TW202223555A - 針對半導體製造利用絕對參考產生疊對結果的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種處理晶圓的方法。該方法包含提供用於將晶圓圖案化的參考圖案。該參考圖案係獨立於該晶圓的工作表面。藉由識別該參考圖案以對準第一圖案而判定第一圖案在該晶圓之該工作表面上的設置。基於該設置步驟而在該晶圓的該工作表面上形成該第一圖案。

Description

針對半導體製造利用絕對參考產生疊對結果的方法
[相關申請案的交互參照]  本揭示內容主張2020年8月17日提交之美國臨時申請案第63/066,779號的優惠，在此將其全部內容引入以供參照。
本發明大體上係關於製造半導體裝置的方法，且具體而言係關於疊對誤差及圖案對準。
半導體製造涉及多個不同的步驟及製程。一典型製造程序被稱為光微影術(亦稱為顯微蝕刻術)。光微影術利用輻射(例如紫外光或可見光)在半導體裝置設計中產生精細圖案。許多類型之半導體裝置(例如二極體、電晶體、及積體電路)可利用包括光微影術、蝕刻、膜沉積、表面清潔、金屬化等之半導體製造技術加以建構。
微製造涉及在晶圓上形成和處理多個薄膜及膜層。此可包含堆疊於晶圓上的數十個或更多薄膜。針對各個薄膜及膜層而施加於晶圓的圖案需要對準先前形成的圖案。習知上，此等對準係藉由使用晶圓之部分以形成對準標記及劃線而實現。然而，本案發明人已察知，許多薄膜沉積、蝕刻、及處理技術有時覆蓋對準標記，且甚至完全去除對準標記。在對準標記有時被覆蓋或消失的情況下，在晶圓上施加後續圖案可能會存在誤差。用語「疊對」或「疊對誤差」指涉給定圖案之設置相對於先前設置圖案之間的差異。在對準標記經常被破壞的情況下，疊對誤差可能隨著附加的膜層而累積，其可能導致不良的性能及裝置錯誤。
本揭示內容涉及處理晶圓的方法。
態樣(1)包含處理晶圓的方法。該方法包含提供用於將晶圓圖案化的參考圖案。該參考圖案係獨立於該晶圓的工作表面。藉由識別該參考圖案以對準第一圖案而判定該第一圖案在該晶圓之該工作表面上的設置。基於該設置步驟而在該晶圓的該工作表面上形成該第一圖案。
態樣(2)包含態樣(1)的方法，其中判定該第一圖案的設置之步驟更包含擷取該參考圖案的影像及該第一圖案的影像。執行影像分析以計算疊對值，俾判定該第一圖案的設置。
態樣(3)包含態樣(2)的方法，更包含：識別該第一圖案相對於該參考圖案的坐標位置。
態樣(4)包含態樣(1)的方法，更包含藉由識別該參考圖案以對準第二圖案而判定該第二圖案在該晶圓之該工作表面上的設置。在該晶圓的該工作表面上形成該第二圖案。
態樣(5)包含態樣(4)的方法，其中判定該第二圖案的設置之步驟更包含識別該第一圖案相對於該參考圖案的第一坐標位置。識別該第二圖案相對於該參考圖案的第二坐標位置。利用該等第一坐標位置及該等第二坐標位置以計算疊對值。利用該疊對值以將該第二圖案對準。
態樣(6)包含態樣(1)的方法，更包含在該晶圓的該工作表面上形成圖案堆疊體，其中該圖案堆疊體的設置係利用該參考圖案加以判定。
態樣(7)包含態樣(6)的方法，更包含識別該圖案堆疊體的各個圖案相對於該參考圖案的坐標位置。利用該等坐標位置以計算疊對值。利用該等疊對值將該圖案堆疊體對準。
態樣(8)包含態樣(1)的方法，其中該參考圖案係結合於位在該晶圓下方之參考板中。
態樣(9)包含態樣(8)的方法，更包含同時擷取該參考圖案的影像及該第一圖案的影像。
態樣(10)包含態樣(9)的方法，更包含藉由量子穿隧成像或紅外(IR)透射成像而擷取該參考圖案的影像。
態樣(11)包含態樣(8)的方法，其中該參考板係結合於微影掃描器或步進機的基板固持件中。
態樣(12)包含態樣(8)的方法，其中該參考板係設置於該晶圓的背側上或黏附於該晶圓的背側。
態樣(13)包含態樣(1)的方法，其中該參考圖案係形成於該晶圓的背側上或嵌入該晶圓內。
態樣(14)包含態樣(13)的方法，更包含同時擷取該參考圖案的影像及該第一圖案的影像。藉由量子穿隧成像或IR透射成像而擷取該參考圖案的影像。
態樣(15)包含態樣(1)的方法，其中該參考圖案包含放射性或螢光材料。
態樣(16)包含態樣(1)的方法，其中該參考圖案包含點、線、角、框、三角形、數字、或標記中的至少一者。
態樣(17)包含態樣(1)的方法，其中該參考圖案係與該晶圓同軸對準。
態樣(18)包含態樣(1)的方法，其中該參考圖案係投影在該晶圓的表面上。
態樣(19)包含處理晶圓的方法。該方法包含存取用於將該晶圓圖案化的參考圖案。該參考圖案係獨立於形成在該晶圓上的第一圖案。識別該第一圖案相對於該參考圖案的第一坐標位置。識別第二圖案相對於該參考圖案的第二坐標位置。利用該等第一坐標位置及該等第二坐標位置以計算疊對值。
態樣(20)包含態樣(19)的方法，其中識別該等第一坐標位置及該等第二坐標位置之步驟包含使用影像分析。
應注意，此發明內容章節並未指明本揭示內容或所請發明的每一實施例及/或遞增新穎態樣。反之，此發明內容僅提供不同實施例及對應新穎點的初步討論。針對本發明及實施例的額外細節及/或可能觀點，讀者參照本揭示內容的實施方式章節及對應圖式，如下文進一步討論。
以下揭示內容提供用以施行本文標的之不同特徵的許多不同的實施例或範例。以下說明元件與配置的特定實例以簡化本發明。當然，其僅為範例且意不在限制本發明。例如，在說明中在第二特徵部上方或上形成第一特徵部可能包含第一與第二特徵部以直接接觸方式形成的實施例及亦可包含在第一與第二特徵部之間形成有額外特徵部以致於第一與第二特徵部不直接接觸的實施例。此外，本發明在各種實例中可重覆參考標號及/或字母。此重覆係基於簡化與清晰的目的，其本身並不代表各種實施例及/或配置討論之間的關係。再者，在文中可為了說明便利性而使用空間相關的詞如「頂部」、「底部」、「在…之下」、「在…下方」、「較低」、「在…上方」、「較高」等說明圖中所示之一元件或特徵部與另一元件或特徵部之間的關係。空間相關的詞彙意在包含除了圖中所示的位向外，裝置於使用中或操作時的不同位向。設備可具有其他位向(旋轉90度或其他位向)，因此文中所用的空間相關詞彙可以類似方式解釋。
為了清楚起見，已呈現如本文所述之不同步驟的討論順序。一般而言，該等步驟可以任何合適的順序進行。此外，雖然本文中的不同特徵、技術、配置等中之各者可在本揭示內容的不同地方討論，但意在可彼此獨立地或彼此組合地執行每個概念。因此，可以許多不同的方式實施和分析本發明。
本文之技術使用絕對參考物，亦即，獨立於晶圓或堆疊在晶圓上之圖案的參考物。施加於晶圓的每個圖案皆可對準此獨立的參考物，而非基於先前的圖案。此方法可防止疊對偏離(overlay walkout)和疊對誤差(overlay error)的積累。
本揭示內容揭示一些實施例，其中設備或工具透視半導體晶圓以將晶圓內或晶圓下的圖案成像。此等透視技術可用於將晶圓下或晶圓內的圖案或參考物與晶圓之工作表面(例如，頂表面或前側)上的圖案進行比較。
本文之技術包括一成像系統，其可同軸地對準兩個不同波長的光束、將兩個同軸對準的光束聚焦在位於基板頂表面上的第一圖案及位於第一圖案下方的第二圖案上、並且擷取第一及第二圖案的影像。例如，該成像系統可包括第一光源、第二光源、對準模組、同軸模組、第一影像擷取裝置、以及第二影像擷取裝置。
技術包括同軸成像系統。在一些實施例中，將第一波長光(如紫外(UV)波長的光)與第二波長光(如紅外(IR)光)同軸地導向晶圓上的目標。影像感測器擷取由UV光和IR光兩者產生的影像。藉著在同一軸線上擷取並疊加的影像，可對曝光、檢測、對準、或其他處理進行比較。雖然 UV 和 IR 影像係同軸地加以擷取，但往影像偵測器的傳輸可能係同軸的、或可能並非同軸的。例如，同軸擷取的影像可經光學性分離並傳輸至分離的影像偵測器，如下所述。
本揭示內容揭示用於晶圓對準和透視晶圓對準偵測的方法。本文之技術使用一光源，其具有足以穿隧通過晶圓材料以將晶圓內或晶圓下之對準標記成像的波長和功率。此等透視成像提供不依賴於形成在晶圓之工作表面(例如，頂表面或前側)上之習知對準標記的準確且精確的對準機制。取而代之地，參照晶圓內/下方的圖案或網格，可重複地存取可靠的參考物以供後續圖案之精確且準確的對位和對準。
本文之技術將透視晶圓技術使用於晶圓檢測和偵測。本文之系統和方法可識別晶圓中的疊對誤差和缺陷，包括相對於參考圖案的檢測和中間層的檢測。在一些實施例中，可藉由使用一光源以檢測中間層，其中該光源具有足以穿隧通過晶圓材料並聚焦在形成於晶圓中但經後續晶圓處理覆蓋的圖案化層上的波長和功率。
藉著本文之技術，不再需要產生和重新產生對準標記。習知上，沒有獨立的網格或板參考物。然後，所有的疊對校正必須考量不同的工具和校正特徵。並且，設置在新晶圓上的初始圖案沒有獨立的參考點。取而代之地，初始圖案被設置在新晶圓上並被假設為完美的，如同其係利用絕佳工具(golden tool)而形成一般。然而，實際上，此等盲目信任的基礎係有缺陷的。有許多可能影響初始圖案的因素，特別係例如驅動馬達精密度和校準曲線誤差。就此而言，從一開始即使用了失真圖。然後從標記 A 移動至標記 B 或從一層移動至另一層會產生和加重疊對誤差。
圖2A顯示疊對的工業問題。本文中的各個箭號具有對應於先前圖案之位置的起始點(例如211a)、以及對應於後續圖案之位置的終點或箭頭(例如211a’)。因此，各個箭號表示當後續圖案形成於對應之先前圖案上方或與其並排形成時的疊對值或疊對誤差。例如，在製程210A中，當設置初始圖案時沒有網格或板參考物。因此，第一箭號的起始點211a可能未對準，亦即，初始圖案可能例如相對於晶圓邊緣而具有設置誤差。接著，後續圖案嘗試基於對應的最後圖案而對準。如圖2A所示，後續箭號的起始點(例如211b)與對應的最後或先前箭號之箭頭(例如211a’)重疊。在一些範例中，對準標記的劣化可能造成藉由使用此等劣化的對準標記而設置的後續圖案之對準誤差。應注意，即使在理論上完美的系統中，仍可能發生偏離(walkout)。例如，若系統圖案設置容限為+/-4 nm，且每個階層參考前一階層。取一參考階層為0誤差。則第一層可為偏離+4nm。對於第一層的第二層對準可能偏離+4 nm，其意味著第二層現在偏離參考階層+8 nm。亦有些在整個製造過程中引起或減輕應力的製程因素，即使在原始對準標記可見的情況下，其亦可能增加累積誤差，該等因素可能引起偏離(walkout)/對準偏移。
再者，對準標記可能在製程中的步驟S220受到破壞，且在沒有參考標記的情況下再次進行設置。與起始點211a類似，新箭號的起始點221a可能係未對準的。在圖2A的範例中，起始點221a偏離箭頭211n’。該製程藉由基於對應之最後圖案以對準後續圖案而繼續進行，直到對準標記在步驟S230再次被破壞為止。類似地，在沒有參考標記的情況下進行設置，且起始點231a偏離箭頭221n’。如圖2A中可見，隨著疊層增加，疊對誤差可能會累積，從而導致不良的製造良率、裝置誤差等。應注意，製程210A為非限制性範例。其他製程(例如210B及210C)可具有不同的疊對值(不同箭號)及/或不同的步驟。
根據本揭示內容之例示性實施例，圖2B顯示使用參考圖案的疊對減輕(overlay alleviation)。雖然未圖示，但藉由本文之技術，設置在晶圓上的所有圖案皆係基於相同的參考圖案。在一些實施例中，可使用參考網格，並且將其視為絕對的、或者更確切地係獨立於晶圓上之任何圖案。在一實施例中，在設置新圖案時將(獨立的)參考網格與晶圓進行比較。對於初始圖案而言，此意味著可將圖案擬合至參考網格。對於後續圖案而言，此意味著可將一或更多圖案與參考網格進行比較，俾計算疊對校正以返回相同的對準。
例如，在製程240中，將參考圖案(未圖示)用於對準晶圓上的初始圖案。在一實施例中，可例如藉由將參考物接合至晶圓之背側或將圖案嵌入晶圓內，而將參考圖案設置在相對於晶圓表面的固定位置中。因此，第一箭號的起始點241a係與固定的參考圖案對準，其位置顯示為線250。後續圖案亦係利用參考圖案加以對齊。可針對各個後續圖案而形成新的光阻層，但因參考圖案而無須在晶圓上形成及/或破壞對準標記。結果，箭號在線250周圍居中，意味著後續圖案係與參考圖案對準。因此，隨著越來越多膜層形成，疊對誤差不太可能累積。應注意，在一些實施例中，參考圖案係位於晶圓的工作表面(例如頂表面或前側)下方，後續圖案係形成在該工作表面上。因此，參考圖案係獨立於晶圓的工作表面。換言之，參考圖案不受為了形成圖案而在晶圓之工作表面上執行的微影製程(例如蝕刻、沉積、化學機械研磨等)所影響。
根據本揭示內容之例示性實施例，圖3A顯示使用參考圖案對準晶圓的示意圖300A。如圖所示，晶圓310具有前側311(亦稱為工作表面)及背側319。在圖3A的範例中，成像系統380係用於將形成於前側311上之光阻層320及位於背側319上之參考圖案351成像。
如圖3A所示，成像系統380包含用以將晶圓310之前側311上的頂側圖案(例如321a)成像的第一光束330。成像系統380亦包含配置以穿隧通過晶圓310俾將參考圖案351成像的第二光束340。第一光束330及第二光束340係配置成同軸地對準，使得由第一光束330擷取的頂側圖案之影像及由第二光束340擷取的參考圖案351之影像可經受分析，以判定頂側圖案相對於參考圖案351而定位之處。
在一些實施例中，對圖案的影像及參考圖案351的影像進行分析，使得圖案相對於參考圖案351的坐標位置可被判定。例如，可在相同的物理空間中將影像疊加、或藉由比較自參考圖案351及圖案收集的坐標位置資料而有效疊加來進行向量分析以判定總偏移。結果，可利用參考圖案351將圖案對準。例如，可藉由移動圖案影像之遮罩或相對於固定遮罩移動晶圓而進行對準。在一些實施例中，使光阻層320曝光並且使潛伏圖案321a形成於光阻層320中。在一實施例中，接著使潛伏圖案321a顯影，並且從而在光阻層320中形成實體圖案。在另一實施例中，在「步進及重複(step-and-repeat)」或「步進及掃描(step-and-scan)」系統中，可將兩光束及光遮罩移動至晶圓310的另一區域(如圖3A中的空心箭號所示)，並且重複進行該程序以在光阻層320中形成一或更多潛伏圖案(例如321n)。在此情況下，潛伏圖案係單獨地曝光但將會一起顯影。
雖然未圖示於圖3A中，但成像系統380除了用於擷取由第一光束330及第二光束340產生之影像的感測器或相機之外可更包含對準光學元件。對準光學元件係配置成使得第一光束330及第二光束340同軸對準，以對不同平面進行成像。換言之，成像系統380可同軸對準不同波長的兩光束(例如330及340)、將兩個同軸對準的光束聚焦在位於晶圓310之前側311上的頂側圖案(例如321a)及位於頂側圖案(例如321a)下方之參考圖案(例如351)上、以及擷取頂側圖案(例如321a)及參考圖案(例如351)的影像。
仍參照圖3A，參考圖案351係位於晶圓310的背側319上。在一實施例中，參考圖案351係形成於晶圓310的背側319上，且因此在該晶圓的整個處理過程中係固定至晶圓。在另一實施例中，參考圖案351係結合於參考板中，例如圖3B所示的參考板300B。在圖3B的範例中，參考板300B為具有幾乎完美對齊之20微米乘20微米正方形(例如353)的網格板。在此實施例中，網格板的精度將會決定圖案化或檢測系統的對準能力。因此，網格板應從能夠在預定製造容限程度內形成網格板的製造商取得。或者，參考板300B可包含點、線、角、框、數字、標記、或適用於對準目的之任何其他圖案中的至少一者。參考板300B可黏附於晶圓310的背側319、或結合於微影工具(例如掃描器或步進機)的基板固持件中。
雖然在圖3A之範例中，參考圖案351係位於晶圓310的背側319上，但在另一範例中，參考圖案351可被設置在晶圓310內。亦即，參考圖案351被設置在晶圓310的前側311下方(無論係在晶圓310下方或晶圓310內)，使得參考圖案351獨立於晶圓310的前側311及光阻層320。再者，參考圖案351獨立於形成在或待形成在晶圓310之前側311上的任何圖案(例如321a)。
在非限制性範例中，包含圖案的光遮罩(未圖示)係定位在晶圓310的前側311上。在接觸印刷系統中，光遮罩可被設置成與晶圓310直接接觸。在鄰近印刷系統中或在投影印刷系統中，光遮罩可遠離晶圓310而設置。在將圖案印刷於晶圓310上之前，使用由參考圖案351及成像系統380實現的影像分析以對準光遮罩、或者更確切地對準圖案。
在一實施例中，圖案為初始圖案，且因此可對準參考圖案。例如，參考圖案可包含線的網格，使得圖案對準線的網格。在另一實施例中，該圖案為設置在先前圖案上方或與先前圖案並排設置的後續圖案。在一些實施例中，為了對準後續圖案，利用成像系統380相對於參考圖案而將先前圖案成像，並且亦利用成像系統380相對於參考圖案而將後續圖案成像。接著可判定第二圖案相對於第一圖案的疊對值。關於影像分析及疊對計算的進一步細節將在圖4A-4D中說明。
根據本揭示內容之例示性實施例，圖4A及4B分別顯示不具有參考圖案及具有參考圖案的影像分析。在圖4A中，兩圖案的影像相互疊加，從而產生影像400A。在此範例中，影像400A包含來自以黑色表示之第一圖案(例如410)的複數線及點、以及以灰色表示之第二圖案(例如420)的線及點。此圖式顯示出，在無參考圖案的情況下，可能難以將一圖案的線及點精確對準另一圖案的線及點。
圖4B中之影像400B的實施例類似於圖4A中之影像400A的實施例，除了影像400B更包含參考圖案的疊加影像之外。在非限制性範例中，參考圖案包含一陣列的方框(例如430)。此圖式顯示出，該陣列之方框可用以導引兩個圖案的對準。在其他實施例中，參考圖案可包含點、線、角、框、數字、標記、或適用於對準目的之任何其他圖案中的至少一者。
如上所述，參考圖案可固定於晶圓(例如藉由接合至背側或嵌入晶圓內)或與晶圓分離(例如藉由使用網格板或將參考物結合於基板固持件中)。固定的參考物提供的優點在於可藉由僅使用固定之參考圖案而在晶圓上對準每一個別圖案，而無需考量先前形成於晶圓上之其他圖案的相對配置。然而，用以提供固定參考物的晶圓之特殊處理可能係非所欲的，在該情況下，可使用例如網格板的分離參考物。在使用分離之網格板的情況下，可計算兩個圖案之間的疊對，以說明當晶圓在工具或製程之間移動時，晶圓相對於網格板之位置上的變化。
根據本揭示內容之例示性實施例，圖4C顯示圖4B中之矩形400C的詳細視圖，且圖4D進一步顯示使用圖4C中之參考圖案的疊對計算。圖4C及4D顯示可如何利用獨立參考圖案來計算兩個圖案的疊對值。此係藉由以下方式而完成：知悉對於坐標系之每一共用參考物；並且使用該參考物以得知各圖案在該坐標系中的「位置」。一旦得知例如每一層之間的距離，提取疊對值所需之向量計算即可利用簡單的向量代數來完成。吾人可將其視為利用對台座下方者本身而言總是存在之絕佳工具(golden tool)的混合匹配疊對(mix-match overlay, MMO)。
在非限制性範例中，參考圖案的參考點M係用以計算第一圖案的點N與第二圖案的點P之間的疊對值。在本文中，方框(例如430)或線(例如AA’、BB’、CC’、DD’、EE’及FF’)為參考圖案的網格線。點M為方框430的角以及線AA’與DD’的交點。點N為線BB’與EE’的交點。點P為線CC’與FF’的交點。可將此參考圖案成像並精確地疊加在一或更多圖案(例如第一圖案及第二圖案)的影像上。因此，藉由分析疊加的影像，可識別出圖案的坐標位置，並接著進行疊對計算。
在非限制性範例中，方框430提供絕對或獨立於晶圓的參考點M。藉由在參考圖案上疊加第一圖案，判定從參考點M到第一圖案之點N的坐標差或向量
Figure 02_image001
。類似地，藉由在參考圖案上疊加第二圖案，判定從參考點M到第二圖案之點P的坐標差或向量
Figure 02_image003
。接著，可計算點N與點P之間的疊對值
Figure 02_image005
：
Figure 02_image007
。此疊對值可有助於判定第二圖案相對參考網格的設置，同時亦考量到影響第一圖案之設置的製程偏差。
再者，在來自第一圖案之點(例如N)的坐標位置為已知且來自第二圖案之點(例如P)的坐標位置為已知的情況下，可判定從第一圖案到第二圖案的疊對值或偏移。接著可將此疊對值用以設置第二或後續圖案，俾校正相對於獨立參考網格的疊對。在一些實施例中，具有對於每一影像比較皆均一的參考影像可實現基於初始線或絕對參考物而校正相鄰圖案以及保持疊對校正。應注意，在一些實施例中，疊加影像並非必要。可自參考板及晶圓之工作表面收集坐標位置資料，並且可接著利用向量分析以判定總偏移或疊對值。
根據本揭示內容之例示性實施例，圖1顯示用於處理晶圓的程序100之流程圖。程序100開始於步驟S110，其中藉由例如在晶圓之工作表面(例如前側或頂表面)下方設置圖案而提供一參考圖案以用於將晶圓圖案化。參考圖案係獨立於晶圓的工作表面。在本文中，參考圖案獨立於晶圓的工作表面意指參考圖案不受晶圓之工作表面上執行的任何製造程序所影響。此等製造程序通常包含微影製程，例如蝕刻、沉積、化學機械研磨等。結果，參考圖案亦係獨立於形成在晶圓之工作表面上的一或更多圖案。
參考圖案包含點、線、角、框、三角形、數字、標記、或適用於對準目的之任何其他圖案中的至少一者。一實施例包含在晶圓下方使用網格板，但此非限制。網格板可具有網格線及由網格線所形成的框。網格線或框角的交點可用作疊對計算的參考點，如圖 4D 所示。例如，可使用藉由精密加工而製造的具有近乎完美對準之20微米乘20微米正方形之網格板。
在一些實施例中，參考圖案係結合在位於晶圓背側上的參考板中。在一範例中，參考板係黏附於晶圓的背側。因此，參考板及晶圓可運作為一模組。在另一範例中，參考板係結合在光微影掃描器或步進機的基板固持件中。當不具有圖案的晶圓被設置在參考板上方時，晶圓將會與參考板大致對準。當具有既存圖案的晶圓被設置在參考板上時，既存圖案及參考板可同軸地對準。在習知的微影製程中，由晶圓背側刮痕、背側灰塵、及/或因熱而引起之基板變形所導致的量測誤差可能影響疊對，但習知的疊對系統通常對於該等問題視而不見。本文之技術包含獨立的參考板及高空間解析度以克服該等問題。
在一些實施例中，參考圖案係形成於晶圓的背側上。其他技術可包含例如利用放射性或螢光材料將參考圖案(例如網格線)嵌入晶圓中。在一範例中，使參考圖案形成於晶圓的表面上，然後在其上沉積矽及/或矽氧化物層。例如，矽及/或矽氧化物層可具有1-5微米的厚度，使得參考圖案有效地「嵌入」晶圓中，且圖案可形成於矽及/或矽氧化物層上。在另一範例中，在保護層(例如矽或矽氧化物)形成於晶圓的背側上之前，使參考圖案形成於晶圓的背側上。因此，參考圖案係嵌入於晶圓中。在另一範例中，參考圖案可在載體晶圓的前側接合至目標晶圓的背側之前形成於載體晶圓的前側上。結果，參考圖案被夾在載體晶圓與目標晶圓之間，該載體晶圓及該目標晶圓一起運作為一晶圓。
程序100接著進行至步驟S120，其中藉由識別參考圖案以對準第一圖案而判定第一圖案在晶圓之工作表面上的設置。在一些實施例中，擷取參考圖案的影像及第一圖案的影像，並且執行影像分析以計算疊對值而判定第一圖案的設置。例如，影像分析可藉由以下方式而完成：將參考圖案的影像與第一圖案的影像相互疊加；並且識別第一圖案相對於參考圖案的坐標位置。或者，可自參考板及晶圓的工作表面收集坐標位置資料，然後可利用向量分析來判定總偏移或疊對值。在一些實施例中，影像分析為即時執行，使得第一圖案的設置可即時地加以調整。
在一些實施例中，亦可使用光投射。例如，參考物可為投影網格，其並非實體地存在於晶圓中、基板固持件上或作為基板固持件下方的網格板。在一些實施例中，參考圖案可為實體標記與光投射的組合。例如，可在未被設置於基板固持件上之晶圓所覆蓋的基板固持件之周邊區域上設置實體參考標記，且光投射可在晶圓的區域中完成參考圖案，使得穿隧可能並非必要。
針對定位於晶圓下方的參考板、晶圓內的嵌入標記、或晶圓背側表面上的嵌入標記，使用量子穿隧成像、IR透射成像等將參考圖案成像，然後將其與形成於晶圓之工作表面上的圖案進行比較。
因此，可將獨立的參考圖案用於圖案化。參考圖案可在一方式中被視為絕對性的，且在另一方式中被視為相對性的。例如，參考圖案可保持或維持固定的網格線(或點、或角、或框、或任何其他合適的形狀)，且不因晶圓上的各種沉積及蝕刻步驟而改變。在一實施例中，此可為與台座或晶圓固持件整合的網格板。依此方式，網格板因為在晶圓之整個處理過程中使用相同的實體網格板而為絕對性的，但因為實體網格板並非固定於晶圓本身且可在整個晶圓處理過程中相對於晶圓移動而為相對性的。雖然每次將一給定晶圓設置在台座上，其可能與先前設置相比而處於不同的位置或定向；但此並無所謂。對於待設置或曝光的一給定新圖案，晶圓係利用參考網格加以成像。參考網格接著可提供用於識別通向二或更多點之向量的相對參考點，由此可將向量分析用於計算下一曝光操作中的疊對校正調整。亦即，圖4C-4D的製程可用以針對晶圓及網格板之相對位置的變化而進行數學式校正，使得網格板可以與例如嵌入晶圓中之固定參考物相同的方式運作。
IR及UV感測器及來源為習知上可用，且可適用於本文的實施例。在非限制性範例中，FLIR X8500 MWIR (Teledyne FLIR LLC，Oregon，USA)為可在本文中使用的高速、高解析度MWIR相機。針對感測器，可使用 DataRay (DataRay Inc.，California，USA)相機感測器。可使用 Optowaves (Optowares Inc.，Massachusetts，USA)固態雷射器，例如用於表面成像的激升奈秒雷射器(pumped nanosecond laser)。針對IR源，可使用來自Pranalytica, Inc. (California, USA)的IR可調諧量子級聯雷射器。這些為例示性元件。其他可用的系統可加以替換。
技術可包含IR及UV之相對位置的週期性校準，其亦稱為紅色及藍色相對位置校準。將IR及UV的相對位置保持在感測器動態範圍內係有益的，該感測器動態範圍為數十，且就此而言相當寬容。然而，正規化可利用依需要成像的已知相對透射之階段假影(stage artifact)來完成。例如，每天一次，使得任何相對強度正規化可輕易進行。相對位置或TIS工具引起的偏移校準常見於計量站。隨著測量的進行，相對位置即時地相對網格板而重新校準。此系統的顯著優點在於始終具有即時絕對參考物。可使用數位影像擷取及迴歸。
在使用深紫外(DUV)光的情況下，光阻損壞可忽略不計。例如，此處的250 um視場(field of view)對應於4K解析度的情形中之每像素約60 nm，其對於0.1nm對位誤差量測的解析度而言係足夠的。具有足夠的光源強度可減輕金屬層的任何陰影遮蔽(shadowing)。
在步驟S130，基於該設置步驟而在晶圓的工作表面上形成第一圖案。在一些實施例中，程序100更包含：藉由識別參考圖案以對準第二圖案而判定第二圖案在晶圓之工作表面上的設置、以及在晶圓的工作表面上形成第二圖案。例如，可藉由識別第一圖案相對於參考圖案的第一坐標位置，完成判定第二圖案的設置。亦相對於參考圖案而識別第二圖案的第二坐標位置。接著利用第一坐標位置及第二坐標位置來計算疊對值。隨後，利用該疊對值以將第二圖案對準。此外，藉由即時地識別第一圖案的第一坐標位置及第二圖案的第二坐標位置，可即時地調整和對準第二圖案的設置。
在一些實施例中，程序100更包含在晶圓的工作表面上形成圖案堆疊體，其中該圖案堆疊體的設置係利用參考圖案加以判定。例如，對圖案堆疊體的每個圖案相對於參考圖案的坐標位置進行識別，從而利用坐標位置來計算疊對值。圖案堆疊體因此係利用疊對值加以對準。類似地，可即時地調整和對準圖案堆疊體的設置。
根據本揭示內容的例示性實施例，圖5顯示用於處理晶圓之程序500的流程圖。程序500開始於步驟S510，在該步驟中於晶圓下方提供一參考板。參考板包括參考圖案。在步驟S520，對參考板進行成像(例如利用量子穿隧成像、IR透射成像等)，俾藉由引導光穿過晶圓而擷取參考圖案的影像。程序500接著進行至步驟S530，在該步驟中利用參考圖案的影像將第一圖案對準。在步驟S540，基於該對準步驟而將第一圖案施加於晶圓的工作表面。
在非限制性範例中，第一層形成在晶圓上。第一層具有配置以透過微影術自第一光化輻射圖案接收潛伏圖案的光反應性物種。接著透過量子穿隧成像、IR透射成像等識別位於晶圓下方的對準標記。光反應性物種對於量子穿隧成像或IR透射成像等可呈非活性。隨後，將第一層暴露於第一光化輻射圖案，並且利用定位於晶圓下方的對準標記以將第一光化輻射圖案對準。在一些實施例中，對準標記係形成於晶圓的背側上或結合於位在晶圓下方的參考板中。
由於程序500的實施例與圖1中之程序100的實施例相似，因此此處將省略詳細描述並且將重點放在差異上。在程序100中，參考圖案被設置在晶圓的工作表面下方，其中該參考圖案係獨立於晶圓的工作表面。因此，參考圖案可嵌入於晶圓內、形成於晶圓的背側上、或結合於參考板中。相比之下，在程序500中，晶圓被定位在包含參考圖案的參考板上方。
針對有關光阻層之CD變異效應的可能疑慮，本文之技術可提取圖案的坐標而無光阻層及其下層的圖案CD變異效應(金屬光阻圖案覆蓋大部分的通孔圖案)。應注意，光阻層的CD變異效應對於對準而言始終為一問題，且在相關範例中總是被疊對量測團隊忽視為可忽略不計。本文之技術係經大幅改善，因為圖案本身為遠比遭受CD之像散(astigmatism)及Zernike引起之自圖案偏移的對準標記更佳的圖案設置指示。
此處的技術包含檢測系統及方法。本文中的技術可依設計透視晶圓。使用晶圓掃描及成像系統，其包含穿過晶圓到晶圓下方之圖案或晶圓內之圖案而成像。此包含利用足以量子穿隧通過或傳輸通過晶圓之波長及強度下的光。本文之技術可利用量子級聯雷射及可見光檢測以提供小於奈米的對位。本文之檢測技術可在不使用習知疊對及對準標記的情況下將疊對及缺陷成像並加以分析。隨著微縮繼續，晶圓上對準標記變得過於佔據面積，且其具有與主圖案固有上不同的光學失真敏感性，從而使其不穩定。
本文之技術將會消除對於習知疊對標記的需求。上框現為圖案，而下框在晶圓正下方。本文中的技術提供完全不同的疊對範式，其不需要清理、不需要不動產上的損失、不需要使矽面積利用率改善的複雜劃線設計、並且不需要用於對準標記的複雜整合。最佳的部分在於，參考標記不受製造裝置的不利製程影響和清除，這與對準標記相反，因為其通常習知上受到不利製程影響和清除。疊對設置準確度現在亦可從第一層開始測量，因為第一參考層現在不僅每次皆近乎完美，且總是隱蔽在台座下方。
作為非限制性實施例，可使用高度準確且精確的網格板。一範例可為具有幾乎完全對準之20微米乘20微米正方形的網格板。接著技術利用若干um之波長以QCL光學系統解析20 um網格基準點。紅外解析度能力對此為足夠的，因為解析度為波長的函數。2-3 um伴有1.0之「k」解析度因數，其被視為係非常容易的，並且因此能夠在2-3 um之數量級上將網格標記成像。在例示性網格標記為十倍大之20 um的情況下，其被準確地解析。
本文之技術提供參考板的高定位準確度。例如，具有20微米乘20微米正方形的網格板可以次奈米(sub-nm)位置準確度或不確定性設置。使網格特別的並非標記的大小，而是參考標記設置至次奈米之準確性或不確定性的重要知識。亦即，雖然參考圖案的正方形係在20微米的數量級，並且待於晶圓上形成之圖案的特徵尺寸可在若干奈米的數量級，但可將正方形的參考點(例如圖4C中的點M)而非整個正方形(例如圖4C中的方框430)用於疊對計算。由於點N與點P之間的疊對值係藉由利用點M作為參考點而計算，因此點M的位置不確定性係結合至所計算的疊對值中。當所計算的疊對值在若干奈米或更多的數量級時，點M的次奈米位置不確定性可忽略不計。因此，確保參考圖案的位置準確度係重要且有利的。次奈米位置準確度受到高度期望，但亦可能並非必要，其取決於待於各種應用中形成的特定圖案。
本文之技術提供即時成像、疊對計算、及圖案對準。可利用參考圖案主動地判定晶圓的位置。利用參考圖案亦可主動地判定晶圓之工作表面上任何先前形成的圖案之位置。接著可將計算用於調整待進行曝光的位置。在相關範例中，當從晶圓的一區域移動至晶圓的另一區域時(例如步進)，吾人需要搜尋對準標記，並且在尋找到對準標記時停止移動。通常獲取影像以調整聚焦，並且可對台座進行安置。此系列的操作可能係耗時的，尤其係對於投影印刷中的「步進及重複(step-and-repeat)」或「步進及掃描(step-and-scan)」系統而言。然而，在本揭示內容中，影像係經即時擷取和分析，以不斷地判定相對位置所在處。事實上，所擷取的每一影像皆為疊對的快照(snapshot)。吾人僅需追蹤來自參考圖案的位置資料，並從影像分析數位式地重新產生疊對圖(overlay map)的高空間項(spatial term)。因此，相對於相關範例，不具有「步進」、「搜尋」、「獲取」、「停止」、「安置」或「聚焦」。本文之技術實現高速量測。
在一些實施例中，可將濾色器用以僅偵測光阻樹脂的螢光，以增強來自光阻的圖案。
在前述中，已提出特定細節，例如處理系統之特定幾何以及其中所使用之各種元件及處理之敘述。然而，吾人應了解，本文之技術可實行於不同於這些特定細節之其他實施例，且此等細節係用於解釋之目的而非用以設限制。本文揭露之實施例已參照附圖敘述。同樣地，為了作解釋，已提到特定數目、材料、及配置以供徹底理解。然而，在無這些特定細節的情況下，亦可能實行實施例。實質上具有相同功能性結構之元件係由類似的參考符號表示，因此可能省略所有多餘的敘述。
已將各種技術描述為多重的分散操作以協助理解各實施例。不應將描述之順序解釋為隱含有這些操作必須係順序相依之意。這些操作確實並不需依描述之順序執行。所述之操作可依不同於所述之實施例的順序執行。在額外之實施例中，可執行各種額外之操作及/或可省略所述之操作。
本文所提及之「基板」或「晶圓」基本上指涉依據本發明受處理之物體。該基板可包含任何材料部分或元件之結構，特別係半導體或其他電子元件，以及可係例如一基底基板結構，如半導體晶圓、標線片，或是在基底基板結構之上方或覆蓋其上之膜層例如一薄膜。因此，基板並不限於任何特定基底結構、基底層或覆蓋層、經圖案化或未經圖案化，而係考量包含任何此類膜層或基底結構，以及任何膜層及/或基底結構之組合。該敘述可參考基板之特定類型，但僅為了說明之目的。
熟悉本技藝者亦將理解，可對前述之該技術之操作做出許多變化，而依然能達到本發明之相同目的。本發明之範圍擬包含此類變化。因此，不擬將本發明之實施例之以上敘述視為限制性者。而擬將對於本發明之實施例的任何限制於以下申請專利範圍說明。
100:程序 210A:製程 210B:製程 210C:製程 211a:起始點 211a’:箭頭 211b:起始點 211n’:箭頭 221a:起始點 221n’:箭頭 231a:起始點 240:製程 241a:起始點 250:線 300A:示意圖 300B:參考板 310:晶圓 311:前側 319:背側 320:光阻層 321a:圖案 321n:圖案 330:第一光束 340:第二光束 351:參考圖案 353:正方形 380:成像系統 400A:影像 400B:影像 400C:矩形 410:第一圖案 420:第二圖案 430:方框 500:程序 S110:步驟 S120:步驟 S130:步驟 S220:步驟 S230:步驟 S510:步驟 S520:步驟 S530:步驟 S540:步驟
當結合隨附圖式閱讀時，可從以下詳細敘述內容可以最佳地理解本揭示內容的態樣。注意根據產業中的標準實務，諸多特徵並未按比例繪製。事實上，為了討論的清楚起見，可將諸多特徵的尺寸增加或減少。
根據本揭示內容的例示性實施例，圖1顯示用於處理晶圓的例示性程序之流程圖。
圖 2A 顯示疊對的工業問題。
根據本揭示內容的例示性實施例，圖2B顯示使用參考圖案的疊對減輕(overlay alleviation)。
根據本揭示內容的例示性實施例，圖3A顯示使用參考圖案對準晶圓的示意圖。
根據本揭示內容的例示性實施例，圖3B顯示一參考板。
根據本揭示內容的例示性實施例，圖4A及4B分別顯示不具有參考圖案及具有參考圖案的影像分析。
根據本揭示內容的例示性實施例，圖4C顯示圖4B中之矩形400C的詳細視圖。
根據本揭示內容的例示性實施例，圖4D顯示使用圖4C中所示之參考圖案的疊對計算。
根據本揭示內容的例示性實施例，圖5顯示用於處理晶圓的例示性程序之流程圖。
100:程序
S110:步驟
S120:步驟
S130:步驟

Claims (20)

  1. 一種處理晶圓的方法，包含： 提供用於將晶圓圖案化的參考圖案，其中該參考圖案係獨立於該晶圓的工作表面； 藉由識別該參考圖案以對準第一圖案而判定該第一圖案在該晶圓之該工作表面上的設置；以及 基於該設置步驟而在該晶圓的該工作表面上形成該第一圖案。
  2. 如請求項1之處理晶圓的方法，其中判定該第一圖案的設置之步驟更包含： 擷取該參考圖案的影像及該第一圖案的影像；以及 執行影像分析以計算疊對值，俾判定該第一圖案的設置。
  3. 如請求項2之處理晶圓的方法，更包含： 識別該第一圖案相對於該參考圖案的坐標位置。
  4. 如請求項1之處理晶圓的方法，更包含： 藉由識別該參考圖案以對準第二圖案而判定該第二圖案在該晶圓之該工作表面上的設置；以及 在該晶圓的該工作表面上形成該第二圖案。
  5. 如請求項4之處理晶圓的方法，其中判定該第二圖案的設置之步驟更包含： 識別該第一圖案相對於該參考圖案的第一坐標位置； 識別該第二圖案相對於該參考圖案的第二坐標位置； 利用該等第一坐標位置及該等第二坐標位置以計算疊對值；以及 利用該疊對值以將該第二圖案對準。
  6. 如請求項1之處理晶圓的方法，更包含在該晶圓的該工作表面上形成圖案堆疊體，其中該圖案堆疊體的設置係利用該參考圖案加以判定。
  7. 如請求項6之處理晶圓的方法，更包含： 識別該圖案堆疊體的各個圖案相對於該參考圖案的坐標位置； 利用該等坐標位置以計算疊對值；以及 利用該等疊對值將該圖案堆疊體對準。
  8. 如請求項1之處理晶圓的方法，其中該參考圖案係結合於位在該晶圓下方之參考板中。
  9. 如請求項8之處理晶圓的方法，更包含：同時擷取該參考圖案的影像及該第一圖案的影像。
  10. 如請求項9之處理晶圓的方法，更包含：藉由量子穿隧成像或紅外(IR)透射成像而擷取該參考圖案的影像。
  11. 如請求項8之處理晶圓的方法，其中該參考板係結合於微影掃描器或步進機的基板固持件中。
  12. 如請求項8之處理晶圓的方法，其中該參考板係設置於該晶圓的背側上或黏附於該晶圓的背側。
  13. 如請求項1之處理晶圓的方法，其中該參考圖案係形成於該晶圓的背側上或嵌入該晶圓內。
  14. 如請求項13之處理晶圓的方法，更包含： 同時擷取該參考圖案的影像及該第一圖案的影像；以及 藉由量子穿隧成像或IR透射成像而擷取該參考圖案的影像。
  15. 如請求項1之處理晶圓的方法，其中該參考圖案包含放射性或螢光材料。
  16. 如請求項1之處理晶圓的方法，其中該參考圖案包含點、線、角、框、三角形、數字、或標記中的至少一者。
  17. 如請求項1之處理晶圓的方法，其中該參考圖案係與該晶圓同軸對準。
  18. 如請求項1之處理晶圓的方法，其中該參考圖案係投影在該晶圓的表面上。
  19. 一種處理晶圓的方法，包含： 存取用於將該晶圓圖案化的參考圖案，其中該參考圖案係獨立於形成在該晶圓上的第一圖案； 識別該第一圖案相對於該參考圖案的第一坐標位置； 識別第二圖案相對於該參考圖案的第二坐標位置；以及 利用該等第一坐標位置及該等第二坐標位置以計算疊對值。
  20. 如請求項19之處理晶圓的方法，其中識別該等第一坐標位置及該等第二坐標位置之步驟包含使用影像分析。
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