TW202331427A - 使用小目標的疊對誤差之校準量測 - Google Patents

使用小目標的疊對誤差之校準量測 Download PDF

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Abstract

本發明揭示一種用於半導體度量之方法，其包含在一基板上沈積第一及第二膜層，圖案化該等層以界定：一第一目標，其包含該第一層中之一第一特徵及相鄰於該第一特徵之該第二層中之一第二特徵；及一第二目標，其位於該基板上，該第二目標包含相同於該第一目標之一第一部分及相鄰於該第一部分使得該第二疊對目標具有圍繞該基板之一法線之180°之旋轉對稱性之一第二部分。該方法進一步包含捕捉及處理該第二目標之一第一影像以基於該目標之該第一及第二部分來運算一校準函數，且捕捉及處理該第一目標之一第二影像同時應用該校準函數來估計第一位置處之該第一膜層與該第二膜層之間的一疊對誤差。

Description

使用小目標的疊對誤差之校準量測
本發明大體上係關於半導體裝置之製造，且特定言之，本發明係關於半導體電路度量之方法及目標特徵。
半導體電路通常使用光微影方法來製造。在光微影中，一光敏聚合物(光阻劑)薄層沈積於一半導體基板上方且使用光學或其他輻射來圖案化，留下基板之部分由光阻劑覆蓋。光阻劑藉由將一光罩之一影像投射至光阻劑上之一掃描器來圖案化，通常使用紫外輻射。在圖案化之後，基板藉由諸如蝕刻及離子轟擊之方法來改性以改變基板之材料性質及/或拓撲，同時不影響由光阻劑覆蓋之基板之部分。
半導體電路度量用於量測圖案化光阻劑之性質，諸如圖案化特徵之拓撲及位置。光阻劑之圖案化特徵相對於先前圖案化之處理層之準確位置對於達成光微影程序之一高良率而言係重要的。圖案化光阻劑相對於一下伏處理層之任何配準(偏移)誤差指稱「疊對誤差」。作為一實例，在具有10 nm至14 nm (所謂的10-nm設計規則)之最小線寬之典型半導體電路中，最大可允許疊對誤差係2 nm至3 nm。在領先半導體電路中，線寬縮小至5 nm，且最大允許疊對誤差亦隨之降低。
疊對誤差通常使用光學疊對度量設備(通常稱為光學疊對度量工具)來量測，因為可見光及紅外波長之光輻射能夠穿透光阻層以及光阻劑下方之介電層。此外，紅外波長能夠穿透一半導體基板(諸如矽)，以實現穿過基板之度量。疊對誤差係自位於半導體基板之切割線(分離相鄰晶粒之線)中及/或晶粒內之疊對目標量測。
常用疊對度量工具落入兩個類別之一者中：散射量測工具及成像工具。散射量測工具(諸如KLA公司(Milpitas，CA，USA)之ATL100 TM工具)自度量工具之物鏡之出射光瞳捕捉疊對目標之週期目標特徵之影像。散射量測影像(指示自目標特徵散射之光學輻射之角度分佈)經處理以量測疊對誤差。
成像工具(諸如KLA公司(Milpitas，CA，USA)之Archer TM系列工具)使一疊對目標(諸如KLA之AIM TM疊對目標)成像。一影像分析演算法應用於經獲取影像以定位處理層中之目標特徵之對稱中心及光阻層中之目標特徵之對稱中心。疊對誤差基於兩個層中之目標特徵之對稱中心之間的位移來運算。
如本說明書及申請專利範圍中所使用，術語「光學輻射」及「光」一般係指可見光、紅外及紫外輻射之任何者或所有。
下文描述之本發明之實施例提供使用疊對目標之度量之改良方法及系統以及用於此等方法中之目標。
因此，根據本發明之一實施例，提供一種用於半導體度量之方法。該方法包含：在一半導體基板上沈積一第一膜層與上覆該第一膜層之一第二膜層；及圖案化該第一及第二膜層以界定一第一疊對目標及一第二疊對目標。該第一疊對目標安置於該半導體基板上之一第一位置中且包含形成於該第一膜層中之一第一目標特徵及形成於相鄰於該第一目標特徵之一位置中之該第二膜層中之一第二目標特徵。該第二疊對目標安置於該半導體基板上之一第二位置中且包含相同於該第一疊對目標之一第一部分及相鄰於該第一部分安置使得該第二疊對目標具有圍繞該半導體基板之一法線之180°之旋轉對稱性之一第二部分。該方法進一步包含：使用一成像總成來捕捉該第二疊對目標之一第一影像；處理該第一影像以基於該第二疊對目標之該第一及第二部分兩者來運算一目標校準函數；使用該成像總成來捕捉該第一疊對目標之一第二影像；及處理該第二影像同時應用該目標校準函數來估計該第一位置處之該第一及第二膜層之圖案化之間的一疊對誤差。
在一些實施例中，該第二疊對目標之該第二部分包含該第一部分之一旋轉複本。
在額外實施例中，該第一疊對目標係安置於該半導體基板上之不同各自位置處之複數個第一疊對目標之一者，各第一疊對目標包含該第一及第二目標特徵，且處理該第二影像包含將該目標校準函數應用於該等第一疊對目標之各者。
在進一步實施例中，處理該第一影像包含：使用該第一影像中之該第二疊對目標之該第一及第二部分兩者來估計該第一及第二膜層之該圖案化之間的一第一疊對誤差；僅使用該第二疊對目標之該第一部分來估計該第一及第二膜層之該圖案化之間的一第二疊對誤差；及回應於該第一疊對誤差與該第二疊對誤差之間的一差運算該目標校準函數。
在又進一步實施例中，使用該第一及第二部分兩者包含藉由找到該第二疊對目標之該第一及第二部分兩者中之該等第一目標特徵及該等第二目標特徵之各自第一對稱中心之間的一位移來估計該第一疊對誤差；且僅使用該第一部分包含藉由找到僅該第二疊對目標之該第一部分中之該等第一目標特徵及該等第二目標特徵之各自第二對稱中心之間的一位移來估計該第二疊對誤差。
在一些實施例中，在該半導體基板之一第一定向上捕捉該第一影像，且該方法包含在該半導體基板之一第二定向(其相對於該第一定向圍繞該基板之一法線旋轉180°)上捕捉該第二疊對目標之一第三影像；且處理該第一影像包含處理該第一及第三影像兩者以估計該第一及第二定向上之各自第一及第二疊對誤差，及基於該第一及第二疊對誤差來運算該目標校準函數。
在額外實施例中，該半導體基板包含由切割線分離之晶粒，且該第一疊對目標安置於一晶粒之一裝置區域中且該第二疊對目標安置於一切割線中。
在進一步實施例中，該第一目標特徵包含在該第一膜層中沿一第一方向定向之一第一線性光柵，且該第二目標特徵包含在該第二膜層中在該第一方向上定向之一第二線性光柵。
在額外實施例中，該第一目標特徵進一步包含在該第一膜層中沿一第二方向(其不平行於該第一方向)定向之一第三線性光柵，且該第二目標特徵包含在該第二膜層中在該第二方向上定向之一第四線性光柵。
在一些實施例中，該方法包含量測該半導體基板之一角度偏移，其中應用該目標校準函數包含在估計該疊對誤差時校正該角度偏移。
在額外實施例中，該第一疊對目標係安置於該半導體基板上之不同各自位置處之複數個第一疊對目標之一者，且量測該角度偏移包含估計及補償該等不同位置之各者處之一局部角度偏移。
根據本發明之一實施例，亦提供一種產品，其包含一半導體基板及第一及第二膜層，該第一及第二膜層安置於該基板上且該第二膜層上覆該第一膜層。該第一及第二膜層經圖案化以界定一第一疊對目標及一第二疊對目標。該第一疊對目標安置於該半導體基板上之一第一位置中且包含形成於該第一膜層中之一第一目標特徵及形成於相鄰於該第一目標特徵之一位置中之該第二膜層中之一第二目標特徵。該第二疊對目標安置於該半導體基板上之一第二位置中且包含相同於該第一疊對目標之一第一部分及相鄰於該第一部分安置使得該第二疊對目標具有圍繞該半導體基板之一法線之180°之旋轉對稱之一第二部分。
根據本發明之一實施例，進一步提供一種用於半導體度量之設備。該設備包含一成像總成，其經組態以捕捉其上安置第一及第二膜層之一半導體基板之影像，且該第二膜層上覆該第一膜層。該第一及第二膜層經圖案化以界定一第一疊對目標及一第二疊對目標。該第一疊對目標安置於該半導體基板上之一第一位置中且包含形成於該第一膜層中之一第一目標特徵及形成於相鄰於該第一目標特徵之一位置中之該第二膜層中之一第二目標特徵。該第二疊對目標安置於該半導體基板上之一第二位置中且包含相同於該第一疊對目標之一第一部分及相鄰於該第一部分安置使得該第二疊對目標具有圍繞該半導體基板之一法線之180°之旋轉對稱性之一第二部分。該設備進一步包含一處理器，其經組態以：處理由該成像總成捕捉之該第二疊對目標之一第一影像以基於該第二疊對目標之該第一及第二部分兩者來運算一目標校準函數；及處理由該成像總成捕捉之該第一疊對目標之一第二影像同時應用該目標校準函數以估計該第一位置處之該第一及第二膜層之圖案化之間的一疊對誤差。
將自結合圖式之本發明之實施例之以下詳細描述更全面地瞭解本發明，其中：
概述
相關申請案之交叉參考 本申請案主張2022年1月13日申請之美國臨時專利申請案第63/299,010號之權利，該案以引用之方式併入本文中。
用於疊對度量之疊對目標通常用於一半導體基板上之連續圖案化層之間的疊對誤差之精確及準確量測。此等層可包括(例如)一處理層及一光阻層(光阻劑)，或在蝕刻後應用中兩個處理層。因此，儘管下文參考一處理層及一光阻層描述一些實例性實施例，但此等實施例之原理可在作了適當修正後應用於一第一處理層及一第二處理層。在一些多圖案化應用中，第一及第二處理層可包括相同材料。在一些多層應用中，其中形成一疊對目標之目標特徵之層可包括超過兩個層。
常用成像疊對目標具有20 µm×20 µm之典型尺寸。歸因於其等相對較大之大小，其等無法定位於形成於界定於一基板上之晶粒上之半導體電路之功能裝置區域內，而是定位於分離相鄰晶粒之切割線中。在本發明之實施例中，為量測裝置區域內之疊對誤差，較小目標可放置於此區域中。此等較小目標在本文中指稱「半目標」，因為其等僅包括切割線中之全疊對目標之目標特徵之一子集。
然而，使用一半目標之一單一疊對量測可歸因於至少以下三個誤差來源而經受度量誤差：1)半目標相對於其中表示疊對誤差之笛卡爾座標之角度偏移，2)疊對度量工具之光學器件之像差，及3)有關度量工具之實際光學放大率之不確定性。由於半目標不具有180°旋轉對稱性(與全目標相反)，所以此等半目標之度量誤差之校準(通常藉由在相隔180°之兩個旋轉定向上量測目標來對全目標執行)不可行。
下文將描述之實施例解決使用相同基板上之全目標校準半目標之度量誤差之問題。各此全目標包括一半目標且由一額外目標結構補充使得全目標在一180°旋轉上係對稱的。在一個實施例中，此一全目標包括一半目標以及半目標之一複本，其中複本相對於未旋轉半目標圍繞基板之一法線旋轉180°。在替代實施例中，額外目標結構可不同於半目標。
為導出半目標之一校準函數之參數，依兩個方式自一全目標量測疊對誤差：
1)使用整個全目標量測一第一疊對誤差。此第一疊對誤差可(例如)藉由使全目標在兩個旋轉定向上相隔180°且運算一所謂的TIS校正疊對誤差量量測，如下文將詳述；及
2)使用形成全目標之半目標之一者來量測一第二疊對誤差。
接著運算一目標校準函數(即，計算函數之參數)作為第一疊對誤差與第二疊對誤差之間的差。目標校準函數隨後用於校正自位於裝置區域中之半目標量測之疊對誤差。
在額外實施例中，基板之一經量測角度偏移用於校正疊對目標之角度偏移，作為對上文所描述之疊對目標校準函數之一額外校正。替代地，用於角度偏移之校正之此技術可獨立於疊對目標校準函數使用。
在所揭示實例中，用於半導體度量之一方法包括在一半導體基板上沈積一第一膜層與上覆第一膜層之一第二膜層。第一及第二膜層經圖案化以界定半導體基板上之一第一位置中(例如裝置區域中)之一半目標及一第二位置中(例如切割線中)之一全目標。半目標包括形成於第一膜層中之一第一目標特徵及形成於相鄰於第一目標特徵之一位置中之第二膜層中之一第二目標特徵。在一些實施例中，全目標包括相同於半目標之一第一部分及包括第一部分之一旋轉複本之一第二部分。第二部分相鄰於第一部分安置使得全目標具有圍繞半導體基板之一法線之180°之旋轉對稱性。替代地，可使用其他全目標設計，只要其等含有半目標且具有圍繞法線之180°之旋轉對稱性。
一成像總成捕捉半目標及全目標之影像。全目標之影像經處理以基於全目標之第一及第二部分兩者運算一目標校準函數。半目標之影像經處理同時應用目標校準函數以估計半目標之位置處之第一及第二膜層之圖案化之間的疊對誤差。 疊對度量設備
圖1係根據本發明之一實施例之用於量測一半導體晶圓12上之疊對誤差之一成像疊對度量設備10之一示意側視圖。設備藉由實例方式展示以繪示本文中所描述之疊對目標及校準方法之使用。替代地，此等目標可用於其他類型之疊對度量系統中。
成像疊對度量設備10包括一成像總成14、一照明總成16、一控制器18及其上安裝晶圓12之一平台20。成像總成14包括一物鏡22、一立方體分束器24及一成像透鏡26。成像總成14進一步包括一二維感測器陣列28，其包括(例如)一互補金屬氧化物半導體(CMOS)偵測器及一二維像素陣列30。成像透鏡26使晶圓12之頂面成像至感測器陣列28上。
照明總成16包括發射光學輻射之一光源32及一透鏡34。平台20定位接近物鏡22且包括由控制器18控制之致動器，控制器18可使平台在x方向、y方向及z方向(參考笛卡爾座標36)上線性移動以及使平台圍繞z軸旋轉。
在所繪製實施例中，一第一膜層38已沈積於半導體晶圓12上方且在一光微影程序中圖案化。在一後續程序步驟中，包括光阻劑之一第二膜層40已沈積於第一膜層38上方。在本實施例中，第一膜層38指稱一「處理層」，且第二膜層40指稱一「光阻層」。在替代實施例中，諸如蝕刻後應用，第一及第二膜層兩者可包括處理層。層38及40包括藉由一光微影程序形成之半導體電路之圖案以及疊對目標之圖案。
控制器18耦合至感測器陣列28及平台20。控制器18通常包括一可程式化處理器(其在軟體及/或韌體中程式化以實施本文中所描述之功能)，以及用於連接至設備10之其他元件之適合數位及/或類比介面。替代地或另外，控制器18包括硬接線及/或可程式化硬體邏輯電路，其等實施控制器之功能之至少部分。儘管為簡單起見，控制器18在圖1中展示為一單一單塊功能區塊，但實際上，控制器可包括多個互連控制單元，其等具有用於接收及輸出圖式中所繪示且文中所描繪之信號。
為捕捉膜層38及40中之一疊對目標之一影像，晶圓12定位於平台20上使得目標處於物鏡22之視場(FOV)中。光源32將一束光學輻射投射至透鏡34，其將光束進一步投射至立方體分束器24。分束器24將光束反射至物鏡22中，物鏡將光束投射至晶圓12上以照射疊對目標。照射於晶圓12上之輻射反射回至物鏡22，且由透鏡26進一步成像至感測器陣列28上。控制器18捕捉影像且將其處理以量測疊對誤差。 半目標
圖2A及圖2B分別係根據本發明之一實施例之兩個半目標100及102之示意表示，其等形成於一半導體基板上用於一個維度中之疊對誤差度量。半目標100及102兩者用於量測x方向上之疊對誤差，如座標軸36指示。(軸之標記係任意的。)
半目標100包括形成於處理層38中之作為一第一目標特徵之一處理光柵104及形成於光阻層40中之作為一第二目標特徵之一光阻光柵106。各光柵包括在y方向上定向之六個平行等距且等寬之隔條。在所繪製實例中，光阻光柵位於處理光柵上方(即，沿y軸之正方向上)。由於此配置係不對稱的，所以其他類似半目標(圖中未展示)可形成於半導體基板上，且處理光柵位於光阻光柵上方。
在一理想微影程序中，兩個光柵104及106之隔條將在x方向上彼此對準，對應於零之一標準x疊對誤差。(在本說明書中，根據用於圖案化兩個膜層之遮罩之設計，術語「標準」係指將在一理想微影程序中印刷之尺寸及圖案。)然而，歸因於程序及微影誤差，光柵104及106在x方向上彼此相位移位x疊對誤差量(標記為OVL x)。(為清楚起見，已在圖式中放大處理光柵104與光阻光柵106之間的移位。)
為使用半目標100量測x方向上之疊對誤差，兩個关注区域(ROI) 108及110分別界定於處理光柵104及光阻光柵106上方。(儘管ROI 108及110在圖式中展示為涵蓋整個半目標，但可替代地使用僅含有半目標之部分之較小ROI。)使半目標成像至感測器陣列28上(圖1)，且控制器18處理ROI 108及110內之影像之部分。基於ROI 108，控制器18運算處理光柵104之一對稱中心112之位置；且基於ROI 110，控制器類似地運算光阻光柵106之一對稱中心114之位置。(對稱中心112及114在x方向上之位置由各自光柵104及106之對稱中心判定，且在y方向上由ROI 108及110在y方向上之各自位置判定。)對稱中心112及114投射至一x軸116上之各自投影118及120，且x方向上之疊對誤差OVL x經運算為兩個投影之間的距離。
類似於半目標100，半目標102包括形成於處理層38中之作為一第一目標特徵之一處理光柵122及形成於光阻層40中之作為一第二目標特徵之一光阻光柵124，且各光柵包括六個平行隔條。然而，光柵122及124在x方向上並排定位，而非如同半目標100中之y方向上。為使用半目標102量測x方向上之疊對誤差，兩個ROI 126及128分別界定於處理光柵122及光阻光柵124上方。再次類似於半目標100，對稱中心130及132之位置由控制器18自半目標102之一捕捉影像運算，且投射至一x軸134上到達具有一間隔Δ x之各自投影136及138。然而，不同於半目標100之投影118與120之間的間隔，間隔Δ x係對稱中心130與132之間的標準x距離D nominal,x及疊對誤差OVL x之一總和：Δ x=D nominal,x+OVL x。因此，藉由自經量測間隔Δ x減去D nominal,x來運算疊對誤差：OVL x=Δ x–D nominal,x。
為量測y方向之疊對誤差，可使用類似於半目標100及102之半目標，且此等目標旋轉90°。
儘管半目標100及102在圖式中展示為包括六個平行隔條之光柵，但在替代實施例中，可使用具有較少或較多隔條之光柵。在又其他實施例中，處理層38中之第一目標特徵及光阻層40中之第二目標特徵可包括滿足以下對稱條件之任何其他圖案：用於量測x疊對誤差之一目標特徵應具有關於x軸之反射對稱性，且用於量測y疊對誤差之一目標特徵應具有關於x軸之反射對稱性。替代地，此等目標特徵之一者或各者應圍繞z軸旋轉180°對稱。再者，第一及第二目標特徵可彼此不同，只要滿足以上對稱條件。
替代地，半目標可包括波紋目標，其中第一及第二目標特徵之各者包括疊對於一處理光柵上之一線性光阻光柵。針對各目標特徵，兩個光柵具有一略微不同之空間頻率，使得經捕捉影像具有等於光柵頻率之間的差之一空間頻率。藉由將兩個目標特徵設計成具有大小相等但具有相反符號之空間頻率差，控制器18可處理第一及第二目標特徵之經捕捉影像以估計處理層38與光阻層40之間的疊對誤差。
圖3A及圖3B分別係根據本發明之進一步實施例之用於二維疊對誤差度量之兩個半目標200及202之示意表示。
半目標200包括四個目標特徵204、206、208及210。目標特徵204及206之各者包括在y方向上定向之六個平行隔條，類似於半目標102 (圖2B)之目標特徵122及124且分別形成於處理層38及光阻層40中。分別形成於處理層38及光阻層40中之目標特徵208及210類似於目標特徵204及206，但在x方向上定向。替代地，用於量測x方向及y方向上之疊對之目標特徵可係指兩個不同處理層。例如，目標特徵208可形成於處理層38中，同時目標特徵204可形成於一不同處理層中。x疊對誤差OVL x及y疊對誤差OVL y兩者可由控制器18使用上文參考圖2B所描述之方法自半目標200之一捕捉影像估計。
儘管目標特徵204、206、208及210之隔條之各者在圖式中沿笛卡爾x軸及y軸對準，但在替代實施例中，可放寬此對準。例如，目標特徵208及210之隔條可在另一方向上定向，只要此方向不與y方向平行。
半目標202包括目標特徵212及214，其中各目標特徵包括呈一疊對「陰影」組態之半目標200之兩個目標特徵。因此，目標特徵212包括來自半目標200之目標特徵206及208，且目標特徵214包括目標特徵204及210。為估計來自半目標202之x疊對誤差及y疊對誤差，控制器18識別目標特徵212及214之各者之經捕捉影像中之兩個正交方向上之隔條，且接著使用上述方法。
類似於圖3A，目標特徵212及214中之隔條經展示為在兩個垂直方向上定向。在一替代實施例中，可放寬此對準。例如，圖3B中在x方向上定向之隔條可在另一方向上定向，只要此方向不與y方向平行。 半目標100及102之誤差源
圖4係根據本發明之一實施例校正之一半目標220之一示意表示，其繪示歸因於角度偏移之疊對誤差量測之一誤差Δ angular。
半目標220類似於半目標100 (圖2A)，其包括一處理光柵222及一光阻光柵224。為強調歸因於角度偏移之誤差，光柵222及224以零疊對誤差彼此對準，即，若在無角度偏移之情況下量測x疊對誤差，則結果將為OVL x=0。半目標220相對於笛卡爾座標36偏移α之一角度偏移。(為清楚起見，在圖式中放大角度。然而，下文使用小角度近似來判定其效應，因為光學疊對度量系統(諸如設備10)中之角度偏移通常非常小。)
類似於使用半目標100量測疊對誤差，兩個ROI 226及228分別界定於處理光柵222及光阻光柵224上方。控制器18捕捉ROI 226及228內之光柵222及224之影像，且運算各自對稱中心230及232。對稱中心230及232經投射(在笛卡爾座標36中)至一x軸238上之各自投影234及236，其中此等兩個投影之間的距離Δ angular完全歸因於半目標220之角度偏移α。若將投影234與236之間的距離作為經量測x疊對誤差OVL x，則此結果之誤差將為量Δ angular。
歸因於對稱中心230及232沿x方向之樞轉，誤差Δ angular可經運算為Δ angular=α×D ROI,y，其中D ROI,y係對稱中心230及232之間在y方向上的間隔，即，兩個ROI 226及228之中心之間的間隔。(由於此類型之角度偏移通常非常小，諸如幾毫弧度，所以在描述中使用小角度近似。)例如，使用D ROI,y=5 µm及α=1 mrad導致Δ angular=5 nm之一誤差。
歸因於角度偏移，類似誤差將在使用二維半目標(諸如半目標200 (圖3A))時影響經量測疊對誤差。然而，其對稱中心之樞轉在垂直於經量測疊對誤差之一方向上之半目標(諸如半目標102 (圖2B))不會經受任何明顯程度之小角度偏移。
疊對度量工具之光學像差可導致半目標100之光柵104及/或106之隔條在x方向上(甚至可能在相互相反方向上)之一移位。像差可因此影響光柵在x方向上之經量測位移，及因此經量測x疊對誤差。半目標102之光柵122及/或124之隔條之一類似移位可影響光柵之經量測位移。
疊對度量工具之實際光學放大率M之一不確定性ΔM可導致半目標102之對稱中心130與132之間的標準x距離D nominal,x之一誤差Δ Mag(圖2B)。誤差可經運算為Δ Mag=(ΔM/M)×D nominal,x。此誤差直接傳播至OVL x，其經運算為Δ x與D nominal,x之間的一差。例如，D nominal,x=5 µm之一標準值及放大率之103之一相對誤差ΔM/M導致一誤差Δ Mag=5 nm。
歸因於實際光學放大率M之不確定性之類似誤差可在使用二維半目標(諸如半目標200 (圖3A))時經歷。然而，針對半目標(諸如半目標100 (圖2A))，其中對稱中心112及114在疊對誤差量測之方向上之標準間隔係零，光學放大率之不確定性不會導致任何明顯誤差。 全目標
圖5A及圖5B分別係根據本發明之實施例之自半目標100 (圖2A)及200 (圖3A)形成之全目標300及302之示意表示。在所描繪實施例中，全目標藉由將一半目標與圍繞半導體基板12 (圖1)之一法線旋轉180°之其複本接合來形成。因此，全目標相對於圍繞半導體基板12之法線旋轉180°對稱。替代地，如上文所描述，其他設計可用於一全目標。
全目標300及302之旋轉對稱性使設備10能夠藉由捕捉及處理0°及180°之相對旋轉時之目標之影像來準確量測疊對誤差。此方法使工具誘發移位(TIS)(歸因於度量設備之不準確性)能夠被校準且因此與實際疊對誤差分離。因此，術語「準確」在本說明書中用於指代經TIS校準之疊對量測。
如下文將詳述，全目標300可用於準確量測x疊對誤差以及校準使用半目標100量測之x疊對誤差。全目標302可用於在x方向及y方向上準確量測疊對誤差以及校準使用半目標200量測之x疊對誤差及y疊對誤差。 使用全目標300校準半目標100
全目標300包括一第一部分304及一第二部分306，其中第一部分相同於半目標100且第二部分係圍繞基板12之法線(圍繞z軸)旋轉180°之半目標100之一複本。全目標300因此包括由處理層光柵308及310形成之一第一目標圖案及由光阻層光柵312及314形成之一第二目標圖案。
使用全目標300，在相隔180°之半導體基板12之兩個定向上獨立量測x疊對誤差。在第一定向(指稱0°定向)上，量測一x疊對誤差OVL x,0。為量測第一目標圖案之一第一對稱中心316之位置，兩個ROI 318及320經界定於由設備10 (圖1)捕捉之全目標300之一影像中之各自處理層光柵308及310上方。控制器18處理ROI 318及320內之影像之部分以藉由(例如)將ROI之內容投射至一x軸322上來判定對稱中心316之位置。
控制器18藉由處理定位於光阻光柵312及314上方之兩個ROI內之影像類似地找到第二目標圖案之一第二對稱中心之位置。(為簡單起見，第二對稱中心及對應ROI自圖式省略。)控制器18估計OVL x,0作為第一對稱中心與第二對稱中心之間的間隔。
在半導體基板12圍繞其法線旋轉180°之後，使用相同於用於量測OVL x,0之方法來量測一x疊對誤差OVL x,180。控制器18運算一準確x疊對誤差OVL x,ACC作為在兩個基板定向上量測之x疊對誤差之間的差的一半：OVL x,ACC=(OVL x,0-OVL x,180)/2。
替代地，可省略疊對誤差在180°定向上之量測，且疊對誤差OVL x,0可在下文運算中用作OVL x,ACC。
為校準半目標100 (如圖2A中所展示)，僅使用相同於半目標100之第一部分304來量測一疊對誤差OVL x,HT。因此，上文參考圖2A所描述之方法用於量測半目標100之x疊對誤差OVL x。一目標校準函數Δ CAL,x由控制器18運算為Δ CAL,x=OVL x,ACC-OVL x，且用於校準使用其他位置(諸如半導體基板12上之晶粒之裝置區域內之位置)處之半目標100量測之所有x疊對誤差。目標校準函數Δ CAL,x可由控制器18在疊對誤差度量程序開始時運算，且隨後在量測時應用於所有疊對誤差。替代地，目標校準函數Δ CAL,x可獨立於疊對誤差量測之序列運算，且在序列結束時應用於經量測疊對誤差。
用於使用一維半目標量測y疊對誤差之一校準依一類似方式完成。 使用全目標302校準半目標200
全目標302 (圖5B)包括一第一部分330及一第二部分332，其中第一部分相同於半目標200 (圖3A)且第二部分係圍繞z軸旋轉180°之半目標200之一複本。全目標302之一第一目標圖案由在y方向上定向之處理層光柵334及336及在x方向上定向之338及340形成。一第二目標圖案由在y方向上定向之光阻層光柵342及344及在x定向之346及348形成。
使用全目標302，在相隔180°之半導體基板之兩個定向上量測x疊對誤差及y疊對誤差兩者。在第一0°定向上，量測疊對誤差OVL x,0及OVL y,0。在第二180°定向上，量測疊對誤差OVL x,180及OVL y,180。疊對誤差依上文參考全目標300所描述之方式量測，其中x疊對量測使用光柵334、336、342及344，且y疊對量測使用光柵338、340、346及348。類似於上文之OVL x,ACC運算準確疊對誤差： OVL x,ACC=(OVL x,0-OVL x,180)/2 OVL y,ACC=(OVL y,0-OVL y,180)/2。
為使用半目標200校準疊對誤差量測，僅使用相同於半目標200之第一部分330來量測x疊對誤差OVL x,HT及y疊對誤差OVL y,HT。因此，使用相同於用於量測圖3A中之半目標200之x疊對誤差OVL x及y疊對誤差OVL y之方法。一雙組分目標校準函數(Δ CAL,x, ΔC AL,y)由控制器18運算為Δ CAL,x=OVL x,ACC-OVL x及Δ CAL,y=OVL y,ACC-OVL y，且用於校準使用半導體基板12上之半目標200量測之所有x疊對誤差及y疊對誤差。
類似於上述使用全目標300校準半目標100，雙組分校準函數(Δ CAL,x, Δ CAL,y)可由控制器18在疊對誤差度量程序開始時運算且在量測時應用於疊對誤差，或其可獨立於疊對誤差量測之序列運算且在序列結束時應用於經量測疊對誤差。
圖6係示意性繪示根據本發明之一實施例之用於判定x疊對誤差之半目標之一目標校準函數之一方法的一流程圖400。方法可藉由實例方式由控制器18使用由設備10捕捉之影像實施。除目標校準函數之判定之外，如上文所描述，流程圖400亦包括用於提高目標校準函數之可重複性(減少量測至量測變動)及用於減輕目標至目標變動之步驟。為簡潔起見，流程圖400僅展示x方向上之疊對誤差量測及校準。y方向上之量測及校準依類似方式實施，如上文所解釋。
在一全目標選擇步驟402中，控制器18針對校準程序選擇一全目標FT i，其中i係用於列舉一多目標校準(目標至目標變動之減少)之全目標之一索引。在一量測開始步驟404中，開始全目標FT i之一第j次量測(j係用於列舉一給定目標之重複量測以提高量測可重複性之一索引)。
在一量測步驟406中，控制器18基於步驟404中起始之量測來量測一準確x疊對誤差OVL x,ACC ij。此步驟以及流程圖400中之後續步驟類似於上述針對圖5A之全目標300所描述之校準技術。(上標i及j係指索引i及j。)在一半目標選擇步驟408中，選擇包含於全目標FT i中之一半目標。在一半目標疊對誤差量測步驟410中，針對選定半目標量測疊對誤差OVL x,HT ij。在一第一目標校準函數步驟412中，目標校準函數Δ CAL,x ij經運算為Δ CAL,x ij=OVL x,ACC ij-OVL x,HT ij，如上文所解釋。
在一第一決策步驟414中，控制器18決定是否對全目標FT i重複量測以增加可重複性。此決定可由控制器18藉由運算來自前j個個量測之可重複性或藉由使用量測次數之一預設計數來進行。若將重複量測，則索引j在一第一遞增步驟416中遞增，且程序返回至步驟404。當無需全目標FT i之額外量測時，程序繼續至一第二目標校準函數步驟418，其中全目標FT i之經獲取目標校準函數Δ CAL,x ij經平均以給出全目標i之值Δ CAL,x i。
程序繼續至一第二決策步驟420，其中控制器18決定在校準程序中是否包含額外全目標以減輕目標至目標變動。步驟420中之決策可由控制器18藉由估計來自前i個全目標之目標至目標變動，藉由使用待包含之全目標數之一預設計數或藉由使用半導體基板12上之一預設全目標清單來進行。當包含額外全目標時，程序繼續至一第二遞增步驟422，其中遞增索引i，且程序返回至步驟402。當無需額外全目標時，自經包含全目標FT i獲取之目標校準函數Δ CAL,x i經平均以給出一全域目標校準函數Δ CAL,GLOBAL。此函數用於校準相同於包含於校準程序中之一者之半導體基板上之所有全目標之x疊對誤差量測。 校準一半目標之角度偏移
如上文參考圖4所解釋，一半目標(諸如半目標100 (圖2A)及200 (圖3A))之一角度偏移可導致疊對誤差量測中之一明顯誤差。所有半目標之一全域角度偏移α GLOBAL(諸如半導體基板12歸因於平台20之側傾之一角度誤差)可使用上述用於使用全目標校準之方法來校準。(術語「側傾」用於標示平台20圍繞平台之法線之一角度偏移，且可使用(例如)雷射干涉儀來量測。)
為使各半目標依次進入物鏡22之FOV，將基板12及平台20自量測位點移動至量測位點可在角度偏移中引入位點至位點變動。可藉由針對各疊對誤差量測位點之一側傾量測或藉由經捕捉目標影像之適合處理來量測各半目標HT i之一角度偏移α i。例如，控制器18可界定一半目標之相同光柵上之兩個適當定位ROI，量測來自兩個ROI之光柵隔條之兩個投影之間的移位，且藉由將移位除以ROI之中心至中心距離來運算角度偏移。索引i此處用於列舉經量測半目標。
當已使用全目標判定一目標校準函數時，如上文所描述(圖5A至圖5B及圖6)，目標校準函數之一差分局部校正Δ DIFF i可經計算為Δ DIFF i=(α i-α GLOBAL)×D，其中D係指一適當ROI至ROI距離，類似於D ROI,y(圖4)。
替代地，在無此一目標校準函數之情況下，經量測角度偏移α i可經直接應用為一局部校準Δ LOCAL i=α i×D。進一步替代地，角度偏移α i可藉由平台20或感測器28之一適當旋轉或控制器18捕捉之目標影像之一旋轉來補償。
應瞭解，上述實施例藉由實例方式敘述，且本發明並不限於已在上文特定展示及描述之實施例。確切而言，本發明之範疇包含上述各種特徵之組合及子組合兩者以及其等之變動及修改，熟習技術者在閱讀前述描述之後將想到該等變動及修改且先前技術中並未揭示該等變動及修改。
10:成像疊對度量設備 12:半導體晶圓 14:成像總成 16:照明總成 18:控制器 20:平台 22:物鏡 24:立方體分束器 26:成像透鏡 28:二維感測器陣列 30:二維像素陣列 32:光源 34:透鏡 36:笛卡爾座標 38:第一膜層 40:第二膜層 100:半目標 102:半目標 104:處理光柵 106:光阻光柵 108:关注区域(ROI) 110:关注区域(ROI) 112:對稱中心 114:對稱中心 116:x軸 118:投影 120:投影 122:處理光柵 124:光阻光柵 126:ROI 128:ROI 130:對稱中心 132:對稱中心 134:x軸 136:投影 138:投影 200:半目標 202:半目標 204:目標特徵 206:目標特徵 208:目標特徵 210:目標特徵 212:目標特徵 214:目標特徵 220:半目標 222:處理光柵 224:光阻光柵 226:ROI 228:ROI 230:對稱中心 232:對稱中心 234:投影 236:投影 238:x軸 300:全目標 302:全目標 304:第一部分 306:第二部分 308:處理層光柵 310:處理層光柵 312:光阻層光柵 314:光阻層光柵 316:對稱中心 318:ROI 320:ROI 322:x軸 330:第一部分 332:第二部分 334:處理層光柵 336:處理層光柵 338:處理層光柵 340:處理層光柵 342:光阻層光柵 344:光阻層光柵 346:光阻層光柵 348:光阻層光柵 400:流程圖 402:全目標選擇步驟 404:量測開始步驟 406:量測步驟 408:半目標選擇步驟 410:半目標疊對誤差量測步驟 412:第一目標校準函數步驟 414:第一決策步驟 416:第一遞增步驟 418:第二目標校準函數步驟 420:第二決策步驟 422:第二遞增步驟
圖1係根據本發明之一實施例之用於量測一半導體晶圓上之疊對誤差之一成像疊對度量設備之一示意側視圖；
圖2A及圖2B係根據本發明之實施例之用於疊對誤差度量之半目標之示意表示；
圖3A及圖3B係根據本發明之實施例之用於疊對誤差度量之半目標之示意表示；
圖4係根據本發明之一實施例之用於疊對誤差度量之一半目標之一示意表示，其繪示用於校正半目標之角度偏移之一方法；
圖5A及圖5B係根據本發明之實施例之用於疊對度量之全目標之示意表示；
圖6係示意性繪示根據本發明之一實施例之用於疊對誤差之校準量測之一方法的一流程圖；及
10:成像疊對度量設備
12:半導體晶圓
14:成像總成
16:照明總成
18:控制器
20:平台
22:物鏡
24:立方體分束器
26:成像透鏡
28:二維感測器陣列
30:二維像素陣列
32:光源
34:透鏡
36:笛卡爾座標
38:第一膜層
40:第二膜層

Claims (24)

  1. 一種用於半導體度量之方法，其包括： 在一半導體基板上沈積一第一膜層與上覆該第一膜層之一第二膜層； 圖案化該第一及第二膜層以界定： 一第一疊對目標，其安置於該半導體基板上之一第一位置中且包括形成於該第一膜層中之一第一目標特徵及形成於相鄰於該第一目標特徵之一位置中之該第二膜層中之一第二目標特徵；及 一第二疊對目標，其安置於該半導體基板上之一第二位置中且包括相同於該第一疊對目標之一第一部分及相鄰於該第一部分安置使得該第二疊對目標具有圍繞該半導體基板之一法線之180°之旋轉對稱性之一第二部分； 使用一成像總成來捕捉該第二疊對目標之一第一影像； 處理該第一影像以基於該第二疊對目標之該第一及第二部分兩者來運算一目標校準函數； 使用該成像總成來捕捉該第一疊對目標之一第二影像；及 處理該第二影像同時應用該目標校準函數來估計該第一位置處之該第一及第二膜層之圖案化之間的一疊對誤差。
  2. 如請求項1之方法，其中該第二疊對目標之該第二部分包括該第一部分之一旋轉複本。
  3. 如請求項1之方法，其中該第一疊對目標係安置於該半導體基板上之不同各自位置處之複數個第一疊對目標之一者，各第一疊對目標包括該第一及第二目標特徵，且 其中處理該第二影像包括將該目標校準函數應用於該等第一疊對目標之各者。
  4. 如請求項1之方法，其中處理該第一影像包括： 使用該第一影像中之該第二疊對目標之該第一及第二部分兩者來估計該第一及第二膜層之該圖案化之間的一第一疊對誤差； 僅使用該第二疊對目標之該第一部分來估計該第一及第二膜層之該圖案化之間的一第二疊對誤差；及 回應於該第一疊對誤差與該第二疊對誤差之間的一差運算該目標校準函數。
  5. 如請求項4之方法，其中使用該第一及第二部分兩者包括藉由找到該第二疊對目標之該第一及第二部分兩者中之該等第一目標特徵及該等第二目標特徵之各自第一對稱中心之間的一位移來估計該第一疊對誤差，且 其中僅使用該第一部分包括藉由找到僅該第二疊對目標之該第一部分中之該等第一目標特徵及該等第二目標特徵之各自第二對稱中心之間的一位移來估計該第二疊對誤差。
  6. 如請求項1之方法，其中在該半導體基板之一第一定向上捕捉該第一影像，且其中該方法包括在相對於該第一定向圍繞該半導體基板之該法線旋轉180°之該半導體基板之一第二定向上捕捉該第二疊對目標之一第三影像，且 其中處理該第一影像包括處理該第一及第三影像兩者以估計該第一及第二定向上之各自第一及第二疊對誤差，及基於該第一及第二疊對誤差來運算該目標校準函數。
  7. 如請求項1之方法，其中該半導體基板包括由切割線分離之晶粒，且其中該第一疊對目標安置於一晶粒之一裝置區域中且該第二疊對目標安置於該等切割線之一者中。
  8. 如請求項1之方法，其中該第一目標特徵包括在該第一膜層中沿一第一方向定向之一第一線性光柵，且該第二目標特徵包括在該第二膜層中在該第一方向上定向之一第二線性光柵。
  9. 如請求項8之方法，其中該第一目標特徵進一步包括在該第一膜層中沿不與該第一方向平行之一第二方向定向之一第三線性光柵，且該第二目標特徵包括在該第二膜層中在該第二方向上定向之一第四線性光柵。
  10. 如請求項1之方法，其進一步包括量測該半導體基板之一角度偏移，其中應用該目標校準函數包括在估計該疊對誤差時校正該角度偏移。
  11. 如請求項10之方法，其中該第一疊對目標係安置於該半導體基板上之不同各自位置處之複數個該等第一疊對目標之一者，且其中量測該角度偏移包括估計及補償該等不同位置之各者處之一局部角度偏移。
  12. 一種產品，其包括： 一半導體基板；及 第一及第二膜層，其等安置於該半導體基板上且該第二膜層上覆該第一膜層，且該等膜層經圖案化以界定： 一第一疊對目標，其安置於該半導體基板上之一第一位置中且包括形成於該第一膜層中之一第一目標特徵及形成於相鄰於該第一目標特徵之一位置中之該第二膜層中之一第二目標特徵；及 一第二疊對目標，其安置於該半導體基板上之一第二位置中且包括相同於該第一疊對目標之一第一部分及相鄰於該第一部分安置使得該第二疊對目標具有圍繞該半導體基板之一法線之180°之旋轉對稱之一第二部分。
  13. 如請求項12之產品，其中該第二疊對目標之該第二部分包括該第一部分之一旋轉複本。
  14. 如請求項12之產品，其中該第一疊對目標係安置於該半導體基板上之不同各自位置處之該等複數個第一疊對目標之一者，各第一疊對目標包括第一及第二目標特徵。
  15. 如請求項12之產品，其中該半導體基板包括由切割線分離之晶粒，且其中該第一疊對目標安置於一晶粒之一裝置區域中且該第二疊對目標安置於該等切割線之一者中。
  16. 如請求項12之產品，其中該第一目標特徵包括在該第一膜層中沿一第一方向定向之一第一線性光柵，且該第二目標特徵包括在該第二膜層中在該第一方向上定向之一第二線性光柵。
  17. 如請求項16之產品，其中該第一目標特徵進一步包括在該第一膜層中沿不與該第一方向平行之一第二方向定向之一第三線性光柵，且該第二目標特徵包括在該第二膜層中在該第二方向上定向之一第四線性光柵。
  18. 一種用於半導體度量之設備，其包括： 一成像總成，其經組態以捕捉其上安置第一及第二膜層之一半導體基板之影像，且該第二膜層上覆該第一膜層，且該等膜層經圖案化以界定： 一第一疊對目標，其安置於該半導體基板上之一第一位置中且包括形成於該第一膜層中之一第一目標特徵及形成於相鄰於該第一目標特徵之一位置中之該第二膜層中之一第二目標特徵；及 一第二疊對目標，其安置於該半導體基板上之一第二位置中且包括相同於該第一疊對目標之一第一部分及相鄰於該第一部分安置使得該第二疊對目標具有圍繞該半導體基板之一法線之180°之旋轉對稱性之一第二部分；及 一處理器，其經組態以處理由該成像總成捕捉之該第二疊對目標之一第一影像以基於該第二疊對目標之該第一及第二部分兩者來運算一目標校準函數，及處理由該成像總成捕捉之該第一疊對目標之一第二影像同時應用該目標校準函數以估計該第一位置處之該第一及第二膜層之圖案化之間的一疊對誤差。
  19. 如請求項18之設備，其中該第一疊對目標係安置於該半導體基板上之不同各自位置處之複數個該等第一疊對目標之一者，各第一疊對目標包括該第一及第二目標特徵，且 其中該處理器經組態以將該目標校準函數應用於該等第一疊對目標之各者。
  20. 如請求項18之設備，其中該處理器經組態以使用該第一影像中之該第二疊對目標之該第一及第二部分兩者來估計該第一及第二膜層之該圖案化之間的一第一疊對誤差，及僅使用該第二疊對目標之該第一部分來估計該第一及第二膜層之該圖案化之間的一第二疊對誤差，及回應於該第一疊對誤差與該第二疊對誤差之間的一差運算該目標校準函數。
  21. 如請求項20之設備，其中該處理器經組態以藉由找到該第二疊對目標之該第一及第二部分兩者中之該等第一目標特徵及該等第二目標特徵之各自第一對稱中心之間的一位移來估計該第一疊對誤差，且藉由找到僅該第二疊對目標之該第一部分中之該等第一目標特徵及該等第二目標特徵之各自第二對稱中心之間的一位移來估計該第二疊對誤差。
  22. 如請求項18之設備，其中該成像總成經組態以在該半導體基板之一第一定向上捕捉該第一影像，且在該半導體基板之一第二定向上捕捉該第二疊對目標之一第三影像，該第二定向相對於該第一定向圍繞該半導體基板之該法線旋轉180°，且 其中該處理器經組態以處理該第一及第三影像兩者以估計該第一及第二定向上之各自第一及第二疊對誤差，且基於該第一及第二疊對誤差來運算該目標校準函數。
  23. 如請求項18之設備，其中該處理器經組態以量測該半導體基板之一角度偏移，且在估計該疊對誤差時校正該角度偏移。
  24. 如請求項23之設備，其中該第一疊對目標係安置於該半導體基板上之不同各自位置處之複數個該等第一疊對目標之一者，且其中該處理器經組態以估計及補償該等不同位置之各者處之一局部角度偏移。
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