CN101063829B - 重叠测量方法和使用其的重叠测量设备 - Google Patents

Abstract

一种重叠测量设备包括，产生具有多个波长的可见光的光源；光学模块；从由该光源产生的可见光选择具有单个波长的可见光，使该具有单个波长的可见光入射在该多个重叠图形上，以及使用从该多个重叠图形反射的可见光，以用预定的颜色投影该重叠图形；成像单元，根据该可见光的各个波长，获取该多个重叠图形的图像，和获取相应图像信号；以及控制单元，输出控制信号到光学模块，以便该光学模块可以使用与可见光的各个波长相关的信息，用特定的颜色投影该重叠图形，该可见光用来投影由选择单元选择的重叠图形。

Description

重叠测量方法和使用其的重叠测量设备

技术领域

本公开总体上涉及一种半导体制造方法和使用该半导体制造方法的半导体制造设备，更具体，涉及一种重叠测量方法和使用该重叠测量方法的重叠测量设备。

本申请要求2006年4月27日申请的韩国专利申请号10-2006-0038074的优先权，在此将其公开内容全部引入作为参考。

背景技术

近年来，诸如计算机和移动电话的高性能电子装置的需求一直在快速增长。具体地，对于以高速运行的较小尺寸的电子装置有需求。因为大多数电子装置包括在该装置内至少执行部分处理的半导体芯片，所以研制具有高运行速度和高存储容量，但是仍是较小尺寸的新半导体芯片的需求相应增加。由此，有研制具有高集成度、高可靠性和高响应速度的半导体芯片的动向。

通常，半导体芯片制造工序包括各个基本工序的组合。亦即，芯片经历大量分立的工序。此外，为了保证高产率和处理量，各个基本工序被研制。然而，在一个或多个单个基本工序过程中，将不可避免地发生某些错误。为此，努力的方向是致力于用于测量各个基本工序中的工艺误差的研究方法和设备。具体地，这些努力的一部分涉及光刻工序。这是因为光刻涉及加工条件和加工设备的频繁变化，光刻是重要的半导体制造工序。

光刻工序通常涉及将掩模上的几何形状转移到硅晶片的表面。光刻工序中涉及的步骤包括晶片清洗、阻挡层形成、光刻胶涂敷、软烘焙、掩模对准、曝光和显影以及硬烘焙。具体，在光刻工序中，使用光刻胶图形作为刻蚀掩模，执行在光刻胶图形下面布置的晶片或在晶片上形成的薄膜的构图。

典型地使用中间掩模(reticle)以在底下的晶片上或在该晶片形成的薄膜上形成精确的半导体图形。具体地，中间掩模被用作图形掩模，其允许光刻胶被有选择地露出，并被布置在预定的位置。然后，该晶片被对准，以对应于该中间掩模的位置。但是，在某些条件下，该中间掩模和晶片可能未对准。例如，当传播在中间掩模上入射的光的光学系统中有缺陷时，该中间掩模和晶片可能相互未对准。在这种条件下，晶片上形成的图形不可能是精确的。此外，晶片上形成的任意进一步的图形(即，通过之后的各个工序形成的图形)将必定是不精确的，因为所有附加图形相对于先前形成的图形对准，而先前形成的图形没有被精确地形成。

为了克服这种问题，曝光工序中使用的中间掩模具有在其上形成的对准图形和重叠图形。具体地，对准图形用来对准该晶片，以便在光刻过程中精确曝光。此外，该重叠图形用来测量在先前和后续工序中的光刻条件是否相互匹配。此外，当该中间掩模变化时，在先前和后续工序中形成重叠图形相互重叠，或排列在预定空间，以便它们可以相互比较。

由此，重叠测量设备测量并比较先前和后续工序中形成的重叠图形，并将比较结果提供给半导体制造设备的操作员或控制器。该比较结果被操作员/控制器用来调整半导体制造设备，以便在晶片上的准确位置形成光刻胶图形(即，精确的图形)。

通常，在光刻工序中，在相同的平面上不形成多个重叠图形。具体地，在晶片上或晶片的薄膜上每次一个地形成每个图形。此外，在先前工序的过程中形成的图形顶上形成每个随后的图形。亦即，该重叠图形被互相层叠，以便在不同的平面上形成每个重叠图形。

常规重叠测量设备包括放大并投影多个重叠图形的光学模块，获得对应于该投影的重叠图形的成像单元，以及读取单元。该读取单元执行大量功能。例如，该读取单元由成像单元获得的图像信号而形成图像、读取对应于该重叠图形的重叠图形图像之间的位置差异、计算重叠补偿值以及将包括重叠补偿值的反馈提供给曝光单元。

具体，该光学模块照射由白色可见光构成的入射光到晶片的表面上，并放大和投影其反射光，以便该成像单元可以获得对应于该重叠图形的图像。典型地，与在晶片的表面上形成薄膜或光敏膜的步骤一起，以沟槽形状或突出块形状，形成重叠图形。

但是，在其线宽接近可见光波长的重叠图形上可能折射或散射从光学模块照射的可见光(具有预定波长)。该照射光的波长和重叠图形的线宽之间的相似性可能导致重叠测量误差。例如，当由白色可见光构成的入射光入射到重叠图形上并被折射或散射时，该反射光包括红色、蓝色和绿色分量的至少一种。但是，用黑色和白色混合处理该反射光。在该工序中，在处理该反射光的同时，成像单元可能使整个或至少部分重叠图形图像变形。由此，读取单元可以，基于被成像单元部分地或完全地扭曲的重叠图形图像，计算不正确的重叠补偿值。重叠补偿处理中的这些误差可能导致光刻工序的成品率减少。

因此需要一种系统和方法，在半导体芯片制造工序过程中提供准确的重叠补偿值。本公开致力于克服与常规重叠测量系统和方法相关的一个或多个缺点。

发明内容

本公开的一个方面包括一种重叠测量设备。该设备包括产生具有多个波长的可见光的光源；光学模块，从由该光源产生的可见光中选择具有单个波长的可见光，使该具有单个波长的可见光入射在多个重叠图形上，以及使用从该多个重叠图形反射的可见光，用预定的颜色投影该重叠图形；成像单元，根据该可见光的各个波长获取多个重叠图形的图像，以及获取对应于该图像的图像信号；数据库，连续地存储通过该成像单元获取的图像信号；选择单元，使用该数据库中存储的图像信号从该重叠图形图像选择清楚的图像；以及控制单元，输出控制信号到光学模块，以便该光学模块可以使用与可见光的各个波长相关的信息，用特定的颜色投影该重叠图形，该信息用来投影由选择单元选择的重叠图形。

本公开的另一方面包括一种重叠测量设备。该设备包括产生具有多个波长的可见光的光源；使可见光入射在重叠图形上的光学模块，并选择从该重叠图形反射的具有单个波长的可见光，以便用预定的颜色投影该重叠图形；成像单元，根据可见光的各个波长获取多个重叠图形的图像和获得对应于该图像的图像信号；数据库，连续地存储通过该成像单元获取的图像信号；选择单元，使用数据库中存储的图像信号，从重叠图形图像选择清楚的图像；以及控制单元，输出控制信号到光学模块，以便该光学模块可以使用与可见光的单个波长相关的信息，用特定的颜色投影该重叠图形，该信息用来投影由选择单元选择的重叠图形。

本公开的另一方面包括一种重叠测量方法。该方法包括根据用来投影多个重叠图形的各个可见光的波长，获取多个重叠图形；在数据库中存储对应于根据可见光的各个波长获得的多个重叠图形图像的信号；使用数据库中存储的图像信号，显示多个重叠图形图像；比较多个重叠图形图像上出现的多个重叠图形的清晰度；以及通过选择单元，从其上出现多个重叠图形的重叠图形图像选择清楚的图像；以及使用具有相应波长的可见光放大和投影该多个重叠图形，该具有相应波长的可见光用来获取通过选择单元选择的重叠图形图像。

附图说明

对所属领域的普通技术人员来说，通过参考附图详细描述其优选示例性实施例，将使本发明的上述及其他特点变得更明显，其中：

图1图示了根据示例性公开的实施例的重叠测量设备的视图；

图2图示了图1的光学模块；

图3是图示了重叠图形的平面图；

图4是沿图3的线I-I′的剖面图；

图5图示了根据选择的示例性公开的实施例的重叠测量设备的视图；

图6图示了图5的光学模块；

图7是图示了重叠图形的平面图；

图8是沿图7的线II-II′的剖面图；以及

图9图示了根据示例性公开的实施例的重叠测量方法的流程图。

具体实施方式

下面，现在将参考附图详细描述根据本发明的示例性实施例的重叠测量方法和使用该重叠测量方法的重叠测量设备。本发明可以以各种形式体现，不应该被认为是局限于下面将详细描述的实施例。提供该实施例是为了对本领域普通技术人员更完全地说明本发明。由此，在图中，元件的形状被放大，以便强调更清楚的描述。

下面，将参考附图更详细地描述本发明的示例性实施例。

图1图示了根据示例性公开的实施例的重叠测量设备的视图。图2图示了图1的光学模块200。图3图示了重叠图形的平面图。图4是沿图3的线I-I′的剖面图。

如图1所示，重叠测量设备包括光源100、光学模块200、晶片载物台WS、成像单元300、数据库400、选择单元500、控制单元600以及读取单元700。光源100产生具有不同波长的白色可见光。光学模块200接收这些具有不同波长的光，并处理该接收的光，以便该光具有单个波长。然后，在晶片W(晶片载物台WS支撑晶片W)的表面上形成的多个重叠图形(例如，图3的主图形130和副图形140)上入射该具有单个波长的处理光。此外，光学模块200投影该重叠图形。此外，成像单元300根据该可见光的波长，捕捉该投影的重叠图形。此外，成像单元300还基于该可见光的波长，获取对应于该多个重叠图形的图像信号。这些捕捉的图像信号被提供到数据库400，该数据库400连续地存储该获取的图像信号。而且，选择单元500通过使用由成像单元300获得的图像信号，从数据库400中存储的重叠图形图像选择清楚的图像。控制单元600输出控制信号到光学模块200，以获得清楚的重叠图形图像，以便从通过光源100产生的白色可见光选择具有单个波长的可见光，并入射在重叠图形上。此外，读取单元700读取该重叠图形中的任意未对准。

尽管未示出，但是该重叠测量设备还可以包括显示单元，从数据库400中存储的图像信号，显示重叠图形图像，并显示由选择单元500选择的重叠图形图像。

光源100产生具有与从外部或电源提供的电压成正比的预定强度的白色可见非相干光。为此，该光源包括灯110和反光罩120。灯110可以是氙气灯或卤素灯。氙气灯是在高压下，通过氙中的放电产生强紫外光、可见光和近红外的光源。卤素灯是白炽光灯泡的形式，其中注入卤素到玻璃泡中，以防止钨蒸发。具体，卤素灯包括诸如溴或碘的卤素，以防止钨丝蒸发。具体地，玻璃泡中注入的卤素与从灯丝蒸发的钨结合。此外，结合的物质与灯丝碰撞，并由由于与灯丝碰撞的热量而分解。此时，钨与灯丝结合，以及卤素与从灯丝蒸发的钨结合。通过这种处理，卤素灯中的灯丝可以忍受比白炽光灯泡更高的温度。由此，卤素灯可以发射强光和具有比白炽光灯泡更长的寿命。例如，卤素灯的寿命典型地是白炽光灯泡的两倍至三倍。

此外，与白炽光灯泡不同，因为卤素灯不会随着老化而变暗。其光通量的减少可以不超过7％。此外，卤素灯具有低功耗和产生与自然光一样清楚的颜色。由此，光源100使用从外部或电源施加的电压，产生具有预定强度的不同波长的白色可见光。光源100还可以包括反光罩120，以聚焦光学模块200上的光。

光学模块200使由光源100产生的白色可见光入射在晶片W上。此外，光学模块200放大并投影晶片W上形成的多个重叠图形，并传送该投影的重叠图形到成像单元300。在一示例性实施例中，光学模块200包括第一反光镜210、滤光器220、光纤230、第一光束分裂器240和投影单元250。第一反光镜210反射由光源100产生的可见光。滤光器220过滤由第一反光镜210反射的具有各种波长的可见光，以选择具有单个波长的可见光。光纤230提供用于被滤光器220过滤的可见光的传输路径。第一光束分裂器240将从光纤230发射的可见光分开。投影单元250放大并投影被第一光束分裂器240分开的可见光到晶片W上，并放大和投影从晶片W反射的可见光到成像单元300上。

第一反光镜210用来反射该可见光。在一示例性实施例中，通过抛光玻璃或金属的表面或通过在玻璃或金属的表面上淀积银、铝、金、硫化锌或铑，制成第一反光镜210。第一反光镜210的例子包括平面镜、诸如凸面镜或凹面镜的球面镜、以及诸如抛物面镜的非球面镜。

滤光器220基于波长选出包含可见光的电磁波，并传送具有预定波长的电磁波。滤光器220也可以被称作滤色器，因为它过滤可见光。滤色器的例子包括胶质滤光器、玻璃滤光器以及塑料滤光器。具体地，胶质滤光器由从动植物的蛋白质提取的染料构成。另一方面，玻璃滤光器由着色的耐热玻璃构成并被称作载玻片(slide glass)滤光器。尽管玻璃滤光器不容易褪色和可以被很好的清洗，但是玻璃滤光器还是笨重的和易毁坏的。塑料滤光器具有良好的透射能力并容易被着色。这些特点使塑料滤光器被广泛地用作滤色器。

 可见光是具有约7000到4000波长的电磁波。此外，该可见光是白色光，因为它包括诸如红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、紫蓝色以及紫色的各种颜色的混合物。此外，每种颜色对应于不同的波长。而且，滤光器200从可见光中包括的不同波长选择单个波长，并使具有该单个波长的可见光入射在晶片W上。为此，滤光器220可以响应于从控制单元600输出的控制信号，以便可以从具有约7000至4000

波长的可见光选择出具有单个波长的可见光。例如，滤光器220根据从控制单元600输出的控制信号上下移动，以从可见光中包括的各种波长选择出具有特定波长的可见光。此外，滤光器220使该可见光入射在第一光束分裂器240上，该可见光现在仅仅包括所选的特定波长。

除垂直移动之外，滤光器220也可以根据从控制单元600输出的控制信号，在一个方向上旋转，以从包括在可见光中的各个波长中选择具有特定波长的可见光，并使得所选择的波长入射到第一光束分裂器240上。

光纤230是主要用于提高可见光的传输效率的光导管。光缆典型地由绞合光纤段来制造。例如，光纤230可以由人造树脂制成，或可以由透明玻璃制成。此外，光纤230由被覆层围绕的致密线芯构成。此外，光纤230用具有一层或两层的人造树脂覆盖，以防止从外面损坏。典型地，除人造树脂外，光纤230具有几微米至数百微米(μm)的直径。此外，因为线芯具有比覆层更高的折射率，在不脱离线芯的条件下可见光被很好的传播。

光纤230可以是单模光纤或多模光纤。单模光纤具有几微米的线芯直径，而多模光纤用数十微米的线芯直径制造。此外，纤维根据折射率的分布图形，被分为突变折射率光纤和渐变折射率光纤。此外，光纤230不受外部电磁波的干扰影响，并抗外界环境的变化。此外，它是小型的和轻型的。在一示例性实施例中，光学模块200还可以包括聚焦透镜260，其通过防止从光纤230发射的可见光以放射式图形散射，将可见光朝着第一光束分裂器240的方向聚焦。

第一光束分裂器240根据该可见光的强度，将从光纤230发射并被聚焦透镜260聚焦的可见光分为至少两个光分量。例如，第一光束分裂器240包括在其传播方向上传送一半可见光和在垂直于该传播方向的方向上反射另一半可见光的半反光镜。此外，在其传播方向穿过该半反光镜的一半可见光被基准透镜256和基准反光镜258后反射到第一光束分裂器240。被反馈回到第一光束分裂器240的该一半可见光被入射在晶片W上，以及在晶片W上入射的可见光上具有干扰效应。此外，因为该一半可见光朝着第一光束分裂器240的方向反射，它放大晶片W上形成的多个重叠图形上反射的可见光。而且，第一光束分裂器240被设计成传送从晶片W上形成的重叠图形反射的可见光，并将该反射光朝着成像单元300的方向传播。

另一方面，被第一光束分裂器240反射的另一半可见光(在垂直于该传播方向的方向上传输的一半可见光)被投影单元250放大并投影在晶片W上。在一示例性实施例中，投影单元250包括至少一个主物镜252和目镜254，该主物镜252减小从光导管传输的可见光并使之入射在晶片W上形成的重叠图形上，该目镜254使用通过主物镜252在晶片W上入射并被晶片W反射的可见光来放大该重叠图形。

在一示例性实施例中，主物镜被定位于最接近晶片W。此外，主物镜252放大位于透镜附近的目标的图像。此外，主物镜由大量透镜构成，以补偿畸变。例如，消色差物镜可以被用于低倍率，因为它不需要色差的准确补偿。另一方面，高度消色差(apochromatic)物镜可以被用于高倍率，因为它需要色差的准确补偿。因此，在一示例性实施例中，在其上形成重叠图形的晶片W上，主物镜252由多个消多色差物镜构成。

在示例性实施例中，目镜254被定位于比主物镜252更靠近观察者或成像单元300。目镜254通过物镜放大交叉线上形成的图像。在目镜254相对于主物镜252移动的同时，可以决定目镜254的位置，使重叠图形图像被最清楚地观察到。此外，被投影单元250放大的重叠图形的图像由主物镜252的倍率和目镜254的倍率的乘积决定。例如，投影单元250被配置为放大并投影晶片W的表面至750、150或50μm的尺寸。

如图2所示，当第一光束分裂器240和基准反光镜258之间的距离L2等于或类似于第一光束分裂器240和晶片W之间的距离L1时，被第一光束分裂器240分开并在垂直于穿过第一光束分裂器240的光的方向上传播的可见光和入射在基准反光镜258上的可见光彼此可以具有相长干涉效应。

在一示例性实施例中，距离L2是固定值。具体地，该值是第一光束分裂器240的中心线和围绕第一光束分裂器240的外壳242之间的水平距离Lr以及外壳242和基准反光镜258之间的距离Lm的总和(L2＝Lr+Lm)。此外，距离L1具有可变值，其是第一光束分裂器240和外壳242之间的垂直距离La、外壳242和主物镜252的端部之间的距离Lp以及主物镜252的端部和晶片W之间的距离Lf的总和(L1＝La+Lp+Lf)。此外，第一光束分裂器240可以上下移动，以调整到外壳242的高度。例如，第一光束分裂器240上下移动的距离可以由′P′值表示，范围是0至10μm。

在一示例性实施例中，基准透镜256和基准反射透镜258被操作地连接到第一光束分裂器240，以上下移动。此外，外壳242和主物镜252的端部之间的距离是固定值。主物镜252的端部和晶片W的表面之间的距离是主物镜252的焦距。此外，主物镜的焦距取决于主物镜252的规格。主物镜的合适焦距是重要的，以便通过主物镜252，可以准确地形成晶片W上形成的多个重叠图形的图像。因此，主物镜252的端部和晶片W的表面之间的距离通常是固定值。由此，当第一光束分裂器240和基准反光镜258之间的距离以及第一光束分裂器240和晶片W的表面之间的距离相同或互相类似时，光学模块200能够进行准确的重叠测量。

从第一光束分裂器240传播的可见光通过目镜254到成像单元300。虽然未示出，但是在目镜254和成像单元300之间可以设置第二光束分裂器和探测单元，该第二光束分裂器基于可见光的强度分裂可见光，该探测单元探测被第二光束分裂器分裂的可见光的强度。具体地，第二光束分裂器可以形成在邻近于成像单元300的镜桶(mirror barrel)内，以分裂该可见光。例如，类似于第一光束分裂器240，第二光束分裂器基于其强度分裂可见光，其中它传送部分可见光并将该可见光的剩余部分朝着探测单元的方向反射。

该探测单元可以是光传感器，其基于可见光的强度探测从第二分裂器入射的可见光。在通过滤光器220选出从光源100提供的具有预定强度的可见光并将其入射在晶片W的表面上之后，在晶片W的表面上反射该可见光。此时，该可见光的波长或频率几乎没有变化，尽管其强度可能被显著地减小。由此，该探测单元根据其强度探测该可见光的振幅，以决定来自成像单元300的可见光的强度。当该可见光的强度较高或较低时，控制单元600可以控制提供给光源100的电压，以调整该可见光的强度。

成像单元300获得在晶片W上反射的重叠图形的图像，并通过主物镜252和目镜254放大和投影。具体，成像单元300可以在主物镜252和目镜254的焦点获得重叠图形的图像。在一示例性实施例中，成像单元300是探测诸如重叠图形的图像并将它转变为电图像信号的图像传感器。具体，该图像传感器主要由摄像管和固态图像传感器构成。摄像管的例子包括摄像机和氧化铅摄像管(plumbicon)，以及固态图像传感器的例子包括互补金属-氧化物-半导体(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。该固态图像传感器也被称作成像板。此外，该固态图像传感器在其上入射可见光的半导体衬底上的二维(或一维)排列的一组像素上执行光电转换功能。此外，该固态图像传感器执行扫描功能，以预定顺序读取像素上积累的电荷图像。半导体衬底几乎由单晶硅衬底形成，以及在该半导体基底上形成具有矩阵阵列的像素。由此，该固态图像传感器连续地扫描像素的电荷量，并产生输出信号电流。此外，该固态图像传感器使用其中通过扫描信号发生器连续地传输分开像素的电荷传输方法。在一示例性实施例中，CMOS图像传感器使用金属-氧化物-半导体晶体管，以及CCD图像传感器使用电荷耦合器件用于信号传输。

由此，成像单元300通过使用CCD或CMOS图像传感器可以获取高分辨率数字图像，以获取被光学模块200放大并投影的多个重叠图形。具体地，成像单元300获取多个图像信号，其对应于由滤光器220获取的具有单个波长的可见光。例如，当通过滤光器220选择具有约7000

波长的红光时，包含由该红光表示的晶片W的表面上的多个重叠图形的图像信号被输出。此外，当通过滤光器220选择具有约5000

波长的蓝光时，包含由该蓝光表示的晶片W的表面上的多个重叠图形的图像信号被输出。

数据库400接收该图像信号并连续地存储这些图像，该图像信号包含从成像单元300输出的多个重叠图形。数据库400指将被共享的被共同管理的一组信息。此外，数据库400以可以有效地执行图像的查找和更新的方式存储这些图像。在一示例性实施例中，数据库400可以具有以下特点：(1)能够区分相似图像；(2)能够被计算机访问并被连续地写入；以及(3)能够将由多个图像表示的重叠图形互相比较。此外，数据库400从控制单元600接收关于被滤光器220选择的可见光的波长信息，并将该信息与从成像单元300输出的图像信号一起存储。该波长信息连同图像信号一起的存储可以允许选择单元500决定是否通过由滤光器220选择的具有单个波长的可见光投影由成像单元300获取的重叠图形图像。

选择单元500可以使用数据库400中存储的图像信号，通过多个图像表示多个重叠图形。此外，选择单元500也可以将由各个图像表示的多个重叠图形互相比较，以选择最清楚的图像。如图3所示，在一示例性实施例中，多个重叠图形包括通过先前工序在晶片W上形成的主图形130和通过后续工序在主图形130内形成的或围绕主图形130的外部形成的副图形140。例如，主图形130可以通过从晶片W的表面具有步骤的先前工序形成，以及可以通过围绕正方形外部的多个条形图形成。在此情况下，通过后续工序在主图形130内形成副图形140，副图形140也是正方形形状，其侧边比主图形130的侧边更短。

如图4所示，在具有预定线宽的沟槽中或在第一薄膜102上以条形形状形成主图形130(图4的参考数字150)。第一薄膜102可以是诸如层间绝缘膜、诸如氧化硅膜的薄膜，或诸如用导电杂质掺杂的多晶硅膜的导电层。在此情况下，上述基本工序包括光刻工序，以在晶片W上或晶片W上形成的第一薄膜102上形成光刻胶图形。还可以包括刻蚀工序，以通过除去由光刻胶图形露出的部分晶片W或除去晶片W上形成的第一薄膜102，形成沟槽150或条形图，该光刻胶图形通过光刻工序形成。此外，该基本工序还可以包括灰化工序，以除去晶片W或晶片W上形成的光刻胶图形。

随后，在其上形成主图形130的晶片W上形成具有预定厚度的层间绝缘膜和由金属层形成的第二薄膜104。此外，在第二薄膜104上形成具有预定厚度的光刻胶106。此外，通过用正方形形状构图光刻胶106，形成副图形140，以便它位于被主图形130围绕的区域中，如该平面图所示。

典型地，在沟槽150上可见光可以被折射或散射，导致主图形130的图像变形。此外，当在主图形130上入射具有特定波长的可见光时，该可见光可以被折射或散射。具体地，该可见光与可见光的波长成正比和与主图形130的线宽成反比地折射或散射。亦即，该可见光的波长越长，该可见光被折射或散射越多。此外，主图形130的线宽越短，该可见光被折射或散射越多。由此，通过减小该可见光的波长和增加主图形130的线宽，可以减小折射或散射的可见光量。但是，减小波长可能导致不希望的结果。例如，当可见光的波长被减小至紫外光范围时，构成副图形140的光刻胶106被曝光，导致光刻胶的化学成分变化。此外，由于损坏的光刻胶106，在其中光刻胶106被用作刻蚀掩模的刻蚀工序中可能发生缺陷刻蚀。

增加主图形130的线宽也可能导致不希望的结果。例如，当主图形130的线宽变大时，它可能不同于在晶片W的有源区或单元区中形成的微小图形的尺寸，以致计算重叠补偿值可能是困难的。

在一示例性实施例中，选择单元500选择主图形130的最好图像。通过将主图形130的图像与通过成像单元300使用具有各种波长的可见光获取的多个重叠图形图像当中的其它图像相比较，进行该选择。因为多个重叠图形图像可以具有不同的颜色，选择单元500处理该图像，以便用黑色和白色表示主图形130的整个图像。然后选择单元500将现在是黑色和白色的主图形130的图像相互比较。由此，尽管由于可见光的折射或散射，主图形130的某些图像被损坏，但是选择单元500可以将主图形130的图像相互比较，并选择没有因为可见光的折射或散射而损坏的主图形130的至少一个良好图像。此外，选择单元500获取有关成像单元300获取重叠图形图像时使用的可见光的波长信息，并输出该信息到控制单元600。

控制单元600从光学模块200的滤光器220接收关于被滤光器220选择的可见光的单个波长的信息。此外，控制单元600输出该信息到数据库400。此外，控制单元600从选择单元500接收关于由选择单元500选择的重叠图形图像被投影时所使用的可见光的波长信息。此外，控制单元600输出该控制信号，以控制滤光器220，以便可以通过滤光器220选择具有相应单元波长的可见光，以进行重叠测量。例如，控制单元600可以输出控制信号，以便滤光器220在直线上前后移动或在任意方向上旋转的同时，可以选择具有多个单元波长的可见光。

读取单元700测量由选择单元500选择的主图形130的图像中心位置和副图形140的图像中心位置之间的偏移，并计算重叠补偿值。例如，读取单元700在X轴和Y轴上表示主图形130的图像，计算垂直于X轴的多个条形图之间的中心位置和垂直于Y轴的多个条形图之间的中心位置；且因此获取X轴和Y轴上的主图形130的图像中心位置。类似地，读取单元700计算在X轴和Y轴上形成副图形140的正方形侧边的中心位置。而且，读取单元700比较主图形130的图像中心位置和副图形140的中心位置，以计算重叠补偿值。在一示例性实施例中，重叠补偿值表示在X轴和Y轴中副图形140从主图形130的偏移。例如，当主图形130的图像中心位置和副图形140的中心位置互相匹配时，重叠补偿值等于′0′。此外，通过计算晶片W上形成的多个主图形130和邻近于主图形130形成的多个副图形之间的位置差异，并平均该位置差异，可以计算重叠补偿值。

在一示例性实施例中，重叠测量设备包括光学模块200、成像单元300、选择单元500以及控制单元600。如上所述，控制单元600输出控制信号到光学模块200。该控制信号允许光学模块200使用有关用来获取由选择单元500选择的重叠图形图像的可见光波长的信息，用特定颜色投影该重叠图形。由此，可以防止由于具有特定波长的可见光在重叠图形上折射或散射而引起的重叠测量中的错误。结果，可以增加或使制造工序过程中的成品率最大化。

图5图示了根据选择性示例公开的实施例的重叠测量设备的视图。图6图示了图5的光学模块200。图7图示了重叠图形的平面图。图8是沿图7的线II-II′的剖面图。在下面论述的实施例中，与先前论述的实施例中描述的元件相同的元件由与先前论述的实施例中提供的数字相同的参考数字表示。如图5所示，重叠测量设备包括光源500、光学模块200、晶片载物台WS、成像单元300、数据库400、选择单元500、控制单元600以及读取单元700。光源100产生白色可见光，该白色可见光可以具有不同波长。此外，光学模块200使由光源100产生的可见光入射在多个重叠图形上(例如，图7中的主图形130和副图形140)。此外，光学模块200选择在多个重叠图形上反射的可见光的预定单元波长。此外，晶片载物台WS支撑其上形成多个重叠图形的晶片W。

成像单元300获取包括多个重叠图形图像的图像信号。此外，数据库400连续地存储由成像单元300获取的图像信号。此外，选择单元500从数据库400中存储的多个图像当中选择清楚的图像。此外，控制单元600输出该控制信号到光学模块200。该控制信号可以用来获取清楚的重叠图形图像。具体地，该图像以从入射在重叠图形上的白色可见光中选择具有单个波长的可见光的这种方式获取。此外，通过成像单元300获取基于所选择的单个波长具有预定颜色的重叠图形图像。此外，读取单元700读取该重叠图形中的未对准。

尽管未示出，但是该重叠测量设备还可以包括从数据库400中存储的图像信号显示重叠图形图像的显示单元。此外，该显示单元也可以显示由选择单元500选择的重叠图形图像。

在一示例性实施例中，光源100产生白色可见光。该光通常是不相干的，以及具有与从外部或电源提供的电压成正比的预定强度。例如，光源100包括诸如氙气灯或卤素灯的灯110。氙气灯是在高压下，由氙中的放电产生强紫外光、可见光和近红外的光源。卤素灯是白炽光灯泡，其中注入卤素到玻璃灯壳，以抑制钨蒸发。卤素灯包括诸如溴或碘的卤素，以进一步抑制钨丝蒸发。具体地，玻璃泡中注入的卤素与从灯丝蒸发的钨结合。此外，结合的物质与灯丝碰撞，并由源于与灯丝碰撞的热量分解。此时，钨与灯丝结合，以及卤素与从灯丝蒸发的钨结合。通过这种处理，卤素灯中的灯丝可以忍受比白炽光灯泡更高的温度。因此，卤素灯可以发射强光和具有比白炽光灯泡更长的寿命。具体，该卤素灯的寿命典型地是白炽光灯泡的两倍至三倍。

此外，与白炽光灯泡不同，因为卤素灯不会随着老化而变暗。其光通量的减少可以不超过7％。此外，卤素灯具有低功耗和产生与自然光一样清楚的颜色。由此，光源100使用从外部或电源施加的电压，产生具有预定强度的不同波长的白色可见光。此外，光源100还可以包括反光罩120，以聚焦光学模块200上的光。

光学模块200使由光源100产生的具有各种波长的白色可见光入射在晶片W上。此外，光学模块200放大并投影在晶片W上形成的多个重叠图形，从投影在重叠图形上、具有各种波长的可见光中选择具有单个波长的可见光，并将该具有单个波长的可见光传输到成像单元300。

在一示例性实施例中，光学模块200包括第一反光镜210、滤光器220、光纤230、第一光束分裂器240和投影单元250。第一反光镜210反射由光源100产生的可见光。光纤230改变由第一反光镜210反射的可见光的传输路径。第一光束分裂器240将从光纤230发射的可见光分开。投影单元250放大并投影通过第一光束分裂器240分开的可见光到晶片W上，并放大和投影在晶片W反射的可见光到成像单元300上。滤光器220从由投影单元250投影的具有各种波长的可见光中选择具有单个波长的可见光，并传送该具有单个波长的可见光到成像单元300。

第一反光镜210用来反射可见光。在一示例性实施例中，通过抛光玻璃或金属的表面或通过在玻璃或金属的表面上淀积银、铝、金、硫化锌或铑制成第一反光镜220。第一反光镜210的例子包括平面镜、诸如凸面镜或凹面镜的球面镜以及诸如抛物面镜的非球面镜。

光纤230是纤维形状的光导管，该光导管可以提高可见光的传输效率。光缆通过绞合光纤段来制造。例如，光纤230可以由人造树脂制成，但是由主要透明玻璃制成。具体，光纤230由被覆层围绕的致密线芯构成。具体，用人造树脂覆盖该致密线芯，以防止从外面损坏。此外，除人造树脂外，该致密线芯具有几至数百微米的直径。因为线芯具有比覆层更高的折射率，所以在不脱离线芯的条件下该可见光被很好的传播。

在一示例性实施例中，该光纤230可以是单模光纤或多模光纤。单模光纤具有几微米的线芯直径，多模光纤用数十微米的线芯直径制造。此外，光纤230根据折射率的分布图形，被分为突变折射率光纤和渐变折射率光纤。光纤230具有几个重要的特点。例如，光纤230不受外部电磁波的干扰影响并抗外界环境的变化。此外，它是小型的和轻型的。在一示例性实施例中，光学模块200还可以包括聚焦透镜260。聚焦透镜260通过防止从光纤230发射的可见光以放射式图形散射，将可见光朝着第一光束分裂器240的方向聚焦。

第一光束分裂器240将从光纤230发射并通过聚焦透镜260聚焦的可见光分为至少两个光分量。该分裂可以基于可见光的强度。例如，第一光束分裂器240包括在其传播方向上传送一半可见光和在垂直于该传播方向的方向上反射另一半可见光的半反光镜。穿过该半反光镜的部分可见光被基准透镜256和基准反光镜258反射，并反馈到第一光束分裂器240。被反馈到第一光束分裂器240的该部分可见光被入射在晶片W上，以及在晶片W上入射的可见光上具有干扰效应，并朝着第一光束分裂器240的方向反射。该干扰效应放大在晶片W上形成的多个重叠图形上反射的可见光。此外，第一光束分裂器240被设计为朝着成像单元300的方向传播在晶片W上形成的重叠图形上反射的可见光。

另一方面，被第一光束分裂器240反射的另一半可见光被投影单元250放大并投影在晶片W上。为此，投影单元250包括至少一个主物镜252和目镜254，该主物镜252减小从光导管传输的可见光并使之入射到在晶片W上形成的重叠图形，该目镜254使用通过主物镜252入射在晶片W上并被晶片W反射的可见光来放大该重叠图形。

主物镜252被定位于接近晶片W，以形成物体的图像。此外，物镜252放大被紧密设置的物体的图像，并由大量透镜构成，以补偿畸变。例如，消色差物镜可以用于低倍率，因为它不需要色差的准确补偿。另一方面，高倍消色差物镜可以用于高倍率，因为它需要色差的准确补偿。

在一示例性实施例中，主物镜252包括多个高度消多色差物镜。此外，目镜254被定位于接近观察者或成像单元300。目镜254通过物镜放大在交叉线上形成的图像。当目镜254相对于主物镜252移动的同时，可以决定目镜254的位置，该位置使重叠图形图像被最清楚地观察到。投影单元250放大重叠图形。具体地，被投影单元250放大的重叠图形的图像尺寸由主物镜252的倍率和目镜254的倍率的乘积决定。例如，投影单元250被配置为放大并投影晶片W的表面至750、150或50μm的尺寸。

如图6所示，当第一光束分裂器640和基准反光镜658之间的距离L2等于或类似于第一光束分裂器640和晶片W之间的距离L1时，入射在基准反光镜258上并从基准反光镜258反射的可见光和入射在晶片W上并从晶片W反射的可见光可以具有彼此相长干涉效应。此外，被基准反光镜258和晶片W反射的可见光可以被传输到成像单元300。

距离L2是固定值，该值是第一光束分裂器240的中心线和围绕第一光束分裂器240的外壳242之间的水平距离Lr以及外壳242和基准反光镜258之间的距离Lm的总和(即，L2＝Lr+Lm)。

距离L1是可变值，是第一光束分裂器240和外壳242之间的垂直距离La、外壳242和主物镜252的端部之间的距离Lp以及主物镜252的端部和晶片W之间的距离Lf的总和(即，L1＝La+Lp+Lf)。第一光束分裂器240可以上下移动，以调整到外壳242的高度。例如，第一光束分裂器240上下移动的距离可以由′P′值表示，该′P′值可以在0至10μm的范围内。此外，基准透镜256和基准反射透镜258被有效地连接到第一光束分裂器240，以上下移动。

在一示例性实施例中，外壳242和主物镜252的端部之间的距离是固定值。此外，主物镜252的端部和晶片W的表面之间的距离是主物镜252的焦距。此外，该距离取决于主物镜252的规格。因此，为了在晶片W上形成的多个重叠图形的图像可以被主物镜252准确地捕捉，主物镜252的端部和晶片W的表面之间的距离是固定值。由此，当第一光束分裂器240和基准反光镜258之间的距离以及第一光束分裂器240和晶片W的表面之间的距离相同或互相类似时，光学模块200能够进行准确的重叠测量。

在一示例性实施例中，在晶片W的表面上反射的可见光与从第一光束分裂器上的基准反光镜反射的可见光结合之后，该结合的可见光朝着目镜254的方向反射。虽然未示出，但是在目镜254和成像单元300之间可以设置第二光束分裂器和探测单元，该第二光束分裂器基于可见光的强度分裂可见光，该探测单元探测被第二光束分裂器分裂的可见光的强度。具体，第二光束分裂器可以形成在邻近于成像单元300的镜桶内，以分裂该可见光。例如，类似于第一光束分裂器240，第二光束分裂器基于其强度分裂可见光，其中它传送部分可见光并朝着探测单元的方向反射该可见光的剩余部分。

在一示例性实施例中，该探测单元是光敏器件，其探测从第二分裂器入射的可见光。在通过滤光器200选出从光源100提供的具有预定强度的可见光并且该可见光入射在晶片W的表面上之后，在晶片W的表面上反射该可见光。此时，该可见光的波长或频率几乎没有变化，尽管其强度可能被显著地减小。由此，该探测单元根据其强度探测该可见光的振幅，以决定来自成像单元300的可见光的强度。当可见光的强度较高或较低时，控制单元600可以控制提供给光源100的电压，以调整该可见光的强度。

当通过目镜254发射具有各种波长的可见光时，滤光器220从它们当中选择单个波长的可见光，并将具有单个波长的可见光施加到成像单元300。具体地，滤光器220基于波长，选出包含该可见光的电磁波，并传送具有预定波长的电磁波。在一示例性实施例中，滤光器220被称作滤色器。

滤色器220可以由不同的材料制成。例如，滤色器用包含染料的玻璃、凝胶或塑料来制造。此外，借助于几个滤色器，可以形成与带通滤波器一样窄的光传输区。滤色器的例子包括胶质滤光器、玻璃滤光器以及塑料滤光器。典型地，胶质滤光器由从动植物的蛋白质提取的染料构成。另一方面，玻璃滤光器通常由着色的耐热玻璃构成，并被称作载玻片滤光器。玻璃滤光器具有几个特点。例如，玻璃滤光器不容易褪色以及可以被很好的清洗，但是通常是笨重的和易毁坏的。此外，塑料滤光器具有良好的透射性能和容易被着色，以致它被广泛地用作滤色器。

在一示例性实施例中，该可见光是具有约7000至4000

波长的电磁波，以及是通过混合各种颜色如红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、紫蓝色和紫色制成的白色光。由此，滤光器200从具有各种波长的白色可见光中选择具有单个波长的可见光。此外，滤光器220使具有单个波长的可见光入射在晶片W上。具体地，滤光器220可以响应于从控制单元600输出的控制信号，以便可以从具有约7000至4000

波长的可见光当中选择出具有单个波长的可见光。这些可以通过响应于从控制单元600输出的控制信号调整滤光器220的位置来获得。例如，滤光器220根据从控制单元600输出的控制信号上下移动，以从包括各种波长的白色可见光中选择具有单个波长的可见光，并使该具有单个波长的可见光入射在第一光束分裂器240上。此外，滤光器220根据从控制单元600输出的控制信号在一个方向上旋转，以从具有各种波长的白色可见光中选择具有单个波长的可见光，并使该具有单个波长的可见光入射在第一光束分裂器240上。

由此，根据选择性示例公开的实施例的重叠测量设备使由光源100产生的具有各种波长的可见光入射在晶片W上。此外，在晶片W上形成多个重叠图形。此外，从晶片W上反射的具有各种波长的可见光中选择具有单个波长的可见光，以便成像单元300可以获取具有单个波长的可见光。

此时，即使由于具有预定波长的可见光的折射或散射，多个重叠图形的图像被不正确地表示，但是滤光器220除去具有导致折射或散射的预定波长的可见光，以及选择具有不引起折射或散射的可见光并传送它到成像单元300。亦即，根据先前公开的示例性实施例，从入射到多个重叠图形上的可见光中选择具有特定单元波长的可见光。另一方面，根据选择性示例公开的实施例，在多个重叠图形上入射具有各种波长的可见光之后，从在多个重叠图形上反射的可见光选出具有特定单元波长的可见光。

在一示例性实施例中，成像单元300获得在晶片W上反射的重叠图形的图像，并通过主物镜252和目镜254放大和投影。具体，成像单元300可以在主物镜252和目镜254的焦点处获得重叠图形的图像。例如，成像单元300可以是探测诸如重叠图形的图像并将它转变为电图像信号的图像传感器。为此，该图像传感器主要由摄像管和固态图像传感器构成。摄像管的例子包括摄像机和氧化铅摄像管，以及固态图像传感器的例子包括互补金属-氧化物-半导体(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。摄像管具有许多特点。例如，该摄像管是廉价的并具有长寿命，但是在用于重叠测量时分辨率太低。

该固态图像传感器也被称作成像板。在一示例性实施例中，该固态图像传感器在其上入射可见光的半导体衬底上的二维(或一维)排列的一组像素上执行光电转换功能，以及执行扫描功能，以预定顺序读取像素上积累的电荷图像。此外，该半导体衬底几乎由单晶硅衬底形成，以及在半导体衬底上形成具有矩阵阵列的像素。由此，该固态图像传感器根据像素的电荷量的扫描方法连续地读取，并产生输出信号电流。此外，在一示例性实施例中，该固态图像传感器使用其中通过扫描信号发生器连续地传输分开像素的电荷传输方法。此时，在接收可见光的光接收单元的信号传输中，CMOS图像传感器使用金属-氧化物-半导体晶体管和CCD图像传感器使用电荷耦合器件。

CMOS图像传感器是使用MOS晶体管的低功耗成像装置，该MOS晶体管是使用半导体氧化膜的单极场效应有源元件。因为CMOS图像传感器被设计成具有对称的p型和n型晶体管对，它的运行速度可能是缓慢的，但是具有低功耗。另一方面，CCD图像传感器使用无源元件如二极管或电阻器，该无源元件由半导体薄膜在半导体薄膜上形成的大量电极构成。

由此，成像单元300通过使用CCD或CMOS图像传感器可以获得高分辨率数字图像，以获得被光学模块200放大并投影的多个重叠图形。具体，成像单元300获取由滤光器220获得的具有单个波长的可见光所产生的多个图像信号。例如，当通过滤光器220选择具有约7000

波长的红光时，包含由该红光产生的晶片W的表面上的多个重叠图形的图像信号被输出。此外，当通过滤光器220选择具有约5000

波长的蓝光时，包含由该蓝光产生的晶片W的表面上的多个重叠图形的图像信号被输出。

数据库400接收该图像信号并连续地存储这些图像，该图像信号包含从成像单元300输出的多个重叠图形。数据库400指将被共享的被共同管理的一组信息。此外，数据库400以可以有效地执行图像的查找和更新的方式存储这些图像。在一示例性实施例中，数据库400可以具有以下特点：(1)能够区分相似图像的能力；(2)能够被计算机访问并被连续地写入；以及(3)能够将由多个图像表示的重叠图形互相比较。此外，数据库400从控制单元600接收被滤光器220选择的可见光的波长信息并将该信息与从成像单元300输出的图像信号一起存储。该波长信息连同图像信号一起的存储可以允许选择单元500决定通过被滤光器220选择的具有单个波长的可见光是否投影被成像单元300获取的重叠图形图像。

选择单元500可以使用在数据库400中存储的图像信号，通过多个图像表示多个重叠图形。此外，选择单元500也可以将由单个图像表示的多个重叠图形互相比较，以选择最清楚的图像。如图7所示，在示例性实施例中，多个重叠图形包括通过在先工序在晶片W上形成的主图形170和通过后续工序在主图形170内形成或围绕主图形170的外部形成的副图形140。例如，主图形130可以通过在先工序形成，以从晶片W的表面具有台阶(step)，以及还可以包括围绕正方形外部的多个条形图。此外，可以通过后续工序用正方形形状在主图形130内形成副图形140，其侧边比主图形130的侧边更短。

如图8所示，在一示例性实施例中，在具有预定线宽的沟槽中，或在第一薄膜102上以条形形状形成主图形130(图4的参考数字150)。第一薄膜102可以是诸如氧化硅膜的层间绝缘膜，或诸如用导电杂质掺杂的多晶硅膜的导电层。在一示例性实施例中，可以使用光刻工序在晶片W上或在第一薄膜102上形成光刻胶图形。此外，可以使用刻蚀工序形成沟槽150或通过除去被光刻胶图形露出的晶片W或第一薄膜102形成条形图。此外，也可以使用灰化工序除去晶片W或晶片W上形成的光刻胶图形。随后，在其上形成主图形130的晶片W上形成具有预定厚度的层间绝缘膜和由金属层制成的第二薄膜104。此外，在第二薄膜104上形成具有预定厚度的光刻胶106。而且，在主图形130内形成由以正方形形状构图的光刻胶106形成的副图形140。

在一示例性实施例中，具有等于或类似于沟槽150宽度的波长的可见光可以被折射或散射，导致主图形130的图像变形。相反，当具有短于沟槽150宽度的波长的可见光在沟槽150的底部上入射并反射时，它不被折射或散射。因此，该可见光与可见光的波长成正比和与主图形130的线宽成反比地折射或散射。亦即，可见光的波长越长，可见光被折射或散射越多。此外，主图形130的线宽越短，可见光被折射或散射越多。由此，通过减小可见光的波长和增加主图形130的线宽，该可见光被更少折射或散射。但是，如果该可见光的波长被减小至紫外光范围时，作为副图形140的光刻胶106现在被曝光于紫外光，紫外光改变其化学成分。由于损坏的光刻胶106，光刻胶106的化学成分的这些改变可能导致缺陷刻蚀。

此外，当主图形130的线宽变大时，它可能不同于晶片W的有源区或单元区中形成的微小图形的尺寸。图形的线宽和尺寸之间的这些差异可能使之难以计算重叠补偿值。由此，选择单元500通过将主图形130的多个图像相互比较，选择主图形130的最好的图像。在一示例性实施例中，当多个重叠图形图像具有不同的颜色时，选择单元500处理该接收的图像信号，以便用黑色和白色表示包含主图形130的图像的整个图像，然后将主图形130的图像相互比较。此外，选择单元500可以基于可见光的强度，相对于主图形130的重叠图形图像，进行黑白混合处理。

例如，选择单元500可以通过重叠主图形130的多个图像，选择主图形130的清楚图像。因此，尽管由于可见光的折射或散射，主图形130的某些图像可能被损坏，但是选择单元500可以将主图形130的图像相互比较，并选择没有因为可见光的折射或散射而损坏的主图形130的至少一个良好图像。此外，选择单元500获取当成像单元300获取重叠图形图像时使用的可见光的波长信息，并输出该获取信息到控制单元600。

控制单元600从滤光器220接收关于由光学模块200的滤光器220选择的单个波长的可见光的信息，并输出该信息到数据库400。此外，控制单元600从选择单元500接收关于由选择单元500选择的重叠图形图像被投影时所使用的可见光的波长信息。而且，控制单元600输出控制信号，以控制滤光器220，以便可以通过滤光器220选择具有相应单元波长的可见光，以进行重叠测量。例如，控制单元600可以输出该控制信号，以便滤光器220在直线上前后移动或在任意方向上旋转的同时，可以选择具有多个单元波长的可见光。

读取单元700测量由选择单元500选择的主图形130的图像中心位置和副图形140的图像中心位置之间的偏移。基于该测量的偏差，读取单元700计算重叠补偿值。例如，读取单元700读取X轴和Y轴上的主图形130的图像。基于该读取，读取单元700计算垂直于X轴的多个条形图之间的中心位置和垂直于Y轴的多个条形图之间的中心位置，且因此获取X轴和Y轴上的主图形130的图像中心位置。类似地，读取单元700计算X轴和Y轴上的副图形140的中心位置。

而且，读取单元700比较主图形130的图像中心位置和副图形140的中心位置，以计算重叠补偿值。在一示例性实施例中，重叠补偿值是在X轴和Y轴中副图形140从主图形130的偏移。例如，当主图形130的图像中心位置和副图形140的中心位置互相匹配时，重叠补偿值等于″0″。此外，通过计算晶片W上形成的多个主图形130和邻近于主图形130形成的多个副图形140之间的位置差异，并平均该位置差异，可以决定重叠补偿值。

如上所述，在一示例性实施例中，重叠测量设备包括从多个波长当中选择具有单个波长的可见光的光学模块200。该设备还包括成像单元300，其从由光学模块200投影的多个重叠图形的图像中获取图像信号。此外，该设备包括选择单元500，其从由成像单元300获取的多个重叠图形图像当中，选择清楚的重叠图形图像。该设备还包括控制单元600，其输出控制信号到光学模块200，以便光学模块200可以用特定的颜色投影该重叠图形。由此，可以防止由于具有特定波长的可见光的折射或散射，在重叠测量中的错误。该重叠测量中的错误减小可以有助于增加或使成品率最大化。

图9图示了根据示例性公开的实施例的重叠测量方法的流程图。

光学模块200放大并投影晶片W上形成的重叠图形(S10)。具体地，在卡盘上排列晶片W之后，晶片W的中心位置被决定，以及光学模块200在距晶片W的中心位置的预定距离处投影该重叠图形。此外，主物镜252在晶片W的中心位置处放大并投影该重叠图形。具体，光学模块200的主物镜252移动其焦点到距晶片W的中心位置预定距离处形成的芯片的中心位置(拍摄的中心)，并放大至少部分芯片。例如，光学模块200的主物镜252可以放大并投影芯片图形至约12mm的尺寸。而且，光学模块200的主物镜252将该焦点从芯片的中心位置移动到在芯片边缘的视点处形成的第一对准标记，并放大和投影该第一对准标记。例如，光学模块200的主物镜252放大并投影第一对准标记至约750μm的尺寸。在一示例性实施例中，第一对准标记在芯片的拐角处具有

的形状。此外，对应于第一对准标记的视点是在芯片图形中可以获取最优异图像的对准标记处的位置。该视点可以被操作员标记或选择。

此外，光学模块200的主物镜252将焦点移动到邻近于第一对准标记的位置坐标(拍摄的基准点)处形成的第二对准标记。例如，第二对准标记形成有′+′形状，其邻近芯片的拐角处形成的第一对准标记。此外，主物镜252用相同或相似的倍率放大第一和第二对准标记。具体地，主物镜252移动焦点到距第二对准标记预定距离处形成的重叠图形，并放大和投影该重叠图形。例如，主物镜252放大并投影该重叠图形至约50μm的尺寸，在一示例性实施例中，光学模块200使光入射在其上形成重叠图形的晶片W的表面上，并将从晶片W的表面反射的光投影到成像单元300上。

如上所述，根据示例性公开的实施例，可以使用重叠测量设备的光学模块来投影多个重叠图形。这些可以以许多方法发生。例如，首先可以从光源100提供的具有各种波长的白色可见光中选择具有单个波长的可见光，以及该可见光可以被入射在多个重叠图形上。此外，当成像单元300获取由具有单个波长的可见光投影的多个重叠图形的图像时，根据可见光的波长，由成像单元300获取的多个重叠图形图像可以具有不同的颜色。类似地，当在多个重叠图形上入射具有各种波长的白色可见光时，从投影多个重叠图形的白色可见光中选择具有单个波长的可见光。此外，成像单元300获取该多个重叠图形的图像。根据可见光的波长，这些图像可以具有不同的颜色。由此，根据示例性公开的实施例的重叠测量方法，在被入射在重叠图形上之前，选择具有单个波长的可见光，或从该重叠图形上入射和反射的白色可见光，选择具有单个波长的可见光，以及根据可见光的波长，获取表示该多个重叠图形的多个重叠图形图像(S20)。

在一示例性实施例中，成像单元300从具有预定分辨率的重叠图形反射的光获取该重叠图形图像。例如，成像单元300获取具有超过约两百万像素的分辨率的多个重叠图形图像。接下来，从成像单元300输出的图像信号被连续地存储在数据库400中(S30)。具体，根据由成像单元300获取的信息的预定格式，输出图像信号。此外，根据对应于重叠图形图像的标准，在数据库400中存储输出信息。控制单元600获取与由光学模块200的滤光器220选择的可见光的波长或颜色有关的信息，并与获取的图像信号一起输入该信息，并通过成像单元300输出到数据库400。例如，当相对于由主图形130和副图形140构成的多个重叠图形计算重叠补偿值时，对应于七个图像的图像信号被连续地存储在数据库400中，该七个图像使用具有七个单个波长的可见光表示多个重叠图形。

在数据库400中存储了对应于多个重叠图形图像的图像信号之后，控制单元600使用数据库400中存储的图像信号，控制将在显示单元上显示的多个重叠图形图像(S40)。具体地，控制器600按线排列多个重叠图形图像或重叠多个重叠图形图像，以便选择单元500可以将该重叠图形相互比较。选择单元500可以比较该多个重叠图形并选择该多个重叠图形图像的最清楚图像(S50)。例如，当通过选择单元500将副图形140图像互相比较时，在接近主物镜252并暴露在空气中的同时，该可见光被测量，以及在入射在部分光刻胶106上的同时，该可见光被测量。由此，因为该重叠测量不受可见光的波长影响，因此可以进行良好的重叠测量。

在重叠测量设备中，可见光穿过空气和第二薄膜104并在主图形上反射。此外，当可见光穿过对应于沟槽150的缝隙时，在类似于缝隙的波长时它被折射或散射。结果，主图形130的图像不可能被正确地表示。但是，在一示例性实施例中，光学模块200选择在主图形130上入射的具有单个波长的可见光，并投影没有折射或散射的主图形130，以便成像单元300可以获取该重叠图形的清楚图像。此外，控制器600获取与光学模块200上的可见光波长相关的信息，光学模块200获取由选择单元500选择的重叠图形图像(S60)，并使用具有决定波长的可见光进行重叠测量。

由此，因为示例性公开的重叠测量方法包括使用具有不同波长的可见光获取多个重叠图形图像，并从该多个重叠图形图像当中选择清楚的重叠图形图像，可以防止由于具有特定波长的可见光的折射或散射产生的重叠测量错误。该重叠测量中的错误减小可以增加或使成品率最大化。

最后，通过将重叠图形图像上出现的主图形130的图像中心位置与副图形140的图像中心位置相比较，通过读取单元700，计算重叠补偿值(S70)。如上所述，读取单元700在X轴和Y轴上表示主图形130的图像，计算垂直于X轴的多个条形图之间的中心位置和垂直于Y轴的多个条形图之间的中心位置，且获得X轴和Y轴上的主图形130的图像中心位置。类似地，读取单元700计算在X轴和Y轴上形成副图形140的正方形侧边的中心位置。理想地，主图形130的图像中心位置和副图形140的图像中心位置应该互相匹配。但是，由于晶片W的对准误差或由于光刻工序过程中发生的其它条件，主图形和副图形130和140的图像中心位置可以互相偏离预定距离。因此，读取单元700通过将主图形130的图像的中心位置和副图形140的图像的中心位置互相比较，计算重叠补偿值。此外，可以通过决定晶片W上形成的多个主图形130和邻近于主图形130形成的多个副图形140之间的位置差异，并平均该位置差异，决定重叠补偿值。而且，读取单元700输出该重叠补偿值到曝光设备，以便在光刻工序中，在所决定的位置上，可以准确地形成光刻胶图形。

由此，因为示例性公开的重叠测量方法包括使用具有不同波长的可见光获取多个重叠图形图像，选择清楚的重叠图形图像和使用对应于所选重叠图形图像的具有单个波长的可见光进行重叠测量，可以防止由于具有特定波长的可见光的折射或散射所产生的重叠测量误差。该重叠测量中错误减小可以增加或使成品率最大化。

本发明已经使用示例性实施例进行了描述。但是，应当理解本发明的范围不局限于该公开的实施例。相反本发明的范围包括在所属领域的技术人员的能力范围内使用目前巳知的或将来的技术来进行的各种改进和选择性布置及等效范围。因此权利要求的范围应该给予最广泛的解释，以便包含或包括所有这种改进和类似的布置。

Claims (30)

1.一种重叠测量设备，包括：

产生具有多个波长的可见光的光源；

光学模块，从由该光源产生的可见光中选择具有单个波长的可见光，使该具有单个波长的可见光入射在多个重叠图形上，以及使用从该多个重叠图形反射的可见光，用具有单个波长的可见光投影该重叠图形；

成像单元，根据该可见光的各个波长，获得该多个重叠图形的图像和获得对应于该图像的图像信号；

数据库，连续地存储由该成像单元获取的图像信号；

选择单元，使用该数据库中存储的图像信号，从该重叠图形图像中选择清楚的图像；以及

控制单元，输出控制信号到光学模块，以便该光学模块可以使用与可见光的各个波长相关的信息，用具有单个波长的可见光投影该重叠图形，该可见光用来投影由选择单元选择的重叠图形图像。

2.根据权利要求1的重叠测量设备，还包括读取单元，该读取单元读取在由该选择单元选择的重叠图形图像上出现的多个重叠图形的偏移。

3.根据权利要求1的重叠测量设备，还包括显示单元，该显示单元使用在该数据库中存储的图像信号，显示其上出现多个重叠图形的多个重叠图形图像，并显示由选择单元选择的重叠图形图像。

4.根据权利要求1的重叠测量设备，其中该光学模块包括：

第一反光镜，反射由该光源产生的可见光；

滤光器，过滤该具有多个波长的可见光，以选择具有单个波长的可见光；

光纤，改变由该滤光器过滤的可见光的传输路径；

光束分裂器，分裂从该光纤发射的可见光；以及

投影单元，放大并投影由光束分裂器分裂的可见光到晶片的表面上，以及放大和投影从晶片的表面反射的可见光到成像单元上。

5.根据权利要求4的重叠测量设备，其中该滤光器根据从控制单元输出的控制信号，在直线上前后移动的同时，从该具有多个波长的可见光中选择具有单个波长的可见光。

6.根据权利要求4的重叠测量设备，其中该滤光器根据从控制单元输出的控制信号，在旋转的同时，从该具有多个波长的可见光中选择具有单个波长的可见光。

7.根据权利要求4的重叠测量设备，其中该光束分裂器包括半反光镜。

8.根据权利要求4的重叠测量设备，其中该投影单元包括主物镜和目镜，该主物镜使该可见光入射到在晶片表面上形成的多个重叠图形上，该目镜使用通过主物镜入射在晶片表面上并从该晶片表面反射的可见光放大和投影该多个重叠图形。

9.根据权利要求8的重叠测量设备，其中该主物镜包括高度消色差物镜。

10.根据权利要求1的重叠测量设备，其中该控制单元从滤光器接收关于由光学模块选择的可见光的单个波长的信息，并输入该信息到数据库。

11.根据权利要求1的重叠测量设备，其中该选择单元在多个重叠图形图像上执行黑白混合处理，并选择清楚的重叠图形图像。

12.根据权利要求11的重叠测量设备，其中该选择单元根据具有预定颜色的可见光的强度，在重叠图形图像上执行黑白混合处理。

13.一种重叠测量设备，包括：

光源，产生具有多个波长的可见光；

光学模块，使该可见光入射在重叠图形上，以及从该重叠图形反射的可见光中选择具有单个波长的可见光，以便用具有单个波长的可见光投影该重叠图形；

成像单元，根据该可见光的各个波长获取多个重叠图形的图像，和获取对应于该图像的图像信号；

数据库，连续地存储由该成像单元获取的图像信号；

选择单元，使用在该数据库中存储的图像信号，从重叠图形图像中选择清楚的图像；以及

控制单元，输出控制信号到光学模块，以便该光学模块可以使用与可见光的单个波长相关的信息，用具有单个波长的可见光投影该重叠图形，该可见光用来投影由选择单元选择的重叠图形图像。

14.根据权利要求13的重叠测量设备，还包括读取单元，读取在由该选择单元选择的重叠图形图像上出现的多个重叠图形的偏移。

15.根据权利要求13的重叠测量设备，还包括显示单元，使用该数据库中存储的图像信号，显示其上出现多个重叠图形的多个重叠图形图像，和显示由该选择单元选择的重叠图形图像。

16.根据权利要求13的重叠测量设备，其中该光学模块包括：

反光镜，反射由该光源产生的可见光；

光纤，改变由该反光镜反射的可见光的传输路径；

光束分裂器，分裂从该光纤发射的可见光；

投影单元，放大和投影由该光束分裂器分裂的可见光到晶片的表面上，以及放大和投影从晶片的表面反射的可见光到成像单元上；以及

滤光器，从由该投影单元投影的具有多个波长的可见光中选择具有单个波长的可见光，并将该具有单个波长的可见光施加到成像单元。

17.根据权利要求16的重叠测量设备，其中该滤光器根据从控制单元输出的控制信号，在直线上前后移动的同时，从具有多个波长的可见光中选择具有单个波长的可见光。

18.根据权利要求16的重叠测量设备，其中该滤光器根据从控制单元输出的控制信号，在旋转的同时，从具有多个波长的可见光中选择具有单个波长的可见光。

19.根据权利要求16的重叠测量设备，其中该光束分裂器包括半反光镜。

20.根据权利要求16的重叠测量设备，其中该投影单元包括主物镜和目镜，该主物镜使可见光入射到在晶片表面上形成的多个重叠图形上，以及该目镜使用通过主物镜在晶片表面上入射和从晶片表面反射的可见光放大和投影该重叠图形。

21.根据权利要求20的重叠测量设备，其中该主物镜包括高度消色差物镜。

22.根据权利要求13的重叠测量设备，其中该控制单元从滤光器接收关于由光学模块选择的可见光的单个波长的信息，并输入该信息到数据库。

23.根据权利要求13的重叠测量设备，其中该选择单元在多个重叠图形图像上执行黑白混合处理，并选择清楚的重叠图形图像。

24.根据权利要求13的重叠测量设备，其中该选择单元根据具有预定颜色的可见光的强度，在重叠图形图像上执行黑白混合处理。

25.一种重叠测量方法，包括：

根据用来投影多个重叠图形的可见光的各个波长，获取多个重叠图形图像；

在数据库中存储对应于该多个重叠图形图像的信号，该多个重叠图形图像根据可见光的单个波长获取；

使用数据库中所存储的图像信号显示该多个重叠图形图像，比较在多个重叠图形图像上出现的多个重叠图形的清晰度，以及通过选择单元从其上出现多个重叠图形的重叠图形图像中选择清楚的图像；以及

使用具有单个波长的可见光放大和投影该多个重叠图形，该具有单个波长的可见光用来获取由选择单元选择的重叠图形图像。

26.根据权利要求25的重叠测量方法，还包括使用由选择单元选择的重叠图形图像上出现的重叠图形的中心位置，计算重叠补偿值。

27.根据权利要求25的重叠测量方法，其中该多个重叠图形图像的获取还包括通过光学模块放大并投影在晶片表面上形成的多个重叠图形。

28.根据权利要求27的重叠测量方法，其中通过选择具有单个波长的可见光，使所选的可见光入射在晶片表面上，以及投影该可见光，获取该重叠图形图像。

29.根据权利要求27的重叠测量方法，其中通过从入射在晶片的表面上并从该晶片表面反射、并投影该重叠图形的具有多个波长的可见光中选择具有预定单个波长的可见光，获取该重叠图形图像。

30.根据权利要求25的重叠测量方法，其中该数据库存储对应于该多个重叠图形图像的图像信号和关于可见光的各个波长的信息。

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