專利名稱：用于疊層測(cè)量的方法和設(shè)備的制作方法
一般地說，本發(fā)明涉及光學(xué)測(cè)量，具體地說，涉及圖紋的疊層測(cè)量。
現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件和集成電路含有多層結(jié)構(gòu)，其尺寸小于一個(gè)微米。不同層的準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)對(duì)于所制造的半導(dǎo)體器件和電路的適當(dāng)性能十分關(guān)鍵。為驗(yàn)證其準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)，通常進(jìn)行疊層測(cè)量。準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)的欠缺一般導(dǎo)致疊層測(cè)量的限定并引發(fā)再加工。
疊層測(cè)量通過光學(xué)方法測(cè)量半導(dǎo)體晶片結(jié)構(gòu)的不同層上疊層標(biāo)記的相對(duì)位置。更具體地說，在該結(jié)構(gòu)的各層上形成有矩形疊層標(biāo)記。當(dāng)兩個(gè)相繼層上的兩個(gè)矩形疊層標(biāo)記互相中心對(duì)準(zhǔn)時(shí)，該兩層即互相準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)。矩形疊層標(biāo)記也稱作套箱式圖紋(box-in-boxpattern)。就寬度、長度、圖紋密度等而言，套箱式疊層圖紋與晶片上的器件相關(guān)陣列圖紋(device related array pattern)顯著不同。另外，為了獲得器件相關(guān)陣列圖紋的最佳性能，需要優(yōu)化例如金屬印刷、刻蝕、剝離、填充等制作工藝。這會(huì)經(jīng)常引起疊層標(biāo)記整體性的降低。這些因素對(duì)疊層測(cè)量能力有不利的影響。另外，對(duì)尺寸小于一微米的套箱式圖紋的邊緣位置進(jìn)行光學(xué)測(cè)量是困難的。
因此，最好能提供在亞微米范圍易于實(shí)施的疊層測(cè)量方法和設(shè)備。疊層測(cè)量的能力最好不受半導(dǎo)體器件制作工藝的不利影響。并且設(shè)備最好簡(jiǎn)單便宜。
一般地，本發(fā)明提供了一種用于疊層測(cè)量的方法和設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明，在需彼此對(duì)準(zhǔn)的不同面或?qū)由闲纬芍貜?fù)圖紋。這些圖紋用作疊層對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。優(yōu)選地，不同面上的重復(fù)疊層標(biāo)記具有彼此大致相等的周期。另外，它們最好大致等于產(chǎn)品圖紋(product pattern)的周期。圖像處理器將重復(fù)疊層標(biāo)記的圖像轉(zhuǎn)換成相位圖像。通過分析不同面上的重復(fù)疊層標(biāo)記之間的相位差來進(jìn)行所述的疊層測(cè)量。


圖1示意畫出了根據(jù)本發(fā)明的疊層對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；圖2示意畫出了根據(jù)本發(fā)明的另一疊層對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記；圖3為根據(jù)本發(fā)明的疊層測(cè)量設(shè)備的方框圖；以及圖4為根據(jù)本發(fā)明的另一疊層測(cè)量設(shè)備的方框圖。
應(yīng)當(dāng)指出，附圖不必按比例畫出，并且圖中具有相同功能的元件采用相同的數(shù)標(biāo)表示。
下面說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，采用在半導(dǎo)體晶片上形成疊層測(cè)量結(jié)構(gòu)作為例子。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的應(yīng)用并不局限于半導(dǎo)體器件制作工藝，也可以應(yīng)用于多層設(shè)計(jì)圖紋的對(duì)準(zhǔn)測(cè)量。
圖1為表示根據(jù)本發(fā)明的疊層對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記12的示意圖。作為例示，標(biāo)記12形成在半導(dǎo)體晶片(未畫出)上。標(biāo)記12為一個(gè)重復(fù)圖紋14的陣列。圖紋14的陣列12按行排列。在每一行中，兩個(gè)相鄰圖紋14之間的距離稱作陣列12的間距17。圖紋14的相鄰行之間的距離稱作陣列12的深度19。陣列12的間距17和深度19構(gòu)成陣列12的周期。圖紋14的陣列12可以是更大的重復(fù)圖紋陣列的一個(gè)部分。
圖2為表示根據(jù)本發(fā)明的疊層對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記22的示意圖。作為例示，標(biāo)記22如圖1中所示標(biāo)記12一樣形成在半導(dǎo)體晶片(未畫出)上，或者形成在掩模(未畫出)上。如同標(biāo)記12，標(biāo)記22為一個(gè)重復(fù)圖紋24的陣列。圖紋24的陣列22按行排列。在每一行中，兩個(gè)相鄰圖紋24之間的距離稱作陣列22的間距27。圖紋24的相鄰行之間的距離稱作陣列22的深度29。陣列22的間距27和深度29構(gòu)成陣列22的周期。圖紋24的陣列22可以是更大的重復(fù)圖紋陣列的一個(gè)部分。
優(yōu)選地，陣列12與22的周期彼此大致相等。換句話說，陣列12的間距17與陣列22的間距27最好彼此大致相等，陣列12的深度19與陣列22的深度29最好彼此大致相等。為了在優(yōu)化制作工藝的過程中保持陣列12和22的整體性，陣列12和22的周期最好與半導(dǎo)體晶片上的器件相關(guān)陣列圖紋的周期大致相同。間距17和27以及深度19和29一般在數(shù)十微米量級(jí)至數(shù)百微米量級(jí)的范圍內(nèi)。
如圖1所示，兩個(gè)相鄰行中圖紋14的位置彼此偏移。移位沿基本平行于圖紋14的行的方向，其幅度約等于間距17的一半。類似地，圖2顯示沿基本平行于圖紋24行的方向圖紋24兩個(gè)相鄰行的位置發(fā)生偏移。應(yīng)當(dāng)理解，這些圖紋結(jié)構(gòu)并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。根據(jù)本發(fā)明，圖紋14的陣列12和圖紋24的陣列22可以具有任意的重復(fù)結(jié)構(gòu)。例如，在陣列12的兩個(gè)相鄰行之間圖紋14位置的偏移可以為任意值，比如為間距17的1/4、間距17的1/3、間距17的3/5等等。而且，陣列12不同行的圖紋14可以互相對(duì)準(zhǔn)。類似地，陣列22不同行的圖紋24可以互相對(duì)準(zhǔn)或者互相偏移一個(gè)任意的值。
優(yōu)選地，陣列12和22形成在半導(dǎo)體晶片的活性芯片區(qū)(未畫出)之外。陣列12和22形成在半導(dǎo)體晶片的不同面或不同層上。例如，圖紋14的陣列12可以形成在一個(gè)深槽面上，而圖紋24的陣列22可以形成在該深槽面之上的活性區(qū)面上。這兩個(gè)面之間的垂直距離可以在小于一微米至近似十微米的范圍內(nèi)變化。在一個(gè)實(shí)施例中，陣列12和22以如下方式形成，使得當(dāng)沿著大致垂直于半導(dǎo)體晶片主表面的方向看時(shí)，陣列12和22彼此并排相鄰。在一個(gè)替代實(shí)施例中，陣列22形成在陣列12的上部，使得當(dāng)沿著大致垂直于半導(dǎo)體晶片主表面的方向看時(shí)，圖紋24的陣列22疊加在圖紋14的陣列12上。
圖3為簡(jiǎn)要表示根據(jù)本發(fā)明的疊層測(cè)量設(shè)備30的方框圖。設(shè)備30包括一晶片平臺(tái)32，一視頻攝像機(jī)36，和一測(cè)量電路41。在疊層測(cè)量過程中，將一半導(dǎo)體晶片33置于晶片平臺(tái)32上。平臺(tái)32最好具有吸盤系統(tǒng)比如一真空系統(tǒng)(未畫出)，以便在測(cè)量過程中保持半導(dǎo)體晶片33。半導(dǎo)體晶片33具有至少兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)圖紋陣列，例如圖1所示的圖紋14的陣列12和圖2所示的圖24的陣列24，形成在其上的不同面或?qū)由稀z像機(jī)36攝取晶片33上疊層對(duì)準(zhǔn)圖紋例如圖紋14陣列12和圖紋24陣列22的圖像。測(cè)量電路41通過對(duì)這些陣列圖紋的圖像加以處理和比較來進(jìn)行疊層測(cè)量。
測(cè)量電路41含有一個(gè)圖像處理器42和一個(gè)相位比較器48。圖像處理器42將攝像機(jī)36中陣列圖紋的圖像轉(zhuǎn)換成相位圖像。相位比較器48與圖像處理器42耦合。操作時(shí)，相位比較器48計(jì)算出半導(dǎo)體晶片33上不同面的陣列圖紋的相位圖像之間的相位差，從而進(jìn)行疊層測(cè)量。
更具體地說，圖像處理器42包括一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換器43和一個(gè)信號(hào)處理器45。數(shù)字轉(zhuǎn)換器43具有一個(gè)連接至攝像機(jī)36的輸入端和一個(gè)輸出端。數(shù)字轉(zhuǎn)換器43將攝像機(jī)36中的圖像數(shù)字化，以產(chǎn)生數(shù)字圖像作為其輸出。作為例子，信號(hào)處理器45為快速傅里葉變換電路，有時(shí)也稱作快速傅里葉變換器，或者簡(jiǎn)稱為傅里葉變換器。傅里葉變換器45具有一個(gè)連接至數(shù)字轉(zhuǎn)換器43輸出端的輸入端和一個(gè)連接至相位比較器48的輸出端。在疊層測(cè)量過程中，傅里葉變換器45對(duì)數(shù)字轉(zhuǎn)換器43輸出端的數(shù)字圖像信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，并由各數(shù)字圖像產(chǎn)生幾何頻譜或頻譜圖像。這些幾何頻譜輸送至相位比較器48。
在上述實(shí)施例之一中，晶片33具有形成為沿大致垂直于晶片33方向看時(shí)彼此相鄰的重復(fù)圖紋14的陣列12(如圖1所示)和重復(fù)圖紋24的陣列22(如圖2所示)。攝像機(jī)36攝取兩個(gè)圖像。第一圖像含有圖紋14的陣列12的圖像。第二圖像含有圖紋24的陣列22的圖像。數(shù)字轉(zhuǎn)換器43將第一圖像數(shù)字化以產(chǎn)生第一數(shù)字圖像。傅里葉變換器45對(duì)該第一數(shù)字圖像進(jìn)行傅里葉變換，產(chǎn)生第一幾何頻譜或第一相位圖像。換句話說，傅里葉變換器45將圖紋14陣列12的圖像從空域變換至頻域。數(shù)字變換器43還將第二圖像數(shù)字化以產(chǎn)生第二數(shù)字圖像。傅里葉變換器45將該第二數(shù)字圖像變換成第二幾何頻譜或第二相位圖像。相位比較器48計(jì)算第一和第二幾何頻譜之間的相位差，從而測(cè)量出含有圖紋14的陣列12和圖紋24的陣列22的晶片33上的兩個(gè)面之間的對(duì)準(zhǔn)。替代地，攝像機(jī)36攝取晶片33的一幅圖像。該圖像的第一部分含有圖紋14的陣列12的圖像，而該圖像的第二部分含有圖紋24的陣列22的圖像。數(shù)字轉(zhuǎn)換器43分別由該圖像的第一和第二部分產(chǎn)生第一和第二數(shù)字圖像。信號(hào)處理器45分別將第一和第二數(shù)字圖像變換成第一和第二幾何頻譜。相位比較器48通過計(jì)算此二幾何頻譜之間的相位差進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)測(cè)量。
在上述另一實(shí)施例中，晶片33具有形成在重復(fù)圖紋24陣列22(如圖2所示)之下的重復(fù)圖紋14陣列12(如圖1所示)。沿大致垂直于晶片33的方向看時(shí)，重復(fù)圖紋24的陣列22疊加在重復(fù)圖紋14的陣列12之上。攝像機(jī)36攝取了兩幅圖像。當(dāng)攝像機(jī)36聚焦在含有圖紋14陣列12的例如深槽面時(shí)攝取第一圖像，當(dāng)攝像機(jī)36聚焦在含有圖紋24陣列22的例如活性區(qū)面時(shí)攝取第二圖像。在該實(shí)施例中，攝像機(jī)36最好具有靈敏的焦距或者淺的景深。接著，當(dāng)攝取第一圖像時(shí)含有圖紋24陣列22的面離焦，當(dāng)攝取第二圖像時(shí)含有圖紋14陣列12的面離焦。數(shù)字轉(zhuǎn)換器43分別將第一和第二圖像數(shù)字化以產(chǎn)生第一和第二數(shù)字圖像。傅里葉變換器45將第一和第二數(shù)字圖像變換成第一和第二幾何頻譜。相位比較器48計(jì)算第一和第二幾何頻譜之間的相位差，從而測(cè)量出含有圖紋14的陣列12和圖紋24的陣列22的晶片33的兩個(gè)面之間的疊層對(duì)準(zhǔn)。
應(yīng)當(dāng)理解，設(shè)備30和疊層測(cè)量方法不限于前面參照?qǐng)D3所述的內(nèi)容。在本發(fā)明的另一設(shè)備實(shí)施例中，設(shè)備30的圖像處理器42具有兩個(gè)信號(hào)處理器，并行耦合在數(shù)字轉(zhuǎn)換器43和相位比較器48之間。各信號(hào)處理器的作用類似于信號(hào)處理器45。在疊層測(cè)量過程中，一個(gè)信號(hào)處理器將第一數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換成第一相位圖像，而另一信號(hào)處理器將第二數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換成第二相位圖像。在本發(fā)明的另一方法實(shí)施例中，其測(cè)量方法測(cè)量晶片33上多于兩個(gè)面之間的疊層對(duì)準(zhǔn)。在該實(shí)施例中，數(shù)字轉(zhuǎn)換器43產(chǎn)生多于兩個(gè)數(shù)字圖像，一個(gè)數(shù)字圖像對(duì)應(yīng)于晶片33上的一個(gè)面。信號(hào)處理器45由各數(shù)字圖像產(chǎn)生相位圖像。圖像比較器48通過計(jì)算對(duì)應(yīng)于晶片33上不同面的相位圖像之間的相位差來測(cè)量不同面之間的疊層對(duì)準(zhǔn)。
圖4為簡(jiǎn)要表示根據(jù)本發(fā)明的疊層測(cè)量設(shè)備60的方框圖。如同前面參照?qǐng)D3所述的設(shè)備30，設(shè)備60具有一晶片平臺(tái)32，一視頻攝像機(jī)36，和一測(cè)量電路71。另外，設(shè)備60具有具有一掩模臺(tái)架62，一光源64，一光學(xué)透鏡65，和一光束偏轉(zhuǎn)器67。設(shè)備60用于測(cè)量原版或掩模例如置于掩模臺(tái)架62上的掩模63與晶片例如置于晶片平臺(tái)32上的半導(dǎo)體晶片33之間的疊層對(duì)準(zhǔn)。晶片33其上具有圖紋。作為例子，晶片33上的圖紋含有圖1中所示的重復(fù)圖紋14的陣列12。掩模63上具有圖紋，以備在光刻工藝中形成在半導(dǎo)體晶片33的另一面上。作為例子，掩模63上的圖紋含有圖2中所示的重復(fù)圖紋24的陣列22。
光源64間歇開啟以便在疊層測(cè)量過程中照射置于平臺(tái)32上的晶片33。光學(xué)透鏡65為會(huì)聚透鏡，當(dāng)晶片33由光源64照射時(shí)將晶片33的圖像形成在掩模63上。透鏡65的光學(xué)特性最好與在光刻過程中用于將掩模63上的圖紋印刷至晶片33的透鏡大致相同。作為例子，在光刻過程中透鏡將4∶1縮小的掩模63的圖像投射在晶片33上，而在疊層測(cè)量過程中當(dāng)晶片33被照射時(shí)透鏡65將1∶4放大的晶片33的圖像投射在掩模63上。光束偏轉(zhuǎn)器67將來自掩模63的光束偏轉(zhuǎn)射至攝像機(jī)36中，如圖4中的光束66和68所示。光束偏轉(zhuǎn)器67可以包括分束器、棱鏡、反射鏡，或者其任意組合。應(yīng)當(dāng)理解在設(shè)備60中光束偏轉(zhuǎn)器67任選的。
測(cè)量電路71包括一圖像處理器72和一相位比較器48。圖像處理器72將攝像機(jī)36中的陣列圖紋的圖像轉(zhuǎn)換成相位圖像。相位比較器48耦合至圖像處理器72，并且計(jì)算出相位圖像之間的相位差，從而進(jìn)行疊層測(cè)量。如同圖3所示的圖像處理器42，圖像處理器72包括一數(shù)字轉(zhuǎn)換器43和一信號(hào)處理器例如快速傅里葉變換器45。另外，圖像處理器72還包括一數(shù)字減法電路或減法器74，耦合在數(shù)字轉(zhuǎn)換器43與快速傅里葉變換器45之間。數(shù)字轉(zhuǎn)換器43的一個(gè)輸入端連接至視頻攝像機(jī)36。減法器74的輸入端連接至數(shù)字轉(zhuǎn)換器43的輸出端，其輸出端連接至快速傅里葉變換器45的輸入端?？焖俑道锶~變換器45的一個(gè)輸出端連接至相位比較器48。
所述疊層測(cè)量方法包括采用攝像機(jī)36攝取掩模63的兩幅圖像。第一圖像在光源關(guān)閉時(shí)攝取，使得晶片不被照射。該第一圖像包括掩模63上重復(fù)圖紋24的陣列22的圖像。第二圖像在光源開啟時(shí)攝取，從而晶片被照射。該第二圖像包括疊加在重復(fù)圖紋24陣列22的重復(fù)圖紋14陣列12的圖像。數(shù)字轉(zhuǎn)換器43將第一圖像數(shù)字化以產(chǎn)生第一數(shù)字圖像，含有掩模63上重復(fù)圖紋24的數(shù)據(jù)。數(shù)字轉(zhuǎn)換器43還將第二圖像數(shù)字化以產(chǎn)生一個(gè)復(fù)合數(shù)字圖像。該復(fù)合數(shù)字圖像含有疊加在掩模63上重復(fù)圖紋24上的晶片33上重復(fù)圖紋14的數(shù)據(jù)。
第一數(shù)字圖像和復(fù)合數(shù)字圖像輸送至信號(hào)處理器72中的減法器74。減法器74通過從復(fù)合數(shù)字圖像中減去第一數(shù)字圖像而產(chǎn)生第二數(shù)字圖像。因此，第二數(shù)字圖像含有晶片33上重復(fù)圖紋14的數(shù)據(jù)。傅里葉變換器45對(duì)第一數(shù)字圖像進(jìn)行快速傅里葉變換，并產(chǎn)生第一幾何頻譜。類似地，傅里葉變換器45將第二數(shù)字圖像變換成第二幾何頻譜。相位比較器48計(jì)算第一和第二幾何頻譜之間的相位差，從而測(cè)量出掩模63上重復(fù)圖紋24的陣列與晶片33上重復(fù)圖紋14的陣列12之間的對(duì)準(zhǔn)。
至此應(yīng)當(dāng)理解已經(jīng)提供了一種疊層測(cè)量的方法和設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明，重復(fù)疊層對(duì)準(zhǔn)掩模形成在不同的面或?qū)由弦员阆嗷?duì)準(zhǔn)。圖像處理器將重復(fù)疊層標(biāo)記的圖像轉(zhuǎn)換成相位圖像。計(jì)算不同層上重復(fù)疊層標(biāo)記之間的相位差，以測(cè)量不同面之間的疊層對(duì)準(zhǔn)。在將本發(fā)明應(yīng)用于半導(dǎo)體制造工藝中的疊層測(cè)量工藝時(shí)，重復(fù)疊層標(biāo)記的周期最好根據(jù)半導(dǎo)體晶片上的器件相關(guān)圖紋的周期加以確定。因?yàn)榀B層標(biāo)記和器件相關(guān)掩模都是重復(fù)陣列圖紋，所以對(duì)器件制作工藝?yán)缃饘儆∷?、刻蝕、剝離、沉積、填充等的優(yōu)化不會(huì)對(duì)疊層標(biāo)記的整體性造成不利影響。疊層標(biāo)記可以以與器件相關(guān)陣列圖紋相同的工藝形成，因此具有與器件相關(guān)陣列圖紋大致相同的特性例如寬度、長度、密度。因此，器件制作工藝和器件的按比例縮小不會(huì)對(duì)本發(fā)明的疊層測(cè)量造成不利影響。本發(fā)明的相位分析簡(jiǎn)單而且精確。可以方便地用于具有納米量級(jí)尺寸的顯微圖紋。本發(fā)明進(jìn)行疊層測(cè)量的設(shè)備簡(jiǎn)單，可以通過由傳統(tǒng)的疊層測(cè)量設(shè)備添加適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理電路和軟件程序而制成，因此是簡(jiǎn)單便宜的。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量第一圖紋與第二圖紋之間對(duì)準(zhǔn)的方法，包括如下步驟分別產(chǎn)生第一圖紋部分和第二圖紋部分的第一數(shù)字圖像和第二數(shù)字圖像；并且比較該第一數(shù)字圖像與第二數(shù)字圖像以計(jì)算第一圖紋與第二圖紋之間的對(duì)準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將第一圖紋和第二圖紋形成為具有彼此大致相等周期的重復(fù)圖紋的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中比較第一數(shù)字圖像與第二數(shù)字圖像的步驟包括如下步驟分別將第一數(shù)字圖像和第二數(shù)字圖像傅里葉變換以產(chǎn)生第一頻譜和第二頻譜；并且計(jì)算該第一頻譜與第二頻譜之間的相位差。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括將第一圖紋和第二圖紋形成在晶片上的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中形成第一圖紋和第二圖紋的步驟包括如下步驟將第一圖紋部分形成在晶片上的非活性芯片區(qū)；并且將第二圖紋部分形成在晶片上的該非活性芯片區(qū)且與第一圖紋部分相鄰。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中產(chǎn)生第一數(shù)字圖像和第二數(shù)字圖像的步驟還包括如下步驟將第一圖紋部分和第二圖紋部分的圖像形成在一個(gè)攝像機(jī)中；并且分別將對(duì)應(yīng)于第一圖紋部分的第一部分圖像和對(duì)應(yīng)于第二圖紋部分的第二部分圖像數(shù)字化以產(chǎn)生第一數(shù)字圖像和第二數(shù)字圖像。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其中形成第一圖紋和第二圖紋的步驟還包括將第二圖紋部分形成為疊加在第一圖紋部分上。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中產(chǎn)生第一數(shù)字圖像和第二數(shù)字圖像的步驟還包括如下步驟將攝像機(jī)聚焦在一第一面上以形成第一圖紋部分的第一圖像；將攝像機(jī)聚焦在一第二面上以形成第二圖紋部分的第二圖像；并且分別將第一圖像和第二圖像數(shù)字化以產(chǎn)生第一數(shù)字圖像和第二數(shù)字圖像。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括如下步驟將第一圖紋形成在晶片上；將第二圖紋形成在掩模上；形成掩模的部分的第一圖像；將晶片圖像疊加在掩模上；并且形成所述掩模部分和疊加其上的圖像部分的第二圖像。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中產(chǎn)生第一數(shù)字圖像和第二數(shù)字圖像的步驟還包括如下步驟將第一圖像數(shù)字化以產(chǎn)生第二數(shù)字圖像；將第二圖像數(shù)字化以產(chǎn)生第三數(shù)字圖像；并且從第三數(shù)字圖像減去第二數(shù)字圖像以產(chǎn)生第一數(shù)字圖像。
11.一種疊層測(cè)量方法，包括如下步驟在第一面上形成第一陣列圖紋；在第二面上形成第二陣列圖紋；由第一陣列圖紋部分產(chǎn)生第一幾何頻譜；由第二陣列圖紋部分產(chǎn)生第二幾何頻譜；并且計(jì)算第一幾何頻譜與第二幾何頻譜之間的相位差。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中形成第一陣列圖紋和第二陣列圖紋的步驟還包括將所述第一陣列圖紋和第二陣列圖紋形成在晶片上，使第一陣列圖紋部分和第二陣列圖紋部分位于晶片上活性芯片區(qū)之外并且彼此相鄰。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中產(chǎn)生第一幾何頻譜和產(chǎn)生第二幾何頻譜的步驟還包括如下步驟將第一陣列圖紋部分和第二陣列圖紋部分的圖像形成在一個(gè)攝像機(jī)中；對(duì)該圖像的第一部分進(jìn)行傅里葉變換以產(chǎn)生第一幾何頻譜，圖像的第一部分對(duì)應(yīng)于第一陣列圖紋部分；并且對(duì)該圖像的第二部分進(jìn)行傅里葉變換以產(chǎn)生第二幾何頻譜，圖像的第二部分對(duì)應(yīng)于第二陣列圖紋部分。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其中形成第一陣列圖紋和形成第二陣列圖紋的步驟還包括如下步驟將第一陣列圖紋形成在晶片上；并且將第二陣列圖紋形成在該晶片上第一陣列圖紋之上，使第二陣列圖紋部分疊加在第一陣列圖紋部分之上。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中產(chǎn)生第一幾何頻譜和產(chǎn)生第二幾何頻譜的步驟還包括如下步驟將攝像機(jī)聚焦在一第一面上以形成第一陣列圖紋部分的第一圖像；將攝像機(jī)聚焦在一第二面上以形成第二陣列圖紋部分的第二圖像；對(duì)第一圖像進(jìn)行傅里葉變換以產(chǎn)生第一幾何頻譜；并且對(duì)第二圖像進(jìn)行傅里葉變換以產(chǎn)生第二幾何頻譜。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其中形成第一陣列圖紋的步驟包括將第一陣列圖紋形成在晶片上；形成第二陣列圖紋的步驟包括將第二陣列圖紋形成在掩模上；并且產(chǎn)生第一幾何頻譜和產(chǎn)生第二幾何頻譜的步驟包括形成掩模的第一圖像，將晶片圖像投射在掩模上，形成掩模以及其上投影圖像的第二圖像，并且由第一圖像和第二圖像產(chǎn)生第一幾何頻譜和第二幾何頻譜。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中產(chǎn)生第一幾何頻譜和產(chǎn)生第二幾何頻譜的步驟包括如下步驟將第一圖像數(shù)字化以產(chǎn)生第一數(shù)字圖像；將第二圖像數(shù)字化以產(chǎn)生第二數(shù)字圖像；從第二數(shù)字圖像減去第一數(shù)字圖像以產(chǎn)生第三數(shù)字圖像；對(duì)第三數(shù)字圖像進(jìn)行傅里葉變換以產(chǎn)生第一幾何頻譜；并且對(duì)第一數(shù)字圖像進(jìn)行傅里葉變換以產(chǎn)生第二幾何頻譜。
18.一種用于對(duì)晶片上疊層圖紋進(jìn)行測(cè)量的設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)平臺(tái)，該平臺(tái)用于在疊層測(cè)量過程中支承晶片；一個(gè)攝像機(jī)，與所述平臺(tái)相鄰，該攝像機(jī)用于形成晶片的第一圖像和第二圖像；一個(gè)圖像處理器，耦合至所述攝像機(jī)，該圖像處理器用于由所述第一圖像和第二圖像產(chǎn)生第一相位圖像和第二相位圖像；和一個(gè)相位比較器，耦合至所述圖像處理器，該相位比較器用于計(jì)算所述第一相位圖像與第二相位圖像之間的相位差。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述攝像機(jī)在攝取第一圖像時(shí)聚焦在晶片的第一面上，在攝取第二圖像時(shí)聚焦在晶片的第二面上，其中第二面在第一面之上。
20.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述攝像機(jī)攝取晶片的復(fù)合圖像，該復(fù)合圖像含有第一圖像和第二圖像，第一圖像和第二圖像分別拍攝晶片上的第一圖紋部分和晶片的第二圖紋部分；以及第一圖紋位于第二圖紋下面，并且第一圖紋部分和第二圖紋部分位于晶片上的活性芯片區(qū)之外且彼此相鄰。
21.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中所述圖像處理器包括一個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換器，具有一個(gè)耦合至所述攝像機(jī)的輸入端和一個(gè)輸出端，該數(shù)字轉(zhuǎn)換器用于分別將第一圖像和第二圖像數(shù)字化以產(chǎn)生第一數(shù)字圖像和第二數(shù)字圖像；和一個(gè)信號(hào)處理器，具有一個(gè)耦合至所述數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出端的輸入端和一個(gè)耦合至所述相位比較器的輸出端，該信號(hào)處理器用于分別將第一數(shù)字圖像和第二數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換成第一相位圖像和第二相位圖像。
22.如權(quán)利要求21所述的設(shè)備，其中所述信號(hào)處理器包括一個(gè)傅里葉變換電路，該傅里葉變換電路用于將第一數(shù)字圖像和第二數(shù)字圖像分別變換成第一頻譜圖像和第二頻譜圖像。
23.一種用于測(cè)量掩模和晶片之間對(duì)準(zhǔn)的設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)晶片平臺(tái)，該晶片平臺(tái)用于在對(duì)準(zhǔn)測(cè)量過程中支承晶片；一個(gè)掩模臺(tái)架，位于所述晶片平臺(tái)之上，該掩模臺(tái)架用于在對(duì)準(zhǔn)測(cè)量過程中支承掩模；一個(gè)視頻攝像機(jī)，與所述掩模臺(tái)架相鄰；一個(gè)圖像處理器，耦合至所述視頻攝像機(jī)；和一個(gè)相位比較器，耦合至所述圖像處理器。
24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，還包括一個(gè)與所述晶片平臺(tái)相鄰的光源，該光源用于在對(duì)準(zhǔn)測(cè)量過程中間歇照射所述晶片平臺(tái)上的晶片。
25.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，還包括一個(gè)位于所述晶片平臺(tái)與所述掩模臺(tái)架之間的光學(xué)透鏡，該光學(xué)透鏡用于在所述光源照射晶片平臺(tái)上的晶片時(shí)將晶片的圖像形成在掩模上。
26.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中所述光學(xué)透鏡在所述光源照射晶片平臺(tái)上的晶片時(shí)在掩模上形成晶片的放大圖像。
27.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，還包括一個(gè)與所述掩模臺(tái)架相鄰的光學(xué)偏轉(zhuǎn)器，所述光學(xué)偏轉(zhuǎn)器用于將來自掩模的光束偏轉(zhuǎn)射向所述視頻攝像機(jī)。
28.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中所述圖像處理器包括一個(gè)減法電路，具有一個(gè)耦合至所述數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸入端和一個(gè)輸出端；和一個(gè)信號(hào)處理器，具有一個(gè)耦合至所述減法電路輸出端的輸入端和一個(gè)耦合至所述相位比較器的輸出端。
全文摘要
一種用于測(cè)量半導(dǎo)體晶片(33)上不同層之間對(duì)準(zhǔn)的方法,包括在晶片(33)不同層上形成具有大致相同周期的重復(fù)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(14、24)。疊層對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(14、24)的圖像通過傅里葉變換從空域轉(zhuǎn)換至頻域。通過計(jì)算對(duì)應(yīng)于不同層上重復(fù)圖紋(14、24)的圖像之間的相位差來進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)測(cè)量。
文檔編號(hào)G03F7/20GK1329246SQ0011861
公開日2002年1月2日 申請(qǐng)日期2000年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月16日
發(fā)明者克里斯·古爾德, K·保羅·穆勒, V·C·賈帕凱什, 羅伯特·范·德·伯格 申請(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司, 英芬能技術(shù)北美公司