CN115628685A - 关键尺寸的测量方法、设备及关键尺寸的分级定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明主要涉及到关键尺寸的测量方法、设备及关键尺寸的分级定位方法。将载有晶圆的运动平台移动到关键尺寸的待测量点；在第一倍镜视野下将视觉匹配到一个第一对准模板；运动平台依据第一对准模板从而移动至第一相对位置，并确定一个待测的关键尺寸在第一对准程度下的精确位置。第一倍镜切换到第二倍镜，在第二倍镜视野下将视觉匹配到一个第二对准模板；运动平台依据第二对准模板从而移动至第二相对位置，并确定待测的关键尺寸在第二对准程度下的精确位置，然后对关键尺寸进行量测。

Description

关键尺寸的测量方法、设备及关键尺寸的分级定位方法

技术领域

本发明主要涉及到半导体晶圆技术领域，更确切的说，涉及到半导体集成电路技术领域的关于关键尺寸的测量方法、设备及关键尺寸的分级定位方法。

背景技术

随着半导体工艺的发展，半导体的结构及工艺变得越来越复杂，在半导体制备工艺过程中为了保证各工序的精确，半导体结构的对准量测是必要的环节。例如关键尺寸扫描电子显微镜量测是较常用的一种量测手段，再譬如替代性的光学关键尺寸不只可侦测出类似于光刻胶等图案的关键尺寸，还有图案剖面轮廓的相关尺寸。无论光学关键尺寸还是扫描电子显微镜亦或其他提供半导体晶圆尺寸信息的量测均涉及到对准。

举例说明，现有技术的一种具有对准标记的半导体结构：可假设半导体结构设置成具有位于其上表面的电介质层、位于电介质层表面上的金属层，金属层内部制备十字形的沟槽式对准标记，进一步的在十字形沟槽内布置若干柱状结构，因为若干柱状结构是沿着十字形的沟槽进行布置的所以若干柱状结构看起来也呈现为十字形的对准标记。沟槽式对准标记和柱状式对准标记分别记作槽式和立式对准标记。槽式对准标记例如为贯穿金属层的沟道并且底部位于电介质层表面，适于金属层的对准。立式对准标记例如为由多个连接通孔构成的十字形标记并适于连接通孔的对准。

关键尺寸的测量必须十分注重被测对象的位置或定位是否精准，如果被测对象的位置仅仅只是一个较大概的粗略位置，显然关键尺寸测量必然出现偏差。困扰就在于如何完成关键尺寸的精细化对准。现有技术往往是以某对准标记来实现对准，有时扫描电子显微镜图形变得模糊不清而无法实现精确的对准，从而导致无法进行量测。或者扫描电子显微镜图形被认为是清晰的但实际上并未达到最佳的清晰度。

除类似于这种对准疑虑，在量测等方面最苛刻的要求是精对准。问题是如何确保与对准标志完全重合仍存在改善空间，否则将导致后续打算改善制备工艺来优化工艺偏移量却毫无章法可依，本申请正是基于这些弊端提出了后文的实施例。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为本申请只能限制于这类特定的应用场景中。

发明内容

本申请公开了一种关键尺寸的测量方法，其中：

将载有晶圆的运动平台移动到关键尺寸的待测量点；

在第一倍镜视野下将视觉匹配到一个第一对准模板；

所述运动平台依据第一对准模板从而移动到第一相对位置，确定一个待测的关键尺寸在第一对准程度下的精确位置；

第一倍镜切换到第二倍镜，在第二倍镜视野下将视觉匹配到一个第二对准模板；

所述运动平台依据第二对准模板从而移动到第二相对位置，确定所述待测的关键尺寸在第二对准程度下的精确位置，藉此对关键尺寸进行量测。

上述的方法，运动平台移动到待测量点之前，先对晶圆进行调平操作。

上述的方法：晶圆上设有同一条线上的左右标记，用于关键尺寸量测而定义的一平台坐标系与晶圆间角度θ为：

θ＝arctan{[(Y1-Y2)+(PY1-PY2)*K1]÷[(X1-X2)+(PX1-PX2)*K1]}；

左标记平台坐标是(X1,Y1)及相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX1,PY1)；

右标记平台坐标是(X2,Y2)及相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX2,PY2)；

由θ判断晶圆相对平台坐标系的角度大小，K1为预设的视场校验系数。

上述的方法，所述第一倍镜属于低倍镜、第二倍镜属于高倍镜。

上述的方法，所述第一对准程度属于显微镜下的粗对准、第二对准程度属显微镜下的精对准；第一对准模板属粗对准模板、第二对准模板属于相对的精对准模板。

上述的方法，先利用晶圆上行列值为(R1,C1)的曝光场内的一个第一标记作为第一对准模板，其平台坐标是(X3,Y3)及相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX3,PY3)；然后再测量另一个行列值为(R2,C2)的曝光场内的一个待测的关键尺寸。

上述的方法，运动平台在移动第一相对位置后的平台坐标位置是(X4,Y4)：

X4＝(C2-C1)*W1+X3，Y4＝(R2-R1)*H1+Y3，曝光场的高和宽尺寸分别为(H1,W1)。

上述的方法，在行列值为(R2,C2)的曝光场内寻找第二标记，运动平台在移动第一相对位置后使第二标记出现在相机视野内，相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX4,PY4)；

待测的关键尺寸在第一对准程度下的平台坐标的精确位置为：

X5＝X4+(PX4-PX3)*K1，Y5＝Y4+(PY4-PY3)*K1，K1是预设的视场校验系数。

上述的方法，在第二倍镜下，行列值为(R2,C2)的曝光场内一个第三标记作为第二对准模板，其平台坐标是(X6,Y6)及相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX5,PY5)。

上述的方法，运动平台在移动第二相对位置后的平台坐标位置是(X7,Y7)：

X7＝X5+(X6-X3)，Y7＝Y5+(Y6-Y3)。

上述的方法，运动平台在移动第二相对位置后使第三标记出现在相机视野，第三标记像素坐标是(PX6,PY6)；待测关键尺寸在第二对准程度下的平台坐标的精确位置为：

X8＝X7+(PX6-PX5)*K1，Y8＝Y7+(PY6-PY5)*K1。

上述的方法，判断晶圆上所有待测量点是否均已完成测量；若是则结束测量，若否则返回对其他未完成测量的待测量点重新予以测量。

本申请涉及一种关键尺寸的测量设备，包括运动平台、配置有显微镜的相机：

还包括一个控制模块，其控制装载有晶圆的所述运动平台的移动，使晶圆上具有关键尺寸的待测量点位于显微镜视野下；

所述控制模块操控显微镜切换到第一倍镜，将相机视觉匹配到第一对准模板；

所述控制模块依据第一对准模板而控制所述运动平台移动第一相对位置，到达一个待测的关键尺寸的第一次的精确位置；

所述控制模块操控显微镜切换到第二倍镜，将相机视觉匹配到第二对准模板；

所述控制模块依据第一对准模板而控制所述运动平台移动第二相对位置，确定所述待测的关键尺寸的第二次的精确位置，藉此对关键尺寸进行量测。

上述的测量设备，晶圆上行列值为(R1,C1)的曝光场内的一个第一标记作为第一对准模板，其平台坐标是(X3,Y3)及相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX3,PY3)；

测量另一个行列值为(R2,C2)的曝光场内的一个待测的关键尺寸。

上述的测量设备，运动平台在移动第一相对位置后的平台坐标位置是(X4,Y4)：

X4＝(C2-C1)*W1+X3，Y4＝(R2-R1)*H1+Y3，曝光场的高和宽尺寸分别为(H1,W1)。

上述的测量设备，行列值为(R2,C2)的曝光场寻找第二标记，运动平台移动第一相对位置后使第二标记出现在相机视野，相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX4,PY4)；

待测的关键尺寸的平台坐标在第一次情况下的精确位置为：

X5＝X4+(PX4-PX3)*K1，Y5＝Y4+(PY4-PY3)*K1，K1是预设的视场校验系数。

上述的测量设备，第二倍镜下，行列值为(R2,C2)的曝光场内第三标记作为第二对准模板，其平台坐标是(X6,Y6)及相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX5,PY5)。

上述的测量设备，运动平台在移动第二相对位置后的平台坐标位置是(X7,Y7)：

X7＝X5+(X6-X3)，Y7＝Y5+(Y6-Y3)。

上述的测量设备，运动平台移动第二相对位置后使第三标记出现在相机视野，第三标记像素坐标是(PX6,PY6)；待测关键尺寸的平台坐标在第二次情况下的精确位置为：

X8＝X7+(PX6-PX5)*K1，Y8＝Y7+(PY6-PY5)*K1。

本申请涉及一种关键尺寸的分级定位方法，包括初级定位和二次定位；

在初级定位中：于低倍镜视野下将相机视觉匹配到晶圆上的一个粗对准模板；

装载晶圆的运动平台依据粗对准模板而移动第一相对位置，到达一个待测的关键尺寸在粗对准下的精确位置；

在二次定位中：于高倍镜视野下将相机视觉匹配到晶圆上的一个精对准模板；

所述运动平台依据精对准模板从而移动第二相对位置，确定所述待测的关键尺寸在精对准下的精确位置，藉此对完成定位的关键尺寸进行量测。

上述的方法，在初级定位之前先对晶圆进行调平操作。

上述的方法，先利用晶圆上行列值为(R1,C1)的曝光场内的一个第一标记作为粗对准模板，其平台坐标是(X3,Y3)及相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX3,PY3)；

再测量另一个行列值为(R2,C2)的曝光场内的一个待测的关键尺寸。

上述的方法，运动平台在移动第一相对位置后的平台坐标位置是(X4,Y4)：

X4＝(C2-C1)*W1+X3，Y4＝(R2-R1)*H1+Y3，曝光场的高和宽尺寸分别为(H1,W1)。

上述的方法，在行列值为(R2,C2)的曝光场内寻找第二标记，运动平台在移动第一相对位置后使第二标记出现在相机视野，相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX4,PY4)；

在初级定位中，待测的关键尺寸在粗对准程度下的平台坐标的精确位置为：

X5＝X4+(PX4-PX3)*K1，Y5＝Y4+(PY4-PY3)*K1，K1是预设的视场校验系数。

上述的方法，在高倍镜下，行列值为(R2,C2)的曝光场内一个第三标记作为第二对准模板，其平台坐标是(X6,Y6)及相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX5,PY5)。

上述的方法，运动平台在移动第二相对位置后的平台坐标位置是(X7,Y7)：

X7＝X5+(X6-X3)，Y7＝Y5+(Y6-Y3)。

上述的方法，运动平台在移动第二相对位置后使第三标记出现在相机视野内，第三标记像素坐标是(PX6,PY6)；二次定位中，待测关键尺寸在精对准程度下的平台坐标的精确位置为：X8＝X7+(PX6-PX5)*K1，Y8＝Y7+(PY6-PY5)*K1。

上述的方法，其中运动平台自第一相对位置移动一个相对位移后到达粗对准下的精确位置；运动平台自第二相对位置移动另一相对位移后到达精对准下的精确位置。

上述的方法，其中运动平台自第一相对位置移动一个横向为(PX4-PX3)*K1、以及纵向为(PY4-PY3)*K1的相对位移后到达粗对准下的精确位置。

上述的方法，运动平台自粗对准程度下的精确位置移动一个横向为(X6-X3)、以及纵向为(Y6-Y3)的相对位移后到达第二相对位置。

上述的方法，其中运动平台自第二相对位置移动一个横向为(PX6-PX5)*K1、以及纵向为(PY6-PY5)*K1的相对位移后到达精对准下的精确位置。

相较于传统方案对关键尺寸的定位靠操作员或治具等来借助显微镜去找，这大大影响了量测的效率，也影响了量测准确性，本申请能大大提高量测效率及准确性。尤其是本申请披露的包括初级定位和二次定位的两步自动定位，关键尺寸藉此撷取得到精对准的效果和由此实现精确位置的确定。所谓精确位置通常是指关键尺寸此时的位置恰好在相机的视野下而且关键尺寸此时的图像最清晰或分辨率最高，所以位置被称之为精确。

附图说明

为使上述目的和特征及优点能够更加明显易懂，下面结合附图对具体实施方式做详细的阐释，阅读以下详细说明并参照以下附图之后，本申请的特征和优势将显而易见。

图1是装载有晶圆的运动平台及配置有显微镜的相机的量测设备示意图。

图2是晶圆在量测平台上若不平则晶圆坐标与量测平台坐标系存在角度。

图3是找到晶圆上同一条线的左右标记并制作调平模板来调晶圆水平度。

图4是在低倍显微镜下找到一个曝光场的特殊标记来制作粗对准的模板。

图5是测量第一个曝光场内的关键尺寸并得到第一个粗对准的准确位置。

图6是找到关键尺寸的准确位置后切换高倍显微镜并制作为精对准模板。

图7是经粗对准后通过模板匹配得到第一个测量点的关键尺寸精确位置。

图8是实现关键尺寸的测量方法的一个可选但非必须的方法流程示意图。

图9是带有运动平台和配置有显微镜的相机及控制模块的量测设备范例。

具体实施方式

下面将结合各实施例，对本发明的方案进行清楚完整的阐述，所描述的范例仅是本申请用作叙述说明所用的实施例而非全部实施例，基于该等实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的方案都属于本申请的保护范围。

参见图1，先介绍本申请涉及到的必要知识。半导体制作领域晶圆通常指制作集成电路所用的硅片，在晶圆上制作集成电路的过程中，为了工艺制作的方便，晶圆会被区分为若干个曝光场(Shot)，通常将曝光场作为生产中的基本单位，比较典型的就是基本的曝光单位(photograph)，其在晶圆上是周期性重复排列的。每一个基本的曝光场单元中又包含有数个或者超多密集的芯片，在晶圆上的集成电路全部制作完成之后，晶圆会被切割成若干个芯片，每个芯片中都包含一个独立的能实现预定功能的集成电路，其是进行封装和测试的基本单元。这里介绍了曝光场或曝光区域/曝光单元的概念。

参见图1，关键尺寸量测设备的量测平台或称运动平台11用于承载晶圆10。显微镜和相机CA配合或组装在一起，可以拍摄细微的晶圆细节图像。显微镜具有高倍镜头和低倍镜头而且在一系列镜头LN中可以手动或自动的切换镜头的倍数。如从高倍镜头切换到中等倍数镜头或切换到低倍镜头，或者是执行相反的镜头切换操作，如从低倍镜头切换到中等倍数镜头或切换到高倍镜头。镜头的这种倍数切换关系包括同轴切换。

参见图2，关于晶圆10的调平：晶圆10放在量测平台或称运动平台11上时如果晶圆角度不适配，也就是说，晶圆10的XY坐标系与量测设备的量测平台XY坐标系之间是会存在着一个角度θ的。如此一来移动量测平台或称运动平台11时晶圆10就是倾斜着姿势来移动的。譬如一旦移动运动平台11的X轴时，相机视野下晶圆的行会改变但是期望的是视野内晶圆的行不变。另外，晶圆10角度不适配的话所测量出来的含关键尺寸在内的各种测量值自然也是不准确的。运动平台11或称致动平台。

参见图2，所以晶圆10调平在可选实施例中，在测量前是较佳要执行的步骤。譬如使晶圆10的XY坐标系与量测平台XY坐标系之间的角度θ尽可能小，让晶圆尽量与量测平台或称运动平台保持相对平行的关系、两者较佳的均处于水平位置。注意本申请提及的对晶圆进行位置调整操作包括：可以由θ判断和调整晶圆相对平台坐标系的角度大小譬如使得晶圆的X坐标系与量测平台的X坐标系重合或平行、以及使得晶圆的Y坐标系与量测平台的Y坐标系重合或平行。譬如θ趋于接近于零值。这是晶圆调平过程。

参见图3，关于晶圆10调平的可选方案过程：找到晶圆10上在同一条线上的左右标记以及然后制作调平模板，用晶圆10上的左标记作为模板，通过左右标记的stage坐标和模板匹配的像素坐标计算出晶圆10相对于量测平台的夹角。在可选实施例中这条线上的左右标记分别设为图中的10a和10b。

参见图3，左标记10a之stage平台坐标为(X1,Y1)，与此同时左标记10a之像素坐标为(PX1,PY1)。可由相机CA通过显微镜及其镜头拍摄左标记10a之像素坐标而且所谓像素坐标根据所拍摄的图像是可以抽取和识别到的。

参见图3，在像素坐标内例如左标记10a的图像位置点为10’a，左标记10a之像素坐标在图像的相应坐标位置为(PX1,PY1)。

参见图3，右标记10b之stage平台坐标为(X2,Y2)，与此同时右标记10b之像素坐标为(PX2,PY2)。可由相机CA通过显微镜及其镜头拍摄左标记10b之像素坐标而且所谓像素坐标根据所拍摄的图像是可以抽取和识别到的。

参见图3，在像素坐标内例如右标记10b的图像位置点为10’b，右标记10b之像素坐标在图像的相应坐标位置为(PX2,PY2)。注意用于关键尺寸量测而定义的一平台坐标系是预设的一个坐标系而运动平台11的坐标是运动平台11移动到的坐标位置，要注意区分平台坐标系与运动平台11的位置坐标之间的差异。譬如假设CD-MAC代表业界的关键尺寸量测设备那么平台坐标系是事先为量测设备设计的一个坐标系统，运动平台可以在这个坐标系统内按照要求而沿着横坐标X和纵坐标Y进行移动。所以在本申请中还可以用预设坐标系或系统坐标系来命名平台坐标系以避免发生用语混淆。

参见图3，θ＝arctan{[(Y1-Y2)+(PY1-PY2)*K1]÷[(X1-X2)+(PX1-PX2)*K1]}。从此角度的参数内容来看，角度θ与左标记10a之stage平台坐标为(X1,Y1)、左标记10a之像素坐标(PX1,PY1)以及与右标记10b之stage平台坐标为(X2,Y2)，右标记10b之像素坐标(PX2,PY2)密切相关。所以在晶圆上设置同一条线或者是说设置同一直线上的具有明显坐标差异的左右标记显得至关重要，较佳的左右标记应当适当的拉开距离以保障有适当的分辨率来识别角度、进而作为晶圆是否水平的判断依据。

参见图3，角度θ关系式中arctan是反正切函数。

参见图3，相机CA的视场校验系数为K1。系数K1是一个预设的值。因此θ可判断出晶圆相对平台坐标系的角度大小并藉此调节晶圆相对平台坐标系的角度。人工调节晶圆相对平台坐标的θ是可行的、但通过运动平台自动调节θ能提高效率及准确性。注意计算这个角度θ是本申请独有的，计算出θ之后，通过调节运动平台和晶圆之间的相对位置关系来改善该角度θ则可借助现有技术来完成。换而言之，在现有技术当中，已经记载有如何调节运动平台和晶圆之间的相对位置关系的类似方案。例如在晶圆所在的平面上旋转晶圆而使得该角度θ无限接近于零值，再例如带有左右标记10a、10b的这一条线调整到近乎和平台坐标系的X轴重合或平行。

参见图4，高效而精准的量测是半导体大规模生产线顺利推进的衡量尺子，量测对于监测和预防工艺中的偏差起着至关重要的作用。本申请下文即将介绍关键尺寸量测在大规模集成电路生产中的应用和相关问题作出解释。

参见图4，集成电路制造过程中，先将光刻胶涂布于晶圆表面上。然后透过一光掩模对光刻胶进行曝光。接着进行曝光后烘烤。对于正型化学倍增式光刻胶剂而言，这将引发去保护反应，使显影液较容易溶解曝光区的光刻胶，因而可在后续显影过程中将曝光区的光刻胶移除，从而产生所需的光刻胶图案。后续会接着进行显影后检测。显影后检测包含如电子显微镜或光学式量测光刻胶图案的关键尺寸，以判定其是否符合了规格。如果符合规格则进行蚀刻工艺以转移光刻胶图案到晶圆上面。除掉胶再进行蚀刻及检测。

参见图4，前述以光刻为例显示了关键尺寸(CD)的量测显得至关重要。关键尺寸在集成电路光掩模制造及光刻工艺中为评估及控制工艺的图形处理精度，特设计一种反映集成电路特征线条宽度的专用线条图形。本文旨在对关键尺寸进行高精度量测。本文涉及到的关键尺寸的用语还可以替换成关键尺寸结构或关键尺寸标记等用语。

参见图4，关于粗对准的过程：晶圆10调平后可制作粗对准的模板，在低倍显微镜下找到一个曝光场shot(比如要测量的关键尺寸在每一个曝光场shot内)内的特殊标记为粗对准模板。譬如这个曝光场S0内的特殊标记M0作为一粗对准模板。

参见图4，曝光场S0的行列值为(R1,C1)，而曝光场的高和宽尺寸为(H1,W1)。

参见图4，记录特殊标记M0及粗对准模板的stage平台坐标(X3,Y3)，粗对准模板在相机视野内的像素坐标为(PX3,PY3)，相机的视场校验系数为K1。

参见图4，在像素坐标内如特殊标记M0的图像位置点为M0’，特殊标记M0像素坐标在图像的相应坐标位置为(PX3,PY3)。量测平台坐标用stage平台坐标表示。

参见图5，关于粗对准的解释：测量第一个曝光场如S1的关键尺寸，该曝光场的行列值为(R2,C2)，此时在该位置内找到一个特殊标记例如M1。首先运动平台11或称量测平台要运动到位置为(X4,Y4)，此时特殊标记例如M1出现在相机视野内，注意它的像素坐标为(PX4,PY4)，那么第一个粗对准的准确位置为(X5,Y5)。

参见图5，此时满足X5＝X4+(PX4-PX3)*K1。

参见图5，此时满足Y5＝Y4+(PY4-PY3)*K1。

参见图5，另外存在X4＝(C2-C1)*W1+X3。

参见图5，另外存在Y4＝(R2-R1)*H1+Y3。

参见图5，stage平台在位置为(X4,Y4)的基础上再移动一个相对位移，则可到达粗对准的精确位置。例如基于(X4,Y4)的坐标位置基础，相对位移的横坐标位移分量是横坐标像素偏差乘以视场校验系数，以及相对位移的纵坐标位移分量是纵坐标像素偏差乘以视场校验系数。横坐标像素偏差乘以视场校验系数用(PX4-PX3)*K1表示，纵坐标像素偏差乘以视场校验系数用(PY4-PY3)*K1表示。到达位置为(X5,Y5)。

参见图5，运动平台11可运动到准确位置(X5,Y5)，即到达CD的粗对准位置并且此时显微镜能相对较清晰的识别和初步分辨CD结构。值得注意的是，到达CD的粗对准的准确位置并没有完成整个对准流程，后续内容会继续阐释精对准步骤。

参见图6，关于精对准的过程：要找到关键尺寸的准确位置，只靠低倍镜下的粗对准是远远不够的，低倍镜下找曝光场如S1内的特殊标记M1之后，切换高倍显微镜比如低倍镜是用5倍，高倍镜用50倍数。在50倍的视野内，找到要测量的关键尺寸，在此位置内再找到一个特殊标记例如M2，制作为精对准模板，同时记录此位置的stage坐标以及模板像素坐标。粗对准能定位到关键尺寸在低倍镜下的位置，利用该粗略位置，精对准通过高倍镜进一步的定位到关键尺寸的准确位置。

参见图6，关于精对准的解释：制作精对准模板时，此位置例如特殊标记M2的相对应的stage平台坐标为(X6,Y6)，其模板像素坐标为(PX5,PY5)。

参见图6，在像素坐标内如特殊标记M2的图像位置点为M2’，特殊标记M2像素坐标在图像的相应坐标位置为(PX5,PY5)。

参见图6，关于精对准的过程：经过了粗对准后显微镜切换到高倍镜，在高倍显微镜下找到一个曝光场如S1(比如要测量的关键尺寸在每一个曝光场shot内)内的特殊标记为精对准模板。譬如这个曝光场S1内的特殊标记M2作为一精对准模板。

参见图6，stage平台在位置为(X5,Y5)的基础上再移动一个相对位移，可部分平衡显微镜镜头切换(如低倍镜切换到高倍镜)带来的坐标误差。例如在基于(X5,Y5)的坐标位置的基础之上，相对位移的横坐标位移分量是精对准模板与粗对准模板的stage坐标在横坐标上的差值，相对位移的纵坐标位移分量是精对准模板与粗对准模板的stage坐标在纵坐标上的差值。横坐标位移分量用(X6-X3)表示，纵坐标位移分量用(Y6-Y3)表示。在这种情况下运动平台到达的位置是(X7,Y7)。

参见图7，在经过粗对准后显微镜切换到高倍镜，注意运动平台11或称量测平台要运动到(X7,Y7)位置，此时视野内出现精对准模板例如M2，通过模板匹配可得到它的像素坐标为(PX6,PY6)，第一个测量点的关键尺寸精确位置为(X8,Y8)。

参见图7，此时像素坐标内特殊标记M2的图像位置点为M2”，特殊标记M2像素坐标在图像的相应坐标位置为(PX6,PY6)。

参见图7，此时满足X8＝X7+(PX6-PX5)*K1。

参见图7，此时满足Y8＝Y7+(PY6-PY5)*K1。

参见图7，另外存在X7＝X5+(X6-X3)。

参见图7，另外存在Y7＝Y5+(Y6-Y3)。

参见图7，stage平台在位置为(X7,Y7)的基础上再移动一个相对位移，则可到达精对准的精确位置。例如基于(X7,Y7)的坐标位置基础，相对位移的横坐标位移分量是横坐标像素偏差乘以视场校验系数，以及相对位移的纵坐标位移分量是纵坐标像素偏差乘以视场校验系数。横坐标像素偏差乘以视场校验系数用(PX6-PX5)*K1表示，纵坐标像素偏差乘以视场校验系数用(PY6-PY5)*K1表示。到达位置为(X8,Y8)。

参见图7，运动平台11可运动到准确位置(X8,Y8)，即到达CD的精对准位置并且此时显微镜能够清晰的识别和完美分辨CD结构。

参见图7，可选项中，显微镜之低倍镜切换到高倍镜的镜头切换动作在本申请中会带来图像畸变的情况，尤其当角度θ存在时(近乎是必然存在，只不过角度需要尽量调节到工程上可以轻度忽略的地步)。棘手难题是，角度θ的存在再叠加上低倍镜切换到高倍镜之镜头切换动作，会成倍数放大拍摄畸变的改变程度或是图像的改变程度。弊端在于通过测得的精对准的精确位置与真实的精对准的准确位置(X8,Y8)发生了偏差，偏差难以觉察和测量。补偿X7＝X5+(X6-X3)-tan(θ*(X6-X3))，Y7＝Y5+(Y6-Y3)-tan(θ*(Y6-Y3))。例如基于精对准模块和粗对准模块的坐标差值，让运动平台11在位置(X5,Y5)的基础上分别沿着横坐标和纵坐标做一定距离的返程位移，部分抵消角度θ的存在及叠加上低倍镜切换到高倍镜之镜头切换动作所造成的精对准的准确位置所发生的偏差。另外在一个可选的实施例中使用带有补偿的X7和Y7，用于挽回角度θ叠加上第一倍镜或低倍镜切换到第二倍镜或高倍镜之镜头切换动作所造成的相机拍摄的畸变程度，以补偿精对准的准确位置或第二对准程度下的精确位置由此所产生的偏移量。相当于竭力将漂移的精对准的精确位置推向真实的精对准的准确位置即第二对准程度下的精确位置。在这个实施范例中使用了带有补偿的X7和Y7代入到X8＝X7+(PX6-PX5)*K1，Y8＝Y7+(PY6-PY5)*K1。此时带补偿的情况为X7＝X5+(X6-X3)-tan(θ*(X6-X3))，Y7＝Y5+(Y6-Y3)-tan(θ*(Y6-Y3))。

参见图7，可选项中，用于挽回角度θ叠加上第一倍镜或低倍镜切换到第二倍镜或高倍镜之镜头切换动作所造成的相机拍照拍摄造成的图像畸变，其实可以被等效于部分弥补这些因素造成的位置偏移量程度。注意以上补偿对单独的角度问题近乎无效以及对单独的物镜切换也近乎是无效的，并且反而可能造成不必要的误差，在综合考虑到角度问题的同时和兼顾性考虑物镜切换问题才会起到较为明显的正面效果。

参见图7，在常规的情况中，通常的低倍镜切换到高倍镜之切换动作近乎不会造成相机拍照图像的过大畸变。而申请中相机扑捉的对象是微米级甚至是纳米级的结构即关键尺寸结构及标记这类目标，角度θ的存在使被拍照对象有不可忽略的拉伸。当角度θ的存在再叠加上低倍镜切换到高倍镜之镜头切换动作，会使晶圆上被拍摄的某个区域在拍摄过程中被拉伸延展的尺度不一致，造成相机拍照分辨率异常。用带补偿的X7和Y7的其他用途是用于抑制角度θ叠加上第一倍镜或低倍镜切到第二倍镜或高倍镜之镜头切换动作所造成的相应分辨率如像素坐标等异常。如抑制第二对准模板分辨率的畸变程度或抑制第二对准模板对应的像素坐标(如(PX5,PY5)等像素坐标)的畸变程度。这种抑制效果同样能间接补偿精对准的准确位置即第二对准程度下的精确位置由此所产生的偏移量。这里所言的由此所产生的偏移量是指角度θ混合镜头切换动作所引发的偏移。注意这里使用带有补偿的第二相对位置X7和Y7之实施例是可选的而非必须的。角度θ混合低倍镜到高倍镜的镜头切换很大程度上会改变视野范围内的图像清晰度或者是分辨率等，如让某些局部图像变得较为清晰而周边余下其他图像的清晰度却和前述局部图像不一致。若关键尺寸的各个部分或片段出现清晰度各不相同的情形，毫无疑虑，关键尺寸的定位和测量都是在一种异常情形下所得到的，意味着晶圆和芯片的制备是在异常条件下生产的。若测量设备按照设定的流程或程序执行测量，上述异常情形是隐匿和难以被易觉察到的。试想：同一关键尺寸结构的某些局部片段的图像和余下其他片段的图像相异、或同一关键尺寸结构的各个不同片段的图像均存在差异，在微米级或纳米级工艺条件下制造的晶圆，关键尺寸将以似是而非的状况从前一道工序流向后一道工序，误差被各道工序逐步积累。

参见图8，在可选的实施例中，关键尺寸的测量方法包括步骤ST1-ST11。图示的这个流程步骤不仅大致的描述了单个带有关键尺寸的待测量点的完整量测过程，还进一步的描述了如何对晶圆上所有的待测量点进行逐一量测的过程。

参见图8，关键尺寸的测量开始后，先执行晶圆的调平步骤即ST1至ST2。注意晶圆调平可采用前文图2至图3的实施例的方案。晶圆上设有同一条线上左右标记，用于关键尺寸量测而定义的一个平台坐标系与晶圆间的角度θ表征晶圆是否处于水平位置。

参见图8，晶圆调平后，要求Stage运动平台移动到待测量点。例如运动平台移动到带有关键尺寸的待测量点位于相机的视野内。即ST3。载有晶圆的运动平台移动到关键尺寸的待测量点：目的是将待测量点置于显微镜的镜头范围和视野内、同样位于相机的视野而且配置了显微镜的相机则藉此可以大致的拍摄到待测量点的图像。但待测量点在此阶段的图像数据显然远不足以作为分析关键尺寸的核心要素或支撑内容，然而让显微镜视野和配套的相机视野较粗略的对准关键尺寸结构极其相关的待测量点却是较佳的选择。

参见图8，然后在低倍镜的视野下，将相机视觉匹配到一个粗对准模块，计算出与粗对准模块的像素偏差。即ST4。像素偏差例如横坐标的偏差包括(PX4-PX3)以及像素偏差例如纵坐标的偏差包括(PY4-PY3)。像素偏差是基于图像拍摄而实施的分析，像素偏差这种计算可以由后文记载的控制模块CTL内部的控制器或处理器来实施运算。此时相机充当了图像采集器的任务，因此相机的替代品是任意图像采集器，例如在其他的可选实施例中带有CMOS或者CCD的图像采集器视为代替性的实施范例。

参见图8，Stage运动平台移动相对位移，到达粗对准的精确位置。即ST5。在可选的实施例中例如Stage运动平台移动相对位移：像素偏差乘以市场校验系数，横坐标方面可表达为(PX4-PX3)*K1以及纵坐标方面可表达为(PY4-PY3)*K1。则第一个粗对准的准确位置为(X5,Y5)，X5＝X4+(PX4-PX3)*K1，Y5＝Y4+(PY4-PY3)*K1。

参见图8，显微镜切换到高倍镜，Stage运动平台走相对位移。即ST6。在可选的实施例中Stage运动平台走相对位移可表达为：精对准模块与粗对准模块之间的Stage坐标差值例如量测平台运动到(X7,Y7)位置，X7＝X5+(X6-X3)，Y7＝Y5+(Y6-Y3)。注意粗对准模板与Stage坐标(X3,Y3)相关，精对准模板与Stage坐标(X6,Y6)相关。

参见图8，切换到高倍镜之后，在高倍镜视野内视觉匹配到精对准模块，计算出与精对准模块的像素偏差。即ST7。像素偏差例如横坐标的偏差包括(PX6-PX5)以及像素偏差例如纵坐标的偏差包括(PY6-PY5)。

参见图8，Stage运动平台移动相对位移，到达精对准的精确位置。此时可到达关键尺寸的精确位置。即ST8。在可选的实施例中例如Stage运动平台移动相对位移：像素偏差乘以视场校验系数，横坐标方面可表达为(PX6-PX5)*K1以及相对的纵坐标方面则可表达为(PY6-PY5)*K1。则第一个精对准的准确位置为(X8,Y8)，X8＝X7+(PX6-PX5)*K1以及还有Y8＝Y7+(PY6-PY5)*K1。

参见图8，到达精对准的精确位置后就可以执行关键尺寸CD的测量。即ST9。

参见图8，ST10判断所有待测量点之关键尺寸CD是否均已完成，若是，则关键尺寸的测量可以结束即ST11；若否，再回到步骤ST3，换到测量另一个待测量点的关键尺寸并循环ST3-ST10，直至所有的待测量点之关键尺寸CD均已完成测量。

参见图9，关键尺寸的测量设备CD-MAC，至少包括运动平台11，和包括配置有显微镜的相机CA，还包括一个控制模块CTL。测量设备CD-MAC可以是当前关键尺寸的测量设备的改造或设计全新的关键尺寸的测量设备。另外鉴于半导体业界已经存在的关键尺寸的测量设备，本申请不单独对其赘述，需注意的是现有技术的关键尺寸的测量设备的全部技术特征或局部技术特征可应用到本申请测量设备CD-MAC之中。本申请在提及关键尺寸的测量设备时默认它包括了现有技术的全部技术特征或局部技术特征。

参见图9，控制模块CTL最常用的是电脑或计算机或服务器，控制模块CTL内部集成的控制芯片及配套程序可完成上文要求的控制运动平台的运动、通知显微镜自动切换不同倍数的镜头、读取相机的拍照或摄像到的图像数据、计算各个对准模块参数、与相机及显微镜共同完成关键尺寸的量测、操作运动平台和晶圆的调平等任务。ST1-ST11涉及的各项任务可均由控制模块CTL作为控制中心而实现。

参见图9，控制模块CTL的其他替代物是：现场可编程逻辑门阵列、复杂可编程逻辑器件或现场可编程模拟门阵列、或半定制的ASIC或处理器或微处理器、或数字信号处理器或集成电路或存储于存储器的软件固件程序等。

参见图9，控制模块CTL控制装载有晶圆10的运动平台11的移动，使晶圆上具有关键尺寸的待测量点位于显微镜和相机等的视野下。

参见图9，控制模块CTL操控显微镜切换到第一倍镜如低倍镜，将相机视觉匹配到第一对准模板例如粗对准模板。

参见图9，控制模块CTL依据第一对准模板而控制运动平台11移动第一相对位置并到达一个待测的关键尺寸的第一次的精确位置。运动平台11移动第一相对位置例如此时其运动到的位置为(X4,Y4)。量测平台要运动到位置为(X4,Y4)，此时特殊标记出现在相机视野内而像素坐标为(PX4,PY4)，第一个测量点粗对准的准确位置为(X5,Y5)。

参见图9，控制模块CTL操控显微镜切换到第二倍镜如高倍镜，将相机视觉匹配到第二对准模板例如精对准模板。

参见图9，控制模块CTL依据第一对准模板而控制运动平台11移动第二相对位置并确定待测的关键尺寸的第二次的精确位置，藉此可对关键尺寸进行量测。注意运动平台移动第二相对位置例如此时其运动到的位置为(X7,Y7)。量测平台运动到(X7,Y7)位置而此时视野内出现精对准模板，通过模板匹配得到它的像素坐标为(PX6,PY6)，因此第一个测量点的关键尺寸精确位置(X8,Y8)。

参见图9，本申请前文提及的用于关键尺寸量测而定义的一个平台坐标系可以是关键尺寸的测量设备CD-MAC在业界普遍使用的机台、设备平台坐标系。

参见图9，在传统的可选实施例之中，关键尺寸扫描在半导体生产中有着广泛的应用譬如CD量测顺序是按照实际相关参数中添加shot(取样点)的顺序进行量测，整个晶圆上分布着若干个取样的晶粒或称若干个取样点，实际上晶圆上的晶片颗粒或芯片的数量极为庞大所以取样点数量也可进行合理选择。量测时可严格按照第一个、第二个、第三个并依次类推的自然数顺序来规划量测路径的。由此可以看出，这些若干个取样点的排布完全可以无序并在晶圆上的分布很随机，当然也可以顺序分布。在某一些实施例中取样点打乱规律比如第一个和第二个取样点之间间隔有第六个取样点，第二个和第三个取样点之间间隔有第九个取样点，第三个和第四个取样点之间间隔有第八个取样点，如果在取样过程中依然按照顺序取样则量测路径允许有重复。按照常规，大跨度的取样点距离也即量测路径过长或者运动平台的移动距离过长，可能导致晶圆承台或平台移动不精准发生偏移而不能顺利完成自动量测，在本申请中分级定位可完全解决此类问题。

概述而言，关键点粗对准：一片晶圆上有很多曝光场(shot)，而一个曝光场内可能还有很多芯片，当前要测量的线宽，分布在各个曝光场(shot)或芯片(die)内，粗对准是要能定位到关键尺寸所在的曝光场(shot)，用低倍显微镜来找到这个曝光场。

与此同时，关键点精对准：当粗对准找到要测量的关键尺寸所在的曝光场后，就要通过精对准来精确定位到关键尺寸所在位置，本申请用高倍镜，也就是测量时用的高倍镜来找到这个关键尺寸。由于传统设备对关键尺寸的定位依靠操作员借助显微镜去找，这大大影响了量测的效率，也影响了量测的准确性，本申请大大提高量测效率及准确性。

参见图9，在可选实施例中晶圆(wafer)调平过程：找到晶圆上在同一条线上的左右标记，然后制作调平模板并用晶圆上的左标记作为模板，通过左右标记的stage坐标和模板匹配的像素坐标计算出晶圆相对于量测平台的夹角。相机视场校验系数为K1。

左标记关系：左标记stage坐标为(X1,Y1)，像素坐标为(PX1,PY1)。

右标记关系：右标记stage坐标为(X2,Y2)，像素坐标为(PX2,PY2)。

角度θ＝arctan{[(Y1-Y2)+(PY1-PY2)*K1]÷[(X1-X2)+(PX1-PX2)*K1]}。

参见图9，粗对准过程：晶圆调平后制作粗对准的模板，在低倍显微镜下找到一个曝光场shot内(比如要测量的关键尺寸在每个shot内)的特殊标记作为模板，该shot行列值为(R1,C1)，shot的高和宽尺寸为(H1,W1)，同时记录下它的stage坐标(X3,Y3)，而且模板在相机视野内的像素坐标为(PX3,PY3)。

粗对准原理：测量第一个shot的关键尺寸，该shot的行列值为(R2,C2),找到第一个特殊标记并且首先量测平台要运动到位置为(X4,Y4)，此时特殊标记出现在相机视野内以及像素坐标为(PX4,PY4)，那么第一个测量点粗对准的准确位置为(X5,Y5)。

X5＝X4+(PX4-PX3)*K1；Y5＝Y4+(PY4-PY3)*K1。

X4＝(C2-C1)*W1+X3；Y4＝(R2-R1)*H1+Y3。

参见图9，关键尺寸的测量方法包括：将载有晶圆的运动平台移动到关键尺寸的待测量点以使得待测量点落在显微镜和相机视野内；在第一倍镜(如4X、5X、6X、10X等系列的物镜)视野下将视觉匹配到一个第一对准模板如粗对准模板。

参见图9，运动平台11依据第一对准模板从而移至第一相对位置，从而确定一个待测的关键尺寸在第一对准程度下的精确位置。移动第一相对位置例如运动平台11实施相对位移而可运动到位置(X4,Y4)处，待测的关键尺寸在第一对准程度下例如粗对准程度下的精确位置例如是位置(X5,Y5)处。运动平台11自第一相对位置(X4,Y4)移动第一个相对位移后到达粗对准下的精确位置。第一个相对位移如用横坐标和纵坐标表示为横坐标移动的相对位移分量是(PX4-PX3)*K1、纵坐标移动的相对位移分量是(PY4-PY3)*K1。平台到达粗对准下的精确位置可使得关键尺寸结构等出现在显微镜和相机视野内。

参见图9，第一倍镜切换到第二倍镜，在第二倍镜(如40X、50X、60X、100X等系列的物镜)视野下将视觉匹配到一个第二对准模板如精对准模板。

参见图9，运动平台依据第二对准模板从而移至第二相对位置，确定所述待测的关键尺寸在第二对准程度下的精确位置，藉此对关键尺寸进行量测。移动第二相对位置例如运动平台11实施相对位移而可运动到位置(X7,Y7)处，待测的关键尺寸在第二对准程度下例如精对准程度下的精确位置例如是位置(X8,Y8)处。

参见图9，其中运动平台11自第二相对位置(X7,Y7)移动第二个相对位移后到达精对准下的精确位置。并且第二个相对位移如用横坐标和纵坐标表示为横坐标移动的相对位移分量是(PX6-PX5)*K1、纵坐标移动的相对位移分量是(PY6-PY5)*K1。平台到达精对准下的精确位置可使得关键尺寸结构等出现在显微镜和相机视野内。

参见图9，当第一倍镜切到第二倍镜，基于镜头切换的因素，在此时stage运动平台较佳需要移动一个相应的位移来抵消这种切换动作引起的误差。例如运动平台自粗对准下的精确位置(X5,Y5)处移动相应的位移到达(X7,Y7)处，该相应位移如用横坐标和纵坐标表示为横坐标移动相对位移分量是(X6-X3)、纵坐标移动相对位移分量是(Y6-Y3)。显微镜切换到高倍镜之后，stage运动平台走相应位移：精对准模板与粗对准模板的stage坐标的差值作为运动平台走的相应位移的位移量，从而来满足镜头切换的要求和避免精对准模板及其特殊标记的镜头切换偏移。

参见图9，精对准过程：要找到关键尺寸的准确位置，只靠低倍镜下的粗对准是远远不够的，低倍镜下找到shot内的特殊标记后，切换高倍显微镜，比如低倍镜是用数倍或其他低倍镜而高倍镜用数十倍或其他的高倍镜。在数十倍的视野内，找到要测量的关键尺寸而且在此位置内，再找到一个特殊标记，制作为精对准模板，同时记录此位置stage坐标和模板像素坐标。粗对准能定位到关键尺寸在低倍镜下的位置，利用该位置，精对准通过高倍镜定位到关键尺寸的准确位置。

精对准原理：在制作精对准模板时，此位置的stage坐标为(X6,Y6)，以及模板像素坐标为(PX5,PY5)。在经过粗对准后，显微镜切换到高倍镜，量测平台运动到(X7,Y7)位置而此时视野内出现精对准模板，通过模板匹配得到它的像素坐标为(PX6,PY6)，第一个测量点的关键尺寸精确位置(X8,Y8)。

X8＝X7+(PX6-PX5)*K1；Y8＝Y7+(PY6-PY5)*K1。

X7＝X5+(X6-X3)；Y7＝Y5+(Y6-Y3)。

综上所述，正如背景技术所言，半导体集成电路关键尺寸的测量须十分注重被测对象的位置或定位是否完美达到的精准，如果被测关键尺寸的位置仅仅只是一个较大概的粗略位置或者说仅仅只是执行单次定位，则关键尺寸的测量必然出现偏差或误差。这与关键尺寸的微米级甚至数十个纳米级乃至数个纳米级左右的极细特征天然攸关。即便是按照传统逐步放大法(Zoom in)以及用电镜一步一步找到测量的位置，现有技术存在的疑虑是每步放大到什么程度、和每步如何定位到合理的位置，以便紧接着的后一步放大能不偏移而又合理的继续放大，这是当前技术存在的问题。除此之外，现有技术中每前一步放大如何和后一步放大配合、并同时将图像的像素改变位置纳入考虑范围，暂时是没有完美的解决方案或说是有意无意的被忽略掉了，所以自然会出现扫描电子显微镜图形理论上被认为是清晰的但实际上并未达到最佳清晰度这类问题。更严重的，晶圆和定义的平台坐标系之间的角度会导致显微镜物镜切换带来的图像拉伸尺度不一致的问题，这类图像畸变无疑会导致关键尺寸的实际测量值与真实值之间相背离，而且，背离过程具有相当大的隐匿性和难以被测量系统或测量设备所觉察到。

综合而言，本申请粗对准模板及其第一相对位置等初级定位步骤、及使用的精对准模板及其第二相对位置等方案，解决了每步放大到什么程度、和每步如何定位到合理的位置的问题，以及解决了每前一步放大如何和后一步放大配合、并同时将图像的像素改变位置纳入考虑范围的问题，还解决了晶圆角度和图像畸变造成的关键尺寸的实际测量值与真实值之间相背离的问题。实现了背景技术所言的完成关键尺寸的精细化对准、避免显微镜图形变得模糊不清而无法实现精确对准；使对准工序能与对准标志完全重合。解决了显微镜物镜切换造成图像模糊、清晰度不够、分辨率变差的问题，所提供的关键尺寸的分级定位方法充分考虑了物镜切换前后的平台坐标位置关系、物镜切换前后的像素坐标位置关系以及适应性的考虑到了运动平台与平台坐标位置关系、像素坐标位置关系等难调参数所导致的位置偏差，并给予正确的补偿，从而关键尺寸得以被精准定位。解决了传统逐步放大法存在着的镜头切换后图像变模糊、位置偏移、分辨率变差等问题。

参见图8，关于关键尺寸的分级定位方法，包括初级定位和二次定位。意味着通过先后两次定位来实现关键尺寸的精准定位。定位精度是关键尺寸量测的前提，只有满足定位精度的前提条件才能够进一步得到精确的关键尺寸的测量值。

参见图8，在初级定位或首次定位中：需要在低倍镜视野下将相机视觉匹配到晶圆上的一个粗对准模板(即第一对准模板)。

参见图8，装载晶圆的运动平台依据粗对准模板而移动至第一相对位置，从而用以确定出一个待测的关键尺寸在粗对准下的精确位置。

参见图8，在二次定位或末次定位中：需要在高倍镜视野下将相机视觉匹配到晶圆上的一个精对准模板(即第二对准模板)。

参见图8，运动平台依据精对准模板从而移动至第二相对位置，以确定出待测的关键尺寸在精对准下的精确位置，以对完成定位的关键尺寸进行量测。

参见图8，其中可以先利用晶圆上行列值为(R1,C1)的曝光场内的一个第一标记作为粗对准模板，其平台坐标是(X3,Y3)及相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX3,PY3)；这之后再去测量另一个行列值为(R2,C2)的曝光场内的一个待测的关键尺寸。

参见图8，运动平台在移动至第一相对位置后的平台坐标位置是(X4,Y4)。

参见图8，对于坐标(X4,Y4)，X4＝(C2-C1)*W1+X3，Y4＝(R2-R1)*H1+Y3，曝光场的高和宽尺寸分别为(H1,W1)。

参见图8，在行列值为(R2,C2)的曝光场内寻找一个第二标记，所述的运动平台在移动至第一相对位置后使第二标记出现在相机视野内，此时还可知相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX4,PY4)；在初级定位中，待测的关键尺寸在粗对准程度下的平台坐标的精确位置为：X5＝X4+(PX4-PX3)*K1，Y5＝Y4+(PY4-PY3)*K1，K1是预设视场校验系数。

参见图8，在高倍镜下，行列值为(R2,C2)的曝光场内一个第三标记作为第二对准模板而且其平台坐标是(X6,Y6)及相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX5,PY5)。

参见图8，运动平台在移动至第二相对位置后的平台坐标位置是(X7,Y7)：关于平台坐标位置是(X7,Y7)，其中X7＝X5+(X6-X3)，Y7＝Y5+(Y6-Y3)。

参见图8，运动平台在移动至第二相对位置后使第三标记出现在相机视野内，第三标记像素坐标是(PX6,PY6)；二次定位中，其中待测关键尺寸在精对准程度下的平台坐标的精确位置为：X8＝X7+(PX6-PX5)*K1，Y8＝Y7+(PY6-PY5)*K1。

参见图8，运动平台自第一相对位置移动一个横向为(PX4-PX3)*K1、及移动一个纵向为(PY4-PY3)*K1的相对位移后到达粗对准下的精确位置。

参见图8，运动平台自粗对准程度下的精确位置移动一个横向为(X6-X3)、及运动平台移动一个纵向为(Y6-Y3)的相对位移后到达第二相对位置。

参见图8，运动平台自第二相对位置移动一个横向为(PX6-PX5)*K1、及移动一个纵向为(PY6-PY5)*K1的相对位移后到达精对准下的精确位置。

以上通过说明和附图的内容，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，上述申请内容提出了现有的较佳实施例，但这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言在阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应当看作是涵盖本发明真实意图和范围的全部变化和修正。权利要求书范围之内的任何和所有等价的范围与内容，都应认为属本发明的意图和范围内。

Claims (28)

1.一种关键尺寸的测量方法，其特征在于：

将载有晶圆的运动平台移动到关键尺寸的待测量点；

在第一倍镜视野下将视觉匹配到一个第一对准模板；

所述运动平台依据第一对准模板从而移动至第一相对位置，以确定一个待测的关键尺寸在第一对准程度下的精确位置；

第一倍镜切换到第二倍镜，在第二倍镜视野下将视觉匹配到一个第二对准模板；

所述运动平台依据第二对准模板从而移动至第二相对位置，以确定所述待测的关键尺寸在第二对准程度下的精确位置，藉此对关键尺寸进行量测。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述运动平台移动到待测量点之前，先对晶圆进行位置调平的调整操作。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

晶圆上设有同一条线上的左右标记，用于关键尺寸量测而定义的一平台坐标系与晶圆间的角度θ满足：θ＝arctan{[(Y1-Y2)+(PY1-PY2)*K1]÷[(X1-X2)+(PX1-PX2)*K1]}；

左标记平台坐标是(X1,Y1)及相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX1,PY1)；

右标记平台坐标是(X2,Y2)及相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX2,PY2)；

由θ判断和调整晶圆相对平台坐标系的角度大小，K1为预设的视场校验系数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

所述第一倍镜属于低倍镜、第二倍镜属于高倍镜；

所述第一对准程度属于显微镜下的粗对准、第二对准程度属于显微镜下的精对准；

所述第一对准模板属于粗对准模板、第二对准模板属于相对的精对准模板。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

先利用晶圆上行列值为(R1,C1)的曝光场内的一个第一标记作为第一对准模板，其平台坐标是(X3,Y3)及相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX3,PY3)；

再测量另一个行列值为(R2,C2)的曝光场内的一个待测的关键尺寸。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：

所述运动平台在移动至第一相对位置后的平台坐标位置是(X4,Y4)：

X4＝(C2-C1)*W1+X3，Y4＝(R2-R1)*H1+Y3，曝光场的高和宽尺寸分别为(H1,W1)。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：

在行列值为(R2,C2)的曝光场内寻找一个第二标记，所述运动平台在移动至第一相对位置后使第二标记出现在相机视野内，相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX4,PY4)；

待测的关键尺寸在第一对准程度下的平台坐标的精确位置为：

X5＝X4+(PX4-PX3)*K1，Y5＝Y4+(PY4-PY3)*K1，K1是预设的视场校验系数。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：

在第二倍镜下，行列值为(R2,C2)的曝光场内一个第三标记作为第二对准模板，其平台坐标是(X6,Y6)及相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX5,PY5)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：

所述运动平台在移动至第二相对位置后的平台坐标位置是(X7,Y7)：

X7＝X5+(X6-X3)，Y7＝Y5+(Y6-Y3)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：

所述运动平台在移动至第二相对位置后使第三标记出现在相机视野内，第三标记像素坐标是(PX6,PY6)；待测的关键尺寸在第二对准程度下的平台坐标的精确位置为：

X8＝X7+(PX6-PX5)*K1，Y8＝Y7+(PY6-PY5)*K1。

11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

判断晶圆上所有的待测量点是否均已完成测量；

若是则结束测量，若否则返回对其他未完成测量的待测量点重新予以测量。

12.一种关键尺寸的测量设备，包括运动平台、配置有显微镜的相机，其特征在于：

还包括一个控制模块，其控制装载有晶圆的所述运动平台的移动，使晶圆上具有关键尺寸的待测量点位于显微镜视野下；

所述控制模块操控显微镜切换到第一倍镜，将相机视觉匹配到第一对准模板；

所述控制模块依据第一对准模板而控制所述运动平台移动至第一相对位置，以确定出一个待测的关键尺寸的第一次的精确位置；

所述控制模块操控显微镜切换到第二倍镜，将相机视觉匹配到第二对准模板；

所述控制模块依据第一对准模板而控制所述运动平台移动至第二相对位置，以确定出所述待测的关键尺寸的第二次的精确位置，藉此对关键尺寸进行量测。

13.根据权利要求12所述的测量设备，其特征在于：

利用晶圆上行列值为(R1,C1)的曝光场内的一个第一标记作为第一对准模板，其平台坐标是(X3,Y3)及相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX3,PY3)；

测量另一个行列值为(R2,C2)的曝光场内的一个待测的关键尺寸。

14.根据权利要求13所述的测量设备，其特征在于：

所述运动平台在移动至第一相对位置后的平台坐标位置是(X4,Y4)：

X4＝(C2-C1)*W1+X3，Y4＝(R2-R1)*H1+Y3，曝光场的高和宽尺寸分别为(H1,W1)。

15.根据权利要求14所述的测量设备，其特征在于：

在行列值为(R2,C2)的曝光场内寻找一个第二标记，所述运动平台在移动至第一相对位置后使第二标记出现在相机视野内，相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX4,PY4)；

待测的关键尺寸的平台坐标在第一次情况下的精确位置为：

X5＝X4+(PX4-PX3)*K1，Y5＝Y4+(PY4-PY3)*K1，K1是预设的视场校验系数。

16.根据权利要求15所述的测量设备，其特征在于：

在第二倍镜下，行列值为(R2,C2)的曝光场内一个第三标记作为第二对准模板，其平台坐标是(X6,Y6)及相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX5,PY5)。

17.根据权利要求16所述的测量设备，其特征在于：

所述运动平台在移动至第二相对位置后的平台坐标位置是(X7,Y7)：

X7＝X5+(X6-X3)，Y7＝Y5+(Y6-Y3)。

18.根据权利要求17所述的测量设备，其特征在于：

所述运动平台在移动至第二相对位置后使第三标记出现在相机视野内，第三标记像素坐标是(PX6,PY6)；待测的关键尺寸的平台坐标在第二次情况下的精确位置为：

X8＝X7+(PX6-PX5)*K1，Y8＝Y7+(PY6-PY5)*K1。

19.一种关键尺寸的分级定位方法，其特征在于，包括初级定位和二次定位；

在初级定位中：在低倍镜视野下将相机视觉匹配到晶圆上的一个粗对准模板；

装载晶圆的运动平台依据粗对准模板而移动至第一相对位置，以确定出一个待测的关键尺寸在粗对准下的精确位置；

在二次定位中：在高倍镜视野下将相机视觉匹配到晶圆上的一个精对准模板；

所述运动平台依据精对准模板从而移动至第二相对位置，以确定出所述待测的关键尺寸在精对准下的精确位置，藉此对完成定位的关键尺寸进行量测。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：

先利用晶圆上行列值为(R1,C1)的曝光场内的一个第一标记作为粗对准模板，其平台坐标是(X3,Y3)及相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX3,PY3)；

再测量另一个行列值为(R2,C2)的曝光场内的一个待测的关键尺寸。

21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于：

所述运动平台在移动至第一相对位置后的平台坐标位置是(X4,Y4)：

X4＝(C2-C1)*W1+X3，Y4＝(R2-R1)*H1+Y3，曝光场的高和宽尺寸分别为(H1,W1)。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于：

在行列值为(R2,C2)的曝光场内寻找一个第二标记，所述运动平台在移动至第一相对位置后使第二标记出现在相机视野内，相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX4,PY4)；

在初级定位中，待测的关键尺寸在粗对准程度下的平台坐标的精确位置为：

X5＝X4+(PX4-PX3)*K1，Y5＝Y4+(PY4-PY3)*K1，K1是预设的视场校验系数。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于：

在高倍镜下，行列值为(R2,C2)的曝光场内一个第三标记作为第二对准模板，其平台坐标是(X6,Y6)及相机通过显微镜拍摄其像素坐标是(PX5,PY5)。

24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于：

所述运动平台在移动至第二相对位置后的平台坐标位置是(X7,Y7)：

X7＝X5+(X6-X3)，Y7＝Y5+(Y6-Y3)。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：

所述运动平台在移动至第二相对位置后使第三标记出现在相机视野内，第三标记像素坐标是(PX6,PY6)；二次定位中，待测关键尺寸在精对准程度下的平台坐标的精确位置为：

X8＝X7+(PX6-PX5)*K1，Y8＝Y7+(PY6-PY5)*K1。

26.根据权利要求22所述的方法，其特征在于：

运动平台自第一相对位置移动一个横向为(PX4-PX3)*K1、纵向为(PY4-PY3)*K1的相对位移后到达粗对准下的精确位置。

27.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：

运动平台自粗对准程度下的精确位置移动一个横向为(X6-X3)、纵向为(Y6-Y3)的相对位移后到达第二相对位置。

28.根据权利要求25所述的方法，其特征在于：

运动平台自第二相对位置移动一个横向为(PX6-PX5)*K1、纵向为(PY6-PY5)*K1的相对位移后到达精对准下的精确位置。

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