TW202305351A - 增強重疊計量之性能 - Google Patents

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尤瑞 帕斯卡維爾
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卓爾 亞科夫
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Abstract

一種用於計量之方法包含引導至少一個照明射束照明一半導體晶圓，在該半導體晶圓上已相繼沈積了至少第一及第二經圖案化層，包含該第一經圖案化層中之一第一目標特徵及重疊在該第一目標特徵上的該第二經圖案化層中之一第二目標特徵。在使一或多個成像參數變化的同時擷取該第一目標特徵及該第二目標特徵之一序列的影像，此變化係在整個該序列期間發生。處理該序列中之該等影像，以便識別該等影像中該第一目標特徵及該第二目標特徵之各別對稱中心且量測該等對稱中心隨該等變化的影像參數之變化。在量測該第一經圖案化層與該第二經圖案化層之間的一重疊誤差時應用該等經量測變化。

Description

增強重疊計量之性能
本發明大體而言係關於半導體裝置之製造，且特定而言係關於用於半導體電路計量之設備及方法。
半導體電路通常係使用光微影方法製造。在光微影中，在一半導體晶圓上方沈積且使用光學或其他輻射圖案化一光敏聚合物(光阻劑)之一薄層，從而使晶圓之部分被光阻劑覆蓋。在圖案化之後，藉由諸如蝕刻及離子撞擊等方法使晶圓改質以改變晶圓之材料性質或形貌，而被光阻劑覆蓋的晶圓之部分不被影響。
半導體電路計量通常用於量測經圖案化光阻劑之性質，諸如經圖案化特徵之形貌及位置。光阻劑之經圖案化特徵相對於先前程序層之準確位置對於確保光微影程序之一高良率係重要的。經圖案化光阻劑相對於一下伏程序層之配準之任何誤差(錯誤配準)稱為「重疊誤差」。作為一實例，在具有10 nm至14 nm (所謂的10 nm設計規則)之最小線寬度之典型半導體電路中，最大可准許重疊誤差係2 nm至3 nm。在前沿半導體電路中，線寬度縮小至5 nm，其具有最大可准許重疊誤差之一伴隨減小。
重疊誤差通常係使用光學重疊計量工具量測，此乃因可見光及近紅外線波長中之光輻射能夠穿透光阻劑層以及在光阻劑下方之介電層。光學重疊計量工具(諸如KLA公司(美國加利福尼亞州苗必達市)的Archer TM系列工具)將位於半導體晶圓之劃割線(分離毗鄰的半導體晶片之線)中之一代理目標(諸如KLA的AIM TM重疊目標)成像。將一影像分析演算法應用於所獲取影像以便定位程序層中之一組目標特徵之對稱中心(CoS)及經圖案化光阻劑層中之對應目標特徵之CoS。重疊誤差被計算為兩個層之目標特徵之對稱中心之間的距離。
本發明說明及申請專利範圍中使用之術語「光射線」、「光輻射」、「光」、及「輻射射束」通常係指可見光、紅外線及紫外線輻射中之任一者及全部。
下文中所闡述之本發明之實施例提供用於半導體電路計量之經改良設備及方法。
因此，根據本發明之一實施例，提供一種用於計量之方法，其包含引導至少一個照明射束照明一半導體晶圓，在該半導體晶圓上已相繼沈積了至少第一及第二經圖案化層，包含該第一經圖案化層中之一第一目標特徵及重疊在該第一目標特徵上的該第二經圖案化層中之一第二目標特徵。在使一或多個成像參數變化的同時擷取該第一目標特徵及該第二目標特徵之一序列的影像，此變化係在整個該序列期間發生。處理該序列中之該等影像，以便識別該等影像中該第一目標特徵及該第二目標特徵之各別對稱中心且量測該等對稱中心隨該等變化的影像參數之變化。在量測該第一經圖案化層與該第二經圖案化層之間的一重疊誤差時應用該等經量測變化。
在一所揭示實施例中，該第一經圖案化層包含一程序層，且該第二經圖案化層包含沈積於該程序層上方之一光阻劑層。
在某些實施例中，擷取該序列的該等影像包含使用相互配準之第一及第二相機擷取該等目標特徵之第一及第二影像，且處理該等影像包含藉由比較該等第一影像與該等第二影像而量測該等對稱中心之該等變化。在一項實施例中，擷取該等第一及第二影像包含將一配準影像朝向該第一相機及該第二相機投影，且相對於該配準影像配準該第一相機及該第二相機。在一實例實施例中，將該配準影像投影包含產生一光柵圖案且將該光柵圖案與該等目標特徵之該等影像一起投影至該第一相機及該第二相機中之各別偵測器陣列上。
另外或另一選擇係，擷取該等第一及第二影像包含在該等第一影像中將該等成像參數中之該一或多者設定為一第一設定且在該等第二影像中將該等成像參數中之該一或多者設定為一第二設定。在一所揭示實施例中，設定該等成像參數中之該一或多者包含將該第一相機與該第二相機設定在不同的各別第一及第二焦點位置中，且使該第一相機及該第二相機步進通過各別第一及第二序列的該等第一及第二焦點位置以便量測該等對稱中心隨該等焦點位置之一變化。在一實例實施例中，該等第一及第二焦點位置分離開一恆定焦距ΔZ，且在該等第一及第二序列之每一步階中，該等第一及第二焦點位置兩者被遞增ΔZ。
進一步地，另外或另一選擇係，該至少一個照明射束包含處於不同的各別第一及第二偏光狀態中之第一及第二照明射束，且擷取該等第一及第二影像包含應用一偏光分束器以將在該第一偏光狀態中自該晶圓反射之光朝向該第一相機引導且將在該第二偏光狀態中自該晶圓反射之光朝向該第二相機引導。
在一項實施例中，擷取該序列的該等影像包含以不同焦點設定擷取該等目標特徵之該等影像，且處理該等影像包含量測該等對稱中心隨該等焦點設定之該等變化。
另外或另一選擇係，擷取該序列的該等影像包含以多個不同波長擷取該等目標特徵之該等影像，且處理該等影像包含量測該等對稱中心隨該等波長之該等變化。
進一步地，另外或另一選擇係，擷取該序列的該等影像包含以兩個或更多個不同偏光狀態擷取該等目標特徵之該等影像，且處理該等影像包含量測該等對稱中心隨該等偏光狀態之該等變化。
仍進一步地，另外或另一選擇係，擷取該序列的該等影像包含以該至少一個照明射束之至少一個孔徑之多個不同偏移擷取該等目標特徵之該等影像，且處理該等影像包含量測該等對稱中心隨該孔徑之該等偏移之該等變化。
在另一實施例中，擷取該序列的該等影像包含使用一相機以該半導體晶圓相對於該相機之不同角定向擷取該等目標特徵之該等影像，且處理該等影像包含量測該等對稱中心隨該等角定向之一工具引致誤差。
在某些實施例中，應用該等經量測變化包括回應於該等經量測變化而找出該一或多個成像參數之一最佳範圍，且藉由將該一或多個成像參數設定為在該最佳範圍內之值而產生用於量測該重疊誤差之一處方。在一所揭示實施例中，擷取該序列的該等影像包含在該半導體晶圓上之多個不同位置處擷取多個目標特徵之該等影像，且找出該最佳範圍包含應用在該多個不同位置處量測之該等變化以便選擇在該半導體晶圓之一區域內最佳之該範圍。
另外或另一選擇係，處理該等影像包含量測該等目標特徵中之至少一者之一非對稱性。
根據本發明之一實施例，亦提供一種用於計量之方法，其包含引導至少一個照明射束照明一半導體晶圓，在該半導體晶圓上已沈積了至少一個經圖案化層，該至少一個經圖案化層包含一光柵，該光柵包含平行於一預定義軸定向之複數個條。擷取該光柵之一或多個影像，且處理該一或多個影像以便表徵該等條中之一或多者圍繞該軸之一非對稱性。在對該經圖案化層做出一計量評估時應用該經表徵非對稱性。
在一所揭示實施例中，擷取該一或多個影像包含以不同焦點設定擷取該光柵之一序列的該等影像，且處理該一或多個影像包含量測該等影像中該光柵之一對稱中心隨該等焦點設定之一變化，且基於該經量測變化而表徵該非對稱性。另外或另一選擇係，處理該一或多個影像包含計算該等條中之該一或多者之一影像與該影像之一經反射版本之間的一相關性，且依據該經計算相關性導出該非對稱性之一量度。
根據本發明之一實施例，另外提供一種光學檢驗設備，其包含一照明總成，該照明總成經組態以引導至少一個照明射束照明一半導體晶圓，在該半導體晶圓上已相繼沈積了至少第一及第二經圖案化層，包含該第一經圖案化層中之一第一目標特徵及重疊於該第一目標特徵上的該第二經圖案化層中之一第二目標特徵。一成像總成經組態以擷取該第一目標特徵及該第二目標特徵之一序列的影像。一控制器經組態以在整個該序列期間使該設備之一或多個成像參數變化，處理該序列中之該等影像以便識別該等影像中該第一目標特徵及該第二目標特徵之各別對稱中心且量測該等對稱中心隨該等變化的影像參數之變化，並且在量測該第一經圖案化層與該第二經圖案化層之間的一重疊誤差時應用該等經量測變化。
根據本發明之一實施例，進一步提供一種光學檢驗設備，其包含一照明總成，該照明總成經組態以引導至少一個照明射束照明一半導體晶圓，在該半導體晶圓上已沈積了至少一個經圖案化層，該至少一個經圖案化層包含一光柵，該光柵包含平行於一預定義軸定向之複數個條。一成像總成經組態以擷取該光柵之一或多個影像。一控制器經組態以處理該一或多個影像以便表徵該等條中之一或多者圍繞該軸之一非對稱性且在對該經圖案化層做出一計量評估時應用該經表徵非對稱性。
依據本發明之實施例之以下詳細說明連同圖式將更全面地理解本發明，其中：
概述  用於重疊計量之代理目標通常用於一半導體晶圓上之相繼經圖案化層之間的重疊之精確量測。舉例而言，此等層可包括一程序層及一光阻劑層，或者在蝕刻後應用中介於兩個程序層之間。(因此，儘管下文參考一程序層及一光阻劑層闡述實例實施例，但此等實施例之原理可經過必要的修改而適用於一第一程序層及一第二程序層。)
然而，代理目標中之特徵(光阻劑層目標特徵及程序層目標特徵兩者)不同於裝置區域中之對應特徵：代理目標之特徵通常具有比裝置中之線寬的線，以便可由在可見光光譜或近紅外線光譜中操作之計量工具解析；且該等目標在其設計上係對稱的，因此使得能夠實施強大的基於對稱性之影像處理演算法來計算重疊之值。此外，代理目標通常位於半導體晶圓之劃割線中以便不佔據裝置區域之有價值的「有效面積」。光微影曝光系統(掃描機)之光學失真在劃割線中與裝置區域中之彼等失真係不同的，因此導致代理目標中之圖案與裝置中之對應圖案之間的一空間變化的移位差。
此等設計及計量考量致使代理目標之特徵以不同於晶片區域中之裝置特徵之方式對微影及程序效應做出反應，且自一代理目標量測之重疊誤差可相對於實際裝置特徵中之重疊誤差具有一偏移。可應用一校準函數以便由自代理目標量測之重疊誤差導出裝置區域中之重疊誤差之一準確量度。然而，準確校準需要來自代理目標之穩定且可重複的重疊量測。此又受到諸如特徵非對稱性等程序誘導之效應的挑戰。
此外，當每一代理目標包括光阻劑中之目標特徵及前一程序層中之目標特徵兩者時，此兩組目標特徵可在垂直於半導體晶圓之方向上分開多達數微米之距離。在此等情形中，該兩組目標特徵係藉由以各別焦點設定單獨地使計量工具聚焦於光阻劑層及程序層且獲取影像而成像。然而，程序變化效應及形貌之組合使得難以找出自代理目標產生穩定且可重複的重疊量測之一最佳計量「處方」，亦即，一組計量條件(例如，焦點、照明之數值孔徑及波長)。
本文中所闡述之本發明之實施例藉由提供使得能夠獨立表徵一光學重疊代理目標之兩組目標特徵之一光學計量工具及一方法而解決此等問題。在某些實施例中，該計量工具包括兩個成像相機，該兩個成像相機相互配準但以一固定高度差聚焦於代理目標上。比較由該兩個相機擷取之影像以便校準且校正由於成像參數(諸如焦點變化、光譜回應及偏光)導致的代理目標層之光學特性之變化，諸如對稱中心(CoS)之變化。
在某些實施例中，一投影儀將一配準影像(諸如二維光柵之一影像)朝向兩個相機投影。使計量工具之焦點步進通過各自等於固定高度差之連續步階，使得一個相機(稱為CAM1)總是達到另一相機(CAM2)在前一步階期間所在的焦點設定。當CAM1達到其新焦點位置時，將其與CAM2在CAM2位於彼焦點位置處時獲取之影像配準。在每一焦點位置處，每一相機獲取代理目標之一影像。透過焦點設定將代理目標之兩組目標特徵中之每一組之該系列的經獲取影像彼此配準。依據此兩個系列的影像，可針對兩組目標特徵中之每一組計算CoS相對於焦點之變化。CoS相對於焦點之穩定性給出為一穩定重疊量測應獲取兩組目標特徵之影像之焦點設定。一穩定重疊量測又使得能夠對半導體電路中之重疊誤差進行一穩定且可重複的校準。
另外或另一選擇係，映射每一組目標特徵之CoS相對於照明波長及/或偏光之可變性，且然後使用此映射來達成穩定重疊量測。因此，本發明實施例識別在波長及焦點之二維空間內之一最佳量測範圍。
對光學檢驗設備之說明 圖1係根據本發明之一實施例之用於量測一半導體晶圓12上之經圖案化薄膜層之光學性質之一光學檢驗設備10的一示意性立體圖解。
光學檢驗設備10包括一成像總成14、一照明總成16及一光學中繼總成18。光學檢驗設備進一步包括一光柵投影儀20、一相機總成22、一控制器24、一記憶體25及上面安裝半導體晶圓12之一平台26。設備10及其組件之定向係在笛卡爾(Cartesian)座標28內界定。在後續圖中，以一適當定向展示相同笛卡爾座標28。小寫字母x、y及z在下文中用於標示三個笛卡爾座標軸，而大寫字母X、Y及Z用於標示此等軸上之座標。
成像總成14係示意性地展示為一單個物鏡30。另一選擇係，總成14可包括一干涉物鏡(例如，一林尼克(Linnik)干涉儀)、一暗視野物鏡、一相位對比物鏡或另一適合種類之物鏡或者透鏡及/或鏡子之組合。
物鏡30通常係具有一高數值孔徑(NA) (例如0.7或甚至更高之一NA)之具極高光學品質之一複合透鏡。在一替代實施例中，物鏡30可具有由控制器24控制之一可變NA。
在圖示實施例中，由控制器24控制之照明總成16包括兩個照明器15及17，其分別包括光源32及33，該等光源獨立地發射呈處於一或多個離散可調諧波長或者在呈連續波(CW)或脈衝形式之一或多個連續光譜內之各別射束34及35之光輻射。光源32及33亦可發射處於各種偏光狀態中之光輻射，例如未經偏光、經線性偏光或經圓形偏光之輻射。
照明器15及17進一步包括連接至各別光源32及33之兩個各別孔徑總成36及37。孔徑總成36及37由各別致動器38及39致動，從而將總成36之不同孔徑帶給射束34且將總成37之不同孔徑帶給射束35。致動器38及39可進一步在各別孔徑之平面中對每一總成之每一個別孔徑做出精細調整。分別自照明器15及17發射之射束40及41由一分束器42共線地組合成一射束43。包括兩個照明器之此種類之雙照明總成增強了設備10為晶圓12上之程序層及光阻劑層提供獨立照明條件(例如，波長、偏光及/或NA)之靈活性。
另一選擇係，照明總成16可包括例如照明器15之一單個照明器，其中藉由光源32及孔徑總成36之一適合調整而選擇用於程序層及光阻劑層之照明條件。又一選擇係，照明總成可包括多於兩個照明器，例如三個或四個照明器，其中使用諸如分束器之一適合光學配置組合自各別照明器射出之射束。
光學中繼總成18包括分束器44及45、一分束器總成46以及透鏡50及52。分束器總成46包括分束器47及48，其可使用一致動器49移動至設備10之光學路徑中及自該光學路徑移出，如下文將進一步詳述。相機總成22包括兩個偵測器陣列54及56，其亦稱為「相機」且分別標示為CAM1及CAM2。相機總成22進一步包括兩個致動器58及60，其分別使CAM1及CAM2沿著z軸移動。儘管透鏡50及52在圖中展示為單個透鏡，但另一選擇係，其可包括多個透鏡及/或鏡子。
光柵投影儀20經組態以將一光柵影像投影至CAM1及CAM2中，如將在圖2中進一步詳述。控制器24耦合至光柵投影儀20、記憶體25、平台26、光源32及33以及致動器38、39、49、58及60。控制器24通常包括在軟體及/或韌體中程式化以執行本文中所闡述之功能之一可程式化處理器，以及用於連接至設備10之其他元件之適合數位及/或類比介面。另一選擇係或另外，控制器24包括執行控制器之功能中之至少某些之硬接線及/或可程式化硬體邏輯電路。儘管控制器24在圖1中為了簡單起見展示為一單個一體式功能區塊，但在實踐中，控制器可包括具有用於接收及輸出圖中所圖解說明及內容脈絡中所闡述之信號之適合介面之多個經互連控制單元。
在操作光學檢驗設備10之前，將半導體晶圓12安裝於平台26上。在操作期間，平台26可在控制器24之控制下使晶圓12沿著x軸、y軸及z軸移動，以及使該晶圓圍繞z軸旋轉。沿著z軸之移動稱為「聚焦」。
為了照明晶圓12，照明總成16將光輻射之射束43朝向分束器44發射，該分束器使該射束反射至物鏡30中。物鏡30又使射束43聚焦至晶圓12上。射束43在自照明總成16射出時在垂直於其傳播之一平面中(在yz平面中)之橫截面藉由孔徑總成36及37之經適合放置且對準之孔徑而修改。此等孔徑將射束43之橫截面之形狀界定為例如圓形、正方形或變形的，並且界定該橫截面之尺寸。如下文中將詳述，射束43可包括不同波長及/或偏光狀態之兩個射束，其中孔徑總成36及37獨立地控制該兩個射束中之每一者之橫截面。
總成36及37之孔徑通常與物鏡30之入射光瞳共軛(藉由額外光學器件成像至該入射光瞳上，其中圖中為了簡單起見而省略該等額外光學器件)，使得自照明器總成16射出之射束43之橫截面界定照明晶圓12之光輻射之數值孔徑。因此，該照明之形狀可係例如圓形、正方形或在角空間中變形的，且可在物鏡30之全NA與該全NA之一分率之間變化。在某些組態中，該照明可拘限於超出物鏡30之收集NA之NA值，因此使得能夠對晶圓12上之特徵進行暗視野成像。
照明晶圓12之光輻射由晶圓往回朝向物鏡30反射以藉由該物鏡而將晶圓上之特徵朝向相機總成22成像。由物鏡30接收之經反射輻射進一步穿過分束器44及45投影至分束器總成46中，其中該經反射輻射照射在分束器47或分束器48上，此取決於該兩個分束器中之哪一者藉由致動器49定位於該經反射輻射之路徑中。在此實例中，分束器47係一波長中性分束器，亦即，其反射及透射係數具有相同光譜行為。分束器48係二向色分束器，其經組態以透射例如380 nm至550 nm之一個光譜頻帶Δλ 1，且反射例如560 nm至800 nm之一不同(非重疊)光譜頻帶Δλ 2。因此，當分束器47在該光學路徑中時，相機CAM1及CAM2中之每一者接收該經反射輻射之跨越其整個光譜之一部分；而當分束器48在該路徑中時，該輻射之光譜被分裂使得CAM1接收在光譜頻帶Δλ 1內之輻射且CAM2接收在光譜頻帶Δλ 2內之輻射。使光源32發射在光譜頻帶Δλ 1中之光輻射且光源33發射在光譜頻帶Δλ 2中之光輻射會允許獨立控制針對該兩個層中之每一者之照明(包含照明NA)。
另一選擇係或另外，分束器47及48中之一者可係一偏光分束器，其透射一個偏光狀態且反射正交偏光狀態。因此，舉例而言，在使光源32及33發射處於正交偏光狀態中之光輻射之情況下，來自光源32之輻射將被引導至CAM1且來自光源33之輻射將被引導至CAM2。類似於上文中所闡述之照明之光譜劃分，控制照明之偏光會允許獨立控制針對該兩個層中之每一者之照明。在一項實施例中，分束器48係二向色分束器與一偏光分束器之一組合。
由總成46中之選定分束器透射及反射之光輻射分別藉由透鏡50聚焦至CAM1上及藉由透鏡52聚焦至CAM2上。晶圓12之影像因此由CAM1及CAM2擷取且由控制器24讀出並處理。
圖2係根據本發明之一實施例之光柵投影儀20之一示意性立體圖解。光柵投影儀20將一光柵影像朝向相機CAM1及CAM2投影，以用作兩個相機之間的一位置參考。光柵投影儀20包括一光源總成80、一單模光纖82、一繞射總成84及一空間濾波器86。
在此實例中，光源總成80包括兩個超發光二極體(sLED) 88及90，其中sLED 88發射處於一波長λ 1= 450 nm之光輻射，且sLED 90發射處於一波長λ 2= 750 nm之光輻射。光源80進一步包括透鏡92、94及96以及二向色分束器98。另一選擇係，可使用其他類型及波長之光源。
繞射總成84包括定位於兩個透鏡102與104之間的一高對比度透射繞射光柵總成100，諸如玻璃上鉻光柵之一總成。繞射光柵總成100包括正交光柵，以便沿y方向及z方向兩者繞射光。此等光柵共同形成由投影儀20投影的光柵圖案之部分。
由sLED 88及90發射之光輻射藉由各別透鏡92及94朝向二向色分束器98投影。分束器98經組態以使由sLED 88發射之光輻射通過且反射由sLED 90發射之輻射，因此將由該兩個sLED發射之輻射組合成一單個射束106。射束106藉由透鏡96聚焦至單模光纖82之一輸入端108中。透過光纖82傳輸之光輻射透過該光纖之輸出端110自該光纖射出至繞射總成84中且作為一射束112藉由透鏡102朝向繞射光柵100投影。輸出端110定位於透鏡102之焦平面處，且因此射束112係經準直的。射束112藉由光柵總成100繞射成經準直繞射級114，該等經準直繞射級藉由透鏡104聚焦至一焦平面116。
定位於焦平面116中之空間濾波器86經組態以僅使藉由光柵總成100繞射之該等級114之第±1級通過。此功能性詳細地展示於一插圖118中，該插圖在一yz視圖中(亦即，自x軸之方向)展示空間濾波器86。空間濾波器86包括一不透明基座122上之一透明環形件120，例如，一玻璃上鉻基座，其中鉻被移除以形成該環形件。該等級114之±1繞射級在環形件120內展示為由sLED 88發射之輻射之正方形124及由sLED 90發射之輻射之正方形126。該等級114之第0繞射級被空間濾波器之一中心部分128阻擋，且超出該等級114之第±1級之繞射級被空間濾波器86之一周邊部分130阻擋。
在通過空間濾波器86之後，該等級114之第±1繞射級形成擴展射束132。此等射束彼此干涉而產生傳播正弦光柵(作為第±1級之間的干涉圖案)，該等傳播正弦光柵由分束器42 (圖1)反射成一射束134。下文參考圖3進一步闡述正弦光柵。射束134與自晶圓12 (圖1)反射之光輻射共線地朝向相機CAM1及CAM2傳播，因此使得能夠進行兩個相機之相互配準，如下文中將詳述。
作為射束134傳播之正弦光柵之光譜含量取決於sLED 88及90中之一者還是兩者被通電且發射光輻射。發射波長λ 1及λ 2以及二向色分束器48之光譜性質經匹配使得該等波長中之一者被該分束器反射且另一者被透射。
圖3係根據本發明之一實施例之由相機CAM1或CAM2中之一者獲取之一影像150之一示意圖示。在此實例中，影像150包括一AIM TM代理目標152以及由光柵投影儀20沿著該代理目標之影像投影之四個光柵154、156、158及160。AIM TM代理目標152中之目標特徵包括沿著x軸及y軸成對定向之四個光阻劑光柵162及類似地沿著x軸及y軸成對定向之四個程序層光柵164。為了清晰起見，僅概述光阻劑光柵162中之兩者及程序層光柵164中之兩者，每一種光柵中之一者係沿著x軸定向且另一者係沿著y軸定向。
另一選擇係，可在其他種類之代理目標中使用其他形式之其他目標特徵。舉例而言，所謂的框中框代理目標中之目標特徵包括若干條之若干正方形框。
出於計算光阻劑層與程序層之間的重疊誤差之目的，控制器24依據目標152之影像計算光阻劑光柵162之CoS之X座標及Y座標(CoS X,R,CoS Y,R)且類似地計算程序層光柵164之CoS之X座標及Y座標(CoS X,P,CoS Y,P)。對稱中心(往回投影至晶圓12)之X座標之間及Y座標之間的差產生各別X重疊誤差OVL X= (CoS X,R-CoS X,P)及Y重疊誤差OVL Y= (CoS Y,R-CoS Y,P)。為了簡潔起見，下文中將使用CoS來標示二維向量(CoS X,CoS Y)。
光柵154、156、158及160係由光柵投影儀20投影，如上文中(圖2)所闡述。光柵之空間分裂及配置係藉由例如將繞射光柵總成100中之光柵分離成兩對正交光柵而實現。相機CAM1及CAM2兩者「看到」光柵154、156、158及160，且控制器24 (圖1)使用此等光柵來沿x方向及y方向兩者相對於該等光柵配準兩個相機之位置。如下文中將進一步詳述，此配準係目標152之連續影像之準確配準程序中之一組成部分。
表徵一重疊計量代理目標中之光阻劑目標特徵及程序目標特徵 以下圖展示用於量測重疊代理目標之目標特徵之CoS隨不同成像參數(諸如焦點及照明波長)之變化之若干種不同方法。為了方便及清晰起見，參考上文所闡述及前述圖中所展示之系統結構及組件且參考特定類型之代理目標及其目標特徵而闡述此等方法。然而，此等方法之原理可經過必要修改而類似地在其他重疊計量系統中且使用其他類型之代理目標來應用，如熟習此項技術者在閱讀本發明說明之後將瞭解。此外，此等不同方法之元素可經組合以使得能夠進行多因數CoS量測及校準。所有此類替代實施方案被視為在本發明之範疇內。
圖4係示意性地圖解說明根據本發明之一實施例之用於量測一重疊計量代理目標之程序層及光阻劑層目標特徵之CoS隨焦點之變化的一程序之一流程圖200。該程序涉及圖1中所闡述之光學檢驗設備10，另外參考圖2至圖3。圖4中所圖解說明之程序之目標係相對於設備10內之晶圓12之焦點設定單獨表徵一重疊代理目標(諸如AIM TM目標152)之層中之每一者之目標特徵之CoS的位置。
該程序在一開始步驟202中開始。在一聚焦步驟204中，控制器24藉由使平台26沿z方向移動及/或藉由利用致動器58及60移動相機CAM1及CAM2而設定該等相機以聚焦於晶圓12上。藉由致動器58與60之差別移動而將該等相機設定為一焦差ΔZ。(在本發明說明中，焦點設定係指晶圓空間中之Z座標。舉例而言，焦差ΔZ係指相機CAM1及CAM2在晶圓12上或在該晶圓附近在分離開ΔZ之各別xy平面處之聚焦。)下文中參考圖5闡述相機CAM1與CAM2之焦點間隔及聚焦之進一步細節。
在一第一光柵配準步驟206中，相對於由光柵投影儀20投影之光柵154、156、158及160配準相機CAM1及CAM2兩者。為了執行此配準，控制器24處理光柵之所獲取影像以便找出每一相機相對於光柵在x方向及y方向上之相對位置。為了將相機彼此配準，可使其相對於光柵154、156、158及160實體地移動，或者可計算相機與光柵之間的偏移並然後在後續處理中應用該等偏移。由於光柵之週期性形式以及CAM1及CAM2中之像素之重複結構，因此控制器24能夠將每一相機相對於光柵配準至比0.1 nm更佳之一準確度(參考晶圓空間中之xy座標)。此外，由於相同光柵係朝向每一相機CAM1及CAM2投影，因此經投影光柵之任何空間移位或振動針對該兩個相機在一共同模式中發生。由於每一相機係相對於相同共同模式光柵配準，因此該等相機將以比0.1 nm更佳之一準確度彼此配準。在一第一獲取步驟208中，由控制器24自相機CAM1及CAM2讀出代理目標152、具體而言係光柵162及164之影像且儲存於記憶體25中。
在一重聚焦步驟210中，平台26使晶圓12沿z方向移動一距離ΔZ，因此將CAM1帶至CAM2在步驟210之前所在的Z座標。在一第二光柵配準步驟212中，控制器24再次將每一相機CAM1及CAM2與光柵154、156、158及160配準，如同在第一光柵配準步驟206中。此步驟之目標係確保兩個相機之間的一繼續配準。在一CAM1配準步驟214中，相對於由CAM2在先前焦點位置中獲取之影像配準CAM1，因此，與第二光柵配準步驟212一起，確立兩個相機相對於先前焦點位置在xy平面中之位置。類似於第一獲取步驟208，在一第二獲取步驟216中，由控制器24透過相機CAM1及CAM2讀出代理目標152之影像且儲存於記憶體25中。
在一決策步驟218中，控制器24基於一預設定系列之焦點步階而決定是否需要另一焦點步階。若答案係肯定的，則程序返回至重聚焦步驟210且自彼處繼續。一旦已採取了所有預設定焦點步階，控制器24便處理儲存於記憶體25中之影像以在一計算步驟220中計算透過為ΔZ之焦點步階隨焦點設定而變的光柵162及164中之每一者之各別CoS。程序在一結束步驟222中結束。
在某些實施例中，調整照明照射於晶圓12上之方向以便補償計量工具之成像光學器件中之殘餘光學誤差。舉例而言，在光學檢驗設備10中，控制器24可透過致動器38調整孔徑總成36在yz平面中之位置以補償物鏡30中之殘餘光學誤差。由於光柵162及164中之每一者之CoS取決於孔徑總成36之位置，因此可藉由針對孔徑總成36之多個位置量測隨焦點而變之CoS而收集更全面資料。在一實施例中，流程圖200中所闡述之程序係針對孔徑總成之一系列Y座標及Z座標(諸如(Y 0±n×ΔY, Z 0±n×ΔZ))運行，其中Y 0及Z 0標示孔徑總成36之一標稱中心位置，ΔY及ΔZ標示孔徑總成之遞增步階，且n係採取自零至一最大值N之值之一整數索引。所獲得資料可用於進一步改良重疊量測之品質，如下文中將在標題為「選擇量測條件」之章節中闡述。
圖5係示意性地展示根據本發明之一實施例之CAM1與CAM2之間的焦點間隔以及在圖4之程序中採取之焦點步階之一曲線圖。
透過N個焦點步階使兩個相機CAM1及CAM2相對於晶圓空間中之z座標(亦即，相對於晶圓12在z座標中)之位置移位。在一第一步階250中，將CAM1聚焦在平面Z = Z 0處，且將CAM2聚焦在平面Z = Z 0+ΔZ處，如一Z座標軸251上所標記。在一第二步階252中，將晶圓焦點遞增ΔZ，從而將CAM1帶至Z = Z 0+ΔZ且將CAM2帶至Z = Z 0+2ΔZ，亦即，CAM1現在位於與CAM2在第一步階250中所在的焦點位置相同之焦點位置處。在一第三步階254中，再次將晶圓焦點遞增ΔZ，從而將CAM1帶至Z = Z 0+2ΔZ且將CAM2帶至Z = Z 0+3ΔZ。此程序繼續至第N步階256，其中CAM1位於Z = Z 0+(N‑1)ΔZ處且CAM2位於Z = Z 0+NΔZ處。
換言之，在每一焦點步階處，將CAM1定位在CAM2在前一步階處所在的焦點處，因此實現連續步階之間的配準。此連串步階與光柵配準步驟206及212 (圖4)組合地使得控制器24能夠透過焦點將每一相機沿x方向及y方向精確地對準，且透過焦點計算光柵162及164中之每一者之真實CoS。
圖6係示意性地圖解說明根據本發明之一實施例之用於量測一重疊計量代理目標之目標特徵之CoS相對於照明波長之變化的一程序之一流程圖300。該程序使用圖1中所展示之光學檢驗設備10，另外參考圖2至圖3。圖6中所圖解說明之程序之目標係相對於設備10所使用之照明之波長單獨表徵一重疊代理目標(諸如AIM TM目標152)之目標特徵中之每一者之CoS之位置。流程圖300包括分別用於計算隨照明波長而變的光柵164及光柵162之CoS之一第一部分301及一第二部分302。
該程序在一開始步驟303中開始。在一分束器部署步驟304中，控制器24將致動器49通電以將二向色分束器46帶入設備10之光學路徑中，因此分裂設備10之光學路徑中之光輻射，使得CAM1接收在光譜頻帶Δλ 1內的該輻射之一部分，且CAM2接收在光譜頻帶Δλ 2內的該輻射之一部分。
程序然後進入第一部分301。在一第一照明步驟306中，以波長λ 1及λ 2照明半導體晶圓12，其中波長λ 1係在光譜頻帶Δλ 1內，且波長λ 2係在光譜頻帶Δλ 2內，其中光源32發射處於波長λ 1之光輻射且光源33發射處於波長λ 2之光輻射。在一第一聚焦步驟308中，控制器24使用平台26以及致動器58及60將相機CAM1聚焦至光柵162上之一對比焦點且將CAM2聚焦至光柵164上之一對比焦點。術語「對比焦點」係指各別相機上之光柵影像展現一最大對比度C之焦點位置。對比度C又基於一給定相機上之光柵影像之最大強度I max及最小強度I min而定義為C = (I max‑I min)/(I max+I min)。類似於第一光柵配準步驟206 (圖4)，在一第一光柵配準步驟310中，相對於經投影光柵154、156、158及160配準相機CAM1及CAM2。在一第一獲取步驟312中，然後由相機CAM1及CAM2獲取光柵162及164之影像，由控制器24自該等相機讀出該等影像且儲存於記憶體25中。
在一第一波長改變步驟314中，控制器24使由光源33發射至光譜頻帶Δλ 2中之光輻射之波長遞增Δλ，因此將到達CAM2之照明之波長自λ 2改變至λ 2+Δλ。在一第一重聚焦步驟316中，以經遞增波長將CAM2重聚焦至一對比焦點。在一第二光柵配準步驟318中，相對於光柵154、156、158及160配準相機CAM1及CAM2，如同在第一光柵配準步驟310中。在一重配準步驟320中，相對於在獲取步驟312中透過CAM1獲取的光柵162之同一影像將CAM1重聚焦且重配準。因此，將CAM1確立為部分301之一「錨」，因為其被繼續以同一波長及同一焦點相對於同一實體光柵162而配準。在一第二獲取步驟322中，由CAM2獲取光柵164之一影像，由控制器24自該相機讀出該影像且儲存於記憶體25中。
在一第一決策步驟324中，控制器24基於一預設定系列的波長步階而判定光譜頻帶Δλ 2中是否需要另一波長步階。若答案係肯定的，則程序返回至第一波長改變步驟314，再次使到達CAM2之照明之波長遞增Δλ，且繼續程序。當已窮盡所有預設定波長步階時，控制器24在一第一計算步驟326中基於儲存於記憶體25中之影像而計算透過光譜頻帶Δλ 2中之波長步階Δλ隨波長而變的光柵164之CoS。
程序繼續至第二部分302，詳細地闡述該第二部分以便闡明第一部分與第二部分之間的差別。第二部分302中之步驟328、330、332、334、340及346與第一部分301中之各別步驟306、308、310、312、318及324相同。然而，第二部分302中之步驟336、338、342及344不同於其在第一部分301中之對應部分314、316、320及326，此乃因在第二部分之此等步驟中，光譜掃描係透過光譜範圍Δλ 1而非如在第一部分中透過光譜範圍Δλ 2而發生。
在一第二照明步驟328中，以波長λ 1及λ 2照明半導體晶圓12。在一第二聚焦步驟330中，控制器24將相機CAM1聚焦至光柵162上之一對比焦點且將CAM2聚焦至光柵164上之一對比焦點。在一第三光柵配準步驟332中，相對於光柵154、156、158及160配準相機CAM1及CAM2。在一第三獲取步驟334中，由相機CAM1及CAM2獲取光柵162及164之影像，由控制器24自該等相機讀出該等影像且儲存於記憶體25中。
在一第二波長改變步驟336中，控制器24使由光源32發射至光譜頻帶Δλ 1中之光輻射之波長遞增Δλ。在一第二重聚焦步驟338中，以經遞增波長Δλ 1+Δλ將CAM1重聚焦至一對比焦點。在一第四光柵配準步驟340中，相對於光柵154、156、158及160配準相機CAM1及CAM2。在一第二重配準步驟342中，相對於在第三獲取步驟334中自CAM2讀出的光柵164之同一影像將CAM2重聚焦且重配準，因此將CAM2確立為第二部分302之錨。在一第四獲取步驟344中，由相機CAM1獲取光柵162之一影像，由控制器24自該相機讀出該影像且儲存於記憶體25中。
在一第二決策步驟346中，控制器24基於一預設定系列的波長步階而判定在光譜頻帶Δλ 1內是否需要另一波長步階。若答案係肯定的，則程序返回至第二波長改變步驟336，再次使到達CAM1之照明之波長遞增Δλ且繼續程序。當已進行所有預設定波長步階時，控制器24在一第二計算步驟348中計算透過光譜頻帶Δλ 1中之波長步階Δλ隨波長而變的光柵162之CoS。程序在一結束步驟350中結束。
類似於對CoS相對於焦點之變化之量測，CoS相對於波長之變化之所獲得資料可用於進一步改良重疊量測之品質，如下文中將在標題為「選擇量測條件」之章節中闡述。
量測CoS相對於照明波長之變化亦可利用作為一額外參數的光輻射之偏光狀態來執行。在一實施例中，針對照射於晶圓12上之照明之各種偏光狀態而量測CoS相對於波長之變化。因此，控制器24命令光源32及33發射處於兩個正交偏光狀態之光輻射，且單獨針對每一偏光狀態量測CoS相對於照明波長之變化。在一替代實施例中，以未經偏光光輻射照明晶圓12，且藉由亦充當一偏光器之二向色分束器46或藉由二向色分束器與兩個相機CAM1及CAM2之間的經適合定位之偏光器而判定到達該兩個相機中之每一者之一特定偏光狀態。
圖7係示意性地圖解說明根據本發明之一實施例之用於跨越焦點設定及波長產生及評估CoS之圖譜特徵及敏感度之一程序的一流程圖500。
為了擷取掃描機誘導之重疊誤差(諸如晶圓12在掃描機內之位移及旋轉，以及掃描機視野失真)，通常在晶圓上之數個量測位點處量測重疊誤差。流程圖500中所展示之程序係關於晶圓12上之N個位點上之量測，其中該等位點由n (n = 1、2、…N)加索引。此外，針對光阻劑層及程序層兩者運行該程序。
相對於晶圓12之兩個定向上之焦點量測CoS，其中針對第二定向，使晶圓圍繞Z軸旋轉180°。針對第一定向(任意地設定為0°定向)將相對於焦點之CoS標示為CoS 0(Z)且針對第二定向將其標示為CoS 180(Z)，由控制器24將CoS之一工具引致誤差(TIS) CoS_TIS計算為CoS_TIS(Z) = (CoS 0(Z)+CoS 180(Z))/2。CoS_TIS闡述由於設備10之成像路徑中之光學組件之非對稱性(諸如物鏡30之非對稱性)導致的CoS之一誤差。可由控制器24將其中已自經量測CoS減去CoS_TIS之一經校正CoS計算為CoS­_COR(Z)，其中CoS_COR(Z)=[CoS 0(Z)‑CoS 180(Z)]/2且「COR」標示「經校正」。如上文中所提及，CoS標示二維向量(CoS X,CoS Y)，亦即，符號「CoS」包含其X座標及Y座標兩者。
由於設備10之機械振動導致的對CoS之量測之不準確可藉由多次獲取代理目標152之影像且將量測結果求平均而減小。
程序在一開始步驟502中開始。在一偏光選擇步驟504中，選擇由照明總成16發射之照明之偏光狀態(或若干偏光狀態)。在一位點選擇步驟506中，選擇晶圓12上之一位點n。在一波長選擇步驟507中，選擇波長λ。在一0度透過焦點之CoS步驟508中，透過焦點Z量測CoS，如參考圖4至圖5所闡述。在一180度透過焦點之CoS步驟510中，重複以上量測，但是在晶圓12處於相對於步驟508旋轉180°之一定向之情況下。在一第一CoS_TIS步驟512中，由控制器24自針對每一焦點設定Z在0°及180°定向下之CoS之各別值將CoS_TIS計算為CoS_TIS=(CoS 0+CoS 180)/2。為了簡單起見，已自此等公式省略對焦點Z、波長λ、偏光P及位點n之顯式相依性。在一第一CoS_COR步驟514中，由控制器24自針對每一焦點設定Z在0°及180°下之CoS之各別值將CoS_COR計算為CoS_COR=(CoS 0-CoS 180)/2。(再次，已省略對變數之顯式引用。)在一波長決策步驟516中，控制器24基於波長之一預設定清單而決定是否應再次運行步驟507至514。在一肯定性答案之情形中，在一波長遞增步驟517中使波長λ遞增，且程序自步驟507繼續。
當已窮盡所有預設定波長時，程序繼續以最佳對比焦點相對於波長量測CoS，如參考圖6所闡述。儘管已在先前步驟中以所有所需波長相對於焦點量測了CoS，但設備10之一漂移可能導致相對於焦點之CoS之結果中之某些在焦點座標Z中漂移。如下文中將詳述，將使用相對於波長量測CoS來校正此種類之漂移。
在一0度透過波長之CoS步驟518中，透過波長之一預設定光譜以最佳對比焦點量測CoS。在一180度透過波長之CoS步驟520中，重複以上量測，但是在晶圓12處於相對於步驟516旋轉180°之一定向之情況下。在一第二CoS_TIS步驟522中及在一第二CoS_COR步驟524中，由控制器24自在步驟518及520中獲取之資料計算CoS_TIS及CoS_COR，如上文中參考各別步驟512及514所闡述。
在一CoS_TIS拼合(stitch)步驟526中，控制器24針對每一波長λ比較來自步驟507至516之在焦點Z處於最佳對比焦點之情況下之透過焦點之CoS_TIS之結果與來自步驟522之CoS_TIS之結果。若兩個結果之間存在一差異，則將針對波長λ之透過焦點之CoS_TIS之結果在焦點座標Z中移位以便移除該差異。此將針對毗鄰波長之透過焦點之CoS_TIS之結果「拼合」成二維Z-λ空間中之CoS_TIS之一致表示，如下文中將參考圖8a進一步詳述。在一CoS_TIS圖譜特徵步驟528中，控制器24將此表示收集至CoS_TIS值對兩個變數Z及λ之一集合中。此集合稱為CoS_TIS圖譜特徵。
在一CoS_TIS導數步驟530中，控制器24計算二階導數
Figure 02_image001
之值，其指示CoS_TIS相對於變數Z及λ之變化之敏感度。在一最小CoS_TIS步驟532中，控制器24在CoS_TIS圖譜特徵中識別(Z,λ)平面中之其中CoS_TIS之絕對值小於一預定義限制之二維區域(或多個二維區域)，因此指示CoS之最小工具引致誤差之一區域，亦即，CoS之一最小誤差。(CoS_TIS之X分量及Y分量可被指派不同限制。)在一最小CoS_TIS導數步驟533中，控制器24在CoS_TIS圖譜特徵中識別(Z,λ)平面中之其中
Figure 02_image003
之絕對值小於另一預定義限制之二維區域(或多個二維區域)，因此指示CoS_TIS之具最高穩定性之一區域。
類似於CoS_TIS拼合步驟526，在一CoS_COR拼合步驟534中，控制器24針對每一波長λ比較來自步驟507至516之在焦點Z處於最佳對比焦點之情況下之透過焦點之CoS_COR之結果與來自步驟524之CoS_COR之結果。若兩個結果之間存在一差異，則將針對波長λ之透過焦點之CoS_COR之結果在焦點座標Z中移位以便移除該差異。此將針對毗鄰波長之透過焦點之CoS_COR之結果「拼合」成Z-λ空間中之CoS_COR之一致表示。
類似於CoS_TIS圖譜特徵步驟528，在一CoS_COR圖譜特徵步驟536中，控制器24將此表示收集至CoS_COR值對兩個變數Z及λ之一集合中，該集合在本文中稱為CoS_COR圖譜特徵。在一CoS_COR導數步驟538中，控制器24計算二階導數
Figure 02_image005
之值，其指示CoS_COR相對於變數Z及λ之改變之敏感度。
在一最小CoS_COR導數步驟540中，控制器24在CoS_COR圖譜特徵中識別其中
Figure 02_image007
之絕對值小於又一預定義限制之二維區域(或多個區域)，因此指示CoS_COR之具最高穩定性之一區域。(由於CoS_COR可具有與零之一任意偏移，因此沒有理由識別其中CoS_COR小於一預定義限制之區域。)
在一位點決策步驟542中，控制器24驗證是否需要量測晶圓12上之額外位點n。若結果係肯定的，則程序返回至步驟506，選擇下一位點。當已量測了所有位點(針對當前偏光)時，控制器24在一偏光決策步驟544中驗證是否需要在照明之額外偏光狀態下執行量測。若結果係肯定的，則程序返回至步驟504，且再次使用照明之一新偏光狀態量測所有N個位點。當已窮盡所有所需偏光狀態時，程序在一結束步驟546中結束。
圖8a至圖8d係根據本發明之一實施例之光阻劑層及程序層之CoS_TIS及CoS_COR圖譜特徵之示意圖示。圖8a展示光阻劑層之一CoS_TIS圖譜特徵600，圖8b展示光阻劑層之一CoS_COR圖譜特徵602，圖8c展示程序層之一CoS_TIS圖譜特徵604，且圖8d展示程序層之一CoS_COR圖譜特徵606。每一圖譜特徵600、602、604及606屬一給定位點n且針對一給定偏光P。類似圖譜特徵係針對所有N個位點及照明之所有偏光狀態而產生。每一圖譜特徵表示在一波長範圍(λ min,λ max)及一焦點範圍(Z min,Z max)中之CoS_TIS或CoS_COR之各別值。曲線608、610、612及614展示各別圖譜特徵600、602、604及606之最佳對比焦點相對於波長之焦點位置。
在圖7之步驟532、533及540中識別之區域展示於圖譜特徵600至606中。因此，在一區域616內，
Figure 02_image009
小於一預定義限制L 1，且在一區域618內，CoS_TIS小於一預定義限制L 2。在一區域620內，
Figure 02_image011
小於一預定義限制L 3。在一區域622內，
Figure 02_image013
小於一預定義限制L 4，且在一區域624內，CoS_TIS小於一預定義限制L 5。在一區域626內，
Figure 02_image015
小於一預定義限制L 6。因此，區域616及622分別指示光阻劑層及程序層之CoS_TIS之具高穩定性之區域，而區域618及624指示CoS_TIS之低值，亦即，此等層之低量測工具誤差。區域620及626分別指示光阻劑層及程序層之CoS_COR之一高穩定性。
在圖7之步驟526及534中介紹之「拼合」之概念示意性地圖解說明於圖8a中。三個線628、630及632標示根據圖7之步驟507至516在各別波長λ i-1、λ i及λ i+1下量測隨焦點Z而變之CoS_TIS所沿著的三個路徑。曲線608上之三個點634、636及638指示在圖7之步驟518至522處量測隨波長λ而變之CoS_TIS之處。比較線628上在此線和曲線608相交之處的CoS_TIS之值與點634處之CoS_TIS之值。若該兩個值相同，則不將線628移位。然而，若該等值不一致，則沿著Z方向將線628 (連同其CoS_TIS值)移位直至線628上在和曲線608之交點處之值與點634處之值一致為止。針對線630關於點636且針對線632關於點638重複一類似程序。
一旦此三個線628、630及632已在必要的情況下經移位使得每一線和曲線608之交點處之值與各別點634、636及638處之值一致，便將該等線稱為「拼合」在一起。針對自λ min至λ max之所有類似線重複此程序，因此在透過焦點量測CoS_TIS值期間校正設備10之可能漂移。將類似拼合操作應用於圖譜特徵602、604及606。
圖9a及圖9b係根據本發明之一實施例之光阻劑層及程序層之精度圖譜特徵之示意圖示。在此實施例中，評估CoS量測之精度。精度量測包括CoS之數個連續量測(例如，五個、十個或十五個量測)，及計算一精度度量。一共同度量係量測之3σ值(三倍標準差)。在其中已在上文中(圖5至圖7)所闡述之量測期間量測CoS之精度(標誌為CoS_Prec)之一實施例中，關於焦點Z及波長λ之兩個變數產生一精度圖譜特徵。
圖9a中之一圖譜特徵700表示光阻劑層之CoS之精度，且圖9b中之一圖譜特徵702表示程序層之CoS之精度。類似於各別圖8a、圖8b、圖8c及圖8d之圖譜特徵600、602、604及606，每一圖譜特徵表示一波長範圍(λ min,λ max)及一焦點範圍(Z min,Z max)中之CoS_Prec之各別值。圖譜特徵700及702包括各別曲線704及706，其展示最佳對比焦點相對於波長之焦點位置。依據圖譜特徵700中之光阻劑層之CoS_Prec之值，控制器24已識別區域708及710，其中CoS_Prec包括低於一預設定限制L 7之值。類似地，依據圖譜特徵702中之程序層之CoS_Prec之值，控制器24已識別區域712、714及716，其中CoS_Prec包括低於一預設定限制L 8之值。
選擇量測條件  設備10在重疊計量期間之計量處方(亦即，各種參數(例如，焦點、波長、偏光)之設定)可對計量結果之品質具有一重要影響。如下文中將詳述，設備10之使用者可選擇使量測條件變化以便達到不同因數(例如穩定性及準確度)之間的一所要平衡。圖4至圖9中所圖解說明之計量結果之層特定表徵賦予使用者一組複雜的工具用來在考慮到使用者之特定目標之情況下選擇量測條件。下文中給出圖解說明此等工具之使用之兩個實例實施例。
實施例1 – 在此實施例中，針對所有量測位點及所有偏光，由控制器24針對每一層依據圖譜特徵600、602、604及606 (圖8a至圖8d)且依據圖譜特徵700及702 (圖9a至圖9b)計算一度量M 1：
Figure 02_image017
該度量以及其分量中之變數係波長λ、焦點座標Z、照明之偏光狀態P，及層L (光阻劑層或程序層)。AVG N係指N個經量測位點之一平均數，且3σ N係指N個位點之三倍標準差，其中AVG N及3σ N考慮到跨越位點及偏光，程序變化對圖譜特徵之影響。為了簡潔起見，已由「Prec」標示精度。
由於度量M 1包括CoS_TIS作為其貢獻因數，因此其在評估量測之準確度(工具誘導之誤差)時被加權。藉由找出以下量測條件： M 1(λ,Z,P,L) ＜ LIMIT(M 1)， 其中LIMIT(M 1)係M 1之一預定義限制，經量測重疊誤差將展現一最小工具誘導之誤差。
針對具有兩個照明器15及17 (圖1)之設備10，可針對每一層獨立地透過使用一層特定度量M 1而最佳化量測條件。若設備10包括僅一個照明器，則將找出針對兩個層之量測條件之間的一折衷。舉例而言，對一單照明器設備之一可能要求係： M 1(λ,Z,P,L resist)+ M 1(λ,Z,P,L process) ＜ LIMIT’(M 1)， 其中L resist及L process分別係指光阻劑層及程序層，且其中LIMIT’(M 1)係(另一)預定義限制。
若CoS_TIS係一工具之一恆定校正因數，則其可藉由一次校準程序步驟而校準。然而，由於一代理目標之目標特徵之局部幾何形狀與計量工具光學器件之光學回應之間的耦合，CoS_TIS可在量測晶圓上之多個位點時在目標之間有變化。此類CoS_TIS變化可因跨越晶圓之一程序變化而發生。
可針對該等層中之每一者藉由各別孔徑總成36及37之孔徑之橫向移位而減小CoS_TIS對度量M 1之貢獻。
實施例2 –在此實施例中，由控制器24針對每一層使用與度量M 1相同之圖譜特徵計算一度量M 2。然而，度量M 2之公式不同於度量M 1之公式：
Figure 02_image019
由於度量M 2包括CoS_COR及CoS_TIS兩者之(二階)導數，因此其表達在重疊誤差量測期間CoS之穩定性。因此，藉由要求 M 2(λ，Z，P，L) ＜ LIMIT(M 2)， 其中LIMIT(M 2)係針對M 2之一預定義限制，所量測重疊誤差將展現一高穩定度且可因此支援所量測重疊誤差之準確校準及穩健重疊計量。
針對度量M 2，使用與M 1相同之變數：與度量M 1一樣，將AVG N及3σ N應用於N個位點。取決於具有一個或兩個照明器之照明總成16之構造，類似考量適用於度量M 2，如同適用於M 1。
另一選擇係或另外，可使用來自圖譜特徵600、602、604及606以及來自圖譜特徵700及702之資料產生其他度量以反映不同的使用者特定要求。
圖10係示意性地圖解說明根據本發明之一實施例之CoS_TIS隨孔徑偏移之變化之一曲線圖800。
曲線圖800展示利用設備10量測之四個量測位點(n=1、…、4)之CoS_TIS相對於孔徑總成36之孔徑中之一者之一橫向偏移AO之變化。不同位點之各別CoS_TIS值係展示為線802。由於跨越四個位點之變化(諸如層對比度、特徵形貌、焦點變化、位點傾斜及程序變化)，線802具有變化的偏移及斜率。隨AO而變的四個位點上之CoS_TIS之平均值AVG(CoS_TIS)係展示為一線804。
四個量測位點上之CoS_TIS之最佳(最小)變化3σ(CoS_TIS) 1係在一孔徑偏移AO 1處，得出CoS_TIS = CoS_TIS 1。AO 1之非零值指示晶圓12與成像總成14之間存在一全域角對準誤差。
選擇比AO 1大之一孔徑偏移將減小AVG(CoS_TIS)，但將增加3σ(CoS_TIS)，此指示AVG(CoS_TIS)與3σ(CoS_TIS)之間的最佳化之一機會。如同在圖1中之設備10中，使用獨立光源及孔徑總成使得能夠進行每一層之AVG(CoS_TIS)與3σ(CoS_TIS)之間的一獨立最佳化。
圖11a及圖11b示意性地圖解說明根據本發明之一實施例之應用隨焦點而變之CoS來表徵AIM TM代理目標152中之一目標特徵之側壁非對稱性。
圖11a係AIM TM代理目標152之一影像(展示於圖3中)，其中圍繞沿著x軸定向之光阻劑光柵162及程序層光柵164標記輪廓。光柵162及164之各別光柵條902及904係沿著y軸定向。
圖11b係沿著圖11a中之線908a及908b自程序層光柵164截取之光柵條904a及904b之一示意性截面圖。為了一起展示兩個截面圖，未按相同比例展示光柵條及其沿著x軸之相互分離。
由於半導體製作程序之非對稱程序效應(例如，一非對稱蝕刻)，光柵條904具有一非對稱形貌結構，如圖11b中所展示：光柵條904a之一左側壁910a垂直於xy平面，而一右側壁912a以一傾斜角度與xy平面相交。類似地，光柵條904b之一左側壁910b垂直於xy平面，而該光柵條之一右側壁912b以一傾斜角度與xy平面相交。由於代理目標152通常佔據具有幾十微米或更小之線性尺寸之一小區域，因此光柵164中之所有條904展現與圖11b中所展示相同之非對稱性。光柵條之非對稱性使光柵164之CoS相對於焦點移位，且因此CoS隨焦點之變化可用於表徵非對稱性，如下文中進一步詳述。
為了表徵光柵條904a及904b之非對稱性(且藉此表徵所有光柵條902及904之非對稱性)，控制器24讀出由相機CAM1及CAM2在三個焦點步階920、922及924中在於一Z軸926上標記之焦點位置處獲取的光柵164之三個影像。控制器24使用對比焦點(圖6)藉由使平台26沿z方向移動及/或藉由利用致動器58及60移動相機CAM1及CAM2而將該等相機聚焦於晶圓12上。在所有三個焦點步階920、922及924中，將CAM1聚焦於光柵162上之一固定xy平面位置Z = Z 0處且在此固定焦點處相對於光柵162配準。因此，此Z座標Z 0形成用於量測之一「錨定焦點」。
在三個焦點步階920、922及924中，分別將CAM2聚焦在具有Z座標Z 1、Z 2及Z 3之xy平面處。在影像獲取期間，將相機CAM1及CAM2兩者與經投影光柵154、156、158及160配準，如同在第一光柵配準步驟206 (圖4)中，因此確保相機之間的一已知橫向配準(在xy平面中之配準)。依據自CAM1讀出之影像，控制器24計算示意性地標記為圖11b中之一點928的光柵164之CoS且將其儲存於記憶體25中。依據在三個焦點位置中自CAM2讀出之三個影像，控制器24計算示意性地標記為點930、932及934之三個各別CoS值且將其儲存於記憶體25中。由控制器24相對於點928、930、932及934擬合之一曲線936指示CoS相對於焦點之移位，且因此係光柵條902及904之截面非對稱性之一量度。曲線936可係一直線或一較高階曲線。
上文中所闡述之方法可類似地應用於沿y方向定向之程序層光柵164以及沿x方向及y方向兩者定向之光阻劑光柵162，以便表徵其截面非對稱性。然後可校正對生產晶圓進行之實際重疊量測以考量可由於此等非對稱性而發生之明顯CoS移位。
在一替代實施例中，僅使用一個相機(例如CAM1)量測相對於焦點之CoS。對於此種類之一量測，透過四個焦點位置Z 0、Z 1、Z 2及Z 3使CAM1聚焦，且由控制器24自在每一焦點位置處之CAM1讀出光柵164之影像且儲存於記憶體25中。控制器24現在依據儲存於記憶體25中之影像計算各別CoS值，且計算相對於焦點之CoS，如上文中針對兩相機量測所闡述。因無法實施錨定至一固定特徵及相互相機配準，因此單相機量測方法比先前闡述之兩相機方法對設備10之機械穩定性更敏感。
儘管上文中所闡述之方法係使用四個焦點位置(一「錨定」位置Z 0以及三個焦點位置Z 1、Z 2及Z 3)實施，但另一選擇係可使用更小或更大數目個焦點位置。
圖12係示意性地圖解說明根據本發明之一實施例之使用影像信號之相關性來監測一重疊代理目標中之一目標特徵之非對稱性之一序列的曲線圖。如上文中所解釋，半導體製作程序之非對稱程序效應(諸如非對稱蝕刻)可致使一重疊代理目標之目標特徵具有非對稱橫截面。本實施例利用監測此等非對稱性(甚至在不將其量化的情況下)來監測半導體製作程序。
圖12展示如圖11b中之光柵條904a之一截面圖。控制器24自例如CAM1讀出條904a之一經獲取影像且將該影像轉換成儲存於記憶體25中之一影像信號。該影像信號沿著曲線608 (圖8a)之一部分在圖12中展示為一曲線1002。依據曲線1002之影像信號，控制器24藉由將其圍繞z軸反射而產生一經反射影像信號，其中該經反射影像信號展示為一曲線1004。
控制器24計算兩個相關曲線1006及1008：相關曲線1006係曲線1002之自相關性(與自身之相關性)，而相關曲線1008係曲線1002與1004之間的交叉相關性。曲線1006具有一最大值C auto max，而曲線1008具有一最大值C cross max。由於曲線1002之非對稱性，因此C cross max＜ C auto max。交叉相關曲線1008之最大值C cross max與自相關曲線1006之最大值C auto max之比較可用作影像信號1002之非對稱性之一量度，且因此用作導致重疊代理目標中之一目標特徵之一非對稱截面輪廓之程序效應之一量度。
一重疊代理目標之一目標特徵之影像(諸如條904a之影像)可在設備10之變化的操作條件下(諸如利用晶圓12之照明之變化的波長及/或偏光及/或不同焦點設定)獲取。比率C cross max/C auto max隨此等操作條件中之一或多者之變化將產生一「相關圖譜特徵」，其可進一步用於在運行半導體製作程序時監測該程序。舉例而言，若兩個相關最大值之比率C cross max/C auto max下降至低於一預設定限制(諸如0.8)，則其可用於指示不可接受的程序變化。
上文中所闡述之方法可類似地應用於沿y方向定向之程序層光柵164以及沿x方向及y方向兩者定向之光阻劑光柵162，以便表徵其截面非對稱性。
上文中所闡述之實施例可單獨或組合地用於判定一最佳重疊計量處方，其在用於量測重疊誤差之運行時間提供穩健重疊量測條件。此一處方規定焦點、波長、偏光、照明條件及物鏡光瞳控制之最佳設定。可將不同條件分別應用於程序層及光阻劑層。
另外或另一選擇係，藉由上文所闡述之量測技術提供之資訊(例如關於CoS相對於焦點之變化)可由控制器24用於增強重疊計量演算法。上文中所闡述之方法可進一步一般化至額外照明及收集通道以用於同時量測多對層之間的重疊誤差。
將瞭解，以實例之方式引用上文所闡述之實施例，且本發明不限於上文中特別展示及闡述之內容。而是，本發明之範疇包含上文中所闡述之各種特徵之組合及子組合兩者，以及熟習此項技術者在閱讀上述說明後將聯想到且在先前技術中未揭示之對該等各種特徵之變化及修改。
10:光學檢驗設備/設備 12:半導體晶圓/晶圓 14:成像總成/總成 15:照明器 16:照明總成 17:照明器 18:光學中繼總成 20:光柵投影儀/投影儀 22:相機總成 24:控制器 25:記憶體 26:平台 28:笛卡爾座標 30:物鏡 32:光源 33:光源 34:射束 35:射束 36:孔徑總成/總成 37:孔徑總成/總成 38:致動器 39:致動器 40:射束 41:射束 42:分束器 43:射束 44:分束器 45:分束器 46:分束器總成/總成/二向色分束器 47:分束器 48:分束器/二向色分束器 49:致動器 50:透鏡 52:透鏡 54:偵測器陣列 56:偵測器陣列 58:致動器 60:致動器 80:光源總成 82:單模光纖/光纖 84:繞射總成 86:空間濾波器 88:超發光二極體 90:超發光二極體 92:透鏡 94:透鏡 96:透鏡 98:二向色分束器/分束器 100:高對比度透射繞射光柵總成/繞射光柵總成/繞射光柵/光柵總成 102:透鏡 104:透鏡 106:射束 108:輸入端 110:輸出端 112:射束 116:焦平面 118:插圖 120:透明環形件/環形件 122:不透明基座 124:正方形 126:正方形 128:中心部分 130:周邊部分 132:擴展射束 134:射束 150:影像 152:AIM TM代理目標/代理目標/目標/AIM TM目標 154:光柵/經投影光柵 156:光柵/經投影光柵 158:光柵/經投影光柵 160:光柵/經投影光柵 162:光阻劑光柵/光柵/實體光柵 164:程序層光柵/光柵 200:流程圖 202:開始步驟 204:聚焦步驟 206:第一光柵配準步驟/光柵配準步驟 208:第一獲取步驟 210:重聚焦步驟/步驟 212:第二光柵配準步驟/光柵配準步驟 214:相機1配準步驟 216:第二獲取步驟 218:決策步驟 220:計算步驟 222:結束步驟 250:第一步驟 251:Z座標軸 252:第二步階 254:第三步階 256:第N步階 300:流程圖 301:第一部分 302:第二部分 303:開始步驟 304:分束器部署步驟 306:第一照明步驟/步驟 308:第一聚焦步驟/步驟 310:第一光柵配準步驟/步驟 312:第一獲取步驟/獲取步驟/步驟 314:第一波長改變步驟/部分 316:第一重聚焦步驟/部分 318:第二光柵配準步驟/步驟 320:重配準步驟/部分 322:第二獲取步驟 324:第一決策步驟/步驟 326:第一計算步驟/部分 328:第二照明步驟/步驟 330:第二聚焦步驟/步驟 332:第三光柵配準步驟/步驟 334:第三獲取步驟/步驟 336:第二波長改變步驟/步驟 338:第二重聚焦步驟/步驟 340:第四光柵配準步驟/步驟 342:第二重配準步驟/步驟 344:第四獲取步驟/步驟 346:第二決策步驟/步驟 348:第二計算步驟 350:結束步驟 500:流程圖 502:開始步驟 504:偏光選擇步驟/步驟 506:位點選擇步驟/步驟 507:波長選擇步驟/步驟 508:0度透過焦點之對稱中心步驟/步驟 510:180度透過焦點之對稱中心步驟 512:第一CoS_TIS步驟/步驟 514:第一CoS_COR步驟/步驟 516:波長決策步驟/步驟 517:波長遞增步驟 518:0度透過波長之對稱中心步驟/步驟 520:180度透過波長之對稱中心步驟/步驟 522:第二CoS_TIS步驟/步驟 524:第二CoS_COR步驟/步驟 526:CoS_TIS拼合步驟/步驟 528:CoS_TIS圖譜特徵步驟 530:CoS_TIS導數步驟 532:最小CoS_TIS步驟/步驟 533:最小CoS_TIS導數步驟/步驟 534:CoS_COR拼合步驟/步驟 536:CoS_COR圖譜特徵步驟 538:CoS_COR導數步驟 540:最小CoS_COR導數步驟/步驟 542:位點決策步驟 544:偏光決策步驟 546:結束步驟 600:CoS_TIS圖譜特徵/圖譜特徵 602:CoS_COR圖譜特徵/圖譜特徵 604:CoS_TIS圖譜特徵/圖譜特徵 606:CoS_COR圖譜特徵/圖譜特徵 608:曲線 610:曲線 612:曲線 614:曲線 616:區域 618:區域 620:區域 622:區域 624:區域 626:區域 628:線 630:線 632:線 634:點 636:點 638:點 700:圖譜特徵 702:圖譜特徵 704:曲線 706:曲線 708:區域 710:區域 712:區域 714:區域 716:區域 800:曲線圖 802:線 804:線 902:光柵條 904:光柵條/條 904a:光柵條/條 904b:光柵條 908a:線 908b:線 910a:左側壁 910b:左側壁 912a:右側壁 912b:右側壁 920:焦點步階 922:焦點步階 924:焦點步階 926:Z軸 928:點 930:點 932:點 934:點 936:曲線 1002:曲線/影像信號 1004:曲線 1006:相關曲線/曲線/自相關曲線 1008:相關曲線/曲線/交叉相關曲線 AO:孔徑偏移 AO 1:橫向偏移 CoS_TIS:對稱中心之工具引致誤差 CoS_COR:經校正對稱中心 CoS_Prec:對稱中心之精度 Z 0:Z座標/「錨定」位置/焦點位置 Z 1:Z座標/焦點位置 Z 2:Z座標/焦點位置 Z 3:Z座標/焦點位置 Z min,Z max:焦點範圍 ΔZ:焦差/距離/焦點步階 λ i-1:波長 λ i:波長 λ i+1:波長 λ min,λ max:波長範圍
圖1係根據本發明之一實施例之用於量測一半導體晶圓上之經圖案化薄膜層之光學性質的一光學檢驗設備之一示意性側視圖； 圖2係根據本發明之一實施例之用於一光學檢驗設備中之一光柵投影儀之一示意性側視圖； 圖3係根據本發明之一實施例之由一光學檢驗設備中之一相機獲取之一影像之一示意圖示； 圖4係示意性地圖解說明根據本發明之一實施例之用於量測一重疊計量代理目標之程序層特徵及光阻劑層特徵之CoS之變化的一程序之一流程圖； 圖5係示意性地展示根據本發明之一實施例的圖4之程序中之兩個相機之間的焦點間隔之一曲線圖； 圖6係示意性地圖解說明根據本發明之一實施例之用於量測一重疊計量代理目標之特徵之CoS相對於照明波長之變化的一程序之一流程圖； 圖7係示意性地圖解說明根據本發明之一實施例之用於跨越焦點設定及波長產生及評估CoS之圖譜特徵及敏感度之一程序之一流程圖； 圖8a至圖8d係根據本發明之一實施例之光阻劑層及程序層之CoS之工具引致誤差(CoS_TIS)及經校正CoS (CoS_COR)之圖譜特徵的示意圖示； 圖9a及圖9b係根據本發明之一實施例之光阻劑層及程序層之精度圖譜特徵之示意圖示； 圖10係示意性地圖解說明根據本發明之一實施例之CoS_TIS隨孔徑偏移之變化之一曲線圖； 圖11a係根據本發明之一實施例之由一光學檢驗設備中之一相機獲取的一代理目標之一影像之一示意圖示； 圖11b係根據本發明之一實施例的圖9a之代理目標中之光柵條之一示意性截面圖；及 圖12係示意性地圖解說明根據本發明之一實施例之使用影像信號之相關性來監測一重疊代理目標中之一特徵之非對稱性之一序列的曲線圖。
10:光學檢驗設備/設備
12:半導體晶圓/晶圓
14:成像總成/總成
15:照明器
16:照明總成
17:照明器
18:光學中繼總成
20:光柵投影儀/投影儀
22:相機總成
24:控制器
25:記憶體
26:平台
28:笛卡爾座標
30:物鏡
32:光源
33:光源
34:射束
35:射束
36:孔徑總成/總成
37:孔徑總成/總成
38:致動器
39:致動器
40:射束
41:射束
42:分束器
43:射束
44:分束器
45:分束器
46:分束器總成/總成/二向色分束器
47:分束器
48:分束器/二向色分束器
49:致動器
50:透鏡
52:透鏡
54:偵測器陣列
56:偵測器陣列
58:致動器
60:致動器

Claims (34)

  1. 一種用於計量之方法，其包括： 引導至少一個照明射束照明一半導體晶圓，在該半導體晶圓上已相繼沈積了至少第一及第二經圖案化層，包含該第一經圖案化層中之一第一目標特徵及重疊在該第一目標特徵上的該第二經圖案化層中之一第二目標特徵； 在使一或多個成像參數變化的同時擷取該第一目標特徵及該第二目標特徵之一序列的影像，此變化係在整個該序列期間內發生； 處理該序列中之該等影像，以便識別該等影像中該第一目標特徵及該第二目標特徵之各別對稱中心且量測該等對稱中心隨該等變化的影像參數之變化；及 在量測該第一經圖案化層與該第二經圖案化層之間的一重疊誤差時應用該等變化。
  2. 如請求項1之方法，其中該第一經圖案化層包括一程序層，且該第二經圖案化層包括沈積於該程序層上方之一光阻劑層。
  3. 如請求項1之方法，其中擷取該序列的該等影像包括使用相互配準之第一及第二相機擷取該第一目標特徵及該第二目標特徵之第一及第二影像，且其中處理該等影像包括藉由比較該等第一影像與該等第二影像而量測該等對稱中心之該等變化。
  4. 如請求項3之方法，其中擷取該等第一及第二影像包括將一配準影像朝向該第一相機及該第二相機投影，且相對於該配準影像配準該第一相機及該第二相機。
  5. 如請求項4之方法，其中將該配準影像投影包括產生一光柵圖案且將該光柵圖案與該第一目標特徵及該第二目標特徵之該等影像一起投影至該第一相機及該第二相機中之各別偵測器陣列上。
  6. 如請求項3之方法，其中擷取該等第一及第二影像包括在該等第一影像中將該等成像參數中之該一或多者設定為一第一設定且在該等第二影像中將該等成像參數中之該一或多者設定為一第二設定。
  7. 如請求項4之方法，其中設定該等成像參數中之該一或多者包括將該第一相機與該第二相機設定在不同的各別第一及第二焦點位置中，且使該第一相機及該第二相機步進通過各別第一及第二序列的該等第一及第二焦點位置以便量測該等對稱中心隨該等第一及第二焦點位置之一變化。
  8. 如請求項7之方法，其中該等第一及第二焦點位置分離開一恆定焦距ΔZ，且在該等第一及第二序列之每一步階中，該等第一及第二焦點位置兩者被遞增ΔZ。
  9. 如請求項3之方法，其中該至少一個照明射束包括處於不同的各別第一及第二偏光狀態中之第一及第二照明射束，並且其中擷取該等第一及第二影像包括應用一偏光分束器以將在該第一偏光狀態中自該半導體晶圓反射之光朝向該第一相機引導且將在該第二偏光狀態中自該半導體晶圓反射之光朝向該第二相機引導。
  10. 如請求項1之方法，其中擷取該序列的該等影像包括以不同之成像參數擷取該第一目標特徵及該第二目標特徵之該等影像，其中處理該等影像包括量測該等對稱中心隨該等成像參數之該等變化，且其中該等成像參數係焦點設定、波長或偏光狀態。
  11. 如請求項1之方法，其中擷取該序列的該等影像包括以該至少一個照明射束之至少一個孔徑之複數個不同偏移擷取該第一目標特徵及該第二目標特徵之該等影像，且其中處理該等影像包括量測該等對稱中心隨該孔徑之該等偏移之該等變化。
  12. 如請求項1之方法，其中擷取該序列的該等影像包括使用一相機以該半導體晶圓相對於該相機之不同角定向擷取該第一目標特徵及該第二目標特徵之該等影像，且其中處理該等影像包括量測該等對稱中心隨該等角定向之一工具引致誤差。
  13. 如請求項1之方法，其中應用該等經量測變化包括回應於該等經量測變化而找出該一或多個成像參數之一最佳範圍，且藉由將該一或多個成像參數設定為在該最佳範圍內之值而產生用於量測該重疊誤差之一處方。
  14. 如請求項13之方法，其中擷取該序列的該等影像包括在該半導體晶圓上之複數個不同位置處擷取多個目標特徵之該等影像，且其中找出該最佳範圍包括應用在該等不同位置處量測之該等變化以便選擇在該半導體晶圓之一區域內最佳之該範圍。
  15. 如請求項1之方法，其中處理該等影像包括量測該等目標特徵中之至少一者之一非對稱性。
  16. 一種用於計量之方法，其包括： 引導至少一個照明射束照明一半導體晶圓，在該半導體晶圓上已沈積了至少一個經圖案化層，該至少一個經圖案化層包含一光柵，該光柵包含平行於一預定義軸定向之複數個條； 擷取該光柵之一或多個影像； 處理該一或多個影像以便表徵該等條中之一或多者圍繞該軸之一非對稱性；及 在對該經圖案化層做出一計量評估時應用該經表徵非對稱性。
  17. 如請求項16之方法，其中擷取該一或多個影像包括以不同焦點設定擷取該光柵之一序列的該等影像，且其中處理該一或多個影像包括量測該等影像中該光柵之一對稱中心隨該等焦點設定之一變化，且基於該經量測變化而表徵該非對稱性。
  18. 如請求項16之方法，其中處理該一或多個影像包括計算該等條中之該一或多者之一影像與該影像之一經反射版本之間的一相關性，且依據該相關性導出該非對稱性之一量度。
  19. 一種光學檢驗設備，其包括： 一照明總成，其經組態以引導至少一個照明射束照明一半導體晶圓，在該半導體晶圓上已相繼沈積了至少第一及第二經圖案化層，包含該第一經圖案化層中之一第一目標特徵及重疊於該第一目標特徵上的該第二經圖案化層中之一第二目標特徵； 一成像總成，其經組態以擷取該第一目標特徵及該第二目標特徵之一序列的影像；及 一控制器，其經組態以在整個該序列期間使該設備之一或多個成像參數變化，處理該序列中之該等影像以便識別該等影像中該第一目標特徵及該第二目標特徵之各別對稱中心且量測該等對稱中心隨該等變化的影像參數之變化，並且在量測該第一經圖案化層與該第二經圖案化層之間的一重疊誤差時應用該等變化。
  20. 如請求項19之設備，其中該成像總成包括第一及第二相機，該第一相機與該第二相機相互配準且經組態以擷取該第一目標特徵及該第二目標特徵之第一及第二影像，且其中該控制器經組態以藉由比較該等第一影像與該等第二影像而量測該對稱中心之該等變化。
  21. 如請求項20之設備，其中該成像總成包括一投影儀，該投影儀經組態以將一配準影像朝向該第一相機及該第二相機投影，且該控制器經組態以相對於該配準影像配準該第一相機及該第二相機。
  22. 如請求項21之設備，其中該投影儀經組態以產生一光柵圖案且將該光柵圖案與該第一目標特徵及該第二目標特徵之該等影像一起投影至該第一相機及該第二相機中之各別偵測器陣列上。
  23. 如請求項20之設備，其中該控制器經組態以在該等第一影像中將該等成像參數中之該一或多者設定為一第一設定且在該等第二影像中將該等成像參數中之該一或多者設定為一第二設定。
  24. 如請求項21之設備，其中該控制器經組態以將該第一相機與該第二相機設定在不同的各別第一及第二焦點位置中且使該第一相機及該第二相機步進通過各別第一及第二序列的該等第一及第二焦點位置以便量測該等對稱中心隨該等焦點位置之一變化，且其中該等第一及第二焦點位置分離開一恆定焦距ΔZ，且在該等第一及第二序列之每一步階中，該等第一及第二焦點位置兩者被遞增ΔZ。
  25. 如請求項20之設備，其中該至少一個照明射束包括處於不同的各別第一及第二偏光狀態中之第一及第二照明射束，且其中該成像總成包括一偏光分束器，該偏光分束器經組態以將在該第一偏光狀態中自該半導體晶圓反射之光朝向該第一相機引導且將在該第二偏光狀態中自該半導體晶圓反射之光朝向該第二相機引導。
  26. 如請求項19之設備，其中該成像總成經組態而以不同之成像參數擷取該第一目標特徵及該第二目標特徵之該等影像，其中該控制器經組態以量測該等對稱中心隨該等成像參數之該等變化，且其中該等成像參數係焦點設定、波長或偏光狀態。
  27. 如請求項19之設備，其中該照明總成包括該至少一個照明射束之至少一個孔徑，且其中該成像總成經組態而以該至少一個孔徑之多個不同偏移擷取該第一目標特徵及該第二目標特徵之該等影像，且其中該控制器經組態以量測該等對稱中心隨該孔徑之該等偏移之該等變化。
  28. 如請求項19之設備，其中該成像總成經組態而以該半導體晶圓相對於該成像總成之不同角定向擷取該第一目標特徵及該第二目標特徵之該等影像，且其中該控制器經組態以量測該等對稱中心隨該等角定向之一工具引致誤差。
  29. 如請求項19之設備，其中該控制器經組態以回應於該等經量測變化而找出該一或多個成像參數之一最佳範圍，且藉由將該一或多個成像參數設定為在該最佳範圍內之值而產生用於量測該重疊誤差之一處方。
  30. 如請求項29之設備，其中該成像總成經組態以在該半導體晶圓上之多個不同位置處擷取多個目標特徵之該等影像，且其中該控制器經組態以藉由應用在該多個不同位置處量測之該等變化而找出該最佳範圍以便選擇在該半導體晶圓之一區域內最佳之該範圍。
  31. 如請求項19之設備，其中該控制器經組態以量測該第一目標特徵及該第二目標特徵中之至少一者之一非對稱性。
  32. 一種光學檢驗設備，其包括： 一照明總成，其經組態以引導至少一個照明射束照明一半導體晶圓，在該半導體晶圓上已沈積了至少一個經圖案化層，該至少一個經圖案化層包含一光柵，該光柵包含平行於一預定義軸定向之複數個條； 一成像總成，其經組態以擷取該光柵之一或多個影像；及 一控制器，其經組態以處理該一或多個影像以便表徵該等條中之一或多者圍繞該軸之一非對稱性且在對該經圖案化層做出一計量評估時應用該經表徵非對稱性。
  33. 如請求項32之設備，其中該成像總成經組態而以不同焦點設定擷取該光柵之一序列的該等影像，且其中該控制器經組態以量測該等影像中該光柵之一對稱中心隨該等焦點設定之一變化，且基於該經量測變化而表徵該非對稱性。
  34. 如請求項32之設備，其中該控制器經組態以計算該等條中之該一或多者之一影像與該影像之一經反射版本之間的一相關性，且依據該相關性導出該非對稱性之一量度。
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