CN108885092B - 用于基板应力和变形测量的计量系统 - Google Patents
用于基板应力和变形测量的计量系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108885092B CN108885092B CN201780019443.7A CN201780019443A CN108885092B CN 108885092 B CN108885092 B CN 108885092B CN 201780019443 A CN201780019443 A CN 201780019443A CN 108885092 B CN108885092 B CN 108885092B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- polarizer
- substrate
- beam splitter
- metrology system
- beams
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims description 141
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 29
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 29
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 19
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 11
- 229910021532 Calcite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract description 14
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 35
- 238000012876 topography Methods 0.000 description 16
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 10
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 5
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 4
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 2
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 2
- 235000010627 Phaseolus vulgaris Nutrition 0.000 description 1
- 244000046052 Phaseolus vulgaris Species 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000008713 feedback mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005305 interferometry Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
- H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
- G02B27/14—Beam splitting or combining systems operating by reflection only
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/24—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/10—Beam splitting or combining systems
- G02B27/12—Beam splitting or combining systems operating by refraction only
- G02B27/123—The splitting element being a lens or a system of lenses, including arrays and surfaces with refractive power
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
本公开内容的实施方式提供了一种计量系统。在一个示例中，计量系统包括：激光源，适用于发射光束；透镜，适用于从激光源接收光束的至少一部分；第一分束器，定位为接收穿过透镜的光束的至少部分；第一束移位装置，适用于致使从分束器接收的光束的一部分被分为两个或更多个子光束；第一记录装置，具有检测表面；以及第一偏振器，定位在第一移位装置与第一记录装置之间，其中所述第一偏振器经配置以致使从第一移位装置提供的两个或更多个子光束在第一记录装置的检测表面上形成干涉图案。
Description
技术领域
本公开内容的实施方式一般涉及一种计量系统和其使用方法，更具体来说涉及用于测量归因于在处理期间引起的应力的基板变形状态的方法和系统。
背景技术
在集成电路(IC)或芯片的制造中，表示不同芯片层的图案由芯片设计者创建。一系列可再用掩模或光掩模由这些图案创建，以在制造工艺期间将每个芯片层的设计转印到半导体基板上。掩模图案产生系统使用精密激光或电子束来将每层芯片的设计成像到相应掩模上。随后使用非常类似照相底片的掩模来将每层的电路图案转印到半导体基板上。这些层使用一系列工艺建立并转换为包括每个完成芯片的超小型晶体管和电路。通常，半导体基板上的装置由一系列光刻处理步骤来制造，其中装置由多个上覆层形成，每个上覆层具有独立图案。通常，一组15至100个掩模用于构造芯片，并且可以重复使用。
在一层与覆盖前一层的下一层之间，所述一层和所述下一层的独立图案必须对准。然而，归因于多个上覆层中的图案和材料差异，在各层之间的膜应力和/或形貌变化(或图案相关差异)是不可避免的。在基板上形成的层之间产生的膜应力将致使基板变形，这可以导致在基板上形成的半导体装置的装置产量问题。基板上的装置结构的膜应力、基板曲率或表面形貌变化也可导致一个层对下一个层形成的光刻图案的移位或错位，这可对装置产量结果有害和/或导致装置性能变化。
图6A至图6B描绘了在一系列装置变形工艺之后的可局部或整体变形的基板15上设置的膜层16的示例。在图6A中，基板15变形并弯曲，使得所述基板具有整体跨越基板15的背表面的曲率C1，所述曲率C1具有第一半径R1。除了整体背表面曲率C1之外，膜层16的局部区域可随着基板15一起变形，这在基板中产生与背表面曲率C1不同的局部曲率C2-C3。例如，在图6B中描绘的基板15上形成的局部结构的近视图中，归因于在膜层16和基板15内和/或在膜层16与基板15之间形成的图案和残留应力，基板15具有变化曲率。归因于在等离子体蚀刻或等离子体沉积工艺期间的热膨胀差异、等离子体不均匀分布和/或等离子体密度，残留应力可在基板处理步骤期间产生，这导致基板表面的局部变形。基板表面的局部变形可因此产生具有第二半径R2的局部曲率C2，所述第二半径R2与整体表面曲率C1的第一半径R1不同。局部曲率C2也可致使或邻近在基板15上设置的膜层16的不均匀表面区域，从而导致具有第三半径R3的局部曲率C3，第三半径R3均可由膜层16中形成的应力S1产生。在基板15具有整体曲率Cl的情况下，传统光刻工艺已经通过使用基板固持装置(诸如静电夹盘)将基板夹持或限制到基板支撑件来最小化整体曲率C1对半导体装置产量的影响。然而，在大部分情况下，夹持或限制基板的工艺在降低基板中形成的局部曲率C2-C3方面是无效的。
此外，在推动收缩基板上形成的半导体装置的临界尺寸(CD)的情况下，装置结构的临界层中的膜应力/应变变化必须被最小化或消除来可靠地产生纳米大小的装置。因此，为了寻求对局部曲率变化的适当解决方案，测量在基板上形成的膜应力或形貌变化已经变得更为重要。
由此，由于在基板中形成的局部曲率可以对可靠地形成下一代半导体装置的能力具有显著影响，所述半导体装置具有较小的装置特征大小，存在对可以用于调节或校正基板中的局部变形的检测半导体基板的局部变形的系统和方法的需求。
发明内容
本公开内容的实施方式提供了通过分析从半导体基板的背表面反射的波前来测量半导体基板上的膜应力或形貌变化的方法和系统。在一个实施方式中，计量系统包括：激光源，适用于发射光束；透镜，适用于从激光源接收光束的至少一部分；第一分束器，定位为接收穿过透镜的光束的至少一部分；第一束移位装置，适用于致使从分束器接收的光束的一部分被分为两个或更多个子光束，所述子光束经移位而彼此隔开一定距离；第一记录装置，具有检测表面；以及第一偏振器，定位在第一移位装置与第一记录装置之间，其中所述第一偏振器经配置以致使从第一移位装置提供的两个或更多个子光束在第一记录装置的检测表面上形成干涉图案。
在另一实施方式中，计量系统包括适用于提供光束的激光源、第一分束器、和一对衍生模块，所述衍生模块适用于接收由激光源产生的从分束器分割的光束，其中每个衍生模块包括束移位装置、记录装置和在束移位装置与记录装置之间设置的偏振器。
在又一实施方式中，检测基板表面的非平面性的方法包括：经由透镜将来自激光源的光束发射到基板的背表面的区域；接收在记录装置处的发射光束的至少一部分，其中发射光束的部分在从基板的背表面反射之后接收、经由分束器传输或从分束器反射、并经由束移位装置和偏振器传输，并且由记录装置接收的发射光束的部分包含由记录装置检测的干涉图案；以及分析所检测的干涉图案来决定基板表面在基板区域内的一部分的斜率。
本公开内容的实施方式可进一步提供一种通过以下步骤检测基板表面的非平面性的方法：将光束从激光源经由透镜发射到基板的背表面的区域；以及随后接收在记录装置处的发射光束的至少一部分，其中发射光束的部分在从基板的背表面反射之后接收、经由分束器传输或从分束器反射、并且经由束移位装置和偏振器传输。由记录装置接收的发射光束的部分将包括由记录装置检测的干涉图案。随后分析所检测的干涉图案来决定基板表面在基板区域内的一部分的斜率。所述方法可进一步包括基于对所检测的干涉图案的分析来决定基板表面的部分的曲率。所述方法也可包括将一些能量传递到基板的一部分来基于对所检测的干涉图案的分析调节基板的所述部分的斜率。
附图说明
因此，为了能够详细理解本公开内容的上述特征所用方式，上文所简要概述的本公开内容的更具体的描述可以参考各个实施方式进行，一些实施方式在附图中示出。
图1描绘了根据本公开内容的实施方式的可用以测量基板偏转的计量系统；
图2描绘了测量基板偏转的计量系统的另一实施方式；
图3描绘了测量基板偏转的计量系统的又一实施方式；
图4描绘了基板表面的偏转的图像；和
图5描绘了示例性处理设备的示意图，所述处理设备包括图1至图3中描绘的适用于实践本公开内容的计量系统的一个实施方式；和
图6A至图6B描绘了具有在基板中形成的曲率的基板的横截面图。
为了便于理解，在可能的情况下，相同附图标记已用以表示图中共用的相同元件。可以预期一个实施方式的元件和特征可能有利地并入其他实施方式而无需进一步详述。
然而，应注意，附图仅示出本公开内容的示例性实施方式并且由此不被认为限制本公开内容的范围，由于本公开内容可能允许其他等效的实施方式。
具体实施方式
本公开内容的实施方式描述了一种用于测量在基板内发现的变形量的计量系统。计量系统可适用于检测跨越基板表面的各个区域的斜率变化。在一个实施方式中，膜偏转、应力或表面形貌变化可通过在基板上形成膜层之前和/或之后收集从基板的表面(诸如基板的背表面)反射的所反射波前的差分图像来测量。
在一些实施方式中，从正由计量系统检查的基板反射的波前被束移位装置(诸如方解石束移位器)分为两个正交(例如，X和Y方向)偏振波前。随后导致通过使用偏振器来干涉两个方向的偏振波前。记录装置(例如，相机)随后用于检测在两个方向上的干涉波前，以产生局部二维斜率图，所述斜率图指示基板的应力或变形轮廓。不同配置的计量系统可用于获得更准确的基板的局部二维或三维形貌、偏转或应力轮廓。
图1描绘了可用于测量半导体基板120的应力、表面斜率和/或局部变形的计量系统100的一种配置。计量系统100包括激光准直仪102，激光准直仪102可提供一或多个光束(例如，相干电磁辐射)，所述光束被引导至目标物体(诸如半导体基板120)上。在一些实施方式中，激光准直仪102经由一对透镜180(图示为第一透镜118a和第二透镜118b)朝向半导体基板120发射光束104(图示为104a、104b、104c)，所述透镜诸如在其间设置的伸缩筒型装置中发现的一对透镜。在一个示例中，激光准直仪102可为相对短的相干激光，所述相干激光发射具有相对短的相干长度的光束，以确保有效减少不期望的相干噪声因素(诸如不可避免的从灰尘和其他包含物散射)。
发射光束104穿过第一透镜118a，第一透镜118a朝向第二透镜118b扩展光束104来产生经扩展的光束(图示为光线104a、104b、104c)。在穿过第二透镜118b之后，随后跨越半导体基板120的表面122传递经扩展的光束104a、104b、104c。基于调节透镜118a、118b的光学器件、角度、位置或在透镜118a、118b与半导体基板120的倾斜角之间的距离，可获得不同程度的从基板120聚焦、会聚、发散、反射的光束角度以及光束104的其他期望光学属性。
在光束104a、104b、104c到达半导体基板120的表面122之后，光束104a、104b、104c随后从半导体基板120反射离开，从而产生经由透镜118b、118a发射回的返回光束106a、106b、106c。注意到，半导体基板120的表面122可为半导体基板120的前表面(例如，其上形成有装置图案的表面)或背表面。在图1所描绘的示例中，表面122为半导体基板120的背表面。还注意到，尽管图1中描绘的半导体基板120位于实质上竖直的位置中，半导体基板120和计量系统100可交替地定向，使得半导体基板120处于水平定向。然而，计量系统100也通常经配置为使得若相对于入射光束104a、104b、104c以微小角度定位半导体基板120，则所述计量系统能够可靠地执行测量工艺。通常，半导体基板120到入射光束104a、104b、104c的角度需要为一角度，所述角度小于或等于允许返回光束106a、106b、106c由透镜118a和118b捕获的角度。通过此举，从实质上半导体基板120的所有位置(包括像场的边缘)反射的光束也可获得并分析，以视需要提供对局部偏转和表面斜率轮廓的更准确分析。
在返回光束106a、106b、106c穿过透镜118b、118a之后，所述返回光束被传递到分束器116。分束器116重定向返回光束106a、106b、106c的至少一部分以形成一组参考束，例如，参考束108a1、108b1、108c1。所述组参考束108a1、108b1、108c1均最终撞击在计量系统100中包括的记录装置110上。记录装置110的适合示例包括红外照相胶片、红外热塑性记录、光子检测电子装置(诸如CCD装置)或其他类似电磁辐射图像检测装置。
从分束器116反射的参考束108a1、108b1、108c1随后穿过束移位装置114，诸如方解石束移位器。束移位装置114可将参考束108a1、108b1、108c1偏振并分离为两个正交偏振的波前，所述波前包括相同光学数据(例如，图像)并且彼此间隔一定距离。例如，参考束108a1、108b1、108c1被进一步分为两个子组波前162、163，包括第一子组波前162(图示为108a1a、108b1a、108c1a)和第二子组波前163(图示为108a1b、108b1b、108c1b)。
偏振器112随后被放置在记录装置110的前方以致使子组波前162、163穿过所述偏振器来干涉。记录装置110具有在图像平面(例如，检测表面)处接收干涉波前(例如，干涉图案)的检测表面，并且随后产生信号，所述信号可以由在计量系统100内发现的计算装置101分析以计算并决定变形分布基板图。子组波前162、163因此用于决定半导体基板120的局部形貌或偏转的细节。由于通过使用偏振器112，刚好在由记录装置110接收之前的子组波前162、163存在差异，光束需要在计量系统100中含有的分辨率和信息数据与不使用差分测量技术的传统计量技术相比显著减少，并且因此本文描述的计量系统100允许使用与当前的传统设计相比小得多且成本更低的计量系统100。如与尝试测量随着绝对膜应力变化的绝对间距的传统系统相反，由于本文利用随膜应力改变的条纹间距改变，此测量概念的相对性质实现使用非理想、较低成本的光学机械部件。
将注意到，上文论述的计量系统的计算装置可包括处理器(未图示)、非易失性存储器(未图示)、显示器(未图示)、存储在非易失性存储器中的软件程序和互连这些各种电气部件的I/O元件(未图示)。然而，计量系统的计算装置也可以包括当前或将来使用的任何其他形式的工业计算装置。存储器可以包括可以托管应用的非暂时性存储器，当由处理器执行时，所述应用可以指示计量系统100的部件执行本文描述的方法。
计算装置101可执行基板表面的测量前后比较(例如，在基板上形成膜层之前和/或之后)，以在基板表面上形成膜层之后决定基板轮廓。在执行比较和计算之后，图像(例如，或轮廓图)可以随后基于如从记录装置110获得以指示局部偏转、局部基板表面的斜率、基板应力或基板表面的表面形貌的干涉图像的计算来产生，以决定是否需要修复处理来校正或调节基板表面上的局部应力/表面形貌。若需要修复处理，则可基于由计算装置101分析和计算的图像(例如，轮廓图)来执行应力释放处理、表面形貌修复处理或局部表面斜率交替处理。在一个示例中，分析由记录装置110检测的干涉图像以决定基板表面的一或多个部分的斜率。所决定的基板表面的一或多个部分的斜率可以随后被计算装置101用于决定基板表面的面积，所述基板表面具有超出期望水平并且因此需要通过使用应力释放处理或曲率校正处理来校正的曲率。曲率校正处理可包括传递聚焦量能量、或基于由计算装置101执行的分析将离子束或电子束引导至基板的目标区域，所述分析基于在所产生图像中发现的数据。
每组波前162、163(例如，108a1a、108b1a、108c1a和108a1b、108b1b、108c1b)指示跨越基板表面122的一个方向(例如，X方向或Y方向)的表面形貌，其中光束104a、104b、104c从所述基板表面反射，以决定在基板表面122上形成的局部斜率轮廓(例如，形貌或偏转轮廓)。利用束移位装置114和偏振器112来偏振并致使从表面122的不同位置151、152、153反射的每个子组波前162、163干涉，使得可以更准确地预测在至少一个方向上的局部斜率、应力或膜形貌。由于图1中描绘的计量系统100的配置相对紧凑，在利用仅激光源102、一对透镜118a、118b、束移位装置、偏振器112、计算装置101和记录装置110的情况下，计量系统100可以随后容易地安装并集成在基板处理系统中。通过此举，基板120可具有其上执行的处理，接着在计量系统100中测量，并且随后可能在由计量系统100界定的基板的期望区域上执行表面曲率校正，所有处理均在相同处理系统处，诸如下文图5中描绘的系统500，而不破坏真空。在传统配置中需要的能够处理和测量一个处理系统中的基板变形可显著降低处理成本、改良装置产量并消除基板污染和环境污染的可能性，所述传统配置需要两个或更多个处理工具执行这些活动。此外，计量工具和处理腔室在处理系统中的集成也可提供反馈机制：何时立即请求校正来改良所处理的下一晶片上的结果以提供对集成处理系统测量和校正的多个快速周期，而无经常从传统独立式计量延迟中发现的延迟。
首先参考图4，图4描绘了从基板表面122反射离开的波前的X和Y差分干涉图像。在任何两个相邻条纹之间的间距等于2π差分相移。归因于当在等离子体处理期间将基板放置在基板支撑件上时由真空抽吸装置产生的圆形压痕，出现例如图4中示出的图案化的条纹结构。归因于此示例中的束移位装置114的空间偏移对应于1mm的基板表面并且视野为100mm。
图2描绘了计量系统的另一实施方式，诸如与计量系统100类似地构造的计量系统200，但计量系统200含有用于测量基板在X和Y方向上的变形形状的两个衍生模块204a、204b。与上文提及的图1的配置类似，激光准直仪102朝向半导体基板120发射光束201。反射光束205随后由反射光束201从半导体基板120的表面产生。反射光束205随后到达分束器116(例如，计量系统200中的第一分束器)，并且将反射束205的一部分转移至计量系统200的检测部分。除了图1中类似地配置的第一分光器116之外，随后在分光器116之后进一步设置第二分束器202以在分别进入Y衍生模块204a和X衍生模块204b之前将反射光束205的部分分为两个分支205a1-205a2、205b1-205b2。第二分束器202为可旋转的以将光束205引导至不同的预定方向上，使得光可以由不同模块204a和204b接收并分析。或者，第二分束器202可保持稳定，同时将光束205的一部分引导至X衍生模块204b，而光束205的另一部分穿过第二分束器202并进入Y衍生模块204a。
在光束205进入第二分束器202之后，第二分束器202将第一光束205b1、205b2引导至X衍生模块204b并将第二光束205a1、205a2引导至Y衍生模块204a。
包括X和Y衍生模块204a、204b的每个衍生模块包括分束器206a、206b，一对束移位装置208a1、208a2、208b1、208b2(诸如方解石束移位器114)，一对偏振器211a1、211a2、211b1、211b2(例如，偏振器112)和耦接至计算装置101的一对记录装置210a1、210a2、210b1、210b2。在分光光束205a1-205a2、205b1-205b2穿过第二分束器202或从第二分束器202反射之后，分光光束205a1-205a2、205b1-205b2随后分别进入X和Y衍生模块204b、204a中。分光光束205a1-205a2进入Y衍生模块204a中并进入分束器206a，诸如第三分束器，而分光光束205b1-205b2进入X衍生模块204b并进入分束器206b，诸如第四分束器。
在Y衍生模块204a中，在分别进入束移位装置208a1、208a2中之前将分光光束205a1-205a2进一步分为第一子组光束207a1-207a2和第二子组光束207b1-207b2。分光光束205a1-205a2的一部分随后穿过第三分束器206a以产生被引导至束移位装置208a1的第二子组光束207b1-207b2，而分光光束205a1-205a2的另一部分从第三分束器206a反射回以产生被传递至束移位装置208a2的第一子组光束207a1-207a2。束移位装置208a1和208a2以及偏振器211a1和211a2致使光束207a1-207a2和207b1-207b2的部分彼此干涉，所述干涉由它们的相应记录装置210a1、210a2以及计算装置101来记录并分析。
类似地，在分别进入束移位装置208b1、208b2之前将反射光束205b1-205b2进一步分为第三子组光束209a1-209a2和第四子组光束209b1-209b2。分光光束205b1-205b2的一部分穿过第四分束器206b以产生被传递至束移位装置208b1的第四子组光束209b1-209b2，而分光光束205b1-205b2的另一部分被传递至第四分束器206b以产生被传递至束移位装置208b2的第三子组光束209a1-209a2。束移位装置208b1和208b2以及偏振器211b1和211b2致使光束209a1-209a2和209b1-209b2彼此干涉，所述干涉由它们的相应记录装置210b1、210b2和计算装置101来记录并分析。
通过利用计量系统200中的X和Y衍生模块204a、204b，可将来自半导体基板120的反射光束205进一步分为多个光束以进行收集和分析。所述多个光束可辅助分析并决定不同方向上(至少在X和Y方向上)的基板轮廓。在一个示例中，在X方向衍生模块204a中，第二子组光束207b1-207b2穿过束移位装置208a1和偏振器211a1，从而将子组光束207b1-207b2进一步分为以第一位移280彼此移位的两个光束215、213(例如，两个类似图像)。类似地，也在Y方向衍生模块204b中，第三子组光束209a1-209a2穿过束移位装置208b2和偏振器211b2，从而将所述子组光束209a1-209a2进一步分为以第二位移283彼此移位的两个光束219、217。通过选择在光束219、217、215、213之间形成的位移283、280的宽度，可以准确地检测在基板表面上形成的形貌的期望大小区域的斜率的程度或梯度。例如，在衍生模块204a、204b中产生的光束219、217、215、213的位移283、280的宽度用于检测基板表面的更宽区域的斜率，相对于检测基板表面的较窄或更为局部区域的斜率，所述斜率可以在使用光束221、223、211、209的较小位移(例如，位移284、281)时决定，如通过使用其他束移位装置208b1和208a2以及其相关联的记录装置210b1、210a2来产生的位移。在衍生模块204a、204b中具有类似位移的光束可以由计算装置101联合分析或比较(诸如在衍生模块204a、204b中的位移280、283或位移281、284)来决定在基板上形成的形貌的斜率。在一个示例中，分别与衍生模块204a、204b的位移280、283由计算装置101联合分析来决定在X和Y方向上的基板表面上形成的形貌的期望大小区域的斜率的程度或梯度。通过此举，可更准确地分析在基板120上形成的曲率来决定此曲率为跨越基板120的表面的相对小的局部曲率还是整体基板曲率。在每个衍生模块204a、204b中的来自X和Y方向的不同光束213、215、211、209、221、223、219、217可产生具有不同宽度的位移，以辅助更精确地预测在基板120上形成的形貌的斜率的程度或梯度并且决定在基板120上形成的曲率(例如，整体基板曲率对于局部小大小表面曲率)的类型。由X和Y衍生模块204a、204b在至少两个方向或更多方向上的分析有助于视需要在两个维度中或甚至三个维度中更精确地构建并检测基板形貌和偏转分布。尽管在计量系统200中仅描绘了两个衍生模块204a、204b，可以视不同要求或需求的需要而添加或利用另外的衍生模块。
图3描绘了计量系统300的又一个实施方式，所述计量系统也利用半导体基板120上的差分波前干涉测量。计量系统300包括具有纤维303的激光源302，纤维303耦接至激光源302以产生到半导体基板120的光束304。光束304在到达半导体基板120之前穿过准直透镜306。在光束304到达半导体基板120之后，反射光束305产生并通常沿着波束304所经过的相同路径反射回到准直透镜306。反射光束305随后到达分束器315，分束器315将反射光束305分为形成反射光束308a、308b、308c的一部分。反射光束308a、308b、308c随后穿过束移位装置314，诸如方解石束移位器114，束移位装置314可在进入偏振器317之前将光束308a、308b、308c分为两个或更多个未偏振波前311a和311b。偏振器317使波前311a和311b偏振并且致使波前311a和311b彼此干涉。所产生组的干涉波前随后由记录装置320记录并由计算装置分析。可在束移位装置314和偏振器317之前利用另一组的一或多个准直透镜322来增强光束分割和干涉。
在图3中描绘的示例中，其中利用一个准直透镜306，如与图1和图2中描绘的计量系统100、200相比，计量系统300为更紧凑的、制造成本更少并且易于构造。
图5是包括并入并集成在其中的图1至图3中示出的一或多个计量系统100、200、300的示例性处理系统500的示意性顶部平面图。在一个实施方式中，处理系统500可为
集成处理系统，所述系统可购自位于加州圣克拉拉市(Santa Clara,California)的应用材料公司(Applied Materials,Inc.)。可以预期其他处理系统(包括来自其他制造商的处理系统)可适用于从本公开内容获益。
系统500包括真空紧密处理平台504、工厂接口502和系统控制器544。平台504包括至少一个计量系统510(诸如从图1至图3描绘的计量系统100、200、300中的一个)，多个处理腔室512、532、528、520和耦接至真空基板转移腔室536的至少一个负载锁定腔室522。在图5中图示两个负载锁定腔室522。工厂接口502由负载锁定腔室522耦接至转移腔室536。
在一个实施方式中，工厂接口502包括至少一个对接站508和至少一个工厂接口机器人514来促进基板转移。对接站508经配置以接受一或多个前开式标准舱(FOUR)。在图5的实施方式中图示两个FOUR 506A-B。具有设置在机器人514的一端上的叶片516的工厂接口机器人514经配置以将基板从工厂接口502转移到处理平台504来用于经由负载锁定腔室522处理。可选地，一或多个计量站518可连接到工厂接口502的终端526来促进测量来自FOUR 506A-B的基板。
每个负载锁定腔室522具有耦接到工厂接口502的第一端口和耦接到转移腔室536的第二端口。负载锁定腔室522耦接到压力控制系统(未图示)，所述压力控制系统排气并通风负载锁定腔室522来促进使基板经过转移腔室536的真空环境与工厂接口502的实质上周围(例如，大气)环境之间。
转移腔室536具有其中设置的真空机器人530。真空机器人530具有能够在负载锁定腔室522、计量系统510和处理腔室512、532、528、520之中转移基板524的叶片534。
在系统500的一个实施方式中，系统500可包括一或多个计量系统510(例如，图1至图3中描绘的计量系统100、200、300中的一或多个)和至少一个处理腔室512、532、528、520，所述处理腔室可为沉积腔室、蚀刻腔室、热处理腔室(例如，RTP腔室、激光退火腔室)或可在常规处理期间在基板中引发应力的其他类似类型的半导体处理腔室。在系统500的一些实施方式中，计量系统510中的一或多个可设置在处理腔室512、532、528、520，转移腔室536，工厂接口502和/或至少一个负载锁定腔室522中的一或多个内。
系统控制器544耦接到处理系统500。可包括计算装置101或包括在计算装置101内的系统控制器544使用对系统500的处理腔室512、532、528、520和计量系统510直接控制来控制处理系统500的操作。或者，系统控制器544可控制与系统500的处理腔室512、532、528、520和计量系统510(例如，计算装置101)相关联的计算机(或控制器)。在操作中，系统控制器544也使来自相应腔室和计量系统510的数据收集和反馈能够优化系统500的性能。
非常类似上文描述的计算装置101，系统控制器544通常包括中央处理单元(CPU)538、存储器540和支持电路542。CPU 538可为任何形式的通用计算机处理器中的一种，所述通用计算机处理器可以在工业设置中使用。支持电路542传统上耦接到CPU 538并且可包含高速缓存、时钟电路、输入/输出子系统、电源等等。软件程序将CPU 538转换为专用计算机(控制器)544。软件程序也可由第二控制器(未图示)存储和/或执行，所述第二控制器位于系统500远端。
因此，本公开内容的实施方式提供计量系统的数个配置，所述计量系统可用于在基板上形成膜层之前和之后测量膜应力、基板表面斜率和基板表面上的表面形貌变化。至少部分归因于利用相对简单的光学元件，如本文所公开的计量系统相对于传统计量装置为相对紧凑的。计量系统的紧凑大小可便于将计量系统安装在制造工具(诸如处理系统)中，以节省制造成本和运输时间。因此，获得低成本且容易实现的计量系统来促进测量膜应力、基板表面斜率和基板表面上的表面形貌变化，而不会不利地增加制造周期时间和成本。
虽然上述内容涉及本公开内容的实施方式，但是在不脱离本公开内容的基本范围的情况下，可能设计出本公开内容的其他和另外的实施方式，并且本公开内容的范围是由随附权利要求书决定。
Claims (14)
1.一种计量系统，包括：
激光源；
透镜；
第一分束器，其中所述透镜设置在所述激光源和所述第一分束器之间；
第一束移位装置，致使从所述分束器接收的光束的一部分被分为两个或更多个子光束，所述子光束经移位而彼此隔开一定距离；
第一记录装置，具有检测表面；
第一偏振器，定位在所述第一束移位装置与所述第一记录装置之间，其中所述第一偏振器致使从所述第一束移位装置提供的所述两个或更多个子光束在所述第一记录装置的所述检测表面上形成干涉图案；和
第二束移位装置和第二偏振器，连续定位在所述第一偏振器和所述第一记录装置之间。
2.如权利要求1所述的计量系统，其中所述第一束移位装置是方解石束移位器。
3.如权利要求1所述的计量系统，其中所述透镜包括一对透镜，所述透镜允许来自所述激光源的所述光束集中在所述计量系统中设置的基板上。
4.如权利要求1所述的计量系统，其中所述第一偏振器定位在所述第一记录装置的正前方以允许在所述光束穿过所述第一偏振器之后立即由所述第一记录装置接收所述两个或更多个子光束。
5.如权利要求1所述的计量系统，进一步包括：
第二分束器，定位在所述第一分束器和所述第一束移位装置之间的第一光学路径上。
6.如权利要求5所述的计量系统，进一步包括：
第三分束器，定位在所述第二分束器和所述第一束移位装置之间的所述第一光学路径上。
7.如权利要求6所述的计量系统，进一步包括：
第二束移位装置和第二偏振器，适用于接收从所述第三分束器发射或反射的所述光束。
8.如权利要求7所述的计量系统，进一步包括：
第四分束器，定位在所述第二分束器和第三束移位装置之间的第二光学路径上；和
第三偏振器，定位为接收沿着所述第二光学路径传递的光学辐射。
9.如权利要求8所述的计量系统，其中所述第三束移位装置和所述第三偏振器接收从所述第四分束器发射或反射的所述光束。
10.如权利要求7所述的计量系统，其中所述第二束移位装置和所述第二偏振器适用于在X或Y方向上接收从所述第二分束器分割的所述光束。
11.如权利要求7所述的计量系统，进一步包括：
第二记录装置，适用于接收由光学辐射穿过所述第二偏振器产生的干涉图案。
12.如权利要求8所述的计量系统，进一步包括：
第三记录装置，适用于接收由光学辐射穿过所述第三偏振器产生的干涉图案。
13.如权利要求1所述的计量系统，其中所述激光源包括纤维耦接激光源。
14.如权利要求1所述的计量系统，其中所述计量系统设置在处理系统内，所述处理系统具有与其耦接的一或多个处理腔室。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201662314956P | 2016-03-29 | 2016-03-29 | |
| US62/314,956 | 2016-03-29 | ||
| PCT/US2017/021638 WO2017172324A1 (en) | 2016-03-29 | 2017-03-09 | Metrology systems for substrate stress and deformation measurement |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108885092A CN108885092A (zh) | 2018-11-23 |
| CN108885092B true CN108885092B (zh) | 2020-09-22 |
Family
ID=59965109
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201780019443.7A Active CN108885092B (zh) | 2016-03-29 | 2017-03-09 | 用于基板应力和变形测量的计量系统 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10510624B2 (zh) |
| CN (1) | CN108885092B (zh) |
| WO (1) | WO2017172324A1 (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20200411348A1 (en) * | 2019-06-28 | 2020-12-31 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Substrate transfer apparatus |
| CN111947590A (zh) * | 2020-02-17 | 2020-11-17 | 北京联睿科科技有限公司 | 一种建筑物变形的在线检测装置、方法及系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201212838Y (zh) * | 2008-07-16 | 2009-03-25 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 用于同步移相干涉仪的空间移相器 |
| CN101726844A (zh) * | 2008-10-21 | 2010-06-09 | 财团法人工业技术研究院 | 干涉相位差显微镜 |
Family Cites Families (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3561876A (en) * | 1968-03-11 | 1971-02-09 | Robert Hoffman | Detecting and measuring apparatus using polarization interferometry |
| US3849003A (en) * | 1970-03-25 | 1974-11-19 | Philips Corp | Interferometer apparatus for measuring the roughness of a surface |
| US3958884A (en) * | 1974-04-24 | 1976-05-25 | Vickers Limited | Interferometric apparatus |
| FR2300998A2 (fr) * | 1975-02-11 | 1976-09-10 | Anvar | Dispositif pour la spectrometrie interferentielle a modulation selective |
| JPS567006A (en) * | 1979-06-22 | 1981-01-24 | Ibm | Method of extending measurement range of interference |
| US5017012A (en) * | 1989-08-04 | 1991-05-21 | Chapman Instruments, Inc. | Viewing system for surface profiler |
| US5067817A (en) | 1990-02-08 | 1991-11-26 | Bauer Associates, Inc. | Method and device for noncontacting self-referencing measurement of surface curvature and profile |
| EP0561015A1 (de) * | 1992-03-17 | 1993-09-22 | International Business Machines Corporation | Interferometrische Phasenmessung |
| US5469259A (en) * | 1994-01-03 | 1995-11-21 | International Business Machines Corporation | Inspection interferometer with scanning autofocus, and phase angle control features |
| JP3708260B2 (ja) * | 1996-12-05 | 2005-10-19 | オリンパス株式会社 | 微分干渉顕微鏡 |
| JP2000321021A (ja) * | 1999-05-10 | 2000-11-24 | Canon Inc | 干渉装置、変位測定装置、及びそれを用いた情報記録又は／及び再生装置 |
| US6804009B2 (en) * | 2000-05-03 | 2004-10-12 | The Regents Of The University Of California | Wollaston prism phase-stepping point diffraction interferometer and method |
| US6710876B1 (en) * | 2000-08-14 | 2004-03-23 | Kla-Tencor Technologies Corporation | Metrology system using optical phase |
| US6639683B1 (en) * | 2000-10-17 | 2003-10-28 | Remy Tumbar | Interferometric sensor and method to detect optical fields |
| US6741357B2 (en) | 2001-08-14 | 2004-05-25 | Seagate Technology Llc | Quadrature phase shift interferometer with unwrapping of phase |
| CN2508215Y (zh) * | 2001-11-09 | 2002-08-28 | 天津大学 | 偏振分束错位式干涉仪 |
| CN101324421A (zh) * | 2008-07-30 | 2008-12-17 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 同步移相菲索干涉仪 |
| US9068928B2 (en) * | 2010-09-03 | 2015-06-30 | The Arizona Board Of Regents On Behalf Of The University Of Arizona | White light Sagnac interferometer polarimeters |
| US8896840B2 (en) * | 2012-04-25 | 2014-11-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Interferometric method and digital holographic microscope |
| EP2796938B1 (de) | 2013-04-25 | 2015-06-10 | VOCO GmbH | Vorrichtung zum Erfassen einer 3D-Struktur eines Objekts |
| WO2015121853A1 (en) | 2014-02-13 | 2015-08-20 | B. G. Negev Technologies And Applications Ltd., At Ben-Gurion University | Real time dual mode full-field optical coherence microscopy with full range imaging |
| CN104949631B (zh) * | 2014-03-27 | 2017-12-15 | 纽富来科技股份有限公司 | 曲率测定装置以及曲率测定方法 |
-
2017
- 2017-03-09 WO PCT/US2017/021638 patent/WO2017172324A1/en active Application Filing
- 2017-03-09 US US16/080,102 patent/US10510624B2/en active Active
- 2017-03-09 CN CN201780019443.7A patent/CN108885092B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN201212838Y (zh) * | 2008-07-16 | 2009-03-25 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 用于同步移相干涉仪的空间移相器 |
| CN101726844A (zh) * | 2008-10-21 | 2010-06-09 | 财团法人工业技术研究院 | 干涉相位差显微镜 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20190057910A1 (en) | 2019-02-21 |
| WO2017172324A1 (en) | 2017-10-05 |
| US10510624B2 (en) | 2019-12-17 |
| CN108885092A (zh) | 2018-11-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107429995B (zh) | 在计量系统中计量数据的前向馈送 | |
| KR101584409B1 (ko) | 오버레이 샘플링 방법론 | |
| US10062543B2 (en) | Determining multi-patterning step overlay error | |
| US20130310966A1 (en) | Method and device for using substrate geometry to determine optimum substrate analysis sampling | |
| US10585361B2 (en) | Projection exposure apparatus and method | |
| KR20110076825A (ko) | 패턴 위치 및 오버레이 측정을 위한 방법 및 장치 | |
| US9639008B2 (en) | Lithography apparatus, and article manufacturing method | |
| TWI627513B (zh) | 用於感測或判定一工件之對準及高度之器件及方法、對準感測器及電子束微影之裝置 | |
| CN108885092B (zh) | 用于基板应力和变形测量的计量系统 | |
| US10969697B1 (en) | Overlay metrology tool and methods of performing overlay measurements | |
| CN109564397B (zh) | 测量装置、曝光装置以及物品的制造方法 | |
| KR102554797B1 (ko) | 다중 빔 리소그래피에서의 개개의 빔 패턴 배치 검증 | |
| US11300888B2 (en) | Methods of determining stress in a substrate, control system for controlling a lithographic process, lithographic apparatus and computer program product | |
| US10923371B2 (en) | Metrology system for substrate deformation measurement | |
| US10133177B2 (en) | Exposure apparatus, exposure method, and article manufacturing method | |
| KR20230170905A (ko) | 멀티-해상도 오버레이 계측 타깃 | |
| US9587929B2 (en) | Focus metrology method and photolithography method and system | |
| US20200011652A1 (en) | Interferometry system and methods for substrate processing | |
| US7480404B2 (en) | Method and system for positioning articles with respect to a processing tool | |
| CN210377021U (zh) | 水平测量装置及光刻设备 | |
| KR101835806B1 (ko) | 기준 미러를 사용한 웨이퍼 표면의 형상 변화값을 검출하는 방법 | |
| TW202437417A (zh) | 用於藉由主動傾斜校正之半導體結構的量測之方法及系統 | |
| JPH02122517A (ja) | 位置検出方法および位置検出用マーク | |
| JP2008026823A (ja) | エネルギービーム描画装置と描画方法及びフォトマスクの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |