TW201921174A - 用於監測製程之方法及裝置、檢測裝置、微影系統及器件製造方法 - Google Patents

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Abstract

多層產品結構藉由圖案化步驟、物理處理步驟與化學處理步驟之一組合形成於基板上。一檢測裝置照明複數個目標結構且捕獲表示由各目標結構散射之輻射之角分佈的光瞳影像(802)。該等目標結構具有相同設計但形成於一基板上及/或不同基板上之不同位置處。基於該等影像之一比較(810)，該檢測裝置推斷在該等不同位置之間存在程序引發之堆疊變化。在一個應用中，該檢測裝置單獨地基於暗場影像(840)以及先前經判定之校準資訊(842a、842b)而量測製程之疊對效能(OV)。針對各目標調整校準，此取決於自該等光瞳影像推斷之該等堆疊變化。

Description

用於監測製程之方法及裝置、檢測裝置、微影系統及器件製造方法
本發明係關於用於例如在使用微影裝置之半導體製造中監測製程之方法及裝置。本發明進一步係關於檢測裝置、微影系統及器件製造方法。
微影裝置為將所要圖案塗覆至基板上(通常塗覆至基板之目標部分上)之機器。微影裝置可用於例如積體電路(IC)製造中。在彼個例中，圖案化器件(其替代地被稱作光罩或倍縮光罩)可用以產生待形成於IC之個別層上之電路圖案。此圖案可轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，包括一個或若干晶粒之部分)上。通常經由成像至提供於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上來進行圖案之轉印。一般而言，單一基板將含有經順次地圖案化之鄰近目標部分的網路。此等目標部分通常被稱作「場」。
在微影程序中，需要頻繁地進行所產生結構之量測例如以用於程序控制及驗證。用於進行此等量測之各種工具為吾人所知，包括常常用以量測臨界尺寸(critical dimension，CD)之掃描電子顯微鏡，及用以量測疊對--器件中兩個層之對準準確度--之專門工具。最近，已開發用於微影領域中的各種形式之散射計。此等器件將輻射光束導引至目標上且量測散射輻射之一或多個特性--例如依據波長之單個反射角處的強度；依據反射角之一或多個波長處的強度；或依據反射角之偏光--以獲得可自其判定目標之所關注屬性的繞射“光譜”。
已知散射計之實例包括US2006033921A1及US2010201963A1中所描述的類型之角解析散射計。由此等散射計使用之目標為相對大光柵的，例如40微米乘40微米，且量測光束產生小於光柵之光點(亦即，光柵未充滿)。除了藉由重新建構進行特徵形狀之量測以外，亦可使用此裝置來量測以繞射為基礎之疊對，如公開專利申請案US2006066855A1及US20080043239A1中所描述。使用繞射階之暗場成像的以繞射為基礎之疊對度量衡實現對較小目標之疊對量測。可在國際專利申請案US2014192338及US2011069292A1中找到暗場成像度量衡之實例，該等國際專利申請案之文件的全文係特此以引用方式併入。已發佈專利公開案US20110027704A、US20110043791A、US2011102753A1、US20120044470A、US20120123581A、US2012242970A1、US20130258310A、US20130271740A、US2015138523A1及US2016180517A1中已描述該技術之進一步發展。此等目標可小於照明光點且可由晶圓上之產品結構圍繞。可使用一複合光柵目標來在一個影像中量測多個光柵。所有此等申請案之內容亦以引用之方式併入本文中。
將以上度量衡技術用作實例，其目的大體上係量測在基板上形成於一層抗蝕劑或其他材料中之結構的尺寸且在層之間疊對。然而，在微影製程中存在會影響由散射計接收到之輻射的許多其他變數。此類變數之實例係材料本身之屬性(例如折射率)及形成「堆疊」之任何或所有層當中的層高度(厚度)。可需要謹慎地調整檢測裝置之設定，且需要謹慎地設置信號分析，以便在給定程序條件集合下獲得準確結果。
因為所要量測準確性增大且特徵變得更小且有時更高，所以程序變化使得極難以針對整個晶圓或針對不同批次之晶圓具有一個設定。因此，在大量製造期間進行量測時具有關於程序變化之更多資訊將係有用的。此類資訊可在其自身的權利中有用，且亦可用以改進可使用散射計或其他檢測裝置來獲得之量測結果。
尤其在暗場成像之狀況下，當在無費力重建構或其他分析技術之情況下導出諸如目標不對稱性之簡單度量時，若可獲得額外資訊而無顯著的量測額外負擔或計算額外負擔，則額外資訊可係最有用的。在上文所引用之參考當中，US20080043239A1、US2012242970A1及US2016180517A1說明可在自在散射計中獲得之繞射信號導出結構屬性之量測結果的過程中應用之校正的實例，而不論在光瞳影像抑或暗場影像中。此等校正中的一些可例如用以校正檢測裝置自身之非理想效能，而不需要量測各目標上之此類非理想效能。若僅適合之資訊可用，則最優校正係應理想上根據程序變化而調整之設定的另一實例。
本發明在一第一態樣中提供一種監測一製程之方法，其中多層產品結構藉由圖案化步驟、物理處理步驟與化學處理步驟之一組合形成於基板上，該方法包含： (a) 運用檢測輻射來照明一目標結構； (b) 在該檢測輻射已由該目標結構散射之後捕獲表示該檢測輻射之一角分佈的至少一個影像； (c) 重複步驟(a)及(b)以捕獲一基板上及/或不同基板上之不同位置處藉由該製程形成之複數個標稱相同之目標結構的影像；及 (d) 基於具有相同設計但形成於一基板上及/或不同基板上之不同位置處之目標結構之該等影像的一比較，推斷在該等不同位置之間存在一結構差異。
本發明人已認識到，藉由比較光瞳影像等等，可推斷一結構差異之存在以獲得有用的監測資訊，而不推斷一特定結構差異。因此，可藉由影像處理獲得該監測資訊，同時具有最小額外量測且不具有重建構或類似技術之計算額外負擔。
在一些實施例中，應用該方法以改良諸如疊對及CD之效能參數的量測。在一個此實施例中，該方法進一步包含以下一步驟： (e) 藉由量測已與在步驟(b)中使用之該等目標結構經受相同程序步驟之複數個目標結構來判定該製程之一效能參數， 其中在步驟(e)中，在一對應位置及/或基板處針對在步驟(b)中量測之一目標結構而部分地基於在步驟(d)中推斷之該等結構差異而判定各目標結構之該量測。
在一些實施例中，在步驟(e)中進行之該等量測使用經先前判定之校準資訊以基於自該等目標結構獲得之量測信號而判定該效能參數，且其中取決於該所推斷差異而針對各目標調整該校準資訊。
本發明進一步提供一種監測一製程之裝置，其中多層產品結構藉由圖案化步驟、物理處理步驟與化學處理步驟之一組合形成於基板上，該裝置包含： 一處理器，其經配置以接收複數個影像，各影像表示在檢測輻射已由一對應目標結構散射之後的檢測輻射之一角分佈， 其中該處理器經進一步配置以進行基於具有相同設計但形成於一基板上及/或不同基板上之不同位置處之目標結構之該複數個影像的一比較，且基於該比較而推斷在該等不同位置之間存在一結構差異。
該裝置可實施於諸如一散射計之一檢測裝置內。在一個實施例中，該處理器經配置以基於暗場成像而計算程序效能之量測，同時基於由相同光學系統捕獲之光瞳影像的比較而調整彼等量測之校準。
本發明在以上態樣中之每一者中進一步提供一種微影系統，其包含： 一微影裝置，其包含經配置以照明一圖案之一照明光學系統，及經配置以將該圖案之一影像投影至一基板上的一投影光學系統；及 根據如上文所闡述的本發明之任何態樣之一裝置， 其中至少部分地回應於由該處理器推斷之一差異的存在而控制該微影裝置。
本發明在以上態樣中之每一者中進一步提供包含處理器可讀指令之電腦程式，該等指令在執行於適合之處理器控制之裝置上時使得該處理器控制之裝置執行如上文所闡述的本發明之彼態樣的方法。該等指令可以非瞬態形式儲存於一載體中。
本發明在以上態樣中之每一者中進一步提供製造器件之方法，其中使用一微影程序來將一器件圖案施加至一系列基板，該方法包括使用本發明之彼態樣以監測該微影裝置之聚焦效能及/或像差效能。
下文參考隨附圖式來詳細地描述本發明之其他態樣、特徵及優點，以及本發明之各種實施例之結構及操作。應注意，本發明不限於本文中所描述之特定實施例。本文中僅出於說明性目的而呈現此類實施例。基於本文中所含之教示，額外實施例對於熟習相關技術者將顯而易見。
在詳細地描述本發明之實施例之前，呈現可供實施本發明之實施例的實例環境係具指導性的。
圖1在100處將微影裝置LA展示為實施大容量微影製程之工業設施之部分。在本實例中，製程經調適用於在基板上之半導體產品(積體電路)之製造，諸如半導體晶圓。技術人員將瞭解，可藉由以此程序之變化形式處理不同類型之基板來製造各種產品。半導體產品之生產純粹用作現今具有大商業意義之實例。
在微影裝置(或簡稱為「微影工具」100)內，在102處展示量測站MEA且在104處展示曝光站EXP。在106處展示控制單元LACU。在此實例中，各基板訪問已施加圖案之量測站及曝光站。舉例而言，在光學微影裝置中，投影系統係用以使用經調節輻射及投影系統將產品圖案自圖案化器件MA轉印至基板上。此轉印係藉由在輻射敏感抗蝕劑材料層中形成圖案之影像來完成。
本文中所使用之術語「投影系統」應被廣泛地解譯為涵蓋適於所使用之曝光輻射或適於諸如浸潤液體之使用或真空之使用之其他因素的任何類型之投影系統，包括折射、反射、反射折射、磁性、電磁及靜電光學系統或其任何組合。圖案化MA器件可為將圖案賦予至由圖案化器件透射或反射之輻射光束的光罩或倍縮光罩。熟知操作模式包括步進模式及掃描模式。眾所周知，投影系統可以多種方式與用於基板及圖案化器件之支撐件及定位系統合作，以將所要圖案施加至橫越基板之許多目標部分。可使用可程式化圖案化器件來代替具有固定圖案之倍縮光罩。輻射例如可包括深紫外線(deep ultraviolet，DUV)或極紫外線(extreme ultraviolet，EUV)波帶中之電磁輻射。本發明亦適用於其他類型之微影程序，例如藉由電子束之壓印微影及直寫微影。
微影裝置控制單元LACU控制各種致動器及感測器之所有移動及量測，從而致使裝置收納基板W及倍縮光罩MA且實施圖案化操作。LACU亦包括用以實施與裝置之操作相關之所要計算的信號處理及資料處理能力。實務上，控制單元LACU將被實現為許多子單元之系統，每一子單元處置裝置內之一子系統或組件之即時資料獲取、處理及控制。
在曝光站EXP處將圖案施加至基板之前，在量測站MEA處處理基板，以使得可進行各種預備步驟。該等預備步驟可包括使用位階感測器來映射基板之表面高度，及使用對準感測器來量測基板上之對準標記的位置。對準標記係以規則柵格圖案標稱地配置。然而，歸因於產生標記之不準確度且亦歸因於基板之貫穿其處理而發生的變形，標記偏離理想柵格。因此，除了量測基板之位置及定向以外，對準感測器實務上亦必須詳細地量測橫越基板區域之許多標記之位置(在裝置將以極高準確度印刷正確部位處之產品特徵的情況下)。
微影裝置LA可屬於具有兩個基板台之所謂的雙載物台類型，每一基板台具有藉由控制單元LACU控制之定位系統。在曝光站EXP處曝光一個基板台上之一個基板的同時，可在量測站MEA處將另一基板裝載至另一基板台上，以使得可進行各種預備步驟。因此，對準標記之量測極耗時，且提供兩個基板台會實現裝置之產出率的相當大的增加。若在基板台處於量測站處以及處於曝光站處時位置感測器IF不能夠量測基板台之位置，則可提供第二位置感測器以使得能夠在兩個站處追蹤基板台之位置。當微影裝置LA屬於具有兩個基板台之所謂的雙載物台類型時，曝光站及量測站可為相異部位，在其之間可交換基板台。然而，此僅為一個可能的配置，且量測站及曝光站無需相異的。舉例而言，已知具有單一基板台，在曝光前量測階段期間量測載物台暫時耦接至該單一基板台。本發明不限於任一類型之系統。
在生產設施內，裝置100形成亦含有用於將感光抗蝕劑及其他塗層施加至基板W以由裝置100圖案化之塗佈裝置108之「微影製造單元」或「微影叢集」LC的部分。在裝置100之輸出側處，提供烘烤裝置110及顯影裝置112以用於將經曝光圖案顯影成實體抗蝕劑圖案。在所有此等裝置之間，基板處置系統負責支撐基板且將基板自一台裝置轉移至下一台裝置。常常被集體地稱作「塗佈顯影系統(track)」之此等裝置係在塗佈顯影系統控制單元之控制下，塗佈顯影系統控制單元自身受到監督控制系統SCS控制，監督控制系統SCS亦經由微影裝置控制單元LACU而控制微影裝置。因此，不同裝置可經操作以最大化產出率及處理效率。監督控制系統SCS接收配方資訊R，配方資訊R極詳細地提供待執行以產生每一經圖案化基板之步驟的定義。
一旦已在微影製造單元中施加及顯影圖案，則將經圖案化基板120轉移至諸如在122、124、126處所說明之其他處理裝置。廣泛範圍之處理步驟係由典型製造設施中之各種裝置實施。出於實例起見，此實施例中之裝置122為蝕刻站，且裝置124執行蝕刻後退火步驟。在其他裝置126等等中應用另外物理及/或化學處理步驟。可需要眾多類型之操作以製作實際器件，諸如材料之沈積、表面材料特性之改質(氧化、摻雜、離子植入等等)、化學機械拋光(chemical-mechanical polishing，CMP)等等。實務上，裝置126可表示在一或多個裝置中執行之一系列不同處理步驟。
眾所周知，半導體器件之製造涉及此處理之許多重複，以在基板上逐層地建置具有適當材料及圖案之器件結構。因此，到達微影叢集之基板130可為新近製備之基板，或其可為先前已在此叢集中或完全在另一裝置中被處理之基板。類似地，取決於所需處理，離開裝置126上之基板132可經傳回以用於同一微影叢集中之後續圖案化操作，其可經指定以用於不同叢集中之圖案化操作，或其可為待發送以用於切割及封裝之成品。
產品結構之每一層需要一組不同程序步驟，且用於每一層處之裝置126可在類型方面完全不同。另外，即使在待由裝置126應用之處理步驟在大型設施中標稱地相同的情況下，亦可存在並行地工作以對不同基板執行步驟126之若干假設相同的機器。此等機器之間的小設置差異或疵點可意謂其以不同方式影響不同基板。即使對於每一層而言為相對共同的步驟，諸如蝕刻(裝置122)亦可由標稱地相同但並行地工作以最大化產出率之若干蝕刻裝置來實施。此外，實務上，不同層根據待蝕刻之材料的細節需要不同蝕刻程序，例如化學蝕刻、電漿蝕刻，且需要特定要求，諸如各向異性蝕刻。
可在如剛才所提及之其他微影裝置中執行先前及/或後續程序，且可甚至在不同類型之微影裝置中執行先前及/或後續程序。舉例而言，器件製程中之在諸如解析度及疊對之參數方面要求極高之一些層相比於要求較不高之其他層可在更進階的微影工具中予以執行。因此，一些層可曝光於浸潤型微影工具中，而其他層曝光於「乾式」工具中。一些層可曝光於在DUV波長下工作之工具中，而其他層係使用EUV波長輻射來曝光。
為了正確且一致地曝光由微影裝置曝光之基板，可需要檢測經曝光基板以量測諸如後續層之間的疊對誤差、線厚度、臨界尺寸(CD)等等之屬性。因此，經定位有微影製造單元LC之製造設施亦包括度量衡系統MET，度量衡系統MET收納已在微影製造單元中處理之基板W中的一些或全部。將度量衡結果直接或間接提供至監督控制系統(supervisory control system，SCS) 138。若偵測到誤差，則可對後續基板之曝光進行調整，尤其是在可足夠迅速地且快速地完成度量衡以使得同一批次之其他基板仍待曝光的情況下。又，已經曝光之基板可被剝離及重工以改良良率或被捨棄，藉此避免對已知有缺陷之基板執行進一步處理。在基板之僅一些目標部分有缺陷的狀況下，可僅對良好的彼等目標部分執行其他曝光。
圖1中亦展示度量衡裝置140，該度量衡裝置經提供以用於在製程中之所要階段對產品之參數進行量測。現代微影生產設施中之度量衡裝置之常見實例為散射計，例如角解析散射計或光譜散射計，且其可經應用以在裝置122中之蝕刻之前量測在120處之經顯影基板之屬性。在使用度量衡裝置140的情況下，可判定例如諸如疊對或臨界尺寸(CD)之重要效能參數並不滿足經顯影抗蝕劑中之指定準確度要求。在蝕刻步驟之前，存在經由微影叢集剝離經顯影抗蝕劑且重新處理基板120的機會。如亦眾所周知，藉由監督控制系統SCS及/或控制單元LACU 106隨著時間推移進行小的調整，可使用來自裝置140之度量衡結果142在微影叢集中維持圖案化操作之準確執行，藉此最小化製得不合格產品且要求重工之風險。當然，度量衡裝置140及/或其他度量衡裝置(未展示)可經應用以量測經處理基板132、134及傳入基板130之屬性。
圖2之(a)示意性地展示用於執行角解析散射量測，包括所謂暗場成像，之檢測裝置的關鍵元件。該裝置可為單機器件或併入例如量測站處之微影裝置LA中或微影製造單元LC中。遍及裝置具有若干分支之光軸係由點線O表示。圖2之(b)中更詳細地說明目標光柵結構T及繞射射線。
如[先前技術]中所引用之先前申請案中所描述，圖2之(a)之暗場成像裝置可為可替代光譜散射計或除光譜散射計以外使用之多用途角解析散射計之部分。在此類型之檢測裝置中，由輻射光源11發射之輻射係由照明系統12調節。舉例而言，照明系統12可包括準直透鏡系統12a、彩色濾光片12b、偏振器12c及孔徑器件13。經調節輻射遵循照明路徑IP，在照明路徑IP中，經調節輻射係由部分反射表面15反射且經由顯微鏡接物鏡16聚焦至基板W上之光點S中。度量衡目標T可形成於基板W上。透鏡16具有高數值孔徑(numerical aperture，NA)，其較佳為至少0.9且更佳為至少0.95。可視需要使用浸潤流體以獲得大於1之數值孔徑。可藉由使用固體浸潤透鏡(solid immersion lens，SIL)技術，包括微型SIL及等效者，來獲得NA之進一步增加。
在此實例中，接物鏡16亦用以收集已由目標散射之輻射。示意性地，展示用於此返回輻射之收集路徑CP。多用途散射計可在收集路徑中具有兩個或多於兩個量測分支。所說明實例具有包含光瞳成像光學系統18及光瞳影像感測器19之光瞳成像分支。亦展示成像分支，下文將更詳細地描述該成像分支。另外，其他光學系統及分支將包括於實際裝置中，例如以收集參考輻射以用於強度歸一正規化、用於俘獲捕捉目標之粗略成像、用於聚焦等。可在上文所提及之先前公開案中發現此等操作之細節。
在度量衡目標T設置於基板W上的情況下，此可係1-D光柵，其經印刷使得在顯影之後，條狀物係由固體抗蝕劑線形成。目標可係2-D光柵，其經印刷以使得在顯影之後，光柵係由抗蝕劑中之固體抗蝕劑導柱或通孔形成。長條、導柱或通孔可替代地被蝕刻至基板中。此等光柵中之每一者為屬性可使用檢測裝置來研究之目標結構之一實例。
可調整照明系統12之各組件以在同一裝置內實施不同度量衡「配方」。除了選擇波長(顏色)及偏振作為照明輻射之特性以外，照明系統12亦可經調整以實施不同照明剖面。孔徑器件13之平面與接物鏡16之光瞳平面及光瞳影像偵測器19之平面共軛。因此，由孔徑器件13界定之照明剖面界定以光點S入射於基板W上之光的角分佈。為了實施不同照明剖面，孔徑器件13可設置於照明路徑中。孔徑器件可包含安裝於可移動滑件或輪上之不同孔徑。其可替代地包含可程式化空間光調變器。作為另一替代方案，光纖可安置於照明光瞳平面中之不同部位處，且可選擇性地用以在其各別部位處遞送光或不遞送光。此等變體皆在上文所引用之文件中加以論述及例示。
在第一實例照明模式下，使用孔徑13N且提供射線30a，以使得入射角如所展示在圖2之(b)中之「I」處。由目標T反射之零階射線之路徑被標註為「0」 (不應與光軸「O」混淆)。在第二照明模式下，使用孔徑13S以使得可提供射線30b，在此狀況下，相較於第一模式，入射角與反射角將調換。在圖2之(a)中，第一及第二實例照明模式之零階射線分別標註為0(13N)及0(13S)。此等照明模式兩者皆將被辨識為離軸照明模式。可出於不同目的而實施許多不同照明模式，包括同軸照明模式。
如圖2之(b)中更詳細地展示，作為目標結構之實例的目標光柵T經置放成使得基板W垂直於接物鏡16之光軸O。在離軸照明剖面之狀況下，與軸線O偏離一角度而照射於光柵T上的照明射線I產生一個零階射線(實線0)及兩個一階射線(點鏈線+1及雙點鏈線-1)。應記住，在運用過度充滿的小目標光柵之情況下，此等射線僅為覆蓋包括度量衡目標光柵T及其他特徵之基板之區域的許多平行射線中之一者。因為照明射線30a之光束具有有限寬度(為接納有用量之光所必要)，所以入射射線I事實上將佔據角度範圍，且繞射射線0及+1/-1將稍微散開。根據小目標之點散佈函數(point spread function)，每一階+1及-1將遍及一角度範圍進一步散佈，而非如所展示之單一理想射線。
在用於暗場成像之收集路徑的分支中，成像光學系統20在感測器23 (例如CCD或CMOS感測器)上形成基板W上之目標的影像T'。孔徑光闌21提供於收集路徑CP之成像分支中之平面中，該平面與接物鏡16之光瞳平面共軛。孔徑光闌21亦可被稱為光瞳光闌。孔徑光闌21可採取不同形式，正如照明孔徑可採取不同形式一樣。與透鏡16之有效孔徑結合的孔徑光闌21判定使用散射輻射之何部分將影像產生於感測器23上。通常，孔徑光闌21用以阻擋零階繞射光束，使得形成於感測器23上之目標之影像僅自一階光束形成。在一階光束兩者經組合以形成影像之實例中，此影像將為所謂的暗場影像，其等效於暗場顯微法。作為孔徑光闌21之一實例，可使用僅允許通過同軸輻射之孔徑21a。在使用與孔徑21a組合之離軸照明之情況下，一次僅成像一階中之一者。
將由感測器23捕捉之影像輸出至影像處理器及控制器PU，影像處理器及控制器PU之功能將取決於正被執行之量測之特定類型。出於此目的，執行對目標結構之不對稱性的量測。不對稱性量測可與目標結構之知識組合以獲得用以形成該等目標結構之微影程序之效能參數的量測。可以此方式量測之效能參數包括例如疊對、焦點及劑量。提供目標之特殊設計以允許經由同一基礎不對稱性量測方法對不同效能參數進行此等量測。
再次參看圖2之(b)及具有射線30a之第一實例照明模式，來自目標光柵之+1階繞射射線將進入接物鏡16且促成記錄於感測器23處之影像。當使用第二照明模式時，射線30b以與射線30a相對之角度入射，且因此-1階繞射射線進入接物鏡且促成影像。當使用離軸照明時，孔徑光闌21a阻擋零階輻射。如先前公開案中所描述，照明模式可藉由運用在X及Y方向上之離軸照明加以界定。
藉由比較在此等不同照明模式下之目標光柵之影像，可獲得不對稱性量測。替代地，可藉由保持同一照明模式但旋轉目標來獲得不對稱性量測值。儘管展示離軸照明，但可替代地使用目標之同軸照明，且可使用經修改之離軸孔徑21以將實質上僅一個一階繞射光傳遞至感測器。在另一實例中，一對離軸稜鏡21b與同軸照明模式組合使用。此等稜鏡具有將+1及-1階轉向至感測器23上之不同部位的效應，使得其可被偵測到及比較而無需兩個依序影像捕捉步驟。上文所提及之公開專利申請案US2011102753A1中揭示此技術，該專利申請案之內容據此以引用方式併入。替代一階光束或除了一階光束以外，二階、三階及高階光束(圖2中未展示)亦可用於量測中。作為另一變體，離軸照明模式可保持恆定，而目標自身在接物鏡16下方旋轉180度以使用相反繞射階來俘獲捕捉影像。
儘管說明習知的基於透鏡之成像系統，但本文中所揭示之技術可同樣地應用於全光攝影機，且亦應用於所謂的「無透鏡」或「數位」成像系統。因此，存在關於用於繞射輻射之處理系統因此，存在關於用於繞射輻射之處理系統之哪些部分經實施於光學域中且哪些部分經實施於電子域及軟體域中之大的設計選擇度。儘管以下實例將「光瞳影像」參考為輻射之角分佈的表示，但在無透鏡系統中，可在並非嚴格地係光瞳平面而是變形之偵測器平面上捕獲輻射之角分佈的表示。因此，「光瞳影像」僅係可用作表示角分佈之影像的一個實例。
圖2之散射計僅僅呈現為可應用本發明之原理之檢測裝置的一個實例。由光瞳感測器19捕獲之散射圖案表示其已由目標結構散射之後之檢測輻射的角分佈，且可用以推斷結構差異之存在，而場影像感測器23用以進行製作大量量測且製造跨越一或多個基板的目標結構。此類量測亦可係其他類型之感測器，例如自身使用光瞳影像感測器19及/或使用光譜感測器及/或感測器以進行橢圓偏振量測法。
現參考圖3，以在區塊示意性形式說明監測諸如圖1中所說明之微影製程之製程的方法。區塊302表示在檢測輻射已由一或多個目標結構散射之後各自捕獲檢測輻射之角分佈的光瞳影像。在304處表示實例光瞳影像。此類光瞳影像可例如由上文所描述且圖2中所說明之類型的角解析散射計獲得。光瞳影像可係關於零階及/或更高階繞射信號，如將由下文所描述之實例說明。在306處，藉由影像處理識別光瞳影像之與堆疊之屬性相關的彼等屬性。
在308處，在相同及/或歷史基板上，資料庫儲存自其他光瞳影像獲得之資訊，且此資料庫可用以通知步驟306中之處理的方式。資料庫308可含有光瞳影像本身，及/或關於藉由處理光瞳影像導出之參數的資訊。在310處，比較在步驟306中識別之光瞳影像屬性與自其他目標結構獲得之光瞳影像屬性，該等光瞳影像屬性標稱地設計上但經受不同處理，此係因為其在基板上之不同位置處及/或先前經處理之基板上的位置處。
基於步驟310中之比較，輸出監測資訊312，其指示在不同位置之間及/或不同基板之間在目標結構中存在差異且視情況指示差異度。視情況，在314處，提供校正資訊來改良使用該檢測裝置或相關檢測裝置進行之量測的品質。將在下文進一步描述此處理的實例。
對於大部分光瞳影像及目標，不會嘗試明確地推斷程序變化之實際性質，例如其是否係關於層中之材料折射率或層厚度之變化。此分析將在計算上係昂貴的，但必要時可對所選光瞳影像加以執行。在本發明之一個實施方案中，可特定言之回應於僅由圖3中所說明之影像處理步驟辨識之程序變化的存在的而觸發此分析。舉例而言，基於經歷及/或模型化，光瞳影像變化之臨限水平可用以觸發更詳細研究，及/或中斷或修改製造設施之操作的警報。
圖4說明諸如圖3中所說明之方法的一個特定實施方案。在功能上類似於圖3之區塊的區塊具有類似參考符號，前綴為「4」而非「3」。表示光瞳影像之資料402被接收到且經受步驟406中之處理。在此實施例中，影像處理之第一步驟係影像分割步驟420。在步驟422中，在分割式影像中偵測在一或多種類型之特徵。許多技術對於影像分割已知，且本發明不限於任何特定技術。邊緣偵測可用於分割，僅作為一個實例。在待在下文描述之實例中，尤其辨識部分圓形或弧形特徵。步驟422之輸出係各光瞳影像之一系列特徵資料424。視情況，特徵資料儲存於資料庫408中。
在步驟426中，對所描繪特徵進行分類以便獲得表徵影像以使得可對其進行比較的一或多個參數。使用圓形/弧形特徵之實例，在光瞳影像之平面中，完全可對此等特徵進行計數，可量測其半徑，可表示其強度及/或相對強度，可量測其位置及/或相對間隔。此組一或多個影像參數428為步驟410中之比較提供基礎。比較可僅係相同基板上之目標之間或不同基板上之目標及類似位置之間的及/或當前目標與歷史目標之塊體之間，其影像參數儲存於資料庫408中。取決於此比較，且取決於可界定之任何趨勢及臨限值，產生且輸出監測資訊412。舉例而言，監測資訊412可係表示在尺度上與資料庫中看見且記錄之光瞳影像相關之光瞳影像的單個值。監測資訊412可包含將特定光瞳影像表徵作為多維空間中之點的一組參數。
圖5使用模擬來表明此基於影像之方法的效能。曲線(a)展示跨越半導體晶圓之部分的層堆疊之厚度參數的相對值，在由實點502表示之數個目標位置處量測該值。各點處之高度表示如由正入射角反射計判定之任意尺度，例如百分比尺度，上之堆疊厚度h的變化。標繪經內插表面504，以輔助可視化跨越晶圓之堆疊厚度變化。豎直尺度(h = 0)上之零對應於跨越晶圓之平均厚度。現，曲線(b)展示藉由比較自相同晶圓上之目標獲得之光瞳影像來導出的影像參數之量測結果。相比於狀況(a)下，更少數個目標已經採樣，但其係相對任意的。已使用影像分割來辨識且對一或多個影像特徵進行分類，以按任意尺度獲得影像參數p。再次，跨越完整晶圓之此參數p的平均值已選擇為由垂直尺度上之p = 0表示。量測點由實點506表示，且在508處展示經內插表面。
比較圖5中之繪圖(a)及(b)，應注意，基於對光瞳影像分析，表面508之大體形狀廣泛地類似於由正入射角反射計量測之表面形狀。換言之，儘管影像參數p不具有直接物理含義，但其仍提供跨越基板之部分之程序變化之存在的指示及其量值。因此，基於影像參數p之值而輸出限定該之形狀或樣品點或一些告警條件之資訊作為監測資訊412係有用的。重要的是，儘管原則上始終有可能執行所關注參數之專用量測，但大量製造之實務性意謂僅有限之量測時間係可用的。相較於大量製造中之例程檢測操作，且亦以相對極少之額外計算負擔，可以極少或無額外量測時間獲得影像參數p。
在一些實施例中，可定義且使用影像參數p，而不論其物理含義。在其他實施例中，可特定言之針對其與物理參數，諸如圖5之(a)中量測的高度，之相關性選擇影像參數或自數個分量影像參數合成。亦即，在校準階段中，除了藉由更多習知方法量測物理性質以外，亦執行影像參數之量測。與物理量測結果最佳地相關之影像參數或影像參數之組合接著用作用於監測及/或校正之感興趣影像參數。
在影像參數之數目界定多維空間中之各樣品點的又其他實施例中，可執行多變量分析以識別對應於變化之主分量的向量。主分量分析(principal component analysis，PCA)係可出於此目的而應用之一種類型的多變量分析，但其他方法亦可用。
在影像參數用以修改度量衡結果之計算(如下文所描述)的又其他實施例中，影像參數之組合可整體上演進為度量衡配方之最佳化的部分。在專利申請案WO2017108453A1中，基於與參考度量衡技術之比較而在設置階段中共同最佳化對準標記設計及對準配方以及度量衡目標設計及度量衡配方的選擇。可在彼共同最佳化程序中作為另一變數添加影像參數之組合。彼申請案之內容係以引用方式併入本文中。
圖6描繪根據已知實務形成於基板W上之複合目標。具有相同設計之複合目標形成於晶圓W上之各場中的多個位置處，且在批次A、B及C之晶圓上重複。該複合目標包含緊密定位在一起之四個光柵32至35，以使得其將皆在由度量衡裝置之照明光束形成之量測光點S內。圓圈31指示基板W上之光點S之範圍。四個目標因此皆被同時地照明且同時地成像於感測器23上。在專用於疊對量測之實例中，光柵32至35自身為由在形成於基板W上之半導體器件之不同層中圖案化之上覆光柵形成的複合光柵。光柵32至35可具有經不同偏置之疊對偏移，以便促進量測經形成有複合光柵之不同部分的層之間的疊對。光柵32至35亦可在其定向方面不同(如所展示)，以便使入射輻射在X方向及Y方向上繞射。在一個實例中，光柵32及34為分別具有為+d、-d之偏置的X方向光柵。此意謂光柵32使其上覆組件經配置成使得若其兩者確切地印刷於其標稱部位處，則該等組件中之一者將相對於另一者偏移達距離d。光柵34使其組件經配置以使得若被完美地印刷於其標稱部位處，則將存在為d但在與第一光柵等相反之方向上的偏移。光柵33及35為分別具有偏移+d及-d之Y方向光柵。可在由感測器23擷取之影像中識別此等光柵之單獨影像。儘管說明四個光柵，但另一實施例可能需要更大矩陣以獲得所要準確度。
圖7展示在圖2之裝置中使用圖6之目標且使用同時在X及Y兩個定向上提供離軸照明之照明剖面的情況下可形成於感測器23上且由感測器23偵測到之影像的實例。暗矩形40表示感測器上之影像場，在該影像場內，使基板上之經照明光點31成像至對應的圓形區域41中。在此場內，矩形區域42至45表示小目標光柵32至35之影像。若該等光柵位於產品區域中，則在此影像場之周邊中亦可看見產品特徵。影像處理器及控制器PU使用圖案辨識來處理此等影像以識別光柵32至35之單獨影像42至45。接著定義感興趣區ROI，可自其中導出各光柵及各繞射級之繞射信號。
對於諸如疊對之不對稱相關參數的量測，應針對繞射光譜之相對部分，諸如+1及-1階之繞射，獲得圖7中所展示之類型的影像。使用稜鏡21b而非簡單孔徑，可在場影像感測器23之不同部分上同時獲得+1及-1繞射階之影像。亦可獲得零階場影像。同時，可使用光瞳影像感測器19來捕獲包括零及/或更高階繞射圖案之光瞳影像。
一旦已識別光柵之單獨影像，則可例如藉由平均化或求和經識別區域內之經選擇像素強度值來量測彼等個別影像之強度。可將影像之強度及/或其他屬性彼此進行比較以針對光柵32至35同時獲得不對稱性之量測。可將此等結果與目標結構及偏置方案之知識組合，以量測微影程序之不同參數。疊對效能係此參數之重要實例，且係兩個微影層之側向對準之度量。更具體言之，可將疊對界定為例如底部光柵之頂部的中心與對應頂部光柵之底部的中心之間的側向位差。為了獲得微影程序之其他參數之量測，可使用不同目標設計。再次，可將目標設計及偏置方案之知識與不對稱性量測組合以獲得所要效能參數之量測。舉例而言，目標設計已知用於自以此方式獲得之不對稱性量測獲得劑量或焦點之量測。
除了藉由上文所描述的類型之暗場成像進行之不對稱性量測以外，亦可藉由目標之直接成像來進行疊對及其他參數之量測。未自本發明之範疇排除此類方法。
返回至圖7之實例，成像程序跨越影像場經受非均勻性。上文所提及且以引用的方式併入本文中之專利申請案US2012242970A1公開一種校準程序，其中使用不同定向及位置處之相同目標來進行量測，可獲得校正之詳細集合且應用該集合以使用圖2之裝置來提高量測之準確性及一致性。舉例而言，可針對檢測裝置中之影響不同照明模式的不對稱性而進行類似校正量測及校正。
圖8說明應用影像參數以在圖6及圖7中所說明且在US2012242970A1中更詳細地描述之類型的度量衡方法中改進校正。熟習此項技術者將認識到，相同原理可應用於其他類型之校正，例如上文所提及之US20080043239Al及US2016180517A1中所揭示的校正。
圖8之頂部部分說明藉由在功能上類似於圖3及圖4之處理步驟且具有前綴為「8」而非「3」或「4」之類似參考符號的處理步驟獲得影像參數。對於待量測疊對或其他參數之基板上之位置中的一些或全部，例如藉由圖4之方法獲得且分析光瞳影像。作為實例，對於圖6中所展示之複合目標中的一些或全部，使用更小輻射光點831來進行額外量測，同時未充滿組件光柵中之一者，諸如光柵34。在另一實施例中，用於獲得光瞳影像之光點大小可與光點31相同，同時過度充滿複合光柵目標。在又其他實施例中，可自接近感興趣度量衡目標之不同位置獲得光瞳影像。光點831之波長及偏光可與用於疊對度量之光點31的波長及偏光相同，或可不同。舉例而言，對在可見或紅外波長中所獲得之光瞳影像的分析可用以獲得在紫外、軟x射線或x射線波長中進行之量測的校正資訊。在圖2之實例中，用以獲得光瞳影像之光學系統與用以進行量測之光學系統相同，但在其他實施例中該等光學系統可完全不同。
返回至圖8，表示光瞳影像之資料802被接收到且經受步驟806中之處理以識別影像特徵。在步驟810中，導出一或多個影像參數，且使用該等影像參數以基於影像參數而產生校正資訊。校正資訊對應於目前量測之目標的位置及/或基板。在此實例中，展示兩種類型之校正資訊814a及814b。(資料庫308存在，但為了圖式清晰起見而省略。)
在圖式之下部部分中，展示量測程序，其例如以類似於圖7中所展示之影像40之含有+1及-1繞射階的暗場影像840開始。已藉由US2012242970A1中參考之步驟S0獲得校準資訊。在第一校準步驟842a中，基於來自步驟S0之校準資訊而應用一些校正，例如以在不同照明模式下校正檢測裝置之光學系統的非理想回應。在840'處指示已校正暗場影像資料。在步驟844中，識別(已校正)暗場影像840中之感興趣區ROI且獲得個別光柵及繞射階之繞射信號846。基於檢測裝置之影像場內之感興趣區的位置，第二校準步驟842b將個別校正應用於此等繞射信號。再次，此使用來自步驟S0之校準資訊，如US2012242970A1中所描述。接著在步驟848中處理已校正繞射信號846'以獲得光柵不對稱性值(dI/I)，其又用以計算所關注參數之量測，在此狀況下疊對OV。
US2012242970A1中參考之類型的校準步驟具有校正光學系統中之不對稱性及檢測裝置之感測器回應的目的，而不需要例如在不同旋轉處進行額外量測。在校準步驟S0中量測不同旋轉之影響，且接著在校準資訊中有效地對其進行編碼。作為對跨越圓形光瞳之回應的變化進行編碼的有效率方式，步驟842a中之校正可例如包含基於一組任尼克多項式之函數。校準資訊接著包含任尼克多項式之一組係數。自光瞳影像參數獲得之額外校正可呈此等係數中之一些或全部之縮放因數形式，或可例如使用機器學習來輸入為以供由校正算法使用之非相依參數。
根據本發明之原理，自步驟810中之影像參數分析獲得的第一類型之校正資訊814a用以調整第一校準步驟842a中應用之校正。類似地，第二類型之校正資訊814b用以調整在第二校準步驟842b中應用之校正。以此方式，可以簡單且計算上便宜之方式緩解諸如層厚度或折射率變化之程序變化的影響。舉例而言，可藉由模型化或僅藉由例如由機器學習技術輔助之試誤法判定減少程序變化之影響所需之校正的調整。
圖9及圖10說明第一實例目標結構設計中之光瞳影像特徵的辨識及分類。應瞭解，出於本專利申請案之目的，圖式中所使用之光瞳影像的品質已降低來以黑白形式呈現光瞳影像。
實例光柵結構900以示意性橫截面見於圖9之(a)中。可形成諸如圖6中所展示之度量衡目標之度量衡目標之部分的光柵結構形成於矽基板902上。後續層包含例如：氮化矽層904、二氧化矽層906、形成於層904、906內之鎢光柵908；及鋁光柵層910。鋁光柵層910之表面中的小特徵912形成以重複方式在圖式中向左及向右延伸的週期性光柵結構。在本實例中，個別特徵912過小而不能由檢測裝置之光學系統解析，但該等個別特徵在較長週期內以更大圖案配置。此較長週期性結構產生表面上方所說明之繞射階+1及-1。對於簡單實例，假定層910對用於量測之輻射不透明。
圖9之(b)展示可在以諸如圖6中所展示之光點831的輻射光點照明光柵結構900時在光瞳影像感測器19上獲得之光瞳影像940的部分。繞射圖案之零階部分在中心處，+1階部分在上方且a-1部分在下方。所使用用於照明剖面產生劃分成四個象限之圓形圖案。對於簡單反射性光柵，諸如圖9之(a)中所展示的光柵，光瞳影像在各繞射級內含有相對均勻之強度。然而，在較複雜堆疊中，光瞳影像具有更詳細結構，如現將在圖10中所說明。
圖10之(a)展示疊對光柵結構1000，其可係圖6中所展示之疊對度量衡目標分量光柵32至35中的一者。疊對光柵之底部層由類似於圖9之(a)之光柵結構900的光柵結構形成。上層1014形成於此光柵結構之頂部上，其包含與光柵結構900具有相同週期之週期性特徵陣列。由檢測裝置捕獲之繞射信號現係來自上層及下層之信號的混合物。藉由圖8之方法，將獲得疊對之量測。出於此目的，如已在上文解釋，在X方向及Y方向上，不同分量光柵具有不同疊對偏壓值。
圖10之(b)展示具有偏壓+d之光柵1000之-1繞射級的光瞳影像之放大部分。圖10之(b)展示具有同一光柵之+1繞射級的光瞳影像之放大部分。類似地，圖10之(d)展示偏壓-d之光柵1000之-1繞射級之光瞳影像的部分，且(e)展示同一光柵之+1繞射級。比較此等部分光瞳影像與圖9之(b)的部分光瞳影像，立刻見多層結構已對簡單單層光柵之繞射圖案中不存在的光瞳影像產生複雜度。此複雜度包括取決於該結構之厚度及其他參數的特徵，在此狀況下例如抗蝕劑層1014之厚度h。在圖10之(b)至(e)中，以不同點劃線標示包含直線及弧形曲線之不同特徵。此等特徵之形式及位置將隨諸如厚度h之堆疊參數變化。基於此觀測，表示光瞳影像之特性的影像參數可用以獲得監測資訊及/或校正資訊，如上文所描述。
圖11及圖12說明另一實例目標結構設計中之光瞳影像特徵的辨識及分類。實例光柵結構1100以示意性橫截面見於圖11之(a)中。可形成諸如圖6中所展示之度量衡目標之度量衡目標之部分的光柵結構形成於矽基板1102上。此實例中之僅其他層係具有厚度h之鋁光柵層1104。圖11之(b)至(d)表示厚度h跨越基板或在基板之間變化時之結構變化。舉例而言，已運用自(a) 200 nm至(d) 800 nm之高度範圍模型化結構。此等波長與用以獲得繞射圖案之輻射的波長相當或甚至大於該波長。因此，會在堆疊之高度內反射且繞射之射線當中發生大致干擾現象。
圖11之(e)至(h)展示可在厚度h之相同變化下在光瞳影像感測器19上獲得之光瞳影像1140的模擬。在此等光瞳影像中，已使用矩形照明，從而產生光瞳影像之對應於中心處之繞射圖案之零階部分的矩形部分，同時+1階部分向右且a-1部分向左，如所展示。如易於可見，各階內之輻射的分佈係複雜結構，且複雜度隨層厚度增大而提高。
圖12之(a)展示厚度h = 200 nm之光柵1100之光瞳影像1140的放大零階部分，其係圖11之(e)中所展示之光瞳影像1140的中間區段。圖12之(a)至(d)將光瞳影像1140之相同部分表示為厚度h自(a) 200 nm至(d) 800 nm變化。此複雜度包括取決於該結構之高度及其他參數的特徵，在此狀況下例如鋁光柵層1104之高度h。在圖12之(a)至(e)中，以不同點劃線標示包含直線及弧形曲線之不同特徵。此等特徵之形式及位置將隨諸如高度h之堆疊參數變化。此等特徵之數目及間隔亦變化。此等特徵之強度及其之間的相對強度亦變化。基於此觀測，表示光瞳影像之特性的影像參數可用以獲得監測資訊及/或校正資訊，如上文所描述。
圖13及圖14說明第三實例目標結構設計中之光瞳影像特徵的辨識及分類。實例疊對光柵結構1300以示意性橫截面見於圖13之(a)中。光柵結構1300可係圖6中所展示之疊對度量衡目標之分量光柵32至35中的一者。疊對光柵結構形成於基板層1302上且包含堆疊中之若干層。底部光柵層1304具有適合於形成可例如在諸如圖2之散射計的檢測裝置中偵測到之繞射階的週期性特徵。提供包括層1312之若干中間層。上部光柵層1314接近堆疊之頂部形成，其包含與底部光柵層具有相同週期的週期性特徵陣列。由檢測裝置捕獲之繞射信號現係來自層及下層之信號的混合物。藉由圖8之方法，將獲得疊對之量測。出於此目的，如已在上文解釋，在X方向及Y方向上，不同分量光柵具有不同疊對偏壓值，疊對可形成諸如圖6中所展示之複合度量衡目標之複合度量衡目標的部分。
圖13之(b)及(c)表示中間層1312之厚度h跨越基板或在基板之間變化時之結構變化。在此實例中，在3D NAND器件製程中形成目標結構。中間層1312之厚度h可係檢測輻射之許多波長。舉例而言，已運用(a) 2 µm (2000 nm)、(b) 5 µm及(c) 8 µm之厚度h模型化該結構。甚至大於圖11及圖12之實例中，會在堆疊之高度內反射且繞射之射線當中發生大致干擾現象。
圖14之(a)至(c)分別展示可在光瞳影像感測器19上自圖13之(a)至(c)的目標結構的實例獲得之光瞳影像1340的模擬。為了獲得此等光瞳影像，代替圖2中所展示之單極孔徑13S及13N使用分段式孔徑器件13，同時以輻射光點831照明光柵中之一者，如圖6中所見。專利申請案US2010201963A1中揭示使用此分段孔徑之原理，且將在此處僅簡要地描述該等原理。如在參考中所描述，此分段式照明剖面具有彼此180度對稱之兩個明亮的片段(在此實例中象限)。當在X方向及Y方向上自各明亮片段反射時，照明之分佈係暗的。此等方向X及Y對應於圖6中所展示之複合光柵目標之豎直光柵及水平光柵之週期性的方向。
舉例而言，當分段式照明剖面用以在光柵34上形成光點831時，收集路徑CP中之光瞳平面上的輻射分佈變成如圖14之(a)至(c)中所展示。標記為「0」之象限表示來自目標之零階繞射信號，而標記為「+1」及「-1」之區表示已由光柵繞射之+1及-1階繞射信號。
如圖14之(a)至(c)中易於可見，各階內之輻射的分佈具有複雜結構，且複雜度隨中間層1312之層厚度增大而提高。在圖14之(a)至(c)中，包括許多弧形曲線之不同特徵可覺。此等特徵之形式及位置將隨諸如高度h之堆疊參數變化。此等特徵之數目及間隔亦變化。此等特徵之強度及其之間的相對強度亦變化。基於此觀測，表示光瞳影像之特性的影像參數可用以獲得監測資訊及/或校正資訊，如上文所描述。在此簡單實例中，量測電弧之半徑及/或對光瞳影像內之在內進行計數可極直接提供與堆疊高度明確相關之影像參數，即使其不嘗試區分哪一層已在厚度上在中或是否實際上已存在折射率而非厚度之變化。出於用信號發送程序變化之存在的目的，此類區別可係不必要的。類似地，出於在用於量測諸如疊對之其他參數的檢測裝置的校準中調整校正的目的，此區別可係不必要的。
在以上實例中，可使用檢測裝置進行之諸如疊對量測及其他不對稱相關量測之量測係基於以不同方式偏置之光柵的繞射階之平均強度，不論在光瞳影像中抑或暗場影像中。可自光瞳影像內之特徵的形式及分佈導出監測資訊及校正資訊。參考圖11至圖12及圖13至圖14的實例，應注意，光瞳影像之零階部分用以比較用於監測堆疊變化的影像，而出於度量衡目的使用更高階部分。然而，此僅係一個可能實施例，且替代或作為零階部分之補充，高階有可能用於堆疊監測。
亦應注意，可在相同捕獲程序中獲得零階部分及更高階信號。在由光瞳影像感測器19捕獲之光瞳影像1140、1340中的每一者旁邊，可使用場影像感測器23來同時或幾乎同時捕獲暗場影像。此說明如何可忽略藉由使用影像參數來獲得監測資訊及校正資訊所需的額外的額外負擔。相較於藉由重建構或其他方法自光瞳影像獲得物理參數，可藉由具有相對簡單之處理獲得影像參數，以使得其可即時地應用於大量度量衡。特定言之，當時收集疊對量測或其他量測，可能需要即時使用影像參數資訊來應用校正。
如已提及，自光瞳影像與影像處理獲得監測資訊的位置可相同或與進行疊對或其他量測之位置的子集相同。必要時，通知或警報可由某一距離內之變化自動地觸發。此等觸發可係關於基板上之場內的變化及/或跨越基板之變化及/或基板之間的、批次之間的變化。可以多種方式使用此診斷資訊。
圖15說明在圖1中所說明之類型之微影製造設施的控制下應用本文中所公開之類型的度量衡裝置及方法。步驟將在此處列出，且接著予以較詳細地解釋： S21：處理晶圓以在基板上產生結構 S22：量測橫越基板之CD及/或其他參數 S23：更新度量衡配方 S24：更新微影及/或程序配方
在步驟S21處，使用微影製造系統橫越基板產生結構。在S22處，使用度量衡裝置140及視情況其他度量衡裝置及資訊源以跨越基板量測結構之屬性，同時基於來自如上文所論述之光瞳影像的影像參數而進行校正。吾人感興趣之性質可係例如疊對、聚焦劑量及/或臨界尺寸(CD)或邊緣置放誤差(EPE)。在步驟S23處，視情況，按照所獲得量測結果而更新度量衡配方及度量衡裝置之校準。
在步驟S24處，比較疊對或其他參數之量測與所要值，且使用疊對或其他效能參數之該等量測以更新微影製造系統內之微影裝置及/或其他裝置之設定。藉由為度量衡裝置提供根據自光瞳影像參數獲得之校正資訊而調整的校正，可獲得更準確之量測結果。此繼而可在其他量測中及在進一步控微影裝置時應用量測之結果時產生較佳效能。 結論
已揭示獲得關於程序變化之監測資訊而不詳細地量測實體結構的方法。潛在地使用已作為另一量測之部分捕獲到的光瞳影像，可藉由人影像之影像處理以有效率方式獲得監測資訊。影像參數可經定義來以多種方式，包括但不限於上文所論述之方式，特性化人影像。
自光瞳影像導出之影像參數亦可用以產生校正資訊，例如以提高使用散射計或其他檢測裝置進行之量測的準確性。此類人影像可係已作為度量衡程序之副產物可用，其可作為額外步驟快速獲得。所揭示方法因此與大量製造環境中之大量度量衡高度相容。
儘管可在本文中特定地參考在IC之製造中使用微影裝置，但應理解，本文中所描述之微影裝置及製程可具有其他應用。可能之其他應用包括製造整合式光學系統、用於磁疇記憶體之導引及偵測圖案、平板顯示器、液晶顯示器(liquid-crystal display，LCD)、薄膜磁頭，等等。
儘管可在本文中在半導體晶圓之檢測的上下文中特定地參考本發明之實施例，但本發明之實施例可用於其他裝置中。本發明的實施例可形成量測或處理諸如晶圓(或其他基板)或遮罩(或其他圖案化器件)之物件之任何裝置或方法的部分。此等裝置通常可被稱作微影工具。此微影工具可使用真空條件或周圍(非真空)條件。
在以下編號條項中進一步描述根據本發明之其他實施例： 1. 一種監測一製程之方法，其中多層產品結構藉由圖案化步驟、物理處理步驟與化學處理步驟之一組合形成於基板上，該方法包含： (a) 運用檢測輻射來照明一目標結構； (b) 在該檢測輻射已由該目標結構散射之後捕獲表示該檢測輻射之一角分佈的至少一個影像； (c) 重複步驟(a)及(b)以捕獲一基板上及/或不同基板上之不同位置處藉由該製程形成之複數個標稱相同之目標結構的影像；及 (d) 基於具有相同設計但形成於一基板上及/或不同基板上之不同位置處之目標結構之該等影像的一比較，推斷在該等不同位置之間存在一結構差異。 2. 如條項1之方法，其中在步驟(d)中推斷存在一結構差異，而不推斷一特定結構差異。 3. 如條項2之方法，其中在步驟(d)中推斷存在一結構差異，而不區分該目標結構內之幾何屬性的改變與材料屬性的改變。 4. 如任一前述條項之方法，其中在步驟(d)中判定該等結構之一差異度，而非僅存在或不存在。 5. 如任一前述條項之方法，其中在步驟(d)中執行影像處理以藉由一或多個影像參數特性化各影像，且其中步驟(d)中之該比較係基於該等影像參數之比較。 6. 如條項5之方法，其中該影像處理包括辨識一或多個類型之特徵，且其中該比較係至少部分地基於包含以下各者中之一者的一影像參數：該影像之部分中之一第一類型之特徵的數目、該所捕獲圖像內之該第一類型之一特徵的定位、該第一類型之一特徵的形狀、該第一類型之一特徵相對於該第一類型之其他特徵的定位、該第一類型之特徵相對於一第二類型之一特徵的強度、該第一類型之一特徵相對於一第二類型之特徵的定位。 7. 如條項6之方法，其中該第一類型之特徵係一弓形特徵。 8. 如任一前述條項之方法，其進一步包含以下一步驟： (e) 藉由量測已與在步驟(b)中使用之該等目標結構經受相同程序步驟之複數個目標結構來判定該製程之一效能參數， 其中在步驟(e)中，在一對應位置及/或基板處針對在步驟(b)中量測之一目標結構而部分地基於在步驟(d)中推斷之該等結構差異而判定各目標結構之該量測。 9. 如條項8之方法，其中在步驟(e)中進行之該等量測使用經先前判定之校準資訊以基於自該等目標結構獲得之量測信號而判定該效能參數，且其中取決於該所推斷差異而針對各目標調整該校準資訊。 10. 如條項9之方法，其中該校準資訊界定一檢測裝置之假影的一校正，且其中回應於針對該對應位置及/或基板推斷之一差異度而調整該校正之一強度。 11. 如條項9之方法，其中該校準資訊界定雜散光之一校正，校正度取決於該所推斷結構差異。 12. 如條項8至11中任一項之方法，其中藉由暗場成像進行步驟(e)中之該等量測。 13. 如條項12之方法，其中使用一檢測裝置之一場影像感測器來進行步驟(e)中之該等量測，且使用一光瞳影像感測器來進行步驟(b)中之該等量測，且其中經由一共同接物鏡進行步驟步驟(a)之該照明及步驟(b)及(e)中之該等量測。 14. 如條項12或13之方法，其中對於步驟(e)中之該等量測，檢測輻射之一光點過度充滿一複合目標結構內之複數個組件光柵，且對於步驟(b)中之該等量測，檢測輻射之一光點未充滿該複合目標結構內之一個組件光柵。 15. 如條項8至14中任一項之方法，其中步驟(e)中之該量測係該等目標結構之一不對稱相關屬性的量測。 16. 如任一前述條項之方法，其進一步包含以下一步驟： (f) 基於在步驟中(d)推斷之該結構差異而輸出診斷資訊。 17. 如條項16之方法，其中在步驟(f)中該診斷資訊根據其跨越一基板之位置而指示該等目標結構之變化。 18. 如條項16或17之方法，其中在步驟(f)中該診斷資訊在一段時間內處理之複數個基板當中指示該等目標結構的變化。 19. 如條項16、17或18之方法，其中該診斷資訊包括在一基板內及/或在兩個基板之間在一所推斷差異度超出某一臨限值之情況下產生之一警報。 20. 一種監測一製程之裝置，其中多層產品結構藉由圖案化步驟、物理處理步驟與化學處理步驟之一組合形成於基板上，該裝置包含： 一處理器，其經配置以接收複數個影像，各影像表示在檢測輻射已由一對應目標結構散射之後的檢測輻射之一角分佈， 其中該處理器經進一步配置以進行基於具有相同設計但形成於一基板上及/或不同基板上之不同位置處之目標結構之該複數個影像的一比較，且基於該比較而推斷在該等不同位置之間存在一結構差異。 21. 如條項20之裝置，其中該處理器經配置以推斷該等結構之一差異度，而非僅存在或不存在。 22. 如任一前述條項之裝置，其中該處理器經配置以藉由一或多個影像參數特性化各影像，及藉由比較該等影像參數進行該等影像之該比較。 23. 如條項20至22中任一項之裝置，其中該處理器經進一步配置以藉由處理自已與在條項20中提及之該等目標結構經受相同程序步驟的一目標結構獲得之其他量測信號來判定該製程之一效能參數， 且其中該處理器部分地基於在條項20中提及之自該影像推斷之該推斷出的結構差異而判定該效能參數。 24. 如條項23之裝置，其中處理器經配置以使用經先前判定之校準資訊以基於自該等目標結構獲得之量測信號而判定該效能參數，且其中取決於自在條項20中所獲得之影像的該比較推斷之該差異而針對各目標調整該校準資訊。 25. 一種檢測裝置包含如條項23或24之一裝置結合一照明光學系統及一偵測光學系統，該偵測光學系統可操作以獲得該等影像及該等其他量測信號中之至少一者。 26. 如條項25之檢測裝置，其中使用該偵測光學系統之一場影像感測器來獲得該等其他量測信號，且使用該偵測光學系統之一光瞳影像感測器來獲得該等其他量測信號，且其中該照明系統與該偵測光學系統公用一共同接物鏡。 27. 如條項25或26之檢測裝置，其中基於該等目標結構之一不對稱相關屬性而判定該效能參數。 28. 一種微影系統，其包含： 一微影裝置，其包含經配置以照明一圖案之一照明光學系統，及經配置以將該圖案之一影像投影至一基板上的一投影光學系統；及 如條項20至23中任一項之裝置， 其中至少部分地回應於由該處理器推斷之一差異的存在而控制該微影裝置。 29. 一種微影系統，其包含： 一微影裝置，其包含經配置以照明一圖案之一照明光學系統，及經配置以將該圖案之一影像投影至一基板上的一投影光學系統；及 如條項25、26或27之一檢測裝置， 其中該微影裝置經配置以使用由該檢測裝置判定之該效能參數以將該圖案施加至其他基板。 30. 一種包含處理器可讀指令之電腦程式，該等處理器可讀指令在執行於適合之處理器控制之裝置上時使得該處理器控制之裝置執行如條項1至19中任一項之方法。 31. 一種電腦程式載體，其包含如條項30之電腦程式。 32. 一種製造器件之方法，其中使用一微影製程來將一器件圖案施加至一系列基板，該方法包括： - 使用如條項1至19中任一項之方法以監測該微影製程，及 - 至少部分地回應於由該方法推斷之一差異的存在而控制該微影裝置。
儘管上文可特定地參考在光學微影之內容背景中對本發明之實施例之使用，但應瞭解，本發明可用於其他應用，例如壓印微影中，且在內容背景允許之情況下不限於光學微影。
儘管上文已描述本發明之特定實施例，但應瞭解，可以與所描述方式不同之其他方式來實踐本發明。以上描述意欲為說明性而非限制性的。因此，對於熟習此項技術者而言將顯而易見，可在不脫離下文所闡明之申請專利範圍的範疇的情況下對所描述之本發明進行修改。
+1‧‧‧繞射射線
-1‧‧‧繞射射線
0‧‧‧繞射射線
11‧‧‧輻射光源
12‧‧‧照明系統
12a‧‧‧準直透鏡系統
12b‧‧‧彩色濾光片
12c‧‧‧偏振器
13‧‧‧孔徑器件
13N‧‧‧孔徑
13S‧‧‧孔徑
15‧‧‧部分反射表面
16‧‧‧接物鏡
18‧‧‧光瞳成像光學系統
19‧‧‧光瞳影像感測器
20‧‧‧成像光學系統
21‧‧‧孔徑光闌
21a‧‧‧孔徑
21b‧‧‧離軸稜鏡
23‧‧‧感測器
30a‧‧‧射線
30b‧‧‧射線
31‧‧‧範圍
32‧‧‧光柵
33‧‧‧光柵
34‧‧‧光柵
35‧‧‧光柵
40‧‧‧影像場
41‧‧‧圓形區域
42‧‧‧單獨影像
43‧‧‧單獨影像
44‧‧‧單獨影像
45‧‧‧單獨影像
100‧‧‧疊對光柵結構
102‧‧‧量測站
104‧‧‧曝光站
106‧‧‧控制單元
108‧‧‧塗佈裝置
110‧‧‧烘烤裝置
112‧‧‧顯影裝置
120‧‧‧經圖案化基板
122‧‧‧處理裝置
124‧‧‧處理裝置
126‧‧‧處理裝置
130‧‧‧傳入基板
132‧‧‧經處理基板
134‧‧‧經處理基板
138‧‧‧監督控制系統(SCS)
140‧‧‧度量衡裝置
142‧‧‧度量衡結果
302‧‧‧光瞳影像
304‧‧‧光瞳影像
306‧‧‧步驟
308‧‧‧步驟
310‧‧‧步驟
312‧‧‧監測資訊
314‧‧‧步驟
402‧‧‧資料
406‧‧‧步驟
408‧‧‧資料庫
410‧‧‧步驟
412‧‧‧監測資訊
420‧‧‧影像分割步驟
422‧‧‧步驟
424‧‧‧特徵資料
426‧‧‧步驟
428‧‧‧影像參數
502‧‧‧目標位置
504‧‧‧經內插表面
506‧‧‧量測點
508‧‧‧表面
802‧‧‧資料
806‧‧‧步驟
810‧‧‧步驟
814a‧‧‧校正資訊
814b‧‧‧校正資訊
831‧‧‧光點
840‧‧‧暗場影像
840'‧‧‧已校正暗場影像資料
842a‧‧‧第一校準步驟
842b‧‧‧第二校準步驟
844‧‧‧步驟
846‧‧‧繞射信號
846'‧‧‧已校正繞射信號
848‧‧‧步驟
900‧‧‧光柵結構
902‧‧‧矽基板
904‧‧‧氮化矽層
906‧‧‧二氧化矽層
908‧‧‧鎢光柵
910‧‧‧鋁光柵層
912‧‧‧個別特徵
940‧‧‧光瞳影像
1000‧‧‧疊對光柵結構
1014‧‧‧上層/抗蝕劑層
1100‧‧‧光柵結構
1102‧‧‧矽基板
1104‧‧‧鋁光柵層
1140‧‧‧光瞳影像
1300‧‧‧光柵結構
1302‧‧‧基板層
1304‧‧‧底部光柵層
1312‧‧‧中間層
1314‧‧‧上部光柵層
1340‧‧‧光瞳影像
CP‧‧‧收集路徑
h‧‧‧厚度/高度
I‧‧‧照明射線
IP‧‧‧照明路徑
LC‧‧‧微影製造單元/微影叢集
MA‧‧‧圖案化器件
O‧‧‧光軸
OV‧‧‧疊對
PU‧‧‧影像處理器及控制器
R‧‧‧配方資訊
S‧‧‧光點
S0‧‧‧步驟
S21‧‧‧步驟
S22‧‧‧步驟
S23‧‧‧步驟
S24‧‧‧步驟
SCS‧‧‧步驟
T‧‧‧度量衡目標
T'‧‧‧影像
W‧‧‧基板
現將參考隨附圖式作為實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中： 圖1描繪微影裝置連同形成用於半導體器件之生產設施的其他裝置； 圖2 (包括圖2之(a)及圖2之(b))示意性地說明經調適以執行已知檢測方法之檢測裝置； 圖3示意性地說明根據本發明之原理的監測製程之方法中的步驟； 圖4更詳細地說明圖3之方法的一個實施方案； 圖5說明(a)藉由習知技術量測之物理性質與(b)藉由本發明之原理獲得的影像參數之間的相關性； 圖6說明包括數個個別目標光柵之複合度量衡目標； 圖7說明由圖6之裝置擷取的圖6之目標的影像； 圖8說明在實例疊對度量方法中應用圖3及圖4之方法，其使用基於藉由圖3及圖4之方法獲得之影像參數而調整的校正； 圖9(包括圖9之(a)及圖9之(b))及圖10 (包括圖10之(a)至圖10之(e))說明第一實例目標結構中之光瞳影像特徵的辨識及分類； 圖11(包括圖11之(a)至圖11之(h))及圖12 (包括圖12之(a)至圖12之(d))說明另一實例目標結構設計中之光瞳影像特徵的辨識及分類以及層厚度之變化； 圖13(包括圖13之(a)至圖13之(c))及圖14 (包括圖14之(a)至圖14之(c))說明第三實例目標結構設計中之光瞳影像特徵的辨識及分類以及層厚度之變化；且 圖15係說明使用藉由圖圖8之方法進行的量測來控制度量衡方法及/或微影製程之效能之方法的流程圖。

Claims (15)

  1. 一種監測一製程之方法，其中多層產品結構藉由圖案化步驟、物理處理步驟與化學處理步驟之一組合形成於基板上，該方法包含： (a) 運用檢測輻射來照明一目標結構； (b) 在該檢測輻射已由該目標結構散射之後捕獲表示該檢測輻射之一角分佈的至少一個影像； (c) 重複步驟(a)及(b)以捕獲一基板上及/或不同基板上之不同位置處藉由該製程形成之複數個標稱相同之目標結構的影像；及 (d) 基於具有相同設計但形成於一基板上及/或不同基板上之不同位置處之目標結構之該等影像的一比較，推斷在該等不同位置之間存在一結構差異。
  2. 如請求項1之方法，其中在步驟(d)中推斷存在一結構差異，而不推斷一特定結構差異。
  3. 如請求項2之方法，其中在步驟(d)中推斷存在一結構差異，而不區分該目標結構內之幾何屬性的改變與材料屬性的改變。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中在步驟(d)中判定該等結構之一差異度，而非僅存在或不存在。
  5. 如請求項1至3中任一項之方法，其中在步驟(d)中執行影像處理以藉由一或多個影像參數特性化各影像，且其中步驟(d)中之該比較係基於該等影像參數之比較。
  6. 如請求項5之方法，其中該影像處理包括辨識一或多個類型之特徵，且其中該比較係至少部分地基於包含以下各者中之一者的一影像參數：該影像之部分中之一第一類型之特徵的數目、該所捕獲圖像內之該第一類型之一特徵的定位、該第一類型之一特徵的形狀、該第一類型之一特徵相對於該第一類型之其他特徵的定位、該第一類型之特徵相對於一第二類型之一特徵的強度、該第一類型之一特徵相對於一第二類型之特徵的定位。
  7. 如請求項6之方法，其中該第一類型之特徵係一弓形特徵。
  8. 如請求項1至3中任一項之方法，其進一步包含以下一步驟： (e) 藉由量測已與在步驟(b)中使用之該等目標結構經受相同程序步驟之複數個目標結構來判定該製程之一效能參數， 其中在步驟(e)中，在一對應位置及/或基板處針對在步驟(b)中量測之一目標結構而部分地基於在步驟(d)中推斷之該等結構差異而判定各目標結構之該量測。
  9. 如請求項8之方法，其中在步驟(e)中進行之該等量測使用經先前判定之校準資訊以基於自該等目標結構獲得之量測信號而判定該效能參數，且其中取決於該所推斷差異而針對各目標調整該校準資訊。
  10. 如請求項9之方法，其中該校準資訊界定一檢測裝置之假影的一校正，且其中回應於針對該對應位置及/或基板推斷之一差異度而調整該校正之一強度。
  11. 如請求項9之方法，其中該校準資訊界定雜散光之一校正，校正度取決於該所推斷結構差異。
  12. 如請求項8之方法，其中藉由暗場成像進行步驟(e)中之該等量測。
  13. 如請求項12之方法，其中使用一檢測裝置之一場影像感測器來進行步驟(e)中之該等量測，且使用一光瞳影像感測器來進行步驟(b)中之該等量測，且其中經由一共同接物鏡進行步驟步驟(a)之該照明及步驟(b)及(e)中之該等量測。
  14. 如請求項12之方法，其中對於步驟(e)中之該等量測，檢測輻射之一光點過度充滿一複合目標結構內之複數個組件光柵，且對於步驟(b)中之該等量測，檢測輻射之一光點未充滿該複合目標結構內之一個組件光柵。
  15. 如請求項8之方法，其中步驟(e)中之該等量測係該等目標結構之一不對稱相關屬性的量測。
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