CN114342053B 周期性半导体装置偏移计量学系统及方法 （科磊股份有限公司）

2022.03.04PCT/US2019/0512092019.09.16WO2021/054928EN2021.03.25US2021111670A1,2021.04.15本发明公开一种可用于半导体装置的制造三轴与所述第一轴不平行且所述第三轴与所述结构及所述第一周期性结构及所述第二周期性结构彼此覆盖，所述偏移计量学系统及方法包2产生所述第一周期性结构、所述第二周期性结构及所述第三周期性结构的单个图像，分析所述第一分量、所述第二分量及所述第三分量，借此确识别在所述干净第一周期性结构数据的最大值及最小值中的至少一者与所述干净第二周期性结构数据的最大值及最小值中的至少一者相交识别在所述干净第三周期性结构数据的最大值及最小值中的至少一者处的第二参考计算所述第一参考位置与所述第二参考位置之间所述第二层还包括第四周期性结构，所述第四周期性结构具有沿着第四轴的第四间3从所述聚合信号提取归因于所述第四周期性结构的识别在所述干净第一周期性结构数据的最大值及最小值中的至少一者与所述干净第二周期性结构数据的最大值及最小值中的至少一者相交识别在所述干净第三周期性结构数据的最大值及最小值中的至少一者与所述干净第计算所述第一参考位置与所述第二参考位置之间8.根据权利要求1所述的偏移计量学方法，且其中所述多层半导体装置还包括至少第三层，所述第三层与具有沿着第三层轴的第三层间距的至少第三层周期性结构一起形成，产生所述第三层周期性结构及所述第一周期性结构及所述第二周期性结构的单个图分析所述第三层分量、所述第一分量及所述第二9.一种用于测量多层半导体装置的制造中的偏分析所述第一分量、所述第二分量及所述第三分量，借此确4识别在所述干净第一周期性结构数据的最大值及最小值中的至少一者与所述干净第二周期性结构数据的最大值及最小值中的至少一者相交识别在所述干净第三周期性结构数据的最大值及最小值中的至少一者处的第二参考计算所述第一参考位置与所述第二参考位置之间所述第二层还包括第四周期性结构，所述第四周期性结构具有沿着第四轴的第四间识别在所述干净第一周期性结构数据的最大值及最小值中的至少一者与所述干净第二周期性结构数据的最大值及最小值中的至少一者相交识别在所述干净第三周期性结构数据的最大值及最小值中的至少一者与所述干净第计算所述第一参考位置与所述第二参考位置之间述第三间距每一者在所述晶片成像工具的视野的长度的1/1000到述第三间距每一者在所述晶片成像工具的视野的长度的1/500到1三层，所述第三层与具有沿着第三层轴的第三层间距的至少第三层周期性结构一起形成，产生所述第三层周期性结构及所述第一周期性结构及所述第二周期性结构的单个图5分析所述第三层分量、所述第一分量及所述第二6[0003]标题为“覆盖标记，覆盖标记设计的方法及覆盖测量的方法(OVERLAYMARKS,METHODSOFOVERLAYMARKDESIGNANDMETHODSOFOVERLAYMEASUREMENTS)”的第7,274,814号美国专利；[0004]标题为“具有嵌入式SEM结构覆盖目标的OVL的装置相关计量(DCM)(DEVICECORRELATEDMETROLOGY(DCM)FOROVLWITHEMBEDDEDSEMSTRUCTUREOVERLAY[0005]标题为“SEM覆盖计量的系统及方法(SYSTEMANDMETHODOFSEMOVERLAY[0006]标题为“控制两层间错位的周期性模式及技术(PERIODICPATTERNSANDTECHNIQUETOCONTROLMISALIGNMENTBETWEENTWOLAYERS)”的第9,476,698号美国专7的至少一者与所述干净第二周期性结构数据的最大值及最小值中的至少一者相交处的第述干净第一周期性结构数据的最大值及最小值中的至少一者与所述干净第二周期性结构结构数据的最大值及最小值中的至少一者与所述干净第四周期性结构数据的最大值及最在晶片成像工具的所述视野的长度的1/1000到1/4之间。替代地，根据本发明的优选实施8述第一轴不平行，所述第三层轴与所述第二轴不平行且所述第三层轴与所述第三轴不平[0022]根据本发明的另一优选实施例还提供一种用于测量多层半导体装置的制造中的操作以产生所述第一周期性结构、所述第二周期性结构及所述第三周期性结构的单个图[0025]图2A、2B及2C是使用包含图1的PSDMMS的制造系统制造的多层半导体装置的实施[0026]图3A、3B及3C是使用包含图1的PSDMMS的制造系统制造的多层半导体装置的另一[0027]图4A及4B一起为说明可结合图1的PSDMMS使用的周期性半导体装置偏移计量学方[0029]图6A及6B是可用于理解图4A到5的PSDMMM的一部分的两个实施例的简化图示说[0030]应了解，下文中参考图1到6B描述的系统及方法形成半导体装置的制造工艺的部分，且通过下文中参考图1到6B描述的系统及方法测量的偏移用于调整半导体装置的制造9[0031]现在参考图1及图2A到2C，图1是周期性半导体装置偏移计量学系统(PSDMMS)100的简化示意性说明，图2A到2C是使用包含PSDMMS100的制造系统制造的多层半导体装置扫描电子显微镜是商业上可从美国加利福尼亚州米尔皮塔斯(Milpitas)市的KLA公司购得以测量形成在晶片130上的层之间的偏移，所述层为形成在其上的至少一个多层半导体装构148及第三周期性结构152中的每一者具有至少与晶片成像工具110的FOV一般大的面积。少第一周期性结构142，所述第一周期性结构142形成为具有第一层144且特征为沿着第一[0037]在图3A到3C中展示的实施例中，多层半导体装置102进一步包含至少第三周期性159均不彼此平行。第三周期性结构152及第四周期性结构158至少部分覆盖或下伏于第一性结构148、第三周期性结构152及第四周期性结构158中的每一者具有至少与晶片成像工[0040]应了解，上文参考图1到3C描述的多层半导体装置102还可使用下文参考图4A到6B描述的方法测量它们之间的偏移。在其中多层半导体装置102包一步注意，每一周期性结构优选地具有在晶片成像工具110的FOV的长度的1/1000到1/4之每一周期性结构优选地具有在1nm到2500nm之间且更优选地在2nm到500nm之间的至少一个[0041]现在参考图4A及4B及图5，图4A及4B一起是说明可由PSDMMS100使用的周期性半着轴146的聚合信号204的分量而从聚合信号204提优选地所考虑的每一谐波的一个周期性函数)以及偏差的线性组合。每一谐波的周期性函从原始数据214移除不对应于间距P的周期性或间距P及其高次谐波中的至少一者的分量而分量而从聚合信号204提取归因于第二周期性结[0050]在下一步骤242处，偏移数据分析器120清洁归因于第二周期性结构148的原始数函数(例如正弦函数，优选地所考虑的每一谐波的一个周期性函数)以及偏差的线性组合。移优选地使用最小平方差最小化方法与归因于第二周期性结构148的从归因于第二周期性结构的原始数据移除不对应于间距Q的周期性或间距Q及其高次谐波分位于沿着轴149的多层半导体装置102的其它分量而从聚合信号204提取归因于第三周期性结的原始数据的干净第二周期性结构数据优选地包含一组周期性函数(例如正弦函数，优选地所考虑的每一谐波的一个周期性函数)以及偏差的线性组合。每一谐波的周期性函数包[0057]在本发明的优选实施例中，对应于在步骤252处产生的原始数据的干净第三周期从在步骤252处产生的原始数据移除不对应于间距R的周期性或间距R及其高次谐波中的至少一者的分量而产生对应于在步骤252处产生的原始数据的干净第二周期性结构数据。此类分量可(例如)归因于完全或部分位于沿着轴156的多层半导体装置102的其它[0061]在下一步骤272处，确定是否从在步骤202产生的聚合信号204提取归因于形成为据分析器120继续通过仅考虑位于沿着轴(当前考虑的额外周期性结构沿着其展现周期性)的聚合信号204的分量而从聚合信号204提生额外清洁周期性结构数据。额外干净周期性结构数据优选地包含一组周期性函数(例如差、加权因子及相移优选地使用最小平方差最小化方法与在步骤282产生的额外原始数据[0066]由于已知当前考虑的额外周期性结构的间距P4，因此偏移数据分析器120通过从在步骤282处产生的额外原始数据移除不对应于当前考虑的额外周期性结构的间距的周期性或当前考虑的额外周期性结构的间距及其高次谐波中的至少一者的分量而产生额外干净第二周期性结构数据。此类分量可(例如)归因于完全或部分位于沿着轴(当前考虑的额外周期性结构沿着所述轴展现周期性)的多层半导体装置102[0067]紧接着步骤282，PSDMMM200返回到步骤272且确定是否从在步骤202处产生的聚合信号204提取归因于与任一层144或154一起形成的另一周期性结构的额外数据。如果不生的干净第一周期性结构数据224的最大值或最小值(由元件符号318展示)与在步骤242产生的干净第二周期性结构数据的最大值或最小值(由元件符号320展示)的相交处的第一参第二参考位置334之间的距离340，且报告距离340作为多层半导体装置102的第一层144与器120识别在步骤222产生的干净第一周期性结构数据224的最大值或最小值(由元件符号358展示)与在步骤242产生的干净第二周期性结构数据的最大值或最小值(由元件符号360生的干净第三周期性结构数据的最大值或最小值(由元件符号376展示)与在步骤282产生的额外干净周期性结构数据的最大值或最小值(由元件符号378展示)相交的最接近第一参参考位置374之间的距离380，且报告距离380作为多层半导体装置102的第一层144与第二步骤292处，偏移数据分析器120识别归因于第一层144上的周期性结构的所有干净周期性器120识别归因于第二层154上的周期性结构的所有干净周期性结构数据的最大值或最小一参考位置与第二参考位置之间的距离，且报告所述距离作为多层半导体装置102的第一层半导体装置102的第三层与第一层144及第二层154中的至少一者之间的偏移。在此实施第二周期性结构148及第三周期性结构152中的至少一者的单个图像，借此提供聚合信号。产生干净数据对应于形成为具有第三层的周期性结构及第一周期性结构142、第二周期性结构148及第三周期性结构152中的至少一者以确定第三层与第一层144及第二层154中的[0073]所属领域的技术人员将了解，本发明不限于在上文中已特定展示及描述的内