TWM648073U - 半導體圖案化製程的檢測系統 - Google Patents

Abstract

一種半導體圖案化製程的檢測系統，包含一擷取單元、一顯示單元，及一檢測單元。該擷取單元用於擷取形成於一半導體基材，的對位檢測圖案單元，特別的是對位檢測圖案單元具有形成於該半導體基材成對稱且共中心的一內對位圖案，及一位於該內對位圖案外側的外對位圖案，該內對位圖案及該外對位圖案由至少三次圖案化製程所產生的多個製程圖案共同構成，透過以至少三次之圖案化製程共同構成供檢測對位的內對位圖案、外對位圖案，並讓構成該內對位圖案及外對位圖案的其中至少一者的製程圖案為由至少兩次圖案化製程所產生，而可以利用該對位圖案量測多次圖案化製程之間的疊對誤差。

Description

半導體圖案化製程的檢測系統

本新型是有關於一種半導體元件及檢測系統，特別是指一種用於半導體圖案化製程，具有對位檢測圖案單元的半導體元件及檢測系統。

隨著電子元件功能要求越複雜，尺寸也越益微縮的發展趨勢，半導體的製程也越來越複雜且積層密度也越來越高。因此，如何準確的控制層與層間的疊對(overlay)，是半導體製程管理相對重要的因素。

參閱圖1，圖1是習知形成於一半導體基材100，用於監控前、後積層對位的對位圖案。該對位圖案是利用讓各自於不同製程形成並各自共同構成雙層(內、外層)的疊對檢測圖案11、12，以做為不同積層的疊對(overlay)監控。然而，此類型的對位圖案，因為同層的疊對檢測圖案是於同一製程形成，容易因為內、外層線路密度不平均而不利於製程(良率)控制，且位於內層的疊對檢測圖案會有製程條件容許範圍(process window)相對較小的缺點。

因此，本新型的目的，即在提供一種用於監控半導體圖案化製程的對位結果的具有對位檢測圖案單元的半導體元件。

於是，本新型具有對位檢測圖案單元的半導體元件，包含一半導體基材、形成於該半導體基材成對稱且共中心的一內對位圖案及一外對位圖案。

該內對位圖案及該外對位圖案由至少三次圖案化製程所產生的多個製程圖案共同構成，且該內對位圖案及該外對位圖案的其中一者所包含的至少一製程圖案，與該內對位圖案及該外對位圖案的其中另一者所包含之該等製程圖案是由不同次之圖案化製程所產生。

此外，本新型的另一目的，即在提供一種利用前述具有對位檢測圖案單元的半導體基材以監控半導體圖案化製程的檢測系統。

於是，本新型的檢測系統，包含一擷取單元、一顯示單元，及一檢測單元。

該擷取單元用於擷取形成於一半導體基材，並具有如請求項1所述的對位檢測圖案單元。

該顯示單元用於顯示多個預設對位檢測圖案單元的選 項，且該等預設對位檢測圖案單元的其中至少一者與該對位檢測圖案單元對應，以供一使用者選擇與該對位檢測圖案單元對應之預設對位檢測圖案單元。

該檢測單元以該使用者選擇與該對位檢測圖案單元對應的該預設對位檢測圖案單元為基礎，計算該對位檢測圖案單元的該等對位記號的線寬、線距、線寬/線距的比值、線寬與線距的差值，及線寬加線距的其中至少一者，以產生相應的影像計算結果。

本新型的功效在於：透過以至少三次之圖案化製程共同構成供檢測對位的內對位圖案、外對位圖案，並讓構成該內對位圖案及外對位圖案的其中至少一者的製程圖案為由至少兩次圖案化製程所產生，而可以利用該對位圖案量測多次圖案化製程之間的疊對誤差。

2:檢測系統

21:擷取單元

22:顯示單元

221:儲存器

222:顯示面板

23:檢測單元

3:內對位圖案

4:外對位圖案

100:半導體基材

P、P100、P200、P300、P400:製程圖案

M、M1、M2:對位記號

5、5A、5B:虛設圖案

X1、X2:對稱中心

本新型的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明習知的疊對檢測圖案；圖2是一俯視示意圖，說明本新型對位檢測圖案單元的第一實施例；圖3是一俯視示意圖，說明本新型該第一實施例的該內對位圖案 及該外對位圖案的另一結構態樣；圖4是一俯視示意圖，說明本新型該第一實施例的該內對位圖案及該外對位圖案的另一結構態樣；圖5是一俯視示意圖，說明本新型該第一實施例的該內對位圖案及該外對位圖案的另一結構態樣；圖6是一俯視示意圖，說明本新型該第一實施例的該內對位圖案及該外對位圖案的另一結構態樣；圖7是一俯視示意圖，說明本新型該第一實施例的該內對位圖案及該外對位圖案的另一結構態樣；圖8是一俯視示意圖，說明本新型對位檢測圖案單元的第二實施例；圖9是一俯視示意圖，說明本新型的對位檢測圖案單元還具有虛設圖案的實施態樣；圖10是一示意圖，說明本新型的檢測系統；及圖11是一示意圖，輔助說明該對位檢測圖案單元的內對位圖案及其對稱中心。

有關本新型之相關技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。此外，要說明 的是，本新型圖式僅為表示元件間的結構及/或位置相對關係，與各元件的實際尺寸並不相關。

參閱圖2、10，本新型該具有對位檢測圖案單元的半導體元件可利用一檢測系統2進行量測，以用於監控半導體相關製程。例如，可利用該對位檢測圖案單元進行各積層的對位量測、或是不同積層之間的疊對(overlay)量測，或是利用量測不同製程產生之對位記號的關鍵尺寸、線寬(line)、線距(space)、節距(線寬+線距，pitch)、線寬/線距的比值，及線寬與線距的差值的其中至少一者，以用於監控不同積層之間的對準，及/或監控例如蝕刻率或曝光能量等製程的狀況。

本新型該具有對位檢測圖案單元的半導體元件的一第一實施例，包含形成於一半導體基材100，成對稱且共中心的一內對位圖案3及一環圍該內對位圖案3的外對位圖案4。

其中，該內對位圖案3及該外對位圖案4由至少三次圖案化製程所產生的多個製程圖案P共同構成，且該內對位圖案3及該外對位圖案4的其中一者所包含的至少一製程圖案P，與該內對位圖案3及該外對位圖案4的其中另一者所包含之該等製程圖案P是由不同次之圖案化製程所產生。前述不同次圖案化製程是指於不同的黃光製程(光照、曝光、顯影)，該等製程圖案P是分別位於至少三次不同黃光製程(即前、後黃光製程)的光罩上而形成於前、後不同的圖案 化製程。

再參閱圖2，具體的說，以該對位檢測圖案是經由三次圖案化製程所形成，且該三次圖案化製程各自產生的製程圖案P分別為製程圖案P100、製程圖案P200及製程圖案P300，且該等製程圖案P100、P200、P300具有相同形狀為例說明。該內對位圖案3是由該等製程圖案P100、P200彼次交錯共同構成並具有正方形的輪廓，該外對位圖案4是由第三次圖案化製程所產生的製程圖案P300構成，環圍該內對位圖案3並具有概成正方形的輪廓。

其中，該等製程圖案P(P100、P200、P300)可以如圖2所示，以所在的頂角為中心向相鄰的兩邊延伸成L形狀，而各自位在正方形的四個頂角彼此對稱分布；也可以如圖3所示，以所在的頂角為虛擬中心，而間隔分佈於正方形的四個側邊。也就是說，該等製程圖案P(P100、P200、P300)不會佔據頂角位置，而只是以頂角為虛擬中心位置向相鄰兩邊延伸設置。

此外，於一些實施例中，於不同次製程形成的該等製程圖案P也可以具有不同形狀。例如，參閱圖4，該等製程圖案P100、200可以是具有L形狀，交錯位於正方形的4個頂點，而共同構成該內對位圖案3，該等製程圖案P300則可為長條形，環圍該內對位圖案3概成方形輪廓而形成該外對位圖案4。

參閱圖5，要說明的是，當該等製程圖案P是由三次以上 的圖案化製程，例如四次圖案化製程所形成時，分別以P100、P200、P300、P400表示四次圖案化製程所形成的該等製程圖案P，該內對位圖案3與該外對位圖案4，可以分別由兩次不同的製程圖案P間隔交錯構成，例如圖5所示，該內對位圖案3是由製程圖案P100、P200交錯構成，該外對位圖案4是由製程圖案P300、P400交錯構成。圖5是以該等製程圖案P100、P200、P300、P400具有相同形狀(L型)為例，然而，實際實施時，於不同次圖案化製程形成的該等製程圖案P100、P200、P300、P400也可以如前所述具有不同形狀。

於一些實施例中，該內對位圖案3與該外對位圖案4也可以具有不同的排列方式，例如，參閱圖6，可令該內對位圖案3的該等製程圖案P100、P200排列成具有成十字形狀，而讓該外圖案單元4的該等製程圖案P300環圍該內圖案單元3並成方形。只要讓同一次圖案化製程形成的該等製程圖案P，以及由該等製程圖案P共同構成的該內對位圖案3與該外對位圖案4共中心即可，並無別限定。

本新型利用令於至少三次圖案化製程產生的該等製程圖案P交錯位地分佈於內、外層的對位圖案(該內對位圖案3及該外對位圖案4)，而共同構成雙層(內、外層)的對位檢測圖案單元，因此，可避免習知使用具有內、外層的疊對圖案時，同層的疊對圖案是由同一次圖案化製程的對位記號構成，容易因為內、外層線路密度不平均而不利於製程(良率)控制的問題，還可以同時兼顧在多次曝光 形成的對位圖案位置，讓形成之對位圖案的密度得到平衡，而可以降低取像視角(FOV)的內層(框)與外層(框)的取像誤差。

參閱圖7，於一些實施例中，當該內對位圖案3及該外對位圖案4同時含有由同一次圖案化製程所產生的製程圖案P時，以該內對位圖案3同時含有該等製程圖案P100、P200，該外對位圖案4含有第一次圖案化製程及第三次圖案化製程所得的該等製程圖案P100、P300為例，該內對位圖案3及該外對位圖案4中，於同一次圖案化製程所產生的製程圖案P100會彼此錯位而不位於同一直線上。藉由讓該內對位圖案3與該外對位圖案4同一製程產生的製程圖案P不會彼此相鄰而錯位設置，可以同時兼顧在兩次曝光時的對位圖案位置，讓形成之對位圖案的密度得到平衡，同時可以降低取像視角(FOV)的內層(框)與外層(框)的取像誤差，並可避免不同層間之對位記號的位置不同、CMP研磨不均勻，造成對位記號結構或形狀上有差異，所導致的疊對(Overlay)量測偏移的問題。

參閱圖8，本新型對位檢測圖案單元的一第二實施例，其結構與該第一實施例雷同，不同處在於，其中至少一次圖案化製程所形成的該等製程圖案P分別由多個對位記號M排列而成。圖8是以該等製程圖案P100、P200、P300具有L型，且該外對位圖案4的該等製程圖案P300是由多個對位記號M排列並分別自所在的頂點朝向相鄰的兩側邊等間隔排列延伸為例。然而實際實施時，並不以圖 8所示結構為限。

利用改變該等製程圖案P的結構，使其具有多個等間距排列的對位記號M，因此，還可透過量測該等對位記號M的線寬(line)、線距(space)、線寬加線距(pitch)、線寬/線距的比值，及線寬與線距的差值其中至少一者，以進一步量測關鍵尺寸並可用於監控例如蝕刻率或曝光能量等製程

參閱圖9，於一些實施例，該對位檢測圖案單元還可包含多個虛設圖案(dummy pattern)5。且該等虛設圖案5為與前述至少一次之圖案化製程同時產生。

具體的說，以該對位檢測圖案單元為具有如圖8(該第二實施例)所述圖案為例說明，該虛設圖案5包含2個與該製程圖案P100於同一製程產生的虛設圖案5A，及2個與該等製程圖案P200於同一製程產生的虛設圖案5B。其中，該等虛設圖案5的厚度實質與相對應的該等製程圖案P的厚度相當且該等虛設圖案5A位於該等製程圖案P200所欲形成的位置，而該等虛設圖案5B則是位於該內對位圖案3的該等製程圖案P100上。利用該等虛設圖案5可以有助於化學機械研磨(CMP)、蝕刻(etching)等製程而提升該等製程圖案P整體的均勻性。

具體的說，該等虛設圖案5的材料可以形成的位置關係各自選自透明或不透明的光阻或氧化物等材料。此外，要說明的是， 該虛設圖案5除了如圖9所示可以形成於該內對位圖案3，也可以配合形成於該外對位圖案4，或是同時形成於該內對位圖案3及該外對位圖案4，並無特別限制。

參閱圖10，前述該檢測系統2實施例包含一擷取單元21、一顯示單元22，及一檢測單元23。

該擷取單元21供用於擷取經由至少三次的圖案化製程而形成於一半導體基材的對位檢測圖案單元。

詳細的說，該擷取單元21可以是步進機、掃描機、疊對誤差量測機台、繞射儀、掃瞄式電子顯微鏡，或光學顯微鏡。該對位檢測圖案單元是經由至少三次不同對準製程而形成於該半導體基材的多個製程圖案共同構成，且對位檢測圖案單元的細部結構如前所述。

該顯示單元22與該擷取單元21訊號連接，供用於顯示多個預設對位檢測圖案單元的選項，以供使用者選擇。

詳細的說，該顯示單元22可具有一用於儲存該等預設對位檢測圖案單元的儲存器221，及一用於顯示與該等預設對位檢測圖案單元相應之選項的顯示面板222。使用者可自該顯示面板222顯示的該等選項選擇相應的一預設對位檢測圖案單元，以作為供自該擷取單元21所擷取的對位檢測圖案單元的計算依據。其中，該等預設對位檢測圖案單元的其中至少一者具有與形成於該半導體基 材的該對位檢測圖案單元相同的圖案，以供該使用者選擇與該對位檢測圖案單元相應的選項。

該檢測單元23以該使用者選擇的預設對位檢測圖案單元為計算基準計算實際形成於該半導體基材的該對位檢測圖案單元，以產生相應的影像計算結果。

詳細的說，該檢測單元23與該顯示單元22及該擷取單元21訊號連接，可整合於該擷取單元21或是獨立設置，用於接收該擷取單元21擷取的該對位檢測圖案單元及使用者輸入的該選項，並以使用者輸入的該選項對應的該預設對位檢測圖案單元的圖形或方向為基準，計算自該擷取單元21取得的該對位檢測圖案單元，以產生一相應的影像計算結果。

於一些實施例中，該檢測單元23還可將該影像計算結果與一預設值進行比對，以產生一檢測結果。

以形成於該半導體基材100的該對位檢測圖案單元為具有如前述圖8所述結構為例說明。使用者可自該顯示單元22中選擇與自該擷取單元21擷取而得的該對位檢測圖案單元相同之預設對位檢測圖案單元的選項。該檢測單元23於接收到該使用者輸入的該選項後，即會以與該選項對應之預設對位檢測圖案單元相同的方向或取樣方式對該對位檢測圖案單元計算：例如，配合參閱圖11，圖11僅表示該內對位圖案3，且該內對位圖案3的該等製程圖案P100、 200分別是由多個對位記號M1、M2排列並分別自所在的頂點朝向相鄰的兩側邊等間隔排列延伸成L型為例。該對位檢測圖案單元的計算可利用該內對位圖案3的該等製程圖案P100、P200的中心連線，分別得到該等製程圖案P100、P200的對稱中心X1、X2，即可利用該等對稱中心X1、X2計算得到該前、後兩個圖案化製程形成之積層的疊對誤差。其中，當該等製程圖案P100、P200的疊對誤差計算結果與預設值差異過大，或無法以與該預設對位檢測圖案單元相同的對應位置取得對應的製程圖案P，顯示該對位檢測圖案單元與製程預設結果差異過大或預設圖案選擇錯誤，即可產生一警示訊號。

此外，還可進一步透過量測該等對位記號M1、M2(如圖11所示)的關鍵尺寸(CD)、線寬(line)、線距(space)、線寬加線距(pitch)、線寬/線距的比值，及線寬與線距的差值的其中至少一者，還可用於監控例如蝕刻率或曝光能量等製程。

綜上所述，本新型的該對位檢測圖案單元由至少三次圖案化製程產生的製程圖案P共同構成具有內、外雙層(該內對位圖案3及該外對位圖案4)的疊對圖案時，可避免習知使用具有內、外層的疊對圖案時，同層的疊對圖案是由同一製程的對位符號構成，容易因為內、外層線路密度不平均而不利於製程(良率)控制，且位於內層的疊對圖案會有製程條件容許範圍(process window)較小的 缺點。而藉由對位圖案的錯位設置，還可以同時兼顧在多次曝光時的對位圖案位置，讓形成之對位圖案的密度得到平衡，以降低取像視角(FOV)的內層(框)與外層(框)的取像誤差。此外，當進一步令該等製程圖案P具有多個成等間隔排列對位記號時，還可利用量測該等對位記號的線寬(line)、線距(space)、線寬加線距(pitch)、線寬/線距的比值，及線寬與線距的差值的其中至少一者，以進一步量測關鍵尺寸並可用於監控例如蝕刻率或曝光能量等製程參數，故確實可達成本新型的目的。

惟以上所述者，僅為本新型的實施例而已，當不能以此限定本新型實施的範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋的範圍內。

2:檢測系統

21:擷取單元

22:顯示單元

221:儲存器

222:顯示面板

23:檢測單元

Claims (4)

1. 一種用於半導體圖案化製程的檢測系統，包含：一擷取單元，用於擷取形成於一半導體基材的對位檢測圖案單元，該對位檢測圖案單元具有形成於該半導體基材的一內對位圖案，及一位於該內對位圖案外側的外對位圖案，該內對位圖案及該外對位圖案成對稱且共中心，由至少三次不同的黃光製程所產生的多個製程圖案共同構成，且該內對位圖案及該外對位圖案的其中一者所包含的至少一製程圖案，與該內對位圖案及該外對位圖案的其中另一者所包含之該等製程圖案是由不同次之黃光製程所產生；一顯示單元，與該擷取單元訊號連接，用於顯示多個預設對位檢測圖案單元的選項，且該等預設對位檢測圖案單元的其中至少一者與該對位檢測圖案單元對應，以供一使用者選擇與該對位檢測圖案單元對應之預設對位檢測圖案單元；及一檢測單元，與該顯示單元及該擷取單元訊號連接，以該使用者選擇與該對位檢測圖案單元對應的該預設對位檢測圖案單元為基礎，計算該對位檢測圖案單元的線寬、線距、線寬/線距的比值、線寬與線距的差值，及線寬加線距的其中至少一者，以產生相應的影像計算結果。
2. 如請求項1所述用於半導體圖案化製程的檢測系統，其中，該檢測單元還可將該影像計算結果與一預設值進行比對，以產生一檢測結果。
3. 如請求項1所述用於半導體圖案化製程的檢測系統，其中，該檢測單元還可計算該內對位圖案及該外對位圖案的對稱中心點的偏移量。
4. 如請求項1所述用於半導體圖案化製程的檢測系統，其中，該檢測單元還可分別計算該內對位圖案及該外對位圖案的於同一次圖案化製程所產生之該等製程圖案的對稱中心點的偏移量。