TW202117309A - 量測方法 - Google Patents

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龍俊良
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Abstract

此處提供疊對計量工具與繞射為主的疊對量測法。工具包括產生入射光的光源，其照射晶圓之材料層中堆疊的疊對目標。工具亦包括感光系統，用於量測自晶圓表面反射的繞射光束特性。在單次照射晶圓且不旋轉入射光束的極化狀態時，感光系統依據與堆疊的疊對目標相關的疊對程式產生繞射光束的三個分量，且繞射光束具有一或多個極化狀態與強度。

Description

量測方法
本發明實施例關於量測疊對誤差的方法。
半導體積體電路的製作關於形成具有設計圖案的多種材料層於半導體晶圓上。每一層對準前一層，使形成的電路可適當作用。多種標記用於此目的。舉例來說，在形成多個層狀物於晶圓上時，可採用疊對目標監控多個層狀物之間的疊對偏差。在另一例中，疊對目標用於光罩與半導體晶圓之間的對準。隨著半導體技術持續進展至較小結構尺寸的電路佈局，對準需求變得更嚴格，疊對目標所佔的晶圓面積更小，且疊對標記量測的數目與複雜度增加。如此一來，製作晶圓的製程步驟數目與製程時間持續增加，造成較高的製造成本與晶片成本。
在一實施例中，量測方法包括自晶圓反射光束；自光束產生第一傳輸分量，其包括兩個正交的極化狀態；自光束產生第二傳輸分量，其包括兩個正交的極化狀態之第一極化狀態，且第一傳輸分量與第二傳輸分量產生於單次照射晶圓而不旋轉光束的極化狀態；自第一傳輸分量與第二傳輸分量的至少一者收集強度資訊；以及確認晶圓的多個材料層與強度資訊之間的疊對誤差。
在另一實施例中，量測方法包括：接收自晶圓的目標標記區中的疊對標記之堆疊反射的繞射光束，且繞射光束包括一對正交的極化狀態；將繞射光束分束成第一分量與第一反射分量，且第一分量包括一對正交的極化狀態之兩種極化狀態；極化第一反射分量以形成第二分量，第二分量包括一對正交的極化狀態之第一極化狀態，且第一分量與第二分量形成於單次照射晶圓而不旋轉繞射光束的極化狀態；量測第一分量與第二分量的至少一強度；以及由量測確認疊對標記的堆疊之間的疊對誤差。
在又一實施例中，量測方法包括產生入射光束，其包括平行極化狀態與垂直極化狀態；以入射光束照射光柵目標的堆疊；自光柵目標的堆疊反射繞射圖案光束，其包括平行極化狀態與垂直極化狀態；在單次照射光柵目標的堆疊時將繞射圖案光束分束成第一分量光束與第一反射光束，且第一分量光束包括第一強度與平行及垂直極化狀態；在單次照射光柵目標的堆疊而不旋轉入射光束的極化狀態時，極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強度與平行極化狀態；量測第一分量光束與第二分量光束的至少一者之強度；以及依據量測確認疊對誤差。
下述內容提供的不同實施例或實例可實施本揭露的不同結構。特定構件與排列的實施例係用以簡化本揭露而非侷限本揭露。舉例來說，形成第一構件於第二構件上的敘述包含兩者直接接觸，或兩者之間隔有其他額外構件而非直接接觸。此外，本揭露之多種例子中可重複標號，但這些重複僅用以簡化與清楚說明，不代表不同實施例及/或設置之間具有相同標號之單元之間具有相同的對應關係。
此外，空間性的相對用語如「下方」、「其下」、「較下方」、「上方」、「較上方」、或類似用語可用於簡化說明某一元件與另一元件在圖示中的相對關係。空間性的相對用語可延伸至以其他方向使用之元件，而非侷限於圖示方向。元件亦可轉動90°或其他角度，因此方向性用語僅用以說明圖示中的方向。
圖1A與1B顯示一些實施例中，用於監控晶圓之疊對目標區中的目標標記對準之疊對工具100與疊對計量法150。在一些實施例中，疊對工具100與疊對計量法150採用光學計量技術(如散射測量)中的疊對目標(比如散射測量為主的標記、繞射為主的疊對光柵目標、疊對標記、或類似物)，以量測疊對目標的繞射圖案。一些實施例在所需的晶圓製作製程時，這些疊對目標埋置於晶圓上的不同材料之個別層中，以形成堆疊的疊對目標。堆疊的疊對目標可配置於設計的標記區中，比如配置於單元區的多種位置中及/或晶圓的切割線中。
一旦沉積不同材料的個別層，在製作晶圓時採用疊對工具100進行不同的圖案量測，比如在採用圖案化遮罩(如光罩、硬遮罩、或類似物)之前監控圖案化遮罩的對不準。舉例來說，若疊對工具100確認遮罩已適當對準，則疊對工具100指示可沉積下一層。然而，若疊對工具確認遮罩對不準，則疊對工具100指示在沉積下一層之前需對遮罩進行重工。
疊對工具100與疊對劑量法150在製作晶圓批次的積體電路時，可依據晶圓程式確認晶圓中的個別層狀物之對準、厚度、及/或組成中的任何偏差。舉例來說，針對與堆疊的疊對目標相關的個別層確認的對準、厚度、及/或組成的任何偏差，可用於調整所需積體電路製作製程所用的疊對程式。如此一來，調整的疊對程式可用於之後沉積於晶圓上，及/或採用所需的積體電路製作製程所用的晶圓程式進行後續製程的晶圓批次之任何其他晶圓上的其他層。如此一來，疊對工具100與疊對計量法150可用於最小化及/或消除所需的積體電路製作製程時的疊對誤差。
疊對工具100與疊對計量法150的產能大幅取決於量測時間，包括最佳化及/或選擇疊對程式相關的時間。隨著積體電路技術持續朝更小結構尺寸(比如15 nm、12 nm、10 nm、或更小)進展，製程改變及/或材料改變深刻地影響疊對工具100所收的繞射光譜品質及/或檢測性，使晶圓之間、批次之間、及/或裝置之間的最佳疊對程式不斷改變。疊對程式特別容易受到材料堆疊改變的影響，比如疊對目標的堆疊厚度、堆疊的光學特性、及/或堆疊對稱。在一些實施方式中，處理多個晶圓以形成積體電路裝置，並製作疊對目標於每一晶圓上，且妨礙穩固的疊對計量法之材料堆疊改變包括在晶圓之間改變疊對目標的層狀物之厚度、光學特性、及/或對稱。舉例來說，疊對目標與材料堆疊有關，而晶圓之間的材料堆疊層中的材料改變，通常需要以疊對工具調整疊對程式以自晶圓收集疊對訊息。
極化狀態與波長的檢測性隨著材料堆疊改變而變化。在本發明多種實施例中，堆疊靈敏度可為疊對程式的極化狀態及/或波長的函數。堆疊靈敏度為疊對量測檢測性所用的指標，其為材料堆疊特性、疊對目標設計、及/或疊對量測條件(比如照射疊對目標所用的量測極化狀態及/或量測波長)的函數。在一些實施方式中，堆疊靈敏度通常量測繞射訊號(或繞射光譜)的強度變化，以作為材料堆疊特性改變的函數，其中材料堆疊改變來自於晶圓之間、批次之間、及/或裝置之間的製程變化及/或材料變化。在一些實施方式中，堆疊靈敏度與第一晶圓的疊對目標之第一級繞射微分強度((I+1st order −I−1st order )OTW1 )以及第二晶圓的疊對目標之第一級繞射微分強度((I+1st order −I−1st order )OTW2 )的比值成正比。疊對目標的材料堆疊所用的堆疊靈敏度，可為(I+1st order −I−1st order )OTW1 /(I+1st order −I−1st order )OTW2 ，其中I為強度。如此一來，堆疊靈敏度可為不同極化狀態的入射射線之函數，且疊對程式可實施入射射線的每一者以自疊對目標收集疊對資訊，其中製程差異造成晶元之間的材料堆疊改變。
在一些實施例中，依據所需的疊對目標之堆疊靈敏度條件，疊對程式可指定疊對量測所用的入射光束109之極化狀態與對應波長。疊對程式指定用於所需疊對目標的極化狀態與對應波長，以確保來自這些波長與極化狀態的繞射光束115之繞射光譜對疊對誤差具有足夠的檢測性。相反地，在材料堆疊改變之後，具有這些極化狀態與這些波長的入射光束109依據疊對目標的堆疊靈敏度，不再提供足夠的繞射光譜強度或可能包含過多雜訊。在這些例子中，疊對工具100不能自採用這些極化狀態及/或這些波長的入射光束109的雜訊檢測或辨別繞射光譜。如此一來可調整疊對程式，以指出入射光束109的這些極化狀態及/或這些波長，不適用於顯示材料堆疊變化的所需疊對目標相關的疊對測量。疊對程式的最佳化將詳述於下。
如圖1A所示的一些實施例，疊對工具100包括光源101、感光系統103、晶圓站點105、與控制器107，用於進行所需標記區中的疊對目標之繞射圖案量測。在繞射圖案量測時，疊對工具100採用光源101以將入射光束投射至晶圓113的多個標記區之所需標記區(如目標標記區111)上。如此一來，繞射光束115可自晶圓113的表面朝感光系統103反射，且可包含目標標記區111中的疊對目標之繞射圖案特性(比如繞射光譜、繞射輪廓、反射輪廓、或類似特性)。控制器107可依據晶圓113的目標標記區111相關的疊對程式，控制一或多個光源101、晶圓站點105、與感光系統103的位置，以確保光源導入目標標記區111，確保感光系統103檢測自晶圓113的表面反射的繞射光束115，且特別確保感光系統103依據疊對程式收集資訊。
圖1B係本發明多種實施例中，疊對計量法150的流程圖。疊對工具100可實施疊對計量法150。
在步驟151中，以入射光束109照射晶圓113的目標標記區111，自目標標記區111反射繞射光束115至感光系統103上。在一些實施例中，入射光束109與繞射光束115包括對應目標標記區111中的疊對目標之第一結構的平行取向之第一極化狀態，以及對應疊對目標之第一結構的垂直取向之第二極化狀態。在一些實施例中，目標標記區111中的疊對目標包括第二結構，其取向實質上垂直於第一結構的取向。綜上所述，入射光束109與繞射光束115的第一極化狀態對應目標標記區111中的疊對目標之第二結構的垂直取向，而第二極化狀態對應疊對目標之第二結構的平行取向。以入射光束109單次照射目標標記區111，自目標標記區111反射的繞射光束115包括目標標記區111中的疊對目標之繞射光譜，並包括第一極化狀態與第二極化狀態。
不同標記區中的疊對目標之不同材料組成、層狀物厚度、與不同圖案，對入射光束109的波長與極性具有不同的反射率特性(如堆疊靈敏度)。如此一來，自不同標記區反射出的繞射光束115中的疊對目標繞射光譜可彼此不同。此外，自所需標記區(比如目標標記區111)反射出的繞射光束115中的疊對目標繞射光譜可具有堆疊靈敏度，以在採用一或多種極化狀態及/或波長範圍的繞射光束115時可更準確地讀取。如此一來，定義及/或最佳化疊對程式可指定所需標記區相關的一或多種極化狀態及/或波長範圍，以自繞射圖譜提供最準確的讀取。
步驟153在單次照射時，可自繞射光束115 (具有依據與目標標記區111相關的疊對程式調整的分量光束強度)產生多個分量光束。在一些實施例中，感光系統103自繞射光束115分成分量光束以產生多個分量光束，並依據與目標標記區111相關的疊對程式調整分量光束的強度。疊對程式與最佳化疊對程式的方法將詳述於下。
一些實施例在單次照射時，自繞射光束115產生傳輸分量120。傳輸分量120具有個別強度，並包含具有第一極化狀態與第二極化狀態的一或多者之個別疊對繞射光譜。在一些實施例中，傳輸分量120包括的第一傳輸分量121具有第一強度，且含有疊對繞射光譜與第一極化狀態及第二極化狀態。傳輸分量120包括的第二傳輸分量123具有第二強度，且含有疊對繞射光譜與第一極化狀態。傳輸分量120包括的第三傳輸分量125具有第三強度，且含有疊對繞射光譜與第二極化狀態。可依據與目標標記區111相關的疊對程式調整第一、第二、與第三強度，以在單次照射時最準確地讀取每一分量光束的繞射光譜。
在步驟155中，單次照射時可收集每一傳輸分量120的強度資訊，作為疊對目標的繞射光譜相關的一組資料。這些資料組關於一或多個極化狀態的複合光束強度，且越過這些波長範圍以定義疊對目標的反射輪廓。
在步驟157中，確認X方向的疊對偏差值與Y方向的疊對偏差值，以用於目標標記區111的目標標記。在一些實施例中，比較目標標記區111中的反射輪廓的正X方向的繞射圖案強度與負X方向的繞射圖案強度以確認X方向的疊對偏差值，並比較目標標記區111的反射輪廓中的正Y方向的繞射圖案強度與負Y方向的繞射圖案強度以確認Y方向的疊對偏差值，且X方向的疊對偏差值與Y方向的疊對偏差值用於目標標記區111的目標標記。此外，可採用反射輪廓確認目標標記區111中的一或多個材料層厚度。
在步驟159中，疊對計量法150採用X方向的分量偏差值及/或Y方向的分量偏差值以彌補疊對誤差。在一些實施例中，可採用X方向的疊對偏差值及/或Y方向的疊對偏差值，以在採用光阻層作為遮罩並沉積後續層狀物之前，確認光阻層是否需要重工。在一些實施例中，X方向的疊對偏差值及/或Y方向的疊對偏差值可用於最佳化目標標記區111所用的疊對程式。
由於堆疊材料的反射特性，可自繞射光束115的波長與極化狀態的函數如強度量測繞射圖案。如此一來，控制器107可控制感光系統103，以收集含有這些波長與這些極化狀態的繞射光束115之強度資訊。控制器107採用收集的資訊，進行繞射圖案量測，並確認圖案化遮罩中的任何對不準及/或確認與埋置於晶圓中的堆疊疊對目標相關的個別層狀物之對準偏差(如疊對偏移)。舉例來說，在疊對標記之間不存在疊對偏移處，計量的疊對工具檢測不到目標標記區111中的堆疊材料之疊對目標所產生的繞射光譜中的強度差異。疊對目標產生的繞射光譜中的強度差異，指的是疊對偏移(有時視作疊對誤差)。
這些波長的疊對量測可能對不對稱誘發的誤差及/或其他製程誘發的誤差導致的疊對誤差敏感。為了在疊對量測時最小化量測誤差，可採用疊對程式指定入射光束109的具體波長與具體極化狀態、入射光束109的具體入射角度、及/或晶圓113的每一標記區所用的其他參數，以確保準確讀取。可先在設計時預估或塑造疊對程式，接著依據製作晶圓批次的不同晶圓時的實際疊對量測最佳化疊對程式。為了建立每一標記區所用的全面疊對程式，可分析每一極化狀態的每一波長，以確認準確量測可用的波長與極化狀態的合適組合。一旦建立疊對程式，可在製作晶圓批次的不同晶圓的實際疊對量測時調整疊對程式，以移除不再適於準確量測的波長與極化狀態的任何組合。此外，可調整疊對程式以添加波長與極化狀態的任何組合，其適用於準確量測。
在實施例中，疊對工具100產生繞射光束115的每一極化狀態，以用於單次照射目標標記區111中的分析。此外，一些實施例的疊對工具100可收集入射光束109如含有複合極化狀態的多色光束，且複合極化狀態包含平行極化狀態(比如0˚極化狀態、45˚極化狀態、或類似極化狀態)與正交於平行極化狀態的垂直極化狀態(比如90˚極化狀態、-45˚極化狀態、或類似極化狀態)。然而任何合適的正交極化狀態對可用於平行極化狀態與垂直極化狀態。
如此一來，疊對標記將入射光束109分成不同波長，使自晶圓113反射的繞射光束115具有不同波長與複合極化狀態。在實施例中，疊對工具100產生的繞射光束115具有兩種極化狀態與不同波長，以用於單次照射目標標記區111中的分析。如此一來，與對目標標記區111進行只有單一極化狀態的兩次照射的時間相較，進行疊對量測的製程步驟數目與時間可減少約40%或更高。此外，與對目標標記區111進行只有單一極化狀態的兩次照射的時間相較，進行疊對程式最佳化的製程步驟數目與時間可減少約70%。減少製程步驟與時間，即降低製造成本與晶片成本。
雖然圖式中的疊對工具100以入射角度(如介於約0˚至約89˚之間)將入射光束109導至晶圓113的目標標記區111，並以反射角度自晶圓113反射繞射光束115，應理解可依據疊對工具100的實施方式採用任何合適的入射角度與任何合適的反射角度。舉例來說，疊對工具100採用的入射角度可介於約0˚至約57˚。然而可採用任何合適的入射角度。在一些實施例中，疊對工具100可包含成像構件(未圖示)以在實質上垂直於晶圓113之表面的方向中，導向與聚焦入射光束109至目標標記區111上，並在實質上垂直於晶圓113之表面且與入射光束109相反的方向中，自晶圓113反射並聚焦繞射光束115。多種影像構件(未圖示)可包含分束器、極化片、折射鏡、反射鏡、成像透鏡、或成像透鏡系統，端視疊對工具100的設計需求而定。
一旦進行檢測，感光系統103自繞射光束115收集繞射圖案的資訊。在一些實施例中，感光系統103收集繞射圖案的這些波長與這些極化狀態的強度資訊。控制器107可控制感光系統103，收集與任何波長及/或任何極化狀態相關且感光系統可檢測的所有可檢測強度。在其他實施例中，控制器107可控制感光系統103依據晶圓113所用的疊對程式，收集與這些波長及/或這些極化狀態相關的所有可檢測強度。
依據感光系統103收集的資訊，疊對工具100量測的繞射圖案可確認目標標記區111中的疊對目標之結構之間的對準偏差。在一些實施例中，控制器107採用這些繞射圖案量測與對準中任何確認的偏差值，以確認材料堆疊的任何對不準(若存在對不準)，進而確認對準中的偏差是否在可接受的容許範圍內。此外，控制器107可確認在可接受的容許範圍之外的這些波長及/或這些極化狀態相關的強度等級，以得準確的繞射圖案量測。如此一來，控制器107採用這些確認以調整疊對程式。
在一些實施例中，光源101為寬帶光源如可見光、紅外線(如遠紅外線)、紫光、或紫外線(如極紫外線)源，並產生波長介於約12 nm至約1500 nm的入射光束109。舉例來說，產生的入射光束109可具有極紫外線範圍的波長(如12 nm)。舉另一例來說，產生的入射光束109可具有遠紅線範圍的波長(如1500 nm)。寬帶光源的例子包括但不限於鹵素燈、發光二極體、半導體層、或類似物。然而可採用任何合適的寬帶光源產生任何合適波長與任何合適強度。
在一些實施例中，光源101產生的入射光束109只包含強度一致的這些波長，或只包括這些強度的波長之這些同調範圍。在一些實施例中，光源101產生的入射光束包括介於約400 nm至約880nm之間的波長之同調範圍、一致強度、以及平行極化狀態(如0˚極化狀態)與正交於平行極化狀態的垂直極化狀態(如90˚極化狀態)之複合極化狀態。
在實施例中，依據入射光束109極化繞射光束115，且繞射光束115包括複合極化狀態與目標標記區111中堆疊的疊對目標之繞射圖案。此處所用的平行極化狀態(如0˚極化狀態)可為平行於堆疊的疊對目標之第一結構的第一取向(如X方向)之極化狀態，而此處所用的垂直極化狀態(如90˚極化狀態)可為平行於堆疊的疊對目標之第二結構的第二取向(如Y方向)之極化狀態，且Y方向垂直於X方向。
感光系統103量測並收集繞射光束115的這些特性之資訊，用以推導自目標標記區111中的疊對目標反射的繞射圖案之量測。在一些實施例中，感光系統103量測並收集資訊如繞射光束115在這些波長及/或這些極化狀態的這些強度。在一些實施例中，入射光束109包括平行極化狀態(如0˚極化狀態、45˚極化狀態、或類似極化狀態)與垂直極化狀態(如90˚極化狀態、-45˚極化狀態、或類似極化狀態)。自具有目標標記的繞射圖案之目標標記區111反射入射光束109以得繞射光束115，且入射光束109具有平行極化狀態與垂直極化狀態。為了量測與收集資訊，感光系統將繞射光束115分成繞射光束115之不同所需極化狀態的多種分量。在其他實施例中，入射光束109與繞射光束115未極化。為了量測與收集資訊，感光系統103極化繞射光束115並將其分成所需的不同極化狀態之分量。
圖1A所示的一些實施例中，感光系統103包括光處理系統117與影像感測器119。光處理系統117在單次照射目標標記區111中，檢測繞射光束115並自繞射光束115的相同反射光產生多個極化分量。繞射光束115的每一極化分量分別包括繞射圖案的分量。在一些實施例中，光處理系統117在單次照射目標標記區111中檢測繞射光束115，且同時自繞射光束115產生多個傳輸分量。舉例來說，在單次照射晶圓而不旋轉入射光束109的極化狀態時，光處理系統117可自繞射光束115產生多個傳輸分量，其中傳輸分量具有不同的所需極化狀態。繞射光束115的多個傳輸分量在此處可一起視作傳輸分量120。
為了自繞射光束115建立目標標記區111中的疊對目標之全面且準確的模型，可分析三個分量的繞射圖案(如繞射光譜)。在一些實施例中，自繞射光束115其含有複合極化狀態(包括平行極化狀態如0˚極化狀態與垂直極化狀態如90˚極化狀態)的第一分量、繞射光束115其含有平行極化狀態如0˚極化狀態的第二分量、與繞射光束115其含有垂直極化狀態如90˚極化狀態的第三分量建構模型。
分開三次照射目標標記區111可得繞射光束115的分量，且每次照射包括複合極化狀態、平行極化狀態、與垂直極化狀態之一者。然而光處理系統117在單次照射中檢測繞射光束115並自繞射光束115產生所有的傳輸分量120，而不需旋轉入射光束109的極化狀態，即可由單次照射目標標記區111得到繞射光束115的第一分量、第二分量、與第三分量。如此一來，量測的步驟較少且製程時間減短，進而節省時間與製程成本。
在一些實施例中，光處理系統117在單次照射目標標記區111時，自繞射光束115的複合極化反射光產生第一傳輸分量121、第二傳輸分量123、與第三傳輸分量125。第一傳輸分量121具有平行極化狀態(如0˚極化狀態)與垂直極化狀態(如90˚極化狀態)的複合極化狀態。第二傳輸分量123具有平行極化狀態(如0˚極化狀態)。第三傳輸分量125具有垂直極化狀態(如90˚極化狀態)。在一些實施例中，光處理系統117包括一或多個濾波器，以依據最佳疊對程式調整(如增加或減少)一或多個傳輸分量120的強度及/或產生一或多個傳輸分量120的波長範圍，且最佳疊對程式依據目標標記區111中的晶圓113之材料堆疊性質。在這些實施例中，一或多個濾波器適用於依據疊對程式調整一或多個傳輸分量120的強度及/或產生一或多個傳輸分量120的波長範圍，以確保分量的強度與波長足以配準影像感測器119。在一些實施例中，調整分量的個別波長強度，使傳輸分量120的對應波長具有一致強度。
在一些實施例中，感光系統103產生繞射光束115的極化分量之瞳面訊號與影像平面訊號。在一實施例中，感光系統103包括多種光學影像構件(未圖示)以聚焦瞳面訊號至影像感測器119的瞳面上，並聚焦影像平面訊號至影像感測器119的影像平面上。
在一些實施例中，影像感測器119依據疊對程式自繞射光束115的每一傳輸分量120收集強度資訊，以推導目標標記區111中的疊對目標之繞射圖案量測。在一些實施例中，影像感測器119為感測器陣列，並檢測繞射圖案強度如極化狀態函數、波長函數、及/或繞射級數的函數。此外，影像感測器119在單次照射時，可自含有一或多個平行與垂直極化狀態的傳輸分量120獲取強度資訊，而不需旋轉入射光束109的極化狀態。
影像感測器的例子包括但不限於感測器陣列、電荷耦合裝置的感測器陣列、互補式金氧半感測器陣列、或類似物。在一些實施例中，在感光系統中可採用光纖傳輸光。
晶圓站點105在操作時可支撐並放置晶圓113。晶圓113可由真空(如吸力)固定至晶圓站點105。然而可採用任何合適的機械力及/或黏著力。此外，晶圓站點105適用於沿著一或多個軸127的一或多個線性方向移動，及/或沿著一或多個軸127 (如x軸、y軸、或z軸)順時針或逆時針的旋轉。如此一來，定位晶圓站點105可至少部分地控制所需目標標記區111與光源101的對準、入射光束109的入射角度、與繞射光束115的反射角度。
在一些實施例中，控制器107可控制一或多個光源101、晶圓站點105、與感光系統103的定位，以確保入射光束109照射晶圓113的所需目標區，並確保感光系統103檢測自所需目標標記區111反射的繞射光束115。控制器107分析影像感測器119收集的強度資訊，以確認繞射光束115的繞射圖案量測，並確認任何疊對偏差值是否在可接受的容許範圍內。
在一些實施例中，X方向的疊對偏差值及/或Y方向的疊對偏差值可用於確認在採用光阻層作為遮罩並沉積後續層狀物之前，是否需要重工光阻層。舉例來說，疊對工具100可比較X方向的疊對偏差值與疊對臨界值，及/或比較Y方向的疊對偏差值與疊對臨界值。若確認X方向及/或Y方向的疊對偏差值中的任何偏差在可接受的容許範圍內，則控制器107指示沉積的光罩之曝光轉移良好，且對晶圓繼續後續製程。然而若確認X方向及/或Y方向的疊對偏差值中的任何偏差不在可接受的容許範圍內，則控制器107在對晶圓113繼續後續的製程步驟之前，需要重工沉積的光罩之曝光轉移。
在一些實施例中，控制器107可確認是否需要調整疊對程式。如此一來，X方向的疊對偏差值及/或Y方向的疊對偏差值可用於最佳化疊對程式。舉例來說，選擇入射射線波長以用於後續疊對分析，其可最小化或消除不對稱誘發的誤差及/或其他製程誘發的誤差所導致的疊對誤差。一旦最佳化疊對程式，疊對計量法150可繼續採用最佳化程式進行疊對量測。
與每一步驟相關的多種細節詳述於此。在疊對計量法150之前、之中、與之後可提供額外步驟，且疊對計量法150的額外實施例可移動、置換、或省略一些所述步驟。
雖然圖1A所示的疊對工具100為獨立系統，但應理解一些實施例的疊對工具100可部分或完全整合至微影系統中。舉例來說，一些實施例的晶圓站點105可結合至微影系統中，且可一起操作疊對工具100與微影系統，以控制晶圓站點105的定位。在其他實施例中，疊對工具100及其晶圓站點105可與微影系統分隔，且在晶圓113的製程時可在微影系統與疊對工具100之間傳送晶圓113。
在一些實施例中，疊對工具100採用疊對目標(如疊對標記、目標標記、關鍵尺寸標記、或類似標記)以取樣晶圓製程的標記區數目。可依半導體裝置設計與製造規格改變標記區數目。舉例來說，疊對工具100可用於對一晶粒取樣約10至約100標記區或對一晶圓取樣約5至約20晶粒，以確認沉積的光罩之圖案量測是否在容許範圍內。疊對工具100亦可用於取樣單一批次(如25個晶圓)的一或兩個晶圓，以確保單一批次中的晶圓製作製程一致。如此一來，新設計的裝置在製造的啟動階段時，晶圓可能需經過幾千道計量製程。
圖2顯示光處理系統117產生的傳輸分量120之簡化圖式，且傳輸分量120來自於由晶圓113的目標標記區111反射的繞射光束115。在一些實施例中，每一傳輸分量120包括繞射光束115的分量繞射圖案220 (如繞射光譜)之個別分量代表的相關強度、一或多個波長、與一或多個極化狀態。
在圖2所示的具體實施例中，第一傳輸分量121包括第一分量繞射圖案221。第一分量繞射圖案221的特性為多個波長(比如介於約400 nm至約880 nm之間)、多個極化狀態(比如0˚極化狀態與90˚極化狀態)、與第一強度I1 ，且第一強度I1 包括0˚的分量與90˚的的分量。第二傳輸分量123包括第二分量繞射圖案223。第二分量繞射圖案223的特性為多個波長(比如介於約400 nm至約880 nm之間)、平行極化狀態(比如0˚極化狀態)、與第二強度I2 。第三傳輸分量125包括第三分量繞射圖案225。第三分量繞射圖案225的特性為多個波長(比如介於約400 nm至約880 nm之間)、正交極化狀態(比如90˚極化狀態)、與第三強度I3 。如此一來，分量繞射圖案220的空間與極化狀態資訊結合，可更完整的表示目標標記區的材料與疊對標記。
在一些實施例中，疊對目標為光柵目標，且包含多個光柵圖案如含有配置為正交圖案的結構之兩組X光柵與兩組Y光柵(如2x2光柵圖案)。如此一來，自X光柵與Y光柵反射出的繞射光束115包括第一組正交的繞射光束圖案227與第二組正交的繞射光束圖案229。然而疊對目標可具有任何合適數目的光柵圖案(比如2x3、2x4、或類似圖案)。繞射光束115可包括任對應的合適數目組之正交的繞射光束圖案，與任何合適數目及/或範圍的波長。
在一實施例中，疊對目標包括2x2的光柵圖案，其包括第一關鍵尺寸的第一系列X結構與第一關鍵尺寸的第一系列Y結構。第一系列X結構配置於第一取向(如X方向)中，且均勻地隔有第一間距。第二系列Y結構配置於第二取向(如Y方向)中，且均勻地隔有第一間距。第二取向(如90˚)垂直於第一取向(如0˚)。如此一來，繞射光束115的傳輸分量120之0˚極化方向，平行於第一組正交的繞射光束圖案227之X方向，並垂直於第一組正交的繞射光束圖案227之Y方向。繞射光束115的傳輸分量120之90˚極化方向，平行於第一組正交的繞射光束圖案227之Y方向，並垂直於第一組正交的繞射光束圖案227之X方向。
此外，一些實施例中的2x2光柵圖案包括第二組光柵圖案，其包括第二關鍵尺寸的第二系列X結構，與第二關鍵尺寸的第二系列Y結構。第二系列X結構配置於第三取向(如X方向)中，且均勻地隔有第二間距(不同於第一間距)。第二系列Y結構配置於第四取向(如Y方向)中，且均勻地隔有第二間距。第四取向(如90˚)與第三取向(如0˚)正交。如此一來，繞射光束115的傳輸分量120之0˚極化方向，可平行於第二組正交的繞射光束圖案229之Y方向，並垂直於第二組正交的繞射光束圖案229之X方向。繞射光束115之傳輸分量120的90˚極化方向，平行於第二組正交的繞射光束圖案229的Y方向，並垂直於第二組正交的繞射光束圖案229的X方向。然而可採用任何合適的X結構系列與Y結構系列的正交取向(比如-45˚與45˚)。
此外，影像感測器119量測多個光譜帶與多個極化角度中的繞射光束115之強度以收集資訊，可得目標標記區111中的疊對標記之全面光學特性。在一些實施例中，影像感測器119考慮傳輸分量120之分量繞射圖案220 (如繞射光譜)之每一分量的特性以收集資訊。疊對偏移正比於分量繞射圖案220中，正的第一級繞射強度與富的第一級繞射強度之間的差異。如此一來，影像感測器119收集的強度資訊可用於確認對準中的偏差及/或疊對偏差。在一些實施例中，可自第一組正交的繞射光束圖案227之強度計算X方向的疊對偏差值以用於每一分量繞射圖案220，並自第二組正交的繞射光束圖案229之強度計算Y方向的疊對偏差值以用於每一分量繞射圖案220。
圖3A係一些實施例中，自分量繞射圖案220的強度資訊形成多個疊對影像320，且分量繞射圖案220與目標標記區111相關並由傳輸分量120承載。感光系統103採用與傳輸分量120與分量繞射圖案220的極化狀態相關的收集強度資訊，推導圖案量測並計算目標標記區111中的疊對目標之對準差異。自收集的強度資訊推導的圖案量測，可用於模擬多個疊對影像320。在一些實施例中，可形成多個疊對影像320表示這些關鍵尺寸與晶圓製作製程的這些參數，以指出對不準的結構與造成對不準的晶圓製作製程的部分。在一些實施例中，多個疊對影像320 (如繞射影像)包括複合疊對影像輪廓321、X方向的分量疊對影像輪廓323、與Y方向的分量疊對影像輪廓325。雖然以光學影像說明，但應理解疊對影像320可為一或多個圖表、表格、或類似物。
在一些實施例中，複合疊對影像輪廓321為自第一分量繞射圖案221收集的強度資訊形成的繞射影像。第一分量繞射圖案221關於目標標記區111，並關於含有兩種極化狀態(如0˚極化狀態與90˚極化狀態)的第一傳輸分量121。在一些實施例中，複合疊對影像輪廓321包括第一複合疊對圖331 (比如零級繞射影像)、第二複合疊對圖341、與第三複合疊對圖351。在一些實施例中，複合疊對影像輪廓321包括第一複合疊對圖331 (比如X方向與Y方向中的零級繞射訊號的影像)、第二複合疊對圖341 (比如含有X方向的強度因子之影像)、與第三複合疊對圖351 (比如含有Y方向的強度因子之影像)。第二複合疊對圖341的強度因子關於對準X方向的目標標記區111之結構，且可用於計算X方向中的疊對對不準。第三複合疊對圖351的強度因子關於對準Y方向的目標標記區111之結構，且可用於計算Y方向中的疊對對不準。
自含有平行極化狀態(如0˚極化狀態)的第二傳輸分量123之第二分量繞射圖案223收集的強度資訊，形成X方向的分量疊對影像輪廓323。在一些實施例中，自第二分量繞射圖案223收集的強度資訊，形成X方向的分量疊對影像輪廓323，且第二分量繞射圖案223關於目標標記區111並關於含有平行極化狀態(如0˚極化狀態)的第二傳輸分量123。在一些實施例中，X方向的分量疊對影像輪廓323包括第一X方向疊對圖333 (比如X方向中零級繞射訊號的影像)與第二X方向疊對圖343 (比如含有X-方向強度因子的影像)。第二X方向疊對圖343之強度因子關於對準X方向的目標標記區111的結構，且可用於計算X方向中的疊對對不準。
自含有垂直極化狀態(如90˚極化狀態)的第三傳輸分量125之第三分量繞射圖案225收集的強度資訊，形成Y方向的分量疊對影像輪廓325。自含有平行極化狀態(如0˚極化狀態)的第三傳輸分量125之第三分量繞射圖案225收集的強度資訊，形成Y方向的分量疊對影像輪廓325。在一些實施例中，自與目標標記區111相關及與含有垂直極化狀態(如90˚極化狀態)第三傳輸分量125相關的第三分量繞射圖案225收集的強度資訊，形成Y方向的分量疊對影像輪廓325。在一些實施例中，Y方向的分量疊對影像輪廓325包括第一Y方向疊對圖335 (比如Y方向中的零級繞射訊號影像)與第二Y方向疊對圖355 (比如含有Y方向強度因子的影像)。第二Y方向疊對圖355之強度因子，關於在Y方向中對準的目標標記區111之結構，且可用於計算Y方向中的疊對對不準。
在一些實施方式中，疊對工具100計算量測的疊對偏移與已知的疊對偏移之間的差異(比如X方向與Y方向中的目標偏差)，以產生疊對量測(有時視作疊對誤差)。在一些實施方式中，疊對工具100依據疊對量測分析多種指標，以用於辨認最小(或無)不對稱誘發的疊對誤差及/或其他製程誘發的疊對誤差之疊對量測，接著辨認在製作積體電路時最佳化疊對量測所用的波長。在一些實施方式中，疊對工具100以每一晶圓為基準產生疊對資訊，使疊對計量模組260以每一晶圓為基礎產生最佳化的疊對程式(具體而言，選擇疊對量測所用的最佳化波長)。在一些實施方式中，最佳化的疊對程式定義選用的最佳化波長之極化狀態。在一些實施方式中，疊對工具100在定義處理的晶圓數目之後或以批次為基準，產生最佳化的疊對程式。在製作晶圓時，疊對工具100接著可依據最佳化的疊對程式進行疊對量測。舉例來說，一些實施方式的疊對工具100分析只與疊對工具100選擇的波長相關的強度資訊，以最佳化疊對量測。在一些實施方式中，疊對工具100設置為以入射射線照射疊對目標，且入射射線只具有疊對計量模組260所選擇的波長。
此外，亦可檢查相鄰的材料之間的任何對準差異(比如疊對偏移、對不準誘發的疊對誤差、不對稱誘發的疊對誤差、及/或其他製程誘發的誤差)，以確認對準差異是否在可接受的容許範圍內，並確認與目標標記區相關的疊對程式的膜堆疊條件是否仍有效。舉例來說，疊對工具100可分析疊對程式，且可調整抹一標記區中所用的疊對程式，以最小化疊對量測對目標標記區中的對準差異、材料層特性、與堆疊疊對目標的靈敏度(如堆疊靈敏度)。
疊對程式可依據模擬模型，及/或發展於新裝置所用的早期設計階段中。疊對程式指定最佳化的疊對程式的膜堆疊條件(比如傳輸分量120的波長、極化狀態、強度、與類似參數)，可用於在每一標記區所用的疊對量測時收集資訊，並用於確保疊對量測可能為最準確的疊對量測。然而這些疊對程式的膜堆疊條件，可能因模擬的堆疊靈敏度與量測的堆疊靈敏度之間的差異而無效。
疊對工具100可用於建構(調整)材料堆疊，以利準確量測疊對及/或準確預測(模擬)材料堆疊。舉例來說，一些實施例在調整材料堆疊時可調整多種材料層的厚度。一旦調整材料堆疊，模擬的堆疊靈敏度與實際量測的堆疊靈敏度之間的比較，可使每一波長條件發現的模擬堆疊靈敏度更靠近量測的堆疊靈敏度。在模擬後續處理的晶圓所用的堆疊靈敏度時考慮這些調整，可建立更準確的材料堆疊模型以用於模擬與估計疊對資訊。
此外，由於晶圓製作製程中的偏差，這些疊對程式的膜堆疊條件可能無效。舉例來說，為了使影像感測器119配準與感測任何傳輸分量120的強度，影像感測器119需接收最小可接受強度等級的傳輸分量120。如此一來，在製作晶圓時的材料層中的任何偏差(比如厚度、組成、與類似參數)與疊對目標的任何變形(比如疊對偏移誤差、不對稱誘發的誤差、與類似誤差)，將影響採用這些最佳疊對程式的膜堆疊條件之量測準確性。舉例來說，目標標記區111所用的疊對程式之具體最佳疊對量測條件在之前的疊對量測中有效，但在後續的疊對量測中可能不再有效(比如低於最小可接受強度等級)。與目標標記區相關的具體最佳疊對量測條件，可能在疊對程式中不再有效及/或應自疊對程式移除。這些疊對程式的膜堆疊條件的參數包括但不限於波長、極化狀態、用於進行疊對量測的光強度、與堆疊靈敏度。然而可採用任何合適的疊對程式的膜堆疊條件。為了確保所需標記區所用的可能量測最佳，疊對工具100對疊對程式指定的所需標記區採用一或多個最佳疊對程式的膜堆疊條件。
舉例來說，在堆疊靈敏度需大於所需臨界值以最佳化疊對量測的實施方式中，疊對工具100可快速評估對最佳化疊對量測無效的波長。如此一來，疊對工具100接著可評估堆疊靈敏度及/或對應其他波長與極化狀態的其他標準，以選擇進行疊對量測所用的最佳波長與極化狀態。在一些實施方式中，堆疊靈敏度較高可改善疊對量測的檢測姓，且疊對工具100選擇第一波長與對應的最佳極化狀態以用於最佳化的疊對程式。在一些實施方式中，堆疊靈敏度過高導致的不穩定會扭曲疊對量測，而疊對工具100選擇另一波長與對應的最佳極化狀態以用於最佳化的疊對程式。由於疊對工具100在單次照射中(換言之，在單次照射疊對目標中)獲取多種波長與三個分量所用的強度資訊，疊對工具100可快速產生疊對訊號，並基於疊對訊號選擇入射紅外線所用的最佳波長。
圖3B與3C與複合疊對影像輪廓321的結構及目標標記區111的結構相關，其用於計算目標標記區111所用的疊對對不準。具體而言，圖3B顯示一些實施例中，圖3A的複合疊對影像輪廓321之X方向的強度因子a、b、c、及d，與目標標記區111的X方向結構相關。圖3C顯示目標標記區111的頂層與目標標記區111的底層之間的給定偏移如偏差。給定的偏移可為X方向中的偏差biasX或Y方向中的偏差biasY。如此一來，可採用式1以X方向強度因子a1 、b1 、c1 、及d1 計算X方向中的第一疊對對不準OVL1，其中偏差biasX為X方向中的給定偏移。第三複合疊對圖351的Y方向強度因子a2 、b2 、c2 、及d2 ，與目標標記區111的Y方向結構相關。如此一來，可採用式2以Y方向中的因子a2 、b2 、c2 、及d2 計算Y方向中的第二疊對對不準OVL2，其中偏差Y為Y方向中的給定偏移。 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，可由圖3A的X方向的分量疊對影像輪廓323之第二X方向疊對圖343之X方向的強度因子，計算X方向中的第一疊對對不準OVL1。此外，可由圖3A的Y方向的分量疊對影像輪廓325之第二Y方向疊對圖355之Y方向的強度因子，計算Y方向中的第二疊對對不準OVL2。綜上所述，可採用自影像感測器119收集的傳輸分量120之強度所得的一或多個疊對影像320之強度因子，計算目標標記區111之X方向與Y方向中的疊對對不準。
圖4的表格為疊對程式相關的疊對程式的膜堆疊條件，用於選擇第一傳輸分量121、第二傳輸分量123、與第三傳輸分量125的最佳極化狀態與強度。在製作時，疊對工具100依據與晶圓113的目標標記區111相關的最佳疊對程式，進行疊對量測。在一些實施方式中，疊對工具100只分析自最佳疊對程式選擇的波長與極化狀態相關的強度資訊。在其他實施方式中，疊對工具100分析影像感測器119收集的所有波長與所有極化狀態相關的強度資訊。在實施例中，最佳疊對程式指定影像感測器119收集並用於進行量測的傳輸分量120之最佳波長、最佳極化狀態、強度、與類似因子。
在一些實施例中，疊對程式可指示疊對工具100依據疊對程式條件進行目標標記區111所用的疊對量測，且疊對程式條件可觸發並指示傳輸分量120的極化狀態(比如「兩者只有(1)」、「兩者只有(2)」、「只有0˚」、「只有90˚」、「兩者與0˚」、與「兩者與90˚」)及/或強度等級(比如100%、＞70%、約45%、約30%、＜15%、＜10%、或0%)是否可用於目標標記區111。舉例來說，第一疊對程式條件(比如「兩者只有(1)」)指的是極化狀態(比如0˚與90˚)可用於目標標記區111的疊對量測，且可進一步指定疊對量測採用的第一傳輸分量121為繞射光束115的100%強度，並採用0%強度以用於第二傳輸分量123與第三傳輸分量125。第二疊對程式條件(比如「兩者只有(2)」)指的是極化狀態(比如0˚與90˚)可用於疊對量測，且採用的第一傳輸分量121為繞射光束115的約70%強度，並採用小於約15%強度以用於第二傳輸分量123與第三傳輸分量125。第三疊對程式條件(比如「只有0˚」)指的是平行極化狀態(比如0˚)可用於疊對量測，且採用的第一傳輸分量121小於或等於繞射光束115的10%強度，並採用約45%強度以用於第二傳輸分量123與第三傳輸分量125。第四疊對程式條件(比如「只有90˚」)指的是垂直極化狀態可用於疊對量測，且採用的第一傳輸分量121小於或等於繞射光束115的10%強度，並採用約45%強度以用於第二傳輸分量123與第三傳輸分量125。第五疊對程式條件(比如「兩者與0˚」)指的是兩種極化狀態(比如「0˚與90˚」)與平行極化狀態(比如0˚)可用於疊對量測，且採用的每一傳輸分量120為繞射光束115的約30%強度。第六疊對程式條件(比如「兩者與90˚」)指的是兩種極化狀態(比如「0˚與90˚」)與垂直極化狀態(比如90˚)可用於疊對量測，且採用的每一傳輸分量120為繞射光束115的約30%強度。
疊對程式的膜堆疊條件可包含但不限於量測時所用的分量波長、極化狀態、及強度，標記區的堆疊靈敏度，以及類似條件。疊對工具100採用分量繞射圖案220推導圖案量測，並計算將量測的目標標記區111中的疊對目標的對準差距。然而可調整任何其他參數，以調整疊對工具100進行的疊對量測。如此一來，依據所需標記區所用的疊對程式之膜堆疊條件，由入射光束109照射所需標記區中堆疊的疊對目標之繞射圖案，可產生在自晶圓反射的繞射光束115中。如此一來，可產生準確的疊對量測。疊對工具100可由準確的疊對量測，採用疊對目標及/或圖案化的遮罩中的對不準，調整個別標記區所用的疊對程式。在一些實施方式中，最佳的疊對程式可最小化不對稱誘發的疊對誤差及/或其他製程誘發的疊對誤差，並確保繞射光譜的強度足以檢測以用於分析。
圖5顯示一些實施例中的疊對工具100，其具有圖1A的感光系統103之影像感測器119與光處理系統117的細節圖。圖5亦顯示圖1A的疊對工具100之光源101、入射光束109、晶圓113、與繞射光束115的簡化圖，以簡化說明。
光處理系統117可由自晶圓113的目標標記區111反射的繞射光束115產生傳輸分量120。在一些實施例中，光處理系統117包含分束器501、極化分束器503、與反射鏡505。
分束器501將繞射光束115分成第一強度的第一傳輸分量121，以及第二強度的第一反射分量521，其中第一強度與第二強度的總和等於繞射光束115的強度。在一些實施例中，第一傳輸分量121與第一反射分量521具有平行與垂直的極化狀態(如0˚與90˚的極化狀態)以及相同強度。第一傳輸分量121為傳輸穿過分束器501並聚焦至影像感測器119上。第一反射分量521反射約90˚穿過分束器501，並導向極化分束器503。舉例來說，可依據最佳疊對程式調整分束器501，且最佳疊對程式依據晶圓113的目標標記區111之堆疊靈敏度。在一些實施例中，經由控制器107調整分束器501以傳輸第一強度的第一傳輸分量121，並反射第二強度的第一反射分量521，且第一強度與第二強度相同。在其他實施例中，調整分束器501以傳輸大約100%之第一強度的第一傳輸分量121，並反射約0%之第二強度的第一反射分量521。在其他實施例中，調整分束器501以傳輸大於約70%之第一強度的第一傳輸分量121，並反射小於約30%之第二強度的第一反射分量521。在其他實施例中，調整分束器501以傳輸小於約10%之第一強度的第一傳輸分量121，並反射大於約90%之第二強度的第一反射分量521。在其他實施例中，調整分束器501以傳輸約30%之第一強度的第一傳輸分量121，並反射約70%之第二強度的第一反射分量521。
極化分束器503將第一反射分量521分成相同強度但各自具有兩個正交極化方向(如0˚、90˚、45˚、-45˚、與類似角度)之一的第二傳輸分量123與第三傳輸分量125。舉例來說，第二傳輸分量123只具有平行極化狀態(如0˚極化狀態)，而第三傳輸分量125只具有垂直極化狀態(如90˚極化狀態)。然而X方向的訊號(如0˚極化狀態)與Y方向的訊號(如90˚極化狀態)可互換。如此一來，第二傳輸分量123可只具有垂直極化狀態(如90˚極化狀態)，而第三傳輸分量125可只具有平行極化狀態(如0˚極化狀態)。極化分束器503以約90˚反射第二傳輸分量123並聚焦至影像感測器119上，並傳輸第三傳輸分量125至反射鏡505上，且反射鏡505以約90 ˚反射第三傳輸分量125並聚焦至影像感測器119上。在實施例中，極化分束器503為單一裝置。在其他實施例中，極化分束器503包括波板(未圖示)或延遲板(未圖示)的組合。
在一些實施例中，可依據最佳疊對程式由控制器107調整極化分束器503，以反射繞射光束115的第一%強度，並傳輸繞射光束115的第二%強度，且最佳疊對程式依據晶圓113的目標標記區111中的材料堆疊之堆疊靈敏度。在一些實施例中，可由控制器107調整分束器501，以反射第一反射分量521的50%強度至第二傳輸分量123，並反射第一反射分量521的50%強度至第三傳輸分量125。然而可採用任何合適的%。
在一些實施例中製作晶圓時，最佳化的疊對程式可指定「兩者只有(1)」條件以進行量測，並調整分束器501以傳送繞射光束115的約100%強度至第一傳輸分量121，並傳送約0%強度至第二傳輸分量123與第三傳輸分量125。在最佳疊對程式指定「兩者只有(2)」條件進行量測時，調整分束器501以傳送繞射光束115的約70%強度至第一傳輸分量121，傳送最多約15%強度至第二傳輸分量123，並傳送最多約15%強度至第三傳輸分量125。在最佳疊對程式指定「只有0˚」條件或「只有90˚」條件進行量測時，調整分束器501以傳送繞射光束115的小於約10%強度至第一傳輸分量121，傳送約45%強度至第二傳輸分量123，並傳送約45%強度至第三傳輸分量125。在最佳疊對程式指定「兩者與0˚」條件或「兩者與90˚」條件進行量測時，調整分束器501以傳送繞射光束115的小於約30%強度至第一傳輸分量121，傳送約30%強度至第二傳輸分量123，並傳輸約30%強度至第三傳輸分量125。
圖6顯示一些其他實施例中的疊對工具100，其具有圖1A的感光系統103之影像感測器119與光處理系統117的細節圖。圖6與圖5類似，差別在於圖5的影像感測器119置換為第一影像感測器519以用於接收第一傳輸分量121與第二傳輸分量123，以及圖5的反射鏡505置換為第二影像感測器621以用於接收第三傳輸分量125。如此一來，複合疊對影像輪廓321與X方向的分量疊對影像輪廓323可由第一影像感測器519的圖案量測所形成，而Y方向的分量疊對影像輪廓325可由第二影像感測器621的圖案量測所形成。
圖7顯示一些其他實施例中的疊對工具100。圖7與圖6類似，差別在於圖5的分束器501與極化分束器503結合成單一裝置如分光裝置717，用於接收繞射光束115並產生第一傳輸分量121、第二傳輸分量123、與第三傳輸分量125。在一些實施例中，分光裝置717適於進行分束器501與極化分束器503的功能，以將繞射光束115分成第一傳輸分量121、第二傳輸分量123、與第三傳輸分量125。第一傳輸分量121與第二傳輸分量123傳輸至第一影像感測器519，且第三傳輸分量125傳輸至第二影像感測器621。在一些實施例中，分光裝置717包括結合的分束器。
在實施例中，疊對工具100產生及繞射光束115的兩種極化狀態，用於單次照射目標標記區111的分析。此外，一些實施例的疊對工具100產生入射光束109如具有複合極化狀態的多色光束。複合極化狀態包含平行極化狀態(如0˚極化狀態)與正交於平行極化狀態的垂直極化狀態(如90˚極化狀態)。如此一來，疊對標記將入射光束109分成不同波長，使自晶圓113反射的繞射光束115具有不同波長與複合極化狀態。在一些實施例中，疊對工具100產生的繞射光束115包含兩種極化狀態與不同波長，以用於單次照射目標標記區111的分析。如此一來，與對目標標記區111進行只有單一極化狀態的兩次照射的時間相較，進行疊對量測的製程步驟數目與時間可減少約40%或更高。此外，與對目標標記區111進行單一極化狀態的兩次照射的時間相較，進行疊對程式最佳化的製程步驟數目與時間可減少約70%。減少製程步驟與時間，即降低製造成本與晶片成本。
在一實施例中，量測方法包括自晶圓反射光束；自光束產生第一傳輸分量，其包括兩個正交的極化狀態；自光束產生第二傳輸分量，其包括兩個正交的極化狀態之第一極化狀態，且第一傳輸分量與第二傳輸分量產生於單次照射晶圓而不旋轉光束的極化狀態；自第一傳輸分量與第二傳輸分量的至少一者收集強度資訊；以及確認晶圓的多個材料層與強度資訊之間的疊對誤差。在一實施例中，產生第一傳輸分量的步驟包括將自晶圓反射的光束分束成具有第一強度之第一傳輸分量，與具有兩個正交的極化狀態之第一反射分量。在一實施例中，產生第二傳輸分量的步驟包括極化第一反射分量成具有第二強度的第二傳輸分量。在一實施例中，產生第一傳輸分量與第二傳輸分量的步驟包括依據與晶圓的疊對標記區相關的疊對程式調整第一強度與第二強度。在一實施例中，調整第一強度與第二強度的步驟更包括依據疊對程式調整第一強度至光束的100%強度，並調整第二強度至光束的0%強度。在一實施例中，調整第一強度與第二強度的步驟更包括依據疊對程式調整第一強度至光束的至少70%強度，並調整第二強度至光束的頂多15%強度。在一實施例中，在單次照射晶圓時不旋轉光束的極化狀態時更包括：將第一反射分量分束成第二傳輸分量與第二反射分量；極化第二反射分量成具有來自光束的兩個正交極化狀態之第二極化狀態與第三強度的第三傳輸分量；以及依據疊對程式調整第三強度，其中收集強度資訊的步驟更包括自第一傳輸分量、第二傳輸分量、與第三傳輸分量的至少一者收集強度資訊。
在另一實施例中，量測方法包括：接收自晶圓的目標標記區中的疊對標記之堆疊反射的繞射光束，且繞射光束包括一對正交的極化狀態；將繞射光束分束成第一分量與第一反射分量，且第一分量包括一對正交的極化狀態之兩種極化狀態；極化第一反射分量以形成第二分量，第二分量包括一對正交的極化狀態之第一極化狀態，且第一分量與第二分量形成於單次照射晶圓而不旋轉繞射光束的極化狀態；量測第一分量與第二分量的至少一強度；以及由量測確認疊對標記的堆疊之間的疊對誤差。在一實施例中，方法更包括依據與目標標記區相關的疊對程式調整第一分量與第二分量的至少一者之強度，且調整第一分量與第二分量的至少一者之強度的步驟更包括：將繞射光束的強度分成第一部分與第一其餘部分，調整第一分量的強度至第一部分，並調整第一反射分量的強度至第一其餘部分；以及將第一反射分量的強度均分成第二部分與第二其餘部分，並調整第二分量的強度至第二部分。在一實施例中，將繞射光束的強度分成第一部分與第二其餘部分的步驟更包括傳輸繞射光束的100%強度至第一部分，並傳輸繞射光束的0%強度至第一其餘部分；以及將第一反射分 量的強度均分成第二部分與第二其餘部分的步驟更包括傳輸繞射光束的0%強度至第二部分，並傳輸繞射光束的0%強度至第二其餘部分。在一實施例中，方法更包括：將繞射光束的至少70%強度分成第一部分，並將繞射光束的其餘強度分成第一其餘部分；以及將繞射光束的頂多15%強度分成第二部分，並將繞射光束的頂多15%強度分成第二其餘部分。在一實施例中，方法更包括：將第一反射分量分束成第一分束分量與第二分束分量，其中極化第一反射分量的步驟更包括：極化第一分束分量以形成具有第一極化狀態的第二分量；以及在單次照射晶圓而不旋轉繞射光束的極化狀態時，極化第二分束分量以形成第三分量，且第三分量具有一對正交的極化狀態之第二極化狀態；其中調整第一分量與第二分量的至少一者之強度的步驟更包括調整第三分量的強度至第二其餘部分；以及其中量測至少一強度的步驟更包括量測第一分量、第二分量、與第三分量的至少一者之強度。在一實施例中，方法更包括將繞射光束的頂多10%強度分成第一部分，並將繞射光束的其餘強度分成第一其餘部分；以及依據疊對程式將繞射光束的至少45%強度分成第二部分，並將繞射光束的至少45%強度分成第二其餘部分；以及調整第三分量的強度至第二其餘部分。在一實施例中，方法更包括將繞射光束的至少30%強度分成第一部分，並將繞射光束的其餘強度分成第一其餘部分；以及將繞射光束的至少30%強度分成第二部分，並將繞射光束的至少30%強度分成第二其餘部分；以及依據疊對程式調整第三分量的強度成第二其餘部分。
在又一實施例中，量測方法包括產生入射光束，其包括平行極化狀態與垂直極化狀態；以入射光束照射光柵目標的堆疊；自光柵目標的堆疊反射繞射圖案光束，其包括平行極化狀態與垂直極化狀態；在單次照射光柵目標的堆疊時將繞射圖案光束分束成第一分量光束與第一反射光束，且第一分量光束包括第一強度與平行及垂直極化狀態；在單次照射光柵目標的堆疊而不旋轉入射光束的極化狀態時，極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強度與平行極化狀態；量測第一分量光束與第二分量光束的至少一者之強度；以及依據量測確認疊對誤差。在一實施例中，將繞射圖案光束分束的步驟更包括依據與光柵目標的堆疊相關的疊對程式調整第一分量光束的第一強度，並將第一分量光束聚焦於影像感測器上。在一實施例中，方法更包括將第一反射光束導向極化光束分束裝置；將第一反射光束極化並分束成第二分量光束與具有第三強度與垂直極化狀態的第三分量光束；以及依據疊對程式調整第二分量光束與第二分量光束的強度成相同強度。在一實施例中，將第一反射光束極化並分束成第二分量光束與第三分量光束的步驟，更包括將第二分量光束聚焦於影像感測器上，並自反射鏡反射第三分量光束並聚焦第三分量光束於影像感測器上。在一實施例中，將第一反射光束極化並分束成第二分量光束與第三分量光束的步驟更包括聚焦第二分量光束於影像感測器上，並聚焦第三分量光束於另一影像感測器上。在一實施例中，方法更包括調整第一分量光束的第一強度至繞射圖案光束的頂多10%強度；以及調整第二分量光束與第三分量光束的強度為相同強度，且相同強度為繞射圖案光束的至少45%強度。
上述實施例之特徵有利於本技術領域中具有通常知識者理解本揭露。本技術領域中具有通常知識者應理解可採用本揭露作基礎，設計並變化其他製程與結構以完成上述實施例之相同目的及/或相同優點。本技術領域中具有通常知識者亦應理解，這些等效置換並未脫離本揭露精神與範疇，並可在未脫離本揭露之精神與範疇的前提下進行改變、替換、或更動。
a1 ,b1 ,c1 ,d1 :X方向強度因子 a2 ,b2 ,c2 ,d2 :Y方向強度因子 I1 :第一強度 I2 :第二強度 I3 :第三強度 100:疊對工具 101:光源 103:感光系統 105:晶圓站點 107:控制器 109:入射光束 111:目標標記區 113:晶圓 115:繞射光束 117:光處理系統 119:影像感測器 120:傳輸分量 121:第一傳輸分量 123:第二傳輸分量 125:第三傳輸分量 127:軸 150:疊對計量法 151,153,155,157,159:步驟 220:分量繞射圖案 221:第一分量繞射圖案 223:第二分量繞射圖案 225:第三分量繞射圖案 227:第一組正交的繞射光束圖案 229:第二組正交的繞射光束圖案 260:疊對計量模組 320:疊對影像 321:複合疊對影像輪廓 323:X方向的分量疊對影像輪廓 325:Y方向的分量疊對影像輪廓 331:第一複合疊對圖 333:第一X方向疊對圖 335:第一Y方向疊對圖 341:第二複合疊對圖 343:第二X方向疊對圖 351:第三複合疊對圖 355:第二Y方向疊對圖 501:分束器 503:極化分束器 505:反射鏡 519:第一影像感測器 521:第一反射分量 621:第二影像感測器 717:分光裝置
圖1A係一些實施例中，含有監控晶圓之疊對目標區中的目標標記對準所用的感光系統之疊對工具之圖式。 圖1B係一些實施例中，圖1A之疊對工具可實施的疊對計量方法之流程圖。 圖2係一些實施例中，疊對工具用以進行圖案量測的自晶圓之目標標記區反射的光束其極化分量的圖式。 圖3A係一些實施例中，用於自圖2的極化分量收集的繞射為主資訊之疊對工具的影像感測器之圖式。 圖3B係一些實施例中，收集的繞射為主資訊之疊對影像輪廓之圖式。 圖3C係一些實施例中，目標標記區的層狀物之間的給定偏離之圖式。 圖4係一些實施例中，在疊對量測時採用的疊對程式之傳輸分量之強度相關的疊對程式之膜堆疊條件的表格。 圖5至7係一些實施例中，含有感光系統之圖1A的疊對工具的圖式。
100:疊對工具
101:光源
103:感光系統
105:晶圓站點
107:控制器
109:入射光束
111:目標標記區
113:晶圓
115:繞射光束
117:光處理系統
119:影像感測器
120:傳輸分量
121:第一傳輸分量
123:第二傳輸分量
125:第三傳輸分量
127:軸

Claims (1)

  1. 一種量測方法，包括： 自一晶圓反射一光束； 自該光束產生一第一傳輸分量，其包括兩個正交的極化狀態； 自該光束產生一第二傳輸分量，其包括兩個正交的極化狀態之第一極化狀態，且該第一傳輸分量與該第二傳輸分量產生於單次照射該晶圓而不旋轉該光束的極化狀態； 自該第一傳輸分量與該第二傳輸分量的至少一者收集一強度資訊；以及 確認該晶圓的多個材料層與該強度資訊之間的一疊對誤差。
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