CN113611650A - 对准晶片图案的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种对准晶片图案的方法，步骤包括自一第一样本晶片获得一第一线上影像，自该第一线上影像获得一对准标记图案的一第一轮廓图案，用该第一轮廓图案产生一第一合成影像，其中该第一合成影像是一黑白像素影像，以该第一合成影像为参考，识别一待测晶片上的该对准标记图案，以及根据该待测晶片上的该对准标记图案的位置以及一坐标数据，对准至该待测晶片上的一待测图案。

Description

对准晶片图案的方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域。更具体而言，本发明涉及一种线上(inline)对准晶片图案的方法。
背景技术
半导体制作工艺中，为了监控制作工艺并确保形成在晶片上的图案的尺寸，通常会于制作工艺中插入测量步骤，以获得即时的线上测量数据。如何在测量步骤中正确地对准至待测图案(例如测试键图案)以进行测量，为提升生产效率及制作工艺良率的关键因素之一。
发明内容
本发明目的在于提供一种对准晶片图案的方法。更具体的说，本发明提供了一种在测量系统中设定识别晶片上的对准标记图案然后对准至待测图案以进行测量的方法。经实作验证，本发明的方法以高对比的黑白像素影像作为参考影像，可提高对准标记图案识别成功率，从而提高了测量效率，也可减少对准标记图案时识别失败时造成的线上人力除错的负担。
根据本发明一实施例提供的一种对准晶片图案的方法，步骤包括自一第一样本晶片获得一第一线上影像；自该第一线上影像获得一对准标记图案的一第一轮廓图案；用该第一轮廓图案产生一第一合成影像，其中该第一合成影像是一黑白像素影像；以该第一合成影像为参考，识别一待测晶片上的该对准标记图案；以及根据相对于该待测晶片上的该对准标记图案的位置的一坐标数据，对准至该待测晶片上的一待测图案。
根据本发明另一实施例提供的一种对准晶片图案的方法，步骤包括自多个第一样本晶片获得多个第一线上影像；自该多个第一线上影像获得一对准标记图案的一第一轮廓图案；用该第一轮廓图案产生一第一合成影像，其中该第一合成影像是一黑白像素影像；以该第一合成影像为参考，识别一待测晶片上的该对准标记图案；以及根据相对于该待测晶片上的该对准标记图案的位置的一坐标数据，对准至该待测晶片上的一待测图案。
附图说明
图1为本发明一实施例的半导体布局数据的示意图；
图2为本发明一实施例的光刻系统的示意图；
图3为本发明一实施例的测量系统的示意图；
图4、图5、图6和图7为本发明一实施例的对准晶片图案的方法的步骤示意图；
图8为本发明一实施例的对准晶片图案的方法的步骤示意图；
图9为本发明一实施例的对准晶片图案的方法的步骤流程图；
图10为本发明一实施例的对准晶片图案的方法的步骤流程图。
主要元件符号说明
100 半导体布局数据
102 芯片区
104 切割道区
106 对准标记区
108 测试键区
110 对准标记图案
112 虚设图案
114 导电垫图案
116 测试键图案
118 测试键图案
200 测试键图案
202 光源
203 光掩模
204 透镜
206 曝光区域
300 测量系统
302 计算机设备
304 测量单元
3042 电子枪
3044 电子束
3046 信号
3048 电子侦测器
308 使用者界面
402 第一线上影像
404 影像处理
406 第二线上影像
408 第一线上影像
502 第一合成影像
504 第二合成影像
506 第一合成影像
(a1,b1) 坐标数据
110A 对准标记图案
110B 对准标记图案
110C 对准标记图案
112A 虚设图案
502A 黑色像素区域
502B 白色像素区域
504A 白色像素区域
504B 黑色像素区域
506A 黑色像素区域
506B 白色像素区域
AR 识别区
CP1 第一轮廓图案
CP2 第二轮廓图案
CP3 第一轮廓图案
W 晶片
W1 第一样本晶片
W2 第二样本晶片
W3 待测晶片
W4 第一样本晶片
P1 方法
S102 步骤
S104 步骤
S106 步骤
S108 步骤
S110 步骤
P2 方法
S202 步骤
S204 步骤
S206 步骤
S208 步骤
S210 步骤
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举优选实施例并配合所附的附图作详细说明。所附附图均为示意图，并未按比例绘制，且相同或类似的特征通常以相同的附图标记描述。文中所述实施例与附图仅供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。本发明涵盖的范围由权利要求界定。与本发明权利要求具同等意义者，也应属本发明涵盖的范围。
请参考图1。图1左侧为根据本发明一实施例的半导体布局数据100的示意图，图1右侧为半导体布局数据100的一对准标记区106的放大示意图。半导体布局数据100可包括多个图案层(例如主动(有源)区图案层、栅极图案层、注入区图案层、内连线图案层，但不限于此)，这些图案层会写入至各别的光掩模，用于半导体制作工艺以图案化晶片上的膜层，逐层架构出集成电路结构。半导体布局数据100可包括多个芯片区102以及切割道区104介于芯片区102之间。芯片区102包括集成电路芯片的图案。切割道区104可包括半导体制作工艺使用的对准标记、测量标记，以及用于电性分析的测试键(testkey)等图案，但不限于此。举例来说，如图1所示，切割道区104可包括至少一对准标记区106，其内可包括一对准标记图案110。切割道区104还可包括至少一测试键区108，其内可包括沿着切割道104方向排列的导电垫图案114以及位于导电垫图案114之间的测试键图案116和118。根据本发明一实施例，半导体布局数据100还可包括多个虚设图案112，用于调整图案密度，以在晶片上获得较佳的图案化品质并减少由于图案密度差异导致的制作工艺负载效应。应理解，图1示出的图案的形状和位置仅为举例，以便于说明及绘图为目的，不用于限制本发明的范围。
请参考图2，为根据本发明一实施例的光刻系统200的示意图。光刻系统200用于将光掩模203的图案转印至晶片W上。光刻系统200可包括光刻步进机(stepper)或步进扫描机(scanner)，但不限于此。光掩模203也可被称为光掩模幕(photomask)或倍缩光掩模(reticle)，可以是二元(binary)光掩模、相位移光掩模(PSM)，或其他合适的光掩模种类，并且可具有半导体布局数据100的图案。光刻系统200的光源202发射的光通过光掩模203再通过透镜204射至涂覆在晶片W上的光致抗蚀剂剂(图未示)，使光致抗蚀剂剂曝光的部分改质，再进行显影处理移除曝光或未曝光的光致抗蚀剂剂(视光致抗蚀剂剂为正型或负型而定)，从而将光掩模203的图案转移至保留在晶片W上的光致抗蚀剂剂中。可通过逐步移动晶片W的位置重复进行曝光，以将光掩模203图案转印至整面晶片W上的光致抗蚀剂剂，获得阵列排列的多个曝光区域206(exposure field)。待整面晶片的光致抗蚀剂剂曝光显影后，可用光致抗蚀剂剂为掩模对晶片W进行蚀刻制作工艺以将光致抗蚀剂剂的图案转印至晶片W中。
通过如图2的光刻系统200及其他半导体制作工艺(例如薄膜沉积、蚀刻、研磨等)将半导体布局数据100的图案由光掩模203转印至光致抗蚀剂剂或晶片后，为了方便线上对准至待测晶片的待测图案(例如测试键图案116)进行测量，可将尺寸较大因此测量系统较容易识别的对准标记图案110的位置设为参考点，取得测试键图案116相对于对准标记图案110的坐标数据(a1,b1)并存入至测量系统中，并设定测量程序为当成功识别出待测晶片上的对准标记图案110后，再根据坐标数据(a1,b1)对待测图案进行测量。
请参考图3，为根据本发明一实施例的用于测量晶片W的测量系统300的示意图。测量系统300可以是独立的测量系统，或者也可整合于生产制造半导体产品的设备中。如图3所示，测量系统300可包括计算机设备302，其通过任何合适的通讯界面(例如有线、无线、直接通讯，或经由区域网络)与测量单元304、存储器310及使用者界面308通讯。测量单元304配置为可接收计算机设备302的指令以获得晶片W的线上影像(inline image)。测量单元304可包括任何合适的取影装置。根据本发明一实施例，测量单元304可包括光学取影装置，其包括光源3042，可发射光线3044射至对准的晶片W表面区域，以及感光元件3048，用于侦测反射光信号3046。反射光信号3046经计算机设备302处理，输出为晶片图案的灰阶像素(grayscale pixel)线上影像。
下文将详述根据本发明一些实施例提供的对准晶片图案的方法，可应用在使用如图3的测量系统300测量晶片或半导体制作工艺中任何需要对准晶片图案的步骤，其主要包括存储一对准标记图案的一合成影像(synthetic image)作为参考影像，识别出待测晶片的该对准标记图案的位置后，再根据存储在测量系统内的待测图案(例如测试键图案)相对于该对准标记图案的坐标数据，可轻易地对准至待测晶片的待测图案进行测量。
请参考图3、图4、图5、图6、图7以及图9。图9说明根据本发明一实施例的对准晶片图案的方法P1的步骤流程图。图4、图5和图6为对应于方法P1的步骤的示意图。方法P1可通过例如图3所示测量系统300执行。
方法P1首先进行步骤S102，自一第一样本晶片获得一第一线上影像。举例来说，如图3和图4左侧所示，通过半导体制作工艺将光掩模的图案(例如芯片区的集成电路图案、切割道区的对准标记图案、测试键的元件图案)转印至第一样本晶片W1后，接着将第一样本晶片W1传送至测量系统300进行取影以获得第一线上影像402。第一线上影像402为灰阶像素(grayscale pixel)影像，其可包括一识别区AR、位于识别区AR内的一对准标记图案110A。在一些实施例中，第一线上影像402还包括围绕在对准标记图案110A周围的虚设图案112A。值得注意的是，相较于光掩模上的对准标记图案，对准标记图案110A会由于半导体制作工艺而具有例如顶角圆化(corner rounding)或线端缩减(line end shorting)的特征。
接着进行步骤S104，自该第一线上影像获得一对准标记图案的一第一轮廓图案。举例来说，如图3和图4右侧所示，可利用测量系统300的计算机设备302对第一线上影像402进行影像处理404，获得位于识别区AR内的对准标记图案110A的一第一轮廓图案CP1。
接着进行步骤S106，用该第一轮廓图案产生一第一合成影像。举例来说，如图3和图5所示，可利用测量系统300的计算机设备302根据第一轮廓图案CP1来产生由黑白像素(black and white pixel)构成的第一合成影像502。根据本发明一实施例，第一合成影像502可包括由该第一轮廓图案CP1定义的一黑色像素区域502A，以及围绕着黑色像素区域502A的白色像素区域502B。第一合成影像502被存储在测量系统300的存储器310中，作为参考影像，用于识别后续待测晶片(例如待测晶片W3)上的对准标记图案。需特别说明的是，本发明所指黑白像素(black and white pixel)影像是指影像仅由两个色阶值的像素构成(即黑像素和白像素)，而前述的灰阶(gray scale)像素影像是指影像由渐变的色阶值的像素构成。
接着进行步骤S108，以该第一合成影像为参考，识别一待测晶片上的该对准标记图案，然后进行步骤S110，根据相对于该待测晶片上的该对准标记图案的位置的一坐标数据，对准至对准该待测晶片上的一待测图案并进行测量。举例来说，如图3所示，将待测晶片W3传送至测量系统300，并获得其包括该对准标记图案的一线上影像，然后由计算机设备302比对待测晶片W3的该线上影像与存储的第一合成影像502。若比对结果达到预设的分数(score of matching quality)，则判定成功识别出待测晶片W3的对准标记图案，再由计算机设备302根据存储在存储器310的坐标数据指示测量单元304对准至待测晶片W3的待测图案(例如测试键图案)并进行测量。
需说明的是，本发明并不限于测量晶片图案的尺寸数据。本发明可应用在任何需先识别出标记图案的位置然后再跟据坐标数据对准至另一图案区的线上检测步骤。例如，本发明也可应用于缺陷检测。
根据本发明一实施例，可将第一合成影像反色处理，以获得一第二合成影像，然后以第一合成影像以及第二合成影像为参考，识别该待测晶片上的该对准标记图案。举例来说，可利用计算机设备302将图5所示第一合成影像502进行反色处理，从而获得如图6所示第二合成影像504。第一合成影像502的黑色像素区域502A和白色像素区域502B经反色处理后，分别成为第二合成影像504的白色像素区域504A和黑色像素区域504B。接着，将第一合成影像502以及第二合成影像504存储在测量系统300的存储器310中，计算机设备302比对图案时，可选用第一合成影像502及/或第二合成影像504作为参考影像。上述方法可进一步提高识别成功率。
根据本发明一实施例，可自一第二样本晶片获得包括该对准标记图案的一第二线上影像，然后自该第二线上影像获得该对准标记图案的一第二轮廓图案，接着用该第一轮廓图案及该第二轮廓图案产生该第一合成影像。举例来说，如图3和图7所示，可将第二样本晶片W2置于测量系统300中，获得其包括对准标记图案110B的第二线上影像406，然后用计算机设备302对第二线上影像406进行影像处理404，获得对准标记图案110B的一第二轮廓图案CP2。根据本发明一实施例，对准标记图案110A和对准标记图案110B可具有不同程度的顶角圆化(corner rounding)或线端缩减(line end shorting)特征，或者具有不同的灰阶(灰度)颜色，因此获得的第一轮廓图案CP1和第二轮廓图案CP2会略有差异。接着，利用计算机设备302同时根据第一轮廓图案CP1和第二轮廓图案CP2产生第一合成影像506。根据本发明一实施例，第一合成影像506可包括黑色像素区域506A以及围绕这黑色像素区域506A的白色像素区域506B。第一合成影像506接着被存储在测量系统300的存储器310中，作为参考影像，用于识别后续待测晶片(例如待测晶片W3)上的对准标记图案。
需特别说明的是，图3、图4、图5、图6、图7以及图9所示实施例中的第一样本晶片W1、第二样本晶片W2、待测晶片W3需均包括相同形状的对准标记图案，并不限定为相同产品或通过相同制作工艺。也就是说，相同的对准标记图案被设计入制作第一样本晶片W1、第二样本晶片W2，和待测晶片W3使用的光掩模中，以能够在晶片上制作出相同的对准标记图案。在一些实施例中，第一样本晶片W1及待测晶片W3是通过相同制作工艺制作，或者于测量时晶片表面包括相同的膜层。在一些实施例中，第一样本晶片W1以及待测晶片W3通过不同制作工艺制作，或者于测量时晶片表面包括不同的膜层。在一些实施例中，第一样本晶片W1以及待测晶片W3通过相同制作工艺并使用相同光掩模制作，换言之，第一样本晶片W1以及待测晶片W3为相同产品的晶片，且于相同制作工艺阶段进行测量，因此测量时晶片表面包括相同的膜层。
请参考图8以及图10。图10说明根据本发明一实施例的对准晶片图案的方法P2的步骤流程图。图8为对应于方法P2的步骤的示意图。方法P2可通过例如图3所示测量系统300执行。方法P2与前文方法P1的差异在于，方法P2是综合多个线上影像的对准标记图案的特征来获得一第一轮廓图案。
方法P2首先进行步骤S202，自多个第一样本晶片获得多个第一线上影像。举例来说，如图8所示，可自至少第一样本晶片W1和第一样本晶片W4分别获得第一线上影像402和第一线上影像408(均为灰阶像素影像)，其中第一线上影像402包括对准标记图案110A，第一线上影像408包括对准标记图案110C。根据本发明一实施例，对准标记图案110A和对准标记图案110C可具有不同程度的顶角圆化(corner rounding)或线端缩减(line endshorting)特征，或者具有不同的灰阶颜色。
接着进行步骤S204，自该多个第一线上影像获得一对准标记图案的一第一轮廓图案。举例来说，如图8右侧所示，可利用测量系统的计算机设备对第一线上影像402和408进行影像处理404，综合对准标记图案110A和对准标记图案110C的特征来获得第一轮廓图案CP3。
后续，进行步骤S206、步骤S208和步骤S210，用该第一轮廓图案产生一第一合成影像(为黑白像素影像)，然后以该第一合成影像为参考，识别一待测晶片上的该对准标记图案，再根据相对于该待测晶片上的该对准标记图案的位置的一坐标数据，对准至该待测晶片上的一待测图案。方法P2的步骤S206、步骤S208和步骤S210的详细说明可参考前述方法P1的步骤S106、步骤S108和步骤S110的说明，在此不再赘述。应理解，在一些实施例中，方法P2还可包括(参考图5和图6的说明)将第一合成影像反色处理，以获得一第二合成影像，然后以第一合成影像以及第二合成影像为参考，识别该待测晶片上的该对准标记图案。在一些实施例中，方法P2还可包括(参考图7的说明)自一第二样本晶片获得包括该对准标记图案的一第二线上影像，然后自该第二线上影像获得该对准标记图案的一第二轮廓图案，接着用该第一轮廓图案及该第二轮廓图案产生该第一合成影像。
在一些实施例中，方法P2的第一样本晶片W1和第一样本晶片W4通过相同制作工艺制作，或者于测量时晶片表面包括相同的膜层。在一些实施例中，第一样本晶片W1和第一样本晶片W4通过不同制作工艺制作，或者于测量时晶片表面包括不同的膜层。在一些实施例中，第一样本晶片W1和第一样本晶片W4的其中至少一者与待测晶片通过相同制作工艺制作，或者于测量时晶片表面包括相同的膜层。在一些实施例中，第一样本晶片W1和第一样本晶片W4的其中至少一者与待测晶片通过相同制作工艺并使用相同光掩模制作，换言之为相同产品的晶片，且于相同制作工艺阶段进行测量，因此测量时晶片表面包括相同的膜层。
综合以上，本发明各种实施例提供的对准晶片图案的方法，其主要包括存储一对准标记图案的一合成影像(synthetic image)作为参考影像，识别出待测晶片的该对准标记图案的位置后，再根据存储在测量系统内的待测图案(例如测试键图案)相对于该对准标记图案的坐标数据，可轻易地对准至待测晶片的待测图案进行测量。经实作验证，本发明以高对比的黑白像素影像作为参考影像，可具有提高的对准标记图案识别成功率进而缩短了寻找待测图案的时间，提高了测量效率，也可减少对准标记图案时识别失败时造成的线上人力除错的负担。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，都应属本发明的涵盖范围。

Claims (18)

1.一种对准晶片图案的方法，包括:
自第一样本晶片获得第一线上影像；
自该第一线上影像获得对准标记图案的第一轮廓图案；
用该第一轮廓图案产生第一合成影像，其中该第一合成影像是黑白像素影像；
以该第一合成影像为参考，识别待测晶片上的该对准标记图案；以及
根据该待测晶片上的该对准标记图案的位置以及坐标数据，对准至该待测晶片上的待测图案。
2.如权利要求1所述的方法，其中该第一线上影像是灰阶像素影像。
3.如权利要求1所述的方法，其中该第一合成影像包括由该第一轮廓图案定义的黑色像素区域，以及白色像素区域围绕该黑色像素区域。
4.如权利要求1所述的方法，其中该第一合成影像包括由该第一轮廓图案定义的白色像素区域，以及黑色像素区域围绕该白色像素区域。
5.如权利要求1所述的方法，另包括:
将该第一合成影像反色处理，获得第二合成影像；以及
以该第一合成影像以及该第二合成影像为参考，识别该待测晶片上的该对准标记图案。
6.如权利要求1所述的方法，另包括:
自第二样本晶片获得第二线上影像；
自该第二线上影像获得该对准标记图案的第二轮廓图案；以及
用该第一轮廓图案及该第二轮廓图案产生该第一合成影像。
7.如权利要求1所述的方法，其中该第一样本晶片以及该待测晶片通过相同制作工艺制作。
8.如权利要求1所述的方法，其中该第一样本晶片以及该待测晶片通过不同制作工艺制作。
9.如权利要求1所述的方法，其中该第一样本晶片以及该待测晶片通过相同制作工艺并使用相同光掩模制作。
10.一种对准晶片图案的方法，包括:
自多个第一样本晶片获得多个第一线上影像；
自该多个第一线上影像获得对准标记图案的第一轮廓图案；
用该第一轮廓图案产生第一合成影像，其中该第一合成影像是黑白像素影像；
以该第一合成影像为参考，识别待测晶片上的该对准标记图案；以及
根据该待测晶片上的该对准标记图案的位置以及坐标数据，对准至该待测晶片上的待测图案。
11.如权利要求10所述的方法，其中该第一线上影像是灰阶像素影像。
12.如权利要求10所述的方法，其中该第一合成影像包括由该第一轮廓图案定义的黑色像素区域，以及白色像素区域围绕该黑色像素区域。
13.如权利要求10所述的方法，其中该第一合成影像包括由该第一轮廓图案定义的白色像素区域，以及黑色像素区域围绕该白色像素区域。
14.如权利要求10所述的方法，另包括:
将该第一合成影像反色处理，获得第二合成影像；以及
以该第一合成影像以及该第二合成影像为参考，识别该待测晶片上的该对准标记图案。
15.如权利要求10所述的方法，另包括:
自第二样本晶片获得第二线上影像；
自该第二线上影像获得该对准标记图案的第二轮廓图案；以及
用该第一轮廓图案及该第二轮廓图案产生该对准标记图案的该第一合成影像。
16.如权利要求10所述的方法，其中该多个第一样本晶片分别通过不同制作工艺制作。
17.如权利要求10所述的方法，其中该多个第一样本晶片的其中至少一者与该待测晶片通过相同制作工艺制作。
18.如权利要求10所述的方法，其中该多个第一样本晶片的其中至少一者与该待测晶片通过相同制作工艺并使用相同光掩模制作。
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