层迭误差测量装置及方法制造方法及图纸

本公开提供层迭误差测量装置及方法。装置包括光源、光学系统、物镜及检测器。光源用于产生测量光。光学系统用于将测量光导引至物镜中。物镜用于将测量光导引至一层迭标记上，同时将从层迭标记绕射的正主极绕射光与负主极绕射光收集至物镜的光瞳面上。检测器设置于物镜的光瞳面上，用于检测前述正、负主极绕射光的光强度分布，并利用正、负主极绕射光的所述光强度分布相减而得到层迭标记的一层迭误差信号。其中，光学系统包括一光圈，其具有至少一透光区域，其位置、尺寸及/或形状根据层迭误差信号中的噪声的位置为可调变的。本公开提供的层迭误差测量装置能够改善层迭误差信号的品质，并可提高层迭误差检测的准确度。

Measuring device and method for stacking error

The present disclosure provides a device for measuring stacking errors and a method thereof. The device comprises a light source, an optical system, an objective lens and a detector. The light source is used to produce measured light. The optical system is used to guide the measurement of optical guidance to the object lens. The objective lens is used to guide the measurement of light to one layer of superposition, and the diffraction light of the main pole and the negative main pole is collected from the layer superposition mark to the pupil surface of the object lens. The detector is set on the pupil surface of the object lens to detect the light intensity distribution of the foregoing and negative main pole diffraction light, and a layer superposition error signal is obtained by subtracting the light intensity distribution of the positive and negative main pole diffraction light. The optical system includes a aperture with at least one light transmission area, and its position, size and / or shape are adjustable depending on the position of the noise in the layer error signal. The stacking error measuring device can improve the quality of the stacking error signal and improve the accuracy of the stacking error detection.

【技术实现步骤摘要】
层迭误差测量装置及方法
本公开实施例涉及一种半导体制造技术，特别涉及一种层迭误差(overlayerror)测量装置及方法。
技术介绍
在半导体制造中，微影制程可以说是相当关键的步骤，其直接关系到最小特征尺寸的极限。对准与曝光是微影制程中最重要的技术，其中，对准的目的是使得掩模图案能正确的转移到光致抗蚀剂层，因为半导体元件(例如IC晶粒)是由许多结构层堆迭而成，因此若曝光位置对准不正确，层与层之间的图形就无法按照原先电路设计的图形密切配合，而造成短路、断路及电性不良等缺陷，使得产品良率降低，并增加生产成本。前述层与层之间的图形覆盖位置上的误差又称为层迭误差(overlayerror)。随着元件积集度越来越高，微影的次数与复杂度不断地增加，层迭误差容忍度显着降低，因此对于测量层迭误差的精度要求变得更加严苛。由于成像分辨率极限的限制，传统的基于成像和图像识别的层迭测量技术(Image-basedoverlay，简称IBO)已逐渐无法满足现今业界对于测量层迭误差的精度要求。而基于绕射光检测的层迭测量技术(Diffraction-basedoverlay，简称DBO)则正成为测量层迭误差的主要手段。虽然目前DBO测量技术已符合一般的测量精度要求，但仍无法满足所有的方面。因此，需要提供一种绕射式层迭误差测量装置及方法的改进方案。
技术实现思路
本公开一些实施例提供一种层迭误差测量装置，包括：一物镜；一光源，用于产生一测量光；一光学系统，用于将测量光导引至物镜中，物镜用于将测量光导引至一层迭标记上，同时将从层迭标记绕射的正主极绕射光与负主极绕射光收集至物镜的一光瞳面上；以及一检测器，设置于物镜的光瞳面上，用于检测前述正、负主极绕射光的光强度分布，并利用正、负主极绕射光的所述光强度分布相减而得到层迭标记的一层迭误差信号；其中，前述光学系统包括一光圈，其具有至少一透光区域，且透光区域的位置、尺寸及/或形状根据层迭误差信号中的噪声的位置为可调变的。本公开一些实施例提供一种层迭误差测量装置，包括：一光学系统，用于将来自一光源的一测量光导引至一物镜中，物镜用于将测量光导引至一层迭标记上，同时收集从层迭标记绕射的正主极绕射光与负主极绕射光，其中光学系统包括一光圈，其具有至少一透光区域与至少一非透光区域；以及一检测器，用于将前述正主极绕射光与负主极绕射光的光强度分布相减以得到层迭标记的一层迭误差信号，并根据层迭误差信号中的噪声的位置调变光圈的前述至少一透光区域与至少一非透光区域的位置、尺寸及/或形状。本公开一些实施例提供一种层迭误差测量方法，包括：通过一光源发出一测量光；通过一光学系统将测量光导引至一物镜中；通过物镜将测量光导引至一层迭标记上，并将从层迭标记绕射的正主极绕射光与负主极绕射光收集至物镜的一光瞳面上；通过一检测器检测前述正、负主极绕射光的光强度分布，并利用正、负主极绕射光的所述光强度分布相减而得到层迭标记的一参考的层迭误差信号；通过检测器根据参考的层迭误差信号中的噪声的位置，调变光学系统中的一光圈的至少一透光区域的位置、尺寸及/或形状；以及通过检测器检测前述正、负主极绕射光的光强度分布，并利用正、负主极绕射光的所述光强度分布相减而得到层迭标记的一正式的层迭误差信号。附图说明图1显示根据一些实施例的一层迭误差检测装置的结构示意图。图2显示图1中的层迭标记的剖面结构示意图。图3显示图1中的光圈的正视示意图。图4显示图1中的检测器检测到的正或负1阶绕射光的光强度分布图。图5显示根据一些实施例的利用正、负1阶绕射光的光强度分布相减而得到的一层迭误差信号图。图6显示根据一些实施例以主动式矩阵液晶模块作为光圈的示意图。图7A及图7B显示图6中的主动式矩阵液晶模块的各液晶单元的结构示意图，与其允许或不允许光线通过的工作原理示意图。图8显示根据一些实施例的检测器及光圈(主动式矩阵液晶模块)组成的控制系统方框图。图9显示根据一些实施例以微镜片阵列模块作为光圈时，各微镜片单元的结构示意图。图10显示根据一些实施例的一层迭误差检测方法的流程图。附图标记说明：10～层迭误差检测装置；11～光源；12～光学系统；13～准直透镜；14～滤波片；15～光圈；15A～透光部；15B～外围部；16～偏振片；17～第一透镜；18～视场光阑；19～第二透镜；20～分光镜；21～物镜；22～透镜组；23～检测器；23A～处理单元；71～第一偏振片；72～第一电极；72A～配向膜；73～液晶层；74～第二电极；74A～配向膜；75～第二偏振片；80～位置数据；91～微镜片；92～支撑件；93～控制电路；151～面板单元；152～时序控制器；153～扫描驱动单元；154～数据驱动单元；200～层迭误差检测方法；201～206～步骤；B～测试光；B1～光线；d～位置误差；D1～Dn～数据驱动信号；G1～下层光栅结构；G2～上层光栅结构；L1～前层；L2～当层；L3～中间材料层；M～层迭标记；R1～透光区域；R2～非透光区域；S～基材；S1～Sm～扫描驱动信号；Sd～数据控制信号；Ss～扫描控制信号；T～倾斜角度；U～液晶单元；U’～微镜片单元；V～电压。具体实施方式以下公开内容提供许多不同的实施例或范例以实施本公开的不同特征。以下公开内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。当然，这些特定的范例并非用以限定。例如，若实施例中叙述了一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的情况，亦可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使得上述第一特征与第二特征未直接接触的情况。在下文中使用的空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，是为了便于描述图示中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中示出的的方位外，这些空间相关用词也意指可能包含在不同的方位下使用或者操作附图中的装置。以下不同实施例中可能重复使用相同的元件标号及/或文字，这些重复是为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。在下文中使用的第一以及第二等词汇，仅作为清楚对其进行解释的目的，并非用以对应以及限制权利要求。此外，第一特征以及第二特征等词汇，并非限定为相同或是不同的特征。在附图中，结构的形状或厚度可能扩大，以简化或便于标示。必须了解的是，未特别描述或图示的元件可以本领域技术人士所熟知的各种形式存在。请先参阅图1，其显示根据本公开一些实施例的一层迭误差检测装置10的结构示意图。应先说明的是，层迭误差检测装置10为一绕射式(Diffraction-based)层迭误差测量装置，用于检测半导体元件的层与层之间的图形覆盖位置上的误差。举例来说，当一半导体基材(例如硅晶圆)上的最上方材料层(又称为当层(currentlayer))在完成例如微影制程后，层迭误差检测装置10能够通过绕射光检测同时形成在当层与下方的某一材料层(又称为前层(previouslayer))上的至少一层迭标记(overlaymark)，藉此判读当层与前层的图形之间的层迭误差。由图1中可以看出，层迭误差检测装置10包括一光源11、一光学系统12、一物镜21以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种层迭误差测量装置，其特征在于，包括：一物镜；一光源，用于产生一测量光；一光学系统，用于将该测量光导引至该物镜中，该物镜用于将该测量光导引至一层迭标记上，同时将从该层迭标记绕射的正主极绕射光与负主极绕射光收集至该物镜的一光瞳面上；以及一检测器，设置于该物镜的该光瞳面上，用于检测所述正、负主极绕射光的光强度分布，并利用所述正、负主极绕射光的所述光强度分布相减而得到该层迭标记的一层迭误差信号；其中，该光学系统包括一光圈，该光圈具有至少一透光区域，且该透光区域的位置、尺寸及/或形状根据该层迭误差信号中的噪声的位置为可调变的。

【技术特征摘要】
1.一种层迭误差测量装置，其特征在于，包括：一物镜；一光源，用于产生一测量光；一光学系统，用于将该测量光导引至该物镜中，该物镜用于将该测量光导引至一层迭标记上，同时将从该层迭标记绕射的正主极绕射光与负主极绕射光收集至该物镜的一光瞳面上；以及一检测器，设置于该物镜的该光瞳面上，用于检测所述正、负主极绕射光的光强度分布，并利用所述正、负主极绕射光的所述光强度分布相减而得到该层迭标记的一层迭误差信号；其中，该光学系统包括一光圈，该光圈具有至少一透光区域，且该透光区域的位置、尺寸及/或形状根据该层迭误差信号中的噪声的位置为可调变的。2.如权利要求1所述的层迭误差测量装置，其中该层迭误差信号具有一光强度分布，其形状对应于该光圈的一透光部的形状。3.如权利要求1或2所述的层迭误差测量装置，其中该检测器电性连接该光圈，并根据该层迭误差信号中的噪声的位置调变该光圈的该至少一透光区域与至少一非透光区域的位置、尺寸及/或形状。4.如权利要求3所述的层迭误差测量装置，其中该光圈为一主动式矩阵液晶模块，通过控制该主动式矩阵液晶模块的至少一液晶单元中液晶分子的方向以允许或不允许光线通过，可调变该光圈的该至少一透光区域与该至少一非透光区域的位置、尺寸及/或形状。5.如权利要求3所述的层迭误差测量装置，其中该光圈为一微镜片阵列模块，通过控制该微镜片阵列模块的至少一微镜片单元中微镜片的倾斜角度以允许或不允许光线通过，可调变该光圈的该至少一透光区域与该至少一非透光区域的位置、尺寸及/或形状。6.如权利要求1或2所述的层迭误差测量装置，其中该光学系统沿该测量光的传播方向按序包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈彦良，谢鸿志，吴锴，陈开雄，柯志明，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71