專利名稱：用于測量多層重疊對準精確度的重疊游標圖案及測量方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體集成電路的制造，尤其是一種于一基底上測量多層重疊對準精密度(multi-layer overlay alignment accuracy)的重疊游標圖案及方法，尤指一種可測量一光阻層與復數(shù)個材料層間的重疊對準精密度的重疊游標圖案及方法。
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圖1，圖1為習知一用于測量層間(layer-to-layer)重疊對準精確度的重疊游標圖案的頂視圖。圖2為圖1所示的重疊游標圖案沿著切線1A-1A′的剖面示意圖。在圖1中顯示出一典型的條狀重疊游標圖案20，舉例來說，重疊游標圖案20由復數(shù)個形成于一材料層10中的對準標記22與復數(shù)個形成于一材料層12中的對準標記24所組成，重疊游標圖案20的剖面示意圖如圖2所示。對準標記22與24在測試晶圓的切割道上排列，并對稱于重疊游標圖案20的中心。材料層10可為一硅基底、一導電層或一絕緣層。材料層12可為一導電層或一絕緣層。對準標記22與24可以利用正型光阻或負型光阻來定義其圖案，因此對準標記22與24可為凹陷于材料層10、12中的凹槽結構，或為凸出于其下方的材料層表面的柱狀結構。理想上，對準標記22為熟知該所述技術者所知的方法形成的蝕刻后檢視(after-etch-inspection，AEI)凹槽結構。對準標記24則為熟知該所述技術者所知的方法形成的顯影后檢視(after-development-inspection，ADI)柱狀光阻圖案。
欲測量材料層12對材料層10的對準偏差時，要先測量對準標記24中心點至其鄰近對準標記22中心點間的距離B1，及另一個對準標記24中心點至其鄰近對準標記22中心點的距離B2，其可利用一種對準精確度測量儀器來取得，例如掃描電子顯微鏡來測量。接著，計算B1與B2間的差值，便可得到材料層10與12間的對準偏移量。同樣地，若欲測量材料層12及其上層(未示于圖中)間的對偏時，要在切割道的另一個區(qū)域中制作另一組重疊游標形狀來測量，其包含復數(shù)個在材料層12及其上層中的對準標記。
然而，隨著集成電路技術的提升與需求，其要求尺寸不斷地縮小，而目前已發(fā)展出多層結構的晶片。對于一個三層或更復雜的結構而言，目前技術已可以進行任兩層材料層的層間對準精確度測量，但其會各別占用到切割道面積，并花費許多測量時間。故為了能有效測量多層結構的重疊對準精確度，重疊游標圖案及其測量方法的發(fā)展是非常重要的。
為達成上述目的，本發(fā)明提出一種用于測量多層重疊對準精確度的重疊游標圖案及測量方法，該重疊游標圖案包含復數(shù)個第一對準標記設于一第一材料層上，復數(shù)個第二對準標記設于一覆蓋于在第一材料層表面的第二材料層，以及復數(shù)個第三對準標記設于一覆蓋于第二材料層表面的第三材料層上。其中一第一對準標記與一相對應的第三對準標記間的距離是用來測量該第一材料層與該第三材料層間的對準偏差，而該第三對準標記與一相對應的第二對準標記間的距離則是用來測量該第三材料層與該第二材料層間的對準偏差。由于在測量該第一材料層與第二材料層間的對準精確度及測量該第二材料層與該第三材料層間的對準精確度時，該第二對準標記可被重復使用，因此便可節(jié)省用來形成對準標記的切割道面積及測量時間，而增加產(chǎn)品的生產(chǎn)率。
本發(fā)明的主要優(yōu)點在于使三層結構或多層結構中的每一材料層上的對準標記均重疊于基底上的同一區(qū)域中，因此當欲測量任兩個材料層的層間對準精確度時均可于上述同一區(qū)域內進行，進而可以節(jié)省切割道面積及測量時間，提高半導體元件的生產(chǎn)率。
圖式的簡單說明圖1為習知一用于測量層間重疊對準精確度的重疊游標圖案的頂視圖；圖2為圖1所示的重疊游標圖案沿著切線1A-1A′的剖面示意圖；圖3為本發(fā)明第一實施例的一用于測量多層重疊對準精確度的重疊游標圖案的頂視圖；
圖4為圖3所示的重疊游標圖案沿著切線2A-2A′的剖面示意圖；圖5為本發(fā)明第二實施例的一用于測量多層重疊對準精確度的重疊游標圖案的頂視圖；圖6為圖5所示的重疊游標圖案沿著切線3A-3A′的剖面示意圖；圖7為本發(fā)明第三實施例的一用于測量多層重疊對準精確度的重疊游標圖案的頂視圖；圖8為圖7所示的重疊游標圖案沿著切線4A-4A′的剖面示意圖；圖9為本發(fā)明第四實施例的一用于測量多層重疊對準精確度的重疊游標圖案的頂視圖；圖10為圖9所示的重疊游標圖案沿著切線5A-5A′的剖面示意圖。
圖示的符號說明10 材料層12材料層22 對準標記 24對準標記30 材料層32材料層34 材料層40重疊游標圖案42 對準標記 44對準標記46 對準標記 50材料層52 材料層54材料層62 對準標記 60重疊游標圖案64 對準標記 66對準標記70 材料層72材料層80 重疊游標圖案 82對準標記84 對準標記 86對準標記90 材料層92材料層94 材料層100重疊游標圖案
102 對準標記104對準標記106 對準標記108對準標記B1、B2對準標記22與24中心點間的距離C1、C2對準標記42與44中心點間的距離D1、D2對準標記46與44中心點間的距離E1、E2對準標記62與64中心點間的距離F1、F2對準標記66與64中心點間的距離G1、G2對準標記82與86中心點間的距離H1、H2對準標記82與84中心點間的距離I1、I2對準標記86與84中心點間的距離J1、J2對準標記102與106中心點間的距離J1′、J2′對準標記102與108中心點間的距離K1、K2對準標記104與106中心點間的距離K1′、K2′對準標記104與108中心點間的距離L1、L2對準標記106與108中心點間的距離對準標記42、44及46可以利用正型光阻或負型光阻來定義其圖案，因此對準標記42、44及46可分別為凹陷于材料層30、32及34中的凹槽結構，或為凸出于其下方的材料層表面的柱狀結構。理想上，對準標記42與44為熟知該所述技術者所知的方法形成的蝕刻后檢視凹槽結構。對準標記40則為熟知該所述技術者所知的方法形成的顯影后檢視柱狀光阻圖案。
在測量材料層32對30的對準偏差時，本發(fā)明提供一種以永久存儲器貯存的演算法，來測量對準標記42中心點至其鄰近對準標記44中心點的距離C1，及另一個對準標記42中心點至其鄰近對準標記44中心點的距離C2，接著將C1與C2相比較，計算兩者的差，便可得到材料層30與32間的對準偏移量。
同樣地，在測量材料層32對34的對準偏差時，亦可使用以永久存儲器貯存的同一演算法來測量對準標記44中心點至其鄰近對準標記46中心點的距離D1，以及另一個對準標記44中心點至其鄰近對準標記46中心點的距離D2。然后將D1與D2相比較，計算兩者的差，便得到材料層32與34間的對準偏移量。
根據(jù)本發(fā)明，用于測量材料層30與32之間以及材料層32與34之間對準精確度的對準游標，可在切割道的同一區(qū)域排列。特別是在測量材料層30與32之間以及材料層32與34之間的對準精確度時，對準標記44可被重復使用。因此，本發(fā)明可有效解決先前技術中浪費切割道面積及測量時間的問題。
本發(fā)明的重疊游標圖案的第二實施例示于圖5與圖6。在第二實施例中，重疊游標圖案60為一個三層重疊游標圖案，其包含了復數(shù)個在材料層50上的對準標記62、復數(shù)個在材料層52上的對準標記64及復數(shù)個在材料層54上的對準標記66。除了頂部材料層54上的對準標記66是凹陷蝕刻于材料層54中，重疊游標圖案60的其他結構均與第一實施例的重疊游標圖案40相似。
在測量重疊游標圖案60的對準精確度時，先測量對準標記62至其鄰近對準標記64中心點的距離E1，以及另一個對準標記62至其鄰近對準標記64中心點的距離E2。然后將距離E1與E2相比較，計算兩者的差，便得到材料層50與52之間的對準偏移量。
同樣地，要測量材料層52對材料層54的對準偏差時，先測量對準標記64至其鄰近對準標記66中心點間的距離F1，以及另一個對準標記64至其鄰近對準標記66中心點間的距離F2。然后將距離F1與F2相比較并計算其差值，可得到材料層52與54之間的對準偏移量。
本發(fā)明的重疊游標圖案的第三實施例示于圖7與圖8。在第三實施例中，重疊游標圖案80為一個兩層(two-layer)重疊游標圖案，其包含復數(shù)個對準標記82設于一材料層70上，以及復數(shù)個對準標記84與86設在一覆蓋于材料層70表面的材料層72中。對準標記82、84及86排列在一測試晶圓的切割道中，并對稱于重疊游標圖案80的中心。材料層70可為一導電層，例如多晶硅層或硅基底，或者材料層70也可為一絕緣層。材料層72可為一顯影后的光阻層。對準標記82、84及86可以利用正型光阻或負型光阻來定義其圖案，因此對準標記82、84及86可分別為凹陷于材料層70與72中的凹槽結構，或為凸出于其下方材料層表面的柱狀結構。理想上，對準標記82為熟知該所述技術者所知方法形成的蝕刻后檢視凹槽結構。對準標記84則為利用一第一微影制程形成的顯影后檢視凹槽光阻圖案。對準標記86為利用一第二微影制程形成的顯影后檢視凹槽光阻圖案。
當欲于第一微影制程完成后測量材料層70與72間的對準偏差時，本發(fā)明提供一種以永久存儲器貯存的演算法，來測量對準標記82至其鄰近對準標記84中心點的距離H1，及另一個對準標記82至其鄰近對準標記84中心點的距離H2，接著將H1與H2相比較，計算兩者的差，便可得到材料層70與72間的對準偏移量。
同樣地，當欲于第二微影制程完成后測量材料層70對材料層72的對準偏差時，亦可使用以永久存儲器貯存的演算法，測量對準標記82至其鄰近對準標記86中心點間的距離G1，以及另一個對準標記82至其鄰近對準標記86中心點間的距離G2。然后，將距離G1與G2相比較，計算兩者的差，便可得到材料層70與72的對準偏移量。
此外，重疊游標圖案80亦可用來測量由第一微影制程形成的對準標記84以及第二微影制程形成的對準標記86之間的對準偏差。在測量對準標記84對86的對準偏差時，先取得對準標記84至其鄰近對準標記86中心點之間的距離I1，以及另一個對準標記84至其鄰近對準標記86中心點間的距離I2。然后，將距離I1與I2相比較，計算兩者的差，便得到對準標記84與86之間的對準偏移量。
根據(jù)本發(fā)明，上述分別用于測量第一微影制程的后材料層70與材料層72間對準精確度的對準游標，第二微影制程的后材料層70與材料層72間對準精確度的對準游標，以及用于測量第一微影制程和第二微影制程對準精確度的對準游標，皆可在同一割道區(qū)域中排列。特別是在測量材料層70與72之間的對準精確度以及兩微影制程的對準精確度時，可重復使用對準標記84與86。因此，本發(fā)明可有效解決在先前技術中浪費切割道面積及測量時間的問題。
本發(fā)明的重疊游標圖案的第四具體實施例示于圖9與圖10。在第四實施例中，重疊游標圖案100為一個三層重疊游標圖案，其包含了復數(shù)個設于材料層90上的對準標記102、復數(shù)個設于材料層92上的對準標記104及復數(shù)個設于材料層94上的對準標記106與108。材料層90與材料層70相似，可為一導電層或絕緣層，而材料層94與材料層72相似，為一顯影后的光阻層。重疊游標圖案100與重疊游標圖案80不同之處在于重疊游標圖案100在材料層90與94之間插入了材料層92，且材料層92可為一導電層或一絕緣層。
理想上，對準標記102與104為熟知該所述技術者所知方法所形成的蝕刻后檢視凹槽結構。對準標記106為利用一第一微影制程制成的顯影后檢視凹槽光阻圖案。對準標記108則為利用一第二微影制程制成的顯影后檢視凹槽光阻圖案。
當欲于第一微影制程完成后測量材料層90對材料層94的對準偏差時，先測量對準標記102至其鄰近對準標記106中心點的距離J1，及另一個對準標記102至其鄰近對準標記106中心點的距離J2。接著將J1與J2相比較，計算兩者的差，便可得到材料層90與94間的對準偏移量。
同樣地，當欲于第二微影制程完成后測量材料層90對材料層94的對準偏差時，先取得對準標記102至其鄰近對準標記108中心點的距離J1′，及另一個對準標記102至其鄰近對準標記108中心點的距離J2′，接著將J1′與J2′相比較，計算兩者的差，便可得到材料層90與94間的對準偏移量。
此外，在第一微影程序后亦可測量K1與K2以得到材料層92與94之間的對準偏移量。在第二微影程序后亦可測量K1′與K2′以得到材料層92與94的對準偏移量。另外，利用第一微影制程制成的對準標記106及第二微影制程制成的對準標記108來測量L1與L2，即可獲得對準標記106與108間的對準偏移量。
相較于習知技術，本發(fā)明使每一材料層的對準標記排列在基底的同一區(qū)域中。因此對于多層結構而言，其任兩個材料層的層間對準精確度的測量可以在一個區(qū)域中同時完成，具有節(jié)省切割道面積及測量時間而提高產(chǎn)品生產(chǎn)率的優(yōu)點。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍。
權利要求
1.一種用來測量多層重疊對準精確度的重疊游標圖案，其特征是其包括復數(shù)個第一對準標記設于一第一材料層上；復數(shù)個第二對準標記設于一第二材料層上，且該第二材料層覆蓋于該第一材料層上；以及復數(shù)個第三對準標記設于一第三材料層上，且該第三材料層覆蓋于該第二材料層上；其中一第一對準標記與一相對應的第三對準標記間的距離用來測量該第一材料層與該第三材料層的對準偏差，而該第三對準標記與一相對應的第二對準標記間的距離則是用來測量該第三材料層與該第二材料層的對準偏差。
2.如權利要求1所述的重疊游標圖案，其特征是該第一對準標記與該相對應的第三對準標記間的距離指從該第一對準標記的一中心點至該第三對準標記的一中心點的距離。
3.如權利要求1所述的重疊游標圖案，其特征是該第三對準標記與該相對應的第二對準標記間的距離指從該第三對準標記的一中心點至該第二對準標記的一中心點的距離。
4.如權利要求1所述的重疊游標圖案，其特征是于測量該第一材料層與第三材料層的對準偏差時將該第一對準標記與該相對應的第三對準標記間的距離和另一相鄰的第一對準標記與其相對應的一第三對準標記間的距離相比較，兩者的差即為該第一材料層與該第三材料層的對準偏移量。
5.如權利要求1所述的重疊游標圖案，其特征是于測量該第三材料層與該第二材料層的對準偏差時將該第三對準標記與該相對應的第二對準標記間的距離和另一相鄰的第三對準標記與其相對應的一第二對準標記間的距離相比較，兩者的差即為該第三材料層與該第二材料層的對準偏移量。
6.如權利要求1所述的重疊游標圖案，其特征是該等第一對準標記與該等第二對準標記的圖案由正型光阻形成。
7.如權利要求1所述的重疊游標圖案，其特征是該等第一對準標記與該等第二對準標由負型光阻形成。
8.如權利要求1所述的重疊游標圖案，其特征是該第一材料層與該第二材料層包含多晶硅。
9.如權利要求1所述的重疊游標圖案，其特征是該第一材料層為一半導體基底。
10.如權利要求1所述的重疊游標圖案，其特征是第三材料層包含一顯影后的光阻層。
11.一種用于測量多層重疊對準精確度的方法，其特征是其包含提供一半導體基底，該半導體基底包含一圖案化的第一材料層、一圖案化的第二材料層以及一圖案化的第三材料層依序設于該半導體基底表面上，該第一材料層包含復數(shù)個第一對準標記，該第二層材料層包含復數(shù)個第二對準標記，而該第三材料層亦包含復數(shù)個第三對準標記；以及提供一種以永久存儲器貯存的演算法，用來測量一第一對準標記與一相對應的第三對準標記間的對準偏差以及該第三對準標記與一相對應的第二對準標記間的對準偏差。
12.如權利要求11所述的方法，其特征是該方法于測量該第一對準標記與該相對應的第三對準標記間的對準偏差時包含測量該第一對準標記的一中心點至該相對應的第三對準標記的一中心點間的距離，并將此距離與另一相鄰的第一對準標記與其相對應的一第三對準標記間的距離做比較，而此兩者的差即為該第一材料層與該第三材料層的對準偏移量。
13.如權利要求11所述的方法，其特征是該方法于測量該第三對準標記與該相對應的第二對準標記間的對準偏差時包含測量該第三對準標記的一中心點至該相對應的第二對準標記的一中心點間的距離，并將此距離與另一相鄰的第三對準標記與其相對應的一第二對準標記間的距離做比較，而此兩者的差即為該第三材料層與該第二材料層的對準偏移量。
14.如權利要求11所述的方法，其特征是該等第一對準標記與該等第二對準標記的圖案由正型光阻形成。
15.如權利要求11所述的方法，其特征是該等第一對準標記與該等第二對準標記的圖案由負型光阻形成。
16.如權利要求11所述的方法，其特征是該第一材料層與該第二材料層包含多晶硅。
17.如權利要求11所述的方法，其特征是該第三材料層包含一顯影后的光阻層。
18.一種測量圖案化的多層重疊對準精確度的方法，其特征是其包含提供一半導體基底，該半導體基底包含至少一圖案化的材料層以及一顯影后的光阻層設于該材料層上，該材料層包含復數(shù)個對準標記，該光阻層包含復數(shù)個由第一微影制程形成的第一標記及復數(shù)個由第二微影制程形成的第二標記；以及提供一種以永久存儲器貯存的演算法，用來測量該光阻層上的一第一標記與該材料層上的一相對應的對準標記間的對準偏差以及該光阻層上的一第二標記與該材料層上的該對準標記間的對準偏差。
19.如權利要求18所述的方法，其特征是該方法于測量該光阻層上的該第一標記與該材料層上的該相對應的對準標記間的對準偏差時包含測量該第一標記的一中心點至該相對應的對準標記的一中心點間的距離，并將此距離與另一相鄰的第一標記與其相對應的一對準標記間的距離相比較，兩者的差即為該第一微影制程完成后該材料層與該光阻層的對準偏移量。
20.如權利要求18所述的方法，其特征是該方法于測量該光阻層上的該第二標記與該材料層上的該對準標記間的對準偏差時包含測量該第二標記的一中心點與該對準標記的一中心點間的距離，并將此距離與另一相鄰的第一標記與其相對應的一對準標記間的距離相比較，兩者的差即為該第二微影制程完成后該材料層與該光阻層的對準偏移量。
21.如權利要求18所述的方法，其進一步包含測量該第一標記與該第二標記間的距離，并將此距離與另一相鄰的第一標記與其相對應的一第二標記間的距離相比較，兩者的差即為該第一微影制程與該第二微影制程間的對準偏移量。
22.如權利要求18所述的方法，其特征是該對準標記的圖案由正型光阻形成。
23.如權利要求18所述的方法，其特征是該對準標記的圖案由負型光阻形成。
24.如權利要求18所述的方法，其特征是材料層包含多晶硅。
25.如權利要求18所述的方法，其特征是材料層包含導電層。
26.如權利要求18所述的方法，其特征是材料層包含絕緣層。
全文摘要
一種用于測量多層重疊對準精確度的重疊游標圖案及測量方法，該方法測量一第一材料層上的一第一對準標記與一第二材料層上的一第二對準標記間的距離，以獲得該第一材料層與該第二材料層間的對準偏移量；另外，該方法亦可測量該第二材料層上的該第二對準標記與一第三材料層上的一第三對準標記間的距離，以獲得該第二材料層與該第三材料層間的對準偏移量；由于在測量該第一材料層與第二材料層間的對準精確度及測量該第二材料層與該第三材料層間的對準精確度時，該第二對準標記可被重復使用，因此便可節(jié)省用來形成對準標記的切割道面積及測量時間，而增加產(chǎn)品的生產(chǎn)率。
文檔編號G03F7/20GK1445819SQ0310008
公開日2003年10月1日 申請日期2003年1月7日 優(yōu)先權日2002年3月17日
發(fā)明者陳子清 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司