CN110301032A - 在产品制造期间识别过程变异 - Google Patents

在产品制造期间识别过程变异 Download PDF

Info

Publication number
CN110301032A
CN110301032A CN201880011008.4A CN201880011008A CN110301032A CN 110301032 A CN110301032 A CN 110301032A CN 201880011008 A CN201880011008 A CN 201880011008A CN 110301032 A CN110301032 A CN 110301032A
Authority
CN
China
Prior art keywords
contrast
product
imaging parameters
variation
signature
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.)
Granted
Application number
CN201880011008.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110301032B (zh
Inventor
T·格林茨威格
N·古特曼
C·E·斯坦纳斯
T·马西安诺
尼姆洛德·雪渥尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KLA Corp
Original Assignee
KLA Tencor Corp
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 KLA Tencor Corp filed Critical KLA Tencor Corp
Publication of CN110301032A publication Critical patent/CN110301032A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110301032B publication Critical patent/CN110301032B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605—Workpiece metrology
    • G03F7/70681—Metrology strategies
    • G03F7/70683—Mark designs
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605—Workpiece metrology
    • G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
    • G03F7/70641—Focus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67253—Process monitoring, e.g. flow or thickness monitoring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67242—Apparatus for monitoring, sorting or marking
    • H01L21/67276—Production flow monitoring, e.g. for increasing throughput
    • 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
    • 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
    • H01L22/20—Sequence of activities consisting of a plurality of measurements, corrections, marking or sorting steps
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/01—Arrangements or apparatus for facilitating the optical investigation
    • G01N2021/0106—General arrangement of respective parts
    • G01N2021/0118—Apparatus with remote processing
    • G01N2021/0143—Apparatus with remote processing with internal and external computer

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Complex Calculations (AREA)

Abstract

本发明展现系统及方法，其用于识别制造例如半导体晶片的产品期间的过程变异。在制造第一产品期间的预定阶段处，使用至少一个成像参数的不同值来获得所述第一产品的区域的图像。接着分析所述图像以产生指示随所述至少一个成像参数而变的对比度变异的所述第一产品的第一对比度签名。在制造第二产品期间的相同预定阶段处，使用所述至少一个成像参数的不同值来获得对应于所述第一产品的所述区域的所述第二产品的区域的图像。分析所述图像以产生指示随所述至少一个成像参数而变的对比度变异的所述第二产品的第二对比度签名。比较所述第一对比度签名与所述第二对比度签名以识别在所述第一产品及所述第二产品的制造之间是否发生过程变异。

Description

在产品制造期间识别过程变异
相关申请案的交叉参考
本申请案要求2017年2月10日申请的第62/457,781号美国临时专利申请案及2017年11月27日申请的第62/591,088号美国临时专利申请案的权益，所述两个申请案的全文都以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及制造过程中的质量控制领域。
背景技术
在制造过程中，使用质量控制系统及程序来识别制造一个物品与制造另一物品之间的过程变异，以确保一致性。有时此类变异仅在成品中出现，或在已生产许多不合标准产品之后才会显现出来。例如集成电路的半导体组件可以含有许多组件的晶片的形式制造。半导体晶片(例如，硅晶片)可以一系列层制造，每一层由必须相对于邻近层中的图案准确定位的图案组成。对此定位的控制被称为重叠控制。在一些半导体及光刻制造过程中，在晶片上提供度量衡目标以用于确保图案对准。目标可采取一组单元的形式，例如矩形或正方形单元的2×2阵列，两个用于测量X方向上的重叠，且两个用于测量Y方向上的重叠。目标可包含衍射光栅。例如，目标中的每一单元可由衍射光栅组成。目标可由一组图案组成，其中每一图案可印刷在不同层上并且可被定向，例如以提供在不同方向(通常为X及Y)上的测量。
在任何制造过程中，可能出现可能不希望的过程变异。以光刻过程为例，重叠测量(例如，图案对准的测量)可能不揭示已发生的过程变异，例如所施加的材料层的厚度的变异。在某些情况下，过程变异可能导致错误重叠测量。因此，需要更好地理解过程变异及其影响。
发明内容
下文是提供对本发明的初始理解的简要概述。所述概述不一定识别关键要素或限制本发明的范围，而仅仅用作对下文描述的介绍。
本发明的一些实施例提供用于识别制造例如半导体晶片的产品期间的过程变异的方法及系统。根据本发明的一些实施例，可例如在制造期间的预定阶段针对产品(例如晶片或晶片的部分)产生“对比度签名”。当制造过程被认为按照期望操作时，可产生对比度签名，例如用作参考。然后可例如在制造过程的相同阶段针对另一产品产生类似对比度签名，并且可比较所述对比度签名以便识别是否已发生过程变异。
“对比度签名”在本文中被定义为图像中对比度相对于至少一个成像参数的变异的表示。可使用任何已知的图像对比度量度。所述表示可为图形的并且例如显示给用户，或其可以数学方式表示，例如作为向量，或以任何其它方式表示，其中其可例如通过计算系统中的处理器与另一对比度签名进行比较。因此，根据本发明的一些实施例，可自动识别过程变异，并且任选地响应于识别变异而产生警报或可进行一些补救行动。
本发明的实施例不限于半导体晶片生产并且可用于制造许多其它产品。
本发明的这些、额外及/或其它方面及/或优点在下文详细描述中阐述；可从详细描述推断；及/或可通过实践本发明来学习。
附图说明
为更好地理解本发明的实施例并且展示如何实施本发明的实施例，现在将纯粹经由实例参考附图，其中相似元件符号贯穿全文标示对应元件或区段。
在附图中：
图1A及1B是根据本发明的一些实施例的系统的示意图；
图2A是度量衡目标的图像，图2B是目标的部分的放大图像，且图2C是沿横过图2B的图像的线的强度变异的图，根据本发明的一些实施例；
图3A是对比度图的示意性实例，图3B展示具有新增的对比度反转线的图3A的图，且图3C仅展示对比度反转曲线，根据本发明的一些实施例；
图4A、4B及4C示意性地说明根据本发明一些实施例的对比度反转线的偏移；
图5A是展示随波长而变的对比度变异的示意图，图5B是指示出特定点的类似于图5A的图，且图5C仅展示选定点，根据本发明的一些实施例；
图6是根据本发明的一些实施例的方法的流程图；
图7A到7C是说明根据本发明一些实施例的使用数值孔径作为可变成像参数的可能性的示意图。
具体实施方式
在阐述详细描述之前，阐述将在下文中使用的某些术语的定义可能是有帮助的。
在以下描述中，描述本发明的各个方面。出于解释的目的，阐述特定配置及细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于所属领域的技术人员显而易见的是，可在不具有本文呈现的具体细节的情况下实践本发明。此外，可能已省略或简化众所周知的特征以免使本发明变得混淆不清。具体参考图式，需要强调的是，详情仅通过实例并出于本发明的说明性论述的目的来展示，并且为了提供被认为是最有用及容易理解的本发明的原理及概念方面的描述而呈现。在此方面，未试图比本发明的基本理解所需要的更详细地展示本发明的结构细节，结合图式进行的描述使所属领域的技术人员明白可如何将本发明的若干形式体现在实践中。
在详细解释本发明的至少一个实施例之前，应理解的是，本发明在其应用中不限于下文描述中所阐述或在图式中所说明的组件的构造及布置细节。本发明可应用于可以各种方式实践或实行的其它实施例以及所公开实施例的组合。此外，应理解，本文采用的措辞及术语出于描述的目的，而不应被认为是限制性的。
除非另有说明，否则关于本发明的一或多个实施例所描述的特征可任选地包含在本发明的所有其它实施例中。
除非另有明确说明，否则如从下文论述中显而易见，应了解，贯穿说明书，利用例如“处理”、“计算”、“演算”、“确定”、“增强”等等术语进行的论述是指计算机或计算系统或类似电子计算装置的动作及/或过程，所述计算机或计算系统或类似电子计算装置操纵及/或将表示为计算系统的寄存器及/或存储器内的物理(例如电子)量的数据转换为类似地表示为计算系统的存储器、寄存器或其它此类信息存储、传输或显示装置内的物理量的其它数据。
图1A及1B是根据本发明的一些实施例的用于制造半导体晶片的系统的示意图。如本文描述的系统及方法可用于制造其它产品，例如可经成像以产生如本文进一步描述的对比度签名的任何产品。对比度签名在识别过程变异中的有效性可能取决于产品的类型。图1A及1B的系统可用于使用一或多个成像参数的不同值来获得晶片表面的区域的图像。因此，系统可经配置使得一或多个成像参数是可变的。所述区域可为度量衡目标，例如，用于重叠测量，例如衍射图案或光栅。
图1A展示成像系统100，其经布置以将辐射引导朝向晶片的表面并接收从晶片反射的辐射以产生晶片的图像，并且图1B展示照明系统200，其可用于将辐射供应到图1A的成像单元。
在图1A的成像系统100中，例如可见光的辐射被引导朝向产品的表面，在此说明晶片103中，在支撑件104上。所述辐射可被引导到度量衡目标。反射辐射从晶片103的表面接收并用于产生晶片的图像，例如以相机105。可在分析单元107中分析图像。成像系统的操作可由控制器110控制。
辐射可经由光纤109被供应到成像系统100并且行进通过偏振器120及透镜121到124以到达分束器130。环状孔径127可位于透镜122与123之间，并且场光阑128可位于透镜123与124之间，其功能将由所属领域的技术人员理解。分束器130可使辐射分裂，使得辐射的一个部分经由物镜系统135被引导到晶片103，并且辐射的一个不同部分经由物镜系统136被引导到反射镜137。同一对物镜系统135及136可收集来自晶片103的散射辐射及来自反射镜137的反射辐射，并且同一分束器130可组合来自晶片及反射镜的辐射以形成单个辐射场，其细节对物镜135与晶片103(焦点)之间的距离敏感，以允许推断散焦的方式。
一些组合辐射可被引导到聚焦检测器140，其功能在本文中进一步描述。例如，一些组合辐射可通过分束器141及透镜143被引导到聚焦检测器140。一些反射辐射可被引导到分光计150。例如，一些反射辐射可通过分束器151及透镜153被引导到分光计150。聚焦检测器140可执行聚焦测量并且将指示所述测量的信号输出到分析单元107。类似地，分光计150可执行光谱测量并将指示所述测量的信号输出到分析单元107。
相机105可为电荷耦合装置或“CCD”阵列。如所属领域中已知，相机105可被布置或设定以由“图像”平面处的反射辐射形成图像。例如，晶片103可在其表面上包含衍射图案，在此情况下，反射辐射可为来自晶片103的表面的衍射辐射。
形成图1A的成像系统100的部分的各个组件或晶片支撑件104可例如通过未展示而对于所属领域的技术人员已知的一或多个电动机相对于彼此移动。成像系统100的操作(例如形成成像系统100的部分的电动机的操作)可由控制器110控制。控制器110的操作可部分基于来自分析单元107的信号。分析单元107或控制器110或这两者可包括包含一或多个处理器的计算系统。例如，根据本发明的一些实施例，分析单元中的处理器可产生并比较对比度签名。
根据本发明的一些实施例，晶片的图像可使用一或多个成像参数的不同值来获得。因此，控制器110可控制成像系统100以在连续图像捕获操作之间改变一或多个成像参数，例如以形成待由分析单元107分析的一系列图像。因此，例如控制器110可控制偏振器120以改变一个图像与另一图像之间的辐射偏振。控制器可控制所述透镜中的任何透镜或晶片支撑件104(例如物镜系统135中的透镜相对于彼此或相对于晶片支撑件104)的位置，以改变焦点并借此获得一系列图像，每一图像具有不同聚焦度。控制器可控制环状孔径127的操作以改变一个图像与另一图像之间的数值孔径。环状孔径可实施为双环，参考图7A到7C更详细地描述。根据本发明的一些实施例可改变的其它成像参数包含但不限于用于照明晶片的辐射的中心波长及辐射的带宽。根据本发明的一些实施例，还可改变参数的组合以便产生表示随参数组合而变的对比度变异的对比度签名。
现在参考图1B，根据本发明的一些实施例的照明系统200包括辐射源203。这可为所属领域的技术人员已知的任何适合辐射源。根据本发明的一些实施例，辐射源203可包括具有不同波长及/或带宽的多个辐射源，可从中选择一或多个辐射源，例如以改变用于照明产品或目标的波长及/或带宽。
如图1B中所示，来自源203的辐射行进通过一系列透镜210到214及滤光器220到226到达光纤109。照明系统200可用于改变一或多个成像参数，例如，在变化时导致由图像捕获装置捕获的图像中的变异的参数，例如使用辐射源203作为照明源。可通过控制照明系统而变化的成像参数的实例是辐射的波长。晶片制造控制系统可包含可变波长照明系统，在此情况下，本发明的一些实施例可通过操作现有系统(例如，现有硬件)以新颖方式来实施。根据本发明的一些实施例，可提供新硬件或软件，其包含可用于改变用于照明待成像的晶片的辐射的波长的组件。
在图1B所示的系统中，滤光器222到226可包括现有晶片制造控制系统中的滤光器，例如带通及梯度滤光器，其功能将为所属领域的技术人员所知。根据本发明的一些实施例，滤光器220及221可用于改变传递到成像系统100的辐射的波长，例如在由滤光器222到226无法实现的情况下。
实际上，照明系统可使用以不同方式偏振的辐射，在此情况下，以不同方式偏振的辐射可沿从源203到光纤109的不同通道传导。为简单起见，在图1B中仅说明一个通道，但将了解，在实际系统中，可根据偏振的数目提供数个通道。
根据本发明的一些实施例，用于照明产品(例如，晶片103)的辐射的波长可以任何已知的波长变异方式变化。根据本发明的一些实施例的系统可包含机械设备，以过滤来自更宽带源的窄波段的光。例如，宽带辐射源可通过棱镜机械地分布，例如可使用快门机构从所述棱镜机械地选择特定波段或颜色的光。在图中1B所示的实例中，滤光器211及212可分别是高通滤光器及低通滤光器。另外或替代地，滤光器211及212如所属领域中已知可为可调谐的，以改变辐射的波长。
光学领域的技术人员将了解，图1A及1B中所示的一些组件(例如透镜及分束器)的顺序可改变，同时仍然能够使系统如本文所描述那样操作。特定来说，所说明的成像系统100的一些组件可形成照明系统200的部分，并且照明系统200的一些组件可形成成像系统100的部分。
根据本发明的一些实施例，对于制造过程中的特定点处的特定晶片或晶片区域，可分析随成像参数而变的图像对比度变异以产生对比度签名。对于制造过程中同一点处的另一晶片的对应区域，可以相同方式产生对比度签名。可比较对比度签名以识别制造过程中的变异。
图2A到2C是用于解释根据本发明的一些实施例的对比度的使用的图解说明。
图2A是所属领域中已知的种类的度量衡目标的图像，其可出于重叠测量的目的而设置在晶片上。图2B是图2A中的组件250的放大图，其例如可与特定层相关联。在图2B中可看到，所述组件在大致两个值(“黑色”及“白色”)之间具有视觉振荡。图2C是通过新增图2B的图像的行(或取决于组件的定向或更一般地所关注区域的列)所形成的被称为“内核”的目标组件250的一维表示。例如图2C所示的内核具有对应于最大强度I_max及最小强度I_min的峰值及谷值的结构。
重复图案的对比度是图案的可见性的量度。量化或测量对比度的标准方式是通过“迈克尔逊对比度”定义：
对比度＝(I_max–I_min)/(I_max+I_min) (1)
其中I_max及I_min表示最高及最低的亮度。根据此等式量化对比度提供对比度的绝对量度。
出于本发明的一些实施例的目的，将正或负的符号或方向分配给对比度是有用的。此在本文中被称为“带符号对比度”并且在识别“对比度反转”中是有用的，如本文进一步描述。例如，如果峰值及谷值的布置使得第一个是I_max，那么可将符号+分配给迈克尔逊对比度。如果第一个峰值或谷值是I min，那么可将符号-分配给迈克尔逊对比度。因此，在本文描述的本发明的任何实施例中，对比度签名可任选地指示对比度的符号或方向。换句话说，对比度签名可指示带符号对比度的变异而非对比度的绝对值或模量的变异。
如上文描述的将+或-分配给对比度测量值是用于区分对比度测量值的若干可能性中的一个。可使用任何其它区分方案。带符号对比度指示对比度是正还是负，并且因此可用于识别对比度反转，其中对比度从正改变成负或反之亦然，在本文中进一步论述。
本发明的实施例不限于使用上文等式来量化对比度。存在量化对比度的若干方式，并且可使用其中任一种。
在图2B中，根据正或负对比度的前述定义，看到具有正对比度的所关注区。如果黑色及白色条反转，那么会确定此为负对比度。只要所述反转与任何内核的原始符号相反，正值及负值的分配方式可相反。
图像的对比度取决于参考图1A及1B论述的成像参数，其包含但不限于照明细节，例如数值孔径、偏振、空间内容(例如，条的布置)、颜色(其可松散地定义为光谱分布-可用波长及带宽来表征)。已发现，半导体制造过程中的一些变异导致对比度与成像参数之间的关系的差异。因此，根据本发明的一些实施例，可针对一个晶片确定此关系，并且可针对另一晶片重复所述确定以识别是否已发生过程变异。此关系可通过产生表示图像中的对比度相对于至少一个成像参数的变异的晶片或晶片区域的对比度签名来确定。
对比度签名可表示图像中的对比度相对于至少一个成像参数的变异。所述表示可为图形的，例如图或曲线图，并且可根据本发明的一些实施例向用户显示。另外或替代地，签名可为数学表示，例如向量或等式或其它数学表达式。对比度签名可呈可与另一对比度签名进行比较的任何形式，例如但不限于由用户或由计算系统中的处理器在视觉上进行比较。
对比度签名可为晶片在捕获产生对比度签名的图像的时间点或时间段处的特性。
对比度签名可包括一或多个特征，并且根据本发明的一些实施例，过程变异的识别可包括检测对比度签名中的一或多个特征的差异，例如当比较一个签名与另一签名时可检测偏移。例如，如果对比度签名包括曲线图，那么特征可包括峰或谷或过零点。在成像参数为焦点的特定情况下，签名中的特征可能由对比度反转导致。可用以比较一个与另一个的对比度签名中的其它特征可包含但不限于对比度/带符号对比度的梯度的最大值的位置、最大对比度位置或对比度的某个特定值(即，对比度的等值线)以及由于“模板”特征的对比度图的任何其它表征。
对比度反转是已知效果，其中作为使图像散焦的结果，周期性特征经历反转：例如，在图2B的实例中，黑色条带变成白色，同时白色条带变成黑色。随着散焦进行的对比度改变是连续的，且因此存在黑色及白色两者都变成灰色-并且对比度变为零的点。这是对比度反转点。参考图1A，例如可通过改变物镜系统135与晶片103之间的距离来实现散焦。从适合于产生如图2B中所示的图像的距离开始，距离可连续地增大或减小，并且无论哪种方式在图像中在特定距离下均可发生对比度反转。
图3A到3C说明本发明的实施例，其中可由其中两个成像参数发生变化的图像来产生对比度签名。在图中所示的特定实施例中，两个成像参数是例如依据变化的光学组件之间的距离所测量的焦点，及波长。使用多于一个成像参数的不同值获得(例如，捕获)图像可以各种方式实现。例如，可设定组件距离，可获得各种波长下的图像，所述组件距离可递增并且可重复获得在各种波长下的图像。参考图1，成像参数的此变异可由控制器110控制照明系统200及成像系统100的操作来控制。在整个过程中，晶片可在横向方向上是静止的，例如，不会横向移动，以确保每一图像都是晶片相同部分的图像。在过程中的相同阶段，在稍后时间，例如在已将若干晶片制造到相同过程之后，可在经历相同过程的类似晶片上重复此过程，以确定是否发生过程变异。
在以两个成像参数的各种值获得图像之后，可以三维图的形式产生对比度签名，其中成像参数及对比度是三维的，例如图的x及y轴可为成像参数，且对比度可以另一维度表示，例如z轴或通过颜色表示或以任何其它方式表示。图3A展示此图的示意性实例，其中成像参数是例如通过距离确定的照明波长及焦点，并且在第三轴上以所说明的实例灰度表示对比度。结果是等值线图。在本发明的其它实施例中，可改变不同的成像参数，且因此可在轴上指示这些不同成像参数。
应了解，根据本发明的一些实施例，可将图3A中所示种类的等值线图或任何其它三维表示与在同一制造阶段处的另一晶片的对应区域的图像所产生的另一等值线图进行比较，以便识别两个晶片的制造之间的过程变异。换句话说，图3A中所示种类的图或三维表示可用作对比度签名。可使用用于图像比较的任何已知技术以便识别过程变异，其包含相关技术。
根据本发明的一些实施例，出于比较的目的，可简化对比度签名。在图3B的图中，已新增对比度反转曲线。这些曲线对应于对比度已如本文其它地方描述那样反转的点。在图3B的示意性实例中，对比度反转曲线是直线。图3C是仅展示对比度反转线的曲线图，其它对比度数据已被去除。
图4A到4C示意性地说明可如何根据对比度签名识别过程变异。例如在半导体晶片制造过程中可能发生的微小过程变异可能导致晶片表面或晶片表面的部分的对比度签名的变更。在其它制造过程中可能发生相同情况。签名改变的性质可能与变异的类型有关。例如，如果对比度签名是图3C中所示种类的曲线图，那么一些过程变异可能导致对比度签名的特征相对于一或多个成像参数的偏移。
图4A是对应于图3C的曲线图的曲线图。特定类型的过程变异可能导致对比度反转曲线相对于成像参数(例如，波长)到图4B中所示的新位置的偏移。如图4C中所示，可出现由经历变异的过程产生的晶片所产生的带符号对比度签名。图4A及4C的对比度签名可易于比较，例如在计算系统中自动地进行比较以识别过程变异，随后可需要进行补救行动。
应注意，本发明的实施例不限于识别可能随时间发生，例如归因于机器部件的磨损的过程变异。本发明的实施例可用于识别同时进行的过程(例如并行操作的过程)中的变异或所述过程之间的差异。
可基于仅随一个成像参数而变的对比度变异来产生对比度签名。图5A到5C中展示实例。图5A是展示可形成对比度签名的随照明波长而变的对比度变异的曲线图。在此实例中，带符号对比度以指示对比度相对于预定灰度是正还是负的方式来确定。图5A接近可从图4A的图导出的曲线图。从图4A与5A的比较将明白，图5A的过零点对应于图4A的对比度反转线。
如同图4A到4C的图那样，如图5A中所示的对比度签名可被减少为一或多个特征。图5B展示图5A的曲线图上的过零点，且图5C仅展示可能足以形成对比度签名的过零点。过零点可以与对比度反转曲线相同的方式在一个晶片与另一晶片之间偏移，且因此用以识别过程变异。
从图5B可看到，发生对比度反转的确切位置对成像参数的改变特别敏感。波长的小改变将导致对比度的大改变。这同样适用于对比度变化率相对较大的曲线图或图上的任何区域。因此，选择具有高变化率的点或区域(例如用于将一个签名与另一签名进行比较的对比度反转点)提供对比度签名中的差异的高度敏感测量，其可用于识别过程中的微小变异。
与重叠测量技术相反，关注对改变最敏感的照明参数，其中期望高对比度图像并且可选择成像参数以对对比度具有最小影响。例如，再次参考图5B，用于捕获用于重叠测量的图像的波长的选择有可能在曲线图中的峰值中的任何峰值处，在所述峰值处随波长而变的对比度变化率最低。
根据本发明的一些实施例，通过使用对比度签名识别过程变异可用于识别无法从重叠测量检测的过程变异，例如但不限于层厚度变异及材料的光学性质(例如折射率)变异。
图6是根据本发明一些实施例的方法的流程图。图6的方法开始于操作600，在制造第一产品的预定阶段处，使用一或多个成像参数(例如焦点或波长或这两者)的不同值来获得产品的区域的图像。此处使用术语“第一”、“第二”等来简单地将一个产品与另一产品区分开来，而并不一定意味着任何时间或其它顺序。可在操作605处分析图像以产生用于第一产品的第一对比度签名，其表示随一或多个成像参数而变的对比度变异。
在第二产品的制造中的相同预定阶段，其可更晚或更早或与第一产品的制造并行地进行，在操作610处使用相同的一或多个成像参数的不同值来执行获得图像的另一操作。在操作615处分析在操作610处获得的图像，以产生用于第二产品的第二对比度签名，其指示随一或多个成像参数而变的对比度变异。
根据本发明的一些实施例，产品分批制造，且第一及第二产品来自不同批次。
在操作620处比较对比度签名以识别在第一及第二产品的制造之间是否发生过程变异。根据本发明的一些实施例，如果识别到多于预定量值的过程变异，那么可产生警报。例如，可将对比度签名中的差异(例如对比度签名中的一或多个特征的位置差异)与预定阈值进行比较，并且如果差异超过阈值，那么可产生警报。
本发明的实施例还可用于监测过程变异的进展并且例如标绘其随时间的进展。此接着可与过程控制参数相关，例如但不限于蚀刻期间晶片的温度，例如通过曲线图。此可用以分析变异的根本原因。
可在控制器110的操作下执行由相机105获得图像，并且分析可在分析单元107中执行，有可能由控制器107控制。可修改现有系统以实施根据本发明的一些实施例的方法。因此，本发明的一些实施例可包括暂时性或非暂时性的计算机可读媒体，其包括在产品制造系统中的控制器中实施时使系统根据本文所描述的方法操作的指令。
可在制造不同的第一及第二晶片对期间执行操作600到620以定期监测可能的制造过程变异。
图7A到7C是说明根据本发明一些实施例的使用数值孔径作为可变成像参数的示意图。例如，结合图6提及的成像参数可为数值孔径。图7A展示由透镜710聚焦到晶片(例如晶片103)的层714的表面712上的准直辐射束700。从此图清楚可见，通过层714的辐射路径的长度取决于入射角度。进入垂直于表面的层的辐射具有通过层的最短路径，并且路径长度从束700的中心向外增大。
光学系统中的数值孔径可界定行进通过系统的任何部分的辐射束的比例。因此，可改变数值孔径以排除辐射束的部分。改变数值孔径可具有改变产品表面上的辐射的入射角范围的效果。根据本发明的一些实施例，在操作605中发生变化的成像参数可包括产品表面上的辐射的入射角或入射角范围，例如通过改变数值孔径来改变以限制入射角的范围。此变异可用于以与本文所描述的波长变异类似的方式产生不同对比度签名。
对于除正常角度范围之外的角度范围，入射角范围的限制可导致入射辐射形成环形束。图7B及7C说明与图7A相同的布置，除了束700被减小为分别具有不同半径R1及R2且分别具有可相等的宽度A1及A2的环形束720及730。通过层714的束720的最大路径长度P1比通过层714的束730的最大路径长度P2更长。所属领域的技术人员将了解，改变通过例如在半导体制造中的非常薄的目标的路径长度可具有与改变入射辐射的波长类似的效果。因此，改变入射角可用以产生与图3A到3C中所示类似的对比度签名。
如本文别处指出，根据本发明的实施例，可改变除波长及孔径或入射角以外的其它成像参数以便产生对比度签名。
根据本发明的一些实施例的系统及方法可用于识别随后可被研究并且(如果必要)被纠正的过程变异。例如，可量化变异，例如相对于成像参数的对比度反转的偏移量，并且可确定具有大于阈值的量的变异需要进行研究。变异的性质可能不会立即从对比度签名的差异显而易见，并且可能有必要对从其获得对比度签名的产品中的一个或两个执行额外测量，以便确定变异是什么样的。
然而，一旦变异(例如，层厚度的增大或减小)的性质已被确定，此可用于建立将对比度签名中的差异类型与过程变异的类型相关联的知识库，并且还可能将对比度签名中的差异量与过程中的某一量(例如层厚度)的变异相关联。可识别的其它过程变异包含但不限于层的组成及层的光学参数。根据本发明的一些实施例，可例如根据大于预定阈值的量的对比度签名的改变来识别过程变异。任选地，可响应于识别过程变异而产生警报，例如以提示操作者(例如，人类)开始采取补救行动。
过程变异的识别可在对产品执行一或多个测量之前进行以确定变异的性质。此确定可用于自动识别在未来过程中识别的变异的性质。因此，根据本发明的一些实施例，过程变异的性质可根据对比度签名中的差异自动确定。另外或替代地，可根据对比度签名的差异量来确定变异量。本文论述的一个差异是对比度反转的偏移。本发明的实施例不限于此差异，并且对比度签名中的其它差异可被识别并归因于制造过程中的其它变异。来自先前方法的历史数据可用于将各种对比度签名中的差异以及任选地差异量归因于不同种类的过程变异以及任选地变异量。根据本发明的一些实施例，可使用机器学习来改进差异归因于变异的可靠性。
上文参考根据本发明的实施例的方法、设备(系统)及计算机程序产品的流程图及/或部分图描述本发明的各方面。将理解，流程图及/或部分图的每一部分以及流程图及/或部分图中的各部分的组合可通过计算机程序指令来实施。此类计算机程序指令可被提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器以产生机器，使得经由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实施在流程图及/或部分图或其部分中指定的功能/动作的手段。
此类计算机程序指令还可存储于计算机可读媒体中，所述计算机可读媒体可指导计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置以特定方式运行，使得存储于计算机可读媒体中的指令产生包含实施在流程图及/或部分图或其部分中指定的功能/动作的指令的制品。
计算机程序指令还可被加载到计算机、其它可编程数据处理设备或其它装置上以致使在计算机、其它可编程设备或其它装置上执行一系列操作步骤以产生计算机实施过程，使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实施流程图及/或部分图或其部分中指定的功能/动作的过程。
前述流程图及图说明根据本发明的各种实施例的系统、方法及计算机程序产品的可能实现方案的架构、功能性及操作。在此方面，流程图或部分图中的每一部分可表示包括用于实施指定逻辑功能的一或多个可执行指令的代码的模块、区段或部分。还应注意，在一些替代实施方案中，所述部分中提到的功能可不按照图式中指出的顺序发生。例如，连续展示的两个部分实际上可大体上同时执行，或所述部分有时可以相反顺序执行，此取决于所涉及的功能性。还将注意，部分图及/或流程图的每一部分以及部分图及/或流程图中的各部分的组合可由执行指定功能或动作的专用的基于硬件的系统或专用硬件与计算机指令的组合来实施。
在上文描述中，实施例是本发明的实例或实施方案。“一个实施例”、“实施例”、“某些实施例”或“一些实施例”的各种出现不一定都指代相同实施例。尽管可在单个实施例的背景内容中描述本发明的各种特征，但还可单独或以任何适合组合形式来提供所述特征。相反，尽管为清楚起见，本文可在单独实施例的背景内容中描述本发明，但本发明还可在单个实施例中实施。本发明的某些实施例可包含来自上文公开的不同实施例的特征，且某些实施例可并有来自上文公开的其它实施例的要素。在特定实施例的背景内容中的本发明的要素的公开内容不应被视为仅限于在具体实施例中的使用。而且，应理解，本发明可以各种方式实行或实践，且本发明可在除上文描述中概述的实施例之外的某些实施例中实施。
本发明不限于所述图或对应描述。例如，流程无需移动通过每一说明框或状态，或以与说明及描述的顺序完全相同的顺序移动。除非另外定义，否则本文使用的技术及科学术语的含义通常由本发明所归属领域的一般技术人员理解。尽管已关于有限数目的实施例描述本发明，但这些不应被解释为对本发明的范围的限制，而是作为一些优选实施例的范例。其它可能变异、修改及应用也在本发明的范围内。据此，本发明的范围不应受到迄今为止所描述的内容的限制，而是由所附权利要求书及其法定等效物来限制。

Claims (15)

1.一种在产品制造过程期间识别过程变异的方法，其包括：
在制造第一产品期间的预定阶段处：
使用至少一个成像参数的不同值来获得所述第一产品的区域的图像；
分析所述图像以产生表示随所述至少一个成像参数而变的对比度变异的所述第一产品的第一对比度签名；
在制造第二产品期间的相同预定阶段处：
使用所述至少一个成像参数的不同值来获得对应于所述第一产品的所述区域的所述第二产品的区域的图像；
分析所述图像以产生表示随所述至少一个成像参数而变的对比度变异的所述第二产品的第二对比度签名；以及
比较所述第一对比度签名与所述第二对比度签名以识别在所述第一产品及所述第二产品的制造之间是否发生过程变异。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个成像参数包括以下中的任何一或多个：
数值孔径；
波长；
焦点；
偏振。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个成像参数包括两个成像参数。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述两个成像参数包括焦点及波长。
5.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中所述识别包括检测所述第一及第二对比度签名中的一或多个特征相对于所述一或多个成像参数的偏移。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一及第二签名各自包括对比度图。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一及第二对比度签名包括一或多个特征，所述一或多个特征包含所述至少一个成像参数的所述值，在所述至少一个成像参数的所述值处的对比度变化率最高。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述分析包括将符号分配给对比度的测量值，借此所述第一及第二对比度签名识别对比度反转。
9.根据权利要求1所述的方法，其中第一及第二对比度签名包括一或多个特征，所述一或多个特征包含所述至少一个成像参数的所述值，在所述至少一个成像参数的所述值处所述对比度从正改变成负或反之亦然。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述区域包括用于重叠测量的目标。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述目标包括衍射光栅。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述产品分批制造，且所述第一及第二产品来自不同批次。
13.根据权利要求1所述的方法，其包括在制造不同的第一及第二晶片期间重复所述获得、分析及比较，以定期监测可能的制造过程变异。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述产品是半导体晶片。
15.一种用于识别在产品制造过程期间的过程变异的系统，所述系统包括：
照明系统及成像系统，所述照明系统包含辐射源，并且所述成像系统经布置以将来自所述照明系统的辐射引导朝向产品的表面并接收从所述产品反射的来自所述照明源的辐射，以产生所述产品的图像；
控制单元，其经布置以控制所述成像系统或所述照明系统或这两者以使用至少一个成像参数的不同值来在制造的预定阶段处获得第一及第二产品的图像；
图像分析单元，其经配置以分析所述图像以产生表示随所述至少一个成像参数而变的对比度变异的所述第一及第二产品的相应对比度签名，并且比较所述第一对比度签名与所述第二对比度签名以识别在所述第一及第二产品的制造之间是否发生过程变异。
CN201880011008.4A 2017-02-10 2018-02-07 在产品制造期间识别过程变异 Active CN110301032B (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762457781P 2017-02-10 2017-02-10
US62/457,781 2017-02-10
US201762591088P 2017-11-27 2017-11-27
US62/591,088 2017-11-27
PCT/US2018/017273 WO2018148318A1 (en) 2017-02-10 2018-02-07 Identifying process variations during product manufacture

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110301032A true CN110301032A (zh) 2019-10-01
CN110301032B CN110301032B (zh) 2021-02-05

Family

ID=63107157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880011008.4A Active CN110301032B (zh) 2017-02-10 2018-02-07 在产品制造期间识别过程变异

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10379449B2 (zh)
JP (1) JP6941176B2 (zh)
KR (1) KR102267996B1 (zh)
CN (1) CN110301032B (zh)
DE (1) DE112018000764T5 (zh)
SG (1) SG11201906423YA (zh)
TW (1) TWI738968B (zh)
WO (1) WO2018148318A1 (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1591198A (zh) * 2003-08-29 2005-03-09 Asml荷兰有限公司 光刻装置，器件制造方法以及由此制造的器件
CN1815204A (zh) * 2005-01-31 2006-08-09 应用材料股份有限公司 利用多物镜的自动光学检测
US20070222464A1 (en) * 2006-03-24 2007-09-27 Toshifumi Honda Method and apparatus for reviewing defects by detecting images having voltage contrast
US20080062385A1 (en) * 2006-04-07 2008-03-13 Asml Netherlands B.V. Method of monitoring polarization performance, polarization measurement assembly, lithographic apparatus and computer program product using the same
CN106164733A (zh) * 2014-03-31 2016-11-23 科磊股份有限公司 使用散射术计量的焦点测量

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6140140A (en) * 1998-09-16 2000-10-31 Advanced Micro Devices, Inc. Method for detecting process sensitivity to integrated circuit layout by compound processing
WO2000022655A1 (en) * 1998-10-15 2000-04-20 Applied Materials, Inc. Detection of wafer fragments in a wafer processing apparatus
JP2003332396A (ja) * 2002-05-13 2003-11-21 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置の検査方法
NO20040756L (no) * 2004-02-20 2005-08-22 Renewable Energy Corp Fremgangsmate og system for a etablere samsvar og sporbarhet mellom vaffere og solceller
JP4320308B2 (ja) * 2005-03-15 2009-08-26 株式会社ルネサステクノロジ 欠陥検査方法
US7673278B2 (en) * 2007-11-29 2010-03-02 Tokyo Electron Limited Enhanced process yield using a hot-spot library
WO2015080858A1 (en) * 2013-12-01 2015-06-04 Kla-Tencor Corporation Target element types for process parameter metrology

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1591198A (zh) * 2003-08-29 2005-03-09 Asml荷兰有限公司 光刻装置，器件制造方法以及由此制造的器件
CN1815204A (zh) * 2005-01-31 2006-08-09 应用材料股份有限公司 利用多物镜的自动光学检测
US20070222464A1 (en) * 2006-03-24 2007-09-27 Toshifumi Honda Method and apparatus for reviewing defects by detecting images having voltage contrast
US20080062385A1 (en) * 2006-04-07 2008-03-13 Asml Netherlands B.V. Method of monitoring polarization performance, polarization measurement assembly, lithographic apparatus and computer program product using the same
CN106164733A (zh) * 2014-03-31 2016-11-23 科磊股份有限公司 使用散射术计量的焦点测量

Also Published As

Publication number Publication date
US10379449B2 (en) 2019-08-13
TWI738968B (zh) 2021-09-11
DE112018000764T5 (de) 2019-12-19
CN110301032B (zh) 2021-02-05
SG11201906423YA (en) 2019-08-27
JP6941176B2 (ja) 2021-09-29
KR102267996B1 (ko) 2021-06-22
WO2018148318A1 (en) 2018-08-16
JP2020507928A (ja) 2020-03-12
TW201841280A (zh) 2018-11-16
KR20190108184A (ko) 2019-09-23
US20190033730A1 (en) 2019-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2827097B1 (en) Phase distribution analysis method and device for fringe image using high-dimensional brightness information, and program therefor
TWI486550B (zh) 厚度線上即時檢測之光學干涉裝置及其方法
US9933609B2 (en) Optical device for measuring the position of an object
KR102592917B1 (ko) 표면 검사 방법 및 반도체 소자의 제조 방법
EP3428572A1 (en) Film thickness measuring method and film thickness measuring device
US11226233B2 (en) Confocal measuring apparatus
JP2007155379A (ja) 三次元形状計測装置および三次元形状計測方法
CN109341554A (zh) 一种测量膜厚的装置及方法
US10504802B2 (en) Target location in semiconductor manufacturing
CN110301032A (zh) 在产品制造期间识别过程变异
US20140067319A1 (en) Measuring method, non-transitory computer readable recording medium and measuring apparatus
TW201945869A (zh) 使用多個波長之疊對量測
KR102015811B1 (ko) 분광 타원계를 이용한 표면 검사장치
JP2018525635A (ja) 被検面のトポグラフィを導出するための方法および装置
US9581434B2 (en) Apparatus and method for measuring pattern of a grating device
Buat et al. Active chromatic depth from defocus for industrial inspection
CN113624461B (zh) 基于线结构光的薄膜均匀性检测系统
TWI839979B (zh) 用以量測晶粒級偏光片的量測系統及量測方法
Angot-Petit Small scale surface profile recovery using a tunable lens based system
Shlyakhtenko et al. Method of determining the skewness of the weft thread in fabric
Malenko et al. Classic test Ronchi and its variants for quality control of various optical surfaces
Jacobs et al. In-process monitoring of laser ablation on thin steel membranes by multispectral shape-from-shading
KR20200109766A (ko) 표시장치에 포함된 광학요소에 의한 노이즈를 보정하기 위한 보정패턴 획득장치와 이를 이용한 노이즈 보정패턴 획득방법
Liu et al. Encircled energy measurement for focusing lens based on scanning Hartmann test
Avdeionok et al. MTF Measurements

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