经接合晶片的叠对计量的制作方法

经接合晶片的叠对计量
1.相关申请案的交叉参考
2.本技术案根据35 u.s.c.
§
119(e)主张2020年1月30日申请的序列号为62/967,957的美国临时申请案及2020年6月9日申请的序列号为63/036,834的美国临时申请案的权利，所述两个申请案的全部内容以引用方式并入本文中。
技术领域
3.本发明大体上涉及叠对计量且更特别来说，涉及经接合晶片的叠对计量。


背景技术：

4.对于半导体装置的物理密度的日益增加的需求已导致日益复杂的三维设计。达成三维设计的一个方法是在两个单独晶片上制造结构且在接口附近将其与结构接合在一起。此技术可促进复杂结构的整合，因为两个晶片可经单独制造且在后续过程中加以接合。
5.例如，经接合晶片方法可促进高密度三维存储器装置及对应控制电路系统的制造。三维存储器装置通常包含其中存储器胞元的层经堆叠且通过垂直通道连接的垂直存储器结构。使用传统单晶片制造技术，用于垂直存储器结构的控制电路系统可制造在垂直存储器结构下方或旁边。然而，两个方法具有实质缺点：将控制电路系统放置于垂直存储器结构下方以复杂性及成本为代价达成高密度，而邻近垂直存储器结构放置控制电路系统达成低制造复杂性且以密度为代价。相比之下，经接合晶片制造技术可实现在一个晶片上制造垂直存储器结构且在另一晶片上制造控制电路系统，其中通过将两个晶片接合在一起而将垂直存储器结构及控制电路系统整合在一起。经接合晶片制造技术可应用到广泛多种半导体装置。
6.无关于应用，经接合晶片制造技术需要两个晶片的相对对准或叠对的严格控制。因此，可期望提供用于准确地测量经接合晶片的叠对的系统及方法。


技术实现要素：

7.根据本公开的一或多个说明性实施例，公开一种计量系统。在一个说明性实施例中，所述系统包含计量工具。在另一说明性实施例中，所述计量工具包含一或多个照明源。在另一说明性实施例中，所述计量工具包含用于以一或多个选定入射角将来自所述一或多个照明源的照明引导到样本上的计量目标的照明子系统，其中所述样本由第一晶片及在接口处接合到所述第一晶片的第二晶片形成，且其中所述计量目标定位于所述接口处。在另一说明性实施例中，来自所述一或多个照明源的所述照明传播通过所述第一晶片以到达所述计量目标。在另一说明性实施例中，所述计量工具包含用于收集来自所述样本的光的集光子系统，其中从所述样本收集的所述光包含来自所述计量目标的光及来自所述第一晶片的顶面的光，且其中所述集光子系统将来自所述计量目标的所述光引导到所述检测器。在另一说明性实施例中，所述系统包含通信地耦合到所述集光子系统的控制器。在另一说明性实施例中，所述控制器基于从所述检测器接收的数据产生与所述样本相关联的一或多个
参数的估计。
8.根据本公开的一或多个说明性实施例，公开一种计量方法。在一个说明性实施例中，所述方法包含使用来自一或多个照明源的照明以一或多个选定入射角照明样本上的计量目标，其中所述样本由第一晶片及在接口处接合到所述第一晶片的第二晶片形成，且其中所述计量目标定位于所述接口处。在另一说明性实施例中，来自所述一或多个照明源的所述照明传播通过所述第一晶片以到达所述计量目标。在另一说明性实施例中，所述方法包含响应于来自所述一或多个照明源的所述照明收集来自所述样本的光，其中从所述样本收集的所述光包含来自所述计量目标的光及来自所述第一晶片的顶面的光，且其中将来自所述计量目标的所述光引导到检测器。在另一说明性实施例中，所述方法包含基于从所述检测器接收的数据产生与所述样本相关联的一或多个参数的估计。
9.根据本公开的一或多个说明性实施例，公开一种计量系统。在一个说明性实施例中，所述系统包含一或多个照明源。在另一说明性实施例中，所述系统包含一或多个检测器。在另一说明性实施例中，所述系统包含用于使用椭偏仪照明子系统以第一组的一或多个选定入射角将来自所述一或多个照明源的照明引导到样本上的计量目标的椭偏仪，其中所述样本由第一晶片及在接口处接合到所述第一晶片的第二晶片形成，且其中所述计量目标定位于所述接口处。在另一说明性实施例中，来自所述一或多个照明源的所述照明传播通过所述第一晶片以到达所述计量目标。在另一说明性实施例中，所述椭偏仪进一步使用椭偏仪集光子系统将从所述计量目标反射的光引导到所述一或多个检测器中的至少一者以产生椭偏测量信号。在另一说明性实施例中，所述系统包含用于使用反射计照明子系统以第二组的一或多个选定入射角将来自所述一或多个照明源的照明引导到所述计量目标的反射计。在另一说明性实施例中，所述反射计进一步经配置以使用反射计集光子系统将从所述计量目标反射的光引导到所述一或多个检测器中的至少一者以产生反射测量信号。在另一说明性实施例中，所述系统包含通信地耦合到所述椭偏仪及所述反射计的控制器。在另一说明性实施例中，所述控制器基于所述椭偏测量信号及所述反射测量信号产生与所述样本相关联的一或多个参数的估计。
10.应理解，前文一般描述及下文详细描述两者仅是示范性及说明性的且未必限制如所主张的本发明。并入本说明书中且构成本说明书的部分的附图说明本发明的实施例且与一般描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
11.所属领域的技术人员通过参考附图可更佳理解本公开的多个优点，其中：
12.图1a是说明根据本公开的一或多个实施例的半导体装置制造系统的概念图。
13.图1b是说明根据本公开的一或多个实施例的提供倾斜入射角的计量工具的概念图。
14.图1c是说明根据本公开的一或多个实施例的提供近法向入射角的计量工具的概念图。
15.图2是根据本公开的一或多个实施例的在经接合晶片样本的两个晶片之间的接口处的叠对目标的轮廓图。
16.图3a是根据本公开的一或多个实施例的由金属目标元件形成的叠对目标的轮廓
图。
17.图3b是根据本公开的一或多个实施例的cd叠对目标的叠对目标元件的轮廓图。
18.图4是说明根据本公开的一或多个实施例的响应于经聚焦照明光束的顶面反射及目标产生光的光束路径的经仿真光线图。
19.图5是根据本公开的一或多个实施例的在照明子系统及集光子系统两者中包含柱面透镜的计量工具的概念图。
20.图6是根据本公开的一或多个实施例的对应于依据使用倾斜照明产生的波长而变化的从叠对目标反射的光及从硅接合晶片样本的顶面反射的光的量的经测量信号的曲线图。
21.图7包含根据本公开的一或多个实施例的依据测试叠对目标上的已知叠对误差而变化的光谱椭偏测量(se)α及β值的曲线图。
22.图8是说明根据本公开的一或多个实施例的在计量方法中执行的步骤的流程图。
具体实施方式
23.现将详细参考在附图中说明的所公开标的物。已关于特定实施例及其特定特征特别展示且描述本公开。将本文中阐述的实施例视为说明性而非限制性。所属领域的一般技术人员将容易了解，可做出形式及细节上的各种改变及修改而不脱离本公开的精神及范围。
24.本公开的实施例涉及使用椭偏测量及/或反射测量来测量经接合晶片之间的配准误差(例如，叠对测量)。用于测量经接合晶片样本的配准误差的叠对计量目标可形成于两个经接合晶片之间的接口处，其中叠对目标包含在每一晶片的一或多个层上在接口附近的周期性结构。在一个实施例中，通过使光传播通过晶片中的一者以到达接口且收集通过晶片传播回的从接口反射的光而询问接口处的叠对计量目标。
25.如贯穿本发明使用，术语晶片希望广泛地指代具有适用于与另一材料接合的平坦表面的材料。在这方面，术语晶片及样本件可互换使用。术语样本及经接合晶片样本也可互换使用。此外，晶片或样本件可由包含半导体或非半导体材料(例如(但不限于)单晶硅、砷化镓及磷化铟)的任何材料形成。晶片或样本件可包含一或多个层。例如，此类层可包含(但不限于)抗蚀剂(包含光致抗蚀剂)、介电材料、导电材料及半导电材料。许多不同类型的此类层在所属领域中已知，且如本文中使用的术语样本希望涵盖其上可形成全部类型的此类层的样本。形成于样本上的一或多个层可经图案化或未经图案化。例如，样本可包含各具有可重复图案化特征的多个裸片。此类材料层的形成及处理最终可导致成品装置。许多不同类型的装置可形成于经接合晶片样本上，且如本文中使用的术语样本希望涵盖在其上制造所属领域中已知的任何类型的装置的样本。此外，为了本公开的目的，术语样本及晶片应被解释为可互换的。
26.本文中经审慎考虑，在两个经接合晶片之间的接口处的叠对目标可提出叠对测量的几个挑战。例如，光学测量技术将需要光传播通过构成晶片(本文中指的是顶部及底部晶片)中的一者或两者。因此，光的波长可受晶片及任何其它经沈积层的吸收光谱限制。半导体晶片通常吸收紫外及可见光使得叠对测量可限于可以最小(或至少可接受)损耗传播通过样本的红外波长。另外，使用任何波长的光的测量可导致在各种表面(例如，顶部及底部
晶片的表面)处的可将噪声引入到测量的镜面反射及/或散射。
27.本文中经进一步审慎考虑，使用偏轴光对经接合晶片样本的照明(例如，以相对于表面法线的倾斜角的照明)可导致从样本中的不同深度处的不同接口或表面反射的光的空间分离。因此，可将来自两个晶片的接口处的叠对目标的光与相关联于来自其它接口或表面的反射的光分离或依其它方式隔离。
28.在一个实施例中，隔离来自接口处的叠对目标的光以增加叠对测量的准确度及/或灵敏度。例如，计量系统的集光器件可包含用于将从接口处的叠对目标反射的光与从其它表面(包含(但不限于)经接合晶片表面的顶面或底面)反射的光分离的一或多个柱面透镜。
29.本文中经进一步审慎考虑，叠对测量可为基于任何类型的椭偏测量或反射测量技术，包含(但不限于)具有一或多个照明角的光谱椭偏测量或反射测量、单波长椭偏测量或反射测量、角分辨椭偏测量或反射测量或基于穆勒(mueller)矩阵的技术。
30.现参考图1到7，公开根据本公开的一或多个实施例的用于经接合晶片样本的叠对测量的系统及方法。
31.图1a是说明根据本公开的一或多个实施例的半导体装置制造系统100的概念图。在一个实施例中，系统100包含经配置以特性化经接合晶片样本104的一或多个特性的计量工具102。在另一实施例中，系统100包含通信地耦合到计量工具102的控制器106。在另一实施例中，控制器106包含经配置以执行维持于存储器媒体110或存储器上的程序指令的一或多个处理器108。控制器106的一或多个处理器108可包含所属领域中已知的任何处理元件。在此意义上，一或多个处理器108可包含经配置以执行算法及/或指令的任何微处理器类型装置。此外，存储器媒体110可包含所属领域中已知的适用于存储可由相关联的一或多个处理器108执行的程序指令的任何存储媒体。例如，存储器媒体110可包含非暂时性存储器媒体。作为额外实例，存储器媒体110可包含(但不限于)只读存储器(rom)、随机存取存储器(ram)、磁性或光学存储器装置(例如磁盘)、磁带、固态硬盘及其类似者。应进一步注意，存储器媒体110可与一或多个处理器108一起容置于共同控制器外壳中。
32.在此方面，控制器106的一或多个处理器108可执行贯穿本公开描述的各种过程步骤中的任何者。例如，控制器106的一或多个处理器108可从计量工具102(例如，从计量工具102内的检测器)接收数据且产生与经接合晶片样本104相关联的一或多个参数的估计(例如，测量)。一或多个参数的估计可包含经接合晶片样本104或其部分的任何参数或特性的估计。例如，处理器108可产生经接合晶片样本104的两个晶片之间的叠对或叠对误差的估计。在另一例子中，处理器108可接收、产生及/或实施经接合晶片样本104中的多层膜堆叠的电磁分析器(ema)分析以产生膜堆叠的一或多个层的特性的估计，例如(但不限于)厚度、组合物或折射率。
33.图1b是根据本公开的一或多个实施例的提供倾斜入射角的计量工具102的概念图。例如，图1b中说明的计量工具102可包含所属领域中已知的利用适用于提供与经接合晶片样本104上的计量目标相关联的计量信号的倾斜入射角的任何类型的光谱椭偏测量计量系统。
34.在一个实施例中，计量工具102包含用于产生照明(例如，一或多个照明光束114)的至少一个照明源112。照明光束114可包含对于经接合晶片样本104的一或多个晶片透明
的光的一或多个选定波长。例如，照明源112可提供(但未必提供)具有在近似150nm到近似2,800nm的范围内的波长的照明光束114。在此方面，照明源112可产生具有在任何光谱范围内的波长(包含(但不限于)真空紫外波长、极紫外波长、可见波长或红外波长)的照明。例如，照明源112可提供跨越可见波长及红外波长(例如(但不限于)750nm到2,800nm)的照明光束。通过另一实例，照明源112可提供跨越紫外波长(例如(但不限于)150nm到300nm)的照明光束。通过另一实例，照明源112可提供跨越紫外波长及可见波长(例如(但不限于)150nm到900nm)的照明光束。此外，计量工具102可包含用于在(几个)任何光谱范围内提供照明的任何数目个照明源112。在此方面，照明源112。
35.在另一实施例中，照明源112提供可调谐照明源(例如，一或多个可调谐激光器及其类似者)。通过另一实例，照明源112可包含耦合到可调谐滤波器的宽带照明源。
36.照明源112可包含(但不限于)一或多个窄带激光源、一或多个宽带激光源、一或多个超连续激光源、一或多个白光激光源及其类似者。在此方面，照明源112可提供具有高相干性(例如，高空间相干性及/或时间相干性)的照明光束114。在另一实施例中，照明源112包含灯源。例如，照明源112可包含(但不限于)激光器维持等离子体(lsp)源、弧光灯、放电灯、无电极灯及其类似者。在此方面，照明源112可提供具有低相干性(例如，低空间相干性及/或时间相干性)的照明光束114。
37.照明源112可进一步提供具有任何时间轮廓的照明光束114。例如，照明光束114可具有连续时间轮廓、经调制时间轮廓、脉冲时间轮廓及其类似者。
38.在另一实施例中，计量工具102包含用于将照明(例如，一或多个照明光束114)从照明源112引导到经接合晶片样本104的照明子系统114(例如，照明路径)及用于收集从样本104发出的辐射(例如，光)的集光子系统118(例如，集光路径)。照明子系统116可包含适用于修改及/或调节照明的一或多个光束调节组件120。例如，一或多个光束调节组件120可包含(但不限于)照明孔径光阑、照明场光阑、一或多个偏光器、一或多个补偿器、一或多个滤波器、一或多个光束分离器、一或多个扩散器、一或多个均质器、一或多个变迹器、一或多个光束整形器、一或多个镜或一或多个透镜。
39.在另一实施例中，照明子系统116可利用聚焦组合件122以将来自一或多个照明源112的照明聚焦到安置于样本载物台124上的经接合晶片样本104上。例如，聚焦组合件122可包含具有非零光焦度的一或多个光学元件。在另一实施例中，集光子系统118可包含用于收集来自经接合晶片样本104辐射的集光组合件126。例如，集光组合件126可包含具有非零光焦度的一或多个光学元件。
40.在另一实施例中，计量工具102包含经配置以通过集光子系统118捕获从经接合晶片样本104发出的光(例如，样本光130)的一检测器128。例如，检测器128可接收(例如，经由镜面反射、漫反射及其类似者)从经接合晶片样本104反射或散射的辐射。通过另一实例，检测器128可接收由经接合晶片样本104产生的辐射(例如，与照明光束114的吸收相关联的发光及其类似者)。通过另一实例，检测器128可从经接合晶片样本104接收辐射的一或多个衍射级(例如，0级衍射、
±
1级衍射、
±
2级衍射及其类似者)。
41.检测器128可包含所属领域中已知的适用于测量从经接合晶片样本104接收的照明的任何类型的光学检测器。例如，检测器128可包含(但不限于)光电二极管阵列(pda)、ccd检测器、cmos检测器、tdi检测器、光电倍增管(pmt)、崩溃光电二极管(apd)及其类似者。
此外，检测器128可包含具有任何几何形状的任何类型的传感器，包含(但不限于)平面传感器或线传感器。在另一实施例中，检测器128可包含适用于识别从经接合晶片样本104发出的辐射的波长的光谱检测器。
42.针对涉及光谱数据的收集的测量技术(例如，光谱反射测量、光谱椭偏测量或其类似者)，可希望在所关注光谱范围内产生连续光谱数据。例如，计量工具102可包含用于将来自计量目标的光空间上分散到一或多个检测器128上以捕获空间测量的色散元件(例如，棱镜、光栅或其类似者)。然而，本文中应意识到，特定检测器128的灵敏度可依据波长而变化。因此，检测器128可需要校准以考虑灵敏度依据波长的变动。
43.除校准之外或代替校准，系统100可包含经配置以提供跨波长的选定范围的连续光谱测量的一或多个检测器128，所述波长是使用一或多个色散元件(例如(但不限于)光栅或棱镜)跨一或多个检测器128空间上分布(例如，作为波长的选定空间分布)。在一个实施例中，检测器128包含具有对于组装到单个传感器封装中的不同光谱区域的优化灵敏度的“混合”传感器(例如，对于红外波长的混合ingaas传感器)。在此方面，混合传感器可产生涵盖波长的大范围的光谱数据的单个连续测量。作为非限制性实例，此混合传感器可产生涵盖波长的选定范围(例如(但不限于)从950nm到2800nm的波长)的光谱数据的连续测量。在另一实施例中，检测器128可由在芯片上以使得连续光谱可从芯片导出的方式组装的两个或更多个传感器形成。在此方面，两个或更多个传感器可沿波长的空间分布定向。此外，情况可为可需要校准检测器128的任何配置以便考虑检测器128(或其部分)的灵敏度跨波长跨检测器128的空间分布依据波长的任何变动。例如，检测器128可包含具有跨波长的选定空间分布的经校准灵敏度的单个传感器。通过另一实例，检测器128可包含具有跨波长的选定空间分布的经校准灵敏度的两个或更多个传感器。
44.在另一实施例中，计量工具102可包含用于促进通过计量工具102的多个计量测量的多个检测器128。在此方面，图1b中描绘的计量工具102可执行多个同时计量测量。
45.集光子系统118可进一步包含用于引导及/或修改由集光组合件126收集的照明的任何数目个集光光束调节组件132，包含(但不限于)收集孔径光阑、收集场光阑、一或多个镜、一或多个透镜、一或多个滤波器、一或多个偏光器或一或多个补偿器。
46.本文中经审慎考虑，经配置为光谱椭偏仪的计量工具102可以任何选定入射角(aoi)且以从0到360度的任何选定方位角照明经接合晶片样本104。此外，光谱椭偏仪可以入射角及方位角的各种组合提供一系列测量。在一个实施例中，计量工具102经配置以依相对于经接合晶片样本104的表面法线大于近似35度的一或多个入射角照明经接合晶片样本104上的计量目标。
47.图1c是说明根据本公开的一或多个实施例的提供近法向入射角的计量工具102的概念图。例如，图1c中说明的计量工具102可包含所属领域中已知的利用适用于提供与经接合晶片样本104上的计量目标相关联的计量信号的近法向入射角的任何类型的光谱反射测量计量系统。
48.在一个实施例中，计量工具102包含经定向使得物镜136可同时将来自一或多个照明源112的照明(例如，一或多个照明光束114)引导到经接合晶片样本104且收集来自经接合晶片样本104反射的辐射的光束分离器134。
49.本文中经审慎考虑，经配置为光谱反射计的计量工具102可以任何选定入射角
(aoi)且以从0度到360度的任何选定方位角照明经接合晶片样本104。此外，光谱椭偏仪可以入射角及方位角的各种组合提供一系列测量。在一个实施例中，计量工具102经配置以依相对于经接合晶片样本104的表面法线在从近似5度到40度的范围内的一或多个入射角照明经接合晶片样本104上的计量目标。
50.在一个实施例中，计量工具102经配置以提供指示呈一或多个测量配置(例如，一或多个波长、一或多个入射角、一或多个方位角或其类似者)的计量目标的一或多个光学特性(例如，一或多个色散参数及其类似者)的信号。例如，计量工具102可包含(但不限于)光谱仪、光谱反射计、偏光反射计、用于(例如，使用旋转补偿器)测量穆勒矩阵元素的光谱反射计、单波长反射计、角分辨反射计(例如，光束轮廓反射计)、成像系统、光瞳成像系统、光谱成像系统或散射计。在一个实施例中，计量工具102包含用于基于经接合晶片样本104的一或多个图像的产生测量计量数据的基于图像的计量工具。
51.现大体上参考图1b及1c，本文中应注意，计量工具102可使用各种技术促进经接合晶片样本104及/或一个以上照明源112(例如，耦合到一或多个额外检测器128)的多角度照明。例如，在图1b的配置中，一或多个光学元件可安装到绕经接合晶片样本104枢转的可旋转臂(未展示)，使得照明光束114在经接合晶片样本104上的入射角可通过可旋转臂的位置控制。通过另一实例，在图1c的配置中，照明光束114通过光束分离器134及物镜136的路径可经调整以控制照明光束114在经接合晶片样本104上的入射角。在此方面，照明光束114可具有通过光束分离器134及物镜136使得照明光束114在经接合晶片样本104上具有法向入射角的标称路径。此外，可通过(例如，通过可旋转镜、空间光调制器、自由形式照明源或其类似者)修改照明光束114在光束分离器134上的位置及/或角度而控制照明光束114在经接合晶片样本104上的入射角。
52.在一些实施例中，计量工具102经配置以提供用于照明及/或集光的偏轴几何形状。在一个实施例中，计量工具102经配置以使用倾斜照明来照明叠对目标。例如，可基于用于控制照明角的上文技术中的任何者调整照明角。通过另一实例，物镜136可经配置以提供倾斜照明。例如，物镜136可包含(但不限于)史瓦西(schwarzschild)物镜。在另一实施例中，计量工具102经配置以依法向入射照明经接合晶片样本104且以倾斜角收集来自叠对目标的光。例如，集光子系统118可具有在孔径光阑(或与孔径光阑共轭的平面)处或附近的中心遮挡。
53.现参考图2，展示根据本公开的一或多个实施例的在经接合晶片样本104的两个晶片之间的接口204处的叠对目标202的轮廓图。在一个实施例中，经接合晶片样本104包含第一晶片206a(例如，顶部晶片)及第二晶片206b(例如，底部晶片)，其中叠对目标202包含定位于两个晶片上的目标特征。例如，图2中说明的叠对目标202包含在第一晶片206a上的一组第一晶片目标元件208及在第二晶片206b上的一组第二晶片目标元件210。在此方面，第一晶片目标元件208相对于第二晶片目标元件210的对准指示第一晶片206a相对于第二晶片206b的对准及因此经接合晶片样本104的叠对。
54.第一晶片目标元件208及第二晶片目标元件210可定位于第一晶片206a及第二晶片206b中的任何层上。例如，第一晶片206a及/或第二晶片206b可包含沈积于具有恒定或变动厚度的衬底上的一或多个材料层(可自其形成目标元件)。此外，第一晶片目标元件208及第二晶片目标元件210可由任何类型的材料(包含(但不限于)金属)形成。
55.图3a是根据本公开的一或多个实施例的由金属目标元件形成的叠对目标202的轮廓图。在图3a中说明的实施例中，第一晶片206a包含沈积于775μm厚衬底304(例如，硅晶片)上的8μm sio2层302，且第二晶片206b包含沈积于775μm厚衬底308(例如，也是硅晶片)上的2μm sio2层306。接着，叠对目标202由在接口204附近嵌入8μm sio2层302及2μm sio2层306中的100nm厚金属结构310形成。
56.在接口204处的叠对目标202可包含所属领域中已知的适用于特性化第一晶片206a与第二晶片206b之间的叠对的任何类型的叠对目标。在一个实施例中，叠对目标202包含临界尺寸(cd)叠对目标。图3b是根据本公开的一或多个实施例的cd叠对目标202的叠对目标元件(例如，第一晶片目标元件208或第二晶片目标元件210)的轮廓图。例如，图3b中的叠对目标元件通过尺寸cd1、cd2及cd3特性化。在另一实施例中，叠对目标202包含基于衍射的叠对(dbo)目标。在此方面，叠对目标202可由周期性分布元件形成，使得可基于从叠对目标202的衍射图案确定叠对。此外，第一晶片目标元件208及第二晶片目标元件210可具有相同或不同间距。例如，如图3a中说明，第一晶片目标元件208可以第一间距312分布且第二晶片目标元件210可以第二间距314分布。
57.然而，应理解，图3a及3b中的叠对目标202的说明仅是为了说明性目的提供且不应解译为限制性。例如，虽然未展示，经接合晶片样本104的叠对目标202可包含在第一晶片206a及/或第二晶片206b的两个或更多个层上的目标特征。通过另一实例，叠对目标202可为所属领域中已知的任何类型的叠对目标，包含(但不限于)代理目标或设计规则目标。设计规则目标可包含按与相关联于经制造装置的装置特征类似的尺度的目标特征。例如，在设计规则目标上的目标特征可具有与装置特征类似的尺寸、定向、周期性及/或密度。在此方面，目标特征及装置特征的打印特性可基本上类似。相比之下，代理目标可具有具备与装置特征基本上不同的尺度的目标特征。在此方面，代理目标可经设计以适应特定叠对计量工具或叠对算法。
58.再次参考图2，本文中经审慎考虑，相对于表面法线以倾斜角照明叠对目标202可通常导致沿不同路径从样本发出的反射光。例如，入射照明光束114可产生与从第一晶片206a的顶面214反射的光相关联的顶面反射212(i0)及与通过接口204处的叠对目标202反射的光相关联的目标反射光216(i1)。图4是说明根据本公开的一或多个实施例的响应于聚焦照明光束114的顶面反射212(i0)及目标反射光216(i1)的光束路径的经仿真光线图。在此模拟中，仅为了清晰呈现光谱反射且省略从叠对目标202的散射或衍射。
59.本文中经进一步审慎考虑，目标反射光216(i1)含有与第一晶片206a与第二晶片206b之间的叠对的确定相关的信息。因此，计量工具102可经配置以确保目标反射光216(i1)经引导到检测器128以实现第一晶片206a与第二晶片206b之间的叠对测量。
60.在一个实施例中，计量工具102(例如，使用图1b及1c中说明的配置中的聚焦组合件122及/或物镜136)将照明(例如，至少一个照明光束114)聚焦或依其它方式引导到在第一晶片206a与第二晶片206b之间的接口204处的叠对目标202而非顶面214。此外，计量工具102可在照明子系统116及/或集光子系统118中包含一或多个光学元件以确保目标反射光216(i1)经引导到检测器128，使得叠对目标202的所得测量可指示第一晶片206a与第二晶片206b之间的叠对。
61.在一些实施例中，计量工具102在照明子系统116及/或集光子系统118中包含光学
元件以将目标反射光216(i1)与顶面反射212(i0)隔离。在此方面，检测器128仅捕获目标反射光216(i1)。可使用在本公开的精神及范围内的各种技术将目标反射光216(i1)与顶面反射212(i0)隔离。
62.例如，计量工具102可在照明子系统116及/或集光子系统118中包含不对称光学元件(例如(但不限于)柱面或非球面元件)以将目标反射光216(i1)与顶面反射212(i0)隔离。在此方面，目标反射光216(i1)及顶面反射212(i0)可在不同空间位置处离开经接合晶片样本104且可进一步经聚焦或成像到不同位置。图5是根据本公开的一或多个实施例的在照明子系统116及集光子系统118两者中包含柱面透镜502的计量工具102的概念图。在此配置中，第二晶片目标元件210可经空间上隔离且经引导到检测器128。
63.通过另一实例，集光子系统118可包含用于收集或依其它方式接收目标反射光216(i1)及顶面反射212(i0)的单独光学元件。情况可为目标反射光216(i1)及顶面反射212(i0)可具有足够不同使得其可在空间上分离的光学路径。因此，目标反射光216(i1)可使用专用光学元件单独收集且引导(例如，传递)到检测器128。接着，顶面反射212(i0)可经单独收集或舍弃(例如，阻挡、重引导或其类似者)。在一个例子中，顶面反射212(i0)可通过场光阑(例如，定位于与经接合晶片样本104共轭的平面处的光阑、光束挡块或其类似者)阻挡。在另一例子中，顶面反射212(i0)可经单独收集且引导到检测器128。在此方面，顶面反射212(i0)可自身经监测或用于计量。此外，集光子系统118可包含用于接收目标反射光216(i1)及/或顶面反射212(i0)的自由空间或光纤耦合光学元件的任何组合。
64.通过另一实例，集光子系统118可包含用于将目标反射光216(i1)及顶面反射212(i0)沿共同(例如，同置)光学路径对准的一或多个光学元件。在此方面，检测器128可捕获目标反射光216(i1)及顶面反射212(i0)两者。虽然目标反射光216(i1)及顶面反射212(i0)可通常如图2及4中说明般具有不同路径，但情况可为光学路径之间的差异(例如，光从经接合晶片样本104发出的角度之间的差异)足够小使得将目标反射光216(i1)与顶面反射212(i0)分离不切实际。在此情况中，目标反射光216(i1)及顶面反射212(i0)可在检测器128上在空间上叠对。此外，集光子系统118可包含用于将目标反射光216(i1)及顶面反射212(i0)沿共同光学路径对准的任何类型的光学元件，包含(但不限于)一或多个棱镜或一或多个镜。
65.如果目标反射光216(i1)及顶面反射212(i0)在检测器128上同置，那么可(但未必)在算法上隔离目标反射光216(i1)及顶面反射212(i0)的贡献。例如，可基于空间及/或光谱特性的差异在算法上将目标反射光216(i1)与顶面反射212(i0)隔离。特别来说，目标反射光216(i1)可基于与叠对目标202的互动及通过第一晶片206a的传播而与顶面反射212(i0)不同。
66.图6是根据本公开的一或多个实施例的对应于依据使用倾斜照明产生的波长而变化的从叠对目标202反射的光(例如，目标反射光216(i1))及从硅接合晶片样本的顶面反射的光(例如，顶面反射212(i0))的量的经测量信号的曲线图。此数据说明单独测量目标反射光216(i1)及顶面反射212(i0)的可行性。例如，图6说明针对高于近似1100nm的波长(对应于通过硅的透射的截止波长)的目标反射光216(i1)的开始。此外，目标反射光216(i1)包含不同于顶面反射212(i0)的指示第一晶片206a与第二晶片206b之间的叠对的各种光谱特征。
67.现参考图7，更详细描述用于基于倾斜照明确定第一晶片206a与第二晶片206b的
之间的叠对的技术。
68.在一般意义上，所属领域中已知的适用于基于在第一晶片206a与第二晶片206b之间的接口204处的叠对目标202的倾斜照明确定叠对的任何计量算法。
69.叠对目标202可通常包含放置于半导体晶片上以供(例如，搭配对准、叠对配准操作及其类似者)使用的目标设计。此外，目标可定位于半导体晶片上的多个位点处。例如，目标可定位于刻划道内(例如，裸片之间)及/或定位于裸片自身中。多个叠对目标202可通过相同或多个计量工具同时或连续测量，如2009年1月13日发布的第7,478,019号美国专利中描述，所述专利的全部内容以引用方式并入本文中。
70.如本文中先前描述，本公开的实施例可并入所属领域中已知的任何类型的计量工具102，包含(但不限于)具有一或多个照明角的光谱椭偏仪、用于(例如，使用旋转补偿器)测量穆勒矩阵元素的光谱椭偏仪、单波长椭偏仪、角分辨椭偏仪(例如，光束轮廓椭偏仪)、光谱反射计、偏光反射计、用于(例如，使用旋转补偿器)测量穆勒矩阵元素的光谱反射计、单波长反射计、角分辨反射计(例如，光束轮廓反射计)、成像系统、光瞳成像系统、光谱成像系统或散射计。
71.因此，计量工具102可测量叠对目标202的特性，例如(但不限于)临界尺寸(cd)、叠对、侧壁角、膜厚度或过程相关参数(例如，焦点、剂量及其类似者)。目标可包含在性质上为周期性的特定所关注区域，例如(例如)存储器裸片中的光栅。叠对目标202可进一步拥有各种空间特性且通常由一或多个胞元构成，所述一或多个胞元可包含在一或多个层中可已在一或多个光刻相异曝光中打印的特征。叠对目标202或胞元可拥有各种对称性，例如双重或四重旋转对称性、反射对称性。在第6,985,618号美国专利中描述此类计量结构的实例，所述案的全部内容以引用方式包含于本文中。不同胞元或胞元的组合可属于相异层或曝光步骤。个别胞元可包括经隔离非周期性特征或替代地，其可由一维、二维或三维周期性结构或非周期性结构及周期性结构的组合构成。周期性结构可未经分段或其可由处于或接近用于打印其的光刻过程的最小设计规则的经精细分段特征构成。
72.此外，计量系统100可包含单个计量工具102或多个计量工具102。在2011年4月26日发布的第7,933,026号美国专利及2009年1月13日发布的第7,478,019号美国专利中大体上描述并入多个计量工具102的计量系统100，所述两个专利的全部内容以引用方式并入本文中。在1997年3月4日发布的第5,608,526号美国专利中大体上描述基于主要反射光学器件的聚焦光束椭偏测量，所述专利的全部内容以引用方式并入本文中。在1999年1月12日发布的第5,859,424号美国专利中大体上描述使用变迹器以缓解光学衍射的效应，从而引起照明光点扩散超出由几何光学器件界定的大小，所述专利的全部内容以引用方式并入本文中。由2002年8月6日发布的第6,429,943号美国专利大体上描述具有同时多入射角照明的高数值孔径工具的使用，所述专利的全部内容以引用方式并入本文中。
73.在系统100具有多个计量工具102的情况中，对应数据可(例如，使用多个检测器128)同时产生或使用一或多个检测器128依序产生。例如，计量工具102可包含任何类型的反射测量工具及任何类型的椭偏测量工具两者。因此，计量工具102可产生反射测量数据及椭偏测量数据两者以确定第一晶片206a与第二晶片206b之间的叠对。
74.另外，所关注参数的测量可涉及数个算法。例如，照明光束114与经接合晶片样本104上的计量目标的光学相互作用可(但不限于)使用电磁(em)解算器建模。此外，em解算器
可利用所属领域中已知的任何方法，包含(但不限于)严格耦合波分析(rcwa)、有限元素方法分析、矩量分析法、表面积分方法、体积积分方法或有限差分时域分析。另外，经收集数据可使用数据拟合及优化技术(包含(但不限于)链接库、快速降级模型、回归、机器学习算法(例如神经网络、支持向量机(svm))、降维算法(例如，主分量分析(pca)、独立分量分析(ica)、局部线性嵌入(lle)及其类似者)、数据的稀疏表示(例如，傅立叶(fourier)或小波变换、卡尔曼(kalman)滤波器、用于促进来自相同或不同工具类型的匹配的算法及其类似者))分析。例如，数据收集及/或拟合可为(但未必)通过由kla corporation提供的信号响应计量(srm)软件产品执行。
75.可使用几何引擎或在一些情况中过程建模引擎或两者的组合建模(参数化)计量目标。在2020年9月8日发布的第10,769,320号美国专利中大体上描述过程建模的使用，所述专利的全部内容以引用方式并入本文中。几何引擎实施于(例如)kla corporation的acushape软件产品中。在2017年8月22日发布的第9,739,702号美国专利中大体上描述对称目标设计在散射测量叠对计量中的使用，所述专利的全部内容以引用方式并入本文中。本文中应注意，由控制器执行的运算算法可(但未必)通过使用平行化、分布式运算、负载平衡、多服务支持、运算硬件的设计及实施或动态负载优化针对计量应用定制。此外，算法的各种实施方案可(但未必)由控制器(例如，通过固体、软件或场可编程门阵列(fpga)及其类似者)或与计量工具相关联的一或多个可编程光学元件执行。在题为“基于模型的计量及过程模型的整合使用(integrated use of model-based metrology and a process model)”且在2014年6月19日发表的第2014/0172394美国专利公开案号中描述过程建模的使用，所述案的全部内容以引用方式并入本文中。
76.在另一实施例中，通过计量工具102产生的原始数据通过不包含建模、优化及/或拟合(例如，相位特性化或其类似者)的算法分析，其在2017年8月22日发布的第9,739,702号美国专利、2017年2月28日发布的第9,581,430号美国专利及2020年3月17日发布的第10,591,406号美国专利中大体上描述，全部所述专利的全部内容以引用方式并入本文中。
77.计量工具102可进一步测量经接合晶片样本104的一或多个层的组合物，测量经接合晶片样本104上(或内)的特定缺陷及/或测量曝露到经接合晶片样本104的光刻辐射的量。在一些情况中，计量工具102及/或待应用到从计量工具102导出的数据的相关联测量算法可经配置用于测量非周期性目标。例如，在2018年3月13日发布的第9,915,522号美国专利及2016年3月22日发布的第9,291,554号美国专利中大体上描述计量中的电磁模拟，所述两个专利的全部内容以引用方式并入本文中。
78.图7包含根据本公开的一或多个实施例的依据测试叠对目标202上的已知叠对误差(例如，间距偏移)而变化的光谱椭偏测量(se)α及β值的曲线图702到708。特别来说，曲线图702到708说明在从1nm到16nm的范围内的间距偏移的seα及β值。
79.可使用所属领域中已知的任何技术确定第一晶片206a与第二晶片206b之间的叠对的测量。如图7中说明，针对各测量条件，光谱信号的强度通常随着叠对误差的增加而增加。在一个实施例中，基于经测量信号的强度确定叠对误差的量值。在图7中说明的特定实例中，系统100的灵敏度是近似5nm到10nm。在另一实施例中，使用基于模型的算法(例如(但不限于)用于提供经测量数据与叠对之间的关系的基于rcwa的算法)确定叠对的量值及/或方向。在另一实施例中，使用机器学习技术(例如(但不限于)用于提供经测量数据与叠对之
间的关系的神经网络技术)确定叠对的量值及/或方向。例如，可测量具有已知叠对测量的一系列样本以提供机器学习算法的训练数据。因此，在训练机器学习算法之后，机器学习算法可基于具有未知叠对的样本的测量而提供叠对的确定。
80.图8是说明根据本公开的一或多个实施例的在计量方法800中执行的步骤的流程图。申请者应注意，本文中在系统100的背景内容中先前描述的实施例及实现技术应解译为延伸到方法800。然而，应进一步注意，方法800不限于系统100的架构。
81.在一个实施例中，方法800包含使用来自一或多个照明源的照明以一或多个选定入射角照明样本上的计量目标的步骤802，其中样本由第一晶片及在接口处接合到第一晶片的第二晶片形成，且其中计量目标定位于接口处。
82.在另一实施例中，方法800包含响应于来自一或多个照明源的照明收集来自样本的光的步骤804，其中从样本收集的光包含来自计量目标的光及来自第一晶片的顶面的光，且其中将来自计量目标的光引导到检测器。例如，步骤804可包含将来自计量目标的光与来自样本的顶部的光隔离。在此方面，仅可捕获来自计量目标的光。通过另一实例，步骤804可包含将来自计量目标的光与来自样本的顶部的光对准。此外，可在算法上隔离来自计量目标的光。例如，可基于已知参数(例如(但不限于)照明光的波长、照明角、第一晶片的厚度、第一晶片的透射率或计量目标的设计)隔离来自计量目标的光。
83.在另一实施例中，方法800包含(例如，使用控制器106的处理器108)基于从检测器接收的数据产生与样本相关联的一或多个参数的估计的步骤806。例如，一或多个参数可包含(但不限于)经接合晶片样本104的两个晶片的叠对。在此实施例中，可基于反射测量及/或椭偏测量技术的任何组合确定叠对误差。此外，可(例如，使用rcwa技术或其类似者)基于样本中的光相互作用的建模确定叠对误差。在一些例子中，可基于其中来自具有已知偏移的目标的经测量信号用作训练数据的机器学习算法确定叠对误差。
84.所属领域的技术人员将认识到，为概念清楚，将本文中描述的组件、操作、装置、对象及伴随其的论述用作实例，且经审慎考虑各种配置修改。因此，如本文中所使用，所阐述的特定范例及所附论述希望表示其更一般类别。一般来说，使用任何特定范例希望表示其类别，且未包含特定组件、操作、装置及对象不应被视为限制性的。
85.如本文中所使用，例如“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”、“上”、“向上”、“下”、“下面”及“向下”的方向性术语希望为描述的目的而提供相对位置，且并不希望指定绝对参考系。所属领域的技术人员将明白对所描述实施例的各种修改，且本文中定义的一般原理可应用于其它实施例。
86.关于本文中所使用的基本上任何复数及/或单数术语，所属领域的技术人员可根据背景内容及/或应用来将复数转化成单数及/或将单数转化成复数。为清楚起见，本文中未明确阐述各种单数/复数排列。
87.本文中描述的标的物有时说明其它组件内含有或与其它组件连接的不同组件。应理解，此类所描绘的架构仅仅是示范性，且事实上可实施达成相同功能性的许多其它架构。在概念意义上，用以达成相同功能性的组件的任何布置有效“相关联”使得达成所要功能性。因此，在本文中组合以达成特定功能性的任何两个组件可被视为彼此“相关联”使得达成所要功能性而不考虑架构或中间组件。同样地，如此相关联的任何两个组件亦可被视为彼此“连接”或“耦合”以达成所要功能性，且能够如此相关联的任何两个组件也可被视为彼
此“可耦合”以达成所要功能性。可耦合的特定实例包含(但不限于)可物理配合及/或物理互动组件及/或可无线互动及/或无线互动组件及/或逻辑互动及/或可逻辑互动组件。
88.此外，应理解，本发明由所附权利要求书界定。所属领域的技术人员将理解，一般来说，本文中所使用的术语且尤其所附权利要求书(例如，所附权利要求书的主体)中所使用的术语一般希望为“开放式”术语(例如，术语“包含(including)”应解译为“包含但不限于”，术语“具有”应解译为“至少具有”，术语“包含(includes)”应解译为“包含但不限于”，及其类似者)。所属领域的技术人员应进一步了解，如果希望引入权利要求叙述的特定数目，那么此意图将被明确叙述于权利要求中，且如果缺乏此叙述，那么不存在此意图。例如，作为理解的辅助，以下所附权利要求书可含有使用引导性词组“至少一个”及“一或多个”来引入权利要求叙述。然而，此类词组的使用不应被解释为隐含：由不定冠词“一(a/an)”引入的权利要求叙述将含有此引入权利要求叙述的任何特定权利要求限制为仅含有此叙述的发明，即使相同权利要求包含引导性词组“一或多个”或“至少一个”及例如“一(a/an)”的不定冠词(例如，“一(a/an)”通常应被解译为意味着“至少一个”或“一或多个”)；上述内容对用于引入权利要求叙述的定冠词的使用同样适用。另外，即使明确叙述引入权利要求叙述的特定数目，但所属领域的技术人员也应意识到，此叙述通常应被解译为意味着至少所述叙述数目(例如，“两条叙述”的基本叙述(无其它修饰语)通常意味着至少两条叙述或两条或两条以上叙述)。此外，在其中使用类似于“a、b及c中的至少一者及其类似者”的惯用表述的所述例子中，此构造一般意指所属领域的技术人员将理解的惯用表述意义(例如，“具有a、b及c中的至少一者的系统”将包含(但不限于)仅具有a、仅具有b、仅具有c、同时具有a及b、同时具有a及c、同时具有b及c及/或同时具有a、b及c的系统等)。在其中使用类似于“a、b或c中的至少一者及其类似者”的惯用表述的所述例子中，此构造一般意指所属领域的技术人员将理解的惯用表述意义(例如，“具有a、b或c中的至少一者的系统”将包含(但不限于)仅具有a、仅具有b、仅具有c、同时具有a及b、同时具有a及c、同时具有b及c及/或同时具有a、b及c的系统等)。所属领域的技术人员应进一步了解，无论在具体实施方式、权利要求书或图式中，呈现两个或更多个替代项的实际上任何转折连词及/或词组通常应被理解为涵盖以下可能性：包含所述项中的一者、所述项中的任一者或两项。例如，词组“a或b”通常将被理解为包含“a”或“b”或“a及b”的可能性。
89.据信本公开及许多其伴随优点将通过前述描述理解，且将明白，可对组件的形式、构造及布置做出多种改变而不脱离所公开的标的物或不牺牲全部其材料优点。所描述的形式仅仅是解释性，且以下权利要求书的意图系涵盖且包含此类改变。此外，应理解，本发明由所附权利要求书界定。