TW201409648A - 似裝置散射疊對目標 - Google Patents

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Abstract

在一項實施例中，揭示一種用於偵測一基板之兩個或兩個以上連續層之間或一基板之一單個層上之兩個或兩個以上單獨產生之圖案之間的疊對誤差之半導體目標。該目標包括：至少複數個第一光柵結構，其具有可由一檢驗工具解析之一粗略節距；及複數個第二光柵結構，其相對於該等第一光柵結構而定位。該等第二光柵結構具有小於該粗略節距之一精細節距，且該等第一及第二光柵結構兩者皆形成於一基板之兩個或兩個以上連續層中或一基板之一單個層上之兩個或兩個以上單獨產生之圖案之間。該等第一及第二光柵具有全部遵守一預定義設計規則規範之特徵尺寸。

Description

似裝置散射疊對目標 相關申請案交叉參考
本申請案主張以下先前申請案之權益：(i)由Daniel Kandel等人於2012年6月26日提出申請之標題為「Device-Like Scatterometry Targets」之第61/664,453號美國臨時申請案；及(ii)由Vladimir Levinski等人於2013年3月15日提出申請之標題為「Device-Like Scatterometry Overlay Targets」之第61/792,674號美國臨時申請案，該等申請案出於所有目的而以全文引用之方式併入本文中。
本發明大體而言係關於半導體製造程序中所使用之疊對量測技術。更具體而言，本發明係關於用於量測一半導體晶圓堆疊之不同層或相同層上之不同圖案之間的對準誤差之技術。
一疊對量測通常指定一第一經圖案化層相對於安置於其上面或下面之一第二經圖案化層對準的準確程度或一第一圖案相對於安置於相同層上之一第二圖案對準的準確程度。疊對誤差通常係藉助具有形成於一工件(例如，半導體晶圓)之一或多個層上之結構之一疊對目標來判定。該等結構可採取光柵之形式，且此等光柵可係週期性的。若兩個層或圖案係適當地形成，則一個層或圖案上之結構往往相對於另一個層或圖案上之結構對準。若兩個層或圖案未適當地形成，則一個層或圖案上之結構往往相對於另一層或圖案上之結構偏移或失準。
仍然需要改良之疊對目標，以及用於量測及判定疊對之技術及 設備。
以下呈現本發明之一簡化概要以便提供對本發明之某些實施例之一基本理解。此概要並非對本發明之一廣泛概述且其並不識別本發明之重要/關鍵元件或描述本發明之範疇。此概要之唯一目的係以一簡化形式呈現本文中所揭示之某些概念作為對稍後呈現之更詳細說明之一前序。
一般而言，本發明之某些實施例包括具有經配置以促進一散射型檢驗程序之光柵之一目標。該等光柵可表徵為兩種尺度-一粗略節距及一精細節距。精細節距係一遵守設計規則之節距，且整個光柵(包含粗略光柵及精細光柵)亦形成一遵守設計規則之光柵，其工作循環隨對應於該粗略節距大小之週期性而改變。一個週期內之此改變可係連續的或離散的。
在一項實施例中，揭示一種用於偵測一基板之兩個或兩個以上連續層之間或一基板之一單個層上之兩個或兩個以上單獨產生之圖案之間的疊對誤差之半導體目標。該目標包括：至少複數個第一光柵結構，其具有可由一檢驗工具解析之一粗略節距；及複數個第二光柵結構，其相對於該等第一光柵結構而定位。該等第二光柵結構具有小於該粗略節距之一精細節距，且該等第一及第二光柵結構兩者皆形成於一基板之兩個或兩個以上連續層中或一基板之一單個層上之兩個或兩個以上單獨產生之圖案之間。該等第一及第二光柵具有全部遵守一預定義設計規則規範之特徵尺寸。
在一特定實施方案中，該等第二光柵結構配置於每一對第一光柵結構之間以使得該等第一及第二光柵結構之複數個間距遵守該預定義設計規則規範而該粗略節距在無該等第二光柵結構之情況下將不遵守該預定義設計規則規範。在另一實施方案中，一工作循環在該等第 一與第二光柵結構之間變化。在另一態樣中，該等第一及第二光柵結構具有複數個不同臨界尺寸(CD)值。在另一態樣中，該等第一光柵結構具有線寬度及間距寬度之一第一組CD值且該等第二光柵結構具有線寬度及間距寬度之一第二組CD值。該第二組CD值不同於該第一組CD值。在另一態樣中，該第一組CD值跨越該粗略節距之一循環而變化。
在另一實施例中，該等第一及第二光柵結構係形成於一基板之兩個或兩個以上連續層中或一基板之一單個層上之兩個或兩個以上單獨產生之圖案之間的複數個孔且此等孔具有變化的複數個CD值。在另一實施例中，選擇該粗略節距以增強來自該等第一及第二光柵之第1階繞射，同時最小化其他繞射階。在另一態樣中，該等第一及第二光柵兩者皆形成於一第一層及不同於該第一層之一第二層中，且該等第一及第二組CD值包括經選擇以等化在一散射檢驗程序期間自該等第一及第二層兩者中之該等第一及第二光柵量測之一信號之一振幅的一子組CD值。
在另一實施例中，本發明係關於一種製造用於偵測一基板之兩個或兩個以上連續層之間或一基板之一單個層上之兩個或兩個以上單獨產生之圖案之間的疊對誤差之一半導體目標之方法。該方法包含形成上文所闡述之目標中之一或多者。
在另一實施例中，本發明係關於一種用於偵測一基板之兩個或兩個以上連續層之間或一基板之一單個層上之兩個或兩個以上單獨產生之圖案之間的疊對誤差之設備。該設備包括用於自一疊對目標獲得散射信號之至少一散射模組，該疊對目標具有：複數個第一光柵結構，其具有可由該檢驗設備解析之一粗略節距；及複數個第二光柵結構，其相對於該等第一光柵結構而定位，其中該等第二光柵結構具有小於該粗略節距之一精細節距，其中該等第一及第二光柵結構兩者皆 形成於一基板之兩個或兩個以上連續層中或一基板之一單個層上之兩個或兩個以上單獨產生之圖案之間。該設備進一步包括經組態以分析該等所獲得散射信號以藉此判定此等目標內之疊對誤差之一處理器。在一特定實施方案中，該散射模組包含：一照射模組，其經定向以跨越該疊對目標掃描輻射，其中該照射模組包括一物鏡及定位於該物鏡與該疊對目標之間的一固態浸沒透鏡；及一或多個偵測器，其經定向以回應於跨越該疊對目標掃描之該輻射而偵測已自該疊對目標散射之該散射信號。在一項態樣中，該固態浸沒透鏡係具有一平面型前表面之一消球差透鏡。
在藉由實例之方式圖解說明本發明之原理的本發明之實施例及隨附諸圖之以下說明書中將更加詳細地呈現本發明之此等及其他特徵。
200‧‧‧散射疊對目標/經分段散射疊對目標
202‧‧‧精細分段節距
204‧‧‧間隔
300‧‧‧散射疊對目標/目標
304‧‧‧粗略節距
306a‧‧‧經隔離特徵
306b‧‧‧經隔離特徵
306c‧‧‧經隔離特徵
308a至308d‧‧‧密集特徵
401‧‧‧標準大節距光柵/光柵
402a至402d‧‧‧大節距結構
403‧‧‧似裝置散射疊對光柵/似裝置光柵/似裝置散射疊對目標
404a至404d‧‧‧經隔離光柵結構/經隔離結構
406‧‧‧間隔
500‧‧‧似裝置散射疊對光柵
602a至602c‧‧‧完整結構
604a至604c‧‧‧完整結構
800‧‧‧量測系統/系統
802‧‧‧光束產生器
803‧‧‧入射光束
804‧‧‧光束分離器
805‧‧‧入射光束
806‧‧‧照射透鏡
808‧‧‧樣本
809‧‧‧輸出光束
810‧‧‧中繼透鏡
812‧‧‧偵測器
814‧‧‧一或多個記憶體
1001a‧‧‧層堆疊
1001b‧‧‧層堆疊
1002a‧‧‧最初設計之光柵
1002b‧‧‧額外光柵
1004a‧‧‧最初設計之光柵
1004b‧‧‧額外光柵
CD1‧‧‧臨界尺寸
CD2‧‧‧臨界尺寸
L1‧‧‧經圖案化底部層/層/底部層/經圖案化層
L2‧‧‧經圖案化頂部層/層/頂部層/經圖案化層
T1‧‧‧膜
T2‧‧‧膜
T3‧‧‧膜
+f‧‧‧預定義偏移/偏移
-f‧‧‧預定義偏移
+ε‧‧‧疊對誤差
圖1係具有不遵守設計規則之尺寸之一散射疊對(SCOL)目標之一光柵之一俯視平面圖表示。
圖2係具有遵守設計規則之細分段及不遵守設計規則之粗略分段之一光柵之一俯視平面圖表示。
圖3係根據本發明之一第一實施例之一似裝置SCOL目標之一圖解表示。
圖4圖解說明如何可將一標準大節距光柵轉變成根據本發明之一項實施例之一似裝置SCOL光柵之一第一實例。
圖5圖解說明如何可將一標準大節距光柵轉變成根據本發明之另一實施例之一似裝置SCOL光柵之一第二實例。
圖6(a)係根據本發明之一項實施例之自一經圖案化底部層L1偏移達一預定義偏移+f之一經圖案化頂部層L2之一側視圖圖解說明。
圖6(b)係根據本發明之一項實施例之自一經圖案化底部層L1偏移 達一預定義偏移+f及一疊對誤差+ε之一經圖案化頂部層L2之一側視圖圖解說明。
圖6(c)係根據本發明之一項實施例之自一經圖案化底部層L1偏移達一預定義偏移-f之一經圖案化頂部層L2之一側視圖圖解說明。
圖6(d)係根據本發明之一項實施例之自一經圖案化底部層L1偏移達一預定義偏移-f及一疊對誤差+ε之一經圖案化頂部層L2之一側視圖圖解說明。
圖7係圖解說明根據本發明之一項實施例之用於判定疊對誤差之一程序之一流程圖。
圖8係其中可量測本發明之似裝置SCOL目標之一量測系統之一圖解表示。
圖9圖解說明根據本發明之一替代實施例之由具有不同形狀之複數個孔形成之一似裝置目標。
圖10A係在不同層中具有似設計樣光柵之層堆疊之一圖解側視圖。
圖10B係圖解說明強度隨已添加至似裝置目標光柵之一額外CD而變之一圖表。
現在將詳細參考本發明之一特定實施例。在隨附圖式中圖解說明此實施例之一實例。儘管將連同此特定實施例一起闡述本發明，但應理解，並非意欲將本發明限定於一項實施例。相反，其意欲涵蓋可包含於如隨附申請專利範圍所界定的本發明之精神及範疇內之替代、修改及等效形式。在以下說明中，陳述了眾多特定細節以便提供對本發明之一透徹理解。可在不藉助此等特定細節中之某些或所有細節之情況下實踐本發明。在其他例項中，未詳細闡述眾所周知之程序操作以免不必要地使本發明模糊。
散射疊對(SCOL)目標可包含形成於兩個不同製作層或一相同層之兩個單獨產生之圖案中之兩個光柵。為量測此等光柵之間的對準，可自SCOL光柵散射入射光且基於該所散射光自該SCOL光柵量測並獲得一光譜。然後可使用自該兩個光柵量測之光譜來判定疊對誤差，如本文中進一步闡釋。
當前SCOL目標係非設計規則目標，其可包含大至400nm之特徵或間隔。一典型SCOL目標具有數個單元，其中之每一者包含至少兩個光柵(待量測之層中之每一者中一個)。在圖1中圖解說明此等層中之一者中之一光柵100之一俯視圖。此光柵具有不遵守設計規則之尺寸。舉例而言，此目標100中之一特徵或一間隔之典型大小可係數百奈米，相比而言，在設計規則特徵之情況下，其大小係數十奈米。
為了較佳程序相容性，亦可將一SCOL目標之特徵分段，如圖2中所圖解說明。舉例而言，圖2之SCOL目標200具有類似於一裝置之當前設計規則的約數十奈米之一精細分段節距202。然而，SCOL目標200亦包含不遵守設計規則的(例如，具有數百奈米之一大小)在一經分段目標中之間隔204。因此，此經分段SCOL目標200仍未必具有與一對應裝置相同之疊對，且此疊對亦可由於程序效應而變得失真及雜亂。
本發明之某些實施例提供含有具有全部滿足一預定義組設計規則之特徵尺寸之光柵之目標。圖3係根據本發明之一第一實施例之一SCOL目標300之一圖解表示。如所展示，該SCOL目標包含具有每一者填充有遵守預定義設計規則之密集堆積之特徵之間隔的經隔離特徵(例如，306a、306b及306c)之間的一粗略節距304。舉例而言，密集特徵308a至308d定位於經隔離特徵306a與306b之間以使得粗略節距及密集堆積之特徵(具有精細節距)全部遵守設計規則。
工作循環可在(或跨越)密集與經隔離特徵之間變化，整個目標光 柵亦如此(例如，光柵具有隨對應於一粗略節距大小之週期性而改變之一工作循環)。由於精細節距未被一光學工具解析，因此光學裝置將僅經歷可大於600nm之粗略節距。應注意，在此目標300(相比圖1及圖2之目標而言)中，所有特徵寬度及間隔具有約數十奈米且遵守設計規則之大小。
圖4圖解說明如何可將一標準大節距光柵401轉變成根據本發明之一項實施例之一似裝置SCOL光柵403。在此實例中，使用臨界尺寸(CD)之兩個值，而非CD之一完全分佈。在此實施例中，似裝置光柵403之經隔離光柵結構404a至404d可形成於對應於光柵401之大節距結構(例如，402a至402d)之位置處。
如所展示，所得似裝置SCOL目標403包含具有線寬度及間距之一第一組CD值之經隔離結構404a至404d。似裝置SCOL目標403在每一經隔離結構之間亦包含具有線寬度及間距之一第二組CD值之密集結構。舉例而言，密集結構定位於經隔離結構404a與404b之間的間隔406中。
替代CD變化，可使用線(或其他週期性結構)之間的間隔來產生似裝置SCOL目標之有效粗略節距。另外，CD及間隔尺寸兩者可在如圖5之似裝置SCOL光柵500中所圖解說明之一粗略節距內變化。
可使用相同原理來產生沿一個或兩個方向具有相對大粗略節距的任何類型之遵守設計規則之2D光柵(例如，孔)。根據一項實施例，包含於一目標中之結構可組織成各種組態及形狀，包含(舉例而言)線、網格、矩形、正方形、彎曲線、彎曲形狀、圓、圓柱形形狀、椎體形狀或前述內容之組合。結構之此等組態可安置於目標內之各種位置處，且可闡述相對於入射於目標上之電磁輻射之各種角度。舉例而言，可將該組結構組織為垂直於一組準直輻射光線或入射於目標上之一光束之傳播方向之一組平行線。在另一情形中，可以相對於入射輻 射之一銳角(可以45度之一角度)安置組織為一組平行線之結構。此一組態可促進對x及y兩個方向上的疊對之判定，藉此減小對額外疊對圖案或量測之需求。另一選擇係，可將入射輻射引導為實質上平行於包括該等結構或界定該等結構之平行線中之至少某些平行線。此技術允許在不使樣本旋轉之情況下執行x及y疊對量測。
另外，可將任何適合之粗略節距疊對目標轉變成一似裝置目標。舉例而言，可藉由在由Ghinovker等人提出申請之發佈於2006年6月27日的美國專利第7,068,833號之週期性影像可解析結構中之任一者之間形成密集週期性結構來將此專利中所闡述之週期性結構中之任一者轉變成似裝置光柵。此專利美國專利第7,068,833號以全文引用之方式併入本文中。若期望所得似裝置目標產生一低對比度所偵測信號，可在信號量測期間使用一較小前導頻率頻寬來補償低對比度。
在一項實施例中，似裝置目標可由具有變化的一CD(例如，孔寬度)之複數個孔形成，同時(舉例而言)以30nm至150nm之間的一值(一般而言，此值不必恆定，僅足夠小以保持於設計規則內即可)使CD及間距之和保持恆定。工作循環可以界定可量測粗略節距的200nm至1500nm之一週期性改變。對於x及y而言，週期性及孔CD可不同。
不同層之粗略節距不必相同。舉例而言，一裝置線SCOL目標中之層中之一者可具有500nm之一粗略節距，而其他目標則具有100nm之一粗略節距(例如，目標週期性係500nm)。另外，孔形狀不必相同。矩形孔、圓形孔或線可係相同目標之部分。圖9圖解說明根據本發明之一替代實施例之由具有不同形狀之複數個孔形成之一似裝置目標。
似裝置光柵可形成於一樣本(諸如一半導體晶圓)之兩個不同層中或一樣本之一相同層中之兩個單獨形成之圖案中。兩個層或相同層中之兩個單獨產生之圖案之間的疊對可以任何適合之方式來判定。在一 種SCOL技術中，相對於彼此具有一預定義偏移之兩個似裝置光柵形成於兩個不同層中。通常選擇該等偏移以使得可在不使用經計算理論或校正資料之情況下依據自此等目標光柵量測之光譜來判定疊對。在以下實例中，將每一層之光柵簡化為包含具有一單個組CD參數之光柵結構以便簡化對疊對判定之說明。然而，具有不同CD參數之不同光柵結構可形成於目標之每一層中。舉例而言，具有不同CD線寬度之其他光柵結構可形成於所圖解說明之光柵結構之間。
圖6(a)係根據本發明之一項實施例之自一經圖案化底部層L1偏移達一預定義偏移+f之一經圖案化頂部層L2之一側視圖圖解說明。每一層L1及L2經圖案化成一組結構。一結構可包含任何適合之光柵結構，諸如一線、溝渠或一列觸點或其他類型之結構。可將一結構設計為類似於一半導體裝置特徵。一結構亦可由不同特徵之一組合形成。此外，一結構可位於樣本之任何層上，例如，在樣本之頂部層上面、在樣本之任一層內或是部分地或完全地在樣本之一層內。在圖6(a)之所圖解說明之實施例中，層L1包含完整結構604a至604c，而層L2則包含完整結構602a至602c。
如所展示，頂部層L2之結構自底部層L1之結構偏移達一量+f。該兩個偏移層之結構可位於毗鄰層內或具有安置於兩個偏移層之間的任何適合數目及類型之層。圖6(a)亦展示了在經圖案化層L1與L2之間的三個膜T1、T2及T3以及其對應結構。就任何其他層存在於具有結構之兩個層之間而言，此等其他層展現准許輻射在具有結構之層之間傳播的電磁輻射之至少一最小傳輸度。若介入層不透明，則此等層通常將具有由底部光柵誘發之一最小形貌度以准許量測自彼形貌反射之輻射。
圖6(b)係根據本發明之一項實施例之自一經圖案化底部層L1偏移達一預定義偏移+f及一疊對誤差+ε之一經圖案化頂部層L2之一側視圖 圖解說明。圖6(c)係根據本發明之一項實施例之自一經圖案化底部層L1偏移達一預定義偏移-f之一經圖案化頂部層L2之一側視圖圖解說明。圖6(d)係根據本發明之一項實施例之自一經圖案化底部層L1偏移達一預定義偏移-f及一疊對誤差+ε之一經圖案化頂部層L2之一側視圖圖解說明。
可使用任何適合之技術來判定來自本文中所闡述之似裝置目標之疊對。在一項實施例中，似裝置目標係由單元構成。每一單元包含藉由一第一程序形成之至少一第一光柵結構及藉由一第二程序形成之一第二光柵結構，且其中每一單元在此每一單元之第一與第二光柵結構之間具有一預定義偏移。不同單元之第一及第二光柵結構可具有相同或不同預定義偏移。舉例而言，可選擇每一單元之每一預定義偏移以致使自表示自每一單元散射及量測之輻射的一週期性函數約去一或多個項。每一單元之所散射輻射可係(舉例而言)用具有包含一未知疊對誤差之複數個未知參數之一週期性函數來表示且該未知疊對誤差係基於對該複數個單元之複數個週期性函數之分析來判定。
圖7係圖解說明根據本發明之一項實施例之用於判定疊對誤差之一程序700之一流程圖。最初，在操作702中自具有預定義偏移之每一單元(或每一子單元)量測一或多個所散射光譜。舉例而言，朝向具有一預定義偏移之單元結構中之每一者(或朝向每一單元之每一子單元結構)引導一入射輻射光束以量測自此等結構散射之輻射。可取決於量測系統之能力而依序或同時實施該等量測。入射光束可係任何適合形式之電磁輻射，諸如雷射、發光二極體(LED)或寬頻輻射。
雖然將本發明之散射技術闡述為利用來自複數個單元或子單元之所量測光譜或所散射輻射，但可使用自一疊對目標獲得之任何適合類型之可量測信號來實踐本發明之技術。實例性信號包含(但不限於)任何類型之橢圓偏光或反射信號(包含：Ψ、△、Rs(s偏光之複反射 率)、Rp(p極化之複合反射性)、Rs(|rs|2)、Rp(|rp|2)、R(未極化反射性)、α(光譜「阿爾法」信號)、β(光譜「貝塔」信號))及此等參數之函數(諸如tan(Ψ)、cos(△)、((Rs-Rp)/(Rs+Rp))等)。另一選擇係或另外，可將該等信號量測為以下各項之一函數：入射角、偵測角、極化、方位入射角、偵測方位角、角度分佈、相位或波長或此等參數中之一者以上之一組合。該等信號亦可係信號之一組合之一表徵，諸如上文所闡述之橢圓偏光及/或反射信號類型中之複數個任意者之一平均值。另一選擇係，該等信號可採取一或多個信號之一特性之形式，諸如一(若干)強度值或強度值之一組合(例如，平均或相加)。其他實施例可使用其中可以一單一波長替代多波長獲得信號中之至少一者之單色或雷射光源。
可在由Mieher等人提出申請之發佈於2007年11月20日之美國專利第7,298,481號中找到用於量測散射信號以判定疊對之光學系統及方法之實例，該專利以全文引用之方式併入本文中。用於判定疊對誤差之適合量測系統之進一步實施例及其使用係進一步闡述於此7,298,481專利中。
在自每一目標獲得量測之後，然後在操作704中可用一週期性函數(諸如一傅立葉級數)表示每一所量測光譜或信號(或子單元光譜組)。在此函數中，可部分地由於預定義偏移而約去一或多個項。
然後在操作706中可分析代表函數以判定疊對誤差ε。舉例而言，複數個週期性函數各自包含複數個未知項(包含一未知疊對誤差)，且可使用此等週期性函數來判定該未知疊對誤差。可使用來自單元(或子單元)之所量測光譜來判定至少部分地位於一個以上層中之結構之疊對，但亦可將其用以判定實質上位於一單個層中之結構之疊對。
然後在操作708中可判定所量測疊對誤差是否不規範。若疊對誤差並非顯著(大於預定值)，則在操作710中可判定目標在規範內。舉 例而言，可判定在不同層結構之間不存在或存在最小疊對誤差。
若疊對誤差不規範，則然後在操作712中可判定目標不規範。亦即，顯著疊對誤差存在於結構之兩個或兩個以上層之間。當發現一顯著疊對誤差時，丟棄或修復晶粒。若一程序不規範，則可實施若干技術來減輕該問題。在一第一技術中，可調整一後續程序以補償不規範之程序。在一額外或另一技術中，若判定光阻劑圖案在任一部分中皆失準，則然後可將光阻劑剝除並以一經校正圖案重新施加以消除一失準。
本文中所揭示之目標可係由任何標準SCOL設備來量測。舉例而言，此等似裝置目標可係使用一光譜反射計或橢圓偏光計或使用具有光瞳成像之一角度解析散射計來量測。在一項實例性實施方案中，可量測一特定繞射階(通常為第0階或第1階)，而並不偵測及分析其他不同繞射階。在某些實施例中，可用任一第0或第1階來量測所揭示目標，但使用第1階係有益的。量測來自此等目標之第0階反射可係對疊對極不敏感。第1階繞射可係微弱的，但其對疊對之敏感性通常係高的。一最佳量測模式可使用一極亮光源(諸如一雷射)來量測僅第+1階及第-1階。在第0階反射到達偵測器之前將其阻擋以便避免偵測器之極度飽和亦可係有益的。
對於一階量測，舉例而言，可相依於經最佳化以增強自光柵之一階繞射同時最小化其他繞射階之一粗略節距內之特徵之大小而使用圖3之目標300。此組態可增強量測之準確度及精確度。
對於SCOL目標而言，對由收集光瞳捕獲之繞射階(藉由粗略節距及照射波長判定)之控制可促成可使用較高繞射階之分析演算法以及不同定向與階之間的耦合(例如，x中之第1階與y中之第1階耦合)。可使用此技術(舉例而言)來設計具有同時在x及y中之既定疊對中相異之一2D晶格(諸如孔晶格)之兩個單元(或甚至一個單元)目標。與(若需 要)藉由使用不同量測條件(極化、波長等等)獲得之資訊組合，此小目標可提供關於疊對誤差之相同或甚至更多資訊。
一第1階散射方法可由於不同層之不同繞射效力而具有一相關聯之精確度劣化。通常，(舉例而言)自上部抗蝕劑層獲得之第1繞射階之振幅顯著大於自底部處理層獲得之第1繞射階之振幅。光瞳中之對應繞射階之進一步干涉亦可導致含有OVL資訊之大DC及相對小的振幅。為了克服此問題，一似裝置目標可經設計以有效地減小對應於具有較大繞射效力之層(通常為上部層)之一繞射階之振幅。
圖10A係其中最初設計之光柵(例如，1002a)具有一節距P及第一臨界尺寸CD1的含有一下部處理層(諸如氧化物)之一層堆疊1001a以及其中最初設計之光柵(例如，1004a)具有一相同P及CD1的含有一上部處理層(諸如光阻劑)之一層堆疊1001b之一圖解側視圖。可將一額外光柵(例如，1002b及1004b)添加至每一初始設計光柵，且此額外光柵可具有與初始光柵相同之節距及相對於原始光柵移位(舉例而言)半個週期之一不同臨界尺寸CD2。
圖10B係圖解說明強度隨已添加至似裝置目標光柵之一額外CD光柵而變之一圖表。如所展示，當CD2=0時，將層光柵之第1繞射階之強度振幅設定至1.0(100%)。另外，零之第1繞射階之強度振幅對應於CD2=CD1。因此，當0<CD2<CD1時，第一階之振幅隨CD2改變而單調地改變，例如，R~100%*(CD1-CD2)/CD1。在圖10B中展示視為一實例的一特定堆疊之一基於RCWA(嚴格耦合波分析)之模擬之結果。因此，可選擇一特定CD2值以降低對應層光柵(例如，上部層)之振幅以使得來自所有層光柵之振幅得以等化。
亦可將一CD2光柵添加至似設計規則之目標。藉由改變判定對應於粗略節距之繞射階之振幅的CD調變範圍，來自兩個層之繞射階之振幅可得以等化且實質上改良疊對量測之精確度。
似裝置目標之某些實施例可需要較少空間平均化，且一較小光柵區域對於最佳計量準確度而言即足夠。可使用小點雷射來達成一極小的目標大小(例如，2μm至3μm).
具有此一小點之一設備之空間相干性極高，且因此量測可對光學器件中之缺陷及灰塵極敏感。此等缺陷形成斑點，此可導致效能及準確度損害。為避免此等損害，檢驗工具亦可包含用於處置空間相干性之機制。舉例而言，工具可經組態以藉助一掃描鏡在一光瞳平面中執行一成角度掃描，且跨越掃描平均化信號以計算疊對。此掃描跨越光學表面之不同區域而平均化且可顯著減小光學缺陷及灰塵效應。此一掃描之一負面係其亦可對目標上之不同區域進行取樣。因此，可使用一較大目標。
除一光學器件掃描外，檢驗工具亦可經組態以提供一單獨晶圓掃描(例如，藉助晶圓載台)。晶圓掃描可與光學掃描同步，以使得由載台提供之目標移動補償光瞳平面中之光學掃描導致的場平面中之照射點位置移動，此有效地抵消由光學器件之掃描誘發之目標掃描。最終結果係跨越光學表面掃描但靜止於晶圓之一單個位置上方之一設備。亦可將固態浸沒用於對本文中所揭示之似裝置SCOL目標之量測。此設備可包含(舉例而言)在物鏡與晶圓之間具有一額外固態浸沒透鏡之一角度解析散射計。該固態浸沒透鏡可係具有一平面型前表面之一消球差透鏡。在由Noam Sapiens等人提出申請之標題為「Solid Immersion for Semiconductor Metrology,Near-field Optical Device for Semiconductor Metrology,System and Methods for Reducing Noise in an Angular Resolved Reflectometer」之美國臨時申請案第61/664,477號中進一步闡述可與本發明之目標一起使用之設備及方法之數個實施例，該申請案以全文引用之方式併入本文中。
本發明之技術中之數項技術可係使用軟體及/或硬體系統之任何 適合之組合來實施。舉例而言，該等技術可實施於一疊對計量工具內。較佳地，此計量工具與實施本發明之操作中之諸多操作之一電腦系統整合在一起。此複合系統較佳包含：至少一散射模組，其用於獲得疊對目標之散射信號；及一處理器，其經組態以分析所得散射信號以藉此判定此等目標內之疊對誤差。以一最小值，散射模組將通常包含：(i)一照射源，其經定向以將輻射引導至樣本之一指定位置上；及(ii)一或多個處理器，其經定向以偵測已由樣本散射之一散射信號。
亦可將本發明之技術中之至少一部分實施於一疊對計量系統中作為基於影像分析補充一疊對量測系統或子系統之一額外疊對量測能力，諸如用於習用盒中盒或框中框疊對目標或其他成像型疊對量測結構之一能力。
不管系統之組態如何，其可採用經組態以儲存資料、供用於一般用途檢驗操作之程式指令及/或本文中所闡述之發明性技術之一或多個記憶體或記憶體模組。該等程式指令可控制一操作系統及/或一或多個應用程式之操作。該或該等記憶體亦可經組態以儲存自目標及疊對誤差結果獲得之散射資料及視情況其他疊對量測資料。
由於可採用此等資訊及程式指令來實施本文中所闡述之系統/方法，因此本發明之實施例係關於包含用於執行本文中所闡述之各種操作之程式指令、狀態資訊等之機器可讀媒體。機器可讀媒體之實例包含(但不限於)：磁性媒體，諸如硬磁碟、軟磁碟及磁帶；光學媒體，諸如CD-ROM磁碟；磁光媒體，諸如軟式磁碟；及經具體組態以儲存並執行程式指令之硬體裝置，諸如唯讀記憶體裝置(ROM)及隨機存取記憶體(RAM)。程式指令之實例包含諸如由一編譯器產生之機器碼及含有可由電腦使用一解譯器執行之較高階碼之檔案兩者。
圖8係其中可量測本發明之似裝置SCOL目標之一量測系統800之一圖解表示。如所展示，量測系統800包含：一光束產生器802，其用 於產生電磁輻射之一入射光束803；一光束分離器804，其用於朝向樣本808引導入射光束805。通常，藉由一組照射透鏡806使入射光束聚焦至樣本上。然後，一輸出光束809回應於入射光束而自樣本發射或散射並穿過光束分離器804穿過中繼透鏡810傳遞至偵測器812上。偵測器812基於輸出光束809產生樣本之一信號。
系統800亦包含經組態以控制各種組件(諸如光束產生器802、照射透鏡806及偵測器812)之一處理器及一或多個記憶體814。處理器及記憶體亦可經組態以實施上文所闡述之各種散射技術來分析所偵測輸出光束。
可使用藉助本文中所闡述之散射疊對技術獲得之疊對結果來計算對微影步進器設定之校正以最小化疊對誤差。對微影步進器或掃描器之此等經計算校正通常稱為「步進器可校正數」。可使用自散射疊對量測獲得之步進器可校正數作為至步進器之輸入以最小化疊對誤差供用於後續晶圓處理。可將自散射疊對獲得之疊對誤差或步進器可校正數輸入至然後可計算一組步進器校正以輸入至步進器以最小化疊對誤差供用於後續晶圓處理之一自動程序控制系統。可使用藉助散射疊對獲得之晶圓上之疊對誤差、步進器可校正數或經計算最糟疊對誤差來安置產品晶圓以決策晶圓是否需要重新處理或滿足供用於進一步晶圓處理之疊對要求。
將似裝置目標設計為遵循較佳包含目標放置於可由一特定類型之工具量測或檢驗之一層中之一要求的特定目標規則。舉例而言，目標可必須在一頂部層上或被疊對有僅光學透明層以使得目標可被一光學工具檢驗。在其他應用中，可要求目標在一不透明層下面以使得可檢驗及/或量測不透明層與下伏目標之順應性。另外，每一檢驗、查核或計量工具通常具有關於所量測或所檢驗結構之一大小約束。亦即，無法看到低於一特定大小之結構。因此，目標包含經定大小以使 得其可由相關工具量測或檢驗之粗略節距結構。
可將本文中所闡述之本發明之似裝置目標放置於晶圓上之任何適合之空間中。藉由實例方式，可將該等目標放置於切割線中或晶粒自身內。當將目標放置於一晶粒中時，亦可分析晶粒佈局以判定與晶粒佈局之其他區域相比，特定部分或區域是否具有消極地或積極地影響計量或檢驗結果之一特性。舉例而言，特定佈局特性可產生較可靠或準確計量或檢驗結果。在一種特定情形中，可將目標放置於具有積極地影響計量或檢驗之特性之區域中。在此一特徵特性之一實例中，通常調節一化學機械拋光(CMP)程序以達成具有一特定特徵密度範圍之優良準確度。因此，可將目標(諸如疊對目標)放置於在一最佳CMP程序之特定特徵密度內之佈局區中。
電路設計者可知曉最易遭受誤差或缺陷之晶粒佈局中之特徵位置。設計者可將此等特徵之位置傳遞給目標放置軟體或佈局工程師以使得可將目標放置於此等問題特徵接近處。此放置技術將可能導致缺陷捕獲及較可靠所得產品之一較高發生率。
亦可將目標放置於一虛擬層內。現今，將虛擬結構包含於電路佈局之開放區域中以確保均勻圖案密度在半導體製造中係慣例。通常使用虛擬結構以獲得化學機械拋光及其他半導體製造程序中之最佳結果。
為了達成晶片區域內部之目標，可將特定計量(或檢驗)目標之功能性與虛擬結構之目的組合在一起。亦即，具有服務一虛擬結構之目的及一計量(或檢驗)目標兩者之兩個組件之一結構將高效地利用晶粒區域之開放空間來增加CMP均勻性(及適用情況下之其他虛擬要求)，以及提供一計量或檢驗目標。另外，一新型計量或檢驗可與此組合標記一起使用。舉例而言，可經由此組合目標監測一特定設計圖案之保真度。亦即，一設計者的關於一特定圖案之功能或結構之意圖可相對 於在一虛擬結構中被組合及量測或檢驗之圖案而進行驗證。
可以若干不同方式達成一組合目標及虛擬結構。一疊對類型組合及虛擬結構包含兩個組件，一個在一第一層或遮罩上且一個在一第二層或遮罩上。每一組件較佳遵守與彼層或遮罩相關聯之程序步驟之一虛擬結構之要求。另一實例可係其中對準此等結構以使得當一第一遮罩與一第二遮罩正確地對準時該第一遮罩上之組件相對於該第二遮罩上之組件對稱地定位之一情形。此外，一第一遮罩上之組件可經設計以配合至一第二遮罩上之組件內之開放空間中且反之亦然。
當檢驗工具之視域(FOV)包含目標及裝置兩者時，可首先判定信號之哪些部分係雜訊(或裝置結構)及哪些部分對應於目標結構。可以適合之方式完成此判定。在一項實施例中，信號(或自此信號產生之影像)可與識別裝置結構之一設計檔案進行比較且自信號(或影像)減去裝置結構對信號(影像)之貢獻。所得信號(或影像)對應於然後可如先前所闡述地評估之目標。另一選擇係，可藉由將計量工具手動地移動至已知目標位置並識別目標來手動地對準工具以定位目標。然後可由計量工具使用此等所識別目標來使用標準圖案辨識技術搜尋具有一類似外觀之其他目標。另一選擇係，可使用設計檔案中之一代表目標來對準計量工具。該代表目標亦可位於一易於找到之位置(諸如切割線)中。
一般而言，當形成組合虛擬及目標結構時遵循虛擬結構及特定目標兩者之規則。舉例而言，虛擬結構規則可需要一特定圖案密度或最大開放空間大小以用於確保一特定位準之CMP均勻性。另外，遵循目標之特定計量或檢驗程序規則。
通常，在現代程序中不允許顯著空白(不含圖案)區域。可由虛擬結構填充未經圖案化區域以使得當欲將二維處理用於疊對計算時彼等結構將不引入任何顯著串擾。一項補救措施可係使用極深度次解析度 虛擬節距，以使得虛擬區域被視為或量測為「灰色」未經圖案化區域。此外，可以甚至更加抑制虛擬圖案之一方式來設計工具光學器件。
本文中所闡述之目標結構及子結構通常係使用適合之光微影技術來圖案化，且隨後使用諸如蝕刻及沈積等已確立處理技術來將該等光微影圖案轉印至其他材料及層。在最簡單應用中，經轉印圖案構成經蝕刻或經沈積線或導通孔。舉例而言，該等結構及子結構可係一晶圓層內之光阻劑材料形成物、凹入腔形成物、嵌入式溝渠及/或其他結構。由腔形成之該等結構及子結構可係在半導體製作程序期間形成於層中之任一者中之腔。舉例而言，該等腔可形成於光抗蝕劑層、介電材料層或金屬層中。應注意，上述程序並非一限制且可使用任何適合之製作技術。
雖然已出於清晰理解之目的而相當詳細地闡述了前述發明，但應明瞭，可在隨附申請專利範圍之範疇內實踐某些改變及修改。因此，應將所闡述之實施例視為說明性而非限制性，且本發明不應限於本文中給出之細節而應由以下申請專利範圍及其等效形式之全部範圍來界定。
300‧‧‧散射疊對目標/目標
304‧‧‧粗略節距
306a‧‧‧經隔離特徵
306b‧‧‧經隔離特徵
306c‧‧‧經隔離特徵
308a至308d‧‧‧密集特徵

Claims (21)

  1. 一種用於偵測一基板之兩個或兩個以上連續層之間或一基板之一單個層上之兩個或兩個以上單獨產生之圖案之間的疊對誤差之半導體目標，該目標包括：複數個第一光柵結構，其具有可由一檢驗工具解析之一粗略節距；及複數個第二光柵結構，其相對於該等第一光柵結構而定位，其中該等第二光柵結構具有小於該粗略節距之一精細節距，其中該等第一及第二光柵結構兩者皆形成於一基板之兩個或兩個以上連續層中或一基板之一單個層上之兩個或兩個以上單獨產生之圖案之間，其中該等第一及第二光柵具有全部遵守一預定義設計規則規範之特徵尺寸。
  2. 如請求項1之目標，其中該等第二光柵結構配置於每一對第一光柵結構之間以使得：該等第一及第二光柵結構之複數個間隔遵守該預定義設計規則規範，而該粗略節距在無該等第二光柵結構之情況下將不遵守該預定義設計規則規範。
  3. 如請求項1之目標，其中該等第一及第二光柵之一工作循環以對應於該粗略節距之一大小之週期性而改變。
  4. 如請求項1之目標，其中該等第一及第二光柵結構具有複數個不同臨界尺寸(CD)值。
  5. 如請求項4之目標，其中該等第一光柵結構具有線寬度及間距寬度之一第一組CD值，且該等第二光柵結構具有不同於該第一組CD值的線寬度及間距寬度之一第二組CD值。
  6. 如請求項5之目標，其中該第一組CD值跨越該粗略節距之一循環 而變化。
  7. 如請求項1之目標，其中該等第一及第二光柵結構係形成於一基板之兩個或兩個以上連續層中或一基板之一單個層上之兩個或兩個以上單獨產生之圖案之間的複數個孔，且此等孔具有變化的複數個CD值。
  8. 如請求項1之目標，其中選擇該粗略節距以增強自該等第一及第二光柵之一階繞射，同時最小化其他繞射階。
  9. 如請求項8之目標，其中該等第一及第二光柵兩者皆形成於一第一層及不同於該第一層之一第二層中，且其中該等第一及第二組CD值包括經選擇以等化在一散射檢驗程序期間自該等第一及第二層兩者中之該等第一及第二光柵量測之信號之一振幅的一子組CD值。
  10. 一種用於檢驗一半導體疊對目標之檢驗設備，其包括：至少一散射模組，其用於自一疊對目標獲得散射信號，該疊對目標具有：複數個第一光柵結構，其具有可由該檢驗設備解析之一粗略節距；及複數個第二光柵結構，其相對於該等第一光柵結構而定位，其中該等第二光柵結構具有小於該粗略節距之一精細節距，其中該等第一及第二光柵結構兩者皆形成於一基板之兩個或兩個以上連續層中或一基板之一單個層上之兩個或兩個以上單獨產生之圖案之間；及一處理器，其經組態以分析該等所獲得散射信號以藉此判定此等目標內之疊對誤差。
  11. 如請求項10之設備，其中該等散射模組包括：一照射模組，其經定向以使輻射跨越該疊對目標掃描，其中該照射模組包括一物鏡及定位於該物鏡與該疊對目標之間的一固態浸沒透鏡；及 一或多個偵測器，其經定向以回應於跨越該疊對目標掃描之該輻射而偵測已自該疊對目標散射之該散射信號。
  12. 如請求項11之設備，其中該固態浸沒透鏡係具有一平面型前表面之一消球差透鏡。
  13. 一種製造用於偵測一基板之兩個或兩個以上連續層之間或一基板之一單個層上之兩個或兩個以上單獨產生之圖案之間的疊對誤差之一半導體目標之方法，其包括：形成具有可由一檢驗工具解析之一粗略節距的複數個第一光柵結構；及形成相對於該等第一光柵結構而定位之複數個第二光柵結構，其中該等第二光柵結構具有小於該粗略節距之一精細節距，其中該等第一及第二光柵結構兩者皆形成於一基板之兩個或兩個以上連續層中或一基板之一單個層上之兩個或兩個以上單獨產生之圖案之間，其中該等第一及第二光柵具有全部遵守一預定義設計規則規範之特徵尺寸。
  14. 如請求項13之方法，其中該等第二光柵結構配置於每一對第一光柵結構之間以使得：該等第一及第二光柵結構之複數個間隔遵守該預定義規則規範，而該粗略節距在無該等第二光柵結構之情況下將不遵守該預定義設計規則規範。
  15. 如請求項13之方法，其中該等第一及第二光柵之一工作循環以對應於該粗略節距之一大小之週期性而改變。
  16. 如請求項13之方法，其中該等第一及第二光柵結構具有複數個不同臨界尺寸(CD)值。
  17. 如請求項16之方法，其中該等第一光柵結構具有線寬度及間距寬度之一第一組CD值，且該等第二光柵結構具有不同於該第一 組CD值的線寬度及間距寬度之一第二組CD值。
  18. 如請求項16之方法，其中該第一組CD值跨越該粗略節距之一循環而變化。
  19. 如請求項13之方法，其中該等第一及第二光柵結構係形成於一基板之兩個或兩個以上連續層中或一基板之一單個層上之兩個或兩個以上單獨產生之圖案之間的複數個孔，且此等孔具有變化的複數個CD值。
  20. 如請求項13之方法，其中選擇該粗略節距以增強自該等第一及第二光柵之一階繞射，同時最小化其他繞射階。
  21. 如請求項20之方法，其中該等第一及第二光柵兩者皆形成於一第一層及不同於該第一層之一第二層中，且其中該等第一及第二組CD值包括經選擇以等化在一散射檢驗程序期間自該等第一及第二層兩者中之該等第一及第二光柵量測之信號之一振幅的一子組CD值。
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