用于X-架構布局設計的圖樣識別及度量結構制造技術

本發明專利技術涉及檢查方法和系統，其用于提供一種檢查晶圓（９００，１２５０）的最佳方式。此方法和系統包含有晶圓與光罩對準，層與層對準以及晶圓表面特征檢查。通過在已有的對準記號（１０２，１０４，２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃ，２１０Ｄ）上增加額外的對角線（１１２，１１４）來減少交叉的尺寸及可安置期望點的相對應范圍，來改善晶圓（９００，１２５０）與光罩（１２２６）的對準。以類似的方式，可通過在已有的重疊目標（３３０）上增加斜的和／或非線性的線段來改善層與層的對準。同時通過提供數個所需斜軸來檢查晶圓表面，從而提供更精確的特征測量。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術一般涉及半導體制程，具體是在使用傳統垂直線檢查之外，亦使用對角線(45度)檢查以便改善晶圓制造的檢查，且因此可制造改進的半導體設計。
技術介紹
半導體工業具有不斷朝高裝置密度發展的趨勢。為了達到高密度，人們一直在努力縮小半導體晶圓上裝置的尺寸(舉例而言，次微米級)。為了達到如此高的裝置封裝密度，需要不斷縮小在晶圓細小矩形部分(一般稱為晶粒(die))上所制作的集成電路(ICs)的特征尺寸。這可以包括有內部連接線的寬度與間隔，接觸孔的直徑與間隔，各種特征的表面幾何形狀(如彎角和邊緣等)，以及其它特征的表面幾何形狀。為了縮小裝置尺寸，需要更精密的制程控制。特征及特征間彼此的尺寸可視為臨界尺寸(critical dimension；CDs)。縮小臨界尺寸及復制更精確的臨界尺寸有助于通過縮小裝置尺寸以及提高封裝密度來達到更高的裝置密度。典型的半導體或ICs制程包含有許多的步驟(舉例而言，曝光、烘干、顯影)，在這些過程中數以百計的集成電路復制品會在單一晶圓上形成，更特別的是在晶圓的每一個晶粒上形成。在這些步驟中，有很多是將材料從現有層的特定位置加以重疊或移除以便在集成電路上形成所要的組件。大體而言，制程包括在最后將形成完整集成電路的硅基板表面及其內部建立數個圖樣(pattern)層。在堆積成層的過程中會在半導體晶圓表面上建立電的作用區。將圖像放置在晶圓表面上的準確度可通過使用最小定位公差(minimum registration tolerance)加以量化。定位公差大部分是以在第一個罩幕層上重疊第二個罩幕層時所存在的不確定性為基礎。兩層不能完全地重疊可能是由于各種因素，例如制作罩幕的設備，每次曝光之間的溫度差所造成的罩幕擴張或收縮，以及對準工具定位能力的限制。對準準確度(alignment accuracy)和重疊準確度(overlay accuracy)兩者皆提供有關第一層圖樣位置與第二層圖像(此乃期望精確地重疊在第一層圖樣)上的圖樣位置之間最大誤差的信息。對準準確度具體指定對準記號的位置。一旦決定之后，晶圓將盡可能與光罩(reticle，用以依一定圖樣曝光的屏蔽，本文中稱為光罩)對準，步進對準系統的不精確將決定此兩層間的位置對準誤差。相反地，重疊準確度是指光罩圖像與晶圓上的圖樣之間在晶圓上任何點的位置誤差，其不僅僅是在對準記號造成誤差的位置。由于誤差能存在于對準系統之外，舉例而言，透鏡失真、輕擊導致晶圓失真以及圖像在光罩上的誤差，所以即使是完全的對準，主要的重疊誤差也會存在。因為電路的所有特征必須在可接受的公差內彼此重疊，微影制程的實際重疊誤差將決定制造芯片的產量與性能。如果全部的重疊誤差超過所設計芯片圖樣的尺寸的公差值，則產量將會減少。一個圖樣層與前一層對準是借助于同時在芯片與每一個光罩圖樣上建立的特殊對準圖樣來完成。光罩圖樣與先前在晶圓上建立特征對準的程序包含有移動晶圓臺直到光罩對準記號與晶圓上的對準記號一致。一旦這個步驟完成，便可假定在光罩上的電路圖樣正確地對準先前制作在晶圓上的特征(在許可的重疊公差之內)。從晶圓層第N層的重疊目標中心到第N+1層抗蝕層的重疊目標中心的平面距離被定義為重疊誤差。在半導體技術中對準與重疊誤差是以其x和y分量來表示。因此，若以遍及晶圓各處的點的x軸重疊誤差制作成長方條統計圖，其結果大概呈高斯分布。引用作為x軸重疊(或對準誤差)的數是平均誤差的絕對值加上分布在平均值附近的標準差的三倍。也就是，x軸重疊誤差，Overlayx，將表示為Overlayx＝(|X|+3σx)。y軸重疊和對準誤差也是使用相同的方式來描述。縮小整體重疊誤差的動力在于如何能達到更小的重疊誤差，以便使用更嚴格的公差來設計電路圖樣。舉例而言，可以使用更小的金屬間距，在許多實例中這是決定裝置晶粒尺寸的重要因素。而晶粒尺寸則是制作一個指定電路整體價格的主要因素，因為晶粒尺寸表示在每一片晶圓可以制作多少零件。如果設計規則對重疊誤差沒有足夠的容許度，則很多裝置均可能會失敗。每一臺步進機(stepper)的重疊誤差皆有差異，而且生產線上的晶圓可能在任意的步進機間交換處理。這意味著，在設計規則所內含的公差必須將給定制程中所有步進機的一般特性考慮在內。總體的制程重疊預算包含有在微影程序中所發現的所有誤差來源，該誤差包含步進機臺和透鏡差異、抗蝕應用和顯影差異，晶圓不一致以及測量誤差。重疊測量工具的任務是要量化由每一個來源所引起誤差的大小并且核對當程序進行改善時所減少的誤差。在ICs制造中重疊測量有兩個重要的功能。第一個是監督微影對準程序的性能。為達到這個目的，從每個批次的晶圓抽樣，以統計方式獲得整批的重疊效能。重疊測量的第二個功能是幫助設定微影程序。重疊測量在步進機系統進行初始安裝時有助于使該步進機系統最佳化，而且在稍后通過周期性評估重疊而用于使步進機的性能維持在最佳狀態。重疊可簡單地通過在某一層印記某一圖樣及連續層印記第二個圖樣，然后測量(在獨立度量系統)兩個圖樣在位置、方向和失真的差異。如果兩個圖樣在相同的曝光工具下印記，則結果是工具對本身(tool-to-itself)重疊。如果兩個圖樣在不同的曝光工具下印記，則結果是工具對工具(tool-to-tool)重疊。對準記號通常是用來執行微影程序的步進機所特有的。簡單的十字形圖樣常被用在早期的IC制程中，但是現在這種記號通常類似格柵的圖樣，在垂直的x和y方向具有延伸的結構。使用很多對準策略試圖使晶圓上每一個曝光區域的圖樣與光罩上的圖樣產生符合要求的對準結果。有一種方法稱為兩點整體對準(two-point global alignment)，其使用兩個間隔數英寸的記號。使晶圓上第一個記號與光罩上相對應的記號對準以確保晶圓和光罩對準到正確的x和y位置。通過對準第二組記號確保晶圓和光罩圖樣也對準到相同的旋轉角度，θ。在兩個對準動作完成后，晶圓對所有的曝光區域均是″無步進的(blindstepped)″，其依賴機臺移動的精確度使每一個曝光區域正確對準。這種策略僅能成功應用于當機臺的垂直性非常良好以及在一段時間內區域間的誤差非常小且穩定的場合。第二種對準策略稱為整體映像對準(global mapping alignment)。在這種方法中，步進機需要5到10個對準記號的x和y位置，然后計算符合這些數據的最小平方數。也就是每一個測量誤差是取N次測量的平均，使得凈位移誤差為一次測量除以N的平方根。根據計算所得的誤差，對系統區域內部和步進參數(區域之間)作修正(舉例而言，每一個地點的曝光位置均是參考計算資料修正)。假設這些修正在晶圓曝光所需的1或2分鐘內是穩定的。先進的半導體裝置制造商持續縮小特征尺寸到100nm的技術節點或更高。問題是傳統臨界尺寸度量技術舉例而言，臨界尺寸掃描電子顯微鏡(critical-dimension scanning electron microscopy；CD-SEM)及傳統(CCD影像)光學度量缺乏提供有關特征臨界尺寸和外觀的正確資料的分辨率。重要的限制是這些方法僅提供從特征的整體觀點并且很少或沒有提供有關結構的側邊和底部特性的資料。當CD的要求越來越小，所需要的是一個系統和方法用來幫助在半導體芯片上制作更小的零件。為了增加零件本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于使晶圓（９００，１２５０）與光罩（１２２６）對準的系統，該系統包括：光罩（１２２６），其包含：設計區域；第一個對準記號（１０２，１０４，２１０↓［Ａ］，２１０↓［Ｂ］，２１０↓［Ｃ］，２１０↓［Ｄ］）；和 第二個對準記號（１０２，１０４，２１０↓［Ａ］，２１０↓［Ｂ］，２１０↓［Ｃ］，２１０↓［Ｄ］），其依光罩中心點，對稱于第一個對準記號（１０２，１０４，２１０↓［Ａ］，２１０↓［Ｂ］，２１０↓［Ｃ］，２１０↓［Ｄ］）；依據Ｘ架構 至少使用一條與至少一個的對準記號（１０２，１０４，２１０↓［Ａ］，２１０↓［Ｂ］，２１０↓［Ｃ］，２１０↓［Ｄ］）交叉的額外對角線（１１２，１１４），使組件和接線的對準更加正確。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：KA潘，B蘭加拉贊，B辛格，
申請(專利權)人：先進微裝置公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]