[发明专利]基于相位控制模型的重叠测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于相位控制模型的重叠测量系统及方法。其控制经散射的光分量与镜面反射光分量之间的相对相位以在检测之前放大微弱光学信号。甚至在存在图案间干涉的情况下，该系统及方法也利用基于模型的回归图像处理来准确地确定重叠误差。

优先权的主张

本申请主张2013年8月8日申请的美国专利申请第61/863,469号的优先权，且该申请以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明关于一种光学重叠(overlap)测量系统，且详言之，关于甚至在重叠目标实质上小于当前处于使用中且由其他图案环绕的目标时，也使用用于成像的相位控制光学系统及用于进行图像处理以精确地测量重叠误差的基于模型的回归方法的系统及方法。

本文中所引证的所有文件以引用的方式并入本文中。

背景技术

大多数精细结构化装置(诸如，集成电路芯片、微机电装置等)由多层精确对准的电路或机械图案制成。该图案通常经由制造期间的多个高精度光刻步骤形成，其中大多数图案需要相对于彼此精确地对准。然而，甚至在最佳系统及努力的情况下，不同图案之间的一定量的侧向未对准是不可避免的。重叠误差为不同图案或目标之间的侧向未对准。

传统上，重叠误差是指连续装置层之间的对准误差，其在本文中将被称为层级(between-layer)重叠误差。然而，在一些状况下(诸如，双重或多重图案化光刻)，重叠误差可指相同层中的不同图案之间的侧向未对准。此情形在本文中将被称为单层或层内重叠误差。

当前，控制重叠误差为半导体制造中最困难的任务中的一个，这是因为现代制造过程中的日益收缩的设计规则及复杂性。因为重叠误差可影响良率、装置效能及可靠性，所以必须精确地测量重叠误差。可以许多不同方式来测量重叠误差。然而，在大多数状况下，在光学上通过捕获被称为重叠目标的经特别设计的对准标记的图像且通过计算机处理该图像来测量重叠误差。光学测量为较佳的，这是因为其为非破坏性的及快速的。

我们所感兴趣的重叠是在功能图案区域中。不幸的是，光学重叠测量系统罕有地可直接测量功能图案的重叠，这是因为大多数功能图案太精细而无法通过光学系统来解析。光学重叠测量系统通常使用被称为重叠目标或简称为目标的特殊非功能图案间接地测量功能图案的重叠。通常将重叠目标制成得比功能图案粗糙得多以便通过光学系统来解析。光学重叠测量系统测量目标区域中的重叠误差且假定：功能图案区域中的重叠误差与目标区域中的重叠误差相同或至少与目标区域中的重叠误差良好地相关。

因为测量的间接性，所以使得两个重叠测量(功能图案重叠与目标重叠)之间具有良好相关性非常重要。为了使得两个重叠之间具有良好相关性，需要紧密地将重叠目标结合至功能图案。其紧密结合通常通过将重叠目标作为图案设计的部分而包括且通过同时印刷功能图案与目标两者来实现。功能图案与目标两者的此种同时设计及印刷确保了在功能图案区域中所测量的重叠误差与在目标区域中所测量的重叠误差之间的良好相关性。

当印刷目标时，将属于不同流程层(process layer)的目标印刷于晶圆(wafer)上的相同区域中以便促进对重叠误差的准确测量。成像系统拍摄单一图像中的所有单个(individual)目标的图片。因此，由重叠测量系统观察到的重叠目标并非单一目标，而是单个目标组，其在本文中将被称为目标集合。因此，目标集合不同于单个目标。然而，目标集合在本文中也将被称为目标，只要上下文使得其含义清楚即可。所测量的重叠误差为印刷于相同区域中的不同的单个目标之间的侧向偏移或未对准。为了促进准确重叠测量，通常印刷单个目标，该单个目标彼此无重叠或具有少量重叠，即使其放置于相同区域中也如此。因此，通常在图像中可良好地区分所有单个目标。目标集合通常含有两个单个目标。然而，其可含有两个以上单个目标。在一实例中，目标区域为100μm²或小于100μm²。