CN110880467A - 晶片对准标记、系统及相关方法 - Google Patents

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R·登比
R·T·豪斯利
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Abstract

本申请案涉及晶片对准标记、系统及相关方法。一种用于半导体制造过程的对准晶片的方法可包含：将磁场施加到晶片；检测来自所述晶片内的一或多个对准标记的一或多个残余磁场；响应于所检测到的一或多个残余磁场，确定所述一或多个对准标记的位置。可确定相对于理想栅格的标记位置，随后确定用于对准所述晶片的几何变换模型，并且响应于所述几何变换模型而对准所述晶片。还公开相关方法及系统。

Description

晶片对准标记、系统及相关方法
技术领域
本公开大体上涉及对准标记以及用于使用对准标记对准晶片的方法及系统，且更具体地说，涉及使用展现铁磁性或反铁磁性特性的对准标记以及展现对外部磁性刺激的主动响应的对准标记。
背景技术
光刻为半导体制造中通常使用的过程，用于从半导体晶片的表面的离散区域选择性地移除材料的部分。典型光刻过程包含将一层辐射敏感材料(通常被称为“光致抗蚀剂”)旋涂到半导体晶片的表面上。接着使半导体晶片暴露于辐射图案，所述辐射图案使光致抗蚀剂的由辐射入射的一部分化学上改性。所述过程进一步包含用化学溶液(例如，“显影剂”)从半导体晶片的表面移除暴露部分(在正光致抗蚀剂的情况下)或未暴露部分(在负光致抗蚀剂情况下)，以形成对应于辐射图案的开口图案。随后，可选择性地移除半导体晶片的表面上的经由所述开口暴露的材料部分。或者，材料的部分可经由光致抗蚀剂掩模的开口沉积到晶片的表面上。可重复光刻过程以在晶片上或晶片中形成若干层级的微电子特征。
半导体处理中的显著问题是半导体晶片相对于处理工具(且确切地说，光刻工具)的精确对准。现代集成电路具有多个层级，其包括在多个层级形成于晶片上时需要精确地对准的多种材料(例如，30种或更多)。常规上，在当前光刻步骤步骤之前形成对准标记，且可在任何先前步骤而不必在制造过程的开始处发生。对准标记提供在晶片的主动表面上的参考点或参考结构的光学可读指示器，且用以确定晶片相对于处理工具的相对定向以实现所制造的集成电路的材料层级的精确对准。然而，例如氧化物生长、平坦化或金属沉积等典型制造及封装过程常常改变标记的关键特征。举例来说，沉积过程、氧化物生长及移除过程可能将开始时为沟槽的标记改变为凸台，或所述过程可能更改标记的用于对准目的的颜色、对比度或其它特性。对准标记的此类改变可能在标记的光学读数中造成假讯，从而导致叠加层级之间的未对准，这又可造成短路、接点未对准、通孔未对准、断开连接及其它结构缺陷，从而导致从晶片单分出的半导体裸片的故障。
一种光学对准方法为手动对准。使用显微镜的操作者检视晶片的方位，且在需要时通过使用控制致动器以使携带晶片的晶片支撑件移动的计算机进行调整。此方法缓慢、不准确，且由于甚至是最尽责的操作者之间的未对准而具有高良率损失。例如晶片探测及机械地扫描点传感器等其它方法已使手动过程自动化。然而，这些方法持续产生具有高良率损失的晶片或由于未对准而功能失常且受标记的光学可视性限制的装置。
发明内容
本公开的实施例包含一种晶片，所述晶片包括：半导体材料；以及一或多个对准标记，其包括铁磁性材料或反铁磁性材料或能够与磁场交互的任何其它材料或结构中的至少一者。
本公开的一或多个实施例包含一种对准晶片的方法。所述方法可包含：将磁场施加到晶片；检测来自所述晶片内的一或多个对准标记的残余磁场；响应于所检测到的残余磁场，确定所述一或多个对准标记的位置；确定用于对准所述晶片的几何变换模型；以及响应于所述几何变换模型而对准所述晶片。
本公开的一些实施例包含一种对准晶片的方法。所述方法可包含：激励晶片内的至少一个对准标记的磁化；测量所述至少一个对准标记的所述磁化；响应于所述至少一个对准标记的所述磁化，确定所述至少一个对准标记相对于理想栅格的位置；确定用于对准所述晶片的几何变换模型；以及响应于所述几何变换模型而对准所述晶片。
本公开的一或多个实施例包含一种对准晶片的方法。所述方法可包含：将磁场施加到具有一或多个对准标记的晶片，所述一或多个对准标记包括铁磁性或反铁磁性材料或能够与磁场交互的任何其它材料或结构；用传感器检测所述一或多个对准标记的一或多个磁性属性；以及响应于所述一或多个磁性属性，确定所述一或多个对准标记的位置。
本公开的一些实施例包含一种对准系统。所述对准系统可包含：用于支撑晶片的衬底支撑件；传感器，其可在所述晶片上移动且经配置以检测所述晶片内的对准标记的磁性属性；以及控制器。所述控制器可以可操作方式耦合到所述衬底支撑件、磁性源及所述传感器。所述控制器可包含至少一个处理器及至少一个非暂时性计算机可读存储媒体，所述至少一个非暂时性计算机可读存储媒体上面存储有指令，所述指令在由所述至少一个处理器执行时致使所述控制器从所述传感器接收与所述对准标记的所检测磁性属性相关的数据，且响应于所接收数据而确定所述晶片内的所述对准标记的位置。
本公开的额外实施例包含一种方法。所述方法可包含：将磁场施加到晶片；检测来自所述晶片内的一或多个对准标记的响应；响应于从所述一或多个对准标记检测到的所述响应，确定所述一或多个对准标记的位置；确定用于对准所述晶片的几何变换模型；以及基于所述几何变换模型对准所述晶片。
附图说明
为详细理解本公开，应参考结合附图进行的以下详细描述，在附图中，相同元件通常以相同数字标示，且其中：
图1是根据本公开的一或多个实施例的对准系统的示意性表示；
图2A是根据本公开的一或多个实施例的叠加在晶片上的对准系统的简化俯视图，所述晶片具有形成于其中的对准标记；
图2B是根据本公开的一或多个实施例的晶片的部分侧视横截面图，所述晶片具有形成于其中的对准标记；
图3是根据本公开的一或多个实施例的对准晶片的方法的流程图；
图4是根据本公开的一或多个实施例的定向在晶片内的对准标记上的传感器以及由对准标记发射的所测量磁场的纯量量值的示意性表示；
图5是根据本公开的一或多个实施例的在晶片内的对准标记上的传感器的示意性表示；
图6展示经由本发明人执行的测试获取的实例测量值；
图7展示经由本发明人执行的测试获取的实例测量值；
图8展示经由本发明人执行的测试获取的实例测量值；
图9展示经由本发明人执行的测试获取的实例测量值；
图10是根据本公开的一或多个实施例的对准晶片的方法的流程图；
图11是根据本公开的一或多个实施例的定向在晶片内的对准标记上的传感器以及由对准标记发射的所测量磁场的纯量量值的示意性表示；
图12是根据本公开的一或多个实施例的在晶片内的对准标记上的传感器以及由对准标记发射的所测量磁场的纯量量值的示意性表示；
图13是根据本公开的一或多个实施例的对准晶片的方法的流程图；以及
图14是根据本公开的一或多个实施例的配准系统的传感器头的示意图。
具体实施方式
本文中呈现的说明不是任何对准系统或其任何组件的实际视图，而仅仅是用于描述本发明的实施例的理想化表示。
如本文中所使用，除非上下文另外清楚地指示，否则在“一”和“所述”后的单数形式意图也包含复数形式。
如本文中所使用，关于材料、结构、特征或方法动作的术语“可”指示此类预期供在实施本公开的实施例时使用，且此类术语优先于在更具限定性术语“是”意义上使用以便避免对于应或必须排除可与其组合使用的其它兼容材料、结构、特征和方法的任何暗示。
如本文中所使用，任何关系术语，例如“第一”、“第二”、“以上”、“上部”等等，用于清楚和方便理解本公开和附图，而不暗示或取决于任何特定的偏好或次序，上下文另有清楚指示的情况除外。举例来说，这些术语可参考对准系统及/或晶片的元件在常规定向中的定向。此外，这些术语可参考如图式中所说明的对准系统及/或晶片的元件的定向。
如本文中所使用，关于给定参数、特性或条件的术语“基本上”意指且包含在所属领域的一般技术人员将理解的给定参数、特性或条件满足方差度(如在可接受制造公差内)的程度。借助于实例，视大体上满足的特定参数、性质或条件而定，所述参数、性质或条件可至少90.0％满足、至少95.0％满足、至少99.0％满足或甚至至少99.9％满足。
如本文中所使用，参考给定参数使用的术语“约”包含所陈述值，且具有由上下文指定的含义(例如，其包含与给定参数的测量相关联的错误程度，以及由制造容差造成的变化，等)。
如本文中所使用，术语“晶片”意指且包含在其上或其中部分或完全地制造包含微米及纳米尺度的特征尺寸的结构的材料。此类材料包含常规半导体(例如，硅)晶片以及其它半导体材料以及其它材料的块状衬底。为方便起见，此类材料将在下文称为“晶片”。在此类材料上形成的实例结构可包含例如集成电路(主动及被动)、MEMS装置及其组合。
下文参考半导体装置描述某些实施例的许多细节。术语“半导体装置”通篇用来包含多种制品，包含例如个别集成电路裸片、成像器裸片、传感器裸片及/或具有其它半导体特征的裸片。半导体装置或半导体装置部分(例如，半导体装置形式)可为包括裸片位置的未单分的硅或用先前单分的晶粒再填充的载体半导体装置。再填充的载体半导体装置可包含：粘着性模制材料(例如，软质粘着剂)，其由外围形状与装置晶片的外围形状相当的通常刚性的框架包围；以及横向分离的单分元件(例如，裸片)，其由模制材料包围。
本公开的一些实施例包含用于至少部分地基于检测及/或测量晶片内的对准标记的磁性属性来对准晶片的对准系统及方法。举例来说，一些实施例包含对准系统及方法，其用于在具有铁磁性或反铁磁性材料或能够与磁场交互的任何其它材料或结构的晶片内形成对准标记，并且将磁场施加到所述晶片以磁化所述对准标记。此外，所述对准系统可检测来自所述晶片内的一或多个对准标记的一或多个残余磁场、磁化或信号，且响应于所检测到的一或多个残余磁场、磁化及/或信号，所述对准系统可确定所述对准标记相对于此类标记的理想栅格的实际位置。此外，响应于所确定的位置，所述对准系统可确定几何变换模型以补偿对准标记放置从用于对准所述晶片的理想情况的偏离，且可响应于所述几何变换模型而对准所述晶片。
图1是根据本公开的一或多个实施例的对准系统100的示意图。对准系统100可用来对准晶片且用于执行半导体制造过程，例如涉及晶片上的材料经由图案化光罩到光的选择性暴露的光刻过程。应了解，本发明技术不限于结合光刻工具使用，而还适用于需要晶片相对于处理工具或其它元件(例如，配准系统及叠层测量)的准确对准的其它半导体处理工具。作为非限制性实例，本发明技术可与激光切割及钻孔工具、锯、3D印刷工具及需要晶片的精确对准的其它过程结合使用。出于说明的目的，对准系统100包含传感器102、磁性源104及衬底支撑件106。
如图1所示，控制器118可以操作方式耦合到传感器102、磁性源104及对准系统100的衬底支撑件106以用于监视或控制这些组件的操作。尽管图1中未展示，但对准系统100还可以具有与其相关联的衬底输送站、结构支撑件(例如，光罩支撑件、透镜支撑件，等)、方位传感器(例如，散射计)、浸没防护罩、支撑致动器(例如，电动马达)，及/或其它合适的机械及/或电气组件。一般来说，控制器118可在半导体制造过程之前、期间及/或之后使晶片及/或对准系统100的组件移动。举例来说，晶片114可经受光致抗蚀剂施加、图案化、显影、烘烤、清洁、额外材料层级的沉积或形成及/或其它合适的处理，且对准系统100可用以在这些过程之前、期间及/或之后对准晶片114及/或与对准系统100相关联的工具组件。
控制器118可包含耦合到存储器122的处理器120及输入/输出组件124。处理器120可包含微处理器、现场可编程门阵列及/或其它合适的逻辑装置。存储器122可包含易失性及/或非易失性媒体(例如，ROM、RAM、磁盘存储媒体、光学存储媒体、闪存存储器装置及/或其它合适的存储媒体)及/或经配置以存储数据的其它类型的计算机可读存储媒体。存储器122可存储待由处理器120执行的用于对准、边缘检测、处理与检测到的磁场及检测到的磁化相关的数据、发射磁场、滤波及形状辨识的算法。在一些实施例中，处理器120以可操作方式耦合以将数据发送到以操作方式耦合(例如，经由因特网)到控制器118的计算装置，例如服务器或个人计算机。输入/输出组件124可包含显示器、触摸屏、键盘、鼠标及/或经配置以从操作者接受输入且将输出提供到操作者的其它合适类型的输入/输出装置。
在图1中所说明的实施例中，对准系统100可利用传感器102来确定(例如，读取)安置于晶片内的对准标记的位置且将所俘获位置数据发送到控制器118，在所述控制器处，所俘获位置数据存储于存储器122中、由处理器120处理及/或发送到输入/输出组件124。如下文更详细地论述，对准系统100可利用传感器102来检测晶片114内的对准标记的一或多个磁性属性。在一些实施例中，对准系统100可利用传感器102来检测由安置于晶片内的对准标记发射的磁场的位置，且响应于所检测到的磁场位置，对准系统100可确定安置于晶片中的对准标记的位置，如下文关于图3到9更详细地描述。在额外实施例中，光刻系统100可利用传感器102来测量安置于晶片内的相应对准标记的磁化场强，且响应于相应对准标记的所测量场强，对准系统100可确定安置于晶片中的对准标记的位置，如下文关于图10到12更详细地描述。在其它实施例中，对准系统100可利用传感器102来检测来自由磁性源104以感应方式供电的对准标记(在此情况下，电路)的响应，且至少部分地基于所述响应，对准系统100可确定安置于晶片中的对准标记的位置，如下文关于图13更详细地描述。此外，对准系统100可利用对准标记的所确定的位置来对准晶片114以用于进一步半导体制造处理(例如，暴露程序)。举例来说，对准系统100可利用对准标记的所确定的位置来结合用于对准晶片与对准标记的常规方法来对准晶片。
在一些实施例中，传感器102可包含磁性传感器。在一或多个实施例中，传感器102可包含霍耳效应传感器(Hall Effect sensor)。举例来说，传感器102可包含响应于检测到的磁场而改变换能器的输出电压的换能器。在额外实施例中，传感器102可包含巨磁阻(GMR)传感器、隧穿磁阻(TMR)传感器、电磁辐射(EMR)传感器或自旋霍尔传感器中的一或多者。在另外的实施例中，传感器102可包含磁力显微镜(MFM)探针(例如，磁力显微镜)。举例来说，传感器102可包含用于扫描对准标记的尖锐磁化尖端，其中检测尖端与对准标记之间的交互(例如，尖端的偏转)且利用其来重构对准标记的磁性结构。在一些实施例中，传感器102可包含超导量子干涉装置(SQUID)或振动样本磁力计(VSM)中的一或多者。传感器102的操作在下文关于图4、5、11及12更详细地描述。
对准系统100可利用磁性源104来将磁场施加到晶片114(例如，发射磁场穿过晶片114的材料)及包含于晶片114内的任何对准标记，以磁化晶片114内的对准标记及/或为晶片114内的对准标记供电。在一些实施例中，磁性源104可包含永磁体。在额外实施例中，磁性源104可包含电磁体。举例来说，磁性源104可包含此项技术中已知的任何电磁体。此外，在一些实施例中，磁性源104可经设定大小及形状以用于将磁场施加到整个晶片114(例如，晶片114内的所有对准标记)。在其它实施例中，磁性源104可经设定大小及形状以用于将磁场仅施加到晶片114的所选部分(例如，对准标记的群组、晶片114的区，等)。在一或多个实施例中，磁性源104可安置于携带传感器102的探针内。举例来说，磁性源104可包含电感器，所述电感器安置在传感器102附近以用来磁化其相应位置中的对准标记，而不在使用探针上的传感器102之前使整个晶片经受磁场。在其它实施例中，可省略磁性源104，且晶片114在形成对准标记202之后且在将晶片114放置在光刻系统100的衬底支撑件上之前经受磁性源。在另外的实施例中，磁性源104可携带在可在晶片114(与探针携带的传感器102对准)下方移动的探针上，以刺激来自在传感器102与磁性源104之间对准的每个标记的响应。
衬底支撑件106可经配置以携带及/或移动晶片114。还可表征为平台或工作台(stage)的衬底支撑件106可包含真空夹盘、机械夹盘及/或其它合适的支撑装置。尽管未在图1中展示，对准系统100可包含至少一个致动器，所述至少一个致动器经配置以使衬底支撑件106相对于传感器102及/或对准系统100的其它组件侧向地(如由X轴指示)、横向地(如由Y轴指示)及/或垂直地(如由Z轴指示)移动。如本文中所使用，如图1中所描绘的X轴、Y轴及Z轴界定笛卡尔空间。在某些实施例中，衬底支撑件106还可包含例如线性编码器等方位监视器(未展示)，其经配置以监视衬底支撑件106沿着X轴、Y轴及/或Z轴的方位。此外，可使用旋转编码器来监视晶片围绕Z轴的旋转方位。尽管在图1中仅展示一个衬底支撑件106，但在某些实施例中，对准系统100可包含结构及/或功能大体上类似于或不同于衬底支撑件106的两个、三个或任何所需数目个衬底支撑件，以使得多个晶片可以加速方式移动得与对准系统100的其余部分对准且不对准。在操作中，控制器118可用以根据下文描述的本发明技术的方面来定位衬底支撑件106以恰当地对准晶片114和与对准系统100相关联的工具或其它组件。
在一些实施例中，对准系统100可另外包含此项技术中已知的常规对准系统的组件。举例来说，对准系统100可另外包含可与本公开的对准系统100结合使用的光学对准系统(例如，光学显微镜成像或散射测量系统)。作为非限制性实例，对准系统100可包含图像传感器、照明源、聚光透镜、光罩及/或物镜，且可能能够执行与前述组件相关联的对准程序(例如，对准模型)中的任一者。举例来说，光刻系统100可另外包含在2017年8月29日颁予Chao等人的美国专利9,748,128中描述的对准系统。
图2A是根据本公开的一或多个实施例的晶片114及对准系统(例如，对准系统100)的传感器102(例如，探针)的示意性俯视图。图2B是根据本公开的一或多个实施例的图2A的晶片114的示意性部分侧视横截面图。一起参考图2A及2B，在一些实施例中，晶片114可包含安置于晶片114内的对准标记202。
在一些实施例中，对准标记202可在预定图案204内安置于晶片114内。举例来说，对准标记202可相对于彼此定向在图案204中以在一或多个半导体制造之前辅助对准晶片114。此外，如下文更详细地论述，可经由此项技术中已知的常规方法形成图案204。如图2B中所描绘，在一些实施例中，对准标记202可安置于晶片114的较低处理层级(例如，在先前程序中产生的层级)中，且现在隐藏而不可见。举例来说，如图2B所示，对准标记202可在晶片114的主动表面上安置于一或多个额外层级206(例如，上覆层级)下方。在一些实施例中，对准标记202可安置在一或多个不透明及/或相对较厚的材料层级下方。为了清楚起见，在图2A中移除一或多个额外材料层级206。在一些实施例中，对准标记可在用于在原始半导体晶片上形成集成电路的任何处理之前安置于原始半导体晶片的主动表面中。
在一或多个实施例中，对准标记202可各自具有沿着平行于晶片114的上部表面的平面的圆形横截面。在额外实施例中，对准标记202可具有任何其它形状的横截面。举例来说，对准标记202可具有大体立方形形状(例如，平坦矩形形状)。另外，对准标记202可具有任何多边形形状。当然，晶片的主动表面上的对准标记可全部具有相同形状或不同形状。
一或多个对准标记202可包含铁磁性及/或反铁磁性材料或能够与磁场交互的任何其它材料。如此项技术中已知，铁磁性材料含有各自具有其自身的小磁场的未配对电子，其容易响应于所施加的外部磁场而与彼此对准。由于称为磁滞的现象，电子的对准倾向于甚至在移除外部磁场之后也能持续。在一些实施例中，一或多个对准标记202可包含以下中的一或多者：铁、铝镍钴合金(例如，包含铝、镍及/或钴的铁合金)、铋锰(即，铋与锰的合金)、氧化铬(IV)、钴、铁镍钴合金、铁氧体、钆、砷化镓锰、铁钡永磁合金(即，烧结钡铁氧体)、磁铁、镍，等。在反铁磁性材料中，通常与电子的自旋相关的原子或分子的磁矩以规则图案与指向相反方向的相邻自旋对准。反铁磁性材料可包括例如氧化物等过渡金属化合物。实例包含赤铁矿、铬、铁锰及氧化镍。
第一组实施例
图3展示根据本公开的第一组实施例的对准晶片以执行半导体制造过程的方法300的示意性流程图。如下文更详细地描述，第一组实施例可包含涉及以下操作的程序：响应于由对准标记202发射的磁场而确定对准标记202的位置及晶片114的总体定向，以及响应于所确定的位置而对准晶片114。
如图3中示出，方法300可包含通过从晶片114的半导体材料移除材料来在晶片114的表面(例如，上部表面)中产生图案204，如动作302中所示。在一些实施例中，可经由常规光刻过程及方法来产生图案204。举例来说，可使用光致抗蚀剂施加、图案化及蚀刻(化学或反应性离子蚀刻)或聚焦离子束过程(例如，离子铣削)等来在晶片114的半导体材料中形成凹部的图案，随后进一步处理晶片114以在其上制造集成电路。此外，在一些实施例中，所产生的图案204可与理想栅格(例如，对准标记202的用于定向晶片114的理想图案及理想方位)相关(例如，与其图案具有相同大小及形状)。如此项技术中已知，晶片内的对准标记的方位及位置常规上与理想栅格进行比较以确定对准程序及移动(例如，对准模型)。
在一些实施例中，可形成图案204，使得形成于图案204内的所得对准标记202(下文关于动作304及306描述)具有特定定向及/或几何布置。举例来说，可形成图案204，使得所得对准标记202在磁化时具有沿着上文关于图1界定的笛卡尔空间的特定轴线(例如，X轴、Y轴或Z轴)安置的极(例如，磁极)。另外，可形成图案204的凹部以用于产生特定几何形状的对准标记202。结果，对准标记202的定向、几何布置及位置可预先确定。
在一些实施例中，可形成图案204，使得所得对准标记202的纵向长度至少基本上平行于笛卡尔空间的X轴、Y轴或Z轴中的一者。此外，对准系统100可形成图案204，使得所得对准标记202中的每一者具有共同方向定向。
方法300还可包含用铁磁性及/或反铁磁性材料或能够与磁场交互的任何其它材料或结构填充图案204的凹部以形成对准标记202，如图3的动作304中所示。举例来说，动作304可包含用上文关于图2A及2B所描述的材料中的任一者填充图案204的凹部。此外，可经由常规方法填充图案204的凹部。举例来说，可经由电镀、无电极镀敷、物理气相沉积、化学气相沉积、离子束沉积、薄膜沉积等用所需材料填充图案204的凹部。可接着使晶片114的表面经受例如化学机械平坦化(CMP)等材料移除处理以从晶片表面移除材料。在替代实施例中，方法300可不包含在晶片114中形成一或多个凹部且接着用磁性材料填充所述一或多个凹部。而是，方法300可包含将磁性材料沉积在晶片上，且直接图案化所述磁性材料。在一些实施例中，可填充图案204的凹部以实现较大干式蚀刻及临界尺寸均一性的关键路径法，同时不影响对准标记202的性能。
在一些实施例中，经由填充图案204形成的对准标记202可包含纳米结构。举例来说，对准标记202可具有纳米尺度上的至少一个尺寸。在额外实施例中，经由填充图案204形成的对准标记202可包含微结构。举例来说，对准标记202可具有微米尺度上的至少一个尺寸。作为非限制性实例，在一或多个实施例中，对准标记202可包含500nm×100μm×20μm矩形棱柱对准标记。在额外实施例中，对准标记202可包含4μm×100μm×20μm矩形棱柱对准标记。在另外的实施例中，对准标记202可包含500nm×50μm×5μm矩形棱柱对准标记。在其它实施例中，对准标记202可包含1.5μm×1.5μm×250μm柱式对准标记。尽管本文中描述特定尺寸，但对准标记202可另外具有对准标记的任何常规尺寸。
在用铁磁性及/或反铁磁性材料填充图案204之后，可确定图案204从理想栅格的偏离，对准晶片114以进行处理，且可起始额外半导体制造过程(例如，沉积层、蚀刻，等)。举例来说，一或多个材料层级(例如，上覆层级)可形成于晶片114的对准标记202上方。由于后续半导体制造过程及/或晶片114在此类过程期间的移动，晶片114的已知定向及/或对准标记202的定向及位置可能变得不准确。结果，特征在晶片114上的任何先前已知方位可能变得不准确，且可再校准晶片114的方位，随后进行进一步处理以确保在各种额外叠加层级中产生的特征的精确对准。
在起始对准程序时，方法300可包含将外部磁场施加到晶片114，如动作306中所示。举例来说，对准系统100可经由上文关于图1所描述的磁性源104将外部磁场施加到晶片114(例如，使晶片114经受磁场)。举例来说，对准系统100可经由缠绕在铁芯周围的线圈供应电流以产生外部磁场。在一些实施例中，对准系统100可供应足量电流以产生强度大于25奥斯特(Oe)的外部磁场。在一或多个实施例中，对准系统100可紧接在用铁磁性及/或反铁磁性材料填充图案204(即，图3的动作304)之后将外部磁场施加到晶片114。在额外实施例中，对准系统100可在一或多个后续半导体制造过程之后且在对准晶片114之前或同时将外部磁场施加到晶片114，随后起始额外半导体制造过程。在一些实施例中，将外部磁场施加到晶片114是任选的。举例来说，对准标记202可能已经磁化或可在磁场内交互。
在一些实施例中，对准系统100可将初始外部磁场(Hex)施加到晶片114以定向对准标记202的所得磁场的向量。举例来说，对准系统100可将初始外部磁场(Hex)施加到晶片114以使对准标记202内的所有磁畴在已知方向上旋转。结果，且如在下文进一步详细论述，定向对准标记202的所有磁畴使得对准系统100能够确定(例如，知晓、设定等)每个对准标记202的磁场(例如，预期将由每个对准标记202响应于被磁化而发射的磁场)的所需定向。此外，将初始外部磁场(Hex)施加到晶片114促使对准标记202的所得磁场在特定(例如，所选)方向上定向。
在将初始外部磁场施加到晶片114之后，对准系统100可将额外外部磁场施加到晶片114以至少部分地磁化晶片114内的对准标记202。在一些实施例中，对准系统100可在特定方向上将额外外部磁场施加到晶片114。举例来说，对准系统100可在与晶片114的平面上将额外外部磁场施加到晶片114。换句话说，对准系统100可沿着平行于晶片114的上部表面的平面将额外外部磁场施加到晶片114。在额外实施例中，对准系统100可在与晶片114的平面外将额外外部磁场施加到晶片114。换句话说，对准系统100可沿着垂直于晶片114的上部表面或与其形成锐角的平面将额外外部磁场施加到晶片114。
在一些实施例中，穿过晶片114发射外部磁场的方向可取决于晶片114内的对准标记202的定向。举例来说，在一或多个实施例中，对准系统100可在平行于或垂直于从给定对准标记202的第一极(例如，指北极)延伸到给定对准标记202的第二极(例如，指南极)的方向的方向上发射外部磁场。如上文简要提及，将外部磁场施加到对准标记202的方向可确定对准标记202的预期响应(例如，对准标记202的预期所得磁场)。
在一或多个实施例中，对准系统100可仅将单个外部磁场施加到晶片114以定向对准标记202的磁畴并且磁化对准标记202。换句话说，对准系统100可能不在每一实施例中皆将第二后续外部磁场施加到晶片114。
如所属领域的一般技术人员将了解，将外部磁场施加到铁磁性及/或反铁磁性材料可致使对准标记202发射残余(例如，剩余)磁场，甚至在移除所施加的外部磁场之后也是如此。举例来说，对准标记202可维持顽磁(例如，剩磁或残余磁性)。此外，因为形成对准标记202的图案204是已知的，且因为对准标记202的原始定向是已知的，因此对准标记202具有相对于彼此及在晶片114内的预期极位置、大小、几何布置及定向。一起参考动作302到306，在一些实施例中，可形成图案204及对准标记202，且可接着使用对准系统100来施加外部磁场以导致对准标记202的极沿着上文界定的笛卡尔空间的轴线(例如，X轴、Y轴或Z轴)中的一者对准。结果，对准标记202在被磁化之后可具有预期所得磁场。
在施加外部磁场时，方法300可包含确定(例如，读取)晶片114内的对准标记202的位置，如图3的动作308中所示。在一些实施例中，确定晶片114内的对准标记202的位置可包含以下操作中的一或多者：1)以纯量形式沿着一或多个轴线测量由对准标记202发射的磁场(即，残余磁场)的量值，如动作308a中所示，2)以向量形式沿着一或多个轴线计算对准标记202的磁场的磁场强度，如动作308b中所示，及最终，3)响应于在动作308a及/或308b中确定的数据而确定对准标记202的位置，如动作308c中所示。此外，在一些实施例中，图3的动作306(即，将磁场施加到晶片114的动作)可在动作308中所采取的动作期间及/或其中的任一者之间重复，以维持及/或重建对准标记202内的磁场。在需要时，可重复动作308以验证与标记202相关的先前获得的数据。
图4是晶片114内的对准标记202及安置在晶片114上的对准系统(例如，对准系统100)的传感器102的示意性表示400。另外，图4展示在使传感器102在晶片114的上部表面402及晶片114内的对准标记202上方通过时经由传感器102检测到的磁场的实例纯量量值。一起参考图3及图4的动作308a，对准系统100可使传感器102在晶片114的上部表面402上方通过以检测由晶片114内的对准标记202发射的磁场。在一些实施例中，对准系统100可使传感器102沿着上文关于图1所界定的笛卡尔空间的X轴、Y轴及/或Z轴中的一或多者在晶片114上方通过。举例来说，对准系统100可使传感器102沿着X轴通过以检测由对准标记202沿着笛卡尔空间的X轴发射的磁场的量值。如上文所指出，在第一组实施例内，传感器102可包含霍耳效应传感器、GMR传感器、TMR传感器、EMR传感器或自旋霍尔传感器中的一或多者。
在一些实施例中，对准系统100可使传感器102沿着笛卡尔空间的多个轴线(例如，X轴及Y轴两者)在晶片114的上部表面上方通过以检测由晶片114内的给定对准标记202沿着所述多个轴线发射的磁场的量值及方向。在一或多个实施例中，储存在存储器122中的给定对准标记202的预期方位及定向(例如，由先前形成的图案204及先前沉积以形成给定对准标记202的材料确定的方位，如上文关于动作302及304所论述)可由处理器120使用以确定对准系统100使传感器102在何处在晶片114上方通过以及对准系统100使传感器102沿着哪些轴线通过以检测(例如，搜索)由给定对准标记202发射的磁场。
另外，参考图3的动作308b，如上文所指出，在一些实施例中，确定晶片114内的对准标记202的位置可包含以向量形式计算由对准标记202发射的磁场的磁场强度。在一些实施例中，对准系统100可通过将磁场近似为偶极及/或表面磁矩来以向量形式计算由对准标记202发射的磁场的磁场强度。举例来说，图5是安置于晶片114内的对准标记202及安置在晶片114上的对准系统(例如，对准系统100)的传感器102的示意性表示500。
一起参考图3及5，对准系统100可使传感器102在晶片114的上部表面402上方通过以经由上文关于图4所描述的方式中的任一者检测由晶片114内的对准标记202发射的磁场。此外，如所属领域的一般技术人员将理解，在对准标记202的极相对于观测距离(d)间距小时，由对准标记202发射的磁场的磁场强度可近似为偶极
Figure BDA0002191221140000121
另外，在对准标记202的极相对于观测距离(d)间距大时，可通过表面磁矩
Figure BDA0002191221140000131
近似得出由对准标记202发射的磁场的磁场强度。举例来说，可经由以下等式计算磁场强度：
Figure BDA0002191221140000132
其中Hdip为向量形式的磁场强度，r为从偶极的方位到测量磁场的方位的向量，r为r的绝对值：距偶极的距离，m为向量偶极矩，且μ0为自由空间的磁导率。
通过利用传感器102且使传感器102沿着多个轴线在晶片114上方通过，对准系统100的处理器120可用来以向量形式(例如，Hx、Hy及Hz)计算由对准标记202沿着笛卡尔空间的X轴、Y轴及Z轴中的一或多者发射的磁场的磁场强度。结果，对准系统100可以向量计算磁场的表示。在一些实施例中，前述等式及近似可激励经由图3的动作302到306产生的对准标记202(且结果，图3的动作302中形成的图案204)的大小及形状。举例来说，对准标记202(例如，用于形成对准标记202的图案204)的大小及形状可经设计以使对准标记202的所得磁极间距大或小，使得可根据上述方法中的一者近似得出所得磁场。
在一些实施例中，在确定晶片114内的对准标记202的位置时，对准系统100可执行动作308a及308b两者。在其它实施例中，在确定晶片114内的对准标记202的位置时，对准系统100可执行动作308a及308b中的仅一者。换句话说，并非在本公开的每一实施例中都需要动作308a及308b两者。
以下为由本发明人在第一组实施例的范围内执行的测试的模拟，其中计算由对准标记发射的磁场的磁场强度。
实例1
图6展示第一实例的来自实验室测试的测试结果600。一起参考图3到6，在实验室测试中，两个类型的500nm×100μm×20μm对准标记(相对薄样品)安置于相应晶片内。第一类型的对准标记包含Fe65Co35，且第二类型的对准标记包含Co20Ni80。第一类型的对准标记的四个对准标记安置于四个相应晶片内的不同深度(250nm、1μm、3μm及10μm)处。另外，第二类型的对准标记的四个对准标记安置于四个相应晶片内的不同深度(250nm、1μm、3μm及10μm)处。所有晶片经受大于25Oe的磁场。此外，晶片经受平面内磁场(例如，在平行于由相应晶片的上部表面界定的平面的方向上发射的磁场)。在使晶片经受磁场之后，利用上文所描述的传感器中的一或多者在对准标记的四个相关深度(250nm、1μm、3μm及10μm)处且沿着X轴及Z轴两者检测对准标记的残余磁场。此外，基于检测到的磁场，经由上文所描述的近似方法中的一或多者沿着X轴及Z轴(在
图6的相关联图形中展示)两者计算相关磁场强度。
实例2
图7展示第二实例的来自实验室测试的测试结果700。一起参考图3到5及7，在实验室测试中，两个类型的4.0μm×100μm×20μm对准标记(相对厚样品)安置于相应晶片内。第一类型的对准标记包含Fe65Co35，且第二类型的对准标记包含Co20Ni80。第一类型的对准标记的四个对准标记安置于四个相应晶片内的不同深度(250nm、1μm、3μm及10μm)处。另外，第二类型的对准标记的四个对准标记安置于四个相应晶片内的不同深度(250nm、1μm、3μm及10μm)处。所有晶片经受大于25Oe的磁场。此外，晶片经受平面内磁场(例如，在平行于由相应晶片的上部表面界定的平面的方向上发射的磁场)。在使晶片经受磁场之后，利用上文所描述的传感器中的一或多者在对准标记的四个相关深度(250nm、1μm、3μm及10μm)处且沿着X轴及Z轴两者检测对准标记的残余磁场。此外，基于检测到的磁场，经由上文所描述的近似方法中的一或多者沿着X轴及Z轴(在图7的相关联图形中展示)两者计算相关磁场强度。
实例3
图8展示第三实例的来自实验室测试的测试结果800。一起参考图3到5及8，在实验室测试中，两个类型的500nm×50μm×5μm对准标记(相对薄样品)安置于相应晶片内。第一类型的对准标记包含Fe65Co35，且第二类型的对准标记包含Co20Ni80。第一类型的对准标记的四个对准标记安置于四个相应晶片内的不同深度(250nm、1μm、3μm及10μm)处。另外，第二类型的对准标记的四个对准标记安置于四个相应晶片内的不同深度(250nm、1μm、3μm及10μm)处。所有晶片经受大于25Oe的磁场。此外，晶片经受平面内磁场(例如，在平行于由相应晶片的上部表面界定的平面的方向上发射的磁场)。在使晶片经受磁场之后，利用上文所描述的传感器中的一或多者在对准标记的四个相关深度(250nm、1μm、3μm及10μm)处且沿着X轴及Z轴两者检测对准标记的残余磁场。此外，基于检测到的磁场，经由上文所描述的近似方法中的一或多者沿着X轴及Z轴(在图8的相关联图形中展示)两者计算相关磁场强度。
实例4
图9展示第四实例的来自实验室测试的测试结果900。一起参考图3到5及9，在实验室测试中，两个类型的1.5μm×1.5μm×250μm对准标记(形状如杆的样品)在垂直于实例1到3的方向上安置于相应晶片内。第一类型的对准标记包含Fe65Co35，且第二类型的对准标记包含Co20Ni80。第一类型的对准标记的四个对准标记安置于四个相应晶片内的不同深度(250nm、1μm、3μm及10μm)处。另外，第二类型的对准标记的四个对准标记安置于四个相应晶片内的不同深度(250nm、1μm、3μm及10μm)处。所有晶片经受大于25Oe的磁场。此外，晶片经受平面外磁场(例如，在垂直于由相应晶片的上部表面界定的平面的方向上发射的磁场)。在使晶片经受磁场之后，利用上文所描述的传感器中的一或多者在对准标记的四个相关深度(250nm、1μm、3μm及10μm)处且沿着X轴及Z轴两者检测对准标记的残余磁场。此外，基于检测到的磁场，经由上文所描述的近似方法中的一或多者沿着X轴及Z轴(在图9的相关联图形中展示)两者计算相关磁场强度。
再次参考图3，基于经由动作308a及308b中的一或多者获取及/或计算的数据(例如，对准标记202沿着笛卡尔空间的轴线的磁场的纯量及/或向量表示)，对准系统100可在三个维度(例如，X轴、Y轴及Z轴)中确定晶片114内的对准标记202的位置，如图3的动作308c中所示。换句话说，在一些实施例中，对准系统100可将对准标记202的位置确定为向量曲线图。
在第一组实施例中，如上文简要地提及，对准标记202的几何布置以及原始定向及位置是已知的，且结果，对准标记202具有预期磁场型态(例如，磁场型态的三个预期向量分量)。此外，基于磁性标记202的预期磁场及对准标记202的实际测量/计算的磁场，对准系统100可确定对准标记202的实际位置。举例来说，如所属领域的一般技术人员将理解，对准系统100可利用已知数据的显著特征(例如最小值、最大值、过零值的已知定位以及对准标记202在理想栅格内的预期磁场及原始定向的最大导数)相对于所测量及/或计算的数据的显著特征(例如实际计算及/或测量的最小值、最大值、过零值以及所检测到的磁场的最大导数)，来确定晶片114内的对准标记202的位置(例如，精确位置)。作为非限制性实例，如果期望响应信号为正弦响应(例如，图4)或其它周期性响应，则对准系统100可利用期望响应信号的显著特征及所测量/计算的响应信号的显著特征来确定对准标记202的实际位置。
在确定晶片114内的对准标记202的位置时，方法300可进一步包含基于晶片114内的对准标记202的所确定位置来对准晶片114以进行进一步半导体制造过程，例如光刻过程，如图3的动作310中所示。举例来说，对准系统100可基于对准标记202的所确定位置来对准晶片114及/或与对准系统100相关联的工具或其它组件。在一些实施例中，对准系统100可确定对准标记202相对于理想栅格的方位偏移(例如，位移数据)，且对准系统100的处理器120可将数学建模应用于位移数据以产生晶片方位相对于理想栅格的偏差的表示。举例来说，对准系统100可在各种阶数上将简单偏微分等式拟合到对准标记位置的向量曲线图(例如，dx/dy等式)，以确定标准多项式等式的系数(例如，确定几何变换模型)。所述几何变换模型可用作校正设定以用于对准晶片114以进行进一步半导体制造过程。
举例来说，对准系统100可用以经由常规方法对准晶片及/或与对准系统100相关联的工具或其它组件。举例来说，对准系统100可经由此项技术中已知的任何对准算法对准晶片及/或相关联工具或组件。作为非限制性实例，对准系统100可通过基于对准标记202的所确定位置计算对准标记202的中心且接着确定对准标记202的所计算中心是否在相对于理想栅格的所容许维度范围内(例如，在距理想栅格的参考方位的特定距离内)来对准晶片及/或相关联工具或组件。举例来说，对准系统100可经由2016年6月1日申请的颁予Chao等人的美国专利9,748,128、2000年5月20日颁予David的美国专利6,068,954及2013年3月19日颁予Zhou等人的美国专利8,400,634中描述的方式中的任一者对准晶片及/或对准系统100的组件。
另外且在对准之后，方法300可包含暴露晶片114，如图3的动作312中所示。举例来说，动作312可包含以下操作中的一或多者：将一层辐射敏感材料(通常被称为“光致抗蚀剂”)在材料膜上旋涂到晶片的表面上；选择将晶片暴露到辐射，所述辐射使光致抗蚀剂的被辐射入射到的一部分化学上改性；以及用显影剂从晶片的表面移除光致抗蚀剂的暴露部分或未暴露部分(取决于光致抗蚀剂的正或负调配物)以形成对应于辐射的暴露图案的穿过光致抗蚀剂的开口图案。随后，可选择性地移除材料膜的在半导体晶片的表面上的部分。或者，材料的部分可经由光致抗蚀剂掩模的开口沉积到晶片的表面上。尽管本文中描述特定暴露程序，但本公开不限于此。而是，可在可得益于本文所描述的对准方法的任何进一步半导体制造过程之前执行图3的动作308到310。当然，可在每个半导体处理动作之间重复动作308到310以确保各种层级的叠加特征的持续对准。
方法300可任选地包含使对准标记202去磁，如图3的动作314中所示。举例来说，可通过加热对准标记202超过对准标记的居里点(Curie point)(即，热擦除)、穿过对准标记202施加交流电(即，AC电)、准许自我去磁等来使对准标记202去磁。晶片114的去磁可能为合意的，以便不在预单分测试期间在半导体裸片位置的集成电路的执行中感应出假讯。此外，对准标记202位于半导体裸片方位内，以便不在从晶片114单分出的裸片的集成电路组件的执行或位置极接近于较高层级封装组合件中的此类半导体裸片的其它组件的电路中感应出假讯。
本文中所描述的用于对准晶片的方法300可提供优于对准晶片的常规方法的优点。举例来说，因为方法300利用由对准标记发射的磁场而非光学方法来确定对准标记的位置(即，对准标记)，因此方法300不受安置在对准标记上的不透明材料及/或多个材料层级的妨碍，所述不透明材料及/或多个材料层级常常妨碍常规光学扫描器对准系统。此外，不同于常规光学对准系统，所导出的对准方位(例如，对准模型)不受晶片的表面构形的影响。另外，因为检测对准标记不基于光学检测(例如，受图像分辨率限制)，因此方法300与常规对准系统相比允许较小标记大小。结果，对于放置在晶片的裸片位置区域外侧的对准标记可能需要较少晶片占据面积(例如，浪费较少)，从而潜在地允许较大数目的裸片位置。此外，利用对准标记可简化下游修补要求，且与常规系统相比可提供更准确的对准程序。举例来说，修补要求不需要考虑在任何一个特定光层级处的开放或关闭状态。确切地说，安置在对准标记上的衬底可始终保持关闭。另外，关于如何打开晶片的区域或是否应打开晶片的考虑是不必要的，因为确定对准标记的位置不受安置在对准标记上的衬底的不透明度影响。结果，安置在对准标记上的衬底可保持不打开，且可维持至少大体上平坦的构形以缓解可能在临界尺寸图案中造成不均匀性的其它后处理构形问题。
第二组实施例
图10展示根据本公开的第二组实施例的用于半导体制造过程的对准晶片的方法1000的示意性流程图。如下文更详细地描述，所述第二组实施例可包含涉及以下操作的程序：响应于测量及/或检测到晶片114内的对准标记202的磁化(例如，磁力)来确定对准标记202的位置及晶片114的总体定向，以及响应于所确定位置而对准晶片114。
如图10所示，类似于上文关于图3所论述的方法300，方法1000包含通过从晶片114(图2A及2B)移除材料来在晶片114的表面(例如，上部表面)中产生图案204的凹部，如动作1002中所示。在一些实施例中，可通过常规光刻过程及方法来产生图案204，如上所述。此外，在一些实施例中，可使所产生图案204与理想栅格(例如，包括对准标记202的理想方位及晶片114的理想定向的理想图案)相关(例如，与其图案具有相同大小及形状)。如此项技术中已知，晶片内的对准标记的方位及位置常规上与理想栅格进行比较以确定对准程序及移动(例如，对准模型)。此外，对准系统100可形成图案204的凹部，使得形成于图案204内的所得对准标记202具有特定几何形状。因此，对准标记202的所选几何布置及位置可预先确定且如上文所描述而实施。
方法1000还可包含用铁磁性及/或反铁磁性材料或能够与磁场交互的任何其它材料或结构填充图案204以形成对准标记202，如图10的动作1004中所示。举例来说，动作1004可包含用上文关于图2A及2B所描述的材料中的任一者填充图案204。此外，可经由常规方法填充图案204的凹部。举例来说，可经由电镀、无电极镀敷、物理气相沉积、化学气相沉积、离子束沉积、薄膜沉积等来填充图案204的凹部。晶片114的表面可接着经受例如化学机械平坦化(CMP)等材料移除处理以从晶片表面移除材料。在一些实施例中，可经由上文关于图3所描述的方法中的任一者形成对准标记202。
在用铁磁性及/或反铁磁性材料填充图案204的凹部且继续额外半导体制造过程(例如，沉积材料、图案化、蚀刻，等)之后，可使用对准系统100及/或其它工具来在一或多个特定半导体制造过程之前对准晶片114。举例来说，一或多种材料(例如，上覆材料层级)可能已形成于晶片114的对准标记202上。由于晶片114的表面及对准标记202上的此类材料以及晶片114的移动，晶片114的已知定向及/或对准标记202的定向及位置可能被遮蔽，但可容易地由对准系统100确定。结果，可重新确定晶片114的任何先前已知方位及其表面上的特征，且可避免未来处理动作中的未对准。
在起始对准程序时，方法1000可包含将外部磁场施加到晶片114，如动作1006中所示。举例来说，外部磁场可能已经施加到晶片114，或对准系统100可经由上文关于图1所描述的磁性源104将外部磁场施加到晶片114(例如，使晶片114经受磁场)。举例来说，对准系统100可经由缠绕在铁芯周围的线圈供应电流以产生外部磁场。在一些实施例中，对准系统100可供应足量电流以产生强度大于25Oe的外部磁场。此外，在一些实施例中，磁性源104可安置于对准系统100的传感器102内。举例来说，磁性源104可包含电感器。在一或多个实施例中，对准系统100可在微米尺度或纳米尺度上将外部磁场施加到晶片114。在一或多个实施例中，对准系统100可用以紧接在用铁磁性及/或反铁磁性材料或能够与磁场交互的任何其它材料或结构填充图案204的凹部之后且在任何进一步处理之前将外部磁场施加到原始完全未处理(例如，以形成集成电路)的晶片114。在额外实施例中，对准系统100可在一或多个先前半导体制造过程之后，例如在光学对准标记已被遮蔽之后，且在对准晶片114之前或同时将外部磁场施加到晶片114，随后进行额外半导体制造过程。在一些实施例中，将外部磁场施加到晶片114是任选的。举例来说，对准标记202可能已经磁化或可在磁场内交互。
在一些实施例中，对准系统100可将外部磁场施加到晶片114以磁化晶片114内的对准标记202。此外，在一些实施例中，光刻系统100可激励晶片114内的对准标记202的磁化。如上文所指出，将外部磁场施加到铁磁性及/或反铁磁性材料可致使对准标记202维持顽磁(例如，剩磁或残余磁性)。因此，如下文更详细地论述，在第二组实施例中，对准系统100可激励对准标记202的磁化(例如，激励AC磁力)，且可响应于晶片114中是否存在磁化材料(例如，对准标记202)而测量响应(例如，物理力响应)。
在施加外部磁场时，方法1000可包含确定(例如，读取)晶片114内的对准标记202的位置，如图10的动作1008中所示。在一些实施例中，确定晶片114内的对准标记202在位置可包含测量晶片114内的对准标记202的磁化。如本文所使用，术语“磁化”可指在磁性材料放置在磁体(例如，对准标记202)附近时在磁性材料中感应出的磁偶极矩的密度。在一或多个实施例中，可在动作1008中采取的动作期间及/或所述动作中的任一者之间重复图10的动作1006(即，将磁场施加到晶片114的动作)以维持及/或激励晶片114内的对准标记202的磁化。
图11及12是晶片114内的对准标记202及安置在晶片114上的对准系统(例如，对准系统100)的传感器102的示意性表示1100、1200。另外，图11及12展示在使传感器102在晶片114的上部表面402及晶片114内的对准标记202上方通过时经由传感器102检测到的对准标记202的磁化的实例纯量量值。如下文更详细地论述，利用与对准标记202的磁化相关的数据来确定对准标记202的位置在第二组实施例的范围内认为向量数据是不必要的。一起参考动作1008及图10到12，对准系统100可使传感器102在晶片114的上部表面402上方通过以检测晶片114内的对准标记202的磁化。在一些实施例中，对准系统100可使传感器102沿着上文关于图1所界定的笛卡尔空间的X轴、Y轴及/或Z轴中的一或多者在晶片114上方通过。举例来说，对准系统100可使传感器102沿着X轴通过以检测对准标记202沿着笛卡尔空间的X轴的磁化的量值。如上文所指出，在第二组实施例内，传感器102可包含MFM探针、SQUID或VSM中的一或多者。
作为非限制性实例，在传感器102包含MFM探针的实施例中，传感器102可包含用于扫描晶片114内的对准标记的尖锐磁化尖端。在使传感器102在晶片114上方通过的同时，对准系统100可检测尖端与对准标记202之间的交互(例如，尖端响应于磁化标记的偏转)。此外，对准系统100可利用来自所述交互的数据来重构对准标记202的磁性结构(例如，测量对准标记202的磁化)。举例来说，图11及12两者展示经由对准系统100获取的所测量响应(例如，磁化的所测量量值)。
作为另一非限制性实例，在传感器102包含VSM的实施例中，传感器102可包含驱动器线圈及搜寻线圈，且测量磁化的过程可包含使对准标记202(例如，晶片114)振动(如此项技术中已知)。驱动器线圈(例如，第一电感器)可放置在对准标记202的第一侧上，且搜寻线圈(例如，第二电感器)可放置在对准标记202的相对第二侧上，从而形成电路。驱动器线圈可产生磁场，且可在对准标记202中感应出磁化(其可除了已经存在的任何磁化之外而存在)。另外，对准标记202可以正弦或其它周期性动作而振动。磁场由对准标记202(由于磁化)发射，且可在相对于对准标记202的移动(例如，振动)时间而发生改变时分析对准标记202的磁化。举例来说，磁通量改变在搜寻线圈中感应出电压，所述电压与对准标记202的磁化成比例。可使用压电信号作为频率参考来用锁定放大器测量感应电压，如此项技术中已知。另外，如此项技术中已知，可将所测量信号(例如，感应电压)的改变转换为值以确定(例如，图形化)对准标记202的磁化与磁场强度(在此项技术中称为磁滞回线)。
在一些实施例中，对准系统100可使传感器102沿着笛卡尔空间的多个轴线(例如，X轴及Y轴两者)在晶片114的上部表面402上方通过，以检测晶片114内的给定对准标记202沿着多个轴线的磁化。在一或多个实施例中，给定对准标记202的预期位置(例如，由先前形成的图案204及先前沉积以形成给定对准标记202的材料确定的位置，如上文关于图10的动作1002及1004所论述)可确定对准系统100使传感器102在何处在晶片114上方通过以及对准系统100使传感器102沿着哪些轴线通过以检测对准标记202的磁化。
仍参考图10，基于经由动作1008获取的数据(例如，对准标记202沿着笛卡尔空间的轴线的磁化的纯量表示)，对准系统100可在三个维度(例如，X轴、Y轴及Z轴)中确定晶片114内的对准标记202的位置。举例来说，如所属领域的一般技术人员将理解，光刻系统100可利用已知数据的显著特征(例如对准标记202在理想栅格内的预期位置)相对于所测量数据的显著特征(例如实际测量的场向量及磁化张量、最小值、最大值、过零值、1阶及高阶导数，以及所检测到的信号(例如，磁化)的最大导数)，来确定晶片114内的对准标记202的位置(例如，精确位置)。作为非限制性实例，如果期望响应信号为正弦响应(例如，图11及12)或其它周期性响应，则对准系统100可利用期望响应信号及所测量响应信号的显著特征来确定对准标记202的实际位置。
如图10到12中所描绘，通过测量对准标记202的磁化来确定对准标记202的位置可使得对准系统100能够确定可具有彼此交互的磁场的对准标记202的位置。因此，通过测量对准标记202的磁化，对准系统100可允许对准标记非常接近于彼此且定位交互磁场。
在确定晶片114内的对准标记202的位置时，方法1000可进一步包含基于晶片114内的对准标记202的所确定位置来对准晶片114以进行进一步半导体制造过程，如图10的动作1010中所示。举例来说，对准系统100可基于对准标记202的所确定位置来对准晶片114及/或与对准系统100相关联的工具或其它组件。在一些实施例中，对准系统100可确定对准标记202相对于理想栅格的方位偏移(例如，位移数据)，且对准系统100的处理器120可将数学建模应用于位移数据以产生晶片方位相对于理想栅格的变形的表示。举例来说，对准系统100可在各种阶数上将简单偏微分等式拟合到对准标记位置的向量曲线图(例如，dx/dy等式)，以确定标准多项式等式的系数(例如，确定几何变换模型)。所述几何变换模型可用作校正设定以用于对准晶片114以进行进一步处理(例如，暴露)。举例来说，对准系统100可经由上文关于图3所描述的方法中的任一者对准晶片及/或对准系统100的组件。
另外，方法1000可包含暴露晶片114，如图10的动作1012中所示。举例来说，动作1012可包含经由上文关于图3所描述的方法中的任一者暴露晶片114。方法1000可任选地包含出于上述原因经由上文关于图3所描述的方式中的任一者使对准标记去磁，如动作1014中所示。
本文中所描述的用于对准晶片的方法1000可提供关于图3到9描述的优点中的任一者。此外，因为方法1000通过检测及/或测量对准标记202的磁化而非磁场来操作，因此方法1000不取决于对准标记202的磁矩的定向。举例来说，方法1000准许晶片114内的对准标记202的任意(尽管最初已知)形状及放置。因此，在对准标记202的形状及/或定向未知时及/或在证明难以定向对准标记202的磁畴时，方法1000可为有利的。
第三组实施例
图13展示根据本公开的第三组实施例的用于半导体制造过程的对准晶片114的方法1300的示意性流程图。如下文更详细地描述，第三组实施例可包含涉及以下操作的程序：响应于用磁场为对准标记供电而确定对准标记的位置及晶片114的总体定向，所述对准标记各自包含在晶片114内的一或多个电路；以及测量及/或检测从晶片114内的对准标记(例如，一或多个电路)发出的响应(例如，信号、反馈，及/或磁场)；以及响应于所确定位置而对准晶片114。
如图13中所展示，类似于上文关于图3所论述的方法300，方法1300包含通过从晶片114移除材料来在晶片114的表面(例如，上部表面)中产生图案204中的凹部，如动作1302中所示。在一些实施例中，可经由常规光刻过程及方法产生图案204，如先前所描述。另外，可使图案204与理想栅格相关，如上文关于图3及10所论述。因此，对准系统100可用以确定待形成于图案204内的对准标记的位置。
如图13中所展示，方法1300可进一步包含在图案204的凹部内安置或制造对准标记，如图13的动作1304中所示。此外，一或多个对准标记中的每一者可包含可经由磁场以电感方式供电的电路。举例来说，一或多个对准标记中的每一者可包含用于为电路供电的任何常规接收电感器。另外，一或多个对准标记中的每一者可包含微电路或纳米电路或以可操作方式耦合到感应驱动功率电路的可感应供电的MEMS装置。
在一或多个实施例中，每个对准标记可包含天线。举例来说，对准标记可包含任何常规微天线或纳米天线。在额外实施例中，一或多个对准标记可包含用于产生AC磁场的组件。举例来说，一或多个对准标记可包含用于产生AC磁场的一或多个螺线管或线圈。另外，每个对准标记可能能够发射电磁场、DC磁场、声学振动、热发射、光子发射及/或其它响应(向量或纯量)。在一些实施例中，对准标记202可包含天线阵列，其可利用波束成形及/或其它方法来控制来自天线阵列的辐射的方向性。另外，对准标记202可激励通量通道的铁磁性芯，所述铁磁性芯发射AC磁场。
方法1300可进一步包含将外部磁场施加到晶片114，如图13的动作1306中所示。在一些实施例中，对准系统100可经由磁性源104施加外部磁场。在一或多个实施例中，对准系统100可将外部磁场施加到整个晶片114。在额外实施例中，对准系统100可将外部磁场仅施加到晶片114的若干区。在另外的实施例中，对准系统100可将外部磁场仅施加到对准标记(例如，电路)的预期位置。举例来说，在一些实施例中，磁性源104可安置于传感器102内或由传感器102安装到的结构承载。作为非限制性实例，磁性源104可包含电压源及电感器。所述电压源可耦合到电感器(经由迹线、导线等)以在电感器上造成电压，且结果，致使电感器在电感器周围发射外部磁场。
响应于将外部磁场施加到晶片114，方法1300可包含为晶片114内的对准标记(例如，一或多个电路)中的一或多者供电，如图13的动作1308中所示。举例来说，一或多个对准标记的电感器可响应于所施加的外部磁场而在电感器上产生电压，且电压可为一或多个对准标记的电路供电。为一或多个对准标记供电可导致由一或多个对准标记的天线发射信号、由一或多个对准标记的线圈发射AC磁场、由一或多个对准标记的线圈发射电磁场、由一或多个对准标记发射声学振动、由一或多个对准标记发射热发射，或由一或多个对准标记发射其它响应(向量或纯量)。
另外，方法1300可包含检测及/或测量来自一或多个对准标记的响应，如图13的动作1310中所示。举例来说，在一些实施例中，检测及/或测量来自一或多个对准标记的响应可包含检测由一或多个对准标记经由上文关于图1到12所描述的方式中的任一者发射磁场。在额外实施例中，检测及/或测量来自一或多个对准标记的响应可包含从一或多个对准标记的天线接收信号(例如，射频信号、电磁发射，等)。在其中对准标记被配置成MEMS装置的另外的实施例中，可响应于电感功率而起始振动，且可由传感器102检测及测量此类振动、其量值、频率及波形。
此外，响应于从一或多个对准标记检测及/或测量的响应，方法1300可包含确定晶片114内的一或多个对准标记的位置，如图13的动作1312中所示。在一些实施例中，确定晶片114内的一或多个对准标记的位置可包含确定晶片114上的传感器102相对于晶片114的剩余部分的位置。举例来说，在操作及使用中，磁性源104可为晶片114内的电路供电，且基于来自所述电路的响应，对准系统100可确定传感器102、磁性源104及/或对准系统100的其它工具位于晶片114上何处。另外，在一或多个实施例中，对准系统100可经由上文关于图1到12所描述的方法中的任一者确定一或多个对准标记的位置。
此外，方法1300可包含经由常规方法对电路断电，如图13的动作1314中所示。另外，方法1300可包含经由上文关于图3及10所描述的方法中的任一者对准晶片114及/或对准系统100，如图13的动作1316中所示。同样，方法130可包含经由上文关于图3及10所描述的方法中的任一者暴露晶片114，如图13的动作318中所示。
图14是可配合关于图13所描述的方法利用的传感器头1401的示意性表示。在一些实施例中，如上所述，晶片114可包含在晶片114内的对准标记202的阵列。此外，传感器头1401可包含一组互补标记1403。举例来说，传感器头1401可包含电感性桥接电路，其可放大两个电感器对之间的耦合的小差异(例如，使对准标记202的阵列与传感器头1401的所述组标记1403之间的标记相关)。另外，可经由上文关于图13所描述的方式中的任一者利用传感器头1401。
一起参考图1到14，本公开的额外实施例可包含用于定位非磁化对准标记、将对准标记放置在裸片内及与常规仅可视觉检测的对准标记相比具有较少设计约束的独特对准标记设计的金属检测器技术。
本公开的实施例包含一种晶片，所述晶片包括：半导体材料；以及一或多个对准标记，其包括铁磁性材料或反铁磁性材料或能够与磁场交互的任何其它材料或结构中的至少一者。
本公开的一或多个实施例包含一种对准晶片的方法。所述方法可包含：将磁场施加到晶片；检测来自所述晶片内的一或多个对准标记的残余磁场；响应于所检测到的残余磁场，确定所述一或多个对准标记的位置；确定用于对准所述晶片的几何变换模型；以及响应于所述几何变换模型而对准所述晶片。
本公开的一些实施例包含一种对准晶片的方法。所述方法可包含：激励晶片内的至少一个对准标记的磁化；测量所述至少一个对准标记的所述磁化；响应于所述至少一个对准标记的所述磁化，确定所述至少一个对准标记相对于理想栅格的位置；确定用于对准所述晶片的几何变换模型；以及响应于所述几何变换模型而对准所述晶片。
本公开的一或多个实施例包含一种对准晶片的方法。所述方法可包含：将磁场施加到具有一或多个对准标记的晶片，所述一或多个对准标记包括铁磁性或反铁磁性材料或能够与磁场交互的任何其它材料或结构；用传感器检测所述一或多个对准标记的一或多个磁性属性；以及响应于所述一或多个磁性属性，确定所述一或多个对准标记的位置。
本公开的一些实施例包含一种对准系统。所述对准系统可包含：用于支撑晶片的衬底支撑件；传感器，其可在所述晶片上移动且经配置以检测所述晶片内的对准标记的磁性属性；以及控制器。所述控制器可以可操作方式耦合到所述衬底支撑件、磁性源及所述传感器。所述控制器可包含至少一个处理器及至少一个非暂时性计算机可读存储媒体，所述至少一个非暂时性计算机可读存储媒体上面存储有指令，所述指令在由所述至少一个处理器执行时致使所述控制器从所述传感器接收与所述对准标记的所检测磁性属性相关的数据，且响应于所接收数据而确定所述晶片内的所述对准标记的位置。
上文所描述的和附图中所说明的本公开的实施例并不限制本公开的范围，所述范围涵盖于所附权利要求书和其合法等效物的范围内。任何等效实施例都在本公开的范围内。实际上，除了本文中展示和描述的那些之外，本公开的各种修改，例如所描述的元件的替代有用组合，对于所属领域的技术人员将从所述描述变得显而易见。此类修改和实施例也属于所附权利要求书和等效物的范围内。

Claims (36)

1.一种方法，其包括：
将磁场施加到晶片；
检测来自所述晶片内的一或多个对准标记的残余磁场；
响应于所检测到的残余磁场，确定所述一或多个对准标记的位置；
确定用于对准所述晶片的几何变换模型；以及
基于所述几何变换模型对准所述晶片。
2.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括，在施加所述磁场之前：
在所述晶片的表面中形成凹部的图案；以及
用铁磁性或反铁磁性材料或能够与磁场交互的任何其它材料或结构填充所述图案以形成所述一或多个对准标记。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在所述晶片的所述表面中形成凹部的所述图案包括形成所述图案，使得所得对准标记具有沿着笛卡尔空间的X轴、Y轴或Z轴中的一者对准的纵向末端。
4.根据权利要求1所述的方法，其中将磁场施加到所述晶片包括用电磁体施加所述磁场。
5.根据权利要求1所述的方法，其中检测来自所述晶片内的所述一或多个对准标记的所述残余磁场包括用选自由以下各者组成的群的传感器检测所述一或多个残余磁场：霍耳效应传感器、GMR传感器、TMR传感器、EMR传感器或自旋霍尔传感器。
6.根据权利要求1所述的方法，其中将磁场施加到所述晶片包括将平面内磁场施加到所述晶片。
7.根据权利要求1所述的方法，其中将磁场施加到所述晶片包括将平面外磁场施加到所述晶片。
8.根据权利要求1所述的方法，其中将磁场施加到所述晶片包括在已知方向上旋转所述一或多个对准标记内的所有磁畴。
9.一种方法，其包括：
激励晶片内的至少一个对准标记的磁化；
测量所述至少一个对准标记的所述磁化；
响应于所述至少一个对准标记的所述磁化，确定所述至少一个对准标记相对于理想栅格的位置；
确定用于对准所述晶片的几何变换模型；以及
基于所述几何变换模型对准所述晶片。
10.根据权利要求9所述的方法，其中测量所述晶片内的所述至少一个对准标记的所述磁化包括用选自由以下各者组成的群的传感器测量所述磁化：MFM探针、SQUID或VSM。
11.根据权利要求9所述的方法，其中测量所述至少一个对准标记的所述磁化包括测量所述至少一个对准标记与传感器之间的磁力。
12.根据权利要求9所述的方法，其中激励晶片内的至少一个对准标记的磁化包括将外部磁场施加到所述晶片。
13.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括，在对准所述晶片之后：
使所述晶片经受至少一个半导体制造过程；以及
使所述至少一个对准标记去磁。
14.根据权利要求9所述的方法，其中测量所述至少一个对准标记的所述磁化包括：
使传感器在所述晶片的表面上方通过；
检测所述传感器的磁化尖端与所述至少一个对准标记之间的交互；以及
响应于所检测到的交互，确定所述至少一个对准标记的所述磁化。
15.一种方法，其包括：
将磁场施加到具有一或多个对准标记的晶片，所述一或多个对准标记包括铁磁性或反铁磁性材料或能够与磁场交互的任何其它材料或结构；
用传感器检测所述一或多个对准标记的一或多个磁性属性；以及
响应于所述一或多个磁性属性，确定所述一或多个对准标记的位置。
16.根据权利要求15所述的方法，其中检测一或多个磁性属性包括检测所述一或多个对准标记的残余磁场。
17.根据权利要求15所述的方法，其中检测一或多个磁性属性包括测量所述一或多个对准标记的磁化。
18.根据权利要求15所述的方法，其中检测一或多个磁性属性包括将所述一或多个对准标记的残余磁场近似为偶极。
19.根据权利要求15所述的方法，其中检测一或多个磁性属性包括将所述一或多个对准标记的残余磁场近似为表面磁矩。
20.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括：
确定所述一或多个对准标记相对于理想栅格的位置；
确定用于对准所述晶片的几何变换模型；以及
响应于所述几何变换模型而对准所述晶片。
21.一种对准系统，其包括：
用于支撑晶片的衬底支撑件；
传感器，其能在所述晶片上移动且经配置以检测所述晶片内的对准标记的磁性属性；以及
控制器，其以可操作方式耦合到所述衬底支撑件及传感器，所述控制器包括：
至少一个处理器；以及
上面存储有指令的至少一个非暂时性计算机可读存储媒体，所述指令在由所述至少一个处理器执行时致使所述控制器：
从所述传感器接收与所述对准标记的所检测磁性属性相关的数据；以及
响应于所接收数据，确定所述晶片内的所述对准标记的位置。
22.根据权利要求21所述的对准系统，其中所述控制器进一步包括在由所述至少一个处理器执行时致使所述控制器确定所述晶片内的所述对准标记相对于理想栅格的位置的指令。
23.根据权利要求22所述的对准系统，其中所述控制器进一步包括在由所述至少一个处理器执行时致使所述控制器计算用于相对于所述理想栅格对准所述晶片的几何变换模型的指令。
24.根据权利要求23所述的对准系统，其中所述控制器进一步包括在由所述至少一个处理器执行时致使所述控制器使用所述衬底支撑件至少部分地基于所述几何变换模型对准所述晶片的指令。
25.根据权利要求23所述的对准系统，其中所述控制器进一步包括在由所述至少一个处理器执行时致使所述控制器响应于所述对准标记的所确定位置而使用所述衬底支撑件对准所述晶片的指令。
26.根据权利要求21所述的对准系统，其中所述传感器选自由以下各者组成的群：MFM探针、SQUID，或VSM。
27.根据权利要求21所述的对准系统，其中所述传感器选自由以下各者组成的群：霍耳效应传感器、GMR传感器、TMR传感器、EMR传感器，或自旋霍尔传感器。
28.根据权利要求21所述的对准系统，其进一步包括经定位且经配置以将磁场施加到在所述衬底支撑件上承载的晶片的至少一部分的磁性源。
29.根据权利要求28所述的对准系统，其中所述磁性源包括电磁体。
30.根据权利要求21所述的对准系统，其中所述传感器经配置以检测由所述对准标记发射的残余磁场。
31.根据权利要求21所述的对准系统，其中所述传感器经配置以检测所述对准标记的磁化。
32.一种晶片，其包括：
衬底，其包括半导体材料；以及
一或多个对准标记，其包括铁磁性材料或反铁磁性材料中的至少一者或能够与磁场交互的任何其它材料或结构。
33.一种方法，其包括：
将磁场施加到晶片；
检测来自所述晶片内的一或多个对准标记的响应；
响应于从所述一或多个对准标记检测到的所述响应，确定所述一或多个对准标记的位置；
确定用于对准所述晶片的几何变换模型；以及
基于所述几何变换模型对准所述晶片。
34.根据权利要求33所述的方法，其中检测来自所述晶片内的所述一或多个对准标记的响应包括检测来自所述一或多个对准标记的光子发射。
35.根据权利要求33所述的方法，其中检测来自所述晶片内的所述一或多个对准标记的响应包括检测来自所述一或多个对准标记的DC磁场。
36.根据权利要求33所述的方法，其进一步包括将包括一或多个电路的所述一或多个对准标记安置在所述晶片内的图案的凹部内。
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