CN104520982B - 类装置散射测量叠盖目标 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，揭示一种用于检测衬底的两个或两个以上连续层之间或衬底的单个层上的两个或两个以上单独产生的图案之间的叠盖误差的半导体目标。所述目标包括：至少多个第一光栅结构，其具有可由检验工具分辨的粗略间距；及多个第二光栅结构，其相对于所述第一光栅结构而定位。所述第二光栅结构具有小于所述粗略间距的精细间距，且所述第一及第二光栅结构两者均形成于衬底的两个或两个以上连续层中或衬底的单个层上的两个或两个以上单独产生的图案之间。所述第一及第二光栅具有全部遵守预定义设计规则规格的特征尺寸。

Description

类装置散射测量叠盖目标
相关申请案交叉参考
本申请案主张以下现有申请案的权益：(i)由丹尼尔·坎德尔(Daniel Kandel)等人在2012年6月26日提出申请的标题为“类装置散射测量目标(Device-LikeScatterometry Targets)”的第61/664,453号美国临时申请案；及(ii)由弗拉基米尔·列文斯基(Vladimir Levinski)等人在2013年3月15日提出申请的标题为“类装置散射测量叠盖目标(Device-Like Scatterometry Overlay Targets)”的第61/792,674号美国临时申请案，所述申请案出于所有目的以其全文引用的方式并入本文中。
背景技术
本发明一般来说涉及半导体制造过程中所使用的叠盖测量技术。更具体来说，本发明涉及用于测量半导体晶片堆叠的不同层或相同层上的不同图案之间的对准误差的技术。
叠盖测量通常指定第一经图案化层相对于安置于其上方或下方的第二经图案化层对准的准确程度或第一图案相对于安置于相同层上的第二图案对准的准确程度。叠盖误差通常借助具有形成于工件(例如，半导体晶片)的一或多个层上的结构的叠盖目标来确定。所述结构可呈光栅的形式，且这些光栅可为周期性的。如果两个层或图案经适当地形成，那么一个层或图案上的结构相对于另一层或图案上的结构往往是对准的。如果两个层或图案并非适当地形成，那么一个层或图案上的结构相对于另一层或图案上的结构往往是偏移的或不对准的。
仍然需要改进的叠盖目标以及用于测量及确定叠盖的技术及设备。
发明内容
下文呈现本发明的简化发明内容以便提供对本发明的某些实施例的基本理解。本发明内容并非本发明的扩展概述且其不识别本发明的关键性/决定性元素或描写本发明的范围。本发明内容的唯一目的是以简化形式呈现本文中所揭示的一些概念作为稍后呈现的更详细说明的前序。
一般来说，本发明的某些实施例包括具有经布置以促进散射测量类型检验过程的光栅的目标。所述光栅可由两种尺度表征-粗略间距及精细间距。精细间距为遵守设计规则的间距，且整个光栅(包含粗略及精细光栅)也形成遵守设计规则的光栅，光栅的工作循环以对应于粗略间距大小的周期性而改变。一个周期内的此改变可为连续的或离散的。
在一个实施例中，揭示一种用于检测衬底的两个或两个以上连续层之间或衬底的单个层上的两个或两个以上单独产生的图案之间的叠盖误差的半导体目标。所述目标包括：至少多个第一光栅结构，其具有可由检验工具分辨的粗略间距；及多个第二光栅结构，其相对于所述第一光栅结构而定位。所述第二光栅结构具有小于所述粗略间距的精细间距，且所述第一及第二光栅结构两者均形成于衬底的两个或两个以上连续层中或衬底的单个层上的两个或两个以上单独产生的图案之间。所述第一及第二光栅具有全部遵守预定义设计规则规格的特征尺寸。
在特定实施方案中，所述第二光栅结构布置于每一对第一光栅结构之间，使得所述第一及第二光栅结构的多个空间遵守所述预定义设计规则规格而所述粗略间距在不具有所述第二光栅结构的情况下将不遵守所述预定义设计规则规格。在另一实施方案中，工作循环在所述第一与第二光栅结构之间变化。在另一方面中，所述第一及第二光栅结构具有多个不同临界尺寸(CD)值。在又一方面中，所述第一光栅结构具有针对线宽度及间隔宽度的第一组CD值，且所述第二光栅结构具有针对线宽度及间隔宽度的第二组CD值。所述第二组CD值不同于所述第一组CD值。在再一方面中，所述第一组CD值跨越所述粗略间距的循环而变化。
在另一实施例中，所述第一及第二光栅结构为形成于衬底的两个或两个以上连续层中或衬底的单个层上的两个或两个以上单独产生的图案之间的多个孔，且此些孔具有变化的多个CD值。在另一实施例中，选择所述粗略间距以增强来自所述第一及第二光栅的1级衍射，同时使其它衍射级最小化。在又一方面中，所述第一及第二光栅两者均形成于第一层及不同于所述第一层的第二层中，且所述第一及第二组CD值包括经选择以均衡在散射测量检验过程期间从所述第一及第二层两者中的所述第一及第二光栅所测量的信号的振幅的CD值子组。
在另一实施例中，本发明涉及一种制造半导体目标的方法，所述半导体目标用于检测衬底的两个或两个以上连续层之间或衬底的单个层上的两个或两个以上单独产生的图案之间的叠盖误差。所述方法包含形成上文所描述的目标中的一或多者。
在另一实施例中，本发明涉及一种用于检测衬底的两个或两个以上连续层之间或衬底的单个层上的两个或两个以上单独产生的图案之间的叠盖误差的设备。所述设备包括用于从叠盖目标获得散射测量信号的至少一散射测量模块，所述叠盖目标具有：多个第一光栅结构，其具有可由检验设备分辨的粗略间距；及多个第二光栅结构，其相对于所述第一光栅结构而定位，其中所述第二光栅结构具有小于所述粗略间距的精细间距，其中所述第一及第二光栅结构两者均形成于衬底的两个或两个以上连续层中或衬底的单个层上的两个或两个以上单独产生的图案之间。所述设备进一步包括经配置以分析所述所获得散射测量信号以借此确定此些目标内的叠盖误差的处理器。在特定实施方案中，所述散射测量模块包含：照射模块，其经定向以使辐射跨越所述叠盖目标而扫描，其中所述照射模块包括物镜及定位于所述物镜与所述叠盖目标之间的固态浸没透镜；及一或多个检测器，其经定向以检测已响应于跨越所述叠盖目标扫描的所述辐射而从所述叠盖目标散射的所述散射测量信号。在一个方面中，所述固态浸没透镜为具有平面前表面的消球差透镜。
在以实例方式图解说明本发明的原理的本发明的实施例及附图的以下说明书中将更加详细地呈现本发明的这些及其它特征。
附图说明
图1是具有不遵守设计规则的尺寸的散射测量叠盖(SCOL)目标的光栅的俯视平面图表示。
图2是具有遵守设计规则的精细分段及不遵守设计规则的粗略分段的光栅的俯视平面图表示。
图3是根据本发明的第一实施例的类装置SCOL目标的图式表示。
图4图解说明可如何将标准大间距光栅变换成根据本发明的一个实施例的类装置SCOL光栅的第一实例。
图5图解说明可如何将标准大间距光栅变换成根据本发明的另一实施例的类装置SCOL光栅的第二实例。
图6(a)是根据本发明的一个实施例的与经图案化底部层L1偏移达预定义偏移+f的经图案化顶部层L2的侧视图图解。
图6(b)是根据本发明的一个实施例的与经图案化底部层L1偏移达预定义偏移+f及叠盖误差+ε的经图案化顶部层L2的侧视图图解。
图6(c)是根据本发明的一个实施例的与经图案化底部层L1偏移达预定义偏移-f的经图案化顶部层L2的侧视图图解。
图6(d)是根据本发明的一个实施例的与经图案化底部层L1偏移达预定义偏移-f及叠盖误差+ε的经图案化顶部层L2的侧视图图解。
图7是图解说明根据本发明的一个实施例的用于确定叠盖误差的过程的流程图。
图8是其中可测量本发明的类装置SCOL目标的测量系统的图式表示。
图9图解说明根据本发明的替代实施例的由具有不同形状的多个孔形成的类装置目标。
图10A是在不同层中具有类设计光栅的层堆叠的图式侧视图。
图10B是图解说明强度随已添加到类装置目标光栅的额外CD而变的图表。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的特定实施例。在附图中图解说明此实施例的实例。尽管将结合此特定实施例来描述本发明，但应理解，并不打算将本发明限制于一个实施例。相反，其打算涵盖可包含于如所附权利要求书所界定的本发明的精神及范围内的替代、修改及等效形式。在以下说明中，陈述了众多特定细节以便提供对本发明的透彻理解。可在不借助这些特定细节中的一些或所有细节的情况下实践本发明。在其它例子中，并未详细地描述众所周知的过程操作以免不必要地使本发明模糊。
散射测量叠盖(SCOL)目标可包含形成于两个不同制作层或相同层的两个单独产生的图案中的两个光栅。为测量此些光栅之间的对准，可从SCOL光栅散射入射光且基于所述所散射光而从所述SCOL光栅测量并获得光谱。接着可使用从所述两个光栅测量的光谱来确定叠盖误差，如本文中进一步描述。
当前SCOL目标为可包含如400nm一样大的特征或空间的非设计规则目标。典型SCOL目标具有数个单元，所述数个单元中的每一者包含至少两个光栅(待测量的层中的每一者中一个)。在图1中图解说明这些层中的一者中的光栅100的俯视图。此光栅具有不遵守设计规则的尺寸。举例来说，此目标100中的特征或空间的典型大小可为数百纳米，相比之下，在设计规则特征的情况下，其大小为数十纳米。
为了获得更好的处理兼容性，还可将SCOL目标的特征分段，如图2中所图解说明。举例来说，图2的SCOL目标200具有类似于装置的当前设计规则的大约数十纳米的精细分段间距202。然而，SCOL目标200还在此经分段目标中包含不遵守设计规则(例如，具有数百纳米的大小)的空间204。因此，此经分段SCOL目标200仍未必具有与对应装置相同的叠盖，且此叠盖还可由于处理效应而变得失真及嘈杂。
本发明的某些实施例提供具有带有全部满足一组预定义设计规则的特征尺寸的光栅的目标。图3是根据本发明的第一实施例的SCOL目标300的图式表示。如所展示，所述SCOL目标在经隔离特征(例如，306a、306b及306c)之间包含粗略间距304，所述经隔离特征具有各自填充有遵守预定义设计规则的密集堆积特征的空间。举例来说，密集特征308a到308d定位于经隔离特征306a与306b之间，使得粗略间距及密集堆积特征(具有精细间距)全部遵守设计规则。
工作循环可在密集特征与经隔离特征之间(或跨越其)变化，对于整个目标光栅也是这样(例如，光栅具有以对应于粗略间距大小的周期性而改变的工作循环)。由于光学工具不可分辨精细间距，因此光学装置将仅看到可大于600nm的粗略间距。应注意，在此目标300中(与图1及2的目标相比)，所有特征宽度及空间均具有大约数十纳米的大小且遵守设计规则。
图4图解说明可如何将标准大间距光栅401变换成根据本发明的一个实施例的类装置SCOL光栅403。在此实例中，使用两个临界尺寸(CD)值，而非CD的完全分布。在此实施例中，类装置光栅403的经隔离光栅结构404a到404d可形成于对应于光栅401的大间距结构(例如，402a到402d)的位置处。
如所展示，所得类装置SCOL目标403包含具有针对线宽度及间隔的第一组CD值的经隔离结构404a到404d。类装置SCOL目标403还包含在每一经隔离结构之间的具有针对线宽度及间隔的第二组CD值的密集结构。举例来说，密集结构定位于经隔离结构404a与404b之间的空间406中。
替代CD变化，可使用线(或其它周期性结构)之间的空间来产生类装置SCOL目标的有效粗略间距。另外，CD及空间尺寸两者可在如图5的类装置SCOL光栅500中所图解说明的粗略间距内变化。
可使用相同原理来产生沿一个或两个方向具有相对大的粗略间距的任何适合类型的遵守设计规则的2D光栅(例如，孔)。根据一个实施例，包含于目标中的结构可组织成各种配置及形状，包含(举例来说)线、网格、矩形、正方形、弯曲线、弯曲形状、圆、圆柱形形状、圆锥形状或前述各项的组合。结构的此些配置可安置于目标内的各种位置处，且可相对于入射于目标上的电磁辐射描述各种角度。举例来说，所述组结构可组织为垂直于入射于目标上的一组经准直辐射射线或束的传播方向的一组平行线。在另一情形中，组织为一组平行线的结构可相对于入射辐射以锐角(可能以45度角)安置。此配置可促进对x及y两个方向上的叠盖的确定，借此减小对额外叠盖图案或测量的需要。或者，入射辐射可经引导为实质上平行于包括所述结构或界定所述结构的平行线中的至少一些平行线。此技术允许在不旋转样本的情况下执行x及y叠盖测量。
另外，可将任何适合粗略间距叠盖目标变换成类装置目标。举例来说，史内瓦克(Ghinovker)等人的2006年6月27日签发的美国专利第7,068,833号中所描述的周期性结构中的任一者可通过在此专利的周期性图像可分辨结构中的任一者之间形成密集周期性结构而变换成类装置光栅。此专利(即，美国专利第7,068,833号)以其全文引用的方式并入本文中。如果预期所得类装置目标产生低对比度所检测信号，那么可在信号测量期间使用较小前导频率带宽来补偿低对比度。
在一个实施例中，类装置目标可由具有变化的CD(例如，孔宽度)的多个孔形成，同时使CD及间隔的和保持恒定，举例来说，具有30nm到150nm之间的值(一般来说，此值不必为恒定的，仅足够小以保持在设计规则内即可)。工作循环可以界定可测量粗略间距的200nm到1500nm的周期性而改变。周期性及孔CD对于x及y可不同。
不同层的粗略间距不必相同。举例来说，类装置SCOL目标中的若干层中的一者可具有500nm的粗略间距，而其它层具有100nm的粗略间距(例如，目标周期性为500nm)。另外，孔形状不必相同。矩形孔、圆形孔或线可为相同目标的部分。图9图解说明根据本发明的替代实施例的由具有不同形状的多个孔形成的类装置目标。
类装置光栅可形成于样本(例如半导体晶片)的两个不同层中或样本的相同层中的两个单独产生的图案中。两个层之间或相同层中的两个单独产生的图案之间的叠盖可以任何适合方式来确定。在一种SCOL技术中，相对于彼此具有预定义偏移的两个类装置光栅形成于两个不同层中。所述偏移通常经选择使得可在不使用经计算理论或校准数据的情况下依据从此些目标光栅测量的光谱来确定叠盖。在以下实例中，每一层的光栅经简化以包含具有单组CD参数的光栅结构以便简化对叠盖确定的说明。然而，具有不同CD参数的不同光栅结构可形成于目标的每一层中。举例来说，具有不同CD线宽度的其它光栅结构可形成于所图解说明的光栅结构之间。
图6(a)是根据本发明的一个实施例的与经图案化底部层L1偏移达预定义偏移+f的经图案化顶部层L2的侧视图图解。每一层L1及L2被图案化成一组结构。结构可包含任何适合光栅结构，例如线、沟槽或一行触点或其它类型的结构。结构可经设计为类似于半导体装置特征。结构还可由不同特征的组合形成。此外，结构可位于样本的任一层上，例如，在样本的顶部层上方、在样本的任一层内或者部分地或完全地在样本的一层内。在图6(a)的所图解说明实施例中，层L1包含完整结构604a到604c，而层L2包含完整结构602a到602c。
如所展示，顶部层L2的结构与底部层L1的结构偏移达量+f。两个偏移层的结构可位于邻近层内或具有安置于所述两个偏移层之间的任何适合数目及类型的层。图6(a)还展示在经图案化层L1与L2之间的三个膜T1、T2及T3以及其对应结构。在具有所述结构的两个层之间存在任何其它层的条件下，这些其它层展现针对电磁辐射的至少最小透射度以准许所述辐射在具有所述结构的所述层之间进行传播。如果介入层不透明，那么这些层通常将具有由底部光栅诱发的最小形貌度以准许测量从所述形貌反射的辐射。
图6(b)是根据本发明的一个实施例的与经图案化底部层L1偏移达预定义偏移+f及叠盖误差+ε的经图案化顶部层L2的侧视图图解。图6(c)是根据本发明的一个实施例的与经图案化底部层L1偏移达预定义偏移-f的经图案化顶部层L2的侧视图图解。图6(d)是根据本发明的一个实施例的与经图案化底部层L1偏移达预定义偏移-f及叠盖误差+ε的经图案化顶部层L2的侧视图图解。
可使用任何适合技术来确定与本文中所描述的类装置目标的叠盖。在一个实施例中，类装置目标由若干单元构成。每一单元包含通过第一过程形成的至少一第一光栅结构及通过第二过程形成的第二光栅结构，且其中每一单元在此每一单元的第一与第二光栅结构之间具有预定义偏移。不同单元的第一及第二光栅结构可具有相同或不同预定义偏移。举例来说，每一单元的每一预定义偏移可经选择以致使从表示从每一单元散射及测量的辐射的周期函数约去一或多个项。每一单元的所散射辐射可(举例来说)用具有包含未知叠盖误差的多个未知参数的周期函数来表示，且所述未知叠盖误差是基于对所述多个单元的多个周期函数的分析而确定。
图7是图解说明根据本发明的一个实施例的用于确定叠盖误差的过程700的流程图。首先，在操作702中，从具有预定义偏移的每一单元(或每一子单元)测量一或多个所散射光谱。举例来说，朝向具有预定义偏移的单元结构中的每一者(或朝向每一单元的每一子单元结构)引导入射辐射束以测量从此些结构散射的辐射。可取决于测量系统的能力而依序或同时实施所述测量。入射束可为任何适合形式的电磁辐射，例如激光、发光二极管(LED)或宽带辐射。
虽然将本发明的散射测量技术描述为利用来自多个单元或子单元的所测量光谱或所散射辐射，但可使用从叠盖目标获得的任何适合类型的可测量信号来实践本发明的技术。实例信号包含但不限于任何类型的光谱椭圆偏振测量或反射测量信号(包含ψ、Δ、Rs(s偏振的复反射率)、Rp(p偏振的复反射率)、Rs(|rs|2)、Rp(|rp|2)、R(非偏振反射率)、α(光谱“阿尔法”信号)、β(光谱“贝塔”信号)及这些参数的函数(例如tan(ψ)、cos(Δ)、((Rs-Rp)/(Rs+Rp))等)。替代地或另外，所述信号可测量为以下各项的函数：入射角、检测角、偏振、方位入射角、检测方位角、角度分布、相位或波长或者这些参数中的一者以上的组合。所述信号还可为信号组合的表征，例如上文所描述的椭圆偏振测量及/或反射测量信号类型中的多个任一者的平均值。或者，所述信号可呈一或多个信号的特性的形式，例如强度值或强度值的组合(例如，平均或相加)。其它实施例可使用其中可在单个波长处而非在多个波长处获得信号中的至少一者的单色或激光光源。
在米歇尔(Mieher)等人的于2007年11月20日签发的美国专利第7,298,481号中可找到用于测量散射测量信号以确定叠盖的光学系统及方法的实例，所述专利以其全文引用的方式并入本文中。此7,298,481专利中进一步描述了用于确定叠盖误差的适合测量系统及其使用的进一步实施例。
在从每一目标获得测量之后，接着在操作704中，可用周期函数(例如傅里叶级数)来表示每一所测量光谱或信号(或子单元光谱组)。在此函数中，可部分地由于预定义偏移而约去一或多个项。
接着在操作706中，可分析代表函数以确定叠盖误差ε。举例来说，所述多个周期函数各自包含多个未知数(包含未知叠盖误差)，且可使用这些周期函数来确定所述未知叠盖误差。可使用来自单元(或子单元)的所测量光谱来确定至少部分地位于一个以上层中的结构的叠盖，但还可使用其来确定实质上位于单个层中的结构的叠盖。
接着在操作708中，可确定所测量叠盖误差是否超出规格。如果叠盖误差不显著(大于预定值)，那么在操作710中，可确定目标在规格内。举例来说，可确定在不同层结构之间不存在叠盖误差或存在最小叠盖误差。
如果叠盖误差超出规格，那么接着在操作712中，可确定目标超出规格。即，两个或两个以上结构层之间存在显著叠盖误差。当发现显著叠盖误差时，可丢弃或修整裸片。如果过程超出规格，那么可实施若干种技术来减轻所述问题。在第一技术中，可调整后续过程以补偿超出规格的过程。在额外或另一技术中，如果确定光致抗蚀剂图案在任一部分中不对准，那么接着可去除并以经校正图案重新施加光致抗蚀剂以消除不对准。
本文中所揭示的目标可由任何标准SCOL设备测量。举例来说，可使用光谱反射计或椭圆偏振计或者使用具有光瞳成像的角分辨散射计来测量此些类装置目标。在一个实例实施方案中，可测量特定衍射级(通常为0级或1级)，而不检测及分析其它不同衍射级。在一些实施例中，可用任一0级或1级来测量所揭示目标，但使用1级将是有益的。测量来自这些目标的0级反射对叠盖可是极不敏感的。1级衍射可为微弱的，但其对叠盖的敏感性通常较高。最优测量模式可使用极亮光源(例如激光)来测量仅+1级及-1级。在0级反射到达检测器之前阻挡0级反射也可为有益的以便避免检测器的极端饱和。
对于1级测量，举例来说，可相依于经最优化以增强来自光栅的1级衍射同时使其它衍射级最小化的粗略间距内的特征的大小而使用图3的目标300。此配置可增强测量的准确度及精确度。
针对SCOL目标，对由收集光瞳所捕获(通过粗略间距及照射波长所确定)的衍射级的控制可实现可使用较高衍射级的分析算法且还实现不同定向及级之间的耦合(例如，x中的1级与y中的1级耦合)。此技术可用以(举例来说)设计具有在x及y中的所欲叠盖同时相异的2D晶格(例如孔晶格)的两单元(或甚至一单元)目标。与通过使用不同测量条件(偏振、波长等等)而获得的信息组合(如果需要)，此小目标可提供关于叠盖误差的相同或甚至更多信息。
1级散射测量方法可由于不同层的不同衍射效力而具有相关联的精确度劣化。通常，(举例来说)从上部抗蚀剂层获得的1衍射级的振幅显著大于从底部处理层获得的1衍射级的振幅。光瞳中的对应衍射级的进一步干扰还可导致大DC及含有OVL信息的信号的相对小振幅。为克服此问题，类装置目标可经设计以有效地减小对应于具有较大衍射效力的层(通常为上部层)的衍射级的振幅。
图10A是含有下部处理层(例如氧化物)的层堆叠1001a及含有上部处理层(例如光致抗蚀剂)的层堆叠1001b的图式侧视图，所述下部处理层具有拥有间距P及第一临界尺寸CD1的初始设计的光栅(例如，1002a)，所述上部处理层具有拥有相同P及CD1的初始设计的光栅(例如，1004a)。可将额外光栅(例如，1002b及1004b)添加到每一初始设计光栅，且此额外光栅可具有与初始光栅相同的间距及相对于原始光栅移位(以实例方式)半个周期的不同临界尺寸CD2。
图10B是图解说明强度随已添加到类装置目标光栅的额外CD光栅而变的图表。如所展示，当CD2＝0时，层光栅的1衍射级的强度振幅设定为1.0(100％)。另外，零的1衍射级的振幅对应于CD2＝CD1。因此，当0＜CD2＜CD1时，第一级的振幅随着CD2改变而单调地改变，例如，R～100％*(CD1-CD2)/CD1。在图10B中展示视为实例的特定堆叠的基于RCWA(严格波耦合分析)的模拟的结果。因此，可选择特定CD2值以降低对应层光栅(例如，上部层)的振幅，使得来自所有层光栅的振幅得以均衡。
还可将CD2光栅添加到类设计规则目标。通过改变确定对应于粗略间距的衍射级的振幅的CD调制范围，来自两个层的衍射级的振幅可得以均衡且实质上改进叠盖测量的精确度。
类装置目标的某些实施例可需要较少空间平均，且较小光栅面积对于最优计量准确度可是充分的。小光斑激光可用以实现极小目标大小(例如，2μm至3μm)。
具有此小光斑的设备的空间相干性极高，且因此测量对光学器件中的缺陷及灰尘可是极敏感的。此些缺陷形成斑点，此可导致性能及准确度损害。为避免此类损害，检验工具还可包含用于处置空间相干性的机制。举例来说，所述工具可经配置以借助扫描镜在光瞳平面中执行角度扫描，且跨越所述扫描将信号平均化以计算叠盖。此扫描跨越光学表面的不同区域而平均化且可显著减小光学瑕疵及灰尘效应。此扫描的不利方面是其还可对目标上的不同区域进行取样。因此，可使用较大目标。
除光学器件扫描外，检验工具还可经配置以提供单独晶片扫描(例如，借助晶片载台)。晶片扫描可与光学器件扫描同步，使得场平面中由光瞳平面中的光学扫描导致的照射点位置移动通过所述载台所提供的目标移动而得以补偿，此有效地抵消由光学器件的扫描诱发的目标扫描。最终结果为在光学表面上方进行扫描但在晶片上的单个位置上方静止不动的设备。固态浸没还可用于本文中所揭示的类装置SCOL目标的测量。此设备可包含(举例来说)在物镜与晶片之间具有额外固态浸没透镜的角分辨散射计。所述固态浸没透镜可为具有平面前表面的消球差透镜。在诺姆·塞宾斯(Noam Sapiens)等人的标题为“用于半导体计量的固态浸没、用于半导体计量的近场光学装置、用于减少角分辨反射计中的噪声的系统及方法(Solid Immersion for Semiconductor Metrology，Near-Field OpticalDevice for Semiconductor Metrology，System and Methods for Reducing Noise inan Angular Resolved Reflectometer)”的美国临时申请案第61/664,477号中进一步描述可与本发明的目标一起使用的设备及方法的数个实施例，所述申请案以其全文引用的方式并入本文中。
本发明的数种技术可使用软件及/或硬件系统的任何适合组合来实施。举例来说，所述技术可实施于叠盖计量工具内。优选地，此计量工具与实施本发明的操作中的许多操作的电脑系统集成在一起。此复合系统优选地包含：至少一散射测量模块，其用于获得叠盖目标的散射测量信号；及处理器，其经配置以分析所获得散射测量信号以借此确定此些目标内的叠盖误差。在最低限度，散射测量模块通常将包含：(i)照射源，其经定向以将辐射引导到样本的指定位置上；及(ii)一或多个检测器，其经定向以检测已由样本散射的散射测量信号。
本发明的技术的至少一部分还可实施于叠盖计量系统中作为基于图像分析而补充叠盖测量系统或子系统的额外叠盖测量能力，例如用于常规盒中盒或帧中帧叠盖目标或其它成像类型叠盖测量结构的能力。
不管系统的配置如何，其均可采用经配置以存储数据的一或多个存储器或存储器模块、用于通用检验操作的程序指令及/或本文中所描述的发明性技术。所述程序指令可控制操作系统及/或一或多个应用程序的操作。所述存储器还可经配置以存储从目标获得的散射测量数据及叠盖误差结果以及任选地其它叠盖测量数据。
由于可采用此类信息及程序指令来实施本文中所描述的系统/方法，因此本发明的实施例涉及包含用于执行本文中所描述的各种操作的程序指令、状态信息等的机器可读媒体。机器可读媒体的实例包含(但不限于)：磁性媒体，例如硬盘、软盘及磁带；光学媒体，例如CD-ROM磁盘；磁光媒体，例如软式光盘；及经特定配置以存储并执行程序指令的硬件装置，例如只读存储器装置(ROM)及随机存取存储器(RAM)。程序指令的实例包含例如由编译器产生的机器代码及含有可由计算机使用解译器来执行的较高级代码的文件两者。
图8是其中可测量本发明的类装置SCOL目标的测量系统800的图式表示。如所展示，测量系统800包含：束产生器802，其用于产生电磁辐射的入射束803；分束器804，其用于朝向样本808引导入射束805。通常，通过一组照射透镜806将入射束聚焦到样本上。此时，响应于入射束而从样本发射或散射输出束809并使其通过分束器804经由中继透镜810到达检测器812上。检测器812基于输出束809而产生样本的信号。
系统800还包含经配置以控制各种组件(例如束产生器802、照射透镜806及检测器812)的处理器及一或多个存储器814。处理器及存储器还可经配置以通过实施上文所描述的各种散射测量技术来分析所检测输出束。
借助本文中所描述的散射测量叠盖技术而获得的叠盖结果可用以计算对光刻步进器设定的校正以使叠盖误差最小化。对光刻步进器或扫描机的这些经计算校正通常称为“步进器可校正数”。从散射测量叠盖测量获得的步进器可校正数可用作到步进器的输入以使叠盖误差最小化以供后续晶片处理。可将从散射测量叠盖获得的叠盖误差或步进器可校正数输入到自动化处理控制系统，所述自动化处理控制系统接着可计算一组步进器校正以输入到所述步进器以使叠盖误差最小化以供后续晶片处理。借助散射测量叠盖获得的晶片上的叠盖误差、步进器可校正数或经计算最糟叠盖误差可用以安置产品晶片以决定所述晶片是否需要重做或是否满足叠盖要求以供进一步晶片处理。
将类装置目标设计为遵循特定目标规则，所述特定目标规则优选地包含将目标放置于可由特定类型的工具测量或检验的层中的要求。举例来说，目标可必须处于顶部层上或覆盖有仅光学透明层，使得所述目标可由光学工具检验。在其它应用中，可需要目标在不透明层下方，使得可检验及/或测量不透明层与下伏目标的一致性。另外，每一检验、检视或计量工具通常具有关于所测量或所检验结构的大小约束。即，无法看到低于特定大小的结构。因此，所述目标包含经定大小使得其可由相关工具测量或检验的粗略间距结构。
本文中所描述的本发明的类装置目标可放置于晶片上的任何适合空间中。以实例方式，可将所述目标放置于划线中或裸片自身内。当将目标放置于裸片中时，还可分析裸片布局以确定与裸片布局的其它区域相比，特定部分或区域是否具有消极地或积极地影响计量或检验结果的特性。举例来说，特定布局特性可产生较可靠或准确计量或检验结果。在一种特定情形中，可将目标放置于具有积极地影响计量或检验的特性的区域中。在此特征特性的实例中，通常调谐化学机械抛光(CMP)过程以借助特定特征密度范围而实现优良准确度。因此，可将目标(例如叠盖目标)放置于在针对最优CMP过程的特定特征密度范围内的布局区中。
电路设计者可知晓最易受误差或缺陷影响的裸片布局中的特征位置。设计者可将此些特征的位置传递给目标放置软件或布局工程师，使得可接近此些问题特征放置目标。此放置技术可能将导致缺陷捕获的较高发生率及较可靠所得产品。
还可将目标放置于虚拟层内。现今，在电路布局的开放区域中包含虚拟结构以确保均匀图案密度在半导体制造中是惯例。虚拟结构通常用于化学机械抛光及其它半导体制造过程中的最优结果。
为实现晶片区域内部的目标，可将特定计量(或检验)目标的功能性与虚拟结构的目的相组合。即，具有服务于虚拟结构的目的及计量(或检验)目标两者的两个组件的结构将高效地利用裸片区域的开放空间来增加CMP均匀性(及适用情况下的其它虚拟要求)，以及提供计量或检验目标。另外，新型计量或检验可与此些组合标记一起使用。举例来说，可经由此组合目标而监视特定设计图案的保真度。即，设计者的关于特定图案的功能或结构的意图可相对于在虚拟结构中被组合及测量或检验的图案而进行验证。
可以若干种不同方式来实现组合目标及虚拟结构。叠盖类型组合及虚拟结构包含两个组件，一个在第一层或掩模上且一个在第二层或掩模上。每一组件优选地遵守与所述层或掩模相关联的过程步骤的虚拟结构的要求。又一实例可为其中这些结构经对准使得在将第一掩模与第二掩模正确地对准时所述第一掩模上的组件相对于所述第二掩模上的组件对称地定位的情形。此外，第一掩模上的组件可经设计以装配到第二掩模上的组件内的开放空间中且反之亦然。
当检验工具的视野(FOV)包含目标及装置两者时，可首先确定信号的哪些部分为噪声(或装置结构)及哪些部分对应于所述目标结构。可以适合方式完成此确定。在一个实施例中，可将信号(或从此信号产生的图像)与识别装置结构的设计文件进行比较且从所述信号(或图像)减去装置结构对信号(图像)的贡献。所得信号(或图像)对应于接着可如先前所描述进行评价的目标。或者，可手动地培训计量工具以通过将所述工具手动地移动到已知目标位置并识别目标来定位所述目标。接着计量工具可使用这些所识别目标来使用标准图案辨识技术搜寻具有类似外观的其它目标。或者，可使用设计文件中的代表目标来培训计量工具。所述代表目标还可位于易于找到的位置(例如划线)中。
一般来说，在形成组合虚拟及目标结构时遵循虚拟结构及特定目标类型两者的规则。举例来说，虚拟结构规则可需要特定图案密度或最大开放空间大小以用于确保特定水平的CMP均匀性。另外，遵循目标的特定计量或检验过程规则。
通常，在现代过程中不允许显著空白(无图案)区域。可由虚拟结构填充未经图案化区域，使得在将二维处理用于叠盖计算时那些结构将不引入任何显著串扰。一种补救方法可为使用极深的次分辨率虚拟间距，使得经虚拟化区域被视为或测量为“灰色”未经图案化区域。此外，可以甚至更加抑制虚拟图案的方式来设计工具光学器件。
本文中所描述的目标结构及子结构通常使用适合光学光刻技术来图案化，且随后使用例如蚀刻及沉积的既有处理技术来将所述光学光刻图案转印到其它材料及层。在最简单应用中，所转印图案构成经蚀刻或经沉积线或导通孔。举例来说，所述结构及子结构可为晶片层内的光致抗蚀剂材料形成物、凹入腔形成物、嵌入式沟槽及/或其它结构。由腔形成的所述结构及子结构可为在半导体制作过程期间形成于层中的任一者中的腔。举例来说，所述腔可形成于光致抗蚀剂层、电介质材料层或金属层中。应注意，上述过程并非限制且可使用任何适合制作技术。
虽然已出于清晰理解的目的相当详细地描述了前述发明，但将明了，可在所附权利要求书的范围内实践某些改变及修改。因此，应将所描述的实施例视为说明性而非限制性，且本发明不应限于本文中给出的细节而应由所附权利要求书及其等效物的全部范围来界定。

Claims (19)

1.一种半导体目标，其用于检测衬底的两个或两个以上连续层之间或衬底的单个层上的两个或两个以上单独产生的图案之间的叠盖误差，所述目标包括：
多个第一光栅结构，其具有可由检验工具分辨的粗略间距；及
多个第二光栅结构，其相对于所述第一光栅结构而定位，其中所述第二光栅结构具有小于所述粗略间距的精细间距，其中所述第一及第二光栅结构两者均形成于衬底的两个或两个以上连续层中或衬底的单个层上的两个或两个以上单独产生的图案之间，
其中所述第一及第二光栅的工作循环以对应于所述粗略间距的大小的周期性而改变。
2.根据权利要求1所述的目标，其中所述第二光栅结构布置于每一对第一光栅结构之间，使得所述第一及第二光栅结构的多个空间遵守预定义设计规则规格而所述粗略间距在不具有所述第二光栅结构的情况下将不遵守所述预定义设计规则规格。
3.根据权利要求1所述的目标，其中所述第一及第二光栅结构具有多个不同临界尺寸CD值。
4.根据权利要求3所述的目标，其中所述第一光栅结构具有针对线宽度及间隔宽度的第一组CD值，且所述第二光栅结构具有针对线宽度及间隔宽度的不同于所述第一组CD值的第二组CD值。
5.根据权利要求4所述的目标，其中所述第一组CD值跨越所述粗略间距的循环而变化。
6.根据权利要求1所述的目标，其中所述第一及第二光栅结构是形成于衬底的两个或两个以上连续层中或衬底的单个层上的两个或两个以上单独产生的图案之间的多个孔，且此些孔具有变化的多个CD值。
7.根据权利要求1所述的目标，其中所述粗略间距经选择以增强来自所述第一及第二光栅的1级衍射，同时使其它衍射级最小化。
8.根据权利要求7所述的目标，其中所述第一及第二光栅两者均形成于第一层及不同于所述第一层的第二层中，且其中所述第一及第二组CD值包括经选择以均衡在散射测量检验过程期间从所述第一及第二层两者中的所述第一及第二光栅所测量的信号的振幅的CD值子组。
9.一种用于检验半导体叠盖目标的检验设备，其包括：
至少一散射测量模块，其用于从叠盖目标获得散射测量信号，所述叠盖目标具有：多个第一光栅结构，其具有可由所述检验设备分辨的粗略间距；及多个第二光栅结构，其相对于所述第一光栅结构而定位，其中所述第二光栅结构具有小于所述粗略间距的精细间距，其中所述第一及第二光栅结构两者均形成于衬底的两个或两个以上连续层中或衬底的单个层上的两个或两个以上单独产生的图案之间，且其中所述第一及第二光栅的工作循环以对应于所述粗略间距的大小的周期性而改变；及
处理器，其经配置以分析所述所获得散射测量信号以借此确定此些目标内的叠盖误差。
10.根据权利要求9所述的设备，其中所述散射测量模块包括：
照射模块，其经定向以使辐射跨越所述叠盖目标而扫描，其中所述照射模块包括物镜及定位于所述物镜与所述叠盖目标之间的固态浸没透镜；及
一或多个检测器，其经定向以检测已响应于跨越所述叠盖目标扫描的所述辐射而从所述叠盖目标散射的所述散射测量信号。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述固态浸没透镜为具有平面前表面的消球差透镜。
12.一种制造半导体目标的方法，所述半导体目标用于检测衬底的两个或两个以上连续层之间或衬底的单个层上的两个或两个以上单独产生的图案之间的叠盖误差，所述方法包括：
形成具有可由检验工具分辨的粗略间距的多个第一光栅结构；及
形成相对于所述第一光栅结构而定位的多个第二光栅结构，其中所述第二光栅结构具有小于所述粗略间距的精细间距，其中所述第一及第二光栅结构两者均形成于衬底的两个或两个以上连续层中或衬底的单个层上的两个或两个以上单独产生的图案之间，
其中所述第一及第二光栅的工作循环以对应于所述粗略间距的大小的周期性而改变。
13.根据权利要求12所述的方法，其中将所述第二光栅结构布置于每一对第一光栅结构之间，使得所述第一及第二光栅结构的多个空间遵守预定义设计规则规格而所述粗略间距在不具有所述第二光栅结构的情况下将不遵守所述预定义设计规则规格。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一及第二光栅结构具有多个不同临界尺寸CD值。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一光栅结构具有针对线宽度及间隔宽度的第一组CD值，且所述第二光栅结构具有针对线宽度及间隔宽度的不同于所述第一组CD值的第二组CD值。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一组CD值跨越所述粗略间距的循环而变化。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一及第二光栅结构是形成于衬底的两个或两个以上连续层中或衬底的单个层上的两个或两个以上单独产生的图案之间的多个孔，且此些孔具有变化的多个CD值。
18.根据权利要求12所述的方法，其中所述粗略间距经选择以增强来自所述第一及第二光栅的1级衍射，同时使其它衍射级最小化。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第一及第二光栅两者均形成于第一层及不同于所述第一层的第二层中，且其中所述第一及第二组CD值包括经选择以均衡在散射测量检验过程期间从所述第一及第二层两者中的所述第一及第二光栅所测量的信号的振幅的CD值子组。
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