用于叠对测量的光栅目标结构的暗场成像的制作方法

用于叠对测量的光栅目标结构的暗场成像
1.相关申请案的交叉参考
2.本技术案依据35u.s.c.
§
119(e)主张以下各项的权益：美国临时申请案第62/897,548号，其于2019年9月9日提出申请、标题为darkfield imaging of grating target structures for overlay measurement of bonded wafers、指定andrew hill及amnon manassen为发明人；及美国临时申请案第63/036,760号，其于2020年6月9日提出申请、标题为darkfield imaging of grating target structures for overlay measurement of bonded wafers、指定andrew hill及amnon manassen为发明人，所述两个美国临时申请案以全文引用方式并入本文中。
技术领域
3.本公开一般来说涉及叠对计量，且更特定来说涉及用于叠对计量的周期性目标结构的暗场成像。


背景技术：

4.基于图像的叠对计量系统通常基于计量目标的亮场图像而产生叠对测量。然而，亮场图像通常对成像系统中的像差敏感。因此，叠对测量也对像差敏感。因此，将期望提供一种用于提供对光学像差稳健的叠对计量的系统及方法。


技术实现要素：

5.根据本公开的一或多个说明性实施例，公开了一种计量系统。在一个说明性实施例中，所述系统包含照射子系统以用具有对称离轴照射轮廓的照射来照射计量目标，其中所述对称离轴照射轮廓沿着一或多个测量方向而对称，且其中所述照射子系统以同时方式或顺序方式中的至少一者提供所述对称离轴照射轮廓中来自相对角的照射。在另一说明性实施例中，所述计量目标包含样本的第一层上的第一周期性结构及所述样本的第二层上的第二周期性结构。在另一说明性实施例中，所述系统包含成像子系统以产生使用来自所述对称离轴照射轮廓的每一点的两个非零衍射级来形成的所述计量目标的一或多个图像。在另一说明性实施例中，所述系统包含控制器以：从所述成像子系统接收所述计量目标的所述一或多个图像，所述一或多个图像与用所述对称离轴照射轮廓的所述计量目标的所述照射相关联；且基于所述一或多个图像而确定指示所述第一层与所述第二层之间的对准的叠对误差。
6.根据本公开的一或多个说明性实施例，公开了一种计量系统。在一个说明性实施例中，所述系统包含多通道照射源以产生两个或更多个照射射束，其中所述两个或更多个照射射束经布置以依对称离轴照射轮廓照射样本上的计量目标，其中所述两个或更多个照射射束经定向以沿着一或多个测量方向而对称，且其中所述照射子系统以同时方式或顺序方式中的至少一者提供来自形成所述对称离轴照射轮廓的相对照射射束的照射。在另一说明性实施例中，所述计量目标包含所述样本的第一层上的第一周期性结构及所述样本的第
二层上的第二周期性结构。在另一说明性实施例中，所述系统包含经配置以响应于所述照射射束而从所述计量目标收集光的物镜。在另一说明性实施例中，所述系统包含成像子系统以基于来自所述两个或更多个照射射束中的每一者的两个非零衍射级而产生所述计量目标的一或多个图像。在另一说明性实施例中，所述系统包含控制器以从所述成像子系统接收所述计量目标的所述一或多个图像且基于所述一或多个图像而确定指示所述第一层与所述第二层之间的对准的叠对误差。
7.根据本公开的一或多个说明性实施例，公开了一种计量方法。在一个说明性实施例中，所述方法包含用具有对称离轴照射轮廓的照射来照射样本上的计量目标，其中所述对称离轴照射轮廓沿着一或多个测量方向而对称，且其中所述照射子系统以同时方式或顺序方式中的至少一者提供所述对称离轴照射轮廓中来自相对角的照射。在另一说明性实施例中，所述计量目标包含所述样本的第一层上的第一周期性结构及所述样本的第二层上的第二周期性结构。在另一说明性实施例中，所述方法包含响应于所述照射、基于来自所述对称离轴照射轮廓的每一点的两个非零衍射级而产生所述计量目标的一或多个图像。在另一说明性实施例中，所述方法包含：利用一或多个处理器，基于所述一或多个图像而确定指示第一晶片与所述第二层的对准的叠对误差。
8.应理解，前述大体说明及以下详细说明两者均仅为示范性及解释性的且未必限制所主张的本发明。并入本说明书中并构成本说明书的一部分的附图图解说明本发明的实施例，并与所述大体说明一起用于阐释本发明的原理。
附图说明
9.所属领域的技术人员可通过参考附图更好地理解本公开的众多优点。
10.图1a是根据本公开的一或多个实施例的叠对计量系统的概念图。
11.图1b是根据本公开的一或多个实施例的图解说明暗场成像工具的概念图。
12.图1c是根据本公开的一或多个实施例的经配置以用于透射模式成像的暗场成像工具的概念图。
13.图1d是根据本公开的一或多个实施例的经配置以用于倾斜ttl暗场成像的暗场成像工具的概念图。
14.图2a是根据本公开的一或多个实施例的与跨越收集光瞳的散焦相关联的波前误差的曲线图。
15.图2b是根据本公开的一或多个实施例的与跨越收集光瞳的球面像差相关联的波前误差的曲线图。
16.图3是根据本公开的一或多个实施例的叠对目标的俯视图。
17.图4a是根据本公开的一或多个实施例的收集光瞳的俯视图，所述俯视图图解说明基于具有相对高时间相干性及相对低空间相干性的照射射束而产生的衍射级。
18.图4b是根据本公开的一或多个实施例的收集光瞳的俯视图，所述俯视图图解说明基于具有相对低时间相干性及相对高空间相干性的照射射束而产生的衍射级。
19.图4c是根据本公开的一或多个实施例的收集光瞳的俯视图，所述俯视图图解说明照射射束的空间相干性与时间相干性的平衡以在所述收集光瞳中提供局部化及对称分布。
20.图5a是根据本公开的一或多个实施例的成像工具的概念图，所述成像工具经配置
以从叠对目标收集与沿着x方向定向的第一方位角相关联的三个对称衍射级。
21.图5b是根据本公开的一或多个实施例的根据图5a来配置的成像工具的收集光瞳中的衍射级分布的俯视图。
22.图5c是根据本公开的一或多个实施例的成像工具的概念图，所述成像工具经配置以从叠对目标收集与沿着x方向定向的第二方位角相关联的三个对称衍射级，所述第二方位角与图5a中的第一方位角相对。
23.图5d是根据本公开的一或多个实施例的根据图5c来配置的成像工具的收集光瞳中的衍射级分布的俯视图。
24.图6a是根据本公开的一或多个实施例的成像工具的概念图，所述成像工具经配置以从叠对目标收集与沿着x方向定向的第一方位角相关联的两个对称衍射级。
25.图6b是根据本公开的一或多个实施例的根据图6a来配置的成像工具的收集光瞳的俯视图。
26.图6c是根据本公开的一或多个实施例的成像工具的概念图，所述成像工具经配置以从叠对目标收集与沿着x方向定向的第二方位角相关联的两个对称衍射级，所述第二方位角与图6a中的第一方位角相对。
27.图6d是根据本公开的一或多个实施例的根据图6c来配置的成像工具的收集光瞳的俯视图。
28.图7a是根据本公开的一或多个实施例的暗场成像工具的概念图，所述概念图图解说明其中衍射级在收集光瞳中被截断的配置。
29.图7b是根据本公开的一或多个实施例的根据图7a来配置的暗场成像工具的收集光瞳的俯视图。
具体实施方式
30.现将详细参考附图中所图解说明的所公开标的物。已尤其关于特定实施例及其具体特征展示并描述本公开。将本文中所陈述的实施例视为说明性而非限制性的。所属领域的技术人员应容易地明了，可在不背离本公开的精神及范围的情况下做出形式及细节上的各种改变及修改。
31.本公开的实施例针对基于具有周期性特征的叠对目标的暗场成像的叠对计量。在本公开的上下文中，术语暗场成像用于描述基于衍射光或散射光且尤其不包含来自叠对目标的0级衍射(镜面反射)的成像。在本文中请考虑，可用各种技术在此配置中执行成像且术语暗场成像在本文中应广义地解释以扩展到适合于在此配置中成像的任一类型的系统或技术。
32.在本公开的一些实施例中，一种叠对计量目标包含与样本的两个或更多个层相关联的目标特征。就此来说，暗场图像中的目标特征的相对位置可指示样本层之间的叠对误差(例如，配准误差)。此外，叠对目标的样本层可位于一或多个晶片上。举例来说，样本可形成为单个晶片上的两个或更多个经图案化层。相应地，包含单个晶片上的两个或更多个样本层上的目标特征的叠对目标可提供单个晶片上的两个或更多个样本层之间的叠对测量。通过另一实例的方式，样本可形成为在界面处接合在一起的两个晶片，其中每一晶片可包含界面(例如，晶片的面向内的侧)附近的多个经图案化层。相应地，包含每一晶片的至少一
个样本层上的目标特征的叠对目标可在接合过程期间提供两个晶片的对准的叠对测量。
33.在本文中请考虑，与亮场成像及/或用低相干照射进行的成像相比，使用空间上且时间上相干的光来对周期性特征进行的暗场成像对光学像差可相对不敏感。成像系统的光学像差可由跨越成像系统的光瞳平面的波前误差变化表征。因此，限制所收集光跨越光瞳平面的延伸范围可限制成像系统对这些光学像差的敏感度。
34.如成像系统的收集光瞳中所测量，来自叠对目标的衍射级的大小及形状可受照射的空间相干性及时间相干性影响。举例来说，具有相对高空间相干性的照射射束可提供具有与入射照射射束类似的大小及形状的高度局部化衍射级。具有相对高时间相干性(这可通过限制照射的光谱带宽来实现)的照射射束还可通过限制衍射级中的色散而在收集光瞳中提供局部化衍射级。就此来说，基于局部化衍射级的相干暗场成像可通过减小收集光瞳中促成图像的光的空间延伸范围且因此限制跨越光瞳的波前误差变化的效果来限制成像系统中光学像差的影响。
35.在一些实施例中，用相对于叠对测量方向的对称照射来照射叠对目标。在一些情形中，对称照射可促进准确叠对测量，尤其在目标或成像系统中存在不对称的情况下。在本公开的上下文中，相对于特定方向或轴线的对称照射指代相对于表面法线从相对方位角对目标进行的离轴照射。就此来说，照射可据称为具有对称离轴照射轮廓。此外，照射轮廓可相对于多个方向而对称。举例来说，偶极照射可沿着一个测量方向(例如，x方向或y方向)提供对称照射，且四极照射可相对于两个正交测量方向(例如，x及y方向)提供对称照射。类似地，环状照射轮廓可在样本上相对于所有方向提供对称照射。
36.此外，可通过相对方位角的同时或顺序照射来实施对称照射。举例来说，在本公开的上下文中，对称照射因此指代与关联于叠对测量的一或多个图像相关联的照射的总体而非用于产生任一特定图像的任一特定照射轮廓。
37.在本文中请进一步考虑，例如但不限于散焦及球面像差等许多光学像差围绕系统的光轴而对称。在一些实施例中，叠对目标及成像系统经共同优化，使得收集光瞳中的所收集光的强度分布也对称。此配置可进一步降低对这些光学像差的敏感度，这是因为与图像相关联的光限制于具有类似波前误差的收集光瞳的部分。在一些情形中，可在算法上移除或以其它方式缓解此恒定波前误差的影响以进一步限制对叠对测量的影响。
38.可使用各种技术将叠对目标及成像系统共同优化。举例来说，来自叠对目标的衍射级可以但无需对称地分布于收集光瞳中。通过另一实例的方式，与对称照射相关联的所收集衍射级的经组合强度分布(通过同时或顺序技术)可对称。就此来说，可通过来自相对方位角的照射使由来自一个方位角的照射引入的任何不对称进行偏移。
39.此外，来自叠对目标的衍射级在成像系统的收集光瞳中的分布一般来说是多个参数的函数，所述多个参数包含但不限于目标特征的周期、照射波长、照射角及成像系统的数值孔径(na)。相应地，叠对目标或成像系统的参数的任一组合可经选择以在光瞳平面中提供所选择衍射级分布。另外，以上参数中的任一者可以是固定或可变的。举例来说，目标特征的周期及暗场成像系统的测量参数(例如，照射波长、照射入射角、na等等)针对给定系列的测量可以是固定的。通过另一实例的方式，暗场成像系统的一或多个测量参数可以是可调整的。就此来说，可飞速地或作为变因的一部分而调整测量参数以灵活地适应于一定范围的目标周期。
40.在本公开的一些实施例中，适合于共同测量的在叠对目标的每一所关注样本层上的目标特征是周期性的，具有共同周期。举例来说，目标特征可包含但不限于具有共同周期的线/空间特征。就此来说，目标特征可在暗场成像系统的光瞳平面中具有定义良好的衍射级。
41.暗场成像系统可使用来自叠对目标的周期性目标特征的任何数目的衍射级(例如，两个或更多个衍射级)来产生图像。在一些实施例中，叠对目标及暗场成像系统经共同优化以基于两个对称衍射级而产生图像。就此来说，周期性目标特征的图像可对应于正弦波。在本文中请进一步考虑，光学像差对此种图像的影响可主要是降低图像中正弦波的对比度。然而，在其中基于在光瞳平面中局部化的两个对称衍射级而形成图像的情形中，对称像差对对比度的影响可相对低。相应地，基于用两个对称衍射级的相干暗场成像进行的叠对计量对光学像差(尤其是由对称波前误差表征的光学像差，例如但不限于散焦及球面像差)可相对不敏感。
42.在本文中请进一步考虑，暗场成像在存在来自样本的镜面反射(例如，在不同材料之间的界面处的反射)的情况下相对稳健，这是因为从样本反射的光不用于形成样本的图像。
43.在本文中请进一步考虑，用两个对称衍射级的相干暗场成像可良好地适用于但不限于由经接合晶片形成的样本上的叠对。此种样本上叠对目标的目标特征位于两个晶片之间的界面上或附近。使叠对目标成像需要使光传播穿透两个晶片的厚度(例如，在透射模式成像中穿透两个晶片且在反射模式成像中穿透单个晶片两次)。对于由具有相对高折射率的厚半导体晶片(例如，大致0.75mm)形成的样本，此配置尤其易受光学像差影响。此外，空气/晶片界面处的反射可以是强烈的(例如，在法向入射下大致31％)，这可提供实质性0级信号。然而，如本文中先前所描述，用两个对称衍射级的相干暗场成像对相关联像差及实质性0级信号两者均可相对不敏感。
44.现参考图1a到7b，根据本公开的一或多个实施例，描述了用于相干暗场成像叠对的系统及方法。
45.图1a是根据本公开的一或多个实施例的叠对计量系统100的概念图。在一个实施例中，叠对计量系统100包含成像工具102以基于来自样本104的非零衍射级而产生样本104的一或多个暗场图像或其一部分。举例来说，成像工具102可产生包含样本104的两个或更多个层中的特征的叠对目标的暗场图像。
46.成像工具102可适合于产生关于各种样本配置的各种叠对目标设计的暗场图像。在一个实施例中，样本104形成为单个晶片上的两个或更多个经图案化层。因此，包含单个晶片上的两个或更多个样本层上的目标特征的叠对目标可提供单个晶片上的两个或更多个样本层之间的叠对测量。在另一实施例中，样本104形成为在界面处接合在一起的两个晶片，其中每一晶片可包含界面(例如，晶片的面向内的侧)附近的一或多个经图案化层。因此，包含每一晶片的至少一个样本层上的目标特征的叠对目标可在接合过程期间提供两个晶片的对准的叠对测量。
47.在另一实施例中，叠对计量系统100包含通信地耦合到成像工具102的控制器106。控制器106可经配置以基于一或多个所选择变因而引导成像工具102产生暗场图像。控制器106可进一步经配置以从成像工具102接收数据，包含但不限于暗场图像。另外，控制器106
可经配置以基于所获取暗场图像而确定与叠对目标相关联的叠对。
48.在另一实施例中，控制器106包含一或多个处理器108。举例来说，一或多个处理器108可经配置以执行维持于存储器装置110或存储器中的一组程序指令。控制器106的一或多个处理器108可包含本技术领域中已知的任何处理元件。出于本公开的目的，术语“处理器”或“处理元件”可经广义定义以囊括具有一或多个处理或逻辑元件(例如，一或多个微处理器装置、一或多个特殊应用集成电路(asic)装置、一或多个场可编程门阵列(fpga)或者一或多个数字信号处理器(dsp))的任何装置。在此意义上，一或多个处理器108可包含经配置以执行算法及/或指令(例如，存储于存储器中的程序指令)的任何装置。在一个实施例中，一或多个处理器108可体现为桌上型计算机、大型计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器、联网计算机或者经配置以执行程序的任何其它计算机系统，所述计算机系统经配置以操作或连同计量系统100一起操作，如本公开通篇中所描述。
49.此外，存储器装置110可包含本技术领域中已知的适合于存储可由相关联的一或多个处理器108执行的程序指令的任何存储媒体。举例来说，存储器装置110可包含非暂时性存储器媒体。通过另一实例的方式，存储器装置110可包含但不限于只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、磁性或光学存储器装置(例如，磁盘)、磁带、固态硬盘等等。应进一步注意，存储器装置110可装纳于具有一或多个处理器108的共同控制器壳体中。在一个实施例中，存储器装置110可相对于一或多个处理器108及控制器106的物理位置而远程地定位。例如，控制器106的一或多个处理器108可对可通过网络(例如，因特网、内联网等等)存取的远程存储器(例如，服务器)进行存取。
50.成像工具102可以是本技术领域中已知的适合于使用衍射光及/或散射光来成像的任何类型的成像工具。此外，成像工具102可经配置以基于任何数目的变因而产生暗场图像，所述变因定义用于基于暗场成像而确定叠对目标的叠对的测量参数。举例来说，叠对计量工具的变因可包含但不限于照射波长、从样本发出的辐射的所检测波长、照射在样本上的光点大小、入射照射角、入射照射的偏光、入射照射射束在叠对目标上的位置、叠对目标在叠对计量工具的焦点体积中的位置等等。
51.图1b是根据本公开的一或多个实施例的图解说明成像工具102的概念图。在一个实施例中，成像工具102包含经配置以产生照射射束114的照射源112。照射射束114可包含一或多个所选择波长的光，包含但不限于紫外线(uv)辐射、可见辐射或红外线(ir)辐射。
52.照射源112可包含适合于提供照射射束114的任何类型的照射源。在一个实施例中，照射源112是激光源。举例来说，照射源112可包含但不限于一或多个窄带激光源、宽带激光源、超连续激光源、白光激光源等等。就此来说，照射源112可提供具有高相干性(例如，高空间相干性及/或时间相干性)的照射射束114。在另一实施例中，照射源112包含激光维持等离子体(lsp)源。举例来说，照射源112可包含但不限于适合于容纳一或多个元件的lsp灯、lsp灯泡或lsp室，所述一或多个元件在由激光源激发到等离子体状态中时可发射宽带照射。在另一实施例中，照射源112包含灯源。举例来说，照射源112可包含但不限于弧光灯、放电灯、无电极灯等等。就此来说，照射源112可提供具有低相干性(例如，低空间相干性及/或时间相干性)的照射射束114。
53.在另一实施例中，成像工具102通过一或多个照射通道116将照射射束114引导到样本104。此外，样本104可安置于样本载台118上，样本载台118适合于紧固样本104且进一
步经配置以使样本104相对于照射射束114而定位。
54.每一照射通道116可包含适合于修改及/或调节照射射束114并将照射射束114引导到样本104的一或多个光学组件。举例来说，每一照射通道116可包含但无需包含一或多个照射透镜120(例如，用以控制照射射束114在样本104上的光点大小，用以中继光瞳及/或场平面等等)、用以调整照射射束114在通道中的偏光的一或多个偏光器、一或多个滤波器、一或多个分束器、一或多个扩散器、一或多个均质器、一或多个变迹器、一或多个射束塑形器或者一或多个镜(例如，静止镜、可平移镜、扫描镜等等)。
55.在另一实施例中，成像工具102包含用于收集来自样本104的光(例如，样本光124)的收集路径122。在一个实施例中，收集路径122包含物镜126以从样本104收集衍射光或散射光。举例来说，物镜126可响应于照射射束114而从样本104上的叠对目标收集辐射的一或多个衍射级。收集路径122可进一步包含多个光学元件以引导及/或修改由物镜126收集的照射，所述多个光学元件包含但不限于一或多个透镜128、一或多个滤波器、一或多个偏光器、一或多个射束块或一或多个分束器。
56.在另一实施例中，收集路径122包含经配置以产生样本104的图像(例如，暗场图像)的一或多个检测器130。举例来说，检测器130可接收由收集路径122中的元件(例如，物镜126、一或多个透镜128等等)提供的样本104的图像。
57.在本文中请考虑，成像工具102的照射通道116及收集路径122可以适合于产生样本104的暗场图像的宽广范围的配置而定向。图1b-1f图解说明成像工具102的非限制性配置。在一般意义上，成像工具102可以反射模式(例如，如图1b、1c、1d、1e及1f中所图解说明)或透射模式(例如，如图1c中所图解说明)配置。此外，成像工具102可使用本技术领域中已知的任何技术来阻挡0级光(例如，镜面反射或直接透射)以实现暗场成像。举例来说，照射通道116及收集路径122可经定向使得0级光在物镜126的数值孔径(na)外部且因此不由物镜126捕获。通过另一实例的方式，照射通道116及收集路径122可经定向使得0级光由物镜126捕获但被一或多个止挡件或孔隙(例如，在收集路径122中)阻挡。
58.图1c是根据本公开的一或多个实施例的经配置以用于透射模式成像的成像工具102的概念图。在一个实施例中，照射通道116中的至少一者在样本104的与物镜126相对的侧上定向以提供透射模式成像。
59.如图1b及1c中所图解说明，成像工具102可以透镜外部(otl)配置来配置，其中照射通道116中的至少一者包含与物镜126分开的照射透镜120。现在参考图1d及1e，在一些实施例中，成像工具102以穿透镜(ttl)配置来配置，其中照射通道116中的至少一者经定向以引导照射射束114穿透物镜126。
60.图1d是根据本公开的一或多个实施例的经配置以用于倾斜ttl暗场成像的成像工具102的概念图。在一个实施例中，成像工具102包含离轴镜132(例如，具有敞开孔隙的环状镜等等)以沿着一定范围的倾斜立体角同时引导照射射束114且阻挡由物镜126在此范围的立体角中收集的样本光124以提供暗场成像。然后，未被离轴镜132(例如，在光轴134附近)阻挡的所收集样本光124的部分可传播到检测器130以形成暗场图像。离轴镜132可以但无需位于收集路径122的光瞳平面处或附近。就此来说，离轴镜132在光瞳平面中的空间尺寸可直接对应于将照射射束114引导到样本104的立体角范围及被允许传播到检测器130以形成暗场图像的所收集样本光124的一定范围的立体角。
61.此外，尽管未展示，但成像工具102可经配置以支持otl及轴向ttl暗场成像两者。
62.现参考图2a到7b，根据本公开的一或多个实施例，描述了相干暗场叠对计量。
63.光学像差可表现为波前跨越成像系统的收集光瞳的变化。举例来说，图2a及2b中展示与两个共同像差相关联的波前误差。图2a是根据本公开的一或多个实施例的与跨越成像工具102的收集光瞳的散焦相关联的波前误差沿着径向方向γ(例如，x方向或y方向)的曲线图。图2b是根据本公开的一或多个实施例的与跨越成像工具102的收集光瞳的球面像差相关联的沿着径向方向γ(例如，x方向或y方向)的波前误差的曲线图。
64.相应地，穿过收集光瞳的不同位置的光(例如，以不同角度从样本104发出的光)具有不同波前，使得降低了所得图像的质量。举例来说，亮场成像通常可包含光跨越整个光瞳平面的分布，使得与像差相关联的跨越光瞳平面的波前误差变化的影响(例如，如图2a及2b中所图解说明)可以是高的。
65.然而，在本文中请考虑，如本文中所公开的基于非零衍射级而使样本104上的周期性叠对目标成像将用于产生样本104(例如，样本104上的叠对目标)的图像的光限定于收集光瞳的局部化部分。举例来说，非零衍射级可对应于但无需对应于图2a及2b中的被圈起位置202。以此方式，可缓解跨越收集光瞳的波前误差(例如，波前的变化)的影响。
66.相比之下，仅基于无穷小对称点的图像对具有对称波前误差的像差可完全不敏感。虽然仅基于收集光瞳中的无穷小对称点而产生图像并非可行的，但将图像限定于收集光瞳中的局部化对称点(例如，如由图2a及2b中的卵圆形所图解说明)可基本上缓解所得图像中的像差。相应地，基于此类图像而产生的叠对测量对这些像差也可相对不敏感。
67.在一个实施例中，通过利用成像系统(例如，成像工具102)使周期性叠对目标成像来完成基于收集光瞳中的局部化衍射级的成像，其中叠对目标及成像系统经共同优化(或经共同设计)以在收集光瞳中提供所期望衍射级。
68.在本文中请进一步考虑，例如但不限于散焦及球面像差的许多光学像差围绕系统的光轴134而对称。如图2a及2b中所图解说明，收集光瞳中的对称点(例如，经圈起区域202)针对此类对称像差经历基本上相等量的波前误差。因此，可通过产生具有对称光瞳平面分布的图像来基本上缓解有效波前误差。
69.在一个实施例中，叠对目标及成像系统经共同优化以在收集光瞳中提供对称强度分布。如上文所描述，这可使用具有对称照射轮廓的同时或顺序照射来实施。
70.图3是根据本公开的一或多个实施例的叠对目标302的俯视图。在一个实施例中，叠对目标302包含样本104的第一层上的第一层特征304及样本104的第二层上的第二层特征306。
71.在一个实施例中，第一层特征304及第二层特征306中的每一者由具有共同周期308的特征形成。就此来说，来自第一层特征304及第二层特征306的衍射级可并置于收集光瞳中。
72.在本文中请考虑，叠对目标特征(例如，第一层特征304及第二层特征306)的分布可基于用于确定与样本104的两个或更多个层相关联的叠对误差的叠对算法而变化。举例来说，图3中所图解说明的叠对目标302对应于进阶成像叠对(aim)叠对目标，其中样本的每一层上的目标特征是旋转地对称的(在此处围绕90
°
旋转而对称)。然而，应理解，aim叠对目标的使用仅出于说明性目的而提供且不应解释为限制性的。确切来说，在一或多个样本层
上具有任一布局的周期性特征的叠对目标302处于本公开的精神及范围内。
73.成像工具102可使用来自周期性目标特征(例如，第一层特征304及/或第二层特征306)的任何数目的非零衍射级产生叠对目标302的图像。在一个实施例中，叠对目标302及成像工具102经共同优化以基于两个衍射级(例如，一级衍射及二级衍射)而产生图像。就此来说，周期性目标特征的图像可对应于正弦波。在本文中请进一步考虑，光学像差对此种图像的影响可主要是降低图像中的正弦波的对比度。然而，在其中基于在光瞳平面中局部化的两个衍射级而形成图像的情形中，像差对正弦波的对比度的影响可以相对低，如本文中先前所描述。
74.现在参考图4a到4c，根据本公开的一或多个实施例，更详细地描述了照射相干性(例如，照射射束114的相干性)对衍射级的影响。用照射射束114从相对于样本104的表面法线的每一方位角照射叠对目标302可在入射平面中产生与方位角相关联的镜面反射光402(例如，零级衍射)、第一衍射级404、第二衍射级406、第三衍射级408等等。叠对目标302及成像工具102的各种配置可提供所选择衍射级的收集。特定来说，可收集归属于收集光瞳412的边界410内的衍射级且可不收集归属于边界410外部的那些衍射级。此外，成像工具102可包含任何数目的止挡件或孔隙以选择性地阻挡任何所收集衍射级。
75.图4a是根据本公开的一或多个实施例的收集光瞳412的俯视图，所述俯视图图解说明基于具有相对高时间相干性及相对低空间相干性的照射射束114而产生的衍射级。图4b是根据本公开的一或多个实施例的收集光瞳412的俯视图，所述俯视图图解说明基于具有相对低时间相干性及相对高空间相干性的照射射束114而产生的衍射级。
76.如图4a及4b中所图解说明，调整空间相干性可主要(尽管并非排它地)影响收集光瞳412中的衍射级的大小，而调整时间相干性可主要(尽管并非排它地)影响收集光瞳412中的衍射级的形状。特定来说，增加照射射束114的光谱带宽可由于衍射角对波长的相依性而导致衍射级在入射平面中的扩展。
77.图4c是根据本公开的一或多个实施例的收集光瞳412的俯视图，所述俯视图图解说明照射射束114的空间相干性与时间相干性的平衡以在收集光瞳412中提供局部化及对称分布。如图4c中所图解说明，空间及时间相干性可经选择以在整个收集光瞳412中提供大致圆形衍射级。然而，可使用相对照射通道116产生非圆形衍射级的对称分布。举例来说，可通过相对照射通道116的使用来缓解由照射射束114的光谱引入的一个照射通道116中的不对称(例如，以降低由空间相干性引入的斑点的影响)。
78.在本文中请考虑，任一照射通道116中的照射射束114的空间及/或时间相干性可经调整以在成像工具102的收集光瞳412中提供所收集衍射级的所期望大小及/或形状。在本文中请考虑，高空间相干性可局部化由目标衍射采样的收集光瞳412的区域且最少化对像差及散焦的敏感度。然而，当空间相干性太高时引入降低测量精确度的斑点。相应地，每一照射射束114的空间相干性可经控制以平衡收集光瞳412中的局部化与斑点。类似地，高时间相干性(窄光谱带宽)可为由目标衍射采样的收集光瞳412的区域且由于由晶片过程变化引入的衍射的光谱移位而最少化经采样光瞳位置中的移位。然而，可通过降低时间相干性(加宽光谱带宽)来降低由空间相干性引入的斑点对比度。就此来说，时间相干性可经控制以平衡收集光瞳412中的局部化与斑点的影响。
79.现在参考图5a到7b，根据本公开的一或多个实施例更详细地描述使用由对称照射
轮廓产生的非零衍射级的暗场成像。
80.在一个实施例中，叠对目标302及成像工具102经共同优化以使得成像工具102的收集光瞳412中的光分布(例如，光瞳平面分布)围绕成像工具102的收集路径122的光轴134而对称。在本公开的上下文中，术语对称分布可指代衍射级的位置对称性及/或跨越收集光瞳412的强度对称性。在一个实施例中，来自叠对目标302的衍射级在收集光瞳412中对称地分布。在另一实施例中，来自叠对目标302的所收集衍射级的强度分布相对于光轴134而对称。此外，如本文中先前所描述，可基于来自相对方位角的同时或顺序照射而产生收集光瞳412中的对称分布。
81.此外，对称光瞳平面分布可包含任何数目的所收集衍射级。图5a是根据本公开的一或多个实施例的成像工具102的概念图，成像工具102经配置以从叠对目标302收集与沿着x方向定向的第一方位角相关联的三个对称衍射级。图5b是根据本公开的一或多个实施例的根据图5a来配置的成像工具102的收集光瞳412中的衍射级分布的俯视图。图5c是根据本公开的一或多个实施例的成像工具102的概念图，成像工具102经配置以从叠对目标302收集与沿着x方向定向的第二方位角相关联的三个对称衍射级，所述第二方位角与图5a中的第一方位角相对。图5d是根据本公开的一或多个实施例的根据图5c来配置的成像工具102的收集光瞳412中的衍射级分布的俯视图。
82.在图5a-5d中，第一衍射级404、第二衍射级406及第三衍射级408在收集光瞳412中围绕沿着入射平面的光轴134对称地分布。所反射光402(例如，零级衍射)未由物镜126收集且在图5b及5d中展示为归属于收集光瞳412的边界410外部且因此不促成叠对目标302的图像的形成。
83.图6a是根据本公开的一或多个实施例的成像工具102的概念图，成像工具102经配置以从叠对目标302收集与沿着x方向定向的第一方位角相关联的两个对称衍射级。图6b是根据本公开的一或多个实施例的根据图6a来配置的成像工具102的收集光瞳412的俯视图。图6c是根据本公开的一或多个实施例的成像工具102的概念图，成像工具102经配置以从叠对目标302收集与沿着x方向定向的第二方位角相关联的两个对称衍射级，所述第二方位角与图6a中的第一方位角相对。图6d是根据本公开的一或多个实施例的根据图6c来配置的成像工具102的收集光瞳412的俯视图。
84.在图6a及6c中，第一衍射级404及第二衍射级406在收集光瞳412中围绕沿着入射平面的光轴134对称地分布。所反射光402(例如，零级衍射)及第三衍射级408未由物镜126收集且在图6b及6d中展示为归属于收集光瞳412的边界410外部且因此不促成叠对目标302的图像的形成。
85.如本文中先前所描述，用两个对称衍射级的相干暗场成像可良好地适用于但不限于由经接合晶片形成的样本上的叠对。在此种样本上的叠对目标302的特征位于两个晶片之间的界面上或附近，使得使叠对目标成像需要使照射射束114传播穿透两个晶片的厚度(例如，在透射模式成像中穿过两个晶片且在反射模式成像中穿过单个晶片两次)。对于由具有相对高折射率的厚半导体晶片(例如，大致0.75mm)形成的样本，此配置尤其易受例如但不限于球面像差的光学像差影响(例如，如图2b中所图解说明)。然而，如本文中先前所描述，用两个对称衍射级的相干暗场成像对此类相关联像差可相对不敏感。
86.此外，相干暗场成像对空气/晶片界面处的强烈反射(例如，在法向入射下大致
31％)可以是稳健的，这是因为成像工具102不捕获(或以其它方式阻挡)0级信号。
87.成像工具102的收集光瞳412中来自叠对目标302的衍射级分布一般是叠对目标302的性质以及成像工具102的参数的函数。举例来说，来自收集光瞳412中的叠对目标302的衍射级的分布可以是布局设计参数的函数，包含但不限于目标特征(例如，第一层特征304及第二层特征306)的周期308或工作循环的叠对目标302。通过另一实例的方式，来自收集光瞳412中的叠对目标302的衍射级的分布可以是成像工具102的测量参数的函数，包含但不限于照射射束114的波长、照射射束114的入射角及成像工具102的na。相应地，叠对目标302或成像工具102的参数的任一组合可经选择以在收集光瞳412中提供所选择衍射级分布。
88.例如，可基于例如但不限于叠对目标302的特征(例如，第一层特征304及第二层特征306)的周期308、照射射束114的波长或照射射束114的入射角的参数的选择而调整收集光瞳412中的所收集阶的分布。在另一例子中，可基于例如但不限于叠对目标302的特征的工作循环的参数的选择而调整由具有特定周期308的特征产生的衍射级的相对强度。
89.另外，如本文中先前所描述，成像工具102可使用各种技术沿着所选择测量方向产生对称照射轮廓。举例来说，成像工具102可沿着所选择测量方向(例如，x方向，如图5a-6d中所图解说明)包含相对照射通道116。通过另一实例的方式，成像工具102可包含提供多极或环状照射的单个照射通道116。
90.此外，每一照射通道116的参数可经独立控制或可经设计以匹配一或多个其它照射射束114。举例来说，照射射束114的例如但不限于中央波长、光谱、入射角或偏光的参数可针对每一照射通道116经独立控制。然而，两个或更多个照射通道116可经配置以具有至少一个共同参数。例如，可期望相对照射通道116具有相同中央波长及/或光谱带宽以提供对称光瞳平面分布。
91.可使用各种技术来实施叠对目标302及成像工具102的共同优化以在收集光瞳412中提供对称光分布。在一个实施例中，样本104上的叠对目标302的一或多个例子的参数是固定的或以其它方式是已知的。相应地，在初始设置过程中或作为测量变因的一部分，成像工具102的参数经选择以实现收集光瞳412中的所期望光分布。此外，样本104上叠对目标302的不同例子可具有但无需具有不同参数，使得可在逐目标基础上实施成像工具102的不同配置以针对每一叠对目标302提供所选择光瞳平面分布。在另一实施例中，成像工具102的参数是固定的或以其它方式受约束。相应地，可基于成像工具102的已知参数而选择叠对目标302的参数以在收集光瞳412中提供所选择光分布。在另一实施例中，在共同设计过程中选择叠对目标302及成像工具102的参数。举例来说，照射射束114的照射角、照射射束114的波长及/或周期308可经选择以在收集光瞳412中提供所选择衍射级分布。然后，叠对目标302的目标特征的工作循环可经选择以提供跨越收集光瞳412的所选择强度分布。
92.此外，任一照射通道116的参数可在测量的前配置为单次优化或可在任一所选择测量的前被调整。举例来说，叠对计量系统100可在任一时刻(例如，在测量之前、以周期性间隔等等)监测收集光瞳412中的光分布以修改任一照射通道116的参数从而提供对称光瞳平面分布。
93.此外，在图4a到6d中，成像工具102被图解说明为使用在otl配置中的两个单独照射源沿着单个轴线提供对称照射。然而，应理解，这些实例仅出于说明性目的而提供且不应
解释为限制性的。举例来说，成像工具102可沿着任何数目的测量方向提供对称照射轮廓，例如但不限于偶极照射轮廓、四极照射轮廓或环状照射轮廓。可使用一或多个照射源112(或通道)通过相对方位角的同时或顺序照射产生此对称照射轮廓。通过另一实例的方式，照射源112可以包含但不限于图1b-1d中所图解说明的配置的任一方式来配置。就此来说，可在反射或透射模式中使用任一组合的otl及ttl配置产生对称照射轮廓。
94.在另一实施例中，叠对目标302及成像工具102经共同优化以使得所收集衍射级不在收集光瞳412中被截断。就此来说，所有衍射级完全位于收集光瞳412的边界410内或完全位于收集光瞳412的边界410外部。
95.图7a是根据本公开的一或多个实施例的成像工具102的概念图，所述概念图图解说明其中衍射级在收集光瞳412中被截断的配置。图7b是根据本公开的一或多个实施例的根据图7a来配置的成像工具102的收集光瞳412的俯视图。在图7a及7b中，第二衍射级406仅部分地由物镜126收集，使得第二衍射级406横跨收集光瞳412的边界410。相比之下，图4a到6b图解说明不具有被截断衍射级的配置。
96.本文中所描述的所有方法可包含将方法实施例的一或多个步骤的结果存储于存储器中。所述结果可包含本文中所描述的结果中的任一者且可以本技术领域中已知的任何方式来存储。存储器可包含本文中所描述的任何存储器或本技术领域中已知的任何其它适合存储媒体。在已存储结果之后，所述结果可在存储器中经存取及由本文中所描述的方法或系统实施例中的任一者使用、经格式化以显示给用户、由另一软件模块、方法或系统使用等等。此外，可“永久地”、“半永久地”、“暂时地”或在某一段时间内存储所述结果。举例来说，存储器可以是随机存取存储器(ram)，且结果可未必无限期地存留于存储器中。
97.请进一步考虑，上文所描述的方法的实施例中的每一者可包含本文中所描述的任一(任何)其它方法的任一(任何)其它步骤。另外，上文所描述的方法的实施例中的每一者可由本文中所描述的系统中的任一者执行。
98.所属领域的技术人员将认识到，本文中所描述的组件、操作、装置、物件及伴随其的论述为了概念清晰而用作实例且请考虑各种配置修改。因此，如本文中所使用，所陈述的具体范例及伴随论述旨在表示其更一般类别。一般来说，所使用的任一具体范例旨在表示其类别，且未包含的具体组件、操作、装置及物件不应被视为限制性的。
99.如本文中所使用，例如“顶部”、“底部”、“之上”、“之下”、“上部”、“向上”、“下部”、“沿
…
向下”及“向下”等方向性术语旨在出于描述目的而提供相对位置，而非旨在指定绝对参考系。所属领域的技术人员将明了对所描述实施例的各种修改，且本文中所定义的一般原理可应用于其它实施例。
100.关于本文中基本上任何复数及/或单数术语的使用，所属领域的技术人员可在适于上下文及/或应用时从复数转变成单数及/或从单数转变成复数。为清晰起见，可不在本文中明确地陈述各种单数/复数排列。
101.本文中所描述的标的物有时图解说明含于其它组件内或与其它组件连接的不同组件。应理解，此类所描绘架构仅为示范性的，且事实上可实施实现相同功能性的许多其它架构。在概念意义上，实现相同功能性的任一组件布置是有效地“相关联的”，使得所期望功能性得以实现。因此，可将本文中经组合以实现特定功能性的任何两个组件视为彼此“相关联的”，使得所期望功能性得以实现，而无论架构或中间组件如何。同样地，如此相关联的任
何两个组件还可被视为彼此“连接”或“耦合”以实现所期望功能性，且能够如此相关联的任何两个组件还可被视为彼此“可耦合”以实现所期望功能性。可耦合的具体实例包含但不限于可物理配合及/或物理相互作用的组件及/或可以无线方式相互作用及/或以无线方式相互作用的组件及/或以逻辑方式相互作用及/或可以逻辑方式相互作用的组件。
102.此外，应理解，本发明由所附权利要求书界定。所属领域的技术人员将理解，一般来说，本文中所使用及尤其在随附权利要求书(例如，随附权利要求书的主体)中所使用的术语一般旨在为“开放式”术语(例如，术语“包含(including)”应解释为“包含但不限于”，术语“具有(having)”应解释为“至少具有”，术语“包含(includes)”应解释为“包含但不限于”等等)。所属领域的技术人员将进一步理解，如果旨在将所引入权利要求列述表述为特定数目，那么将在权利要求中明确地列述此中意图，且在无此种列述时，不存在此种意图。举例来说，作为理解的辅助，以下随附权利要求书可含有说明性短语“至少一个(at least one)”及“一或多个(one or more)”的使用以引入权利要求列述。然而，此类短语的使用不应解释为暗指通过不定冠词“a”或“an”引入的权利要求列述将含有此种经引入权利要求列述的任一特定权利要求限制于仅含有一个此种列述的发明，甚至当相同权利要求包含说明性短语“一或多个”或“至少一个”且例如“a”或“an”的不定冠词(例如，“a”及/或“an”通常应解释为意指“至少一个”或“一或多个”)；对于用于引入权利要求列述的定冠词的使用也如此。另外，即使明确地列述说明权利要求列述的特定数目，所属领域的技术人员还将认识到，此种列述通常应解释为意指至少所列述的数目(例如，两个“列述”的明了列述，而无其它修饰语，通常意指至少两个列述，或两个或更多个列述)。此外，在其中使用类似于“a、b及c中的至少一者等等”的惯例的那些例子中，一般来说，此种构造旨在指所属领域的技术人员将理解所述惯例的含义(例如，“具有a、b及c中的至少一者的系统”将包含但不限于仅具有a、仅具有b、仅具有c、同时具有a及b、同时具有a及c、同时具有b及c及/或同时具有a、b及c等等的系统)。在其中使用类似于“a、b或c中的至少一者等等”的惯例的那些例子中，一般来说，此种构造旨在指所属领域的技术人员将理解所述惯例的含义(例如，“具有a、b或c中的至少一者的系统”将包含但不限于仅具有a、仅具有b、仅具有c、同时具有a及b、同时具有a及c、同时具有b及c及/或同时具有a、b及c等等的系统)。所属领域的技术人员将进一步理解，呈现两个或更多个替代术语的实际上任一转折字及/或短语(无论是在说明、权利要求书还是图式中)均应被理解为涵盖包含所述术语中的一者、所述术语中的任一者或两个术语的可能性。举例来说，短语“a或b”将被理解为包含“a”或“b”或“a及b”的可能性。
103.据信，通过前述说明将理解本公开及许多的其附随优点，且将明了，可在组件的形式、构造及布置方面作出各种改变，这并不背离所公开标的物或不会牺牲所有的其实质优点。所描述的形式仅为解释性的，且所附权利要求书的意图是囊括并包含此类改变。此外，应理解，本发明由所附权利要求书界定。