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TWI870889B - 形成莫爾圖案的重疊標記、利用其的重疊測量方法、重疊測量裝置及半導體器件的製造方法 - Google Patents

形成莫爾圖案的重疊標記、利用其的重疊測量方法、重疊測量裝置及半導體器件的製造方法 Download PDF

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TWI870889B TW112121483A TW112121483A TWI870889B TW I870889 B TWI870889 B TW I870889B TW 112121483 A TW112121483 A TW 112121483A TW 112121483 A TW112121483 A TW 112121483A TW I870889 B TWI870889 B TW I870889B
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南韓商奧路絲科技有限公司
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Abstract

一種形成莫爾圖案的重疊標記、利用其的重疊測量方法及半導體器件的製造方法。本發明的形成莫爾圖案的重疊標記是決定兩個以上的圖案層之間的相對錯位的基於圖像的重疊測量用重疊標記，形成莫爾圖案的重疊標記包括：第一重疊標記，其與第一圖案層一起形成，包括沿第一方向具有第一間距，並且呈180度旋轉對稱的一對第一格柵圖案；以及第二重疊標記，其與第二圖案層一起形成，包括沿第一方向具有不同於第一間距的第二間距，與第一格柵圖案的一部分重疊，並且呈180度旋轉對稱的一對第二格柵圖案、以及沿第一方向具有不同於第一間距和第二間距的第三間距，與第一格柵圖案的一部分重疊，並且呈180度旋轉對稱的一對第三格柵圖案。

Description

形成莫爾圖案的重疊標記、利用其的重疊測量方法、重疊測量裝置及半導體器件的製造方法
本發明是有關於一種形成莫爾圖案的重疊標記、利用其的重疊測量方法、重疊測量裝置以及半導體器件的製造方法。
在半導體基板上依次形成多個圖案層。此外，也會通過雙重圖案化等，將一個層的電路分成兩個圖案來形成。僅當這些圖案層或一個層的多個圖案準確地形成在預先設定的位置時，才能製造出期望的半導體器件。
因此，為了確認圖案層是否準確對準，使用與圖案層同時形成的重疊標記。
利用重疊標記測量重疊的方法如下。首先，在前道工序，例如蝕刻工序中形成的圖案層上與形成圖案層同時形成作為重疊標記的一部分的一個結構物。然後，在後續工序，例如，光微影工序中，在光阻上形成重疊標記的其餘結構物。
然後，通過重疊測量裝置獲取在前道工序中形成的圖案層的重疊結構物（透過光阻層獲取圖像）和光阻層的重疊結構物的圖像，並計量這些圖像的中心之間的偏移值以測量重疊值。
更具體地，日本公開專利2020-112807中公開了一種捕獲形成在基板上的重疊標記的圖像，並從捕獲的圖像中選擇多個工作區，形成針對所選擇的工作區中的每一個具有資訊的信號，並對其進行比較來決定彼此不同的層或彼此不同的圖案之間的相對錯位的方法。
此外，韓國授權專利10-1604789中公開了一種重疊測量方法，其中，獲取重疊標記的圖像，以獲取的圖像的中心為基準獲取重疊標記的180度旋轉圖像後，對兩個圖像進行比較，一致時將當前圖像中心定為重疊標記的中心，不一致時改變位置直到一致而獲取重疊標記圖像的同時重複上述步驟。
此外，韓國公開專利2000-0006182中公開了一種利用彼此重疊的重複性的重疊標記形成莫爾圖案，並對其進行光學觀察，並對對準時的莫爾圖案和觀察到的莫爾圖案進行比較以測量重疊的方法。
此外，美國公開專利US2021-0072650A1中公開了一種利用彼此重疊的X軸方向的一維格柵圖案和Y軸方向一維格柵圖案形成呈180度旋轉對稱的4對莫爾圖案，並利用其測量X軸和Y軸方向的重疊的方法。
這種利用莫爾圖案的圖像的方式在放大展示層間的誤對準方面比利用重疊標記自身的圖像的方式有利。然而，這種方式對用於形成莫爾圖案的格柵圖案要求較高的精度。由於以往的形成莫爾圖案的重疊標記將配置於重疊標記的中心部的格柵圖案和配置於外廓的格柵圖案單獨分開並以彼此不同的間距形成，因此存在難以維持精度的問題。
現有技術文獻 專利文獻 （專利文獻1）日本公開專利2020-112807 （專利文獻2）韓國授權專利10-1604789 （專利文獻3）韓國公開專利2000-0006182 （專利文獻4）美國公開專利US2021-0072650A1
本發明旨在改善上述問題，其目的在於，提供一種能夠通過提高格柵圖案的精度來減小莫爾圖案的雜訊和誤差的重疊標記、利用其的新的重疊測量方法及半導體器件的製造方法。
為了達成上述目的，本發明提供一種形成莫爾圖案的重疊標記，其是決定兩個以上的圖案層之間的相對錯位的基於圖像的重疊測量用重疊標記，所述形成莫爾圖案的重疊標記包括：第一重疊標記，其與第一圖案層一起形成，包括沿第一方向具有第一間距，並且呈180度旋轉對稱的一對第一格柵圖案；以及第二重疊標記，其與第二圖案層一起形成，包括沿所述第一方向具有不同於所述第一間距的第二間距，與所述第一格柵圖案的一部分重疊，並且呈180度旋轉對稱的一對第二格柵圖案、以及沿所述第一方向具有不同於所述第一間距和所述第二間距的第三間距，與所述第一格柵圖案的一部分重疊，並且呈180度旋轉對稱的一對第三格柵圖案。
重疊的所述第一格柵圖案和所述第二格柵圖案形成以第一對稱中心COS 1為基準呈180度旋轉對稱的一對第一莫爾圖案。
此外，重疊的所述第一格柵圖案和所述第三格柵圖案形成以第二對稱中心COS 2為基準呈180度旋轉對稱的一對第二莫爾圖案。
當重疊誤差為0時，所述第一對稱中心COS 1和所述第二對稱中心COS 2一致。
另外，所述第一對稱中心COS 1和所述第二對稱中心COS 2在所述第一方向上的誤差表示所述第一圖案層與所述第二圖案層之間在所述第一方向上的重疊誤差。
此外，在本發明提供的形成莫爾圖案的重疊標記中，所述第二格柵圖案和所述第三格柵圖案並排配置。
此外，在本發明提供的形成莫爾圖案的重疊標記中，所述第二間距和所述第三間距中的一個比所述第一間距大，其餘一個比所述第一間距小。
此外，在本發明提供的形成莫爾圖案的重疊標記中，所述第一格柵圖案包括多個第一條，所述第二格柵圖案包括多個第二條，所述第三格柵圖案包括多個第三條，所述第一條的長度為所述第二條的長度和所述第三條的長度之和以上。
此外，本發明提供的形成莫爾圖案的重疊標記的特徵在於，所述第一莫爾圖案和所述第二莫爾圖案的間距大於重疊測量裝置的光學解析度，所述第一至第三格柵圖案的間距小於所述重疊測量裝置的光學解析度。
此外，在本發明提供的形成莫爾圖案的重疊標記中，所述第一重疊標記與所述第一圖案層一起形成，並且還包括沿與所述第一方向正交的第二方向具有第四間距，並且呈180度旋轉對稱的一對第四格柵圖案， 所述第二重疊標記與所述第二圖案層一起形成，並且還包括沿所述第二方向具有不同於所述第四間距的第五間距，與所述第四格柵圖案的一部分重疊，並且呈180度旋轉對稱的一對第五格柵圖案、以及沿所述第二方向具有不同於所述第四間距和所述第五間距的第六間距，與所述第四格柵圖案的一部分重疊，並且呈180度旋轉對稱的一對第六格柵圖案， 重疊的所述第四格柵圖案和所述第五格柵圖案形成以第三對稱中心COS 3為基準呈180度旋轉對稱的一對第三莫爾圖案， 重疊的所述第四格柵圖案和所述第六格柵圖案形成以第四對稱中心COS 4為基準呈180度旋轉對稱的一對第四莫爾圖案， 當重疊誤差為0時，所述第三對稱中心COS 3和所述第四對稱中心COS 4一致，所述第三對稱中心COS 3和所述第四對稱中心COS 4在所述第二方向上的誤差表示所述第一圖案層與所述第二圖案層之間在所述第二方向上的重疊誤差。
此外，本發明提供一種重疊測量方法，測量多個連續的圖案層之間的重疊，所述重疊測量方法的特徵在於，包括：獲取由與形成多個連續的圖案層同時形成的重疊標記形成的莫爾圖案圖像的步驟；以及分析所述莫爾圖案圖像的步驟，所述重疊標記為上述形成莫爾圖案的重疊標記。
此外，本發明提供一種半導體器件的製造方法，其特徵在於，包括：與形成多個連續的圖案層同時形成重疊標記的步驟；利用所述重疊標記測量重疊值的步驟；以及將測量到的重疊值利用於用於形成多個連續的圖案層的工序控制的步驟，所述重疊標記為上述形成莫爾圖案的重疊標記。
此外，本發明提供一種重疊測量裝置，包括對與形成多個連續的圖案層同時形成的重疊標記進行照明的照明光學系統、對來自所述重疊標記的反射光進行聚光以使莫爾圖案圖像成像的成像光學系統、以及獲取通過所述成像光學系統成像的所述莫爾圖案圖像的圖像檢測器，並且對由所述圖像檢測器獲取的所述莫爾圖案圖像進行處理以測量多個連續的圖案層之間的重疊，所述重疊測量裝置的特徵在於，所述重疊標記為上述形成莫爾圖案的重疊標記。
本發明的重疊標記、利用其的新的重疊測量方法、重疊測量裝置及半導體器件的製造方法具有通過將在下部或上部的分割為兩個的格柵圖案簡化為單間距的較寬的面積的一個格柵圖案，能夠提高格柵圖案的精度並減少雜訊的優點。
下面參照附圖對本發明的一實施例進行詳細描述。但是，本發明的實施例可以被變形為多種不同的形態改，本發明的範圍不應被解釋為限於下面詳述的實施例。本發明的實施例是為了向本領域的技術人員更完整地說明本發明而提供的。因此，圖中要素的形狀等被誇大以強調更清楚的描述，圖中由相同的附圖標記標示的要素意指相同的要素。
圖1是本發明的一實施例的重疊標記的平面圖，圖2是圖1所示的第一重疊標記的平面圖，圖3是圖1所示的第二重疊標記的平面圖，圖4是圖1所示的重疊標記的A-A剖視圖，圖5是圖1所示的重疊標記的B-B剖視圖。
圖1示出第一重疊標記100和第二重疊標記200對準的狀態的重疊標記10。第一重疊標記100與第一圖案層（圖1中，下層）一起形成，第二重疊標記200與第二圖案層（圖1中，上層）一起形成。
如圖2所示，第一重疊標記100具備一對第一格柵圖案110。一對第一格柵圖案110以第一重疊標記100的對稱中心C 1為基準呈180度旋轉對稱。
第一格柵圖案110沿第一方向（圖2中，X軸方向）具有第一間距P 1。第一格柵圖案110包括多個薄的第一條112。
如圖3所示，第二重疊標記200具備一對第二格柵圖案210和一對第三格柵圖案220。一對第二格柵圖案210以第二重疊標記200的對稱中心C 2為基準呈180度旋轉對稱。一對第三格柵圖案220也以第二重疊標記200的對稱中心C 2為基準呈180度旋轉對稱。
第二格柵圖案210和第三格柵圖案220相互並排配置。第二格柵圖案210配置於第二重疊標記200的中心部，並且配置於第三格柵圖案220的外側。第二格柵圖案210和第三格柵圖案220分別與第一格柵圖案110的一部分重疊。第二格柵圖案210和第三格柵圖案220大體配置於由第一格柵圖案110的外廓定義的區間內部。
第二格柵圖案210沿X軸方向具有第二間距P 2。第二格柵圖案210包括多個較薄的第二條212。第二間距P 2不同於第一間距P 1。
第三格柵圖案220沿X軸方向具有第三間距P 3。第三格柵圖案220包括多個較薄的第三條222。第三間距P 3不同於第一間距P 1，也不同於第二間距P 2。
構成第二格柵圖案210的第二條212的長度和構成第三格柵圖案220的第三條222的長度之和具有比構成第一格柵圖案110的第一條112的長度小的值。
優選第三間距P 3和第二間距P 2中的一個比第一間距P 1大，而其餘一個比第一間距P 1小。
如圖4和圖5所示，在本實施例中，第二間距P 2比第一間距P 1小，第三間距P 3比第一間距P 1大。也可以形成得相反。
如圖1所示，當將光照射在彼此重疊的第一格柵圖案110和第二格柵圖案210上時，由於在重疊週期性的圖案時發生的干涉線現象，形成第一莫爾圖案M 1。第一莫爾圖案M 1具備第一對稱中心COS 1。第一莫爾圖案M 1以第一對稱中心COS 1為基準呈180度旋轉對稱。
此時，第一莫爾圖案M 1的間距P M1如下面的數學式1所示由第一格柵圖案110的間距P 1和第二格柵圖案210的間距P 2決定。由數學式1可知，第一莫爾圖案M 1的間距P M1為遠大於第一格柵圖案110的間距P 1和第二格柵圖案120的間距P 2的值。 【數學式1】
這裡，優選第一莫爾圖案M 1的間距P M1大於重疊測量裝置的光學解析度，第一格柵圖案110的間距P 1和第二格柵圖案210的間距P 2小於重疊測量裝置的光學解析度。這是為了使由於從格柵圖案110、210、尤其作為上層的第二格柵圖案210反射的光的干涉等的影響而在莫爾圖案M 1中產生雜訊的現象最少化。
另外，相對於第一格柵圖案110的第二格柵圖案210的網格要素（條）的排列方向（本實施例中，X軸方向）上的相對移動引起第一莫爾圖案M 1的移動。另外，作為第二格柵圖案210的相對移動距離與第一莫爾圖案M 1的移動距離之比的第一莫爾增益G M1由下面的數學式2決定。 【數學式2】
由數學式2可知，即使第二格柵圖案210只移動一點，第一莫爾圖案M 1也會移動相對更長的距離。因此，微細的重疊誤差也可以通過莫爾圖案的圖像來測量。
在本實施例中，由於第一間距P 1比第二間距P 2大，第一莫爾增益G M1為正數。即，第一莫爾圖案M 1在與第二格柵圖案210的移動方向相同的方向上移動。
另外，第一格柵圖案110和第三格柵圖案220形成第二莫爾圖案M 2。第二莫爾圖案M 2具備第二對稱中心COS 2。第二莫爾圖案M 2以第二對稱中心COS 2為基準呈180度旋轉對稱。
第二莫爾圖案M 2的間距P M2如下面的數學式3所示由第一格柵圖案110的間距P 1和第三格柵圖案220的間距P 3決定。 【數學式3】
另外，作為第三格柵圖案220的相對移動距離與第二莫爾圖案M 2的移動距離之比的第二莫爾增益G M2由下面的數學式4決定。
這裡，優選第二莫爾圖案M 2的間距P M2比重疊測量裝置的光學解析度大，第三格柵圖案220的間距P 3比重疊測量裝置的光學解析度小。這是為了使由於從格柵圖案反射的光的干涉等的影響而在莫爾圖案中產生雜訊的現象最少化。 【數學式4】
由數學式4可知，即使第三格柵圖案220只移動一點，第二莫爾圖案M 2也會移動相對更長的距離。在本實施例中，由於第三間距P 3比第一間距P 1大，第二莫爾增益G M2為負數。即，第二莫爾圖案M 2在與第三格柵圖案220的移動方向相反的方向上移動。因此，在本實施例中，當第二重疊標記200相對於第一重疊標記100移動時，第一莫爾圖案M 1和第二莫爾圖案M 2在彼此相反的方向上移動。
如圖1所示，對準時，第一莫爾圖案M 1的對稱中心COS 1和第二莫爾圖案M 2的對稱中心COS 1一致（重疊）。當重疊標記10未對準時，第一莫爾圖案M 1的對稱中心COS 1和第二莫爾圖案M 2的對稱中心COS 2彼此不一致。
利用第一莫爾圖案M 1的對稱中心COS 1和第二莫爾圖案M 2的對稱中心COS 2在第一方向（X軸方向）上的差，可以測量第一方向上的重疊誤差△X。
如圖2和圖3所示，第一重疊標記100還具備一對第四格柵圖案120。此外，第二重疊標記200還具備一對第五格柵圖案230和一對第六格柵圖案240。
第四格柵圖案120、第五格柵圖案230、以及第六格柵圖案240用於測量第二方向上的重疊誤差△Y。
如圖2所示，一對第四格柵圖案120以第一重疊標記100的對稱中心C 1為基準呈180度旋轉對稱。
第四格柵圖案120沿第二方向（圖1中，Y軸方向）具有第四間距P 4。第四格柵圖案120包括多個較薄的第四條122。
雖然在圖1和圖2中示為第四條122的寬度和第四間距P 4與第一條112的寬度和第一間距P 1相同，但也可以彼此不同。
如圖3所示，一對第五格柵圖案230以第二重疊標記的對稱中心C 2為基準呈180度旋轉對稱。一對第六格柵圖案240也以第二重疊標記的對稱中心C 2為基準呈180度旋轉對稱。
第五格柵圖案230和第六格柵圖案240相互並排地配置。第五格柵圖案230配置於第二重疊標記200的中心部，並且配置於第六格柵圖案240的外側。第五格柵圖案230和第六格柵圖案240分別與第四格柵圖案120的一部分重疊。第五格柵圖案230和第六格柵圖案240大體配置於由第四格柵圖案120的外廓定義的區間的內部。
第五格柵圖案230沿Y軸方向具有第五間距P 5。第五格柵圖案230包括多個較薄的第五條232。第五間距P 5不同於第四間距P 4。
雖然在圖1和圖3中示為第五條232的寬度和第五間距P 5為與第二條212的寬度和第二間距P 2相同，但也可以彼此不同。
第六格柵圖案240沿Y軸方向具有第六間距P 6。第六格柵圖案240包括多個較薄的第六條242。第六間距P 6不同於第四間距P 4，並且也不同於第五間距P 5。
雖然在圖1和圖3中示為第六條242的寬度和第六間距P 6與第三條222的寬度和第三間距P 3相同，但也可以彼此不同。
構成第五格柵圖案230的第五條232的長度和構成第六格柵圖案240的第六條242的長度之和具有比構成第四格柵圖案120的第四條122的長度小的值。
優選第五間距P 5和第六間距P 6中的一個比第四間距P 4大，而其餘一個比第四間距P 4小。
在本實施例中，第五間距P 5比第四間距P 4小，第六間距P 6比第四間距P 4大。也可以形成得相反。
如圖1所示，當將光照射在彼此重疊的第四格柵圖案120和第五格柵圖案230上時，由於在重疊週期性的圖案時發生的干涉線現象，形成第三莫爾圖案M 3。第三莫爾圖案M 3具備第三對稱中心COS 3。第三莫爾圖案M 3以第三對稱中心COS 3為基準呈180度旋轉對稱。第三對稱中心COS 3可以與第一對稱中心COS 1一致。
此時，第三莫爾圖案M 3的間距P M3如下麵的數學式5所示由第四格柵圖案120的間距P 4和第五格柵圖案230的間距P 5決定。由數學式5可知，第三莫爾圖案M 3的間距P M3為遠大於第四格柵圖案120的間距P 4和第五格柵圖案230的間距P 5的值。 【數學式5】
這裡，優選第三莫爾圖案M 3的間距P M3大於重疊測量裝置的光學解析度，第四格柵圖案120的間距P 4和第五格柵圖案230的間距P 5小於重疊測量裝置的光學解析度。這是為了使由於從尤格柵圖案120、230、尤其作為上層的第五格柵圖案230反射的光的干涉等的影響而在莫爾圖案M 3中產生雜訊的現象最少化。
另外，相對於第四格柵圖案120的第五格柵圖案230的網格要素（條）的排列方向（本實施例中，Y軸方向）上的相對移動引起第三莫爾圖案M 3的移動。另外，作為第五格柵圖案230的相對移動距離與第三莫爾圖案M 3的移動距離之比的第三莫爾增益G M3由下面的數學式6決定。 【數學式6】
由數學式6可知，即使第五格柵圖案230只移動一點，第三莫爾圖案M 3也會移動相對更長的距離。因此，微細的重疊誤差也可以通過莫爾圖案的圖像來測量。
另外，第四格柵圖案120和第六格柵圖案240形成第四莫爾圖案M 4。第四莫爾圖案M 4具備第四對稱中心COS 4。第四莫爾圖案M 4以第四對稱中心COS 4為基準呈180度旋轉對稱。
第四莫爾圖案M 4的間距P M4如下麵的數學式7所示由第四格柵圖案120的間距P 4和第六格柵圖案240的間距P 6決定。 【數學式7】
另外，作為第六格柵圖案240的相對移動距離與第四莫爾圖案M 4的移動距離之比的第四莫爾增益G M4由下面的數學式8決定。
這裡，優選第四莫爾圖案M 4的間距P M4大於重疊測量裝置的光學解析度，第六格柵圖案240的間距P 6小於重疊測量裝置的光學解析度。這是為了使由於從格柵圖案反射的光的干涉等的影響而在莫爾圖案中產生雜訊的現象最少化。 【數學式8】
由數學式8可知，即使第六格柵圖案240只移動一點，第四莫爾圖案M 4也會移動相對更長的距離。
對準時，第三莫爾圖案M 3的對稱中心COS 3和第四莫爾圖案M 4的對稱中心COS 4一致（重疊）。當重疊標記10未對準時，第三莫爾圖案M 3的對稱中心COS 3和第四莫爾圖案M 4的對稱中心COS 4彼此不一致。
利用第三莫爾圖案M 3的對稱中心COS 3與第四莫爾圖案M 4的對稱中心COS 4在第二方向（Y軸方向）上的差，可以測量第二方向上的重疊誤差△Y。
下面對利用上述重疊標記10的重疊測量方法進行描述。
重疊測量方法包括獲取由重疊標記10形成的莫爾圖案圖像的步驟、以及分析莫爾圖案圖像的步驟。重疊標記10與形成兩個連續的圖案層同時形成。
獲取莫爾圖案圖像的步驟是利用重疊測量裝置一次性地獲取第一至第四莫爾圖案M 1、M 2、M 3、M 4的圖像的步驟。例如，是獲取如圖1所示的圖像的步驟。
圖6是本發明的一實施例的重疊測量裝置的示意圖。如圖6所示，重疊測量裝置1000包括對半導體晶圓W上的重疊標記進行照明的照明光學系統1010、對來自重疊標記的反射光進行聚光以使重疊標記圖像成像的成像光學系統1020、以及獲取通過成像光學系統1020成像的重疊標記圖像的圖像檢測器1030。重疊測量裝置1000可以對獲取的重疊標記圖像進行處理以測量多個連續的圖案層之間的重疊。
照明光學系統1010可以採用多種光學要素構成。例如，照明光學系統1010可以包括照明源1011、分束器1013、物鏡1015。此外，還可以包括其他透鏡或光圈等光學要素。
照明源1011起到產生照亮重疊標記的照明的作用。照明源1011可以包括能夠產生較寬波長帶的光的光源和能夠調節透射的光的波長帶的可變光學濾波器。
分束器1013配置於照明源1011與物鏡1015之間，以起到將來自照明源1011的照明傳遞至物鏡1015的作用。
物鏡1015起到將照明聚光於半導體晶圓W的表面的測量位置，並收集從測量位置反射的反射光的作用。物鏡1015設置在透鏡焦點致動器1017上。透鏡焦點致動器1017用於調節物鏡1015與半導體晶圓W之間的距離。
成像光學系統1020可以採用多種光學要素構成。例如，成像光學系統1020可以包括管透鏡1021。此外，成像光學系統1020可以使用照明光學系統1010的物鏡1015和分束器1013。此外，還可以包括其他透鏡或光圈等光學要素。
由物鏡1015收集的反射光在透過分束器1013後，被管透鏡1021聚光於圖像檢測器1030。
圖像檢測器1030起到收集通過照明從重疊標記反射的光並生成重疊標記圖像的作用。圖像檢測器1030可以是CCD攝像頭或CMOS攝像頭。
分析莫爾圖案圖像的步驟可以包括：從獲取的莫爾圖案圖像中測量第一莫爾圖案M 1的X軸方向中心和第二莫爾圖案M 2的X軸方向中心的偏移的步驟；以及測量第三莫爾圖案M 3的Y軸方向中心和第四莫爾圖案M 4的Y軸中心的偏移的步驟。
測量第一莫爾圖案M 1的X軸方向中心與第二莫爾圖案M 2的X軸方向中心的偏移的步驟可以包括如下步驟。
首先，求第一莫爾圖案M 1的對稱中心COS 1的X值與獲取的莫爾圖案圖像的基準點，例如，莫爾圖案圖像的中心COI的X值之間的差。COI是圖像區域自身的中心，與成對的莫爾圖案的對稱中心無關。雖然在圖1中為方便起見圖示為COI與第一莫爾圖案M 1的對稱中心COS 1一致，但大部分不一致。
如圖1所示，從獲取的莫爾圖案圖像中選擇上側的一個第一莫爾圖案M 1的一部分區域R 1。然後，也選擇以獲取的莫爾圖案圖像的中心COI為基準呈180度對稱的區域R 2。該區域R 2位於下側的另一個第一莫爾圖案M 1。
然後，對所選擇的兩個區域R 1、R 2的二維圖像相互進行比較，以求第一莫爾圖案M 1的中心的X值與獲取的莫爾圖案圖像的中心COI的X值之間的差。
接下來，以同樣的方法求第二莫爾圖案M 2的第二對稱中心COS 2的X值與獲取的莫爾圖案圖像的中心COI的X值之間的差。
接下來，利用前面求出的第一莫爾圖案M 1的第一對稱中心COS 1的X值與獲取的莫爾圖案圖像的中心COI的X值之間的差、以及第二莫爾圖案M 2的第二對稱中心COS 2的X值與獲取的莫爾圖案圖像的中心COI的X值之間的差來求X軸方向的重疊值。
由於該差值△M x是通過莫爾增益值放大的值，如下面的數學式9所示，除以莫爾增益值，可以求實際X軸方向重疊誤差△X。 【數學式9】 其中，△X為X軸方向重疊誤差，△M x為第一對稱中心COS 1與第二對稱中心COS 2的X軸方向差。如本實施例，當第一莫爾增益G M1和第二莫爾增益G M2的符號相反時，具有通過莫爾增益放大的比率較大的優點。
接下來，以同樣的方法求第三莫爾圖案M 3的第三對稱中心COS 3的Y值與獲取的莫爾圖案圖像的中心COI的Y值之間的差。然後，求第四莫爾圖案M 4的第四對稱中心COS 4的Y值與獲取的莫爾圖案圖像的中心COI的Y值之間的差。
接下來，利用前面求出的第三對稱中心COS 3的Y值與獲取的莫爾圖案圖像的中心COI的Y值之間的差、以及第四莫爾圖案M 4的第四對稱中心COS 4的Y值與獲取的莫爾圖案圖像的中心COI的Y值之間的差，求Y軸方向的重疊值。由於該差值△M Y是通過莫爾增益值放大的值，如下面的數學式10所示，除以莫爾增益值，可以求實際Y軸方向重疊誤差△Y。 【數學式10】 其中，△Y為Y軸方向重疊誤差，△M Y為第三對稱中心COS 3與第四對稱中心COS 4的Y軸方向差。
下面對利用圖1所示的重疊標記10的半導體器件的製造方法進行描述。利用重疊標記10的半導體器件的製造方法始於形成重疊標記10的步驟。與形成兩個連續的圖案層同時形成重疊標記10。
形成重疊標記10的步驟可以是利用掃描式曝光裝置形成重疊標記10的步驟。
接下來，利用重疊標記10測量重疊值。測量重疊值的步驟與上述重疊測量方法相同。
最後，將測量的重疊值利用於用於在兩個連續的圖案層或一個圖案層單獨形成的兩個圖案的工序控制。即，將匯出的重疊利用於工序控制，使得連續的圖案層或兩個圖案形成於既定的位置。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10:重疊標記 100:第一重疊標記 110:第一格柵圖案 112:第一條 120:第四格柵圖案 122:第四條 200:第二重疊標記 210:第二格柵圖案 212:第二條 220:第三格柵圖案 222:第三條 230:第五格柵圖案 232:第五條 240:第六格柵圖案 242:第六條 1000:重疊測量裝置 1010:照明光學系統 1011:照明源 1013:分束器 1015:物鏡 1017:透鏡焦點致動器 1020:成像光學系統 1021:管透鏡 1030:圖像檢測器 C 1、C 2:對稱中心、 COS 1:第一對稱中心 COS 2:第二對稱中心 M 1:第一莫爾圖案 M 2:第二莫爾圖案 M 3:第三莫爾圖案 M 4:第四莫爾圖案 P 1:第一間距 P 2:第二間距 P 3:第三間距 P 4:第四間距 P 5:第五間距 P 6:第六間距 R 1、R 2:區域 W:半導體晶圓
圖1是本發明的一實施例的重疊標記的平面圖。 圖2是圖1所示的第一重疊標記的平面圖。 圖3是圖1所示的第二重疊標記的平面圖。 圖4是圖1所示的重疊標記的A-A剖視圖。 圖5是圖1所示的重疊標記的B-B剖視圖。 圖6是本發明的一實施例的重疊測量裝置的示意圖。
10:重疊標記
110:第一格柵圖案
112:第一條
120:第四格柵圖案
122:第四條
210:第二格柵圖案
212:第二條
220:第三格柵圖案
222:第三條
230:第五格柵圖案
232:第五條
240:第六格柵圖案
242:第六條
COS1:第一對稱中心
COS2:第二對稱中心
M1:第一莫爾圖案
M2:第二莫爾圖案
M3:第三莫爾圖案
M4:第四莫爾圖案
R1、R2:區域

Claims (8)

  1. 一種形成莫爾圖案的重疊標記，其是決定兩個以上的圖案層之間的相對錯位的基於圖像的重疊測量用重疊標記，所述形成莫爾圖案的重疊標記的特徵在於，包括：第一重疊標記，其與第一圖案層一起形成，包括沿第一方向具有第一間距，並且呈180度旋轉對稱的一對第一格柵圖案；以及第二重疊標記，其與第二圖案層一起形成，包括沿所述第一方向具有不同於所述第一間距的第二間距，與所述第一格柵圖案的一部分重疊，並且呈180度旋轉對稱的一對第二格柵圖案、以及沿所述第一方向具有不同於所述第一間距和所述第二間距的第三間距，與所述第一格柵圖案的一部分重疊，並且呈180度旋轉對稱的一對第三格柵圖案，重疊的所述第一格柵圖案和所述第二格柵圖案形成以第一對稱中心(COS1)為基準呈180度旋轉對稱的一對第一莫爾圖案，重疊的所述第一格柵圖案和所述第三格柵圖案形成以第二對稱中心(COS2)為基準呈180度旋轉對稱的一對第二莫爾圖案，當重疊誤差為0時，所述第一對稱中心(COS1)和所述第二對稱中心(COS2)一致，並且所述第一對稱中心(COS1)和所述第二對稱中心(COS2)在所述第一方向上的誤差表示所述第一圖案層與所述第二圖案層之間在所述第一方向上的重疊誤差。
  2. 如請求項1所述的形成莫爾圖案的重疊標記，其中所 述第二格柵圖案和所述第三格柵圖案並排配置。
  3. 如請求項1所述的形成莫爾圖案的重疊標記，其中所述第二間距和所述第三間距中的一個比所述第一間距大，其餘一個比所述第一間距小。
  4. 如請求項1所述的形成莫爾圖案的重疊標記，其中所述第一格柵圖案包括多個第一條，所述第二格柵圖案包括多個第二條，所述第三格柵圖案包括多個第三條，所述第一條的長度為所述第二條的長度和所述第三條的長度之和以上。
  5. 如請求項1所述的形成莫爾圖案的重疊標記，其中所述第一莫爾圖案和所述第二莫爾圖案的間距大於重疊測量裝置的光學解析度，所述第一間距、所述第二間距以及所述第三間距小於所述重疊測量裝置的光學解析度。
  6. 如請求項1所述的形成莫爾圖案的重疊標記，其中所述第一重疊標記與所述第一圖案層一起形成，並且還包括沿與所述第一方向正交的第二方向具有第四間距，並且呈180度旋轉對稱的一對第四格柵圖案，所述第二重疊標記與所述第二圖案層一起形成，並且還包括沿所述第二方向具有不同於所述第四間距的第五間距，與所述第四格柵圖案的一部分重疊，並且呈180度旋轉對稱的一對第五格柵圖案、以及沿所述第二方向具有不同於所述第四間距和所述第五間距的第六間距，與所述第四格柵圖案的一部分重疊，並且呈180度旋轉對稱的一對第六格柵圖案， 重疊的所述第四格柵圖案和所述第五格柵圖案形成以第三對稱中心(COS3)為基準呈180度旋轉對稱的一對第三莫爾圖案，重疊的所述第四格柵圖案和所述第六格柵圖案形成以第四對稱中心(COS4)為基準呈180度旋轉對稱的一對第四莫爾圖案，當重疊誤差為0時，所述第三對稱中心(COS3)和所述第四對稱中心(COS4)一致，所述第三對稱中心(COS3)和所述第四對稱中心(COS4)在所述第二方向上的誤差表示所述第一圖案層與所述第二圖案層之間在所述第二方向上的重疊誤差。
  7. 一種重疊測量方法，測量多個連續的圖案層之間的重疊，所述重疊測量方法的特徵在於，包括：獲取由與形成多個連續的圖案層同時形成的重疊標記形成的莫爾圖案圖像的步驟；以及分析所述莫爾圖案圖像的步驟，所述重疊標記為請求項1至6中任一項所述的形成莫爾圖案的重疊標記。
  8. 一種半導體器件的製造方法，其特徵在於，包括：與形成多個連續的圖案層同時形成重疊標記的步驟；利用所述重疊標記測量重疊值的步驟；以及將測量到的重疊值利用於用於形成多個連續的圖案層的工序控制的步驟，所述重疊標記為請求項1至6中任一項所述的形成莫爾圖案的重疊標記。
TW112121483A 2022-10-17 2023-06-08 形成莫爾圖案的重疊標記、利用其的重疊測量方法、重疊測量裝置及半導體器件的製造方法 TWI870889B (zh)

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