TWI649635B

TWI649635B - 層疊誤差測量裝置及方法

Info

Publication number: TWI649635B
Application number: TW106102585A
Authority: TW
Inventors: 陳彥良; 謝鴻志; 吳鍇; 陳開雄; 柯志明
Original assignee: 台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2019-02-01
Also published as: TW201827932A

Abstract

一種層疊誤差測量裝置，包括光源、光學系統、物鏡及檢測器。光源用於產生測量光。光學系統用於將測量光導引至物鏡中。物鏡用於將測量光導引至一層疊標記上，同時將從層疊標記繞射的正主極繞射光與負主極繞射光收集至物鏡的光瞳面上。檢測器設置於物鏡的光瞳面上，用於檢測前述正、負主極繞射光的光強度分布，並利用正、負主極繞射光的該等光強度分布相減而得到層疊標記的一層疊誤差訊號。其中，光學系統包括一光圈，其具有至少一透光區域，其位置、尺寸及/或形狀根據層疊誤差訊號中之雜訊之位置係為可調變的。

Description

層疊誤差測量裝置及方法

本發明實施例係關於一種半導體製造技術，特別係有關於一種層疊誤差(overlay error)測量裝置及方法。

在半導體製造中，微影製程可以說是相當關鍵的步驟，其直接關係到最小特徵尺寸的極限。對準與曝光是微影製程中最重要的技術，其中，對準的目的是使得光罩圖案能正確的轉移到光阻層，因為半導體元件(例如IC晶粒)是由許多結構層堆疊而成，因此若曝光位置對準不正確，層與層之間的圖形就無法按照原先電路設計的圖形密切配合，而造成短路、斷路及電性不良等缺陷，使得產品良率降低，並增加生產成本。

前述層與層之間的圖形覆蓋位置上的誤差又稱為層疊誤差(overlay error)。隨著元件積集度越來越高，微影的次數與複雜度不斷地增加，層疊誤差容忍度顯著降低，因此對於測量層疊誤差的精度要求變得更加嚴苛。由於成像解析度極限的限制，傳統的基於成像和圖像識別的層疊測量技術(Image-based overlay，簡稱IBO)已逐漸無法滿足現今業界對於測量層疊誤差的精度要求。而基於繞射光檢測的層疊測量技術(Diffraction-based overlay，簡稱DBO)則正成為測量層疊誤差的主要手段。

雖然目前DBO測量技術已符合一般的測量精度要求，但仍無法滿足所有的方面。因此，需要提供一種繞射式層疊誤差測量裝置及方法的改進方案。

本發明一些實施例提供一種層疊誤差測量裝置，包括：一物鏡；一光源，用於產生一測量光；一光學系統，用於將測量光導引至物鏡中，物鏡用於將測量光導引至一層疊標記上，同時將從層疊標記繞射的正主極繞射光與負主極繞射光收集至物鏡的一光瞳面上；以及一檢測器，設置於物鏡的光瞳面上，用於檢測前述正、負主極繞射光的光強度分布，並利用正、負主極繞射光的該等光強度分布相減而得到層疊標記的一層疊誤差訊號；其中，前述光學系統包括一光圈，其具有至少一透光區域，且透光區域之位置、尺寸及/或形狀根據層疊誤差訊號中之雜訊之位置係為可調變的。

本發明一些實施例提供一種層疊誤差測量裝置，包括：一光學系統，用於將來自一光源之一測量光導引至一物鏡中，物鏡用於將測量光導引至一層疊標記上，同時收集從層疊標記繞射的正主極繞射光與負主極繞射光，其中光學系統包括一光圈，其具有至少一透光區域與至少一非透光區域；以及一檢測器，用於將前述正主極繞射光與負主極繞射光的光強度分布相減以得到層疊標記的一層疊誤差訊號，並根據層疊誤差訊號中之雜訊之位置調變光圈之前述至少一透光區域與至少一非透光區域的位置、尺寸及/或形狀。

本發明一些實施例提供一種層疊誤差測量方法，包括：藉由一光源發出一測量光；藉由一光學系統將測量光導引至一物鏡中；藉由物鏡將測量光導引至一層疊標記上，並將從層疊標記繞射的正主極繞射光與負主極繞射光收集至物鏡的一光瞳面上；藉由一檢測器檢測前述正、負主極繞射光的光強度分布，並利用正、負主極繞射光的該等光強度分布相減而得到層疊標記的一參考的層疊誤差訊號；藉由檢測器根據參考的層疊誤差訊號中之雜訊的位置，調變光學系統中之一光圈之至少一透光區域的位置、尺寸及/或形狀；以及藉由檢測器檢測前述正、負主極繞射光的光強度分布，並利用正、負主極繞射光的該等光強度分布相減而得到層疊標記的一正式的層疊誤差訊號。

10‧‧‧層疊誤差檢測裝置

11‧‧‧光源

12‧‧‧光學系統

13‧‧‧準直透鏡

14‧‧‧濾波片

15‧‧‧光圈

15A‧‧‧透光部

15B‧‧‧外圍部

16‧‧‧偏振片

17‧‧‧第一透鏡

18‧‧‧視場光闌

19‧‧‧第二透鏡

20‧‧‧分光鏡

21‧‧‧物鏡

22‧‧‧透鏡組

23‧‧‧檢測器

23A‧‧‧處理單元

71‧‧‧第一偏振片

72‧‧‧第一電極

72A‧‧‧配向膜

73‧‧‧液晶層

74‧‧‧第二電極

74A‧‧‧配向膜

75‧‧‧第二偏振片

80‧‧‧位置資料

91‧‧‧微鏡片

92‧‧‧支撐件

93‧‧‧控制電路

151‧‧‧面板單元

152‧‧‧時序控制器

153‧‧‧掃描驅動單元

154‧‧‧資料驅動單元

200‧‧‧層疊誤差檢測方法

201-206‧‧‧步驟

B‧‧‧測試光

B1‧‧‧光線

d‧‧‧位置誤差

D₁-Dn‧‧‧資料驅動訊號

G1‧‧‧下層光柵結構

G2‧‧‧上層光柵結構

L1‧‧‧前層

L2‧‧‧當層

L3‧‧‧中間材料層

M‧‧‧層疊標記

R1‧‧‧透光區域

R2‧‧‧非透光區域

S‧‧‧基材

S₁-Sm‧‧‧掃描驅動訊號

Sd‧‧‧資料控制訊號

Ss‧‧‧掃描控制訊號

T‧‧‧傾斜角度

U‧‧‧液晶單元

U’‧‧‧微鏡片單元

V‧‧‧電壓

第1圖顯示根據一些實施例之一層疊誤差檢測裝置之結構示意圖。

第2圖顯示第1圖中之層疊標記之剖面結構示意圖。

第3圖顯示第1圖中之光圈之正視示意圖。

第4圖顯示第1圖中之檢測器檢測到之正或負1階繞射光的光強度分布圖。

第5圖顯示根據一些實施例之利用正、負1階繞射光的光強度分布相減而得到之一層疊誤差訊號圖。

第6圖顯示根據一些實施例以主動式矩陣液晶模組作為光圈之示意圖。

第7A及7B圖顯示第6圖中之主動式矩陣液晶模組之各液晶單元之結構示意圖，與其允許或不允許光線通過之工作原理示意圖。

第8圖顯示根據一些實施例之檢測器及光圈(主動式矩陣液晶模組)組成之控制系統方塊圖。

第9圖顯示根據一些實施例以微鏡片陣列模組作為光圈時，各微鏡片單元之結構示意圖。

第10圖顯示根據一些實施例之一層疊誤差檢測方法之流程圖。

以下揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若實施例中敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的情況，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使得上述第一特徵與第二特徵未直接接觸的情況。

在下文中使用的空間相關用詞，例如“在...下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的”及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞也意指可能包含在不同的方位下使用或者操作圖式中的裝置。

以下不同實施例中可能重複使用相同的元件標號及/或文字，這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。

在下文中使用的第一以及第二等詞彙，僅作為清楚解釋之目的，並非用以對應以及限制專利範圍。此外，第一特徵以及第二特徵等詞彙，並非限定為相同或是不同的特徵。

在圖式中，結構的形狀或厚度可能擴大，以簡化或便於標示。必須了解的是，未特別描述或圖示之元件可以本領域技術人士所熟知之各種形式存在。

請先參閱第1圖，其顯示根據本發明一些實施例之一層疊誤差檢測裝置10之結構示意圖。應先說明的是，層疊誤差檢測裝置10為一繞射式(Diffraction-based)層疊誤差測量裝置，用於檢測半導體元件之層與層之間的圖形覆蓋位置上的誤差。舉例來說，當一半導體基材(例如矽晶圓)上之最上方材料層(又稱為當層(current layer))在完成例如微影製程後，層疊誤差檢測裝置10能夠藉由繞射光檢測同時形成在當層與下方之某一材料層(又稱為前層(previous layer))上之至少一層疊標記(overlay mark)，藉此判讀當層與前層之圖形之間的層疊誤差。

由第1圖中可以看出，層疊誤差檢測裝置10包括一光源11、一光學系統12、一物鏡21以及一檢測器23。

光源11用於產生一測量光。在一些實施例中，光源11可以是白光光源、寬波段光源或是由多個單色光組成的複合光源。在一些實施例中，白光光源可以選用例如Xe光源，寬波段是指產生包括紫外光、可見光、紅外光波段或上述波段組合的光，而複合光源可以由多個不同波長的雷射光束透過混頻得到。

光學系統12用於將光源11發出的測量光導引至物鏡21中。具體而言，光學系統12沿測量光之傳播方向依序可包括：一準直透鏡13、一濾波片14、一偏振片16、一第一透鏡17、一第二透鏡19以及一分光鏡20。準直透鏡13用於將測量光進行準直。濾波片14用於使單一波長的光通過。在某些實施例中，濾波片14為單色的，但不限定於此。另外，當光源11使用雷射光源時，亦可省略濾波片14。偏振片16用於生成線偏振光。在某些實施例中，亦可使用偏振分光鏡(polarizing beamsplitter)取代偏振片16。第一、第二透鏡17及19例如為聚焦透鏡，用於聚光。分光鏡20用於將測量光導引及入射至物鏡21中，在一些實施例中，分光鏡20可為稜鏡、光柵或稜鏡與光柵的組合。此外，光學系統12還可以包括位於物鏡21與檢測器23之間之用於聚光的透鏡組22。

再者，光學系統12還包括一光圈15及一視場光闌18，此兩者用於將測量光調製成相對於物鏡21的光軸中心為對稱的入射光。具體而言，在平行光系統中，光圈15(又稱為孔徑光闌)設置於偏振片16前方，用於生成滿足物鏡21對入射光形狀要求的光斑，亦即可決定成像的形狀。在一些實施例中，光圈15的透光部15A可設計為圓形(如第3圖所示)、方形、矩形、狹縫或者任意多邊形。視場光闌18設置於第一透鏡17與第二透鏡19之間，用於生成滿足對入射光尺寸要求的光斑，亦即可決定成像的範圍。

請一併參閱第1及2圖，物鏡21用於將測量光B導引至一層疊標記M上。在一些實施例中，層疊標記M由在半導體基材S上製成的上下兩層光柵結構組成(如第2圖所示)。在此，光柵結構指本領域已知的具週期性之結構。下層光柵結構G1可藉由例如曝光、顯影、蝕刻等製程而形成於半導體基材S上之某一材料層(又稱為前層L1)。前層L1不限定於直接位在半導體基材S上，亦可在兩者之間形成有其他結構層。上層光柵結構G2通常是在當次例如曝光、顯影、蝕刻等製程後而形成於最上方材料層(又稱為當層L2)。此外，上、下層光柵結構G1及G2之間具有至少一中間材料層L3。層疊誤差是指上、下層光柵結構G1及G2之間的位置誤差d(如第2圖中所示)。藉由檢測層疊標記M之層疊誤差，可判讀當層L2與前層L1之間的圖形覆蓋位置上的誤差。

應瞭解的是，為了檢測當層L2與前層L1之對應的圖形之間的層疊誤差，一層疊標記M中通常包括多組分別沿第一方向(例如X方向)及第二方向(例如垂直於X方向之Y方向)排列的兩層光柵結構。

請繼續參閱第1圖，測量光在層疊標記M上可進行繞射，同時物鏡21可收集來自層疊標記M之繞射光，尤其是除中央主極繞射光以外之各主極繞射光(亦即正主極繞射光與負主極繞射光，例如正1階繞射光、負1階繞射光、正2階繞射光、負2階繞射光等)，並將這些繞射光收集至物鏡21之光瞳面(未圖示)上。

檢測器23設置於物鏡21之光瞳面上，用於檢測來自層疊標記M之正主極繞射光與負主極繞射光之光信號。在一些實施例中，檢測器23可採用感光耦合元件(CCD)或互補式金屬氧化物半導體(CMOS)。

須說明的是，本文中介紹之實施例可以僅利用檢測正1階繞射光與負1階繞射光(如第1圖中所示的兩光束)之光信號來計算層疊標記M之層疊誤差，但是更高階次(亦即2階以上)的繞射光同樣可被利用來檢測層疊誤差。

請參閱第4圖，由檢測器23檢測到之正1階繞射光與負1階繞射光之光信號各具有一圓形的光強度分布，其形狀是對應於光圈15的透光部15A之形狀。

當層疊標記M之上、下層光柵結構G1及G2之間的位置誤差d為0時，由檢測器23檢測到之正1階繞射光與負1階繞射光的光信號可具有一致的光強度分布；相對地，當層疊標記M之上、下層光柵結構G1及G2之間的位置誤差d非為0時，由檢測器23檢測到之正1階繞射光與負1階繞射光之光信號的光強度分布則有所不同。如此一來，藉由比較正1階繞射光與負1階繞射光之光強度分布的差異(亦即利用正1階繞射光與負1階繞射光之光強度分布相減的結果)，檢測器23能夠得到層疊標記M之一層疊誤差訊號。再透過例如檢測器23中之一處理單元(圖未示)分析上述層疊誤差訊號之光強度分布(如第5圖所示)，即可以計算出層疊標記M之層疊誤差。

然而，由第5圖中可以看出，上述層疊誤差訊號之部分區域(如圖中圈選的區域，又稱為壞區(bad area))中可能出現一些雜訊N(或是強度非常低的訊號)，其會干擾層疊誤差訊號之判讀，並造成層疊誤差檢測的準確度受到影響。

經研究發現，這些雜訊N主要源自於以特定角度入射至層疊標記M上的光線，其在上、下層光柵結構G1及G2之間之中間材料層L3容易發生全反射(如第2圖中所示之光線B1))或是能量被吸收，故而無法良好地被檢測器23檢測。因此，若能夠使得會產生雜訊N之部分測試光由光圈15直接阻擋，即可有效地移除層疊誤差訊號中之雜訊N，以防止其干擾層疊誤差訊號之判讀，進而能夠提高層疊誤差檢測的準確度。

為了達到上述目的，本發明一些實施例採用如第6、7A~7B及9圖中所示之特殊的光圈15。在一些實施例中，光圈15可具有至少一透光區域，且透光區域之位置、尺寸及/或形狀根據層疊誤差訊號中之雜訊N的位置為可調變的。

須先說明的是，由於檢測器23檢測到之層疊誤差訊號之光強度分布的形狀(圓形，參見第5圖)是對應光圈15的透光部15A之形狀，因此層疊誤差訊號中之雜訊N的位置亦可與光圈15的透光部15A內的相對位置對應(亦即具有匹配(mapping)的關係)。

藉此特性，可根據層疊誤差訊號中之雜訊N的位置來調變光圈15(透光部15A範圍內)之至少一透光區域之位置、尺寸及/或形狀(或是說調變光圈15之至少一非透光區域之位置、尺寸及/或形狀)，以使得會產生雜訊N之部分測試光由光圈15直接阻擋，並可移除層疊誤差訊號中之雜訊N。

請一併參閱第6、7A及7B圖，在一些實施例中，光圈15為一主動式矩陣(active matrix)液晶模組，具有複數個排列成矩陣的液晶單元U。

各液晶單元U沿測量光通過光圈15的方向依序包括：一第一偏振片71、一第一電極72、一液晶層73、一第二電極74以及一第二偏振片75。更詳細而言，液晶層73配置於第一、第二電極72及74之間，第一、第二電極72及74之內側分別形成有一配向膜(alignment film)72A與74A。配向膜72A及配向膜74A之配向溝槽相互垂直，使得液晶層73中之液晶分子之排列方向(在沒有電場作用下)由配向膜72A之一端至配向膜74A之一端可發生90度的扭轉(如第7A圖所示)。第一偏振片71及第二偏振片75分別配置於第一、第二電極72及74之外側，兩者的偏振方向為相互垂直。此外，各液晶單元U包括一薄膜電晶體(thin film transistor，TFT)基板(圖未示)，用於輸出電壓V以控制液晶分子之排列方向。

由第7A圖中可以看出，在沒有施加電壓於第一、第二電極72及74之間時，穿過液晶層73之測量光可隨著液晶分子之扭轉而發生90度轉動，並穿過垂直的第一、第二偏振片71及75。由第7B圖中可以看出，當施加電壓V於第一、第二電極72及74之間時，液晶層73中之液晶分子(例如正液晶分子)可沿著電場方向排列，此時測量光則不會發生轉動，也就無法穿過第二偏振片75。

應瞭解的是，光圈15之各液晶單元U的結構及控制方式不以上述實施例為限制。例如，在一些實施例中，第一、第二偏振片71及75的偏振方向亦可為相互平行，並且在沒有施加電壓於第一、第二電極72及74之間時，隨著液晶分子之扭轉而發生90度轉動之測量光無法穿過第二偏振片75，而當施加電壓V於第一、第二電極72及74之間時，測量光則可以穿過第二偏振片75。

由此，透過TFT基板控制施加於第一、第二電極72及74之間的電壓，可控制各液晶單元U中液晶分子的方向以允許或不允許光線通過。如此一來，光圈15之透光部15A(虛線圓圈之內部)範圍內之至少一透光區域R1與至少一非透光區域R2之位置、尺寸及/或形狀成為可(任意)調變的，其中，透光區域R1對應於液晶單元U允許光線通過的狀態(如第7A圖所示)，而非透光區域R2對應於液晶單元U不允許光線通過的狀態(如第7B圖所示)。

值得一提的是，光圈15之外圍部15B(亦即透光部15A外之部分)的液晶單元U可常態調控為不允許光線通過的狀態(如第7B圖所示)。或者，在一些實施例中，僅有光圈15之透光部15A部分為一主動式矩陣液晶模組，而光圈15之外圍部15B可改為一機械式擋光板，以節省能源消耗。

進一步地，在一些實施例中，檢測器23根據所檢測到之層疊誤差訊號中之雜訊的位置，可控制及調變上述光圈15(主動式矩陣液晶模組)之至少一透光區域R1與至少一非透光區域R2的位置、尺寸及/或形狀。

請參閱第8圖，其顯示根據一些實施例之檢測器23及光圈15組成之控制系統方塊圖。舉例而言，當檢測器23檢測到層疊標記M之一層疊誤差訊號(光強度分布)時，檢測器23中之一處理單元23A可經由分析層疊誤差訊號而得到其中雜訊之分布位置，例如檢測器23之處理單元23A可由層疊誤差訊號之光強度分布(如第5圖所示)，而得到光強度高於及低於一特定數值之位置座標，亦即得到一層疊誤差訊號中之正常訊號部分及雜訊之位置座標。接著，處理單元23A可再通過運算轉換而產生一包括對應於光圈15之透光區域R1及非透光區域R2的位置座標之位置資料80。

檢測器23透過有線(例如電線、電纜或光纖)或無線(例如藍芽、wifi或近場通訊(NFC)傳輸)之方式電性連接光圈15(主動式矩陣液晶模組)。光圈15包括一面板單元151、一時序控制器(timing controller，TCON)152、一掃描驅動單元153以及一資料驅動單元154。在一些實施例中，面板單元151具有配置成多列及多行的液晶單元(又稱為顯示單元)，且每一液晶單元之結構可參照例如第7A及7B圖中所示。時序控制器152用於接收檢測器23之處理單元23A所產生之位置資料80，並將一掃描控制訊號Ss及一資料控制訊號Sd分別提供至掃描驅動單元153及資料驅動單元154。掃描驅動單元153及資料驅動單元154用於根據上述控制訊號產生驅動訊號，以藉由例如寫入薄膜電晶體(TFT)之電壓資料至面板單元151之各液晶單元的方式來操控面板單元151之運作。

更具體而言，在一些實施例中，掃描驅動單元153可在一時間週期中根據一定的列掃描順序，將基於掃描控制訊號Ss所產生之掃描驅動訊號S₁~Sm施加至每一液晶單元之列的掃描線。如上所述，掃描驅動訊號S₁~Sm是施加至對應於每一液晶單元的TFT之閘極(未圖示)，以藉由施加一閘極電壓來開啟對應之TFT，使得對應液晶單元的電壓資料可為資料驅動單元154寫入。

另外，在一些實施例中，資料驅動單元154用於在每一時間週期中，基於資料控制訊號Sd，將電壓資料寫入液晶單元陣列。例如，資料驅動單元154可同時將資料驅動訊號D₁~Dn施加至液晶單元之行的資料線，藉此以控制施加電壓至每一TFT之源極的電壓大小或時間。

如上所述，第6至8圖之實施例可基於層疊誤差訊號中之雜訊位置，來對應地控制每一液晶單元U為允許或不允許光線通過的狀態(如第7A及7B圖中所示)。舉例來說，當檢測器23之處理單元23A經由分析層疊誤差訊號而得到其中雜訊之分布位置，可再通過運算轉換而得到一包括對應於光圈15之透光區域R1及非透光區域R2的位置座標之位置資料80。由此，檢測器23基於此位置資料80能夠進一步控制光圈15之每一液晶單元U之透光或非透光狀態(藉由施加或不施加電壓)，並使得光圈15(透光部15A範圍內)之透光區域R1與非透光區域R2的位置分別與層疊誤差訊號中之正常的訊號與雜訊的位置相互對應，以使得會產生雜訊之部分測試光由光圈15直接阻擋。如此一來，可實現自動及準確地移除層疊誤差訊號中之雜訊，以改善層疊誤差訊號的品質，並提高層疊誤差檢測的準確度。

在一些實施例中，光圈15亦可為一微鏡片(micro-lens)陣列模組，具有複數個排列成矩陣的微鏡片單元。由第9圖中可以看出，各微鏡片單元U’包括一微鏡片91、用於支持且允許微鏡片91活動之一支撐件92、以及與支撐件92電性連接之一控制電路93。支撐件92為一致動件，並可根據控制電路93施加之電壓大小，以改變微鏡片91之傾斜角度T。當微鏡片91之傾斜角度T超過一特定角度時，可改變光線之行進方向，使得光線不會穿過微鏡片單元U’(如圖中所示)。也就是說，藉由改變微鏡片91之傾斜角度T，亦可以達到允許或不允許光線通過微鏡片單元U’之效果。

因此，在一些實施例中，亦可將第6至8圖之實施例中之光圈15改為一微鏡片陣列模組，並透過控制微鏡片陣列模組之每一微鏡片單元U’中微鏡片91的傾斜角度T以允許或不允許光線通過，使得光圈15之透光區域與非透光區域的位置、尺寸及/或形狀能夠被調變，進而達到移除層疊誤差訊號中之雜訊之目的。

第10圖顯示根據一些實施例之一層疊誤差檢測方法200之流程圖。在步驟201中，藉由一光源發出一測量光。在步驟202中，藉由一光學系統將測量光導引至一物鏡中。在步驟203中，藉由物鏡將測量光導引至一層疊標記上，並將從層疊標記繞射的正主極繞射光與負主極繞射光收集至物鏡的一光瞳面上。在步驟204中，藉由一檢測器檢測前述正、負主極繞射光的光強度分布，並利用正、負主極繞射光的該等光強度分布相減而得到層疊標記的一參考的層疊誤差訊號。在步驟205中，藉由檢測器根據參考的層疊誤差訊號中之雜訊的位置，調變光學系統中之一光圈之至少一透光區域的位置、尺寸及/或形狀。在步驟206中，藉由檢測器檢測前述正、負主極繞射光的光強度分布，並利用正、負主極繞射光的該等光強度分布相減而得到層疊標記的一正式的層疊誤差訊號。

要瞭解的是，上述介紹之層疊誤差檢測方法之步驟僅為範例，在一些實施例中之層疊誤差檢測方法亦可以包括其他步驟及步驟順序。

綜上所述，本發明實施例具有以下優點：由於光學系統中之光圈(孔徑光闌)具有至少一透光區域，且透光區域之位置、尺寸及/或形狀根據檢測器檢測到之層疊誤差訊號中之雜訊之位置為可調變的，因此，透過調整光圈之透光區域(或是非透光區域)之位置、尺寸及/或形狀，可改變測試光入射至層疊標記上之角度，並進一步移除層疊誤差訊號中之雜訊。如此一來，能夠改善層疊誤差訊號的品質，並可提高層疊誤差檢測的準確度。

根據一些實施例，提供一種層疊誤差測量裝置，包括一物鏡、一光源、一光學系統以及一檢測器。光源用於產生一測量光。光學系統用於將測量光導引至物鏡中。物鏡用於將測量光導引至一層疊標記上，同時將從層疊標記繞射的正主極繞射光與負主極繞射光收集至物鏡的一光瞳面上。檢測器設置於物鏡的光瞳面上，用於檢測前述正、負主極繞射光的光強度分布，並利用正、負主極繞射光的該等光強度分布相減而得到層疊標記的一層疊誤差訊號。其中，前述光學系統包括一光圈，其具有至少一透光區域，且透光區域之位置、尺寸及/或形狀根據層疊誤差訊號中之雜訊之位置為可調變的。

根據一些實施例，層疊誤差訊號具有一光強度分布，其形狀對應於光圈之一透光部的形狀。

根據一些實施例，檢測器電性連接光圈，並根據層疊誤差訊號中之雜訊的位置調變光圈之至少一透光區域與至少一非透光區域的位置、尺寸及/或形狀。

根據一些實施例，光圈為一主動式矩陣液晶模組，透過控制主動式矩陣液晶模組之至少一液晶單元中液晶分子的方向以允許或不允許光線通過，可調變光圈之至少一透光區域與至少一非透光區域的位置、尺寸及/或形狀。

根據一些實施例，光圈為一微鏡片陣列模組，透過控制微鏡片陣列模組之至少一微鏡片單元中微鏡片的傾斜角度以允許或不允許光線通過，可調變光圈之至少一透光區域與至少一非透光區域的位置、尺寸及/或形狀。

根據一些實施例，光學系統沿測量光之傳播方向依序包括：一準直透鏡、一濾波片、光圈、一第一透鏡、一視場光闌、一第二透鏡以及一分光鏡。

根據一些實施例，正主極繞射光與負主極繞射光為正1階繞射光與負1階繞射光。

根據一些實施例，層疊標記由位在一基材上之一當層及一前層的兩層光柵結構組成。

根據一些實施例，提供一種層疊誤差測量裝置，包括一光學系統以及一檢測器。光學系統用於將來自一光源之一測量光導引至一物鏡中，物鏡用於將測量光導引至一層疊標記上，同時收集從層疊標記繞射的正主極繞射光與負主極繞射光，其中光學系統包括一光圈，其具有至少一透光區域與至少一非透光區。檢測器用於將前述正主極繞射光與負主極繞射光的光強度分布相減以得到層疊標記的一層疊誤差訊號，並根據層疊誤差訊號中之雜訊之位置調變光圈之至少一透光區域與至少一非透光區域的位置、尺寸及/或形狀。

根據一些實施例，提供一種層疊誤差測量方法，包括：藉由一光源發出一測量光；藉由一光學系統將測量光導引至一物鏡中；藉由物鏡將測量光導引至一層疊標記上，並將從層疊標記繞射的正主極繞射光與負主極繞射光收集至物鏡的一光瞳面上；藉由一檢測器檢測前述正、負主極繞射光的光強度分布，並利用正、負主極繞射光的該等光強度分布相減而得到層疊標記的一參考的層疊誤差訊號；藉由檢測器根據參考的層疊誤差訊號中之雜訊的位置，調變光學系統中之一光圈之至少一透光區域的位置、尺寸及/或形狀；以及藉由檢測器檢測前述正、負主極繞射光的光強度分布，並利用正、負主極繞射光的該等光強度分布相減而得到層疊標記的一正式的層疊誤差訊號。

雖然本發明以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許之更動與潤飾。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims

一種層疊誤差測量裝置，包括：一物鏡；一光源，用於產生一測量光；一光學系統，用於將該測量光導引至該物鏡中，該物鏡用於將該測量光導引至一層疊標記上，同時將從該層疊標記繞射的正主極繞射光與負主極繞射光收集至該物鏡的一光瞳面上；以及一檢測器，設置於該物鏡的該光瞳面上，用於檢測該等正、負主極繞射光的光強度分布，並利用該等正、負主極繞射光的該等光強度分布相減而得到該層疊標記的一層疊誤差訊號；其中，該光學系統包括為一主動式矩陣液晶模組之一光圈，以及該檢測器電性連接該光圈，並根據該層疊誤差訊號中之雜訊的位置控制該主動式矩陣液晶模組之至少一液晶單元中液晶分子的方向以允許或不允許光線通過，藉此調變該光圈之至少一透光區域與至少一非透光區域的位置、尺寸及/或形狀。
如申請專利範圍第1項所述的層疊誤差測量裝置，其中該層疊誤差訊號具有一光強度分布，其形狀對應於該光圈之一透光部的形狀。
如申請專利範圍第2項所述的層疊誤差測量裝置，其中該光圈之該至少一透光區域與至少一非透光區域係在該透光部之範圍內。
如申請專利範圍第1至3項中任一項所述的層疊誤差測量裝置，其中該光學系統沿該測量光之傳播方向依序包括：一準直透鏡、一濾波片、該光圈、一第一透鏡、一視場光闌、一第二透鏡以及一分光鏡。
如申請專利範圍第1至3項中任一項所述的層疊誤差測量裝置，其中該正主極繞射光與該負主極繞射光為正1階繞射光與負1階繞射光。
如申請專利範圍第1至3項中任一項所述的層疊誤差測量裝置，其中該層疊標記由位在一基材上之一當層及一前層的兩層光柵結構組成。
一種層疊誤差測量裝置，包括：一光學系統，用於將來自一光源之一測量光導引至一物鏡中，該物鏡用於將該測量光導引至一層疊標記上，同時收集從該層疊標記繞射的正主極繞射光與負主極繞射光，其中該光學系統包括一光圈，該光圈之透光部範圍內具有可調變的至少一透光區域與至少一非透光區域；以及一檢測器，用於將該正主極繞射光與該負主極繞射光的光強度分布相減以得到該層疊標記的一層疊誤差訊號，並根據該層疊誤差訊號中之雜訊之位置調變該光圈之該至少一透光區域與該至少一非透光區域的位置、尺寸及/或形狀。
如申請專利範圍第7項所述的層疊誤差測量裝置，其中該光圈為一主動式矩陣液晶模組，該檢測器配置以控制該主動式矩陣液晶模組之至少一液晶單元中液晶分子的方向以允許或不允許光線通過，藉此調變該光圈之該至少一透光區域與該至少一非透光區域的位置、尺寸及/或形狀。
如申請專利範圍第7項所述的層疊誤差測量裝置，其中該光圈為一微鏡片陣列模組，該檢測器配置以控制該微鏡片陣列模組之至少一微鏡片單元中微鏡片的傾斜角度以允許或不允許光線通過，藉此調變該光圈之該至少一透光區域與該至少一非透光區域的位置、尺寸及/或形狀。
一種層疊誤差測量方法，包括：藉由一光源發出一測量光；藉由一光學系統將該測量光導引至一物鏡中；藉由該物鏡將該測量光導引至一層疊標記上，並將從該層疊標記繞射的正主極繞射光與負主極繞射光收集至該物鏡的一光瞳面上；藉由一檢測器檢測該等正、負主極繞射光的光強度分布，並利用該等正、負主極繞射光的該等光強度分布相減而得到該層疊標記的一參考的層疊誤差訊號；藉由該檢測器根據該參考的層疊誤差訊號中之雜訊的位置，調變該光學系統中之一光圈之透光部範圍內之至少一透光區域與至少一非透光區域的位置、尺寸及/或形狀；以及藉由該檢測器檢測該等正、負主極繞射光的光強度分布，並利用該等正、負主極繞射光的該等光強度分布相減而得到該層疊標記的一正式的層疊誤差訊號。