CN109841596B - 叠对记号结构、半导体装置及使用声波检测叠对误差的方法 - Google Patents

叠对记号结构、半导体装置及使用声波检测叠对误差的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109841596B
CN109841596B CN201811278142.9A CN201811278142A CN109841596B CN 109841596 B CN109841596 B CN 109841596B CN 201811278142 A CN201811278142 A CN 201811278142A CN 109841596 B CN109841596 B CN 109841596B
Authority
CN
China
Prior art keywords
periodic structure
acoustic wave
overlay mark
overlay
features
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811278142.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109841596A (zh
Inventor
李雨青
方玉标
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Original Assignee
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd filed Critical Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Publication of CN109841596A publication Critical patent/CN109841596A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109841596B publication Critical patent/CN109841596B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605—Workpiece metrology
    • G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
    • G03F7/70633—Overlay, i.e. relative alignment between patterns printed by separate exposures in different layers, or in the same layer in multiple exposures or stitching
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70483—Information management; Active and passive control; Testing; Wafer monitoring, e.g. pattern monitoring
    • G03F7/70605—Workpiece metrology
    • G03F7/70616—Monitoring the printed patterns
    • G03F7/70641—Focus
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/0002—Inspection of images, e.g. flaw detection
    • G06T7/0004—Industrial image inspection
    • G06T7/001—Industrial image inspection using an image reference approach
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/60—Analysis of geometric attributes
    • G06T7/68—Analysis of geometric attributes of symmetry
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/30—Subject of image; Context of image processing
    • G06T2207/30108—Industrial image inspection
    • G06T2207/30148—Semiconductor; IC; Wafer

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

一种叠对记号结构包括位于芯片上的第一周期性结构，第一周期性结构包括位于芯片上的第一层材料。叠对记号结构还包括位于邻近于第一周期性结构的芯片的区域内的第二周期性结构，第二周期性结构包括设置在芯片上的第二层材料。叠对记号结构还包括位于芯片上的声波发射装置和位于芯片上的声波接收装置。

Description

叠对记号结构、半导体装置及使用声波检测叠对误差的方法
技术领域
本公开涉及一种叠对记号结构，特别是可以通过使用声波检测叠对误差的叠对记号结构。
背景技术
在半导体集成电路(IC)工业中，在集成电路材料及集成电路设计的技术进步产生多个集成电路世代，每一个集成电路世代比上一个集成电路世代有更小及更复杂的电路。在集成电路发展过程中，工艺可作出的几何尺寸(例如：最小部件(或线路))会下降，而功能密度(例如：每一芯片区域的相连元件数量)通常都会增加。此微缩过程通过增加生产效率及降低相关成本提供了优势。此微缩亦增加了集成电路工艺及制造的复杂性。
半导体工艺的一个挑战是对准。半导体工艺涉及在彼此的上形成多个图案化层。这些层中的每一层必须精确对准，否则最终装置可能无法正确地运行。
对准技术通常涉及使用叠对记号(overlay mark)。举例来说，将被图案化在基板上的各种层可包括用于与其他所形成的层对准的叠对记号。匹配的叠对记号被形成在后续所形成的层的多个图案内。这些匹配的叠对记号被设置在后续层的多个图案内，使得当与下层的对应的多个叠对记号对准时，两个层是对准的。然而，这种对准技术并不完美，并且希望有提供改善对准的对准技术。
发明内容
本公开实施例提供一种叠对记号结构，包括：第一周期性结构，位于芯片上，第一周期性结构包括位于芯片上的第一层材料；第二周期性结构，位于邻近于第一周期性结构的芯片的区域内，第二周期性结构包括设置在芯片上的第二层材料；声波发射装置，位于芯片上；以及声波接收装置，位于芯片上。
本公开实施例提供一种半导体装置，包括：声波发射装置，位于芯片上；声波接收装置，位于芯片上；第一周期性结构，位于芯片上，第一周期性结构包括第一材料；以及第二周期性结构，位于芯片上，第二周期性结构包括第二材料。
本公开实施例提供一种使用声波来检测叠对误差的方法，包括：在半导体晶圆上形成第一材料层，第一材料层包括在半导体晶圆的叠对记号区内的第一周期性结构；在半导体晶圆上形成第二材料层，第二材料层包括在叠对记号区中的第二周期性结构；使用设置在叠对记号区内的声波发射装置，发射声波跨越第一周期性结构和第二周期性结构两者；使用声波接收装置，检测声波；以及基于声波接收装置所检测到的声波，确定第一材料层与第二材料层之间的叠对误差。
根据本公开的叠对记号结构，其中上述第一周期性结构和上述第二周期性结构位于上述声波发射装置与上述声波接收装置之间。
根据本发明的叠对记号结构，其中上述声波接收装置邻近于上述声波发射装置。
根据本公开的叠对记号结构，其中上述第一周期性结构包括多个特征部件的一二维阵列。
根据本公开的叠对记号结构，其中在上述二维阵列内的上述特征部件具有以下一者：一矩形、一椭圆形或一正方形。
根据本公开的叠对记号结构，其中上述第一周期性结构的特征部件和上述第二周期性结构的特征部件位于交替的多个列中。
根据本公开的叠对记号结构，其中上述第一周期性结构的特征部件和上述第二周期性结构的特征部件以一棋盘图案的方式进行设置。
根据本公开的叠对记号结构，还包括，在上述第一周期性结构和上述第二周期性结构的下方的一压电层。
根据本公开的半导体装置，其中上述声波发射装置包括一交指状转换器。
根据本公开的半导体装置，其中上述声波发射装置包括一声波发射器。
根据本公开的使用声波来检测叠对误差的方法，还包括通过分析所检测的上述声波来确定一焦点曲线。
附图说明
本公开的观点从后续实施例以及附图可以优选理解。须知示意图为范例，并且不同特征部件并无示意于此。不同特征部件的尺寸可能任意增加或减少以清楚论述。
图1为根据本公开实施例的叠对记号结构的示意图。
图2A、图2B以及图2C为根据本公开实施例的用于叠对记号的周期性结构的俯视图。
图3A、图3B以及图3C为根据本公开实施例的对应图2A、图2B以及图2C的周期性结构的配置的声波信号的曲线图。
图4A、图4B以及图4C为根据本公开实施例的显示了对应图2A、图2B以及图2C的周期性结构的配置的反射声波信号的曲线图。
图5A、图5B以及图5C为根据本公开实施例的对应图2A、图2B以及图2C的周期性结构的配置的发射声波信号的曲线图。
图6A和图6B为根据本公开实施例的用于叠对记号的特征部件形状的示意图。
图7A至图7G为根据本公开实施例的叠对记号的各种配置的示意图。
图8为根据本公开实施例的各种周期性结构、声波发射装置以及声波接收装置的示意图。
图9为根据本公开实施例的串联多个叠对记号区的示意图。
图10为根据本公开实施例的并联多个叠对记号区的示意图。
图11A至图11D为根据本公开实施例的叠对记号的形成的示意图。
图12为根据本公开实施例的使用声波来检测叠对误差的方法的流程图。
附图标记列表
100～叠对记号结构
102～特定区域
104～声波发射装置
106～声波接收装置
108～第一周期性结构
110～第二周期性结构
112～周期性结构区
202～第一叠对记号
204～第二叠对记号
302～垂直轴
304～水平轴
306～中心频率
308、310、312～信号
402、404、406～信号
502、504、506～信号
602～第一叠对记号
604～第二叠对记号
612～第一叠对记号
614～第二叠对记号
702、704～特征部件
802、804、806、808～叠对记号
812、814、816、818、820、822、824、826～装置
900a、900b、900c～叠对记号区
1000a、1000b、1000c～叠对记号区
1101～生产部分
1102～工艺晶圆
1103～测试部分
1104～电性元件
1106～第二硬掩模层
1108～第一硬掩模层
1110～光刻胶特征部件
1112～光刻胶特征部件
1114～第一材料层
1120～蚀刻工艺
1130～第一光刻胶特征部件
1132～层间介电层
1134～第二材料层
1136～第二光刻胶特征部件
1140～蚀刻工艺
1142～特征部件
1144～特征部件
1200～方法
1202-1210～操作
具体实施方式
本公开提供许多不同的实施例或范例以实施本公开的不同特征。以下的公开内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。当然，这些特定的范例并非用以限定。举例来说，若是本公开书叙述了一第一特征部件形成于一第二特征部件之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征部件与上述第二特征部件是直接接触的实施例，亦可能包含了有附加特征部件形成于上述第一特征部件与上述第二特征部件之间，而使上述第一特征部件与第二特征部件可能未直接接触的实施例。另外，以下公开书不同范例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。这些重复为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。
此外，其与空间相关用词。例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，为了便于描述图示中一个元件或特征部件与另一个(些)元件或特征部件之间的关系。除了在附图中示出的方位外，这些空间相关用词意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。除此之外，设备可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，则在此使用的空间相关词也可依此相同解释。
如上所述，对准技术通常涉及使用对准记号，其有时被称为叠对记号。举例来说，在基板上将被图案化的各种层可包括用于与其他所形成的层对准的叠对记号。匹配的叠对记号被形成在后续所形成的多个层的多个图案内。这些匹配的叠对记号被设置在后续层的多个图案内，使得当与下层的对应的多个叠对记号对准时，两个层是对准的。然而，这种对准技术并不完美，并且希望有提供改善对准的对准技术。
根据此处所描述的原理，来自两个不同层的叠对记号被设计来传输或反射声波。此叠对记号可被设置在半导体区域中，其中半导体区域设置有转换器(transducer)。转换器在声波的形式中将电能转换为机械能。声波接着通过与第一层相关的第一叠对记号和与不同层相关的第二叠对记号。声波(从叠对记号反射或通过叠对记号)可接着通过声波接收装置来检测。所检测的声波的性质将基于第一重叠标记与第二重叠标记之间的对准而改变。因此，通过分析所检测的声波，对准误差可以被确定。
图1显示了叠对记号结构100的示意图。叠对记号结构100位于半导体芯片内的特定区域102内。叠对记号结构100可位于半导体晶圆的一或多个层内。举例来说，叠对记号结构100可位于半导体基板上或任何后续所形成的层上(例如金属层或介电层)。根据本公开实施例，叠对记号结构100包括声波发射装置104、声波接收装置106以及周期性结构区112，而周期性结构区112具有第一周期性结构(periodic structure)108和第二周期性结构110。
其中设置有叠对记号的半导体晶圆可以是用于制造集成电路的圆形晶圆。在一些实施例中，叠对记号结构100可以位于半导体晶圆的切割线(scribe line)内。切割线是在半导体工艺的后切割半导体晶圆的线。然而，在一些实施例中，叠对记号结构100可以位于切割线之间，并且因此是最终半导体芯片产品的一部分。
声波发射装置104可以为声波发射器。换句话说，声波发射装置104被设计以沿着基板的表面发射声波。在一个实施例中，声波发射装置104是交指状转换器(interdigitaltransducer)。声波发射装置104可被设计以将电信号转换为机械信号。在一些实施例中，叠对记号结构100可位于压电层(piezoelectric layer)上方。压电材料在施加电流时可能经受机械应变或应力。因此，施加至声波发射装置104的AC电信号可以使表面声波信号被发射而跨越周期性结构区112。
周期性结构区112包括第一周期性结构108和第二周期性结构110。在一个实施例中，第一周期性结构108沿着形成在半导体晶圆上的第一图案化层形成。举例来说，第一图案化层可以是多晶硅栅极层。因此，第一周期性结构108可包括多个多晶硅特征部件。这些多晶硅特征部件可以通过光刻工艺来形成。举例来说，可沉积一多晶硅层。接着，可在多晶硅层上设置光刻胶材料。光刻胶材料可接着通过掩模被暴露于光源并被显影。多晶硅层的暴露区可接着通过蚀刻工艺被移除，以产生图案化多晶硅层。如下面进一步的详细说明，第一周期性结构108可包括多个特征部件的二维阵列。这些特征部件可被确定尺寸并且间隔开来，以产生发射通过第一周期性结构108或从第一周期性结构108反射的声波所需要的频率分布。
第二周期性结构110与第一周期性结构108相似。具体来说，第二周期性结构110可包括二维的实体特征部件，其特征部件的尺寸和形状与第一周期性结构的那些特征部件的尺寸和形状相似。第二周期性结构110可以与形成在半导体晶圆上的第二材料层相关。第二周期性结构110位于整个图案内，使得当第二材料层的图案与第一材料层的图案对准时，第二周期性结构110位于第一周期性结构108附近。第二周期性结构110位于第一周期性结构108附近，使得当正确地对准时，来自第一周期性结构108和第二周期性结构110两者的特征部件形成各处具有相似间距的单一二维阵列。
在本公开实施例中，声波接收装置106相对于声波发射装置104位在周期性结构区112的相反侧。因此，声波接收装置106可以被设计以在声波被发射通过第一周期性结构108和第二周期性结构110时来检测声波。声波接收装置106被设计以将机械能转换成电能。换句话说，声波接收装置106检测被发射通过第一周期性结构108和第二周期性结构110的表面声波，并且将那些表面声波转换成代表表面声波的电信号。电信号可被分析出指示第一周期性结构108与第二周期性结构110对准的波的特性。
在一些实施例中，声波接收装置106和声波发射装置104可以位于周期性结构区112的同一侧。在这种实施例中，声波接收装置106可以被配置以在表面声波被第一周期性结构108和第二周期性结构110反射时检测表面声波。
图2A、图2B以及图2C显示了用于叠对记号的周期性结构的俯视图。根据本公开实施例，图2显示了正确地对准的第一叠对记号202和第二叠对记号204。第一叠对记号202是周期性结构，例如上面所述的第一周期性结构108。第二叠对记号204也是周期性结构，例如上面所述的第二周期性结构110。
图2B显示了第一叠对记号202和第二叠对记号204未对准的实施例。具体来说，第二叠对记号204与第一覆盖标记202的间隔比它应该的间隔要更远。图2C显示了第一叠对记号202和第二叠对记号204未对准的实施例。具体来说，第二叠对记号204与第一覆盖标记202的间隔比它应该的间隔要更近。
图3A、图3B以及图3C显示了对应图2A、图2B以及图2C的周期性结构的配置的声波信号的曲线图。具体来说，图3A显示了对应图2A所示的第一叠对记号202和第二叠对记号204的位置的声波信号。图3B显示了对应图2B所示的第一叠对记号202和第二叠对记号204的位置的声波信号。图3C显示了对应图2C所示的第一叠对记号202和第二叠对记号204的位置的声波信号。
图3A显示了具有代表振幅的垂直轴302和代表频率的水平轴304的曲线图。信号308对应当叠对记号如图2A间隔开时所产生的声波信号。这种信号的中心频率306由虚线表示。图3B显示了与图2B中所示的第一叠对记号202和第二叠对记号204相关的信号310。换句话说，因为叠对记号比它们应该的间隔要更远，信号310的中心频率偏移(小于)它应该的中心频率306。相似地，图3C显示了与图2C中所示的第一叠对记号202和第二叠对记号204相关的信号312。换句话说，因为叠对记号比它们应该的间隔要更近，信号312的中心频率偏移(大于)它应该的中心频率306。
根据此处所述的原理的一个示例，图4A、图4B以及图4C显示了对应图2A、图2B以及图2C的周期性结构的配置的反射声波信号的曲线图。具体来说，图4A显示了对应图2A所示的第一叠对记号202和第二叠对记号204的位置的反射声波信号。图4B显示了对应图2B所示的第一叠对记号202和第二叠对记号204的位置的反射声波信号。图4C显示了对应图2C所示的第一叠对记号202和第二叠对记号204的位置的反射声波信号。
图4A显示了具有代表振幅的垂直轴302和代表频率的水平轴304的曲线图。当第一叠对记号202和第二叠对记号204如图2A间隔开时，信号402对应从第一叠对记号202和第二叠对记号204反射的声波信号。这种信号的中心频率306由虚线表示。图4B显示了从图2B所示的第一叠对记号202和第二叠对记号204反射的信号404。换句话说，因为第一叠对记号202和第二叠对记号204比它们应该的间隔要更远，信号404偏移(小于)对准的信号402的中心频率306。相似地，图4C显示了从图2C所示的第一叠对记号202和第二叠对记号204所反射的信号406。换句话说，因为第一叠对记号202和第二叠对记号204比它们应该的间隔要更近，信号406偏移(大于)对准的信号402。
图5A、图5B以及图5C显示了对应图2A、图2B以及图2C的周期性结构的配置的发射声波信号的曲线图。具体来说，图5A显示了对应图2A所示的第一叠对记号202和第二叠对记号204的位置的发射声波信号。图5B显示了对应图2B所示的第一叠对记号202和第二叠对记号204的位置的发射声波信号。图5C显示了对应图2C所示的第一叠对记号202和第二叠对记号204的位置的发射声波信号。
图5A显示了具有代表振幅的垂直轴302和代表频率的水平轴304的曲线图。当第一叠对记号202和第二叠对记号204如图2A间隔开时，信号502对应被发射通过第一叠对记号202和第二叠对记号204后的声波信号。这种信号的中心频率306由虚线表示。图5B显示了被发射通过图2B所示的第一叠对记号202和第二叠对记号204的信号504。换句话说，因为第一叠对记号202和第二叠对记号204比它们应该的间隔要更远，信号504偏移(小于)对准的信号502的中心频率306。相似地，图5C显示了被发射通过图2C所示的第一叠对记号202和第二叠对记号204的信号506。换句话说，因为第一叠对记号202和第二叠对记号204比它们应该的间隔要更近，信号506偏移(大于)对准的信号502。
图6A和图6B显示了用于叠对记号的特征部件的形状的示意图。根据本公开实施例，图6A显示了与具有周期性结构的第二叠对记号604相邻的具有周期性结构的第一叠对记号602。第一叠对记号602和第二叠对记号604两者的特征部件为大抵矩形的形状。更具体来说，如图所示，第一叠对记号602和第二叠对记号604具有正方形形状。图6B显示了与具有周期性结构的第二叠对记号614相邻的具有周期性结构的第一叠对记号612。第一叠对记号612和第二叠对记号614两者的特征部件为大抵椭圆形的形状。其他形状亦可考虑。举例来说，此处所述的叠对记号的特征部件可具有圆形形状。
图7A至图7G显示了叠对记号的各种配置的示意图。根据本公开实施例，图7A显示了具有一组特征部件702的第一叠对记号，特征部件702外接或围绕第二叠对记号的特征部件704。虽然只有一圈特征部件702被显示围绕特征部件704，但应理解一些示例可包括围绕特征部件704的特征部件702的许多排。当特征部件702与特征部件704未对准时，被发射通过特征部件702和704的声波或从特征部件702和704反射的声波的特性将指示未对准的性质。
图7B显示了第一叠对记号与第二叠对记号交错排列(intermingled)的示意图。举例来说，来自第一叠对记号的特征部件702按排设置。相似地，来自第二叠对记号的特征部件704按排设置。不同类型的特征部件702和704的排在交替。当特征部件702与特征部件704未对准时，被发射通过特征部件702和704的声波或从特征部件702和704反射的声波的特性将指示未对准的性质。
图7C显示了第一叠对记号与第二叠对记号交错排列(intermingled)的示意图。举例来说，来自第一叠对记号的特征部件702聚集在左上方和右下方。来自第二叠对记号的特征部件704聚集在右上方和左下方。这种配置亦可允许在多于一个方向中用来确定对准。举例来说，对准可以在第一方向和与第一方向正交的第二方向上被确定。当特征部件702与特征部件704未对准时，被发射通过特征部件702和704的声波或从特征部件702和704反射的声波的特性将指示未对准的性质。
图7D显示了第一叠对记号在对角的方式中与第二叠对记号相邻的示意图。举例来说，来自第一叠对记号的特征部件702位于左下方。来自第二叠对记号的特征部件704位于右上方。这种配置亦可允许在多于一个方向中用来确定对准。举例来说，对准可以在第一方向和与第一方向正交的第二方向上被确定。当特征部件702与特征部件704未对准时，被发射通过特征部件702和704的声波或从特征部件702和704反射的声波的特性将指示未对准的性质。
图7E显示了第一叠对记号与第二叠对记号交错排列的示意图。举例来说，来自第一叠对记号的特征部件702按排设置。相似地，来自第二叠对记号的特征部件704按排设置。不同类型的特征部件702和704的行在交替。然而，比起特征部件702具有的排，特征部件704具有更多的排。当特征部件702与特征部件704未对准时，被发射通过特征部件702和704的声波或从特征部件702和704反射的声波的特性将指示未对准的性质。
图7F显示了第一叠对记号与第二叠对记号交错排列的示意图。举例来说，来自第一叠对记号的特征部件702按排定位。相似地，来自第二叠对记号的特征部件704按排定位。不同类型的特征部件702和704的排在交替。然而，比起特征部件702具有的排，特征部件704具有更多的排。图7F与图7E相似，除了排在不同的方向上延伸。当特征部件702与特征部件704未对准时，被发射通过特征部件702和704的声波或从特征部件702和704反射的声波的特性将指示未对准的性质。
图7G显示了第一叠对记号与第二叠对记号交错排列的示意图。举例来说，来自第一叠对记号的特征部件702和来自第二叠对记号的特征部件704被设置在棋盘图案中。这种配置亦可允许在多于一个方向中用来确定对准。举例来说，对准可以在第一方向和与第一方向正交的第二方向上被确定。当特征部件702与特征部件704未对准时，被发射通过特征部件702和704的声波或从特征部件702和704反射的声波的特性将指示未对准的性质。
图8显示了各种周期性结构、声波发射装置以及声波接收装置的示意图。根据本公开实施例，四个不同的叠对记号802、804、806、808被设置在周期性结构区110内的正方型图案中。在一些实施例中，每一个叠对记号可以与不同的材料层相关。在一些实施例中，两个叠对记号可以与相同的材料相关，另外两个叠对记号可以与不同的材料相关。叠对记号802、804、806、808可在周期图案中各自包括具有多个特征部件的周期性结构，例如上面图6A至图7G所示的图案。
在一个实施例中，装置812是被配置来发射声波跨越叠对记号802和804的声波发射装置。此声波可以被装置814接收。相似地，装置816可以是被配置来发射声波跨越叠对记号806和808的声波发射装置。此声波可以被装置818接收。此外，装置820可以是被配置来发射声波跨越叠对记号802和806的声波发射装置。此声波可以被装置824接收。相似地，装置822可以是被配置来发射声波跨越叠对记号804和808的声波发射装置。此声波可以被装置826接收。因此，在图8中所示的配置可被用来进行检测。
图9显示了串联多个叠对记号区的示意图。根据本公开实施例，多个叠对记号区900a、900b、900c以串联排列。换句话说，它们沿着在被发射通过叠对记号区900a、900b、900c的声波的方向上的线排列。每一个叠对记号区900a、900b、900c包括声波发射装置、声波接收装置以及包括周期性结构的至少两个叠对记号。
图10显示了并联多个叠对记号区的示意图。根据本公开实施例，多个叠对记号区1000a、1000b、1000c以并联排列。换句话说，它们沿着在被发射通过叠对记号区1000a、1000b、1000c的声波的方向上正交的线排列。每一个叠对记号区1000a、1000b、1000c包括声波发射装置、声波接收装置以及包括周期性结构的至少两个叠对记号。
图11A至图11D显示了叠对记号的形成的示意图。根据本公开实施例，图11A显示了工艺晶圆1102的两个不同部分。第一部分是生产(production)部分1101，并且第二部分是测试部分1103。生产部分1101是晶圆的一部分，其上制造有集成电路。测试部分1103是晶圆的一部分，叠对记号可被形成在测试部分1103中，以测试在生产部分1101中形成的不同层的图案的对准。为了讨论的目的，测试部分1103可以对应随同图1的所述内容中的周期性结构区112。
根据本公开实施例，测试部分1103包括电性元件(piece electrically)1104、第一硬掩模层1108以及第二硬掩模层1106。如上面所述，叠对记号可位于压电层上方。压电材料在施加电流时可能经受机械应变或应力。因此，施加至声波发射装置的AC电信号可以使表面声波信号被发射而跨越测试部分1103。
同时，生产部分1101可具有将被图案化的第一材料层1114。第一材料层1114可以是各种材料中的一种。举例来说，第一材料层1114可以是用以形成栅极结构的多晶硅层，或者是用以形成内部互连的金属层。在沉积第一材料层1114之后，沉积第一图案化光刻胶层、通过掩模于光源下暴光并加以显影。在显影之后，光刻胶特征部件1110保留在生产部分1101中，并且光刻胶特征部件1112保留在测试部分1103中。光刻胶特征部件1112可对应于包括多个周期性结构的第一叠对记号。
图11B显示了蚀刻工艺1120，以图案化在测试部分1103中的第二硬掩模层1106和在生产部分1101中的第一材料层1114。第二硬掩模层1106可被选择以具有用于图案化在生产部分1101中的第一材料层1114的在相同蚀刻工艺中可移除的材料。在蚀刻工艺之后，光刻胶特征部件1110和1112可被移除。
图11C显示了额外的层。具体来说，图11C显示了沉积在生产部分1101中的第一材料层特征部件上的层间介电层1132。生产部分1101还包括沉积在层间介电层1132上的第二材料层1134。第二材料层1134可以是各种材料中的一种。举例来说，第二材料层1134可以是用以形成金属线或介层窗(via)的金属材料，。
接着，沉积第二光刻胶层。第二光刻胶层(在被曝光和显影的后)包括在生产部分1101中的第一光刻胶特征部件1130和在测试部分1103中的第二光刻胶特征部件1136。光刻胶特征部件1136对应于包括多个周期特征部件的第二叠对记号。第一光刻胶特征部件1130和第二光刻胶特征部件1136使用了相同的掩模来形成。此掩模被设计使得当第一光刻胶特征部件1130与第一材料层1114的特征部件对准时，第二光刻胶特征部件1136被设置使得它们与第二硬掩模层1106的特征部件形成单一的叠对记号(例如：如图2A所示)。换句话说，第二硬掩模层1106的特征部件和第二光刻胶特征部件1136的所有特征部件将具有相似的间隔。这在通过特征部件的所检测的声波中产生所需的(desired)频率信号。如果第一光刻胶特征部件1130与第一材料层1114(例如：如图2B和图2C所示)未正确地对准，则第二光刻胶特征部件1136相对于第二硬掩模层1106的特征部件不会正确地间隔开来。
图11D显示了蚀刻工艺1140。在形成第一光刻胶特征部件1130和第二光刻胶特征部件1136后，可执行蚀刻工艺以图案化第二材料层1134和第一硬掩模层1108。第二硬掩模层1106的特征部件和第二光刻胶特征部件1136定义了将被转移到第一硬掩模层1108的图案。在一些实施例中，蚀刻工艺1140可以与第一硬掩模层1108和第二材料层1134的材料一起被选择，使得第一硬掩模层1108和第二材料层1134通过相同的蚀刻工艺被移除。
图11D显示了在蚀刻工艺1140之后，以及第二光刻胶特征部件1136和第二硬掩模层1106被移除之后的状态。在这些特征部件被移除后，保留了第一硬掩模层1108的剩余的特征部件1142和1144。特征部件1142可对应于第一叠对记号(例如：图1的第一周期性结构108)，并且特征部件1144可对应第二叠对记号(例如：图1的第二周期性结构110)。在特征部件1142和1144形成之后，声波可被发射而跨越特征部件1142和1144，以确定特征部件1134与第一材料层1114的特征部件是否正确地对准。
图12显示了使用声波来检测叠对误差的方法的流程图。根据本公开实施例，方法1200包括操作1202，在半导体晶圆上形成第一材料层，第一材料层包括在半导体晶圆的叠对记号区内的第一周期性结构。根据本公开实施例，方法1200包括操作1204，在半导体晶圆上形成第二材料层，第二材料层包括在叠对记号区中的第二周期性结构。根据本公开实施例，方法1200包括操作1206，使用设置在叠对记号区内的声波发射装置，发射声波跨越第一周期性结构和第二周期性结构两者。根据本公开实施例，方法1200包括操作1208，使用声波接收装置检测声波。根据本公开实施例，方法1200包括操作1210，基于声波接收装置所检测到的声波，确定第一材料层与第二材料层之间的叠对误差。
根据本公开实施例，叠对记号结构包括位于芯片上的第一周期性结构，第一周期性结构包括位于芯片上的第一层材料。叠对记号结构还包括位于邻近于第一周期性结构的芯片的区域内的第二周期性结构，第二周期性结构包括设置在芯片上的第二层材料。叠对记号结构还包括位于芯片上的声波发射装置和位于芯片上的声波接收装置。
在一些实施例中，声波接收装置邻近于声波发射装置。
在一些实施例中，第一周期性结构的特征部件和第二周期性结构的特征部件位于交替的多个列中。
在一些实施例中，第一周期性结构的特征部件和第二周期性结构的特征部件以棋盘图案的方式进行设置。
在一些实施例中，叠对记号结构还包括在第一周期性结构和第二周期性结构的下方的压电层。
根据本公开实施例，半导体装置包括位于芯片上的声波发射装置、位于芯片上的声波接收装置以及位于芯片上的第一周期性结构，第一周期性结构包括第一材料。半导体装置还包括位位于芯片上的第二周期性结构，第二周期性结构包括第二材料。
在一些实施例中，声波发射装置包括交指状转换器。
在一些实施例中，声波发射装置包括声波发射器。
根据本公开实施例，使用声波来检测叠对误差的方法包括在半导体晶圆上形成第一材料层，第一材料层包括在半导体晶圆的叠对记号区内的第一周期性结构。使用声波来检测叠对误差的方法还包括在半导体晶圆上形成第二材料层，第二材料层包括在叠对记号区中的第二周期性结构。使用声波来检测叠对误差的方法还包括使用设置在叠对记号区内的声波发射装置，发射声波跨越第一周期性结构和第二周期性结构两者。使用声波来检测叠对误差的方法还包括使用声波接收装置，检测声波。使用声波来检测叠对误差的方法还包括基于声波接收装置所检测到的声波，确定第一材料层与第二材料层之间的叠对误差。
在一些实施例中，使用声波来检测叠对误差的方法还包括通过分析所检测的声波来确定焦点曲线。
前述内文概述了许多实施例的特征，使本技术领域中技术人员可以从各个方面优选地了解本公开。本技术领域中技术人员应可理解，且可轻易地以本公开为基础来设计或修饰其他工艺及结构，并以此达到相同的目的及/或达到与在此介绍的实施例等相同的优点。本技术领域中技术人员也应了解这些相等的结构并未背离本公开的发明构思与范围。在不背离本公开的发明构思与范围的前提下，可对本公开进行各种改变、置换或修改。

Claims (19)

1.一种叠对记号结构，包括：
一压电层，位于一芯片上；
一第一周期性结构，位于一上述压电层上，上述第一周期性结构包括位于上述芯片上的一第一层材料；
一第二周期性结构，位于邻近于上述第一周期性结构的上述压电层上，上述第二周期性结构包括设置在上述压电层上的一第二层材料，其中上述第一层材料相同于上述第二层材料，以及上述第一周期性结构和上述第二周期性结构形成在同一水平；
一声波发射装置，位于上述芯片上；以及
一声波接收装置，位于上述芯片上。
2.如权利要求1所述的叠对记号结构，其中上述第一周期性结构和上述第二周期性结构位于上述声波发射装置与上述声波接收装置之间。
3.如权利要求1所述的叠对记号结构，其中上述声波接收装置邻近于上述声波发射装置。
4.如权利要求1所述的叠对记号结构，其中上述第一周期性结构包括多个特征部件的一二维阵列。
5.如权利要求4所述的叠对记号结构，其中在上述二维阵列内的上述特征部件具有以下一者：一矩形、一椭圆形或一正方形。
6.如权利要求1所述的叠对记号结构，其中上述第一周期性结构的特征部件与上述第二周期性结构的特征部件交错排列。
7.如权利要求6所述的叠对记号结构，其中上述第一周期性结构的特征部件和上述第二周期性结构的特征部件位于交替的多个列中。
8.如权利要求6所述的叠对记号结构，其中上述第一周期性结构的特征部件和上述第二周期性结构的特征部件以一棋盘图案的方式进行设置。
9.如权利要求1所述的叠对记号结构，其中上述第一周期性结构的特征部件围绕上述第二周期性结构的特征部件。
10.如权利要求1所述的叠对记号结构，还包括，上述芯片的多个区域，上述区域的每一者包括多个额外的周期性结构、一额外声波接收装置以及一额外声波发射装置，上述区域以串联排列。
11.如权利要求1所述的叠对记号结构，还包括，上述芯片的多个区域，上述区域的每一者包括多个额外周期性结构、一额外声波接收装置以及一额外声波发射装置，上述区域以并联排列。
12.一种半导体装置，包括：
一声波发射装置，位于一芯片上；
一声波接收装置，位于上述芯片上；
一压电层，位于上述芯片上；
一第一周期性结构，位于上述压电层上，上述第一周期性结构包括一第一材料；以及
一第二周期性结构，位于上述压电层上，上述第二周期性结构包括一第二材料，其中上述第一材料相同于上述第二材料，
其中上述第一周期性结构和上述第二周期性结构形成在同一水平并位于上述声波发射装置与上述声波接收装置之间。
13.如权利要求12所述的半导体装置，其中上述声波发射装置包括一交指状转换器。
14.如权利要求12所述的半导体装置，其中上述声波发射装置包括一声波发射器。
15.一种使用声波来检测叠对误差的方法，包括：
在一半导体晶圆上形成一压电层；
在上述压电层上形成一第一材料层，上述第一材料层包括在上述半导体晶圆的一叠对记号区内的一第一周期性结构；
在上述压电层上形成一第二材料层，上述第二材料层包括在上述叠对记号区中的一第二周期性结构，其中上述第一周期性结构和上述第二周期性结构形成在同一水平，以及上述第一材料层和上述第二材料层包括相同材料；
使用设置在上述叠对记号区内的一声波发射装置，发射一声波跨越上述第一周期性结构和上述第二周期性结构两者；
使用一声波接收装置，检测上述声波；以及
基于上述声波接收装置所检测到的上述声波，确定上述第一材料层与上述第二材料层之间的一叠对误差。
16.如权利要求15所述的使用声波来检测叠对误差的方法，其中上述声波接收装置所检测到的上述声波为传输通过上述第一周期性结构和上述第二周期性结构的声波，或由上述第一周期性结构和上述第二周期性结构反射的声波。
17.如权利要求15所述的使用声波来检测叠对误差的方法，其中确定上述叠对误差的步骤包括使用一散射频率数、一散射角度、一半高宽与一中心频率中的一者分析所检测的上述声波。
18.如权利要求15所述的使用声波来检测叠对误差的方法，其中确定上述叠对误差的步骤包括确定在一第一方向和与上述第一方向正交的一第二方向中的误差。
19.如权利要求15所述的使用声波来检测叠对误差的方法，还包括通过分析所检测的上述声波来确定一焦点曲线。
CN201811278142.9A 2017-11-29 2018-10-30 叠对记号结构、半导体装置及使用声波检测叠对误差的方法 Active CN109841596B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762592241P 2017-11-29 2017-11-29
US62/592,241 2017-11-29
US15/962,518 2018-04-25
US15/962,518 US10962888B2 (en) 2017-11-29 2018-04-25 Structures for acoustic wave overlay error determination using periodic structures

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109841596A CN109841596A (zh) 2019-06-04
CN109841596B true CN109841596B (zh) 2021-06-15

Family

ID=66632261

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811278142.9A Active CN109841596B (zh) 2017-11-29 2018-10-30 叠对记号结构、半导体装置及使用声波检测叠对误差的方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US10962888B2 (zh)
CN (1) CN109841596B (zh)
TW (1) TWI724346B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11182892B2 (en) * 2019-09-16 2021-11-23 Kla Corporation Periodic semiconductor device misregistration metrology system and method
CN114167687B (zh) * 2020-09-10 2024-04-16 中国科学院微电子研究所 套刻误差动态抽样测量方法及装置
US11703767B2 (en) 2021-06-28 2023-07-18 Kla Corporation Overlay mark design for electron beam overlay

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW444313B (en) * 1999-08-04 2001-07-01 Taiwan Semiconductor Mfg Electrical overlay structure for monitoring multilayer alignment in a semiconductor wafer
US6323097B1 (en) * 2000-06-09 2001-11-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Electrical overlay/spacing monitor method using a ladder resistor
CN1421898A (zh) * 2001-11-30 2003-06-04 联华电子股份有限公司 叠合标记及其应用方法
CN101278237A (zh) * 2005-09-30 2008-10-01 先进微装置公司 用于同时决定叠对准确度及图案放置误差的结构与方法
CN102741650A (zh) * 2010-01-25 2012-10-17 Soitec公司 用于估算多层晶片的非均匀变形的系统和方法
CN104795383A (zh) * 2014-01-20 2015-07-22 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 对准标记、对准标记的检测方法和对准标记检测装置
CN106463429A (zh) * 2014-05-09 2017-02-22 科磊股份有限公司 用于基于散射术的重叠测量的信号响应度量
CN106463430A (zh) * 2014-05-12 2017-02-22 科磊股份有限公司 用于测量半导体参数的设备、技术和目标设计

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8801277B2 (en) * 2010-01-15 2014-08-12 University Of Utah Research Foundation Ultrasonic temperature measurement device
US9252202B2 (en) 2011-08-23 2016-02-02 Wafertech, Llc Test structure and method for determining overlay accuracy in semiconductor devices using resistance measurement
US8736084B2 (en) 2011-12-08 2014-05-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Structure and method for E-beam in-chip overlay mark
GB2498213B (en) * 2012-01-09 2018-11-21 Bae Systems Plc Transducer arrangement
US8837810B2 (en) 2012-03-27 2014-09-16 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. System and method for alignment in semiconductor device fabrication
US9404743B2 (en) 2012-11-01 2016-08-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method for validating measurement data
US9093530B2 (en) 2012-12-28 2015-07-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Fin structure of FinFET
US9304403B2 (en) 2013-01-02 2016-04-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. System and method for lithography alignment
US8796666B1 (en) 2013-04-26 2014-08-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. MOS devices with strain buffer layer and methods of forming the same
US20160258908A1 (en) 2013-11-08 2016-09-08 Niigata University Method for evaluating atomic vacancy in surface layer of silicon wafer and apparatus for evaluating the same
US9134633B2 (en) 2013-12-23 2015-09-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. System and method for dark field inspection
US9548303B2 (en) 2014-03-13 2017-01-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. FinFET devices with unique fin shape and the fabrication thereof
KR101948912B1 (ko) 2014-07-09 2019-02-15 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. 검사 장치, 검사 방법 및 디바이스 제조 방법
WO2016078862A1 (en) 2014-11-21 2016-05-26 Asml Netherlands B.V. Metrology method and apparatus
US9823585B2 (en) 2015-03-31 2017-11-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. EUV focus monitoring systems and methods
US9841687B2 (en) 2015-07-14 2017-12-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Synchronized integrated metrology for overlay-shift reduction
US10811323B2 (en) 2016-03-01 2020-10-20 Asml Netherlands B.V. Method and apparatus to determine a patterning process parameter
US10451412B2 (en) 2016-04-22 2019-10-22 Kla-Tencor Corporation Apparatus and methods for detecting overlay errors using scatterometry
WO2018023080A2 (en) * 2016-07-29 2018-02-01 Apple Inc. Methodology and application of acoustic touch detection

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW444313B (en) * 1999-08-04 2001-07-01 Taiwan Semiconductor Mfg Electrical overlay structure for monitoring multilayer alignment in a semiconductor wafer
US6323097B1 (en) * 2000-06-09 2001-11-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Electrical overlay/spacing monitor method using a ladder resistor
CN1421898A (zh) * 2001-11-30 2003-06-04 联华电子股份有限公司 叠合标记及其应用方法
CN101278237A (zh) * 2005-09-30 2008-10-01 先进微装置公司 用于同时决定叠对准确度及图案放置误差的结构与方法
CN102741650A (zh) * 2010-01-25 2012-10-17 Soitec公司 用于估算多层晶片的非均匀变形的系统和方法
CN104795383A (zh) * 2014-01-20 2015-07-22 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 对准标记、对准标记的检测方法和对准标记检测装置
CN106463429A (zh) * 2014-05-09 2017-02-22 科磊股份有限公司 用于基于散射术的重叠测量的信号响应度量
CN106463430A (zh) * 2014-05-12 2017-02-22 科磊股份有限公司 用于测量半导体参数的设备、技术和目标设计

Also Published As

Publication number Publication date
CN109841596A (zh) 2019-06-04
US20210216022A1 (en) 2021-07-15
US20190163076A1 (en) 2019-05-30
TWI724346B (zh) 2021-04-11
TW201932989A (zh) 2019-08-16
US10962888B2 (en) 2021-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109841596B (zh) 叠对记号结构、半导体装置及使用声波检测叠对误差的方法
US9620431B2 (en) Chip package including recess in side edge
KR20010112104A (ko) 반도체장치 및 그 제조방법
TWI600099B (zh) 平面延伸電導體超越基材邊緣的方法和設備
US8547127B2 (en) Probe block
KR20020072044A (ko) 오버레이 키 및 그의 제조방법과 이를 이용한 오버레이측정방법
US20220317578A1 (en) Method for manufacturing semiconductor structure
US20070210306A1 (en) Test pattern for measuring contact short at first metal level
US10566290B2 (en) Alignment mark and measurement method thereof
US20080014511A1 (en) Photomask with overlay mark and method of fabricating semiconductor device
JP2013222881A (ja) 半導体装置とその製造方法
CN105789172A (zh) 晶片封装体及其制造方法
CN114624557A (zh) 半导体组件的测试方法
KR20140081291A (ko) 예비 공간 변환기 및 이를 이용하여 제조된 공간 변환기, 그리고 상기 공간 변환기를 구비하는 반도체 소자 검사 장치
US20200105557A1 (en) Wafer processing tool capable of detecting wafer warpage and method for detecting wafer warpage
KR100267483B1 (ko) 바이어 홀 개구 검사용 첵크 패턴
US8400634B2 (en) Semiconductor wafer alignment markers, and associated systems and methods
JP2012174789A (ja) 半導体装置
WO2015103395A1 (en) Optical antennas for advanced integrated circuit testing
JP2004022631A (ja) 半導体装置およびパターン配置方法
US8029949B2 (en) Photomask for forming contact hole in semiconductor device
US20150253374A1 (en) Chip to package interaction test vehicle and method for testing chip to package interaction using the same
US20200355737A1 (en) Test circuit and method
US10825788B2 (en) Method for manufacturing compliant bump
KR100724189B1 (ko) 반도체 소자의 오버레이 마크

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant