TW202217278A - 灰度模式掃描散射量測疊對計量 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種疊對計量系統，其可包含一照明子系統、一集光子系統及一控制器。該照明子系統可包含一或多個照明光學器件，該一或多個照明光學器件經組態以在藉由一平移載物台沿著一載物台掃描方向掃描一樣本時將一照明光束引導至該樣本上之一疊對目標，其中該疊對目標包含具有擁有沿著該載物台掃描方向之週期性的一光柵疊光柵結構之一或多個單元。該集光子系統可包含：一物鏡；一第一光電偵測器，其定位於一光瞳平面中0階繞射與+1階繞射之間的一重疊位置處；及一第二光電偵測器，其定位於一光瞳平面中0階繞射與-1階繞射之間的一重疊位置處。該控制器可自該等第一及第二光電偵測器接收時變干涉信號且判定沿著該載物台掃描方向在該樣本之第一及第二層之間的一疊對誤差。

Description

灰度模式掃描散射量測疊對計量
本發明大體上係關於疊對計量，且更特定言之係關於灰度模式掃描散射量測疊對計量。
疊對計量通常係指一樣本(諸如但不限於，半導體裝置)上之層之相對對準之量測。一疊對量測或一疊對誤差量測通常係指兩個或更多個樣本層上之經製造特徵之未對準之一量測。在一般意義上，多個樣本層上之經製造特徵之適當對準對於裝置之恰當運作係必需的。
對減小特徵大小及增加特徵密度之需求導致對準確及高效疊對計量之相應增加之需求。計量系統通常藉由量測或以其他方式檢測跨一樣本分佈之專用計量目標來產生與該樣本相關聯之計量資料。因此，樣本通常安裝於一平移載物台上且經平移使得計量目標循序地移動至一量測視場中。在採用一移動及量測(MAM)方法之典型計量系統中，樣本在各量測期間為靜態的。然而，在一量測之前使平移載物台安定所需之時間可負面影響處理能力。因此，可期望提供用於解決上述缺陷之系統及方法。
根據本發明之一或多項闡釋性實施例，揭示一種疊對計量系統。在一項闡釋性實施例中，該系統包含一照明子系統。在另一闡釋性實施例中，該照明子系統包含用以產生一照明光束之一照明源。在另一闡釋性實施例中，該系統包含一或多個照明光學器件，該一或多個照明光學器件經組態以在藉由一平移載物台沿著一載物台掃描方向掃描一樣本時將該照明光束引導至該樣本上之一疊對目標，其中該疊對目標包含具有擁有沿著該載物台掃描方向之週期性的一光柵疊光柵結構之一或多個單元，且其中該光柵疊光柵結構在一重疊區域中包含該樣本之一第一層上之第一層光柵特徵及該樣本之一第二層上之第二層光柵特徵。在另一闡釋性實施例中，該系統包含一集光子系統。在另一闡釋性實施例中，該集光子系統包含一物鏡。在另一闡釋性實施例中，該集光子系統包含一第一光電偵測器，該第一光電偵測器定位於一光瞳平面中自該疊對目標之0階繞射與自該疊對目標之+1階繞射之間的一重疊位置處。在另一闡釋性實施例中，該集光子系統包含一第二光電偵測器，該第二光電偵測器定位於一光瞳平面中自該疊對目標之0階繞射與自該疊對目標之-1階繞射之間的一重疊位置處。在另一闡釋性實施例中，該系統包含通信地耦合至該等第一及第二光電偵測器之一控制器。在另一闡釋性實施例中，在沿著該載物台掃描方向掃描該疊對目標時，該控制器自該等第一及第二光電偵測器接收時變干涉信號。在另一闡釋性實施例中，該控制器基於該等時變干涉信號判定沿著該載物台掃描方向在該樣本之該等第一及第二層之間的一疊對誤差。
根據本發明之一或多項闡釋性實施例，揭示一種疊對計量系統。在一項闡釋性實施例中，該系統包含一照明子系統。在另一闡釋性實施例中，該照明子系統包含用於在藉由一平移載物台沿著一載物台掃描方向掃描一樣本時用一第一照明光束及一第二照明光束照明該樣本上之一疊對目標之一第一照明通道及一第二照明通道。在另一闡釋性實施例中，該疊對目標包含具有擁有沿著一第一方向之週期性的一光柵疊光柵結構之一或多個第一單元及具有擁有沿著正交於該第一方向之一第二方向之週期性的一光柵疊光柵結構之一或多個第二單元，其中該載物台掃描方向係相對於第一方向及第二方向對準。在另一闡釋性實施例中，一特定光柵疊光柵結構在一重疊區域中包含該樣本之一第一層上之第一層光柵特徵及該樣本之一第二層上之第二層光柵特徵。在另一闡釋性實施例中，該等第一及第二照明通道照明沿著正交於該載物台掃描方向之一方向分離之該疊對目標之不同單元。在另一闡釋性實施例中，該系統包含一集光子系統。在另一闡釋性實施例中，該集光子系統包含一物鏡。在另一闡釋性實施例中，該集光子系統包含分別與該第一照明通道及該第二照明通道相關聯之一第一偵測通道及一第二偵測通道。在另一闡釋性實施例中，一特定偵測通道包含：一第一光電偵測器，其定位於一光瞳平面中自該疊對目標之0階繞射與自該疊對目標之+1階繞射之間的一重疊位置處；及一第二光電偵測器，其定位於一光瞳平面中自該疊對目標之0階繞射與自該疊對目標之-1階繞射之間的一重疊位置處。在另一闡釋性實施例中，該系統包含通信地耦合至該等第一及第二光電偵測器之一控制器。在另一闡釋性實施例中，在沿著量測方向掃描該疊對目標時，該控制器自該等第一及第二偵測通道之各者之該等第一及第二光電偵測器接收時變干涉信號。在另一闡釋性實施例中，該控制器基於該等時變干涉信號判定沿著該等第一及第二方向在該樣本之該等第一及第二層之間的一疊對誤差。
根據本發明之一或多項闡釋性實施例，揭示一種疊對計量系統。在一項闡釋性實施例中，該系統包含一照明子系統。在另一闡釋性實施例中，該照明子系統包含經組態以產生一照明光束之一照明源。在另一闡釋性實施例中，該照明子系統包含一掃描鏡，該掃描鏡經組態以在藉由一平移載物台使一樣本沿著正交於一光束掃描方向之一載物台掃描方向平移時使該照明光束沿著該光束掃描方向掃描橫跨該樣本上之一疊對目標。在另一闡釋性實施例中，該疊對目標包含具有擁有沿著一量測方向之週期性的一光柵疊光柵結構之一或多個單元。在另一闡釋性實施例中，該量測方向對應於該光束掃描方向或該載物台掃描方向。在另一闡釋性實施例中，該光柵疊光柵結構在一重疊區域中包含該樣本之一第一層上之第一層光柵特徵及該樣本之一第二層上之第二層光柵特徵。在另一闡釋性實施例中，該系統包含一集光子系統。在另一闡釋性實施例中，該集光子系統包含一物鏡。在另一闡釋性實施例中，該集光子系統包含一第一光電偵測器，該第一光電偵測器定位於一光瞳平面中自該疊對目標之0階繞射與自該疊對目標之+1階繞射之間的一重疊位置處。在另一闡釋性實施例中，該集光子系統包含一第二光電偵測器，該第二光電偵測器定位於一光瞳平面中自該疊對目標之0階繞射與自該疊對目標之-1階繞射之間的一重疊位置處。在另一闡釋性實施例中，該系統包含通信地耦合至該等第一及第二光電偵測器之一控制器。在另一闡釋性實施例中，在沿著該量測方向掃描該疊對目標時，該控制器自該等第一及第二光電偵測器接收時變干涉信號。在另一闡釋性實施例中，該控制器基於該等時變干涉信號判定沿著該量測方向在該樣本之該等第一及第二層之間的一疊對誤差。
根據本發明之一或多項闡釋性實施例，揭示一種疊對計量系統。在一項闡釋性實施例中，該系統包含一照明子系統。在另一闡釋性實施例中，該照明子系統包含分別用於在藉由一平移載物台用一第一照明光束及一第二照明光束沿著一載物台掃描方向掃描一樣本時用一第一照明光束及一第二照明光束照明該樣本上之一疊對目標之一第一照明通道及一第二照明通道。在另一闡釋性實施例中，該疊對目標包含具有擁有沿著一第一方向之週期性的一光柵疊光柵結構之一或多個第一單元及具有擁有沿著正交於該第一方向之一第二方向之週期性的一光柵疊光柵結構之一或多個第二單元。在另一闡釋性實施例中，該載物台掃描方向對應於該第一方向或該第二方向。在另一闡釋性實施例中，一特定光柵疊光柵結構在一重疊區域中包含該樣本之一第一層上之第一層光柵特徵及該樣本之一第二層上之第二層光柵特徵。在另一闡釋性實施例中，該等第一及第二照明通道照明沿著正交於該載物台掃描方向之一方向分離之該疊對目標之不同單元。在另一闡釋性實施例中，該照明子系統包含一或多個光束掃描器以在沿著該載物台掃描方向掃描該樣本時使該等第一及第二照明光束沿著正交於該載物台掃描方向之一光束掃描方向進行掃描。在另一闡釋性實施例中，該系統包含一集光子系統。在另一闡釋性實施例中，該集光子系統包含一物鏡。在另一闡釋性實施例中，該集光子系統包含分別與該第一照明通道及該第二照明通道相關聯之一第一偵測通道及一第二偵測通道。在另一闡釋性實施例中，一特定偵測通道包含：一第一光電偵測器，其定位於一光瞳平面中自該疊對目標之0階繞射與自該疊對目標之+1階繞射之間的一重疊位置處；及一第二光電偵測器，其定位於一光瞳平面中自該疊對目標之0階繞射與自該疊對目標之-1階繞射之間的一重疊位置處。在另一闡釋性實施例中，該系統包含通信地耦合至該等第一及第二光電偵測器之一控制器。在另一闡釋性實施例中，在沿著量測方向掃描該疊對目標時，該控制器自該等第一及第二偵測通道之各者之該等第一及第二光電偵測器接收時變干涉信號。在另一闡釋性實施例中，該控制器基於該等時變干涉信號判定沿著該等第一及第二方向在該樣本之該等第一及第二層之間的一疊對誤差。
應理解，前文概述及下文詳細描述兩者僅為例示性及說明性且並不一定限制如所主張之本發明。併入說明書且構成說明書之一部分之附圖繪示本發明之實施例且連同概述一起用於說明本發明之原理。
相關申請案之交叉參考本申請案根據35 U.S.C. § 119(e)規定主張於2020年8月3日申請之美國臨時申請案第63/060,576號及於2021年2月1日申請之美國臨時申請案第63/144,205號之權利，該兩案之全文以引用的方式併入本文中。
現將詳細參考附圖中繪示之所揭示標的物。本發明已關於某些實施例及其等之特定特徵而特定展示及描述。本文中所闡述之實施例應被視為闡釋性而非限制性。一般技術者應易於明白，可在不脫離本發明之精神及範疇之情況下作出形式及細節方面之各種改變及修改。
本發明之實施例係關於灰度模式掃描散射量測疊對。出於本發明之目的，術語散射量測計量係用於廣泛地涵蓋術語基於散射量測之計量及基於繞射之計量，其中用具有一有限角範圍之一照明光束照明在一或多個樣本層上具有週期性特徵之一樣本，且收集一或多個相異繞射階以用於量測。此外，術語掃描計量係用於描述在樣本處於運動中時產生之計量量測。在一般意義上，可藉由沿著一量測路徑(例如，一掃描帶或類似者)掃描一樣本來實施掃描計量，使得該樣本上之所關注區域(例如，計量目標、裝置區域或類似者)平移通過一計量系統之一量測視場。此外，可針對任何數目個量測路徑或特定量測路徑之重複量測來重複程序以提供樣本之任何所要數目個量測。
在一些實施例中，用具有一有限角範圍之一照明光束照明由兩個或更多個樣本層上之週期性結構之重疊區域形成之一光柵疊光柵結構以產生離散繞射階。本文中經考慮，在一收集光瞳平面中繞射階(例如，+/- 1繞射階)之強度輪廓以及正及負繞射階之間的對稱性可受光柵疊光柵結構之各種特性影響。例如，光瞳平面中之各繞射階可包含來自光柵疊光柵結構之各種層上之各種光柵之經繞射光。與來自不同樣本層之繞射相關聯之光之間的相位差接著可導致光瞳平面中之強度變動(諸如但不限於，干涉條紋)。因此，一收集光瞳中之一繞射階之強度輪廓對於由相對較薄樣本層形成之光柵疊光柵結構可為均勻或緩慢變化的，且對於相對較厚樣本層可展現更明顯變動。
本文中另外經考慮，無關於特定強度輪廓，正及負繞射階(例如，+/-1繞射階)之間的對稱性亦可受光柵疊光柵結構之各種特性影響。例如，光柵疊光柵結構中之不對稱性(諸如但不限於，各種層中之光柵特徵之相對對準)可表現為正及負繞射階之間的不對稱性。作為圖解說明，一完全對稱光柵疊光柵結構可產生對稱的正及負繞射階。相比而言，樣本不對稱性(諸如疊對誤差)可誘發正及負繞射階之各種態樣(諸如但不限於，正及負繞射階之間的相對強度或相位)之間的不對稱性。
因此，可基於正及負繞射階之比較來產生光柵疊光柵結構之不對稱性之計量量測(諸如疊對量測)。例如，基於靜態樣本之繞射階之光瞳平面影像之散射量測疊對通常係描述於標題為DIFFRACTION BASED OVERLAY SCATTEROMETRY且於2019年1月3日出版之美國專利公開案第2019/0004439號中，該案之全文以引用的方式併入本文中。在此公開案中，透過至少一個光瞳平面影像之分析來判定與+1繞射階與-1繞射階之間的一疊對量測相關聯的相移，其中-1繞射階、+1繞射階及0繞射階係在光瞳平面中空間分離。
然而，本文中進一步經考慮，基於靜態樣本之光瞳平面影像之技術可具有至少部分基於在定位樣本之一疊對目標或其他部分以用於一量測時起始及停止一平移載物台所需之時間的有限量測處理能力。
本發明之實施例係關於基於在透過一照明光束掃描一光柵疊光柵結構時產生之與一收集光瞳中之正及負繞射相關聯之時變干涉信號之間的差異之掃描灰度模式散射量測疊對計量。在一項實施例中，照明及集光條件經組態使得0階繞射及一階繞射(例如，+/-1繞射階)在一收集光瞳平面中重疊。例如，-1繞射可與0階繞射之一側重疊且+1繞射可與0階繞射之一相對側重疊。一光電偵測器接著放置於光瞳平面之重疊區域之各者中以擷取在相對於照明光束掃描樣本時產生之與+1及-1繞射階相關聯之時變干涉信號。以此方式，0階繞射可用作兩個時變干涉信號之一共同參考。此外，可藉由此項技術中已知之任何技術(諸如但不限於，一或多個鎖相迴路)提取各時變干涉信號之量值及相位。
本文中所揭示之系統及方法可適用於廣泛多種樣本佈局，包含具有相對較薄及相對較厚樣本層之樣本。例如，本文中所揭示之系統及方法可非常適於具有相對較薄樣本層之樣本(諸如但不限於，動態隨機存取記憶體(DRAM)結構)。在此方面，收集光瞳中之繞射階之強度分佈可如本文中先前所描述般相對均勻，此可對光電偵測器在重疊區域中之放置提供相對較低容限。然而，本文中所揭示之系統及方法亦可適於具有相對較厚層之樣本。在此情況中，光電偵測器之放置可準確地放置於正及負繞射階之對稱區域中。此外，可校準系統及/或量測以提高量測準確度。
因此，可藉由比較在掃描樣本時產生之兩個時變干涉信號來產生光柵疊光柵結構之不對稱性之一計量量測(諸如疊對量測)。此外，可基於時變干涉信號之任何特徵或特徵組合之一比較來產生計量量測。例如，一疊對誤差或其他樣本不對稱性可誘發可自時變干涉信號(例如，基於時變干涉信號之相對量值及/或相位)提取之正及負繞射階之相對強度及/或相位之間的一不對稱性。因此，本文中經考慮，本文中所揭示之系統及方法可提供可使用此項技術中已知之任何疊對技術分析之資料。以此方式，與靜態樣本之靜態量測相關聯之疊對目標及/或演算法(諸如但不限於，在美國專利公開案第2019/0004439號中所描述之彼等)可擴展至一掃描機制以提供相關聯處理能力增強。
本文中進一步經考慮，本文中所揭示之系統及方法可以一高處理能力提供敏感疊對計量。例如，非成像組態能夠使用適於快速掃描速度之快速光電偵測器。作為一非限制性實例，具有1 GHz之一頻寬之光電偵測器可在具有1微米之一節距之光柵疊光柵目標上實現大約每秒10釐米之掃描速度。
此外，本文中所揭示之系統及方法可對目標邊緣效應相對不敏感，此可實現小目標大小之使用及疊對計量量測所需之樣本上之空間的對應高效使用。例如，目標邊緣效應通常可表現為光瞳平面中之成與目標尺寸相關聯之角度之經繞射光。然而，本文中所揭示之系統及方法將光之收集限於窄範圍之靜態收集角度(例如，與光瞳平面中之光電偵測器之大小及位置相關聯)且以此等角度擷取時變資料。此外，在一些實施例中，一照明光束可沿著光柵結構之一方向(例如，正交於週期性的方向)延伸以平均與光柵疊光柵結構之特徵中之微小波動相關聯之目標雜訊。
適於產生所關注繞射圖案之光柵疊光柵特徵通常可定位於樣本上之任何地方。在一些實施例中，可直接在具有合適幾何形狀之裝置特徵上執行疊對計量。藉由另一實例，可在可定位於任何合適位置處(諸如但不限於，在晶粒內或在晶粒之間的劃線道內)之專用疊對目標上執行疊對計量。以此方式，對疊對目標之疊對量測可表示裝置特徵之疊對。專用疊對目標通常可包含經設計以基於一特定疊對量測技術提供準確疊對量測之特徵。此外，疊對目標可包含一或多個量測單元，其中各單元包含樣本上之一或多個層之重疊區域中之印刷元件。一疊對量測接著可基於疊對目標之各種單元之量測之任何組合。例如，一疊對目標之多個單元可經設計具有不同預期偏移(例如，樣本之各種層中之有意與已知偏移值未對準之光柵結構)，此可改良量測之準確度及/或敏感度。
本發明之額外實施例係關於在至少兩個方向上量測疊對。在一項實施例中，一疊對目標包含兩組單元，其中一第一組單元包含沿著不同於但非正交於一掃描方向之一第一對角線方向定向之光柵疊光柵結構，且其中一第二組單元包含沿著正交於該第一對角線方向之一第二對角線方向定向之光柵疊光柵結構。以此方式，可在一掃描期間產生沿著第一及第二對角線方向之疊對量測。此外，可藉由使樣品平移通過一量測場及/或藉由使一或多個照明光束平移來實施掃描。
在另一實施例中，藉由一平移載物台沿著一載物台掃描方向掃描一樣本且使一或多個照明光束沿著可正交於該載物台掃描方向之一光束掃描方向進行掃描。在此組態中，一疊對目標可包含兩組單元，其中一第一組單元包含沿著載物台掃描方向定向之光柵疊光柵結構，且其中一第二組單元包含沿著光束掃描方向定向之光柵疊光柵結構。此外，一照明光束可在一量測期間沿著各單元沿著一對角線路徑行進。
本發明之額外實施例係關於用兩個或更多個空間分離之照明光束同時照明一疊對目標。例如，一疊對目標可包含兩列或更多列平行單元，其中各列包含沿著一載物台掃描方向分佈之一或多個單元。以此方式，在沿著該載物台掃描方向掃描樣本時，兩個或更多個照明光束可同時照明兩列或更多列中之單元以用於平行化量測。此外，空間分離之照明光束之各者可經組態具有不同光學參數(諸如但不限於，偏光或波長)。諸如此之多工化光學參數可提供各種益處，諸如但不限於用多個光學組態產生計量資料以改良量測之準確度及/或敏感度，或提供用於高效分離來自與不同經照明單元相關聯之樣本之量測光之一機制。應注意，使用多個單元之同時照明在經設計用於靜態目標之計量系統之背景內容中亦可為有利的。
本文中經考慮，如本文中所揭示之灰度模式散射量測疊對計量可提供諸多益處。例如，在掃描一樣本時擷取指示疊對之量測信號之能力可避免擷取一靜態目標之一影像所需之載物台加速及減速時間且因此可提供相對較高量測處理能力。以此方式，可實質上增加在一給定時間段內之疊對量測之次數。藉由另一實例，本文中所揭示之系統及方法可實現光瞳之一相對較大部分之使用，此可容許一高光預算及對應信雜比益處。藉由另一實例，本文中所揭示之系統及方法可提供將當前散射量測疊對計量架構及目標直接擴展至掃描模式計量。例如，可修改或增補經設計用於光瞳平面成像之系統以包含如本文中所揭示之光電偵測器以產生時變干涉信號。藉由另一實例，如先前所描述，對用以提供雜訊平均之目標邊緣效應及光點形狀控制之相對不敏感性可能夠使用相對較小目標來促進高速量測及樣本上之空間之高效使用兩者。應注意，此等考量亦可適用於經設計用於靜態目標之計量系統。
本文中進一步經考慮，如本文中所揭示之灰度模式散射量測疊對計量可結合額外掃描散射量測疊對計量技術一起實施。在一項實施例中，使用兩個光瞳平面光電偵測器產生時變干涉信號可與影像平面散射量測疊對計量技術組合。例如，影像平面散射量測疊對計量通常係描述於2021年1月4日申請之美國專利申請案第17/140,999號中，該案之全文以引用的方式併入本文中。
現參考圖1至圖9，更詳細描述根據本發明之一或多項實施例之用於灰度模式散射量測疊對計量之系統及方法。
圖1A係根據本發明之一或多項實施例之用於執行灰階散射量測疊對計量之一系統100的一概念圖。在一項實施例中，系統100包含用以對樣本104執行灰度模式散射量測疊對量測之一疊對計量工具102。例如，疊對計量工具102可對樣本104之具有光柵疊光柵結構之部分(諸如但不限於，專用疊對目標)執行灰度模式散射量測疊對量測。圖1B係根據本發明之一或多項實施例之疊對計量工具102之一示意圖。
在一項實施例中，疊對計量工具102包含用以產生呈一或多個照明光束108之形式之照明以照明樣本104之一照明子系統106及用以自經照明樣本104收集光之一集光子系統110。例如，一或多個照明光束108可有角度地限制於樣本104上使得光柵疊光柵結構(例如，在一疊對目標之一或多個單元中)可產生離散繞射階。此外，一或多個照明光束108可在空間上受限使得其等可照明樣本104之選定部分。例如，一或多個照明光束108之各者可在空間上受限以照明一疊對目標之一特定單元。
集光子系統110接著可自樣本104收集與照明光束108之繞射相關聯之至少0階繞射(例如，鏡面反射)及+/-1繞射階。此外，集光子系統110可包含定位於一收集光瞳平面114中0階繞射與+/-1繞射階之間的重疊位置處之至少兩個光電偵測器112。
在另一實施例中，疊對計量工具102包含用以在一量測期間透過疊對計量工具102之一量測視場掃描樣本104以實施掃描計量的一平移載物台116。
在另一實施例中，疊對計量工具102包含經組態以修改或以其他方式控制至少一個照明光束108在樣本104上之一位置之一光束掃描子系統118。例如，光束掃描子系統118可在一量測期間使一照明光束108在正交於一掃描方向(例如，其中平移載物台116掃描樣本104之一方向)之一方向上進行掃描。
現參考圖2A至圖3B，更詳細描述根據本發明之一或多項實施例之自光柵疊光柵結構收集繞射階及放置光電偵測器112以用於灰度模式掃描散射量測疊對計量。
圖2A係根據本發明之一或多項實施例之具有擁有一光柵疊光柵結構之一單個單元204之一疊對目標202的一俯視圖。圖2B係根據本發明之一或多項實施例之在一基板206上之圖2A中之疊對目標202之一單個單元204的一側視圖。在一項實施例中，單元204包含定位於樣本104之一第一層210上之第一層印刷元件208及定位於樣本104之一第二層214上之第二層印刷元件212，其等經定向使得包含第一層印刷元件208及第二層印刷元件212之區域重疊以形成一光柵疊光柵結構。此外，如圖2A及圖2B中所繪示，第一層印刷元件208可(但不必)經設計以包含沿著量測方向(例如，圖2B中之Y方向)自第二層印刷元件212達一選定量之預期偏移，此可促進與沿著量測方向之預期偏移之一偏差所相關聯之疊對誤差之量測。如下文將更詳細描述，應理解，一疊對目標202通常可由任何數目個單元204形成且任何特定單元204可包含具有沿著任何方向之一週期性的一光柵疊光柵特徵。
然而，應理解，圖2A及圖2B及相關聯描述中之疊對目標202僅為闡釋性目的提供且不應被解釋為限制性。實情係，疊對目標202可包含任何合適光柵疊光柵疊對目標設計。例如，疊對目標202可包含適用於沿著兩個方向進行量測之任何數目個單元204。此外，單元204可以任何圖案或配置分佈。例如，適用於掃描計量之計量目標設計通常係描述於2019年10月10日申請之美國專利申請案第16/598,146號中，該案之全文以引用的方式併入本文中。在一項實施例中，疊對目標202包含沿著一掃描方向(例如，樣本104之一運動方向)分佈之一或多個單元分組，其中各特定單元分組內之單元204經定向以具有沿著一共同方向週期性的光柵疊光柵結構。例如，一第一單元分組可包含具有沿著X方向之週期性的一或多個單元204且一第二單元分組可包含具有沿著Y方向之週期性的一或多個單元204。以此方式，在透過集光子系統110之一量測視場掃描樣本104時可同時對一特定單元分組內之所有單元204進行成像。藉由另一實例，適用於在一單次掃描中在正交方向上進行計量量測之對角線目標通常係描述於2020年7月24日申請之美國專利申請案第16/964,734號中，該案之全文以引用的方式併入本文中。
圖2A進一步繪示單元204上之與一照明光束108相關聯之一照明光點。在一項實施例中，照明子系統106底填充單元204使得照明光束108之大小小於單元204。因此，收集光瞳平面114中之光之一分佈可實質上限於自單元204中之光柵疊光柵特徵繞射之光且可最小化或實質上消除目標邊緣效應。此外，照明光束108可基於單元204中之一光柵疊光柵結構之大小及/或節距設定大小。在一般意義上，照明光束108通常可經設定大小為小於單元204之一高度且具有小於單元204之寬度至少一個節距之一寬度以提供清晰干涉條紋。
作為一實例，圖2A繪示具有沿著量測方向(此處X方向)之經設定為光柵疊光柵結構之節距的大約一半之一寬度之一照明光束108。在一項非限制性例項中，適用於一10微米正方形單元204之照明光束108之尺寸在Y方向上可為1.5微米且在X方向上可為0.5微米，此可用照明光瞳平面120中之0.9 x 0.3 NA之一橢圓形光瞳達成。然而，應理解，圖2A中之照明光束108之描繪僅出於闡釋性目的提供且不應被解釋為限制性。照明光束108通常可具有適於產生如本文中所描述之重疊的0階及一階繞射之任何大小。
在另一實施例中，照明光束108可在垂直於一量測方向之一方向上伸長以進一步減輕由單元204中之缺陷(諸如但不限於，第一層印刷元件208或第二層印刷元件212之粗糙度)引起之目標誘發之雜訊。例如，圖2A繪示沿著Y方向伸長之照明光束108。
圖3A係根據本發明之一或多項實施例之在疊對計量工具102之一照明光瞳平面120中之一照明光瞳302的一俯視圖。例如，照明光瞳平面120可對應於如圖1B中所繪示之照明子系統106中之一光瞳平面。圖3B係根據本發明之一或多項實施例之疊對計量工具102之收集光瞳平面114中之一收集光瞳304的一俯視圖。例如，收集光瞳平面114可對應於如圖1B中所繪示之集光子系統110中之一光瞳平面。
在一項實施例中，照明子系統106用如圖3A中所繪示之以法線入射(或近法線入射)之一或多個照明光束108照明疊對目標202。此外，一或多個照明光束108可以如藉由收集光瞳平面114中之有限大小所繪示之一有限範圍之入射角照明疊對目標202。在此方面，疊對目標202可將一或多個照明光束108繞射成離散繞射階。
圖3B繪示沿著光柵疊光柵結構之週期性的方向(例如，此處為X方向)分佈在收集光瞳平面114中之0階繞射306、-1階繞射308及+1階繞射310之一分佈。特定言之，-1階繞射308及+1階繞射310分佈在0階繞射306之相對側上。
在另一實施例中，照明子系統106、集光子系統110及疊對目標202經組態以提供一階繞射(例如，-1階繞射308及+1階繞射310)與0階繞射306部分重疊。例如，如圖3B中所繪示，-1階繞射308與0階繞射306重疊以形成一第一重疊區域312，且+1階繞射310與0階繞射306重疊以形成一第二重疊區域314。
本文中應認知，藉由一週期性結構(諸如一光柵疊光柵結構)之一照明光束108之繞射階之分佈可受各種參數影響，諸如但不限於照明光束108之一波長、照明光束108在高度方向及方位角方向兩者上之一入射角、該週期性結構之一週期或一集光透鏡之一數值孔徑(NA)。因此，在本發明之實施例中，照明子系統106、集光子系統110及疊對目標202可經組態以提供0階繞射306及一階繞射在集光子系統110之收集光瞳平面114中之一重疊分佈。例如，照明子系統106及/或集光子系統110可經組態以產生對具有提供重疊分佈之一選定範圍之週期性的光柵疊光柵結構之量測。此外，照明子系統106及/或集光子系統110之各種組件(例如，光闌、光瞳或類似者)可調整以針對具有一給定週期性的一給定光柵疊光柵結構提供重疊分佈。
此外，收集光瞳平面114中之繞射階之大小及形狀通常可與樣本104上之照明光束108之大小及形狀有關。例如，儘管未展示，但在照明光束108伸長(例如，如圖2A中所繪示)之情況中，0階繞射306、-1階繞射308及+1階繞射310可類似地伸長(例如，在正交方向上)。
在另一實施例中，疊對計量工具102包含定位於收集光瞳平面114之重疊區域中之光電偵測器112。例如，如圖3B中所繪示，一第一光電偵測器112a定位於第一重疊區域312中且一第二光電偵測器112b定位於第二重疊區域314中。在掃描樣本104時，光電偵測器112之各者接著可擷取一時變干涉信號。特定言之，在沿著一光柵疊光柵結構之週期性的一方向(例如，圖2A及圖2B中之X方向)掃描一疊對目標202時，+/-1階繞射308、310之相位相對於0階繞射306在相反方向上偏移。因此，掃描疊對目標202達等於光柵疊光柵結構之一節距之一長度導致+/-1繞射階308、310之各者之2π之一相移(在相反方向上)且藉由光電偵測器112之各者擷取之強度透過一干涉條紋振盪。
光電偵測器112通常可包含此項技術中已知之適於擷取在藉由平移載物台116平移樣本104時及/或在藉由光束掃描子系統118使一或多個照明光束108進行掃描時產生之干涉信號的任何類型之光學偵測器。例如，光電偵測器112可包含(但不限於)快速光電二極體。
在一般意義上，光電偵測器112之頻寬或回應時間應足以解析干涉條紋之時間頻率，該時間頻率與光柵疊光柵結構之節距及沿著一量測方向(光柵疊光柵結構之週期性的方向)之掃描速度有關。例如，在沿著一量測方向之每秒10釐米之一掃描速度及1微米之一目標節距的情況下，干涉信號將以大約100 kHz之一速率振盪。在一項實施例中，光電偵測器112包含具有至少1 GHz之一頻寬之光電偵測器。然而，應理解，此值並非必需的。實情係，可一起選擇光電偵測器112之頻寬、沿著量測方向之平移速度及光柵疊光柵結構之節距以提供干涉信號之一所要取樣率。
再次參考圖1A，更詳細描述根據本發明之一或多項實施例之疊對計量工具102之額外組件。
在另一實施例中，系統100包含通信地耦合至疊對計量工具102之一控制器122。控制器122可包含一或多個處理器124及一記憶體裝置126或記憶體。例如，一或多個處理器124可經組態以執行維持於記憶體裝置126中之一程式指令集。
控制器122之一或多個處理器124通常可包含此項技術中已知之任何處理器或處理元件。出於本發明之目的，術語「處理器」或「處理元件」可經廣泛定義以涵蓋具有一或多個處理或邏輯元件之任何裝置(例如，一或多個微處理器裝置、一或多個特定應用積體電路(ASIC)裝置、一或多個場可程式化閘陣列(FPGA)或一或多個數位信號處理器(DSP))。在此意義上，一或多個處理器124可包含經組態以執行演算法及/或指令(例如，儲存於記憶體中之程式指令)之任何裝置。在一項實施例中，一或多個處理器124可體現為一桌上型電腦、大型電腦系統、工作站、影像電腦、平行處理器、網路化電腦或經組態以執行經組態以操作系統100或結合系統100一起操作之一程式之任何其他電腦系統，如貫穿本發明所描述。此外，系統100之不同子系統可包含適於實行本發明中所描述之步驟之至少一部分之一處理器或邏輯元件。因此，上文描述不應被解釋為限制本發明之實施例而僅為一圖解說明。此外，貫穿本發明所描述之步驟可藉由一單個控制器或替代性地多個控制器實行。此外，控制器122可包含容置於一共同外殼中或多個外殼內之一或多個控制器。以此方式，任何控制器或控制器組合可單獨地封裝為適於整合至計量系統100中之一模組。此外，控制器122可分析或以其他方式處理自光電偵測器112接收之資料且將該資料饋送至系統100內或系統100外部之額外組件。
此外，記憶體裝置126可包含此項技術中已知之適用於儲存可由相關聯之一或多個處理器124執行之程式指令之任何儲存媒體。例如，記憶體裝置126可包含一非暫時性記憶體媒體。作為一額外實例，記憶體裝置126可包含(但不限於)一唯讀記憶體、一隨機存取記憶體、一磁性或光學記憶體裝置(例如，磁碟)、一磁帶、一固態磁碟機及類似者。應進一步注意，記憶體裝置126可與一或多個處理器124一起容置於一共同控制器外殼中。
在此方面，控制器122可執行與疊對計量相關聯之各種處理步驟之任一者。例如，控制器122可經組態以產生控制信號以引導或以其他方式控制疊對計量工具102或其之任何組合。例如，控制器122可經組態以引導平移載物台116以使樣本104沿著一或多個量測路徑或掃描帶平移，以透過疊對計量工具102之一量測視場掃描一或多個疊對目標及/或引導光束掃描子系統118使一或多個照明光束108定位或掃描樣本104。藉由另一實例，控制器122可經組態以自光電偵測器112接收對應於時變干涉信號之信號。藉由另一實例，控制器122可基於來自疊對計量工具102之疊對量測產生用於一或多個額外製造工具之校正項作為該一或多個額外製造工具之回饋及/或前饋控制。
在另一實施例中，控制器122擷取藉由光電偵測器112偵測之干涉信號。控制器122通常可使用此項技術中已知之任何技術(諸如但不限於，一或多個鎖相迴路)擷取資料(諸如但不限於，干涉信號之量值或相位)。此外，控制器122可使用硬體(例如，電路系統)或軟體技術之任何組合擷取干涉信號或與干涉信號相關聯之任何資料。
在另一實施例中，控制器122基於干涉信號之比較判定沿著量測方向在疊對目標202之層(例如，第一層210及第二層214)之間的一疊對量測。例如，控制器122可比較干涉信號之量值及/或相位以產生一疊對量測。例如，上文參考且其全文以引用的方式併入本文中之美國專利公開案第2019/0004439號通常描述一收集光瞳中之繞射階之電場且進一步提供光瞳平面中之疊對與經量測強度之間的特定關係。本文中經考慮，本文中所揭示之系統及方法可將美國專利公開案第2019/0004439號之教示擴展至藉由放置於0與+/- 1繞射階之間的重疊區域中之光電偵測器擷取之時變干涉信號。特定言之，本文中經考慮，一樣本上之疊對可與兩個時變干涉信號之間的一相對相移成比例。在另一例項中，可自時變干涉信號提取光瞳平面中之繞射階之相對強度。以此方式，可應用此項技術中已知之基於繞射階之相對強度差之任何疊對演算法以產生一疊對量測。
此外，控制器122可基於樣本之亦可影響時變干涉信號之已知、假定或量測之特徵(諸如但不限於，側壁角或其他樣本不對稱性)來校準或以其他方式修改疊對量測。
再次參考圖1B，更詳細描述根據本發明之一或多項實施例之疊對計量工具102之各種組件。
在一項實施例中，照明子系統106包含經組態以產生至少一個照明光束108之一照明源128。來自照明源128之照明可包含一或多個選定波長之光，包含(但不限於)紫外(UV)輻射、可見輻射或紅外(IR)輻射。
照明源128可包含適於提供至少一個照明光束108之任何類型之照明源。在一項實施例中，照明源128係一雷射源。例如，照明源128可包含(但不限於)一或多個窄頻雷射源、一寬頻雷射源、一超連續雷射源、一白光雷射源或類似者。在此方面，照明源128可提供具有高相干性(例如，高空間相干性及/或時間相干性)之一照明光束108。在另一實施例中，照明源128包含一雷射維持電漿(LSP)源。例如，照明源128可包含(但不限於)適於容納在藉由一雷射源激發成一電漿狀態時可發射寬頻照明之一或多個元件之一LSP燈、一LSP燈泡或一LSP腔室。
在另一實施例中，照明子系統106包含適於修改及/或調節照明光束108以及將照明光束108引導至樣本104之一或多個光學組件。例如，照明子系統106可包含一或多個照明透鏡130 (例如，用以準直照明光束108、中繼一照明光瞳平面120及/或一照明場平面132，或類似者)。在另一實施例中，照明子系統106包含用以塑形或以其他方式控制照明光束108之一或多個照明控制光學器件134。例如，照明控制光學器件134可包含(但不限於)一或多個視場光闌、一或多個光瞳光闌、一或多個偏光器、一或多個濾光器、一或多個光束分離器、一或多個漫射器、一或多個均質器、一或多個變跡器、一或多個光束塑形器或一或多個鏡(例如，靜態鏡、可平移鏡、掃描鏡或類似者)。
在另一實施例中，疊對計量工具102包含用以將照明光束108聚焦至樣本104 (例如，具有定位於樣本104之兩個或更多層上之疊對目標元件之一疊對目標)上之一物鏡136。
在一些實施例中，照明子系統106用兩個或更多個照明光束108照明樣本104。此外，兩個或更多個照明光束108可(但不必)入射於一量測視場(例如，物鏡136之一視場)內之樣本104之不同部分(例如，一疊對目標之不同單元)上。本文中經考慮，可使用各種技術產生兩個或更多個照明光束108。在一項實施例中，照明子系統106包含一照明場平面132處之兩個或更多個孔徑。在另一實施例中，照明子系統106包含將來自照明源128之照明分離成兩個或更多個照明光束108之一或多個光束分離器。在另一實施例中，至少一個照明源128直接產生兩個或更多個照明光束108。在一般意義上，各照明光束108可被視為一不同照明通道之一部分，無關於其中產生各種照明光束108之技術。
在另一實施例中，集光子系統110包含定位於經組態以自樣本104擷取光(例如，經收集光138)之一收集光瞳平面114處之至少兩個光電偵測器112，其中經收集光138至少包含如圖3B中所繪示之0階繞射306、-1階繞射308及+1階繞射310。集光子系統110可包含適於修改及/或調節來自樣本104之經收集光138之一或多個光學元件。在一項實施例中，集光子系統110包含可包含(但不必包含)物鏡136之一或多個集光透鏡140 (例如，用以準直照明光束108，中繼光瞳及/或場平面或類似者)。在另一實施例中，集光子系統110包含用以塑形或以其他方式控制經收集光138之一或多個集光控制光學器件142。例如，集光控制光學器件142可包含(但不限於)一或多個視場光闌、一或多個光瞳光闌、一或多個偏光器、一或多個濾光器、一或多個光束分離器、一或多個漫射器、一或多個均質器、一或多個變跡器、一或多個光束塑形器或一或多個鏡(例如，靜態鏡、可平移鏡、掃描鏡或類似者)。
在另一實施例中，集光子系統110包含各具有一對分離光電偵測器112之兩個或更多個收集通道144。例如，如圖1B中所繪示，疊對計量工具102可包含經配置以將經收集光138分離至收集通道144中之一或多個光束分離器146。此外，光束分離器146可為偏光光束分離器、非偏光光束分離器或其等之一組合。
在一項實施例中，多個收集通道144經組態以自樣本104上之多個照明光束108收集光。例如，在一疊對目標202具有分佈在不同於一掃描方向之一方向上之兩個或更多個單元204的情況中，疊對計量工具102可用不同照明光束108同時照明不同單元204且同時擷取與各照明光束108相關聯之干涉信號。此外，在一些實施例中，經引導至樣本104之多個照明光束108可具有不同偏光。以此方式，與照明光束108之各者相關聯之繞射階可分離。例如，偏光光束分離器146可有效地分離與不同照明光束108相關聯之繞射階。藉由另一實例，偏光器可在一或多個收集通道144中用於隔離用於量測之所要繞射階。
在一些實施例中，疊對計量工具102包含在量測期間定位、掃描或調變一或多個照明光束108在樣本104上之位置之一光束掃描子系統118。
光束掃描子系統118可包含適用於使一或多個照明光束108進行掃描之位置之元件之任何類型或組合。在一項實施例中，光束掃描子系統118包含適用於修改一照明光束108之一方向之一或多個偏轉器。例如，一偏轉器可包含(但不限於)一可旋轉鏡(例如，具有可調整翻轉及/或傾斜之一鏡)。此外，可使用此項技術中已知之任何技術致動該可旋轉鏡。例如，偏轉器可包含(但不限於)一電流計、一壓電鏡或一微機電系統(MEMS)裝置。藉由另一實例，光束掃描子系統118可包含一電光調變器、一聲光調變器或類似者。
偏轉器可進一步定位於疊對計量工具102中之任何合適位置處。在一項實施例中，一或多個偏轉器放置於為照明子系統106及集光子系統110兩者所共有之一或多個光瞳平面處。在此方面，光束掃描子系統118可為一光瞳平面光束掃描器且相關聯偏轉器可修改一或多個照明光束108在樣本104上之位置，而不會影響收集光瞳平面114中之繞射階之位置。此外，在光束掃描子系統118修改一或多個照明光束108在樣本104上之位置時，一照明場平面132中之一或多個照明光束108之一分佈可進一步係穩定的。光瞳平面光束掃描通常係描述於2021年1月6日申請之美國專利申請案第17/142,783號中，該案之全文以引用的方式併入本文中。
現參考圖4至圖8B，更詳細描述根據本發明之一或多項實施例之疊對目標202之各種例示性組態及疊對計量工具102之對應組態。在圖4至圖8B中，為清楚起見僅展示第一層印刷元件208。然而，應理解，疊對目標202可包含光柵疊光柵結構。
圖4係繪示根據本發明之一或多項實施例之疊對目標202及用以量測疊對目標202之對應量測路徑402 (例如，掃描帶)之一放置之一樣本104的一概念圖。
在一項實施例中，多個疊對目標202跨樣本104分佈於適用於疊對量測之位置(包含但不限於，劃線道)處。此外，定義掃描路徑之各種量測路徑402經定義以提供跨樣本104之選定疊對目標202之量測。例如，圖4繪示沿著Y方向之用以量測各種疊對目標202之多個量測路徑402。
一疊對目標202可包含任何數目個單元204，其中各單元204可包含具有沿著任何選定方向之一週期性的一光柵疊光柵結構。在此方面，可在本發明之精神及範疇內利用疊對目標202之各種設計。例如，圖4中之疊對目標202係繪示為具有沿著X方向分佈之兩個單元204。
在一些實施例中，一疊對目標202包含：一第一組一或多個單元204，其中各單元204具有擁有沿著一第一方向之一週期性的一光柵疊光柵結構；及一第二組一或多個單元204，其中各單元204具有擁有沿著一第二方向之一週期性的一光柵疊光柵結構。此外，該第二方向可(但不必)正交於該第一方向。以此方式，第一組一或多個單元204可適用於沿著第一方向之疊對量測且第二組一或多個單元204可適用於沿著第二方向之疊對量測，使得可獲得一完整2D疊對量測。
在一般意義上，在一疊對目標202中提供適用於沿著一特定方向之量測之多個單元204可促進在大於藉由一單個單元204提供之一區域上方之一量測，此可改良量測之準確度及/或敏感度。此外，適用於沿著一特定方向之量測之各種單元204可沿著量測方向及/或沿著正交於量測方向之一方向分佈。
現參考圖5至圖6B，更詳細描述根據本發明之一或多項實施例之適用於使用一靜止照明光束108 (例如，在不使用一光束掃描子系統118之情況下)沿著一或兩個方向進行疊對量測的疊對目標202之設計。
圖5係根據本發明之一或多項實施例之包含沿著一載物台掃描方向502對準之兩個單元204之一1D疊對目標202的一俯視圖，其中單元204之各者具有擁有沿著載物台掃描方向502之一週期性的一光柵疊光柵特徵。以此方式，與單元204中之光柵疊光柵結構之週期性相關聯的載物台掃描方向502及量測方向完全對準。在此組態中，可產生一第一組量測路徑402以量測經組態用於在一個方向(例如，X方向)上之量測之疊對目標202且可產生一第二組量測路徑402以量測經組態用於在一第二方向(例如，Y向)上之量測之疊對目標202以提供樣本104之2D疊對量測。
圖6A及圖6B繪示具有沿著相對於掃描方向之對角線方向為週期性的光柵疊光柵結構之2D疊對目標202。
圖6A係根據本發明之一或多項實施例之具有擁有相對於一載物台掃描方向502對角地定向之週期性的單元204之一第一2D疊對目標202的一俯視圖。圖6B係根據本發明之一或多項實施例之具有擁有相對於一載物台掃描方向502對角地定向之週期性的單元204之一第二2D疊對目標202的一俯視圖。圖6A及圖6B中之偏移影像繪示針對對應單元204之收集光瞳平面114中之繞射階之一分佈，以及光電偵測器112對之對應位置。例如，圖6A及圖6B中之偏移影像中所繪示之繞射階之分佈可實質上類似於圖3B，其中繞射階(例如，0階繞射306、-1階繞射308及+1階繞射310)係基於各單元204之週期性的方向旋轉。
在圖6A及圖6B中，疊對目標202包含沿著載物台掃描方向502分佈之可用一第一照明光束108a照明之一第一組單元204及沿著載物台掃描方向502分佈之可用一第二照明光束108b照明之一第二組單元204。此外，該等第一及第二組單元係沿著正交於載物台掃描方向502之一方向偏移。以此方式，在掃描樣本104時，照明光束108a、108b兩者可同時探測分離單元204。
此外，圖6A及圖6B繪示具有在兩個正交方向上之週期性的適用於2D疊對量測之單元204的各種非限制性組態。在圖6A中，經定向以具有沿著一共同對角線方向之週期性的單元204被分組成列。在此方面，獲得單元204之量測所需之繞射階之定向及因此光電偵測器112之定向針對如圖6A中之偏移影像中所繪示之各列係恆定的。在圖6B中，各照明光束108掃描橫跨具有在兩個對角線方向上之週期性的單元204。以此方式，可減輕與一特定照明光束108相關聯之系統誤差。然而，如圖6B中之偏移影像中所繪示，光電偵測器112之定向針對沿著載物台掃描方向502之不同單元204可不同。在一項實施例中，集光子系統110經組態具有在與兩個對角線方向相關聯之重疊區域中具有適當放置之光電偵測器112的一單個收集通道144。當產生一疊對量測時，控制器122接著可選擇性地分析與各單元204相關聯之對應光電偵測器112對。在另一實施例中，集光子系統110經組態具有兩個收集通道144，各收集通道144在與一單個對角線方向相關聯之重疊區域中具有一對光電偵測器112。當產生一疊對量測時，控制器122接著可選擇性地分析與各單元204相關聯之對應收集通道144。
本文中應認知，在一些應用中，可需要或習慣提供沿著載物台掃描方向502之疊對量測。因此，可使用線性變換來變換沿著第一及第二對角線方向之疊對量測以提供樣本104上之沿著任何所要方向之疊對量測。
現參考圖7A至圖8B，更詳細描述根據本發明之一或多項實施例之適用於其中一光束掃描子系統118在一量測期間使一或多個照明光束108進行掃描之疊對量測的疊對目標202之設計。在圖7A至圖8B中，在沿著載物台掃描方向502掃描樣本104時，光束掃描子系統118使一或多個照明光束108沿著不同於載物台掃描方向502 (例如，正交於載物台掃描方向502)之一光束掃描方向702進行掃描。以此方式，可使各照明光束108跨疊對目標202 (或其之一單元204)沿著一對角線路徑進行掃描。
圖7A至圖7D繪示根據本發明之一或多項實施例之適用於沿著X及Y方向之疊對量測之1D疊對目標202。圖7A係根據本發明之一或多項實施例之適於用沿著+Y方向掃描之一照明光束108沿著Y方向進行疊對量測之一第一疊對目標202的一俯視圖。圖7B係根據本發明之一或多項實施例之適於用沿著+Y方向掃描之一照明光束108沿著X方向進行疊對量測之一第二疊對目標202的一俯視圖。在圖7A及圖7B中，可選擇沿著載物台掃描方向502及光束掃描方向702之掃描速度使得一照明光束108跨一單元204之相對隅角沿著一第一對角線方向704傳播。以此方式，多個單元204可沿著第一對角線方向704分佈，此可增加疊對目標202之有效量測區域且因此改良疊對量測。
圖7C及圖7D繪示適用於沿著-Y方向之光束掃描之類似疊對目標202。圖7C係根據本發明之一或多項實施例之適於用沿著-Y方向掃描之一照明光束108沿著Y方向進行疊對量測之一第一疊對目標202的一俯視圖。圖7D係根據本發明之一或多項實施例之適於用沿著-Y方向掃描之一照明光束108沿著X方向進行疊對量測之一第二疊對目標202的一俯視圖。如在圖7A及圖7B中，可選擇沿著載物台掃描方向502及光束掃描方向702之掃描速度使得一照明光束108跨一單元204之相對隅角沿著一第二對角線方向706傳播且多個單元204可沿著第二對角線方向706分佈。
圖7A至圖7D中之偏移影像描繪針對各自疊對目標202之量測之收集光瞳平面114中之繞射階之分佈及光電偵測器112之放置。此外，圖7A至圖7D繪示伸長照明光束108之使用以便減輕如本文中先前所描述之目標粗糙度之影響。作為一非限制性實例。圖7A至圖7D中之照明光束108經設定大小為0.5 x 1微米，此可藉由0.9 x 0.45 NA之一橢圓形光瞳達成。因此，偏移影像繪示對收集光瞳平面114中之繞射階之分佈之相關聯效應。
在一項實施例中，一照明光束108係沿著光束掃描方向702振盪(例如，藉由光束掃描子系統118中之一振盪偏轉器)。在此方面，照明光束108可追蹤類似於樣本104上之一三角波之一路徑。因此，多個疊對目標202 (或其單元204之多個組合)可沿著照明光束108之三角波圖案分佈以促進連續量測。例如，圖7A及圖7B中所繪示之疊對目標202可與圖7C及圖7D中所繪示之疊對目標202交錯。繼續10微米正方形單元204之非限制性實例，此可藉由選擇沿著載物台掃描方向502之一10 cm/秒速度及沿著光束掃描方向702之一10 kHz諧振頻率而達成。
現參考圖8A及圖8B，描述根據本發明之一或多項實施例之適於使用光束掃描進行2D疊對量測之疊對目標202。圖8A係根據本發明之一或多項實施例之適於用兩個平行照明光束108進行2D疊對量測之一第一疊對目標202的一俯視圖。圖8B係根據本發明之一或多項實施例之適於用兩個平行照明光束108進行2D疊對量測之一第二疊對目標202的一俯視圖。在圖8A及圖8B兩者中，一第一照明光束108a追蹤跨一第一列中之單元204之一三角波路徑且一第二照明光束108b追蹤跨一第二列中之單元204之一三角波路徑。繼續10微米正方形單元204之非限制性實例，此可藉由選擇沿著載物台掃描方向502之一10 cm/秒速度及沿著光束掃描方向702之一20 kHz諧振頻率而達成。
此外，圖8A及圖8B中之偏移影像繪示與各種單元204之量測相關聯之收集光瞳平面114中之繞射階之對應分佈及光電偵測器112之放置。應注意，照明光束108在圖8A及圖8B中繪示為圓形，但應理解，照明光束108可伸長以減輕與如本文中先前所描述之目標粗糙度相關聯之雜訊。
在圖8A中，具有一共同週期性方向之單元204係對角地分佈在疊對目標202中。然而，本文中經考慮，繞射階之信號強度可取決於照明光束108之偏光及週期性的方向。如本文中先前所描述，在一些實施例中，用多個照明光束108同時量測多個單元204 (例如，如藉由圖8A及圖8B以及上文圖6A及圖6B繪示)係藉由將與多個照明光束108相關聯之繞射階分離至單獨收集通道144中來實施。此分離可藉由憑藉偏光、色彩或某一其他參數區分照明光束108及在集光子系統110中提供用以分離所得繞射階之對應元件(例如，偏光濾光器、偏光光束分離器、光譜濾光器、光譜光束分離器或類似者)而高效地達成。然而，圖8A中所繪示之佈局提供各照明光束108詢問一個X方向單元204及一個Y方向單元204，此可引入用於兩個照明光束108之相關聯信號中之差異。在一些實施例中，在演算法上減輕此等差異。在一些實施例中，可交替或以其他方式切換各照明光束108之光學組態以對具有一共同週期性方向之單元提供共同量測條件。
然而，圖8B中所繪示之疊對目標202經配置使得具有一共同週期性方向之單元204係由共同照明光束108詢問。以此方式，可使用共同量測條件來執行具有一共同週期性方向之各種單元204之量測，此可改良疊對量測之準確度。
圖9係繪示根據本發明之一或多項實施例之在用於灰度模式掃描疊對計量之一方法900中執行之步驟的一流程圖。申請者應注意，本文中先前在系統100之背景內容中所描述之實施例及啟用技術應被解釋為擴展至方法900。應進一步注意，方法900並不限於系統100之架構。
在一項實施例中，方法900包含在沿著一載物台掃描方向平移樣本時用一照明光束照明一樣本上之具有擁有光柵疊光柵結構之一或多個單元之一疊對目標的一步驟902，其中0階繞射在一收集光瞳中與一階繞射重疊。
在另一實施例中，方法900包含自放置於收集光瞳中0階繞射與一階繞射之間的重疊區域中之兩個光電偵測器收集時變干涉信號的一步驟904。
在另一實施例中，方法900包含基於來自兩個光電偵測器之信號判定與光柵疊光柵結構相關聯之樣本層之間的一疊對誤差之一步驟906。例如，沿著光柵疊光柵結構之一週期性方向之一疊對誤差可與來自兩個光電偵測器之時變干涉信號之間的一相位差成比例。該相位差可使用此項技術中已知之任何技術(包含但不限於應用於兩個時變干涉信號之鎖相技術)來判定。
本文中經考慮，方法900可應用於適於1D或2D計量量測之廣泛多種疊對目標設計。在一些實施例中，方法900包含同時使多個照明光束進行掃描及收集相關聯之重疊繞射階以用於平行量測。在一些實施例中，方法900包含使一或多個照明光束沿著不同於載物台掃描方向之一光束掃描方向進行掃描以提供跨樣本之一對角線或三角波路徑。在此方面，具有擁有不同週期性方向之光柵疊光柵結構之單元可由一共同照明光束在一量測掃描帶中高效地詢問。
本文中所描述之標的物有時繪示容納於其他組件內或與其他組件連接之不同組件。應理解，此等描繪架構僅為例示性，且事實上可實施達成相同功能性之諸多其他架構。就概念而言，用於達成相同功能性之任何組件配置經有效「相關聯」，使得達成所要功能性。因此，本文中經組合以達成一特定功能性之任何兩個組件可被視為彼此「相關聯」，使得達成所要功能性，不論架構或中間組件如何。同樣地，如此相關聯之任何兩個組件亦可被視為彼此「連接」或「耦合」以達成所要功能性，且能夠如此相關聯之任何兩個組件亦可被視為彼此「可耦合」以達成所要功能性。可耦合之特定實例包含(但不限於)可實體互動及/或實體互動組件、及/或可無線互動及/或無線互動組件、及/或邏輯互動及/或可邏輯互動組件。
據信，將藉由前文描述來理解本發明及其諸多伴隨優點，且將顯而易見的是，可在不背離所揭示標的物或不犧牲其全部實質性優點之情況下對組件之形式、構造及配置進行各種改變。所描述之形式僅為解釋性的，且下文發明申請專利範圍意欲涵蓋及包含此等改變。此外，應理解，本發明係由隨附發明申請專利範圍定義。
100:系統/計量系統 102:疊對計量工具 104:樣本 106:照明子系統 108:照明光束 108a:第一照明光束/照明光束 108b:第二照明光束/照明光束 110:集光子系統 112:光電偵測器 112a:第一光電偵測器 112b:第二光電偵測器 114:收集光瞳平面 116:平移載物台 118:光束掃描子系統 120:照明光瞳平面 122:控制器 124:處理器 126:記憶體裝置 128:照明源 130:照明透鏡 132:照明場平面 134:照明控制光學器件 136:物鏡 138:經收集光 140:集光透鏡 142:集光控制光學器件 144:收集通道 202:疊對目標/1D疊對目標/2D疊對目標/第一2D疊對目標/第二2D疊對目標/第一疊對目標/第二疊對目標 204:單元 206:基板 208:第一層印刷元件 210:第一層 212:第二層印刷元件 214:第二層 302:照明光瞳 304:收集光瞳 306:0階繞射 308:-1階繞射 310:+1階繞射 312:第一重疊區域 314:第二重疊區域 402:量測路徑 502:載物台掃描方向 702:光束掃描方向 704:第一對角線方向 706:第二對角線方向 900:方法 902:步驟 904:步驟 906:步驟
熟習此項技術者藉由參考附圖可更佳理解本發明之諸多優點，其中： 圖1A係根據本發明之一或多項實施例之用於執行灰階散射量測疊對計量之一系統的一概念圖。 圖1B係根據本發明之一或多項實施例之疊對計量工具之一示意圖。 圖2A係根據本發明之一或多項實施例之具有擁有一光柵疊光柵結構之一單個單元之一疊對目標的一俯視圖。 圖2B係根據本發明之一或多項實施例之在一基板上之圖2A中之疊對目標之一單個單元的一側視圖。 圖3A係根據本發明之一或多項實施例之在疊對計量工具之一照明光瞳平面中之一照明光瞳的一俯視圖。 圖3B係根據本發明之一或多項實施例之在疊對計量工具之收集光瞳平面中之一收集光瞳的一俯視圖。 圖4係根據本發明之一或多項實施例之繪示疊對目標202及用以量測疊對目標之對應量測路徑之一放置之一樣本的一概念圖。 圖5係根據本發明之一或多項實施例之包含沿著一載物台掃描方向對準之兩個單元之一1D疊對目標的一俯視圖，其中該等單元之各者具有擁有沿著該載物台掃描方向之一週期性的一光柵疊光柵特徵。 圖6A係根據本發明之一或多項實施例之具有擁有相對於一載物台掃描方向對角地定向之週期性的單元之一第一2D疊對目標的一俯視圖。 圖6B係根據本發明之一或多項實施例之具有擁有相對於一載物台掃描方向對角地定向之週期性的單元之一第二2D疊對目標的一俯視圖。 圖7A係根據本發明之一或多項實施例之適於用沿著+Y方向掃描之一照明光束沿著Y方向進行疊對量測之一第一疊對目標的一俯視圖。 圖7B係根據本發明之一或多項實施例之適於用沿著+Y方向掃描之一照明光束沿著X方向進行疊對量測之一第二疊對目標的一俯視圖。 圖7C係根據本發明之一或多項實施例之適於用沿著-Y方向掃描之一照明光束沿著Y方向進行疊對量測之一第一疊對目標的一俯視圖。 圖7D係根據本發明之一或多項實施例之適於用沿著-Y方向掃描之一照明光束沿著X方向進行疊對量測之一第二疊對目標的一俯視圖。 圖8A係根據本發明之一或多項實施例之適於用兩個平行照明光束進行2D疊對量測之一第一疊對目標的一俯視圖。 圖8B係根據本發明之一或多項實施例之適於用兩個平行照明光束進行2D疊對量測之一第二疊對目標的一俯視圖。 圖9係繪示根據本發明之一或多項實施例之在用於灰度模式掃描疊對計量之一方法中執行之步驟的一流程圖。
102:疊對計量工具
104:樣本
106:照明子系統
108:照明光束
110:集光子系統
112:光電偵測器
114:收集光瞳平面
116:平移載物台
118:光束掃描子系統
120:照明光瞳平面
128:照明源
130:照明透鏡
132:照明場平面
134:照明控制光學器件
136:物鏡
138:經收集光
140:集光透鏡
142:集光控制光學器件
144:收集通道

Claims (24)

  1. 一種疊對計量系統，其包括： 一照明子系統，其包括： 一照明源，其經組態以產生一照明光束； 一或多個照明光學器件，其等經組態以在藉由一平移載物台沿著一載物台掃描方向掃描一樣本時將該照明光束引導至該樣本上之一疊對目標，其中該疊對目標包含具有擁有沿著該載物台掃描方向之週期性的一光柵疊光柵結構之一或多個單元，其中該光柵疊光柵結構在一重疊區域中包含該樣本之一第一層上之第一層光柵特徵及該樣本之一第二層上之第二層光柵特徵； 一集光子系統，其包括： 一物鏡； 一第一光電偵測器，其定位於一光瞳平面中自該疊對目標之0階繞射與自該疊對目標之+1階繞射之間的一重疊位置處；及 一第二光電偵測器，其定位於一光瞳平面中自該疊對目標之0階繞射與自該疊對目標之-1階繞射之間的一重疊位置處；及 一控制器，其通信地耦合至該等第一及第二光電偵測器，該控制器包含經組態以執行程式指令之一或多個處理器，該等程式指令引起該一或多個處理器： 在沿著該載物台掃描方向掃描該疊對目標時，自該等第一及第二光電偵測器接收時變干涉信號；及 基於該等時變干涉信號判定沿著該載物台掃描方向在該樣本之該等第一及第二層之間的一疊對誤差。
  2. 如請求項1之疊對計量系統，其中該等第一及第二光電偵測器包括： 鎖相光電偵測器，其等鎖定至該等時變干涉信號之一頻率，其中該一或多個處理器進一步經組態以執行程式指令，該等程式指令引起該一或多個處理器： 使用一鎖相技術提取與該+1階繞射及該-1階繞射相關聯之強度或相位資訊之至少一者；及 基於強度或相位資訊之該至少一者判定該樣本之該等第一及第二層之間的該疊對誤差。
  3. 如請求項1之疊對計量系統，其中該疊對目標上之照明波瓣之一光點大小係沿著正交於該載物台掃描方向之一方向伸長以提供目標雜訊平均。
  4. 如請求項1之疊對計量系統，其中該照明光束包括： 一空間相干照明光束。
  5. 一種疊對計量系統，其包括： 一照明子系統，其包括： 一第一照明通道及一第二照明通道，其等用於在藉由一平移載物台沿著一載物台掃描方向掃描一樣本時用一第一照明光束及一第二照明光束照明該樣本上之一疊對目標，其中該疊對目標包含具有擁有沿著一第一方向之週期性的一光柵疊光柵結構之一或多個第一單元及具有擁有沿著正交於該第一方向之一第二方向之週期性的一光柵疊光柵結構之一或多個第二單元，其中該載物台掃描方向相對於該等第一方向及第二方向成角度，其中一特定光柵疊光柵結構在一重疊區域中包含該樣本之一第一層上之第一層光柵特徵及該樣本之一第二層上之第二層光柵特徵，其中該等第一及第二照明通道照明沿著正交於該載物台掃描方向之一方向分離之該疊對目標之不同單元； 一集光子系統，其包括： 一物鏡； 一第一偵測通道及一第二偵測通道，其等分別與該第一照明通道及該第二照明通道相關聯，其中一特定偵測通道包括： 一第一光電偵測器，其定位於一光瞳平面中自該疊對目標之0階繞射與自該疊對目標之+1階繞射之間的一重疊位置處；及 一第二光電偵測器，其定位於一光瞳平面中自該疊對目標之0階繞射與自該疊對目標之-1階繞射之間的一重疊位置處；及 一控制器，其通信地耦合至該等第一及第二光電偵測器，該控制器包含經組態以執行程式指令之一或多個處理器，該等程式指令引起該一或多個處理器： 在沿著量測方向掃描該疊對目標時，自該等第一及第二偵測通道之各者之該等第一及第二光電偵測器接收時變干涉信號；及 基於該等時變干涉信號判定沿著該等第一及第二方向在該樣本之該等第一及第二層之間的一疊對誤差。
  6. 如請求項5之疊對計量系統，其中該等第一及第二偵測通道之各者之該等第一及第二光電偵測器包括： 鎖相光電偵測器，其等鎖定至該等時變干涉信號之一頻率，其中該一或多個處理器進一步經組態以執行程式指令，該等程式指令引起該一或多個處理器： 使用一鎖相技術提取與該+1階繞射及該-1階繞射相關聯之強度或相位資訊之至少一者；及 基於強度或相位資訊之該至少一者判定該樣本之該等第一及第二層之間的該疊對誤差。
  7. 如請求項5之疊對計量系統，其中該第一照明光束具有正交於該第二照明光束之一偏光之一偏光。
  8. 如請求項5之疊對計量系統，其中該第一照明光束具有不同於該第二照明光束之一波長。
  9. 如請求項5之疊對計量系統，其中該等第一及第二照明光束包括： 空間相干照明光束。
  10. 如請求項5之疊對計量系統，其中該疊對目標之該一或多個第一單元係沿著該載物台掃描方向分佈且與該第一照明通道對準，其中該疊對目標之該一或多個第二單元係沿著該載物台掃描方向分佈且與該第二照明通道對準。
  11. 如請求項5之疊對計量系統，其中該疊對目標之該一或多個第一單元係沿著相對於該載物台掃描方向之一對角線方向分佈，其中該一或多個第一單元之一者係與該第一照明通道對準且該一或多個第一單元之一者係與該第二照明通道對準，其中該疊對目標之該一或多個第二單元係沿著相對於該載物台掃描方向之一對角線方向分佈，其中該一或多個第二單元之一者係與該第一照明通道對準且該一或多個第二單元之一者係與該第二照明通道對準。
  12. 一種疊對計量系統，其包括： 一照明子系統，其包括： 一照明源，其經組態以產生一照明光束；及 一掃描鏡，其經組態以在藉由一平移載物台使一樣本沿著正交於一光束掃描方向之一載物台掃描方向平移時使該照明光束沿著該光束掃描方向掃描橫跨該樣本上之一疊對目標，其中該疊對目標包含具有擁有沿著一量測方向之週期性的一光柵疊光柵結構之一或多個單元，其中該量測方向對應於該光束掃描方向或該載物台掃描方向，其中該光柵疊光柵結構在一重疊區域中包含該樣本之一第一層上之第一層光柵特徵及該樣本之一第二層上之第二層光柵特徵； 一集光子系統，其包括： 一物鏡； 一第一光電偵測器，其定位於一光瞳平面中自該疊對目標之0階繞射與自該疊對目標之+1階繞射之間的一重疊位置處；及 一第二光電偵測器，其定位於一光瞳平面中自該疊對目標之0階繞射與自該疊對目標之-1階繞射之間的一重疊位置處；及 一控制器，其通信地耦合至該等第一及第二光電偵測器，該控制器包含經組態以執行程式指令之一或多個處理器，該等程式指令引起該一或多個處理器： 在沿著該量測方向掃描該疊對目標時，自該等第一及第二光電偵測器接收時變干涉信號；及 基於該等時變干涉信號判定沿著該量測方向在該樣本之該等第一及第二層之間的一疊對誤差。
  13. 如請求項12之疊對計量系統，其中該等第一及第二光電偵測器包括： 鎖相光電偵測器，其等鎖定至該等時變干涉信號之一頻率，其中該一或多個處理器進一步經組態以執行程式指令，該等程式指令引起該一或多個處理器： 使用一鎖相技術提取與該+1階繞射及該-1階繞射相關聯之強度或相位資訊之至少一者；及 基於強度或相位資訊之該至少一者判定該樣本之該等第一及第二層之間的該疊對誤差。
  14. 如請求項12之疊對計量系統，其中該疊對目標上之照明波瓣之一光點大小係沿著正交於該量測方向之一方向伸長以提供目標雜訊平均。
  15. 如請求項12之疊對計量系統，其中該照明光束包括： 一空間相干照明光束。
  16. 一種疊對計量系統，其包括： 一照明子系統，其包括： 一第一照明通道及一第二照明通道，其等分別用於在藉由一平移載物台用一第一照明光束及一第二照明光束沿著一載物台掃描方向掃描一樣本時用一第一照明光束及一第二照明光束照明該樣本上之一疊對目標，其中該疊對目標包含具有擁有沿著一第一方向之週期性的一光柵疊光柵結構之一或多個第一單元及具有擁有沿著正交於該第一方向之一第二方向之週期性的一光柵疊光柵結構之一或多個第二單元，其中該載物台掃描方向對應於該第一方向或該第二方向，其中一特定光柵疊光柵結構在一重疊區域中包含該樣本之一第一層上之第一層光柵特徵及該樣本之一第二層上之第二層光柵特徵，其中該等第一及第二照明通道照明沿著正交於該載物台掃描方向之一方向分離之該疊對目標之不同單元；及 一或多個光束掃描器，其等用以在沿著該載物台掃描方向掃描該樣本時使該等第一及第二照明光束沿著正交於該載物台掃描方向之一光束掃描方向進行掃描；及 一集光子系統，其包括： 一物鏡；及 一第一偵測通道及一第二偵測通道，其等分別與該第一照明通道及該第二照明通道相關聯，其中一特定偵測通道包括： 一第一光電偵測器，其定位於一光瞳平面中自該疊對目標之0階繞射與自該疊對目標之+1階繞射之間的一重疊位置處；及 一第二光電偵測器，其定位於一光瞳平面中自該疊對目標之0階繞射與自該疊對目標之-1階繞射之間的一重疊位置處；及 一控制器，其通信地耦合至該等第一及第二光電偵測器，該控制器包含經組態以執行程式指令之一或多個處理器，該等程式指令引起該一或多個處理器： 在沿著量測方向掃描該疊對目標時，自該等第一及第二偵測通道之各者之該等第一及第二光電偵測器接收時變干涉信號；及 基於該等時變干涉信號判定沿著該等第一及第二方向在該樣本之該等第一及第二層之間的一疊對誤差。
  17. 如請求項16之疊對計量系統，其中該等第一及第二偵測通道之各者之該等第一及第二光電偵測器包括： 鎖相光電偵測器，其等鎖定至該等時變干涉信號之一頻率，其中該一或多個處理器進一步經組態以執行程式指令，該等程式指令引起該一或多個處理器： 使用一鎖相技術提取與該+1階繞射及該-1階繞射相關聯之強度或相位資訊之至少一者；及 基於強度或相位資訊之該至少一者判定該樣本之該等第一及第二層之間的該疊對誤差。
  18. 如請求項16之疊對計量系統，其中該第一光束掃描方向係該第二光束掃描方向。
  19. 如請求項16之疊對計量系統，其中該第一光束掃描方向係與該第二光束掃描方向相反。
  20. 如請求項16之疊對計量系統，其中該第一照明光束具有正交於該第二照明光束之一偏光之一偏光。
  21. 如請求項16之疊對計量系統，其中該第一照明光束具有不同於該第二照明光束之一波長。
  22. 如請求項16之疊對計量系統，其中該等第一及第二照明光束包括： 空間相干照明光束。
  23. 如請求項16之疊對計量系統，其中該疊對目標之該一或多個第一單元係沿著該載物台掃描方向分佈且與該第一照明通道對準，其中該疊對目標之該一或多個第二單元係沿著該載物台掃描方向分佈且與該第二照明通道對準。
  24. 如請求項16之疊對計量系統，其中該疊對目標之該一或多個第一單元係沿著相對於該載物台掃描方向之一對角線方向分佈，其中該一或多個第一單元之一者係與該第一照明通道對準且該一或多個第一單元之一者係與該第二照明通道對準，其中該疊對目標之該一或多個第二單元係沿著相對於該載物台掃描方向之一對角線方向分佈，其中該一或多個第二單元之一者係與該第一照明通道對準且該一或多個第二單元之一者係與該第二照明通道對準。
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