TW201921574A - 半導體裝置、製造方法及測量方法 - Google Patents

半導體裝置、製造方法及測量方法

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Abstract

一種疊對記號，包括第一、第二、第三以及第四部件。第一部件位於疊對記號的第一區中，並且包括在第一方向上延伸的複數光柵。第二部件位於疊對記號的第二區中，並且包括在第一方向上延伸的複數光柵。第三部件位於疊對記號的第三區中，並且包括在不同於第一方向的第二方向上延伸的複數光柵。第四部件位於疊對記號的第四區中，並且包括在第二方向上延伸的複數光柵。第一區對準第二區。第三區對準第四區。

Description

半導體裝置、製造方法及測量方法
本揭露是關於一種半導體裝置，特別是可用於能夠提取焦點資訊(focus information)或關鍵尺寸資訊的半導體裝置。
半導體積體電路(IC)工業快速成長。在IC材料及IC設計的技術進步產生多個IC世代，每一個IC世代比上一個IC世代有更小及更複雜的電路。然而，這些進步增加了IC製程及製造的複雜性，為實現這些進步，需要在IC製程及製造有相似的發展。在IC發展過程中，當幾何尺寸(例如：用製程可作出之最小部件(或線路))下降時，功能密度(例如:每一晶片區域的相連元件數量)通常都會增加。
疊對記號(overlay mark)已被用來測量積體電路的各層之間的疊對(overlay)或對準。然而，習知的疊對記號仍有缺點。舉例來說，習知的疊對記號的測量精確度可能受到疊對記號的位置的影響，例如圍繞疊對記號的積體電路特徵的圖案密度。舉另一例來說，雖然習知的疊對記號可被用來測量疊對，但不能夠確定焦點資訊或關鍵尺寸(CD)資訊。因此，雖然現有的疊對記號通常已足夠用於其預期目的，但在每一個方面上並不能完全地滿足。
本揭露實施例提供一種半導體裝置。此半導體裝置包括第一疊對記號。疊對記號包括：位於第一疊對記號的第一區中的第一部件，其中第一部件包括在第一方向上延伸的複數光柵；位於第一疊對記號的第二區中的第二部件，其中第二部件包括在第一方向上延伸的複數光柵；位於第一疊對記號的第三區中的第三部件，其中第三部件包括在不同於第一方向的第二方向上延伸的複數光柵；以及位於第一疊對記號的第四區中的第四部件，其中第四部件包括在第二方向上延伸的複數光柵。第一區對準第二區。第三區對準第四區。
本揭露實施例提供一種半導體裝置的製造方法。在晶圓上圖案化疊對記號。疊對記號包括：複數第一光柵，設置在疊對記號的第一層中；複數第二光柵，設置在疊對記號的第二層中，其中第一層和第二層的其中一個包括上層，並且第一層和第二層的其中另一個包括設置在上層下方的層；以及複數子圖案，設置在第一層中，但不設置在第二層中，其中每一個第一光柵的尺寸至少比每一個子圖案的尺寸大一個數量級；以及使用疊對記號執行一或多個半導體製程。
本揭露實施例提供一種半導體裝置的測量方法。此方法包括：透過疊對記號測量繞射光強度，其中疊對記號包括上層和相對於上層具有偏移的下層；基於所測量的繞射光強度，確定與疊對記號相關的不對稱資訊；基於所測量的不對稱資訊，計算與疊對記號相關的疊對；以及執行下面步驟之至少一者：基於所測量的疊對，提取曝光製程的焦點資訊；或者基於所測量的繞射光強度，提取與晶圓相關的關鍵尺寸資訊。
本揭露提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。舉例來說，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
此外，其與空間相關用詞。例如“在…下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的” 及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。除此之外，設備可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。
為了確保在所製造的半導體裝置中的各層之間的精確對準(亦稱為疊對(overlay))，疊對記號(與在微影製程期間使用機台來對準光罩所使用的對準記號不同)被用來測量各層之間的對準。然而，習知的疊對記號仍有缺點。舉例來說，習知的疊對記號可能易於受到雜訊(noise)的不良影響。舉另一例來說，習知的疊對記號可能無法提取焦點資訊或關鍵尺寸資訊。
為了克服上述所討論的問題，本揭露提供複數疊對記號的實施例，可以減少雜訊並且能夠提取焦點資訊或關鍵尺寸資訊。下面將參照第1圖至第24圖來更詳細討論本揭露。首先，下面將參照第1圖至第2圖作為示例之微影製程環境討論極紫外光(EUV)微影系統，其中使用了本揭露之疊對記號，但是應當理解，此處所討論的疊對記號亦可被用於非極紫外光微影環境的其他類型。接著，參照第3圖至第24圖根據本揭露之實施例來討論疊對記號的細節。
第1圖為根據本揭露實施例之極紫外光的微影系統10的示意圖。微影系統10亦可通常地被稱為掃描機，其被設置以使用相應的輻射源和曝光模式執行微影曝光製程。微影系統10被設計以藉由極紫外光或極紫外光輻射來曝光光阻層。光阻層是對極紫外光敏感的材料。微影系統10使用輻射源12以產生極紫外光，例如具有約1奈米和約100奈米之間的波長範圍的極紫外光。在一特定實施例中，輻射源12產生具有以約13.5奈米為中心的波長的極紫外光。因此，輻射源12亦被稱作極紫外光輻射源12。
微影系統10亦使用照明器(illuminator)14。在一些實施例中，照明器14包括各種折射光學部件，例如單一透鏡或具有複數透鏡(波帶片(zone plate))或可選擇反射光學部件(用於極紫外光微影系統)的透鏡系統，例如為了將光線從輻射源12引導至光罩載台16(特別是固定在光罩載台16上的光罩18)上的單一鏡子或具有複數鏡子的鏡子系統。在輻射源12在極紫外光波長範圍中產生光線的此實施例中，照明器14使用了複數反射光學部件。在一些實施例中，照明器14包括偶極照明部件(dipole illumination component)。
在一些實施例中，照明器14可操作以設置鏡子來對光罩18提供合適的照明。在一個實施例中，照明器14的鏡子可以切換以反射極紫外光到不同的照明位置。在一些實施例中，在照明器14之前的站點可額外包括其他可切換鏡子，可切換鏡子可以被控制以使用照明器14的鏡子來將極紫外光引導至不同的照明位置。在一些實施例中，照明器14被設置以對光罩18提供軸上照明(on-axis illumination，ONI)。在一個實施例中，所使用之盤式(disk)的照明器14其具有最多為0.3的部分同調(partial coherence)σ。在一些其他實施例中，照明器14被設置以對光罩18提供離軸照明(off-axis illumination，OAI)。在一個實施例中，照明器14是偶極照明器(dipole illuminator)。在一些實施例中，偶極照明器具有最多為0.3的部分同調σ。
微影系統10還包括光罩載台16，光罩載台16被設置以固定光罩18。在一些實施例中，光罩載台16包括靜電夾盤(electrostatic chuck，e- chuck)以固定光罩18。這是因為氣體分子會吸收極紫外光，並且用於極紫外光微影圖案化的微影系統被保持在真空環境以避免極紫外光強度衰減。在本揭露中，術語之光罩、光學遮罩以及倍縮光罩可以互換使用以指代相同的物體。
在本實施例中，微影系統10是極紫外光微影系統，並且光罩18是反射光罩。一個光罩18的示例結構被用於說明。光罩18包括具有合適材料的基板，例如低熱膨脹材料(LTEM)或熔融石英。在一些實施例中，低熱膨脹材料包括摻雜二氧化鈦(TiO2 )的二氧化矽(SiO2 )或具有低熱膨脹的其他合適材料。在一些實施例中，低熱膨脹材料包括5%至20%重量的二氧化鈦(TiO2 )，並且具有小於約1.0´10-6 /℃的熱膨脹係數。舉例來說，在一些實施例中，低熱膨脹材料中摻雜二氧化鈦(TiO2 )的二氧化矽(SiO2 )材料具有使每一攝氏溫度的溫度變化，材料變化小於60百萬分率(ppb)的熱膨脹係數。當然，熱膨脹係數等於或小於摻雜二氧化鈦(TiO2 )的二氧化矽(SiO2 )材料的其他合適材料亦可被使用。
光罩18還包括沉積在基板的反射多重層(ML)。多重層包括複數膜對，例如鉬-矽(Mo/Si)膜對(例如：在每一個膜對中的矽層上方或下方的鉬層)。或者，多重層可包括鉬-鈹(Mo-Be)膜對，或可被設置以高度反射極紫外光的其他合適材料。
光罩18更包括設置在多重層上用於保護的覆蓋層，例如釕(Ru)。光罩18更包括沉積在多重層上的吸收層。吸收層被圖案化以定義積體電路(IC)的一個層。或者，另一個反射層可被沉積在多重層上，並且被圖案化以定義積體電路(IC)的一個層，從而形成極紫外光的相位移光罩。
微影系統10還包括投影光學模組(或投影光學盒(POB)20)，用於將光罩18的圖案成像在被固定在微影系統10的基板載台28上的目標26。在複數實施例中，投影光學盒20具有折射光學部件(用於紫外光微影系統)或可選擇反射光學部件(例如用於極紫外光微影系統)。從光罩18被引導的光線被繞射成各種繞射級(diffraction order)，並且帶有定義在光罩上的圖案的影像(由投影光學盒20所收集)。投影光學盒20可包括小於1的放大率(從而在目標(例如後續所討論的目標26)上的“影像”的尺寸小於在光罩上的對應“物體”的尺寸)。照明器14和投影光學盒20被共同稱作微影系統10的光學模組。
微影系統10還包括光瞳相位調變器(pupil phase modulator)22，以調變從光罩18所引導的光線的光學相位，使得光線在投影光瞳平面24上具有相位分布。在光學模組中，存在具有場分布的平面，場分布對應於對應於物體的傅立葉轉換(在此情況中為光罩18)。此平面被稱為投影光瞳平面。光瞳相位調變器22提供調變在投影光瞳平面24上的光線的光學相位的機制。在一些實施例中，光瞳相位調變器22包括用於相位調變的協調投影光學盒20的反射鏡的機制。舉例來說，投影光學盒20的鏡子是可被切換並且可被控制反射極紫外光，從而透過投影光學盒20調變光線的相位。
在一些實施例中，光瞳相位調變器22使用放置在投影光瞳平面上的光瞳濾光器。光瞳濾光器過濾出來自光罩18的極紫外光的特定空間頻率組成。具體來說，光瞳濾光器是相位光瞳濾光器，用於調變被引導穿過投影光學盒20的光線的相位分布。然而，在一些微影系統(例如極紫外光微影系統)中使用相位光瞳濾光器受到限制，因為所有材料都吸收極紫外光。
如上面所述，微影系統10還包括的基板載台28，以固定將被圖案化的目標26，例如半導體基板。在本實施例中，半導體基板是半導體晶圓，例如矽晶圓或其他類型晶圓。目標26被塗佈對輻射束(例如本實施例之極紫外光)敏感的光阻層。前述的各種部件被整合在一起，並且可被操作以執行微影曝光製程。微影系統10可更包括其他模組或被整合(或被耦接至)其他模組。
根據一些實施例，進一步描述光罩18及其製造方法。在一些實施例中，光罩製造程序包括兩個操作：空白光罩(blank mask)製造程序和光罩圖案化程序。在空白光罩製造程序期間，藉由在合適基板上沉積合適的層(例如：反射多重層)來形成空白光罩。接著空白光罩在光罩圖案化程序期間被圖案化以達到積體電路的一個層的所需設計。接著使用圖案化的光罩將電路圖案(積體電路的一層的設計)轉移到半導體晶圓上。圖案可以透過各種微影製程被一次又一次地轉移到多個晶圓上。一組光罩被用來建構完整的積體電路。
在各種實施例中，光罩18包括合適的結構，例如二元強度光罩(binary intensity mask，BIM)和相位移光罩(PSM)。一個示例的二元強度光罩包括吸收區(亦稱為不透明區)和反射區，該等被圖案化以定義將被轉移到目標上的積體電路圖案。在不透明區中，存在吸收物(absorber)，並且入射光幾乎被吸收物完全地吸收。在反射區中，吸收物被移除並且入射光被多重層(ML)繞射。相位移光罩可以是衰減(attenuated)相位移光罩(AttPSM)或交替(alternating)相位移光罩(AltPSM)。一個示例相位移光罩包括根據積體電路圖案被圖案化的第一反射層(例如反射多重層)和第二反射層。在一些實施例中，衰減相位移光罩從其吸收體通常具有2%至15%的反射率，而交替相位移光罩從其吸收體通常具有大於50%的反射率。
在第2圖中顯示了一個光罩18的實施例。在所示的實施例中，光罩18是極紫外光光罩(亦稱為極紫外光光罩18)，並且包括由低熱膨脹材料製成的基板30。低熱膨脹材料可包括摻雜二氧化鈦(TiO2 )的二氧化矽(SiO2 )或習知之其他低熱膨脹材料。在一些實施例中，導電層32額外地設置在低熱膨脹材料的基板30的背面下方，導電層32為用於靜電夾持之目的。在一個實施例中，導電層32包括氮化鉻(CrN)。在其他實施例中，可以使用其他合適組合物，例如含鉭材料。
極紫外光光罩18包括設置在低熱膨脹材料的基板30上之反射的多重層(ML)結構34。多重層結構34可被選擇，使得多重層結構34對所選擇的輻射類型/波長提供高反射率。多重層結構34包括複數膜對，例如鉬-矽(Mo/Si)膜對(例如：在每一個膜對中的矽層上方或下方的鉬層)。或者，多重層結構34可包括鉬/鈹(Mo/Be)膜對，或者在極紫外光波長處具有高度反射的折射率差的任何材料。
再參照第2圖，極紫外光光罩18還包括覆蓋層36，覆蓋層36設置在多重層結構34上以防止多重層的氧化。在一個實施例中，覆蓋層36包括厚度範圍約4奈米至7奈米的矽。極紫外光光罩18可更包括設置在覆蓋層36上的緩衝層38，以在吸收層的圖案化或修復程序中作為蝕刻停止層，此將於後續描述。緩衝層38具有與設置在其上的吸收層不同的蝕刻特性。在複數實施例中，緩衝層38包括釕（Ru），釕化合物(例如硼化釕(RuB)、矽化釕(RuSi))、鉻(Cr)、氧化鉻以及氮化鉻。
極紫外光光罩18還包括形成在緩衝層38上的吸收物層40(亦稱為吸收層)。在一些實施例中，吸收物層40吸收被引導到光罩上的極紫外光輻射。在複數實施例中，吸收物層40可以由鉭氮化硼(TaBN)、鉭氧化硼(TaBO)、或鉻(Cr)、鐳(Ra)所製成或由一或多種以下材料的合適氧化物或氮化物(或合金)製成：錒、鐳、碲、鋅、銅以及鋁。
在第1圖和第2圖中所討論的上述極紫外光微影系統僅是可以使用疊對記號的示例微影系統。然而，本揭露之疊對記號亦可被用於其他類型的微影系統。現在將於後續更詳細地討論本揭露之疊對記號。
第3圖顯示了疊對記號100的簡化局部剖面圖。疊對記號100包括上層100A和下層100B。在一些實施例中，上層100A包括圖案化光阻層，並且下層100B包括在晶圓上的圖案化材料層。在其他實施例中，上層100A和下層100B可包括在晶圓上的不同圖案化層。應理解可以使用一個光罩圖案化上層100A，並且可以使用不同的光罩圖案化下層100B。
上層100A和下層100B各自包括複數圖案化部件，亦稱為光柵。舉例來說，上層100A包括複數光柵110A，下層100B包括複數光柵110B。光柵110A和110B是在特定方向上延伸的細長特徵，例如在與剖面(取自第3圖的剖面圖)正交的方向上。在一些實施例中，光柵110A週期性地分布，及/或光柵110B週期性地分布。換句話說，光柵110A以一固定間隔彼此分開，並且光柵110B以一固定間隔彼此分開。
上層100A與下層100B之間的疊對可以藉由光線繞射來測量。舉例來說，因應於投影在疊對記號100上的入射光，可以產生不同級的繞射光。在第3圖中，0級繞射光顯示為I0 ，+1級繞射光顯示為I+1 ，並且-1級繞射光顯示為I-1 。各級的繞射光強度可以藉由光學測量機台來測量。在一些實施例中，光學測量機台包括散射測量機。在一些其他實施例中，光學測量機台包括繞射測量機。應理解在一些實施例中光學測量機台亦可被設置以產生入射光。基於所測量的I+1 和I-1 資料，與疊對記號100相關的不對稱資訊(As)可以被定義為As= I+1 -I-1 。
不對稱資訊被用於確定疊對。舉例來說，如果I-1 大於I+1 ，則可指示上層100A與下層100B之間未對準，其中上層100A與下層100B相比“向左偏移”。如果I+1 大於I-1 ，則可指示上層100A與下層100B之間未對準，其中上層100A與下層100B相比“向右偏移”。如果I+1 等於I-1 ，則可表示上層100A與下層100B之間大抵對準。如果所確定的疊對不符合規格，則上層100A可被移除(例如：透過光阻剝離製程或光阻灰化製程)，並且使用調整後的參數(例如：光罩的位置)形成或定義新的上層。舉例來說，新的上層仍可包括藉由光罩圖案化的光阻層。作為調整後的參數的結果，新的上層應該與下層100B具有更好的疊對。
現在參照第4A圖和第4B圖，顯示了上層130A和下層130B的疊加的簡化局部剖面圖。上層130A和下層130B可以是光罩上的疊對記號的兩個不同層。上層130A和下層130B個別地包括複數光柵140A和140B。在上層130A與下層130B之間可以引入一個已知偏差。舉例來說，第4A圖顯示了在上層130A與下層130B之間的一個已知偏差-d。換句話說，在上層130A中的光柵140A相對於在下層130B中的光柵140B可以為“向左偏移”。另外，第4B圖顯示了在上層130A與下層130B之間的一個已知偏差+d。換句話說，在上層130A中的光柵140A相對於在下層130B中的光柵140B可以為“向右偏移”。已知偏差+d或-d可為有意地設置或實施作為光罩設計的一部分。偏差+d或-d亦稱為距離+d或-d。
在製造晶圓時，上層與下層之間的實際總偏移包括已知偏差(+d或-d)以及疊對(此處表示為OV或OVL)。疊對指的是在晶圓製造期間上層和下層之間的未對準，這是不期望的並且應該被最小化。不對稱性是偏移的函數，並因此它是疊對的函數，如下所示：As=K*(OV+d)，其中As表示不對稱性，K表示線性函數的斜率(不對稱性和偏移的函數)，OV表示疊對，並且d表示已知偏差。在此方程式中，As可以被測量(例如：藉由測量上面參照第3圖所討論的光線的繞射)，並且d為已知。因此，K和OV是可以使用兩個方程式計算的兩個變量。舉例來說，在下面的兩個方程式中，As+d 和As-d 是兩個不同不對稱性的計算，一種使用上層和下層具有+d偏差的疊對記號得出，並請另一種使用上層和下層具有-d偏差的疊對記號得出。一旦計算出不對稱資訊As+d 和As-d ，也可以計算出疊對OV和K。
現在參照第5圖，顯示了在晶圓上的疊對記號200A的俯視圖。疊對記號200A可包括複數部件或部分，例如如第5圖所示的四格不同部件210、211和220、221。部件210、211彼此對準，例如在Y方向上，並且部件220、221彼此對準，例如在Y方向上。
部件210、211各自包括在Y方向上延伸的複數光柵(例如：光柵230)，並且部件220、221各自包括在垂直於Y方向的X方向上延伸的複數光柵(例如：光柵231)。部件210、211和220、221之每一者還包括上層和下層，與在第3圖中所示的上層100A和下層100B相似。在疊對記號200A的每一個部件210、211和220、221中，光柵位於上層和下層兩者之中。
在每一個部件210、211和220、221中引入一個已知偏差。對於部件210，在X方向上引入已知偏差+d(距離+d)，即部件210的上層中的光柵在X方向上偏移部件210的下層中的光柵距離+d。對於部件211，在X方向上引入已知偏差-d(距離-d)，即部件211的上層中的光柵在X方向上偏移部件211的下層中的光柵距離-d。對於部件220，在Y方向上引入已知偏差-d(距離-d)，即部件220的上層中的光柵在Y方向上偏移部件220的下層中的光柵距離-d。對於部件221，在Y方向上引入已知偏差+d(距離+d)，即部件221的上層中的光柵在Y方向上偏移部件221的下層中的光柵距離+d。部件210、211可用於在X方向上得到兩個不對稱性測量(例如：As+d 和As-d )，以便能夠確定在X方向上的疊對。部件220、221可用於在Y方向上得到兩個不對稱性測量(例如：As-d 和As+d )，以便能夠確定在Y方向上的疊對。
根據本揭露實施例，疊對記號200A的區域240位於比起疊對記號200A的區域250具有較低圖案密度的區域中。在一些實施例中，下方的圖案密度區域可包括積體電路的邊緣或測試線的邊緣。舉例來說，現在參照第6A圖、第6B圖以及第6C圖，顯示了可能存在的不同圖案密度的一些示例情況。更詳細來說，第6A圖是部分晶圓270(例如：在晶圓上的積體電路晶片)的簡化俯視圖、第6B圖是垂直定向(定向在Y方向上)的測試線271的簡化俯視圖以及第6C圖是水平定向(定向在X方向上)的測試線272的簡化俯視圖。對於在第6A圖中的部分晶圓270，其邊緣區(例如邊緣區280、281)可具有比部分晶圓270的其餘部分更低的圖案密度。相似地，對於測試線271、272，其邊緣區(例如邊緣區282、283)亦可具有比測試線的其餘部分更低的圖案密度。
在圖案密度中的差異可導致圖案化特徵(例如在疊對記號中的光柵)的不同輪廓。第7A圖和第7B圖顯示由於圖案密度差異導致的不同光柵輪廓。更詳細來說，第7A圖顯示了疊對記號的複數光柵300至303的的剖面輪廓，並且第7B圖顯示了疊對記號的複數光柵310至313的輪廓的剖面輪廓。光柵300至303和310至313可以是上面參照第5圖所討論的光柵230或231的實施例。光柵300至303和310至313在此顯示為“溝槽”，但應理解在其他實施例中它們可以是“島”。
在第7A圖中，光柵300至303所在的晶圓的區域(或測試線)可具有相對類似的圖案密度。如此，光柵300至303都具有相似的剖面輪廓，例如關於它們的形狀、寬度或高度。相較之下，在第7B圖中，光柵310至313所在的晶圓的區域(或測試線)可具有不同的圖案密度。舉例來說，光柵310所在的晶圓的區域(或測試線)可具有比光柵311至313所在的晶圓的區域(或測試線)更低的圖案密度。這可能會發生在當光柵310位在靠近晶圓或測試線的邊緣時，例如發生在第6A圖至第6C圖中的邊緣區280至283中。如此一來，光柵310的剖面輪廓與光柵311至313的剖面輪廓不同。這些差異中一些可能涉及光柵的形狀(例如：或多或少的梯形)或寬度及/或高度的不同。在光柵310至313中的差異(由於圖案密度的不同)可能導致不希望的雜訊，可能不利地影響疊對測量精確度。
再參照第5圖，為了抑制或最小化上面所討論的雜訊(由圖案密度的不同所引起)的影響，本揭露在新穎的配置中具體地佈置疊對記號200A的部件210、211和220、221。舉例來說，由於區域240具有比區域250更低的圖案密度，所以疊對記號被佈置成部件210、211各自具有位於區域240中的邊界(例如：左邊界)，其中這些邊界彼此對齊。換句話說，部件210、211被個別地佈置在第5圖中的疊對記號的“左上” 角和“左下”角中，並且部件220、221被個別地佈置在第5圖中的疊對記號的“右上” 角和“右下”角中。應注意部件210、211各自具有定向在Y方向上延伸的光柵，並且在X方向上個別地具有已知偏差+d和-d，而部件220、221各自具有定向在X方向上延伸的光柵，並且在Y方向上個別地具有已知偏差+d和-d。
在第5圖中所示的部件210、211和220、221的配置最小化了上面所討論的雜訊。由於部件210、211各自在區域240中具有較低圖案密度的光柵(例如：最左邊的光柵)，因此部件210、211將各自具有在其中的相似位置的光柵，該光柵具有歪曲的剖面輪廓(與部件210、211的其餘光柵相比)。如此一來，部件210、211仍將具有彼此相似的剖面輪廓，因為它們各自具有一或多個光柵，這些光柵由於位在低圖案密度區而歪曲。如上面所述，可以使用疊對記號200A的部件210、211來計算在X方向上的疊對。在此情況下，可以消除由於在區域240(低圖案密度區)中的歪曲光柵而產生的雜訊，因為部件210、211各自在其中相同或相似的位置中具有歪曲光柵。因此，疊對記號200A可以實現比習知疊對記號更好的疊對測量精確度。
第8圖至第10圖顯示了疊對記號的其他實施例的俯視圖，其中個別地顯示了在晶圓上的疊對記號200B、200C以及200D。疊對記號200B、200C以及200D的這些實施例與在第5圖中的疊對記號200A的實施例相似。因此，為了一致且明確，相似的元件將在第5圖和第8圖至第10圖中作相同標記。舉例來說，疊對記號200A、200B、200C以及200D各自包括部件210、211，其中部件210、211具有在Y方向上延伸的光柵，但個別地在X方向上具有偏差+d和-d。疊對記號200A、200B、200C以及200D各自也包括部件220、221，其中部件220、221具有在X方向上延伸的光柵，但個別地在Y方向上具有偏差+d和-d。此外，參考標記240亦用於指示具有低圖案密度的區域(例如：與區域250相比)，並且參考標記250亦用於指示具有高圖案密度的區域(例如：與區域240相比)。
在第8圖所示的實施例中，部件221實施在疊對記號200B的“左上”角，部件220實施在疊對記號200B的“左下”角，部件211實施在疊對記號200B的“右上”角，部件210實施在疊對記號200B的“右下”角。如此，部件210、211在Y方向上對齊，並且部件220、221在Y方向上對齊。
儘管(疊對記號200B的)部件210、211和220、221的位置與疊對記號200A的不同，但疊對記號200A和200B兩者實現了在Y方向上彼此相鄰的兩個部件(例如部件210、211彼此相鄰或部件220、221彼此相鄰)，其中相鄰定位的部件各自具有在相同方向上延伸的光柵，不論是X方向(例如：部件220、221)或Y方向(例如：部件210、211)。
在第9圖所示的實施例中，部件211實施在疊對記號200C的“左上”角，部件221實施在疊對記號200C的“左下”角，部件210實施在疊對記號200C的“右上”角，部件220實施在疊對記號200C的“右下”角。如此一來，部件210、211在X方向上對齊，並且部件220、221在X方向上對齊。
疊對記號200C與疊對記號200A和200B亦不同在區域240(低圖案密度區)和區域250(高圖案密度區)的位置。如第9圖所示，部件210、211的最上方邊界(在Y方向上)位於區域240(低圖案密度區)中，並且部件210、211的最下方邊界(在Y方向上)(個別地與部件220、221共享邊界)位於區域250(不具有低圖案密度)中。舉例來說，區域240可以位於或鄰近於積體電路晶片的邊緣，或是位於或鄰近於測試線的邊緣。因為在第9圖中所示的特定配置，區域240(低圖案密度區)所引入的雜訊相似地影響了部件210、211，並因此當完成疊對計算時可以消除雜訊。
在第10圖所示的實施例中，部件221實施在疊對記號200D的“左上”角，部件211實施在疊對記號200D的“左下”角，部件220實施在疊對記號200D的“右上”角，部件210實施在疊對記號200D的“右下”角。如此一來，部件210、211在X方向上對齊，並且部件220、221在X方向上對齊。
(第10圖的)區域240、250的位置與在第9圖中的相似。值得注意的是，疊對記號200C和200D兩者實現了在X方向上彼此相鄰的兩個部件(例如部件210、211彼此相鄰或部件220、221彼此相鄰)，其中相鄰定位的部件各自具有在相同方向上延伸的光柵，不論是X方向(例如：部件220、221)或Y方向(例如：部件210、211)。
應理解疊對記號的其他實施例亦是可能的。舉例來說，在一替代實施例中，其疊對記號的佈置與疊對記號200A的佈置相似，但部件220和221的位置互換。作為另一示例，在一替代實施例中，其疊對記號的佈置與疊對記號200A的佈置相似，但部件210和211的位置互換。無論具體的實施例為何，本揭露的重疊記號可以實現更好的疊對測量效能，因為上面所討論的佈置允許消除或顯著地減少由圖案密度差異所引起的雜訊。
現在參照第11圖，根據本揭露之實施例，複數疊對記號400可被佈置成圍繞在晶圓上的主圖案405的M´N陣列。M表示在陣列中的列(row)數，並且N表示在陣列中的行(column )數。在一些實施例中，主圖案405可以是積體電路的一部分，主圖案405包括對應了主動區、源極/汲極、內部互連元件等的圖案。主圖案405可包括具有較差圖案密度均勻性的區域，例如具有比其他區域高許多的圖案密度的區域。主圖案405還可包括較差關鍵尺寸均勻性的區域，例如具有較大關鍵尺寸差異的區域。
疊對記號400的M´N陣列可包括複數疊對記號，例如在第11圖中顯示的八個疊對記號400A至400H。這些疊對記號400A至400H中的至少一些可以包括與上面所討論的部件210、211及/或220、221相似的多個部件。舉例來說，疊對記號400A、400B、400C以及400D被設置在主圖案405的四個不同側(例如：上方、下方、左方以及右方)。疊對記號400A至400D各自包括與上面所討論的部件210相似的部件410、與上面所討論的部件211相似的部件411、與上面所討論的部件220相似的部件420以及與上面所討論的部件221相似的部件421。舉例來說，這些部件410、411和420、421的每一者可包括上層和下層，其中在上層與下層之間存在偏差+d或偏差-d。同樣地，在一些實施例中，上層可包括圖案化光阻層，而下層可包括在基板上的圖案化材料層。在其他實施例中，上層和下層可包括在基板上的不同圖案化層。與部件210、211和220、221相似，部件410、411被設置來測量X方向疊對，並且部件420、421被設置來測量Y方向疊對。
由於與上面參照第5圖和第8圖至第10圖所討論的內容相似的原因，在疊對記號400A、400B(其各自面向主圖案在X方向上延伸的邊界)中的部件被設置以使兩個部件420、421(用於測量Y方向疊對)在X方向上彼此相鄰地佈置，並且兩個部件410、411(用於測量X方向疊對)在X方向上彼此相鄰地佈置。如上面所述，當使用關於繞射光強度的不對稱資訊測量疊對時，這種類型的佈置確保在疊對記號400A、400B的水平邊緣(面向主圖案405的“上方”邊界和“下方”邊界的邊緣)中可能出現的任何雜訊將被減少或消除。
同樣由於與上面參照第5圖和第8圖至第10圖所討論的內容相似的原因，在疊對記號400C、400D(其各自面向主圖案在Y方向上延伸的邊界)中的部件被設置以使兩個部件420、421(用於測量Y方向疊對)在Y方向上彼此相鄰地佈置，並且兩個部件410、411(用於測量X方向疊對)在Y方向上彼此相鄰地佈置。同樣地，當使用關於繞射光強度的不對稱資訊測量疊對時，這種類型的佈置確保在疊對記號400C、400D的垂直邊緣(面向主圖案405的“左方”邊界和“右方”邊界的邊緣)中可能出現的任何雜訊將被減少或消除。
儘管疊對記號400A至400D各自被設置相鄰於主圖案405的相應邊界，但是疊對記號400E至400H各自被設置對角地相鄰於主圖案405的相應角落。舉例來說，疊對記號400E被設置對角地相鄰於主圖案405的“左上”角、疊對記號400F被設置對角地相鄰於主圖案405的“右上”角、疊對記號400G被設置對角地相鄰於主圖案405的“左下”角以及疊對記號400H被設置對角地相鄰於主圖案405的“右下”角。
由於疊對記號400E至400H的對角線位置，它們的部件被不同地設置。舉例來說，疊對記號400E至400H還包括與上面所討論的部件210、211相似的部件410、411。然而，部件410、411相對彼此對角地設置，而不是在X方向或在Y方向上彼此緊鄰地設置。另外，疊對記號400E至400H各自包括部件430A、430B，以及部件470A、470B。
部件430A、430B被設置以測量在Y方向上的疊對，並因此它們各自包括在X方向上延伸的光柵。在這種方式中，部件430A、430B共同地提供與部件420(或部件421)相似的功能。換句話說，部件430A、430B相似於部件420被分成兩個部分，其中分開的左部分相似於部件430A，並且分開的右部分相似於部件430B。然而，與部件420不同(其中在其上層與下層之間中，在Y方向上存在固定的偏差d(為正或負))，在部件430A、430B中的光柵具有不同的偏差。在一些實施例中，上層可包括圖案化光阻層，而下層可包括在基板上的圖案化材料層。在其他實施例中，上層和下層可包括在基板上的不同圖案化層。
舉例來說，參照第12圖，根據本揭露實施例分開地顯示了部件430A、430B的上層和下層的俯視圖。部件430A、430B共享在Y方向上延伸的邊界440。此邊界440可以是概念性的並且在實際的疊對記號中看不到。換句話說，邊界440僅表示部件430A與430B之間的分界線。
在所示的實施例中，部件430A的水平定向光柵被偏差+d，代表部件430A的上層與下層之間的光柵在Y方向上偏移距離+d。同時，在部件430B中的水平定向光柵被偏差-d，代表部件430B的上層與下層之間的光柵在Y方向上偏移距離-d。在所示的實施例中，部件430A和430B之間的不同偏差被表現為上層中的光柵的偏移，但是在部件430A和430B的下層中的光柵保持不偏移。然而，此僅為一示例。在其他實施例中，在上層中的光柵可不偏移，而對於部件430A和430B在下層中的光柵個別地偏移+d和-d。
再參照第11圖，部件470A、470B亦被設置以測量在Y方向上的疊對，並因此它們各自包括在X方向上延伸的光柵。在這種方式中，部件470A、470B共同地提供與部件420(或部件421)相似的功能。換句話說，部件470A、470B相似於部件420被對角地分成兩個部分，其中一個對角部分(形狀為直角三角形)相似於部件470A，並且相對的對角部分(形狀為另一個直角三角形)相似於部件470B。然而，與部件420不同(其中在其上層與下層之間中，在Y方向上存在固定的偏差d(為正或負))，在部件470A、470B中的光柵具有不同的偏差。
舉例來說，參照第13圖，根據本揭露實施例分開地顯示了部件470A、470B的上層和下層的俯視圖。部件470A、470B共享在X方向上和Y方向上對角地延伸的邊界480。此邊界480可以是概念性的並且在實際的疊對記號中看不到。換句話說，邊界480僅表示部件470A與470B之間的分界線。
值得注意的是，由於部件470A、470B的形狀相似於三角形，因此位於每一個部件470A、470B中的光柵在X方向上具有不均勻的長度。在所示的實施例中，部件470A的水平定向光柵被偏差+d，代表部件470A的上層與下層之間的光柵在Y方向上偏移距離+d。同時，在部件470B中的水平定向光柵被偏差-d，代表部件470B的上層與下層之間的光柵在Y方向上偏移距離-d。在所示的實施例中，部件470A和470B之間的不同偏差被表現為上層中的光柵的偏移，但是在部件470A和470B的下層中的光柵保持不偏移。然而，此僅為一示例。在其他實施例中，在上層中的光柵可不偏移，而對於部件470A和470B在下層中的光柵個別地偏移+d和-d。應理解儘管部件470A和470B被實施在每一個疊對記號400E、400F、400G以及400G之中，但是它們可以在不同的疊對記號中在不同的方向上被旋轉。
由於與上面所討論的內容相似的原因，部件430A、430B和470A、470B的設置還抑制了由主圖案405的圖案密度問題所引起的雜訊。舉例來說，部件430A、430B和470A、470B的設置允許用於測量相同方向的疊對的光柵位於與主圖案405相似的距離。因此，即使主圖案405的圖案密度(或關鍵尺寸均勻性)問題引起可能出現在疊對記號400E至400H的邊界的雜訊，這些雜訊也將顯著減少。
在第11圖至第13圖所示的實施例中。在疊對記號中分開的部件(例如：部件430A、430B和470A、470B)具有在X方向上延伸的光柵，使得它們被設置以測量Y方向疊對。然而，此僅為一示例。應理解在一些實施例中，分開的部件可具有在Y方向上延伸的光柵，使得它們被設置以測量X方向疊對。應理解此處的疊對記號400之M´N陣列的設置不限於上面所討論的八個疊對記號400A至400H。在其他實施例中，與上面所討論的疊對記號相似的額外疊對記號可被實施在陣列的每一列及/或每一行中。
第14圖顯示了根據本揭露另一實施例之疊對記號500的俯視圖。疊對記號500不僅可以測量疊對，還可以測量焦點資訊，例如導致用於晶圓上的半導體特徵的最佳關鍵尺寸(CD)之焦點，下面將詳細說明。
如第14圖所示，疊對記號500可包括用於測量X方向疊對的部件510、511，與上面所討論的部件210、211相似。疊對記號500還可包括用於測量Y方向疊對的部件520、521，與上面所討論的部件220、221相似。部件510被佈置在疊對記號500的“左上”角、部件511被佈置在疊對記號500的“右下”角、部件520被佈置在疊對記號500的“右上”角以及部件521被佈置在疊對記號500的“左下”角。如此一來，部件510直接地相鄰於部件520、521(對於部件511亦如此)，並且部件510和511也彼此對角地相鄰。然而，應理解部件510、511和520、521的佈置僅為一示例，並且它們在其他實施例中可為不同的佈置，例如與第5圖和第8圖至第10圖中所顯示的實施例相似。
應理解部件510、511和520、521可各自具有相對於其上層和下層的內置偏差，與上面參照第5圖和第8圖至第10圖所討論的疊對記號相似。舉例來說，部件510可以在X方向上在其上層和下層之間具有+d偏差、部件511可以在X方向上在其上層和下層之間具有-d偏差、部件520可以在Y方向上在其上層和下層之間具有-d偏差以及部件521可以在Y方向上在其上層和下層之間具有+d偏差。同樣地，在一些實施例中，上層可包括圖案化光阻層，而下層可包括在基板上的圖案化材料層。在其他實施例中，上層和下層可包括在基板上的不同圖案化層。
如第14圖所示，每一個部件510、511和520、521被分成區域FR和區域FL，其中區域FR和區域FL各自包括一或多個子圖案(後續將詳細說明)。在所示的實施例中，在部件510和511中的區域FR被定向垂直於在部件520和521中的區域FR。同樣地，在部件510和511中的區域FL被定向垂直於在部件520和521中的區域FL。區域FR和區域FL的細節做為示例在第15A圖和第15B圖中顯示。具體來說，第15A圖顯示了區域FR的上層和下層的局部俯視圖(例如：來自部件520的區域FR)，並且第15圖顯示了區域FL的上層和下層的局部俯視圖(例如：來自部件520的區域FL)。
參照第15A圖，區域FR的上層包括細長的複數光柵530和複數子圖案540。細長的光柵可在X方向上或Y方向上延伸，這取決於它們所在的疊對記號500的部件。在所示的實施例中，位在部件510、511中的光柵530在Y方向上延伸(用於測量X方向疊對)，並且位在部件520、521中的光柵530在X方向上延伸(用於測量Y方向疊對)。舉例來說，在部件510的區域FR中的光柵530垂直於在部件520的區域FR中的光柵530。
子圖案540包括尺寸明顯小於光柵530的圖案。在一些實施例中，每一個光柵530和每一個子圖案540之間的尺寸差異至少為一個數量級(例如：10倍(´10))。子圖案540被加入以獲得焦點資訊，如後續所詳細說明。在第15A圖中所示的實施例中，子圖案540被分成許多子集，其中每個子集中的子圖案被佈置為一“行”，其位於相對於一個垂直定向的光柵530的“右”方(在X方向上)。應理解，對於位在部件520或521中區域FR，光柵530將被旋轉90以在X方向上延伸，並且子圖案540將被分成複數子集，其中每個子集中的子圖案被佈置為一“列”，其位於相對於一個水平定向的光柵530的“上”方或“下”方(在Y方向上)。
再參照第15A圖，區域FR的下層包括複數細長的光柵550。光柵550與光柵530延伸的方向相同(例如：在部件510、511中的Y方向和在部件520、521中的X方向)。然而，在此實施例中，在下層中沒有子圖案。然而，應理解在一些其他實施例中，子圖案540可位於下層而不是上層。
現在參照第15B圖，區域FL和區域FR有許多相似處。舉例來說，區域FL和區域FR都包括上層和下層。複數細長的光柵530被實施於上層，並且複數細長的光柵550被實施於下層。另外，對於區域FL和區域FR，其中一層(例如：此處的上層)包括複數子圖案540，但另一層(例如：此處的下層)不複數子圖案540。然而，與區域FR不同，子圖案540位於光柵530的“左”方(在X方向上)。如果區域FR已經實施在部件520和521(用於測量Y方向疊對)，則區域FL的子圖案540將位於光柵530的“下”方或“上”方(在Y方向上)。在這種方式中，區域FR和區域FL彼此對稱。
在區域FR或區域FL中存在的子圖案540影響了繞射強度訊號，使其表現出“旁波瓣(side lobe)”。這顯示在第16圖中，第16圖包括圖表(graph)570和圖表571，個別地對應具有子圖案(例如子圖案540)的疊對記號和不具有子圖案的疊對記號。更詳細來說，圖表570和圖表571各自包括表示位置偏移的X軸，X軸包括了疊對和上層與下層之間的內置偏差。圖表570和圖表571還各自包括表示繞射光強度的Y軸，Y軸可對應+1級繞射光與-1級繞射光之間的不對稱性。舉例來說，不對稱性可包括上面所討論的不對稱資訊(表示為As= I+1 -I-1 )。
因此，圖表570和圖表571顯示了繞射光強度如何個別地隨著具有子圖案的疊對記號的上層與下層之間的位置偏移(包括疊對)的函數和不具有子圖案的疊對記號的上層與下層之間的位置偏移而變化。然而，子圖案的存在(例如在第15A圖、第15B圖中的子圖案540)導致在圖表570中的旁波瓣，例如旁波瓣580和581。旁波瓣580和581表現出“凸塊(bump)”或“凸起(protrusion)”，不然應該為圖表571的平滑曲線。換句話說，如果沒有實施子圖案540，則圖表570將與圖表571大抵相似。
在一些實施例中，來自區域FR的子圖案540可引起旁波瓣580，並且來自區域FL的子圖案540可引起旁波瓣581。旁波瓣580、581與焦點資訊相關，並因此它們可被用於確定用於實現良好關鍵尺寸的最佳焦點。由於旁波瓣580、581彼此對稱，引此它們可被消除以確定疊對。在這種方式中，本揭露之疊對記號(例如疊對記號500)可被用於獲得疊對和焦點資訊。
第17A圖和第17B圖顯示了根據本揭露實施例之具有子圖案的一部分疊對記號的局部俯視圖。在第17A圖和第17B圖中還顯示了可以定義子圖案的各種參數(例如：子圖案的數量和位置)。在第17A圖中，複數矩形的子圖案540被實施相鄰於光柵530。子圖案540的數量以參數N表示，其中N大於等於1(N＞=1)。
子圖案還可以被實施在多於一個方向上圍繞光柵530。舉例來說，如第17B圖所示，一或多個子圖案540A可被佈置於光柵530的“左”側。參數Nv＞=1表示在此區域中有一或多個子圖案540A。子圖案可被佈置為單一行/列，或者是具有多個行及/或多個列的陣列。參數Iv 表示光柵530與最近的一個子圖案540A之間的距離。參數Pv 表示子圖案在Y方向上的間距(例如：一個子圖案540A的尺寸和兩個相鄰子圖案540A之間的距離的總和)。參數Pvh 表示子圖案在X方向上的另一個間距，例如當有兩行或更多行(在Y方向上延伸的行)的子圖案時。參數Pv 在Y方向上測量，而參數Pvh 在X方向上測量。
另一組子圖案540B在Y方向上位於光柵530的“正上方”。參數Nhh＞=0意味著光柵530“上方區域”中的子圖案540B的數量可以是一或多個(如果Nhh＞0)，或者根本不存在(如果Nhh=0)。參數Ihh 表示光柵530與最近的一個子圖案540B之間的距離。參數Phh 表示子圖案540B在Y方向上的間距。
另一組子圖案540C在Y方向上位於光柵530的“正下方”。參數Nhl＞=0意味著光柵530“下方區域”中的子圖案540C的數量可以是一或多個(如果Nhl＞0)，或者根本不存在(如果Nhl=0)。參數Ihl 表示光柵530與最近的一個子圖案540C之間的距離。參數Phl 表示子圖案540C在Y方向上的間距。
另一組子圖案540D在X方向和Y方向上位於光柵530的“上方對角線”。參數Nch＞=0意味著光柵530“上方對角線區域”中的子圖案540D的數量可以是一或多個(如果Nch＞0)，或者根本不存在(如果Nch=0)。參數Ich 表示光柵530與最近的一個子圖案540D之間在X和Y方向上的對角線距離。參數Pch 表示子圖案540D在X和Y方向上的對角線間距。角度qch 表示子圖案540D對角線角度。
另一組子圖案540E在X方向和Y方向上位於光柵530的“下方對角線”。參數Ncl＞=0意味著光柵530“下方對角線區域”中的子圖案540E的數量可以是一或多個(如果Ncl＞0)，或者根本不存在(如果Ncl=0)。參數Icl 表示光柵530與最近的一個子圖案540E之間在X和Y方向上的對角線距離。參數Pcl 表示子圖案540E在X和Y方向上的對角線間距。角度qcl 表示子圖案540E對角線角度。
子圖案540A至540E的設置可用於微調微影製程窗(process window)，例如焦點或曝光劑量(dose)。子圖案540A至540E的設置還可用於調整上面所討論的旁波瓣效應及/或修改下面要討論的柏桑曲線(Bossung curve)。
儘管上面所討論的實施例已經將子圖案540顯示為具有略微矩形的俯視圖形狀，但是子圖案的其他設計也是可能的。舉例來說，參照第18A圖至第18E圖，顯示了子圖案的一些實施例的俯視圖。
在第18A圖所示的實施例中，子圖案540F被實施相鄰於光柵530。在此實施例中，子圖案540F包括五個多邊形。每一個多邊形具有三個或更多個邊(即n＞=3，其中n是多邊形的邊)。多邊形的邊數量可被設置來調整由光柵繞射所產生的旁波瓣效應。對於不同的多邊形，疊對記號將產生些微不同的焦點深度(DOF)。
在第18B圖所示的實施例中，子圖案540G被實施相鄰於光柵530。在此實施例中，子圖案540G包括四個圓形或四個圓狀圖案。子圖案540G還可稱為點對稱子圖案。圓形的子圖案540G的數量、尺寸以及位置可被設置以平滑地調整旁波瓣效應。
在第18C圖所示的實施例中，子圖案540H被實施相鄰於光柵530。在此實施例中，子圖案540H包括五個橢圓形圖案。子圖案540H還可稱為軸對稱子圖案。橢圓形的子圖案540H的數量、尺寸以及位置也可被設置以平滑地調整旁波瓣效應。
在第18D圖所示的實施例中，子圖案540I被實施相鄰於光柵530。在此實施例中，子圖案540I被塑形成“線”，具有與光柵530相似的俯視圖形狀。一或多個“線形”的子圖案540I可被實施在光柵430的任一側。諸如每一個子圖案540I的水平/垂直尺寸的參數、光柵530與最近子圖案540I之間的間隔的參數及/或子圖案540I的間距的參數可被設置為調整旁波瓣效應。
在第18E圖所示的實施例中，不同類型的子圖案組合可被實施相鄰於光柵530。舉例來說，線狀的子圖案540I可被實施相鄰於光柵530，並且矩形的子圖案540A可被實施相鄰於線狀的子圖案540I。在其他實施例中，子圖案540A、540F、540G、540H、540I可被混合成各種不同組合和子組合。另外，此處所討論的子圖案的任何一種形狀可被用於實現設置在光柵530的不同方向上的子圖案540B至540E，如第17B圖所示。
應理解在本揭露中上面所討論的光柵和子圖案的形狀和輪廓可以表示為光罩上的設計。然而，一但這些圖案被圖案化到晶圓上，由於光學效應，它們可能會失去與其原始設計的相似性。舉例來說，具有矩形或多邊形原始設計的圖案一旦被圖案化到晶片上就可能具有更圓的或至少非直線的邊緣。儘管如此，它們仍然可能導致上面所討論的旁波瓣，這將允許此處的疊對記號被用於確定疊對和焦點。
再參照第14圖，部件510、511各自被用於測量X方向疊對，並且部件520、521各自被用於測量Y方向疊對。如此一來，在部件510、511中的區域FR和區域FL在Y方向上彼此相鄰地設置，並且在部件520、521中的區域FR和區域FL在X方向上彼此相鄰地設置。換句話說，對於部件510、511，區域FR和區域FL共享在X方向上延伸的邊界，而對於部件520、521，區域FR和區域FL共享在Y方向上延伸的邊界。
在每一個部件510、511或520、521中的區域FR或區域FL可被設置為包括在上面第15A圖和第15B圖、第17A圖和第17B圖或第18A圖和第18B圖中所討論的子圖案。由於在X方向上的疊對的測量不會干擾在Y方向上的疊對的測量(反之亦然)，在部件510、511中的區域FR和區域FL可包括不同於在部件520、521中的區域FR和區域FL的子圖案(或具有不同的子圖案設計)，例如關於子圖案的形狀、尺寸、數量及/或位置。
由於疊對記號500包括用於每一個部件510、511和520、521的區域FR和區域FL，因此疊對記號允許進行更多的疊對測量。舉例來說，使用上面參照第4圖所討論的疊對計算方程式，可以對區域FR測量疊對，其可以在此處表示為OVL-FR，並且可以對區域FL測量另一個疊對，其可以在此處表示為OVL-FL。OVL-FR和OVL-FL對應於相同方向上的疊對。舉例來說，如果區域FR和區域FL被實施在疊對記號500的部件510、511中，則OVL-FR和OVL-FL可在X方向上疊對，如果區域FR和區域FL被實施在疊對記號500的部件520、521中，則OVL-FR和OVL-FL可在Y方向上疊對。
疊對記號500可以改善疊對測量精確度，這是由於疊對記號500的每一個部件510、511和520、521可以獲得兩個疊對測量(對每一個疊對記號500有總共八個疊對測量)，而不具有區域FR和區域FL的疊對記號通常每個部件產生一個疊對測量(對每一個疊對記號有總共四個疊對測量)。在一些實施例中，疊對資料OVL-FR和OVL-FL可被加總並接著除以二來獲得每一個部件510、511和520、521的平均疊對。換句話說，平均的疊對測量可被計算為OVL= (OVL-FR+OVL-FL)/2。
由於子圖案的實施(導致如第16圖所示的旁波瓣580、581)，根據本揭露之實施例，焦點也與疊對相關。舉例來說，焦點可以與透過區域FR所獲得的疊對(例如：OVL-FR)與透過區域FL所獲得的疊對(例如：OVL-FL)之間的差異相關。在數學上，公式表示如下： Focus∝(OVL-FR-OVL-FL)
在一些實施例中，焦點與疊對之間的相關關係可以藉由線性方程式來近似得出，例如Focus = a*OVL+b，其中a和b是常數。在其他實施例中，焦點與疊對之間的相關關係可以表示為更高階的方程式(例如包括多項式的方程式)。無論是什麼用於近似焦點與疊對之間的相關關係的方程式，應理解一旦收集到足夠的疊對樣本，就可以解出方程式中的常數(例如a和b)。利用這種方程式，一旦在測量疊對資料時，就可以確定焦點。
第19圖顯示了關鍵尺寸(CD)對焦點的圖表600。舉例來說，圖表600的X軸表示焦點，並且圖表600的Y軸表示所測量的關鍵尺寸。更詳細來說，一或多個測試晶圓可被用於產生圖表600。與疊對記號500相似的複數疊對記號可被實施在一或多個測試晶圓上。用於製造這些疊對記號的焦點(及/或曝光劑量)可以彼此稍微不同。如上面所述，焦點與疊對相關。與在晶圓上的這些不同疊對記號相關的焦點可以在獲得疊對資料後(例如：透過如上面所討論的不對稱的光繞射強度)被確定。關鍵尺寸對應於每一個焦點的樣本資料被測量。
值得注意得是，圖表600包括曲線610和曲線620。這些曲線被稱為“柏桑曲線”。曲線610對應於透過部件510及/或511所獲得的測量結果，而曲線620對應於透過部件520及/或521所獲得的測量結果。曲線610和620在焦點方面彼此偏移。這種偏移可以藉由在部件510、511上設置子圖案，使在部件510、511上的圖案與在部件520、521上的圖案不同來實施，例如圖案的大小或圖案的密度。由於每一個子圖案的獨特設計/佈置對應於一個獨特的曲線，因此這允許部件510/511和部件550/551之間的差異(例如：在它們的子圖案方面)導致在第19圖中的分離的曲線610和620。
如第19圖所示，曲線610和曲線620可相交在交叉點640。根據本揭露實施例，對應於交叉點640的焦點可代表最佳焦點。交叉點640是最佳焦點的一個原因是，交叉點640表示將對曲線610和曲線620同時優化關鍵尺寸的焦點。同樣地，使用了部件510和511來獲得曲線610和曲線620，其個別地測量了X方向疊對和Y方向疊對。因此，優化對應於曲線610和620的關鍵尺寸表示在晶圓上的X和Y方向上的特徵之最佳關鍵尺寸均勻性效能。最佳焦點範圍650還可以藉由在第19圖中延著X軸在任一方向上擴展最佳焦點來獲得，其擴展直到個別地到達對應於在曲線610和620中的最大關鍵尺寸值的焦點值為止。此最佳焦點範圍650可用於未來的半導體製程以實現優化的關鍵尺寸效能(例如：關於關鍵尺寸均勻性)。
第20A圖和第20B圖個別地顯示了根據本揭露實施例之組合記號700和複合記號701。組合記號700和複合記號701是疊對記號的不同實施例。它們可各自與上面參照第14圖所討論的疊對記號500相似。然而，組合記號700和複合記號701可各自具有三個層或更多層。舉例來說，組合記號700和複合記號701可各自包括四個部件A、A’和B、B’， 其可以與上面所討論的部件510、511和520、521相似。部件A與A’之間的差異在於部件A對應其上層與下層之間的+d偏移/偏差，而部件A’對應其上層與下層之間的-d偏移/偏差。相似地，部件B與B’ 之間的差異在於部件B對應其上層與下層之間的+d偏移/偏差，而部件B’對應其上層與下層之間的-d偏移/偏差。
對於組合記號700，部件A和A’各自被設置以測量MD(例如：金屬零(Metal-zero))層與多晶矽層之間的疊對。由於在MD層與多晶矽層之間在X方向上的對準是重要的，但它們在Y方向上的對準不被考慮，因此部件A和A’各自被設置以測量在X方向上的疊對，而不是Y方向上的疊對。同時，部件A和A’各自被設置以測量MD層與OD(主動區)層之間的疊對。由於在MD層與OD層之間在Y方向上的對準是重要的，但它們在X方向上的對準不被考慮，因此部件B和B’各自被設置以測量在Y方向上的疊對，而不是X方向上的疊對。
複合記號701與組合記號700雖有許多相似處，但具有一些細微差異。其中一個差異為在複合記號701中的部件A和A’被設置以測量當前層與前層(pre-layer)(例如：在當前層下方)之間的疊對，並且在複合記號701中的部件B和B’被設置以測量當前層與後層(post-layer)(例如：在當前層上方)之間的疊對。此處所討論的當前層、前層及/或後層不限於金屬零層、多晶矽層或主動區之OD層，並且它們可以是在半導體製程中的任何層。
應理解複合記號701的部件A、A’、B以及B’不被限制於僅在一個方向上測量疊對。舉例來說，複合記號701的兩個不同實施例可以一起實施在單一晶圓上。在複合記號701的第一實施例中，其部件A和A’各自被設置以測量X方向疊對，而其部件B和B’各自被設置以測量Y方向疊對。在複合記號701的第二實施例中，其部件A和A’各自被設置以測量Y方向疊對，而其部件B和B’各自被設置以測量X方向疊對。如此，複數複合記號701可被用於測量側兩lectrico-FR + OVL-FL)/2.可以n. 當前層、當前層下方的前層以及當前層上方的後層之間的X方向疊對和Y方向疊對。
根據本揭露實施例，除了確定焦點資訊，此處的疊對記號還可被用於確定關鍵尺寸資訊。舉例來說，現在參照第21A圖至第21C圖，顯示了疊對記號800。疊對記號800與上面參照第14圖所討論的疊對記號500相似，疊對記號800還包括四個部件810、811和820、821(與疊對記號500的部件510、511和520、521相似)。每一個部件810、811和820、821還包括區域FR和區域FL，再次與疊對記號500的區域FR和區域FL相似。
在此處所示的實施例中，第21A圖顯示了疊對記號800的設置(例如：與其部件810、811和820、821及其內的區域FR和區域FL相關)的俯視圖，第21B圖顯示了部件810的一個層(包括其光柵830和子圖案840)的俯視圖，第21C圖顯示了在部件820中的部件820的一個層(包括其光柵831和子圖案840)的俯視圖。如上面所述，每一個部件810和820可包括上層和下層，其中在上層和下層之間存在+d或-d的偏差/偏移。子圖案840可在其中一層中，但不一定在另一層中。在第21B圖和第21C圖所示的實施例中，顯示了用於部件810和820的上層，並且子圖案840位於上層中。然而，應理解子圖案840可在另一實施例中被實施在下層中。
如第21A圖所示，相對於部件820，部件810被垂直定向。這在第21B圖和第21C圖中更詳細地說明。舉例來說，如對應部件810的第21B圖所示，光柵830各自在Y方向上延伸，並且子圖案840被佈置在各自在Y方向上延伸的不同行中。同時，如對應部件820的第21C圖所示，光柵831各自在X方向上延伸，並且子圖案840被佈置在各自在X方向上延伸的不同列。
如上面所述，為了從疊對記號800最佳地提取焦點資訊，在第21B圖中的子圖案840與在第21C圖中的子圖案840不同地設置，例如關於它們的數量、形狀、尺寸等。另外，由於疊對記號800用於提取關鍵尺寸資訊，所以在第21B圖中的光柵830與在第21C圖中的光柵831也不同地設置。舉例來說，在第21B圖中的光柵830各自具有在X方向上測量的寬度835，並且在第21C圖中的光柵831各自具有在Y方向上測量的寬度836，其中寬度835不等於寬度836。在一些實施例中寬度835可大抵小於寬度836，例如在一些實施例中小至少25%，或在其他實施例中小至少50%。換句話說，在部件820中的光柵831基本上比部件810中的光柵830“更胖”。光柵830和831之間在光柵寬度835、836的差異意味著疊對記號800的部件810和820具有不同的關鍵尺寸(CD)。換句話說，可以設置相同的疊對記號800，使得不同的關鍵尺寸存在。
儘管為了簡單起見而沒有具體說明，但應理解上述討論也可以應用於部件811和821。換句話說，部件811大抵相似於部件810，除了部件811的上層和下層被偏移/偏差在與部件810不同的方向上。同樣地，部件821大抵相似於部件820，除了部件821的上層和下層被偏移/偏差在與部件820不同的方向上。如此，部件821也可以具有比部件811(或部件810)大抵“更胖”的光柵。此外，在一些其他實施例中，部件811和821也可被設置使得它們的的光柵可具有與上面所討論的光柵830和831不同的寬度。
疊對記號800的各種部件之間的在光柵尺寸中的差異允許用於關鍵尺寸的提取。這顯示在第22圖中，第22圖顯示了圖表910和圖表920。圖表910具有表示關鍵尺寸(CD)的X軸，以及表示繞射強度(I)的Y軸。圖表910包含曲線930，曲線930顯示了關鍵尺寸與繞射強度之間的關係，即它們各自彼此關係上的變化。圖表920具有表示關鍵尺寸(CD)的X軸，以及表示繞射強度對關鍵尺寸的導數(dI/dCD)的Y軸。圖表920包含線段940，線段940顯示了關鍵尺寸與dI/dCD之間的關係，即它們各自彼此關係上的變化。換句話說，線段940可以是曲線930的導數，或換句話說，曲線930是線段940的積分。應理解此處所示的曲線930和線段940僅用於說明之目的，並且它們在繪製時可能不是100％數學上精確的，或者必定反映它們所代表的基礎變量的真實行為。
如上面所述，疊對記號800被設置為具有不同的關鍵尺寸(例如，疊對記號800的各種部件的光柵的寬度)。可以對疊對記號800的每一個部件測量繞射光強度，並且產生在曲線930上的不同點。應理解曝光能量與繞射光強度直接相關。因此，隨著曝光能量的變化，其可以進一步改變繞射光強度與關鍵尺寸之間的關係，這關係可以對應於曲線930上的不同點。這可以對與疊對記號800相似的一或多個疊對記號重複執行，以收集複數的測量。在一些實施例中，首先獲得線段940，例如使用SEM(掃描電子顯微鏡)機台或疊對測量機台測量關鍵尺寸資訊和繞射光強度資訊來獲得線段940，並接著藉由取線段940的積分導出曲線930。
使用得到的圖表930，可以進行關鍵尺寸預測。舉例來說，可以使用在測試晶片上的一或多個疊對記號800來產生或導出曲線930和線段940。在得到曲線930和線段940後，藉由測量繞射光強度來預測後續所製造的晶圓上的特徵的關鍵尺寸，例如使用在後續所製造的晶圓上的疊對記號。由於繞射光強度與關鍵尺寸之間的關係現在為已知的(例如，基於曲線930)，因此關鍵尺寸可以透過繞射光強度的測量來確定。因此，此處所討論的疊對記號不僅可以用於測量疊對(其為習知疊對記號的主要功能)，還可以用於測量焦點資訊以及關鍵尺寸(CD)資訊。
第23圖顯示了使用本揭露之疊對記號來測量焦點的方法1000的流程圖。疊對記號可以是上面所討論的疊對記號200A至200D、400A至400F、500、700至701或800。方法1000包括步驟1010和步驟1020，以測量繞射光強度，例如與參照上面第3圖所討論的方式相似的方式來測量繞射光強度。在步驟1010和1020中，測量+1級繞射光(例如，I+1 )和-1級繞射光(例如，I-1 )的繞射光強度。然而，在步驟1010中，對上層與下層之間+d的偏移(偏差)測量繞射光強度(例如，參照上面第4B圖所討論的內容)，而在步驟1020中，對上層與下層之間-d的偏移測量繞射光強度(例如，參照上面第4A圖所討論的內容)。例如，可以使用在其上層和下層之間具有+d偏移的疊對記號的部件來執行步驟1010，如第5圖的疊對記號200A的部件210或221的情況，而可以使用在其上層和下層之間具有-d偏移的疊對記號的部件來執行步驟1020，如第5圖的疊對記號200A的部件220或211的情況。
方法1000包括步驟1030和1040，以獲得不對稱資訊。在步驟1010之後執行步驟1030，其中+1級和-1級繞射光強度(使用偏移+d測量)被用於計算在+d偏移的情況下的不對稱性，其表示為As+d =I+1 -I-1 。在步驟1020之後執行步驟1040，其中+1級和-1級繞射光強度(使用偏移-d測量)被用於計算在-d偏移的情況下的不對稱性，其表示為As-d =I+1 -I-1 。
方法1000接著進行到步驟1050，基於在步驟1030和1040中所獲得的不對稱資訊來計算疊對。在一個實施例中，使用下面的方程式計算疊對：其中OVL表示所計算的疊對，並且d表示疊對記號的上層與下層之間的偏移或偏差的大小。
方法1000接著進行到步驟1060，獲得區域FR和區域FL的疊對。如上面所述，疊對記號500或800各自具有複數部件，其中每一個部件具有區域FR和與區域FR對稱的區域FL(例如：參照第15A圖、第15B圖)。區域FR的疊對可以根據上面所討論的步驟1010至1050被測量，並接著在區域FL重複相同的過程。對應於區域FR的疊對可以在第23圖中表示為OVL-FR，並且對應於區域FL的疊對可以在第23圖中表示為OVL-FL。因此，在步驟1060結束時，獲得兩個疊對測量：一個為區域FR的，另一個為區域FL的。
方法1000接著進行到步驟1070，將兩個重疊測量值OVL-FR和OVL-FL一起被平均以獲得更精確的疊對。步驟1070還從兩個疊對測量OVL-FR和OVL-FL中提取焦點資訊。如上面參照第16圖所討論的內容，焦點還與區域FR的疊對和區域FL的疊對之間的差異相關，並且它在數學上，公式表示如下： Focus∝(OVL-FR-OVL-FL)
在這種方式中，本揭露的疊對記號可以不僅用於測量疊對，它們還可以用於藉由執行第23圖的步驟1010至1070來提取焦點資訊。
第24圖是根據本揭露一些實施例之使用疊對記號的方法1500的流程圖。
方法1500包括透過疊對記號測量繞射光強度的步驟1510。疊對記號包括上層和相對於上層偏移的下層。
方法1500包括步驟1520，基於所測量的繞射光強度，確定與疊對記號相關的不對稱資訊。
方法1500包括步驟1530，基於所確定的不對稱資訊，計算與疊對記號相關的疊對。
方法1500包括步驟1540，執行至少一個以下步驟：基於所計算的疊對，提取曝光製程的焦點資訊；或者基於繞射光強度，提取與晶圓相關的關鍵尺寸資訊。
在一些實施例中，焦點資訊的提取包括確定用於執行曝光製程的最佳焦點範圍。在一些實施例中，關鍵尺寸資訊的提取包括確定繞射光強度與關鍵尺寸之間的關係。在一些實施例中，步驟1510至1540執行在測試晶圓上執行，而不是執行在晶圓晶片上。
應理解可以在方法1500的步驟1510至1540的之前、之間或之後執行額外的程序。舉例來說，方法1500可包括在晶圓(例如測試晶圓)上製造疊對記號(或複數相似的疊對記號)的步驟。疊對記號可以在測量繞射光強度的步驟1510之前製造。為了簡單起見，此處不詳細討論額外的步驟。
第25圖顯示了根據本揭露實施例之半導體製造的方法1600的流程圖。方法1600包括步驟1610，圖案化在晶圓上的第一疊對記號。第一疊對記號包括：位於第一疊對記號的第一區中的第一部件，其中第一部件包括在第一方向上延伸的複數光柵；位於第一疊對記號的第二區中的第二部件，其中第二部件包括在第一方向上延伸的複數光柵；位於第一疊對記號的第三區中的第三部件，其中第三部件包括在不同於第一方向的第二方向上延伸的複數光柵；位於第一疊對記號的第四區中的第四部件，其中第四部件包括在第二方向上延伸的複數光柵；其中：第一區對準第二區；第三區對準第四區。方法1600更包括步驟1620，使用第一疊對記號執行一或多個半導體製程。
在一些實施例中，第一部件、第二部件、第三部件以及第四部件各自包括光柵的第一子集位於其中的上層和光柵的第二子集位於其中的下層。
在一些實施例中，對於第一部件，光柵的第一子集相對於光柵的第二子集在第二方向上偏移距離+d；對於第二部件，光柵的第一子集相對於光柵的第二子集在第二方向上偏移距離-d；對於第三部件，光柵的第一子集相對於光柵的第二子集在第一方向上移動距離-d；並且對於第四部件，光柵的第一子集相對於光柵的第二子集在第一方向上偏移距離+d。
在一些實施例中，第一區、第二區、第三區以及第四區對應於正方形的四個角落區。
在一些實施例中，第一疊對記號的至少一部分鄰近於積體電路晶片的邊緣或測試線的邊緣。
在一些實施例中，第一疊對記號是裝置的一部分，該裝置還包括一個圖案，該圖案包括積體電路晶片的至少一部份，其中第一疊對記號鄰近於圖案的邊界設置。在一些實施例中，該裝置還包括第二疊對記號，鄰近於圖案的角落設置，其中第二疊對記號的設置不同於第一疊對記號的設置。在一些實施例中，第二疊對記號包括：位於第二疊對記號的第一區中的第一部件，其中第一部件包括在第一方向上延伸的複數光柵；位於第二疊對記號的第二區中的第二部件，其中第二部件包括在第一方向上延伸的複數光柵，並且其中第一區和第二區相對於彼此對角地設置；共同地位於第二疊對記號的第三區中並且共享在第一方向上延伸的邊界的第三部件和第四部件，其中第三部件和第四部件各自包括在第二方向上延伸的複數光柵；以及共同地位於第二疊對記號的第四區中並且共享在第一方向和第二方向上對角地延伸的邊界的第五部件和第六部件，其中第三區和第四區相對於彼此對角地設置，並且其中第五部件和第六部件各自包括在第二方向上延伸的複數光柵。在一些實施例中，第三部件、第四部件、第五部件以及第六部件各自包括光柵的第一子集位於其中的上層和光柵的第二子集位於其中的下層；對於第三部件，光柵的第一子集相對於光柵的第二子集在第一方向上偏移距離+d；對於第四部件，光柵的第一子集相對於光柵的第二子集在上述第一方向上偏移距離-d；對於第五部件，光柵的第一子集相對於光柵的第二子集在第一方向上偏移距離+d；以及對於第六部件，光柵的第一子集相對於光柵的第二子集在第一方向上偏移距離-d。
應理解可以在方法1600的步驟1610、1620的之前、之間或之後執行額外的程序。為了簡單起見，此處不詳細討論額外的步驟。
第26圖顯示了根據本揭露實施例之半導體製造的方法1700的流程圖。方法1700包括步驟1710，圖案化在晶圓上的疊對記號。疊對記號包括：複數第一光柵，設置在疊對記號的第一層中；複數第二光柵，設置在疊對記號的第二層中，其中第一層和第二層的其中一個包括上層，並且第一層和第二層的其中另一個包括設置在上層下方的層；以及複數子圖案，設置在第一層中，但不設置在第二層中，其中每一個第一光柵的尺寸至少比每一個子圖案的尺寸大一個數量級。方法1700更包括步驟1720，使用疊對記號執行一或多個半導體製程。
在一些實施例中，第一光柵和第二光柵各自在第一方向上延伸；以及第一光柵相對於第二光柵在不同於第一方向的第二方向上偏移。
在一些實施例中，第一光柵、第二光柵以及子圖案位於疊對記號的第一區中，並且疊對記號包括與第一區對稱的第二區。在一些實施例中，疊對記號包括第一部件和第二部件；第一區和第二區被包括在第一部件和第二部件中；第一部件中的第一區被定向垂直於在第二部件中的第一區；以及第一部件中的第二區被定向垂直於在第二部件中的第二區。在一些實施例中，第一部件被設置以測量半導體裝置的第一層與第二層之間的X方向疊對；以及第二部件被設置以測量半導體裝置的第一層與第三層之間的Y方向疊對。在一些實施例中，第一部件中的子圖案的設置不同於在第二部件中的子圖案的設置。在一些實施例中，在第一部件中的第一光柵和在第二部件中的第一光柵具有不同的寬度。
在一些實施例中，子圖案排列成一列或一行，子圖案與每一個第一光柵在相同的方向上延伸。
在一些實施例中，子圖案包括子圖案的至少一個第一子集和子圖案的至少一個第二子集，並且在第一子集中的子圖案具有與第二子集中的子圖案不同的俯視輪廓。
應理解可以在方法1700的步驟1710、1720的之前、之間或之後執行額外的程序。為了簡單起見，此處不詳細討論額外的步驟。
第27圖至第32圖顯示了根據本揭露實施例之在不同製程站點的裝置2000的剖面圖。根據上面所討論的本揭露之實施例，裝置2000可以包括疊對記號。現在參照第27圖，提供了晶圓2100。舉例來說，在一些實施例中，晶片2100可包括矽基板，或者在其他實施例中，晶片2100可包括另一種半導體材料或介電材料。半導體層2110被形成在晶圓2100上。半導體層2110包括可被圖案化的材料，例如介電材料或金屬材料。接著在半導體層2110上形成圖案化層2120。在一些實施例中，圖案化層2120是圖案化的光阻層，其可以藉由第一光罩被圖案化。換句話說，圖案化層2120藉由第一光罩定義。在一些實施例中，裝置2000為半導體裝置。
現在參照第28圖，使用圖案化層2120作為光罩對裝置2000執行蝕刻製程。半導體層2110被蝕刻以呈現圖案化層2120的俯視圖案/形狀而作為蝕刻製程的結果。被圖案化的半導體層2110可作為上面所討論的本揭露之各種疊對記號的下層。
現在參照第29圖，半導體層2150被形成在被圖案化的半導體層2110所定義的開口中。研磨製程(例如化學機械研磨(CMP)製程)接著被執行以平坦化被圖案化的半導體層2110和半導體層2150的上表面。半導體層2150包括與半導體層2110不同的材料。
現在參照第30圖，半導體層2210被形成在由平坦化的半導體層2110和半導體層2150的上表面上。半導體層2210包括可被圖案化的材料，例如介電材料或金屬材料。接著在半導體層2210上形成圖案化層2220。在一些實施例中，圖案化層2220是圖案化的光阻層，其可以藉由與第一光罩(用於圖案化半導體層2110)不同的第二光罩被圖案化。換句話說，圖案化層2220藉由第二光罩定義。在一些實施例中，圖案化層2220可對應於上面參照第3圖所討論的上層100A。舉例來說，圖案化層2220可用於測量與半導體層2110的疊對，並且如果對測量的疊對無法滿意，則圖案化層2220可被移除並且由另一圖案化層代替以改善疊對。
現在參照第31圖，使用圖案化層2220作為光罩，對裝置2000執行蝕刻製程。作為蝕刻製程的結果，半導體層2210被蝕刻以呈現圖案化層2220的俯視圖案/形狀。被圖案化的半導體層2210可作為上面所討論的本揭露之各種疊對記號的上層。被圖案化的半導體層2210和半導體層2110也可以與在第3圖中的上層和下層類似的被使用以測量疊對。
現在參照第32圖，半導體層2250被形成在由圖案化的半導體層2210所定義的開口中。研磨製程(例如化學機械研磨(CMP)製程)接著被執行以平坦化被圖案化的半導體層2210和半導體層2250的上表面。半導體層2250包括與半導體層2210不同的材料。在一些實施例中，半導體層2150和半導體層2250具有相同的材料成分。
至此，雙層疊對記號被形成。同樣地，疊對記號的上層由半導體層2210表示，而疊對記號的下層由半導體層2110表示。然而，應理解為了易於瞭解本技術，在第32圖中所示的疊對記號被簡化。半導體層2210和2110可各自包括上面參照第3圖至第21圖所述的方式所佈置的複數圖案，如上面所述，這些圖案在給定的方向上具有偏差(例如：+d或-d)。另外，應理解其他功能電路部件(例如：金屬線或介層窗)可以在與疊對記號的半導體層2210和半導體層2110相同的層中被圖案化。在半導體層2210與2110之間所測量的疊對可以指示功能電路部件之間的對準程度。
本文所討論的疊對記號即使已執行了所有製造程序後，並且晶圓已被切割並封裝成多個積體電路晶片，仍然可以保留。換句話說，本揭露的疊對記號可以在積體電路晶片中出現或被檢測到。
在半導體製程中，本揭露之疊對記號可用於測量不同層之間的對準。疊對記號的上層與下層之間的對準程度個別地表示形成在與疊對記號的上層和下層同一層中的其他圖案之間的對準。在一些實施例中，在疊對記號中的光柵的繞射光強度可用於計算不對稱信息，以便計算對準或疊對，例如與上面參照第3圖所討論的方式相似。
應理解在一些實施例中雖然上面所討論的疊對記號可以用於極紫外光微影製程中以測量不同層之間的對準，但是它們不限於極紫外光微影並且可以在其他實施例中用於非極紫外光微影。
基於上面所討論的內容，相較於現有技術，本發明之實施例提供多個優點。然而，應理解其他實施例可提供不同優點，於此不須討論全部優點，並且全部實施例無特定優點。其中一個優點是本揭露的疊對記號允許進行更精確的疊對測量。舉例來說，上面結合第5圖至第13圖所討論的疊對記號的設置可以減少由於較差的圖案密度均勻性而產生的雜訊的影響。另一個優點是本揭露的疊對記號允許提取焦點資訊。舉例來說，子圖案(例如：在第15A圖和第15B圖、第17A圖和第17B圖以及第18A圖至第18E圖中所示的子圖案)被加入至疊對記號，這導致了上面在第16圖中所討論的旁波瓣。旁波瓣允許提取焦點資訊，同時不影響疊對測量。如上面參照第19圖所討論的內容，最佳焦點範圍可被確定。又一個優點是本揭露的疊對記號允許提取關鍵尺寸(CD)資訊。舉例來說，上面參照第21A圖至第21C圖所討論的疊對記號的部件被設置具有不同光柵寬度(即不同的關鍵尺寸)，以提取關鍵尺寸資訊。在一些實施例中，所提取的關鍵尺寸資訊可包括關鍵尺寸與繞射光強度(或曝光能量)之間的關係。
本揭露實施例提供一種半導體裝置。此半導體裝置包括第一疊對記號。疊對記號包括：位於第一疊對記號的第一區中的第一部件，其中第一部件包括在第一方向上延伸的複數光柵；位於第一疊對記號的第二區中的第二部件，其中第二部件包括在第一方向上延伸的複數光柵；位於第一疊對記號的第三區中的第三部件，其中第三部件包括在不同於第一方向的第二方向上延伸的複數光柵；以及位於第一疊對記號的第四區中的第四部件，其中第四部件包括在第二方向上延伸的複數光柵。第一區對準第二區。第三區對準第四區。
本揭露另一實施例提供一種半導體裝置的製造方法。在晶圓上圖案化疊對記號。疊對記號包括：複數第一光柵，設置在疊對記號的第一層中；複數第二光柵，設置在疊對記號的第二層中，其中第一層和第二層的其中一個包括上層，並且第一層和第二層的其中另一個包括設置在上層下方的層；以及複數子圖案，設置在第一層中，但不設置在第二層中，其中每一個第一光柵的尺寸至少比每一個子圖案的尺寸大一個數量級；以及使用疊對記號執行一或多個半導體製程。
本揭露又另一實施例提供一種半導體裝置的測量方法。此方法包括：透過疊對記號測量繞射光強度，其中疊對記號包括上層和相對於上層具有偏移的下層；基於所測量的繞射光強度，確定與疊對記號相關的不對稱資訊；基於所測量的不對稱資訊，計算與疊對記號相關的疊對；以及執行下面步驟之至少一者：基於所測量的疊對，提取曝光製程的焦點資訊；或者基於所測量的繞射光強度，提取與晶圓相關的關鍵尺寸資訊。
前述內文概述了許多實施例的特徵。本技術領域中具有通常知識者應可理解，且可輕易地以本揭露為基礎來設計或修飾其他製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與在此介紹的實施例等相同之優點。本技術領域中具有通常知識者也應了解這些相等的結構並未背離本揭露的發明精神與範圍。在不背離本揭露的發明精神與範圍之前提下，可對本揭露進行各種改變、置換或修改。
10‧‧‧微影系統
12‧‧‧輻射源
14‧‧‧照明器
16‧‧‧光罩載台
18‧‧‧光罩
20‧‧‧投影光學盒
22‧‧‧光瞳相位調變器
24‧‧‧投影光瞳平面
26‧‧‧目標
28‧‧‧基板載台
30‧‧‧基板
32‧‧‧導電層
34‧‧‧多重層結構
36‧‧‧覆蓋層
38‧‧‧緩衝層
40‧‧‧吸收物層
100‧‧‧疊對記號
100A‧‧‧上層
100B‧‧‧下層
110A、110B‧‧‧光柵
130A‧‧‧上層
130B‧‧‧下層
140A、140B‧‧‧光柵
200A‧‧‧疊對記號
210、211、220、221‧‧‧部件
230、231‧‧‧光柵
240、250‧‧‧區域
270‧‧‧部分晶圓
271、272‧‧‧測試線
280-283‧‧‧邊緣區
300-303、310-313‧‧‧光柵
200B-200D‧‧‧疊對記號
400‧‧‧疊對記號
400A-400H‧‧‧疊對記號
405‧‧‧主圖案
410、411、420、421‧‧‧部件
430A、430B、470A、470B‧‧‧部件
440、480‧‧‧邊界
500‧‧‧疊對記號
510、511、520、521‧‧‧部件
FR、FL‧‧‧區域
530、550‧‧‧光柵
540‧‧‧子圖案
570、571‧‧‧圖表
580、581‧‧‧旁波瓣
540A-540I‧‧‧子圖案
600‧‧‧圖表
610、620‧‧‧曲線
640‧‧‧交叉點
650‧‧‧最佳焦點範圍
700‧‧‧組合記號
701‧‧‧複合記號
800‧‧‧疊對記號
810、811、820、821‧‧‧部件
830、831‧‧‧光柵
831‧‧‧子圖案
840‧‧‧子圖案
835、836‧‧‧寬度
910、920‧‧‧圖表
930‧‧‧曲線
940‧‧‧線段
1000‧‧‧方法
1010-1070‧‧‧步驟
1500‧‧‧方法
1510-1540‧‧‧步驟
1600‧‧‧方法
1610-1620‧‧‧步驟
1700‧‧‧方法
1710-1720‧‧‧步驟
2000‧‧‧裝置
2100‧‧‧晶圓
2110‧‧‧半導體層
2120‧‧‧圖案化層
2150‧‧‧半導體層
2210‧‧‧半導體層
2220‧‧‧圖案化層
本揭露之觀點從後續實施例以及附圖可以更佳理解。須強調示意圖係為範例，並且不同特徵並無示意於此。不同特徵之尺寸可能任意增加或減少以清楚論述。 第1圖係為根據本揭露實施例之微影系統的示意圖。 第2圖係為根據本揭露實施例之極紫外光光罩的示意圖。 第3圖係為根據本揭露實施例之疊對記號100的簡化局部剖面圖。 第4A圖至第4B圖係為根據本揭露實施例之上層130A和下層130B的疊加的簡化局部剖面圖。 第5圖係為根據本揭露實施例之在晶圓上的疊對記號的俯視圖。 第6A圖係為根據本揭露實施例之部分晶圓的簡化俯視圖。 第6B圖係為根據本揭露實施例之垂直定向的測試線的簡化俯視圖。 第6C圖係為根據本揭露實施例之水平定向的測試線的簡化俯視圖。 第7A圖至第7B圖係為根據本揭露實施例之疊對記號的複數光柵的剖面輪廓。 第8圖至第10圖係為根據本揭露實施例之在晶圓上的疊對記號的示意圖。 第11圖係為根據本揭露實施例之佈置成圍繞主圖案405的M´N陣列的疊對記號的示意圖。 第12圖係為根據本揭露實施例之疊對記號的部件的上層和下層的俯視圖。 第13圖係為根據本揭露實施例之疊對記號的部件的上層和下層的俯視圖。 第14圖係為根據本揭露實施例之疊對記號的俯視圖。 第15A圖係為根據本揭露實施例之疊對記號的區域FR的上層和下層的局部俯視圖。 第15B圖係為根據本揭露實施例之疊對記號的區域FL的上層和下層的局部俯視圖。 第16圖係為根據本揭露實施例之對應具有子圖案的疊對記號和不具有子圖案的疊對記號之不同圖表。 第17A圖至第17B圖係為根據本揭露實施例之具有子圖案的一部分疊對記號的局部俯視圖。 第18A圖至第18E圖係為根據本揭露實施例之疊對記號的子圖案的一些實施例的俯視圖。 第19圖係為根據本揭露實施例之關鍵尺寸(CD)對焦點的圖表。 第20A圖至第20B圖係為根據本揭露實施例之組合記號700和複合記號701的示意圖。 第21A圖、第21B圖以及第21C圖係為根據本揭露實施例之疊對記號的俯視圖。 第22圖係為根據本揭露實施例之疊對記號的俯視圖。 第23圖至第26圖係為根據本揭露實施例之與疊對記號相關的流程圖。 第27圖至第32圖係為根據本揭露實施例之裝置在各種製程站點的剖面圖。

Claims (20)

  1. 一種半導體裝置，包括： 一第一疊對記號，包括： 一第一部件，位於上述第一疊對記號的一第一區中，其中上述第一部件包括在一第一方向上延伸的複數光柵； 一第二部件，位於上述第一疊對記號的一第二區中，其中上述第二部件包括在上述第一方向上延伸的複數光柵； 一第三部件，位於上述第一疊對記號的一第三區中，其中上述第三部件包括在一第二方向上延伸的複數光柵，上述第二方向不同於上述第一方向；以及 一第四部件，位於上述第一疊對記號的一第四區中，其中上述第四部件包括在一第二方向上延伸的複數光柵； 其中： 上述第一區對準上述第二區；以及 上述第三區對準上述第四區。
  2. 如申請專利第1項所述之半導體裝置，其中上述第一部件、上述第二部件、上述第三部件以及上述第四部件之每一者包括一上層和一下層，上述光柵的一第一子集位於上述上層，並且上述光柵的一第二子集位於上述下層。
  3. 如申請專利第2項所述之半導體裝置，其中： 對於上述第一部件，上述光柵的上述第一子集相對於上述光柵的上述第二子集在上述第二方向上偏移距離+d； 對於上述第二部件，上述光柵的上述第一子集相對於上述光柵的上述第二子集在上述第二方向上偏移距離-d； 對於上述第三部件，上述光柵的上述第一子集相對於上述光柵的上述第二子集在上述第一方向上偏移距離-d；以及 對於上述第四部件，上述光柵的上述第一子集相對於上述光柵的上述第二子集在上述第一方向上偏移距離+d。
  4. 如申請專利第1項所述之半導體裝置，其中上述第一區、上述第二區、上述第三區以及上述第四區對應於一正方形的四個角落區。
  5. 如申請專利第1項所述之半導體裝置，其中上述第一疊對記號的至少一部分鄰近於一積體電路晶片的一邊緣或一測試線的一邊緣。
  6. 如申請專利第1項所述之半導體裝置，更包括： 一圖案，上述圖案包括一積體電路晶片的至少一部份，其中上述第一疊對記號被設置鄰近於上述圖案的一邊界；以及 一第二疊對記號，被設置鄰近於上述圖案的一角落，其中上述第二疊對記號的設置不同於上述第一疊對記號的設置。
  7. 如申請專利第6項所述之半導體裝置，其中上述第二疊對記號包括： 一第一部件，位於上述第二疊對記號的一第一區中，其中上述第一部件包括在一第一方向上延伸的複數光柵； 一第二部件，位於上述第二疊對記號的一第二區中，其中上述第二部件包括在上述第一方向上延伸的複數光柵，並且其中上述第一區和上述第二區相對於彼此對角地設置； 一第三部件和一第四部件，共同地位於上述第二疊對記號的一第三區中，並且共享在上述第一方向上延伸的一邊界，其中上述第三部件和上述第四部件之每一者包括在上述第二方向上延伸的複數光柵；以及 一第五部件和一第六部件，共同地位於上述第二疊對記號的一第四區中，並且共享在上述第一方向和上述第二方向上對角地延伸的一邊界，其中上述第三區和上述第四區相對於彼此對角地設置，並且其中上述第五部件和上述第六部件之每一者包括在上述第二方向上延伸的複數光柵。
  8. 如申請專利第7項所述之半導體裝置，其中： 上述第三部件、上述第四部件、上述第五部件以及上述第六部件之每一者包括一上層和一下層，上述光柵的一第一子集位於上述上層，並且上述光柵的一第二子集位於上述下層； 對於上述第三部件，上述光柵的上述第一子集相對於上述光柵的上述第二子集在上述第一方向上偏移距離+d； 對於上述第四部件，上述光柵的上述第一子集相對於上述光柵的上述第二子集在上述第一方向上偏移距離-d； 對於上述第五部件，上述光柵的上述第一子集相對於上述光柵的上述第二子集在上述第一方向上偏移距離+d；以及 對於上述第六部件，上述光柵的上述第一子集相對於上述光柵的上述第二子集在上述第一方向上偏移距離-d。
  9. 一種半導體裝置的製造方法，包括： 在一晶圓上圖案化一疊對記號，其中上述疊對記號包括： 複數第一光柵，設置在上述疊對記號的一第一層中； 複數第二光柵，設置在上述疊對記號的一第二層中，其中上述第一層和上述第二層之一者包括一上層，並且上述第一層和上述第二層之另一者包括設置在上述上層下方的一下層； 複數子圖案，設置在上述第一層中，但不設置在上述第二層中，其中上述第一光柵之每一者的尺寸至少比上述子圖案之每一者的尺寸大一個數量級；以及 使用上述疊對記號執行一或多個半導體製程。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之半導體裝置的製造方法，其中： 上述第一光柵和上述第二光柵之每一者在一第一方向上延伸；以及 上述第一光柵相對於上述第二光柵在一第二方向上偏移，上述第二方向不同於上述第一方向。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之半導體裝置的製造方法，其中： 上述第一光柵、上述第二光柵以及上述子圖案位於上述疊對記號的一第一區中；以及 上述疊對記號包括一第二區，上述第二區與上述第一區對稱。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之半導體裝置的製造方法，其中： 上述疊對記號包括一第一部件和一第二部件； 上述第一區和上述第二區被包括在上述第一部件和上述第二部件兩者之中； 在上述第一部件中的上述第一區被定向垂直於在上述第二部件中的上述第一區；以及 在上述第一部件中的上述第二區被定向垂直於在上述第二部件中的上述第二區。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之半導體裝置的製造方法，其中： 上述第一部件被設置以測量一半導體裝置的一第一層與一第二層之間的一X方向疊對；以及 上述第二部件被設置以測量上述半導體裝置的上述第一層與一第三層之間的一Y方向疊對。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之半導體裝置的製造方法，其中在上述第一部件中的上述子圖案的設置不同於在上述第二部件中的上述子圖案的設置。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之半導體裝置的製造方法，其中在上述第一部件中的上述第一光柵和在上述第二部件中的上述第一光柵具有不同的寬度。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之半導體裝置的製造方法，其中上述子圖案排列成一列或一行，上述子圖案與上述第一光柵之每一者在相同的方向上延伸。
  17. 如申請專利範圍第9項所述之半導體裝置的製造方法，其中： 上述子圖案包括上述子圖案的至少一第一子集和上述子圖案的至少一第二子集；以及 在上述第一子集中的上述子圖案具有與上述第二子集中的上述子圖案不同的俯視輪廓。
  18. 一種半導體裝置的測量方法，包括： 透過一疊對記號測量一繞射光強度，其中上述疊對記號包括一上層和一下層，上述下層相對於上述上層具有偏移； 基於所測量的上述繞射光強度，確定與上述疊對記號相關的不對稱資訊； 基於所測量的上述不對稱資訊，計算與上述疊對記號相關的疊對；以及 執行下面步驟之至少一者： 基於所測量的上述疊對，提取一曝光製程的一焦點資訊；或者 基於所測量的上述繞射光強度，提取與一晶圓相關的一關鍵尺寸資訊。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之半導體裝置的測量方法，其中上述提取焦點資訊的步驟包括確定用於執行上述曝光製程的一最佳化焦點範圍。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之半導體裝置的測量方法，其中上述提取關鍵尺寸資訊的步驟包括確定上述繞射光強度與一關鍵尺寸之間的關係。
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