CN116113886A - 同轴透视检查*** - Google Patents

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CN116113886A CN202180056793.7A CN202180056793A CN116113886A CN 116113886 A CN116113886 A CN 116113886A CN 202180056793 A CN202180056793 A CN 202180056793A CN 116113886 A CN116113886 A CN 116113886A
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wafer
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light
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安东·J·德维利耶
安东尼·R·舍皮斯
大卫·康克林
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Abstract

本披露的各方面提供了一种检查***，该检查***可以包括图像模块和处理电路。成像模块可以利用第一光束和第二光束对晶圆成像。第一光束可以与第二光束同轴对准，并且对位于晶圆的正面上的第一图案成像以形成第一图像。第二光束可以经由量子隧穿成像或红外透射成像对位于第一图案下方的第二图案成像以形成第二图像。第二光束可以具有足以穿过晶圆的厚度的至少一部分并且到达第二图案的功率。处理电路可以对第一图像和第二图像执行图像分析以计算第一图案和第二图案的套刻值和/或计算晶圆的缺陷。

Description

同轴透视检查***
相关申请的交叉引用
本披露要求于2020年8月17日提交的名称为“Method for Producing OverlayResults with Absolute Reference for Semiconductor Manufacturing[用于利用绝对参考为半导体制造产生套刻结果的方法]”的美国临时申请号63/066,779的权益，该美国临时申请的全部内容通过援引并入本文。
技术领域
本披露总体上涉及制造半导体器件的方法，并且具体地涉及套刻误差。
背景技术
半导体制造涉及多个不同的步骤和工艺。一种典型的制造工艺称为光刻法(也称为微光刻法)。光刻法使用如紫外线或者可见光等辐射来在半导体器件设计中生成精细的图案。可以使用包括光刻法、刻蚀、膜沉积、表面清洁、金属化等等的半导体制造技术来构造如二极管、晶体管和集成电路等许多类型的半导体器件。
发明内容
本披露的各方面提供了一种检查***。例如，该检查***可以包括成像模块和处理电路。该成像模块可以利用第一光束和与第一光束同轴对准的第二光束对晶圆成像。第一光束可以对位于晶圆的正面上的第一图案成像以形成第一图像。第二光束可以对位于第一图案下方的第二图案成像以形成第二图像，并且具有足以穿过晶圆的厚度的至少一部分并且到达第二图案的功率。处理电路可以对第一图像和第二图像执行图像分析以计算第一图案和第二图案的套刻值中的至少一个并且检查晶圆的缺陷。在实施例中，第二图案可以包括放射性或荧光材料。在实施例中，第二图案可以包括点、线、拐角、箱、三角形、数字和标记中的至少一个。
在实施例中，第二图案可以被结合在位于晶圆下方的参考板中。例如，参考板可以被放置在晶圆的背面上或粘附到晶圆的背面。作为另一示例，参考板可以被结合在光刻扫描仪或步进机的衬底支架中。在另一实施例中，第二图案可以被投射在晶圆的表面上。
在实施例中，第二图案可以形成在晶圆的背面上，并且第二光束可以具有足以穿过晶圆的整个厚度并且到达第二图案的功率。在另一实施例中，第二图案可以被嵌入在晶圆内。
在实施例中，第二波长可以具有比第一光束的第一波长更长的第二波长。10.例如，第一波长可以为50纳米至400纳米，并且第二波长可以为1微米至10微米。作为另一示例，第一波长可以为266纳米，并且第二波长可以为3.6微米或3.7微米。
在实施例中，检查***可以进一步包括紫外线(UV)光源和红外(IR)光源，该UV光源被配置为生成第一光束，并且该IR光源被配置为生成第二光束。例如，第二图案可以经由量子隧穿成像或IR透射成像来成像。
在实施例中，第二图案可以与晶圆同轴对准。
在实施例中，处理电路可以通过将第一图案相对于第二图案的坐标位置标识为套刻值来执行图像分析。
如可以理解的，随着在给定晶圆上的制造进展，取决于正在产生的给定器件，可以有许多不同的材料和层。因此，在每个工艺阶段，每个晶圆都可能具有不同的轮廓。这意味着，可能需要不同的波长来穿过晶圆。
当然，为了清楚起见，已呈现了如本文中所描述的不同步骤的讨论顺序。通常，这些步骤可以以任何合适的顺序执行。另外，尽管可以在本披露的不同地方讨论了本文中的不同特征、技术、配置等中的每一个，但是旨在每个构思可以彼此独立地或彼此组合地执行。因此，可以以许多不同的方式来实施和查看本披露。
应当注意，本发明内容部分并未指明本披露或所要求保护的披露的每个实施例和/或递增的新颖方面。而是，本发明内容仅提供了对不同实施例以及胜过常规技术的对应新颖性点的初步讨论。对于本披露和实施例的附加细节和/或可能的观点而言，读者应查阅如下文进一步讨论的本披露的具体实施方式部分和对应附图。
附图说明
将参考以下附图详细描述作为示例提出的本披露的各种实施例，其中，相同的附图标记指代相同的元件，并且在附图中：
图1A示出了套刻的工业问题；
图1B示出了根据本披露的一些实施例的使用示例性参考图案实现的套刻减轻；
图2是根据本披露的一些实施例的示例性成像***的功能框图；
图3是由图2的示例性成像***生成的经同轴对准的光束的一部分的放大视图；
图4A示出了根据本披露的一些实施例的晶圆的一部分的叠加图像的放大俯视图，这些叠加图像是由图2的示例性成像***的第一图像捕获设备和第二图像捕获设备捕获的图4B展示了根据本披露的一些实施例的针对使用绝对的独立参考图案进行套刻计算的示例性图像分析；
图5是展示了根据本披露的一些实施例的示例性成像方法的流程图；以及
图6是根据本披露的一些实施例的示例性检查***的功能框图。
具体实施方式
根据本披露，提供了一种成像方法，该成像方法使用绝对的独立参考图案作为对准标记来使特征图案与之对准，而不是与先前图案对准。特征图案可以形成在晶圆的正面上，并且参考图案独立于晶圆的正面。例如，参考图案可以形成在晶圆内或晶圆下方。第一波长的第一光束(例如，紫外(UV)光束)可以用于对形成在晶圆第一侧上的特征图案成像，而第二波长的第二光束(例如，红外(IR)光束)可以用于对形成在晶圆内或晶圆下方的参考图案成像。在实施例中，第二光束可以与第一光束同轴对准。当参考图案形成在晶圆内或晶圆下方时，为了对参考图案成像，第二光束必须“透视”晶圆的厚度的一部分或整个厚度。例如，第二光束可以具有足以穿过晶圆的厚度的一部分或整个厚度(取决于参考图案是形成在晶圆内还是晶圆下方)的功率或强度，以使用量子隧穿成像、IR透射成像等来捕获参考图案的图像。因此，特征图案的UV图像和参考图案的IR图像可以在同一光轴中被捕获并且彼此叠加。然后可以执行图像分析以进行曝光、检查、对准或其他加工。虽然UV图像和IR图像是同轴捕获的，但是到图像检测器的传输可以是同轴的，也可以不是同轴的。例如，同轴捕获的图像可以进行光学分离并传输到单独的图像检测器，如下文所讨论。
以下披露提供了用于实施所提供的主题的不同特征的许多不同的实施例或示例。下文描述了部件和布置的具体示例以简化本披露。当然，这些仅是示例，并且不旨在进行限制。例如，以下描述中的在第二特征上方或其上形成第一特征可以包括第一特征和第二特征直接接触形成的实施例，并且还可以包括可以在第一特征与第二特征之间形成附加特征使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。另外，本披露可能会在各个示例中重复使用附图标记和/或字母。该重复是出于简单和清楚的目的，并且其本身并不指示所讨论的各种实施例和/或配置之间的关系。进一步地，为了便于描述，在本文中可以使用如“顶部”、“底部”、“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等空间相关的术语来描述如附图中所展示的一个元素或特征与其他(多个)元素或(多个)特征的关系。除了在附图中所描绘的取向之外，空间相关的术语还旨在涵盖设备在使用或操作中的不同取向。可以以其他方式定向该装置(旋转90度或处于其他取向)，并且因此同样可以解释本文使用的空间相关的描述符。
为了清楚起见，已经提出了本文所述的不同步骤的讨论顺序。通常，这些步骤可以以任何合适的顺序执行。另外，尽管可以在本披露的不同地方讨论了本文中的不同特征、技术、配置等中的每一个，但是旨在每个构思可以彼此独立地或彼此组合地执行。因此，可以以许多不同的方式来实施和查看本披露。
微制造涉及在晶圆上形成和加工多个膜和层。这可以包括堆叠在晶圆上的几十个或更多个膜。施加到晶圆以获得各种膜和层的图案需要与先前形成的图案对准。传统上，这种对准是通过使用晶圆的一部分形成对准标记和划线来实现的。然而，本发明人认识到，各种膜沉积、刻蚀和处理技术有时会覆盖对准标记，并且甚至完全去除对准标记。由于对准标记有时被覆盖或缺失，因此在晶圆上施加后续图案可能会有误差。术语套刻或套刻误差是指给定图案相对于先前放置的图案的放置差异。由于对准标记经常被破坏，因此套刻误差可能会随着附加层的增加而累积，这可能会导致性能较差和器件误差。
图1A展示了套刻的工业问题。本文的每个箭头都具有与前一图案的位置相对应的起始点(例如，111A、111B、121A和131A)以及与后一图案的位置相对应的端点或箭头簇(例如，111A’、111N’、121N’)。因此，当后一图案在对应的前一图案上方或与其并排形成时，每个箭头表示套刻值或套刻误差。例如，在工艺110A中，当放置初始图案时，没有网格或参考板。因此，第一箭头的起始点111A可能是未对准的，即，初始图案可能具有例如相对于晶圆边缘的放置误差。然后，后续图案尝试基于对应的上一个图案进行对准。如图1A所示，后一箭头的起始点(例如，111B)与对应的上一个箭头或前一箭头的箭头簇(例如，111A’)重叠。在一些实施例中，对准标记的劣化可能会导致通过使用这种劣化的对准标记放置的后续图案存在对准误差。应当注意，即使在理论上完美的***中，仍可能会发生失效(walkout)。例如，如果***图案放置公差是+/-4nm，并且每一级都参考前一级。取参考级为0误差。然后，第一层可能偏离+4nm。第二层与第一层的对准可能偏离+4nm，这意味着第二层现在偏离参考级+8nm。在整个制造过程中，还存在引起或减轻应力的工艺因素，即使原始对准标记可见，这些工艺因素也可能会引起失效/对准移位，从而可能增加累积误差。
进一步地，对准标记可能在制造工艺中的步骤S120中被破坏，并且在没有参考标记的情况下再次进行放置。对准标记的劣化可能会导致后续加工的对准误差的累积。类似于起始点111A，新箭头的起始点121A可能是未对准的。在图1A的示例中，起始点121A偏离箭头簇111N’。该工艺通过基于对应的上一个图案对准后续图案来进行，直到在步骤S130处对准标记再次被破坏为止。类似地，在没有参考标记的情况下进行放置，并且起始点131A偏离箭头簇121N’。如图1A中可以看出，随着层的增加，套刻误差可能会累积，从而导致不良的制造良率、器件误差等。应当注意，工艺110A是非限制性示例。其他工艺(例如，110B和110C)可以具有不同的套刻值(不同的箭头)和/或不同的步骤。
图1B示出了根据本披露的一些实施例的使用示例性参考图案实现的套刻减轻。利用本文的技术，放置在晶圆190的正面(或工作侧)191上的所有图案(例如，具有起始点141A的图案)都基于同一参考图案102。在实施例中，参考图案102可以位于晶圆190的正面191下方。例如，参考图案102可以形成在晶圆190的背面192上或者结合在晶圆190中。作为另一示例，参考图案102可以结合在参考板(图1B中未示出)中，并且参考板可以位于晶圆190下方、放置在晶圆190的背面192上或粘附到该背面，或者结合在光刻扫描仪或步进机的用于固持晶圆190的衬底支架(图1B中未示出)中。换句话说，参考图案102不受如刻蚀、沉积、化学机械抛光等光刻工艺的影响，这些光刻工艺在晶圆190的正面191上执行以便形成图案。因此，参考图案102独立于晶圆190的正面191，并且在晶圆190的光刻加工期间将保持完整。因此，参考图案102可以被使用并且被认为是绝对的，或者说，独立于形成在晶圆190的正面191上的任何图案，并且不会因在晶圆190上执行的各种沉积步骤和刻蚀步骤而改变。在实施例中，当放置新的图案时，可以将参考图案102与晶圆190进行比较。对于初始图案，这意味着该图案可以适应于参考图案102。对于后续图案，这意味着仍然可以将一个或多个图案与参考图案102进行比较以计算套刻校正，从而返回到相同的对准。
例如，在工艺140中，参考图案102可以用于对准晶圆190的正面191上的初始图案。在一个实施例中，参考图案102可以设置在相对于晶圆表面的固定位置，比如通过将参考图案102嵌入到晶圆190内或提供固定到晶圆190的背面192的参考图案102。因此，第一箭头的起始点141A与参考图案102对准，该参考图案的位置显示为参考线150。后续图案也使用固定的绝对的独立参考图案102来对准。可以为每个后续图案形成新的光刻胶层，但是由于参考图案102，不需要在晶圆190上形成对准标记和/或不会破坏对准标记。因此，箭头以参考线150为中心，这意味着后续图案与参考图案102对准。例如，可以通过移动图案图像的掩模或者相对于掩模移动晶圆190来进行对准。因此，随着越来越多的层的形成，套刻误差不太可能会累积。
图2是根据本披露的一些实施例的示例性成像***200的功能框图。例如，示例性成像***200可以在光刻***的扫描仪或步进机中实施。作为另一示例，示例性成像***200可以在抗蚀剂涂覆工具(例如，由东京电子有限公司(Tokyo Electron Ltd)制造的CLEAN TRACKTM ACTTM12)中实施，该抗蚀剂涂覆工具包含如高级软烘烤箱单元、边缘光刻胶去除模块和清洁***等多个掩模专用模块。示例性成像***200可以同轴对准不同波长的两个光束，使这两个同轴对准的光束分别聚焦到位于衬底(例如，晶圆)正面上的第一图案和位于第一图案下方的第二图案上，并且捕获第一图案和第二图案的图像。例如，示例性成像***200可以包括第一光源210、第二光源220、对准模块230、同轴模块240、第一图像捕获设备250以及第二图像捕获设备260。第一图像捕获设备250和第二图像捕获设备260可以统称为图像捕获模块。
在实施例中，第一光源210可以被配置为产生第一波长的第一入射光束。例如，第一光源210可以是UV光源，该UV光源产生50纳米至400纳米(例如，266纳米)的第一入射光束(在图2中示出为UV入射)。作为另一示例，第一光源210可以是Optowaves(美国马萨诸塞州Optowaves有限公司)固态激光器，比如用于表面成像的泵浦纳秒激光器。
在实施例中，第二光源220可以被配置为产生第二波长的第二入射光束。根据本披露的一些方面，由于绝对的独立参考图案应当位于要形成在晶圆正面上的图案下方，并且第二入射光束用于对参考图案成像，所以第二入射光束必须透视如晶圆290等晶圆的厚度的至少一部分或者甚至整个厚度。
例如，第二入射光束具有足以穿过晶圆290的整个厚度(例如，750微米)的功率或强度，以使用量子隧穿成像、IR透射成像等来捕获参考图案的图像。作为另一示例，第二光源220可以是IR光源，该IR光源产生1微米至10微米(例如，3.6微米或3.7微米)的第二入射光束(在图2中示出为IR入射)。在实施例中，第二光源220可以是IR可调量子级联激光器，该IR可调量子级联激光器可以从Pranalytica有限公司(美国加利福尼亚州)获得。根据渐逝波理论，入射在两种不同介质(例如，晶圆290与沉浸式光刻中同轴模块240所在的空气或液体)之间的表面(例如，晶圆290的正面391，如图3所示)处的光束的强度将垂直于该表面呈指数衰减。强度下降到1/e(约37％)时的穿透深度尤其取决于光束的波长。典型的穿透深度可以是光束波长的分数，例如，波长的1/5，这取决于光束与表面的入射角。由于第二入射光束IR入射的第二波长比第一入射光束UV入射的第一波长长得多，所以在功率得到良好控制的情况下，第二入射光束IR入射能够穿过晶圆290的整个厚度。
在实施例中，可以周期性地校准第一(UV)光源210和第二(IR)光源220的相对位置，这也被称为红蓝相对位置校准。例如，第一光源210和第二光源220的相对位置可以保持在传感器的动态范围内，该动态范围为几十倍并且因此相当宽松。然而，可以根据需要对已知相对透射的载物台伪影进行成像来进行归一化。例如，一天一次，使得可以容易地执行任何相对强度归一化。相对位置校准或TIS工具引起的移位校准对于计量站来说是常见的。随着测量的进行，相对于网格板对相对位置进行实时重新校准。因此，示例性成像***200可以总是具有实时绝对参考。可以使用数字图像捕获和回归。
在实施例中，对准模块230可以被配置为使第二入射光束IR入射与第一入射光束UV入射同轴对准。例如，对准模块230可以包括第一光束分束器，该第一光束分束器将第一入射光束UV入射分成两个部分，其中一部分可以被透射，而另一部分可以被反射。在实施例中，第一光束分束器可以是棱镜。在另一实施例中，第一光束分束器可以是透明板(比如玻璃片或塑料片)，在其一侧上涂覆有部分透明的金属薄膜(比如铝)，这允许第一入射光束UV入射的一部分被透射，而另一部分被反射。在示例性成像***200中，第一光源210和第一光束分束器可以被布置成使得第一入射光束UV入射以45度角入射到第一光束分束器。
例如，对准模块230可以进一步包括第二光束分束器，该第二光束分束器将第二入射光束IR入射分成两个部分，其中一部分可以被反射，而另一部分可以被透射。例如，第二光束分束器可以是棱镜。作为另一示例，第二光束分束器可以是玻璃片或塑料片，在其一侧上涂覆有铝薄膜，这允许第二入射光束IR入射的一部分被反射，而另一部分被透射。在示例性成像***200中，第二光源220和第二光束分束器可以被布置成使得第二入射光束IR入射以45度角入射到第二光束分束器。
例如，对准模块230可以进一步包括第三分束器，该第三分束器允许不同波长的光束被反射或被透射。例如，第三分束器可以是透明板，在其一侧上涂覆有二向色性材料，该二向色性材料允许从第一光束分束器透射的第一波长的第一入射光束UV入射被反射，并且允许从第二光束分束器透射的第二波长的第二入射光束IR入射被透射。在实施例中，第三分束器被设计和定位成使得所透射的第二入射光束IR入射与所反射的第一入射光束UV入射同轴对准，并且所透射的第二入射光束IR入射和所反射的第一入射光束UV入射可以沿同一光路传播到晶圆290。
在实施例中，同轴模块240可以被配置为将从第三分束器反射的第一入射光束UV入射聚焦到位于晶圆290的正面391上的第一图案301(图3所示)上，并且将从第三分束器透射的第二入射光束IR入射聚焦到位于第一图案301下方的第二图案302(或参考图案)上。例如，同轴模块240可以被设计和配置为调整第一图案301和第二图案302的放置公差(即，焦深(DOF))。例如，可以使用水平传感器来跟踪第一图案301的顶部，并且将第一图案301的高度减去晶圆290的高度，以同时自动调整同轴对准的第一入射光束UV入射的DOF和第二入射光束IR入射的DOF。使用深UV(DUV)光的情况下，光刻胶损坏可以忽略不计。在4K分辨率的情况下，本文的250微米的视场(FOV)对应于约每像素60纳米。这对于0.1纳米配准误差测量的分辨率足够了。具有足够功率或强度的光源可以减轻金属层的任何遮蔽。虽然图3示出了在晶圆290中形成的物理图案的成像，但是要形成(即，在曝光于激活光之前)的图案的图像可以通过例如具有不激活晶圆中的光刻胶的波长的光来实现。
在实施例中，同轴模块240可以包括2个至12个独立的光学元件，例如，6个光学元件。其中每个光学元件可以包括蓝宝石、AlN、MgF、CaF、BaF、LiF、Ge、Si等。
第一入射光束UV入射可以被第一图案301反射以形成第一反射光束UV反射。第一反射光束UV反射可以依次被第三分束器和第一光束分束器反射，并且被第一图像捕获设备250捕获，并且第一图像捕获设备250可以形成第一图案301的对应第一图像。例如，第一图像捕获设备250可以是DataRay相机。第二入射光束IR入射可以被第二图案302反射以形成第二反射光束IR反射。第二反射光束IR反射可以依次被第三分束器和第二光束分束器透射，并且被第二图像捕获设备260捕获，并且第二图像捕获设备260可以形成第二图案302的对应第二图像。例如，第二图像捕获设备260可以是高速、高清晰度中波长IR(MWIR)相机，例如，FLIR X8500MWIR。在实施例中，可以对第一图像和第二图像执行图像分析，以计算套刻值来确定第一图案301的放置。例如，图像分析可以通过将第一图案301的第一图像和第二图案302的第二图像彼此叠加，并且标识第一图案301相对于第二图案302的坐标位置来实现。在一些实施例中，可以实时执行图像分析，使得可以实时调整第一图案301的放置。
在实施例中，对准模块230可以进一步包括第一透镜组和第二透镜组。例如，第一透镜组可以包括反射和/或折射光学器件，该反射和/或折射光学器件准直由第一光源210产生的第一入射光束UV入射，并且将经准直的第一入射光束UV入射引导至第一光束分束器。作为另一示例，第二透镜组同样可以包括反射和/或折射光学器件，该反射和/或折射光学器件准直由第二光源220产生的第二入射光束IR入射，并且将经准直的第二入射光束IR入射引导至第二光束分束器。
在实施例中，示例性成像***200可以进一步包括第三透镜组270和第四透镜组280。例如，第三透镜组270可以包括将第一反射光束UV反射聚焦到第一图像捕获设备250上的反射和/或折射光学器件。作为另一示例，第四透镜组280同样可以包括将第二反射光束IR反射聚焦到第二图像捕获设备260上的反射和/或折射光学器件。
在实施例中，示例性成像***200可以进一步包括光学器件，该光学器件可以捕获同轴模块240外部的衍射光束，并且将这些衍射光束引导至第一图像捕获设备250和第二图像捕获设备260。
在图3所示的示例性实施例中，第一图案301可以被包括在位于晶圆290的正面391上的光掩模(未示出)中。在实施例中，在接触式印刷***中，光掩模可以被放置成与晶圆290直接接触。在另一实施例中，在接近式印刷***或投影印刷***中，光掩模可以远离晶圆290放置。
在图3所示的示例性实施例中，第二图案302位于晶圆290的背面392上，并且第二入射光束IR入射具有足以穿过晶圆290的整个厚度的功率，以使用量子隧穿成像、IR透射成像等来捕获第二图案302的第二图像。在实施例中，第二图案302可以形成在参考板310上。例如，参考板310可以是具有20微米乘20微米正方形的几乎完全对准的网格板，并且第二图案302可以是这些正方形中的至少一个正方形的拐角点。作为另一示例，参考板310可以包括点、线、拐角、箱、数字、标记或适用于对准目的的任何其他图案中的至少一个，并且第二图案302可以是这些中的一个。在实施例中，参考板310可以粘附到晶圆290的背面392。因此，参考板310和晶圆290可以用作一个模块。在另一实施例中，参考板310可以被结合到光刻扫描仪或步进机的衬底支架320中。尽管每次给定晶圆可能与先前放置相比以不同的位置或取向被放置在衬底支架320上，但这并不重要。对于要放置或曝光的给定新图案，可以利用参考板310(例如，网格板)对晶圆成像。然后，参考板310可以提供用于标识到两个或更多个点的向量的相对参考点，根据这些向量，可以使用向量分析计算下一次曝光中的套刻校正调整。例如，当晶圆290(如果还没有图案的话)被放置在参考板310上方时，晶圆290将粗略地与参考板310预对准。作为另一示例，当晶圆290(如果已经具有现有图案的话)被放置在参考板310上方时，现有图案和参考板310可以同轴对准。在传统的光刻工艺中，由晶圆背面划痕、背面灰尘和/或由于热引起的衬底变形引起的测量误差可能会影响套刻，但是传统的套刻***往往对这些问题视而不见。本文的技术包括独立的参考板和高空间分辨率来克服这些问题。
在实施例中，第二图案302可以形成在晶圆290的背面392上，并且第二入射光束IR入射也具有足以穿过晶圆290的整个厚度的功率，以使用量子隧穿成像、IR透射成像等来捕获第二图案302的第二图像。其他技术可以包括比如使用放射性或荧光材料在晶圆290中嵌入第二图案302(例如，网格线)。
在实施例中，第二图案302可以形成在晶圆290的正面291上，然后在该第二图案上沉积硅和/或氧化硅层。例如，硅和/或氧化硅层可以具有1微米至5微米的厚度，使得第二图案302有效地“嵌入”在晶圆290中，并且图案可以形成在硅和/或氧化硅层上。因此，第二入射光束IR入射必须具有足以穿过硅和/或氧化硅层的功率，以便使用量子隧穿成像、IR透射成像等捕获第二图案302的第二图像。作为另一示例，第二图案302可以在晶圆290的背面292上形成诸如硅或氧化硅等保护层之前形成在晶圆290的背面292上。因此，第二图案302也可以嵌入在晶圆290中。因此，第二入射光束IR入射必须具有足以穿过晶圆290的整个厚度的功率，以便使用量子隧穿成像、IR透射成像等捕获第二图案302的第二图像。在实施例中，第二图案302可以在载体晶圆的正面粘结到目标晶圆的背面(例如，晶圆290的背面392)之前形成在载体晶圆的正面上。因此，第二图案302可以夹置在载体晶圆与目标晶圆之间，载体晶圆和目标晶圆一起用作一个晶圆。因此，第二入射光束IR入射必须具有足以穿过目标晶圆的整个厚度的功率，以便使用量子隧穿成像、IR透射成像等捕获第二图案302的第二图像。在一些实施例中，也可以使用光投射。例如，第二图案302可以是实际上不存在于晶圆290中、衬底支架上或作为衬底支架下的网格板的投射网格。在一些实施例中，第二图案302可以是物理标记和光投射的组合。例如，物理参考标记可以设置在衬底支架的、未被放置在衬底支架上的晶圆覆盖的外周区域上，并且光投射可以完成晶圆区域中的参考图案，使得不需要使用隧穿技术。
图4A示出了根据本披露的一些实施例的晶圆290的一部分的叠加图像的放大俯视图，这些叠加图像是由第一图像捕获设备250和第二图像捕获设备260捕获的，该部分包括第一图案301和第二图案302。图4B展示了根据本披露的一些实施例的针对使用在对准工艺中充当参考图案的第一图案301进行套刻计算的示例性图像分析。图4A和图4B示出了绝对的独立第一图案301可以如何用于计算两个图案的套刻值。这可以通过知道坐标系的每个公共参考图案并且使用该参考图案来了解每个图案在该坐标系中的“位置”来实现。一旦知道了这些，例如每层之间的距离，就能通过简单的向量代数来完成提取套刻值所需的向量计算。从这一点来看，这是基本的坐标几何形状。可以将其看作载物台下有黄金工具始终为自己准备着的混合匹配套刻(mix-match overlay，MMO)。
在实施例中，第一图案301(由点M表示)，例如具有20微米乘20微米正方形的网格板的正方形之一的拐角，可以被认为是绝对的或者与晶圆无关的，并且用于计算第二图案302(由点N表示)与在第二图案302形成之后形成的第三图案401(由点P表示)之间的套刻值。通过将第二图案302叠加在第一图案301上，可以确定从第一图案301的点M到第二图案302的点N的坐标差或向量
Figure BDA0004113383990000131
同样，通过将第三图案401叠加在第一图案301上，还可以确定从第一图案301的点M到第三图案401的点P的另一坐标差或向量
Figure BDA0004113383990000132
然后，可以计算点N与点P之间的套刻值
Figure BDA0004113383990000133
Figure BDA0004113383990000134
进一步地，利用来自第二图案302的点的坐标位置(例如，N(Wx,Wy))和来自第三图案401的点的坐标位置(例如，P(Bx,By))，可以确定从第二图案302到第三图案401的套刻值或移位。然后，该套刻值可以用于放置第三图案或后续图案，以相对于独立参考图案(例如，第一图案301)校正套刻。在一些实施例中，具有对于每次图像比较都是一致的参考图像使得能够基于初始线或绝对参考来校正相邻图案以及保持套刻校正。关于对抗蚀剂层的关键尺寸(CD)变化效应的担忧，本文的技术可以提取图案的坐标，而对抗蚀剂层和其下层(例如，金属抗蚀剂图案覆盖大部分过孔图案)不会产生图案的CD变化效应。抗蚀剂层的CD变化效应对于对准来说可能是个问题，并且可能被套刻测量团队忽略，即，认为可忽略不计。本文的技术得到了很大的改进，因为参考图案本身与经历CD像散和Zernike引起的图案偏移的对准标记相比远远更好地指示图案放置。应当注意，在一些实施例中，叠加图像不是必需的。可以从参考板和晶圆的工作表面收集坐标位置数据，并且然后可以使用向量分析来确定总偏移量或套刻值。
图5是展示了根据本披露的一些实施例的用于处理晶圆(例如，晶圆290)的示例性成像方法500的流程图。示例性成像方法500可以应用于示例性成像***200。在各种实施例中，所示的示例性成像方法500的一些步骤可以同时执行或者以不同于所示的顺序执行，可以由其他方法步骤代替，或者可以省略。也可以根据需要执行附加的方法步骤。
在步骤S510处，可以利用第一光束(例如，第一入射光束UV入射)和与第一光束同轴对准的第二光束(例如，第二入射光束IR入射)对晶圆成像。在实施例中，第一光束可以(例如，通过捕获第一反射光束UV反射)对位于晶圆的正面上的第一图案成像以形成第一图像，并且第二光束可以(例如，通过捕获第二反射光束IR反射)对位于第一图案下方的第二图案成像以形成第二图像。例如，第二光束可以具有足以穿过晶圆的厚度的至少一部分并且到达第二图案的功率。在实施例中，第二光束可以具有比第一光束的第一波长更长的第二波长。例如，第一光束可以由如UV光源等第一光源210产生，而第二光束可以由如IR光源等第二光源220产生。在实施例中，第一波长为50纳米至400纳米，例如，266纳米，而第二波长为1微米至10微米，例如，3.6微米或3.7微米。在实施例中，第二图案可以经由量子隧穿成像或IR透射成像来成像
在实施例中，第二图案可以被结合到位于晶圆下方的参考板(例如，具有亚纳米位置精度的20微米乘20微米正方形的网格板)中。例如，参考板可以被放置在晶圆的背面上或粘附到晶圆的背面。因此，第二光束可以具有足以穿过晶圆的整个厚度的功率，以使用量子隧穿成像、IR透射成像等捕获第二图案的第二图像。在另一实施例中，参考板可以被结合在光刻扫描仪或步进机的衬底支架或卡盘中，并且示例性成像方法500可以进一步包括在利用第一光束和第二光束对晶圆成像之前将参考板与晶圆对准的步骤。在又另一实施例中，第二图案可以形成在晶圆的背面上。因此，第二光束可以具有足以穿过晶圆的整个厚度的功率，以使用量子隧穿成像、IR透射成像等捕获第二图案302的第二图像。在仍另一实施例中，第二图案可以被嵌入在晶圆内，并且可穿过一个或多个层进行访问。因此，第二光束可以具有足以穿过晶圆的厚度的一部分的功率，以使用量子隧穿成像、IR透射成像等捕获第二图案302的第二图像。例如，第二图案可以包括放射性或荧光材料。作为另一示例，第二图案可以包括点、线、拐角、箱、三角形、数字和标记中的至少一个。
在步骤520处，可以对第一图像和第二图像执行图像分析，以计算第一图案和第二图案的套刻值。例如，可以通过将第一图案相对于第二图案的坐标位置标识为套刻值来执行图像分析，如图4A和图4B所示。
在步骤S530处，第一图案因此可以基于套刻值形成在晶圆的正面上。例如，第一图案的光掩模可以基于套刻值相对于晶圆移动，使得第一图案与第二图案对准，并且可以曝光形成在晶圆的正面上的抗蚀剂层，以允许在抗蚀剂层中形成第一图案。
在实施例中，在“分步重复”或“分步扫描”***中，第一光束和第二光束以及光掩模可以被移动到晶圆的另一区域，并且可以重复步骤S510至步骤S530以在晶圆正面上的抗蚀剂层中形成一个或多个图案。
本文用于图案化的参考图案可以被认为在一方面是绝对的，而在另一方面是相对的。例如，参考图案可以保持或维持固定的网格线(或点或角或箱或任何其他合适的形状)，并且不会因晶圆上的各种沉积和刻蚀步骤而改变。在实施例中，该参考图案可以是与载物台或衬底支架集成的网格板。以这种方式，网格板由于在晶圆的整个加工过程中使用同一物理网格板而是绝对的，但是由于物理网格板不固定到晶圆本身并且在整个晶圆加工过程中可以相对于晶圆移动而是相对的。尽管每次给定晶圆被放置在载物台上，但是与先前放置相比，该给定晶圆可能处于不同的位置或取向；但这并不重要。对于要放置或曝光的给定新图案，用参考网格对晶圆成像。然后，参考网格可以提供用于标识两个或更多个点的向量的相对参考点，根据这些向量，可以使用向量分析计算下一次曝光中的套刻校正调整。
示例性成像***200和示例性成像方法500可以被实施为可以与光刻工具相结合来操作的独立式同轴计量***和方法、具有到链接光刻单元的前馈的集成式轨道同轴计量***和方法、或可以嵌入在光刻工具中以用于实时校正的主动同轴计量***和方法。
图6是根据本披露的一些实施例的示例性检查***600的功能框图。示例性检查***600可以计算与晶圆相关联的第一图案和第二图案的套刻值并且检查晶圆的缺陷。例如，示例性检查***600可以包括成像模块610，例如，成像***200和处理电路620。在实施例中，成像模块610可以利用第一光束和与第一光束同轴对准的第二光束对晶圆成像，第一光束对位于晶圆的正面上的第一图案成像以形成第一图像，第二光束对位于第一图案下方的第二图案成像以形成第二图像，第二光束具有足以穿过晶圆的厚度的至少一部分并且到达第二图案的功率。例如，成像模块610可以利用由第一光源210(例如，UV光源)产生的第一光束和由第二光源220(例如，IR光源，如IR可调量子级联激光器)产生的第二光束对晶圆290成像，第一光束可以对位于晶圆290的正面391上的第一图案301成像，并且第二光束可以对位于第一图案301下方的第二图案302成像并且具有足以穿过晶圆290的厚度的至少一部分并且到达第二图案302的功率。处理电路620可以对第一图案301的第一图像和第二图案302的第二图像执行图像分析，以计算第一图案301和第二图案302的套刻值。
每个晶圆都可能会有深到足以影响套刻的划痕影响、热影响和卡紧问题等。晶圆可能进一步具有图案化缺陷，如果线路没有按照设计连接、关键尺寸过小/过大、或者存在会导致短路的间隙，则可能存在图案化缺陷。由于第二光束可以穿过晶圆290，因此第二光束也可以看到缺陷，并且所捕获的第二图像可以进一步包括缺陷的信息。在实施例中，处理电路620可以通过对第一图案301的第一图像和第二图案302的第二图像执行图像分析来进一步检查晶圆290的任何缺陷。
本披露的各方面提供了一种成像方法，该成像方法可以提供准确且精确的对准机制，而不依赖于形成在晶圆的前表面上的传统对准标记。而是，参考了晶圆内/下方的图案或网格，可以重复访问可靠的参考图案，以用于后续图案的精确和准确的配准和对准。本文的技术将消除对传统套刻标记的需要。这些用于套刻的新颖范式可以不需要清除、不损失占用面积并且不需要复杂的划线设计，从而提高硅面积利用率并且不需要对准标记的复杂集成。本文披露的示例性参考图案将不会像传统方式那样受到制造器件而不是制造对准标记的不利工艺的影响和擦除。现在还可以从第二图案所在的第一层测量套刻放置准确度，因为参考图案现在不仅每次都接近完美，而且总是隐藏在载物台的正下方。
在前述描述中，已经陈述了具体细节，比如处理***的特定几何形状以及对其中使用的各种部件和工艺的描述。然而，应当理解，可以在脱离这些具体细节的其他实施例中实践本文中的技术，并且这样的细节是出于解释而非限制的目的。已经参考附图描述了本文披露的实施例。类似地，出于解释的目的，已经陈述了具体数字、材料和配置以便提供透彻的理解。然而，可以在不具有这样的具体细节的情况下实践实施例。具有基本上相同的功能构造的部件由相似的附图标记表示，并且因此可以省略任何冗余的描述。
已将各种技术描述为多个不连续的操作以辅助理解各种实施例。描述的顺序不应被解释为暗指这些操作必需依赖于顺序。实际上，这些操作不需要以呈现的顺序执行。可以以与所描述的实施例的顺序不同的顺序来执行所描述的操作。在附加实施例中，可以执行各种附加操作和/或可以省略所描述的操作。
如本文所使用的，“衬底”或“目标衬底”通常是指根据本披露被加工的对象。衬底可以包括器件(尤其是半导体或其他电子器件)的任何材料部分或结构，并且可以例如是基础衬底结构(比如半导体晶圆、光罩)、或基础衬底结构上的层或上覆于基础衬底结构的层(比如薄膜)。因此，衬底不限于已图案化或未图案化的任何特定基础结构、底层或上覆层，而是设想为包括任何这样的层或基础结构、以及层和/或基础结构的任何组合。该描述可以参考特定类型的衬底，但这仅出于说明性目的。
本领域技术人员还将理解，在仍然实现本披露的相同目的的同时，可以对上文解释的技术的操作做出许多改变。本披露的范围旨在涵盖这样的改变。因此，本披露的实施例的前述描述不旨在是限制性的。相反，在以下附权利要求中提供了对本披露的实施例的任何限制。

Claims (16)

1.一种检查***，包括：
成像模块，该成像模块被配置为利用第一光束和与该第一光束同轴对准的第二光束对晶圆成像，该第一光束对位于晶圆的正面上的第一图案成像以形成第一图像，该第二光束对位于该第一图案下方的第二图案成像以形成第二图像，该第二光束具有足以穿过该晶圆的厚度的至少一部分并且到达该第二图案的功率；以及
处理电路，该处理电路被配置为对该第一图像和该第二图像执行图像分析以计算该第一图案和该第二图案的套刻值中的至少一个并且检查该晶圆的缺陷。
2.如权利要求1所述的检查***，其中，该第二图案被结合在位于该晶圆下方的参考板中。
3.如权利要求2所述的检查***，其中，该参考板被放置在该晶圆的背面上或粘附到该晶圆的背面。
4.如权利要求2所述的检查***，其中，该参考板被结合在光刻扫描仪或步进机的衬底支架中。
5.如权利要求1所述的检查***，其中，该第二图案形成在该晶圆的背面上，并且该第二光束具有足以穿过该晶圆的整个厚度并且到达该第二图案的功率。
6.如权利要求1所述的检查***，其中，该第二图案被嵌入在该晶圆内。
7.如权利要求1所述的检查***，其中，该第二图案包括放射性或荧光材料。
8.如权利要求1所述的检查***，其中，该第二图案包括点、线、拐角、箱、三角形、数字和标记中的至少一个。
9.如权利要求1所述的检查***，其中，第二波长具有比该第一光束的第一波长更长的第二波长。
10.如权利要求9所述的检查***，其中，该第一波长为50纳米至400纳米，并且该第二波长为1微米至10微米。
11.如权利要求10所述的检查***，其中，该第一波长为266纳米，并且该第二波长为3.6微米或3.7微米。
12.如权利要求9所述的检查***，进一步包括紫外线(UV)光源和红外(IR)光源，该UV光源被配置为生成该第一光束，并且该IR光源被配置为生成该第二光束。
13.如权利要求12所述的检查***，其中，该第二图案是经由量子隧穿成像或IR透射成像来成像的。
14.如权利要求1所述的检查***，其中，该第二图案与该晶圆同轴对准。
15.如权利要求1所述的检查***，其中，该处理电路通过将该第一图案相对于该第二图案的坐标位置标识为该套刻值来执行该图像分析。
16.如权利要求1所述的检查***，其中，该第二图案被投射在该晶圆的表面上。
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