TWI809008B - 使用裝置檢測系統之疊對誤差之量測 - Google Patents

使用裝置檢測系統之疊對誤差之量測 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種用於在一半導體製程中量測疊對之方法及系統，其包括：在一預定製造階段擷取一物件中之一特徵之一影像；自該影像導出一影像參數之一數量；及將該數量轉換成一疊對量測。該轉換係參考在相同預定製造階段自具有已知OVL之一特徵之一參考影像導出之一影像參數數量。該影像並非一詳細影像且該特徵之大小小於成像工具之解析度。亦揭示一種判定由一檢測工具使用之一裝置檢測配方之方法，其包括：將裝置圖案識別為可能對OVL敏感之候選裝置關注區域；導出對各所識別圖案之一OVL回應；使該OVL回應與所量測OVL相關；及基於該相關性選擇一些或所有該等裝置圖案作為裝置關注區域。一些實施例使用可列印於一晶粒區域中或一晶粒上之一新穎目標。

Description

使用裝置檢測系統之疊對誤差之量測
本發明大體上係關於在用於物件製造(諸如半導體晶圓製造)之一分層製程中量測誤差。此等誤差可包含例如誤差臨界尺寸、邊緣至邊緣置放及疊對。
在一分層製程(諸如半導體晶圓製造)中，為了使製程及最終製造產品正確地起作用，各自層中之列印圖案必需在佈局時恰當地對準。如此項技術中所熟知，可透過例如在與正在形成之電子裝置分離之一區域中使用一專用度量目標(諸如列印於至少一些層上之一繞射光柵)來協助對準。例如，一半導體晶圓可包括一晶粒陣列，該等晶粒之各者可包含由切割道分離之諸多電子裝置，該等切割道可界定待在一後續程序中切割晶圓之位置。度量目標可定位於晶粒外部之切割道區域中。除非另有說明，否則術語「疊對」(縮寫為「OVL」)在本文中用來指代一物件(例如晶圓)之連續層中之圖案之對準之一量測。OVL越大，失準越大。除零之外的一OVL量測在此項技術中亦被稱為「疊對誤差」。專用度量工具(被稱為OVL工具或OVL系統)可用來使用度量目標量測疊對誤差。可在一製程結束時且可能在製造期間，藉由一單獨檢測工具或檢測系統檢測裝置。一 檢測工具或系統可掃描整個晶圓或跳躍至特定已知「熱點」，例如已知易出現誤差之區域或裝置。
由於設計規則隨著組件變得越來越小而收縮，對準要求(在此項技術中亦被稱為邊緣置放要求)正在收緊。此繼而收緊OVL及臨界尺寸(CD)之規範。為了達成此等要求，在度量工具及圖案化控制方法中正在追求持續改良。多年來，OVL工具之總量測不確定性(TMU)已藉由改良信號雜訊比(SNR)及減少光學件非對稱性而大幅收縮。
在已減小OVL目標量測之誤差之後，誤差預算之下一「瓶頸」係非零偏移(NZO)，其可能導致在光阻劑顯影之後(在顯影後檢測「ADI」時)一目標上量測之OVL與在蝕刻之後(在蝕刻後檢測「AEI」時)裝置上量測之OVL之間的一差異，其中蝕刻通常在光阻劑顯影之後進行。此在圖1中示意地繪示。NZO可為系統性的且一旦被識別，便可努力校正NZO。當前，經常使用一掃描電子顯微鏡「SEM」偵測NZO。
雖然在度量工具中需要高度關注以確保良好SNR，因此可自一檢測工具中之一經解析結構(諸如一專用度量目標)之量測導出一數量，但付出相當大努力來改良甚至遠低於光學件之解析度極限之最微弱信號之偵測能力。
在半導體晶圓製造中，OVL之準確判定本身係一目標，因為可採取此項技術中已知之措施來校正OVL，且OVL量測越準確，校正措施越有效。
本發明之一些實施例大體上係關於用於執行可利用一檢測工具或檢測系統執行且可利用其子解析度能力來校準誤差(諸如裝置特定 NZO)之量測之方法及系統及電腦軟體。本發明之一些實施例已經設計用於製造半導體晶圓，但相同原理適用於製造分層結構之其他程序。根據本發明之一些實施例之方法及系統可減少使用一SEM來監測及校準NZO、臨界尺寸「CD」及邊緣至邊緣「E2E」置放之需要。
本發明之一些實施例提供一種在一分層製程中量測誤差之方法，該方法包括在一預定製造階段擷取一物件中之一特徵之一影像及導出在該所擷取影像中變動之一影像參數(例如灰階「GL」，在本文中亦被稱為強度)之一數量。藉由與在相同製造階段自一特徵之一參考影像導出之該影像參數之一參考數量比較，可將所導出數量轉換成一誤差量測，諸如OVL、CD或E2E。該特徵之大小可小於用來擷取該影像之光學系統之解析度。換言之，該特徵之細節可能在所擷取影像中不可見。
可以各種方式執行轉換。根據本發明之一些實施例，可比較影像參數之數量與在相同預定製造階段自一特徵之一影像導出之相同影像參數之數量(其中假定不存在OVL誤差，或存在一已知數量之一OVL誤差)，以判定一影像參數差異。可將該參數差異轉換成OVL或其他誤差。例如，一較大差異可暗示一較大誤差。本發明之一些實施例包含編譯校準資料以便將一影像參數或參數差異之值轉換成OVL或其他誤差。可使用其中已故意引入一已知量之OVL或其他誤差之特徵編譯校準資料。
該特徵可為一度量目標或其可為一裝置，諸如一所製造晶圓中之一電子裝置，或其可為一目標或一裝置之一部分。若該特徵之大小小於光學系統之解析度，則例如一裝置之實際圖案可能在一所擷取影像中不可見。然而，藉由分析根據本發明之一些實施例之一影像參數，仍可揭露裝置製造中之誤差。換言之，本發明之一些實施例可利用一所擷取影像 中之子解析度資訊。
一些當前度量目標本身經受NZO且因此在本發明之一些但非所有實施例中，可較佳的是，在一影像中擷取之特徵係一裝置而非一度量目標。相反，本發明之一些實施例可使用經設計以利用一影像擷取裝置之子解析度能力之度量目標，如本文中進一步描述。例如，如本文中所提及之一特徵可包括一度量目標中之一單元或子單元。
擷取其影像之特徵及自其導出參考數量之特徵可類似，例如不同裝置或目標或目標單元中之對應特徵。相反，例如在特徵係一目標之部分之情況下，參考影像可自經設計以展現影像參數之相同數量之目標之一不同單元或子單元導出，如本文將進一步描述。
可以各種方式獲得參考數量。例如，其可為一校準資料集之部分或可自一校準資料集導出。校準資料集可簡單地包含參考數量，另外或替代地，其可包含可自其導出參考數量之參考影像。若待例如針對參考影像之一部分而非整個參考影像「即時」判定參考數量，此可能係有用的。
可以各種方式產生參考影像。例如，在一製程(諸如半導體晶圓製造)之情況下，其中可在相同層中產生若干相同特徵(例如，一積體電路或其區域)，參考影像可為相同特徵在相同物件之另一部分處之一影像。因此，根據本發明之一些實施例，可在檢測下針對各物件或甚至各特徵產生一或多個新參考影像。
將明白，根據本發明之一些實施例之OVL或其他誤差之量測可能並非一絕對量測。可產生參考影像，目的係比所研究物件或所成像特徵更不易受誤差影響。所得量測可為自比較導出之一差值。因此，根據 本發明之一些實施例，可在選擇作為一參考影像之前比較一影像與其他影像，例如以判定其是否代表彼特徵或其是否包含一像差，諸如一OVL誤差。
產生根據本發明之實施例之一參考影像之其他方式可包含但不限於：藉由對在相同製造階段，即在相同物件上或在多個物件內求平均值之相同特徵之多個影像求平均值來產生一參考影像；及藉由該製程之電腦模型化來產生一參考影像。
若干影像參數之任一者可經量測以導出一數量且本發明之實施例不限於影像參數係GL。根據本發明之一些實施例，可使用可出於OVL量測之目的而在一影像中量化之其他影像參數來代替GL。例如，影像參數可為可自一影像導出之任何強度值。可出於本發明之一些實施例之目的而量化之其他影像參數包含但不限於與強度相關之參數，諸如強度梯度或對比度。可作為例如在一像素群集內之一群組分析例如以判定一均值或其他統計之影像參數可用作根據本發明之一些實施例之一影像參數。
本發明之一些實施例提供一種半導體晶圓檢測系統，其包括用來擷取該晶圓之特徵之影像之一感測器及包括一或多個處理器之一運算系統，該一或多個處理器經組態以實施本文中所描述之方法之任一者之步驟。
本發明之一些實施例提供一種本文進一步描述之包含一度量目標之半導體晶圓，該度量目標可用於例如待根據根據本發明之其他實施例之方法檢測之裝置圖案之選擇。
本發明之一些實施例提供一種選擇待由一裝置檢測工具檢 測以用於OVL量測之裝置圖案之方法。
101:目標ADI
102:AEI
103:ADI
104:裝置AEI
200:裝置
200a:區域
200b:區域
210:灰階(GL)差異影像
300:裝置
300a:區域
300b:區域
300c:區域
310:GL差異影像
315:像素
316:像素
500:檢測系統
502:照明源
503:光學件
504:偵測器總成
505:物鏡
506:感測器
508:樣品
512:載台
514:運算系統
516:載體媒體
518:程式指令
601:操作
603:操作
605:操作
607:操作
609:操作
611:操作
700:度量目標
701:行
702:行
703:行
704:行
705:行
706:行
707:行
708:行
720:特徵
721:特徵
1101:操作
1103:操作
1105:操作
1107:操作
1109:操作
1201:操作
1203:操作
1205:操作
1207:操作
1208:操作
1209:操作
1210:操作
1211:操作
1213:操作
1214:操作
1215:操作
1216:操作
1217:操作
1218:操作
1219:操作
1220:操作
1221:操作
1222:操作
1301:操作
1303:操作
1305:操作
1307:操作
1309:操作
1311:操作
1313:操作
1315:操作
1317:操作
1319:操作
1321:操作
1323:操作
1400:晶圓
1401:晶粒列
1402:切割道
1403:目標
1404:目標
1406:目標
1407:目標
7022:線
7072:線
為了更好地理解本發明且為了展示可如何實施本發明，純粹藉由實例參考隨附圖式，其中相同元件符號表示對應元件或區段。在隨附圖式中：圖1示意地展示根據本發明之一些實施例之目標及裝置ADI與AEI之間的關係；圖2A及圖2B展示根據本發明之一些實施例之裝置及影像參數差異之實例；圖3A及圖3B展示根據本發明之一些實施例之在校正固有NZO之前及之後的信號對比OVL校準圖表；圖4A、圖4B及圖4C展示三個圖表，其等分別繪示根據本發明之一些實施例獲得之GL差異或強度與OVL、CD及邊緣至邊緣「E2E」之間的相關性；圖5係根據本發明之一些實施例之一裝置檢測系統之一示意繪示；圖6係繪示根據本發明之一些實施例之一方法之一流程圖；圖7係根據本發明之一些實施例之可用於系統及程序之一度量目標之一示意圖；圖8A展示圖7中所展示之度量目標之一灰度影像；圖8B及圖8C係繪示根據本發明之一些實施例之像素大小與線/間隔大小之間的關係之圖； 圖9係根據本發明之一些實施例之對應於圖7之一度量目標之一示意圖，其中該目標經受OVL；圖10係包含圖7至圖9中所展示之種類之多個目標之一度量目標之一示意圖；圖11係展示根據本發明之一些實施例之將GL校準為OVL之一方法之一流程圖；圖12係根據本發明之一些實施例之一製程之一流程圖；圖13係根據本發明之一些實施例之判定由裝置檢測工具使用之一裝置檢測配方之一方法之一流程圖；及圖14A及圖14B係展示根據本發明之一些實施例之度量目標之置放之示意圖。
本申請案主張2017年11月29日申請之美國臨時專利申請案第62/592,329號及2018年2月6日申請之美國臨時專利申請案第62/626,850號之權益，該等案之全文以引用方式併入本文中。
現詳細地特定參考圖式，應強調，所展示細節係出於實例之目的且僅僅用於論述本發明之較佳實施例，且經呈現以便提供據信係對本發明之原理及概念態樣之最有用且容易理解之描述之內容。就此而言，並未試圖比本發明之一基礎理解所必需之描述更詳細地展示本發明之結構細節。結合圖式進行之描述使熟習此項技術者明白可如何在實踐中體現本發明之若干形式。
在詳細解釋本發明之實施例之前，應理解，本發明並非使其應用限於下文描述中所闡述或圖式中所繪示之組件之構造及配置之細 節。本發明適用於其他實施例且可以各種方式實踐或實行。再者，應理解，本文中所採用之片語及術語係出於描述之目的且不應被視為限制性。
在下文中，除非另有說明，否則：「目標」指代出於度量之目的而提供之一專用目標，此一目標在一成品製造物件中可不具有任何目的且可僅在製程期間使用；如關於本發明之實施例所描述之一「晶圓」可由可在一分層製程中製造之任何其他物件替換；「裝置」指代作為晶圓製程之部分製造之一裝置(無論是完整形成還是部分形成，諸如一積體電路「IC」，其中數十億個IC可形成於單個晶圓中)，或一IC內之一裝置，諸如但不限於一二極體、電晶體、電容器或電阻器；「OVL」指代一層之失準且亦被稱為「偏移」或「OVL誤差」，其可量測為與一參考值之一差異或量測為一絕對數量；如本文中所使用之術語「NZO」可指代任何系統偏移(例如隨著一製程之每次重複而發生之一偏移)，使得一校正將影響一程序之未來重複。NZO可能隨時間推移而漂移且不一定係恆定的；OVL被描述為可根據本發明之實施例量測之誤差之種類之一項實例，但熟習此項技術者將能夠使用類似方法來量測其他誤差，諸如CD或E2E置放誤差。
圖1示意地展示目標及裝置ADI與AEI OVL量測之間的關係。在ADI時一目標上量測之OVL(在圖1中被指示為「目標ADI」101)可不同於在AEI 102時一目標上量測之OVL，此兩個OVL可使用一度量工具來量測。裝置檢測(ADI 103或AEI 104)可揭露進一步OVL。裝置檢測可 由一檢測工具執行。檢測工具及度量工具之不同之處可在於：可針對影像解析度最佳化一度量工具，可針對信號偵測最佳化一檢測工具。因此，例如一檢測工具可自信號分析揭露正被檢測之一裝置中之缺陷，該等缺陷可能在藉由該裝置形成之任何影像中不可見。此外，一檢測工具可具有高於一度量工具之解析度成像能力。可在101、102、103與104之任一者之間定義一NZO。NZO在此項技術中通常被定義為在目標ADI 101與裝置AEI 104之間。
如本文中別處所述，一旦已識別系統誤差，便可努力校正系統誤差。NZO可為裝置特定的，例如不同裝置可由於其獨特結構及環境而具有不同OVL。諸多參數可能貢獻於NZO，諸如但不限於由歸因於掃描儀像差所致之節距相依圖案移位、目標及裝置之蝕刻偏置、晶粒中及切割道上之不同程序環境等致使之圖案置放誤差(PPE)。
根據本發明之一些實施例之方法可包含擷取一所製造物件中之一特徵之一影像。該影像可為一低解析度影像且無需詳細展示該特徵本身。該特徵可為一半導體晶圓中之一度量目標或一裝置，或一目標或裝置之一部分。作為背景，一SEM可能能夠解析特徵低至個位nm，而一光學檢測工具之解析度可能約為200nm且一度量工具之解析度可能在μm之數量級。在該特徵係一裝置或一裝置之部分之情況下，此可為先前已被識別為易受OVL(例如由於機器學習)影響之特徵。參考圖2描述一些此等敏感特徵之實例。
圖2A在左側展示一特徵之一實例，即，一所製造半導體晶圓中之一裝置。該裝置表現為兩個區域200a、200b。圖2A中所展示之網格展示可擷取之該裝置之一影像之像素大小。出於此解釋之目的，假定在 裝置200中不存在OVL誤差。在圖2A中可見該裝置之部分小於像素大小。
圖2B在左側展示類似於圖2A之裝置200、已製造為具有一OVL誤差之一裝置300之一實例。裝置300包含類似於區域200a及200b之兩個區域300a及300b，但在此情況下橋接該等區域之間的一間隙，如由300c所指示。此橋接可能由一OVL誤差致使。圖2B中亦展示區域200b之輪廓以展示與圖2A相比整個區域已移位。一所製造半導體晶圓裝置中之橋接及其他缺陷可能僅在一高解析度成像器(諸如一「SEM」)中係可見的。根據本發明之一些實施例之方法及系統可使能夠偵測且亦可能量化此等誤差，而無需此高解析度成像。
根據本發明之一些實施例之一方法可包含自一所製造物件之一所擷取影像(諸如裝置300之一所擷取影像)導出一影像參數(諸如GL)之一數量。可參考在該預定製造階段自一特徵之一參考影像導出之該影像參數之一數量將該數量轉換成一OVL量測。參考影像可具有已知OVL或可假定參考影像具有一特定數量之一OVL誤差。例如，可藉由對相同晶圓之其他部分中或多個晶圓上之相同特徵之影像求平均值來產生參考影像。因而，可假定參考影像具有零或一特定數量之OVL誤差。
可比較一所擷取影像中之所導出數量(諸如GL)與自一物件之一影像(其中假定不存在OVL或存在一假定OVL量)(諸如裝置200之一所擷取影像)導出之數量，以判定可轉換成一OVL量測之一差異。可自一差異影像判定該差異。圖2A及圖2B中展示差異影像之兩項實例。
圖2A在右側展示藉由比較裝置200之一影像與假定不具有OVL誤差之一裝置之一影像來判定之一GL差異影像210。在此，黑色表示無差異。由於裝置200中不存在OVL誤差，因此差異影像係完全黑色的。
圖2B在右側展示藉由比較裝置300之一影像與裝置200之一影像來判定之一GL差異影像310。在此，GL差異出現於對應於區域300c之像素315及其中區域300b之移位最明顯之像素316中。可將影像或影像擷取之間的GL差異之一度量轉換成一OVL量測。
可以各種方式判定兩個影像之間的GL差異之一量度，且本發明之實施例可使用影像處理技術中已知之任何合適方法(包含但不限於任何統計方法，諸如均值、平均值或中值)及用於判定影像對比度之任何已知技術。根據本發明之一些實施例，可自影像中之一或多個像素群集而非一影像擷取裝置中之一完整像素陣列判定一GL差異。
自圖2A及圖2B中所展示之網格將明白，裝置之精確細節在影像中不可見。因此，本發明之實施例可使用一檢測工具中之一影像擷取裝置之子解析度性質來校準及/或校正OVL(諸如裝置特定NZO)且降低對一SEM監測及/或校準NZO之要求。
將一影像參數轉換成OVL可以各種方式達成且不限於如參考圖2A及圖2B所描述之影像比較。根據本發明之一些實施例，可為轉換提供校準資料，諸如一校準矩陣或查找表。校準資料可描述影像參數之數量與OVL之間的一關係。使用此資料，可能不必要比較各所量測信號與一對應「無OVL」或「假定OVL」信號以獲得一OVL量測，諸如一差值。一合適資料集可使所量測信號直接與一OVL量測相關。本發明之一些實施例可包括產生校準資料。根據本發明之一些實施例，例如在一新特徵之情況下，根據本發明之一方法可能需要影像比較以便判定OVL。在其他情況下，例如使用如本文中進一步論述之校準資料或機器學習，可能無需影像比較。
用於將表示一影像參數(諸如GL)之一所量測信號轉換成OVL之一校準矩陣或資料集可藉由故意引入可變數量之OVL以判定OVL與該影像參數之間的一關係來產生。此所引入OVL在本文中被稱為「有意OVL」，在此項技術中亦被稱為「偏移」。取決於如何量測OVL，校準矩陣本身可能遭受OVL，使得其並非最佳。例如可透過使用一SEM來識別此「校準」OVL。若係如此，則可藉由使資料移位，使得信號在其中有意OVL為零之情況下處於一最小值來「清理」一校準矩陣。換言之，一校準矩陣可經最佳化以導致一對稱信號對比有意OVL。此在圖3A及圖3B中繪示。
圖3A展示有意OVL與一所量測信號之間的一可能關係，諸如GL差異之量值(其可為正或負)，其中最小信號處於OVL之一正值。圖3B展示相同關係，其中信號值係沿OVL軸「清理」或移位，使得最小信號對應於零OVL。若校準信號不對稱但已知，亦可如此做。例如，此可能歸因於其他因素(諸如一全域CD變化或全域膜厚度變化)，所有OVL量測值傾斜達相同量。若機制係已知的，則可使用其來校準圖表。例如，當實際上不存在全域OVL問題時，一全域CD變化可能已致使OVL回應曲線向右移動。若CD正影響OVL回應之數量係已知的，則其可藉由將所有OVL量測值移位達一特定數量來校正，使得OVL信號之最小值再次與0-OVL對應。
根據本發明之一些實施例，機器學習可用於以熟習機器學習技術者已知之任何方式將影像參數數量轉換成OVL。例如，可基於經驗更新或改良用於將一數量轉換成OVL之一資料集。回應於所量測OVL而試圖校正OVL之成功或失敗可通知一機器學習程序，且因此可自一更準確 源(諸如CD-SEM資訊)量測OVL。此一基於SEM之ML可概括為包含OVL及CD兩者。然而，將明白，根據本發明之一些實施方案之方法可消除或至少減少將SEM用於NZO監測之使用之需要。此外，透過使用本文中別處所描述、經設計用於本發明之一些實施方案之目標，亦可減少或消除對SEM執行校準及NZO校正之需要。
可在一製程之各種階段執行根據本發明之一些實施例之OVL量測，包含但不限於結合圖1所述之一些或所有階段。可在各量測階段使用不同校準資料。在不同階段量測之OVL可能歸因於不同因素。例如，在ADI時量測之OVL可能歸因於PPE，接著可校正OVL。在AEI時量測之OVL可使能夠量測歸因於蝕刻偏置所致之OVL，接著可校正OVL。
根據本發明之一些實施例之OVL量測，基於一裝置而非一度量目標之影像擷取，可揭露使用當前已知之專用度量目標偵測不到或不正確地量測之OVL。本發明之一些實施例可使能夠編譯關於自一目標量測之OVL對比藉由裝置檢測量測之OVL之資料。例如，可編譯關於在ADI時量測之目標對比裝置OVL及/或在AEI時量測之目標對比裝置OVL之資料。此等之任一者可使能夠在一微影/後續處理步驟期間提供程序控制旗標以警告一預期NZO問題。更一般而言，AEI中之裝置特定結構之OVL量測可用作一程序問題之一警報。
圖4A、圖4B及圖4C展示三個圖表，其等分別繪示GL差異或強度與OVL、CD與作為CD及OVL之一組合之E2E之間的相關性。自圖表可見，GL差異係OVL之一良好指標。
根據本發明之一些實施例之方法可使用一檢測工具或檢測系統來執行且可來消除對使用當前可用之度量目標之度量之需要以及減少 對使用一掃描電子顯微鏡「SEM」進行量測之需要(其在時間及設備方面係相對昂貴的)。
根據本發明之一些實施例，可在檢測一晶圓之其他缺陷之同時使用一檢測工具量測OVL。
可使用此項技術中已知之一種類之一檢測系統(通常亦被稱為「工具」)執行根據本發明之一些實施例之方法。度量工具及檢測工具兩者通常可被稱為「成像工具」。一種此類系統在圖5中展示且在標題為「Dual-Column-Parallel CCD Sensor and Inspection Systems Using Sensor」之國際專利申請案WO2017176915中進一步詳細描述。圖5之系統係可用來執行根據本發明之一些方法之諸多種類之系統或工具之實例。可使用有能力形成一GL影像且執行影像比較以判定GL差異之任何工具執行本發明之一些實施例。其他實施例可使用校準資料，使得影像比較並非必需。根據本發明之一些實施例之系統可形成可自其導出一不同影像參數數量之其他種類之影像。
圖5示意地繪示經組態以檢測一樣品508(諸如一晶圓、主光罩或光罩)之一實例性檢測工具。圖5中所繪示之工具可為可購自KLA-Tencor公司之一寬頻帶電漿(BBP)缺陷檢測系統之部分。此一工具通常不用於量測OVL。在圖5之工具中，樣品508置放於一載台512上以促進移動至光學件503下方之樣品508之不同區域。載台512可包括一X-Y載台或一R-θ載台。在一些實施例中，載台512可在檢測期間調整樣品508之高度以維持聚焦。在其他實施例中，一物鏡505可經調整以維持聚焦。
一照明源502可包括一或多個雷射及/或一寬頻帶光源。照明源502可發射深紫外DUV及/或真空紫外「VUV」輻射。本發明之實施 例不在用來擷取一影像之輻射的種類之方面受限。包含一物鏡505之光學件503將來自照明源502之輻射導向樣品508且使其聚焦於樣品508上。光學件503亦可包括鏡子、透鏡、偏光器及/或分束器(為簡單起見未展示)。自樣品508反射或散射之光係由光學件503收集、引導且聚焦至一感測器506上，該感測器506在一偵測器總成504內。
偵測器總成504包含用於擷取樣品上之一特徵之一影像之一或多個感測器。感測器可包括一像素化影像擷取陣列。在一項實施例中，將感測器506之輸出提供至一運算系統514，該運算系統514分析輸出。運算系統514可由程式指令518組態以實施根據本發明之一些實施例之一方法。程式指令可儲存於一載體媒體516上。在一項實施例中，運算系統514可根據本文中所揭示之方法之任一者控制檢測系統500及感測器506以檢測樣品508上之一結構且讀出感測器506。載體媒體516可儲存校準資料以用於將一影像參數之一所導出數量轉換成一OVL值。
在一項實施例中，照明源502可為一連續輻射源，諸如一弧光燈、一雷射幫浦電漿光源或一連續波「CW」雷射。在另一實施例中，照明源502可為一脈衝源，諸如一鎖模雷射、一Q開關雷射或由一Q開關雷射幫浦之一電漿光源。在併入一Q開關雷射之檢測系統之一項實施例中，偵測器總成504內之感測器或若干感測器與雷射脈衝同步。
檢測系統之一項實施例照明樣品508上之一線，且將所散射及/或所反射光收集於一或多個暗場及/或明場收集通道中。在此實施例中，偵測器總成504可包含一線感測器或一電子轟擊線感測器。檢測系統之另一實施例照明樣品508上之一區域，且將所散射及/或所反射光收集於一或多個暗場及/或明場收集通道中。在此實施例中，偵測器總成504可包 含一陣列感測器或一電子轟擊陣列感測器。
圖5中所展示之系統之組件可提供為一獨立設備件且因此亦被稱為檢測工具。然而，將明白，此並非關鍵，例如運算系統及載體媒體可與光學組件及其他組件分離，甚至在一遠端位置中，因此本文中使用更通用術語「系統」。
在標題為「Wafer inspection system」之美國專利第9,279,774號、標題為「Split field inspection system using small catadioptric objectives」之美國專利第7,957,066號、標題為「Beam delivery system for laser dark-field illumination in a catadioptric optical system」之美國專利第7,345,825號、標題為「Ultra-broadband UV microscope imaging system with wide range zoom capability」之美國專利第5,999,310號、標題為「Surface inspection system using laser line illumination with two dimensional imaging」之美國專利第7,515,649號中描述適於執行根據本發明之一些實施例之方法之其他檢測系統。
現將參考圖6描述根據本發明之一些實施例之量測OVL之一方法。該方法可在一製程中之一特定階段進行，例如在蝕刻之後或在光阻劑顯影之後。因此，圖6之方法開始於操作601，在一半導體晶圓上執行光阻劑顯影或蝕刻。本發明之實施例可不限於晶圓製造且可開始於除操作601之外的操作。
在操作603，在光阻劑顯影或蝕刻之後，例如使用一感測器(諸如感測器506)擷取晶圓上之一特徵之一影像，其中該影像展示一影像參數之變動，在此實施例中為GL。在微影或光阻劑顯影之後的已知製程中，通常擷取目標之影像，而在蝕刻之後可擷取裝置之影像，此時可能 已蝕除微影目標。本發明之實施例無需經受此等限制。在圖6中，假定在步驟603中擷取其之一影像之特徵係一裝置。然而，圖6之操作603至611可同樣適用於一度量目標，一已知種類或如本文中進一步描述之一新穎度量目標之任一者。接著可在操作605自影像導出一GL數量或其他影像參數數量。可使用此項技術中已知之任何種類之一影像分析程序在運算系統514中執行GL導出。接著可將所導出數量轉換成OVL。如圖6中所展示，此可藉由在操作607查詢校準資料來達成。例如，校準資料可以參考圖11所描述之一方法導出。例如，在操作609，運算系統514中之一處理器可將一查詢發送至載體媒體516處之一資料儲存區以接收或獲得一OVL值。可例如經由運算系統514處之一使用者介面輸出該值。
在一些實施例中，可使用一當前可用之檢測系統，透過例如運算系統514中之一處理器中實施之不同軟體啟用一已知系統以根據本發明操作。因此，本發明之一些實施例提供包括指令之一暫時性或非暫時性電腦可讀媒體，該等指令當在一半導體度量系統之一處理器中實施時致使該系統根據本文中所描述之方法之任一者操作。
根據本發明之一些實施例，一專用度量目標可用於自一所偵測影像參數量測OVL。此將參考圖7至圖11進一步描述。
圖7係可用於根據本發明之一些實施例之系統及程序以在一個維度上量測OVL之一度量目標700之一示意圖。因此，本發明之一些實施例提供如本文中進一步描述之包含一度量目標之一半導體。如此項技術中已知，一度量目標可包括至少兩個單元，一個單元用於在一個維度上量測OVL且一個單元用於在一垂直維度上量測OVL。一典型度量目標可包括針對兩個正交維度之各者之兩個或更多個單元。因此，如圖7中所展 示之一度量目標可包括一較大目標之一個單元。圖10中展示一較大目標之一實例，包括圖7中所展示之種類之四個目標或單元，其等配置成兩個單元正交於兩個其他單元。
如圖7中所展示之目標700可形成於一所製造物件之兩個層中，但將明白，該目標之操作原理可擴展至更大數目個層。圖7中之實線及陰影區域表示晶圓之不同層中之目標線或區域。該目標可經設計用於ADI且因此如圖7所展示之上層可為隨後將蝕刻之一光阻劑層，從而可能移除光阻劑層中之該目標。此重要性在於，如此項技術中已知，可在此階段執行目標或裝置的形成之調整。在蝕刻之後，若並非不可能，則調整之可能性係有限的。該目標包括一組間隔線，一些線垂直於其他線。出於繪示可用於根據本發明之一些實施例之一系統之一影像擷取裝置之一可能像素大小之目的，在一正方形網格上展示該目標。該目標可小於已知度量目標且其大小(例如面積或尺寸)可具有相同於一裝置(例如，一半導體晶圓中之一裝置)之大小之數量級。根據本發明之一些實施例，線寬度或線之間的間隔寬度可在10nm至50nm之間。
相同層中之目標700之所有線可展現相同GL。目標700被展示為包括八個垂直行701至708。行可具有任何大致矩形之形狀或定向且其等為柱狀並非關鍵。在目標700係一較大目標之一個單元之情況下，行可被視為目標之子單元。如所繪示，兩個行701及708包括平行線且剩餘行702至707包括垂直於行701及708之線之平行線。為了方便起見，此等在下文中被稱為水平及垂直，但將明白定向並不重要。更一般而言，一目標可包含包括沿一個方向之平行線之至少一個行或子單元(諸如701、708)及包括沿垂直方向之行之兩個或更多個行或子單元(諸如702至707)。 各行可包含形成於物件之至少兩個層中之線。為了清楚起見，圖7中展示小數目個線及行，但將明白，在實踐中一目標可包括更大數目個線及行。
行701及708在線數目及間隔方面係相同的。行702至707之至少一者可經設計以至少在該行之區域之部分內展現與包括垂直線之行701、708之一者相同之一影像參數(在此實例中為GL)之數量，例如藉由在該行或行區域內均勻地應用相同總線-間隔比，如藉由比較行701與702所展示，其中線間隔在一個層與另一層之間係週期性的且係同相的。在圖7之實例中，線-間隔區域比係50%。為了便於理解，線被展示與像素對準，但將明白，即使不存在此對準，一適當大像素群集內之平均GL在行701及702中將係相同的。
行702至707在各層中具有相同數目個線，但不同行中之至少一些線相對於彼此偏移達一預定數量。換言之，如與沿垂直於線方向之一方向之另一類似行中之對應線相比，一個行中之至少一些線之位置移位。因此例如，若將行703與行702比較，則在交替線中可注意到一輕微垂直移位。如所展示，經移位線來自相同層且另一層中之線在相鄰行中係對準的。然而，此並非關鍵。行702至707之各者具有相對於另一行中之對應線移位之至少一些線。在圖7之實例中，自左至右之各下一行之相同線移位達相同量，使得藉由比較最左行707之線7072與最右行702之線7022，移位係最明顯的，其中移位等於例如像素深度之一半。此等故意偏移等效於一個行與其鄰近行之間的一預定(例如1nm)OVL。可使用一SEM校準或驗證偏移。一般而言，隨著裝置及目標大小繼續減小，偏移可高達10nm，例如1nm至10nm或甚至小於1nm。
根據本發明之一些實施例，一目標可包含可解析特徵以及 過小而無法由一檢測工具解析之特徵，諸如線。此等特徵可形成於各層中。圖7展示呈正方形之形式之可解析特徵，在此實例中被指示為100nm寬，在既有層中指示一個特徵720且在當前層中指示一個特徵721。可為各行提供一個可解析目標，例如與一各自行對準。
圖8A繪示目標700之一灰度影像。在圖7上用括號指示目標700之對應部分。在此可見，含有線7022之像素列之GL自行702中之一高位準變為行707中之50%以下。再者，線7022被限定為一個像素列，而線7072係由兩個像素列擷取。因此，儘管無法解析線7072，但自GL變化可明白其已移位之事實。根據本發明之一些實施例，影像擷取裝置之解析度或影像像素大小可高達一目標線或間隔之寬度之5倍，或在一總體週期性線/間隔配置之情況下，像素大小可高達節距之2倍，或係線寬度及間隔寬度之和之2倍。圖展示其中像素大小等於節距之配置，因此若線/間隔各=20nm，則像素大小為40nm，或若線/間隔為18/22，則像素大小仍為40nm。更一般而言，所擷取影像中之像素大小可為節距之一整數倍。
圖8B及圖8C解釋像素大小與線/間隔大小之間的關係。圖8B展示一目標之一影像，其中像素大小等於一目標中之一線之寬度且線寬度及間隔寬度相等。在圖8C中，交替線朝向一相鄰線移位，諸如若交替線在不同層中可能發生的情況。換言之，在圖8B中，一線或一間隔之寬度被定義為半節距。
一合適像素大小恰好係1個節距或2個半節距寬度，因為無論像素碰巧歸因於對準不一致性而相對於線「著陸(land)」，線及間隔之平均數量最終將係相同的。更一般而言，像素大小可為圖案節距或一週期性圖案之週期之一整數倍。
若像素大小>1.5個節距或3個半節距，則GL中之回應可能中斷，因為無論當前位準圖案移動多少，亮區域及暗區域之數量保持相同且因此無法偵測GL差異。此分別由圖8B及圖8C中之正方形A及B繪示。替代地，行為可能變得更難以解釋，因為一參考行可能具有如指示之亮像素對比暗像素之大變動，其中在圖8B中正方形C比正方形A更亮且圖8C中之正方形D比圖8C中之正方形C更亮。
若像素過小，則解釋亦變得困難，因為回應於一圖案或裝置移位，像素GL位準可能不存在變化。
在其中存在OVL移位之情況下，若一像素大小恰好為1個節距，則一個像素將具有最大變暗，而一相鄰像素將具有最大變亮。
例如如參考圖7至圖9所描述之根據本發明之一些實施例之度量目標可類似於已知度量目標列印於切割道區域中。然而，其等可列印於一半導體晶圓上之一晶粒區域內，因為其等小於當前使用之目標。圖14A及圖14B繪示根據本發明之一些實施例之一晶圓上之目標之可能位置。圖14A展示包含由切割道(一個被指示為1402)分離之晶粒列(一個被指示為1401)之一晶圓1400。該晶圓包含切割道區域中之目標，兩個目標被指示為1403及1404。此等目標可具有相當於晶粒1401內之個別裝置之一大小且可為圖7至圖10中所展示之種類。圖14B展示根據本發明之一些實施例之目標相對於單個晶粒之一可能配置。此等目標包含切割道區域中之目標1403、亦在切割道區域中之較大目標1406(例如如此項技術中已知)及晶粒內(例如內插於裝置(未展示)之間的位置處)之目標1407。目標1406可由檢測工具解析，而目標1403及1407則不可。
圖9係對應於圖7之一度量目標之一示意圖，其中該目標經 受OVL。假定OVL如所展示般沿垂直線之方向。在此可見，與圖7中之對應線相比，層之一者中之行702至707中之線皆向上移位達相同量。行701及708中之OVL僅自相對於彼此偏移之垂直線之端顯而易見。因此，除線之端處之像素之外，行701及708中展現之GL不受OVL影響。
目標700可用來將GL差異校準為OVL以用於在根據本發明之一些實施例之一製程期間判定OVL。行之間的故意偏移將存在且將本身顯現為一GL差異，而不管可能存在之任何無意OVL。原理上，可藉由故意在一製造物件中使一裝置相對於另一裝置偏移來達成相同效應。
僅針對一個維度參考圖11繪示使用如本文中所描述之一目標之校準之一適合方法。可重複該方法以判定沿一正交方向之OVL。該方法可包括故意在一預定製造階段致使一物件中之一特徵中相對於另一類似特徵之一預定數量之OVL，由參考圖9所描述之相鄰之行相對於彼此之OVL所例示。圖11之流程圖假定已發生此偏移。
可在一個「掃描帶」或掃描中擷取整個目標區域之一影像，且可將所有像素資訊保存至記憶體，如由操作1101所指示。可藉由一合適演算法分析像素資訊以準確地判定影像中之目標行之位置，類似於用來識別當前度量目標之單元之彼等演算法。接著可將影像分成單獨行701至708或單元或子單元，如在操作1103所指示。在本發明之其他實施例中，可單獨擷取故意相對於彼此偏移之特徵之影像。
在操作1105，可藉由比較相對於彼此偏移之兩個特徵(諸如如上文所描述之目標700中之兩個相鄰行)之影像來導出對應於偏移之一影像參數之一數量。此可用於編譯校準資料以將影像參數量(諸如GL差異)轉換為OVL。考量例如其等間存在+1nm之一有意OVL之行702及 703。可針對行702及703之各者判定一GL，且可將GL之間的差異儲存於一校準資料集中作為對應於行之間的偏移之GL差異，例如，+1nm OVL。如結合圖2A及圖2B所述，行之間的GL差異可以各種方式判定，包含但不限於判定對應像素之間的GL差異且接著判定所有像素之一平均值。可針對各對相鄰行重複GL差異判定以判定對應於有意或已知OVL之一平均GL差異。可假定GL差異與OVL之間的關係為線性的。因此，具有已知OVL之特徵之間的GL差異可用來判定一個類似特徵與另一類似特徵之間的未知相對OVL。
例如在一製程之不同階段判定相對OVL可用於減少NZO，如參考圖1所描述。然而，本發明之一些實施例可用來判定OVL之一絕對值。此可透過例如使用對沿正被量測之方向之OVL不敏感之一特徵來達成。在圖7至圖9之目標之特定情況下，此可為經設計以展現相同於對OVL敏感之另一特徵之GL之一特徵，例如子單元或行。因此，圖11中之可選操作1107包括自一不同特徵(諸如，在目標700中，不易受GL沿量測方向自OVL之一變化影響之特徵)導出一參考數量，且亦可在無OVL之條件下展現相同GL。
沿其等縱向方向很大程度上免疫於OVL之目標700之行701及708可用來判定一參考GL，接著可從自其他行獲得之GL量測減去該參考GL例如以減少雜訊。因此，行701及708可被稱為參考行。例如，一GL可自參考行之部分之對應區域(例如排除行端)獲得，且除以參考行之數目以獲得一參考GL(GL ref )。在判定行間差值之前，可自針對各行判定之GL減去該參考GL(GL ref )。
自前文中所描述之行間相減知道GL差異與OVL之間的相 關性，接著可自一參考行(例如行701或708)與經設計以在無有意OVL之條件下展現相同GL之一不同行(例如行702)之間的GL差異判定OVL之一絕對值，如由操作1109所指示。
圖12係展示如何將前文中所描述之方法及系統併入至一製程中之一流程圖。圖12之方法可在一檢測系統中實行。在本發明之一些但非所有實施例中，可在一OVL工具已用來在一晶圓之製造期間監測OVL之後例如使用已知度量目標執行圖12之操作。可在如本文中別處所描述之製造期間之各種階段執行圖12之方法。特定而言，可在一製程之不同階段執行形成圖12之方法之部分之不同操作。該方法可開始於在操作1201，設定一檢測配方，定義一待檢測晶圓之感興趣區域之關注區域，如此項技術中已知。此等「關注區域」可為例如自經驗已知易受誤差(例如由於機器學習)影響之區域。其等可為特定裝置或裝置部分，亦被稱為裝置圖案，且因此出於解釋之目的，其等被稱為「裝置」關注區域。應注意，此等關注區域最終可為裝置或晶粒之工作電路之部分。關注區域或裝置圖案可在一晶粒中之諸多位置中重複，因為其等可為用來建構裝置之典型結構。然而，在操作1201定義之配方可包含一晶圓上之任何區域。可排除此項技術中當前使用之種類之度量目標。該方法可繼續進行至操作1203，其中將如此項技術中已知之OVL目標之位置作為額外關注區域添加至檢測配方。此等目標可包含經設計以產生繞射圖案之目標及所謂基於影像之目標。通常，不同照明技術用來自基於繞射之目標及基於影像之目標獲得資訊。兩種種類之目標可置放於一晶圓上之不同位置處，例如指示待切割一成品晶圓之位置之一切割道之區域中。使用一基於繞射之目標量測之OVL有時被稱為藉由實例在圖12中提及之一切割道之區域中之基於 光學影像之OVL目標。該方法接著可繼續進行至操作1205，其中將專門經設計用於例如如本文中所描述之根據本發明之一些實施例之方法之OVL目標之位置添加至檢測配方。此等目標可例如具有類似於彼等裝置之尺寸之尺寸且因此藉由實例在圖12中被稱為裝置大小。此等目標亦可能在晶圓中之各種位置處。由於其等可小於當前使用目標，故其等可定位於「晶粒中」，例如定位於形成於一晶圓上之一積體電路內，且不限定於晶粒之外的區域(諸如切割道)，因此操作1205提及「晶粒中及切割道中」。參考圖14更詳細描述根據本發明之一些實施例之目標之置放。將明白，可組合操作1201、1203及1205之任一者。
藉由檢測工具之掃描的程序接著可開始。在操作1207，可掃描檢測配方中識別之關注區域。
在操作1208，可掃描度量目標，例如OVL目標。如本文中別處所述，此等目標通常不會作為一裝置檢測程序之部分進行檢測。根據本發明之一些實施例，操作1208可能限於掃描已用於OVL量測之種類之OVL目標，例如基於影像之OVL目標。根據本發明之其他實施例，此可包含如本文中所描述般掃描新OVL目標，例如裝置大小OVL目標。將明白，OVL或其他度量目標之掃描可與在操作1207中掃描缺陷或關注區域整合在一起，且無需係一單獨掃描操作。接著可例如藉由形成由運算系統514內之一處理器操作之程式指令518之部分之演算法分析掃描之結果。
在操作1209，可使用一演算法來量測自掃描操作1207獲得之裝置關注區域之影像之疊對，例如一製程中沈積之層中之裝置圖案或圖案之部分。此可例如使用如參考圖6所描述之一方法來達成。如本文中別處所述，該演算法可使用機器學習例如來產生自其計算即時OVL或其他誤 差之參考影像或參考數量。
假定在蝕刻之後執行操作1207，則操作1208之輸出可為如參考圖1所描述之一裝置AEI OVL。替代地，在操作1210，可使用操作1208之輸出來計算一裝置AEI OVL。
在操作1211，可例如以此項技術中已知之一方式(例如使用一演算法)偵測來自所掃描影像之缺陷。此可用於判定製程中之其他錯誤。
在操作1213，可使用根據本發明之一些實施例之方法(例如如參考圖6所描述之一方法)(例如使用一演算法)自掃描已知OVL目標之結果量測OVL。因此，根據本發明之一些實施例，可以此項技術中當前未使用之方式分析已可用之度量目標。
再次假定在蝕刻之後對一目標執行操作1207，則在操作1214，可類似於在操作1210計算裝置AEI來計算如結合圖1所描述之一目標AEI OVL。接著在操作1216，可自操作1210及1214之結果計算目標AEI與裝置AEI之間的一NZO值。
在操作1215，可使用一檢測演算法來偵測有缺陷之繞射OVL目標或如此項技術中已知之其他種類之目標。例如在操作1208，可回饋此資訊以用於設定檢測配方及/或用作一檢測掃描之部分。有缺陷目標可包含在製程中已完全或部分損壞之目標。可部分地基於有缺陷目標之暸解判定一OVL或其他誤差量測之正確性之置信度。
在操作1217，可例如使用如參考圖11所描述之一方法(例如使用一演算法)自經設計以由檢測工具使用之目標(諸如參考圖7至圖9所描述之彼等目標)之掃描量測OVL。再者，假定在蝕刻之後對一新穎或非 標準目標執行操作1209。由於該目標可具有類似於一裝置之一數量級之一大小，因此在操作1218，可計算如結合圖1所描述之一「裝置」AEI OVL。例如如參考圖7所描述，使用由一檢測工具使用之一專用目標判定OVL具有無需事先暸解OVL敏感裝置區域之優點，且此可減少對敏感地區位於何處的機器學習之需要。
再者，在操作1219，可以類似於操作1215之一方式偵測指示一缺陷或誤差之目標。
在操作1220，可自操作1214及1218之結果計算目標AEI與「裝置」AEI之間的一NZO值。
可使用在操作1217計算或量測之OVL值來預測可能發生OVL相關缺陷之位置。預測可用於區域之取樣以供例如SEM進一步檢視。例如，預測可為一機器學習程序之部分。在操作1219及1221，可報告裝置或OVL目標中之缺陷之位置以例如由一SEM進行更詳細檢測。在操作1222，可獲得關於所有所掃描種類之有缺陷目標(諸如因一程序步驟或不當晶圓處置損壞之一目標之部分)之額外資訊。
自前文將明白，本發明之一些實施例可用來識別迄今為止僅可使用SEM檢測識別之種類之OVL誤差。本發明之一些實施例可用來例如透過使用機器學習來隨著使用本發明之經驗增加而逐漸減少對SEM之需求。
使用一裝置檢測工具代替SEM獲得OVL資訊之可能性開創以非常昂貴之方式使用SEM研究OVL之原因之可能性。例如，作為目標偏移的補充或代替，在裝置製造中故意引入OVL亦可用來識別對OVL誤差特別敏感之裝置特徵，識別一物件或裝置上需要特定關注之區域或製程 中特別易出現誤差之階段。應注意，本文中所描述之裝置大小度量目標或圖案幾乎可置放於一半導體晶圓或晶粒上之任何位置。
本發明之實施例不限於參考影像參數判定OVL，且可基於任何裝置檢測工具參數與由SEM藉由使用已知目標量測或以任何其他方式量測之OVL之相關性。本發明之一些實施例提供判定由裝置檢測工具使用之裝置檢測配方之方法。一些此等方法係參考圖13進行描述且可包含根據其等對OVL誤差之敏感度選擇關注區域(例如AEI OVL關注區域)，如由操作1301所指示。
「關注區域」係此項技術中用來表示其中需要特定製造關注之一晶圓圖案中之一區域(例如定義特別易受製造容差影響之一裝置)之一術語。一些此等區域比其他區域對OVL更敏感。圖13中所展示之流程中選擇之區域可為操作1201中之設定檢測配方中包含之裝置關注區域。
操作1301中之選擇可包括數個操作，包含操作1303至1309。操作1303包括將裝置圖案識別為可能對OVL敏感之候選裝置關注區域。
候選裝置圖案之識別可使用圖形資料庫系統「GDS」資料。用於形成一半導體晶圓之層(各包括裝置圖案)之指令可呈一GDS之形式。選擇待在操作1201中檢測之裝置區域之一方法可包括例如使用已知演算法搜尋或分析至少兩個層之GDS資料，以識別對OVL敏感之裝置區域或圖案。圖2中展示此等區域之實例。替代地，可使用其他方法來識別候選裝置圖案。
可導出對各所識別圖案之一OVL回應，如由操作1305所指示。此可包括針對已經受不同位準OVL之裝置圖案判定一裝置檢測參數之 不同值，例如一檢測工具中之灰階或任何其他變數。不同位準OVL可能已故意作為一候選選擇程序之部分進行應用，或可能係無意的且用於學習哪些圖案易受OVL影響之目的。參數之實例包含但不限於強度(GL差異)、極性、多晶粒自適應臨限值「MDAT」-GL、其他能量參數、對比度及雜訊位準。
接著，可使OVL回應與OVL相關，如由操作1307所指示。OVL可以任何方式量測，例如使用SEM、使用已知度量目標或使用本文中所描述之度量目標之任一者。已知度量目標可包含如此項技術中已知之基於切割道影像之OVL目標或基於繞射之OVL目標。如本文中所描述之其他度量目標可包含晶粒外或晶粒內目標，例如如圖7及圖10中所展示。
接著，在操作1309，可基於相關性選擇一些或所有裝置圖案作為裝置關注區域。例如，可根據相關性程度選擇預定數目個或預定分率之圖案，或可僅選擇具有高於一預定臨限值之相關性之彼等圖案。
在已選擇一或多個裝置關注區域之後，可使用其等來判定一OVL量測。OVL量測可以若干方式判定。兩個可能非限制性實例被展示為操作1311及1313。操作1311可包括量測一檢測參數，諸如GL。可基於檢測參數與所量測OVL之間的一先前所判定相關性將參數量測轉換為一OVL量測，例如如本文中別處所描述。替代地，如操作1313所指示，可使用一或多個檢測參數(例如GL)之機器學習，例如將一所量測值擬合於參數隨OVL之變動之一模型來判定OVL量測。可使用一檢測工具(諸如本文中所描述之一寬頻帶電漿工具)執行操作1311及1313之任一者。
在操作1315，接著可將所量測OVL用於NZO計算或校準。根據本發明之一些實施例之NZO計算或校準可以類似於此項技術中已知之 一方式或方法執行，其中使用SEM量測OVL。根據本發明之其他實施例，先前使用SEM執行之一些或所有操作可由一檢測工具執行，從而導致成本降低。NZO校準之一可能流程可包括操作1315至1323。
在操作1317，可編譯例如使用一基於繞射之目標獲得之在ADI時之光學OVL量測之一資料庫。通常，為了判定NZO，可獲得來自數百個點或目標之OVL量測且將OVL量測記錄於該資料庫中。該資料庫可包括原始資料。替代地，可將資料擬合於如此項技術中已知之一模型。該模型可使用各種參數及變數。例如，該模型可用來在一晶圓之一特定區域中、一特定層處及針對諸多其他變數預測一裝置中之OVL。因此，作為原始資料之代替或補充，在操作1317編譯之資料庫亦包括一組項(例如，參數或變數)及係數。
在操作1319，可編譯使用例如如參考操作1311或1313所描述般使用一檢測工具參數獲得之一OVL量測資料庫。正如操作1317，該資料庫可包括原始資料及/或其可包括使用各種參數及變數擬合於一模型之資料。基本模型可為相同於操作1317中使用之一模型之模型，例如，可在兩個模型中使用相同變數(諸如但不限於晶圓、層及其他上之位置)，但係數可不同。該模型可為此項技術中已知之任何種類，包含線性、二階、三階等。例如出於比較目標AEI與裝置AEI之目的，可在AEI時執行操作1317。替代地，例如如本文中進一步解釋，出於比較目標ADI與裝置AEI之目的，可在ADI時執行操作1317。操作1319可使用根據本文中所描述之方法之任一者使用一明場(例如BBP)工具獲得之量測，而迄今為止將使用SEM執行類似於操作1319之操作。
在操作1321，可比較在操作1317及1319編譯之資料庫以便 以此項技術中已知之任何方式分析或判定NZO。此比較在此項技術中已知係用於比較自SEM量測獲得之量測，但不用於比較自工具檢測參數導出之量測。在操作1321之比較可為一模型間比較，例如一ADI模型及一AEI模型，且結果可為例如藉由模型間相減獲得之一模型間(M2M)差異。替代地，若資料庫呈原始資料之形式，則比較可能涉及使用此項技術中已知之點對點相減及最近鄰技術計算例如最近原始ADI OVL量測與最近原始AEI OVL量測間之一原始間「R2R」差異。可自可以此項技術中已知之任何方式判定之此等量測判定NZO。
在操作1323，可監測NZO且若必要可採取校正動作。NZO可能漂移且因此期望以規則間隔判定NZO以檢查其是否在可接受容差極限內。可在操作1323監測M2M或R2R量測來代替監測一NZO量測，因為此等量測之任一者之變動將指示一NZO漂移。
NZO或M2M或R2R之任一者之量測可與例如由一客戶提供給裝置、指定可例如針對一晶圓之不同部分而不同之可接受極限之一校準檔案進行比較或回饋給該校準檔案。若NZO或M2M或R2R在規範內，則將無需採取動作，但若其等在規範外(例如因歸因於製程變動之漂移所致)，可能需要校正動作，諸如製程中之一調整或一目標之可能重複校準。
當前使用之光學OVL目標通常需要以規則間隔校準以判定對應於自一目標獲得之資訊之OVL。在此應注意，參考圖7至圖10所描述之種類之目標可能僅需要校準一次。特定而言，若此等目標形成於裝置內或形成於晶粒區域(諸如圖14B中之目標1403)中，則其等將經受相同於裝置本身之程序變動且因此無需重新校準。形成於一晶粒區域中之目標可更 能代表影響裝置之程序變動且因此更適合作為已發生一程序變動之一早期指示。
如本文中別處所述，本發明之實施例可用來減少或甚至消除使用SEM檢測OVL之需要。當前，使用SEM以規則間隔(例如每隔幾天)檢查光學OVL之量測之漂移。SEM之使用非常昂貴且耗時。根據本發明之一些實施例，可使用一檢測工具代替一SEM檢查使用光學目標獲得之OVL量測漂移。OVL可作為檢查其他缺陷之一程序之部分進行量測且無需單獨設備。可在掃描缺陷之同時代替在一單獨掃描期間獲得用於量測OVL之資料。使用一目標檢測工具來判定OVL可能比使用一SEM更快且成本更低，且此使得可比當前程序中更頻繁地檢查漂移。
上文參考根據本發明之實施例之方法、設備(系統)及電腦程式產品之流程圖繪示及/或部分圖描述本發明之態樣。將理解，可藉由電腦程式指令實施流程圖繪示及/或部分圖之各部分及流程圖繪示及/或部分圖中之部分之組合。可將此等電腦程式指令提供至一通用電腦、專用電腦或其他可程式化資料處理設備之一處理器以產生一機器，使得經由該電腦或其他可程式化資料處理設備之處理器執行之指令產生用於實施流程圖及/或部分圖或其部分中指定之功能/動作之方法。
此等電腦程式指令亦可儲存於一電腦可讀媒體中，該等電腦程式指令可指導一電腦、其他可程式化資料處理設備或其他裝置以一特定方式起作用，使得儲存於該電腦可讀媒體中之指令產生包含實施流程圖及/或部分圖或其部分中指定之功能/動作之指令之一製造物件。
電腦程式指令亦可加載入至一電腦、其他可程式化資料處理設備或其他裝置上以致使一系列操作步驟在該電腦、其他可程式化設備 或其他裝置上執行以產生一電腦實施程序，使得在該電腦或其他可程式化設備上執行之指令提供用於實施流程圖及/或部分圖或其部分中指定之功能/動作之程序。
前述流程圖及圖繪示根據本發明之各項實施例之系統、方法及電腦程式產品之可能實施方案之架構、功能性及操作。就此而言，流程圖或部分圖中之各部分可表示一程式碼模組、程式碼段或程式碼部分，其包括用於實施(若干)指定邏輯功能之一或多個可執行指令。亦應注意，在一些替代實施方案中，該部分中所述之功能可不按圖中所述之順序發生。例如，取決於所涉及功能性，連續展示之兩個部分實際上可實質上同時執行或該等部分有時可按相反順序執行。亦將注意，部分圖及/或流程圖繪示之各部分以及部分圖及/或流程圖繪示中之部分之組合可由基於專用硬體之系統來實施，該等系統執行指定功能或動作或專用硬體及電腦指令之組合。
在上文描述中，一實施例係本發明之一實例或實施方案。「一項實施例」、「一實施例」、「特定實施例」或「一些實施例」之各種出現不一定皆指代相同實施例。儘管可在單個實施例之背景下描述本發明之各種特徵，但該等特徵亦可單獨提供或以任何合適組合提供。相反，儘管為清楚起見本文中可在單獨實施例之背景下描述本發明，但本發明亦可在單個實施例中實施。本發明之特定實施例可包含來自上文所揭示之不同實施例之特徵，且特定實施例可併入來自上文所揭示之其他實施例之元件。在一特定實施例之背景下揭示本發明之元件不應被視為限制其等僅用於該特定實施例中。此外，應理解，可以各種方式實施或實踐本發明，且可在除上文描述中所概述之實施例外之特定實施例中實施本發明。
本發明不限於彼等圖或對應描述。例如，流程無需移動經過各所繪示圖框或狀態，或以完全相同於所繪示及描述之順序移動。除非另外定義，否則本文中所使用之技術術語及科學術語之含義應為本發明所屬領域之一般技術者所常理解的。雖然已關於有限數目項實施例描述本發明，但此等實施例不應被解釋為限制本發明之範疇，而是應作為一些較佳實施例之例證。其他可能變動、修改及應用亦在本發明之範疇內。因此，本發明之範疇不應由迄今已描述之內容限制，而是由隨附發明申請專利範圍及其等合法等效物限制。
601‧‧‧操作
603‧‧‧操作
605‧‧‧操作
607‧‧‧操作
609‧‧‧操作
611‧‧‧操作

Claims (41)

  1. 一種在一半導體製程中進行誤差量測之方法，其包括：在一預定製造階段使用一成像工具擷取(capturing)一物件中之一特徵之一影像從而產生一經擷取影像，其中該影像展示一影像參數之變動；自該影像導出該影像參數之一數量；及參考在該預定製造階段自一特徵之一參考影像導出之該影像參數之一數量，將該數量轉換成一疊對(overlay)誤差量測。
  2. 如請求項1之方法，其中該特徵之大小(size)小於該成像工具之解析度。
  3. 如請求項1或2之方法，其中使用一像素化影像擷取陣列擷取該影像，且藉由比較該所擷取影像與該參考影像中之對應像素來導出該影像參數之該數量。
  4. 如請求項1或2之方法，其中該影像參數係灰階(gray level)。
  5. 如請求項1或2之方法，其進一步包括藉由對在相同製造階段，即在該物件上或在複數個該物件之一相同者上之相同特徵之多個影像求平均值來產生該參考影像。
  6. 如請求項1或2之方法，其中藉由該半導體製程之電腦模型化來產生 該參考影像。
  7. 如請求項1或2之方法，其中該轉換包括自描述該影像參數之該數量與誤差之間的一關係之校準資料獲得一誤差值。
  8. 如請求項7之方法，其進一步包括編譯(compiling)校準資料以藉由以下步驟將該影像參數之該數量轉換為一誤差值：i)在該預定製造階段使一物件中之一特徵相對於另一類似特徵偏移達一預定數量從而產生一偏移特徵；ii)在該預定製造階段擷取該偏移特徵及該另一類似特徵之一或多個影像從而產生一或多個經擷取偏移特徵影像；iii)自該一或多個經擷取偏移特徵影像導出該影像參數之一數量。
  9. 如請求項1或2之方法，其中該特徵係一度量目標之部分。
  10. 如請求項9之方法，其中該參考影像係自該度量目標中之一不同特徵導出。
  11. 如請求項10之方法，其包括在該半導體製程期間形成該度量目標，其中該目標包括經設計以展現該影像參數之相同數量之至少兩個不同特徵，且其中該擷取擷取該兩個不同特徵之一者之一影像且該參考影像係自該至少兩個不同特徵之一不同者導出。
  12. 如請求項11之方法，其中該度量目標包括彼此偏移達一預定數量之該等特徵之至少兩者，且其中該方法包括藉由判定該影像參數在該至少兩個特徵之間之一差異來針對誤差校準該影像參數。
  13. 如請求項9之方法，其中該度量目標包括一線及間隔圖案，且經定大小使得一影像像素大小高達一目標線或間隔之寬度之5倍。
  14. 如請求項9之方法，其中該目標包括一週期性線及間隔圖案，且該目標經定大小使得一影像像素大小高達一線及間隔寬度之和之2倍。
  15. 如請求項9之方法，其中該目標包括一週期性線及間隔圖案，且該目標經定大小使得該所擷取影像中之一影像像素大小係一圖案節距(pattern pitch)之一總和之一整數倍。
  16. 如請求項1或2之方法，其中該特徵係一電子裝置。
  17. 如請求項1或2之方法，其中該半導體製程包含一或多個蝕刻操作，且該方法作為該一或多個蝕刻操作之後之一裝置檢測之部分來執行。
  18. 如請求項1或2之方法，其中該半導體製程包含一或多個光阻劑顯影操作，且該方法作為該一或多個光阻劑顯影操作之後之一裝置檢測之部分來執行。
  19. 一種半導體晶圓檢測系統，其包括用來擷取一晶圓之特徵之影像之一感測器及包含一或多個處理器之一運算系統，該一或多個處理器經組態以：在一預定製造階段擷取一物件中之一特徵之一影像，其中該影像展示一影像參數之變動；自該影像導出該影像參數之一數量；及參考在該預定製造階段自該特徵之一參考影像導出之該影像參數之該數量，將該數量轉換成一疊對誤差量測。
  20. 一種在一半導體製程中量測疊對之方法，其包括：在該預定製造階段使一物件中之一特徵相對於另一類似特徵偏移達一預定數量；在該預定製造階段擷取該偏移特徵及另一類似特徵之一影像；藉由比較該偏移特徵與該另一類似特徵之影像來導出對應於該預定偏移之一影像參數之一數量。
  21. 如請求項20之方法，其包括：自一不同特徵導出一參考數量，該不同特徵不易受該影像參數沿量測方向自疊對之一改變數量之影響且在無疊對條件下展現相同灰階；及使用該參考數量來判定一絕對疊對值。
  22. 一種電腦可讀媒體，其當在一半導體晶圓檢測系統中之一處理器中實施時致使該處理器：在一預定製造階段接收一物件中之一特徵之一影像，其中該影像展 示一影像參數之變動；自該影像導出該影像參數之一數量；及參考在該預定製造階段自一特徵之一參考影像導出之該影像參數之一數量，將該數量轉換成一疊對誤差量測。
  23. 一種包含一度量目標之半導體晶圓，該度量目標包括一組間隔線，其中一些線垂直於其他線，其中該等線平行配置於各自平行矩形中，其中至少一個矩形中之該等線垂直於另一矩形中之該等線，其中該等矩形之至少一者經設計以展現相同於該等矩形之一者之一影像參數之數量，該一者包括該矩形之區域之至少部分內之垂直線，其中在該等矩形內均勻地應用總線-間隔區域比(total line to space area)。
  24. 如請求項23之晶圓，其中該等矩形呈行之形式。
  25. 如請求項23或24之晶圓，其中該影像參數係灰階。
  26. 如請求項23或24之晶圓，其中不同行中之至少一些該等線相對於彼此偏移達一預定數量。
  27. 如請求項26之晶圓，其中該偏移在1nm與10nm之間。
  28. 如請求項26之晶圓，其中自左至右之各下一矩形之相同線移位達相 同量。
  29. 如請求項26之晶圓，其中該偏移係沿垂直於該等線之一方向。
  30. 如請求項26之晶圓，其中該等偏移線在該晶圓之相同層中。
  31. 如請求項30之晶圓，其中該等偏移線形成於一光阻劑層中。
  32. 如請求項30之晶圓，其中該目標包括一不同層中之一組類似間隔線，其中在不同矩形中之平行線之間不存在偏移。
  33. 如請求項23或24之晶圓，其中該目標列印於切割道區域中。
  34. 如請求項23或24之晶圓，其中該目標列印於一晶粒區域內。
  35. 如請求項23或24之晶圓，其中線寬度或線之間的間隔寬度在10mm至50nm之間。
  36. 一種判定由一檢測工具使用之一裝置檢測配方之方法，其包括：將裝置圖案識別為可能對疊對敏感之候選裝置關注區域，導出對各所識別圖案之一疊對回應，使該疊對回應與所量測疊對相關，基於該相關性選擇一些或所有該等裝置圖案作為裝置關注區域，及 藉由以下步驟使用該等選定裝置圖案之一或多者來判定一半導體晶圓中之疊對：量測一選定裝置圖案之一檢測參數，及基於該檢測參數與該所量測疊對之間的一先前所判定相關性將該參數轉換為疊對。
  37. 如請求項36之方法，其中使用圖形資料庫系統「GDS」資料識別該等裝置圖案。
  38. 如請求項36或37之方法，其中導出一疊對回應包括針對已經受不同位準疊對之裝置圖案判定一裝置檢測參數之不同值。
  39. 如請求項38之方法，其中該裝置檢測參數包括一成像參數。
  40. 如請求項39之方法，其中該裝置檢測參數包括灰階。
  41. 如請求項36或37之方法，其中藉由以下步驟使用該等選定裝置圖案之該一或多者來判定該半導體晶圓中之疊對：將該所量測值擬合於該參數隨疊對之變動之一模型。
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