TW202303087A

TW202303087A - 用於疊加計量之傾斜照明

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Publication number: TW202303087A
Application number: TW111116790A
Authority: TW
Inventors: 安卓Ｖ希爾; 亞爾飛勒; 阿農馬那森; 馬克吉納渥克; 優娜塔法琪妮
Original assignee: 美商科磊股份有限公司
Priority date: 2021-05-04
Filing date: 2022-05-04
Publication date: 2023-01-16
Also published as: JP2024518237A; KR20240004251A; CN116897283A; WO2022235418A1; EP4308910A1; US20220357674A1

Abstract

一種疊加計量系統可包含適合於量測一樣本上之一疊加目標之一疊加計量工具，該疊加目標包含具有沿著一或多個量測方向分佈之圖案化特徵之一或多個光柵結構。該疊加計量工具可包含一物鏡及一照明通路以用分佈在一或多個照明分佈當中之兩個或更多個傾斜照明波瓣照明該疊加目標，使得對於該等量測方向中之每一者，該疊加目標對由該物鏡收集之該一或多個照明分佈之繞射階排他地包含來自該兩個或更多個照明波瓣中之至少一者之一0階繞射波瓣及一單個一階繞射波瓣。該疊加計量工具可進一步包含用以將該樣本成像之至少一個偵測器以及用以基於該等影像來產生疊加量測之一控制器。

Description

用於疊加計量之傾斜照明

本發明一般而言係關於疊加計量，且更特定而言係關於亮場成像疊加計量。

疊加計量系統通常藉由量測疊加目標特徵位於所關注層上之相對位置來表徵一樣本之多個層之疊加對準。隨著製作特徵之大小減小且特徵密度增加，對表徵此等特徵所需之疊加計量系統之需求增加。因此，可期望用解決此等需求之開發系統及方法。

根據本發明之一或多個說明性實施例，揭示一種疊加計量系統。在一項說明性實施例中，該系統包含用以實施用於量測一樣本上之一疊加目標之一計量配方之一疊加計量工具，與該計量配方相關聯之該疊加目標包含具有沿著一或多個量測方向分佈之圖案化特徵之一或多個光柵結構。在另一說明性實施例中，該疊加計量工具包含一物鏡及一照明通路，該照明通路包含一或多個照明光學器件以當實施該計量配方時用分佈在一或多個照明分佈當中之兩個或更多個傾斜照明波瓣來照明該疊加目標。在另一說明性實施例中，該一或多個照明分佈使得，對於該一或多個量測方向中之每一者，該疊加目標對由該物鏡收集之該一或多個照明分佈之繞射階排他地包含來自該兩個或更多個照明波瓣中之至少一者之一0階繞射波瓣及一單個一階繞射波瓣。在另一說明性實施例中，該疊加計量工具包含一收集通路，該收集通路包含一或多個收集光學器件以當實施該計量配方時回應於該照明分佈，基於由該物鏡收集的來自該疊加目標之光將該疊加目標成像在一或多個偵測器上。在另一說明性實施例中，該系統包含通信地耦合至至少該一或多個偵測器之一控制器。在另一說明性實施例中，該控制器基於該一或多個照明分佈自該一或多個偵測器接收該疊加目標之一或多個影像且基於該一或多個影像產生該疊加目標的與該一或多個量測方向相關聯之一或多個疊加量測。

根據本發明之一或多個說明性實施例，揭示一種疊加計量系統。在一項說明性實施例中，該系統包含與一疊加計量工具通信地耦合之一控制器，其中該疊加計量工具經組態以實施用於量測一樣本上之一疊加目標之一計量配方，且其中與該計量配方相關聯之該疊加目標包含具有沿著一或多個量測方向分佈之圖案化特徵之一或多個光柵結構。在另一說明性實施例中，該疊加計量工具包含一物鏡及一照明通路，該照明通路包含一或多個照明光學器件以當實施該計量配方時用分佈在一或多個照明分佈當中之兩個或更多個傾斜照明波瓣來照明該疊加目標。在另一說明性實施例中，該一或多個照明分佈使得，對於該一或多個量測方向中之每一者，該疊加目標對由該物鏡收集之該一或多個照明分佈之繞射階排他地包含來自該兩個或更多個照明波瓣中之至少一者之一0階繞射波瓣及一單個一階繞射波瓣。在另一說明性實施例中，該疊加計量工具包含一收集通路，該收集通路包含一或多個收集光學器件以當實施該計量配方時回應於該照明分佈，基於由該物鏡收集的來自該疊加目標之光將該疊加目標成像在一或多個偵測器上。在另一說明性實施例中，該控制器基於該一或多個照明分佈自該一或多個偵測器接收該疊加目標之一或多個影像且基於該一或多個影像產生該疊加目標的與該一或多個量測方向相關聯之一或多個疊加量測。

根據本發明之一或多個說明性實施例，揭示一種疊加方法。在一項說明性實施例中，該方法包含使用一疊加計量工具來擷取一疊加目標之一或多個影像，其中該疊加計量工具經組態以實施用於量測一樣本上之一疊加目標之一計量配方，與該計量配方相關聯之該疊加目標包含具有沿著一或多個量測方向分佈之圖案化特徵之一或多個光柵結構。在另一說明性實施例中，該疊加計量工具包含一物鏡及一照明通路，該照明通路包含一或多個照明光學器件以當實施該計量配方時用分佈在一或多個照明分佈當中之兩個或更多個傾斜照明波瓣來照明該疊加目標。在另一說明性實施例中，該一或多個照明分佈使得，對於該一或多個量測方向中之每一者，該疊加目標對由該物鏡收集之該一或多個照明分佈之繞射階排他地包含來自該兩個或更多個照明波瓣中之至少一者之一0階繞射波瓣及一單個一階繞射波瓣。在另一說明性實施例中，該疊加計量工具進一步包含一收集通路，該收集通路包含一或多個收集光學器件以當實施該計量配方時回應於該照明分佈，基於由該物鏡收集的來自該疊加目標之光將該疊加目標成像在一或多個偵測器上。在另一說明性實施例中，該方法包含基於該一或多個影像產生該疊加目標的與該一或多個量測方向相關聯之一或多個疊加量測。

應理解，前述一般說明及以下詳細說明兩者皆僅係例示性及解釋性的且未必限制如所主張之本發明。併入本說明書中並構成本說明書之一部分之隨附圖式圖解說明本發明之實施例，並與該一般說明一起用於闡釋本發明之原理。

相關申請案之交叉參考

本申請案主張依據35 U.S.C. § 119(e)於2021年5月4日提出申請的標題為OBLIQUE ILLUMINATION FOR OVERLAY METROLOGY之美國臨時申請案第63/183,651號之權益，該申請案以其全文引用方式併入本文中。

現將詳細參考附圖中所圖解說明之所揭示標的物。已針對某些實施例及其具體特徵而特別展示及闡述本發明。本文中所闡述之實施例係說明性的而非限制性的。對於熟習此項技術者顯而易見的係，在不背離本發明之精神及範疇的情況下，可進行形式及細節上之各種改變及修改。

本發明之實施例係針對用於基於具有光柵特徵之疊加目標之亮場成像進行疊加計量的系統及方法，其中僅使用來自光柵特徵之兩個繞射階(諸如但不限於一零階繞射波瓣及一單個一階繞射波瓣(例如，一+1階繞射波瓣或一-1階繞射波瓣))來產生亮場影像。本文中請考慮，此等條件下之亮場成像可提供優於傳統亮場成像(例如，基於一0階繞射波瓣及兩個或更多個額外繞射波瓣之成像)之眾多益處，諸如但不限於對比度增加以提供更高量測精度、對於更寬鬆量測條件影像對比度對樣本散焦之靈敏度降低以及量測具有更精細間距之疊加目標以支援目標大小減小之能力。

出於本發明之目的，術語疊加一般用於闡述藉由兩個或更多個微影圖案化步驟製作之一樣本上特徵之相對位置，其中術語疊加誤差闡述特徵與一標稱配置之一偏差。在此內容脈絡中，一疊加量測可表達為相對位置之一量測或者與此等相對位置相關聯之一疊加誤差之一量測。舉例而言，一多層式裝置可包含針對每一層使用不同微影步驟對多個樣本層進行圖案化之特徵，其中通常必須嚴密控制層之間的特徵對準，以確保所得裝置之適當效能。因此，一疊加量測可表徵兩個或更多個樣本層上特徵之相對位置。藉由另一實例之方式，可使用多個微影步驟在一單個樣本層上製作特徵。此類技術(通常稱為雙圖案化或多圖案化技術)可促進製作接近微影系統之解析度之高密度特徵。在此內容脈絡中，一疊加量測可表徵此單個層上來自不同微影步驟之特徵之相對位置。應理解，在本發明通篇中與疊加計量之一特定應用相關之實例及說明僅僅出於說明性目的而提供，而不應該解釋為限制本發明。

此外，術語疊加目標在本文中寬泛地用於指代一樣本上具有一已知週期性(例如，對應於光柵特徵)之任何一組特徵，該已知週期性適合於基於僅具有兩個繞射階之亮場成像進行疊加量測。在某些實施例中，一疊加目標包含在一或多個樣本層上具有特徵之一專用目標，該一或多個樣本層係出於提供通常表示相同層上裝置特徵之疊加之一疊加量測之目的而製作。舉例而言，一專用疊加目標可包含具有光柵特徵之一或多個單元，該等光柵特徵具有經設計以根據一特定疊加技術來提供一疊加量測之特性(例如，光柵間距、特徵大小、光柵定向或諸如此類)。可將此類專用疊加目標印刷在一樣本上之不同位置處，包含但不限於刻劃線內或晶粒內。在某些實施例中，一疊加目標包含具有適合於直接疊加量測之已知週期性之裝置特徵。

本文中請考慮，來自一光柵結構(例如，一疊加目標中之一光柵結構)之繞射階之一角度分佈取決於照明及光柵結構之各種特性，包含光柵結構之一間距、一照明光束之一波長、照明光束之一入射角(例如，以方位角及海拔)以及照明光束之一空間光束大小。因此，本發明之某些實施例係針對基於一疊加目標(或所預期疊加目標設計)之性質來選擇或以其他方式控制一疊加量測中所使用之照明性質，以便達成來自疊加目標之繞射階之一所期望角度分佈。舉例而言，可控制引導至一樣本之照明之各種參數以使得，所選擇繞射階被收集光學器件收集(例如，在一物鏡之一數值孔徑(NA)內或諸如此類)且因此可有助於樣本之一影像或者一相關聯量測。

在某些實施例中，以一傾斜角度將照明引導至一樣本，使得一物鏡僅收集來自一疊加目標之兩個所選擇繞射階，諸如但不限於一0階繞射波瓣及一單個一階繞射波瓣(例如，一+1階繞射波瓣或一-1階繞射波瓣)。本文中請考慮，基於兩個所選擇繞射階之成像可提供高對比度成像，相對於傳統亮場成像技術，該高對比度成像對於樣本散焦誤差係穩健的。本文中請進一步考慮，此種傾斜照明亦可促進具有比傳統亮場成像系統更小之間距之目標之成像，此乃因兩個所期望繞射階可跨越一收集光瞳而擴展。

本發明之某些實施例係針對提供用於組態一疊加計量工具之配方。通常可根據一配方對一疊加計量工具進行組態，該配方包含用於控制一疊加量測之各項態樣之一組參數，該各項態樣諸如但不限於對一樣本之照明、來自樣本之光之收集或者一量測期間樣本之位置。以此方式，疊加計量工具可經組態以對一或多個所關注疊加目標設計提供一所選擇類型之量測。舉例而言，一計量配方可包含照明參數，諸如但不限於一照明波長、一照明光瞳分佈(例如，照明角度之一分佈以及此等角度下之相關聯照明強度)、入射照明之一偏光或者照明之一空間分佈。藉由另一實例之方式，一計量配方可包含收集參數，諸如但不限於一收集光瞳分佈(例如，待用於進行一量測的來自樣本之角度光之一所期望分佈以及此等角度下之相關聯經濾波強度)、用以選擇所關注樣本之部分之收集場光闌設置、所收集光之偏光、波長濾波器或者用於控制一或多個偵測器之參數。藉由另一實例之方式，一計量配方可包含與一量測期間之樣本位置相關聯之各種參數，諸如但不限於一樣本高度、一樣本定向、一樣本在一量測期間是否靜止或者一樣本在一量測期間是否運動(連同闡述速度、掃描圖案或諸如此類之相關聯參數一起)。

本發明之額外實施例係針對提供一樣本上之傾斜入射角之照明輪廓，以平衡效能考量，諸如但不限於照明輸送量、照明之空間同調性或者與目標大小相關之照明波長間距比率。本文中請考慮，用相對較大照明波瓣(例如，如一照明光瞳中所定義)對一樣本之照明可允許經增加照明輸送量及因此更亮影像或更快影像獲取以及經降低空間同調性以降低影像邊緣中之清晰度(ringing)。然而，用相對較小照明波瓣(例如，如一照明光瞳中所定義)對樣本之照明可允許經增加波長間距比率(例如，對於一特定照明波長，一疊加目標上之較小間距光柵)以促進較小疊加目標之使用。因此，本發明之實施例係針對適合於平衡此類考量之照明光束形狀及配置。

現參考圖1至圖14，根據本發明之一或多個實施例，更詳細地闡述了用於疊加計量之高對比度亮場成像之系統及方法。

圖1A係根據本發明之一或多個實施例的一疊加計量系統100之一方塊圖。在某些實施例中，疊加計量系統100包含一疊加計量工具102，該疊加計量工具經組態以基於來自疊加目標104中光柵結構108之兩個所選擇繞射階在一樣本106上產生至少一個疊加目標104之至少一個亮場影像。舉例而言，疊加計量工具102可基於一疊加目標104 (例如，包含具有已知間距之光柵結構108)之一或多個所預期設計來實施一或多個疊加配方，使得所選擇所關注繞射階可被收集並有助於疊加目標104之一影像。

樣本106可包含此項技術中已知的具有一疊加目標104之任何類型之樣本，諸如但不限於一半導體或非半導體材料(例如，一晶圓或諸如此類)。在某些實施例中，樣本106包含一半導體或非半導體材料，諸如但不限於單晶矽、砷化鎵及磷化銦。在某些實施例中，樣本106包含由在一介面處接合在一起之兩個基板形成之一所接合樣本，其中疊加目標104位於介面處或附近。此等基板可由任何材料或材料組合形成，材料或材料組合包含但不限於一半導體、一金屬、一聚合物、一玻璃或一晶體材料。在某些實施例中，基板中之至少一者包含一晶圓(例如，一半導體晶圓)。舉例而言，樣本106可形成為一經接合晶圓樣本，該經接合晶圓樣本具有在一介面處進行接合(例如，在一晶圓至晶圓製程中)之兩個晶圓。在某些實施例中，基板中之至少一者包含一晶粒(例如，一經製作晶粒)。舉例而言，樣本106可形成為接合至一晶圓(例如，在一晶粒至晶圓製程中)之一或多個晶粒。

樣本106可進一步包含若干個層，諸如但不限於一抗蝕劑、一介電材料、一導電材料或一半導體材料。諸多不同類型之此等層在此項技術中係已知的，並且如本文中所使用之樣本106意欲囊括上面可形成所有類型之此類層之一樣本。形成於樣本106上之一或多個層可係未經圖案化或經圖案化的。舉例而言，樣本106上之圖案化特徵可包含一或多個層上之裝置特徵，其中此類材料層之形成及處理最終可導致經完成裝置。藉由另一實例之方式，樣本106上之圖案化特徵可包含一或多個層上與疊加目標104 (例如，光柵結構108或諸如此類)相關聯之目標特徵。此外，出於本發明之目的，術語樣本及晶圓應解釋為可互換的。

疊加計量工具102可包含此項技術中已知之任何類型之計量工具，該計量工具適合於在由兩個所選擇繞射階形成之任何平面或平面組合處在一樣本106上產生一或多個疊加目標104之一或多個亮場影像，且進一步適合於基於一或多個影像來量測與樣本106相關聯之一或多個所關注參數。

在某些實施例中，疊加計量系統100包含通信地耦合至疊加計量工具102或其中之任何組件之一控制器110。在某些實施例中，控制器110包含經組態以執行記憶體媒體114或記憶體上所維持之程式指令之一或多個處理器112。就此而言，控制器110之一或多個處理器112可執行本發明通篇所闡述之各種程序步驟中之任一者。此外，控制器110可通信地耦合至疊加計量工具102或其中之任何組件。

一控制器110之一或多個處理器112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」可寬泛地定義為囊括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、一個或多個特殊應用積體電路(ASIC)裝置、一或多個場可程式化閘陣列(FPGA)或者一或多個數位信號處理器(DSP))。就此而言，一或多個處理器112可包含經組態以執行演算法及/或指令(例如，儲存在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112可體現為一桌上型電腦、大型電腦系統、工作站、影像電腦、並行處理器、經網路連線電腦或者經組態以執行一程式之任何其他電腦系統，該程式經組態以操作或結合疊加計量系統100操作，如本發明通篇所闡述。

此外，疊加計量系統100之不同子系統可包含適合於實行本發明中所闡述之步驟之至少一部分之一處理器或邏輯元件。因此，以上說明不應解釋為對本發明之實施例之一限制，而僅僅係一說明。此外，本發明通篇所闡述之步驟可由一單個控制器110或者另一選擇係多個控制器實行。另外，控制器110可包含裝納在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封裝為適合於整合至疊加計量系統100中之一模組。

記憶體媒體114可包含此項技術中已知的適合於儲存可由相關聯的一或多個處理器112執行之程式指令之任何儲存媒體。舉例而言，記憶體媒體114可包含一非暫時性記憶體媒體。藉由另一實例之方式，記憶體媒體114可包含但不限於一唯讀記憶體(ROM)、一隨機存取記憶體(RAM)、一磁性或光學記憶體裝置(例如，磁碟)、一磁帶、一固態驅動器及諸如此類。應進一步注意，記憶體媒體114可與一或多個處理器112一起裝納在一共同控制器外殼中。在一項實施例中，記憶體媒體114可相對於一或多個處理器112及控制器110之實體位置而位於遠端處。舉例而言，控制器110之一或多個處理器112可對可經由一網路(例如，網際網路、內部網路及諸如此類)進行存取之一遠端記憶體(例如，伺服器)進行存取。

就此而言，控制器110可執行本發明通篇所闡述之各種程序步驟中之任一者。舉例而言，控制器110可自一偵測器接收疊加目標104之一或多個影像(例如，一個或多個亮場影像)，基於來自偵測器之一或多個影像來產生對樣本106之一或多個疊加量測。藉由另一實例之方式，控制器110可引導或控制(例如，經由控制信號)疊加計量工具102或其中之任何組件。以此方式，控制器110可引導疊加計量工具102基於一疊加目標104之一特定設計上之一特定量測配方來執行一量測。

圖1B係根據本發明之一或多個實施例的疊加計量工具102之一簡化示意圖。

在某些實施例中，疊加計量工具102包含經組態以產生照明118之一照明源116。在某些實施例中，疊加計量系統100包含一照明通路120 (例如，一照明子系統)，該照明通路包含用以將照明118引導至樣本106之一或多個組件。

在某些實施例中，疊加計量工具102包含一收集通路122 (例如，一成像子系統)，該收集通路包含用以收集來自樣本106之光(在本文中稱為樣本光124)之一或多個組件。

樣本光124可包含自樣本106發出之任何類型之輻射，包含但不限於光或粒子。舉例而言，樣本光124可包含疊對目標104對照明118之反射及/或繞射。在某些實施例中，收集通路122收集一0階繞射波瓣(例如，鏡面反射)及一單個更高階繞射波瓣(例如，一+1階繞射波瓣、一-1階繞射波瓣或諸如此類)。

在某些實施例中，疊對計量工具102包含至少一個偵測器126，該至少一個偵測器經組態以接收來自收集通路122之樣本光124之至少一部分，以產生疊加目標104之一或多個影像。

照明源116可包含此項技術中已知之任何類型之光源。在某些實施例中，照明源116包含一或多個同調性源，諸如但不限於一或多個雷射源。就此而言，照明源116可產生具有高同調性(例如，高空間同調性及/或高時間同調性)之一照明118。舉例而言，照明源116可包含一或多個寬頻帶雷射，諸如但不限於一或多個超連續譜雷射或白光雷射。藉由另一實例之方式，照明源116可包含一或多個窄頻帶雷射。藉由另一實例之方式，照明源116可包含一或多個可調諧雷射以提供具有可調諧頻譜強度之一照明118。此外，一同調性照明源116可基於任何類型之技術或產品設計。舉例而言，照明源116可包含但不限於一或多個光纖雷射、一或多個二極體雷射或者一或多個氣體雷射之任一組合。

在某些實施例中，照明源116包含一或多個低同調性源以提供具有低同調性或部分同調性(例如，空間同調性及/或時間同調性)之一照明118。舉例而言，照明源116可包含一或多個發光二極體(LED)或超發光LED。藉由另一實例之方式，照明源116可包含一雷射維持之電漿(LSP)源，諸如但不限於一LSP燈、一LSP燈泡或者適合於容納一或多個元件之一LSP室，當該等元件被一雷射源激發成一電漿狀態時，可發射寬頻帶照明。藉由另一實例之方式，照明源116可包含一燈源，諸如但不限於一弧光燈、一放電燈、一無電極燈或諸如此類。

此外，照明源116可包含光源之任一組合。在某些實施例中，照明源116包含一或多個超連續譜雷射源以提供寬頻帶照明以及一或多個部分同調性高亮度LED以對一或多個超連續譜雷射源之頻譜中之間隙進行增補。

照明源116可提供具有任何所選擇波長或波長範圍(例如，頻譜)之照明118。在本文中請考慮，可將照明118之頻譜選擇為透射通過樣本106之至少一部分，以便以最小或至少可接受吸收到達疊加目標104。舉例而言，在將一樣本106形成為兩個所接合半導體基板之情形中，可將照明118之頻譜選擇為包含紅外線頻譜範圍中之波長。然而，應理解，本文中所揭示之系統及方法可寬泛地適用於一寬範圍之樣本，使得照明118可具有基於樣本106之成分之任何所選擇頻譜。

照明源116可進一步提供具有任何所選擇時間特性之光。在某些實施例中，照明源116包含用以提供一連續波照明118之一或多個連續波源。在某些實施例中，照明源116包含用以提供一脈衝式或以其他方式經調製之照明118之一或多個脈衝式源。舉例而言，照明源116可包含一或多個模式鎖定雷射、一或多個Q開關雷射或諸如此類。

在某些實施例中，照明通路120包含用以將來自照明源116之照明118引導至樣本106之一或多個照明透鏡128。另外，照明透鏡128可經配置以將一或多個場平面或光瞳平面中繼至照明通路120內之位置。照明通路120可進一步包含適合於修改及/或調節照明118之一或多個照明調節組件130。照明調節組件130可位於但並非需要位於照明通路120中之場平面及/或光瞳平面處。舉例而言，一或多個照明調節組件130可包含但不限於一照明孔徑光闌、一照明場光闌、一或多個偏光器、一或多個補償器、一或多個濾光器、一或多個分束器、一或多個漫射體、一或多個均質器、一或多個變跡器、一或多個光束整形器、一或多個鏡或者一或多個透鏡。

在某些實施例中，疊加計量工具102 (例如，照明源116及/或照明通路120)提供一多波瓣照明分佈。舉例而言，疊加計量工具102可以兩個或更多個照明波瓣之形式提供照明118，其中可將兩個或更多個照明波瓣同時或依序引導至樣本106。此外，一多波瓣照明分佈中之照明波瓣中之任一者皆可以傾斜角度入射至樣本106上且因此可被稱為傾斜照明波瓣。

圖1B進一步圖解說明可將各種組件放置在其處以操縱樣本106上之照明118之角度分佈的一照明光瞳平面132。舉例而言，諸如但不限於一或多個孔徑之組件可放置在照明光瞳平面132處以同時或依序提供一多波瓣照明分佈。

在某些實施例中，收集通路122包含用以收集來自樣本106之樣本光124並將樣本光124之至少一部分引導至至少一個偵測器126的一或多個收集透鏡134。在某些實施例中，收集通路122包含適合於修改及/或調節樣本光124之一或多個收集調節組件(未展示)。舉例而言，一或多個收集調節組件可包含但不限於一或多個偏光器、一或多個濾光器、一或多個分束器、一或多個漫射體、一或多個變跡器或者一或多個光束整形器。

疊加計量工具102中之一偵測器126可包含此項技術中已知的適合於擷取自樣本106接收之樣本光124之任何光學偵測器。此外，偵測器126可適合於擷取靜止或正在移動之一樣本106之影像。舉例而言，一偵測器126可包含但不限於一光電二極體陣列(PDA)、一電荷耦合裝置(CCD)、一互補金屬氧化物半導體(CMOS)裝置、一時間延遲積分(TDI)偵測器、一線掃描偵測器、一光電倍增管(PMT)、一雪崩光電二極體(APD)或諸如此類。在某些實施例中，一偵測器126可包含適合於識別自樣本106發出並使用一分散元件分散至一感測器上之輻射之波長的一光譜偵測器。

一偵測器126可位於疊加計量系統100之任何成像平面處。舉例而言，一偵測器126可位於與樣本106共軛之一平面處以產生樣本106之一影像。此外，疊加計量系統100可包含多個偵測器126 (例如，與由一或多個分束器產生之多個光束路徑相關聯)以促進疊加計量系統100之多個計量量測(例如，多個計量工具)。在某些實施例中，一偵測器126可包含適合於識別自樣本106發出之輻射之波長之一光譜偵測器。

在某些實施例中，疊加計量工具102包含用以將照明118引導至樣本106及/或擷取來自樣本106之樣本光124之一物鏡136。舉例而言，如圖1B中所圖解說明，疊加計量工具102可包含照明通路120與收集通路122兩者共同之一分束器138，以允許物鏡136同時地將照明118引導至樣本106並擷取來自樣本106之樣本光124。在某些實施例中，儘管未展示，但照明通路120及收集通路122可包含單獨透鏡以分別將照明118引導至樣本106並收集樣本光124。

在某些實施例中，疊加計量工具102包含經組態以在一量測之前、在一量測期間及/或在一量測之後調整樣本106及/或照明118之一樣本定位子系統。舉例而言，圖1B圖解說明包含用以沿著任何維度調整樣本106之位置(諸如但不限於調整在X-Y平面內之一橫向位置、軸向地沿著Z軸線(例如，物鏡136之一光軸)進行調整、調整傾斜度、傾斜角或諸如此類)之一平移載台(未展示)的一樣本定位子系統。藉由另一實例之方式，儘管未展示，但樣本定位子系統可包含適合於使照明118掃描跨越樣本106或其一部分之一或多個掃描光學元件(例如，電流計、可旋轉鏡或諸如此類)。

如本文中先前所闡述，可根據一或多個計量配方對疊加計量工具102進行組態，該計量配方可控制包含但不限於照明通路120中之組件、收集通路122中之組件、物鏡136或者偵測器126之疊加計量工具102之各種參數。以此方式，疊加計量工具102可經組態以回應於照明118，藉由一收集光瞳平面140中之一已知疊加目標104 (或目標設計)來僅提供兩個所選擇繞射波瓣。舉例而言，計量配方可使得，僅兩個所選擇繞射波瓣由物鏡136收集。

現參考圖2至圖14，根據本發明之一或多個實施例，更詳細地闡述了基於兩個所選擇繞射階(例如，兩個所選擇繞射波瓣)之亮場成像。圖2繪示具有適合於沿著兩個正交方向進行量測之非重疊光柵結構108的一疊加目標104之一非限制性實例。

疊加計量工具102一般而言可適合於表徵具有任何設計之任何類型之疊加目標104。特定而言，可根據基於待量測之疊加目標104之特定設計之一疊加配方來調整疊加計量工具102之各種組件，諸如但不限於照明通路120、收集通路122或偵測器126。在某些實施例中，一疊加目標104包含使入射照明118繞射之至少一個樣本層上之週期性特徵。因此，由物鏡136收集之樣本光124可包含來自疊加目標104之所選擇繞射階。

圖2係根據本發明之一或多個實施例的具有非重疊特徵之一疊加目標104之一俯視圖。在一項實施例中，疊加目標104包含此處表示為疊加目標104之象限之四個單元202a至202d。每一單元202a至202d可包含位於樣本106之一第一層上之第一層光柵結構204 (例如，光柵結構108)以及位於樣本106之一第二層上之第二層光柵結構206 (例如，光柵結構108)。

如圖2中所圖解說明，每一單元202可包含具有沿著一量測方向之週期性(例如，一已知間距)之光柵結構108。舉例而言，單元202b及單元202d可經組態以提供沿著X方向之疊加量測，如圖2中所圖解說明。可藉由直接比較每一單元內或者單元202b與單元202d之間的第一層光柵結構204與第二層光柵結構206之相對位置來進行沿著X方向之一疊加量測。在另一例項中，可藉由將跨越單元202b及單元202d分佈之第一層光柵結構204之間的旋轉對稱(例如，旋轉對稱、反射對稱、鏡像對稱等)之一點與跨越單元202b及單元202d分佈之第二層光柵結構206之間的對稱之一點進行比較來進行沿著X方向之一疊加量測。類似地，單元202a及單元202c可經組態以提供沿著Y方向之疊加量測，如圖2中所圖解說明。

然而，應理解，圖2及相關聯闡述僅僅係出於圖解說明之目的而提供，且不應解釋為對本發明之限制。舉例而言，一疊加目標104一般而言可包含任何數目的以適合於沿著一或多個方向進行量測之任何組態分佈之單元202。藉由另一實例之方式，任何單元202內之光柵結構108不限於以一單個間距分佈之等同特徵。在某些實施例中，光柵結構108形成為具有兩個或更多個特性間距之一組元件。可在樣本106上之一共同區域或層中將此一結構功能性地分解成具有不同間距之兩個或更多個光柵。在某些實施例中，光柵結構108包含適合於控制製作程序之亞解析度特徵。此外，疊加目標104一般可包含此項技術中已知之任何疊加目標，包含但不限於一進階成像計量(AIM)目標、一穩健AIM目標或者一個三重AIM目標。另外，疊加目標104可包含一或多個樣本層上之光柵結構108且因此不限於圖2中所圖解說明之多層結構。在某些實施例中，所有光柵結構108皆位於一共同層上，以在彼層上在微影曝光之間提供疊加(例如，作為一雙印刷製程之一部分)。

現參考圖3A至圖8C，根據本發明之一或多個實施例，闡述了適合於基於來自傾斜照明之兩個所選擇繞射階之亮場成像之各種非限制性照明光瞳分佈。

在某些實施例中，選擇一照明光瞳分佈(例如，一照明光瞳平面132中照明118之一分佈)以使得，對於每一量測方向，僅兩個繞射波瓣位於物鏡136之一收集NA內且因此有助於一亮場影像。舉例而言，可將一照明光瞳分佈中之每一照明波瓣選擇為以一傾斜角度入射在樣本上，使得僅來自光柵結構108的沿著一或多個量測方向之一0階繞射波瓣及一單個一階繞射波瓣(例如，一+1繞射波瓣或一-1繞射波瓣)被擷取並有助於一亮場影像。

在某些實施例中，照明光瞳分佈進一步經組態以使得，有助於影像形成之兩個所選擇繞射階(例如，0階繞射波瓣及一單個一階繞射波瓣)被收集通路122完全擷取且因此在一收集光瞳平面140中不被截斷。本文中請考慮，具有兩個非截斷繞射階之亮場成像可進一步提供高對比度影像及基於此等影像之對應靈敏之量測。

在某些實施例中，照明光瞳分佈包含一或多對照明波瓣，其中每一對中之照明波瓣對稱地分佈在照明光瞳平面132中。在此組態中，僅擷取0階繞射波瓣以及與每一照明波瓣之繞射相關聯之一單個一階繞射波瓣。本文中請考慮，基於若干對對稱照明波瓣之成像對於光柵結構108及/或疊加計量工具102之不對稱性係穩健的。可將任何給定對中之兩個照明波瓣同時或依序入射在樣本106上。因此，取決於照明組態之數目，用於一疊加量測之一最終影像可基於一或多個所獲取影像。

舉例而言，且如下文將更詳細展示，照明光瞳分佈可形成為但不限於沿著一量測方向定向之一雙極分佈、形成為沿著兩個正交量測方向定向之兩個正交雙極之一個四極分佈、相對於每一量測方向成角度之一旋轉式雙極分佈或者相對於每一量測方向成角度之一旋轉式四極分佈。

本文中請考慮，存在與一特定照明波瓣之一大小相關聯之一效能折衷。舉例而言，較大照明波瓣使相對較多照明118通過且因此可產生相對較亮影像，此支援更快量測及經增加輸送量。較大照明波瓣(例如，如在一照明光瞳平面132中所定義)進一步降低了成像期間之空間同調性，此減少了影像邊緣中之清晰度。然而，較小照明波瓣增加了照明118之波長與可被成像之一疊加目標104中之光柵結構108之間距的最大比率。以此方式，相對較小照明波瓣(例如，如一照明光瞳平面132中所定義)可促進針對一特定照明波長對相對較小間距進行成像且因此減小樣本106上之一疊加目標104之一所需大小。因此，可藉由使特定照明波瓣之形狀、大小及位置(例如，如一照明光瞳平面132中所繪示)發生變化來達成不同效能折衷。

圖3A至圖3C圖解說明具有不同照明波瓣形狀之照明光瞳分佈之三個非限制性實例。圖3A係根據本發明之一或多個實施例的帶有具有圓形形狀之照明波瓣302之一照明光瞳分佈。圖3B係根據本發明之一或多個實施例的帶有具有橢圓形形狀之照明波瓣302之一照明光瞳分佈。圖3C係根據本發明之一或多個實施例的具有塑形為幾何透鏡(貓眼形狀)之照明波瓣302之一照明光瞳分佈。舉例而言，一幾何透鏡或貓眼形狀可由兩個部分重疊之圓形之交點表徵。此外，圖3A至圖3C中之照明光瞳分佈各自圖解說明適合於量測具有光柵結構108之疊加目標104之兩對照明波瓣302，該等光柵結構具有沿著正交量測方向之週期性。

參考圖3A至圖3C，如圖3C中所圖解說明之一貓眼照明波瓣形狀可最大化照明光瞳平面132中之照明118之區域，此可促進相對於其他分佈之高影像亮度及影像邊緣中之清晰度。相比而言，圖3A及圖3B中所圖解說明之橢圓形及圓形照明波瓣形狀有效地截斷了貓眼分佈之尖端且因此減小了光柵結構108之最小可達成間距，對於該間距，僅兩個所選擇繞射階被收集。

現參考圖4A至圖8C，根據本發明之一或多個實施例，更詳細地闡述了適合於將經繞射光之收集限制至兩個所選擇繞射波瓣的經修整照明分佈之各種非限制性實例。特別而言，圖4A至圖8C圖解說明具有一貓眼形狀之照明波瓣之變體，但應理解，此僅僅係出於圖解說明目的，而不應解釋為限制。而是，所揭示之概念可延伸至任何形狀之照明波瓣。

圖4A係根據本發明之一或多個實施例的包含傾斜照明波瓣302的疊覆在一收集光瞳邊界404上之一雙極分佈的一照明光瞳邊界402之一概念性視圖。舉例而言，照明光瞳邊界402及收集光瞳邊界404可分別表示照明通路120及收集通路122之有效NA。在圖4A中，將照明光瞳邊界402組態為稍微小於收集光瞳邊界404 (例如，使用照明光瞳平面132處之一孔口)。此組態對於確保光輸送量及避免收集光學器件(例如，收集通路122之組件)之繞射效應可係有用的，但並非必要的。在某些實施例中，照明光瞳邊界402及收集光瞳邊界404具有相同大小(例如，具有相同NA)。

圖4A係圖解說明一雙極照明分佈之一照明光瞳平面132之一概念性視圖，其中照明波瓣302a、302b伸展以在照明光瞳邊界402之邊緣附近提供傾斜照明，此處係沿著一水平方向。另外，圖4A圖解說明表示照明波瓣302相對於亮場成像共同之傳統垂直入射照明之剪切量或傾斜度的一波瓣剪切NA 406 ( NA _ishear )。經剪切照明光瞳邊界408僅指示為突出顯示衝擊傾斜照明輪廓且並不表示疊加計量工具102內之實際光瞳平面。此外，在收集光瞳邊界404內沒有明確圖解說明0階繞射波瓣，此乃因其在此照明分佈中與照明波瓣302重疊。

本文中請考慮，波瓣剪切NA 406之值可影響照明光瞳平面132中之照明波瓣302之大小，此乃因隨著照明波瓣302變得更小，波瓣剪切NA 406一般可增加。以此方式，可選擇波瓣剪切NA 406之值來平衡如本文中先前所闡述之效能折衷，諸如但不限於照明輸送量、空間同調性及對影像邊緣之清晰度之相關聯影響或者可使用本文中所闡述之技術來成像之光柵結構108之最小間距。

圖4B係根據本發明之一或多個實施例的與水平光柵結構108 (例如，圖2中之單元202b、202d)對圖4A之照明分佈之繞射相關聯的收集光瞳平面140之一概念性視圖。圖4C係根據本發明之一或多個實施例的與垂直光柵結構108 (例如，圖2中之單元202a、202c)對圖4A之照明分佈之繞射相關聯的收集光瞳平面140之一概念性視圖。

圖4B及圖4C圖解說明與圖4A中所展示之照明波瓣302之分佈之繞射相關聯的0階繞射波瓣410、+1階繞射波瓣412及-1階繞射波瓣414。在某些實施例中，疊加計量工具102可經組態(例如，根據一計量配方)以使得，僅0階繞射波瓣410以及來自照明波瓣302中之每一者的一階繞射波瓣中之一者(例如，+1階繞射波瓣412中之一者或者-1階繞射波瓣414中之一者)坐落於收集光瞳邊界404內。舉例而言，圖4B圖解說明擷取0階繞射波瓣410連同來自0階繞射波瓣410中之一者之一單個+1階繞射波瓣412以及來自另一0階繞射波瓣410之一單個-1階繞射波瓣414一起。

如本文中先前所闡述，排他地基於兩個繞射階(例如，一0階繞射波瓣410以及與任何特定照明波瓣302相關聯之一+1階繞射波瓣412或一-1階繞射波瓣414中之一者)之亮場成像可提供對樣本散焦誤差穩健之高對比度成像。換言之，其中繞射波瓣中之任一者之一經截斷部分將降低一所得影像之對比度之一組態。

圖4B以圖形形式圖解說明經繞射階之分佈對照明118之一波長與一疊加目標104 (稱為λ\間距)上之光柵結構108之間距的一比率之影響。舉例而言，λ\間距比率可影響經繞射階之間的一分離。在一個一般意義上，對於一給定波長，可藉由調整λ\間距比率來達成可使用本文中所揭示之技術來成像之光柵結構108之一最小間距以使得，一所收集一階繞射波瓣412或414坐落於收集光瞳邊界404之邊緣處，但未被收集光瞳邊界404截斷。

然而，如圖2中所圖解說明，通常可期望對具有正交光柵結構108之一疊加目標104進行成像，以提供沿著相關聯正交量測方向之疊加量測。在此情形中，必須考量來自所有光柵結構108之繞射之考量。

因此，圖4C圖解說明疊加計量工具102之一組態，其中選擇各種參數(例如，照明分佈、λ\間距比率或諸如此類)，使得沒有收集沿著垂直方向之一階繞射波瓣。然而，圖4C中所圖解說明之組態提供，垂直繞射波瓣正好坐落於收集光瞳邊界404之外且因此表示光柵結構108之間距之一下限之一組態，當疊加目標104具有正交光柵結構108時，對於一特定波長，可使用本文中所揭示之技術將光柵結構108成像。以此方式，圖3A中之此一雙極照明分佈可適合於將一疊加目標104內之水平光柵結構108成像，其中可藉由與圖3A類似但旋轉了90度之一雙極照明分佈將相同或不同疊加目標104中之垂直光柵結構108成像。

圖5A至圖5C圖解說明一個四極照明分佈之照明及繞射圖案。圖5A係根據本發明之一或多個實施例的包含有傾斜照明波瓣302的疊覆在一收集光瞳邊界404上之一個四極分佈的一照明光瞳邊界402之一概念性視圖。圖5B係根據本發明之一或多個實施例的與水平光柵結構108 (例如，圖2中之單元202b、202d)對圖5A之照明分佈之繞射相關聯的收集光瞳平面140之一概念性視圖。圖5C係根據本發明之一或多個實施例的與垂直光柵結構108 (例如，圖2中之單元202a、202c)對圖5A之照明分佈之繞射相關聯的收集光瞳平面140之一概念性視圖。

本文中請考慮，圖5A中之四極照明分佈對應於圖4A中所圖解說明之類型之兩個正交雙極照明分佈。因此，可將對圖4A至圖4C之闡述延伸為應用於圖5A至圖5C。以此方式，圖5A中之四極照明分佈可使用本文中所揭示之技術來促進水平及垂直光柵結構108之同時成像。

方程式(1)及(2)進一步闡述了使用本文中所揭示之技術使用圖4A及圖5A之雙極或四極照明分佈進行成像之λ\間距比率之範圍。舉例而言，方程式(1)及(2)進一步闡述了由任何特定光柵結構108自任何特定照明波瓣302收集至多一單個一階繞射波瓣之限制條件，如圖4A至圖5C中所圖解說明。

在方程式(1)及(2)中，P係光柵結構108之間距， NA _obj 係物鏡136之NA (例如，收集光瞳邊界404)， NA _ishear 係波瓣剪切NA 406，並且 NA _iouter 係照明NA (例如，照明光瞳邊界402)。

圖6係根據本發明之一或多個實施例的間距(P)作為用於具有基於雙極或四極照明分佈之所選擇繞射階之經修整亮場成像的照明118之波長(λ)之一函數之一曲線圖。特定而言，滿足方程式(1)及(2)之間距(P)與波長(λ)之組合坐落於圖6中由箭頭指示之曲線內。此外，圖6圖解說明了一特定組態，其中 NA _obj ＝0.70， NA _iouter ＝0.65且 NA _ishear ＝1.10，但應理解，此組態僅僅係出於圖解說明目的而提供，且不應解釋為限制本發明。

圖7A至圖8C呈現根據本發明之一或多個實施例的替代照明分佈及相關聯繞射輪廓。

圖7A係根據本發明之一或多個實施例的包含傾斜照明波瓣302的疊覆在一收集光瞳邊界404上之一旋轉式雙極分佈的一照明光瞳邊界402之一概念性視圖。圖7B係根據本發明之一或多個實施例的與水平光柵結構108 (例如，圖2中之單元202b、202d)對圖7A之照明分佈之繞射相關聯的收集光瞳平面140之一概念性視圖。圖7C係根據本發明之一或多個實施例的與垂直光柵結構108 (例如，圖2中之單元202a、202c)對圖7A之照明分佈之繞射相關聯的收集光瞳平面140之一概念性視圖。

如圖7A至圖7C中所圖解說明，一旋轉式雙極照明分佈中之一照明波瓣302可提供其中可基於來自水平及垂直光柵結構108之繞射來收集一0階繞射波瓣410及一單個一階繞射波瓣的一組態。

圖8A係根據本發明之一或多個實施例的包含傾斜照明波瓣302的疊覆在一收集光瞳邊界404上之一旋轉式四極分佈的一照明光瞳邊界402之一概念性視圖。圖8B係根據本發明之一或多個實施例的與水平光柵結構108 (例如，圖2中之單元202b、202d)對圖8A之照明分佈之繞射相關聯的收集光瞳平面140之一概念性視圖。圖8C係根據本發明之一或多個實施例的與垂直光柵結構108 (例如，圖2中之單元202a、202c)對圖8A之照明分佈之繞射相關聯的收集光瞳平面140之一概念性視圖。

本文中請考慮，圖8A中之旋轉式四極照明分佈對應於圖7A中所圖解說明之類型之兩個正交旋轉式雙極照明分佈。因此，可將對圖4A至圖7C之闡述延伸為應用於圖8A至圖8C。

方程式(3)及(4)進一步闡述了使用本文中所揭示之技術使用圖7A及圖8A之旋轉式雙極照明分佈或旋轉式四極照明分佈進行成像之λ\間距比率範圍。舉例而言，方程式(3)及(4)進一步闡述了由任何特定光柵結構108自任何特定照明波瓣302收集至多一單個一階繞射波瓣之限制條件，如圖7A至圖8C中所圖解說明。

圖9係根據本發明之一或多個實施例的間距(P)作為用於具有基於旋轉式雙極照明分佈或旋轉式四極照明分佈之所選擇繞射階之經修整亮場成像的照明118之波長(λ)之一函數之一曲線圖。特定而言，滿足方程式(3)及(4)之間距(P)與波長(λ)之組合坐落於圖9中由箭頭指示之曲線內。此外，圖9基於與圖6中之 NA _obj 、 NA _iouter 及 NA _ishear 相同之值，但應理解，此組態僅僅係出於說明目的而提供，且不應解釋為限制本發明。

一般參考圖4A至圖8C且如本文中先前所闡述，在某些實施例中，任何所收集繞射波瓣完全坐落於收集光瞳邊界404內，使得其不被截斷。以此方式，任何特定繞射波瓣完全位於收集光瞳邊界404內或者完全位於收集光瞳邊界404之外。圖10係根據本發明之一或多個實施例的與圖5A的其中一階繞射波瓣412、414被截斷之照明分佈之繞射相關聯的收集光瞳平面140之一概念性視圖。本文中請考慮，基於如圖10中所收集之樣本光124之一影像可比基於如圖5B及圖5C中所收集之樣本光124之一影像具有更低對比度。此外，應理解，圖10中基於圖5A之特定照明輪廓之繪示僅僅係出於圖解說明目的而提供，且不應解釋為限制本發明。而是，來自任何形狀之一照明波瓣302之繞射可被截斷。

現參考圖11至圖13C，將基於由任何特定光柵結構108自任何特定照明波瓣302選擇之兩個繞射階之成像效能與傳統亮場成像進行比較。

圖11係根據本發明之一或多個實施例的具有沿著一單個方向(例如，一X方向)之一間距(P)的一光柵結構108之一簡化示意圖。以此方式，圖11中之光柵結構108可類似於圖2中所圖解說明之單元202b或單元202d。

圖12A係根據本發明之一或多個實施例的包含位於一照明光瞳平面132中心之一單個照明波瓣1202的典型亮場成像之一照明分佈(例如，在一照明光瞳平面132處)之一曲線圖。圖12B係根據本發明之一或多個實施例的圖11中所圖解說明的基於圖12A中之照明分佈以及一代表性橫截面1206來產生之光柵結構108之一對焦影像1204。圖12C係根據本發明之一或多個實施例的圖11中所圖解說明的基於圖12B中之照明分佈以及一代表性橫截面1210來產生之光柵結構108之一離焦影像1208。

圖13A係根據本發明之一或多個實施例的適合於具有所選擇繞射階之亮場成像的照明波瓣302 (例如，在照明光瞳平面132處)之一正交照明分佈之一曲線圖。圖13B係根據本發明之一或多個實施例的圖11中所圖解說明的基於圖13A中之照明分佈以及一代表性橫截面1304來產生之光柵結構108之一對焦影像1302。圖13C係根據本發明之一或多個實施例的圖11中所圖解說明的基於圖13B中之照明分佈及一代表性橫截面1308來產生之光柵結構108之一離焦影像1306。

圖13B與圖12B之一比較指示，相對於傳統亮場成像技術，如本文中所揭示，使用每照明波瓣302僅具有兩個所選擇繞射階之亮場成像，圖13B中之光柵結構108具有顯著更高成像對比度。類似地，圖13C與圖12C之一比較指示，與傳統亮場成像技術相比，如本文中所揭示，使用每照明波瓣302僅具有兩個所選擇繞射階之亮場成像，如圖13C中所圖解說明之成像對比度對樣本散焦誤差(例如，與樣本106沿著圖1B中之物鏡136之一光軸之定位相關聯的誤差)實質上更穩健。總而言之，本文中所揭示之成像技術不僅提供比傳統亮場成像技術更佳之效能，還提供更穩健之量測。

再次參考圖1B，根據本發明之一或多個實施例，更詳細地闡述了用於實施本文中所揭示之各種成像技術之各種技術。

本文中請考慮，可使用此項技術中已知之任何技術來產生或控制引導至樣本106之照明118之一分佈(例如，一照明分佈)。在某些實施例中，使用一照明光瞳平面132中之一或多個孔口來控制一照明分佈。舉例而言，整個照明光瞳可被(例如，均勻地)照明，使得孔口可界定一或多個照明波瓣302。以此方式，每一照明波瓣302內之光之角度分佈可由照明光瞳平面132中之一對應孔口之位置、大小及定向控制。作為一圖解說明，圖1B中之插圖142繪示一照明光瞳平面132處之照明118之一初始分佈，並且插圖144繪示具有一系列四個孔口146之一孔口板，該四個孔口適合於藉由對照明118之初始分佈進行空間濾波來產生一旋轉式正交照明分佈，諸如圖8A中之分佈。

在某些實施例中，來自照明源之照明118被分裂並沿著一或多個路徑被引導至照明光瞳平面132之不同部分。本文中請考慮，此方法可提供比基於孔口之方法相對更高之輸送量，此乃因可將照明118之一更大部分引導至照明波瓣302中。

舉例而言，疊加計量工具102可藉由將來自照明源116之照明118繞射成兩個或更多個繞射階來產生一多波瓣照明118，其中照明波瓣302由繞射階中之至少某些形成。於2021年9月14日發佈的標題為Efficient Illumination Shaping for Scatterometry Overlay之美國專利第11,118,903號中一般闡述了經由受控制繞射高效產生多個照明波瓣，該專利以其全文引用方式併入本文中。

藉由另一實例之方式，可使用自由空間(例如，塊體)光學器件來分裂來自照明源之照明118並將其引導至照明光瞳平面132之不同部分。

藉由另一實例之方式，來自照明源116之照明118可被分裂並被引導至在照明光瞳平面132中具有輸出面之一或多個光纖中，使得自每一光纖輸出之光對應於一照明波瓣302。作為一圖解說明，圖1C係根據本發明之一或多個實施例的疊加計量工具102之一簡化示意圖，其中將來自一照明源116之照明118引導至光纖148之任一組合，以提供多個照明波瓣302。舉例而言，圖1C繪示選擇性地將照明118之至少一部分引導至光纖148中之一或多者中之一可調整光學元件150，其中將光纖148之輸出面成像至照明光瞳平面132。可調整光學元件150可包含一或多個元件之任一組合，該一或多個元件適合於將照明118之全部或部分引導至所選擇光纖148中以形成一所選擇照明分佈，諸如但不限於電流計鏡、微電子機械系統(MEMS)裝置、聲光偏轉器或諸如此類。

作為一圖解說明，插圖152繪示了對應於光纖148之輸出面之影像的一雙極照明分佈。此外，孔口可用於進一步修改相關聯照明波瓣302之大小或形狀。在圖1C中，插圖154繪示了一經空間濾波照明輪廓，其中使用孔口將照明波瓣302濾波成圓形形狀。

本文中請進一步考慮，可將與任何照明分佈相關聯之照明波瓣302同時、依序或以任一組合方式引導至一疊加目標104。以圖5A之照明分佈作為一非限制性實例，在某些實施例中，可將所有四個照明波瓣302同時引導至疊加目標104。在此組態中，疊加目標104之一單個亮場影像可沿著任何方向擷取具有光柵結構108之所有相關聯單元202。因此，此一組態可有益地提供一高輸送量。

作為基於圖5A之照明分佈之另一實例，在某些實施例中，基於具有不同照明波瓣302之依序照明，依序產生疊加目標104之多個影像。舉例而言，可基於每一照明波瓣302來擷取單獨影像。藉由另一實例之方式，可基於具有沿著水平方向之一個照明波瓣302且具有沿著垂直方向之一個照明波瓣302的照明來產生疊加目標104之一第一影像。隨後，可基於具有沿著水平方向之另一照明波瓣302且具有沿著垂直方向之另一照明波瓣302的照明來產生疊對目標104之一第二影像。在此組態中，可最小化樣本106散焦時之對比度損失，此乃因沿著每一方向之光柵結構108之特定影像僅由兩個所收集繞射階(例如，一0階繞射波瓣410及一單個一階繞射波瓣)形成。然後可自對應光柵結構108之單獨影像之空間相位計算沿著任何量測方向之疊加。由一單個照明波瓣302產生之一影像中的光柵結構108之空間相位不受照明波瓣302之強度之影響，因此在此組態中，若干對照明波瓣302之間的相對強度差不會影響疊加計算。此外，由於此組態中之單獨影像中之每一者僅包含一個一階繞射波瓣，因此+1階繞射波瓣412及-1階繞射波瓣414之間的任何強度差皆不影響疊加計算。作為一結果，基於利用多個相對照明波瓣302之依序成像之一疊加量測可提供比基於照明波瓣302之相同分佈之同時成像之一疊加量測更穩健之一疊加量測，但具有與多個影像之產生相關聯之一經降低輸送量。以此方式，同時或依序成像之間的選擇可表示效能折衷之間的一平衡。

此外，可使用此項技術中已知之任何技術來實施依序成像。舉例而言，可依序修改或插入形成照明波瓣302之孔徑。藉由另一實例之方式，可使用光學元件(諸如但不限於快門、電流計、MEMS裝置或聲光偏轉器(例如，如圖1C中所繪示))之任一組合沿著各別路徑依序引導被引導至照明光瞳平面132之單獨部分之照明118 (例如，經由光纖、自由空間光學器件或諸如此類)。

現參考圖14，圖14係圖解說明根據本發明之一或多個實施例的在基於具有傾斜照明及所選擇繞射階之收集之亮場成像的疊加計量之一方法1400中執行之步驟的一流程圖。申請者注意到，本文中先前在疊加計量系統100之內容脈絡中所闡述之實施例及使能技術應解釋為延伸至方法1400。然而，應進一步注意，方法1400不限於疊加計量系統100之架構。

在某些實施例中，方法1400包含如下一步驟1402：使用一疊加計量工具來擷取疊加目標之一或多個影像，其中疊加計量工具用分佈在一或多個照明分佈當中之兩個或更多個傾斜照明波瓣來照明疊加目標，使得對於每一量測方向，所收集繞射階排他地包含來自該兩個或更多個照明波瓣中之至少一者之一0階繞射波瓣及一單個一階繞射波瓣。舉例而言，步驟1404可包含但不限於基於圖3A至圖8C中所圖解說明之照明分佈及相關聯收集設定檔中之任一者來將疊加目標成像。

在某些實施例中，方法1400包含如下一步驟1404：基於一或多個影像，產生針對疊加目標的與一或多個量測方向相關聯之一或多個疊加量測。本文中請考慮，方法1400可應用於此項技術中已知之任何類型之疊加目標且可提供與任何兩次微影曝光相關聯之一疊加量測。舉例而言，疊加目標可包含兩個或更多個層上之圖案化特徵，使得步驟1404中之一疊加量測對應於與兩個或更多個層相關聯之一疊加量測。藉由另一實例之方式，疊加目標可包含一共同層上之圖案化特徵但由兩次或更多次微影曝光產生(例如，在一雙印刷製程或諸如此類中)。以此方式，步驟1404中之疊加量測可與相關聯曝光相關聯。

本文中所闡述之標的物有時圖解說明含於其他組件內或與其他組件連接之不同組件。應理解，此類所繪示架構僅僅係例示性的，且事實上可實施達成相同功能性之諸多其他架構。在一概念意義上，達成相同功能性之任一組件配置有效地「相關聯」使得達成所期望功能性。因此，可將本文中經組合以達成一特定功能性之任何兩個組件視為彼此「相關聯」使得達成所期望功能性，而無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」以達成所期望功能性，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」以達成所期望功能性。可耦合之特定實例包含但不限於可實體上交互及/或實體上交互之組件及/或可以無線方式交互及/或以無線方式交互之組件及/或可邏輯上交互及/或邏輯上交互之組件。

認為，將藉由前述說明理解本發明及其附帶優點中之諸多優點，且將明瞭可在不脫離所揭示標的物或不犧牲所有其材料優點的情況下在組件之形式、構造及配置方面做出各種改變。所闡述之形式僅係解釋性的，且所附申請專利範圍之意圖係囊括並包含此類改變。此外，應理解，本發明由所附申請專利範圍界定。

100:疊加計量系統 102:疊加計量工具 104:疊加目標/已知疊加目標 106:樣本 108:光柵結構/水平光柵結構/垂直光柵結構/正交光柵結構/非重疊光柵結構 110:控制器 112:處理器 114:記憶體媒體 116:照明源/同調性照明源 118:照明/入射照明/連續波照明/多波瓣照明/脈衝式或以其他方式經調製之照明 120:照明通路 122:收集通路 124:樣本光 126:偵測器 128:照明透鏡 130:照明調節組件 132:照明光瞳平面 134:收集透鏡 136:物鏡 138:分束器 140:收集光瞳平面 142:插圖 144:插圖 146:孔口 148:光纖/所選擇光纖 150:可調整光學元件 152:插圖 154:插圖 202a:單元 202b:單元 202c:單元 202d:單元 204:第一層光柵結構 206:第二層光柵結構 302:照明波瓣/傾斜照明波瓣/相關聯照明波瓣 402:照明光瞳邊界 404:收集光瞳邊界 406:波瓣剪切數值孔徑 408:經剪切照明光瞳邊界 410:0階繞射波瓣 412:+1階繞射波瓣/一階繞射波瓣/所收集一階繞射波瓣 414:-1階繞射波瓣/一階繞射波瓣/所收集一階繞射波瓣 1204:對焦影像 1206:代表性橫截面 1208:離焦影像 1210:代表性橫截面 1400:方法 1402:步驟 1404:步驟 P:間距 X:方向 Y:方向 Z:軸線

熟習此項技術者可藉由參考附圖更佳地理解本發明之眾多優點。圖1A係根據本發明之一或多個實施例的一疊加計量系統之一方塊圖。圖1B係根據本發明之一或多個實施例的疊加計量工具之一簡化示意圖。圖1C係根據本發明之一或多個實施例的其中將照明自一照明源引導至光纖之任一組合以提供多個照明波瓣的疊加計量工具之一簡化示意圖。圖2係根據本發明之一或多個實施例的具有非重疊特徵之一疊加目標之一俯視圖。圖3A係根據本發明之一或多個實施例的帶有具有圓形形狀之照明波瓣之一照明光瞳分佈。圖3B係根據本發明之一或多個實施例的帶有具有橢圓形形狀之照明波瓣之一照明光瞳分佈。圖3C係根據本發明之一或多個實施例的具有塑形為幾何透鏡(貓眼形狀)之照明波瓣之一照明光瞳分佈。圖4A係根據本發明之一或多個實施例的包含傾斜照明波瓣的疊覆在一收集光瞳邊界上之一雙極分佈的一照明光瞳邊界之一概念性視圖。圖4B係根據本發明之一或多個實施例的與水平光柵結構對圖4A之照明分佈之繞射相關聯的收集光瞳平面之一概念性視圖。圖4C係根據本發明之一或多個實施例的與垂直光柵結構對圖4A之照明分佈之繞射相關聯的收集光瞳平面之一概念性視圖。圖5A係根據本發明之一或多個實施例的包含傾斜照明波瓣的疊覆在一收集光瞳邊界上之一個四極分佈的一照明光瞳邊界之一概念性視圖。圖5B係根據本發明之一或多個實施例的與水平光柵結構對圖5A之照明分佈之繞射相關聯的收集光瞳平面之一概念性視圖。圖5C係根據本發明之一或多個實施例的與垂直光柵結構對圖5A之照明分佈之繞射相關聯的收集光瞳平面之一概念性視圖。圖6係根據本發明之一或多個實施例的間距(P)作為用於用基於雙極照明分佈或四極照明分佈之所選擇繞射階進行經修整亮場成像的照明之波長(λ)之一函數之一曲線圖。圖7A係根據本發明之一或多個實施例的包含傾斜照明波瓣的疊覆在一收集光瞳邊界上之一旋轉式雙極分佈的一照明光瞳邊界之一概念性視圖。圖7B係根據本發明之一或多個實施例的與水平光柵結構對圖7A之照明分佈之繞射相關聯的收集光瞳平面之一概念性視圖。圖7C係根據本發明之一或多個實施例的與垂直光柵結構對圖7A之照明分佈之繞射相關聯的收集光瞳平面之一概念性視圖。圖8A係根據本發明之一或多個實施例的包含傾斜照明波瓣的疊覆在一收集光瞳邊界上之一旋轉式四極分佈的一照明光瞳邊界之一概念性視圖。圖8B係根據本發明之一或多個實施例的與水平光柵結構對圖8A之照明分佈之繞射相關聯的收集光瞳平面之一概念性視圖。圖8C係根據本發明之一或多個實施例的與垂直光柵結構對圖8A之照明分佈之繞射相關聯的收集光瞳平面之一概念性視圖。圖9係根據本發明之一或多個實施例的間距(P)作為用於用基於旋轉式雙極照明分佈或旋轉式四極照明分佈之所選擇繞射階進行經修整亮場成像的照明之波長(λ)之一函數之一曲線圖。圖10係根據本發明之一或多個實施例的與圖5A的其中一階繞射波瓣被截斷之照明分佈之繞射相關聯的收集光瞳平面之一概念性視圖。圖11係根據本發明之一或多個實施例的具有沿著一單個方向(例如，一X方向)之一間距(P)的一光柵結構之一簡化示意圖。圖12A係根據本發明之一或多個實施例的用於包含以一照明光瞳平面為中心之一單個照明波瓣之典型亮場成像的一照明分佈之一曲線圖。圖12B係根據本發明之一或多個實施例的圖11中所圖解說明的基於圖12A中之照明分佈以及一代表性橫截面來產生之光柵結構之一對焦影像。圖12C係根據本發明之一或多個實施例的圖11中所圖解說明的基於圖12B中之照明分佈以及一代表性橫截面來產生之光柵結構之一離焦影像。圖13A係根據本發明之一或多個實施例的適合於用所選擇繞射階進行亮場成像之一正交照明之一曲線圖。圖13B係根據本發明之一或多個實施例的圖11中所圖解說明的基於圖13A中之照明分佈以及一代表性橫截面來產生之光柵結構之一對焦影像。圖13C係根據本發明之一或多個實施例的圖11中所圖解說明的基於圖13B中之照明分佈以及一代表性橫截面來產生之光柵結構之一離焦影像。圖14係圖解說明根據本發明之一或多個實施例的在基於用傾斜照明及所選擇繞射階收集進行亮場成像之疊加計量之一方法中執行之步驟的一流程圖。

106:樣本

116:照明源/同調性照明源

118:照明/入射照明/連續波照明/多波瓣照明/脈衝式或以其他方式經調製之照明

120:照明通路

122:收集通路

124:樣本光

126:偵測器

128:照明透鏡

130:照明調節組件

132:照明光瞳平面

134:收集透鏡

136:物鏡

138:分束器

140:收集光瞳平面

142:插圖

144:插圖

146:孔口

Claims

一種疊加計量系統，其包括：一疊加計量工具，其經組態以實施用於量測一樣本上之一疊加目標之一計量配方，與該計量配方相關聯之該疊加目標包含具有沿著一或多個量測方向分佈之圖案化特徵之一或多個光柵結構，其中該疊加計量工具包括：一物鏡；一照明通路，其包含一或多個照明光學器件以當實施該計量配方時用分佈在一或多個照明分佈當中之兩個或更多個傾斜照明波瓣來照明該疊加目標，其中該一或多個照明分佈使得，對於該一或多個量測方向中之每一者，該疊加目標對由該物鏡收集之該一或多個照明分佈之繞射階排他地包含來自該兩個或更多個照明波瓣中之至少一者之一0階繞射波瓣及一單個一階繞射波瓣；及一收集通路，其包含一或多個收集光學器件以當實施該計量配方時回應於該照明分佈，基於由該物鏡收集的來自該疊加目標之光將該疊加目標成像在一或多個偵測器上；以及一控制器，其通信地耦合至至少該一或多個偵測器，該控制器包含經組態以執行程式指令之一或多個處理器，該等程式指令致使該一或多個處理器：基於該一或多個照明分佈，自該一或多個偵測器接收該疊加目標之一或多個影像；且基於該一或多個影像，產生該疊加目標的與該一或多個量測方向相關聯之一或多個疊加量測。
如請求項1之疊加計量系統，其中該計量配方界定該疊加目標中沿著該一或多個量測方向之該等光柵結構之間距或者該一或多個照明分佈中該兩個或更多個傾斜照明波瓣之波長中的至少一者以使得，對於該一或多個量測方向中之每一者，該疊加目標對由該物鏡收集之該一或多個照明分佈之繞射階排他地包含來自該兩個或更多個照明波瓣中之至少一者之該0階繞射波瓣及該單個一階繞射波瓣。
如請求項1之疊加計量系統，其中該一或多個光柵結構包含與一第一微影曝光相關聯之一第一組光柵結構以及與一第二微影曝光相關聯之一第二組光柵結構，其中該一或多個疊加量測對應於該等第一微影曝光與該等第二微影曝光之間的疊加量測。
如請求項3之疊加計量系統，其中該第一組光柵結構位於該樣本之一第一層上，其中該第二組光柵結構位於該樣本之一第二層上。
如請求項3之疊加計量系統，其中該第一組光柵結構及該第二組光柵結構位於該樣本之一共同層上。
如請求項1之疊加計量系統，其中該疊加目標包含具有該一或多個光柵結構的具有沿著該一或多個量測方向中之一第一者之週期性的一部分之一或多個單元，其中該疊加目標進一步包含具有該一或多個光柵結構的具有沿著該一或多個量測方向中之一第二者之週期性的一部分之一或多個單元。
如請求項1之疊加計量系統，其中該疊加目標包括：一進階成像計量(AIM)目標、一穩健AIM目標或一個三重AIM目標中之至少一者。
如請求項1之疊加計量系統，其中將該兩個或更多個傾斜照明波瓣中之至少一者塑形為一圓形。
如請求項1之疊加計量系統，其中將該兩個或更多個傾斜照明波瓣中之至少一者塑形為一橢圓形。
如請求項1之疊加計量系統，其中將該兩個或更多個傾斜照明波瓣中之至少一者塑形為一幾何透鏡。
如請求項1之疊加計量系統，其中該一或多個照明分佈包括：一單個照明分佈。
如請求項1之疊加計量系統，其中該一或多個照明分佈包括：依序產生之兩個或更多個照明分佈。
如請求項1之疊加計量系統，其中該兩個或更多個照明波瓣包括：用以形成沿著該一或多個量測方向中之一者定向之一雙極照明分佈之兩個照明波瓣。
如請求項1之疊加計量系統，其中該兩個或更多個照明波瓣包括：用以形成以不正交於該一或多個量測方向之一角度定向之一旋轉式雙極照明分佈之兩個照明波瓣。
如請求項1之疊加計量系統，其中該一或多個量測方向包括：兩個正交量測方向，其中該兩個或更多個照明波瓣包括：用以形成沿著該兩個量測方向定向之一個四極照明分佈之四個照明波瓣。
如請求項1之疊加計量系統，其中該一或多個量測方向包括：兩個正交量測方向，其中該兩個或更多個照明波瓣包括：用以形成以不正交於該兩個量測方向之一角度定向之一旋轉式四極照明分佈之四個照明波瓣。
一種疊加計量系統，其包括：一控制器，其與一疊加計量工具通信地耦合，其中該疊加計量工具經組態以實施用於量測一樣本上之一疊加目標之一計量配方，與該計量配方相關聯之該疊加目標包含具有沿著一或多個量測方向分佈之圖案化特徵之一或多個光柵結構，其中該疊加計量工具包括：一物鏡；一照明通路，其包含一或多個照明光學器件以當實施該計量配方時用分佈在一或多個照明分佈當中之兩個或更多個傾斜照明波瓣來照明該疊加目標，其中該一或多個照明分佈使得，對於該一或多個量測方向中之每一者，該疊加目標對由該物鏡收集之該一或多個照明分佈之繞射階排他地包含來自該兩個或更多個照明波瓣中之至少一者之一0階繞射波瓣及一單個一階繞射波瓣；及一收集通路，其包含一或多個收集光學器件以當實施該計量配方時回應於該照明分佈，基於由該物鏡收集的來自該疊加目標之光將該疊加目標成像在一或多個偵測器上；且其中該控制器包含經組態以執行程式指令之一或多個處理器，該等程式指令致使該一或多個處理器：基於該一或多個照明分佈，自該一或多個偵測器接收該疊加目標之一或多個影像；且基於該一或多個影像，產生該疊加目標的與該一或多個量測方向相關聯之一或多個疊加量測。
如請求項17之疊加計量系統，其中該計量配方界定該疊加目標中沿著該一或多個量測方向之該等光柵結構之間距或者該一或多個照明分佈中該兩個或更多個傾斜照明波瓣之波長中的至少一者以使得，對於該一或多個量測方向中之每一者，該疊加目標對由該物鏡收集之該一或多個照明分佈之繞射階排他地包含來自該兩個或更多個照明波瓣中之至少一者之該0階繞射波瓣及該單個一階繞射波瓣。
如請求項17之疊加計量系統，其中該一或多個光柵結構包含與一第一微影曝光相關聯之一第一組光柵結構以及與一第二微影曝光相關聯之一第二組光柵結構，其中該一或多個疊加量測對應於該等第一微影曝光與該等第二微影曝光之間的疊加量測。
如請求項19之疊加計量系統，其中該第一組光柵結構位於該樣本之一第一層上，其中該第二組光柵結構位於該樣本之一第二層上。
如請求項19之疊加計量系統，其中該第一組光柵結構及該第二組光柵結構位於該樣本之一共同層上。
如請求項17之疊加計量系統，其中該疊加目標包含具有該一或多個光柵結構的具有沿著該一或多個量測方向中之一第一者之週期性的一部分之一或多個單元，其中該疊加目標進一步包含具有該一或多個光柵結構的具有沿著該一或多個量測方向中之一第二者之週期性的一部分之一或多個單元。
如請求項17之疊加計量系統，其中該疊加目標包括：一進階成像計量(AIM)目標、一穩健AIM目標或一個三重AIM目標中之至少一者。
如請求項17之疊加計量系統，其中將該兩個或更多個傾斜照明波瓣中之至少一者塑形為一圓形。
如請求項17之疊加計量系統，其中將該兩個或更多個傾斜照明波瓣中之至少一者塑形為一橢圓形。
如請求項17之疊加計量系統，其中將該兩個或更多個傾斜照明波瓣中之至少一者塑形為一幾何透鏡。
如請求項17之疊加計量系統，其中該一或多個照明分佈包括：一單個照明分佈。
如請求項17之疊加計量系統，其中該一或多個照明分佈包括：依序產生之兩個或更多個照明分佈。
如請求項17之疊加計量系統，其中該兩個或更多個照明波瓣包括：用以形成沿著該一或多個量測方向中之一者定向之一雙極照明分佈之兩個照明波瓣。
如請求項17之疊加計量系統，其中該兩個或更多個照明波瓣包括：用以形成以不正交於該一或多個量測方向之一角度定向之一旋轉式雙極照明分佈之兩個照明波瓣。
如請求項17之疊加計量系統，其中該一或多個量測方向包括：兩個正交量測方向，其中該兩個或更多個照明波瓣包括：用以形成沿著該兩個量測方向定向之一個四極照明分佈之四個照明波瓣。
如請求項17之疊加計量系統，其中該一或多個量測方向包括：兩個正交量測方向，其中該兩個或更多個照明波瓣包括：用以形成以不正交於該兩個量測方向之一角度定向之一旋轉式四極照明分佈之四個照明波瓣。
一種疊加方法，其包括：使用一疊加計量工具來擷取一疊加目標之一或多個影像，其中該疊加計量工具經組態以實施用於量測一樣本上之該疊加目標之一計量配方，與該計量配方相關聯之該疊加目標包含具有沿著一或多個量測方向分佈之圖案化特徵之一或多個光柵結構，其中該疊加計量工具包括：一物鏡；一照明通路，其包含一或多個照明光學器件以當實施該計量配方時用分佈在一或多個照明分佈當中之兩個或更多個傾斜照明波瓣來照明該疊加目標，其中該一或多個照明分佈使得，對於該一或多個量測方向中之每一者，該疊加目標對由該物鏡收集之該一或多個照明分佈之繞射階排他地包含來自該兩個或更多個照明波瓣中之至少一者之一0階繞射波瓣及一單個一階繞射波瓣；及一收集通路，其包含一或多個收集光學器件以當實施該計量配方時回應於該照明分佈，基於由該物鏡收集的來自該疊加目標之光將該疊加目標成像在一或多個偵測器上；以及基於該一或多個影像，產生該疊加目標的與該一或多個量測方向相關聯之一或多個疊加量測。