CN109786222A

CN109786222A - 制造半导体结构的方法

Info

Publication number: CN109786222A
Application number: CN201811314087.4A
Authority: CN
Inventors: 李雨青; 方玉标
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2017-11-13
Filing date: 2018-11-06
Publication date: 2019-05-21
Also published as: US11022889B2; US20210278769A1; US11378892B2; TW201919143A; US11768443B2; US20190148123A1; US20220317578A1

Abstract

本公开实施例提供制造半导体结构的方法。此方法提供一基底。根据第一层掩模执行第一光刻，以在基底上方的一层的第一区域上形成具有第一间距的多个第一光子晶体。根据第二层掩模执行第二光刻，以在该层的第二区域上形成具有第二间距的多个第二光子晶体。提供光照射第一光子晶体和第二光子晶体。接收由第一光子晶体和第二光子晶体所反射或是穿透过第一光子晶体和第二光子晶体的光。分析所接收的光，以检测对应于第一层掩模的第一光子晶体和对应于第二层掩模的第二光子晶体之间的重叠位移。

Description

制造半导体结构的方法

技术领域

本公开有关于一种制造半导体结构的方法，且特别有关于一种制造具有测量目标的半导体结构的方法。

背景技术

一般而言，半导体集成电路(integrated circuit，IC)形成在半导体基底(或半导体芯片)的多个层上。为了适当地制造半导体集成电路，基底的一些层需要彼此对准。在这种情况下，可在半导体基底中形成测量目标(metrology target)(或是对准标记)来执行重叠(或对准)测量。

传统的测量目标可包括多个光栅，以及可根据光栅的安排来测量半导体基底的不同层之间的重叠位移(overlay-shift)。

尽管现有的测量目标通常已经足够用于其预期目的，但在所有方面都不是完全令人满意的。因此，需要新的测量目标来提供重叠位移测量、关键尺寸(criticaldimensions，CD)和焦点深度(depth of focus，DoF)的解决方案。

发明内容

本公开提供一种制造半导体结构的方法。此方法包括提供一基底。根据第一层掩模执行第一光刻，以在基底上方的一层的第一区域上形成具有第一间距的多个第一光子晶体。根据第二层掩模执行第二光刻，以在该层的第二区域上形成具有第二间距的多个第二光子晶体。提供光照射第一光子晶体和第二光子晶体。接收由第一光子晶体和第二光子晶体所反射或是穿透过第一光子晶体和第二光子晶体的光。分析所接收的光，以检测对应于第一层掩模的第一光子晶体和对应于第二层掩模的第二光子晶体之间的重叠位移。

附图说明

图1是显示根据本公开一些实施例所述的重叠位移测量系统的示意方框图；

图2是显示根据本公开一些实施例所述的测量目标的上视图；

图3A是显示根据本公开一些实施例所述的图2中沿着测量目标的线A-AA的剖面图；

图3B是显示根据本公开一些实施例所述的图2中测量目标的立体图；

图4是显示根据本公开一些实施例所述的图2中测量目标的输入光、反射光与透射光；

图5A是显示图4的输入光的光谱；

图5B是显示图4的反射光的光谱；

图5C是显示图4的透射光的光谱；

图6A-图6G是显示根据本公开一些实施例所述的形成图3A中测量目标的不同阶段的剖面图；

图7A-图7E是显示根据本公开一些实施例所述的形成图3A中测量目标的不同阶段的剖面图；

图8A是显示具有重叠位移的测量目标的输入光、反射光和透射光的示意图；

图8B是显示图8A的反射光的光谱；

图8C是显示图8A的透射光的光谱；

图9A是显示具有重叠位移的测量目标的输入光、反射光和透射光的示意图；

图9B是显示图9A的反射光的光谱；

图9C是显示图9A的透射光的光谱；

图10是显示具有重叠位移的测量目标的输入光、反射光和透射光的示意图；

图11A是显示具有降低的中心波长强度的反射光的光谱；

图11B是显示具有降低的半峰全幅值的反射光的光谱；

图11C是显示具有多个散射波长的反射光的光谱；

图12A-图12G是显示根据本公开一些实施例所述的各种测量目标的上视图；

图13是显示根据本公开一些实施例所述的测量目标的上视图；

图14是显示根据本公开一些实施例所述的测量目标的上视图；

图15A是显示根据本公开一些实施例所述的混合式测量目标的上视图；

图15B是显示根据本公开一些实施例所述的图15A中沿着线B-BB的混合式测量目标的剖面图；

图15C是显示根据本公开一些实施例所述的图15A中混合式测量目标的立体图；

图15D是显示根据本公开一些实施例所述的图15A中混合式测量目标的柏桑曲线；

图16A是显示根据本公开一些实施例所述的混合式测量目标的上视图；

图16B是显示根据本公开一些实施例所述的图16A中混合式测量目标的衍射强度和焦点深度/关键尺寸之间的关系；

图17A-图17B是显示根据本公开一些实施例所述的图16A中混合式测量目标的衍射强度和关键尺寸的微分的关系；

图18是显示根据本公开一些实施例所述的混合式测量目标的示意图；

图19是显示根据本公开一些实施例所述的复合式测量目标的示意图；

图20A是显示根据本公开一些实施例所述的不具有重叠位移的半导体结构的立体图；

图20B是显示根据本公开一些实施例所述的在第五材料层中具有重叠位移的半导体结构的立体图；以及

图21是显示根据本公开一些实施例所述的测量半导体结构的测量目标(或是对准误差)的方法。

其中，附图标记说明如下：

100～重叠位移测量系统；

101～光源；

102～光学装置；

103、103A～半导体结构；

104、104a-104j、104a_1-104a_5、104c_1-104c_6、104_A1、104_A2、104_B1、104_B2、104_C、140_D、104_E～测量目标；

105A、105B～光检测装置；

106～处理器；

107～平台；

110～半导体基底；

112、114、114a～材料层；

116、116a、118、118a、120、120a、122、122a～光刻胶层；

170～第一层掩模；

172、176～曝光制程；

174、178～蚀刻制程；

180～第二层掩模；

204a-204c～混合式测量目标；

210、210a、210b、220、220a、220b～光子晶体；

230～堆叠结构；

304～复合式测量目标；

500～曲线；

FWHM、FWHM_E、FWHM_I、FWHM_R～半峰全幅值；

LI～输入光；

LR～反射光；

LT～透射光；

P～间距；

P1、P2～距离；

PAT1～第一图样；

PAT1_1-PAT1_6～第一子图样；

PAT2～第二图样；

PAT2_1-PAT2_5～第二子图样；

PAT_A1、PAT_A2、PAT_B1、PAT_B2～图样；

R～半径；以及

S610-S630～操作。

具体实施方式

为让本公开的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施例，并配合附图说明书附图，作详细说明如下：

以下公开内容提供了许多用于实现在此所提供的标的不同部件的不同实施例或范例。以下描述组件和排列的具体范例以简化本公开的实施例。当然，这些仅仅是范例，而不在于限制本公开的保护范围。例如，在以下描述中，在第二部件上方或其上形成第一部件，可以包含第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例，并且也可以包含在第一部件和第二部件之间形成额外的部件，使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本公开的实施例可在各个范例中重复参考标号及/或字母。此重复是为了简单和清楚的目的，其本身并非用于指定所讨论的各个实施例及/或配置之间的关系。

再者，为了容易描述，在此可以使用例如“在…底下”、“在…下方”、“下”、“在…上方”、“上”等空间相关用语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件之间的关系。除了图中所示的方位外，空间相关用语可涵盖装置在使用或操作中的不同方位。装置可以采用其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且在此使用的空间相关描述可以同样地作出相应的解释。

下文描述实施例的各种变化。通过各种视图与所示出的实施例，类似的元件标号用于标示类似的元件。应可理解的是，额外的操作步骤可实施于所述方法的前、之间或之后，且在所述方法的其他实施例中，可以取代或省略部分的操作步骤。

图1是显示根据本公开一些实施例所述的重叠位移(overlay-shift)测量系统100的示意方框图。重叠位移测量系统100A包括光源101、光学装置102、光检测装置105A和105B以及处理器106。重叠位移测量系统100能测量平台107上的半导体结构103。半导体结构103包括测量(metrology)目标(或是对准标记)104。在一些实施例中，半导体结构103是晶圆或芯片。

在一些实施例中，重叠位移测量系统100可以对测量目标104执行基于绕射的重叠(diffraction-based overlay，DBO)测量。例如，光源101被配置为提供光至光学装置102，然后光学装置102被配置为提供输入光LI至测量目标104。在一些实施例中，输入光LI是水平照射到测量目标104的脉冲光或宽带光，而输入光LI的波长大约为13.5nm至1000nm。相应于照射到测量目标104的输入光LI，会产生反射光LR和/或透射光LT。光检测装置105A被配置为检测透射光LT，并产生对应于透射光LT的数据(例如由透射光LT所产生的影像数据)。相似地，光检测装置105B被配置为检测反射光LR，并产生对应于反射光LR的数据(例如由反射光LR所产生的影像数据)。在这些实施例中，光检测装置105B是设置在光学装置102的相同侧，而光检测装置105A是设置在光学装置102的相对侧。处理器106被配置为接收来自光检测装置105A和105B的数据，以及数据包括反射光LR和透射光LT的特性。接着，处理器106会分析数据，以确定形成在测量目标104中的多个光子晶体之间的重叠位移(OVL)。在一些实施例中，反射光LR和透射光LT的特性包括关于中心波长偏移(center wavelengthshift)、散射波长计数(scattering wavelength count)、散射角(scatter angle)、中心波长强度(center wavelength intensity)、半峰全幅值(full width at half maximum，FWHM)或是光子带隙(band gap)的信息。反射光LR和透射光LT的特性将详细描述于后。

在一些实施例中，光学装置102是设置在测量目标104上方，而光学装置102被配置为以入射角向测量目标104提供输入光LI。此外，根据入射角，光检测装置105A和105B被安排在适合接收反射光LR和/或透射光LT的位置处。

在一些实施例中，测量目标104是位于晶圆的边缘。在一些实施例中，测量目标104是位于晶圆或芯片的测试线中。

图2是显示根据本公开一些实施例所述的测量目标104a的上视图。测量目标104a是群集型(簇型)光子晶状(crystalline)结构，并包括第一图样PAT1和第二图样PAT2。第一图样PAT1和第二图样PAT2是形成在半导体基底110上。图形PAT1由多个光子晶体(photoniccrystal)210所形成，而光子晶体210是以相同间距P排列成阵列。第二图样PAT2由多个光子晶体220形成，而光子晶体220是以相同间距P排列成阵列。此外，第一图样PAT1的最右边的光子晶体210与第二图样PAT2的最左边的光子晶体220之间的距离等于间距P。在测量目标104a中，光子晶体210和220具有相同的截面形状和相同尺寸。在这些实施例中，光子晶体210和220的截面形状是点对称形状。例如，光子晶体210和220的每一截面形状是具有半径R的圆形形状。在一些实施例中，间距P以及半径R大约为10nm至10μm。

在测量目标104a中，光子晶体210是由对应于半导体结构103的第一层的第一层掩模所形成，而光子晶体220是由对应于半导体结构103的第二层的第二层掩模所形成。第一层掩模和第二层掩模是使用在连续的图案化步骤中，以及第一层掩模是在先前的图案化步骤中所使用，而第二层掩模是在随后的图案化步骤中所使用。再者，光子晶体210和220是安排在相同的列(row)中。例如，光子晶体210和220的第三列的中心是位于线A-AA上。此外，第一图样PAT1的最右边的光子晶体210与第二图样PAT2的最左边的光子晶体220之间的距离等于间距P。于是，在测量目标104a中第一层掩模和第二层掩模之间不存在重叠位移，即重叠位移等于零(例如OVL＝0)。

图3A是显示根据本公开一些实施例所述的图2中沿着测量目标104a的线A-AA的剖面图。光子晶体210与光子晶体220是形成在导体基底110的目标层中。在一些实施例中,在半导体基底110和测量目标104a之间会设置多层。

图3B是显示根据本公开一些实施例所述的图2中测量目标104a的立体图。光子晶体210与220是在目标层中由相同材料所形成的圆柱。在一些实施例中，光子晶体210与220是由目标层中的不同材料所形成。此外，光子晶体210与220形成光子晶状结构。为了简化描述，将省略目标层中除了光子晶体210与220之外的特征。再者，光子晶体210的柱状物(pillar)彼此电性绝缘，而光子晶体210的柱状物也电性绝缘于光子晶体220的柱状物。

由于纳米技术的发展，近年来已发展出光子晶状结构的制造制程。光子晶状结构是特殊的周期性阵列。当光线入射到光子晶状结构时，会发生光子带隙现象。具体而言，光子晶状结构可以完全地反射具有特定波长的光线，而具有其他波长的光线可穿透光子晶状结构。由于光子带隙现象而发生的波长会定义为全反射波长。

图4是显示根据本公开一些实施例所述的图2中测量目标104a的输入光LI、反射光LR与透射光LT。如先前所描述，图1的光学装置102会提供输入光LI至测量目标104a。第一图样PAT1和第二图样PAT2的排列可以反射具有特定波长的光，然后通过光检测装置105B可得到反射光LR。同时地，没有特定波长的光可以穿透第一图样PAT1和第二图样PAT2，然后通过光检测装置105A可得到透射光LT。

图5A是显示图4的输入光LI的光谱。在图5A中，输入光L1具有中心波长F0，其具有半峰全幅值(FWHM)FWHM_I。在这些实施例中，FWHM_I是表示在y轴上那些点之间所测量的光谱曲线的宽度，其是透射光LT的最大幅度Amp1的一半。

图5B是显示图4的反射光LR的光谱。在一些实施例中，关于反射光LR的光谱的信息是由光检测装置105B所得到。在图5中，反射光LR具有中心波长F0，其具有半峰全幅值FWHM_R。具体而言，具有中心波长F0的光是由测量目标104a的光子晶体210与220所反射。此外，反射光LR的半峰全幅值FWHM_R是小于输入光L1的半峰全幅值FWHM_I。在这些实施例中，FWHM_R是表示在y轴上那些点之间所测量的光谱曲线的宽度，其是反射光LR的最大幅度Amp2的一半。

图5C是显示图4的透射光LT的光谱。在一些实施例中，关于透射光LT的光谱的信息是由光检测装置105A所得到。在图5C中，透射光LT不包括具有中心波长F0的光。具体而言，波长F0的光不会穿透测量目标104a的第一图样PAT1和第二图样PAT2。

如先前所描述，根据来自光检测装置105A和/或光检测装置105B的数据，处理器106可分析数据以决定第一图样PAT1的光子晶体210与第二图样PAT2的光子晶体220之间的重叠位移。

图6A-图6G图是显示根据本公开一些实施例所述的形成图3A中测量目标104a的不同阶段的剖面图。

参考图6A，提供了基底110。基底110可以由硅或其他半导体材料所制成。可选地或另外地，基底110可包括其他基本半导体材料，例如锗。在一些实施例中，基底110由化合物半导体所制成，例如碳化硅(silicon germanium)、砷化镓(silicon germanium carbide)、砷化铟(gallium arsenic phosphide)或磷化铟(gallium indium phosphide)。在一些实施例中，基底110由合金半导体制成，例如硅锗、碳化硅锗、磷化镓砷或磷化镓铟。在一些实施例中，基底110包括外延层(epitaxial layer)。例如，基底110具有覆盖基底(bulk)半导体的外延层。

基底110可以包括各种掺杂区域，例如p型井区或n型井区。掺杂区域可以掺杂有p型掺杂物，例如硼或BF2和/或n型掺杂剂，例如磷(P)或砷(As)。在一些实施例中，掺杂区域可以直接形成在基底110上。

基底110还包括隔离结构(未显示)。隔离结构是用于限定并电性隔离形成在基底110中和/或上方的各种元件。在一些实施例中，隔离结构包括浅沟槽隔离(shallow trenchisolation，STI)结构、局部硅氧化(local oxidation of silicon，LOCOS)结构或其他可应用的隔离结构。在一些实施例中，隔离结构包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、掺杂氟的硅酸盐玻璃(fluoride-doped silicate glass，FSG)或其他合适的材料。

然后，材料层112形成在基底110上，而材料层114形成在材料层112上。材料层112被设计以形成测量目标104A的第一图样PAT1和第二图样PAT2。在一些实施例中，材料层112或114是介电层。在一些实施例中，材料层112或114是金属层。为了形成特定的图案，可执行第一光刻制程。第一光刻制程包括光刻胶涂布(例如旋涂)、软烘烤、层掩模对准、曝光、曝光后烘烤、显影光刻胶、漂洗、干燥(例如硬烘烤)或其他合适的制程。

在形成材料层114之后，于材料层114上形成光刻胶层116。在一些实施例中，通过在材料层114上沉积高分子组成物可形成光刻胶层116。在一些实施例中，光刻胶层116是正型光刻胶。当曝光时，正型光刻胶会被光敏化，使得未曝光区域将溶解在显影剂溶液中，留下曝光区域。

在一些实施例中，材料层112、材料层114和光刻胶层116是经由沉积制程而独立形成，例如旋涂工艺、化学气相沉积制程(CVD)、物理气相沉积(PVD)制程和/或其他合适的沉积制程。

第一层掩模170形成在光刻胶层116上，以及在光刻胶层116上执行曝光制程172。例如，光刻胶层116可通过第一层掩模170而暴露于辐射束。第一层掩模170包括不允许辐射束穿过的阻挡部分。

接着，如图6B所显示，第一层掩模170的图案会转移到光刻胶层116。因此，可将光刻胶层116图案化，且光刻胶层116的未曝光区域会被溶解。于是，曝光区域116a会形成在材料层114上。

然后，可通过蚀刻制程174来蚀刻材料层114，如根据本公开一些实施例所述的图6C所显示。通过使用光刻胶层116作为第一层掩模170来蚀刻材料层114。在一些实施例中，蚀刻制程是干蚀刻制程，例如等离子体蚀刻制程。

在蚀刻材料层114之后，去除光刻胶层116的曝光区域116a，如根据本公开一些实施例所述的图6D所显示。然后，在材料层112上形成光刻胶层118。在一些实施例中，通过在材料层112上沉积高分子组成物来形成光刻胶层118。在一些实施例中，光刻胶层118是负型光刻胶。当曝光时，负型光刻胶会被光敏化，使得未曝光区域将溶解在显影剂溶液中，而留下曝光区域。

第二层掩模180形成在光刻胶层118上，并执行第二光刻制程。例如，在光刻胶层118上执行曝光制程176，以及经由第二层掩模180，光刻胶层118会暴露于辐射光束。第二层掩模180包括不允许辐射光束穿过的阻挡部分。

接着，如图6E所显示，第二层掩模180的图案被转移到光刻胶层118。因此，光刻胶层118被图案化，且光刻胶层118的未曝光区域被溶解。于是，曝光区域118a形成在材料层112上。

然后，通过蚀刻制程178来蚀刻材料层112，如根据本公开一些实施例所述的图6F所显示。通过使用光刻胶层118作为第二层掩模180并使用材料层114作为第一层掩模170可蚀刻材料层112。

接着，如图6G所显示，在蚀刻材料层112之后，除去光刻胶层118的曝光区域118a和未蚀刻的材料层114a，然后形成测量目标104a。如先前所描述，第一层掩模170和第二层掩模180是用于连续的图案化步骤，以及第一层掩模170是用于先前的图案化步骤，而第二层掩模180是用于后续的图案化步骤。

在图6G的测量目标104a中，光子晶体210与220是由相同材料(例如材料层112的材料)所形成，例如硅、一氮化硅、铜或高介电材料。光子晶体210是由未蚀刻的材料层114a所覆盖的材料层112所形成，而光子晶体220是由光刻胶层118的曝光区域118a所覆盖的材料层112所形成。于是，光子晶体210的底部与光子晶体220的底部齐平，且光子晶体210的顶部与光子晶体220的顶部齐平。在这些实施例中，光子晶体210与220具有相同的高度。此外，由光子晶体210形成的第一图样PAT1是根据第一层掩模170而形成在基底110上，以及由光子晶体220形成的第二图样PAT2是根据第二层掩模180而形成在基底110上。

图7A-图7E是显示根据本公开一些实施例所述的形成图3A中测量目标104a的不同阶段的剖面图。

参考图7A，提供了基底110。材料层112形成在基底110上。材料层112被设计以形成测量目标104A的第一图样PAT1和第二图样PAT2。在一些实施例中，材料层112是介电层。在一些实施例中，材料层112是金属层。为了形成特定的图案，可执行第一光刻制程。第一光刻制程包括光刻胶涂布(例如旋涂)、软烘烤、层掩模对准、曝光、曝光后烘烤、显影光刻胶、漂洗、干燥(例如硬烘烤)或其他合适的制程。

在形成材料层112之后，于材料层112上形成光刻胶层120。在一些实施例中，通过在材料层112上沉积高分子组成物可形成光刻胶层120。在一些实施例中，光刻胶层120是负型光刻胶。当曝光时，负型光刻胶会被光敏化，使得未曝光区域将溶解在显影剂溶液中，留下曝光区域。

在一些实施例中，材料层112和光刻胶层120是经由沉积制程而独立形成，例如旋涂工艺、化学气相沉积制程(CVD)、物理气相沉积(PVD)制程和/或其他合适的沉积制程。

第一层掩模170形成在光刻胶层120上，以及在光刻胶层120上执行曝光制程172。例如，光刻胶层120可通过第一层掩模170而暴露于辐射束。第一层掩模170包括不允许辐射束穿过的阻挡部分。

接着，如图7B所显示，第一层掩模170的图案会转移到光刻胶层120。因此，可将光刻胶层120图案化，且光刻胶层120的未曝光区域会被溶解。于是，曝光区域120a会形成在材料层112上。

在光刻胶层120的未曝光区域溶解之后，光刻胶层120的曝光区域120a会被加热烘烤。烘烤的功能是分解光刻胶层120中的光反应聚合物并蒸发溶剂。在一些实施例中，曝光后烘烤(post exposure bake，PEB)操作是操作在光刻胶层120的曝光区域120a上。

参考回图7C，光刻胶层122形成在材料层112上，并执行第二光刻制程。例如，通过第二层掩模180，光刻胶层122会暴露于辐射光束。第二层掩模180包括不允许辐射光束穿过的阻挡部分。

接着，如图7D所显示，第二层掩模180的图案被转移到光刻胶层122。因此，光刻胶层122被图案化，且光刻胶层122的未曝光区域被溶解。于是，曝光区域122a形成在材料层112上。

然后，通过蚀刻制程来蚀刻材料层112，如根据本公开一些实施例所述的图7E所显示。通过使用光刻胶层122作为第二层掩模180并使用材料层120作为第一层掩模170可蚀刻材料层112。在蚀刻材料层112之后，除去光刻胶层120的曝光区域120a和光刻胶层122的曝光区域122a，然后形成测量目标104a。

在图7E的测量目标104a中，光子晶体210与220是由相同材料(例如材料层112的材料)所形成。光子晶体210是由光刻胶层120的曝光区域120a所覆盖的材料层112所形成，而光子晶体220是由光刻胶层122的曝光区域122a所覆盖的材料层112所形成。于是，光子晶体210的底部与光子晶体220的底部齐平。此外，由光子晶体210形成的第一图样PAT1是根据第一层掩模170而形成在基底110上，以及由光子晶体220形成的第二图样PAT2是根据第二层掩模180而形成在基底110上。

在一些实施例中，光子晶体210与220是通过在材料层112中蚀刻气孔的空气柱。例如，根据互补于第一层掩模和第二层掩模的层掩模，可通过使用未蚀刻的材料层114a和曝光区域118a来覆盖材料层112，然后蚀刻材料层112以形成光子晶体210与220的空气柱。

图8A是显示具有重叠位移的测量目标104a_1的输入光LI、反射光LR和透射光LT的示意图。如先前所描述，输入光LI具有中心波长F0，其具有半峰全幅值FWHM_I(如图5A所显示)，并由图1的光学装置102提供至测量目标104a_1。第一图样PAT1和第二图样PAT2可以反射具有特定波长的光，然后由光检测装置105B得到反射光LR。同时地，不具有特定波长的光可以穿透第一图样PAT1和第二图样PAT2，然后可由光检测装置105A得到透射光LT。

在图8A的测量目标104a_1中，第一图样PAT1的光子晶体210会以相同的间距P排列成阵列，而第二图样PAT2的光子晶体220也会以相同的间距P排列成阵列。然而，在第一图样PAT1的最右边的光子晶体210和第二图样PAT2的最左边的光子晶体220之间的距离P1是大于间距P(例如P1>P)。于是，第一图样PAT1和第二图样PAT2在X方向上会出现对准误差，即重叠位移大于零(例如OVL>0)，以及第一图案PAT1和第二图案PAT2的对准误差是由第一层掩模和第二层掩模之间的失准(misalignment)所引起的。

图8B是显示图8A的反射光LR的光谱。在一些实施例中，关于反射光LR的光谱的信息是由光检测装置105B所得到。在图8B中，反射光LR具有中心波长F1，其中F1小于F0(例如F1<F0)。理想地，如果第一图样PAT1和第二图样PAT2没有对准误差存在，则反射光LR的中心波长为F0。在测量目标104a_1中，由于距离P1是大于间距P，因此第一图样PAT1和第二图样PAT2的对准误差是存在的。于是，由于第一图样PAT1和第二图样PAT2的对准误差，具有中心波长F1的光会被测量目标104a_1的光子晶体210与220所反射。具体而言，反射光LR的中心波长会从F0变为F1，即中心波长发生偏移。根据反射光LR的中心波长F1，处理器106可判断出第一图样PAT1的光子晶体210与第二图样PAT2的的光子晶体220之间具有重叠位移。

图8C是显示图8A的透射光LT的光谱。在一些实施例中，关于透射光LT的光谱的信息是由光检测装置105A所得到。在图8C中，透射光LT不包括具有中心波长F1的光。理想地，如果第一图样PAT1和第二图样PAT2之间没有对准误差，则透射光LT不包括具有中心波长F0的光。在测量目标104a_1中，由于距离P1是大于间距P，因此第一图样PAT1和第二图样PAT2的对准误差是存在的。于是，由于第一图样PAT1和第二图样PAT2的对准误差，不具有波长F1的光可以穿透测量目标104a_1的第一图样PAT1和第二图样PAT2，即中心波长发生偏移。根据透射光LT的波长F1，处理器106可判断出第一图样PAT1的光子晶体210与第二图样PAT2的的光子晶体220之间具有重叠位移。

图9A是显示具有重叠位移的测量目标104a_2的输入光LI、反射光LR和透射光LT的示意图。如先前所描述，输入光LI具有中心波长F0，其具有半峰全幅值FWHM_I(如图5A所显示)，并由图1的光学装置102提供至测量目标104a_2。第一图样PAT1和第二图样PAT2可以反射具有特定波长的光，然后由光检测装置105B得到反射光LR。同时地，不具有特定波长的光可以穿透第一图样PAT1和第二图样PAT2，然后可由光检测装置105A得到透射光LT。

在图9A的测量目标104a_2中，第一图样PAT1的光子晶体210会以相同的间距P排列成阵列，而第二图样PAT2的光子晶体220也会以相同的间距P排列成阵列。然而，在第一图样PAT1的最右边的光子晶体210和第二图样PAT2的最左边的光子晶体220之间的距离P2是小于间距P(例如P2<P)。于是，第一图样PAT1和第二图样PAT2在X方向上会出现对准误差，即重叠位移小于零(例如OVL<0)，以及第一图案PAT1和第二图案PAT2的对准误差是由第一层掩模和第二层掩模之间的失准所引起的。

图9B是显示图9A的反射光LR的光谱。在一些实施例中，关于反射光LR的光谱的信息是由光检测装置105B所得到。在图9B中，反射光LR具有中心波长F2，其中F2大于F0(例如F2>F0)。理想地，如果第一图样PAT1和第二图样PAT2没有对准误差存在，则反射光LR的中心波长为F0。在测量目标104a_2中，由于距离P2是小于间距P，因此第一图样PAT1和第二图样PAT2的对准误差是存在的。于是，由于第一图样PAT1和第二图样PAT2的对准误差，具有中心波长F2的光会被测量目标104a_1的光子晶体210与220所反射。具体而言，反射光LR的中心波长会从F0变为F2，即中心波长发生偏移。根据反射光LR的中心波长F2，处理器106可判断出第一图样PAT1的光子晶体210与第二图样PAT2的的光子晶体220之间具有重叠位移。

图9C是显示图9A的透射光LT的光谱。在一些实施例中，关于透射光LT的光谱的信息是由光检测装置105A所得到。在图9C中，透射光LT不包括具有中心波长F2的光。理想地，如果第一图样PAT1和第二图样PAT2之间没有对准误差，则透射光LT不包括具有中心波长F0的光。在测量目标104a_2中，由于距离P2是小于间距P，因此第一图样PAT1和第二图样PAT2的对准误差是存在的。于是，由于第一图样PAT1和第二图样PAT2的对准误差，不具有波长F2的光可以穿透测量目标104a_2的第一图样PAT1和第二图样PAT2，即中心波长发生偏移。根据透射光LT的波长F2，处理器106可判断出第一图样PAT1的光子晶体210与第二图样PAT2的的光子晶体220之间具有重叠位移。

图10是显示具有重叠位移的测量目标104a_3的输入光LI、反射光LR和透射光LT的示意图。如先前所描述，输入光LI具有中心波长F0，其具有半峰全幅值FWHM_I(如图5A所显示)，并由图1的光学装置102提供至测量目标104a_3。在图10的测量目标104a_3中，第一图样PAT1的光子晶体210会以相同的间距P排列成阵列，而第二图样PAT2的光子晶体220也会以相同的间距P排列成阵列。然而，在第6列中，第一图样PAT1的最右边的光子晶体210和第二图样PAT2的最左边的光子晶体220之间的距离P2是小于间距P(例如P2<P)。此外，在第1列中，第一图样PAT1的最右边的光子晶体210和第二图样PAT2的最左边的光子晶体220之间的距离P1是大于间距P(例如P1＞P)。具体而言，第二图样PAT2是倾斜，而光检测装置105A会接收到具有散射角度θ的透射光LT。于是，第一图样PAT1和第二图样PAT2出现对准误差，即重叠位移不等于零(例如OVL≠0)，以及第一图案PAT1和第二图案PAT2的对准误差是由第一层掩模和第二层掩模之间的失准所引起的。

图11A是显示具有降低的中心波长强度的反射光LR的光谱。如先前所描述的，输入光LI具有中心波长F0，其具有半峰全幅值FWHM_I(如图5A所显示)，并由图1的光学装置102提供至测量目标(未显示)。此外，关于反射光LR的光谱的信息是由光检测装置105B所得到。在图11A中，反射光LR具有中心波长F0，于是在反射光LR和输入光L1之间不存在中心波长偏移。然而，相较于图5B的反射光LR的光谱，图11A的最大振幅Amp3是小于最大振幅Amp2，因此处理器106可以判断出在图11A中反射光LR的中心波长强度减小。具体而言，根据反射光LR的中心波长强度的变化，处理器106可以判断出第一图样PAT1和第二图样PAT2的对准误差是否存在(例如OVL≠0)。

图11B是显示具有降低的半峰全幅值的反射光LR的光谱。如先前所描述的，输入光LI具有中心波长F0，其具有半峰全幅值FWHM_I(如图5A所显示)，并由图1的光学装置102提供至测量目标(未显示)。此外，关于反射光LR的光谱的信息是由光检测装置105B所得到。在图11B中，反射光LR具有中心波长F0，于是在反射光LR和输入光L1之间不存在中心波长偏移。再者，反射光LR的最大振幅大约为Amp2，因此中心波长强度没有变化。然而，相较于图5B的反射光LR的光谱，图11B的反射光LR的半峰全幅值FWHM_E是大于图5B的反射光LR的半峰全幅值FWHM_R，因此处理器106可以判断出在图11B中反射光LR的半峰全幅值有改变。具体而言，根据反射光LR的半峰全幅值的变化，处理器106可以判断出第一图样PAT1和第二图样PAT2的对准误差是否存在(例如OVL≠0)。

图11C是显示具有多个散射波长的反射光LR的光谱。如先前所描述的，输入光LI具有中心波长F0，其具有半峰全幅值FWHM_I(如图5A所显示)，并由图1的光学装置102提供至测量目标(未显示)。此外，关于反射光LR的光谱的信息是由光检测装置105B所得到。在图11C中，反射光LR具有中心波长F0，于是在反射光LR和输入光L1之间不存在中心波长偏移。再者，反射光LR的最大振幅大约为Amp2，因此中心波长强度没有改变。此外，图11C的反射光LR的半峰全幅值大约为FWHM_R，因此半峰全幅值没有改变。然而，相较于图5B的反射光LR的光谱，反射光LR更具有中心波长F1和F2，因此处理器106可以判断出在图11C中散射波长数量是增加的。具体而言，根据反射光LR的散射波长数量的变化，处理器106可以判断出第一图样PAT1和第二图样PAT2的对准误差是否存在(例如OVL≠0)。

图12A-图12G是显示根据本公开一些实施例所述的各种测量目标的上视图。测量目标的类型包括十字(crisscross)型、簇(cluster)型和组合型的光子晶状结构。

在十字型光子晶状结构中，第一图样PAT1和第二图样PAT2被安排在一个方向或多个方向上交叉，或者彼此交叉。

在簇型光子晶状结构中，第一图样PAT1和第二图样PAT2被安排在测量目标的不同侧。

在组合型光子晶状结构中，第一图样PAT1和第二图样PAT2是根据簇型和十字型的组合来安排。

参考图12A，图12A是显示测量目标104b的上视图。测量目标104b是十字型或组合型光子晶状结构，并包括由多个光子晶体210所形成的第一图样PAT1以及由多个光子晶体220所形成的第二图样PAT2。第一图样PAT1划分成第一子图案(sub-pattern)PAT1_1至PAT1_3，而第二图样PAT2划分成第二子图案PAT2_1至PAT2_3。

第二子图案PAT2_1至PAT2_3中的每一光子晶体220的数量是相同于第一子图案PAT1_1至PAT1_3中的每一光子晶体210的数量。第一子图案PAT1_1至PAT1_3和第二子图案PAT2_1至PAT2_3是交错且平行于Y方向。例如，在测量目标104b中，第一子图案PAT1_1的光子晶体210是排列在第一行(column)、第二子图案PAT2_1的光子晶体220排列在第二行、第一子图案PAT1_2的光子晶体210排列在第三行、第二子图案PAT2_2的光子晶体220排列在第四行、第一子图案PAT1_3的光子晶体210排列在第五行和第二子图案PAT2_3的光子晶体220排列在第六行。于是，第一子图案可以被相邻的两个第二子图案所包围，而第二子图案可以被相邻的两个第一子图案所包围。例如，第一子图案PAT1_2被相邻的两个第二子图案PAT2_1和PAT2_2所包围，而第二子图案PAT2_2被相邻的两个第一子图案PAT1_2和PAT1_3所包围。

参考图12B，图12B是显示测量目标104c的上视图。测量目标104c是簇型光子晶状结构，并包括由多个光子晶体210所形成的第一图样PAT1以及由多个光子晶体220所形成的第二图样PAT2。第一图样PAT1划分成第一子图案PAT1_1至PAT1_6，而第二图样PAT2划分成第二子图案PAT2_1至PAT2_5。第一子图案PAT1_1至PAT1_6以及第二子图案PAT2_1至PAT2_5是交错且平行于45度角。于是，第一子图案可以被相邻的两个第二子图案所包围，而第二子图案可以被相邻的两个第一子图案所包围。例如，第一子图案PAT1_3被相邻的两个第二子图案PAT2_2和PAT2_3所包围，而第二子图案PAT2_3被相邻的两个第一子图案PAT1_3和PAT1_4所包围。此外，第一图样PAT1的每一光子晶体210是由第二图样PAT2的光子晶体220所包围，而第二图样PAT2的每一光子晶体220是由第一图样PAT1的光子晶体210所包围。

参考图12C，图12C是显示测量目标104d的上视图。测量目标104c是簇型光子晶状结构，并包括由多个光子晶体210所形成的第一图样PAT1以及由多个光子晶体220所形成的第二图样PAT2。第一图样PAT1划分成第一子图案PAT1_1与PAT1_2，而第二图样PAT2划分成第二子图案PAT2_1与PAT2_2。第一子图案PAT1_1与PAT1_2以及第二子图案PAT2_1与PAT2_2是安排在测量目标104d的不同侧。例如，第一子图案PAT1_1与PAT1_2是分别安排在测量目标104d的左上侧和右下侧。再者，第二子图案PAT2_1和PAT2_2是分别安排在测量目标104d的左下侧和右上侧。

参考图12D，图12D是显示测量目标104e的上视图。测量目标104e是簇型光子晶状结构，并包括由多个光子晶体210所形成的第一图样PAT1以及由多个光子晶体220所形成的第二图样PAT2。第一图样PAT1和第二图样PAT2是分别安排在测量目标104e的左下侧和右上侧。

参考图12E，图12E是显示测量目标104f的上视图。测量目标104f是组合型光子晶状结构，并包括由多个光子晶体210所形成的第一图样PAT1以及由多个光子晶体220所形成的第二图样PAT2。第一图样PAT1划分成第一子图案PAT1_1与PAT1_2，而第二图样PAT2划分成第二子图案PAT2_1与PAT2_2。每一第二子图案PAT2_1和PAT2_2中光子晶体220的数量是大于每一第一子图案PAT1_1和PAT1_2中光子晶体210的数量。例如，每一第一子图案PAT1_1和PAT1_2的光子晶体210是安排在单行(singlecolumn)，而每一第二子图案PAT2_1和PAT2_2的光子晶体220是安排在双行(dual columns)。第一子图案PAT1_1与PAT1_2以及第二子图案PAT2_1与PAT2_2是交错且平行于Y方向。例如，在测量目标104f中，第一子图案PAT1_1的光子晶体210是安排在第一行、第二子图案PAT2_1的光子晶体220是安排在第二行与第三行、第一子图案PAT1_2的光子晶体210是安排在第四行，以及第二子图案PAT2_2的光子晶体220是安排在第五行与第六行。于是，第一子图案可以被相邻的两个第二子图案所包围，而第二子图案可以被相邻的两个第一子图案所包围。例如，第一子图案PAT1_2被相邻的两个第二子图案PAT2_1和PAT2_2所包围，而第二子图案PAT2_1被相邻的两个第一子图案PAT1_1和PAT1_2所包围。

参考图12F，图12F是显示测量目标104g的上视图。测量目标104g是组合型光子晶状结构，并包括由多个光子晶体210所形成的第一图样PAT1以及由多个光子晶体220所形成的第二图样PAT2。第一图样PAT1划分成第一子图案PAT1_1与PAT1_2，而第二图样PAT2划分成第二子图案PAT2_1与PAT2_2。每一第一子图案PAT1_1和PAT1_2中光子晶体210的数量是大于每一第二子图案PAT2_1和PAT2_2中光子晶体220的数量。例如，每一第一子图案PAT1_1和PAT1_2的光子晶体210是安排在双行，而每一第二子图案PAT2_1和PAT2_2的光子晶体220是安排在单行。第一子图案PAT1_1与PAT1_2以及第二子图案PAT2_1与PAT2_2是交错且平行于X方向。例如，在测量目标104g中，第一子图案PAT1_1的光子晶体210是安排在第一列与第二列、第二子图案PAT2_1的光子晶体220是安排在第三列、第一子图案PAT1_2的光子晶体210是安排在第四列与第五列，以及第二子图案PAT2_2的光子晶体220是安排在第六列。于是，第一子图案可以被相邻的两个第二子图案所包围，而第二子图案可以被相邻的两个第一子图案所包围。例如，第一子图案PAT1_2被相邻的两个第二子图案PAT2_1和PAT2_2所包围，而第二子图案PAT2_1被相邻的两个第一子图案PAT1_1和PAT1_2所包围。

参考图12G，图12G是显示测量目标104h的上视图。测量目标104h是十字型光子晶状结构，并包括由多个光子晶体210所形成的第一图样PAT1以及由多个光子晶体220所形成的第二图样PAT2。第一图样PAT1划分成第一子图案PAT1_1至PAT1_3，而第二图样PAT2划分成第二子图案PAT2_1与PAT2_2。每一第一子图案PAT1_1至PAT1_3中的光子晶体210会形成个别的环。第一子图案PAT1_1中光子晶体210的数量是大于第一子图案PAT1_2中光子晶体210的数量，而第一子图案PAT1_2中光子晶体210的数量是大于第一子图案PAT1_3中光子晶体210的数量。此外，每一第二子图案PAT2_1与PAT2_2中的光子晶体220会形成个别的环。第二子图案PAT2_1中光子晶体220的数量是大于第二子图案PAT2_2中光子晶体220的数量。第一子图案可以被相邻的两个第二子图案所包围，而第二子图案可以被相邻的两个第一子图案所包围。例如，在测量目标104h中，由第二子图案PAT2_1的光子晶体220所形成的环会被第一子图案PAT1_1和PAT1_2的光子晶体210所形成的环所包围。再者，由第一子图案PAT1_2的光子晶体210所形成的环会被第二子图案PAT2_1和PAT2_2的光子晶体220所形成的环所包围。

图13是显示根据本公开一些实施例所述的测量目标104i的上视图。测量目标104i是簇型光子晶状结构，并包括第一图样PAT1以及第二图样PAT2。第一图样PAT1和第二图样PAT2形成在半导体基底110上。第一图样PAT1是由多个光子晶体210a形成，且光子晶体210a以相同间距P排列成阵列。第二图形PAT2是由多个光子晶体220a所形成，且光子晶体220a以相同间距P排列成阵列。在测量目标104i中，光子晶体210a和220a具有相同的截面形状和相同的尺寸。在这些实施例中，光子晶体210a和220a的截面形状是多边形。在这些实施例中，光子晶体210a和220a的每一截面形状是长度为L的矩形或正方形。在一些实施例中，间距P和长度L大约为10nm至10μm。在一些实施例中，光子晶体210a和220a的截面形状是六边形、八边形、十边形等。在一些实施例中，多边形的边数是用于决定反射光LR中的中心波长。利用具有相同面积的不同多边形形状，光子晶体210a和220a也可以略微产生不同的焦点深度(depth of focus，DoF)(或称为景深)。

图14是显示根据本公开一些实施例所述的测量目标104j的上视图。测量目标104j是簇型光子晶状结构，并包括第一图样PAT1以及第二图样PAT2。第一图样PAT1是由多个光子晶体210b形成，且光子晶体210b以相同间距P排列成阵列。第二图形PAT2是由多个光子晶体220b所形成，且光子晶体220b以相同间距P排列成阵列。在测量目标104j中，光子晶体210b和220b具有相同的截面形状和相同的尺寸。在这些实施例中，光子晶体210b和220b的截面形状是轴对称(axis-symmetry)形状。在这些实施例中，光子晶体210b和220b的每一截面形状是具有长轴长度A和短轴长度B的椭圆形状，且长轴长度A是大于短轴长度B(即A>B)。在一些实施例中，子晶体210a和220a的截面形状是菱形。在一些实施例中，间距P、长轴长度A和短轴长度B大约为10nm至10μm。

图15A是显示根据本公开一些实施例所述的混合式测量目标204a的上视图。混合式测量目标204a是通过组合两个测量目标104k和104l而得到，且测量目标104k和104l的高度不同。测量目标104k包括具有第一高度的图样PAT_A1和PAT_B1。图样PAT_A1是由以相同间距P排列成阵列的多个光子晶体210所形成。图样PAT_B1是由以相同间距P排列成阵列的多个光子晶体220所形成。此外，测量目标104l包括具有第二高度的图样PAT_A2和PAT_B2，且第一高度是高于第二高度。图样PAT_A2是以相同间距P排列成阵列的多个光子晶体210所形成，以及图样PAT_B2是以相同间距P排列成阵列的多个光子晶体220所形成。图样PAT_A1、PAT_B1、PAT_A2和PAT_B2形成在半导体基底110上。

图15B是显示根据本公开一些实施例所述的图15A中沿着线B-BB的混合式测量目标204a的剖面图。光子晶体210与光子晶体220形成在半导体基底110上的相邻目标层中。光子晶体210的底部与光子晶体220的底部共平面。然而，光子晶体210的顶部是高于光子晶体220的顶部。

图15C是显示根据本公开一些实施例所述的图15A中混合式测量目标204a的立体图。光子晶体210与220是由目标层中的相同或不同材料所形成的圆形柱状物(pillar)。如先前所描述，光子晶体210的柱状物是彼此电性绝缘，并且电性绝缘于光子晶体220的柱状物。

为了测量混合式测量目标204a，可使用输入光L1和输入光LI_1。在一些实施例中，光学装置102或是图1的平台107是可移动的。在一些实施例中，输入光L1和输入光LI_1是由光学装置102所提供。例如，在光学装置102提供输入光LI_1之前，输入光L1可由光学装置102提供，然后可得到对应于输入光L1的反射光LR以及透射光LT。接着，当光学装置102提供输入光L1_1时，可得到对应于输入光L1_1的反射光LR以及透射光LT。在一些实施例中，输入光L1和输入光LI_1是由不同光学装置所提供。

图15D是显示根据本公开一些实施例所述的图15A中混合式测量目标204a的柏桑曲线(Bossung Curve)310与320。根据对应于输入光L1_1的反射光LR和透射光LT可得到曲线310，以及根据对应于输入光L1的反射光LR和透射光LT可得到曲线320。一般而言，柏桑曲线是用于分析平版印刷(lithographer)最常用的工具。该分析是将关键尺寸(criticaldimension，CD)的控制表面映射为焦点(focus)和曝光(剂量)变数的函数。最常见的是，该技术是用于计算最佳焦点和剂量处理点，其在曝光宽容度的可容许范围内产生最大焦点深度。根据曲线310和320，可得到混合式测量目标204a的最佳焦点BF。此外，随着焦点从最佳焦点移动，曲线310和320的关键尺寸也会改变。通过使用具有不同高度的光子晶体210与220，可测量并分析混合式测量目标204a的焦点深度。

图16A是显示根据本公开一些实施例所述的混合式测量目标204b的上视图。混合式测量目标204b是通过组合图13的测量目标104i、图14的测量目标104j以及测量目标104a_4与104a_5而得到，且四个测量目标的高度是相同的。测量目标104a_4和104a_5是图2的测量目标104a的变化。例如，测量目标104a_4和104a_5是通过将图2的测量目标104a顺时针旋转90度并调整圆形半径R而得到。在这些实施例中，测量目标104a_5中光子晶体210与220的半径R是大于测量目标104a_4中光子晶体210与220的半径R。

图16B是显示根据本公开一些实施例所述的图16A中混合式测量目标204b的衍射(diffraction)强度(I)和焦点深度/关键尺寸之间的关系。通过使用具有不同长度的不同测量目标，可通过算式的多个点(例如4个点)来计算焦点深度或关键尺寸曲线。在一些实施例中，参数a，b和c为未知，以及焦点深度或关键尺寸曲线可以经由至少3个点(例如点410、420、430或440)来计算，以得到参数a，b和c。在这些实施例中，点410是根据对应于测量目标104i的透射光LT及/或反射光LR而得到，而点420是根据对应于测量目标104a_4的透射光LT及/或反射光LR而得到。此外，点430是根据对应于测量目标104a_5的透射光LT及/或反射光LR而得到，以及点440是根据对应于测量目标104j的透射光LT及/或反射光LR而得到。

图17A是显示根据本公开一些实施例所述的图16A中混合式测量目标104a_4和104a_5的衍射强度(I)和关键尺寸的微分(例如dI/dCD)的关系。如先前所描述，图16A的测量目标104a_4和104a_5的光子晶体210与220具有相同的图案以及不同的半径R。在曲线500中，点510是表示在具有第一能量的透射光LT下的DIFF1/DIFF2(例如DIFF1除以DIFF2)，而点520是表示在具有第二能量的透射光LT下的DIFF1/DIFF2，其中第二能量高于第一能量。DIFF1是表示对应于测量目标104a_4的衍射强度(I)对关键尺寸的微分(例如dI/dCD)，而DIFF2是表示对应于测量目标104a_5的衍射强度对关键尺寸的微分。根据点510和点520，可以找到关键尺寸与强度差，如图17B所显示。

参考图17B，线性线530和线性线540是分别根据图17A的点510和点520而得到。线性线530是从对应于测量目标104a_4的点531到对应于测量目标104a_5的点532，以及对应于点531的关键尺寸值是大于对应于点532的关键尺寸值。此外，线性线540是从对应于测量目标104a_4的点541到对应于测量目标104a_5的点542，以及对应于点541的关键尺寸值是大于对应于点542的关键尺寸值。根据高精准线性区域(例如，线性线530和线性线540)，可得到曲线550。通过分析曲线550的特征，处理器106可以判断出关键尺寸是否符合设计规格。

图18是显示根据本公开一些实施例所述的混合式测量目标204c的示意图。混合式测量目标204c是通过组合测量目标104_A1、104_A2、104_B1与104_B2而得到。测量目标104_A1与104_A2是用来测量对应于第一层掩模的光子晶体与对应于第二层掩模的光子晶体之间的重叠位移，而测量目标104_B1与104_B2是用来测量对应于第二层掩模的光子晶体与对应于第三层掩模的光子晶体之间的重叠位移。第一、第二和第三层掩模用于连续的图案化步骤，用于在半导体结构103中的不同层中形成特征。例如，第一层掩模是用于在半导体结构103中形成接点(MD)、第二层掩模是用于在半导体结构103中形成多晶硅，而第三层掩模是用于在半导体结构103中形成主动区(OD)。此外，使用对应于主动区的第三层掩模的图案化步骤是在形成多晶硅的图案化步骤之前，以及使用对应于多晶硅的第二层掩模的图案化步骤是在形成接点的图案化步骤之前。在这些实施例中，测量目标104_A1和104_A2是用于测量对应于接点掩模与多晶硅掩模的光子晶体之间的重叠位移，以及测量目标104_B1和104_B2是用于测量对应于接点掩模和主动区掩模的光子晶体之间的重叠位移。在一些实施例中，在接点和多晶硅层之间仅考虑X方向的重叠位移，而在接点层和主动区层之间仅考虑Y方向的重叠位移。具体而言，第一、第二和第三层掩模之间的重叠位移可通过混合式测量目标204c来测量。

图19是显示根据本公开一些实施例所述的复合式测量目标304的示意图。复合式测量目标304是通过组合三个测量目标104_C、104_D和104_E以及图18的混合式测量目标204c而得到。通过组合各种测量目标104和混合式测量目标204，可以经由复合式测量目标304来测量各种掩模(例如多于三个掩模)之间的重叠位移，以进行多层重叠位移的测量。

图20A是显示根据本公开一些实施例所述的不具有重叠位移的半导体结构103A的立体图。半导体结构103A包括半导体基底110和半导体基底110上的堆叠结构230。堆叠结构230是通过堆叠测量目标104c_1至104c_6而形成。测量目标104c_1至104c_6是十字型光子晶状结构，以及测量目标104c_1至104c_6的光子晶体210与220的排列是相似于图12B的测量目标104c。为了方便说明，光子晶体210与220以正方形表示。此外，将省略半导体结构103A中除光子晶体210与220之外的特征和材料。

在这些实施例中，测量目标104c_1是形成在基底110上的材料层L1中。量子目标104c_1的光子晶体210与220是根据对应于材料层L1的第一层掩模以及对应于材料层L2的第二层掩模而形成。

测量目标104c_2是形成在材料层L1上的材料层L2中。量子目标104c_2的光子晶体210与220是根据对应于材料层L2的第二层掩模以及对应于材料层L3的第三层掩模而形成。

测量目标104c_3是形成在材料层L2上的材料层L3中。量子目标104c_3的光子晶体210与220是根据对应于材料层L3的第三层掩模以及对应于材料层L4的第四层掩模而形成。

测量目标104c_4是形成在材料层L3上的材料层L4中。量子目标104c_4的光子晶体210与220是根据对应于材料层L4的第四层掩模以及对应于材料层L5的第五层掩模而形成。

测量目标104c_5是形成在材料层L4上的材料层L5中。量子目标104c_5的光子晶体210与220是根据对应于材料层L5的第五层掩模以及对应于材料层L6的第六层掩模而形成。

测量目标104c_6是形成在材料层L5上的材料层L6中。量子目标104c_6的光子晶体210与220是根据对应于材料层L6的第六层掩模以及对应于材料层L7(未显示)的第七层掩模而形成。

在一些实施例中，根据两相邻层的掩模的重叠位移，可根据下列算式得到从第N层掩模至第一层掩模的重叠位移：

OVL_Nto1＝OVL_2to1+OVL_3to2+OVL_4to3…+OVLN_N-1toN-2。

例如，假如N＝6，则可将对应于测量目标104c_1的重叠位移OVL_2to1、对应于测量目标104c_2的重叠位移OVL_3to2、对应于测量目标104c_3的重叠位移OVL_4to3、对应于测量目标104c_4的重叠位移OVL_5to4以及对应于测量目标104c_5的重叠位移OVL_6to5进行加总，而得到从第六层掩模至第一层掩模的重叠位移OVL_6to1。

如先前所描述，当输入光LI照射到堆叠结构230时，可得到反射光LR。根据关于反射光LR的特征的信息，处理器106能判断出测量目标104c_1至104c_6之间的重叠位移，用于多层重叠位移测量。

图20B是显示根据本公开一些实施例所述的在第五材料层L5中具有重叠位移的半导体结构103A的立体图。通过分析关于反射光LR的特性(例如中心波长偏移、散射波长计数、散射角、中心波长强度、半峰全幅值或是光子带隙)的信息，处理器106可以判断出测量目标104c_1至104c_6的对准误差是存在(例如OVL≠0)。此外，根据反射光LR的特性的变化以及先前的重叠位移模拟结果，处理器106可以进一步确定哪一材料层具有对准误差。

图21是显示根据本公开一些实施例所述的测量半导体结构的测量目标(或是对准误差)的方法。方法是由位移测量系统(例如图1的测量系统100)所执行。如先前所描述，测量目标可以是半导体结构103中的单一测量目标104、混合式测量目标204或复合式测量目标304。再者，测量目标包括至少由光子晶体210形成的第一图样PAT1和由光子晶体220形成的第二图样PAT2。

在操作S610，提供来自光学装置(例如图1的光学装置102)的输入光LI，以照射测量目标。在一些实施例中，输入光LI是脉冲光或宽带光。在一些实施例中，输入光LI是水平地照射测量目标(例如照射测量目标的侧边)，以便水平地穿透测量目标。在一些实施例中，输入光LI是照射测量目标的表面。

在操作S620中，相应于输入光LI，可接收到由测量目标所反射的反射光LR和/或传送通过测量目标的透射光LT。

如先前所描述的，假如光子晶体210与220的对准误差不存在，则反射光LR和/或透射光LT的特性大体上相似于输入光L1的特性。

在操作S630中，位移测量系统能根据反射光LR和/或透射光LT的特性而判断出在第一图样PAT1和第二图样PAT2之间是否存在着对准误差。在一些实施例中，可测量反射光LR和/或透射光LT的中心波长偏移、散射波长计数、散射角、中心波长强度、半峰全幅值或光子带隙，以便得到测量目标的重叠位移。如先前所描述，通过使用具有不同高度的光子晶体，可根据反射光LR和/或透射光LT的特性而得到半导体结构的焦点深度。此外，通过分析对应于各种能量的输入光LI的反射光LR和/或透射光LT的衍射强度与混合式或复合式测量目标，可以得到半导体结构的关键尺寸。

如果判断出光子晶体210与220的对准误差不存在，即测量目标的重叠位移为零(例如OVL＝0)，则将执行后续制程(例如后续的图案化步骤)。反之，如果判断出光子晶体210与220的对准误差存在，即测量目标的重叠位移不为零(例如OVL≠0)，则对半导体结构103进行验证。

本公开实施例提供了半导体结构、重叠位移测量系统和用于测量半导体结构的测量目标(或对准标记)的方法。测量目标(或对准标记)是安排在半导体结构的基底上，用于重叠位移测量，以及测量目标包括由光子晶体210形成的第一图样PAT1和由光子晶体220形成的第二图样PAT2。光子晶体210的底部与光子晶体220的底部齐平。在一些实施例中，测量目标是单一测量目标、混合式测量目标或是复合式测量目标。通过调整光子晶体210与220的截面形状和尺寸，可增加重叠位移的准确度。再者，通过使用对应于各种层掩模的光子晶体210与220，通过对测量目标进行测量，可得到多层重叠位移测量。再者，通过使用不同高度的光子晶体，通过对测量目标进行测量，可测量出半导体结构的焦点深度。此外，通过使用多个测量目标，可根据具有各种能量的输入光LI的反射光LR和/或透射光LT的衍射强度来测量半导体结构的关键尺寸。因此，通过多功能测量目标能同时地来测量关键尺寸、焦点深度和重叠位移，于是可降低制造成本和周期时间。

在一些实施例中，本公开提供一种制造半导体结构的方法。提供一基底。根据第一层掩模执行第一光刻，以在基底上方的一层的第一区域上形成具有第一间距的多个第一光子晶体。根据第二层掩模执行第二光刻，以在该层的第二区域上形成具有第二间距的多个第二光子晶体。提供光照射第一光子晶体和第二光子晶体。接收由第一光子晶体和第二光子晶体所反射或是穿透过第一光子晶体和第二光子晶体的光。分析所接收的光，以检测对应于第一层掩模的第一光子晶体和对应于第二层掩模的第二光子晶体之间的重叠位移。

在一些实施例中，分析所接收的光，以得到半导体结构的关键尺寸。

在一些实施例中，分析所接收的光，得到半导体结构的焦点深度。

在一些实施例中，第一光子晶体与第二光子晶体包括硅、氮化硅、铜或高介电材料。

在一些实施例中，第一光子晶体与第二光子晶体是通过在该层的材料中蚀刻气孔所形成的空气柱。

在一些实施例中，第一光子晶体与第二光子晶体具有相同的截面形状，且第一间距是等于第二间距。

在一些实施例中，第一光子晶体被划分成多个第一群组，而第二光子晶体被划分成多个第二群组。每一第一群组是由相邻的两个第二群组所包围，以及每一第二群组被是由相邻的两个第一群组所包围。

在一些实施例中，第一光子晶体是分离(separated)于第二光子晶体。

在一些实施例中，本公开提供一种重叠位移测量系统。重叠位移测量系统包括光学装置、第一光检测装置以及处理器。光学装置提供输入光至半导体结构的对准标记。当输入光穿透对准标记时，第一光检测装置接收来自对准标记的透射光。处理器根据透射光的特性而判断重叠位移是否存在于对准标记中。

在一些实施例中，重叠位移测量系统还包括第二光检测装置。当输入光照射对准标记时，第二光检测装置接收来自对准标记的反射光。处理器根据透射光以及反射光的特性而判断重叠位移是否存在于对准标记中。

在一些实施例中，对准标记包括由具有第一间距的多个第一光子晶体所形成的第一图样以及由具有第二间距的多个第二光子晶体所形成的第二图样。当输入光穿透第一图样和第二图样时，第一光检测装置接收来自第一图样和第二图样的透射光。

在一些实施例中，透射光的特性包括关于中心波长偏移、散射波长计数、散射角、中心波长强度、半峰全幅值或光子带隙的信息。

在一些实施例中，处理器根据透射光的特性而得到半导体结构的关键尺寸。

在一些实施例中，处理器根据透射光的特性而得到半导体结构的焦点深度。

在一些实施例中，本公开提供一种测量半导体结构的对准标记的方法。此方法包括提供脉冲光或宽带光照射半导体结构的对准标记，其中对准标记包括由具有第一间距的多个第一光子晶体所形成的第一图样以及由具有第二间距的多个第二光子晶体所形成的第二图样。接收由对准标记所反射或穿透对准标记的光。根据所接收的光的特性，判断第一图样和第二图样之间是否存在对准误差。每一第一光子晶体是根据第一层掩模而由具有第一材料的第一柱状物所形成，以及每一第二光子晶体是根据第二层掩模而由具有第二材料的第二柱状物所形成。第一图样和第二图样的对准误差是表示第一层掩模和第二层掩模之间的失准。第一层掩模和第二层掩模是用于连续的图案化步骤，以及第一层掩模是用于先前的图案化步骤，而第二层掩模是用于后续的图案化步骤。

在一些实施例中，所接收的光的特性包括关于中心波长偏移、散射波长计数、散射角、中心波长强度、半峰全幅值或光子带隙的信息。

在一些实施例中，根据所接收的光的特性而得到半导体结构的关键尺寸。

在一些实施例中，根据所接收的光的特性而得到半导体结构的焦点深度。

在一些实施例中，第一柱状物是电性分离于第二柱状物。

虽然本公开已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本公开，任何所属技术领域中包括通常知识者，在不脱离本公开的构思和范围内，当可作些许的变动与润饰，因此本公开的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种制造半导体结构的方法，包括：

提供一基底；

根据一第一层掩模，执行一第一光刻，以在上述基底上方的一层的一第一区域上形成具有一第一间距的多个第一光子晶体；

根据一第二层掩模，执行依第二光刻，以在上述层的一第二区域上形成具有一第二间距的多个第二光子晶体；

提供光以照射上述第一光子晶体和上述第二光子晶体；

接收由上述第一光子晶体和上述第二光子晶体所反射或是穿透过上述第一光子晶体和上述第二光子晶体的光；以及

分析所接收的光，以检测对应于上述第一层掩模的上述第一光子晶体和对应于上述第二层掩模的上述第二光子晶体之间的一重叠位移。