TWI829964B

TWI829964B - 應用諧波探測率以作為用於基於成像疊加量測之品質指標之系統及方法

Info

Publication number: TWI829964B
Application number: TW109132016A
Authority: TW
Inventors: 吉爾吉拉恰克; 湯姆里維安特; 大衛格瑞奥迪
Original assignee: 美商科磊股份有限公司
Priority date: 2019-09-17
Filing date: 2020-09-17
Publication date: 2024-01-21
Also published as: CN114402205B; EP4025867A1; US20210080839A1; JP2022548163A; EP4025867A4; WO2021055407A1; TW202125115A; US11360397B2; KR20220064990A; JP7445749B2; CN114402205A

Abstract

本發明揭示一種基於影像之疊加度量衡系統。該系統包含可耦合至一度量衡子系統之一控制器。該控制器經組態以自該度量衡子系統接收安置於樣本上之一第一度量衡目標之一組影像信號，且藉由計算該複數個影像信號之各者之一諧波探測率度量值而判定複數個諧波探測率度量值。該控制器亦經組態以基於該複數個諧波探測率度量值識別該度量衡子系統之一組光學測量條件，其中該組光學測量條件定義該度量衡子系統之光學度量衡測量之一配方。接著，該控制器將該配方提供至該度量衡子系統用於執行一或多個額外度量衡目標之一或多個光學度量衡測量。

Description

應用諧波探測率以作為用於基於成像疊加量測之品質指標之系統及方法

本發明大體上係關於成像疊加度量衡，且更特定言之係關於使用一諧波探測率度量對基於影像之光學信號之量化。

收縮之設計規則及對疊加度量衡之要求更高之規範驅使對疊加度量衡方法之敏感性及穩健性之增加的需求。通常藉由製造在多個所關注樣本層中具有製造特徵之專屬度量衡目標而執行疊加度量衡。基於影像之疊加度量衡通常可包含基於在不同所關注層中之一疊加目標之特徵之相對成像位置判定一樣本上之兩個或更多個層之間之錯位(misregistration)。疊加測量之準確度可對與各樣本層上之成像特徵相關聯之影像品質敏感，該影像品質可基於與照明及所探討之樣本相關聯之各種參數而變化。因此，在疊加度量衡目標之測量之前，在一選定配方中組態度量衡工具，該選定配方包含用於給定度量衡測量之度量衡之各種組態。

用於配方選擇之當前方法依賴於使用光學對比度或透過數個度量之一組合之任一者，該數個度量特性化依據測量焦點及波長而變化之測量品質之不同態樣。將此等度量正規化且組合成一單一合併分數。用於配方選擇之當前方法具有缺點。首先，組合成一單一分數之度量之選擇係主觀的且依賴於一使用者關於使用哪些度量及應如何加權且正規化度量之決策。其次，由於度量經正規化，故用於配方區分之其等動態範圍係有限的。此導致分數飽和及測量條件歧義。因此，配方選擇之當前方法可引起低品質或不穩定配方之選擇。因此，將期望提供一種用於解決先前方法(諸如上文識別之方法)之缺點之系統及方法。

本發明揭示一種度量衡系統。在一項實施例中，該系統包含可耦合至一度量衡子系統之一控制器，該控制器包含經組態以執行程式指令之一或多個處理器。在一項實施例中，該一或多個處理器經組態以自該度量衡子系統接收安置於樣本上之一第一度量衡目標之複數個影像信號。在另一實施例中，該一或多個處理器經組態以藉由計算該複數個影像信號之各者之一諧波探測率度量值而判定複數個諧波探測率度量值。在另一實施例中，該一或多個處理器經組態以基於該複數個諧波探測率度量值識別該度量衡子系統之一組光學測量條件，其中該組光學測量條件定義該度量衡子系統之光學度量衡測量之一配方。在另一實施例中，該一或多個處理器經組態以將該配方提供至該度量衡子系統用於執行一或多個額外度量衡目標之一或多個光學度量衡測量。在一項實施例中，該度量衡子系統包含用於產生照明之一照明源。在另一實施例中，該度量衡子系統包含用於將來自該照明源之照明引導至安置於一樣本上之一度量衡目標之一或多個照明光學器件。在另一實施例中，該度量衡子系統包含用於基於來自該照明源之該照明產生該度量衡目標之一影像之一探測器(detector)，其中該度量衡子系統之一光學組態係可組態的，其中該光學組態包含該照明之一波長、入射於該度量衡目標上之該照明之一偏光、入射於該度量衡目標上之該照明之一角度，或該度量衡目標相對於該探測器之一焦點位置。

本發明揭示一種方法。在一項實施例中，該方法包含接收安置於一樣本上之一第一度量衡目標之複數個影像信號。在另一實施例中，該方法包含藉由計算該複數個影像信號之各者之一諧波探測率度量值而判定複數個諧波探測率度量值。在另一實施例中，該方法包含基於該複數個諧波探測率度量值識別一度量衡工具之一組光學測量條件，其中該組光學測量條件定義該度量衡工具之光學度量衡測量之一配方。在另一實施例中，該方法包含將該配方提供至該度量衡工具用於執行一或多個額外度量衡目標之一或多個光學度量衡測量。

本發明揭示一種用於校準之系統。在一項實施例中，該系統包含可耦合至一第一度量衡子系統及一第二度量衡子系統之一控制器，該控制器包含經組態以執行程式指令之一或多個處理器。在一項實施例中，該一或多個處理器經組態以自該第一度量衡子系統接收安置於樣本上之一或多個度量衡目標之一第一組影像信號。在另一實施例中，該一或多個處理器經組態以自該第二度量衡子系統接收安置於該樣本上之一或多個度量衡目標之一第二組影像信號。在另一實施例中，該一或多個處理器經組態以判定來自該第一度量衡子系統之該等影像信號之一第一組諧波探測率度量值。在另一實施例中，該一或多個處理器經組態以判定來自該第二度量衡子系統之該等影像信號之一第二組諧波探測率度量值。在另一實施例中，該一或多個處理器經組態以比較該第一度量衡子系統之該第一組諧波探測率度量值與該第二度量衡子系統之該第二組諧波探測率度量值。在另一實施例中，該一或多個處理器經組態以基於該第一度量衡子系統之該第一組諧波探測率度量值與該第二度量衡子系統之該第二組諧波探測率度量值之該比較校準該第二度量衡子系統。

應理解，前述一般描述及以下[實施方式]兩者僅為例示性的且說明性的，且不一定限制如所主張之本發明。併入本說明書中且構成本說明書之一部分之隨附圖式繪示本發明之實施例且連同一般描述一起用於說明本發明之原理。

100:基於影像之光學度量衡系統/基於影像之疊加度量衡系統

102:度量衡子系統(或工具)

102a:第一度量衡子系統

102b:第二度量衡子系統

103:控制器

104:探測器

105:處理器

106:照明源

107:記憶媒體

108:照明光束

109:使用者介面

110:照明路徑

111:樣本

112:透鏡

113:影像信號/信號

113a:第一組影像信號

113b:第二組影像信號/第二組諧波探測率度量值

114:照明光學組件

116:物鏡

118:樣本載物台

120:樣本光

122:集光路徑

124:集光路徑透鏡

126:集光光學組件

128:光束分離器

200:等高線圖

300:方法

302:步驟

304:步驟

306:步驟

308:步驟

400:系統

500:方法

502:步驟

504:步驟

506:步驟

508:步驟

510:步驟

512:步驟

熟習此項技術者藉由參考附圖可更佳理解本發明之許多優點。

圖1A係根據本發明之一或多項實施例之具有基於諧波探測率之配方選擇之一基於影像之光學度量衡系統之一概念圖。

圖1B係根據本發明之一或多項實施例之一基於影像之光學度量衡系統之一方塊圖(block diagram view)。

圖2係描繪根據本發明之一或多項實施例之顯示為依據照明波長及焦點而變化之諧波探測率度量之一等高線圖。

圖3係描繪根據本發明之一或多項實施例之基於諧波探測率之配方選擇之一方法之一流程圖。

圖4係根據本發明之一或多項實施例之包含經組態用於經由一諧波探測率度量進行校準之多個度量衡子系統之一系統之一方塊圖。

圖5係描繪根據本發明之一或多項實施例之用一諧波探測率度量校準一度量衡子系統/工具之一方法之一流程圖。

相關申請案之交叉參考

本申請案根據35 U.S.C. § 119(e)主張2019年9月17日申請之美國臨時申請案序號62/901,652之權利，該案之全文以引用的方式併入本文中。

已關於特定實施例及其特定特徵特別地展示及描述本發明。本文中所闡述之實施例被視為闡釋性的而非限制性的。一般技術者應容易明白，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上之各種改變及修改。現將詳細參考在隨附圖式中繪示之所揭示標的物。

本發明之實施例係關於用於基於成像之疊加度量衡測量之一諧波探測率度量之實施方案。本發明之諧波探測率度量容許用於疊加錯位探測之一光學信號之量化。本發明之額外實施例提供使用諧波探測率度量對度量衡工具之校準及來自多個工具之疊加影像資料之匹配。

一半導體裝置可形成為一基板上之圖案化材料之多個印刷層。各印刷層可透過一系列程序步驟(諸如但不限於一或多個材料沈積步驟、一或多個微影步驟或一或多個蝕刻步驟)製造而成。在製造期間，各印刷層通常必須在選定容限內製造以適當地構造最終裝置。例如，必須相對於先前製造之層良好地特性化且控制各層中之印刷元件之相對放置(例如，疊加或疊加參數)。因此，可在一或多個印刷層上製造度量衡目標以實現層之疊加之有效率特性化。因此，一印刷層上之疊加目標特徵之偏差可代表該層上之印刷裝置特徵之印刷特性之偏差。此外，在一個製造步驟(例如，在一或多個樣本層之製造之後)測量之疊加可用於產生用於精確地對準用於在一後續製造步驟中製造一額外樣本層之一程序工具(例如，一微影工具或類似者)之可校正量。

度量衡目標通常可包含經設計以提供一或多個印刷特性之一準確表示之良好定義印刷元件。在此方面，一度量衡目標(例如，藉由一度量衡工具)之印刷元件之經測量特性可代表與所製造之一裝置相關聯之印刷裝置元件。

通常藉由跨一樣本製造一或多個疊加目標而執行疊加度量衡，其中各疊加目標包含與相關聯於所製造之一裝置或組件之特徵同時製造之所關注樣本層中之特徵。在此方面，在一疊加目標之一位置處測量之疊加誤差可代表裝置特徵之疊加誤差。因此，疊加測量可用於監測及/或控制任何數目個製造工具以根據指定容限維持裝置之生產。例如，一當前層相對於一個樣本上之一先前層之疊加測量可用作用於監測及/或緩解一批次內之額外樣本上之當前層之製造之偏差的回饋資料。藉由另一實例，一當前層相對於一個樣本上之一先前層之疊加測量可用作用於以考量現有層對準之一方式在相同樣本上製造一後續層的前饋資料。

疊加目標通常包含具體設計為對所關注樣本層之間之疊加誤差敏感之特徵。接著，可藉由使用一疊加度量衡工具特性化疊加目標且應用一演算法以基於度量衡工具之輸出判定樣本上之疊加誤差而實行一疊加測量。

無關於疊加測量技術，一疊加度量衡工具通常可根據包含用於產生一疊加信號之一組測量參數之一配方組態。例如，一疊加度量衡工具之一配方可包含但不限於一照明波長、自樣本發出之輻射之一經探測波長、樣本上之照明之一光點大小、入射照明之一角度、入射照明之一偏光、一入射照明光束在一疊加目標上之一位置、一疊加目標在疊加度量衡工具之焦體積(focal volume)中之一位置或類似者。因此，一疊加配方可包含用於產生適用於判定兩個或更多個樣本層之疊加之一疊加信號的一組測量參數。

疊加度量衡工具可利用多種技術來判定樣本層之疊加。例如，基於影像之疊加度量衡工具可照明一疊加目標(例如，一先進成像度量衡(AIM)目標、一框中框(box-in-box)度量衡目標或類似者)且擷取包含定位於不同樣本層上之疊加目標特徵之一影像之一疊加信號。因此，可藉由測量疊加目標特徵之相對位置而判定疊加。

本文中應認知，各種疊加度量衡工具可用於測量疊加。例如，光學度量衡工具(例如，使用電磁輻射用於照明及/或探測之基於光之度量衡工具)可使用許多技術提供高處理量疊加測量，該等技術諸如但不限於判定一影像中之多個層上之在空間上分離之特徵的相對位置，直接測量多個層上之PPE，或其中基於自多個層上之繞射光柵散射及/或繞射之光判定疊加的散射測量。為了本發明之目的，術語「光學度量衡工具」、「光學度量衡技術」及類似者指示使用具任何波長(諸如但不限於x射線波長、極紫外線(EUV)波長、真空紫外線(VUV)波長、深紫外線(DUV)波長、紫外線(UV)波長、可見光波長或紅外線(IR)波長)之電磁輻射之度量衡工具及技術。與疊加測量相關之系統、方法及設備大體上描述於以下案中：標題為「OVERLAY MARKS,METHODS OF OVERLAY MARK DESIGN AND METHODS OF OVERLAY MEASUREMENTS」且在2012年12月11日發佈之美國專利第8,330,281號；標題為「PERIODIC PATTERNS AND TECHNIQUE TO CONTROL MISALIGNMENT BETWEEN TWO LAYERS」且在2016年10月25日發佈之美國專利第 9,476,698號；標題為「APPARATUS AND METHODS FOR DETERMINING OVERLAY OF STRUCTURES HAVING ROTATIONAL OR MIRROR SYMMETRY」且在2009年6月2日發佈之美國專利第7,541,201號；標題為「METHOD AND SYSTEM FOR PROVIDING A QUALITY METRIC FOR IMPROVED PROCESS CONTROL」且在2013年2月7日發表之美國專利公開案第2013/0035888號；於2015年12月15日發佈之標題為「SYSTEM AND METHOD OF SEM OVERLAY METROLOGY」之美國專利第9,214,317號；於2020年1月7日發佈之標題為「COMPOUND IMAGING METROLOGY TARGETS」之美國專利第10,527,951 B2號；於2019年1月29日發佈之標題為「METROLOGY IMAGING TARGETS HAVING REFLECTION-SYMMETRIC PAIRS OF REFLECTION-ASYMMETRIC STRUCTURES」之美國專利第10,190,979 B2號；及標題為「APPARATUS AND METHOD FOR THE MEASUREMENT OF PATTERN PLACEMENT AND SIZE OF PATTERN AND COMPUTER PROGRAM THEREFOR」且在2016年6月27日申請之PCT申請案第PCT/US2016/039531號，全部該等案之全文以引用的方式併入本文中。

如在本發明各處使用，術語「樣本」大體上指代由一半導體或非半導體材料形成之一基板(例如，一晶圓或類似者)。例如，一半導體或非半導體材料可包含但不限於單晶矽、砷化鎵及磷化銦。一樣本可包含一或多個層。例如，此等層可包含但不限於一抗蝕劑(包含一光阻劑)、一介電材料、一導電材料及一半導電材料。許多不同類型之此等層在此項技術中已知，且如本文中所使用之術語樣本旨在涵蓋其上可形成全部類型之此等層之一樣本。形成於一樣本上之一或多個層可經圖案化或未經圖案化。例如，一樣本可包含各別具有可重複圖案化特徵之複數個晶粒。此等材料層之形成及處理最終可導致成品裝置。許多不同類型之裝置可形成於一樣本上，且如本文中所使用之術語樣本旨在涵蓋在其上製造此項技術中已知之任何類型之裝置之一樣本。此外，為了本發明之目的，術語樣本及晶圓應被解釋為可互換的。另外，為了本發明之目的，術語圖案化裝置、遮罩及倍縮光罩應被解釋為可互換的。

圖1A係繪示根據本發明之一或多項實施例之一基於影像之光學度量衡系統100之一概念圖。系統100可包含但不限於一度量衡子系統102。系統100可額外地包含但不限於一控制器103。控制器103可包含一或多個處理器105、一記憶媒體107且可包含或耦合至一使用者介面109。度量衡子系統102可包含此項技術中已知之任何度量衡子系統，包含但不限於一光學度量衡子系統。例如，度量衡子系統102可包含但不限於一基於成像之光學度量衡子系統。為了本發明之目的，術語「度量衡系統」可與術語「度量衡工具」互換。在此意義上，度量衡子系統102及控制器103可形成度量衡系統100(或度量衡工具)。

度量衡子系統102可經組態以基於任何數目個疊加配方自疊加目標獲取疊加信號。度量衡子系統102可在一成像模式中操作。例如，在一成像模式中，個別疊加目標元件可在樣本上之經照明光點內解析(例如，作為一明場影像、一暗場影像、一相位對比度影像或類似者之部分)。在一項實施例中，度量衡子系統102可將照明引導至一樣本且可進一步收集自樣本發出之輻射以產生適用於判定兩個或更多個樣本層之疊加的一疊加信號。度量衡子系統102可組態以基於定義用於獲取適用於判定一疊加目標之疊加之一疊加信號之測量參數的任何數目個配方產生疊加信號。例如，疊加子系統102之一配方可包含但不限於一照明波長、自樣本發出之輻射之一經探測波長、樣本上之照明之一光點大小、入射照明之一角度、入射照明之一偏光、一入射照明光束在一疊加目標上之一位置、一疊加目標在疊加度量衡工具之焦體積中之一位置及類似者。

度量衡子系統102可包含此項技術中已知之適用於自一疊加度量衡目標產生度量衡資料之任何類型之光學度量衡工具。例如，度量衡子系統102可經組態用於測量來自一先進成像度量衡(AIM)目標、一先進成像度量衡晶粒中(AIMid)目標、一三重先進成像度量衡(三重AIM)目標、一框中框(BiB)目標及類似者之一或多者的疊加度量衡信號。

在一項實施例中，控制器103通信地耦合至度量衡子系統102。在一項實施例中，控制器103經組態以產生且提供一或多個控制信號，該一或多個控制信號經組態以執行對一或多個度量衡子系統102之一或多個部分之一或多個調整。在另一實施例中，控制器103經組態以自度量衡子系統102接收影像資料。控制器103之一或多個處理器105可執行在本發明各處描述之各種程序步驟之任何者。

在一項實施例中，控制器103經組態以自度量衡子系統102接收安置於樣本111上之一第一度量衡目標之複數個影像信號。在另一實施例中，控制器103經組態以藉由計算複數個影像信號之各者之一諧波探測率度量值而判定複數個諧波探測率度量值。在另一實施例中，控制器103經組態以基於複數個諧波探測率度量值識別度量衡子系統之一組光學測量條件，其中該組光學測量條件定義用於度量衡子系統之光學度量衡測量之一配方。在另一實施例中，控制器103經組態以將配方提供至度量衡子系統102用於執行一或多個額外度量衡目標(例如，後續樣本上之目標)之一或多個光學度量衡測量。

圖1B繪示根據本發明之一或多項實施例之基於影像之疊加度量衡系統100之一簡化示意圖。度量衡系統100可使用此項技術中已知之任何方法在至少一個探測器104上產生樣本111之一或多個疊加度量衡目標之一或多個影像。

在一項實施例中，度量衡系統100包含用於產生一照明光束108之一照明源106。照明光束108可包含一或多個選定波長之光，包含但不限於真空紫外線(VUV)輻射、深紫外線(DUV)輻射、紫外線(UV)輻射、可見光輻射或紅外線(IR)輻射。照明源106可進一步產生包含選定波長之任何範圍之一照明光束108。在另一實施例中，照明源106可包含用於產生具有一可調諧光譜之一照明光束108之一光譜可調諧照明源。

照明源106可進一步產生具有任何時間輪廓之一照明光束108。例如，照明源106可產生一連續照明光束108、一脈衝照明光束108或一經調變照明光束108。另外，照明光束108可自照明源106經由自由空間傳播或導引光(例如，一光纖、一光管或類似者)遞送。

在另一實施例中，照明源106經由一照明路徑110將照明光束108引導至一樣本111。照明路徑110可包含適用於修改及/或調節照明光束108之一或多個透鏡112或額外照明光學組件114。例如，一或多個照明光學組件114可包含但不限於一或多個偏光器、一或多個濾光片、一或多個光束分離器、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或一或多個快門(例如，機械快門、電光快門、聲光快門或類似者)。藉由另一實例，一或多個照明光學組件114可包含用於控制樣本111上之照明角度之孔徑光闌及/或用於控制樣本111上之照明之空間範圍之視場光闌。在另一實施例中，度量衡系統100包含用於將照明光束108聚焦至樣本111上之一物鏡116。

在另一實施例中，樣本111安置於一樣本載物台118上。樣本載物台118可包含適用於將樣本111定位於度量衡系統100內之任何裝置。例如，樣本載物台118可包含線性平移載物台、旋轉載物台、尖端/傾斜載物台或類似者之任何組合。

在另一實施例中，一探測器104經組態以透過一集光路徑122擷取自樣本111發出之輻射(例如，樣本光120)。例如，集光路徑122可包含(但不要求包含)一集光透鏡(例如，如圖1B中所繪示之物鏡116)或一或多個額外集光路徑透鏡124。在此方面，一探測器104可接收自樣本111反射或散射(例如，經由鏡面反射、漫反射及類似者)或由樣本111產生(例如，與照明光束108之吸收相關聯之發光或類似者)之輻射。

集光路徑122可進一步包含用於引導及/或修改由物鏡116收集之照明之任何數目個集光光學組件126，包含但不限於一或多個集光路徑透鏡124、一或多個濾光片、一或多個偏光器或一或多個光束擋塊。另外，集光路徑122可包含用於控制成像至探測器104上之樣本之空間範圍之視場光闌或用於控制來自樣本之用於在探測器104上產生一影像之照明之角度範圍的孔徑光闌。在另一實施例中，集光路徑122包含經定位於與物鏡116之一光學元件之後焦平面共軛之一平面中以提供樣本之遠心成像的一孔徑光闌。在一項實施例中，度量衡子系統102包含經定向使得物鏡116可同時將照明光束108引導至樣本111及收集自樣本111發出之輻射的一光束分離器128。

探測器104可包含此項技術中已知之適用於測量自樣本111接收之照明之任何類型之光學探測器。例如，探測器104可包含但不限於一CCD探測器、一TDI探測器、一光電倍增管(PMT)、一崩潰光電二極體(APD)、一互補金屬氧化物半導體(CMOS)感測器或類似者。在另一實施例中，探測器104可包含適用於識別自樣本111發出之光之波長之一光譜探測器。

一控制器103之一或多個處理器105可包含此項技術中已知之任何處理器或處理元件。為了本發明之目的，術語「處理器」或「處理元件」可廣泛定義為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105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105可體現為一桌上型電腦、主機電腦系統、工作站、影像電腦、平行處理器、網路電腦或經組態以執行一程式(其經組態以操作度量衡系統100或結合度量衡系統100操作)之任何其他電腦系統，如在本發明各處描述。此外，系統100之不同子系統可包含適用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對本發明之實施例之一限制而是僅為一繪示。此外，在本發明各處描述之步驟可藉由一單一控制器或替代地多個控制器實行。另外，控制器103可包含容置於一共同外殼中或在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之組合可分開封裝為適用於整合至度量衡系統100中之一模組。此外，控制器103可分析自探測器104接收之資料且將資料饋送至度量衡系統100內或度量衡系統100外部之額外組件。

記憶媒體107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105執行之程式指令的任何儲存媒體。例如，記憶媒體107可包含一非暫時性記憶媒體。藉由另一實例，記憶媒體107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、一固態硬碟及類似者。進一步應注意，記憶媒體107可與一或多個處理器105一起容置於一共同控制器外殼中。在一項實施例中，記憶媒體107可相對於一或多個處理器105及控制器103之實體位置遠端定位。例如，控制器103之一或多個處理器105可存取可透過一網路(例如，網際網路、內部網路及類似者)存取之一遠端記憶體(例如，伺服器)。

在一項實施例中，一使用者介面通信地耦合至控制器103。在一項實施例中，使用者介面109可包含但不限於一或多個桌上型電腦、膝上型電腦、平板電腦及類似者。在另一實施例中，使用者介面109包含用於將系統100之資料顯示給一使用者之一顯示器。使用者介面109之顯示器可包含此項技術中已知之任何顯示器。例如，顯示器可包含但不限於一液晶顯示器(LCD)、一基於有機發光二極體(OLED)之顯示器或一CRT顯示器。熟習此項技術者應認知，能夠與一使用者介面109整合之任何顯示裝置適用於本發明中之實施方案。在另一實施例中，一使用者可回應於顯示給使用者之資料而經由使用者介面109之一使用者輸入裝置輸入選擇及/或指令。

在一項實施例中，在自樣本111之一或多個第一度量衡目標獲取一或多個影像信號之後，控制器103可判定或計算一組諧波探測率度量值。在進行此時，控制器103可計算自度量衡子系統102接收之影像信號113之各者之一諧波探測率度量值。在一項實施例中，一各別影像信號113之一各別諧波探測率度量值依據自樣本111之第一度量衡目標之影像信號提取之諧波信號強度、非諧雜訊及表面反射率而變化。本發明之諧波探測率度量係描述疊加目標對同調照明之回應(「諧波比」)及自疊加目標發射之經收集光之信號對雜訊比(「探測率」)之兩個實體優質數(figure of merit)之組合(即，幾何平均值)。諧波探測率度量可如下定義：

其中與信號113相關聯之諧波探測率可表達為信號113之諧波靈敏度及探測率之一函數。諧波靈敏度可與信號113之諧波信號強度及目標之表面反射率有關，如下：

其中探測率與信號113之諧波信號強度及非諧雜訊有關，如下：

因此，組合方程式1至方程式3提供：

由度量衡系統100記錄之信號係一週期結構或光柵(即，疊加度量衡目標)之一影像，該信號接著用於提取疊加資訊。光柵之影像可沿著非週期性方向整合，此產生一個一維影像「核心」。經測量影像核心係週期性的且可經歷傅立葉分解(Fourier decomposition)。在分解之後，信號接著可藉由一恆定偏移且藉由正弦及餘弦項(各項乘以其自身之係數(即，合成核心))之一總和表示。在一項實施例中，將「諧波信號強度」計算為傅立葉分解之全部諧波係數之總和。表面反射率可表示核心之恆定偏移。非諧雜訊可表示經測量核心與合成影像核心之間之差異之變動或「殘餘雜訊」。

方程式4之諧波探測率係可自原始經測量信號113導出且可解譯為度量衡子系統102、樣本之層(例如，半導體裝置中之程序層)與所檢查之疊加目標之間之交互作用之一基本實體優值(fundamental physical merit)。

應注意，諧波探測率不飽和，且因此提供無限動態範圍且容許最佳配方條件選擇。在此意義上，諧波探測率係在基於影像之疊加度量衡測量期間與度量衡子系統102之一特定測量組態相關聯之諧波信號測量之一量化量度。此與當前實施之方案形成對比，藉此導數度量被重新組合成一單一分數且易有使用者偏差(user bias)。

在另一實施例中，控制器103經組態以基於諧波探測率度量值(其等表示基於影像之疊加測量之一較佳「配方」)識別度量衡子系統102之一組光學測量條件。在此方面，控制器103(或另一電腦系統)可識別該組光學測量條件，該組光學測量條件係最佳的或至少令人滿意的，以定義用於度量衡子系統102之光學度量衡測量之一配方。接著，控制器103可將配方提供至度量衡子系統102用於執行一或多個額外度量衡目標(例如，後續樣本上之目標)之一或多個光學度量衡測量。

為了識別最佳(或令人滿意的)配方條件之組，控制器103可在不同組光學測量條件下判定諧波探測率度量值之值，從而有效地跨所探討之參數空間映射諧波探測率。例如，控制器103可跨度量衡子系統102之不同組之焦點及波長值(或任何其他組之度量衡子系統/工具設定)判定諧波探測率度量之一值。應注意，自一給定度量衡目標獲取之一各別影像信號113之諧波探測率度量之值單調地取決於與影像信號113相關聯之諧波信號強度、非諧雜訊及表面反射率。因此，諧波探測率度量之值愈高，則用於測量給定目標類型之疊加之特定疊加信號之品質愈佳。在一項實施例中，可藉由基於對應諧波探測率度量之值對各組測量條件(例如，波長及焦點)進行排名而獲取度量衡子系統102之一配方。在此方面，顯示最高諧波探測率度量值之該組光學條件表示「最佳」條件且適合實施於度量衡子系統102之候選配方中。圖2係描繪針對來自一各別疊加目標之信號113計算且顯示為依據度量衡子系統102之照明波長及焦點而變化之諧波探測率度量值之一等高線圖200。可基於圖之局部最大值選擇候選配方，其中每一峰值或「島」(在圖之局部最大值處)之僅一個測量條件被視為一獨有候選配方。應注意，圖2之等高線圖200包含兩個局部最大值，一者在大約λ=570nm及-50nm之焦點且另一者在大約λ=710nm及-500nm之焦點。在此實例中，可選擇此等條件兩者作為候選配方。

圖3係描繪根據本發明之一或多項實施例之應用一諧波探測率度量以識別一度量衡工具之一基於影像之疊加度量衡配方之一方法300之一流程圖。申請人指出，本文中先前在度量衡系統100之內容背景中描述之實施例及實現技術應被解釋為擴展至方法300。然而，進一步應注意，方法300不限於度量衡系統100之架構。

在步驟302中，方法300自度量衡子系統(或工具)102接收安置於樣本上之一第一度量衡目標之一組影像信號。例如，度量衡子系統 102可自一第一度量衡目標(或一第一組度量衡目標)獲取影像資料且將指示影像資料之一信號傳輸至控制器103之一或多個處理器105。

在步驟304中，方法300藉由計算該組影像信號之各者之一諧波探測率度量值而判定一組諧波探測率度量值。例如，控制器103之一或多個處理器105可執行記憶媒體107中之程式指令，該等程式指令使用本文中先前描述之方程式4計算一組條件(例如，波長、焦點等)之各者之諧波探測率值。所分析之條件可包含但不限於影像形式光束之偏光、照明之一角度、度量衡目標之焦點或焦點位置、波長、偏光及類似者。

在步驟306中，方法300基於該組諧波探測率度量值識別度量衡子系統102之一組光學測量條件。在此意義上，該組光學測量條件定義度量衡子系統102之光學度量衡測量之一配方。例如，控制器103之一或多個處理器105可對經計算諧波探測率度量值進行排名(例如，從最高至最低)，且接著識別與一或多個最高信號對應之條件之組。產生最高諧波探測率度量值之該組條件表示適合併入至一疊加度量衡配方中之條件。

在步驟308中，方法將經識別配方提供至度量衡子系統102用於執行樣本111之一或多個額外度量衡目標之一或多個光學度量衡測量。例如，控制器103之一或多個處理器105可指導度量衡子系統102使用在步驟306中識別之配方實行對樣本或額外樣本之額外基於影像之疊加測量。

雖然大多數本發明已專注於諧波探測率度量在最佳配方識別之內容背景中之研發及應用，但應注意，諧波探測率度量可用於校準度量衡工具及匹配/組合來自多個工具之基於影像之度量衡資料。

圖4繪示包含經組態用於經由一諧波探測率度量進行校準之多個度量衡子系統之一系統400之一方塊圖。由於本發明之諧波探測率度量僅取決於所探討之度量衡子系統/工具及樣本/疊加目標組合，故可利用諧波探測率度量以藉由比較在相同樣本(例如，晶圓)上但在不同工具上測量之諧波探測率度量景觀資料(類似於圖2)而執行工具校準及/或基於影像之度量衡資料之匹配。可在工具生產期間且在現場實行此一校準。

在一項實施例中，控制器103自第一度量衡子系統102a接收安置於樣本上之一或多個度量衡目標之影像信號。接著，控制器103可判定/計算與來自第一度量衡子系統102a之影像信號對應之一第一組諧波探測率度量值。

在另一實施例中，控制器103自第二度量衡子系統接收安置於樣本111(與如藉由第一度量衡子系統102a測量之樣本相同)上之一或多個度量衡目標之影像信號。接著，控制器103可判定與來自第二度量衡子系統102b之影像信號對應之一第二組諧波探測率度量值。

在另一實施例中，控制器103比較第一度量衡子系統102a之第一組諧波探測率度量值與第二度量衡子系統102b之第二組諧波探測率度量值。此比較可以適用於等高線圖比較之任何方式實行。在此方面，控制器103可比較映射為依據兩個或更多個條件(例如，焦點及波長)而變化之第一組諧波度量值之一景觀圖與亦映射為依據兩個或更多個條件(例如，焦點及波長)而變化之第二組諧波度量值之一景觀圖。在此實施例中，比較可包含減去圖之個別值以識別一「差異圖」。

在另一實施例中，控制器103可基於第一組諧波探測率度量值與第二組諧波探測率度量值之比較來校準第二度量衡子系統。例如，控制器103可將控制指令提供至第二度量衡子系統102b(假定第一度量衡子系統經良好校準)以調整或調諧第二度量衡子系統102b之一或多個條件(例如，焦點、波長、入射角、偏光等)，直至景觀圖之差異在一選定臨限差異內。

在另一實施例中，控制器103可基於第一組諧波探測率度量值與第二諧波探測率度量值之比較來調整運用第二度量衡子系統102b獲取之基於影像之疊加度量衡資料。在另一實施例中，控制器103可組合來自第一度量衡子系統之基於影像之疊加度量衡資料與來自第二度量衡子系統102b之經校準基於影像之疊加度量衡資料，以「匹配」來自兩個度量衡子系統102a、102b之影像。

圖5係描繪根據本發明之一或多項實施例之運用一諧波探測率度量校準一度量衡子系統/工具之一方法500之一流程圖。申請人指出，本文中先前在度量衡系統100之內容背景中描述之實施例及實現技術應被解釋為擴展至方法500。然而，進一步應注意，方法500不限於度量衡系統100之架構。

在步驟502中，方法500包含自第一度量衡子系統102a接收安置於樣本111上之一或多個度量衡目標之一第一組影像信號113a。在步驟504中，方法500包含自第二度量衡子系統102b接收安置於樣本111上之一或多個度量衡目標之一第二組影像信號113b。在步驟506中，方法500包含判定來自第一度量衡子系統102a之影像信號113a之一第一組諧波探測率度量值。在步驟508中，方法500包含判定來自第二度量衡子系統102b之影像信號113b之一第二組諧波探測率度量值。在步驟510中，方法500包含比較第一度量衡子系統102a之第一組諧波探測率度量值與第二度量衡子系統102b之第二組諧波探測率度量值。在步驟512中，方法500包含基於第一度量衡子系統102a之第一組諧波探測率度量值與第二度量衡子系統102b之第二組諧波探測率度量值之比較來校準第二度量衡子系統102b。

本文中所描述之全部方法可包含將方法實施例之一或多個步驟之結果儲存於記憶體中。結果可包含本文中所描述之任何結果且可依此項技術中已知之任何方式儲存。記憶體可包含本文中所描述之任何記憶體或此項技術中已知之任何其他適合儲存媒體。在已儲存結果之後，結果可在記憶體中存取且藉由本文中所描述之任何方法或系統實施例使用、經格式化用於顯示給一使用者、藉由另一軟體模組、方法或系統使用，及類似者。此外，結果可「永久地」、「半永久地」、「暫時地」儲存或儲存達某一時段。例如，記憶體可為隨機存取記憶體(RAM)，且結果可能不一定無限期地保存於記憶體中。

進一步考慮，上文描述之方法之實施例之各者可包含本文中所描述之任何(若干)其他方法之任何(若干)其他步驟。另外，上文所描述之方法之實施例之各者可藉由本文中所描述之任何系統執行。

熟習此項技術者將認知，為概念清楚起見，將本文中之所描述組件操作、裝置、物件及伴隨其等之論述用作實例，且考慮各種組態修改。因此，如本文中所使用，所闡述之特定範例及隨附論述意欲代表其等之更一般類別。一般而言，使用任何特定範例意欲代表其類別，且未包含特定組件操作、裝置及物件不應被視為限制性的。

如本文中所使用，諸如「頂部」、「底部」、「上方」、「下方」、「上」、「向上」、「下」、「向下」及「往下」之方向性術語意欲為描述之目的而提供相對位置，且並不意欲指定一絕對參考系。熟習此項技術者將明白對所描述實施例之各種修改，且本文中所定義之一般原理可應用於其他實施例。

關於本文中對實質上任何複數及/或單數術語，熟習此項技術者可適當視上下文及/或應用自複數轉化成單數及/或自單數轉化成複數。為清楚起見，本文中未明確闡述各種單數/複數置換。

本文中之所描述標的物有時繪示其他組件內所含或與其他組件連接之不同組件。應理解，此等所描繪架構僅為例示性的，且事實上，可實施達成相同功能性之許多其他架構。在一概念意義上，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，在本文中經組合以達成一特定功能性之任兩個組件可被視為彼此「相關聯」使得達成所要功能性，而與架構或中間組件無關。同樣地，如此相關聯之任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配合及/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。

此外，應理解，本發明係由隨附發明申請專利範圍定義。此項技術者將理解，一般而言，在本文中且尤其是在隨附發明申請專利範圍(例如，隨附發明申請專利範圍之主體)中所使用之術語一般意欲作為「開放性」術語(例如，術語「包含(including)」應被解釋為「包含但不限於」，術語「具有」應被解釋為「至少具有」，術語「包括(includes)」應被解釋為「包括但不限於」，及類似者)。此項技術者進一步將瞭解，若想要一經引入請求項敘述之一特定數目，則此一意圖將被明確敘述於請求項中，且若缺乏此敘述，則不存在此意圖。例如，作為理解之一輔助，以下隨附發明申請專利範圍可含有引導性片語「至少一個」及「一或多個」之使用以引入請求項敘述。然而，此等片語之使用不應被解釋為隱含：由不定冠詞「一(a/an)」引入之一請求項敘述將含有此經引入請求項敘述之任何特定請求項限制為僅含有一個此敘述之發明，即使相同請求項包含引導性片語「一或多個」或「至少一個」及諸如「一(a/an)」之不定冠詞(例如，「一(a/an)」通常應被解釋為意指「至少一個」或「一或多個」)；用於引入請求項敘述之定冠詞之使用同樣如此。另外，即使明確敘述一經引入請求項敘述之一特定數目，但熟習此項技術者亦將認知，此敘述通常應被解釋為意指至少該敘述數目(例如，「兩個敘述」之基本敘述(無其他修飾語)通常意指至少兩個敘述或兩個或更多個敘述)。此外，在其中使用類似於「A、B及C之至少一者及類似者」之一慣用表述之例項中，一般在熟習此項技術者將理解該慣用表述之意義上預期此一構造(例如，「具有A、B及C之至少一者之一系統」將包含但不限於僅具有A、僅具有B、僅具有C、同時具有A及B、同時具有A及C、同時具有B及C及/或同時具有A、B及C等等之系統)。在其中使用類似於「A、B或C之至少一者及類似者」之一慣用表述之例項中，一般在熟習此項技術者將理解該慣用表述之意義上預期此一構造(例如，「具有A、B或C之至少一者之一系統」將包含但不限於僅具有A、僅具有B、僅具有C、同時具有A及B、同時具有A及C、同時具有B及C及/或同時具有A、B及C等等之系統)。此項技術者進一步將瞭解，無論在描述、發明申請專利範圍或圖式中，呈現兩個或更多個替代項之實際上任何轉折連詞及/或片語應被理解為考慮包含以下之可能性：該等項之一者、該等項之任一者或兩項。例如，片語「A或B」將被理解為包含「A」或「B」或「A及B」之可能性。

據信本發明及許多其伴隨優點將藉由前述描述理解，且將明白，可對組件之形式、構造及配置作出各種改變而不脫離所揭示之標的物或不犧牲全部其材料優點。所描述之形式僅為說明性的，且以下發明申請專利範圍意欲涵蓋且包含此等改變。此外，應理解，本發明係由隨附發明申請專利範圍定義。