ASML 开发的散射仪，能够测量晶圆上的 CD、Overlay 和 Focus。在本研究中，对常规YS 系统进行了修改，以创建一个原型系统来加载光罩并测量相应的特征 CD。测量了 EUV
和光学掩模（衰减相移掩模），并与 CD-SEM 测量数据进行了对比。研究中选择的特征是 22 nm 线间距 44 nm（22 nm DL）以及 EUV 掩模上间距范围为 51-154 nm 的 22 nm 线间距特征。在光学掩模上选择了 38 nm 线间距 76 nm（38 nm DL）——所有提到的尺寸都是晶圆级（光罩级为 x4）。
YS CD 计量采用基于模型的方法，其中基于待测量特征的光学和几何信息，对模拟反射属性与测量反射属性进行迭代比较，直到两者之间的差异低于定义的公差。通过该迭代过程，可以获得描述特征细节的参数（例如 CD、SWA、图案高度和子层高度）。图 1 显示了标线上典型测量值的示意图。
3. 结果
3.1 EUV 光罩
在 EUV 成像光罩上测量了印在 13x7 网格上的 22 nm DL 特征。图 2显示了使用 YS 和 CD-SEM 在 22 nm DL 上测量的光罩上的 CD。该图还显示了来自这两个工具的数据的相关性。
可以看出，两种工具测量的指纹（网格中分别为红色/黄色/绿色）是匹配的，这也体现在两个数据集之间可比的线性和相关值中。同样明显的是，两种工具测量的 CD 值存在偏移。这可以归因于两种工具的技术和校准的差异。在本研究中，与参考工具的相对灵敏度和相关性比绝对 CD 更相关。
图 3 显示了 YS 测量的标线 SWA 和图案高度指纹。由于没有关于同一标线的参考数据，因此尚未对这些参数与其他参考数据进行定量比较。SWA 和图案高度数据看起来很平滑，标线上有一点工艺指纹。
除了 22 nm DL 上显示的数据外，还测量了多个光罩上不同特征的大量数据。
测量了间距范围为 44-154 nm 的 22 nm 线（水平 - H 线和垂直 - V 线）。图 4 和 5 分别显示了 YS 测量的 CD 和 SWA 数据。
在 CD 和 SWA 测量中，可以看到指纹在间距上重复，表明数据一致性和质量。表 1 给出了平均 CD 和 SWA 值以及标线间变化的概述（如图 4 和 5 所示）（H 线表示水平线，V 线表示垂直线）。使用 YS，可以获得标线的详细信息 - 在这种情况下，表明整个间距具有类似的均匀性。
此外，数据测量速度可以低于每点 1 秒，从而确立了 YS 是一种快速且可行的
光罩图案测量工具。
光罩 YS 工具的精度性能经过评估——在同一次运行中以及在多个加载-卸载循环中多次测量目标。多次测量的差异表明了工具的动态精度。
所选特征为 22 nm DL。表 2 显示了获得的结果。规格是 ASML 为外部
光罩计量工具定义的。决定根据类似规格对 YS 的性能进行基准测试。
对于光罩图案的 3D 结构表征，结果完全符合所有相关参数的规格 - 这表明 YS 是一种具有高精度 EUV 光罩测量能力的工具。
3.2 光学光罩
图 6 显示了在 38 nm DL（晶圆级）上用 YS 和 CD-SEM 测量的光罩 CD。该图还显示了
两种工具的数据相关性。该特征在光罩上的 7x5 网格上重复出现。
可以看出，两种工具测量的指纹（网格中分别为红色/黄色/绿色）是匹配的，这可以通过两个数据集之间的可比线性和相关值得到证实。同样明显的是，两种工具测量的 CD 值存在偏移。这可以归因于两种工具的技术和校准差异。与 EUV 光罩上的结果类似，与参考工具的相对灵敏度和相关性在本研究中比绝对 CD 更相关。
图 7 显示了 YS 测量的 38nm DL 上的光罩 SWA 和图案高度指纹。在进行本研究时，这些参数没有参考数据。因此无法进行比较。计划在未来对 YS 测量数据进行基准测试。
采用与 EUV 光罩类似的方法，在 38 nm DL 上确定了该工具的动态精度。表 3 显示了结果。
光学掩模的结果也完全符合 ASML 为外部掩模版计量工具定义的规格。这表明 YS 也是一种具有高精度光学掩模版测量能力的工具。
4. 结论
通过这项工作，ASML 制造的 YieldStar 散射仪测量 EUV 和光学掩模版上的图案的能力得到了证明。特征的 CD、图案高度和 SWA 可以在一次测量中获得，测量时间不到每点 1 秒。YS 测量的 CD 指纹与供应商计量测量的指纹相比效果很好。此外，掩模版 YS 表现出高精度性能。这种性能使 YS 成为一种研究掩模版诱导效应的手段，适用于需要高精度数据和高吞吐量的应用。例如，对于高端掩模应用，使用掩模工艺校正 (MPC)。要校准此 MPC 的模型或仅仅确定 MPC 的规则，需要具有出色精度的工具。这正是 YS 的优势。
此外，YS 测量的光罩数据可用于评估掩模结构不均匀性对成像、叠加的影响。此外，还可以使用此类工具研究光罩寿命监测与曝光、清洁周期的关系。光罩 YS 还被证明对于蚀刻前后的掩模鉴定非常有用，可对任何掩模不均匀性提供早期、快速和非破坏性的反馈。
