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TWI745640B - 偵測一樣本上之一子解析度缺陷之方法及裝置 - Google Patents

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TWI745640B
TWI745640B TW107142870A TW107142870A TWI745640B TW I745640 B TWI745640 B TW I745640B TW 107142870 A TW107142870 A TW 107142870A TW 107142870 A TW107142870 A TW 107142870A TW I745640 B TWI745640 B TW I745640B
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Inventor
耐吉 P 史密斯
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美商昂圖創新公司
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Abstract

本發明揭示一種光學度量衡裝置(諸如一干涉儀)，其偵測一樣本上之子解析度缺陷，即，小於該干涉儀之偵測器陣列中之一像素之缺陷。該光學度量衡裝置獲取至少一個偵測器陣列中之各像素處之光學度量衡資料且使用藉由鄰近一所關注像素之複數個像素所接收之該光學度量衡資料來判定一所關注像素之一信號模型之參數值。使用藉由該所關注像素接收之該光學度量衡資料及該所關注像素之該信號模型之經判定參數值來判定該所關注像素之一殘差。接著，可基於該所關注像素之該殘差來偵測可小於該所關注像素之一缺陷。

Description

偵測一樣本上之一子解析度缺陷之方法及裝置
本發明係關於光學度量衡，且特定言之本發明係關於用於偵測一樣本上之缺陷之光學度量衡。
半導體及其他類似產業往往使用光學度量衡設備以在處理期間提供基板之非接觸評估。使用光學度量衡來執行之一個類型之評估係缺陷檢測。諸如一樣本上之微粒或其他不規則物之缺陷可能干擾所得裝置之效能。習知地，用於偵測缺陷之光學工具使用明場及暗場檢測。明場及暗場偵測工具基於由缺陷導致之光之散射而偵測缺陷。
干涉儀係能夠藉由判定各像素處之干擾信號之相位而量測一物件上之小高度差的光學度量衡工具。判定信號之相位要求自晶圓上之各點獲取一個以上樣本。在一習知掃描干涉儀中，通常在產生干涉圖之相位之四分之一波長變化之步驟中藉由沿著垂直於表面之一軸移動樣本或參考表面而修改相位。處理至少三個此等樣本允許以擷取此等樣本所花費之時間為代價判定信號相位及因此表面之垂直位置。隨機缺陷係罕見的且習知地藉由比較來自各像素之一信號與一參考值進行偵測，習知地自具有相同圖案但處於晶圓上之不同位置之一或多個區域獲取該參考值。最小可偵測缺陷係與參考值之信號差異與量測中之不確定性處於相同位準的缺陷。
缺陷偵測要求自一晶圓之大部分且往往自整個晶圓擷取資料。隨著半導體裝置之大小繼續縮小且設計變得更複雜，有必要偵測較小缺陷，此對於習知光學檢測工具而言愈發困難。
諸如一干涉儀之一光學度量衡裝置偵測一樣本上之子解析度缺陷，即，小於干涉儀之偵測器陣列中之一像素之缺陷。光學度量衡裝置獲取至少一個偵測器陣列中之各像素處之光學度量衡資料且使用藉由鄰近一所關注像素之複數個像素所接收之光學度量衡資料來判定一所關注像素之一信號模型之參數值。使用藉由所關注像素接收之光學度量衡資料及所關注像素之信號模型之經判定參數值來判定所關注像素之一殘差。接著，可基於所關注像素之殘差來偵測可小於所關注像素之一缺陷。
在一個實施方案中，一種偵測一樣本上之一子解析度缺陷之方法包含：自該樣本獲取光學度量衡資料，該光學度量衡資料包括至少一個偵測器陣列中之各像素處之一強度值；基於藉由鄰近該至少一個偵測器陣列中之一所關注像素之複數個像素所接收之光學度量衡資料而判定該所關注像素之一信號模型之參數值；使用藉由該所關注像素接收之該光學度量衡資料及該所關注像素之該信號模型之經判定參數值來判定該所關注像素之一殘差；及使用該所關注像素之該殘差來偵測該樣本上對應於該所關注像素之一位置處之小於該所關注像素的一缺陷。
在一個實施方案中，一種經組態以偵測一子解析度缺陷之光學度量衡設備包含：一光源，其產生一照明光束；一物鏡，其引導該照明光束入射於該樣本上且接收藉由該樣本反射之光；至少一個偵測器陣列，其在光藉由該樣本反射之後接收該光且自該光擷取光學度量衡資料， 其中該光學度量衡資料包括該至少一個偵測器陣列中之各像素處之一強度值；及至少一個處理器，其耦合至該至少一個偵測器陣列，該至少一個處理器：獲取該光學度量衡資料；基於藉由鄰近該至少一個偵測器陣列中之一所關注像素之複數個像素所接收之光學度量衡資料而判定該所關注像素之一信號模型之參數值；使用藉由該所關注像素接收之該光學度量衡資料及該所關注像素之該信號模型之經判定參數值來判定該所關注像素之一殘差；及使用該所關注像素之該殘差來偵測該樣本上對應於該所關注像素之一位置處之小於該所關注像素的一缺陷。
在一個實施方案中，一種經組態以偵測一子解析度缺陷之設備包含：用於自該樣本獲取光學度量衡資料之構件，該光學度量衡資料包括至少一個偵測器陣列中之各像素處之一強度值；用於基於藉由鄰近該至少一個偵測器陣列中之一所關注像素之複數個像素所接收之光學度量衡資料而判定該所關注像素之一信號模型之參數值的構件；用於使用藉由該所關注像素接收之該光學度量衡資料及該所關注像素之該信號模型之經判定參數值來判定該所關注像素之一殘差的構件；及用於使用該所關注像素之該殘差來偵測該樣本上對應於該所關注像素之一位置處之小於該所關注像素之一缺陷的構件。
100:光學度量衡裝置/干涉儀
110:光源
112:科勒照明器
114:照明
116:偏光器
120:光束分離器
130:干涉物鏡
132:偏光光束分離器
134:樣本物鏡
135:測試光束
136:參考物鏡
137:致動器
138:參考鏡
139:參考光束
140:樣本
142:卡盤
144:載物台
150:相機
150A:相機
150B:相機
150C:相機
150D:相機
151:所得組合光束
151A:光束
151B:光束
151C:光束
151D:光束
152:透鏡
152A:透鏡
152B:透鏡
152C:透鏡
152D:透鏡
154:輸出偏光器
154’:輸出偏光器/四分之一波板
154A:輸出偏光器
154B:輸出偏光器
154C:輸出偏光器
154D:輸出偏光器
156:微偏光器陣列
157:相位遮罩
158:偵測器陣列
170:電腦
172:處理器
174:記憶體
176:顯示器
177:通信埠
178:輸入裝置
179:電腦可用儲存媒體
202:偏光器像素
204:偏光器像素
206:偏光器像素
208:偏光器像素
300:偵測器陣列
302:3×3內核
302':2×2內核
304:所關注像素
400:干涉儀
410:第一光束分離器
412:光束分離器
414:光束分離器
450:偵測器陣列
456A:偏光器
456B:偏光器
456C:偏光器
456D:偏光器
458A:偵測器陣列
458B:偵測器陣列
458C:偵測器陣列
458D:偵測器陣列
502:內核/鄰近像素
502A:3×3內核/鄰近像素
502B:3×3內核/鄰近像素
502C:3×3內核/鄰近像素
502D:3×3內核/鄰近像素
504A:像素
504B:像素
504C:像素
504D:像素
602:步驟
604:步驟
606:步驟
608:步驟
702:5×5內核/鄰近像素
902:外部介面
904:匯流排
906:參數值判定單元
908:殘差判定單元
910:缺陷偵測單元
圖1圖解說明能夠偵測一樣本上之子解析度缺陷之一干涉儀之一示意圖。
圖2A圖解說明可搭配圖1之干涉儀使用之微偏光器陣列之一側視透視圖。
圖2B圖解說明可搭配圖1之干涉儀使用之微偏光器陣列之 一俯視平面圖。
圖2C圖解說明可搭配圖1之干涉儀使用之微偏光器陣列之一部分。
圖2D圖解說明一相位延遲元件之一部分。
圖3A及圖3B圖解說明微偏光器陣列及干涉儀中之偵測器陣列之一部分之平面圖，且分別圖解說明用於偵測一所關注像素處之一缺陷之一3×3內核及一2×2內核。
圖4圖解說明能夠偵測一樣本上之子解析度缺陷之另一干涉儀之一示意圖。
圖5圖解說明像素陣列(其等係圖4中圖解說明之干涉儀中之複數個偵測器陣列之部分)之一平面圖且圖解說明鄰近各偵測器陣列中之一所關注像素之3×3像素陣列。
圖6圖解說明運用一干涉儀偵測一樣本上之一子解析度缺陷之一方法之一流程圖。
圖7圖解說明類似於圖3A及圖3B中展示之微偏光器陣列及干涉儀中之偵測器陣列之一部分之一平面圖，且圖解說明用於偵測一所關注像素處之一缺陷之一5×5內核。
圖8係圖解說明相對於缺陷直徑之一最小可偵測缺陷高度之一圖表。
圖9係圖解說明可搭配干涉儀使用以偵測子解析度缺陷之一電腦之一硬體實施方案之一實例的一圖式。
相關申請案之交叉參考
本申請案依據35 USC 119規定主張2017年12月1日申請之標題為「SUB-RESOLUTION DEFECT DETECTION」之美國臨時申請案第62/593,777號及2018年9月28日申請之標題為「SUB-RESOLUTION DEFECT DETECTION」之美國臨時申請案第62/738,765號之優先權，該兩個案之全部內容以引用的方式併入本文中。
圖1圖解說明能夠偵測一樣本140上之子解析度缺陷之一光學度量衡裝置100之一示意圖。光學度量衡裝置100圖解說明為一干涉儀，其可係一相移干涉儀，且有時在本文中可被稱為干涉儀100。光學度量衡裝置100可使用一表面量測以基於像素處之量測信號與基於來自鄰近像素之量測信號所產生之像素之一預測信號之間之差異來尋找定位於一單一像素內之一缺陷。可使用一晶粒間比較來確認差異係相對於預期結構之部分之一缺陷。雖然本文中論述一相移干涉儀，但應瞭解，可使用其他類型之干涉儀，或可使用諸如一反射計或橢偏儀之其他類型之光學度量衡裝置來基於本文中之揭示內容偵測一樣本上之子解析度缺陷。
雖然可使用一干涉儀來藉由比較各像素處之高度及信號強度與可自具有相同圖案但處於晶圓上之不同位置之一或多個區域獲取之一參考值而偵測缺陷，但此一方法存在局限性。舉例而言，最小可偵測缺陷係與參考值之高度或信號強度差異與量測中之不確定性處於相同位準的缺陷。使用所關注像素處之量測信號與基於來自鄰近像素之信號所產生之該像素之一預測信號之間之差異為偵測定位於一單一像素內之缺陷提供更佳解析度。
缺陷偵測要求自一晶圓之大部分且往往自整個晶圓擷取資 料。隨著半導體裝置之大小繼續縮小且設計變得更複雜，有必要偵測較小缺陷，此對於習知光學檢測工具而言愈發困難。小於儀器解析度之缺陷擾亂小於較大缺陷之量測高度或信號，且因此藉由儀器解析度及信號雜訊設定最小可偵測缺陷大小。藉由較小的系統之光學解析度及偵測器中之像素之大小限制干涉儀之橫向解析度。針對其之缺陷偵測中使用之一干涉儀之速度取決於：像素大小，其亦設定可偵測之缺陷之大小之下限；成像視場；及自各視場擷取高度資料所花費之時間。其中必須在不同時間採取至少三個樣本之一掃描干涉儀將比可自一單一影像擷取相位資料之相移干涉儀100慢得多。因此，其中像素大小與光學解析度匹配以最大化各影像擷取中檢測之區域同時最小化可偵測到之缺陷之大小的一相移干涉儀100可優於用於缺陷檢測之一掃描干涉儀。
可由相移干涉儀100藉由(例如)使用一微偏光器陣列156修改一單一偵測器陣列中之不同像素中之信號相位而執行自一單一影像擷取相位資料。然而，使用一微偏光器陣列156來修改不同像素中之信號相位增大偵測器之有效像素大小。然而，相應地，有效像素大小之增大可用如本文中論述之子解析度缺陷之偵測抵消。
干涉儀100圖解說明為包含用以產生偏光之一光源110、用以產生正交偏光測試及參考光束之一干涉物鏡130及包含像素級微偏光器之一相機150。干涉儀100中之光源110可係產生一所要波長之光(例如，近似460nm)之一窄頻光源。舉例而言，光源110可係一高亮度LED源或雷射源，或具有適當濾波器之一寬頻光源。一科勒(Kohler)照明器112在一干涉物鏡130之入射光瞳處產生光源110之一影像。來自科勒照明器112之照明114在被引導至一光束分離器120之前穿過一偏光器116。可使用諸 如臨界照明之其他照明方法來代替科勒照明。偏光器116可係(例如)一線性偏光器，但在一些實施例中可係一圓形偏光器，且可調整以最大化條紋對比。光束分離器120(其可係一非偏光50/50光束分離器)將偏光引導(例如，透射)至一干涉物鏡130。若相位偵測器依賴於偏光，則要求使用偏光，如一線柵格偏光器之情況，但在其他實施例中，例如，其中使用不同材料或材料厚度來在分離路徑(例如，參考光束139路徑)之一者中引入一相位滯後，可使用非偏光。
干涉物鏡130經組態以將入射光分離成自樣本反射之一測試光束及自一參考表面反射之一參考光束且經組態以重新組合來自樣本之反射測試光束與來自參考表面之反射參考光束。干涉物鏡130藉由實例圖解說明為一林尼克(Linnik)幾何結構，其包含一偏光光束分離器132、用於使測試樣本之表面成像之一樣本物鏡134、及一互補參考物鏡136及一參考鏡138。可視需要使用其他干涉物鏡，諸如一邁克爾遜(Michelson)或米羅(Mirau)物鏡。可取決於儀器中之光之偏光狀態來限制物鏡之選擇。
圖1將一致動器137圖解說明為附接至參考物鏡136以垂直於垂直方向(Z軸)移動參考物鏡136以便改變入射於樣本140上之一測試光束135與入射於參考鏡138上之一參考光束139之間之光學路徑差以便(例如)在將樣本140移動至一新量測位置之後聚焦光學系統。實務上，僅參考物鏡136、僅參考鏡138、樣本或干涉物鏡130之整個光學總成可沿著光學軸移動以更改測試光束與參考光束之間之光學路徑差。然而，應瞭解，運用其他干涉物鏡，可藉由在平行於垂直方向之一方向上移動參考鏡而改變路徑差。自一光學角度來看，相對於彼此移動之樣本或整個成像系統之間不存在差異；然而，存在實務意義，即，光學系統之質量可限制載物台之 選擇，其繼而可限制最小載物台精度。可視需要採用改變光學路徑差之其他手段，包含改變光之波長。
如圖解說明，來自樣本物鏡134之測試光束135入射於樣本140上，樣本140固持於安裝在一載物台144上之一卡盤142上。載物台144能夠以笛卡爾(即，X及Y)座標或極(即，R及θ)座標或該兩者之某一組合進行水平運動。載物台亦可能夠沿著Z座標進行垂直運動。
測試光束135自樣本140反射且所得反射光束往回穿過樣本物鏡134且藉由偏光光束分離器132而與反射參考光束139組合。所得組合光束151藉由光束分離器120引導(例如，反射)朝向相機150。應瞭解，光束分離器120可視需要反射來自光源110之照明光且透射自樣本140反射之光。亦應瞭解，若偵測器依賴於除偏光以外之一方法以偵測信號相位，則光束分離器132無需係一偏光器。反射光束藉由一透鏡152成像至相機150上。視需要將一輸出偏光器154定位於透鏡152與相機150之間。輸出偏光器154可係(例如)45度之一四分之一波板以將來自樣本140之p偏光測試光束轉換成右旋圓偏光且將來自參考鏡138之s偏光參考光束轉換成左旋圓偏光。相機150包含一偵測器陣列158之前之一像素級微偏光器陣列156，諸如一CCD陣列，其等定位於實質上相同影像平面中。組合光束穿過微偏光器陣列156，從而在偵測器陣列158上形成一干涉圖案。微偏光器陣列156及偵測器陣列158可係(例如)由4D Technology Corporation生產之一基於像素化偏光遮罩之相位感測器。
圖2A及圖2B圖解說明微偏光器陣列156之一側視透視圖及一俯視平面圖。圖2C圖解說明微偏光器陣列156之一部分，其包含具有四個離散偏光(0°、45°、90°、135°)之偏光器像素202、204、206及208之 一2×2陣列，其在整個微偏光器陣列156內重複，使得微偏光器陣列包含具有離散偏光之一重複微偏光器像素陣列。0°、45°、90°及135°之偏光器像素202、204、206及208定向分別實現測試光束135與參考光束139之間具有0°、90°、180°及270°之相位滯後之干涉。微偏光器像素具有匹配偵測器陣列158中之像素之大小及間隔的一大小及間隔，使得偵測器陣列158中之各像素與微偏光器陣列156之一微偏光器元件匹配(即，對準)。替代地，代替微偏光器陣列156，一偏光偵測器可使用包含一重複相位延遲元件陣列之一相位遮罩，在圖2D中以透視圖圖解說明一個此陣列157。相位遮罩可係在匹配相機像素大小之一正方形陣列中蝕刻至不同深度之一雙折射石英遮罩，各正方形在參考光束與樣本光束之間引入一潛在不同延遲。相位遮罩包括與偵測器陣列之像素對準之具有離散相位延遲之一重複相位延遲元件陣列。半導體產業中已知用於此一遮罩之製造技術，其中相變通常用於微影之光罩中。可藉由校準各像素處之相位延遲而改良各相位元件中之深度控制。
干涉儀100使用偏光資料來判定藉由偏光光束分離器132正交偏光之測試光束135與參考光束139之間之一相位差。輸出偏光器154(例如，四分之一波板)將線性偏光測試光束135及參考光束139轉換成左旋及右旋圓偏光，其等在穿過微偏光器陣列156之後發生干涉。偵測器陣列158在干涉之後接收所得光且偵測器陣列158中之各像素處之強度轉換成一電荷。
相機150(例如，偵測器陣列158)耦合至一電腦170，諸如一工作站、一個人電腦、中央處理單元或其他適當電腦系統或多個系統。電腦170較佳包含於干涉儀100中或連接至干涉儀100或以其他方式與干涉 儀100相關聯。電腦170亦可控制載物台144之移動，以及控制卡盤142之操作。電腦170亦收集並分析自相機150獲取之干涉資料，如本文中論述。舉例而言，電腦170可分析干涉資料以判定樣本140之一或多個實體特性，諸如存在一子解析度缺陷，如下文中論述。電腦170包含具有記憶體174之至少一個處理器172，以及包含(例如)一顯示器176及輸入裝置178之一使用者介面。具有體現之電腦可讀程式碼之一非暫時性電腦可用儲存媒體179可由電腦170使用以導致至少一個處理器控制干涉儀100且執行包含本文中描述之分析之功能。用於自動實施本實施方式中描述之一或多個動作之資料結構及軟體程式碼可由一般技術者鑑於本發明實施且儲存(例如)於一電腦可用儲存媒體179上，其可係可儲存程式碼及/或資料以供諸如處理器172之一電腦系統使用的任何裝置或媒體。電腦可用儲存媒體179可係(但不限於)磁性及光學儲存裝置，諸如磁碟機、磁帶、光碟及DVD(數位多功能磁碟或數位視訊磁碟)。一通信埠177亦可用於接收用於程式化電腦170以執行本文中描述之功能之任一或多者之指令且可表示諸如至網際網路或任何其他電腦網路之任何類型之通信連接。通信埠177可進一步在一前饋或回饋程序中將(例如)具有量測結果及/或指令之信號匯出至另一系統(諸如外部程序工具)以便基於量測結果而調整與樣本之一製程步驟相關聯之一程序參數。另外，本文中描述之功能可全部或部分體現於一特定應用積體電路(ASIC)或一可程式化邏輯裝置(PLD)之電路內，且功能可體現於可用來產生如本文中描述般操作之一ASIC或PLD之一電腦可理解描述符語言中。
因此，樣本140之經判定一或多個實體特性(諸如存在一缺陷，如下文中論述)可由電腦系統170判定且可傳達並儲存(例如)在記憶體 中或一資料庫中。缺陷資料可經傳達以調整與製造序列中之特定製程步驟相關聯之一或多個程序工具(例如，負責偵測之缺陷之程序工具)或(例如)藉由丟棄或摒棄樣本或樣本之一部分而調整樣本自身之製造序列。
圖3A及圖3B各圖解說明偵測器陣列300之一部分(其係(例如)微偏光器陣列156及偵測器陣列158之一部分)之平面圖。圖3A及圖3B圖解說明各像素之中心之參考編號i，其表示像素處之干涉測試光束135與參考光束139之間之相移，例如，0表示實現測試光束135與參考光束139之同相(即，0°)分量之間之干涉之0°之一偏光器定向，1表示實現同相正交(即，90°)分量之間之干涉之45°之一偏光器定向，2表示實現異相(即，180°)分量之間之干涉之90°之一偏光器定向，且3表示實現異相正交(即，270°)分量之間之干涉之135°之一偏光器定向。偵測器陣列300中之各像素使用干涉儀100自一樣本(例如，樣本140)接收干涉資料。偵測器陣列300中之各像素處接收之干涉資料係來自在穿過與偵測器陣列158中之像素對準之微偏光器陣列156中之一偏光器之後的干涉測試光束及參考光束之一強度值。如上文中論述，亦可使用包含(例如)使用不同厚度之石英之相位延遲元件之一重複陣列之一相位遮罩157來在各像素處產生具有不同但已知相移之信號。應瞭解，雖然圖2B及圖2C及圖3A及圖3B圖解說明使用具有配置成一特定2×2矩陣之四個不同相移之陣列，但其他矩陣配置係可行的，且可視需要使用四個以上不同相移。2018年11月21日申請之標題為「Interferometer with Pixelated Phase Shift Mask」之具有代理人檔案號碼NAN326 US之美國專利申請案第16/197,929號中進一步描述可使用之其他類型之配置，該案之全部內容以引用的方式併入。
在偵測器陣列158中之各像素(x,y)處，所接收之光產生藉 由下式給定之一信號S i
Figure 107142870-A0305-02-0014-2
在方程式1中，S i 係偵測器陣列300中之像素(x,y)處之強度，i係如圖3A及圖3B中提供之像素(x,y)之參考編號，k係干涉條紋圖案之空間頻率，z係像素處相對於某一原點之表面高度，且a及b與信號之量值有關，其中
Figure 107142870-A0305-02-0014-3
；且b=I r +I t 方程式2
且方程式2中之I r 及I t 分別係參考光束139及測試光束135之強度，且分別取決於照明源之強度及樣本及參考鏡之反射比。參考方程式1，kz表示信號之相位值，自其吾等將z=0定義為具有零相位之一平面。空間頻率k藉由方程式3而與源光譜之中點波長λ 0 有關：
Figure 107142870-A0305-02-0014-1
因此，偵測器陣列中之各像素(x,y)處之強度值S i 依據反射率及相位之至少一者而變化。
使用藉由偵測器陣列300接收之信號，及基於來自方程式1之S i (x,y)之一干擾信號模型，可偵測小於偵測器陣列300中之一單一像素之一缺陷，即，一子解析度缺陷。樣本上存在一缺陷可能改變信號S i (x,y)中之相位值(kz)及量值(a、b)之一或兩者，從而導致一「異常」信號。當樣本上之基礎圖案按設計對於四個像素之各者而言係相同時，可藉由基於具有自鄰近像素判定之一相位值(kz)及量值(a、b)之一干擾信號模型比較來自一單一像素(例如，所關注像素304(用圖3A及圖3B中之交叉影線圖解說明))之所接收信號與該像素之一預測信號而偵測一異常信號。舉例而 言，如圖3A中圖解說明，鄰近像素可係以所關注像素304為中心之一3×3內核302(用圖3A中之陰影圖解說明)中之像素。可視需要使用少於圖3A中展示之3×3內核302中之全部像素。舉例而言，方程式1中存在兩個未知數，表面高度z及樣本反射比，其係複雜的，且因此，存在三個未知數。相應地，可使用來自3×3內核302中之三個或三個以上鄰近像素之量測，例如，其中量測至少三個不同相移。如圖3B中圖解說明，鄰近像素可係與所關注像素304相關聯之一2×2內核302’(用圖3B中之陰影圖解說明)中之像素。因此，可自圖3B中圖解說明之2×2內核302’中之四個像素擷取信號，其中可使用來自三個鄰近像素(用圖3B中之陰影圖解說明)之信號來判定所關注像素304(用圖3B中之交叉影線圖解說明)之一預測信號。應瞭解，所關注像素304可定位於2×2內核302’內(或外部)之一不同位置。
舉例而言，使用來自具有i之不同值之四個像素之強度Si，且假定a及b在各像素處相同，則可自方程式4、5及6計算方程式1中之參數z、a及b。
Figure 107142870-A0305-02-0015-5
Figure 107142870-A0305-02-0015-6
b=S 1-a sin(kz) 方程式6
如一般技術者將明白，自四個量測強度或自不同數目個強度計算此等參數之其他手段係可行的。
藉由實例，可使用三個已知相移來判定表面高度z。舉例而言，運用三個樣本(S i ，i=1、2、4)，可自下式判定表面高度z：
Figure 107142870-A0305-02-0015-4
應瞭解，可選擇不同樣本S i ，且自三個量測強度計算此等 參數之其他手段係可行的，如一般技術者將明白。
藉由比較自鄰近像素判定之所關注像素之預測信號與來自所關注像素之接收信號，可產生一殘差。例如，若殘差大於一臨限值，則殘差可被認為指示一異常信號及因此，所關注像素處存在一缺陷。可執行一晶粒間比較以(例如)藉由判定是否同樣在對應於與所關注像素相關聯之位置的一不同晶粒上之一位置處發現一缺陷(或異常信號)而確認存在一缺陷，其將指示由一預期結構設計而非一缺陷導致異常信號。可藉由將偵測器陣列300中之各像素個別地視為具有一相關聯鄰近像素陣列之一所關注像素而針對樣本上之整個所關注區域執行缺陷偵測。與僅發現改變信號強度之彼等缺陷之非干涉儀器相比，此技術額外地偵測僅修改信號之相位之透明缺陷。另外，可使用強度及相位之一組合來偵測缺陷。
應瞭解，由於基於鄰近像素而產生所關注像素之干擾信號模型，故下伏於鄰近像素及所關注像素之樣本上之圖案應標稱上相同，即，不存在圖案或任何圖案係子解析度使得區域看似恆定。因此，鄰近所關注像素之複數個像素係對應於樣本上具有與樣本上對應於所關注像素之一區域相同之一反射比及相對表面高度之區域的像素。鄰近像素可係在均勻圖案之相同區域內之任何像素，即，表面相位kz值相同之像素。鄰近像素可相鄰於所關注像素，但替代地或額外地可不相鄰於所關注像素。此外，鄰近像素可係鄰接或非鄰接像素且可圍繞或僅部分圍繞所關注像素304。鄰近像素可緊鄰或可不緊鄰所關注像素。
雖然樣本上之圖案應係恆定的，但樣本自身可係平坦或非平坦的，例如，可存在凹陷或其他曲率。可偵測到樣本表面之曲率，以及樣本之非平坦區域上之缺陷。藉由實例，可基於樣本表面係平坦之假定而 自鄰近像素判定所關注像素之干擾信號模型。可基於假定樣本表面平坦所判定之干擾信號模型而比較來自各所關注像素之接收信號與該像素之一預測信號。在存在樣本表面之一曲率之情況下，假定曲率足以產生大於臨限值之一殘差，歸因於樣本之曲率，將偵測到一缺陷群集。缺陷群集可指示樣本表面之曲率，且相應地，可使用一多項式擬合來解釋曲率且以一實際方式改變像素間之高度z而自鄰近像素判定各所關注像素之干擾信號模型。接著，可基於假定樣本表面彎曲所判定之干擾信號模型而比較來自各所關注像素之接收信號與該像素之預測信號。若假定樣本表面彎曲所產生之所得殘差小於臨限值，則可判定樣本表面彎曲，且用於產生干擾信號模型之曲率係精確的。另外，除樣本表面之曲率以外，亦可使用一所關注離群點像素作為一缺陷之一指示。以此方式使用多個像素將降低隨機雜訊對一單一像素之表面高度之影響，且因此在z之量測中改良信雜比。此將允許偵測臨限值降低而不增大錯誤偵測缺陷之概率，且因此允許偵測與其等被視為隔離缺陷之情況相比具有相對於一參考表面之較小高度差之缺陷。
圖4圖解說明另一干涉儀400之一示意圖，干涉儀400類似於圖1中展示之干涉儀100，相似指定元件係相同的，其可基於本文中之揭示內容而偵測一樣本140上之子解析度缺陷。不同於干涉儀100，干涉儀400不使用定位於一單一偵測器陣列之前之一像素級微偏光器陣列，而代替地使用在對應複數個偵測器陣列之前的複數個偏光器。
如圖4中圖解說明，所得組合光束151藉由光束分離器120引導(例如，反射)朝向單獨偵測器之一陣列450。一第一光束分離器410將光束151分離成兩個單獨光束，其等之各者進一步藉由光束分離器412及414分離，從而形成四個光束。將所得四個光束151A、151B、151C及 151D之各者引導至一單獨偵測器。舉例而言，光束151A藉由一透鏡152A成像至相機150A上。一單一輸出偏光器154’(例如，一四分之一波板)可視需要定位於光束分離器410之前，或替代地，如用虛線框圖解說明，單獨輸出偏光器154A、154B、154C及154D可定位在各單獨偵測器之前，例如，在透鏡與相機之間。輸出偏光器154’(或輸出偏光器154A、154B、154C及154D)可係(例如)45度之一四分之一波板以將來自樣本140之p偏光測試光束轉換成右旋圓偏光且將來自參考鏡138之s偏光參考光束轉換成左旋圓偏光。若入射偏光係圓形的，則無需一四分之一波板。在存在四分之一波板154’(或154A、154B、154C及154D)之情況下，一偏光器456A可定位在輸出偏光器與相機150A之間。偏光器456A可視需要定位在別處，例如，在輸出偏光器154A之前或相機150A內。光束151A在相機150A之偵測器陣列458A上形成一干涉圖案。光束151B同樣穿過透鏡152B、輸出偏光器154B及偏光器456B，且由相機150B之偵測器陣列458B接收。類似地，光束151C穿過透鏡152C、輸出偏光器154C及偏光器456C，且由相機150C之偵測器陣列458C接收。光束151D穿過透鏡152D、輸出偏光器154D及偏光器456D，且由相機150D之偵測器陣列458D接收。偵測器陣列458A、458B、458C及458D(有時統稱為偵測器陣列458)之像素經對準使得其等使樣本140上之相同區域成像，其中單獨偵測器陣列458中之對應像素對應於樣本140上之相同位置。偵測器陣列458之各者耦合至一電腦170，例如，如圖1中圖解說明，用於分析干涉資料以判定樣本140之一或多個實體特性，諸如一子解析度缺陷之存在。
視需要，偏光器456可係線柵偏光器或替代地雙折射相位延遲元件，其等可具有不同厚度之石英或其他適合材料。
偏光器456A、456B、456C及456D具有四個離散偏光，例如，0°、45°、90°、135°，藉此分別實現測試光束135與參考光束139之間具有0°、90°、180°及270°之相位延遲之干涉。因此，使用四個單獨偏光器456A、456B、456C及456D(有時統稱為偏光器456)及相關聯偵測器陣列458A、458B、458C及458D用干涉儀100中之其2×2偏光器像素陣列及相關聯偵測器陣列158替換微偏光器陣列156。相應地，干涉儀400具有4倍的干涉儀100之解析度。
圖5圖解說明偵測器陣列458A、458B、458C及458D之對應部分之一平面圖。偵測器陣列458中之各像素使用干涉儀400自一樣本(例如，樣本140)接收干涉資料。偵測器陣列458中之各像素處接收之干涉資料係來自穿過對應偏光器456之後的干涉測試光束135及參考光束139之一強度值。偵測器陣列458中之像素經對準使得對應像素(例如，像素504A、504B、504C及504D)自樣本140上之相同位置接收資料。光束可視需要分離成四個以上光束，偵測器之數目對應增加。替代地，一些或全部分離光束可引導朝向一單一偵測器之不同部分。
類似於圖3A，圖5圖解說明各像素之中心之參考編號i，其表示像素處之干涉測試光束135與參考光束139之間之相移，例如，0表示實現測試光束135與參考光束139之同相(即，0°)分量之間之干涉之0°之一偏光器定向，1表示實現同相正交(即，90°)分量之間之干涉之45°之一偏光器定向，2表示實現異相(即，180°)分量之間之干涉之90°之一偏光器定向，且3表示實現異相正交(即，270°)分量之間之干涉之135°之一偏光器定向。由於干涉儀400在各偵測器臂中使用四個不同偏光器456，而非一單一微偏光器陣列156，故一偵測器陣列中之全部像素具有相同參考編號 i。亦可視需要使用相位元件(例如，使用不同厚度之石英之相位元件)來針對各偵測器陣列產生具有不同但已知相移之信號。
類似於上文中之論述，使用藉由偵測器陣列458接收之信號，及基於來自方程式1之S i (x,y)之一干擾信號模型，可偵測小於偵測器陣列458中之一單一像素之一缺陷，即，一子解析度缺陷。樣本上存在一缺陷可能改變信號S i (x,y)中之相位值(kz)及量值(a、b)之一或兩者，從而導致一「異常」信號。當樣本上之基礎圖案恆定時，可藉由基於具有自臨近像素之一或多個對應集合(例如，以所關注像素504為中心之3×3內核502A、502B、502C及502D中之像素(有時統稱為鄰近像素502)(用圖5中之陰影圖解說明))判定之一相位值(kz)及量值(a、b)之一干擾信號模型比較來自偵測器陣列458中之像素(例如，所關注像素504A、504B、504C及504D(有時統稱為所關注像素504)(用圖5中之交叉影線圖解說明)之一或多者)之接收信號與彼等像素之一或多個預測信號而偵測到一或多個異常信號。
可使用來自偵測器陣列458之一或多者之鄰近像素502來單獨判定預測信號。舉例而言，可僅使用偵測器陣列458A中之鄰近像素502A來判定一第一預測信號，可僅使用偵測器陣列458B中之鄰近像素502B來判定一第二預測信號，可僅使用偵測器陣列458C中之鄰近像素502C來判定一第三預測信號，且可僅使用偵測器陣列458D中之鄰近像素502D來判定一第四預測信號。第一預測信號可與偵測器陣列458A中之所關注像素504A進行比較，第二預測信號可與偵測器陣列458B中之所關注像素504B進行比較，第三預測信號可與偵測器陣列458C中之所關注像素504C進行比較，且第四預測信號可與偵測器陣列458D中之所關注像素 504D進行比較。可視需要(例如)針對偵測器陣列之一子集判定較少預測信號且將其與對應所關注像素進行比較。
額外地或替代地，可使用來自複數個偵測器陣列458之對應鄰近像素來判定一或多個所關注像素之一預測信號。舉例而言，可使用對應鄰近像素502A、502B、502C及502D一起判定所關注像素504A之一預測信號且接著將其與來自所關注像素504A之信號進行比較。類似地，可使用對應鄰近像素502A、502B、502C及502D一起判定各所關注像素504B、504C及504D之一預測信號且接著將其與來自所關注像素504B、504C及504D之各者之信號進行比較。可視需要組合來自所關注像素504之一或多者之信號，且可使用來自複數個偵測器陣列458之鄰近像素來判定組合所關注像素之一預測信號。舉例而言，可組合來自所關注像素504A及504B之信號且可使用對應鄰近像素502A及502B來判定一預測信號且將其與來自所關注像素504A及504B之組合信號進行比較。可視需要組合並比較來自像素之子集之信號。舉例而言，來自像素504A及504C之信號(例如，無條紋之信號之強度)可組合(例如)為總和、平均數、平均值等且與來自像素504B及504C(或視需要不同鄰近或額外鄰近像素)之信號之相同組合進行比較。鑑於樣本上之基礎圖案係恆定的，來自所關注像素504A與一鄰近像素(504C)之信號之組合(例如，總和、平均值、平均數等)應與來自鄰近像素(504B及504D)之信號之組合相同。(例如)來自像素504A/504C及像素504B/504D或其他鄰近像素之信號之此等組合之間之差異可指示一缺陷。另外，可使用據信無缺陷之像素來執行比較以提供信號之組合之間可能出現多少差異的指示，其可用於設定一臨限值以判定任何差異是否顯著且可指示一缺陷之存在。
如上文中論述，一異常信號可被認為指示所關注像素處存在一缺陷，例如，若異常信號大於一臨限值。可執行一晶粒間比較以(例如)藉由判定是否同樣在對應於與所關注像素相關聯之位置的一不同晶粒上之一位置處發現一缺陷(或異常信號)而確認存在一缺陷，其可指示由一預期結構設計而非一缺陷導致異常信號。在一個實施方案中，異常信號(即使存在於一晶粒間比較中)可識別一系統缺陷，其可使用一檢視站(諸如一掃描電子顯微鏡(SEM)或原子力顯微鏡(AFM))進行驗證。可藉由將偵測器陣列458中之像素之各者視為具有一相關聯鄰近像素陣列之所關注像素而針對樣本上之整個所關注區域執行缺陷偵測。
藉由實例，圖6係圖解說明運用一光學度量衡裝置(諸如一干涉儀)偵測一樣本上之一子解析度缺陷之一方法的一流程圖。如圖解說明，運用一光學度量衡裝置自樣本獲取光學度量衡資料(602)，其中光學度量衡資料可係至少一個偵測器陣列中之各像素處之一強度值。藉由實例，光學度量衡裝置可係一相移干涉儀(諸如上文中論述之干涉儀100或400)，或可係另一類型之干涉儀或光學度量衡裝置(諸如一反射計或橢偏儀)。光學度量衡資料可係藉由在穿過與偵測器陣列之一像素對準之一微偏光器像素之後由樣本反射之測試光束與由一參考鏡反射之參考光束之間之干涉所產生的干涉資料。然而，可視需要使用其他類型之干涉儀，舉例而言，使用各具有一不同相移之多個偵測器之干涉儀。
基於藉由鄰近一所關注像素之複數個像素接收之光學度量衡資料而針對所關注像素之一信號模型(諸如一干擾信號模型)判定參數值(604)。舉例而言，所關注像素可係圖3A、圖3B及圖5中展示之像素304或504且鄰近所關注像素之複數個像素可係圖3A、圖3B、圖5及圖7(下文中 論述)中展示之2×2內核、3×3內核或5×5內核中之陰影像素。可視需要使用較大內核或較小內核(例如，三像素內核)。鄰近所關注像素之複數個像素可係對應於樣本上具有與樣本上對應於所關注像素之一區域相同之一反射比及相對表面高度的區域之像素，例如，除已知相移之效應以外亦標稱產生與所關注像素相同之信號的像素。所關注像素之信號模型可基於方程式1之信號S i 且待判定參數值可係(例如)相位值(kz)及量值(a、b)，但可視需要及視情況使用其他方程式及其他參數值。可(例如)基於藉由鄰近所關注像素304之像素陣列接收之光學度量衡資料之一最佳擬合而判定所關注像素之信號模型之參數值。舉例而言，可使用(例如)圖3A、圖3B、圖5及圖7中展示之內核中之各陰影像素處接收之干涉資料及來自方程式1之信號S i 來同時尋找參數值(例如，相位值(kz)及量值(a、b))之一最佳擬合。替代地，可針對(例如)圖3A、圖3B、圖5及圖7中展示之內核中之各陰影像素單獨尋找參數值(例如，相位值(kz)及量值(a、b))之一最佳擬合，且所得參數值可用於(例如)藉由尋找平均數、平均值、中值、眾數或其他統計相關值而尋找分佈之中心或典型值。另外，可產生所關注像素之信號模型作為一多項式之一最佳擬合以說明樣本之任何非平坦性(例如，曲率)。
參考圖6，使用藉由所關注像素接收之光學度量衡資料及信號模型之經判定參數值來判定所關注像素之殘差(606)。舉例而言，可使用針對所關注像素之殘差分析來判定藉由所關注像素接收之信號中存在變動之量，其可用於判定樣本上之藉由所關注像素成像之一位置處是否存在一可能缺陷。可藉由比較由所關注像素接收之光學度量衡資料與使用經判定參數值及所關注像素之信號模型所判定之所關注像素之預測光學度量衡資料而判定殘差。藉由實例，可藉由下式判定所關注像素之殘差：
Figure 107142870-A0305-02-0024-7
其中S poi 係所關注像素處之接收干涉資料，i poi 係所關注像素之參考編號(如圖3A及圖3B中圖解說明)，且a fit 、b fit 及kz fit 係自內核中之鄰近像素判定之參數值。
可使用所關注像素之殘差在樣本上對應於所關注像素之一位置處偵測到小於所關注像素之一缺陷(608)。舉例而言，若所關注像素304之殘差係大的，則樣本上對應於所關注像素之一位置處可存在一缺陷。可(舉例而言)藉由判定殘差大於一預定臨限值而偵測缺陷。臨限值可憑經驗或透過模型化預定，且可取決於干涉儀100之特定參數。舉例而言，可期望在樣本(例如)基於來自鄰近像素之多項式擬合而判定為非平坦之情況下更改臨限值以產生所關注像素之信號模型。鑑於本發明，用實驗方法設定一偵測臨限值完全在熟習此項技術者之能力範圍內。較低臨限值增加偵測到之小缺陷之分率，但亦導致偵測到不真實之缺陷，被稱為假缺陷。當殘餘信號偶然超過臨限值時發生假缺陷之偵測，且因此假偵測率取決於臨限值設定及所關注像素之殘差中之隨機雜訊。(例如)自方程式8計算之殘差中之隨機雜訊將藉由使用擬合參數a fit 、b fit 及kz fit 計算之擬合項中之雜訊而增加至高於被測像素處之表面讀數中之雜訊，且此在判定最佳偵測臨限值時必須納入考量。
可檢查缺陷群集以識別具有特定形狀之圖案，其中可使用特定形狀來將缺陷分類成預定類別。一凹陷缺陷(具有一平滑變化表面之一區域)係無法藉由習知檢測工具偵測之一額外缺陷類別。半導體製程之詳細模擬可用於判定易於產生凹陷效應之區域，如可用於分析來自多個晶圓之經驗資料。可使用此知識來實現具有一已知形狀之表面高度之小的系 統變動之區域之搜尋。將藉由二維二次函數(方程式9)描述一凹陷表面之一個實例。
z(x,y)=c 0+c 1 x+c 1 y+c 3 x 2+c 4 xy+c 5 y 2 方程式9
僅在首先偵測到多於預定數目個隔離缺陷之後觸發對彎曲表面區域之搜尋可係有利的，藉此減少執行分析所花費之時間。將需要量測與擬合z(x,y)之間之殘差之一測試(諸如一χ2測試)，以決定擬合是否適當，且因此決定一區域是否真的彎曲。若擬合函數之最大振幅超過一偵測臨限值，則偵測到一凹陷缺陷。二維二次表面(方程式9，其具有六個擬合參數c0至c5)與N個像素之一區域之擬合中之不確定性將相對於來自僅使用方程式1之三個鄰近者之一擬合之不確定性降低近似1/
Figure 107142870-A0305-02-0025-11
(N-6)倍，且因此凹陷缺陷之偵測臨限值可小於在偵測單一缺陷時使用之臨限值。
另外，缺陷偵測之程序可包含比較所關注像素之檢測結果(例如，來自步驟606之殘差或來自步驟608之一可能缺陷之存在)、來自樣本上對應於與所關注像素相關聯之位置之至少一個其他位置之檢測結果，例如，一晶粒間比較。若樣本上之其他位置具有一類似檢測結果(例如，在所關注像素之殘差之一預定臨限值內之來自步驟606之一殘值或來自步驟608之一可能缺陷之存在)，則所關注像素處之可能缺陷可係一預期結構設計而非一缺陷。另一方面，若樣本上之其他位置不具有一類似檢測結果，則所關注像素處之可能缺陷可被視為一缺陷。比較各像素與來自至少兩個其他位置之資料允許識別三個位置之哪一位置有缺陷(若有)。2018年11月21日申請之標題為「Sample Inspection Using Topography」之具有代理人檔案號碼NAN316 US之美國專利申請案第16/197,849號中進一步描述藉由與其他位置比較而進行之缺陷偵測，該案之全部內容以引用的方 式併入本文中。
當偵測到所關注像素處之一缺陷時，缺陷之存在可與樣本上之對應位置相關聯且儲存於電腦170之記憶體174中。視需要，可進一步檢測樣本以識別缺陷之類型及修復缺陷或自批次切除缺陷晶粒及/或防止在未來製造中出現類似缺陷所採取之適當動作。包含樣本上之所關注像素處存在缺陷之缺陷資料可經傳達以調整與製造序列中之一製程步驟相關聯之一或多個程序或度量衡工具或更改樣本之一未來製造序列。舉例而言，可使用缺陷資料以(例如)藉由避免使用包含一缺陷之一目標或(例如)藉由校正目標之一模型以包含缺陷而在缺陷之分析期間考量缺陷來調整一度量衡工具之操作。另外，可使用缺陷資料以藉由調整一或多個程序參數或自生產線移除負責所偵測缺陷之一程序工具而調整該程序工具以防止程序工具在隨後處理之樣本中產生缺陷。另外，可使用缺陷資料以(例如)藉由丟棄或摒棄樣本或樣本之一部分(例如，整個晶圓或來自晶圓之一晶粒)而調整樣本自身之製造序列。因此，可使用一缺陷之偵測來修改、更改或告知測試樣本之進一步處理或其他樣本之處理。
應瞭解，(例如)內核302、302’或502中鄰近所關注像素之像素(其等用於判定信號模型之參數值)中可存在缺陷。鄰近所關注像素之像素之一或多者中存在一缺陷可導致參數值之偏斜，此可導致所關注像素處之一缺陷之一錯誤指示。因此，在判定所關注像素中之殘差(步驟606)之前，可期望驗證鄰近像素中之各像素之殘差在一可接受容限內。可摒棄任何離群點像素且在判定所關注像素之殘差之前可重新判定所關注像素之信號模型之參數值。替代地，在判定信號模型之參數值之前，可比較鄰近像素處接收之光學度量衡資料與藉由具有相同參考編號i(如圖3A、圖3B 及圖5中圖解說明)之像素接收之光學度量衡資料，且在判定所關注像素之殘差之前可摒棄藉由一預定臨限值識別之任何離群點。
此外，代替圖3A、圖3B或圖5中之內核302、302’或502中展示之陰影像素，可使用所關注像素周圍之較少、額外或其他像素來判定信號模型之參數值。舉例而言，如圖3A及圖3B中圖解說明，所關注像素304及304不包含在用於判定參數值之複數個像素中。然而，視需要，所關注像素304可包含在用於判定參數值之內核中(即，所關注像素被視為一鄰近像素)，但如此做將使所得參數值偏斜，藉此使所關注像素處之一缺陷之偵測變得更困難。此外，可使用鄰近所關注像素之額外或較少像素。此外，用於判定參數值之鄰近所關注像素之像素可(例如)如圖3A、圖3B及圖5中圖解說明般緊鄰所關注像素，或可(例如)如下文中論述之圖7中圖解說明般不緊鄰所關注像素。此外，用於判定參數值之鄰近所關注像素之像素可不彼此鄰接且可或可不完全圍繞所關注像素。舉例而言，對於圖3A中展示之內核302，若所關注像素在偵測器陣列之一邊緣或角隅處，則鄰近像素將不完全圍繞所關注像素。此外，如上文中論述，鄰近像素之一或多者可作為一離群點而摒棄且不用於判定參數值。在非鄰接像素之另一實例中，僅具有與圖3A及圖3B中之所關注像素相同之參考編號i的像素可用於判定干涉信號模型之參數值。
可能的是，一缺陷(甚至一子解析度缺陷)可與像素邊界重疊，此將導致兩個或兩個以上像素處之信號異常。相應地，將所關注像素與用於判定信號模型之參數值之鄰近像素分離可係有用的。舉例而言，圖7圖解說明圖3A及圖3B中圖解說明之偵測器陣列300，但圖解說明以所關注像素304為中心之一5×5內核702，其可用於判定所關注像素304之信號 模型之參數值。如藉由5×5內核702中之像素之陰影及內核之中心3×3區域之非陰影指示，可自信號模型之參數值之判定排除5×5內核中之中心3×3個像素，即，使得用於判定參數值之鄰近像素不緊鄰所關注像素。藉由使用不緊鄰所關注像素之像素，如圖7中圖解說明，若一缺陷與所關注像素304之邊界重疊，則缺陷將不影響藉由鄰近像素702判定之信號模型之參數值。
此方法假定缺陷係稀疏的且樣本上存在具有一恆定圖案之一相對較大區域。舉例而言，若使用一10倍物鏡，則像素大小通常係0.75μm，故一5×5內核之面積係3.75×3.75μm。另外，光學解析度可小於單一像素大小，例如，0.75μm或更小，而非一表面量測之兩倍。一4×4μm面積中之一個缺陷係62500mm-2，其被認為係密集的。因此，4×4μm面積中之至多一個缺陷之假定係有效的。
藉由處理干涉儀資料，如上文中論述，相對於計算樣本之一表面高度(如運用習知干涉儀執行)，可以一高靈敏度偵測樣本上之子解析度缺陷。舉例而言，對於直徑d之一圓形缺陷，大小P×P之一像素中之缺陷之面積分率F係
Figure 107142870-A0305-02-0028-8
為了可偵測，歸因於缺陷之信號變化應超過雜訊底限。假定信號中之雜訊等效於δ之一Z不確定性，若缺陷具有一高度H，則
Figure 107142870-A0305-02-0028-9
Figure 107142870-A0305-02-0028-10
圖8係圖解說明相對於缺陷直徑之一最小可偵測缺陷高度之一圖表，其中δ
Figure 107142870-A0305-02-0028-13
1nm且P=750nm。因此，如可見，若一缺陷具有大於 5nm之一高度，則在其之直徑大於400nm之情況下可偵測到缺陷。在雜訊降低至0.1nm之情況下，預期偵測直徑小至100nm之缺陷係合理的。兩個結果小於750nm之儀器解析度，且因此小於解析度限制之缺陷之偵測(「子解析度」偵測)在信號雜訊足夠低之情況下係可能的。
可(例如)藉由在缺陷偵測中組合多個影像來完成雜訊降低。舉例而言，可(例如)藉由移動參考物鏡136在多個光學路徑差內獲取圖6中之步驟602中所獲取之干涉資料。可使用多個光學路徑差內獲取之干涉資料來判定步驟604中判定之參數值及步驟606之殘差。改變擷取物之間之光學路徑差修改方程式1中之z參數之原點z 0 。有必要藉由減去已知z軸移動或藉由自全部資料減去平均z值而校正此等偏移之表面資料。藉由組合多個影像，降低所關注像素之信號模型之經判定參數值中之雜訊。
圖9係圖解說明可搭配圖1及圖4中展示之干涉儀100、400使用之一電腦170之一硬體實施方案之一實例的一圖式。電腦170包含(例如)硬體組件，諸如一外部介面902，其可係能夠連接以自相機150接收資料且提供控制信號至干涉儀100之載物台144且匯出缺陷資料的一有線或無線介面。電腦170進一步包含一使用者介面，包含(例如)顯示器176及輸入裝置178。電腦170進一步包含一或多個處理器172及記憶體174，其等可運用匯流排904耦合在一起。一或多個處理器172及電腦170之其他組件可類似地運用匯流排904、一單獨匯流排耦合在一起，或可直接連接在一起或前述內容之一組合。
記憶體174可含有可執行程式碼或軟體指令，其等在由一或多個處理器172執行時導致一或多個處理器操作為經程式化以執行本文中揭示之演算法之一專用電腦。舉例而言，如圖9中圖解說明，記憶體 174包含一或多個組件或模組，其在由一或多個處理器172實施時實施如本文中描述之方法論。雖然組件或模組圖解說明為可由一或多個處理器172執行之記憶體174中之軟體，但應瞭解，組件或模組可係處理器中或遠離處理器之專用硬體。
如圖解說明，記憶體174可包含一參數值判定單元906，其在由一或多個處理器172實施時導致一或多個處理器172判定所關注像素之一信號模型之參數值。如上文中論述，參數值判定單元906可使用藉由鄰近所關注像素之複數個像素接收之光學度量衡資料來判定參數值。舉例而言，參數值判定單元906可導致一或多個處理器172使用鄰近所關注像素之複數個像素中之各像素處接收之光學度量衡資料來尋找信號模型之參數值之一最佳擬合，如上文中論述。
記憶體174可包含一殘差判定單元908，其在由一或多個處理器172實施時導致一或多個處理器172使用藉由所關注像素接收之光學度量衡資料及所關注像素之信號模型之經判定參數值來判定所關注像素之一殘差，如上文中論述。舉例而言，殘差判定單元908可導致一或多個處理器172比較藉由所關注像素接收之干涉資料與使用經判定參數值及所關注像素之干擾信號模型所判定之所關注像素之預測光學度量衡資料，如上文中論述。
記憶體174可包含一缺陷偵測單元910，其在由一或多個處理器172實施時導致一或多個處理器172基於所關注像素之殘差而在成像於所關注像素處之樣本上之一位置處偵測小於所關注像素之一缺陷，如上文中論述。舉例而言，缺陷偵測單元910可導致一或多個處理器172判定殘差是否大於一預定臨限值，如上文中論述。
可取決於應用藉由各種手段實施本文中描述之方法論。舉例而言，可在硬體、韌體、軟體或其任何組合中實施此等方法論。對於一硬體實施方案，可在一或多個特定應用積體電路(ASIC)、數位信號處理器(DSP)、數位信號處理裝置(DSPD)、可程式化邏輯裝置(PLD)、場可程式化閘陣列(FPGA)、處理器、控制器、微控制器、微處理器、電子裝置、經設計以執行本文中描述之功能之其他電子單元或其等之一組合內實施一或多個處理器。
對於涉及韌體及/或軟體之一實施方案，可運用執行本文中描述之單獨功能之模組(例如，程序、函數等等)來實施方法論。有形地體現指令之任何機器可讀媒體可用於實施本文中描述之方法論。舉例而言，軟體程式碼可儲存於一記憶體中且由一或多個處理器單元執行，從而導致處理器單元操作為經程式化以執行本文中揭示之演算法之一專用電腦。可在處理器單元內或處理器單元外部實施記憶體。如本文中使用，術語「記憶體」係指任何類型之長期、短期、揮發性、非揮發性或其他記憶體且不限於任何特定類型之記憶體或記憶體之數目，或其上儲存記憶體之媒體之類型。
若在韌體及/或軟體中實施，則可將功能作為一或多個指令或程式碼儲存於一非暫時性電腦可讀儲存媒體上。實例包含用一資料結構編碼之電腦可讀媒體及用一電腦程式編碼之電腦可讀媒體。電腦可讀媒體包含實體電腦儲存媒體。一儲存媒體可係可由一電腦存取之任何可用媒體。藉由實例而非藉由限制，此等電腦可讀媒體可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟儲存器、磁碟儲存器、半導體儲存器或其他儲存裝置，或可用於以指令或資料結構之形式儲存所要程式碼且可由 一電腦存取之任何其他媒體；如本文中使用之磁碟及光碟包含光碟(CD)、雷射光碟、光碟、數位多功能光碟(DVD)、軟碟及藍光光碟，其中磁碟通常磁性地重現資料，而光碟運用雷射光學地重現資料。上文之組合亦應包含在電腦可讀媒體之範疇內。
除儲存於電腦可讀儲存媒體上以外，指令及/或資料可提供為包含於一通信設備中之傳輸媒體上之信號。舉例而言，一通信設備可包含具有指示指令及資料之信號的一收發器。指令及資料儲存於非暫時性電腦可讀媒體(例如，記憶體174)上且經組態以導致一或多個處理器操作為經程式化以執行本文中揭示之演算法之一專用電腦。即，通信設備包含具有指示執行所揭示功能之資訊之信號之傳輸媒體。
在一個實施方案中，一設備(諸如圖9中圖解說明之電腦170)可經組態以偵測一子解析度缺陷。設備可包含用於運用干涉儀自樣本獲取光學度量衡資料的構件，干涉資料包括至少一個偵測器陣列中之各像素處之一強度值，其可係(例如)經耦合以自干涉儀100中之相機150或干涉儀400中之相機150A、150B、150C及150D接收資料之外部介面902。用於基於藉由鄰近至少一個偵測器陣列中之一所關注像素之複數個像素接收之光學度量衡資料而判定所關注像素之一信號模型之參數值的一構件可係(例如)由一或多個處理器172實施之記憶體174中之參數值判定單元906。用於使用藉由所關注像素接收之光學度量衡資料及所關注像素之信號模型之經判定參數值來判定所關注像素之一殘差的一構件可係(例如)由一或多個處理器172實施之記憶體174中之殘差判定單元908。用於基於所關注像素之殘差在樣本上成像於所關注像差處之一位置處偵測小於所關注像素之一缺陷的一構件可係(例如)由一或多個處理器172實施之記憶體174中之缺 陷偵測單元910。用於傳達包含所關注像素中存在缺陷之缺陷資料以調整與製造序列中之一製程步驟相關聯之一或多個程序工具或更改樣本之一未來製造序列的一構件可係(例如)外部介面902。
儘管出於指導目的結合特定實施例圖解說明本發明，然本發明不限於此。可作出各種調適及修改而不背離本發明之範疇。因此，隨附發明申請專利範圍之精神及範疇不應限於前述描述。
602:步驟
604:步驟
606:步驟
608:步驟

Claims (53)

  1. 一種偵測一樣本上之一子解析度缺陷之方法，該方法包括： 自該樣本獲取光學度量衡資料，該光學度量衡資料包括至少一個偵測器陣列中之各像素處之一強度值； 基於藉由鄰近該至少一個偵測器陣列中之一所關注像素之複數個像素接收之該光學度量衡資料而判定該所關注像素之一信號模型之參數值； 使用藉由該所關注像素接收之該光學度量衡資料及該所關注像素之該信號模型之經判定參數值來判定該所關注像素之一殘差；及 使用該所關注像素之該殘差在該樣本上對應於該所關注像素之一位置處偵測到小於該所關注像素之一缺陷。
  2. 如請求項1之方法，傳達包含該所關注像素中存在該缺陷之缺陷資料以調整與一製造序列中之一製程步驟相關聯之一或多個程序工具或更改該樣本之一未來製造序列。
  3. 如請求項1之方法，其中該至少一個偵測器陣列包括具有一微偏光器陣列之一單一偵測器陣列，該微偏光器陣列包括與該單一偵測器陣列之該等像素對準之微偏光器像素，其中該微偏光器陣列包括具有離散偏光之微偏光器像素之一重複陣列。
  4. 如請求項1之方法，其中該至少一個偵測器陣列包括具有一相位遮罩之一單一偵測器陣列，該相位遮罩包括與該單一偵測器陣列之該等像素對準之相位延遲元件，其中該相位遮罩包括具有離散相位延遲之相位延遲元件之一重複陣列。
  5. 如請求項1之方法，其中該至少一個偵測器陣列包括複數個偵測器陣列，其中該複數個偵測器陣列中之對應像素自該樣本上之一相同位置接收光學度量衡資料，且其中該至少一個偵測器陣列中之該所關注像素包括至少一個偵測器陣列中之一個像素，其中具有離散偏光之單獨偏光器定位於該等偵測器陣列之各者之前。
  6. 如請求項1之方法，其中該至少一個偵測器陣列包括複數個偵測器陣列，其中該複數個偵測器陣列中之對應像素自該樣本上之一相同位置接收光學度量衡資料，且其中該至少一個偵測器陣列中之該所關注像素包括至少一個偵測器陣列中之一個像素，其中具有離散相位延遲之單獨相位延遲元件定位於該等偵測器陣列之各者之前。
  7. 如請求項1之方法，其中該至少一個偵測器陣列中之各像素處之該強度值依據反射率及相位之至少一者而變化。
  8. 如請求項1之方法，其中該光學度量衡資料係運用一干涉儀擷取之干涉資料且該所關注像素之該信號模型係該所關注像素之一干擾信號模型。
  9. 如請求項8之方法，其中該干涉儀係一相移干涉儀且藉由該至少一個偵測器陣列中之各像素接收之該干涉資料包括藉由在穿過一偏光器之後由該樣本反射之一測試光束與由一參考鏡反射之一參考光束之間之干涉所產生之該像素處之該強度值。
  10. 如請求項1之方法，其中在判定該信號模型之該等參數值時該所關注像素不包含於該複數個像素中。
  11. 如請求項1之方法，其中鄰近該所關注像素之該複數個像素包括緊鄰該所關注像素的像素。
  12. 如請求項1之方法，其中鄰近該所關注像素之該複數個像素包括未緊鄰該所關注像素的像素。
  13. 如請求項1之方法，其中鄰近該所關注像素之該複數個像素包括彼此不鄰接的像素。
  14. 如請求項1之方法，其中鄰近該所關注像素之該複數個像素係對應於該樣本上具有與該樣本上對應於該所關注像素之一區域相同之一反射比及相對表面高度之區域的像素。
  15. 如請求項1之方法，其中基於藉由鄰近該所關注像素之該複數個像素接收之該光學度量衡資料而判定該所關注像素之該信號模型之該等參數值包括使用鄰近該所關注像素之該複數個像素中之各像素處接收之該光學度量衡資料尋找該信號模型之該等參數值之一最佳擬合。
  16. 如請求項1之方法，其中該信號模型之該等經判定參數值包括一量值及一相位值。
  17. 如請求項1之方法，其中使用藉由該所關注像素接收之該光學度量衡資料及該信號模型之該等經判定參數值來判定該所關注像素之該殘差包括比較藉由該所關注像素接收之該光學度量衡資料與使用該等經判定參數值及該所關注像素之該信號模型所判定之該所關注像素之預測光學度量衡資料。
  18. 如請求項1之方法，其中使用該所關注像素之該殘差來偵測該缺陷包括判定該殘差大於一預定臨限值。
  19. 如請求項1之方法，其中該缺陷包括一凹陷缺陷，該方法進一步包括： 偵測該樣本上之複數個所關注像素之一缺陷群集； 藉由擬合該樣本之一曲率而判定該複數個所關注像素之信號模型之新參數值； 使用藉由該複數個所關注像素之各者接收之該光學度量衡資料及該複數個所關注像素之各者之該等信號模型之該等新參數值來判定該複數個所關注像素之新殘差；及 使用該等新殘差來識別該凹陷缺陷。
  20. 如請求項1之方法，其中自該樣本獲取該光學度量衡資料包括在獲取該光學度量衡資料時組合多個影像以減少該所關注像素之該信號模型之該等經判定參數值中之雜訊。
  21. 一種經組態以偵測一子解析度缺陷之光學度量衡設備，該光學度量衡設備包括： 一光源，其產生一照明光束； 一物鏡，其引導該照明光束以入射於一樣本上且接收藉由該樣本反射之光， 至少一個偵測器陣列，其在該光藉由該樣本反射之後接收該光且自該光擷取光學度量衡資料，其中該光學度量衡資料包括該至少一個偵測器陣列中之各像素處之一強度值；及 至少一個處理器，其耦合至該至少一個偵測器陣列，該至少一個處理器獲取該光學度量衡資料，基於藉由鄰近該至少一個偵測器陣列中之一所關注像素之複數個像素接收之該光學度量衡資料而判定該所關注像素之一信號模型之參數值，使用藉由該所關注像素接收之該光學度量衡資料及該所關注像素之該信號模型之經判定參數值來判定該所關注像素之一殘差，且使用該所關注像素之該殘差在該樣本上對應於該所關注像素之一位置處偵測小於該所關注像素之一缺陷。
  22. 如請求項21之設備，其中該至少一個處理器進一步經組態以傳達包含該所關注像素中存在該缺陷之缺陷資料以調整與一製造序列中之一製程步驟相關聯之一或多個程序工具或更改該樣本之一未來製造序列。
  23. 如請求項21之設備，其中該至少一個偵測器陣列包括具有一微偏光器陣列之一單一偵測器陣列，該微偏光器陣列包括與該單一偵測器陣列之該等像素對準之微偏光器像素，其中該微偏光器陣列包括具有離散偏光之微偏光器像素之一重複陣列。
  24. 如請求項21之設備，其中該至少一個偵測器陣列包括具有一相位遮罩之一單一偵測器陣列，該相位遮罩包括與該單一偵測器陣列之該等像素對準之相位延遲元件，其中該相位遮罩包括具有離散相位延遲之相位延遲元件之一重複陣列。
  25. 如請求項21之設備，其中該至少一個偵測器陣列包括複數個偵測器陣列，其中該複數個偵測器陣列中之對應像素自該樣本上之一相同位置接收光學度量衡資料，且其中該至少一個偵測器陣列中之該所關注像素包括至少一個偵測器陣列中之一個像素，其中具有離散偏光之單獨偏光器定位於該等偵測器陣列之各者之前。
  26. 如請求項21之設備，其中該至少一個偵測器陣列包括複數個偵測器陣列，其中該複數個偵測器陣列中之對應像素自該樣本上之一相同位置接收光學度量衡資料，且其中該至少一個偵測器陣列中之該所關注像素包括至少一個偵測器陣列中之一個像素，其中具有離散相位延遲之單獨相位延遲元件定位於該等偵測器陣列之各者之前。
  27. 如請求項21之設備，其中該至少一個偵測器陣列中之各像素處之該強度值依據反射率及相位之至少一者而變化。
  28. 如請求項21之設備，其中該設備係一干涉儀，且其中該光學度量衡資料係干涉資料且該所關注像素之該信號模型係該所關注像素之一干擾信號模型。
  29. 如請求項28之設備，其中該干涉儀係一相移干涉儀且藉由該至少一個偵測器陣列中之各像素接收之該干涉資料包括藉由在穿過一偏光器之後由該樣本反射之一測試光束與由一參考鏡反射之一參考光束之間之干涉所產生之該像素處之該強度值。
  30. 如請求項21之設備，其中在該至少一個處理器判定該信號模型之該等參數值時該所關注像素不包含於該複數個像素中。
  31. 如請求項21之設備，其中鄰近該所關注像素之該複數個像素包括緊鄰該所關注像素的像素。
  32. 如請求項21之設備，其中鄰近該所關注像素之該複數個像素包括不緊鄰該所關注像素的像素。
  33. 如請求項21之設備，其中鄰近該所關注像素之該複數個像素包括彼此不鄰接的像素。
  34. 如請求項21之設備，其中鄰近該所關注像素之該複數個像素係對應於該樣本上具有與該樣本上對應於該所關注像素之一區域相同之一反射比及相對表面高度之區域的像素。
  35. 如請求項21之設備，其中該至少一個處理器經組態以藉由經組態以使用鄰近該所關注像素之該複數個像素中之各像素處接收之該光學度量衡資料尋找該信號模型之該等參數值之一最佳擬合而基於由鄰近該所關注像素之該複數個像素接收之該光學度量衡資料來判定該所關注像素之該信號模型之該等參數值。
  36. 如請求項21之設備，其中該信號模型之該等經判定參數值包括一量值及一相位值。
  37. 如請求項21之設備，其中該至少一個處理器藉由經組態以比較由該所關注像素接收之該光學度量衡資料與使用該等經判定參數值及該所關注像素之該信號模型所判定之該所關注像素之預測光學度量衡資料而使用由該所關注像素接收之該光學度量衡資料及該信號模型之該等經判定參數值來判定該所關注像素之該殘差。
  38. 如請求項21之設備，其中該至少一個處理器經組態以藉由經組態以判定該殘差大於一預定臨限值而基於該所關注像素之該殘差來偵測該缺陷。
  39. 如請求項21之設備，其中該缺陷包括一凹陷缺陷，其中該至少一個處理器經組態以藉由經組態以偵測該樣本上之複數個所關注像素之一缺陷群集而偵測該凹陷缺陷，藉由擬合該樣本之一曲率而判定該複數個所關注像素之信號模型之新參數值，使用藉由該複數個所關注像素之各者接收之該光學度量衡資料及該複數個所關注像素之各者之該等信號模型之該等新參數值來判定該複數個所關注像素之新殘差，且使用該等新殘差來識別該凹陷缺陷。
  40. 如請求項21之設備，其中該至少一個處理器經組態以藉由經組態以在獲取該光學度量衡資料時組合多個影像以減少該所關注像素之該信號模型之該等經判定參數值中之雜訊而自該樣本獲取該光學度量衡資料。
  41. 一種經組態以偵測一子解析度缺陷之設備，該設備包括： 用於自一樣本獲取光學度量衡資料的構件，該光學度量衡資料包括至少一個偵測器陣列中之各像素處之一強度值； 用於基於藉由鄰近該至少一個偵測器陣列中之一所關注像素之複數個像素接收之該光學度量衡資料而判定該所關注像素之一信號模型之參數值的構件； 用於使用藉由該所關注像素接收之該光學度量衡資料及該所關注像素之該信號模型之經判定參數值來判定該所關注像素之一殘差的構件；及 用於使用該所關注像素之該殘差在該樣本上對應於該所關注像素之一位置處偵測小於該所關注像素之一缺陷的構件。
  42. 如請求項41之設備，其進一步包括用於傳達包含該所關注像素中存在該缺陷之缺陷資料以調整與一製造序列中之一製程步驟相關聯之一或多個程序工具或更改該樣本之一未來製造序列的構件。
  43. 如請求項41之設備，其中在判定該信號模型之該等參數值時該所關注像素不包含於該複數個像素中。
  44. 如請求項41之設備，其中鄰近該所關注像素之該複數個像素包括緊鄰該所關注像素的像素。
  45. 如請求項41之設備，其中鄰近該所關注像素之該複數個像素包括不緊鄰該所關注像素的像素。
  46. 如請求項41之設備，其中鄰近該所關注像素之該複數個像素包括彼此不鄰接的像素。
  47. 如請求項41之設備，其中鄰近該所關注像素之該複數個像素係對應於該樣本上具有與該樣本上對應於該所關注像素之一區域相同之一反射比及相對表面高度之區域的像素。
  48. 如請求項41之設備，其中用於基於藉由鄰近該所關注像素之該複數個像素接收之該光學度量衡資料而判定該所關注像素之該信號模型之該等參數值之該構件使用鄰近該所關注像素之該複數個像素中之各像素處接收之該光學度量衡資料來尋找該信號模型之該等參數值之一最佳擬合。
  49. 如請求項41之設備，其中該信號模型之該等經判定參數值包括一量值及一相位值。
  50. 如請求項41之設備，其中用於使用藉由該所關注像素接收之該光學度量衡資料及該信號模型之該等經判定參數值來判定該所關注像素之該殘差之該構件比較藉由該所關注像素接收之該光學度量衡資料與使用該等經判定參數值及該所關注像素之該信號模型所判定之該所關注像素之預測光學度量衡資料。
  51. 如請求項41之設備，其中用於基於該所關注像素之該殘差而偵測該缺陷之該構件判定該殘差大於一預定臨限值。
  52. 如請求項41之設備，其中該缺陷包括一凹陷缺陷，其中用於偵測該缺陷之該構件偵測該樣本上之複數個所關注像素之一缺陷群集，藉由擬合該樣本之一曲率而判定該複數個所關注像素之信號模型之新參數值，使用藉由該複數個所關注像素之各者接收之該光學度量衡資料及該複數個所關注像素之各者之該等信號模型之該等新參數值來判定該複數個所關注像素之新殘差，且使用該等新殘差來識別該凹陷缺陷。
  53. 如請求項41之設備，其中用於自該樣本獲取該光學度量衡資料之該構件在獲取該光學度量衡資料時組合多個影像以減少該所關注像素之該信號模型之該等經判定參數值中之雜訊。
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