基于相位控制模型的重疊測量系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于相位控制模型的重疊測量系統(tǒng)及方法。其控制經(jīng)散射的光分量與鏡面反射光分量之間的相對相位以在檢測之前放大微弱光學信號。甚至在存在圖案間干涉的情況下，該系統(tǒng)及方法也利用基于模型的回歸圖像處理來準確地確定重疊誤差。
【專利說明】基于相位控制模型的重疊測量系統(tǒng)及方法
[0001] 優(yōu)先權(quán)的主張
[0002] 本申請主張2013年8月8日申請的美國專利申請第61/863, 469號的優(yōu)先權(quán)，且 該申請以引用的方式并入本文中。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明關(guān)于一種光學重疊（overlap)測量系統(tǒng)，且詳言之，關(guān)于甚至在重疊目標 實質(zhì)上小于當前處于使用中且由其他圖案環(huán)繞的目標時，也使用用于成像的相位控制光學 系統(tǒng)及用于進行圖像處理以精確地測量重疊誤差的基于模型的回歸方法的系統(tǒng)及方法。
[0004] 本文中所引證的所有文件以引用的方式并入本文中。

【背景技術(shù)】
[0005] 大多數(shù)精細結(jié)構(gòu)化裝置（諸如，集成電路芯片、微機電裝置等）由多層精確對準的 電路或機械圖案制成。該圖案通常經(jīng)由制造期間的多個高精度光刻步驟形成，其中大多數(shù) 圖案需要相對于彼此精確地對準。然而，甚至在最佳系統(tǒng)及努力的情況下，不同圖案之間的 一定量的側(cè)向未對準是不可避免的。重疊誤差為不同圖案或目標之間的側(cè)向未對準。
[0006] 傳統(tǒng)上，重疊誤差是指連續(xù)裝置層之間的對準誤差，其在本文中將被稱為層級 (between-layer)重疊誤差。然而，在一些狀況下（諸如，雙重或多重圖案化光刻），重疊誤 差可指相同層中的不同圖案之間的側(cè)向未對準。此情形在本文中將被稱為單層或?qū)觾?nèi)重疊 誤差。
[0007] 當前，控制重疊誤差為半導體制造中最困難的任務(wù)中的一個，這是因為現(xiàn)代制造 過程中的日益收縮的設(shè)計規(guī)則及復(fù)雜性。因為重疊誤差可影響良率、裝置效能及可靠性，所 以必須精確地測量重疊誤差?？梢栽S多不同方式來測量重疊誤差。然而，在大多數(shù)狀況下， 在光學上通過捕獲被稱為重疊目標的經(jīng)特別設(shè)計的對準標記的圖像且通過計算機處理該 圖像來測量重疊誤差。光學測量為較佳的，這是因為其為非破壞性的及快速的。
[0008] 我們所感興趣的重疊是在功能圖案區(qū)域中。不幸的是，光學重疊測量系統(tǒng)罕有地 可直接測量功能圖案的重疊，這是因為大多數(shù)功能圖案太精細而無法通過光學系統(tǒng)來解 析。光學重疊測量系統(tǒng)通常使用被稱為重疊目標或簡稱為目標的特殊非功能圖案間接地測 量功能圖案的重疊。通常將重疊目標制成得比功能圖案粗糙得多以便通過光學系統(tǒng)來解 析。光學重疊測量系統(tǒng)測量目標區(qū)域中的重疊誤差且假定：功能圖案區(qū)域中的重疊誤差與 目標區(qū)域中的重疊誤差相同或至少與目標區(qū)域中的重疊誤差良好地相關(guān)。
[0009] 因為測量的間接性，所以使得兩個重疊測量（功能圖案重疊與目標重疊）之間具 有良好相關(guān)性非常重要。為了使得兩個重疊之間具有良好相關(guān)性，需要緊密地將重疊目標 結(jié)合至功能圖案。其緊密結(jié)合通常通過將重疊目標作為圖案設(shè)計的部分而包括且通過同時 印刷功能圖案與目標兩者來實現(xiàn)。功能圖案與目標兩者的此種同時設(shè)計及印刷確保了在功 能圖案區(qū)域中所測量的重疊誤差與在目標區(qū)域中所測量的重疊誤差之間的良好相關(guān)性。
[0010] 當印刷目標時，將屬于不同流程層（process layer)的目標印刷于晶圓（wafer) 上的相同區(qū)域中以便促進對重疊誤差的準確測量。成像系統(tǒng)拍攝單一圖像中的所有單個 (individual)目標的圖片。因此，由重疊測量系統(tǒng)觀察到的重疊目標并非單一目標，而是單 個目標組，其在本文中將被稱為目標集合。因此，目標集合不同于單個目標。然而，目標集 合在本文中也將被稱為目標，只要上下文使得其含義清楚即可。所測量的重疊誤差為印刷 于相同區(qū)域中的不同的單個目標之間的側(cè)向偏移或未對準。為了促進準確重疊測量，通常 印刷單個目標，該單個目標彼此無重疊或具有少量重疊，即使其放置于相同區(qū)域中也如此。 因此，通常在圖像中可良好地區(qū)分所有單個目標。目標集合通常含有兩個單個目標。然而， 其可含有兩個以上單個目標。在一實例中，目標區(qū)域為1〇〇 u m2或小于100 y m2。
[0011] 當前，使用兩種光學技術(shù)來用于光學重疊測量。一種技術(shù)為基于圖像的技術(shù)且 另一種技術(shù)為基于繞射的技術(shù)?；趫D像的技術(shù)取得目標集合的圖像且基于強度斜率 (slope)而處理該圖像以確定重疊誤差?；诶@射的技術(shù)使用多個目標，該目標中的每一個 由兩個交錯光柵制成。該方法并非解析單個光柵線，而是測量由交錯光柵之間的偏移變化 造成的繞射效率的變化。兩個交錯光柵之間的偏移變化為需要確定的重疊誤差。
[0012] 已開發(fā)基于繞射的重疊測量系統(tǒng)以實現(xiàn)比基于圖像的系統(tǒng)的測量準確性高的測 量準確性。然而，這些系統(tǒng)具有若干缺點，諸如，對多個目標的要求、不可改變的目標設(shè)計、 復(fù)雜系統(tǒng)校準、較高成本等。尤其是，多個繞射目標需要晶圓上相對較大的清潔區(qū)域以印刷 所有目標。此情形使得此技術(shù)難以用于許多重要應(yīng)用中，諸如，用于進行目標印刷的大清潔 區(qū)域不可用的晶粒中（in-die)重疊測量。
[0013] 現(xiàn)有的基于圖像的重疊測量系統(tǒng)為可靠的及穩(wěn)健的。然而，其具有許多關(guān)鍵缺點， 諸如，需要大目標、對微弱重疊信號的不良處置、淺聚焦深度、來自目標周圍的圖案以及來 自成像系統(tǒng)像差的嚴重影響等。因此，現(xiàn)有的基于圖像的重疊測量系統(tǒng)不適于未來應(yīng)用，大 多數(shù)未來應(yīng)用需要小目標、對微弱信號的良好處置、對有害干涉或影響的良好過濾等。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的一方面是一種測量第一目標與第二目標之間的一重疊誤差的方法，該第 一目標及該第二目標具有各自的實際第一目標參數(shù)及實際第二目標參數(shù)，且分別與第一圖 案及第二圖案相關(guān)聯(lián)，該第一圖案及該第二圖案環(huán)繞該第一目標及該第二目標且具有各自 的實際第一圖案參數(shù)及實際第二圖案參數(shù)。該方法包括：a)照射該第一目標及該第二目 標以產(chǎn)生具有一相對相位的一散射光分量及一鏡面反射光分量；b)使用具有一圖像平面 的一成像系統(tǒng)，在該圖像平面處捕獲該散射光分量及該鏡面反射光分量以形成至少三個圖 像，其中該相對相位對于該至少三個圖像不同；c)執(zhí)行一分析回歸以自該至少三個圖像確 定該圖像平面處的該散射光分量的一光場的一復(fù)合振幅；d)使用該散射光分量的該光場 的該復(fù)合振幅獲得所估計的第一目標參數(shù)及第二目標參數(shù)及所估計的第一圖案參數(shù)及第 二圖案參數(shù)；e)使用該成像系統(tǒng)的一圖像模型執(zhí)行一第一數(shù)值回歸，包括將該所估計的第 一目標參數(shù)及第二目標參數(shù)及該所估計的第一圖案參數(shù)及第二圖案參數(shù)輸入至該圖像模 型中以產(chǎn)生一模型化圖像，其中該第一數(shù)值回歸反復(fù)地比較該模型化圖像與該所測量的圖 像，且修改該所估計的第一目標參數(shù)及第二目標參數(shù)及該所估計的第一圖案參數(shù)及第二圖 案參數(shù)以使該模型化圖像與該所測量的圖像之間的一差異最小化，以確定該實際第一目標 參數(shù)及第二目標參數(shù)以及該實際第一圖案參數(shù)及第二圖案參數(shù)；f)自該實際第一目標參 數(shù)及第二目標參數(shù)確定一最佳相移；g)使用該最佳相位捕獲該第一目標及該第二目標的 一圖像；及h)使用該圖像模型及在動作g)中捕獲的該圖像執(zhí)行一第二數(shù)值回歸以確定該 第一目標與該第二目標之間的一相對位置，該相對位置界定（define)該重疊誤差。
[0015] 本發(fā)明的另一方面是一種測量分別由第一圖案及第二圖案環(huán)繞的第一目標與第 二目標之間的一重疊誤差的方法。該方法包括：a)使用具有一圖像平面的一成像系統(tǒng)，在 該圖像平面處捕獲三個圖像，其中每一圖像基于來自該第一目標及該第二目標的一散射光 分量及一鏡面反射光分量，其中對于每一圖像，該散射光分量及該鏡面反射光分量具有一 相對相位，且其中該相對相位對于該三個圖像不同；b)使用該三個圖像界定該散射光分量 的光場的一復(fù)合振幅；c)使用該散射光分量的該光場的該復(fù)合振幅獲得所估計的以下各 者：i)第一目標參數(shù)；ii)第二目標參數(shù)；iii)第一圖案參數(shù)；及iv)第二圖案參數(shù)；d)使 用該成像系統(tǒng)的一圖像模型基于該所估計的第一目標參數(shù)、該所估計的第二目標參數(shù)、該 所估計的第一圖案參數(shù)及該所估計的第二圖案參數(shù)產(chǎn)生一模型化圖像；e)確定使得該模 型化圖像與該所測量的圖像之間的一差異最小化的實際第一目標參數(shù)、實際第二目標參 數(shù)、實際第一圖案參數(shù)及實際第二圖案參數(shù)；g)使用經(jīng)配置以賦予（impart)最佳相對相 位的該成像系統(tǒng)捕獲該第一目標及該第二目標以及該第一圖案及該第二圖案的一圖像；及 h)使用該圖像模型及在動作g)中捕獲的該圖像確定該第一目標與該第二目標之間的一相 對位置，該相對位置界定該重疊誤差。
[0016] 本發(fā)明的另一方面是一種測量第一目標與第二目標之間的一重疊誤差的方法，該 第一目標及該第二目標具有各自的實際第一目標參數(shù)及實際第二目標參數(shù)，且分別與第一 圖案及第二圖案相關(guān)聯(lián)，該第一圖案及該第二圖案具有各自的實際第一圖案參數(shù)及實際第 二圖案參數(shù)。該方法包括：a)照射該第一目標及該第二目標以產(chǎn)生具有一相對相位的一散 射光分量及一鏡面反射光分量；b)使用具有一圖像平面的一成像系統(tǒng)，在該圖像平面處捕 獲該組合的散射光分量及鏡面反射光分量的至少三個圖像，其中該相對相位對于該至少三 個圖像不同；c)執(zhí)行一分析回歸以自該至少三個圖像確定該圖像平面處的該散射光分量 的一光場的一復(fù)合振幅；d)使用該散射光分量的該光場的該復(fù)合振幅獲得所估計的第一 目標參數(shù)及第二目標參數(shù)；以及所估計的第一圖案參數(shù)及第二圖案參數(shù)；e)使用考慮成像 系統(tǒng)特性的一圖像模型執(zhí)行一第一數(shù)值回歸以近似形成于該成像系統(tǒng)中的該圖像，包括將 該所估計的第一目標參數(shù)及第二目標參數(shù)及該所估計的第一圖案參數(shù)及第二圖案參數(shù)輸 入至該圖像模型中以產(chǎn)生一模型化圖像，其中該第一數(shù)值回歸反復(fù)地比較該模型化圖像與 該所測量的圖像，且修改該所估計的第一目標參數(shù)及該所估計的第二目標參數(shù)以及該所估 計的第一圖案參數(shù)及該所估計的第二圖案參數(shù)以使該模型化圖像與該所測量的圖像之間 的一差異最小化，以確定實際第一目標參數(shù)及第二目標參數(shù)以及該實際第一圖案參數(shù)及第 二圖案參數(shù)；f)使用經(jīng)配置以阻擋該鏡面反射分量的該成像系統(tǒng)捕獲該第一目標及該第 二目標以及該第一圖案及該第二圖案的一圖像；及h)使用該圖像模型及在動作f)中捕獲 的該圖像執(zhí)行一第二數(shù)值回歸以確定該第一目標與該第二目標之間的一相對位置，該相對 位置界定該重疊誤差。
[0017] 本發(fā)明的另一方面是一種測量第一目標與第二目標之間的一重疊誤差的方法，該 第一目標及該第二目標具有各自的實際第一目標參數(shù)及實際第二目標參數(shù)，且分別與第一 圖案及第二圖案相關(guān)聯(lián)，該第一圖案及該第二圖案環(huán)繞該第一目標及該第二目標且具有各 自的實際第一圖案參數(shù)及實際第二圖案參數(shù)。該方法包括：a)照射該第一目標及該第二目 標以產(chǎn)生一散射光分量；b)使用具有一圖像平面的一成像系統(tǒng)，在該圖像平面處通過阻擋 鏡面反射分量而捕獲該散射分量的一圖像；c)估計該圖像平面處的該散射光分量的一光 場的復(fù)合振幅；d)使用該散射光分量的該光場的該復(fù)合振幅獲得所估計的第一目標參數(shù) 及第二目標參數(shù)以及所估計的第一圖案參數(shù)及第二圖案參數(shù)；e)使用該成像系統(tǒng)的一圖 像模型執(zhí)行一第一數(shù)值回歸，包括將該所估計的第一目標參數(shù)及第二目標參數(shù)及該所估計 的第一圖案參數(shù)及第二圖案參數(shù)輸入至該圖像模型中以產(chǎn)生一模型化圖像，其中該第一數(shù) 值回歸反復(fù)地比較該模型化圖像與該所測量的圖像，且修改該所估計的第一目標參數(shù)及第 二目標參數(shù)以及該所估計的第一圖案參數(shù)及第二圖案參數(shù)以使該模型化圖像與該所測量 的圖像之間的一差異最小化，以確定該實際第一目標參數(shù)及第二目標參數(shù)及該實際第一圖 案參數(shù)及第二圖案參數(shù)；及f)使用該圖像模型及在動作b)中捕獲的該圖像執(zhí)行一第二數(shù) 值回歸以確定該第一目標與該第二目標之間的一相對位置，該相對位置界定該重疊誤差。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 通過結(jié)合附圖參考以下詳細描述，將容易理解本發(fā)明正文，在該附圖中：
[0019] 圖1A為根據(jù)本發(fā)明的光學重疊測量系統(tǒng)的實例實施例的示意圖。
[0020] 圖1B展示具有薄膜移相器的實例相位控制板。
[0021] 圖1C展示具有薄井移相器的實例相位控制板。
[0022] 圖2A展示用于導出圖像傳感器的每一像素處的光場的復(fù)合振幅的分析表達式的 分析回歸程序。
[0023] 圖2B展示用于自相同物體的多個圖像（但多個圖像中的每一個的鏡面反射分量 具有不同相移）確定圖像平面處的復(fù)合振幅的程序。程序使用自圖2A中所展示的分析回 歸程序獲得的復(fù)合振幅的分析表達式。
[0024] 圖3A展示用于表示入射光瞳處的視野內(nèi)的圖案的程序。
[0025] 圖3B展示用于圖像模型化的程序。
[0026] 圖4A展示樣本（物體）平面處的實例圖案模型的強度。
[0027] 圖4B展示樣本平面處的實例圖案模型的實數(shù)部分。
[0028] 圖4C展示樣本平面處的實例圖案模型的虛數(shù)部分。
[0029] 圖5A展示樣本平面處的實例不對稱目標模型的實數(shù)部分。
[0030] 圖5B展示樣本平面處的實例不對稱目標模型的虛數(shù)部分。
[0031] 圖6A展示圖4A、圖4B及圖4C中所展示的圖案模型的入射光瞳平面處的光場的實 數(shù)部分。
[0032] 圖6B展示圖4A、圖4B及圖4C中所展示的圖案模型的入射光瞳平面處的光場的虛 數(shù)部分。
[0033] 圖7A展示圖4A、圖4B及圖4C中所展示的圖案模型的出射光瞳平面處的光場的實 數(shù)部分。
[0034] 圖7B展示圖4A、圖4B及圖4C中所展示的圖案模型的出射光瞳平面處的光場的虛 數(shù)部分。
[0035] 圖8A展示圖4A、圖4B及圖4C中所展示的圖案模型的圖像平面處的光場的實數(shù)部 分。
[0036] 圖8B展示圖4A、圖4B及圖4C中所展示的圖案模型的圖像平面處的光場的虛數(shù)部 分。
[0037] 圖8C展示圖4A、圖4B及圖4C中所展示的圖案模型的圖像平面處的光場的強度。
[0038] 圖9展示基于模型的回歸圖像處理軟件的處理程序流程圖。
[0039] 圖10A展示在回歸圖像處理開始時的實例真實圖像與其模型圖像之間的差異。
[0040] 圖10B展示在成功回歸圖像處理結(jié)束時的實例真實圖像與其模型圖像之間的差 異。
[0041] 圖10C展示圖像模型化不準確時的實例真實圖像與其模型圖像之間的可設(shè)定大 小的差異。

【具體實施方式】
[0042] 下文提供本發(fā)明正文的詳細描述。雖然描述實例實施例，但應(yīng)理解，本發(fā)明正文不 限于任一實施例，而是涵蓋眾多替代、修改及等效者，以及來自不同實施例的特征的組合。
[0043] 另外，雖然在以下描述中闡述眾多特定細節(jié)以便提供對本發(fā)明正文的透徹理解， 但可在無這些細節(jié)中的一些細節(jié)或全部的情況下實踐一些實施例。此外，為了清晰起見，未 詳細描述相關(guān)技術(shù)中已知的某些技術(shù)材料以便避免不必要地混淆本發(fā)明正文。
[0044] 如下文所闡述的申請專利范圍并入至【【具體實施方式】】中且構(gòu)成【【具體實施方式】】 的部分。
[0045] 本文中揭示通用光學重疊測量系統(tǒng)。因此，本發(fā)明可適用于任何種類的重疊測量。 然而，在此時刻，預(yù)期本發(fā)明的主要應(yīng)用為半導體晶圓上的重疊測量。因此，本發(fā)明的大多 數(shù)描述將關(guān)于半導體晶圓上的重疊測量。然而，重要的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于本文中所呈 現(xiàn)的應(yīng)用的實例。本發(fā)明的范疇不應(yīng)通過本文中所呈現(xiàn)的實例來界定或限制。本發(fā)明的以 下描述將首先說明系統(tǒng)配置且接著解釋新的圖像處理方法。
[0046] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的實例光學重疊系統(tǒng)（"系統(tǒng)")100的示意圖。系統(tǒng)100包括光 源110,其可相對于沿著軸線A1安置的第一光束分光器120操作地配置且產(chǎn)生波長為入的 光束112,該光束沿著與光束分光器處的光軸A1交叉的軸線A2行進。光束分光器120為成 像系統(tǒng)122的部分，該成像系統(tǒng)包括物體平面（object plane) 0P、圖像平面（image plane) IP及孔徑光闌AS。樣本130駐留于物體平面0P處且由樣本定位系統(tǒng)（例如，載物臺）132 支撐。樣本30包括一或多個目標T及一或多個圖案P，其在下文更詳細加以論述。
[0047] 在一實例中，光束112穿過沿著光軸A2配置的光束調(diào)節(jié)光學系統(tǒng)113行進。在一 實例中，光束調(diào)節(jié)光學系統(tǒng)113經(jīng)配置以結(jié)合一或多個其他光學組件操作以使光束112準 直，如下文所論述。
[0048] 成像系統(tǒng)122包括一或多個光學組件136及由一可調(diào)整的支撐部件164支撐的一 移相板160,該可調(diào)整的支撐部件在一實例中為機械托架。移相板包括沿著光軸A1平放的 移相器162。成像系統(tǒng)122包括也沿著軸線A1及在圖像平面IP處配置的第二光束分光器 170及第一檢測器180。成像系統(tǒng)122也包括沿著光軸A1配置的第二檢測器182,該光軸 A1在第二光束分光器處與光軸A3交叉。中繼光學系統(tǒng)172駐留于第二光束分光器170與 第二檢測器182之間。中繼光學系統(tǒng)172界定第二圖像平面IP'，第二檢測器182駐留于該 第二圖像平面處。
[0049] 系統(tǒng)100也包括自動聚焦系統(tǒng)AF，如下文更詳細描述。自動聚集系統(tǒng)AF包括檢測 器 184 及 186。
[0050] 系統(tǒng)100包括控制器150,其可操作地連接至光源110、檢測器180、182、184及 186,及可調(diào)整的支撐部件164。在一實例中，控制器150可為計算機、微控制器或類似機器， 其經(jīng)調(diào)適（例如，經(jīng)由諸如以計算機可讀或機器可讀媒體體現(xiàn)的軟件的指令）以控制系統(tǒng) 的各種組件的操作?？刂破?50經(jīng)配置以控制系統(tǒng)100的操作且包括處理單元（"信號處 理器"）152,該處理單元電連接至檢測器180、182、184及186,且經(jīng)調(diào)適以接收及處理來自 檢測器的數(shù)字化原始電子信號以提取重疊誤差及其他有用信息，如下文將更詳細描述。在 一實例實施例中，信號處理器152可由單處理器或多個處理器制成，此取決于所需的處理 能力。如本文中所使用，術(shù)語"電子或電信號"包括物理量及其他信息的模擬及數(shù)字表示兩 者。
[0051] 信號處理器152為或包括能夠執(zhí)行一系列軟件指令的任何處理器或裝置，且可包 括（不限制）通用或?qū)Ｓ梦⑻幚砥?、有限狀態(tài)機、控制器、計算機、中央處理單元（CPU)、圖形 處理單元（GPU)、大規(guī)模平行處理器、場可程序化門陣列（FPGA)或數(shù)字信號處理器。
[0052] 內(nèi)存單元（"內(nèi)存"）154可操作地耦接至信號處理器152。如本文中所使用，術(shù)語 "內(nèi)存，，是指任何處理器可讀媒體，包括（但不限于）RAM、ROM、EPROM、PROM、EEPR0M、閃存、 軟盤、硬盤、固態(tài)磁盤（SSD)、⑶-ROM、DVD、藍光光盤或其類似者，可由信號處理器152執(zhí)行 的一系列指令或待由信號處理器152使用或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可儲存于其上。在一實例實施例 中，控制器150包括端口或驅(qū)動器156,其經(jīng)調(diào)適以容納可卸除式處理器可讀媒體158,諸如 ⑶-ROM、DVD、藍光光盤、記憶卡或類似儲存媒體。
[0053] 在各種實施例中，本文中所描述的光學重疊測量方法可實施于機器可讀媒體（例 如，內(nèi)存154)中，該機器可讀媒體包含用于使得控制器150執(zhí)行方法及用于操作系統(tǒng)100 的控制操作的機器可讀指令（例如，計算機程序及/或軟件模塊）。在一實例實施例中，在 信號處理器152上執(zhí)行的計算機程序可能駐留于內(nèi)存154中，且可經(jīng)由以下方式而自永久 儲存器傳送至主存儲器：經(jīng)由磁盤驅(qū)動器或端口 156 (當儲存于可卸除式媒體158上時）， 或經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)連接或調(diào)制解調(diào)器連接（當儲存于控制器150外部時），或經(jīng)由其他類型的計算 機或機器可讀媒體（可自其讀取計算機程序及利用計算機程序）。
[0054] 計算機程序及/或軟件模塊可包含多個模塊或?qū)ο笠詧?zhí)行本發(fā)明的各種方法，及 控制系統(tǒng)100中的各種組件的操作及功能。用于程序代碼的計算機程序設(shè)計語言的類型可 在程序碼類型語言至面向?qū)ο笳Z言之間變化。文件或?qū)ο蟛恍枰哂信c所描述的模塊或方 法步驟的一對一對應(yīng)（此取決于程序設(shè)計者的需要）。另外，方法及設(shè)備可包含軟件、硬件 及固件的組合?？蓪⒐碳螺d至信號處理器152中以用于實施本發(fā)明的各種實例實施例。
[0055] 控制器150也視情況包括顯示單元146,其可用以使用廣泛多種字母數(shù)字及圖形 表示顯示信息。舉例而言，顯示單元146可用于顯示原始信號、經(jīng)處理的信號、經(jīng)回歸的模 型圖像、所得重疊誤差、目標及周圍圖案的光學性質(zhì)等?？刂破?50也視情況包括數(shù)據(jù)鍵入 裝置148 (諸如，鍵盤），其允許系統(tǒng)100的操作者將信息輸入至控制器150中以控制系統(tǒng) 100的操作。
[0056] 在一實例實施例中，控制器150可操作地連接至傳感器系統(tǒng)或為傳感器系統(tǒng)的部 分?？刂破?50也可操作地連接至用于定位樣本的樣本定位系統(tǒng)132,及用于改變相位的相 位控制機構(gòu)164。為了便于說明，將控制器150僅展示于圖1A的系統(tǒng)100中，然而，其可包 括于本文中所描述的所有實例實施例中。
[0057] 在系統(tǒng)100的一般操作中，光源110發(fā)出光束112,該光束沿著軸線A2行進至第一 光束分光器120。在一實例中，光束112由光纖111攜載。通過第一光束分光器120引導光 束112穿過光學組件136以照射樣本130。來自光束112的對樣本130的照射涵蓋成像系 統(tǒng)的整個視野。照射光束112通常在樣本130處準直，該樣本含有重疊目標及成像系統(tǒng)的 視野內(nèi)的在目標周圍的其他圖案。這些內(nèi)容在下文更詳細加以論述。樣本30駐留于成像 系統(tǒng)122的物體平面0P中且其位置可通過樣本定位系統(tǒng)132來調(diào)整以確保適當放置。因 此，樣本30在本文中也將被稱為物體。
[0058] 并且，光學系統(tǒng)的物體平面0P也將被稱為樣本平面。換言之，在本文中將互換地 使用兩個詞：樣本及物體。
[0059] 存在于對應(yīng)目標T的鄰域中的所有圖案P在本文中將被稱為相鄰或周圍圖案。大 多數(shù)周圍圖案在其最終產(chǎn)品中執(zhí)行一或多個功能。因此，周圍或相鄰圖案P在本文中也將 被稱為功能圖案。目標T為特殊非功能圖案，如先前所解釋。然而，目標T與周圍圖案P之 間不存在基本差異。因此，目標T將頻繁地被視為僅另一圖案P或整個圖案的部分。因此， 成像系統(tǒng)122的視野中的整個圖案P通常由目標集合及周圍圖案組成。整個圖案P在本文 中將被稱為"圖案集合"。當上下文使得含義清楚時，其也將被簡稱為"圖案"。
[0060] 樣本30中的圖案P使來自光束112的照射光的一部分散射（或繞射）且也直接 反射照射光的一些部分。直接反射的光表不為114且經(jīng)散射的光表不為116。
[0061] 光的散射及繞射之間不存在基本差異。因此，在本文中同義地使用術(shù)語"散射"與 "繞射"。光的直接反射意謂類似鏡面的反射，其中無任何散射。直接反射的光并不攜載關(guān) 于圖案的任何信息。僅經(jīng)散射的光攜載關(guān)于圖案的信息。
[0062] 繼續(xù)參看1A，經(jīng)散射的光116穿過成像系統(tǒng)122的離軸區(qū)，而直接反射的光114穿 過成像系統(tǒng)的中央?yún)^(qū)（也即，軸上區(qū)）。因此，到達第一檢測器180的光具有兩個不同分量， 也即，經(jīng)散射的光116及直接反射的光114。直接反射的光在光學領(lǐng)域中常常被稱為經(jīng)鏡面 反射的光或簡稱鏡面反射光。因此，在本文中，直接反射的光也將被稱為"鏡面反射分量"且 經(jīng)散射的光也將被稱為"經(jīng)散射的分量"。在攜載關(guān)于物體的所有信息的意義上，經(jīng)散射的 分量在本文中也將被稱為"光學信號"或簡稱為"信號"。光學電磁場也將被稱為"信號場" 且此通常是指經(jīng)散射的分量。
[0063] 并非來自樣本30的所有光114及116攜載信息。通常，僅到達檢測器180的光的 一小部分攜載有用信息。因此我們區(qū)分攜載信息的光與非攜載信息的光。并非來自樣本 的所有光在本文中將被稱為信號。僅攜載信息的光在本文中將被稱為信號光或簡稱為信 號。在光學重疊測量系統(tǒng)中，重疊信息僅由經(jīng)散射的光116 (更具體言之，由目標T散射的 光）攜載。鏡面反射分量114可攜載關(guān)于安置于晶圓上的膜的一些信息，但其并不攜載關(guān) 于重疊的任何信息。信號光為最重要的光分量。然而，證明：非信號光（也即，鏡面反射分 量114)也可為非常有用的，這是因為其可無噪聲地放大微弱信號光。下文論述關(guān)于充當無 噪聲光學放大器的鏡面反射分量114的概念。
[0064] 鏡面反射分量114穿過位于成像系統(tǒng)122的光瞳平面161處的移相器162。移相 器162變更鏡面反射分量114與經(jīng)散射的分量116之間的相對相位。為了便于說明及論 述，圖1A僅展示一移相器162。然而，在實際中，系統(tǒng)100的移相器162可包含可變移相器 或由呈機械托架形式的支撐部件164支撐的多個固定移相器，該支撐部件支撐具有不同量 的相移的移相器。移相器162用于兩個主要目的：微弱重疊信號的光學放大，及經(jīng)散射的分 量116的復(fù)合振幅（complex amplitude)的確定。
[0065] 并且，可有效地使用許多不同種類的移相器162。圖1A中所展示的實例系統(tǒng)具有 移相板160,其在中間具有一移相涂層162。其通過輕微改變鏡面反射分量的光徑長度而將 鏡面反射分量的相位移位。相移的量簡化為：

【權(quán)利要求】
1. 一種測量第一目標與第二目標之間的重疊誤差的方法，該第一目標及該第二目標具 有各自的實際第一目標參數(shù)及實際第二目標參數(shù)且分別與第一圖案及第二圖案相關(guān)聯(lián)，該 第一圖案及該第二圖案環(huán)繞該第一目標及該第二目標且具有各自的實際第一圖案參數(shù)及 實際第二圖案參數(shù)，該方法包含： a) 照射該第一目標及該第二目標W產(chǎn)生具有相對相位的經(jīng)散射的光分量及鏡面反射 光分量； b) 使用具有圖像平面的成像系統(tǒng)，在該圖像平面處捕獲該經(jīng)散射的光分量及該鏡面反 射光分量W形成至少H個圖像，其中該相對相位對于該至少H個圖像不同； C)執(zhí)行分析回歸W自該至少H個圖像確定該圖像平面處的該經(jīng)散射的光分量的光場 的復(fù)合振幅； d) 使用該經(jīng)散射的光分量的該光場的該復(fù)合振幅獲得所估計的第一目標參數(shù)及第二 目標參數(shù)及所估計的第一圖案參數(shù)及第二圖案參數(shù)； e) 使用該成像系統(tǒng)的圖像模型執(zhí)行第一數(shù)值回歸，包括將該所估計的第一目標參數(shù)及 第二目標參數(shù)及該所估計的第一圖案參數(shù)及第二圖案參數(shù)輸入至該圖像模型中W產(chǎn)生模 型化圖像，其中該第一數(shù)值回歸反復(fù)地比較該模型化圖像與該所測量的圖像且修改該所估 計的第一目標參數(shù)及第二目標參數(shù)及該所估計的第一圖案參數(shù)及第二圖案參數(shù)，W使該模 型化圖像與該所測量的圖像之間的差異最小化，W確定該實際第一目標參數(shù)及第二目標參 數(shù)及該實際第一圖案參數(shù)及第二圖案參數(shù)； f) 自該實際第一目標參數(shù)及第二目標參數(shù)確定最佳相移； g) 使用該最佳相位捕獲該第一目標及該第二目標的圖像；W及 h) 使用該圖像模型及在動作g)中捕獲的該圖像執(zhí)行第二數(shù)值回歸W確定該第一目標 與該第二目標之間的相對位置，該相對位置界定該重疊誤差。
2. 如權(quán)利要求1的方法，其中該第一目標及該第二目標的該照射穿過該成像系統(tǒng)的至 少一部分。
3. 如權(quán)利要求1的方法，其中該第一目標及該第二目標的該照射穿過支撐該第一目標 及該第二目標的基板的至少一部分。
4. 如權(quán)利要求1的方法，其進一步包含使用至少H個不同的移相器，該至少H個不同 的移相器可操作地配置于該成像系統(tǒng)中W界定針對該至少H個圖像的該不同相對相位。
5. 如權(quán)利要求1的方法，其中該第一目標及該第二目標W及該第一圖案及該第二圖案 占據(jù)樣本上100 y m2或小于100 y m2的區(qū)域。
6. 如權(quán)利要求1的方法，其中該圖像模型包括該成像系統(tǒng)的至少一像差。
7. 如權(quán)利要求1的方法，其中該所估計的第一目標參數(shù)及第二目標參數(shù)各自包括W下 各項中的至少一項：大小、形狀、復(fù)合反射比及散焦。
8. 如權(quán)利要求1的方法，其中該圖像模型的至少一部分在空間頻域或光瞳平面域中界 定，且該第一數(shù)值回歸的至少一部分在該頻域或光瞳平面域中執(zhí)行。
9. 如權(quán)利要求1的方法，其中第一數(shù)值回歸及第二數(shù)值回歸在計算機中基于體現(xiàn)于計 算機可讀媒體中的指令而執(zhí)行。
10. 如權(quán)利要求1的方法，其進一步包含： 將該第一圖案及該第二圖案分解成各自的第一子圖案及第二子圖案； 將該第一子圖案及第二子圖案轉(zhuǎn)換成各自的第一頻域表示及第二頻域表示；及 處理該第一子圖案及第二子圖案的該第一頻域表示及第二頻域表示W(wǎng)構(gòu)造該圖像模 型。
11. 一種測量分別由第一圖案及第二圖案環(huán)繞的第一目標與第二目標之間的重疊誤差 的方法，該方法包含： a) 使用具有圖像平面的成像系統(tǒng)，在該圖像平面處捕獲H個圖像，其中每一圖像基于 來自該第一目標及該第二目標的經(jīng)散射的光分量及鏡面反射光分量，其中對于每一圖像， 該經(jīng)散射的光分量及該鏡面反射光分量具有相對相位，且其中該相對相位對于該H個圖像 不同； b) 使用該H個圖像界定該經(jīng)散射的光分量的該光場的復(fù)合振幅； C)使用該經(jīng)散射的光分量的該光場的該復(fù)合振幅獲得所估計的W下各項；i)第一目 標參數(shù)；ii)第二目標參數(shù)；iii)第一圖案參數(shù)；及iv)第二圖案參數(shù)； d) 使用該成像系統(tǒng)的圖像模型基于該所估計的第一目標參數(shù)、該所估計的第二目標參 數(shù)、該所估計的第一圖案參數(shù)及該所估計的第二圖案參數(shù)產(chǎn)生模型化圖像； e) 確定使該模型化圖像與該所測量的圖像之間的差異最小化的實際第一目標參數(shù)、實 際第二目標參數(shù)、實際第一圖案參數(shù)及實際第二圖案參數(shù)； g) 使用經(jīng)配置W賦予最佳相對相位的該成像系統(tǒng)捕獲該第一目標及該第二目標W及 該第一圖案及該第二圖案的圖像；W及 h) 使用該圖像模型及在動作g)中捕獲的該圖像確定該第一目標與該第二目標之間的 相對位置，該相對位置界定該重疊誤差。
12. 如權(quán)利要求11的方法，其進一步包括穿過該成像系統(tǒng)的至少一部分照射該第一目 標及該第二目標W形成來自該第一目標及該第二目標的該經(jīng)散射的光分量及該鏡面反射 光分量。
13. 如權(quán)利要求11的方法，其進一步包含使用至少H個不同的移相器，該至少H個不 同的移相器可操作地配置于該成像系統(tǒng)中W界定針對該H個圖像的該不同相對相位。
14. 如權(quán)利要求11的方法，其中該第一目標及該第二目標W及該第一圖案及該第二圖 案占據(jù)樣本上100 ym2或小于100 ym2的區(qū)域。
15. 如權(quán)利要求11的方法，其中該圖像模型包括該成像系統(tǒng)的至少一像差。
16. 如權(quán)利要求11的方法，其中第一所估計的目標參數(shù)及第二所估計的目標參數(shù)各自 包括W下各項中的至少一項：大小、形狀、復(fù)合反射比及散焦。
17. 如權(quán)利要求11的方法，其中該圖像模型的至少一部分在頻域中界定，且動作e)的 至少一部分包括執(zhí)行在該頻域中執(zhí)行的數(shù)值回歸。
18. 如權(quán)利要求11的方法，其中動作e)及h)在計算機中基于體現(xiàn)于計算機可讀媒體 中的指令而執(zhí)行。
19. 如權(quán)利要求11的方法，其進一步包含： 將該第一圖案及該第二圖案分解成各自的第一子圖案及第二子圖案； 將該第一子圖案及第二子圖案轉(zhuǎn)換成各自的第一頻域表示及第二頻域表示；及 處理該第一子圖案及第二子圖案的該第一頻域表示及第二頻域表示。
20. -種測量第一目標與第二目標之間的重疊誤差的方法，該第一目標及該第二目標 具有各自的實際第一目標參數(shù)及實際第二目標參數(shù)且分別與第一圖案及第二圖案相關(guān)聯(lián)， 該第一圖案及該第二圖案具有各自的實際第一圖案參數(shù)及實際第二圖案參數(shù)，該方法包 含： a) 照射該第一目標及該第二目標W產(chǎn)生具有相對相位的經(jīng)散射的光分量及鏡面反射 光分量； b) 使用具有圖像平面的成像系統(tǒng)，在該圖像平面處捕獲該組合的經(jīng)散射的光分量及鏡 面反射光分量的至少H個圖像，其中該相對相位對于該至少H個圖像不同； C)執(zhí)行分析回歸W自該至少H個圖像確定該圖像平面處的該經(jīng)散射的光分量的光場 的復(fù)合振幅； d) 使用該經(jīng)散射的光分量的該光場的該復(fù)合振幅獲得所估計的第一目標參數(shù)及第二 目標參數(shù)及所估計的第一圖案參數(shù)及第二圖案參數(shù)； e) 使用考慮成像系統(tǒng)特性W近似形成于該成像系統(tǒng)中的該圖像的圖像模型執(zhí)行第一 數(shù)值回歸，包括將該所估計的第一目標參數(shù)及第二目標參數(shù)及該所估計的第一圖案參數(shù)及 第二圖案參數(shù)輸入至該圖像模型中W產(chǎn)生模型化圖像，其中該第一數(shù)值回歸反復(fù)地比較該 模型化圖像與該所測量的圖像且修改該所估計的第一目標參數(shù)及該所估計的第二目標參 數(shù)及該所估計的第一圖案參數(shù)及該所估計的第二圖案參數(shù)，W使該模型化圖像與該所測量 的圖像之間的差異最小化，W確定該實際第一目標參數(shù)及第二目標參數(shù)及該實際第一圖案 參數(shù)及第二圖案參數(shù)； f) 使用經(jīng)配置W阻擋該鏡面反射分量的該成像系統(tǒng)捕獲該第一目標及該第二目標W 及該第一圖案及該第二圖案的圖像；W及 g) 使用該圖像模型及在動作f)中捕獲的該圖像執(zhí)行第二數(shù)值回歸W確定該第一目標 與該第二目標之間的相對位置，該相對位置界定該重疊誤差。
21. -種測量第一目標與第二目標之間的重疊誤差的方法，該第一目標及該第二目標 具有各自的實際第一目標參數(shù)及實際第二目標參數(shù)且分別與第一圖案及第二圖案相關(guān)聯(lián)， 該第一圖案及該第二圖案環(huán)繞該第一目標及該第二目標且具有各自的實際第一圖案參數(shù) 及實際第二圖案參數(shù)，該方法包含： a) 照射該第一目標及該第二目標W產(chǎn)生經(jīng)散射的光分量； b) 使用具有圖像平面的成像系統(tǒng)，在該圖像平面處通過阻擋該鏡面反射分量捕獲該經(jīng) 散射的分量的圖像； C)估計該圖像平面處的該經(jīng)散射的光分量的光場的復(fù)合振幅； d) 使用該經(jīng)散射的光分量的該光場的該復(fù)合振幅獲得所估計的第一目標參數(shù)及第二 目標參數(shù)及所估計的第一圖案參數(shù)及第二圖案參數(shù)； e) 使用該成像系統(tǒng)的圖像模型執(zhí)行第一數(shù)值回歸，包括將該所估計的第一目標參數(shù)及 第二目標參數(shù)及該所估計的第一圖案參數(shù)及第二圖案參數(shù)輸入至該圖像模型中W產(chǎn)生模 型化圖像，其中該第一數(shù)值回歸反復(fù)地比較該模型化圖像與該所測量的圖像且修改該所估 計的第一目標參數(shù)及第二目標參數(shù)及該所估計的第一圖案參數(shù)及第二圖案參數(shù)，W使該模 型化圖像與該所測量的圖像之間的差異最小化，W確定該實際第一目標參數(shù)及第二目標參 數(shù)及該實際第一圖案參數(shù)及第二圖案參數(shù)；W及 f) 使用該圖像模型及在動作b)中捕獲的該圖像執(zhí)行第二數(shù)值回歸W確定該第一目標 與該第二目標之間的相對位置，該相對位置界定該重疊誤差。
【文檔編號】G06T7/00GK104346808SQ201410387176
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月8日
【發(fā)明者】H·J·鄭翁 申請人:Jsmsw技術(shù)有限責任公司