CN112687562A - 测量方法 - Google Patents

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谢鸿志
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Abstract

此处公开一种测量方法，更具体地提供叠对计量工具与绕射为主的叠对测量法。工具包括产生入射光的光源，其照射晶圆的材料层中堆叠的叠对目标。工具亦包括感光系统，用于测量自晶圆表面反射的绕射光束特性。在单次照射晶圆且不旋转入射光束的极化状态时，感光系统依据与堆叠的叠对目标相关的叠对程序产生绕射光束的三个分量，且绕射光束具有一或多个极化状态与强度。

Description

测量方法
技术领域
本发明实施例关于测量叠对误差的方法。
背景技术
半导体集成电路的制作关于形成具有设计图案的多种材料层于半导体晶圆上。每一层对准前一层，使形成的电路可适当作用。多种标记用于此目的。举例来说，在形成多个层状物于晶圆上时，可采用叠对目标监控多个层状物之间的叠对偏差。在另一例中，叠对目标用于光罩与半导体晶圆之间的对准。随着半导体技术持续进展至较小结构尺寸的电路布局，对准需求变得更严格，叠对目标所占的晶圆面积更小，且叠对标记测量的数目与复杂度增加。如此一来，制作晶圆的工艺步骤数目与工艺时间持续增加，造成较高的制造成本与芯片成本。
发明内容
在一实施例中，测量方法包括自晶圆反射光束；自光束产生第一传输分量，其包括两个正交的极化状态；自光束产生第二传输分量，其包括两个正交的极化状态的第一极化状态，且第一传输分量与第二传输分量产生于单次照射晶圆而不旋转光束的极化状态；自第一传输分量与第二传输分量的至少一者收集强度信息；以及确认晶圆的多个材料层与强度信息之间的叠对误差。
在另一实施例中，测量方法包括：接收自晶圆的目标标记区中的叠对标记的堆叠反射的绕射光束，且绕射光束包括一对正交的极化状态；将绕射光束分束成第一分量与第一反射分量，且第一分量包括一对正交的极化状态的两种极化状态；极化第一反射分量以形成第二分量，第二分量包括一对正交的极化状态的第一极化状态，且第一分量与第二分量形成于单次照射晶圆而不旋转绕射光束的极化状态；测量第一分量与第二分量的至少一强度；以及由测量确认叠对标记的堆叠之间的叠对误差。
在又一实施例中，测量方法包括产生入射光束，其包括平行极化状态与垂直极化状态；以入射光束照射光栅目标的堆叠；自光栅目标的堆叠反射绕射图案光束，其包括平行极化状态与垂直极化状态；在单次照射光栅目标的堆叠时将绕射图案光束分束成第一分量光束与第一反射光束，且第一分量光束包括第一强度与平行及垂直极化状态；在单次照射光栅目标的堆叠而不旋转入射光束的极化状态时，极化第一反射光束成第二分量光束，且第二分量光束包括第二强度与平行极化状态；测量第一分量光束与第二分量光束的至少一者的强度；以及依据测量确认叠对误差。
附图说明
图1A是一些实施例中，含有监控晶圆的叠对目标区中的目标标记对准所用的感光系统的叠对工具的视图。
图1B是一些实施例中，图1A的叠对工具可实施的叠对计量方法的流程图。
图2是一些实施例中，叠对工具用以进行图案测量的自晶圆的目标标记区反射的光束其极化分量的视图。
图3A是一些实施例中，用于自图2的极化分量收集的绕射为主信息的叠对工具的影像感测器的视图。
图3B是一些实施例中，收集的绕射为主信息的叠对影像轮廓的视图。
图3C是一些实施例中，目标标记区的层状物之间的给定偏离的视图。
图4是一些实施例中，在叠对测量时采用的叠对程序的传输分量的强度相关的叠对程序的膜堆叠条件的表格。
图5至图7是一些实施例中，含有感光系统的图1A的叠对工具的视图。
附图标记说明：
a1、b1、c1、d1：X方向强度因子
a2、b2、c2、d2：Y方向强度因子
I1：第一强度
I2：第二强度
I3：第三强度
100：叠对工具
101：光源
103：感光系统
105：晶圆站点
107：控制器
109：入射光束
111：目标标记区
113：晶圆
115：绕射光束
117：光处理系统
119：影像感测器
120：传输分量
121：第一传输分量
123：第二传输分量
125：第三传输分量
127：轴
150：叠对计量法
151、153、155、157、159：步骤
220：分量绕射图案
221：第一分量绕射图案
223：第二分量绕射图案
225：第三分量绕射图案
227：第一组正交的绕射光束图案
229：第二组正交的绕射光束图案
260：叠对计量模块
320：叠对影像
321：复合叠对影像轮廓
323：X方向的分量叠对影像轮廓
325：Y方向的分量叠对影像轮廓
331：第一复合叠对图
333：第一X方向叠对图
335：第一Y方向叠对图
341：第二复合叠对图
343：第二X方向叠对图
351：第三复合叠对图
355：第二Y方向叠对图
501：分束器
503：极化分束器
505：反射镜
519：第一影像感测器
521：第一反射分量
621：第二影像感测器
717：分光装置
具体实施方式
下述内容提供的不同实施例或实例可实施本公开的不同结构。特定构件与排列的实施例是用以简化本公开而非局限本公开。举例来说，形成第一构件于第二构件上的叙述包含两者直接接触，或两者之间隔有其他额外构件而非直接接触。此外，本公开的多种例子中可重复标号，但这些重复仅用以简化与清楚说明，不代表不同实施例及/或设置之间具有相同标号的单元之间具有相同的对应关系。
此外，空间性的相对用语如“下方”、“其下”、“较下方”、“上方”、“较上方”、或类似用语可用于简化说明某一元件与另一元件在图示中的相对关系。空间性的相对用语可延伸至以其他方向使用的元件，而非局限于图示方向。元件亦可转动90°或其他角度，因此方向性用语仅用以说明图示中的方向。
图1A与图1B显示一些实施例中，用于监控晶圆的叠对目标区中的目标标记对准的叠对工具100与叠对计量法150。在一些实施例中，叠对工具100与叠对计量法150采用光学计量技术(如散射测量)中的叠对目标(比如散射测量为主的标记、绕射为主的叠对光栅目标、叠对标记、或类似物)，以测量叠对目标的绕射图案。一些实施例在所需的晶圆制作工艺时，这些叠对目标埋置于晶圆上的不同材料的个别层中，以形成堆叠的叠对目标。堆叠的叠对目标可配置于设计的标记区中，比如配置于单元区的多种位置中及/或晶圆的切割线中。
一旦沉积不同材料的个别层，在制作晶圆时采用叠对工具100进行不同的图案测量，比如在采用图案化遮罩(如光罩、硬遮罩、或类似物)之前监控图案化遮罩的对不准。举例来说，若叠对工具100确认遮罩已适当对准，则叠对工具100指示可沉积下一层。然而，若叠对工具确认遮罩对不准，则叠对工具100指示在沉积下一层之前需对遮罩进行重工。
叠对工具100与叠对剂量法150在制作晶圆批次的集成电路时，可依据晶圆程序确认晶圆中的个别层状物的对准、厚度、及/或组成中的任何偏差。举例来说，针对与堆叠的叠对目标相关的个别层确认的对准、厚度、及/或组成的任何偏差，可用于调整所需集成电路制作工艺所用的叠对程序。如此一来，调整的叠对程序可用于之后沉积于晶圆上，及/或采用所需的集成电路制作工艺所用的晶圆程序进行后续工艺的晶圆批次的任何其他晶圆上的其他层。如此一来，叠对工具100与叠对计量法150可用于最小化及/或消除所需的集成电路制作工艺时的叠对误差。
叠对工具100与叠对计量法150的产能大幅取决于测量时间，包括最佳化及/或选择叠对程序相关的时间。随着集成电路技术持续朝更小结构尺寸(比如15nm、12nm、10nm、或更小)进展，工艺改变及/或材料改变深刻地影响叠对工具100所收的绕射光谱品质及/或检测性，使晶圆之间、批次之间、及/或装置之间的最佳叠对程序不断改变。叠对程序特别容易受到材料堆叠改变的影响，比如叠对目标的堆叠厚度、堆叠的光学特性、及/或堆叠对称。在一些实施方式中，处理多个晶圆以形成集成电路装置，并制作叠对目标于每一晶圆上，且妨碍稳固的叠对计量法的材料堆叠改变包括在晶圆之间改变叠对目标的层状物的厚度、光学特性、及/或对称。举例来说，叠对目标与材料堆叠有关，而晶圆之间的材料堆叠层中的材料改变，通常需要以叠对工具调整叠对程序以自晶圆收集叠对信息。
极化状态与波长的检测性随着材料堆叠改变而变化。在本发明多种实施例中，堆叠灵敏度可为叠对程序的极化状态及/或波长的函数。堆叠灵敏度为叠对测量检测性所用的指标，其为材料堆叠特性、叠对目标设计、及/或叠对测量条件(比如照射叠对目标所用的测量极化状态及/或测量波长)的函数。在一些实施方式中，堆叠灵敏度通常测量绕射信号(或绕射光谱)的强度变化，以作为材料堆叠特性改变的函数，其中材料堆叠改变来自于晶圆之间、批次之间、及/或装置之间的工艺变化及/或材料变化。在一些实施方式中，堆叠灵敏度与第一晶圆的叠对目标的第一级绕射微分强度((I+1st order-I-1st order)OTW1)以及第二晶圆的叠对目标的第一级绕射微分强度((I+1st order-I-1st order)OTW2)的比值成正比。叠对目标的材料堆叠所用的堆叠灵敏度，可为(I+1st order-I-1st order)OTW1/(I+1st order-I-1st order)OTW2，其中I为强度。如此一来，堆叠灵敏度可为不同极化状态的入射射线的函数，且叠对程序可实施入射射线的每一者以自叠对目标收集叠对信息，其中工艺差异造成晶元之间的材料堆叠改变。
在一些实施例中，依据所需的叠对目标的堆叠灵敏度条件，叠对程序可指定叠对测量所用的入射光束109的极化状态与对应波长。叠对程序指定用于所需叠对目标的极化状态与对应波长，以确保来自这些波长与极化状态的绕射光束115的绕射光谱对叠对误差具有足够的检测性。相反地，在材料堆叠改变之后，具有这些极化状态与这些波长的入射光束109依据叠对目标的堆叠灵敏度，不再提供足够的绕射光谱强度或可能包含过多噪声。在这些例子中，叠对工具100不能自采用这些极化状态及/或这些波长的入射光束109的噪声检测或辨别绕射光谱。如此一来可调整叠对程序，以指出入射光束109的这些极化状态及/或这些波长，不适用于显示材料堆叠变化的所需叠对目标相关的叠对测量。叠对程序的最佳化将详述于下。
如图1A所示的一些实施例，叠对工具100包括光源101、感光系统103、晶圆站点105、与控制器107，用于进行所需标记区中的叠对目标的绕射图案测量。在绕射图案测量时，叠对工具100采用光源101以将入射光束投射至晶圆113的多个标记区的所需标记区(如目标标记区111)上。如此一来，绕射光束115可自晶圆113的表面朝感光系统103反射，且可包含目标标记区111中的叠对目标的绕射图案特性(比如绕射光谱、绕射轮廓、反射轮廓、或类似特性)。控制器107可依据晶圆113的目标标记区111相关的叠对程序，控制一或多个光源101、晶圆站点105、与感光系统103的位置，以确保光源导入目标标记区111，确保感光系统103检测自晶圆113的表面反射的绕射光束115，且特别确保感光系统103依据叠对程序收集信息。
图1B是本发明多种实施例中，叠对计量法150的流程图。叠对工具100可实施叠对计量法150。
在步骤151中，以入射光束109照射晶圆113的目标标记区111，自目标标记区111反射绕射光束115至感光系统103上。在一些实施例中，入射光束109与绕射光束115包括对应目标标记区111中的叠对目标的第一结构的平行取向的第一极化状态，以及对应叠对目标的第一结构的垂直取向的第二极化状态。在一些实施例中，目标标记区111中的叠对目标包括第二结构，其取向实质上垂直于第一结构的取向。综上所述，入射光束109与绕射光束115的第一极化状态对应目标标记区111中的叠对目标的第二结构的垂直取向，而第二极化状态对应叠对目标的第二结构的平行取向。以入射光束109单次照射目标标记区111，自目标标记区111反射的绕射光束115包括目标标记区111中的叠对目标的绕射光谱，并包括第一极化状态与第二极化状态。
不同标记区中的叠对目标的不同材料组成、层状物厚度、与不同图案，对入射光束109的波长与极性具有不同的反射率特性(如堆叠灵敏度)。如此一来，自不同标记区反射出的绕射光束115中的叠对目标绕射光谱可彼此不同。此外，自所需标记区(比如目标标记区111)反射出的绕射光束115中的叠对目标绕射光谱可具有堆叠灵敏度，以在采用一或多种极化状态及/或波长范围的绕射光束115时可更准确地读取。如此一来，定义及/或最佳化叠对程序可指定所需标记区相关的一或多种极化状态及/或波长范围，以自绕射图谱提供最准确的读取。
步骤153在单次照射时，可自绕射光束115(具有依据与目标标记区111相关的叠对程序调整的分量光束强度)产生多个分量光束。在一些实施例中，感光系统103自绕射光束115分成分量光束以产生多个分量光束，并依据与目标标记区111相关的叠对程序调整分量光束的强度。叠对程序与最佳化叠对程序的方法将详述于下。
一些实施例在单次照射时，自绕射光束115产生传输分量120。传输分量120具有个别强度，并包含具有第一极化状态与第二极化状态的一或多者的个别叠对绕射光谱。在一些实施例中，传输分量120包括的第一传输分量121具有第一强度，且含有叠对绕射光谱与第一极化状态及第二极化状态。传输分量120包括的第二传输分量123具有第二强度，且含有叠对绕射光谱与第一极化状态。传输分量120包括的第三传输分量125具有第三强度，且含有叠对绕射光谱与第二极化状态。可依据与目标标记区111相关的叠对程序调整第一、第二、与第三强度，以在单次照射时最准确地读取每一分量光束的绕射光谱。
在步骤155中，单次照射时可收集每一传输分量120的强度信息，作为叠对目标的绕射光谱相关的一组数据。这些数据组关于一或多个极化状态的复合光束强度，且越过这些波长范围以定义叠对目标的反射轮廓。
在步骤157中，确认X方向的叠对偏差值与Y方向的叠对偏差值，以用于目标标记区111的目标标记。在一些实施例中，比较目标标记区111中的反射轮廓的正X方向的绕射图案强度与负X方向的绕射图案强度以确认X方向的叠对偏差值，并比较目标标记区111的反射轮廓中的正Y方向的绕射图案强度与负Y方向的绕射图案强度以确认Y方向的叠对偏差值，且X方向的叠对偏差值与Y方向的叠对偏差值用于目标标记区111的目标标记。此外，可采用反射轮廓确认目标标记区111中的一或多个材料层厚度。
在步骤159中，叠对计量法150采用X方向的分量偏差值及/或Y方向的分量偏差值以弥补叠对误差。在一些实施例中，可采用X方向的叠对偏差值及/或Y方向的叠对偏差值，以在采用光刻胶层作为遮罩并沉积后续层状物之前，确认光刻胶层是否需要重工。在一些实施例中，X方向的叠对偏差值及/或Y方向的叠对偏差值可用于最佳化目标标记区111所用的叠对程序。
由于堆叠材料的反射特性，可自绕射光束115的波长与极化状态的函数如强度测量绕射图案。如此一来，控制器107可控制感光系统103，以收集含有这些波长与这些极化状态的绕射光束115的强度信息。控制器107采用收集的信息，进行绕射图案测量，并确认图案化遮罩中的任何对不准及/或确认与埋置于晶圆中的堆叠叠对目标相关的个别层状物的对准偏差(如叠对偏移)。举例来说，在叠对标记之间不存在叠对偏移处，计量的叠对工具检测不到目标标记区111中的堆叠材料的叠对目标所产生的绕射光谱中的强度差异。叠对目标产生的绕射光谱中的强度差异，指的是叠对偏移(有时视作叠对误差)。
这些波长的叠对测量可能对不对称诱发的误差及/或其他工艺诱发的误差导致的叠对误差敏感。为了在叠对测量时最小化测量误差，可采用叠对程序指定入射光束109的具体波长与具体极化状态、入射光束109的具体入射角度、及/或晶圆113的每一标记区所用的其他参数，以确保准确读取。可先在设计时预估或塑造叠对程序，接着依据制作晶圆批次的不同晶圆时的实际叠对测量最佳化叠对程序。为了建立每一标记区所用的全面叠对程序，可分析每一极化状态的每一波长，以确认准确测量可用的波长与极化状态的合适组合。一旦建立叠对程序，可在制作晶圆批次的不同晶圆的实际叠对测量时调整叠对程序，以移除不再适于准确测量的波长与极化状态的任何组合。此外，可调整叠对程序以添加波长与极化状态的任何组合，其适用于准确测量。
在实施例中，叠对工具100产生绕射光束115的每一极化状态，以用于单次照射目标标记区111中的分析。此外，一些实施例的叠对工具100可收集入射光束109如含有复合极化状态的多色光束，且复合极化状态包含平行极化状态(比如0°极化状态、45°极化状态、或类似极化状态)与正交于平行极化状态的垂直极化状态(比如90°极化状态、-45°极化状态、或类似极化状态)。然而任何合适的正交极化状态对可用于平行极化状态与垂直极化状态。
如此一来，叠对标记将入射光束109分成不同波长，使自晶圆113反射的绕射光束115具有不同波长与复合极化状态。在实施例中，叠对工具100产生的绕射光束115具有两种极化状态与不同波长，以用于单次照射目标标记区111中的分析。如此一来，与对目标标记区111进行只有单一极化状态的两次照射的时间相较，进行叠对测量的工艺步骤数目与时间可减少约40％或更高。此外，与对目标标记区111进行只有单一极化状态的两次照射的时间相较，进行叠对程序最佳化的工艺步骤数目与时间可减少约70％。减少工艺步骤与时间，即降低制造成本与芯片成本。
虽然附图中的叠对工具100以入射角度(如介于约0°至约89°之间)将入射光束109导至晶圆113的目标标记区111，并以反射角度自晶圆113反射绕射光束115，应理解可依据叠对工具100的实施方式采用任何合适的入射角度与任何合适的反射角度。举例来说，叠对工具100采用的入射角度可介于约0°至约57°。然而可采用任何合适的入射角度。在一些实施例中，叠对工具100可包含成像构件(未图示)以在实质上垂直于晶圆113的表面的方向中，导向与聚焦入射光束109至目标标记区111上，并在实质上垂直于晶圆113的表面且与入射光束109相反的方向中，自晶圆113反射并聚焦绕射光束115。多种影像构件(未图示)可包含分束器、极化片、折射镜、反射镜、成像透镜、或成像透镜系统，端视叠对工具100的设计需求而定。
一旦进行检测，感光系统103自绕射光束115收集绕射图案的信息。在一些实施例中，感光系统103收集绕射图案的这些波长与这些极化状态的强度信息。控制器107可控制感光系统103，收集与任何波长及/或任何极化状态相关且感光系统可检测的所有可检测强度。在其他实施例中，控制器107可控制感光系统103依据晶圆113所用的叠对程序，收集与这些波长及/或这些极化状态相关的所有可检测强度。
依据感光系统103收集的信息，叠对工具100测量的绕射图案可确认目标标记区111中的叠对目标的结构之间的对准偏差。在一些实施例中，控制器107采用这些绕射图案测量与对准中任何确认的偏差值，以确认材料堆叠的任何对不准(若存在对不准)，进而确认对准中的偏差是否在可接受的容许范围内。此外，控制器107可确认在可接受的容许范围之外的这些波长及/或这些极化状态相关的强度等级，以得准确的绕射图案测量。如此一来，控制器107采用这些确认以调整叠对程序。
在一些实施例中，光源101为宽带光源如可见光、红外线(如远红外线)、紫光、或紫外线(如极紫外线)源，并产生波长介于约12nm至约1500nm的入射光束109。举例来说，产生的入射光束109可具有极紫外线范围的波长(如12nm)。举另一例来说，产生的入射光束109可具有远红线范围的波长(如1500nm)。宽带光源的例子包括但不限于卤素灯、发光二极管、半导体层、或类似物。然而可采用任何合适的宽带光源产生任何合适波长与任何合适强度。
在一些实施例中，光源101产生的入射光束109只包含强度一致的这些波长，或只包括这些强度的波长的这些同调范围。在一些实施例中，光源101产生的入射光束包括介于约400nm至约880nm之间的波长的同调范围、一致强度、以及平行极化状态(如0°极化状态)与正交于平行极化状态的垂直极化状态(如90°极化状态)的复合极化状态。
在实施例中，依据入射光束109极化绕射光束115，且绕射光束115包括复合极化状态与目标标记区111中堆叠的叠对目标的绕射图案。此处所用的平行极化状态(如0°极化状态)可为平行于堆叠的叠对目标的第一结构的第一取向(如X方向)的极化状态，而此处所用的垂直极化状态(如90°极化状态)可为平行于堆叠的叠对目标的第二结构的第二取向(如Y方向)的极化状态，且Y方向垂直于X方向。
感光系统103测量并收集绕射光束115的这些特性的信息，用以推导自目标标记区111中的叠对目标反射的绕射图案的测量。在一些实施例中，感光系统103测量并收集信息如绕射光束115在这些波长及/或这些极化状态的这些强度。在一些实施例中，入射光束109包括平行极化状态(如0°极化状态、45°极化状态、或类似极化状态)与垂直极化状态(如90°极化状态、-45°极化状态、或类似极化状态)。自具有目标标记的绕射图案的目标标记区111反射入射光束109以得绕射光束115，且入射光束109具有平行极化状态与垂直极化状态。为了测量与收集信息，感光系统将绕射光束115分成绕射光束115的不同所需极化状态的多种分量。在其他实施例中，入射光束109与绕射光束115未极化。为了测量与收集信息，感光系统103极化绕射光束115并将其分成所需的不同极化状态的分量。
图1A所示的一些实施例中，感光系统103包括光处理系统117与影像感测器119。光处理系统117在单次照射目标标记区111中，检测绕射光束115并自绕射光束115的相同反射光产生多个极化分量。绕射光束115的每一极化分量分别包括绕射图案的分量。在一些实施例中，光处理系统117在单次照射目标标记区111中检测绕射光束115，且同时自绕射光束115产生多个传输分量。举例来说，在单次照射晶圆而不旋转入射光束109的极化状态时，光处理系统117可自绕射光束115产生多个传输分量，其中传输分量具有不同的所需极化状态。绕射光束115的多个传输分量在此处可一起视作传输分量120。
为了自绕射光束115建立目标标记区111中的叠对目标的全面且准确的模型，可分析三个分量的绕射图案(如绕射光谱)。在一些实施例中，自绕射光束115其含有复合极化状态(包括平行极化状态如0°极化状态与垂直极化状态如90°极化状态)的第一分量、绕射光束115其含有平行极化状态如0°极化状态的第二分量、与绕射光束115其含有垂直极化状态如90°极化状态的第三分量建构模型。
分开三次照射目标标记区111可得绕射光束115的分量，且每次照射包括复合极化状态、平行极化状态、与垂直极化状态的一者。然而光处理系统117在单次照射中检测绕射光束115并自绕射光束115产生所有的传输分量120，而不需旋转入射光束109的极化状态，即可由单次照射目标标记区111得到绕射光束115的第一分量、第二分量、与第三分量。如此一来，测量的步骤较少且工艺时间减短，进而节省时间与工艺成本。
在一些实施例中，光处理系统117在单次照射目标标记区111时，自绕射光束115的复合极化反射光产生第一传输分量121、第二传输分量123、与第三传输分量125。第一传输分量121具有平行极化状态(如0°极化状态)与垂直极化状态(如90°极化状态)的复合极化状态。第二传输分量123具有平行极化状态(如0°极化状态)。第三传输分量125具有垂直极化状态(如90°极化状态)。在一些实施例中，光处理系统117包括一或多个滤波器，以依据最佳叠对程序调整(如增加或减少)一或多个传输分量120的强度及/或产生一或多个传输分量120的波长范围，且最佳叠对程序依据目标标记区111中的晶圆113的材料堆叠性质。在这些实施例中，一或多个滤波器适用于依据叠对程序调整一或多个传输分量120的强度及/或产生一或多个传输分量120的波长范围，以确保分量的强度与波长足以配准影像感测器119。在一些实施例中，调整分量的个别波长强度，使传输分量120的对应波长具有一致强度。
在一些实施例中，感光系统103产生绕射光束115的极化分量的瞳面信号与影像平面信号。在一实施例中，感光系统103包括多种光学影像构件(未图示)以聚焦瞳面信号至影像感测器119的瞳面上，并聚焦影像平面信号至影像感测器119的影像平面上。
在一些实施例中，影像感测器119依据叠对程序自绕射光束115的每一传输分量120收集强度信息，以推导目标标记区111中的叠对目标的绕射图案测量。在一些实施例中，影像感测器119为感测器阵列，并检测绕射图案强度如极化状态函数、波长函数、及/或绕射级数的函数。此外，影像感测器119在单次照射时，可自含有一或多个平行与垂直极化状态的传输分量120获取强度信息，而不需旋转入射光束109的极化状态。
影像感测器的例子包括但不限于感测器阵列、电荷耦合器件的感测器阵列、互补式金属氧化物半导体感测器阵列、或类似物。在一些实施例中，在感光系统中可采用光纤传输光。
晶圆站点105在操作时可支撑并放置晶圆113。晶圆113可由真空(如吸力)固定至晶圆站点105。然而可采用任何合适的机械力及/或粘着力。此外，晶圆站点105适用于沿着一或多个轴127的一或多个线性方向移动，及/或沿着一或多个轴127(如x轴、y轴、或z轴)顺时针或逆时针的旋转。如此一来，定位晶圆站点105可至少部分地控制所需目标标记区111与光源101的对准、入射光束109的入射角度、与绕射光束115的反射角度。
在一些实施例中，控制器107可控制一或多个光源101、晶圆站点105、与感光系统103的定位，以确保入射光束109照射晶圆113的所需目标区，并确保感光系统103检测自所需目标标记区111反射的绕射光束115。控制器107分析影像感测器119收集的强度信息，以确认绕射光束115的绕射图案测量，并确认任何叠对偏差值是否在可接受的容许范围内。
在一些实施例中，X方向的叠对偏差值及/或Y方向的叠对偏差值可用于确认在采用光刻胶层作为遮罩并沉积后续层状物之前，是否需要重工光刻胶层。举例来说，叠对工具100可比较X方向的叠对偏差值与叠对临界值，及/或比较Y方向的叠对偏差值与叠对临界值。若确认X方向及/或Y方向的叠对偏差值中的任何偏差在可接受的容许范围内，则控制器107指示沉积的光罩的曝光转移良好，且对晶圆继续后续工艺。然而若确认X方向及/或Y方向的叠对偏差值中的任何偏差不在可接受的容许范围内，则控制器107在对晶圆113继续后续的工艺步骤之前，需要重工沉积的光罩的曝光转移。
在一些实施例中，控制器107可确认是否需要调整叠对程序。如此一来，X方向的叠对偏差值及/或Y方向的叠对偏差值可用于最佳化叠对程序。举例来说，选择入射射线波长以用于后续叠对分析，其可最小化或消除不对称诱发的误差及/或其他工艺诱发的误差所导致的叠对误差。一旦最佳化叠对程序，叠对计量法150可继续采用最佳化程序进行叠对测量。
与每一步骤相关的多种细节详述于此。在叠对计量法150之前、之中、与之后可提供额外步骤，且叠对计量法150的额外实施例可移动、置换、或省略一些所述步骤。
虽然图1A所示的叠对工具100为独立系统，但应理解一些实施例的叠对工具100可部分或完全整合至微影系统中。举例来说，一些实施例的晶圆站点105可结合至微影系统中，且可一起操作叠对工具100与微影系统，以控制晶圆站点105的定位。在其他实施例中，叠对工具100及其晶圆站点105可与微影系统分隔，且在晶圆113的工艺时可在微影系统与叠对工具100之间传送晶圆113。
在一些实施例中，叠对工具100采用叠对目标(如叠对标记、目标标记、关键尺寸标记、或类似标记)以取样晶圆工艺的标记区数目。可依半导体装置设计与制造规格改变标记区数目。举例来说，叠对工具100可用于对一晶粒取样约10至约100标记区或对一晶圆取样约5至约20晶粒，以确认沉积的光罩的图案测量是否在容许范围内。叠对工具100亦可用于取样单一批次(如25个晶圆)的一或两个晶圆，以确保单一批次中的晶圆制作工艺一致。如此一来，新设计的装置在制造的启动阶段时，晶圆可能需经过几千道计量工艺。
图2显示光处理系统117产生的传输分量120的简化视图，且传输分量120来自于由晶圆113的目标标记区111反射的绕射光束115。在一些实施例中，每一传输分量120包括绕射光束115的分量绕射图案220(如绕射光谱)的个别分量代表的相关强度、一或多个波长、与一或多个极化状态。
在图2所示的具体实施例中，第一传输分量121包括第一分量绕射图案221。第一分量绕射图案221的特性为多个波长(比如介于约400nm至约880nm之间)、多个极化状态(比如0°极化状态与90°极化状态)、与第一强度I1，且第一强度I1包括0°的分量与90°的分量。第二传输分量123包括第二分量绕射图案223。第二分量绕射图案223的特性为多个波长(比如介于约400nm至约880nm之间)、平行极化状态(比如0°极化状态)、与第二强度I2。第三传输分量125包括第三分量绕射图案225。第三分量绕射图案225的特性为多个波长(比如介于约400nm至约880nm之间)、正交极化状态(比如90°极化状态)、与第三强度I3。如此一来，分量绕射图案220的空间与极化状态信息结合，可更完整的表示目标标记区的材料与叠对标记。
在一些实施例中，叠对目标为光栅目标，且包含多个光栅图案如含有配置为正交图案的结构的两组X光栅与两组Y光栅(如2x2光栅图案)。如此一来，自X光栅与Y光栅反射出的绕射光束115包括第一组正交的绕射光束图案227与第二组正交的绕射光束图案229。然而叠对目标可具有任何合适数目的光栅图案(比如2x3、2x4、或类似图案)。绕射光束115可包括任对应的合适数目组的正交的绕射光束图案，与任何合适数目及/或范围的波长。
在一实施例中，叠对目标包括2x2的光栅图案，其包括第一关键尺寸的第一系列X结构与第一关键尺寸的第一系列Y结构。第一系列X结构配置于第一取向(如X方向)中，且均匀地隔有第一间距。第二系列Y结构配置于第二取向(如Y方向)中，且均匀地隔有第一间距。第二取向(如90°)垂直于第一取向(如0°)。如此一来，绕射光束115的传输分量120的0°极化方向，平行于第一组正交的绕射光束图案227的X方向，并垂直于第一组正交的绕射光束图案227的Y方向。绕射光束115的传输分量120的90°极化方向，平行于第一组正交的绕射光束图案227的Y方向，并垂直于第一组正交的绕射光束图案227的X方向。
此外，一些实施例中的2x2光栅图案包括第二组光栅图案，其包括第二关键尺寸的第二系列X结构，与第二关键尺寸的第二系列Y结构。第二系列X结构配置于第三取向(如X方向)中，且均匀地隔有第二间距(不同于第一间距)。第二系列Y结构配置于第四取向(如Y方向)中，且均匀地隔有第二间距。第四取向(如90°)与第三取向(如0°)正交。如此一来，绕射光束115的传输分量120的0°极化方向，可平行于第二组正交的绕射光束图案229的Y方向，并垂直于第二组正交的绕射光束图案229的X方向。绕射光束115的传输分量120的90°极化方向，平行于第二组正交的绕射光束图案229的Y方向，并垂直于第二组正交的绕射光束图案229的X方向。然而可采用任何合适的X结构系列与Y结构系列的正交取向(比如-45°与45°)。
此外，影像感测器119测量多个光谱带与多个极化角度中的绕射光束115的强度以收集信息，可得目标标记区111中的叠对标记的全面光学特性。在一些实施例中，影像感测器119考虑传输分量120的分量绕射图案220(如绕射光谱)的每一分量的特性以收集信息。叠对偏移正比于分量绕射图案220中，正的第一级绕射强度与富的第一级绕射强度之间的差异。如此一来，影像感测器119收集的强度信息可用于确认对准中的偏差及/或叠对偏差。在一些实施例中，可自第一组正交的绕射光束图案227的强度计算X方向的叠对偏差值以用于每一分量绕射图案220，并自第二组正交的绕射光束图案229的强度计算Y方向的叠对偏差值以用于每一分量绕射图案220。
图3A是一些实施例中，自分量绕射图案220的强度信息形成多个叠对影像320，且分量绕射图案220与目标标记区111相关并由传输分量120承载。感光系统103采用与传输分量120与分量绕射图案220的极化状态相关的收集强度信息，推导图案测量并计算目标标记区111中的叠对目标的对准差异。自收集的强度信息推导的图案测量，可用于模拟多个叠对影像320。在一些实施例中，可形成多个叠对影像320表示这些关键尺寸与晶圆制作工艺的这些参数，以指出对不准的结构与造成对不准的晶圆制作工艺的部分。在一些实施例中，多个叠对影像320(如绕射影像)包括复合叠对影像轮廓321、X方向的分量叠对影像轮廓323、与Y方向的分量叠对影像轮廓325。虽然以光学影像说明，但应理解叠对影像320可为一或多个图表、表格、或类似物。
在一些实施例中，复合叠对影像轮廓321为自第一分量绕射图案221收集的强度信息形成的绕射影像。第一分量绕射图案221关于目标标记区111，并关于含有两种极化状态(如0°极化状态与90°极化状态)的第一传输分量121。在一些实施例中，复合叠对影像轮廓321包括第一复合叠对图331(比如零级绕射影像)、第二复合叠对图341、与第三复合叠对图351。在一些实施例中，复合叠对影像轮廓321包括第一复合叠对图331(比如X方向与Y方向中的零级绕射信号的影像)、第二复合叠对图341(比如含有X方向的强度因子的影像)、与第三复合叠对图351(比如含有Y方向的强度因子的影像)。第二复合叠对图341的强度因子关于对准X方向的目标标记区111的结构，且可用于计算X方向中的叠对对不准。第三复合叠对图351的强度因子关于对准Y方向的目标标记区111的结构，且可用于计算Y方向中的叠对对不准。
自含有平行极化状态(如0°极化状态)的第二传输分量123的第二分量绕射图案223收集的强度信息，形成X方向的分量叠对影像轮廓323。在一些实施例中，自第二分量绕射图案223收集的强度信息，形成X方向的分量叠对影像轮廓323，且第二分量绕射图案223关于目标标记区111并关于含有平行极化状态(如0°极化状态)的第二传输分量123。在一些实施例中，X方向的分量叠对影像轮廓323包括第一X方向叠对图333(比如X方向中零级绕射信号的影像)与第二X方向叠对图343(比如含有X-方向强度因子的影像)。第二X方向叠对图343的强度因子关于对准X方向的目标标记区111的结构，且可用于计算X方向中的叠对对不准。
自含有垂直极化状态(如90°极化状态)的第三传输分量125的第三分量绕射图案225收集的强度信息，形成Y方向的分量叠对影像轮廓325。自含有平行极化状态(如0°极化状态)的第三传输分量125的第三分量绕射图案225收集的强度信息，形成Y方向的分量叠对影像轮廓325。在一些实施例中，自与目标标记区111相关及与含有垂直极化状态(如90°极化状态)第三传输分量125相关的第三分量绕射图案225收集的强度信息，形成Y方向的分量叠对影像轮廓325。在一些实施例中，Y方向的分量叠对影像轮廓325包括第一Y方向叠对图335(比如Y方向中的零级绕射信号影像)与第二Y方向叠对图355(比如含有Y方向强度因子的影像)。第二Y方向叠对图355的强度因子，关于在Y方向中对准的目标标记区111的结构，且可用于计算Y方向中的叠对对不准。
在一些实施方式中，叠对工具100计算测量的叠对偏移与已知的叠对偏移之间的差异(比如X方向与Y方向中的目标偏差)，以产生叠对测量(有时视作叠对误差)。在一些实施方式中，叠对工具100依据叠对测量分析多种指标，以用于辨认最小(或无)不对称诱发的叠对误差及/或其他工艺诱发的叠对误差的叠对测量，接着辨认在制作集成电路时最佳化叠对测量所用的波长。在一些实施方式中，叠对工具100以每一晶圆为基准产生叠对信息，使叠对计量模块260以每一晶圆为基础产生最佳化的叠对程序(具体而言，选择叠对测量所用的最佳化波长)。在一些实施方式中，最佳化的叠对程序定义选用的最佳化波长的极化状态。在一些实施方式中，叠对工具100在定义处理的晶圆数目之后或以批次为基准，产生最佳化的叠对程序。在制作晶圆时，叠对工具100接着可依据最佳化的叠对程序进行叠对测量。举例来说，一些实施方式的叠对工具100分析只与叠对工具100选择的波长相关的强度信息，以最佳化叠对测量。在一些实施方式中，叠对工具100设置为以入射射线照射叠对目标，且入射射线只具有叠对计量模块260所选择的波长。
此外，亦可检查相邻的材料之间的任何对准差异(比如叠对偏移、对不准诱发的叠对误差、不对称诱发的叠对误差、及/或其他工艺诱发的误差)，以确认对准差异是否在可接受的容许范围内，并确认与目标标记区相关的叠对程序的膜堆叠条件是否仍有效。举例来说，叠对工具100可分析叠对程序，且可调整抹一标记区中所用的叠对程序，以最小化叠对测量对目标标记区中的对准差异、材料层特性、与堆叠叠对目标的灵敏度(如堆叠灵敏度)。
叠对程序可依据模拟模型，及/或发展于新装置所用的早期设计阶段中。叠对程序指定最佳化的叠对程序的膜堆叠条件(比如传输分量120的波长、极化状态、强度、与类似参数)，可用于在每一标记区所用的叠对测量时收集信息，并用于确保叠对测量可能为最准确的叠对测量。然而这些叠对程序的膜堆叠条件，可能因模拟的堆叠灵敏度与测量的堆叠灵敏度之间的差异而无效。
叠对工具100可用于建构(调整)材料堆叠，以利准确测量叠对及/或准确预测(模拟)材料堆叠。举例来说，一些实施例在调整材料堆叠时可调整多种材料层的厚度。一旦调整材料堆叠，模拟的堆叠灵敏度与实际测量的堆叠灵敏度之间的比较，可使每一波长条件发现的模拟堆叠灵敏度更靠近测量的堆叠灵敏度。在模拟后续处理的晶圆所用的堆叠灵敏度时考虑这些调整，可建立更准确的材料堆叠模型以用于模拟与估计叠对信息。
此外，由于晶圆制作工艺中的偏差，这些叠对程序的膜堆叠条件可能无效。举例来说，为了使影像感测器119配准与感测任何传输分量120的强度，影像感测器119需接收最小可接受强度等级的传输分量120。如此一来，在制作晶圆时的材料层中的任何偏差(比如厚度、组成、与类似参数)与叠对目标的任何变形(比如叠对偏移误差、不对称诱发的误差、与类似误差)，将影响采用这些最佳叠对程序的膜堆叠条件的测量准确性。举例来说，目标标记区111所用的叠对程序的具体最佳叠对测量条件在之前的叠对测量中有效，但在后续的叠对测量中可能不再有效(比如低于最小可接受强度等级)。与目标标记区相关的具体最佳叠对测量条件，可能在叠对程序中不再有效及/或应自叠对程序移除。这些叠对程序的膜堆叠条件的参数包括但不限于波长、极化状态、用于进行叠对测量的光强度、与堆叠灵敏度。然而可采用任何合适的叠对程序的膜堆叠条件。为了确保所需标记区所用的可能测量最佳，叠对工具100对叠对程序指定的所需标记区采用一或多个最佳叠对程序的膜堆叠条件。
举例来说，在堆叠灵敏度需大于所需临界值以最佳化叠对测量的实施方式中，叠对工具100可快速评估对最佳化叠对测量无效的波长。如此一来，叠对工具100接着可评估堆叠灵敏度及/或对应其他波长与极化状态的其他标准，以选择进行叠对测量所用的最佳波长与极化状态。在一些实施方式中，堆叠灵敏度较高可改善叠对测量的检测姓，且叠对工具100选择第一波长与对应的最佳极化状态以用于最佳化的叠对程序。在一些实施方式中，堆叠灵敏度过高导致的不稳定会扭曲叠对测量，而叠对工具100选择另一波长与对应的最佳极化状态以用于最佳化的叠对程序。由于叠对工具100在单次照射中(换言之，在单次照射叠对目标中)获取多种波长与三个分量所用的强度信息，叠对工具100可快速产生叠对信号，并基于叠对信号选择入射红外线所用的最佳波长。
图3B与图3C与复合叠对影像轮廓321的结构及目标标记区111的结构相关，其用于计算目标标记区111所用的叠对对不准。具体而言，图3B显示一些实施例中，图3A的复合叠对影像轮廓321的X方向的强度因子a、b、c、及d，与目标标记区111的X方向结构相关。图3C显示目标标记区111的顶层与目标标记区111的底层之间的给定偏移如偏差。给定的偏移可为X方向中的偏差biasX或Y方向中的偏差biasY。如此一来，可采用式1以X方向强度因子a1、b1、c1、及d1计算X方向中的第一叠对对不准OVL1，其中偏差biasX为X方向中的给定偏移。第三复合叠对图351的Y方向强度因子a2、b2、c2、及d2，与目标标记区111的Y方向结构相关。如此一来，可采用式2以Y方向中的因子a2、b2、c2、及d2计算Y方向中的第二叠对对不准OVL2，其中偏差Y为Y方向中的给定偏移。
OVL1＝[(a1-c1)+(b1-d1)]/[(a1-c1)-(b1-d1)]x biasX 式1.
OVL2＝[(a2-c2)+(b2-d2)]/[(a2-c2)-(b2-d2)]x biasY 式2
此外，可由图3A的X方向的分量叠对影像轮廓323的第二X方向叠对图343的X方向的强度因子，计算X方向中的第一叠对对不准OVL1。此外，可由图3A的Y方向的分量叠对影像轮廓325的第二Y方向叠对图355的Y方向的强度因子，计算Y方向中的第二叠对对不准OVL2。综上所述，可采用自影像感测器119收集的传输分量120的强度所得的一或多个叠对影像320的强度因子，计算目标标记区111的X方向与Y方向中的叠对对不准。
图4的表格为叠对程序相关的叠对程序的膜堆叠条件，用于选择第一传输分量121、第二传输分量123、与第三传输分量125的最佳极化状态与强度。在制作时，叠对工具100依据与晶圆113的目标标记区111相关的最佳叠对程序，进行叠对测量。在一些实施方式中，叠对工具100只分析自最佳叠对程序选择的波长与极化状态相关的强度信息。在其他实施方式中，叠对工具100分析影像感测器119收集的所有波长与所有极化状态相关的强度信息。在实施例中，最佳叠对程序指定影像感测器119收集并用于进行测量的传输分量120的最佳波长、最佳极化状态、强度、与类似因子。
在一些实施例中，叠对程序可指示叠对工具100依据叠对程序条件进行目标标记区111所用的叠对测量，且叠对程序条件可触发并指示传输分量120的极化状态(比如“两者只有(1)”、“两者只有(2)”、“只有0°”、“只有90°”、“两者与0°”、与“两者与90°”)及/或强度等级(比如100％、>70％、约45％、约30％、<15％、<10％、或0％)是否可用于目标标记区111。举例来说，第一叠对程序条件(比如“两者只有(1)”)指的是极化状态(比如0°与90°)可用于目标标记区111的叠对测量，且可进一步指定叠对测量采用的第一传输分量121为绕射光束115的100％强度，并采用0％强度以用于第二传输分量123与第三传输分量125。第二叠对程序条件(比如“两者只有(2)”)指的是极化状态(比如0°与90°)可用于叠对测量，且采用的第一传输分量121为绕射光束115的约70％强度，并采用小于约15％强度以用于第二传输分量123与第三传输分量125。第三叠对程序条件(比如“只有0°”)指的是平行极化状态(比如0°)可用于叠对测量，且采用的第一传输分量121小于或等于绕射光束115的10％强度，并采用约45％强度以用于第二传输分量123与第三传输分量125。第四叠对程序条件(比如“只有90°”)指的是垂直极化状态可用于叠对测量，且采用的第一传输分量121小于或等于绕射光束115的10％强度，并采用约45％强度以用于第二传输分量123与第三传输分量125。第五叠对程序条件(比如“两者与0°”)指的是两种极化状态(比如“0°与90°”)与平行极化状态(比如0°)可用于叠对测量，且采用的每一传输分量120为绕射光束115的约30％强度。第六叠对程序条件(比如“两者与90°”)指的是两种极化状态(比如“0°与90°”)与垂直极化状态(比如90°)可用于叠对测量，且采用的每一传输分量120为绕射光束115的约30％强度。
叠对程序的膜堆叠条件可包含但不限于测量时所用的分量波长、极化状态、及强度，标记区的堆叠灵敏度，以及类似条件。叠对工具100采用分量绕射图案220推导图案测量，并计算将测量的目标标记区111中的叠对目标的对准差距。然而可调整任何其他参数，以调整叠对工具100进行的叠对测量。如此一来，依据所需标记区所用的叠对程序的膜堆叠条件，由入射光束109照射所需标记区中堆叠的叠对目标的绕射图案，可产生在自晶圆反射的绕射光束115中。如此一来，可产生准确的叠对测量。叠对工具100可由准确的叠对测量，采用叠对目标及/或图案化的遮罩中的对不准，调整个别标记区所用的叠对程序。在一些实施方式中，最佳的叠对程序可最小化不对称诱发的叠对误差及/或其他工艺诱发的叠对误差，并确保绕射光谱的强度足以检测以用于分析。
图5显示一些实施例中的叠对工具100，其具有图1A的感光系统103的影像感测器119与光处理系统117的细节图。图5亦显示图1A的叠对工具100的光源101、入射光束109、晶圆113、与绕射光束115的简化图，以简化说明。
光处理系统117可由自晶圆113的目标标记区111反射的绕射光束115产生传输分量120。在一些实施例中，光处理系统117包含分束器501、极化分束器503、与反射镜505。
分束器501将绕射光束115分成第一强度的第一传输分量121，以及第二强度的第一反射分量521，其中第一强度与第二强度的总和等于绕射光束115的强度。在一些实施例中，第一传输分量121与第一反射分量521具有平行与垂直的极化状态(如0°与90°的极化状态)以及相同强度。第一传输分量121为传输穿过分束器501并聚焦至影像感测器119上。第一反射分量521反射约90°穿过分束器501，并导向极化分束器503。举例来说，可依据最佳叠对程序调整分束器501，且最佳叠对程序依据晶圆113的目标标记区111的堆叠灵敏度。在一些实施例中，经由控制器107调整分束器501以传输第一强度的第一传输分量121，并反射第二强度的第一反射分量521，且第一强度与第二强度相同。在其他实施例中，调整分束器501以传输大约100％的第一强度的第一传输分量121，并反射约0％的第二强度的第一反射分量521。在其他实施例中，调整分束器501以传输大于约70％的第一强度的第一传输分量121，并反射小于约30％的第二强度的第一反射分量521。在其他实施例中，调整分束器501以传输小于约10％的第一强度的第一传输分量121，并反射大于约90％的第二强度的第一反射分量521。在其他实施例中，调整分束器501以传输约30％的第一强度的第一传输分量121，并反射约70％的第二强度的第一反射分量521。
极化分束器503将第一反射分量521分成相同强度但各自具有两个正交极化方向(如0°、90°、45°、-45°、与类似角度)之一的第二传输分量123与第三传输分量125。举例来说，第二传输分量123只具有平行极化状态(如0°极化状态)，而第三传输分量125只具有垂直极化状态(如90°极化状态)。然而X方向的信号(如0°极化状态)与Y方向的信号(如90°极化状态)可互换。如此一来，第二传输分量123可只具有垂直极化状态(如90°极化状态)，而第三传输分量125可只具有平行极化状态(如0°极化状态)。极化分束器503以约90°反射第二传输分量123并聚焦至影像感测器119上，并传输第三传输分量125至反射镜505上，且反射镜505以约90°反射第三传输分量125并聚焦至影像感测器119上。在实施例中，极化分束器503为单一装置。在其他实施例中，极化分束器503包括波板(未图示)或延迟板(未图示)的组合。
在一些实施例中，可依据最佳叠对程序由控制器107调整极化分束器503，以反射绕射光束115的第一％强度，并传输绕射光束115的第二％强度，且最佳叠对程序依据晶圆113的目标标记区111中的材料堆叠的堆叠灵敏度。在一些实施例中，可由控制器107调整分束器501，以反射第一反射分量521的50％强度至第二传输分量123，并反射第一反射分量521的50％强度至第三传输分量125。然而可采用任何合适的％。
在一些实施例中制作晶圆时，最佳化的叠对程序可指定“两者只有(1)”条件以进行测量，并调整分束器501以传送绕射光束115的约100％强度至第一传输分量121，并传送约0％强度至第二传输分量123与第三传输分量125。在最佳叠对程序指定“两者只有(2)”条件进行测量时，调整分束器501以传送绕射光束115的约70％强度至第一传输分量121，传送最多约15％强度至第二传输分量123，并传送最多约15％强度至第三传输分量125。在最佳叠对程序指定“只有0°”条件或“只有90°”条件进行测量时，调整分束器501以传送绕射光束115的小于约10％强度至第一传输分量121，传送约45％强度至第二传输分量123，并传送约45％强度至第三传输分量125。在最佳叠对程序指定“两者与0°”条件或“两者与90°”条件进行测量时，调整分束器501以传送绕射光束115的小于约30％强度至第一传输分量121，传送约30％强度至第二传输分量123，并传输约30％强度至第三传输分量125。
图6显示一些其他实施例中的叠对工具100，其具有图1A的感光系统103的影像感测器119与光处理系统117的细节图。图6与图5类似，差别在于图5的影像感测器119置换为第一影像感测器519以用于接收第一传输分量121与第二传输分量123，以及图5的反射镜505置换为第二影像感测器621以用于接收第三传输分量125。如此一来，复合叠对影像轮廓321与X方向的分量叠对影像轮廓323可由第一影像感测器519的图案测量所形成，而Y方向的分量叠对影像轮廓325可由第二影像感测器621的图案测量所形成。
图7显示一些其他实施例中的叠对工具100。图7与图6类似，差别在于图5的分束器501与极化分束器503结合成单一装置如分光装置717，用于接收绕射光束115并产生第一传输分量121、第二传输分量123、与第三传输分量125。在一些实施例中，分光装置717适于进行分束器501与极化分束器503的功能，以将绕射光束115分成第一传输分量121、第二传输分量123、与第三传输分量125。第一传输分量121与第二传输分量123传输至第一影像感测器519，且第三传输分量125传输至第二影像感测器621。在一些实施例中，分光装置717包括结合的分束器。
在实施例中，叠对工具100产生及绕射光束115的两种极化状态，用于单次照射目标标记区111的分析。此外，一些实施例的叠对工具100产生入射光束109如具有复合极化状态的多色光束。复合极化状态包含平行极化状态(如0°极化状态)与正交于平行极化状态的垂直极化状态(如90°极化状态)。如此一来，叠对标记将入射光束109分成不同波长，使自晶圆113反射的绕射光束115具有不同波长与复合极化状态。在一些实施例中，叠对工具100产生的绕射光束115包含两种极化状态与不同波长，以用于单次照射目标标记区111的分析。如此一来，与对目标标记区111进行只有单一极化状态的两次照射的时间相较，进行叠对测量的工艺步骤数目与时间可减少约40％或更高。此外，与对目标标记区111进行单一极化状态的两次照射的时间相较，进行叠对程序最佳化的工艺步骤数目与时间可减少约70％。减少工艺步骤与时间，即降低制造成本与芯片成本。
在一实施例中，测量方法包括自晶圆反射光束；自光束产生第一传输分量，其包括两个正交的极化状态；自光束产生第二传输分量，其包括两个正交的极化状态的第一极化状态，且第一传输分量与第二传输分量产生于单次照射晶圆而不旋转光束的极化状态；自第一传输分量与第二传输分量的至少一者收集强度信息；以及确认晶圆的多个材料层与强度信息之间的叠对误差。在一实施例中，产生第一传输分量的步骤包括将自晶圆反射的光束分束成具有第一强度的第一传输分量，与具有两个正交的极化状态的第一反射分量。在一实施例中，产生第二传输分量的步骤包括极化第一反射分量成具有第二强度的第二传输分量。在一实施例中，产生第一传输分量与第二传输分量的步骤包括依据与晶圆的叠对标记区相关的叠对程序调整第一强度与第二强度。在一实施例中，调整第一强度与第二强度的步骤还包括依据叠对程序调整第一强度至光束的100％强度，并调整第二强度至光束的0％强度。在一实施例中，调整第一强度与第二强度的步骤还包括依据叠对程序调整第一强度至光束的至少70％强度，并调整第二强度至光束的顶多15％强度。在一实施例中，在单次照射晶圆时不旋转光束的极化状态时还包括：将第一反射分量分束成第二传输分量与第二反射分量；极化第二反射分量成具有来自光束的两个正交极化状态的第二极化状态与第三强度的第三传输分量；以及依据叠对程序调整第三强度，其中收集强度信息的步骤还包括自第一传输分量、第二传输分量、与第三传输分量的至少一者收集强度信息。
在另一实施例中，测量方法包括：接收自晶圆的目标标记区中的叠对标记的堆叠反射的绕射光束，且绕射光束包括一对正交的极化状态；将绕射光束分束成第一分量与第一反射分量，且第一分量包括一对正交的极化状态的两种极化状态；极化第一反射分量以形成第二分量，第二分量包括一对正交的极化状态的第一极化状态，且第一分量与第二分量形成于单次照射晶圆而不旋转绕射光束的极化状态；测量第一分量与第二分量的至少一强度；以及由测量确认叠对标记的堆叠之间的叠对误差。在一实施例中，方法还包括依据与目标标记区相关的叠对程序调整第一分量与第二分量的至少一者的强度，且调整第一分量与第二分量的至少一者的强度的步骤还包括：将绕射光束的强度分成第一部分与第一其余部分，调整第一分量的强度至第一部分，并调整第一反射分量的强度至第一其余部分；以及将第一反射分量的强度均分成第二部分与第二其余部分，并调整第二分量的强度至第二部分。在一实施例中，将绕射光束的强度分成第一部分与第二其余部分的步骤还包括传输绕射光束的100％强度至第一部分，并传输绕射光束的0％强度至第一其余部分；以及将第一反射分量的强度均分成第二部分与第二其余部分的步骤还包括传输绕射光束的0％强度至第二部分，并传输绕射光束的0％强度至第二其余部分。在一实施例中，方法还包括：将绕射光束的至少70％强度分成第一部分，并将绕射光束的其余强度分成第一其余部分；以及将绕射光束的顶多15％强度分成第二部分，并将绕射光束的顶多15％强度分成第二其余部分。在一实施例中，方法还包括：将第一反射分量分束成第一分束分量与第二分束分量，其中极化第一反射分量的步骤还包括：极化第一分束分量以形成具有第一极化状态的第二分量；以及在单次照射晶圆而不旋转绕射光束的极化状态时，极化第二分束分量以形成第三分量，且第三分量具有一对正交的极化状态的第二极化状态；其中调整第一分量与第二分量的至少一者的强度的步骤还包括调整第三分量的强度至第二其余部分；以及其中测量至少一强度的步骤还包括测量第一分量、第二分量、与第三分量的至少一者的强度。在一实施例中，方法还包括将绕射光束的顶多10％强度分成第一部分，并将绕射光束的其余强度分成第一其余部分；以及依据叠对程序将绕射光束的至少45％强度分成第二部分，并将绕射光束的至少45％强度分成第二其余部分；以及调整第三分量的强度至第二其余部分。在一实施例中，方法还包括将绕射光束的至少30％强度分成第一部分，并将绕射光束的其余强度分成第一其余部分；以及将绕射光束的至少30％强度分成第二部分，并将绕射光束的至少30％强度分成第二其余部分；以及依据叠对程序调整第三分量的强度成第二其余部分。
在又一实施例中，测量方法包括产生入射光束，其包括平行极化状态与垂直极化状态；以入射光束照射光栅目标的堆叠；自光栅目标的堆叠反射绕射图案光束，其包括平行极化状态与垂直极化状态；在单次照射光栅目标的堆叠时将绕射图案光束分束成第一分量光束与第一反射光束，且第一分量光束包括第一强度与平行及垂直极化状态；在单次照射光栅目标的堆叠而不旋转入射光束的极化状态时，极化第一反射光束成第二分量光束，且第二分量光束包括第二强度与平行极化状态；测量第一分量光束与第二分量光束的至少一者的强度；以及依据测量确认叠对误差。在一实施例中，将绕射图案光束分束的步骤还包括依据与光栅目标的堆叠相关的叠对程序调整第一分量光束的第一强度，并将第一分量光束聚焦于影像感测器上。在一实施例中，方法还包括将第一反射光束导向极化光束分束装置；将第一反射光束极化并分束成第二分量光束与具有第三强度与垂直极化状态的第三分量光束；以及依据叠对程序调整第二分量光束与第二分量光束的强度成相同强度。在一实施例中，将第一反射光束极化并分束成第二分量光束与第三分量光束的步骤，还包括将第二分量光束聚焦于影像感测器上，并自反射镜反射第三分量光束并聚焦第三分量光束于影像感测器上。在一实施例中，将第一反射光束极化并分束成第二分量光束与第三分量光束的步骤还包括聚焦第二分量光束于影像感测器上，并聚焦第三分量光束于另一影像感测器上。在一实施例中，方法还包括调整第一分量光束的第一强度至绕射图案光束的顶多10％强度；以及调整第二分量光束与第三分量光束的强度为相同强度，且相同强度为绕射图案光束的至少45％强度。
上述实施例的特征有利于本技术领域中技术人员理解本公开。本技术领域中技术人员应理解可采用本公开作基础，设计并变化其他工艺与结构以完成上述实施例的相同目的及/或相同优点。本技术领域中技术人员亦应理解，这些等效置换并未脱离本公开精神与范围，并可在未脱离本公开的精神与范围的前提下进行改变、替换、或变动。

Claims (1)

1.一种测量方法，包括：
自一晶圆反射一光束；
自该光束产生一第一传输分量，其包括两个正交的极化状态；
自该光束产生一第二传输分量，其包括两个正交的极化状态的第一极化状态，且该第一传输分量与该第二传输分量产生于单次照射该晶圆而不旋转该光束的极化状态；
自该第一传输分量与该第二传输分量的至少一者收集一强度信息；以及
确认该晶圆的多个材料层与该强度信息之间的一叠对误差。
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