TW201742230A - 重疊標記、重疊測量方法以及使用該重疊標記的半導體裝置製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明是有關於一種重疊標記、利用其的重疊測量方法及半導體裝置製造方法。本發明提供一種重疊標記，其確定兩個連續的圖案層或分別形成於一個層的兩個以上的圖案間的相對錯位，包括：第一重疊構造物，包括一對第一桿及一對第二桿，上述一對第一桿彼此面向，沿第一方向延伸，上述一對第二桿彼此面向，沿與第一方向正交的第二方向延伸；及第二重疊構造物，包括與上述第一桿平行的多對第三桿及與上述第二桿平行的多對第四桿，相鄰的第三桿之間的間隔不同，相鄰的第四桿之間的間隔不同。本發明的重疊標記具有可藉由使桿之間的間隔不同而將於分析圖像時發生的錯誤最小化的優點。

Description

重疊標記、重疊測量方法以及使用該重疊標記的半導體裝置製造方法

本發明是有關於一種重疊標記、利用其的重疊測量方法及半導體裝置製造方法。

於半導體基板上，依次形成多個圖案層。並且，亦藉由雙重圖案化等而分兩個圖案形成一個層的電路。只有將此種圖案層或一個層的多個圖案準確地形成至預先設定的位置，才能製造出所期望的半導體元件。

因此，為了確認圖案層是否準確地排列，使用與圖案層同時形成的重疊標記。

利用重疊標記測定重疊的方法如下。首先，於在前一製程（例如蝕刻製程）中形成的圖案層作為圖案層，與此同時形成作為重疊標記的一部分的一個構造物。接著，於後續製程（例如光刻製程）中，在光阻上形成重疊標記的剩餘的構造物。接著，藉由重疊測定裝置而獲得於前一製程中形成的圖案層的重疊構造物（透過光阻層獲取圖像）與光阻層的重疊構造物的圖像，測量這些圖像的中心之間的偏移值而測定重疊值。若重疊值脫離容許範圍，則去除光阻層而重新作業。

作為眾所周知的重疊標記，有箱中箱（box in box，BIB）、進階影像計量（Advanced Imaging Metrology，AIM）等。並且，如圖1所示，亦有如下標記：改良BIB而於上層形成正方形形態的箱1，在訊號相對較弱的下層具備與箱的各個邊平行的多個桿2。如圖1所示的標記具有如下問題：由於等間隔地排列多個桿2，因此於訊號的強度微弱的情形時，會如圖2所示般發生於分析圖像時向左側偏移一個週期而讀取的錯誤。於發生此種錯誤的情形時，會錯誤地識別桿的中心位置而錯誤地計算重疊值。

於基於圖像而測定重疊時，使用利用透鏡的折射光學系統與向重疊標記照射較廣的波段的光的光源。於此情形時，亦存在如下問題：根據因光源的各波長的折射率差異產生的色像差；以及光經過的透鏡的位置的球面像差等而獲得的重疊標記圖像必然應變。此種圖像的應變成為降低重疊測定的準確性的原因。距圖像的中心越遠，則重疊標記圖像的應變越大，此種圖像應變亦受如重疊標記的子桿的寬度的重疊構造物的形狀的影響。

＜先前技術文獻＞

日本註冊專利JP5180419

[發明欲解決的課題]

本發明的目的在於提供一種新穎的重疊標記，其是為了確認於半導體製造製程中的圖案層是否準確地排列且與圖案層同時形成。並且，本發明的目的將於藉由如上所述般等間隔地排列桿而於分析圖像時發生的錯誤最小化。並且，本發明的目的在於提供一種可採用寬度不同的子桿獲得更多的圖像應變資訊，藉此可提高重疊測定的準確度的重疊標記。

[解決課題的手段]

為了達成上述目的，本發明提供一種重疊標記，其確定兩個連續的圖案層或分別形成於一個層的兩個以上的圖案間的相對錯位，上述重疊標記包括：第一重疊構造物，包括一對第一桿及一對第二桿，上述一對第一桿彼此面向，沿第一方向延伸，上述一對第二桿彼此面向，沿與第一方向正交的第二方向延伸；及第二重疊構造物，包括與上述第一桿平行的多對第三桿以及與上述第二桿平行的多對第四桿，相鄰的第三桿之間的間隔不同，相鄰的第四桿之間的間隔不同；且上述第三桿與上述第四桿分別沿長度方向分割成多個子桿，上述多個子桿形成至同一層，上述多個子桿包括寬度不同的至少兩個子桿，上述子桿分別沿寬度方向分割成多個段桿，相鄰的上述子桿分割成不同數量的段桿。

並且，本發明提供一種半導體元件的製造方法，其特徵在於包括如下步驟：於形成兩個連續的圖案層或分別形成於一個圖案層的兩個圖案時，同時形成重疊標記的步驟；利用上述重疊標記測定重疊值的步驟；及將所測定到的重疊值利用於用以形成兩個連續的圖案層或分別形成於一個圖案層的兩個圖案的製程控制中的步驟；且上述重疊標記為如上所述的重疊標記。

並且，提供一種重疊測定方法，其特徵在於包括如下步驟：獲得與形成兩個連續的圖案層或分別形成於一個圖案層的兩個圖案的同時形成的重疊標記的圖像的步驟；及對上述重疊標記的圖像進行分析的步驟；且上述重疊標記為如上所述的重疊標記。

[發明效果]

本發明的重疊標記可用作確認於半導體製造製程中圖案層是否準確地排列的標記。並且，亦可用作確認一個層的多個圖案是否準確地排列的標記。

本發明的重疊標記具有可藉由使桿之間的間隔不同而將於分析圖像時發生的錯誤最小化的優點。

並且，本發明的重疊標記具有如下優點：可採用寬度不同的子桿獲得更多的圖像應變資訊，藉此可提高重疊測定的準確度。即，於本發明中，因各子桿的寬度不同而各子桿的圖像應變程度會存在差異。因此，可於子桿的圖像中選擇應變程度較小的子桿的圖像而測定重疊或利用寬度不同的多個子桿的圖像補償應變。

以下，參照隨附圖式，詳細地對本發明的一實施例進行說明。然而，本發明的實施例可變形為其他多種形態，本發明的範圍不應解釋為限定於上述實施例。本發明的實施例是為了向於本技術領域內具有常識者更完整地說明本發明而提供。因此，為了強調更明確的說明，誇張地表示圖中要素的形狀等，且於圖中，以相同的符號表示的要素是指相同的要素。

圖3是本發明的重疊標記的一實施例的俯視圖。

參照圖3，本發明的重疊標記100的一實施例包括第一重疊構造物10及第二重疊構造物20。重疊標記100可形成至晶圓的劃道而用以測定晶圓上的兩個以上的圖案層之間的重疊或單層上的兩個以上的圖案間的重疊。

於用於測定不同的圖案層之間的重疊的情形時，在不同的圖案層形成第一重疊構造物10與第二重疊構造物20。另外，於用於測定同一層的不同的圖案（例如於雙重圖案化製程中形成的兩個圖案之間的重疊的情形）時，在同一層形成第一重疊構造物10與第二重疊構造物20。此時，第一重疊構造物10與第二重疊構造物20是藉由不同的製程而形成至同一層。以下，方便起見，以測定不同的圖案層之間的重疊為基準而進行說明。

如圖3所示，於本實施例中，第一重疊構造物10包括第一桿12a、12b及第二桿14a、14b。彼此面向的一對第一桿12a、12b沿第一方向較長地形成。彼此面向的一對第二桿14a、14b沿與第一方向正交的第二方向較長地形成。第一方向與第二方向可分別為Y軸方向與X軸方向。第一重疊構造物10於整體上大致呈正方形形態，相對於中心點而點對稱。

第二重疊構造物20具備配置至第一重疊構造物10的左右的第一區域22a、22b以及分別配置至上述第一重疊構造物的上下的第二區域24a、24b。於本實施例中，第一區域22a、22b包括配置至第一重疊構造物10的左側的三列第三桿221a、222a、223a與配置至右側的三列第三桿221b、222b、223b而共由6個桿構成，第二區域24a、24b亦包括上下各為三列的共6個第四桿241a、242a、243a、241b、242b、243b。第三桿221a、222a、223a、221b、222b、223b與第一桿12a、12b一併用於測定X軸方向上的重疊，第四桿241a、242a、243a、241b、242b、243b與第二桿14a、14b一併用於測定Y軸方向上的重疊。

第三桿221a、222a、223a、221b、222b、223b與第四桿241a、242a、243a、241b、242b、243b越向外側配置，則長度越長。於本實施例中，由於越向外側配置則長度越長，因此可於外側桿221a、241a、221b、241b確保的訊號增加。將沿桿的長度方向確保的訊號相加而進行判斷，因此若長度變長，則可獲得的訊號量增加。配置於外側的桿221a、241a、221b、241b受損的可能性較高，但於本實施例中，較長地形成配置於外側的桿221a、241a、221b、241b，因此即便桿的一部分受損，亦可確保充分的訊號。

於圖3中可知，在本實施例中，相鄰的桿之間的間隔不同。配置至最內側的第三桿223a、223b與配置至中間的第三桿222a、222b之間的間隔窄於配置至中間的第三桿222a、222b與配置至最外側的第三桿221a、221b之間的間隔。相同地，相鄰的第四桿之間的間隔亦不同。由於桿之間的間隔不同，因此於獲得第二重疊構造物20的一部分的圖像而測定重疊時，可知捕獲於圖像中的桿配置於哪個位置。例如，於配置於最外側的第三桿221a、221b損毀而僅獲得中間與內側的兩個第三桿222a、223a或222b、223b的圖像的情形時，在等間隔配置的先前的重疊標記中無法區分該圖像為最外側的兩個桿221a、222a或221b、222b的圖像或者為內側的兩個桿222a、223a或222b、223b的圖像，從而於計算重疊時，存在發生錯誤的情形。然而，於本發明中，可根據兩個桿之間的間隔而立即確認為配置於最內側的第三桿223a、223b與配置於中間的第三桿222a、222b的圖像，因此不會發生此種錯誤。

第三桿與第四桿分別包括多個子桿。另外，子桿分別包括多個段桿。所有的桿相同地分割成子桿及段桿，因此以下以位於圖中的最左側的第三桿221a為基準而進行說明。

上述第三桿221a包括3個子桿311a、312a、313a。即，一個桿沿長度方向分割成3個子桿311a、312a、313a。上述子桿中的位於中間的子桿312a的寬度小於其他兩個子桿311a、313a的寬度。

如上所述，子桿的寬度不同有助於解決因圖像應變引起的問題。例如，於圖3中，桿223a的子桿331a與子桿332a的寬度不同，故而對照射的光的反射率等反應存在差異，因此圖像的應變程度會存在差異。根據情形，寬度更寬的子桿331a的圖像的應變程度會小於寬度更窄的子桿332a的圖像的應變程度，亦可相反。即，於本發明中，各子桿的圖像應變程度會存在差異。因此，具有如下優點：亦可選擇子桿的圖像中的應變程度較小的子桿的圖像而測定重疊或利用寬度不同的多個子桿的圖像補償應變。

更具體而言，若寬度更窄的子桿的圖像應變較少，則可利用桿223a的子桿332a與位於以重疊標記的中心為基準呈點對稱的桿223b的中心的子桿（無構件編號）測定X方向上的重疊，於相反的情形時，可利用以對角線面向的桿223a的子桿331a與位於桿223b的下方的子桿（無構件編號）測定X方向上的重疊。當然，亦可同時利用桿221a或桿222a的子桿及與之呈點對稱的子桿。

並且，於本實施例中，一個子桿包括兩個或三個段桿。即，配置至中間的子桿312a包括兩個段桿342a，剩餘的兩個子桿311a、313a分別包括三個段桿341a、343a。如圖4所示，通常可自一個桿獲得兩個訊號，若將一個子桿分割成兩個段桿，則可獲得4個訊號，因此於再現性及精確度方面有利。並且，藉由使各子桿的段桿數量不同，亦可於分別測定各子桿的重疊後，對上述各子桿的重疊進行比較而評估重疊標記的可靠性。

第一重疊構造物10與第二重疊構造物20為90度旋轉不變體，且第一重疊構造物10與第二重疊構造物20的旋轉中心一致，因此本實施例的重疊標記100整體為90度旋轉不變體。

另一方面，亦可相反地形成，但較佳為於在前一製程中形成的圖案層形成第二重疊構造物20，於在後續製程中形成的圖案層形成第一重疊構造物10。由於在前一製程中形成的圖案層被於後續製程中形成的圖案層遮擋，因此與於後續製程中形成的圖案層相比，難以獲得準確的圖像。因此，其原因在於在前一製程中形成容易實現更準確的測定的第二重疊構造物20較為有利。

以下，對利用圖1所示的重疊標記100的重疊測量方法進行說明。重疊測量方法包括如下步驟：獲得重疊標記100的圖像的步驟；及對重疊標記100的圖像進行分析的步驟。於形成兩個連續的圖案層或分別形成於一個圖案層的兩個圖案時，同時形成重疊標記100。

獲得重疊標記100的圖像的步驟可包括如下步驟：獲得第一重疊構造物10的圖像的步驟；獲得第二重疊構造物20的圖像的步驟；及獲得這些圖像的結合圖像的步驟。

於第一重疊構造物10與第二重疊構造物20形成於不同的層的情形時，可使用不同的光源獲得圖像。由於在前一製程中形成的第二重疊構造物20被於後續製程中形成的圖案層覆蓋，因此較佳為利用可通過於後續製程中形成的圖案層的波長的光獲得圖像。

對重疊標記100的圖像進行分析的步驟可為於所獲得的結合圖像中測定第一重疊構造物10的中心與第二重疊構造物20的中心的偏移的步驟。並且，亦可為測定與第二重疊構造物20的中心及第一重疊構造物10的內側邊緣對應的線之間的距離的步驟。

以下，對利用圖1所示的重疊標記100的半導體元件的製造方法進行說明。利用重疊標記100的半導體元件的製造方法是自形成重疊標記100的步驟開始。於形成兩個連續的圖案層或分別形成於一個圖案層的兩個圖案時，同時形成重疊標記100。

其次，利用重疊標記100測定重疊值。測定重疊值的步驟與上述重疊測量方法相同。

最後，將所測定到的重疊值利用於用以形成兩個連續的圖案層或分別形成於一個圖案層的兩個圖案的製程控制中。即，將所導出的重疊活用於製程控制而於設定的位置形成連續的圖案層或兩個圖案。

以上所說明的實施例僅為本發明的較佳的實施例，本發明的權利範圍並不限定於所說明的實施例，可由本技術領域的從業人員於本發明的技術思想與申請專利範圍內實現各種變更、變形或替換，應理解為與此相同的實施例屬於本發明的範圍。

1‧‧‧箱
2‧‧‧桿
10‧‧‧第一重疊構造物
12a、12b‧‧‧第一桿
14a、14b‧‧‧第二桿
20‧‧‧第二重疊構造物
22‧‧‧第一區域
24‧‧‧第二區域
100‧‧‧重疊標記
221、222、223‧‧‧第三桿
241、242、243‧‧‧第四桿
311、312、313、321、322、323、331、332、333‧‧‧子桿
411、412、413、421、422、423、431、432、433‧‧‧子桿
341、342、343、351、352、353、361、362、363‧‧‧段桿
441、442、443、451、452、453、461、462、463‧‧‧段桿

圖1是先前技術的重疊標記的俯視圖。 圖2是說明圖1所示的重疊標記的圖像分析步驟的圖。 圖3是本發明的重疊標記的一實施例的俯視圖。 圖4是用以說明藉由段桿增加訊號數量的圖。

10‧‧‧第一重疊構造物

12a、12b‧‧‧第一桿

14a、14b‧‧‧第二桿

20‧‧‧第二重疊構造物

22a、22b‧‧‧第一區域

24a、24b‧‧‧第二區域

100‧‧‧重疊標記

221a、222a、223a、221b、222b、223b‧‧‧第三桿

241a、242a、243a、241b、242b、243b‧‧‧第四桿

311a、312a、313a、321a、322a、323a、331a、332a、333a、411b、412b、413b、421b、422b、423b、431b、432b、433b‧‧‧子桿

341a、342a、343a、351a、352a、353a、361a、362a、363a、441b、442b、443b、451b、452b、453b、461b、462b、463b‧‧‧段桿

Claims (4)

1. 一種重疊標記，其確定兩個連續的圖案層或分別形成於一個層的兩個以上的圖案間的相對錯位，所述重疊標記包括： 第一重疊構造物，包括一對第一桿以及一對第二桿，所述一對第一桿彼此面向，沿第一方向延伸，且所述一對第二桿彼此面向，沿與所述第一方向正交的第二方向延伸；以及 第二重疊構造物，包括與所述一對第一桿平行的多對第三桿以及與所述一對第二桿平行的多對第四桿，所述多對第三桿的相鄰的第三桿之間的間隔不同，且所述多對第四桿的相鄰的第四桿之間的間隔不同，且 所述多對第三桿與所述多對第四桿分別沿長度方向分割成多個子桿，所述多個子桿形成至同一層， 所述多個子桿包括寬度不同的至少兩個子桿， 所述多個子桿分別沿寬度方向分割成多個段桿， 所述多個子桿的相鄰的子桿分割成的所述多個段桿中的段桿的數量不同。
2. 如申請專利範圍第1項所述的重疊標記，其中所述多對第三桿與所述多對第四桿的長度越向外側設置而越長。
3. 一種半導體元件的製造方法，其包括： 於形成兩個連續的圖案層或分別形成於一個圖案層的兩個圖案時，同時形成重疊標記； 利用所述重疊標記測定重疊值；以及 將所測定到的所述重疊值利用於用以形成所述兩個連續的圖案層或分別形成於所述一個圖案層的所述兩個圖案的製程控制中，且 所述重疊標記為如申請專利範圍第1項或第2項所述的重疊標記。
4. 一種重疊測定方法，其是測定兩個連續的圖案層或分別形成於一個圖案層的兩個圖案之間的重疊的方法，所述重疊測定方法包括： 獲得與形成所述兩個連續的圖案層或分別形成於所述一個圖案層的所述兩個圖案的同時形成的重疊標記的圖像；以及 對所述重疊標記的所述圖像進行分析，且 所述重疊標記為如申請專利範圍第1項或第2項所述的重疊標記。