基于图像的表面变形计量制造技术

使用成像反射计测量来检测样本上的局部倾斜区域的方法包括：在不阻挡从样本反射的任何光的情况下获得第一图像，以及在孔径平面处阻挡从样本反射的一些光时获得第二图像。通过将第一图像中像素的第一反射强度值与第二图像中对应像素的第二反射强度值进行比较来检测局部倾斜区域。测局部倾斜区域。测局部倾斜区域。

【技术实现步骤摘要】
基于图像的表面变形计量
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年5月19日提交的美国专利16/877,866的优先权。此专利的公开内容出于所有目的通过引用以其整体结合于此。


[0003]本文所述的实施例总体上涉及使用基于图像的计量测量来对样本形状进行作图和/或检测样本上的局部倾斜区域。

技术介绍

[0004]在诸如半导体晶片之类的样本上沉积薄膜通常会导致局部应力的产生。如果不进行处理，给定的应力分布可扭曲样本形状，通常是二维翘曲的形式，有时被称为“炸薯片”。虽然在一些后续的处理步骤中，样本可以被夹住，这可使样本变平并减少翘曲，但是一定量的未校正的残余位移可能仍然存在。这可能导致在诸如光刻之类的工艺中不可接受的误差。
[0005]样本形状的图可用于调谐后续工艺，以减少或校正变形。优选的是，这种作图技术被集成到处理工具中。因此，期望的是计量解决方案是稳健的、可靠的和相对便宜的。
[0006]用于提供样本形状信息的当前方法包括全场样本干涉仪、多点局部斜率计量和使用大光栅对整个样本进行剪切干涉测量。多点方法在作图中缺乏连续性，并且全场干涉测量系统是复杂且昂贵的。此外，这种系统通常被设计成仅执行一种功能，即检测表面变形，而不提供任何伴随的信息，诸如图像或任何图案特征。事实上，用于确定样本形状或形貌的许多现有方法在经图案化的样本上操作时经常有困难。
[0007]因此，需要用于对导致局部倾斜或翘曲的样本形状和形貌变化进行作图的改进技术。

技术实现思路

[0008]本文描述的实施例提供了用于对样本形状进行作图和检测样本上局部倾斜或翘曲区域的改进方法。各种实施例利用基于图像的反射测定法测量，但是应当理解的是，也可以使用其它成像技术以类似的方式对样本形状作图并检测局部倾斜区域。仅仅作为实施例的示例，基于多个图像的反射测定法测量用于检测反射强度的变化。可以在不阻挡检测器的孔径平面处的任何光的情况下获得一个图像，并且可以在阻挡孔径平面处的光中的一些光时获得另一个图像。被阻挡的光可能是从样本的不平坦部分反射的那部分。样本的这些部分扭曲或有局部倾斜。来自样本的这些部分的光在孔径平面处偏移，从而允许光的部分被阻挡，使得图像中的对应点具有降低的强度。因此，比较图像之间的反射强度提供了用于检测样本上的翘曲或局部倾斜的手段。本文描述了其它实施例和技术。
[0009]根据特定实施例，例如，使用成像反射计检测样本上的局部倾斜区域的方法包括使用输入射束照射样本上的测量区域，并执行第一成像反射测定法测量。执行第一成像反
射测定法测量包括在成像传感器处接收从样本反射的第一成像射束。定位在成像反射计的孔径平面处的光圈(iris)被配置成使得第一成像射束穿过光圈的光瞳(pupil)，并且光圈不阻挡从样本反射的第一射束的任何部分。使用从样本反射并在成像传感器处接收的第一成像射束获得测量区域的第一图像。方法还包括通过在成像传感器处接收从样本反射的第二成像射束来执行第二成像反射测定法测量。定位在成像反射计的孔径平面处的光圈被配置成使得第二成像射束穿过光圈的光瞳，并且光圈阻挡从样本反射的第二射束的一部分。使用从样本反射并在成像传感器处接收的第二成像射束获得测量区域的第二图像。方法还包括通过将第一图像中像素的第一反射强度值与第二图像中对应像素的第二反射强度值进行比较来检测测量区域内的局部倾斜区域。
[0010]根据另一实施例，一种使用被配置用于暗场测量的成像反射计检测样本上的局部倾斜区域的方法包括：使用输入射束照射样本上的测量区域，所述输入射束的一部分穿过照明光瞳；在成像传感器处接收从样本上的局部倾斜区域反射的成像射束的部分，从局部倾斜区域反射的成像射束的部分穿过成像光瞳，其中成像光瞳被配置成阻挡从样本上的平坦区域反射的成像射束的部分；使用从样本上的局部倾斜区域反射并在成像传感器处接收的成像射束的部分获得测量区域的第一图像；以及基于第一图像内亮点的位置检测测量区域内的局部倾斜区域。
[0011]根据另一个实施例，使用成像反射计检测样本上的局部倾斜区域的方法包括使用输入射束照射样本上的测量区域，并执行第一成像反射测定法测量。执行第一成像反射测定法测量包括在成像传感器处接收从样本反射的第一成像射束。定位在成像反射计的孔径平面处的光圈的光瞳相对于从样本反射的第一射束横向偏移，使得第一成像射束的一部分穿过光圈的光瞳，并且第一成像射束的一部分在光圈处被阻挡。使用穿过光圈的光瞳并在成像传感器处被接收的第一成像射束的部分来获得测量区域的第一图像。方法还包括通过在成像传感器处接收从样本反射的第二成像射束来执行第二成像反射测定法测量。定位在成像反射计的孔径平面处的光圈的光瞳相对于从样本反射的第二射束横向偏移，使得第二成像射束的一部分穿过光圈光瞳，并且第二成像射束的一部分在光圈处被阻挡。使用穿过光圈的光瞳并在成像传感器处被接收的第二成像射束的部分来获得测量区域的第二图像。方法还包括通过将第一图像中像素的第一反射强度值与第二图像中对应像素的第二反射强度值进行比较来检测测量区域内的局部倾斜区域。
[0012]根据又另一实施例，使用成像反射计检测样本上的局部倾斜区域的方法包括使用输入射束照射样本上的测量区域；在成像传感器处接收从样本反射的成像射束，从样本反射的成像射束穿过成像光瞳；以及使用从样本反射并在成像传感器处被接收的成像射束获得测量区域的第一图像。方法还包括使用输入射束照射样本上的测量区域，输入射束的一部分在照明光瞳处被阻挡；在成像传感器处接收从样本反射的成像射束，从样本反射的成像射束穿过成像光瞳；以及使用从样本反射并在成像传感器处被接收的成像射束获得测量区域的第二图像。方法还包括基于第二图像内像素的亮度与第一图像中对应像素的亮度相比的量的变化来检测测量区域内的局部倾斜区域并且确定局部倾斜区域的斜率。
[0013]在实施例中，约一半的输入射束在照明光瞳处被阻挡。
[0014]在另一个实施例中，与所述第一图像相比，第二图像的测量区域内具有正斜率和负斜率的局部倾斜区域呈现为亮度更高或更低的区域，或者反之亦然。
[0015]根据权利要求、说明书和附图，其它方面、优点和特征是显而易见的。
附图说明
[0016]通过参考以下详细描述和附图，可以最好地理解本文所述的关于操作的组织和方法两者及其特征和优点的各种实施例，在附图中：
[0017]图1是成像反射计的简化剖视图。
[0018]图2是多波长光源的简化剖视图。
[0019]图3是概述测量样本反射率的方法的流程图。
[0020]图4A至图4C是根据一些实施例的穿过成像反射计的孔径平面处的孔径的光的简化剖视图。
[0021]图5是示出根据实施例在样本上的局部倾斜区域周围的不同点处测量的反射强度的简化图。
[0022]图6是示出根据另一实施例在样本上的局部倾斜区域周围的不同点处测量的反射强度的简化图。
[0023]图7A至图7B是示出根据实施例如何使用插刀式砌口(knife ed本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种使用成像反射计检测样本上的局部倾斜区域的方法，所述方法包括：使用输入射束照射所述样本上的测量区域；执行第一成像反射测定法测量，其中执行所述第一成像反射测定法测量包括：在成像传感器处接收从所述样本反射的第一成像射束，其中定位在所述成像反射计的孔径平面处的光圈被配置成使得所述第一成像射束穿过所述光圈的光瞳，并且所述光圈不阻挡从所述样本反射的第一射束的任何部分；以及使用从所述样本反射并在所述成像传感器处被接收的所述第一成像射束获得所述测量区域的第一图像，所述第一图像包括第一多个像素；执行第二成像反射测定法测量，其中执行所述第二成像反射测定法测量包括：在所述成像传感器处接收从所述样本反射的第二成像射束，其中定位在所述成像反射计的所述孔径平面处的所述光圈被配置成使得所述第二成像射束穿过所述光圈的所述光瞳，并且所述光圈阻挡从所述样本反射的第二射束的一部分；以及使用从所述样本反射并在所述成像传感器处被接收的所述第二成像射束获得所述测量区域的第二图像，所述第二图像包括第二多个像素；检测所述测量区域内的所述局部倾斜区域，其中检测所述局部倾斜区域包括将所述第一图像中的像素的第一反射强度值与所述第二图像中的对应像素的第二反射强度值进行比较。2.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述局部倾斜区域进一步包括识别所述第一图像中的像素，在所述像素中的所述第一反射强度值与所述第二图像中对应像素的所述第二反射强度值相差超过预定量。3.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述第一图像中的像素与所述第二图像中的对应像素之间的反射强度值差异来确定所述样本上的局部倾斜区域与周围平坦区域之间的高度差异。4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第二成像反射测定法测量期间所述光圈的所述光瞳的直径小于在所述第一成像反射测定法测量期间所述光圈的所述光瞳的直径。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述光圈的所述光瞳的大小是可变的。6.根据权利要求1所述的方法，其中将所述第一图像中的所述像素的所述第一反射强度值与所述第二图像中的所述对应像素的所述第二反射强度值进行比较包括：将所述第二图像中的所述像素的所述第二反射强度值除以所述第一图像中的所述对应像素的所述第一反射强度值。7.根据权利要求1所述的方法，其中检测所述局部倾斜区域包括：针对所述第一多个像素中的每个像素和所述第二多个像素中的每个像素，将所述第一图像中的像素的第一反射强度值与所述第二图像中的对应像素的第二反射强度值进行比较。8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括确定与所述局部倾斜区域相关联的倾斜方向，其中确定所述倾斜方向包括：布置插刀式砌口(knife edge)以阻挡从所述样本反射的所述第一成像射束的第一部分和从所述样本反射的所述第二成像射束的第二部分；以及基于所述第一图像与所述第二图像之间的反射强度值的变化，识别所述局部倾斜区域内所述倾斜方向正交于所述插刀式砌口的区域。
9.一种使用被配置用于暗场测量的成像反射计检测样本上的局部倾斜区域的方法，所述方法包括：使用输入射束照射所述样本上的测量区域，所述输入射束的一部分穿过照明光瞳；在成像传感器处接收从所述样本上的所述局部倾斜区域反射的成像射束的部分，从所述局部倾斜区域反射的所述成像射束的所述部分穿过成像光瞳，其中所述成像光瞳被配置成阻挡从所述样本上的平坦区域反射的成像射束的部分；使用从所述样本上的所述局部倾斜区域反射并在所述成像传感器处接收的所述成像射束的所述部分获得所述测量区域的第一图像；以及基于所述第一图像内亮点的位置检测所述测量区域内的所述局部倾斜区域。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述照明光瞳具有第一数值孔径(NA)，并且所述成像光瞳具有大于所述第一NA的第二NA。11.根据权利要求9所述的方法，其中在所述照明光瞳处提供一维图案并且在所述成像光瞳处提供一维图案，所述照明光瞳处的所述一维图案是所述成像光瞳处的所述一维图案的反相，并且所述照明光瞳处的所述一维图案的取向与所述成像光瞳处的所述一维图案的取向对齐，所述方法进一步包括确定与所述局部倾斜区域相关联的倾斜方向，其中确定所述倾斜方向包括：将所述照明光瞳处的所述一维图案和所述成像光...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：