TWI633610B - 繞射疊合標記 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種方法和裝置，用來依據高級數繞射相位測量計算疊合。實施例包含形成第一繞射圖案在晶圓的第一層中；形成第二繞射圖案在該晶圓的第二層中，該第二層是形成在該第一層上方；從各個該第一和第二繞射圖案偵測X和Y方向的第一或更高奇數級數信號；計算各個信號的峰值；測量該X方向的該信號的峰值之間的三角數值及該Y方向的該信號的峰值之間的三角數值；以及依據該三角數值計算該第一和第二層之間的疊合。

Description

繞射疊合標記
本發明是關於半導體設備疊合測量程序。本發明特別是應用於通過微影製造方法所形成的半導體設備。
目前的疊合測量概念對於增加的小技術節點的設計者而言，有很多挑戰。舉例來說，轉向第1A圖，框中框(BIB)這種傳統的基於影像的疊合標記需要大圖案101，其可造成化學機械拋光(CMP)議題。並且，非對稱設計輪廓可造成疊合偏移；需要擷取影像；以及整體的精確性不是那麼好。進階成像計量學(AIM)和Blossom也是基於影像的疊合標記，分別如第1B和1C圖所繪示的。AIM使用多個線條103的平均，以增加測量精準性。雖然AIM因為是基於多個影像因此其精準性比BIB或Blossom好，然而，整體的準確性受限於影像解析度。此外，如同BIB，也需要大圖案，其可造成CMP議題；非對稱設計輪廓造成疊合偏移；以及需要擷取影像。Blossom標記105是小的，以節省空間。然而，沒有標記，可使發現測量層變得困難；該圖案的小尺寸可造成測量精確性變差；以及Blossom是 基於單一影像。轉至第1D圖，另一疊合概念(基於繞射的疊合(DBO))是基於繞射強度、而非基於影像。一般而言，DBO涉及第一級數數據、比較+d/-d強度、以及因為正弦曲線反應致使工作範圍是小的。然而，所導致的測量數據僅可用於該第一級數；需要兩個測量墊件107(第一曝光，沒有偏壓)和109(第二曝光，偏壓的目標)，以測量該疊合；以及該結果會因褪色(discoloration)而受影響。影像111和113分別是測量墊件107和109的剖面視圖。
因此需要出現方法和裝置，以致能基於高級數繞射的疊合測量。
本發明的態樣是依據高級數繞射相位測量計算疊合的方法。
本發明的另一態樣是高級數繞射相位測量計算疊合的裝置。
本發明的額外態樣和其它特徵將在描述中提出，其接著並且對於本領域中具有通常技術者而言，在審視過接下來的內容後，會變得明顯，並且可從本發明的實施而學習。本發明的優點可從隨附的申請專利範圍中所特別指出的而瞭解和獲得。
依據本發明，一些技術效果可部分通過一種方法而達成，該方法包含：形成第一繞射圖案在晶圓的第一層中；形成第二繞射圖案在該晶圓的第二層中，該第二層是形成在該第一層上方；從各個該第一和第二繞射圖 案偵測X和Y方向的第一或更高奇數級數信號；計算各個信號的峰值；測量該X方向的該信號的峰值之間的三角數值及該Y方向的該信號的峰值之間的三角數值；以及依據該三角數值計算該第一和第二層之間的疊合。
本發明的態樣包含形成該第一繞射圖案具有80奈米(nm)至800nm的間距。其它態樣包含形成該第二繞射圖案具有160nm至1600nm的間距。另外態樣包含在與該第一繞射圖案平行方向、垂直方向、或平行和垂直方向形成與該第一繞射圖案疊合的該第二繞射圖案。額外態樣包含從各個該第一和第二繞射圖案偵測該X和Y方向的該第一或更高奇數級數信號是通過：以雷射在該X方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第一方波；針對該X方向的各個該第一和第二繞射圖案，將該第一方波分解成該第一或更高奇數級數信號；以雷射在該Y方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第二方波；以及針對該Y方向的各個該第一和第二繞射圖案，將該第二方波分解成該第一或更高奇數級數信號。另一態樣包含使用傅立葉轉換方程式分解該第一和第二方波。其它態樣包含形成沒有與該第一繞射圖案疊合的該第二繞射圖案。另外態樣包含從各個該第一和第二繞射圖案偵測該X和Y方向的該第一或更高奇數級數信號是通過：以雷射在該X方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第一和第二方波；針對在該X方向的各個該第一和第二繞射圖案，將該第一和該 第二方波分解成第一和第二第一或更高奇數級數信號；以雷射在該Y方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第三和第四方波；針對在該Y方向的各個該第一和第二繞射圖案，將該第三和第四方波分解成第三和第四第一或更高奇數級數信號。額外態樣包含使用傅立葉轉換方程式分解該第一、第二、第三和第四方波。
本發明的另一樣態為一種裝置，其包含：處理器；以及記憶體，包含用於一個或多個程式的電腦程式代碼，該記憶體和該電腦程式代碼組構以使用該處理器造成該裝置實施下列：形成第一繞射圖案在晶圓的第一層中；形成第二繞射圖案在該晶圓的第二層中，該第二層是形成在該第一層上方；從各個該第一和第二繞射圖案偵測X和Y方向的第一或更高奇數級數信號；計算各個信號的峰值；測量該X方向的該信號的峰值之間的三角數值及該Y方向的該信號的峰值之間的三角數值；以及依據該三角數值計算該第一和第二層之間的疊合。
該裝置的態樣包含該裝置還被造成形成該第一繞射圖案具有60奈米(nm)至800nm的間距。其它態樣包含該裝置還被造成形成該第二繞射圖案具有160nm至1600nm的間距。另外態樣包含該裝置還被造成在與該第一繞射圖案平行方向、垂直方向、或平行和垂直方向形成與該第一繞射圖案疊合的該第二繞射圖案。額外態樣包含該裝置關於從各個該第一和第二繞射圖案偵測該X和Y方向的該第一或更高奇數級數信號，還被造成：以雷射在該X 方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第一方波；針對該X方向的各個該第一和第二繞射圖案，將該第一方波分解成該第一或更高奇數級數信號；以雷射在該Y方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第二方波；以及針對該Y方向的各個該第一和第二繞射圖案，將該第二方波分解成該第一或更高奇數級數信號。另一態樣包含該裝置還被造成以傅立葉轉換方程式分解該第一和第二方波。其它態樣包含該裝置還被造成形成沒有與該第一繞射圖案疊合的該第二繞射圖案。另外態樣包含該裝置關於從各個該第一和第二繞射圖案偵測該X和Y方向的該第一或更高奇數級數信號，還被造成：以雷射在該X方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第一和第二方波；針對在該X方向的各個該第一和第二繞射圖案，將該第一和該第二方波分解成第一和第二第一或更高奇數級數信號；以雷射在該Y方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第三和第四方波；以及針對在該Y方向的各個該第一和第二繞射圖案，將該第三和第四方波分解成第三和第四第一或更高奇數級數信號。額外態樣包含該裝置還被造成使用傅立葉轉換方程式分解該第一、第二、第三和第四方波。
本發明的另外態樣是一種方法，其包含：形成具有80奈米(nm)至800nm的間距的第一繞射圖案在晶圓的第一層中；形成具有160nm至1600nm的間距的第二 繞射圖案在該晶圓的第二層中，該第二繞射圖案在與該第一繞射圖案平行方向、垂直方向、或平行和垂直方向與該第一繞射圖案疊合；從該第一和第二繞射圖案偵測X和Y方向的第一或更高奇數級數信號；計算各個信號的峰值；測量該X方向的該信號的峰值之間的三角數值及該Y方向的該信號的峰值之間的三角數值；以及依據該三角數值計算該第一和第二層之間的疊合。本發明的態樣包含從該第一和第二繞射圖案偵測該X和Y方向的該第一或更高奇數級數信號是通過：以雷射在該X方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第一方波；針對該X方向的各個該第一和第二繞射圖案，使用傅立葉轉換方程式將該第一方波分解成該第一或更高奇數級數信號；以雷射在該Y方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第二方波；以及針對該Y方向的各個該第一和第二繞射圖案，使用傅立葉轉換方程式將該第二方波分解成該第一或更高奇數級數信號。
本發明的額外態樣和技術效果，對於本領域技術人員從接下來的詳細描述，將變得明顯，其中，本發明的實施例只是通過例示設想到來實踐本發明的最佳模式來加以描述。將瞭解到，本發明可有其它不同的實施例，並且，其數種細節也可在不同的明顯態樣中加以修飾，均沒有偏離本發明。因此，圖式和描述在本質上應視為例示，而非限制。
101‧‧‧圖案
103‧‧‧線條
105‧‧‧標記
107、109‧‧‧測量墊件
111、113‧‧‧影像
201、203、205、207‧‧‧步驟
209、211‧‧‧步驟
301、305、309、313、503、509‧‧‧目前層繞射圖案
303、307、311、501、507‧‧‧預先層繞射圖案
401‧‧‧方波
403、405‧‧‧第一級數正弦曲線、正弦波形
407、409‧‧‧點線
411、413‧‧‧峰值
本發明是通過隨附的圖式的附圖中的範例、而非限制，來加以例示，在該等圖式中，相同的元件符號是指類似的元件，並且其中，第1A至1D圖示意地例示目前的疊合設計標記；第2圖繪示依據範例實施例的基於繞射的疊合測量程序流程；第3A至3C圖依據範例實施例示意地例示在X和Y方向配置的範例疊合預先層和目前層繞射圖案；第3D圖依據範例實施例示意地例示在X和Y方向配置的範例非疊合預先層和目前層繞射圖案；第4圖依據範例實施例例示源自掃描該X方向的第3A圖的該預先層和目前層圖案的範例方波和第一級數信號；以及第5A及5B圖依據範例實施例分別例示在該X和Y方向配置的範例非疊合預先層和目前層繞射圖案以及在該X和Y方向配置的對應的分段預先層和目前層繞射圖案。
在接下來的描述中，為了解釋的目的，提出多個特定細節，以提供範例實施例的透徹瞭解。然而，應該很明顯，範例實施例沒有這些特定細節、或具有等效的配置，也可加以實施。在其它案例中，已知的結構和設備是以方塊圖形形式顯示，以為了避免不必要模糊範例實 施例。此外，除非另外指明，否則說明書和申請專利範圍中所使用的所有數字表現的數量、比例、以及成分、反應條件等的數值性質，均應瞭解可在所有案例中通過術語“大約”加以修飾。
本發明針對並解決不精確疊合測量、源自於傳統所需的影像識別步驟、以及在使用微影製造方法和傳統疊合概念形成半導體設備時出現的擁擠晶圓設計等問題。
依據本發明的實施例的方法包含形成第一繞射圖案在晶圓的第一層中。第二繞射圖案是形成在該晶圓的第二層中，該第二層是形成在該第一層上方。從各個該第一和第二繞射圖案，在X和Y方向偵測第一或更高奇數級數信號。針對各個信號計算峰值。測量該X方向的該信號的峰值之間的三角數值及該Y方向的該信號的峰值之間的三角數值。
其它的態樣、特徵和技術效果，對於本領域技術人員而言，從接下來的詳細描述，將變得明顯，其中，僅通過設想到的最佳實施例，來顯示和描述較佳實施例。本發明可有其它不同的實施例，並且其多個細節可在不同的明顯方面加以修飾。因此，圖式和描述在本質上是視為例示、而非限制。
第2圖依據範例實施例繪示基於繞射的疊合測量程序流程。在步驟201中，繞射的圖案形成在X和Y方向的晶圓的預先層中。舉例來說，該預先層繞射圖案 可形成具有80nm至800nm或更多(例如，等於偵測器的波長)的間距(P1)。在步驟203中，第二繞射的圖案是形成在該X和Y方向的該晶圓的目前層中。舉例來說，該目前層繞射圖案可形成具有160nm至1600nm或更多的間距(P2=2xP1)。該目前層的間距也可為4xP1或6xP1、或另一偶數多數，視特別的應用而定。舉例來說，該目前層繞射圖案可通過在與該預先層繞射圖案平行方向、垂直方向、或平行和垂直方向與該預先層繞射圖案疊合，而加以形成。舉例來說，第3A圖的該目前層繞射圖案301在與該預先層繞射圖案303平行方向與該預先層繞射圖案303疊合；第3B圖的該目前層繞射圖案305在與該預先層繞射圖案307垂直方向與該預先層繞射圖案307疊合；以及第3C圖的該目前層繞射圖案309在與該預先層繞射圖案311平行和垂直方向與該預先層繞射圖案311疊合。舉例來說，該目前層繞射圖案也可形成與該預先層繞射圖案分離、及/或與該預先層繞射圖案沒有疊合。舉例來說，第3D圖的該目前層繞射圖案313是形成與該預先層繞射圖案315分離、及/或與該預先層繞射圖案315沒有疊合。
在步驟205中，針對各個該預先層繞射圖案和該目前層繞射圖案，在該X和Y方向偵測第一或更高奇數級數信號。舉例來說，轉至第3A圖，以雷射在該X方向掃描該預先層繞射圖案303和該目前層繞射圖案301。該導致的測量圖案是方波401(f(x)+f(2x))，如第4圖所繪示 的。使用傅立葉轉換方程式，，其中，n 對應於該方波401的級數，該方波401可被分解成對應於該預先層繞射圖案303的第一級數或更高正弦曲線或波形(例如，該第一級數正弦曲線403(1st(x)))、以及對應於該目前層繞射圖案301的第一級數或更高正弦曲線或波形(例如，該第一級數正弦曲線405(1st(2x)))。將該方波f(x)和f(2x)放在一起，可致能該第一級數信號從各個波形被判定，這是因為f(2x)的該第一級數是f(x)的該第二級數，其沒有來自於f(x)的強度。該等點線407和409分別代表假定的方波方波f(x)和f(2x)，這是由於資訊無法從掃描該疊合的預先層繞射圖案303和該目前層繞射圖案301而直接判定。然而，轉至第3D圖，其中，該目前層繞射圖案313是形成沒有疊合該預先層繞射圖案315，該等個別的方波可針對該預先層繞射圖案和該目前層繞射圖案而被偵測，並且接著使用傅立葉轉換方程式而被分解成正弦曲線。在疊合層和非疊合層這兩者的範例中，針對該預先層繞射圖案和該目前層繞射圖案在該Y方向，重複掃描、偵測和分解的步驟。該Y方向的該第一級數簽名(signature)與該X方向的該第一級數簽名相同，除了該簽名旋轉了90°。
在步驟207中，在該X方向計算對應於該預先層繞射圖案的該第一或更高級數正弦曲線的峰值(例如，該正弦波形403的峰值411)、以及在該X方向計算對應於該目前層繞射圖案的該第一或更高級數正弦曲線(例 如，該正弦波形405的峰值413)。在該Y方向的對應正弦波形的峰值(為了例示方便而沒有顯示)也以相同方式計算。
在步驟209中，在該X方向測量該信號的該峰值(例如，峰值411和413)之間的該三角數值、以及在該Y方向測量該信號的該峰值之間的該三角數值。之後，在步驟211中，依據在步驟209中所測量的該三角數值，計算該預先層繞射圖案與該目前層繞射圖案(例如，該預先層繞射圖案303與該目前層繞射圖案301)之間的該疊合。舉例來說，在二層圖案(例如，該預先層繞射圖案303與該目前層繞射圖案301)的中心之間給定固定的偏移，則該兩個圖案之間的疊合等於該測量的三角數值減去該固定的偏移。
除了改變傅立葉轉換方程式的n數值以判定更高級數外，額外的分段也可添加至繞射圖案，以增加高級數強度。舉例來說，該預先層繞射圖案501和該目前層繞射圖案503的各條線，如第5A圖中所繪示的，可加以分段成三條線，如第5B圖的對應分段過的預先層繞射圖案507和分段過的目前層繞射圖案509所繪示的。因此，該分段過的預先層繞射圖案507和該分段過的目前層繞射圖案509將強化第五級數強度，並且將致能該第五級數的更好偵測性。
本發明的實施例可達成數個技術效果，包含基於繞射和利用該整個圖案，其增加測量精準性；不需 要影像擷取，其可顯著地改善產出；具有幾乎不受限的佈局彈性，例如，x1、x2、y1和y2為獨立、而沒有交錯(crosstalk)；節省相當的空間；為基於波形的，並且因此不會被基底褪色影響；以及具有高級數的可能性，其比(由該程序所造成的)非對稱標記好。本發明的實施例可在各種工業應用上利用，舉例來說，微處理器、智能電話、行動電話、峰巢式話機(cellular handset)、機上盒(set-top boxe)、DVD記錄器和播放器、自動導航、印表機和周邊、網路和電信設備、遊戲系統、和數位相機。本發明因此可在工業上應用至各種類型由微影製造方法所形成的高度集積式半導體裝置。
在先前的描述中，本發明是參照其特定的範例實施例加以描述。然而，很明顯的，可對本發明作出各種修飾和改變，而不致於偏離申請專利範圍中所提出的較寬精神和範圍。相應地，說明書和圖式應視為例示、而非限制的。應瞭解本發明可使用各種其它組合和實施例，並且可在如本文表達的發明概念的範圍內的任何改變或修飾。

Claims (20)

  1. 一種計算疊合的方法，該方法包含：形成第一繞射圖案在晶圓的第一層中；形成第二繞射圖案在該晶圓的第二層中，該第二層是形成在該第一層上方；從各個該第一和第二繞射圖案偵測X和Y方向的第一或更高奇數級數信號；計算各個信號的峰值；測量該X方向的該信號的峰值之間的三角數值及該Y方向的該信號的峰值之間的三角數值；以及依據該三角數值計算該第一和第二層之間的疊合。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，包含形成該第一繞射圖案具有80奈米(nm)至800nm的間距。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，包含形成該第二繞射圖案具有160nm至1600nm的間距。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，包含在與該第一繞射圖案平行方向、垂直方向、或平行和垂直方向形成與該第一繞射圖案疊合的該第二繞射圖案。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的方法，包含從各個該第一和第二繞射圖案偵測該X和Y方向的該第一或更高奇數級數信號是通過：以雷射在該X方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第一方波； 針對該X方向的各個該第一和第二繞射圖案，將該第一方波分解成該第一或更高奇數級數信號；以雷射在該Y方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第二方波；以及針對該Y方向的各個該第一和第二繞射圖案，將該第二方波分解成該第一或更高奇數級數信號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的方法，包含使用傅立葉轉換方程式分解該第一和第二方波。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的方法，包含形成沒有與該第一繞射圖案疊合的該第二繞射圖案。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的方法，包含從各個該第一和第二繞射圖案偵測該X和Y方向的該第一或更高奇數級數信號是通過：以雷射在該X方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第一和第二方波；針對在該X方向的各個該第一和第二繞射圖案，將該第一和該第二方波分解成第一和第二之第一或更高奇數級數信號；以雷射在該Y方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第三和第四方波；以及針對在該Y方向的各個該第一和第二繞射圖案，將該第三和第四方波分解成第三和第四之第一或更高奇數級數信號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的方法，包含使用傅立葉轉換方程式分解該第一、第二、第三和第四方波。
  10. 一種計算疊合的裝置，該裝置包含：處理器；以及記憶體，包含用於一個或多個程式的電腦程式代碼，該記憶體和該電腦程式代碼組構以使用該處理器造成該裝置實施下列：形成第一繞射圖案在晶圓的第一層中；形成第二繞射圖案在該晶圓的第二層中，該第二層是形成在該第一層上方；從各個該第一和第二繞射圖案偵測X和Y方向的第一或更高奇數級數信號；計算各個信號的峰值；測量該X方向的該信號的峰值之間的三角數值及該Y方向的該信號的峰值之間的三角數值；以及依據該三角數值計算該第一和第二層之間的疊合。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的裝置，其中，該裝置還被造成形成該第一繞射圖案具有60奈米(nm)至800nm的間距。
  12. 如申請專利範圍第10項所述的裝置，其中，該裝置還被造成形成該第二繞射圖案具有160nm至1600nm的間距。
  13. 如申請專利範圍第10項所述的裝置，其中，該裝置還 被造成在與該第一繞射圖案平行方向、垂直方向、或平行和垂直方向形成與該第一繞射圖案疊合的該第二繞射圖案。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的裝置，其中，該裝置關於從各個該第一和第二繞射圖案偵測該X和Y方向的該第一或更高奇數級數信號，還被造成：以雷射在該X方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第一方波；針對該X方向的各個該第一和第二繞射圖案，將該第一方波分解成該第一或更高奇數級數信號；以雷射在該Y方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第二方波；以及針對該Y方向的各個該第一和第二繞射圖案，將該第二方波分解成該第一或更高奇數級數信號。
  15. 如申請專利範圍第14項所述的裝置，其中，該裝置還被造成以傅立葉轉換方程式分解該第一和第二方波。
  16. 如申請專利範圍第10項所述的裝置，其中，該裝置還被造成形成沒有與該第一繞射圖案疊合的該第二繞射圖案。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的裝置，其中，該裝置關於從各個該第一和第二繞射圖案偵測該X和Y方向的該第一或更高奇數級數信號，還被造成：以雷射在該X方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第一和第二方波； 針對在該X方向的各個該第一和第二繞射圖案，將該第一和該第二方波分解成第一和第二之第一或更高奇數級數信號；以雷射在該Y方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第三和第四方波；以及針對在該Y方向的各個該第一和第二繞射圖案，將該第三和第四方波分解成第三和第四之第一或更高奇數級數信號。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的裝置，其中，該裝置還被造成使用傅立葉轉換方程式分解該第一、第二、第三和第四方波。
  19. 一種計算疊合的方法，該方法包含：形成具有80奈米(nm)至800nm的間距的第一繞射圖案在晶圓的第一層中；形成具有160nm至1600nm的間距的第二繞射圖案在該晶圓的第二層中，該第二繞射圖案在與該第一繞射圖案平行方向、垂直方向、或平行和垂直方向與該第一繞射圖案疊合；從該第一和第二繞射圖案偵測X和Y方向的第一或更高奇數級數信號；計算各個信號的峰值；測量該X方向的該信號的峰值之間的三角數值及該Y方向的該信號的峰值之間的三角數值；以及 依據該三角數值計算該第一和第二層之間的疊合。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的方法，包含從各個該第一和第二繞射圖案偵測該X和Y方向的該第一或更高奇數級數信號是通過：以雷射在該X方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第一方波；針對該X方向的各個該第一和第二繞射圖案，使用傅立葉轉換方程式將該第一方波分解成該第一或更高奇數級數信號；以雷射在該Y方向掃描該第一和第二繞射圖案；從該第一和第二繞射圖案偵測第二方波；以及針對該Y方向的各個該第一和第二繞射圖案，使用傅立葉轉換方程式將該第二方波分解成該第一或更高奇數級數信號。
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