CN116666240A - 光学系统及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种光学系统及其操作方法。该光学系统包括一元件以及一叠对测量设备。该元件包括一第一图案化层、一第二图案化层以及一第一钝化膜。该第二图案化层设置在该第一图案层上，且该第一钝化膜覆盖该第一图案化层。该叠对测量设备，用以确定该第一与第二图案化层的相对位置，该叠对测量设备用以确定该第一与第二图案化层的相对位置，其包括一平台以及一成像组件。该元件置放在该平台上。该成像组件包括多个光学头以及多个叠对标记。该多个光学头经配置以记录该元件的至少一影像。该多个叠对标记分别组装到该多个光学头上。该元件的该第一与第二图案化层的该等相对位置使用从该元件所反射且穿经安装在相对应的该光学头上的该叠对标记的光来确定。

Description

光学系统及其操作方法
技术领域
本申请案主张美国第17/680,514及17/680,684号专利申请案的优先权(即优先权日为“2022年2月25日”)，其内容以全文引用的方式并入本文中。
本公开关于一种光学系统及其操作方法，其使用在多个半导体制造程序中。特别是有关于一种光学系统及其操作方法，用于测量一半导体晶圆堆叠在不同层之间或是在一相同层的不同图案之间的一对准误差。
背景技术
储存存储器元件的半导体元件通常借由应用于一样本的一系列处理步骤来进行制造。该等半导体元件的各种特征以及多个结构层级的制作技术包含这些处理步骤。举例来说，其中，微影是包含产生一图案在一半导体晶圆上的其中一个半导体制造程序。该等半导体制造程序的额外例子包括离子植入(掺杂)、沉积、蚀刻、金属化、氧化以及化学机械研磨，但并不以此为限。多个半导体元件可制造在一单个半导体晶圆上，然后借由例如切割(dicing)或锯切(sawing)的一技术而分隔成多个单独半导体元件。
该等半导体元件通常借由沉积一系列的层在一基底上所制造。该等层的一些或全部包括不同的图案化结构。在一层内以及在多层之间的多个结构的该等相对位置对于完成的多个电子元件的效能是至关重要的。叠对是指在一晶圆的同一层或不同层上的重叠或交错结构的相对位置。叠对误差是指与该等重叠或交错结构的一象征相对位置的偏差。一较大的叠对误差导致该等结构的较大的未对准(misalignment)。若是该叠对误差太大的话，则制造的该电子元件的效能可能会受到影响。
基于影像的叠对(IBO)测量是在集成电路制造中用于提取多个叠对误差值的一种非常普遍的技术。该叠对误差是使用多个专用叠对目标所测量，这些目标经过最佳化以提高叠对精确度以及解析度。然而，该等专用叠对目标甚大于该集成电路的多个产品特性。该IBO测量是基于该等专用目标而不是该等产品特性，因为目前主要基于光学的叠对测量解决方法并无法使用该等产品特性来提供足够的解析度。
上文的“先前技术”说明仅是提供背景技术，并未承认上文的“先前技术”说明揭示本公开的标的，不构成本公开的先前技术，且上文的“先前技术”的任何说明均不应作为本案的任一部分。
发明内容
本公开的一实施例提供一种叠对测量设备，用于确定一元件的二或多个连续图案化层的相对位置。该叠对测量设备包括一平台以及一成像组件，该成像组件经配置以记录置放在该平台上的该元件的多个影像。该成像组件包括多个光学头，经配置以撷取该元件的该等影像；以及多个叠对标记，分别组装在该多个光学头上。该元件的该等连续图案化层的该等相对位置使用从该元件所反射且穿经安装在相对应的该光学头上的该叠对标记的光来确定。
在一些实施例中，该叠对测量设备还包括一电脑，经配置以执行多个演算，其从借由该光学头所记录的该影像所传送的多个电信号而计算该等连续图案化层的一相对位移。
在一些实施例中，为了获得在该元件上的该等图案化层的该相对位移，该电脑分析借由该元件所反射的光的一预定强度分布与借由该元件所反射且穿经相对应的该叠对标记的一独特强度分布之间的一差距。
在一些实施例中，该电脑经配置以控制该平台的一运动，且经配置以选择该光学头而记录该影像。
在一些实施例中，该成像组件还包括一光源，经配置以产生光而照明该元件。
在一些实施例中，该成像组件还包括一光束分离器，设置在该光源与该光学头的各轴线的一交叉处，其中该光束分离器反射从该光源所产生的光，且从该元件所反射的光穿经该光束分离器与相对应的该叠对标记且入射到相对应的该光学头上。
在一些实施例中，该叠对测量设备还包括一第一透镜，设置在该光束分离器与该元件之间；以及一第二透镜，设置在该光束分离器与该光学头之间。
在一些实施例中，该叠对标记包括多个微结构，呈一同心配置进行排列。
在一些实施例中，该等微结构包括多个圆形。
在一些实施例中，该等微结构包括多个正方形。
在一些实施例中，该等微结构还包括二条线，交叉在该等正方形的一中心处并将该等正方形分割成四等分。
在一些实施例中，该等微结构包括多个菱形。
在一些实施例中，该等微结构还包括四条线，从最外面的一个菱形的各侧边的各中心朝外延伸。
在一些实施例中，该等微结构还包括多条线，以一第一间距而与最外面的一个菱形分隔开，且该第一间距大于在相互邻近的其中两个菱形之间的一第二间距。
在一些实施例中，该叠对标记是由重复的多个微结构所构成。
在一些实施例中，该叠对标记是一菱形且由多个长菱形微结构所构成。
在一些实施例中，该等微结构为矩形，并以一连续的接合配置进行排列。
在一些实施例中，该叠对标记包括长菱形或六角形微结构。
在一些实施例中，该等微结构具有一由四个Γ所组成的十字形(卍)。
在一些实施例中，该叠对标记包括相互交替交错的多个梯形微结构以及多个倒梯形微结构。
在一些实施例中，该叠对标记包括多个锯齿形微结构。
在一些实施例中，该叠对标记包括多个重叠正方形微结构，且每一个重叠正方形微结构由四个小正方形所构成。
在一些实施例中，该叠对测量设备还包括一钝化膜，覆盖该多个叠对标记。
本公开的一实施例提供一种光学系统。该光学系统包括一元件以及一叠对测量设备。该元件包括一第一图案化层、一第二图案化层以及一第一钝化膜。该第二图案化层设置在该第一图案层上，且该第一钝化膜覆盖该第一图案化层。该叠对测量设备，用以确定该第一与第二图案化层的相对位置，该叠对测量设备用以确定该第一与第二图案化层的相对位置，其包括一平台以及一成像组件。该元件置放在该平台上。该成像组件包括多个光学头以及多个叠对标记。该多个光学头经配置以记录该元件的至少一影像。该多个叠对标记分别组装到该多个光学头上。该元件的该第一与第二图案化层的该等相对位置使用从该元件所反射且穿经安装在相对应的该光学头上的该叠对标记的光来确定。
在一些实施例中，该元件还包括一第二钝化膜，覆盖该第二图案化层。
在一些实施例中，该元件还包括至少一半导体层，设置在该第一钝化膜与该第二图案化层之间，且该第二图案化层经配置以在蚀刻期间图案化该半导体层。
在一些实施例中，该叠对测量设备还包括一电脑，经配置以执行多个演算，其从借由该光学头所记录的该影像所传送的多个电信号而计算该第一与第二图案化层的一相对位移。
在一些实施例中，该叠对标记包括多个微结构，呈一同心配置进行排列。
在一些实施例中，该叠对标记由重复的多个微结构所构成。
本公开的一实施例提供一种叠对测量设备的操作方法。该方法包括提供多个光学头；将多个叠对标记分别组装到该多个光学头上；将待测量的一元件置放到一平台上；将其中一个光学头与该元件对准；以及记录该元件的至少一影像。
在一些实施例中，该操作方法还包括依据该至少一影像计算在该元件上的多个图案的一相对位移。
在一些实施例中，借由电性耦接到该成像组件的一电脑而执行该计算。
在一些实施例中，该电脑电性耦接到该平台以控制该平台的一运动。
在一些实施例中，该操作方法还包括提供一光源以照明该元件。
在一些实施例中，该操作方法还包括提供一光束分离器并将该光束分离器定位在该光轴与该光学头的各轴线的一交叉处，以记录该元件的该影像。
在一些实施例中，该叠对标记包括一周期性结构。
借由上述叠对测量装置的配置，该叠对标记的该测试图案安装在该光学头上，并且在该测量期间是可以替换的；因此，所记录的影像可具有一较佳的解析度，也因此改善测量的准确性。
上文已相当广泛地概述本公开的技术特征及优点，使下文的本公开详细描述得以获得较佳了解。构成本公开的权利要求标的的其它技术特征及优点将描述于下文。本公开所属技术领域中具有通常知识者应了解，可相当容易地利用下文揭示的概念与特定实施例可作为修改或设计其它结构或制程而实现与本公开相同的目的。本公开所属技术领域中具有通常知识者亦应了解，这类等效建构无法脱离后附的权利要求所界定的本公开的精神和范围。
附图说明
借由参考详细描述以及权利要求而可以获得对本公开更完整的理解。本公开还应理解为与图式的元件编号相关联，而图式的元件编号在整个描述中代表类似的元件。
图1是结构示意图，例示本公开一些实施例的光学系统。
图2是剖视示意图，例示本公开一些实施例的元件。
图3到图18是示意图，例示本公开一些实施例用于确定半导体晶圆的其中两层的对准的多个叠对标记。
图19是结构示意图，例示本公开一些实施例的光学系统。
图20是剖视示意图，例示本公开一些实施例的元件。
图21是结构示意图，例示本公开一些实施例的光学系统。
图22是流程示意图，例示本公开一些实施例的叠对测量设备的操作方法。
其中，附图标记说明如下：
10：光学系统
20：叠对测量设备
30：元件
100：电脑
102：显示器
110：平台
120：成像组件
122：光学头
124：叠对标记
130：光源
132：光束分离器
134：第一透镜
136：第二透镜
305b：半导体层
310：第一图案化层
320：第二图案化层
330：第一钝化膜
340：第二钝化膜
350a：半导体层
400：操作方法
A1：光轴
A2：光轴
P1：第一间距
P2：第二间距
S402：步骤
S404：步骤
S406：步骤
S408：步骤
S410：步骤
S412：步骤
S414：步骤
α：夹角
β：夹角
δ：夹角
具体实施方式
现在使用特定语言描述附图中所示的本公开的实施例或例子。应当理解，本公开的范围无意由此受到限制。所描述的实施例的任何修改或改良，以及本文件中描述的原理的任何进一步应用，所属技术领域中具有通常知识者都认为是通常会发生的。元件编号可以在整个实施例中重复，但这并不一定意味着一个实施例的特征适用于另一实施例，即使它们共享相同的元件编号。
应当理解，虽然用语“第一(first)”、“第二(second)”、“第三(third)”等可用于本文中以描述不同的元件、部件、区域、层及/或部分，但是这些元件、部件、区域、层及/或部分不应受这些用语所限制。这些用语仅用于从另一元件、部件、区域、层或部分中区分一个元件、部件、区域、层或部分。因此，以下所讨论的“第一装置(first element)”、“部件(component)”、“区域(region)”、“层(layer)”或“部分(section)”可以被称为第二装置、部件、区域、层或部分，而不背离本文所教示。
本文中使用的术语仅是为了实现描述特定实施例的目的，而非意欲限制本发明。如本文中所使用，单数形式“一(a)”、“一(an)”，及“该(the)”意欲亦包括复数形式，除非上下文中另作明确指示。将进一步理解，当术语“包括(comprises)”及/或“包括(comprising)”用于本说明书中时，该等术语规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件，及/或组件的存在，但不排除存在或增添一或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件，及/或上述各者的群组。
图1是结构示意图，例示本公开一些实施例的光学系统10。请参考图1，光学系统10包括一叠对测量设备20以及一元件30。叠对测量设备20用于提供不同层之间或是元件30的相同一层上的不同图案之间的叠对的信息。在一些实施例中，叠对测量设备20是使用在多个半导体制造程序中，且用于确定元件30的一第一图案化层310(如图2所示)与设置在第一图案化层310上方或下方的一第二图案化层320是如何精确地对准的。替代地，叠对测量设备20可用于确定在元件30上的一第一图案与设置在相同层上的元件30上的一第二图案是如何精确地对准的。元件30可包括不同元件，例如半导体元件、双极性接面晶体管、电阻器、电容器、二极管、熔丝等等，但进行简化以更好理解本公开的概念。
请参考图1及图2，经配置以确定元件30的第一图案化层310与第二图案化层320之间的一相对移动的叠对测量设备20，主要包括一平台110以及一成像组件120，平台110能够水平运动与垂直运动，成像组件120用于记录设置在平台110上的元件30的多个影像。在一些实施例中，平台110在直角坐标(Cartesian coordinate)或是极坐标(polarcoordinate)任一个是可移动的。
成像组件120包括多个光学头122以及多个叠对标记124，多个光学头122用于撷取集成电路的元件30的多个影像，多个叠对标记124组装到该等光学头122上。安装在该等光学头122上的该等叠对标记124具有多个测试图案。尤其是，用于监测第一图案化层310与第二图案化层320之间的叠对偏差的该等叠对标记124是光学可穿透的，并允许光穿经而没有明显的光散射。
在元件30的右上方的光学头122可接收从元件30反射且穿经相对应的叠对标记124的光，并可将具有一独特强度分布的光转换成相对应的多个电信号，该等电信号发送到一电脑100并可被电脑100所使用。。在一些实施例中，电脑100包括一标准化操作系统，能够执行通用应用软件(general-purpose application software)，而该通用应用软件用于辅助制程效能数据的分析，且用于经由其多个通讯端而与平台110以及光学头122进行通讯。电脑100可监测成像组件120的状态，然后依据多个监测结果提供指令给成像组件120。
在接收该等电信号之后，电脑100执行多个分析演算，其依据所撷取的影像而计算第一图案化层310与第二图案化层320之间的一相对位移。与借由光学头122所测量的多个状况相关联的信息是传送到电脑100，而电脑100执行即时(real-time)及/或测量后(post-measurement)分析，以预测元件30的一品质。
通常，借由元件30所反射的光具有一预定强度分布，且借由元件所反射以及穿经叠对标记124的该等测试图案的光具有该独特强度分布；电烤100可分析该预定强度分布与该独特强度分布之间的差距，以获得元件30的第一图案化层310与第二图案化层320的该相对位移。在一些实施例中，该预定强度分布可从一参数化数学模型而进行估算或模拟。替代地，若是该等叠对标记124是可拆卸的话，则未组装叠对标记124的光学头122可接收直接从元件30所反射的光，并可将具有该预定强度分布的光转换成多个相对应的电信号。该等电信号发送到电脑100，并可被电脑100所使用。
举例来说，电脑100是一工作站、一个人电脑或是一中央处理单元。在一些实施例中，电脑100不仅电性耦接到光学头122，还电性连接到平台110，以控制固定元件30的平台110的运动。在一些实施例中，电脑100可经配置以追踪与平台110及该等光学头122的记录影像以及操作有关的数据，并将该数据存储在一电脑可读取媒体中。举例来说，使用在本公开中的该电脑可读取媒体的一些常见形式可包括软盘、磁片(flexible disk)、硬盘、磁带(magnetic tape)、任何其他的磁性媒体、紧密光碟只读存储器(compact disc read-onlymemory，CD-ROM)、任何其光学媒体、打孔卡片(punch card)、纸带、任何其他具有孔图案的实体媒体、随机存取存储器(random access memory，RAM)、可编程只读存储器(programmable read-only memory，PROM)、可抹除可编程只读存储器(erasableprogrammable read-only memory，EPROM)、快闪-可抹除可编程只读存储器(flash-EPROM)、任何其他存储器芯片或存储器匣、载波(carrier wave)或是合于一电脑读取的任何其他媒体。
该等叠对标记124的该等测试图案可包括一周期性结构。该等测试图案可由多个微结构所构成，其可增加可用于测量多个叠对误差的信息的一数量，且其可进行广泛修改以减少某些制程对该叠加测量的影响。在一些实施例中，该等微结构的尺寸与间距与实际的多个集成电路的结构大致相同。借由形成用尺寸更接近实际电路尺寸的该等微结构的每一个周期性结构，可获得在此电路中的任何对准误差的一更准确地测量。该等叠对标记124可具有呈一同心配置的排列的多个微结构，如图3到图9所示。在一些替代的实施例中，该等叠对标记124可由重复的多个微结构所构成，如图10到图18所示。
请参考图3到图5，在叠对标记124上的该等微结构为多个同心圆形、多个同心正方形或是多个同心菱形。在图6及图7中的叠对标记124包括多个同心正方形以及两条线，而该两条线交叉在该等同心正方形的一中间处并将该等同心正方形分隔成四等分；在图6中的该等条线跨经该等正方形的各侧边，同时在图7中的该等条线是多个对角线。
参考图8到图9，叠对标记124的该等微结构包括多个同心菱形以及多条线。详而言之，在图8中的该等微结构还包括四条线，从最外面的该等菱形的各侧边的各中心朝外延伸。在图9中，该等微结构还包括以一第一间距P1与该等最外面的该等菱形分隔开的多条线，而第一间距P1大于在该等同心菱形之间的一第二间距P2；该等条线平行于该等同心菱形的各侧边。
请参考图10，叠对标记124是一菱形并由多个长菱形微结构所构成。如图11所示的叠对标记124包括呈一连续接合配置的排列的多个矩形微结构。请参考图12及图13，该等叠对标记124分别由重复的多个长菱形与六角形微结构所构成。
在图14中，叠对标记124包括相互交错的多个梯形以及倒梯形微结构。在图15中，叠对标记124包括相互分隔开的多个圆形微结构。在图16中，叠对标记124包括多个锯齿状微结构。在图17中，叠对标记124包括由四个Γ所组成的十字形(卍或是卐)的多个微结构。在一些实施例中，由四个Γ所组成的十字形是在一右手方向。在图18中，叠对标记124包括多个重叠正方形微结构，其由四个小正方形所构成。本公开的该等叠对标记124并不以上述的该等实施例为限，并可具有其他不同的实施例。
请再参考图2，元件30还可包括一第一钝化膜330，设置在第一图案化层310与第二图案化层320之间。覆盖第一图案化层310的第一钝化膜330可对第一图案化层310提供结构强度，其可能需要适应压缩力(compression forces)(例如来自沉积及/或镀覆制程)及/或剪切力(shear force)(例如来自化学机械研磨制程)。第一钝化膜330是一共形层，其具有一大致平坦的厚度。在第二图案化层320的沉积之前，第一钝化膜330可使用一镀覆制程或是例如一化学气相沉积(CVD)制程或是一物理气相沉积(PVD)制程的多个沉积制程而形成在第一图案层310上。在一些实施例中，举例来说，第一钝化膜330是一类钻石碳(DLC)膜或是一纳米复合膜。
在一些实施例中，元件30还可包括一或多个半导体层350a与350b，设置在第一钝化膜330与第二图案化层320之间，其中在半导体层350a与350b沉积之前，形成第一钝化膜330以覆盖第一图案化层310。半导体层350a与350b是光学可穿透的，因此允许借由第一图案化层310所描述的光经由半导体层350a与350b而传送，并入射到光学头122上。
以适合的机制设计该等光学头122以有效地撷取从元件30所反射的光。在一些实施例中，现场技术人员(on-site technician)可借由机械地旋转光学头122而对该等叠对标记124进行充电以测量元件30。替代地，电脑100可控制该等光学头122的旋转，因此叠对标记124的该等测试图案用以测量叠对误差。举例来说，该等光学头122可为电荷耦合元件(CCDs)或是互补式金属氧化物半导体(CMOS)感测器。在该测量之后，若是由光学头122提供的所记录的该等影像无法符合预期的话，则现场技术人员可对该等叠对标记124进行充电，然后执行其他测量。
例如遮蔽以及光波长的一些制程条件亦可影像信号品质。因此，成像组件120还包括一光源130，适合于发射光以照明元件30。光源130提供入射在元件30上的光以最佳化影像解析度并最小化光学像差(optical aberrations)。光源130可经配置以提供一均匀强度的照明。光源130可提供所选择的波长的光，包括非同调或同调波长。用于照明元件30的光可借由电磁辐射所产生，例如激光、发光二极管(LED)或是宽带辐射。替代地，光可借由灯泡所产生。在一些实施例中，光源130可为一可调光源，其可操作于产生具有不同波长的光束以达到多波长叠对测量。此外，光源130可产生可见光或不可见光，包括红外光、近红外(NIR)光或是远红外(FIR)光。
叠对测量设备20还可包括一显示器102，用以与叠对测量设备20的效能与操作相关的数据显示给现场技术人员。显示器102还经配置以接受来自现场技术人员所输入的数据。换言之，显示器102设置有直接到电脑100的一通讯链结(communications link)，以借由现场技术人员提供叠对测量设备20的多个即时控制功能，特别是在需要现场技术人员干预的情况下。
叠对测量设备20还可包括电脑100、平台110、该等光学头124、光源130以及其他周边元件之间的操作界面通讯链结，并使操作界面能够监控电脑100、平台110、该等光学头124以及光源130的多个诊断功能的操作的一程序序列；触发关于该等光学头124以及光源130的状况的声音及/或光警报；接收来自该等光学头124的效能数据；以及接收来自包括显示器102与一键盘的一或多个输入装置的输入数据。显示器102亦经配置以显示叠对测量设备20的一测量结果，以提供可视化的测量结果给现场技术人员。
在图1中，借由光源130所产生的光沿着一水平方向直线行进，且并未照明元件30；因此，使用能够定向光的一光束分离器132以将光导向元件30。光束分离器132可定位在光源130的一光轴A1与记录元件30的影像的其中一个光学头122的一光轴A2的一交叉处。借由使用光束分离器132，从光源130所输出的光借由光束分离器132所反射，且其传送路径导向元件30；从元件30所反射的光可穿经光束分离器132，并传送到记录元件30的影像的其中一个光学头122。在图1中，光束分离器132是一立方体配置；然而，光束分离器132可具有一板体(plate)或薄膜(pellicle)配置。
成像组件120亦可包括一第一透镜134以及一第二透镜136；第一透镜134设置在光束分离器132与元件30之间，而第二透镜136设置在光束分离器132与该等光学头122之间。借由光束分离器132所反射的光借由第一透镜134而聚焦在元件30，同时穿经光束分离器132的光借由第二透镜136而聚焦在光学头122上。
图19是结构示意图，例示本公开一些实施例的光学系统10。请参考图19，光学系统10包括一叠对测量设备20以及一元件30。叠对测量设备20是使用在多个半导体制造程序中，且用于确定元件30的一叠对误差。叠对测量设备20包括一电脑100、一平台110以及一成像组件120；电脑100与平台110以及成像组件120是相关联的，且经配置以确定该叠对误差是否存在。
图20是剖视示意图，例示本公开一些实施例的元件30。请参考图20，元件30包括一第一图案化层310、一第二图案化层320、一第一钝化膜330以及一第二钝化膜340，第二图案化层320设置在第一图案化层310上，第一钝化膜330设置在第一图案化层310与第二图案化层320之间，第二钝化膜340覆盖第二图案化层320。第一钝化膜330与第二钝化膜340可分别对第一图案化层310与第二图案化层320提供结构支撑。在一些实施例中，第一钝化膜330与第二钝化膜340是DLC膜或是纳米复合膜。
第二图案化层320可包括光阻材料，并使用一微影制程所形成。第二图案化层320可为一图案，其用于在蚀刻期间保护半导体层350b的一些部分。通常，在一曝光制程之后，检查该等叠对误差。一般而言，借由移除与重新沉积该光阻层以重工并重新曝光具有对于特定制造步骤的不可接受的叠对误差的元件30。在一些实施例中，电脑100可执行数据分析并计算该叠对误差，然后为了消除或减少该叠对误差，则经由网络而提供不同指令给现场技术人员，例如调整层形成条件的指令，或是调整微影条件的指令。在一些实施例中，电脑100可发送多个指令到平台100以调整元件30而倾斜、转动、移动，进而减少该叠对误差。
成像组件120是用于撷取元件30的多个影像。元件30包括置放在平台110上的待测量的第一图案化层310与第二图案化层320，平台110通常在电脑100的控制下由马达所驱动。电脑100亦执行依据从成像组件120所接收的数据执行实际计算。在一些实施例中，电脑100包括一标准化操作系统，能够执行通用应用软件(general-purpose applicationsoftware)，而该通用应用软件用于辅助制程效能数据的分析，且用于经由其多个通讯端而与平台110以及光学头122进行通讯。
成像组件120包括多个光学头122以及多个叠对标记124；该等光学头用于撷取元件30的多个影像，且该等叠对标记124组装到该等光学头122上。每一个叠对标记124安装到该等光学头124上、是光学可穿透的，且包括一测试图案。该等叠对标记124可用于测量元件30的第一图案化层310相对于其第二图案化层320的对准。此外，叠对标记124可用于测量元件30的一第一图案相对于其一第二图案的对准，其中该第一图案与该第二图案是形成在相同半导体层上的连续图案。
光学头122可接收指向到元件30、从元件30所反射以及穿经相对应的叠对标记124的该测试图案的光。然后，光学头122将具有预定强度分布的所接收的光转换成相对应的多个电信号，并传送将该等电信号到电脑100。电脑100可执行多个分析演算，其依据所撷取的影像计算在元件30上的多个图案的一相对位移。电脑100可为一台式电脑、笔记本电脑(laptop computer)或是平板电脑(tablet computer)。此外，电脑100与该等光学头122可使用有线链结、无线链结、其组合或任何其他已知的或以后开发的元件而进行交互作用，该等以后开发的元件能够向所连接的电脑100与该等光学头122提供数据及/或从电脑100与该等光学头122传送数据。
举例来说，用作多个链结的传输媒体可为用于该等电信号的任何适合的载体，包括同轴电缆、铜线和光纤，并且可以采用声波或光波的形式，例如在无线电波以及红外数据通讯期间所产生的那些。电脑100可在一网络上直接与该等光学头122进行通讯；举例来说，一Wi-Fi网络或是例如蓝牙的其他区域无线网络。替代地，电脑100亦可在例如网际网络(Internet)的一网络上间接地与该等光学头122进行通讯。在一些实施例中，电脑100可包括一电脑平台，可操作于执行多个应用程序，其可与该等光学头122进行交互作用。
光源130适于产生光以在执行测量期间照明元件30。在图19中，借由光源130所产生的光直接朝向元件30进行辐射，借由元件30所反射的光传送到在元件30右上方的光学头122。意即，在一入射光与反射光之间的一夹角α是一锐角。在一些实施例中，光源130的照度(luminance)可借由电脑100进行控制。
图21是结构示意图，例示本公开一些实施例的光学系统10。请参考图21，光学系统10包括一叠对测量设备20以及一元件30。叠对测量设备20适于确定一叠对误差是否存在元件30中。叠对测量设备20包括一电脑100、一平台110以及一成像组件120。平台110与成像组件120可借由电脑100进行控制。
固定元件30且能够水平运动与垂直运动的平台110通常在电脑100的控制下由马达所驱动。提供于与电脑100执行实际测量的成像组件120可记录元件30的多个影像并产生影像信息给电脑100。电脑100可依据该影像信息而确定该叠对误差是否存在。电脑100可包括一标准化操作系统，能够执行通用应用软件(general-purpose applicationsoftware)，而该通用应用软件用于辅助制程效能数据的分析，且用于经由其多个通讯端而与平台110以及光学头122进行通讯。
成像组件120包括多个光学头122、多个叠对标记124以及一光源130，该等光学头122用于记录元件30的一或多个影像，该等叠对标记124安装在该等光学头122上，光源130则适于照明元件30。安装在该等光学头122上的该等叠对标记124是光学可穿透的，且包括多个测试图案。在一些实施例中，电脑100可仅使用一个测试图案而确定该叠对误差是否存在。替代地，电脑100可使用不同测试图案所记录的多个影像而确定该叠对误差是否存在。
光学头122可接收投影到元件的光，其是借由元件30所反射并穿经相对应的叠对标记124。光学头122还可将具有预定强度分布的光转换成相对应的多个电信号，而电脑100可使用该等电信号确定该叠对误差是否存在。在一些实施例中，电脑100依据所撷取的影像执行多个分析演算，其计算在元件30上的多个图案的一相对位移。
光学头122与光源130设置在元件30的相对两侧上。在一些实施例中，从光源130所发射的光与传送到元件30的光的一夹角β等于从元件30所发射的光与入射到其中一个光学头122上的光的一夹角δ。
图22是流程示意图，例示本公开一些实施例的叠对测量设备的操作方法400。请参考图1到图22，叠对测试设备的操作方法可在步骤S402开始，其为提供一成像组件120。成像组件120包括多个光学头122以及多个叠对标记124，该等光学头122适于记录一元件30的一或多个影像，该等叠对标记124安装在该等光学头122上。
然后，该方法进行一步骤S404，其为待测量的元件30置放在一平台110上。元件30包括二或多个连续图案化层。在前段(FEOL)制程或是后段(BEOL)制程期间，可形成元件30的该等图案化层。在设置元件30之后，适于撷取一或多个影像的其中一个光学头122对准元件30(步骤S406)。光学头122与元件30可依据借由一电脑100所提供的多个指令进行对准，电脑100进行程式化以控制平台110与该等光学头122的操作。在对准期间，电脑100可驱动平台110以对准其中一个光学头122。替代地，电脑100可驱动用于记录该影像的该等光学头122，以对准平台110。
在光学头122与元件30对准之后，光学头122可开始记录元件30的影像(步骤S412)。光学头122可将所记录的影像转换成相对应的多个电信号，并将该等电信号传送到电脑100。电脑100可确定一叠对误差是否存在，并可依据该等电信号而确定形成在元件30的该等层上的多个图案的一相对位移(步骤S414)。
电脑100与该等光学头122可使用有线链结、无线链结、其组合或任何其他已知的或以后开发的元件而进行交互作用，该等以后开发的元件能够向所连接的电脑100与该等光学头122提供数据及/或从电脑100与该等光学头122传送数据。举例来说，用作多个链结的传输媒体可为用于该等电信号的任何适合的载体，包括同轴电缆、铜线和光纤，并且可以采用声波或光波的形式，例如在无线电波以及红外数据通讯期间所产生的那些。电脑100可在一网络上直接与该等光学头122进行通讯；举例来说，一Wi-Fi网络或是例如蓝牙的其他区域无线网络。替代地，电脑100亦可在例如网际网络(Internet)的一网络上间接地与该等光学头122进行通讯。在一些实施例中，电脑100可包括一电脑平台，可操作于执行多个应用程式，其可与该等光学头122进行交互作用。
影响影像品质的材料特性因素包括反射率、折射率、表面粗糙度以及厚度。例如遮蔽以及光波长的制程条件亦可影响信号品质。因此，若是该测量是在背景光线不足的环境中进行的话，则可以可选择地提供一光源130以在对元件30进行记录之前照明元件30(步骤S408)。入射光角度可能影响影像品质；因此，可以可选择地提供包括一光束分离器132的其他元件以修改借由光源130所产生的、借由元件30所反射的以及传送到光学头122的光的一光学路径(步骤S410)。在一些实施例中，光束分离器132定位在光源130的一光轴A1与记录元件30的影像的光学头122的一光轴A2的一交叉处。在一些实施例中，借由光源130所产生的光直接辐射朝向元件30。在一些实施例中，在该照明路径中可提供一光圈(aperturestop)或是空间光调变器(spatial light modulator)(图未示)，以控制在元件30上的光的入射角度的一范围。
总的，借由叠对测量设备20的配置，叠对标记124的测试图案安装在光学头122上并且在测量期间是可替换的；因此，所记录的影像可具有一较佳的解析度，也因此改善测量的准确性。
本公开的一实施例提供一种叠对测量设备，用于确定一元件的二或多个连续图案化层的相对位置。该叠对测量设备包括一平台以及一成像组件，该成像组件经配置以记录置放在该平台上的该元件的多个影像。该成像组件包括多个光学头，经配置以撷取该元件的该等影像；以及多个叠对标记，分别组装在该多个光学头上。该元件的该等连续图案化层的该等相对位置使用从该元件所反射且穿经安装在相对应的该光学头上的该叠对标记的光来确定。
本公开的一实施例提供一种光学系统。该光学系统包括一元件以及一叠对测量设备。该元件包括一第一图案化层、一第二图案化层以及一第一钝化膜。该第二图案化层设置在该第一图案层上，且该第一钝化膜覆盖该第一图案化层。该叠对测量设备，用以确定该第一与第二图案化层的相对位置，该叠对测量设备用以确定该第一与第二图案化层的相对位置，其包括一平台以及一成像组件。该元件置放在该平台上。该成像组件包括多个光学头以及多个叠对标记。该多个光学头经配置以记录该元件的至少一影像。该多个叠对标记分别组装到该多个光学头上。该元件的该第一与第二图案化层的该等相对位置使用从该元件所反射且穿经安装在相对应的该光学头上的该叠对标记的光来确定。
本公开的一实施例提供一种叠对测量设备的操作方法。该方法包括提供多个光学头；将多个叠对标记分别组装到该多个光学头上；将待测量的一元件置放到一平台上；将其中一个光学头与该元件对准；以及记录该元件的至少一影像。
虽然已详述本公开及其优点，然而应理解可进行各种变化、取代与替代而不脱离权利要求所定义的本公开的精神与范围。例如，可用不同的方法实施上述的许多制程，并且以其他制程或其组合替代上述的许多制程。
再者，本申请案的范围并不受限于说明书中所述的制程、机械、制造、物质组成物、手段、方法与步骤的特定实施例。该技艺的技术人士可自本公开的揭示内容理解可根据本公开而使用与本文所述的对应实施例具有相同功能或是达到实质上相同结果的现存或是未来发展的制程、机械、制造、物质组成物、手段、方法、或步骤。据此，此等制程、机械、制造、物质组成物、手段、方法、或步骤是包含于本申请案的权利要求内。

Claims (13)

1.一种叠对测量设备的操作方法，包括：
提供多个光学头；
将多个叠对标记分别组装到该多个光学头上；
将待测量的一元件置放到一平台上；
将其中一个光学头与该元件对准；以及
记录该元件的至少一影像。
2.如权利要求1所述的操作方法，还包括依据该至少一影像计算在该元件上的多个图案的一相对位移。
3.如权利要求2所述的操作方法，其中借由电性耦接到一成像组件的一电脑而执行该计算。
4.如权利要求3所述的操作方法，其中该电脑电性耦接到该平台以控制该平台的一运动。
5.如权利要求1所述的操作方法，还包括提供一光源以照明该元件。
6.如权利要求5所述的操作方法，还包括提供一光束分离器并将该光束分离器定位在光轴与该光学头的各轴线的一交叉处，以记录该元件的该影像。
7.如权利要求2所述的操作方法，其中该叠对标记包括一周期性结构。
8.一种光学系统，包括：
一元件，包括：
一第一图案化层；
一第二图案化层，设置在该第一图案层上；以及
一第一钝化膜，覆盖该第一图案化层；以及
一叠对测量设备，用以确定该第一图案化层与该第二图案化层的相对位置，该叠对测量设备包括：
一平台，置放该元件；
一成像组件，包括：
多个光学头，经配置以记录该元件的至少一影像；以及
多个叠对标记，分别组装到该多个光学头上，其中该元件的该第一图案化层与该第二图案化层的所述相对位置使用从该元件所反射且穿经安装在相对应的该光学头上的该叠对标记的光来确定。
9.如权利要求8所述的光学系统，其中该元件还包括一第二钝化膜，覆盖该第二图案化层。
10.如权利要求9所述的光学系统，其中该元件还包括至少一半导体层，设置在该第一钝化膜与该第二图案化层之间，且该第二图案化层经配置以在蚀刻期间图案化该半导体层。
11.如权利要求9所述的光学系统，其中该叠对测量设备还包括一电脑，经配置以执行多个演算，其从借由该光学头所记录的该影像所传送的多个电信号而计算该第一图案化层与该第二图案化层的一相对位移。
12.如权利要求9所述的光学系统，其中该叠对标记包括多个微结构，呈一同心配置进行排列。
13.如权利要求9所述的光学系统，其中该叠对标记由重复的多个微结构所构成。
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