光学系统及其操作方法与流程

本技术案主张美国第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：

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

技术实现思路

1、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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、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。

6、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。

7、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。

8、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。

9、在一些实施例中，该等微结构包括多个圆形。

10、在一些实施例中，该等微结构包括多个正方形。

11、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。

12、在一些实施例中，该等微结构包括多个菱形。

13、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。

14、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。

15、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。

16、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。

17、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。

18、在一些实施例中，该叠对标记包括长菱形或六角形微结构。

19、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)。

20、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。

21、在一些实施例中，该叠对标记包括多个锯齿形微结构。

22、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。

23、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。

24、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。

25、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。

26、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。

27、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。

28、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。

29、在一些实施例中，该叠对标记由重复的多个微结构所构成。

30、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。

31、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。

32、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。

33、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。

34、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。

35、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。

36、在一些实施例中，该叠对标记包括一周期性结构。

37、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。

38、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。