具体实施方式

本文中呈现的说明并非任何配准系统或其任何组件的实际视图，而仅仅是用于描述本发明实施例的理想化表示。

如本文中所使用，除非上下文另有明确指示，否则在“一(a)”、“一(an)”及“所述(the)”之后的单数形式意欲还包含复数形式。

如本文中所使用，关于材料、结构、特征或方法动作的术语“可以”指示预期将其用于实施本发明的实施例，且此类术语优先于更具限制性的术语(“是”)使用，以便避免应或必须排除可与其组合使用的其它相容材料、结构、特征及方法的暗示。

如本文中所使用，任何关系术语，例如“第一”、“第二”、“上面”、“上部”等，用于清楚且方便理解本发明及附图，且不暗示或取决于任何特定的偏好或顺序，除非上下文另有明确指示。例如，这些术语可以指常规定向中的配准系统及/或晶片虎钳的元件的定向。此外，这些术语可以指如附图中所说明的配准系统及/或晶片的元件的定向。

如本文中所使用，参考给定参数、性质或条件，术语“实质上”意指且包含所属领域的技术人员将理解的以小变化程度(例如在可接受制造公差内)满足给定参数、性质或条件的程度。举例来说，取决于实质上满足的特定参数、性质或条件，参数、性质或条件可至少90.0％满足、至少95.0％满足、至少99.0％满足，或甚至至少99.9％满足。

如本文中所用，在提及给定参数中所使用的术语“约”是包含所述值，且具有由上下文指定的含义(例如，其包含给定参数的测量相关联的误差的程度，等以及由制造公差引起的变化，等)。

如本文中所用，术语“晶片”意指且包含在其上或其中部分或完全制造包含微米及纳米级特征尺寸的结构的材料。此类材料包含常规半导体(例如，硅)晶片，以及其它半导体材料的块状衬底以及其它材料。为方便起见，下面将此类材料称为“晶片”。在此类材料上形成的实例结构可以包含例如集成电路(有源及无源)、MEMS装置及其组合。

下面参考半导体装置描述某些实施例的许多细节。术语“半导体装置”始终用于包含各种制件，包含例如单独的集成电路裸片、成像器裸片、传感器裸片及/或具有其它半导体特征的裸片。下文所描述的设备及过程的实施例可以用于测量构成晶片上的集成电路且因此欲从晶片分割的单个裸片或多个裸片的组件的材料层级之间的重叠。晶片(例如，半导体装置形式)可为包括裸片位置的未经分割硅，或用先前分割的裸片重新填充的载体晶片。再填充的载体晶片可包含粘合剂模制材料(例如，柔性粘合剂)，及由模制材料围绕的侧向分离的经分割元件(例如，裸片)，所述粘合剂模制材料由具有与装置晶片的周边形状相当的周边形状的大致刚性框架围绕。

本发明的一些实施例包含配准系统，其经配置用于确定晶片的所关注层级与例如晶片或包括半导体材料的其它块状衬底的半导体装置衬底的参考层级之间的重叠测量(例如，测量重叠)。例如，在一些实施例中，配准系统可经配置以在具有铁磁或反铁磁材料或能够与磁场交互的任何其它材料或结构的半导体装置的参考层级内检测及定位第一组配准标记。第一组配准标记还可以表征为晶片的不可见元件，即使在被上覆材料层级遮挡时也是可检测的。另外，配准系统可以经配置以在晶片的所关注层级上光学地检测及定位第二组配准标记。在一些实施方案中，第二组配准标记物包含常规可经由光学显微镜成像或散射测量系统检测的标记。因此，第二组配准标记也可以表征为晶片的可见元件。配准系统可以经配置以向晶片施加磁场以磁化第一组配准标记，或者可以经配置为没有此能力，且可以采用包含先前经磁化的配准标记的晶片。此外，配准系统可以检测来自晶片内的第一组配准标记中的至少一个标记的一或多个残余磁场、磁化强度或信号，且响应于所检测到的一或多个残余磁场、磁化强度、或信号，配准系统可确定第一组配准标记中的至少一个配准标记的位置。另外，配准系统可以经由光学显微镜成像或散射测量系统在视觉上确定第二组配准标记中的至少一个配准标记的位置。此外，基于所确定的第一组配准标记中的至少一个配准标记及第二组配准标记中的至少一个配准标记的位置，配准系统可以确定半导体装置的所关注层级与参考层级之间的计算位置偏移(例如，及重叠测量)。

图1为根据本发明的一或多个实施例的配准系统100的示意图。如所展示，配准系统100可以经配置为具有如本文中所描述的额外组件的光刻系统，但是本发明不限于此。配准系统100可以用于对准半导体装置，确定晶片的重叠测量及相对于处理工具对处理中半导体晶片执行配准(例如，对准)操作，且如果经配置用于额外功能，例如通过掩模版光刻曝光材料，那么对晶片执行半导体制造工艺。因此，应了解，本技术不限于配准系统本身，而是也可以适用于需要晶片的准确重叠测量的半导体处理工具。作为非限制性实例，本技术还可以用于激光切割及钻孔工具、锯、3D打印工具以及其它需要在处理中晶片的各种材料(例如，层级)之间进行重叠测量的过程中的恰当对准。出于说明的目的，配准系统100包含光学显微镜成像或散射测量系统，其包含图像传感器102、照明源103、聚光透镜104、掩模版108、物镜110及串联布置的衬底支撑件112。如上文所述，前述组件中的一些使得配准系统100能够执行处理动作。另外，配准系统100包含额外传感器132(本文中被称为“响应传感器132”)及磁源130。

如图1中所展示，控制器118可以可操作地耦合到图像传感器102、照明源103、聚光透镜104、掩模版108、物镜110、衬底(例如，晶片)支撑件112、响应传感器132及用于监测或控制这些组件的操作的配准系统100的磁源130。尽管未在图1中展示，配准系统100还可包含衬底传送站、结构支撑件(例如，掩模版支撑件、透镜支撑件等)、位置传感器(例如，散射仪)、浸没罩、支撑致动器(例如，电动机)及/或其它合适的机械及/或电气组件。通常，控制器118可以经配置以在半导体制造工艺之前、期间及/或之后控制晶片及/或配准系统100的组件的移动。例如，晶片114可经历光致抗蚀剂沉积，经由光源及掩模版的图案化，显影，焙烧，清洁及/或其它合适的处理，且配准系统100可用于在这些过程之前、期间及/或之后对准晶片114及/或与配准系统100相关联的工具或其它组件。

控制器118可以包含耦合到存储器122及输入/输出组件124的处理器120。处理器120可以包含微处理器、场可编程门阵列及/或其它合适的逻辑装置。存储器122可以包含易失性及/或非易失性媒体(例如，ROM、RAM、磁盘存储媒体、光存储媒体、快闪存储器装置及/或其它合适的存储媒体)及/或经配置以存储数据的其它类型的计算机可读存储媒体。存储器122可以存储供由处理器120执行的用于对准、边缘检测、处理与所检测到的磁场及所检测到的磁化强度有关的数据、发射磁场、滤波器及形状辨识的算法。在一些实施例中，处理器120可以经配置以将数据发送到可操作地耦合(例如，通过因特网)到控制器118的计算装置，例如服务器或个人计算机。输入/输出组件124可以包含显示器、触摸屏、键盘、鼠标及/或经配置以接受来自操作者的输入并向操作者提供输出的其它合适类型的输入/输出装置。

在一些实施例中，配准系统100可利用图像传感器102捕获从晶片反射的光并将所捕获的图像数据发送到控制器118，其中所述图像数据存储在存储器122中，由处理器120处理，及/或发送到输入/输出组件124。在一些实施例中，图像传感器102可以经配置以捕获不在可见光谱中的辐射，例如UV光或红外辐射。替代地，图像传感器102可以经配置以捕获可见及不可见辐射光谱中的晶片的成像数据，并将此成像数据发送到控制器118。尽管未在图1中展示，图像传感器102可包含透镜、光圈、图像感测组件、数字信号处理器以及模拟或数字输出。尽管图像传感器102显示在图1中的照明源103上方，但在一些实施例中，图像传感器102可以与衬底支撑件112侧向间隔开，且可定位反射镜以将表示晶片表面形貌的光反射到图像传感器102中。

还在图1中展示，照明源103可包含紫外光源(例如，荧光灯)、激光源(例如，氟化氩准分子激光器)及/或其它合适的电磁辐射发射源。在某些实施例中，照明源103可以经配置以以单一频率产生大致相干照明。在其它实施例中，照明源103也可以至少部分不相干。在其它实施例中，照明源103还可以经配置以按多个频率产生照明。

聚光透镜104及掩模版108可用于将辐射图案投射到晶片114上。例如，掩模版108可以包含具有线、孔及/或允许来自照明源103的辐射穿过所界定的孔图案109的透明度的不透明板。在掩模版108下方，物镜110可以经配置以将来自掩模版108的照明投射到晶片114的光致抗蚀剂上。例如，配准系统100可以包含2017年8月29日发布的Chao等人的美国专利9,748,128中描述的光学扫描器。

如下文更详细论述，配准系统100可以利用光学显微镜成像或散射测量系统102来确定配准标记(例如，光学可检测的配准标记)在半导体装置(例如，半导体装置的上覆一或多个其它层的顶部材料层)的所关注层级(在本文中被称为“关注层级”)上的位置。例如，配准系统100可以利用光学显微镜成像或散射测量系统102来确定配准标记或其它元件(例如导电通孔端部)在晶片的暴露表面上或经由常规光学方法穿过透明或半透明材料的位置。此外，尽管本文中描述特定的光学显微镜成像或散射测量系统102，但是本发明不限于此，且配准系统100可以包含用于定位可见配准标记及执行重叠测量的任何常规光学扫描仪。

在图1中所说明的实施例中，配准系统100可以利用响应传感器132来确定(例如，读取)安置在晶片114的较低层级(例如，在本文中被称为“参考层级”)内的配准标记的位置并发送所捕获的位置数据到控制器118，其中所述位置数据经存储在存储器122中，由处理器120处理，及/或发送到输入/输出组件124。如下文更详细论述，配准系统100可以利用响应传感器132来检测晶片114的参考层级内的配准标记的一或多个磁属性。在一些实施例中，配准系统100可以利用响应传感器132来检测由安置在半导体装置的参考层级内的配准标记发射的磁场，且响应于所检测到的磁场，配准系统100可以确定配准标记安置在半导体装置的参考层级中的位置，如下文关于图3到9中更详细地描述。在另外的实施例中，配准系统100可以利用响应传感器132来测量安置在半导体装置的参考层级内的配准标记的磁化强度，且响应于配准标记的所测量磁化强度，配准系统100可以确定安置在半导体装置114的参考层级中的配准标记的位置，如下文关于图10到12更详细描述。在另外的实施例中，配准系统100可以利用响应传感器132来检测来自由磁源130供电的配准标记(在此状况下，电路)的响应，且基于响应，配准系统100可以确定安置在半导体装置的参考层级中的配准标记的位置，如下文关于图13更详细地描述。此外，配准系统100可以利用配准标记在晶片114的参考层级内的已确定位置以及配准标记在所关注层级(经由光学显微镜成像或散射测量系统获取)的已确定位置来计算在所关注层级与参考层级之间的位置偏移(即，重叠测量)。

在一些实施例中，响应传感器132可包含用于检测由配准标记发射的响应的磁属性的磁传感器。在一或多个实施例中，响应传感器132可包含霍尔效应传感器。例如，响应传感器132可以包含换能器，其响应于所检测到的磁场改变换能器的输出电压。在额外实施例中，响应传感器132可以包含巨磁阻(GMR)传感器、隧道磁阻(TMR)传感器、电磁辐射(EMR)传感器或自旋霍尔传感器中的一或多者。在其它实施例中，响应传感器132可包括磁力显微镜(MFM)探针(例如，磁力显微镜)。例如，响应传感器132可以包含用于扫描配准标记的尖锐磁化尖端，其中尖端与配准标记之间的交互(例如，尖端的偏转)被检测并用于重建配准标记的磁结构。在一些实施例中，响应传感器132可包含超导量子干涉装置(SQUID)或振动样本磁强计(VSM)中的一或多者。响应传感器132的操作将在下文关于图4、5、11及12更详细地描述。

配准系统100可利用磁源130向晶片114施加磁场(例如，通过晶片114发射磁场)及包含在晶片114内的任何配准标记，以磁化晶片114内的配准标记，及/或为晶片114内的配准标记供电。在一些实施例中，磁源130可包含永磁体。在额外实施例中，磁源130可包含电磁体。例如，磁源130可包含本领域中已知的任何电磁体。此外，在一些实施例中，磁源130的尺寸及形状可以经设定为用于向整个晶片114(例如，半导体装置114内的所有配准标记)施加磁场。在其它实施例中，磁源130的尺寸及形状可以经设定为仅向晶片114的一部分(例如，单个配准标记、一组配准标记、半导体装置114的区域等)施加磁场。在一或多个实施例中，磁源130可以安置在承载响应传感器132的探针内。例如，磁源130可以包含经安置靠近响应传感器132的电感器，用于在探针上使用传感器102之前磁化在其相应位置中的配准标记而非使整个晶片经受磁场。在其它实施例中，可以省略磁源130，且晶片114在形成配准标记202之后且在将晶片114放置在配准系统100的衬底支撑112上之前经受磁源。在其它实施例中，磁源130可以承载在可在晶片114下方移动的探针上，与携带传感器102的探针对准，以刺激来自在传感器102与磁源130之间对准的每一标记的响应。

衬底支撑件112可以经配置以承载及/或移动晶片114。衬底支撑件112(其也可以表征为平台或载台)可以包含真空吸盘、机械吸盘及/或其它合适的支撑装置。尽管未在图1中展示，配准系统100可以包含至少一个致动器，所述致动器经配置以相对于响应传感器132及/或照片配准系统100的其它组件侧向地(如由X轴线所指示)，横向地(如由Y轴线所指示)及/或垂直地(如由Z轴线所指示)移动衬底支撑件112。如本文中所使用，如图1中所绘示的X轴线、Y轴线及Z轴线界定笛卡尔空间。在某些实施例中，衬底支撑件112还可包含经配置以监测衬底支撑件112沿着X轴线、Y轴线及/或Z轴线的位置的位置监测器(未展示)，例如线性编码器。另外，可以采用旋转编码器来监测晶片绕Z轴线的旋转位置。尽管图1中仅示出一个衬底支撑件112，但在某些实施例中，配准系统100可包含两个、三个或任何所需数目的衬底支撑件，其具有与衬底支撑件112大致相似或不同的结构及/或功能，使得多个晶片可以加速的方式移动与对准系统100的其余部分对准和不对准。在操作中，控制器118可根据本发明的方面用于定位衬底支撑件112以使晶片114与相关联于配准系统100的工具或其它组件恰当对准。

图2A为根据本发明的一或多个实施例的配准系统(例如，配准系统100)的晶片114及响应传感器132(例如，探针)的参考层级208的示意性顶视图。图2B为根据本发明的一或多个实施例的图2A的晶片114的示意性局部侧横截面图，其中所关注层级210上覆参考层级208(例如，参考层)。如所属领域普通技术人员将了解，尽管所关注层级210被描绘为紧邻于参考层级208(例如，紧接在其顶部)，但本发明不限于此，且一或多个额外层(例如，层级)可安置在晶片114的所关注层级210与参考层级208之间。一起参考图2A及2B，在一些实施例中，晶片114的参考层级208可包含安置在晶片114的参考层级208内的第一组配准标记202，且所关注层级210可包含形成在晶片114的所关注层级210中或上的第二组配准标记203。在一些实施例中，一或多个额外层级可以安置在所关注层级210于参考层级208之间，且可以包含一种或多种不透明及/或相对厚的材料。为清楚起见，图2A中省略了所关注层级210。

在一些实施例中，第一组配准标记202可以第一图案204安置在晶片114的参考层级208内。举例来说，第一组配准标记202可以第一图案204(例如，第一配准图案)相对于彼此定向。

在一或多个实施例中，第一组配准标记202中的每一配准标记202可以具有沿着平行于晶片114的参考层级208的上部表面的平面的圆形横截面。在额外的实施例中，第一组配准标记202中的每一配准标记202可以具有任何其它形状的横截面。例如，第一组配准标记202中的每一配准标记202可以具有大致长方体形状(例如，扁平矩形形状)。另外，第一组配准标记202中的每一配准标记202可以具有任何棱柱形状。在其它实施例中，第一组配准标记202的每一配准标记202可以具有截头圆锥形状，如图2B中所绘示。

第一组配准标记202可包含铁磁及/或反铁磁性材料或能够与磁场交互的任何其它材料或结构。如本领域中已知的，铁磁材料含有不成对的电子，每一电子具有其自身的小磁场，其响应于所施加的外部磁场而彼此容易地对准。即使在移除外部磁场之后，电子的布置也往往会保持不变，这种现象称为磁滞。在一些实施例中，第一组配准标记202可包含铁、铝镍钴合金(例如，包含铝、镍及/或钴的铁合金)、铋化锰(即，铋与锰合金)，氧化铬(IV)、钴、铁镍合金、铁氧体、钆、砷化锰镓、铁钡永磁合金(即，烧结钡铁氧体)、磁铁矿，镍等中的一种或多种。在反铁磁材料中，原子或分子的磁矩通常与电子自旋有关，以规则图案与沿相反方向指向的相邻自转对准。反铁磁材料可包括过渡金属化合物，例如氧化物。实例包含赤铁矿、铬、铁锰和氧化镍。

在一些实施例中，第二组配准标记203可以第二图案205(例如，第二配准图案)安置在晶片114的所关注层级210上。例如，第二组配准标记203可在第二图案205中相对于彼此定向。此外，如下文更详细论述，第二图案205及第二组配准标记203可经由本领域已知的常规方法形成。

在一或多个实施例中，第二组配准标记203可以与第一组配准标记202相关。举例来说，第一图案204可以至少实质上类似于第二图案205，使得包含在第一图案204内的标记和包含在第二图案205内的标记之间的测量可以用于指示晶片114的参考层级208与所关注层级210之间的偏移。在一些实施例中，第二组配准标记203的每一配准标记203可具有与第一组配准标记202的配准标记202的形状或任何其它常规形状类似的形状。此外，第二组配准标记203可以包括用于经由常规光学扫描仪可检测及可见且通过常规方法形成的配准标记的常规材料。

第一组实施例

图3展示根据本发明的第一组实施例的用于确定晶片114的参考层级208与所关注层级210之间的重叠测量的方法300的示意流程图。如下文更详细描述，第一组实施例可以包含涉及在测量部位处基于由第一组配准标记202发射的磁场确定第一组配准标记202中的一或多个配准标记202在晶片114的参考层级208内的位置的程序，经由光学方法在测量部位处确定第二组配准标记203中的一或多个配准标记203在晶片114的所关注层级210内的位置，且基于测量部位处的第一配准标记202及第二配准标记203的已确定位置，计算晶片114的所关注层级210与参考层级208之间的位置偏移(例如，重叠测量)。

如图3中所展示，方法300可包含通过从晶片114的参考层级208移除材料来在晶片114的参考层级208的表面(例如，上部表面)中形成凹槽的第一图案204(即，参考层级图案)，如动作302中所展示。在一些实施例中，参考层级208可在对其进行任何处理以形成集成电路之前为晶片114的半导体材料。在一些实施例中，可以使用光刻系统经由常规光刻工艺及方法在晶片114的表面(即，有源表面)中形成第一图案204。例如，光刻系统可以利用光致抗蚀剂施加、图案化和在有源表面上的显影，之后可以移除半导体材料，例如通过在未被光致抗蚀剂掩蔽的区域中进行湿式或干式蚀刻(例如，化学或反应离子蚀刻)。作为另一方法，可使用聚焦离子束工艺(例如，离子铣削)等来形成第一图案204。然后用如下文所描述的磁性或抗磁性材料填充凹槽。

在一些实施例中，可以使用常规光刻系统来形成第一图案204，使得在第一图案204内形成的所得到的第一组配准标记202(下文关于动作304及312描述)具有特定的定向及/或几何形状。例如，光刻系统可用于形成第一图案204，使得第一组配准标记202的配准标记202具有沿着上文关于图1界定的笛卡尔空间特定轴线(例如，X轴线，Y轴线或Z轴线)安置的极(例如，磁极)。另外，光刻系统可用于形成第一图案204，使得第一组配准标记202中的配准标记202具有特定的几何形状。此外，因为第一组配准标记202的原始定向及几何形状为已知的，所以配准系统可用于确定第一组配准标记202的选定定向、几何形状及位置。换句话说，光刻系统可实施第一组配准标记202的已知定向、几何形状及位置。

在一些实施例中，光刻系统可以形成第一图案204，使得所得到的配准标记202的纵向长度至少实质上平行于笛卡尔空间的X轴线、Y轴线或Z轴线中的一者。此外，光刻系统可以形成第一图案204，使得第一组配准标记202的每个配准标记202具有共用定向。

方法300还可以包含用铁磁及/或反铁磁材料或能够与磁场交互的任何其它材料或结构填充第一图案204的凹槽以形成第一组配准标记202，如图3的动作304中所展示。例如，动作304可以包含用上文关于图2A及2B所描述的任何材料填充第一图案204的凹槽。此外，可经由常规方法填充第一图案204的凹槽。例如，经由电镀、无电镀、物理气相沉积、化学气相沉积、离子束沉积、薄膜沉积等毯式沉积以填充第一图案204的凹槽。然后可例如通过化学机械平面化将晶片114的有源表面平坦化以将除凹槽中的沉积材料之外的沉积材料移除。在替代实施例中，方法300可不包含在晶片114中形成一或多个凹槽，且然后用磁性材料填充一或多个凹槽。确切地，方法300可包含在晶片上沉积磁性材料并直接图案化磁性材料。在一些实施例中，可以填充图案204的凹槽以实现更大的干式蚀刻及关键尺寸均匀性的关键路径方法，同时不影响配准标记202的性能。

在一些实施例中，经由第一图案204的填充凹槽形成的第一组配准标记202可包含纳米结构。例如，第一组配准标记202的每一配准标记202可以在纳米尺度上具有至少一个尺寸。在额外实施例中，经由填充图案204形成的第一组配准标记202可包含微结构。举例来说，第一组配准标记202的每一配准标记202可以在纳米尺度上具有至少一个尺寸。作为非限制性实例，在一或多个实施例中，第一组配准标记202的配准标记202可包含500nm×100μm×20μm矩形棱镜配准标记。在额外实施例中，第一组配准标记202的配准标记202可以包含4μm×100μm×20μm的矩形棱镜配准标记。在其它实施例中，第一组配准标记202的配准标记202可以包含500nm×50μm×5μm的矩形棱镜配准标记。在其它实施例中，第一组配准标记202的配准标记202可以含1.5μm×1.5μm×250μm的柱配准标记。尽管本文中描述了特定尺寸，但是第一组配准标记202可以另外包含具有任何常规尺寸的配准标记的配准标记。

在用铁磁及/或反铁磁性材料或能够与磁场交互的任何其它材料或结构填充第一图案204的凹部，晶片114的处理可继续额外的半导体制造工艺(例如，沉积上覆层、蚀刻工艺等)直到达到晶片114的所关注层级210，如图3的动作306中所展示。例如，可以在晶片114的参考层级208及第一组配准标记202上方形成(例如，沉积)一或多个衬底(例如，所关注层级210及/或额外上覆层)。

在到达晶片114的所关注层级210时，方法300可以包含在晶片114的所关注层级210上形成第二组配准标记203，如图3的动作308中所展示。例如，配准系统100可用于在晶片114的所关注层级210上形成第二组配准标记203。在一些实施例中，形成第二组配准标记203可包含在晶片114的所关注层级210上形成配准标记203的第二图案205。此外，第二图案205可以与第一组配准标记202的第一图案204相关(例如，可以为至少实质上相同的形状及尺寸)。例如，第二图案205的每一配准标记203可以具有第一图案204的相关配准标记202。另外，在一或多个实施例中，在晶片114的所关注层级210上形成第二组配准标记203可包括形成可由光刻系统的常规光学扫描系统(例如，图1的光学显微镜成像或散射测量系统)检测及利用的常规标记。例如，在晶片114的所关注层级210上形成第二组配准标记203可以包含经由2008年12月9日发布的鲍斯(Bowes)的美国专利第7,463,367号、2012年11月20日发布的Chung的美国专利第8,313,877号，及/或2004年11月23日发布的巴鲁斯瓦米(Baluswamy)等人的美国专利第6,822,342号中所描述的任何方法形成标记。

如所属领域普通技术人员将了解，在一或多个实施例中，第一组配准标记202的给定配准标记202及第二组配准标记203的相关配准标记203可不具有相同的形状。然而，在此类实施例中，第一组配准标记202的给定配准标记202的至少一部分与第一图案204及第二图案205内第二组配准标记203的相关配准标记203的至少一部分相关。例如，在一些实施例中，第一组配准标记202中的给定配准标记202的中心点(例如，质心)可以与第二组配准标记203中的相关配准标记203的中心点(例如，质心)相关。换句话说，第一组配准标记202中的给定配准标记202的中心点可以在第一图案204内与第二图案205内的第二组配准标记203中的相关配准标记203的中心点(例如，质心)位于相同点处。在额外实施例中，第一组配准标记202中的给定配准标记202的侧、边缘、点或任何其它特征可以在第一图案204及第二图案205内与第二组配准标记203中的相关配准标记203的部分相关，使得可以计算第一组配准标记202中的给定配准标记202与第二组配准标记203中的相关配准标记203之间的位置偏移。

仍然参考图3，当在晶片114的参考层级208与所关注层级210之间启动重叠测量时，方法300可以包含导航到测量部位，如图3的动作310中所展示。举例来说，配准系统100可以将在晶片114上方的响应传感器132导航到第二组配准标记203中的配准标记203的位置在所期望测量部位处。举例来说，配准系统100可以经由上面关于图1描述的任何方式经由控制器118操纵响应传感器132及衬底支撑件112中的一或多者以将响应传感器132导航到晶片114的测量部位。

在将响应传感器132导航到晶片114的所关注层级210的测量部位时，方法300可以包含向晶片114施加外部磁场，如图3的动作312中所展示，如果第一组配准标记尚未被磁化，例如在已经形成配准标记202之后且在晶片114放置在配准系统100的衬底支撑件上之前。特定地，配准系统100可以在晶片114的测量部位处向参考层级208内的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202施加外部磁场。在一些实施例中，配准系统100可以经由上面关于图1所描述的磁源130向晶片114施加外部磁场(例如，使晶片114经受磁场)。例如，配准系统100可以通过缠绕在铁芯周围的线圈供应电流以形成外部磁场。在一些实施例中，配准系统100可以供应足够量的电流以形成强度大于25奥斯特(Oe)的外部磁场。在一些实施例中，向晶片114施加外部磁场为任选的。例如，配准标记202可能已经被磁化或可能在磁场内交互。

在一些实施例中，配准系统100可以向晶片114施加初始外部磁场(H_ex)，以定向第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的所得磁场的矢量。举例来说，配准系统100可以将初始外部磁场(H_ex)应用到晶片114以使第一组配准标记202中的至少一个配准标记202内的所有域内旋转成沿已知方向。因此，且如下文进一步详细论述，定向第一组配准标记202中的至少一个配准标记的所有域使得配准系统100能够确定(例如，知道，设置等)用于第一组配准标记202中的至少一个配准标记的预期磁场(例如，预期由第一组配准标记202中的至少一个配准标记202响应于经磁化而发射的磁场)。此外，向晶片114施加初始外部磁场(H_ex)迫使第一组配准标记202的至少一个配准标记202的所得磁场沿特定(例如，预期的)定向及方向定向。

在向晶片114施加初始外部磁场之后，配准系统100可以向晶片114施加额外的外部磁场，以在晶片114的测量部位内至少部分地磁化第一组配准标记202中的至少一个配准标记202。在一些实施例中，配准系统100可以沿特定方向向晶片114施加额外的外部磁场。例如，配准系统100可以与晶片114共面地向晶片114施加额外的外部磁场。换句话说，配准系统100可以沿着平行于晶片114的参考层级208的上部表面的平面向晶片114施加额外的外部磁场。在额外实施例中，配准系统100可以在晶片114的平面外向晶片114施加额外的外部磁场。换句话说，配准系统100可以沿着与晶片114的参考层级208的上表面垂直或形成锐角的平面向晶片114施加额外的外部磁场。

在一些实施例中，外部磁场通过晶片114发射的方向可以取决于晶片114内的第一组配准标记202的定向。例如，在一或多个实施例中，配准系统100可沿平行或垂直于从给定配准标记202的第一极(例如，指北极)延伸到第一组配准标记202的给定配准标记202的第二极(例如，指南极)的方向的方向发射外部磁场。如上文简要提及，向第一组配准标记202施加外部磁场的方向可以确定第一组配准标记202的预期响应(例如，第一组配准标记202的预期产生的磁场)。

在一或多个实施例中，配准系统100可以仅向晶片114施加单个外部磁场，以定向第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的域并且磁化第一组配准标记202的至少一个配准标记202。换句话说，在每一实施例中，配准系统100可以不向晶片114施加第二后续外部磁场。

如所属领域的普通技术人员将了解，向铁磁及/或反铁磁材料施加外部磁场可能致使即使在移除所施加的外部磁场之后第一组配准标记202仍发射残留(例如，剩余的)磁场。举例来说，第一组配准标记202可以保持剩磁(例如，剩余磁化强度或残余磁性)。此外，因为其中形成第一组配准标记202的第一图案204为已知的，且因为第一组配准标记202的原始定向为已知的，所以第一组配准标记202相对于彼此以及在晶片114的参考层级208内具有预期的极位置，大小、几何形状及定向。一起参考动作302、304及312，在一些实施例中，配准系统100可以形成第一图案204及第一组配准标记202，且可以施加外部磁场以致使第一组配准标记202的极沿着上文所界定的笛卡尔空间的一个轴线(例如，X轴线、Y轴线或Z轴线)对准。因此，第一组配准标记202可以沿着笛卡尔空间的轴线具有预期结果磁场。

在施加外部磁场时，方法300可以包含在测量部位处确定(例如，读取)第一组配准标记202中的至少一个配准标记202在晶片114的参考层级208内的位置，如图3的动作314中所展示。在一些实施例中，测量部位处的晶片114的参考层级208内的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的位置可包含以下中的一或多者：1)测量由第一组配准标记202中的至少一个配准标记202沿着一或多个轴线以标量形式发射的磁场(即，残余磁场)的量级，如动作314a中所展示，2)计算由第一组配准标记202中的至少一个配准标记202沿着一或多个轴线以矢量形式发射的磁场的磁场强度，如动作312b中所展示，及最终，3)基于动作314a及/或314b中确定的数据确定第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的位置，如动作314c所展示。此外，在一些实施例中，图3的动作312(即，施加磁场的动作)可以在动作314中采取的任何动作期间及/或之间重复以维持及/或重新形成第一组配准标记202中的至少一个配准标记202内的磁场。

图4为晶片114的参考层级208内的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202以及安置在晶片114上方的配准系统(例如，配准系统100)的响应传感器132的示意图400。另外，图4展示当使响应传感器132在晶片114的上部表面402上方且在晶片114内的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202上方通过时经由响应传感器132检测到的磁场的实例性标量量级。一起参考图3及图4的动作314a，配准系统100可以使响应传感器132在晶片114的上部表面402上方通过，以检测由晶片114内的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202发射的磁场。在一些实施例中，配准系统100可以使响应传感器132沿着关于图1定义的笛卡尔空间的X轴线、Y轴线及/或Z轴线中的一或多者在晶片114上方通过。例如，配准系统100可以使响应传感器132沿着X轴线通过，以检测由第一组配准标记202中的至少一个配准标记202沿着笛卡尔空间的X轴线发射的磁场的量级。如上文所述，在第一组实施例中，响应传感器132可包含霍尔效应传感器、GMR传感器、TMR传感器、EMR传感器或自旋霍尔传感器中的一或多者。

在一些实施例中，配准系统100可以使响应传感器132沿着笛卡尔空间的多个轴线(例如，X轴线及Y轴线两者)在晶片114的上部表面402上方通过，以检测由晶片114的测量部位处的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202沿着多个轴线发射的磁场的量级。在一或多个实施例中，第一组配准标记202的至少一个配准标记202的选定位置及定向可确定配准系统100使响应传感器132沿着哪些轴线通过以检测(例如，搜索)由第一组配准标记202中的至少一个配准标记202发射的磁场。

另外，参考图3的动作314b，如上文所述，在一些实施例中，在测量部位处确定晶片114的参考层级208内的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的位置可以包含计算由第一组配准标记202中的至少一个配准标记202以矢量形式发射的磁场的磁场强度。在一些实施例中，配准系统100可以通过将磁场近似为偶极及/或表面磁矩来计算由第一组配准标记202中的至少一个配准标记202以矢量形式发射的磁场的磁场强度。举例来说，图5为安置在晶片114的参考层级208内的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202以及安置在晶片114上方的配准系统(例如，配准系统100)的响应传感器132的示意图500。

一起参考图3及图5，配准系统100可以使响应传感器132在晶片114的上部表面402上方通过，以检测由晶片114内的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202经由上文关于图4所描述的方式中的任一者发射的磁场。此外，如所属领域普通技术人员将理解，当配准标记202的极相对于观察距离(d)紧密间隔时，由配准标记发射的磁场的磁场强度可以是近似为偶极另外，当配准标记的极相对于观察距离(d)较宽间隔时，由配准标记发射的磁场的磁场强度可以近似于表面磁矩例如，可以经由以下方程式计算磁场强度：

其中H_dip为矢量形式的磁场强度，r为从偶极的位置到其中测量磁场的位置的矢量，r为r的绝对值：距偶极的距离，m为矢量偶极矩，且μ₀为自由空间的磁导率。

通过利用响应传感器132并响应于使响应传感器132沿着多个轴在晶片114上方通过，配准系统100的处理器120可以计算由第一组配准标记202中的至少一个配准标记202以矢量形式(例如，H_x、H_y及H_z)沿着笛卡尔空间的X轴线、Y轴线及Z轴线中的一或多者发射的磁场的磁场强度。因此，配准系统100可以计算磁场的矢量表示。在一些实施例中，前述方程式及近似可以驱动经由图3的动作302、304及312形成的第一组配准标记202中的配准标记202的大小及形状，且因此，在图3的动作302中形成的第一图案204。例如，第一组配准标记202的每一配准标记202的大小及形状(例如，用于形成配准标记202的图案204)可以经设计为使第一组配准标记202中的每一配准标记202的所得磁极较宽或紧密间隔，使得可以根据上文所提及方法中的一者来近似所得磁场。

在一些实施例中，当确定第一组配准标记202中的配准标记202在晶片114的参考层级208内的位置时，配准系统100可以执行动作314a及314b两者。在其它实施例中，当确定第一组配准标记202中的配准标记202在晶片114的参考层级208内的位置时，配准系统100可以执行动作314a及314b中仅一者。换句话说，在本发明的每一实施例中不需要动作314a及314b两者。

以下是发明人在其中计算由配准标记发射的磁场的磁场强度的第一组实施例的范围内执行的模拟的实例。

实例1

图6展示来自根据第一实例的实验室测试的测试结果600。一起参考图3到6，在实验室测试中，将两种类型的500nm×100μm×20μm对准标记(相对薄的样本)安置在相应晶片内。第一类配准标记包含Fe65Co35，且第二类配准标记包含Co20Ni80。第一类配准标记的四个配准标记以不同的深度(250nm、1μm、3μm及10μm)安置在四个相应晶片内。另外，第二类配准标记的四个配准标记以不同的深度(250nm、1μm、3μm及10μm)安置在四个相应晶片内。所有晶片都经受大于25Oe的磁场。此外，晶片经受面内磁场(例如，沿平行于由相应晶片的上部表面界定的平面的方向发射的磁场)。在使晶片经受磁场之后，使用上文所描述的传感器中的一或多者在对准标记的四个相关深度(250nm、1μm、3μm及10μm)处且沿着X轴线及Z轴线检测对准标记的残余磁场。此外，基于所检测到的磁场，经由上文所描述的一或多种近似方法沿着X轴线及Z轴线两者(在图6的相关联图中展示)计算相关磁场强度。

实例2

图7展示来自根据第二实例的实验室测试的测试结果700。一起参考图3到5及7，在实验室测试中，将两种类型的4.0μm×100μm×20μm对准标记(相对厚的样本)安置在相应晶片内。第一类配准标记包含Fe65Co35，且第二类配准标记包含Co20Ni80。第一类配准标记的四个配准标记以不同的深度(250nm、1μm、3μm及10μm)安置在四个相应晶片内。另外，第二类配准标记的四个配准标记以不同的深度(250nm、1μm、3μm及10μm)安置在四个相应晶片内。所有晶片都经受大于25Oe的磁场。此外，晶片经受面内磁场(例如，沿平行于由相应晶片的上部表面界定的平面的方向发射的磁场)。在使晶片经受磁场之后，使用上文所描述的传感器中的一或多者在对准标记的四个相关深度(250nm、1μm、3μm及10μm)处且沿着X轴线及Z轴线检测对准标记的残余磁场。此外，基于所检测到的磁场，经由上文所描述的一或多种近似方法沿着X轴线及Z轴线两者(在图7的相关联图中展示)计算相关磁场强度。

实例3

图8展示来自根据第三实例的实验室测试的测试结果800。一起参考图3到5及8，在实验室测试中，将两种类型的500nm×50μm×5μm对准标记(相对薄的样本)安置在相应晶片内。第一类配准标记包含Fe65Co35，且第二类配准标记包含Co20Ni80。第一类配准标记的四个配准标记以不同的深度(250nm、1μm、3μm及10μm)安置在四个相应晶片内。另外，第二类配准标记的四个配准标记以不同的深度(250nm、1μm、3μm及10μm)安置在四个相应晶片内。所有晶片都经受大于25Oe的磁场。此外，晶片经受面内磁场(例如，沿平行于由相应晶片的上部表面界定的平面的方向发射的磁场)。在使晶片经受磁场之后，使用上文所描述的传感器中的一或多者在对准标记的四个相关深度(250nm、1μm、3μm及10μm)处且沿着X轴线及Z轴线检测对准标记的残余磁场。此外，基于所检测到的磁场，经由上文所描述的一或多种近似方法沿着X轴线及Z轴线两者(在图8的相关联图中展示)计算相关磁场强度。

实例4

图9展示来自根据第四实例的实验室测试的测试结果900。一起参考图3到5及9，在实验室测试中，将两种类型的1.5μm×1.5μm×250μm对准标记(形状类似杆的样本)沿垂直于实例1到3的方向安置在相应晶片内。第一类配准标记包含Fe65Co35，且第二类配准标记包含Co20Ni80。第一类配准标记的四个配准标记以不同的深度(250nm、1μm、3μm及10μm)安置在四个相应晶片内。另外，第二类配准标记的四个配准标记以不同的深度(250nm、1μm、3μm及10μm)安置在四个相应晶片内。所有晶片都经受大于25Oe的磁场。此外，晶片经受面外磁场(例如，沿平行于由相应晶片的上部表面界定的平面的方向发射的磁场)。在使晶片经受磁场之后，使用上文所描述的传感器中的一或多者在对准标记的四个相关深度(250nm、1μm、3μm及10μm)处且沿着X轴线及Z轴线检测对准标记的残余磁场。此外，基于所检测到的磁场，经由上文所描述的一或多种近似方法沿着X轴线及Z轴线两者(在图9的相关联图中展示)计算相关磁场强度。

再次参考图3，基于经由动作314a及314b中的一或多者获取及/或计算的数据(例如，第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的磁场沿着笛卡尔空间的轴线的标量及/或矢量表示)，配准系统100可以在测量部位处确定第一组配准标记202中的至少一个配准标记202在晶片114内的三个维度上(例如，在X轴线、Y轴线及Z轴线中)的位置，如图3的动作314c中所展示。换句话说，在一些实施例中，配准系统100可以将第一组配准标记202的至少一个配准标记202的位置确定为矢量图。

在第一组实施例中，如上文简要提及，第一组配准标记202(及至少一个配准标记202)的几何形状以及原始定向及位置为已知的，且因此，第一组配准标记202具有预期的磁场分布(例如，磁场分布的三个预期矢量分量)。此外，基于第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的预期磁场及第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的实际测量/计算的磁场，配准系统100可以确定第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的实际位置。例如，如所属领域普通技术人员将理解，配准系统100可以利用已知数据的重要特征(例如，预期磁场的最小值、最大值、过零值以及最大导数的已知位置及第一组配准标记202中的至少一个配准标记202在理想格栅内的原始定向)相对于所测量及/或计算数据的重要特征(例如，所检测到的磁场的实际所计算及/或测量的最小值、最大值、过零值及最大导数)，以确定第一组配准标记202中的至少一个配准标记202在晶片114的参考层级208内的位置(例如，精确位置)。作为非限制性实例，如果预期响应信号为正弦或其它周期性响应(例如，图4)，配准系统100可以利用预期响应信号的重要特征及所测量/计算的响应信号的重要特征来确定第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的实际位置。

除了在测量部位处确定第一组配准标记202中的至少一个配准标记202在晶片114的参考层级208内的位置之外，方法300还可以包含在测量部位处确定第二组配准标记203中的至少一个配准标记203在晶片114的所关注层级210上的位置，如在图3的动作316中所展示。例如，配准系统100可以利用上面关于图1所描述的光学显微镜成像或散射测量系统在测量部位处检测晶片114的所关注层级210上的第二组配准标记203中的至少一个配准标记203。例如，配准系统100可以经由任何常规光学方法检测第二组配准标记203中的至少一个配准标记203。例如，配准系统100可经由2008年12月9日发布的鲍斯(Bowes)的美国专利第7,463,367号、2012年11月20日发布的Chung的美国专利第8,313,877号，及/或2004年11月23日发布的巴鲁斯瓦米(Baluswamy)等人的美国专利第6,822,342号中所描述的任何方法检测第二组配准标记203中的至少一个配准标记203。

在测量部位处确定第一组配准标记202中的至少一个配准标记202及第二组配准标记203中的至少一个配准标记203的位置时，方法300可以包含计算晶片114的所关注层级210与参考层级208之间的位置偏移(例如，重叠测量)，如图3的动作318中所展示。例如，基于参考层级208内的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202及所关注层级210内的第二组配准标记203中的至少一个配准标记203的位置，配准系统100可用于经由常规方法计算位置偏移。作为非限制性实例，方法300可以包含经由在2007年2月20日发布的金诺威卡尔(Ghinovker)等人的美国专利7,181,057、在2004年8月17日发布的的巴格恩史托斯(Baggenstoss)的美国专利6,779,171、2004年8月17日发布的鲍斯(Bowes)的美国专利6,778,275及/或2008年12月9日发布的鲍斯(Bowes)的美国专利7,463,367中描述的任何方法基于两个配准标记计算位置偏移。除了计算偏移之外，可以应用各种数学模型来内插和外推所获得的数据以生成层重叠的几何模型。

在一些实施例中，可以重复多次图3的动作310到318以计算晶片114的所关注层级210与参考层级208之间的位置偏移。在一些实施例中，另一组第二配准标记可以应用于更高的所关注层级210，且可以重复图3的动作310到318以重新校准晶片对准。处理给定批次的晶片的经验数据可以用于确定以什么频率，以及在哪个层级上根据本发明执行重叠确定最有用。

另外，方法300可以包含基于所计算的位置偏移调整晶片114上的未来半导体制造工艺。例如，配准系统100可用于经由常规方法基于所计算位置偏移在例如形成上覆材料层级、图案化、蚀刻等未来的过程中调整相对晶片及工具位置。

任选地，方法300可以包含对配准标记202进行退磁，如图3的动作314中所展示。例如，可以通过将配准标记202加热超过配准标记的居里点(即，热擦除)，通过配准标记202施加交流电(即，AC电流)，准许自退磁等来使配准标记202退磁。可能需要晶片114的退磁，以便在预分割测试期间不会将伪影引入半导体裸片位置的集成电路的性能中。此外，如果配准标记202位于半导体裸片位置内，以便不会将伪影引入从晶片114分割的裸片的集成电路组件的性能中，或引入经定位紧靠近于更高层级包装组合件中的此类半导体裸片的其它组件的电路中。

用于确定本文中所描述的晶片的所关注层级与参考层级之间的重叠测量的方法300可提供优于确定重叠测量的常规方法的优点。举例来说，因为方法300利用参考层级内的第一组配准标记发射的磁场来确定第一组配准标记的位置而不是光学方法，所以方法300不受上覆第一组配准标记或参考层级的不透明材料及/或厚材料(其常常妨碍常规的光学扫描仪配准系统)的阻碍。此外，与常规配准系统不同，计算的晶片的所关注层级与参考层级之间的位置偏移不受晶片的表面形貌的影响。另外，因为检测第一组配准标记不是基于光学检测(例如，受图像分辨率限制)，所以与常规的配准系统相比，方法300能够实现更小的标记大小。因此，对于(例如，浪费)对准标记需要较少的晶片。此外，利用配准标记可以简化下游修补要求，并且与常规系统相比可以提供更准确的配准程序及建模。例如，在任何一个特定的照片层级，不需要针对打开或关闭状态考虑修补要求。特定地，安置在配准标记上的衬底可以一直保持关闭。另外，考虑如何打开晶片区域或是否应所述打开晶片是不必要的，因为确定配准标记的位置不受安置在配准标记上方的衬底的不透明度的影响。因此，安置在配准标记上方的衬底可以保持未打开且可保持至少实质上平坦的形貌以减轻可能导致临界尺寸图案的不均匀性的其它后处理形貌问题。

第二组实施例

图10展示根据本发明的第二组实施例的用于确定晶片114的参考层级208与所关注层级210之间的重叠测量的方法1000的示意流程图。如下文更详细描述，第二组实施例可以包含涉及基于测量及/或检测晶片114内的第一组配准标记202中的一或多个配准标记202的磁化强度(例如，磁化力)确定第一组配准标记202中的一或多个配准标记202在晶片114的参考层级208内的位置，经由光学方法在测量部位处确定第二组配准标记203中的一或多个配准标记203在晶片114的所关注层级210内的位置，且基于测量部位处的第一配准标记202及第二配准标记203的已确定位置，计算晶片114的所关注层级210与参考层级208之间的位置偏移(例如，重叠测量)。

如图10中所展示，类似于上文关于图3所论述的方法300，方法1000可包含通过从晶片114的参考层级208移除材料来在晶片114的参考层级208的表面(例如，上部表面)中形成第一图案204(即，参考层级图案)，如动作1002中所展示。在一些实施例中，可以经由常规光刻工艺及方法来形成第一图案204，如上文所描述。

方法1000还可以包含用铁磁及/或反铁磁材料或能够与磁场交互的任何其它材料或结构填充第一图案204以形成第一组配准标记202，如图10的动作1004中所展示。例如，动作1004可以包含用上文关于图2A及2B所描述的任何材料填充第一图案204的凹槽。此外，可经由常规方法填充第一图案204的凹槽。在一些实施例中，晶片114的参考层级208内的第一组配准标记202可以经由上文关于图3所描述的任何方法形成。

在用铁磁及/或反铁磁性材料填充第一图案204的凹部，配准系统100及/或其它工具可继续额外的半导体制造工艺(例如，沉积上覆层、蚀刻工艺等)直到达到晶片114的所关注层级210，如图10的动作1006中所展示。例如，可以在晶片114的参考层级208及第一组配准标记202上方形成一或多个层级(例如，所关注层级210及/或额外上覆层)。

在到达晶片114的所关注层级210时，方法1000可以包含在晶片114的所关注层级210上形成第二组配准标记203，如图10的动作1008中所展示。例如，配置为如光刻系统所展示的配准系统100可用于经由关于图3的动作308所描述的任何方法在晶片114的所关注层级210上形成第二组配准标记203。

仍然参考图10，如图10的动作1010中所展示，当在晶片114的参考层级208与所关注层级210之间启动重叠测量时，方法1000可以包含导航到测量部位。举例来说，配准系统100可以将在晶片114上方的响应传感器132导航到第二组配准标记203中的配准标记203的位置在所期望测量部位处。举例来说，配准系统100可以经由上面关于图1及3所描述的任何方式经由控制器118操纵响应传感器132及衬底支撑件112中的一或多者以将响应传感器132导航到晶片114的测量部位。

在将响应传感器132导航到晶片114的所关注层级210的测量部位时，方法1000可以包含向晶片114施加外部磁场，如图10的动作1012所展示。特定地，配准系统100可以在晶片114的测量部位处向参考层级208内的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202施加外部磁场。在一些实施例中，配准系统100可以经由上面关于图1所描述的磁源130向晶片114施加外部磁场(例如，使晶片114经受磁场)。例如，配准系统100可以通过缠绕在铁芯周围的线圈供应电流以形成外部磁场。在一些实施例中，配准系统100可以供应足够量的电流以形成强度大于25Oe的外部磁场。此外，在一些实施例中，磁源130可以安置在配准系统100的响应传感器132内。例如，磁源130可以包含电感器。在一或多个实施例中，配准系统100可以在微尺度或纳米尺度上向晶片114施加外部磁场。在一些实施例中，向晶片114施加外部磁场为任选的。例如，配准标记202可能已经被磁化或可能在磁场内交互。

在一些实施例中，配准系统100可以将外部磁场施加到晶片114，以磁化晶片114内的第一组配准标记202的至少一个配准标记202。此外，在一些实施例中，配准系统100可以驱动第一组配准标记202的至少一个配准标记202的磁化强度。如上文所述，向铁磁及/或反铁磁材料施加外部磁场可以致使第一组配准标记202中的至少一个配准标记202维持剩磁(例如，剩余磁化强度或残余磁性)。因此，如下文更详细论述，在第二组实施例中，配准系统100可以驱动第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的磁化强度(例如，驱动AC磁力)且可以基于磁化材料(例如，第一组配准标记202中的一或多者)是否存在于晶片114中来测量响应(例如，物理力响应)。

在施加外部磁场时，方法300可以包含确定(例如，读取)测量部位处的晶片114的参考层级208内的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的位置，如图10的动作1014中所展示。在一些实施例中，在晶片114的参考层级208内确定第一组配准标记202的至少一个配准标记202的位置可以包含测量第一组配准标记202的至少一个配准标记202的磁化强度。如本文中所使用，术语“磁化”可以指磁性材料放置在磁体(例如，至少一个配准标记202)附近时在磁性材料中感应的磁偶极矩的密度。在一或多个实施例中，可以在动作1014中采取的任何动作期间及/或之间重复动作1012(即，施加磁场的动作)以维持及/或驱动第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的磁化强度。

图11及12为晶片114的参考层级内的至少一个配准标记202及安置在晶片114上方的配准系统(例如，配准系统100)的响应传感器132的示意表示1100、1200。另外，图11及12展示当使响应传感器132在晶片114的上部表面402上方且在晶片114内的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202上面通过时经由响应传感器132检测到的配准标记202的磁化强度的实例性标量量级。如下文更详细论述，利用与配准标记202的磁化强度有关的数据来确定配准标记202的位置，认为在第二组实施例的范围内不需要矢量数据。一起参考1016及图10到12，配准系统100可以使响应传感器132在晶片114的上部表面402上方通过，以检测由晶片114内的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的磁化强度。在一些实施例中，配准系统100可以使响应传感器132沿着关于图1定义的笛卡尔空间的X轴线、Y轴线及/或Z轴线中的一或多者在晶片114上方通过。例如，配准系统100可以使响应传感器132沿着X轴线通过，以检测由第一组配准标记202中的至少一个配准标记202沿着笛卡尔空间的X轴线的磁化强度的量级。如上文所述，在第二组实施例中，响应传感器132可包含MFM探针、SQUID或VSM中的一或多者。

作为非限制性实例，在响应传感器132包含MFM探针的实施例中，响应传感器132可包含尖锐的磁化尖端，用于扫描晶片114的参考层级208内的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202。在使响应传感器132在晶片114上方通过时，配准系统100可以检测尖端与第一组配准标记202中的至少一个配准标记202之间的交互(例如，尖端的偏转)。此外，配准系统100可以利用来自交互的数据来重建第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的磁结构(例如，测量第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的磁化强度)。例如，图11及12两者均展示经由配准系统100获取的所测量响应(例如，所测量的磁化强度量级)。

作为另一非限制性实例，在响应传感器132包含VSM的实施例中，响应传感器132可以包含括驱动器线圈及搜索线圈，且测量磁化强度的过程可以包含振动(如本领域中已知的)第一组配准标记202中的至少一个配准标记202(例如，晶片114)。驱动器线圈(例如，第一电感器)可以放置在第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的第一侧上，且搜索线圈(例如，第二电感器)可以放置在形成电路的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的相对第二侧的位置上。驱动器线圈可以生成磁场且可以在第一组配准标记202中的至少一个配准标记202中引入磁化强度(其可以是已经存在的任何磁化强度的补充)。另外，第一组配准标记202中的至少一个配准标记202以正弦运动振动。由于磁化强度，第一组配准标记202中的至少一个配准标记202发射磁场，且可以随着相对于第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的移动(例如，振动)的时间发生改变而分析第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的磁化强度。举例来说，磁通量改变在搜索线圈中感应出与配准标记202的磁化强度成比例的电压。如本领域中已知的，可以使用压电信号作为频率参考，利用锁定放大器来测量感应电压。另外，如本领域中已知的，可以将所测量信号(例如，感应电压)的改变转换为值，以确定(例如，用曲线图表示)第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的磁化强度与磁场强度的关系曲线(在本领域中称为磁滞回线)。

在一些实施例中，配准系统100可以使响应传感器132沿着笛卡尔空间的多个轴线(例如，X轴线及Y轴线两者)在晶片114的上部表面402上方通过，以在晶片114的测量部位处沿着沿着多个轴线检测第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的磁化强度。

仍然参考图10，基于经由动作1014获取的数据(例如，配准标记202沿着笛卡尔空间的轴的磁化强度的标量表示)，配准系统100可以确定第一组配准标记202中的至少一个配准标记202在在晶片114的参考层级208内的三维(例如，在X轴线、Y轴线及Z轴线)中的位置。例如，如所属领域普通技术人员将理解，配准系统100可以利用已知数据的关键特征(例如，第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的在理想网格内的预期位置)相对于所测量数据的关键特征(例如，所检测到的信号(例如，磁化强度)的实际所测量磁场矢量及磁化张量、最小值、最大值、过零值、第1阶及较高阶导数及最大导数)，以确定第一组配准标记202中的至少一个配准标记202在晶片114的参考层级208内的位置(例如，精确位置)。作为非限制性实例，如果预期响应信号为正弦响应(例如，图11及12)或其它周期性响应，配准系统100可以利用所测量的响应信号的预期响应信号及关键特征来确定第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的实际位置。

如图10到12中所绘示，通过测量第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的磁化强度来确定第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的位置可以使得配准系统100能够确定第一组配准标记202中的可以具有彼此交互的磁场的至少一个配准标记202的位置。因此，通过测量第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的磁化强度，配准系统100可以允许其它配准标记非常靠近并且。在定位至少一个配准标记202的同时具有与第一组配准标记202中的至少一个配准标记202交互的磁场。

除了在测量部位处确定第一组配准标记202中的至少一个配准标记202在晶片114的参考层级208内的位置之外，方法1000还可以包含在测量部位处确定第二组配准标记203中的至少一个配准标记203在晶片114的所关注层级210上的位置，如在图10的动作1016中所展示。例如，配准系统100可以经由上文关于图3的动作316所描述的任何方法在测量部位处检测晶片114的所关注层级210上的第二组配准标记203中的至少一个配准标记203。

在测量部位处确定第一组配准标记202中的至少一个配准标记202及第二组配准标记203中的至少一个配准标记203的位置时，方法1000可以包含计算晶片114的所关注层级210与参考层级208之间的位置偏移，如图10的动作1018中所展示。例如，基于参考层级208内的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202及所关注层级210内的第二组配准标记203中的至少一个配准标记203的位置，配准系统100可经由上文关于图3的动作318所描述的任何方法计算位置偏移(例如，重叠测量)。

另外，方法1000可以包含基于所计算的位置偏移调整晶片114或其它产品上的未来半导体制造工艺。举例来说，由配准系统100生成的重叠数据可以用在操作处理工具中，以经由常规方法基于所计算位置偏移来调整未来的处理，例如形成及图案化上覆材料、蚀刻处理等。

任选地，方法1000可以包含对配准标记进行退磁，如动作1020中所展示，经由上文关于图3的动作320所描述的任何方式。

用于对准本文中所描述的晶片的方法1000可以提供关于图3到9所描述的任何优点。此外，因为方法1000通过检测及/或测量第一组配准标记202的磁化而不是磁场来起作用，所以方法1000不依赖于第一组配准标记202的磁矩的定向。例如，方法1000准许晶片114内的第一组配准标记202的任意的最初已知的形状及布置。因此，当第一组配准标记202的形状及/或定向未知时及/或当第一组配准标记202的定向域证明为困难时，方法1000可能为有利的。

第三组实施例

图13展示根据本发明的第三组实施例的用于确定晶片114的参考层级208与所关注层级210之间的重叠测量的方法的示意流程图。如下文更详细所描述，第三组实施例可以包含涉及通过用磁场为至少一个第一配准标记供电并测量及/或检测来自至少一个第一配准标记202的响应(例如，信号、反馈及/或磁场)在测量部位处确定第一组配准标记202的至少一个第一配准标记202在晶片114的参考层级208内的位置，经由光学方法在测量部位处确定第二组配准标记203中的一或多个标记203在晶片114的所关注层级210内的位置，及基于测量部位处的第一配准标记202及第二配准标记203的已确定位置，计算晶片114的所关注层级210与参考层级208之间的位置偏移(例如，重叠测量)。

如图13中所展示，类似于上文关于图3所论述的方法300，方法1300可包含通过从晶片114的参考层级208移除材料来在晶片114的参考层级208的表面(例如，上部表面)中形成凹槽的第一图案204(即，参考层级图案)，如动作1302中所展示。在一些实施例中，经由常规光刻工艺及方法，第一图案204的凹槽。例如，凹槽的第一图案204可以经由关于图3的动作302所描述的任何方法形成。

如图13中所展示，方法1300可进一步包含将第一组配准标记202安置在晶片114的参考层级208的第一图案204的凹槽内，如图13的动作1304中所展示。此外，在图13的实施例中，第一组配准标记202中的每一配准标记202可包含经配置以经由感应供电的电路。举例来说，第一组配准标记202中的每一配准标记202可包含用于为电路供电的接收电感器。另外，第一组配准标记中的每一配准标记可包含微电路或纳米电路或可操作地耦合到感应驱动电源电路的可感应供电的MEMS装置。

在一或多个实施例中，第一组配准标记202中的每一配准标记可包含天线。例如，第一组配准标记202中的每一配准标记202可包含任何常规微天线或纳米天线。在额外实施例中，第一组配准标记202中的每一配准标记202可以包含用于产生AC磁场的组件。例如，第一组配准标记中的每一配准标记可包含一或多个螺线管或线圈，用于产生AC磁场。另外，第一组配准标记中的每一配准标记可以能够发射电磁场、声振动、热发射及/或其它响应(矢量或标量)。在一些实施例中，第一组配准标记202可以包含天线阵列，其可以利用波束成形及/或其它方法来控制来自天线阵列的辐射的方向性。另外，第一组配准标记202可以驱动发射AC磁场的通量通道的铁磁芯。

在第一组配准标记202安置在晶片114的参考层级208内的第一图案204内之后，可以实现额外的半导体制造工艺(例如，沉积上覆材料、蚀刻工艺等)，直到达到晶片114的所关注层级210，如图13的动作1306中所展示。例如，可在晶片114的参考层级208及第一组配准标记上方形成一或多个衬底(例如，所关注层级210及/或其它重叠层)。

在到达晶片114的所关注层级210时，方法1300可以包含在晶片114的所关注层级210上形成第二组配准标记203，如图13的动作1308中所展示。例如，配准系统100可用于经由关于图3的动作308所描述的任何方法在晶片114的所关注层级210上形成第二组配准标记203。

仍然参考图13，当在晶片114的参考层级208与所关注层级210之间启动重叠测量时，方法1300可以包含导航到测量部位，如图13的动作1310中所展示。举例来说，配准系统100可以将在晶片114上方的响应传感器132导航到第二组配准标记203中的配准标记203的位置在所期望测量部位处。举例来说，配准系统100可以经由上面关于图1及3所描述的任何方式经由控制器118操纵响应传感器132及衬底支撑件112中的一或多者以将响应传感器132导航到晶片114的测量部位。

在将响应传感器132导航到晶片114的所关注层级210的测量部位时，方法1300可以包含向晶片114施加外部磁场，如图13的动作1312所展示。在一或多个实施例中，配准系统100可以将外部磁场施加到整个晶片114。在额外实施例中，配准系统100可以仅将外部磁场施加到晶片144的区域(例如，晶片114的测量部位)。例如，在一些实施例中，磁源130可以安置在响应传感器132内。作为非限制性实例，磁源130可以包含电压源及电感器。电压源可以通过耦合到电感器(通过迹线、导线等)以横跨电感器产生电压，且因此致使电感器在电感器周围发射外部磁场。在一些实施例中，向晶片114施加外部磁场为任选的。例如，配准标记202可能已经被磁化或可能在磁场内交互。

响应于向晶片114施加外部磁场，方法1300可以包含在测量部位处为晶片114内的第一组配准标记202(例如，至少一个电路)中的至少一个配准标记供电，如图13的动作1314中所展示。例如，第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的电感器可以响应于所施加的外部磁场横跨电感器产生电压，且电压可为至少一个配准标记202的电路供电。为第一组配准标记202中的至少一个配准标记202供电可以致使信号由第一组配准标记中的至少一个配准标记的天线发射，AC磁场由第一组配准标记中的至少一个配准标记的线圈发射，电磁场由第一组配准标记中的至少一个配准标记的线圈发射，声振动由第一组配准标记中的至少一个配准标记发射，热发射由至少一个配准标记发射，或其它响应(矢量或标量)由第一组配准标记202中的至少一个配准标记发射且可由响应传感器132检测。

另外，方法1300可以包括使用响应传感器132从第一组配准标记202中的至少一个配准标记202检测及/或测量响应，如图13的动作1316中所展示。例如，在一些实施例中，检测及/或测量来自第一组配准标记202的至少一个配准标记202的响应可以包含检测有第一组配准标记202中的至少一个配准标记202经由上文关于图1到12所描述的任何方式发出的磁场。在另外的实施例中，检测及/或测量来自第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的响应可以包含从第一组配准标记中的至少一个配准标记的天线接收信号(例如，射频信号、电磁发射等)。在其中配准标记经配置为MEMS装置的其它实施例中，可以响应于感应功率启动振动，且可以通过响应传感器132检测及测量此类振动，其振幅、频率及波形。

此外，基于来自第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的所检测及/或测量的响应，方法1300可以包含确定第一组配准标记202中的至少一个配准标记202在晶片114的参考层级208内的位置，如图13的动作1318中所展示。在一些实施例中，确定第一组配准标记中的至少一个配准标记在晶片114的参考层级208内的位置可以包含确定响应传感器132相对于晶片114的其余部分在晶片114上方的位置。例如，在操作及使用中，磁源130可以为晶片114内的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202内的电路供电，且基于来自电路的响应的量级、位置、方向等，配准系统100可以确定配准标记202在晶片114中的位置。

此外，方法1300可以包含经由常规方法关闭第一组配准标记202中的至少一个配准标记202的电源，如图13的动作1320中所展示。关闭所述实施例的配准标记202的电源可以仅包括终止产生用作电源的磁场。

除了在测量部位处确定第一组配准标记202中的至少一个配准标记202在晶片114的参考层级208内的位置之外，方法1300还可以包含在测量部位处确定第二组配准标记203中的至少一个配准标记203在晶片114的所关注层级210上的位置，如在图13的动作1322中所展示。例如，配准系统100可以经由上文关于图3的动作316所描述的任何方法在测量部位处检测晶片114的所关注层级210上的第二组配准标记203中的至少一个配准标记203。

在测量部位处确定第一组配准标记202中的至少一个配准标记202及第二组配准标记203中的至少一个配准标记203的位置时，方法1300可以包含计算晶片114的所关注层级210与参考层级208之间的位置偏移，如图13的动作1324中所展示。例如，基于参考层级208内的第一组配准标记202中的至少一个配准标记202及所关注层级210内的第二组配准标记203中的至少一个配准标记203的相应位置，配准系统100可经由上文关于图3的动作318所描述的任何方法计算位置偏移(例如，重叠测量)。

另外，方法1300可以包含基于所计算的位置偏移调整晶片114上的未来半导体制造工艺。举例来说，来自配准系统100生成的重叠数据可以用于通过半导体处理工具经由常规方法基于所计算位置偏移来调整未来的处理，例如形成及图案化上覆材料、蚀刻处理等。

图14为可以与关于图13所描述的方法一起使用的传感器头1401的示意图。在一些实施例中，如上文所描述，晶片114可包括晶片114内的配准标记202的阵列。此外，传感器头1401可包含一组互补的标记1403。例如，传感器头1401可以包含电感桥电路，其可以放大两个电感器对之间的耦合的小差异(例如，使配准标记202的阵列与传感器头1401的标记组1403之间的标记相关)。另外，传感器头1401可以经由上面关于图13所描述的任何方式使用。

一起参考图1到14，本发明的额外实施例可以包含金属检测器技术，用于定位非磁化的配准标记，将配准标记放置在模具内，以及独特的配准标记设计，其具有比常规的仅视觉上可检测的配准标记更少的设计约束。

本发明的一或多个实施例包含确定晶片的所关注层级与晶片的参考层级之间的重叠测量(例如，位置偏移)的方法。所述方法可包含向晶片施加磁场，检测从所述晶片内的第一组配准标记中的至少一个配准标记发射的至少一个残余磁场，响应于所检测到的至少一个残余磁场，确定所述第一组配准标记中的所述至少一个配准标记的位置，确定第二组配准标记中的至少一个配准标记的位置，及响应于所述第一组配准标记中的所述至少一个配准标记及所述第二组配准标记中的所述至少一个配准标记的所述已确定位置，计算所述晶片的所关注层级与所述晶片的参考层级之间的位置偏移。

本发明的一些实施例包含一种确定晶片的所关注层级与晶片的参考层级之间的重叠测量(例如，位置偏移)的方法。所述方法可包含在晶片的参考层级内驱动第一组配准标记中的至少一个配准标记的磁化强度，测量第一组配准标记中的至少一个配准标记的磁化强度，响应于第一组配准标记中的至少一个配准标记的所测量磁化，确定第一组配准标记中的至少一个配准标记的位置，确定第二组配准标记中的至少一个配准标记在晶片的所关注层级上的位置，及响应于第一组配准标记中的至少一个配准标记及第二组配准标记中的至少一个配准标记的已确定位置，计算晶片的所关注层级与晶片的参考层级之间的位置偏移。

本发明的一或多个实施例包含确定晶片的所关注层级与晶片的参考层级之间的重叠测量(例如，位置偏移)的方法。所述方法可包含向晶片施加磁场，所述晶片具有安置在所述晶片的参考层级内的第一组配准标记且包括铁磁或反铁磁或能够与磁场交互的任何其它材料或结构，用响应传感器检测第一组配准标记中的至少一个配准标记的一或多个磁属性，响应于所检测到的一或多个磁属性，确定第一组配准标记中的至少一个配准标记的位置，确定第二组配准标记中的至少一个配准标记在晶片的所关注层级上的位置，及响应于第一组配准标记中的至少一个配准标记及第二组配准标记中的至少一个配准标记的已确定位置，计算晶片的所关注层级与晶片的参考层级之间的位置偏移。

本发明的其它实施例包含一种配准系统，其包括用于支撑晶片的衬底支撑件；光学显微镜成像或散射测量系统，其经配置以辨识可见元件在晶片上的至少一些位置；传感器，其可在晶片上方移动且经配置以检测晶片内的配准标记的磁属性；及控制器，其可操作地耦合到衬底支撑件、传感器及光学显微镜成像或散射测量系统。所述控制器包括至少一个处理器及其上存储指令的至少一个非暂时性计算机可读存储媒体，所述指令当由至少一个处理器执行时致使控制器：从传感器接收与配准标记的所检测到的磁属性有关的数据；响应于与所检测到的磁属性有关的接收数据，确定配准标记在晶片内的至少一些位置；接收与可见元件在晶片上的被辨识到至少一些位置有关的日期；响应于与可见元件的被辨识到的至少一些位置有关的数据，确定可见元件在晶片上的至少一些位置；及响应于至少一个配准标记及至少一个可见元件的已确定的至少一些位置，计算至少一个配准标记与至少一个可见元件之间的位置偏移。

以上描述并在附图中说明的本发明的实施例不限制本发明的范围，本发明的范围包含在所附权利要求及其合法等同物的范围内。任何等同的实施方案都在本发明的范围内。实际上，除本文中所展示及阐述的那些(例如，所描述要素的替代性有用组合)外，所属领域的技术人员自本说明将明了本发明的各种修改。这些修改及实施例也属于所附权利要求书及等同物的范围内。