CN101278237A - 用于同时决定叠对准确度及图案放置误差的结构与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用来自单一测量结构(200)取得叠对误差(overlay error)及PPE误差信息的技术。通过在单一测量结构(221，241)中的至少两个不同的器件层中形成一些周期性子结构(210，220，240，250)，而达到上述目的，其中是在这些两个不同的器件层中提供至少一个分段(200)及非分段(211，251)部分。

Description

用于同时决定叠对准确度及图案放置误差的结构与方法

技术领域

本发明是有关制造集成电路的领域，尤其有关一种于形成及图案化用于制造微结构特征部位(feature)的堆栈材料层时用来估计叠对准确度(overlay accuracy)及图案放置误差(Pattern Placement Error；简称PPE)的方法及结构。

背景技术

诸如集成电路等的微结构之制造需要在诸如硅衬底、绝缘层上覆硅(Silicon On Insulator；简称SOI)衬底、或其它适当的载体材料等的适当衬底之材料层中形成有精确控制的尺寸之一些微小区域。通过执行微影、蚀刻、离子注入、沉积、及氧化工艺等的工艺，在材料层中产生图案，而产生有精确控制的尺寸之这些微小区域，其中通常至少在图案产生工艺的某一阶段中，可在将要被处理的该材料层之上形成一掩模层(mask layer)，用以界定这些微小区域。一般而言，掩模层可包含由微影工艺产生图案的光刻胶层，或可利用该光刻胶层形成该掩模层。在该微影工艺期间，可将光刻胶旋转涂布到晶片表面上，然后经由诸如光罩(reticle)等的对应的微影掩模(lithography mask)而使该光刻胶选择性地曝光于紫外线辐射，因而将光罩的图案成像在该光刻胶层，以便在该光刻胶层中形成潜影(latent image)。在将该光刻胶显影之后，视该光刻胶的类型是正光刻胶或负光刻胶而定，去除被曝光的部分或未被曝光的部分，以便在该光刻胶层中形成所需的图案。

因为复杂的集成电路中之图案的尺寸不断地缩减，所以用来产生器件特征部位的图案之设备必须符合与所涉及的工艺的分辨率及叠对准确度有关的极严格之要求。在这一点上，分辨率被视为在预定的制造变化状况下用来指定印制最小尺寸的影像的一致性能力之基准。微影工艺代表了改善分辨率时的一个重要因素，在微影工艺中，系经由光学成像系统将光掩模(photomask)或光罩中包含的图案以光学方式转移到衬底。因此，作了许多努力以不断地改善微影系统的诸如数值孔径(numerical aperture)、聚焦深度(depth offocus)、以及所使用光源的波长等的光学特性。

在产生极小的特征尺寸(feature size)时，微影成像的品质是极端重要的。然而，至少同样重要的是可在衬底表面上将影像定位之准确度。通常系相继地在各材料层中产生图案，使各后续的材料层上的特征部位具有一相对的空间关系，而制造诸如集成电路等的微结构。必须将后续材料层中形成的每一图案在指定的重合公差之内对准前一产生图案的材料层中形成之对应的图案。系因诸如光刻胶厚度、烘烤温度、曝光剂量及时间、以及显影状况等的参数之不一致而产生的衬底上的光刻胶影像之变化，而造成了这些重合公差。此外，蚀刻工艺的不一致也可能导致被蚀刻的特征部位之变化。此外，以微影法将光掩模的影像转移到衬底上时，存在了使现有材料层的图案影像与前一形成的材料层中被蚀刻的或以其它方式界定的图案重叠之不确定性。诸如一组光罩内之瑕疵、不同曝光时间的温度差异、以及对准工具的有限重合能力等的数种因素影响了成像系统完美地使两层重叠之能力。因此，决定最后可得到的最小特征尺寸之首要准则是用来产生个别衬底层中之特征部位的分辨率、以及尤其是在微影工艺中由上述因素造成的总叠对误差(overlay error)。

因此，不断地监视特定材料层内之分辨率(亦即，可靠且可再现地产生也被称为关键尺寸(Critical Dimension；简称CD)之最小特征尺寸之能力)且不断地决定已相继形成的且必须相互对准的各材料层的图案之叠对准确度是必要的。

在叠对测量技术中，通常系以指定的工艺形成两个独立的结构(亦即，将要被印制的每一层中之一个结构)，并决定各对称中心间之位移。经常使用在每一层中以同心方式产生图案之所谓的对准测试标记(box-in-box mark)，其方式为测量于同心对准标记在测量程序期间用来将同心对准标记成像的电荷耦合器件(Charge Coupled Device；简称CCD)的各像素单元中之位移。然而，对于微结构的愈来愈小的特征尺寸而言，根据边缘寻找(edge finding)程序进行的对位移之侦测、以及对两叠对标记间之叠对误差之量化可能不再是适用的。因此，最近愈来愈常使用所谓的先进成像测量(Advanced Imaging Metrology；简称AIM)标记，以便增强叠对测量的可靠性。AIM标记呈现周期性结构，因而能够使用极先进的测量技术。因此，可通过使用周期性叠对标记，而得到更佳的叠对测量绩效。然而，在愈来愈小的特征尺寸之情形下，可观测到单一晶粒内的叠对特性间之差异、以及通常被设置在衬底的切割线(scribe line)中之叠对标记之颇为较大的结构，因而使自切割线中之目标取得的测量数据之可靠性较低。此种差异的一个理由在于：微影工具可能以与将通常被用来形成叠对标记的较大结构成像不同的一种方式将通常出现在晶粒内的诸如栅电极及浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation；简称STI)结构等的细微结构成像。此种不同叠对程度的与图案及尺寸相依之现象称之为图案放置误差(Pattern Placement Error；简称PPE)。因此，必须将图案放置误差量化，以便修正自切割线内的叠对标记得到的与构成晶粒内的实际微结构特征部位有关之叠对测量结果。如将于下文中参照图1a及1b而更详细说明的，可以所谓的同时AIM叠对标记便利地测量图案放置误差。

图1a示出可在指定的衬底部分(101)上形成的叠对测量结构(100)之俯视示意图，该叠对测量结构(100)通常可设置在载有多个在其内形成实际的功能性微结构特征部位的晶粒的任何适当的衬底之切割线内。可以AIM标记之形式提供叠对测量结构(100)，亦即，结构(100)可包含周期性结构，而该周期性结构可测量沿着至少两个独立方向的一叠对误差。在该例子中，结构(100)包含四个外周期性结构(101o)，其中两个外周期性结构(101o)的方向具有沿着x方向之线(line)与间隙(space)，而其余两个外周期性结构(101o)则具有大致沿着y方向的线与间隙。同样地，提供了四个内周期性结构(101i)，其中两个内周期性结构(101i)具有朝向x方向之线与间隙且系邻近各自定向的外周期性结构(101o)而设置。此外，其余两个内周期性结构(101i)的方向系沿着y方向，且都设置在邻近对应的外周期性结构(101o)。因而，系在不同的层中形成外结构(101o)及内结构(101i)，使合并的叠对测量结构(100)含有与分别包括周期性结构(101o)及(101i)的两层的沿着x方向及y方向之叠对准确度有关之信息。

可根据下文所述之流程而形成结构(100)，其中可假定可先在诸如容纳STI沟槽的层等的对应之器件层中形成外周期性结构(101o)。请注意，对材料层的各自顺序之选择是任意的，且可将形成结构(100)的原理相应地应用于涉及用来在一个或多个先前层的顶部上产生另外的材料层的图案的微影步骤之任何前端或后端工艺序列。可将根据外周期性结构(101o)的图案以微影方式成像到在所考虑的衬底之上且亦在衬底部分(101)之上形成的对应的光刻胶层。因此，在任何晶粒区(图中未示出)中，可以与外周期性结构(101o)同时界定诸如STI沟槽等的对应之图案。在将该光刻胶层显影之后，可执行其中包括各向异性蚀刻(anisotropic etch)技术、沉积技术、以及化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing；简称CMP)等的对应的已为大家认可之制造步骤序列，以便在晶粒及周期性结构(101o)中形成对应的图案。然后可执行工艺序列，以便在先前产生图案的层上形成诸如栅电极结构及多晶硅线等的微结构特征部位。因此，可执行多个已为大家接受的氧化及沉积工艺，例如，形成薄栅极绝缘层以及后续沉积栅电极材料等的工艺，然后执行用来产生该结构的图案之另一微影工艺，因而同时在衬底部分(101)中形成周期性内结构(101i)。如前文中指出的，可能无法根据相同的设计规则而形成内及外周期性结构(101i)、(101o)的个别线与间隙，但是可根据测量要求而产生这些线与间隙的图案，以便增强对内与外周期性结构(101i)、(101o)间之任何偏移的侦测。因此，内及外周期性结构(101i)、(101o)的间距可能比晶粒区内形成的实际器件特征部位之任何关键尺寸大许多。因此，可在适度高的精确度下估计叠对测量结构(100)本身沿着x及y方向的叠对准确度，但是可能无法精确地估计实际晶粒区内所形成的具有比叠对测量结构(100)中之尺寸小许多的关键尺寸的结构特征部位之叠对准确度。因此，除了叠对结构(100)之外，经常使用所谓的同时AIM叠对标记，其中周期性结构的至少某些特征部位包含根据晶粒区中之实际器件特征部位之各自设计规则而形成之“细微结构”。

于决定内及外周期性结构(101i)、(101o)所代表的两个不同层之叠对准确度时，将诸如用来取得光学数据的工具等的测量工具对准结构(100)，且自用来界定每一周期性结构(101i)、(101o)中之各自测量区的各自的工作区(110i)、(110o)取得数据。例如，可决定对应于内周期性结构(101i)的各自工作区(110i)内之线与间隙的位置，然后可将该位置与为对应的外周期性结构(101o)决定的线与间隙之对应的位置信息比较。可根据该信息，而得到与沿着x及y方向的叠对准确度有关之所需信息。

图1b示出除了叠对测量结构(100)之外可在衬底部分(101)中形成的同时AIM叠对测量结构(150)之示意图。同时叠对测量结构(150)可包含内周期性结构(151i)及外周期性结构(151o)，其中内及外周期性结构(151i)、(151o)中之一周期性结构亦包含细微结构，在所示例子中，系以外周期性结构(151o)中形成的细微结构(152)代表该细微结构。我们当了解，如前文所述，系在相同的材料层内(例如，在STI层中)形成内周期性结构(151i)以及外周期性结构(151o)。就同时叠对测量结构(150)的形成而论，可应用前文中参照结构(100)所述之相同准则，但不同之处在于将不同的微影掩模用来提供内及外周期性结构(151i)、(151o)中之一周期性结构中的细微结构(152)。此外，在设计上要将内与外周期性结构(151i)、(151o)间之偏移量设定为预定值(最好是零)，因而可决定与没有细微结构的周期性结构(151i)(亦即，没有分段的周期性结构(151i))有关的亦可称之为分段结构之细微结构(152)之任何移动。

如前文所述，由于图案放置误差，可侦测到形成之明显的叠对误差之对应的移位，可将该措施用来评估晶粒区内的图案放置误差之贡献，以便得到用来修正第1a图所示的叠对测量结构(100)所测量的两个不同器件层间之实际叠对误差之措施。因此，在测量复杂的微结构器件期间，必须提供诸如结构(100)及(150)等的至少两个叠对测量结构，其中在非常复杂的应用中，甚至为必须决定叠对准确度的每一层提供同时叠对测量结构(150)。因此，可提供三个叠对测量结构，亦即，提供一个用于叠对的叠对测量结构(亦即，结构(100))、以及用于两个不同的微影层的PPE特征化之叠对测量结构(亦即，结构(150))。图1c示出此种情况之示意图。此处，示出了三个叠对结构(100)、(150)、及(150)，其中系在不同的层中形成两个结构(150)中之每一结构。

由于对更高的生产力及更低的制造成本之愈来愈高的需求，所以也可能减少切割线的尺寸，因而显著地限制了切割线内之任何测量区的可用空间。

有鉴于此种情形，目前存在对用来决定叠对误差同时避免或至少减轻前文所述的一个或多个问题的影响之一种强化技术之需求。

发明内容

下文中提供了本发明的简化概要，以提供对本发明的某些态样的基本了解。该概要并不是本发明的彻底的概述。其目的并不是识别本发明的关键性或紧要的组件，也不是描述本发明的范围。其唯一目的只是以简化的形式提供某些观念，作为将于后文中提供的更详细的说明的前言。

一般而言本发明是有关一种可在形成诸如集成电路等的微结构特征部位期间评估定位误差的技术，其中与传统的技术比较时，可减少提供对应的测量结构所需的空间量，而于此同时，在某些实施例中，可增加单一测量事件期间取得的位置信息量。为达到此一目的，提供了一种堆栈式测量结构，该结构在单一测量周期中可被存取的预定测量部位内包含了一些周期性部分，可取得与层内定位误差及层间定位误差有关的信息。

根据本发明的一个实施例，叠对测量结构包含在衬底上形成的指定测量部位的第一器件层中形成的第一周期性结构，其中该第一周期性结构包含第一周期性子结构及第二周期性子结构。该第一及第二周期性子结构分别包含多个第一结构组件，某些该多个第一结构组件包含第一分段部分。此外，该叠对测量结构包含设置在该第一器件层之上的第二器件层中形成的第二周期性结构，其中该第二周期性结构包含第一周期性子结构及第二周期性子结构，该第二周期性子结构包含多个第二结构组件，某些该多个第二结构组件包含第二分段部分。此外，该第一及第二周期性结构在该指定测量部位中形成周期性堆栈式结构。

根据本发明的另一实施例，一种方法包含下列步骤：在可用来制造半导体器件的衬底的预定测量部位中形成堆栈式周期性测量结构，其中该堆栈式周期性结构包含在第一层中形成的第一分段部分及第一非分段部分、以及在第二层中形成的第二分段部分及第二非分段部分。该方法进一步包含下列步骤：自该第一与第二分段及非分段部分中的每一部分取得位置信息；以及决定在该预定测量部位之外的该衬底之上形成的结构特征部位的叠对准确度。

根据本发明的又一实施例，一种方法包含下列步骤：在可用来制造半导体器件的衬底的预定测量部位中形成堆栈式周期性测量结构。该堆栈式周期性结构包含在第一层中形成的第一分段部分及第一非分段部分，并包含在第二层中形成之第二分段部分及第二非分段部分。在用来形成该堆栈式周期性测量结构的曝光工艺期间，该第一或第二层的该分段及非分段部分中的一部分被定位在第一曝光场(exposurefield)中，且另一部分被定位在与该第一曝光场重叠的第二曝光场中。此外，该方法包含下列步骤：自该第一与第二分段及非分段部分中的每一部分取得位置信息；以及根据该位置信息而评估格状畸变(griddistortion)及叠对准确度中之一者。

附图说明

若参照前文中之说明，并配合各附图，将可了解本发明，在这些附图中，相同的代号识别类似的组件，这些附图有：

图1a示出先前技术的叠对结构之俯视示意图，该叠对结构包含一些非分段周期性子结构，且系在各自的器件层中形成每一非分段周期性子结构；

图1b示出其中包含在单一器件层中形成的分段及非分段子结构的先前技术的同时叠对测量结构之俯视示意图；

图1c示出其中包含用来决定PPE及对于两个不同器件层的叠对准确度的先前技术的测量结构的切割线之俯视示意图；

图2a示出根据一个实施例其中包含用来同时取得层内及层间位置信息的堆栈式结构中之分段及非分段子结构的测量结构之俯视示意图；

图2b示出类似于图2a所示的结构的单一测量结构之放大示意图；

图2c及2d示出沿着图2b的IIc-IIc及IId-IId线截取之横断面示意图；

图2e及2f示出根据进一步的实施例的测量器件的多功能测量结构及适当的工作区之俯视示意图；以及

图2g示出根据本发明进一步的实施例的测量结构之俯视示意图，其中系将该结构的至少一部分用来取得诸如根据横断面分析的位置信息以及与各相邻曝光场间之格状畸变有关的信息等额外的信息。虽然本发明易于作出各种修改及替代形式，但是这些图式中系以举例方式示出本发明的一些特定实施例，且已在本文中详细说明了这些特定实施例。然而，我们当了解，本说明书对这些特定实施例的说明之用意并非将本发明限制在所揭示的这些特定形式，相反地，本发明将涵盖最后的权利要求书所界定的本发明的精神及范围内之所有修改、等效物、及替代。

具体实施方式

下文中将说明本发明之实施例。为了顾及说明的清晰，本说明书中将不说明真实的实施例之所有特征。然而，我们当了解，于开发任何此类真实的实施例时，必须作出许多与实施例相关的决定，以便达到开发者的特定目标，例如符合与系统相关的及与业务相关的限制条件，而这些限制条件将随着不同的实施例而变。此外，我们当了解，此种开发工作可能是复杂且耗时的，但对已从本发明的揭示事项获益的对此项技术具有一般知识者而言，仍然将是一种例行的工作。

现在将参照各附图而说明本发明。只为了解说之用，而在这些图式中以示意图之方式示出各种结构、系统、及器件，以便不会以熟习此项技术者习知的细节模糊了本发明。然而，加入这些附图，以便描述并解说本发明之各例子。应将本说明书所用的字及词汇了解及诠释为具有与熟习相关技术者对这些字及词汇所了解的一致之意义。不会因持续地在本说明书中使用一术语或词汇，即意味着该术语或词汇有特殊的定义(亦即与熟习此项技术者所了解的一般及惯常的意义不同之定义)。如果想要使一术语或词汇有特殊的意义(亦即与熟习此项技术者所了解的意义不同之意义)，则会将在本说明书中以一种直接且毫不含糊地提供该术语或词汇的特殊定义之下定义之方式明确地述及该特殊的定义。

一般而言，本发明提供了一种具有较多功能的改良式测量结构。该改良式测量结构可以一种有时间效率之方式且在某些实施例中以一种大致同时之方式提供与叠对准确度、及(或)图案放置误差、及(或)格状畸变等的定位误差有关之信息。该改良式测量结构亦可耗用衬底上较少的空间。为达到此一目的，提供了一种用于测量结构的新结构，其中在将要针对定位误差而监视的每一器件层中形成至少两个周期性图案，其中得到了并未过度浪费珍贵的衬底空间之整体堆栈式结构，因而可在单一测量周期中自对应的测量结构取得与层内定位误差及层间定位误差有关的信息。因而，术语“堆栈式(stacked)”应被理解为与测量部位有关，亦即，在测量部位内，堆栈式结构可包含两个子结构被设置在彼此之上且两个子结构亦可相互有横向偏移之配置。可以下列方式实现该堆栈式结构：在每一层中，提供了以亦可被称为非分段结构组件之较大的结构组件形成之对应的结构部分，而系以呈现“细微结构”的结构组件构成同一层中之其它部分，因而这些结构组件也可被称为分段结构组件。

如前文所述，用来在两个或更多个接续的器件层中形成微结构特征部位之图案产生工艺与图案密度及特征尺寸等的因素显著地相依，因而当针对实际器件区内之特征部位的定位误差而评估该实际器件区之外的指定测量部位中之较大的结构组件时，于产生对应的测量结果时可能造成显著的差异。在传统的方法中，提供了用来决定每一单一器件层内之层内定位误差的一个或多个测量结构，因而耗用了相当多的衬底空间量，而与传统的方法不同，使用本发明的多功能测量结构时，可自每一单位面积取得显著增加的信息量。此外，可强化本说明书中述及的该测量程序，因而可大致同时取得增加的信息量。此外，根据本发明揭示的创新之测量结构配置，可使用该结构而通过横断面分析取得测量数据，且(或)决定诸如格状畸变等的其它与微影有关之定位误差，因而获致进一步的强化。现在将参照图2a至2e而更详细地说明本发明的进一步实施例。

图2a示出器件(290)之俯视示意图，该器件(290)可代表根据微机械及微电子工艺而形成的半导体器件、微机械器件、微光学器件、或以上各项之任何组合。器件(290)包含适当的衬底，该衬底的指定部分(201)可代表衬底位置，该衬底位置可用来在其中界定一些测量部位，用以在器件(290)的工艺期间提供取得信息之可能性。例如，该部分(201)可代表其中包含多个已形成了指定的微结构特征部位的晶粒区(图中未显示)的半导体器件之切割线。可在该部分(201)内界定测量部位(205)，其中测量部位(205)可能不以任何实体边界为边界，而是可在其中定位可在单一采样程序中由指定的测量程序使用之测量结构(200)，因而在功能上界定该测量部位(205)。例如，测量结构(200)的尺寸可大致界定测量部位(205)，又可选择测量结构(200)，而可由任何适当测量工具执行的单一对准程序所侦测并测量。例如，图1c所示之各测量结构(100)、(150)通常界定三个不同的测量部位，这是因为用来自每一测量结构取得数据的测量程序可能针对每一测量结构而需要至少一个对准程序及后续的数据撷取程序。

在一个实施例中，测量结构(200)可包含在第一器件层中形成的第一周期性结构(230)、以及在第二器件层中形成的第二周期性结构(260)。第一周期性结构(230)又可包含第一周期性子结构或部分(210)及第二周期性子结构或部分(220)。同样地，第二周期性结构(260)可包含第一周期性子结构或部分(240)及第二周期性子结构或部分(250)。可由多个结构组件(211)、(221)构成第一及第二子结构(210)、(220)，其中系以大致连续组件(亦即，非分段组件)的形式提供某些结构组件，而系以分段组件的形式提供其它的结构组件。在本说明书的上下文中，可将分段结构组件视为包含可由小于非分段组件的最小横向尺寸的横向尺寸界定之任何图案。

例如，在所示之实施例中，可以非分段组件之形式提供结构组件(211)，而可以在其中形成“线”与“间隙”的图案之分段组件之形式提供结构组件(221)，其中可以具有不同特性的对应的区域代表这些线与间隙，而这些不同的特性不必然包括术语线与间隙可能暗示的拓扑上之差异。为了方便，可在本说明书的全文中使用这些术语，然而，其用意并非在将本发明限制在线与间隙的刻板之意义。此外，术语“分段的”亦可包括每一分段部分内的任何类型之图案产生，其中图案产生意指涉及小于诸如组件(211)等的非分段组件横向尺寸的横向尺寸之任何类型的几何配置。因此，如同亦可能在器件(290)内之实际器件区中遇到的，分段组件(221)亦可包括被认为适于产生图案密度及特征尺寸之通孔及线段等。因此，在某些实施例中，可根据大致等于在其中形成周期性结构(230)的特定器件层的任何设计特征部位尺寸之横向尺寸而将分段电路组件(221)分段。同样地，可由结构组件(241)、(251)分别构成周期性子结构(240)、(250)，其中可以分段组件的形式提供某些结构组件，而系以非分段组件的形式提供其它的结构组件。关于“分段”的类型、以及任何横向尺寸，适用前文所述的相同准则。我们当了解，在某些实施例中，分段组件(241)可能与分段组件(221)不同之处在于：分段的类型及(或)分段的横向尺寸可能是不同的。在此种情形中，可根据对应层的设计规则细节而适当地改作每一类型的分段组件(221)、(241)，以便可更精确地取得诸如与每一个别层中之图案放置误差有关的信息等的层内位置信息。此外，在某些实施例中，子结构(210)、(220)、(240)、(250)可分别包含分段及非分段结构组件的组合。

此外，可根据设计及器件要求而变更每一子结构(210)、(220)、(240)、(250)中之结构组件的数目，其中可有利地在每一子结构中提供至少三个或更多个结构组件。此外，如某些实施例中所示，可定位其中包含第一周期性结构(230)的第一及第二子结构(210)、(220)，使得第二周期性结构(260)的第一周期性子结构(240)被横向配置在其间。在其它的实施例中，可以相互邻近之方式定位第一及第二子结构(210)、(220)，且同样地，可以相互邻近之方式定位第一及第二子结构(240)、(250)。测量结构(200)被设计成提供与至少一预定方向(在所示之实施例中，该预定方向可以是y方向)有关的层内位置信息及层间位置信息。在这一点上，可将层内位置信息视为第一与第二子结构(210)、(220)或其部分之相互之间的任何位移，而可将层间位置信息视为用来描述一个或多个之第一及第二子结构(210)、(220)或其部分与一个或多个之子结构(240)、(250)或其部分有关之相对位移之任何信息。例如，可将周期性子结构(210)与周期性子结构(250)之间之相对位移视为各自器件层间之叠对误差，而该叠对误差对应于前文中参照图1a所述的传统测量结构(100)中测量的叠对误差。层内位置信息的一个例子可以是例如以子结构(210)与(220)间之图案放置误差描述之相对位移，而该相对位移对应于以前文中参照图1b所述的同时叠对测量结构(150)取得的层内定位误差。此外，如图2a所示，可提供多个测量结构(200)，以便提供增强的测量准确度，且亦提供决定与例如x方向之至少一另外的预定方向有关的位置信息之可能性。

图2b示出根据本发明的另一实施例的测量结构(200)之一放大示意图。在某些实施例中，可以不同的方式选择分段组件(241)及(221)。图中示出多个例示的分段(242a)、(242b)、(242c)、(222a)、(222b)、(222c)，且除非在权利要求书中另有陈述，否则不应将这些例示的分段视为对本发明的限制。例如，可将分段(242a)、(242b)、(242c)中之一分段用于子结构(240)，并可将分段(222a)、(222b)、(222c)中之一分段用于子结构(220)。如前文所述，亦可在子结构(210)及(250)中之一者或两者中提供诸如具有一个或多个分段(222a)、(222b)、(222c)、(242a)、(242b)、(242c)的组件(221)或(241)等的分段结构组件。我们又当了解，可以任何适当的方式选择结构组件(211)、(241)、(221)、(251)的尺寸及形状，只要得到预定的周期性(亦即，沿着一预定方向的多个结构组件之大致相同的重复)即可。亦即，个别结构组件(211)、(241)、(221)、(251)的尺寸及形状可以是长方形的(如图所示)、正方形的、T形的、以及L形的等的形状，其中可选择整体尺寸，以便最好是以诸如显微镜技术等的光学侦测技术取得所需的位置信息。另一方面，可根据实际器件特征部位的设计规则而选择组件(241)、(221)的分段或细微结构，以便提供与图案密度及(或)特征尺寸对叠对准确度的影响有关之有意义的信息。在将于下文中说明的某些实施例中，可由某些结构组件(241)或(251)至少部分地“覆写”下层之某些结构组件，诸如图2b所示的组件(211)或(221)，因而当将被覆写的部分准备为横断面样本时，可诸如以电子显微镜技术或x光显微镜技术等的技术利用横断面分析法进行精确的分析。

图2c示出根据图2a所示之断面IIc的图2b中之测量结构(200)之横断面示意图。在衬底部分(201)之上形成第一器件层(202)，且该第一器件层(202)可包含第一周期性结构(230)，亦即，在第一器件层(202)代表基于硅的集成电路的浅沟槽隔离(STI)层之情形下，第一器件层(202)可包含诸如形式为以二氧化硅及氮化硅等的特定材料填满沟槽之结构组件(211)及(221)。在其它的例子中，第一器件层(202)可代表金属层，其中结构组件(211)及(221)可代表被金属填满的线或其它区域。在第一器件层(202)之上形成第二器件层(203)，该第二器件层(203)可包含第二周期性结构(260)，亦即，结构组件(241)及(251)。在前一STI层的例子中，可诸如以在栅电极材料层之上形成的光刻胶图案以及其中包含多晶硅的产生图案之层堆栈等构成这些结构组件(241)、(251)。例如，在复杂的集成电路中，关键尺寸(亦即，在容纳栅电极的STI层中之尺寸)可以是50奈米(nm)或更小，因而使叠对准确度因较高的图案放置误差而显著地取决于特征尺寸。结果，在复杂的应用中，结构组件(241)及(或)(221)可包含涉及大致等于各自器件层(202)、(203)中遇到的关键尺寸的尺寸之分段(图2c的横断面图中并未示出)。

图2d示出根据图2a所示断面IId之横断面示意图。在该例子中，个别结构组件(221)及(241)中之每一结构组件可分别包含三个“次组件”(221s)及(241s)，这些“次组件”(221s)、(241s)可代表子结构(220)及(240)(图2a)中使用的对应之分段。

可根据用来制造诸如集成电路的电路组件等的实际微结构特征部位之已为大家接受的工艺技术而形成测量结构(200)。在该已为大家接受的流程期间，提供其中包含例如图2a所示的测量结构(200)或多个测量结构(200)的对应的图案之相应设计之光掩模，以便将该结构(200)或具有经适当选择的不同方向的该结构(200)的任意数目之组合设置在预定的衬底部分(201)。亦即，在第一制造序列期间，可诸如使用微影、蚀刻技术、沉积技术、离子注入技术、以及平坦化技术等的技术形成第一器件层(202)，然后可形成第二器件层(203)，其中将执行微影步骤，因而将微结构特征部位、以及测量结构(200)特征部位(亦即，第二周期性结构(260)(图2a))对准第一周期性结构(230)。然后可使器件(290)接受将于下文中参照图2e而更详细说明之测量程序。

图2e示出于用来自测量结构(200)取得位置信息的测量程序期间的器件(290)之俯视示意图。与根据诸如显微镜等的对应的测量器件的工作区之测量程序类似，如果使用了如同先前技术的典型情形的只可提供两个工作区之测量器件，则可界定第一或内工作区(270)、以及第二或外工作区(280)。于设计测量结构(200)时，可考虑到该测量器件的能力，以便可有效地抑制内及外工作区(270)、(280)在测量期间的重叠，并可放置这些对应的工作区，以便只自这些各自的两个周期性子结构取得位置信息。在相应地调整该测量器件且(或)适当地设计个别子结构(210)、(240)、(220)、(250)的情形下，通常可将该第一及第二工作区(270)、(280)相继共同放置在这些各自的两个周期性子结构上，以便因而取得用来指示这些对应的子结构的相对定位之位置信息。

因此，可循序地执行下列的测量：(1)子结构(210)之上的工作区(270)、及子结构(240)之上的工作区(280)，因而得到第一器件层(202)的例如PPE的层内位置信息；(2)子结构(240)之上的工作区(270)、及子结构(250)之上的工作区(280)，因而得到第二器件层(203)的例如PPE的层内位置信息；(3)子结构(210)之上的工作区(270)、及子结构(250)之上的工作区(280)，因而得到层间位置信息，亦即各非分段子结构间之叠对信息；(4)子结构(240)之上的工作区(270)、及子结构(220)之上的工作区(280)，因而得到层间位置信息，亦即与各分段子结构有关的叠对信息；(5)子结构(210)之上的工作区(270)、及子结构(240)之上的工作区(280)，因而得到类型为非分段子结构与分段子结构间之层间位置信息；以及(6)子结构(220)之上的工作区(270)、及子结构(250)之上的工作区(280)，因而得到类型为分段子结构与非分段子结构间之层间位置信息。

因此，可以结构(200)取得层内及层间位置信息，其中根据工艺策略，可将所取得的所有信息用于评估器件(290)的叠对准确度，或可只取得及(或)评估部分的信息，因而减少测量时间。

根据进一步的实施例，可调整该测量程序，以便强化数据撷取。为达到此一目的，如针对图2e中之其中一个结构(200)而举例示出的，可将工作区(270)、(280)分别分成两个各自的次区(标示为工作区(270)的次区(270a)、(270b)、以及工作区(280)的次区(280a)、(280b)。在该实施例中，可同时自子结构(210)、(220)、(240)、(250)取得测量数据。在此种情形中，可将用来自工作区(270a)、(270b)、(280a)、(280b)的对应的影像内容提取及计算定位误差之各对应的测量算法平行地或相互独立地应用于所有可能的组合、或任何所需的组合。因此，与前文所述之情形类似，可同时取得多达六个独立的测量数据：(1)工作次区(270a)及(270b)，因而得到第一器件层(202)的层内信息；(2)工作次区(280a)及(280b)，因而得到第二器件层(203)的层内信息；(3)工作次区(270a)及(280a)，因而得到类型为非分段子结构与分段子结构间之叠对误差信息；(4)工作次区(270b)及(280b)，因而得到类型为分段子结构与非分段子结构间之叠对误差信息；(5)工作次区(270a)及(280b)，因而得到类型为非分段子结构与非分段子结构间之叠对误差信息；以及(6)工作次区(280a)及(270b)，因而得到类型为分段子结构与分段子结构间之叠对误差信息。

根据要求，可取得对应的测量数据，并可以任何方式评估并合并对应的测量数据，以便评估叠对准确度。因此，与图1c所示之传统技术相比时，可自测量结构(200)取得更多的信息量，这是因为传统技术只可在每一测量事件中取得第一及第二器件层的层内信息，以及类型为非分段子结构与非分段子结构间之层内误差信息。此外，根据测量结构(200)的尺寸，与传统的技术相比时，可自器件(290)之小许多之占用面积取得较多的信息量。我们当了解，可适当地选择个别的结构组件(211)、(241)、(221)、及(251)之尺寸，以便可各自地界定工作区(270)及(280)，且若有需要，可界定对应的次区，因而可得到对应于第1c图所示之结构(100)、(150)中之单一结构的稍微大的整体区域，且仍然实现所占用面积的显著减少。在其它的实施例中，可将与结构(100)、(150)中之一个结构的尺寸类似之尺寸用于图2a或图2e所示之四个结构(200)。

图2f以示意图标出根据进一步的实施例之结构(200)，其中系以并列组态而没有交插之方式配置第一及第二周期性结构(230)及(260)。各自的工作区(270)及(280)被相应地分成适当的次区(270a)、(270b)以及(280a)、(280b)。

图2g以示意图标出根据本发明之进一步的实施例之结构(200)，其中可得到结构(200)的强化之功能。在一个实施例中，可将结构(200)设计成：在第三器件层中形成这些周期性子结构中之至少一个周期性子结构。例如，在所示之例子中，可以如前文所述之方式在例如层(202)的第一器件层中形成子结构(210)及(220)，可以如前文所述之方式在例如层(203)的第二器件层中形成子结构(240)，且可在可位于该第一及第二器件层之下或之上或之间的第三器件层中形成现在被称为子结构(250a)之子结构(250)。因此，使用涉及工作次区(亦即，次区(270a)、(270b)、(280a)、(280b))的测量技术时，可自测量结构(200)同时取得下列的测量数据：(1)工作次区(270a)及(270b)，因而得到第一层的层内位置信息；(2)工作次区(280a)及(280b)，因而得到第二及第三层的叠对信息；(3)工作次区(270a)及(280a)，因而得到类型为非分段子结构与分段子结构间之第一及第二层的叠对信息；(4)工作次区(270b)及(280b)，因而得到类型为分段子结构与非分段子结构间之第一及第三层的叠对信息；(5)工作次区(270a)及(280b)，因而得到类型为非分段子结构与非分段子结构间之第一及第三层的叠对信息；以及(6)工作次区(270b)及(280a)，因而得到类型为分段子结构与分段子结构间之第二及第一层的叠对信息。

因此，得到了强化的功能，该功能可容许观测与强化的“量程(span)”有关的叠对准确度，但只需要显著减少的占用面积，且在使用同时测量技术之情形下，将具有显著减少的测量时间。我们当了解，还有与将一个或多个子结构放置在第三器件层有关的其它组合。

在进一步的实施例中，可将测量结构(200)设置在衬底部分(201)内，使同一器件层中形成的两个部分或子结构被设置在邻近图2e所示的曝光场(206)及(207)之重叠的曝光场。亦即，可在曝光场(206)中形成在单一器件层中形成的子结构(210)、(220)，其中譬如结构(220)的其中一个结构也系被定位在曝光场(207)内。在其它的实施例(图中未示出)中，可将测量结构(200)设计成使曝光场(206)及(207)的叠对区域被设置在例如结构(240)与(220)之间，因而确保：只在曝光场(206)内形成子结构(210)，且只由曝光场(207)形成在同一层内形成之子结构(220)。无论是哪一种情形，都可取得诸如与格状畸变等的有关之珍贵信息，其中可同时取得该信息，这是因为使用了前文中参照图2e所述的根据分割次区之测量技术。

在又进一步的实施例中，可将测量结构(200)设计成使例如子结构(250a)之其中一个子结构代表测量结构(200)的叠对区，亦即，特定的子结构(图中未示出)可额外地形成于第一层中，且可后续由第二层的对应的子结构“覆写”，因而形成了该叠对区(250a)。在此种情况，可以前文所述的方式取得相同的信息量，且额外地将位置信息“保存”在叠对区(250a)，而在后续的阶段中，可诸如使用电子显微镜技术及x光显微镜技术等的技术而以横断面分析法取得该位置信息。为达到此目的，可例如以聚焦离子束(Focused Ion Beam；简称FIB)技术在叠对区(250a)中准备对应的断面样本。在此种方式下，可因所涉及测量技术的高分辨率而取得具有增强准确度的信息，因而提供了可用来量表化(scaling)或正规化(normalizing)光学技术所接收的测量数据的“校准”或“参考”数据之可能性。例如，并不使用诸如图2g所示的非分段叠对部分，而是可以例如在第二层中形成的子结构(240)的对应的分段子结构覆写子结构(220)，因而提供了与根据关键尺寸的叠对准确度有关之强化信息，且然后可将该强化信息用来相应地校准及评估以非破坏性(non-destructive)技术取得的测量数据。

因此，本发明提供了一种用较短的测量时间及(或)较小的微结构器件的切割线区域中的必要占用面积之强化技术来取得有效的信息，其中测量结构包含在不同的器件层中形成之一些周期性部分，且这些周期性部分的形成方式可在单一测量部位中自该测量结构取得层内信息以及层间信息。此外，在某些实施例中，可调整测量程序，以便可同时取得层内信息及层间信息，因而大幅强化该测量程序，且同时可强化测量数据的解译准确度。此外，实现了比传统叠对及PPE结构更强的测量结构功能，这是因为可连同叠对及PPE数据而取得诸如横断面分析测量数据及格状畸变量据等额外的数据。

前文所揭示的这些特定实施例只是供举例，这是因为熟习此项技术者在参阅本发明的揭示事项之后，可易于以不同但等效之方式修改并实施本发明。例如，可按照不同的顺序执行前文所述的工艺步骤。此外，除了下文的权利要求书所述者之外，不得将本发明限制在本说明书所示的结构或设计之细节。因此，显然可改变或修改前文所揭示的这些特定实施例，且将把所有此类的变化视为在本发明的范围及精神内。因此，本发明所寻求的保护系述于下文的权利要求书。

Claims (17)

1、一种叠对测量结构，包含：

在衬底上形成的指定测量部位的第一器件层中形成的第一周期性结构(230)，该第一周期性结构(230)包含第一周期性子结构(210)及第二周期性子结构(220)，该第一周期性结构(230)中的该第一及第二周期性子结构每个都包含多个第一结构组件(211，221)，某些第一结构组件包含第一分段部分；以及

在设置在该第一器件层之上的第二器件层中形成的第二周期性结构(260)，该第二周期性结构包含第一周期性子结构(240)及第二周期性子结构(250)，该第二周期性结构(260)中的该第一及第二子结构每个都包含多个第二结构组件(241，251)，某些第二结构组件包含第二分段部分，该第一及第二周期性结构(230，260)在该指定测量部位中形成周期性堆栈式结构。

2、如权利要求1所述的叠对测量结构，其中该第一及第二周期性结构(230，260)间的相互方向被设定，以便提供与沿着至少一个预定方向的相对位移有关的位置信息。

3、如权利要求2所述的叠对测量结构，其中该第一周期性结构(230)的该第一及第二周期性子结构(211，221)间的相互方向被设定，以便提供与沿着该至少一个预定方向的相对位移有关的位置信息。

4、如权利要求3所述的叠对测量结构，其中该第二周期性结构(260)的该第一及第二周期性子结构(241，251)间的相互方向被设定，以便提供与沿着该至少一个预定方向的相对位移有关的位置信息。

5、如权利要求3或4所述的叠对测量结构，其中该第一周期性结构(230)的该第一周期性子结构(210)设置在邻近该第二周期性结构(260)的该第一周期性子结构(241)处。

6、如权利要求1所述的叠对测量结构，其中该第一周期性结构(230)的该第一周期性子结构(210)的这些第一结构组件中的每一第一结构组件包含该第一分段部分。

7、如权利要求6所述的叠对测量结构，其中该第一周期性结构(230)的该第二周期性子结构(220)的这些第一结构组件中的每一第一结构组件是非分段的。

8、如权利要求6所述的叠对测量结构，其中该第二周期性结构(260)的该第一周期性子结构(240)的这些第二结构组件中的每一第二结构组件包含该第二分段部分。

9、如权利要求8所述的叠对测量结构，其中该第二周期性结构(260)的该第二周期性子结构(250)的这些第二结构组件中之每一第二结构组件是非分段的。

10、如权利要求1所述的叠对测量结构，进一步包含叠对区，在该叠对区中，该第一周期性结构(230)及该第二周期性结构(260)的部分相互重叠。

11、如权利要求1所述的叠对测量结构，进一步包含在第三器件层中形成的第三周期性结构，该第三器件层设置在该衬底之上，而与该第一及第二器件层形成层堆栈，该第三周期性结构包含多个第三结构组件，且该第三周期性结构的方向被设定，以便提供沿着至少一个预定方向且与该第一及第二周期性结构相关的相对位移有关的位置信息。

12、一种方法，包含下列步骤：

在可用来制造半导体器件的衬底的预定测量部位中形成堆栈式周期性测量结构，该堆栈式周期性结构包含在第一层中形成的第一分段部分及第一非分段部分、以及在第二层中形成的第二分段部分及第二非分段部分；

自该第一与第二分段及非分段部分中的每一部分取得位置信息；以及

根据该所取得的位置信息而决定在该预定测量部位之外的该衬底之上形成的结构特征部位的叠对准确度。

13、如权利要求12所述的方法，其中自该第一与第二分段及非分段部分中的每一部分取得位置信息的该步骤包含下列步骤：以指定工作区将该第一与第二分段及非分段部分采样，以便自一些各自的工作区内分别取得一些各自组的测量数据。

14、如权利要求13所述的方法，其中决定该叠对准确度的该步骤包含下列步骤：评估自该第一分段部分取得的测量数据以及自该第一非分段部分取得的测量数据，以便决定该第一层中的图案放置误差。

15、如权利要求13所述的方法，其中决定该叠对准确度的该步骤包含下列步骤：评估自该第二分段部分取得的测量数据以及自该第二非分段部分取得的测量数据，以便决定该第二层中的图案放置误差。

16、如权利要求13所述的方法，其中决定该叠对准确度的该步骤包含下列步骤：评估自该第一分段及非分段部分中的至少一个取得的测量数据以及自该第二分段及非分段部分中的至少一个取得的测量数据，以便决定该第一层与该第二层间的叠对误差。

17、如权利要求12所述的方法，其中形成该堆栈式周期性结构的该步骤包含下列步骤：在该测量部位中形成叠对区，该第一分段及非分段部分中的至少一个在该叠对区中与该第二分段及非分段部分中的至少一个叠对。

Images