TWI820371B - 用於微影裝置製造程序之檢測工具及度量衡方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種度量衡方法，其包含：對一基板執行一第一曝光以形成包括複數個第一目標單元之一第一圖案化層，每一第一目標單元包含一第一目標特徵；對該基板執行一第二曝光以形成包含上覆該等第一目標單元中之各別者之第二目標單元的一第二圖案化層，該等第二目標單元中之每一者具有一第二目標特徵，其中該等第二目標單元中之數者具有相對於一參考位置而定位於分別不同的偏移處之該第二目標特徵；使上覆於該等第一目標單元上之該等第二目標單元成像；及基於第二目標單元中之第二目標特徵之邊緣相對於下伏第一目標單元之該第一目標特徵之邊緣的位置來判定一邊緣置放誤差。

Description

用於微影裝置製造程序之檢測工具及度量衡方法
本發明係關於度量衡方法及目標，特定而言用於使用微影設備之裝置製造。
微影設備為將所要圖案塗佈至基板上(通常塗佈至基板之目標部分上)之機器。微影設備可用於例如積體電路(IC)之製造中。在彼情況下，圖案化裝置(其替代地稱為遮罩或倍縮光罩)可用於產生待形成於IC之個別層上的電路圖案。此圖案可轉印至基板(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如包括晶粒之部分、一個晶粒或多個晶粒)上。通常經由成像至設置於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上來進行圖案之轉印。一般而言，單個基板將含有連續圖案化之鄰近目標部分之網路。
大部分半導體裝置需要待形成且轉印至基板中之複數個圖案層。為了使裝置正常運行，通常對邊緣定位之可容許誤差(稱為邊緣置放誤差或EPE)存在限制。EPE可由於連續層之相對定位之誤差(稱為疊對)或由於特徵之尺寸(特定言之臨界尺寸或CD)之誤差而引起。隨著微影領域中持續不斷地需要減小可形成(縮小)之特徵之大小，對EPE之限制變得愈來愈嚴格。
疊對可由微影程序中之多種原因(例如基板在經投影影像中 之曝光及像差期間之定位的誤差)引起。疊對亦可在諸如蝕刻之程序步驟期間引起，該等程序步驟用於將圖案轉印至基板中。一些此類程序步驟在基板內產生引起基板之局部或整體變形的應力。在基板上形成諸如最近開發之記憶體類型及MEMS所需之三維結構亦可引起基板之顯著變形。CD變化亦可源自包括劑量或聚焦誤差之多種起因。
本發明旨在提供例如用於微影裝置製造程序之經改良度量衡方法。
根據實施例，提供一種檢測工具，其包含：一成像系統，其經組態以使形成於一基板上之一目標成像，該目標包含形成於一第一圖案化層中之複數個第一目標單元及上覆該等第一目標單元中之各別者之形成於一第二圖案化層中的複數個第二目標單元，每一第一目標單元包含一第一目標特徵，該等第二目標單元中之每一者具有一第二目標特徵，其中該等第二目標單元中之數者具有相對於一參考位置而定位於分別不同的偏移處之該第二目標特徵；及一影像分析系統，其經組態以基於第二目標單元中之第二目標特徵之邊緣相對於下伏第一目標單元之該第一目標特徵之邊緣的位置來判定一邊緣置放。
根據實施例，提供一種度量衡方法，其包含：對一基板執行一第一曝光以形成包括複數個第一目標單元之一第一圖案化層，每一第一目標單元包含一第一目標特徵；對該基板執行一第二曝光以形成包含上覆該等第一目標單元中之各別者之第二目標單元的一第二圖案化層，該等第二目標單元中之每一者具 有一第二目標特徵，其中該等第二目標單元中之數者具有相對於一參考位置而定位於分別不同的偏移處之該第二目標特徵；使上覆於該等第一目標單元上之該等第二目標單元成像；及基於第二目標單元中之第二目標特徵之邊緣相對於下伏第一目標單元之該第一目標特徵之邊緣的位置來判定一邊緣置放誤差。
100:微影設備
104:曝光
106:微影設備控制單元
108:塗佈設備
110:烘烤設備
112:顯影設備
122:蝕刻站
124:設備
126:處理設備
140:度量衡設備
146:回饋
166:控制訊號
C1:切口特徵
CD:臨界尺寸
CH:接觸孔
CH1:下部通道孔
CH2:上部通道孔
CT1:目標切口特徵
D:距離
DL1:線
DL2:線
DL3:線
DL2A:線
DL2B:線
L1:第一層
L2:第二層
MA:圖案化裝置
S1:步驟
S2:步驟
S3:步驟
S4:步驟
S5:步驟
S6:步驟
S7:步驟
TL:目標線特徵
TL1:目標線特徵
TL2:目標線特徵/中線
TL3:目標線特徵
TU1:目標單元
TU2:目標單元
TUn:目標單元
W:基板
現將參考隨附圖式藉助於實例來描述本發明之實施例，在該等圖式中：圖1描繪微影設備以及形成用於半導體裝置之生產設施的其他設備；圖2A至圖2C描繪形成切割線之程序中之步驟；圖3A至圖3F描繪裝置特徵及目標中之切口特徵之位置變化的影響；圖4A至圖4C描繪切口特徵之位置之相對移位的影響；圖5描繪在旋轉下相對偏置特徵之當量；圖6描繪實施例中之目標特徵之SEM影像的實例；圖7描繪包含不同偏置之子目標之複合目標的實例佈置；圖8A至圖8C描繪平面視圖及橫截面圖中接觸孔相對於線之位置之變化的影響；圖9A至圖9C描述豎直對準的通道孔之佈置及位置誤差之影響；及圖10描繪根據實施例之方法的流程圖。
電子裝置由形成於稱作基板之矽片上的電路構成。許多電路可一起形成於同一矽片上且稱作積體電路或IC。此等電路之大小已顯著地減小以使得該等電路中之更多電路可安裝於基板上。舉例而言，智慧型 電話中之IC晶片可與拇指甲一樣小且仍可包括超過20億個電晶體，每一電晶體之大小小於人類毛髮之大小的1/1000。
製造此等極小IC為通常涉及數百個個別步驟之複雜、耗時且昂貴之程序。即使一個步驟之錯誤皆有可能引起成品IC之缺陷，從而使得成品IC為無用的。因此，製造程序之一個目標為避免此類缺陷最大化程序中所製得之功能IC的數目，亦即改良程序之總體良率。
改良良率之一個組件為監測晶片製造程序，以確保其正生產足夠數目個功能積體電路。監測程序之一種方式為在晶片電路結構形成之各個階段處檢測該等晶片電路結構。檢測可使用掃描電子顯微鏡(SEM)、光學檢測系統等來進行。此類系統可用於使此等結構成像，實際上，用能夠使此等結構中之最小結構成像的SEM來拍攝晶圓之結構之「圖像」。影像可用於判定結構是否適當地形成於適當位置中。若結構係有缺陷的，則可調整程序，使得缺陷不大可能再現。
為了控制微影製造程序中之誤差，諸如不同層中之特徵之相對位置的誤差(稱為疊對)及特徵大小的誤差(稱為CD變化)，有必要在可施加校正之前(諸如藉由使用SEM、光學檢測系統等)量測誤差。直接量測由微影形成之裝置之特徵係有困難的。因此，特殊目標與裝置特徵在相同時間形成。目標經設計以更易於(例如用掃描電子顯微鏡)成像，且更易於以與裝置特徵相同的方式表現，例如若裝置特徵遭受疊對誤差，則目標將遭受相同誤差。然而，即使目標比裝置特徵更易於成像，但對彼等影像中之絕對距離進行精確量測係有困難的，尤其係在使用不同成像裝置時或在製造程序中之不同階段處量測特徵時。下文中尤其揭示的是目標之新方法及配置，該等方法及配置使得在無需對SEM影像進行直接量測之情況下能 夠待判定諸如疊對之誤差之絕對值。
在新目標之一實例中，每一目標具有多個目標子單元，該等目標子單元具有相同的兩個特徵，但在不同的目標子單元中，特徵中之一者相對於另一特徵而位於不同位置處。由於兩個特徵之相對位置之範圍，位置誤差將引起目標中之至少一者中之兩個特徵的邊緣之疊對。已知初始位置變化，可藉由識別兩個特徵之邊緣在哪一目標中疊對來判定位置誤差之大小。在其他實例中，可藉由比較不同子單元之影像來判定位置誤差，可能係在修剪、旋轉及/或反射一個影像之後。因此，不再需要對兩個特徵之位置進行直接量測且可達成誤差之大小之更精確判定。
在詳細地描述實施例之前，呈現可實施本文中所揭示之技術之實例環境係有指示性的。
圖1說明半導體生產設施之典型佈局。微影設備100將所要圖案塗佈至基板上。微影設備用於例如積體電路(IC)之製造中。在彼情況下，替代地稱為遮罩或倍縮光罩之圖案化裝置MA包含待形成於IC之個別層上之特徵(通常稱為「產品特徵」)的電路圖案。經由將圖案化裝置曝光104至設置於基板上之輻射敏感材料(抗蝕劑)層上之而將此圖案轉印至基板『W』(例如，矽晶圓)上之目標部分(例如，包含晶粒之部分、一個晶粒或多個晶粒)上。一般而言，單個基板將含有連續圖案化之鄰近目標部分之網路。
已知微影設備藉由照明圖案化裝置，同時同步地將基板之目標部分定位在圖案化裝置之影像位置處來輻照每一目標部分。基板之經輻照目標部分稱為「曝光場」或僅稱為「場」。基板上之場之佈局通常為根據笛卡爾(Cartesian)二維座標系統對準(例如，沿著X軸及Y軸對準，兩 條軸線彼此正交)之鄰近矩形或其他形狀之網路。
對微影設備之要求係將所要圖案精確地複製至基板上。所施加的產品特徵之位置及尺寸需要在一定容許度內。位置誤差可引起疊對誤差(通常稱為「疊對」)。疊對為相對於第二層內之第二產品特徵而將第一產品特徵置放於第一層內之誤差。微影設備藉由在圖案化之前將每一晶圓與參考件精確地對準來減小疊對誤差。藉由量測施加至基板之對準標記之位置來進行此操作。基於對準量測而在圖案化程序期間控制基板位置，以便防止超出容許度之疊對誤差的出現。對準標記通常創建為產品影像之部分，該產品影像形成量測疊對之參考件。替代地，可使用先前所形成之層的對準標記。
產品特徵之臨界尺寸(CD)之誤差可在與曝光104相關聯之所施加劑量不在規格內時出現。出於此原因，微影設備100必須能夠精確地控制施加至基板之輻射之劑量。CD誤差亦可在基板相對於與圖案影像相關聯之聚焦平面未正確地定位時出現。聚焦位置誤差通常與基板表面之非平坦度相關聯。微影設備藉由在圖案化之前使用位準感測器來量測基板表面構形來減小此等聚焦位置誤差。在後續圖案化期間施加基板高度校正以確保圖案化裝置正確成像(聚焦)至基板上。
為了驗證與微影程序相關聯之疊對及CD誤差，藉由度量衡設備140來檢測圖案化基板。度量衡設備之常見實例為散射計及掃描電子顯微鏡。散射計習知地量測專用度量衡目標之特性。除此等度量衡目標之尺寸通常較大以便允許準確量測之外，此等度量衡目標表示產品特徵。散射計藉由偵測與疊對度量衡目標相關聯之繞射圖案之不對稱性來量測疊對。藉由分析與CD度量衡目標相關聯之繞射圖案來量測臨界尺寸。CD度 量衡目標用於量測最近曝光層之結果。疊對目標用於量測先前層與最近層之位置之間的差。基於電子束(e-beam)之檢測工具(諸如掃描電子顯微鏡(SEM))通常可在量測小疊對及CD值時提供優良結果。
在半導體生產設施內，微影設備100及度量衡設備140形成「微影單元」或「微影叢集」之部分。微影叢集亦包含用於將感光抗蝕劑塗佈至基板W之塗佈設備108、烘烤設備110、用於將曝光圖案顯影成實體抗蝕劑圖案之顯影設備112、蝕刻站122、執行蝕刻後退火步驟之設備124及可能地其他處理設備126等。度量衡設備經組態以在顯影112之後或在進一步處理(例如蝕刻)之後檢測基板。微影單元內之各種設備由監督控制系統SCS控制，該監督控制系統SCS發出控制訊號166以經由微影設備控制單元LACU 106來控制微影設備以執行配方R。SCS允許操作不同設備，從而獲得最大產出率及產品良率。重要控制機制為度量衡設備140對各種設備(經由SCS)、尤其對微影設備100之回饋146。基於度量衡回饋之特性，判定校正動作以改良後續基板之處理品質。SCS可為可通信或可不通信之一個電腦或多個電腦。配方R可實施為一個配方或實施為多個非相依配方。舉例而言，用於諸如蝕刻之程序步驟之配方可全部獨立於該等配方以檢測程序步驟(例如蝕刻)之結果。舉例而言，用於個別步驟之兩個或更多個配方可為相關的，使得調整一個配方以考慮相同或不同基板上之另一配方之效能結果。
習知地藉由諸如描述於例如US2012008127A1中之進階程序控制(APC)之方法來控制及校正微影設備之效能。進階程序控制技術使用施加至基板之度量衡目標之量測。製造執行系統(MES)排程APC量測且將量測結果傳送至資料處理單元。資料處理單元將量測資料之特性轉化為 包含用於微影設備之指令之配方。此方法對抑制與微影設備相關聯之漂移現象極其有效。
將度量衡資料處理為由處理設備執行之校正動作對於半導體製造而言至關重要。除度量衡資料之外，亦可需要個別圖案化裝置、基板、處理設備之特性及其他背景資料以進一步使製造程序最佳化。其中可用度量衡及背景資料整體上用於使微影程序最佳化之框架通常稱為全方位微影解決方案(holistic lithography)之部分。舉例而言，與倍縮光罩上之CD誤差相關之背景資料可用於控制各種設備(微影設備、蝕刻站)，使得該等CD誤差將不會影響製造程序之良率。後續度量衡資料可接著用於驗證控制策略之有效性且可判定另外的校正動作。
為了限定程序窗，用現有工具中之一或多者來執行分開之CD及疊對量測且將其合併成邊緣置放誤差(EPE)預算。通常，一個度量衡步驟可在顯影(ADI)之後執行，而另一個度量衡步驟可在蝕刻步驟(AEI)之後執行，且校準兩個此類不同量測以獲得等效結果存在固有困難。
EPE對確保半導體裝置正常工作極其重要，例如其可影響後段程序模組中是否存在足夠的電接觸。此使EPE量測對確保程序窗容納足夠EPE預算及控制程序保留於窗內極有價值。
提議一種促進EPE判定(例如蝕刻之後)之目標設計。蝕刻之後的量測可為可取的，此係由於其較佳地表示最終圖案化結構。另外，蝕刻之後的量測見證蝕刻器及其他工具(諸如沈積及CMP)對最終圖案之貢獻。顯影之後(圖案轉印之前)的量測亦可為可取的，此係由於其可使得有缺陷的曝光能夠進行再加工而非報廢。
目標對應於所關注圖案，但圖案之部分具有位移偏移或偏 置。為了量測疊對，目標在與所關注圖案相同之兩個層中具有組件(特徵)，且每一層中之目標特徵與對應層中之裝置特徵相對應。裝置特徵亦可稱為產品特徵或圖案特徵。在一實施例中，目標之任一特徵或兩個特徵精確地對應於所關注裝置特徵。若將光學近接校正(OPC)特徵施加至裝置特徵，則其等亦期望施加至目標特徵。期望地，目標特徵具有與裝置特徵(例如密集型、半密集型或經隔離)相同的間距。期望地，目標特徵具有與裝置特徵相同的CD。特定而言，若裝置特徵為細長的(諸如線特徵)，則目標特徵不需要與裝置特徵一樣長，但期望目標特徵足夠長以表現得類似於裝置特徵。若裝置具有特徵之陣列，例如平行線或接觸孔之柵格，則目標不需要具有與裝置特徵之陣列相同的範圍，但期望具有陣列之至少兩個單元胞。
目標具有在本文中稱為目標單元之複數個部分。各種目標單元在兩個特徵之間提供不同的偏移範圍。此藉由在允許進行直接判定配方精確度之倍縮光罩位準上設計多個位移偏移來實現度量之自校準。期望地，目標之所有子單元均安裝於待用於量測目標之度量衡工具之視場內。舉例而言，目標可小於40μm×40μm。各種目標單元不需要藉由結構分界。舉例而言，若第一目標特徵包含細長線且第二目標特徵為切口特徵，則幾個目標單元可由沿著連續線集合定位之切口特徵形成。
現將參考圖2A至圖2C、圖3A至圖3F及圖4A至圖4C來描述線層及切割層中之量測邊緣置放誤差(EPE)之例示性目標。
裝置佈局展示於圖2A至圖2C中：圖2A展示線層中之三條線DL1至DL3，且圖2B展示形成於硬遮罩HM或微影堆疊(例如抗蝕劑、黏著層、BARC等)中之切口特徵C1。圖2C展示蝕刻之後的線層：將線DL2 分割成兩條線DL2A及DL2B。然而，在蝕刻檢測之後難以偵測CD-y及疊對-y之較小變化。CD-y意謂y方向上之臨界尺寸，且疊對-y意謂y方向上之疊對。此在圖3A至圖3C中說明，其中頂部部分展示顯影之後的情況，且底部部分展示蝕刻之後的情況。可見，在顯影後的檢測中可偵測到的切口特徵之位置的較小變化不會引起蝕刻後的檢測結果中之任何可偵測差異，此係由於切口特徵大於線。
根據實施例之目標單元展示於圖3D中，其中頂部部分展示顯影之後的情況，且底部部分展示蝕刻之後的情況。如可見，除切割層的原點在y方向上以線間距/2移位之外，目標單元對應於裝置特徵。此意謂目標切口特徵CT1與兩個目標線特徵TL1、TL2對稱地但不完全地疊對，使得每一目標線被半切割。目標切口特徵CT1之邊緣落入目標線特徵TL1、TL2內。此具有如下影響：在蝕刻之後，在目標佈局中可清楚地偵測到經切割CD-y。定位目標特徵以使得在處理之後可偵測到相關邊緣。
圖3E及圖3F分別展示+y及-y方向上之疊對誤差之影響，再次，頂部部分展示顯影之後的情況，且底部部分展示蝕刻之後的情況。疊對誤差之影響為增加目標線中之一者之半切割，而減少另一目標線之半切割。因此，僅藉由考慮目標在哪一方向上為非對稱的，即可在不需要量測目標之影像的情況下判定疊對誤差之方向(正的或負的)。此亦可在圖4A至圖4C中看到：左側展示平面視圖，且右側展示蝕刻切口特徵之後的情況之橫截面。在圖4A中，中線TL2被完全地切割，而在圖4B及圖4C中留下殘餘物，其中該殘餘物的位置取決於切口特徵偏移之方向。應瞭解，儘管實際的SEM影像(圖6中所展示之實例)與此處所呈現之理想化示意圖顯著地不同，但切口特徵之位置亦可容易地辨別。
為了判定位置誤差(諸如疊對、CD或邊緣置放誤差)之量值，可能會利用目標中之任何對稱性。就展示於圖5中之目標而言，旋轉180°之具有-A nm之疊對-y的目標之影像看起來與具有+A nm之疊對-y的目標之影像相同。在此實例中，相同影響可藉由反射影像中之一者來達成。因此，藉由向複數個目標提供不同偏置(第二目標特徵在遮罩位準處之位移)且檢查對稱對，可判定實際疊對之量值。舉例而言，若列印偏置±n nm(其中n=1、2、3等)之目標之陣列，且+1nm偏置之目標之旋轉的蝕刻後影像與偏置-3nm之目標之蝕刻後影像匹配，則存在+1nm之疊對。此係由於+1nm偏置目標中之第二特徵之實際位置為+2nm(偏置+實際疊對=1+1=2)，且-3nm偏置目標中之第二特徵之實際位置為-2nm(偏置+實際疊對=-3+1=-2)。視情況藉由考慮僅目標特徵之一個邊緣，可施加類似技術以判定CD或邊緣置放誤差(CD與疊對之組合)。在其他目標圖案中，不同對稱性操作或對稱性操作之組合可在比較目標單元之前使用。在某些情況下，可對僅目標單元之影像之部分進行影像轉換及比較程序。
上述方法不需要在由度量衡工具提供之影像中量測絕對距離，且因此可視為自校準。此方法亦可施加至非成像度量衡工具，諸如散射計。量測及解析度之所要範圍可藉由適當選擇目標之數目及偏置(例如±n*0.5nm、±n*1nm、±n*2nm)之變化大小來設定。
在包含線及切口特徵之目標的實例中，在每一目標單元中，切口特徵偏移距離D，其中D=±n*1nm，其中n=1、2、3等。期望地，n之值使得各方向上之偏移範圍與兩個目標特徵之臨近邊緣之標稱位置之間的距離相當(期望該偏移範圍與兩個裝置特徵之邊緣之標稱位置之 間的距離相對應)。換言之，｜Dmax｜
Figure 109144631-A0305-02-0014-1
｜圖案1邊緣-圖案2邊緣｜。特徵或邊緣之標稱位置為正確成像時之位置，且亦可稱為設計位置。
圖7展示目標單元TU1、TU2、...TUn之陣列之實例。每一目標單元可具有小於約5μm×5μm(例如2μm×2μm)之尺寸。9個或更多個目標單元之陣列可易於安裝於度量衡工具之視場內，從而使得疊對及/或CD能夠用單個量測來判定。目標單元之陣列可易於安裝於(適當時)切割道內或產品區域內。
儘管已說明具有在x方向上延伸之線以用於量測y方向上之CD及疊對的目標，但應瞭解，整個佈置可旋轉90°以量測x方向上之疊對及CD。複合目標可能包括兩個定向之目標單元。然而，在僅具有或主要具有在x或y上延伸之線的裝置層中，可足以量測僅一個方向上之疊對及CD。
目標單元之另一集合展示於圖8A至圖8C中，以供與將接觸線之接觸孔(通孔)之圖案一起使用。在各情況下，頂部部分為平面視圖且底部部分為對應的橫截面。在第一目標單元(圖8A)中，接觸孔CH與目標線特徵TL(在此實例中在y方向上延伸)之中心對準。在第二目標單元(圖8B)中，接觸孔特徵CH具有在-ve x方向上之預定偏移，且在第三目標單元(圖8C)中，接觸孔特徵CH具有在+ve x方向上之預定偏移。選擇第二目標單元及第三目標單元中之接觸孔之大小及偏移，使得在完全正確成像及圖案化(亦即處理窗內之疊對及CD良好)的情況下，第一目標單元中不可見下伏線之邊緣，但第二目標單元及第三目標單元中可見邊緣。若存在足夠量值之疊對誤差，使得接觸孔目標特徵相對於線特徵在+ve x方向上移位，則線特徵之邊緣將在第一目標單元之接觸孔中變得可見，且自第二 目標單元之接觸孔目標特徵中消失。相反，-x方向上之疊對誤差將使得線特徵之邊緣出現在第一目標單元中而不出現在第三目標單元中。足夠量值之-ve CD誤差使得邊緣出現在第一目標單元中，且在第二目標單元及第三目標單元中移動。+ve CD誤差將使得線特徵之邊緣自第二目標單元及第三目標單元兩者中消失。因此，可藉由考慮哪些目標單元邊緣為可見的來區分不同類型之誤差。提供具有不同偏移之額外目標單元可使得在更寬範圍及/或更高解析度下能夠偵測不同類型之誤差及不同量值之誤差。
在另一實施例中，列印偏置±n nm(其中n=1、2、3等)之目標之陣列。有利地，根據此類陣列，可在無需任何精確量測之情況下判定EPE。在一些情況下，EPE為第一目標之邊緣與第二目標之邊緣的位置的誤差。在說明此概念之一實例中，切割孔的目標為置放於金屬線上，其中切口之外部邊緣位於距金屬線邊緣3nm處。在一種情況下，金屬線過大1nm，且將切割孔置放於過於接近線邊緣1nm處。在此情況下，由於兩個誤差互相抵消，因此EPE為零。在另一情況下，金屬線過大1nm，且將切割孔置放於距離線邊緣過遠1nm處。在此情況下，由於兩個誤差疊加，因此EPE為2nm。在可在無需任何精確量測之情況下判定EPE之一實例中，列印具有如上文所描述之偏置之目標的陣列。在目標中之一者中，切口之邊緣與金屬(包括疊對誤差及CD誤差)之邊緣對準。此藉由檢測目標之陣列來判定，其中可看見切口更接近金屬線之邊緣，如圖3D(其中CT1之頂部邊緣在TL1中間)與圖3E之間可所見(其中CT1之頂部邊緣更接近TL1之頂部邊緣)。在此類目標之陣列中，CD1之頂部邊緣將更接近TL1之頂部邊緣，且在偏置中之一者處，兩個邊緣將對準。隨著目標之陣列繼續，CT1之頂部邊緣將超出TL1之頂部。基於CT1穿過TL1之目標之陣列中之 第一者，可僅藉由已知特定目標之偏置來判定EPE。
圖9A至圖9C說明塗佈至上部通道孔CH2(例如3D-NAND裝置中之記憶體通道孔)之圖案的實施例，該等上部通道孔置放於下部通道孔CH1上方，如圖9A中所展示。需要精確對準通道孔之兩個層以確保良好的電連接。圖9B為在具有良好對準的情況下在蝕刻之後的情況下包含通道孔特徵之陣列的目標單元之示意圖。圖9C展示錯誤對準實例中之對應視圖：僅下部接觸孔之邊緣之部分係可見的。與此類圖案一起使用之目標包含相對於下部層中之通道孔而處於多種偏移處的上部層中之複數個目標孔。偏移可包括x方向、y方向及/或x方向及y方向兩者上之偏移。
例示性方法描繪於圖10中，圖10為流程圖。在S1中曝光第一層L1，接著在S2中(例如藉由蝕刻)進行顯影及處理。在圖3D至圖3F及圖8A至圖8C之實例中，在此等步驟中形成線特徵。在圖9A至圖9C之實例中，形成下部通道孔。在S2中曝光第二層L2，接著在S4中(例如藉由蝕刻)進行顯影及處理。在圖3D至圖3F之實例中，在此等步驟中形成切口特徵。在圖8A至圖8C之實例中，在此等步驟中形成接觸孔特徵。在圖9A至圖9C之實例中，形成上部接觸孔。因此，第一層L1包括複數個目標單元之第一目標特徵，且第二層L2包括複數個目標單元之第二目標特徵。
接著在S5中例如使用掃描電子顯微鏡來量測目標單元。期望地，所有目標單元在由度量衡工具產生的單個影像中成像。基於量測結果，例如藉由偵測目標單元之影像中之邊緣之存在及/或位置或藉由考慮不同目標單元之經處理(例如修剪、旋轉及/或反射)影像及正常影像之對稱性來偵測及表徵任何邊緣置放誤差(EPE)。在偵測到超出預算之邊緣置放誤差之情況下，在S7中判定適當的程序校正，且將其反饋回到曝光及顯影 /程序步驟S1至S4。
因此，將看見本文中所揭示之技術可提供自校準目標，例如用於使用掃描電子顯微鏡或基於散射術偵測之度量衡工具來偵測邊緣置放誤差。此等自校準目標可提供經改良精確度且避免對參考工具之需求。
本文中所揭示之技術可使得多個EPE參數能夠在改良處理週期時間之一個度量衡步驟中擷取。
本文中所揭示之技術可降低對極高電壓SEM之需求，以便量測具有更少的破壞性。
本文中所揭示之技術可降低SEM程序之複雜度。
本文中所揭示之技術不需要如電壓對比法所需的可用於量測EPE的金屬，從而增加可撓性。
本文中所揭示之技術可用於控制環路及晶圓配置之一系列量測。
本文中所揭示之技術尤其可適用於：
˙前段製程(FEOL)、中間製程(MOL)及後段製程(BEOL)中之1D及2D圖案
˙BEOL中之區塊層
˙微影蝕刻-微影蝕刻(LELE)
儘管上文已描述特定技術，但應瞭解，可以與所描述之方式不同的其他方式來實踐本發明。
實施例可包括含有機器可讀指令之一或多個序列之電腦程式，該等機器可讀指令經組態以指示如圖1中所描繪之各種設備執行量測及最佳化步驟且控制如上文所描述之後續曝光程序。舉例而言，可在圖1 之控制單元LACU或監督控制系統SCS或兩者之組合內執行此電腦程式。亦可提供儲存有此類電腦程式之資料儲存媒體(例如半導體記憶體、磁碟或光碟)。
儘管上文已對光學微影進行特定參考，但應瞭解，本文中所揭示之技術可用於其他應用，例如壓印微影。在壓印微影中，圖案化裝置中之構形(topography)界定產生於基板上之圖案。可將圖案化裝置之構形壓入至被供應至基板之抗蝕劑層中，在基板上，抗蝕劑係藉由施加電磁輻射、熱、壓力或其組合而固化。在抗蝕劑固化之後將圖案化裝置移出抗蝕劑，從而在其中留下圖案。
本文中所使用之術語「輻射」及「光束」涵蓋全部類型之電磁輻射，包括紫外線(UV)輻射(例如具有為或約為365、355、248、193、157或126nm之波長)及極紫外線(EUV)輻射(例如具有在1至100nm之範圍內之波長)，以及粒子束，諸如離子束或電子束。可使用合適源在UV及EUV波長內進行散射計及其他檢測設備之實施，且本發明決不限於使用IR及可見光輻射之系統。
術語「透鏡」在內容背景允許的情況下可指各種類型之光學組件中之任一者或組合，包括折射、反射、磁性、電磁及靜電光學組件。反射組件很可能用於在UV及/或EUV範圍內操作之設備中。
如本文所用，除非另有特定陳述，否則術語「或」涵蓋所有可能組合，除非不可行。舉例而言，若陳述組件可包括A或B，則除非另外具體陳述或不可行，否則組件可包括A，或B，或A及B。作為第二實例，若陳述組件可包括A、B或C，則除非另外特定陳述或不可行，否則組件可包括A，或B，或C，或A及B，或A及C，或B及C，或A及B及C。
在以下編號條項中闡述本發明之態樣：
1.一種度量衡方法，其包含：對一基板執行一第一曝光以形成包括複數個第一目標單元之一第一圖案化層，每一第一目標單元包含一第一目標特徵；對該基板執行一第二曝光以形成包含上覆該等第一目標單元中之各別者之第二目標單元的一第二圖案化層，該等第二目標單元中之每一者具有一第二目標特徵，其中該等第二目標單元中之數者具有相對於一參考位置而定位於分別不同的偏移處之該第二目標特徵；使上覆於該等第一目標單元上之該等第二目標單元成像；及基於第二目標單元中之第二目標特徵之邊緣相對於下伏第一目標單元之該第一目標特徵之邊緣的位置來判定一邊緣置放誤差。
2.如條項1之方法，其中使用一掃描電子顯微鏡來執行該成像。
3.如條項1或2之方法，其中該等不同偏移在大於或等於該第一目標特徵之一邊緣之一標稱位置與該第二目標特徵之一邊緣之一標稱位置之間的一距離之一範圍內變化。
4.如前述條項中任一項之方法，其中該等第二目標單元包括至少一對第二目標單元，其中該等各別第二目標特徵具有相對偏移。
5.如前述條項中任一項之方法，其中該等第二目標單元中之該等第二目標特徵之該等偏移在一個方向上定向。
6.如條項1至4中任一項之方法，其中該等第二目標單元中之該等第二目標特徵之該等偏移包括在超過一個方向上定向之偏移。
7.如前述條項中任一項之方法，其中存在至少5個、至少7個或至少9個第一目標單元及第二目標單元。
8.如前述條項中任一項之方法，其中該成像獲得上覆於第一目標單元上之多個第二目標單元之一單個影像。
9.如前述條項中任一項之方法，其中該第一圖案化層包含複數個第一裝置特徵；該第二圖案化層包含複數個第二裝置特徵；該等第一目標特徵與該等第一裝置特徵相對應；且該等第二目標特徵與該等第二裝置特徵相對應。
10.如條項9之方法，其中該等第二目標特徵相對於該等第一目標特徵之位置與該等第二裝置特徵相對於該等第一裝置特徵之位置不同。
11.如前述條項中任一項之方法，其中該等第一及第二目標單元經組態以藉由偵測該等目標單元中之哪一者中存在特徵邊緣之一預定位置關係來判定一位置誤差之一量值。
12.如前述條項中任一項之方法，其中該等第一裝置特徵及該等第二裝置特徵分開地選自由以下組成之群：線、切口特徵、區塊特徵及孔。
13.如條項1至12中任一項之方法，其中該等第一裝置特徵及該等第二裝置特徵為一微影-蝕刻-微影-蝕刻圖案之連續曝光之特徵。
14.如前述條項中任一項之方法，其中該等第一目標單元及該等第二目標單元形成於一切割道中。
15.如前述條項中任一項之方法，其中在顯影該第二圖案化層之後執行該成像。
16.如前述條項中任一項之方法，其中在該第二圖案化層之一圖案轉印步驟之後執行該成像。
17.一種裝置製造方法，其包含：執行如前述條項中任一項之度量衡方法；至少部分地基於該邊緣置放誤差來判定一程序校正；及在施加該 程序校正時重複該第一曝光及第二曝光。
18.一種用於微影設備之遮罩集，其用以形成：一第一圖案化層，其包括複數個第一目標單元，每一第一目標單元包含一第一目標特徵；及一第二圖案化層，其包含上覆該等第一目標單元中之各別者之第二目標單元，該等第二目標單元中之每一者具有一第二目標特徵，其中該等第二目標單元中之數者具有相對於一參考位置而定位於分別不同的偏移處之該第二目標特徵。
19.如條項18之遮罩集，其中該等不同偏移在大於或等於該第一目標特徵之一邊緣之一標稱位置與該第二目標特徵之一邊緣之一標稱位置之間的一距離之一範圍內變化。
20.如條項18或19中任一項之遮罩集，其中該等第二目標單元包括至少一對第二目標單元，其中該等各別第二目標特徵具有相對偏移。
21.如條項18至19中任一項之遮罩集，其中上覆於第一目標單元上之多個第二目標單元定位成在一單個影像中捕獲。
22.如條項18至21中任一項之遮罩集，其中該第一圖案化層包含複數個第一裝置特徵；該第二圖案化層包含複數個第二裝置特徵；該等第一目標特徵與該等第一裝置特徵相對應；且該等第二目標特徵與該等第二裝置特徵相對應。
23.如條項22之遮罩集，其中該等第二目標特徵相對於該等第一目標特徵之位置與該等第二裝置特徵相對於該等第一裝置特徵之位置不同。
24.如條項18至23中任一項之遮罩集，其中該等第一裝置特徵及該等第二裝置特徵分開地選自由以下組成之群：線、切口特徵、區塊特徵及孔。
25.如條項18至23中任一項之遮罩集，其中該等第一裝置特徵及該等第二裝置特徵為一微影-蝕刻-微影-蝕刻圖案之連續曝光之特徵。
26.如條項18至25中任一項之遮罩集，其中該等第一目標單元及該等第二目標單元形成於一切割道中。
27.如條項18至26中任一項之遮罩集，其中該等第一目標單元及該等第二目標單元經組態以藉由偵測該等目標單元中之哪一者中存在特徵邊緣之一預定位置關係來判定一位置誤差之一量值。
28.一種具有一第一圖案化層之基板，其包括：複數個第一目標單元，每一第一目標單元包含一第一目標特徵；及一第二圖案化層，其包含上覆該等第一目標單元中之各別者之第二目標單元，該等第二目標單元中之每一者具有一第二目標特徵，其中該等第二目標單元中之數者具有相對於一參考位置而定位於分別不同的偏移處之該第二目標特徵。
29.如條項28之基板，其中該等第一目標單元及該等第二目標單元經組態以藉由偵測該等目標單元中之哪一者中存在特徵邊緣之一預定位置關係來判定一位置誤差之一量值。
30.一種包含程式碼之電腦程式，其意謂：在由一監督控制系統執行時，指示一或多個微影工具執行如條項1至17中任一項之方法。
31.一種檢測方法，其包含：使形成於一基板上之一目標成像，該目標包含形成於一第一圖案化層中之複數個第一目標單元及上覆該等第一目標單元中之各別者之形成於一第二圖案化層中的複數個第二目標單元，每一第一目標單元包含一第一目標特徵，該等第二目標單元中之每一者具有一第二目標特徵，其中該等第二目標單元中之數者具有相對於一參考位置而定位於分別不同的偏移處 之該第二目標特徵；及基於第二目標單元中之第二目標特徵之邊緣相對於下伏第一目標單元之該第一目標特徵之邊緣的位置來判定一邊緣置放誤差。
32.一種檢測工具，其包含：一成像系統，其經組態以使形成於一基板上之一目標成像，該目標包含形成於一第一圖案化層中之複數個第一目標單元及上覆該等第一目標單元中之各別者之形成於一第二圖案化層中的複數個第二目標單元，每一第一目標單元包含一第一目標特徵，該等第二目標單元中之每一者具有一第二目標特徵，其中該等第二目標單元中之數者具有相對於一參考位置而定位於分別不同的偏移處之該第二目標特徵；及一影像分析系統，其經組態以基於第二目標單元中之第二目標特徵之邊緣相對於下伏第一目標單元之該第一目標特徵之邊緣的位置來判定一邊緣置放。
33.如條項32之檢測工具，其中該影像分析系統經組態以藉由偵測該等目標單元中之哪一者中存在特徵邊緣之一預定位置關係來判定一位置誤差之一量值。
34.如條項32或33之檢測工具，其中該成像系統包含一掃描電子顯微鏡。
35.如條項32、33或34之檢測工具，其中該成像系統經組態以使一目標成像，其中該等不同偏移在大於或等於該第一目標特徵之一邊緣之一標稱位置與該第二目標特徵之一邊緣之一標稱位置之間的一距離之一範圍內變化。
36.如條項32至35中任一項之檢測工具，其中該成像系統經組態以 使一目標成像，其中該等第二目標單元包括至少一對第二目標單元，其中該等各別第二目標特徵具有相對偏移。
37.如條項32至36中任一項之檢測工具，其中該成像系統經組態以使一目標成像，其中該等第二目標單元中之該等第二目標特徵之該等偏移在一個方向上定位。
38.如條項32至37中任一項之檢測工具，其中該成像系統經組態以使一目標成像，其中該等第二目標單元中之該等第二目標特徵之該等偏移包括在超過一個方向上定向之偏移。
39.如條項32至38中任一項之檢測工具，其中該成像系統經組態以使一目標成像，其中存在至少5個、至少7個或至少9個第一目標單元及第二目標單元。
40.如條項32至39中任一項之檢測工具，其中該成像系統經組態以獲得上覆於第一目標單元上的多個第二目標單元之一單個影像。
41.如條項32至40中任一項之檢測工具，其中該成像系統經組態以使一目標成像，其中該第一圖案化層包含複數個第一裝置特徵；該第二圖案化層包含複數個第二裝置特徵；該等第一目標特徵與該等第一裝置特徵相對應；且該等第二目標特徵與該等第二裝置特徵相對應。
42.如條項41之檢測工具，其中該成像系統經組態以使一目標成像，其中該等第二目標特徵相對於該等第一目標特徵之位置與該等第二裝置特徵相對於該等第一裝置特徵之位置不同。
43.如條項32至42中任一項之檢測工具，其中該成像系統經組態以使一目標成像，其中該等第一裝置特徵及該等第二裝置特徵分開地選自由以下組成之群：線、切口特徵、區塊特徵及孔。
44.如條項32至42中任一項之檢測工具，其中該成像系統經組態以使一目標成像，其中該等第一裝置特徵及該等第二裝置特徵為一微影-蝕刻-微影-蝕刻圖案之連續曝光之特徵。
45.如條項32至44中任一項之檢測工具，其中該成像系統經組態以使形成於一切割道中之一目標成像。
46.如條項32至45中任一項之檢測工具，其中該成像系統經組態以在顯影該第二圖案化層之後執行該成像。
本文中所揭示之本技術之廣度及範疇不應受上文所描述之例示性實施例中之任一者限制，但應僅根據隨附申請專利範圍及其等效物限定。
TL1:目標線特徵
TL2:目標線特徵/中線
TL3:目標線特徵
W:基板

Claims (14)

  1. 一種用於微影裝置製造程序之檢測工具，其包含：一成像系統(imaging system)，其經組態以使形成於一基板上之一目標成像，該目標包含形成於一第一圖案化層中之複數個第一目標單元及上覆(overlying)該等第一目標單元中之各別者之形成於一第二圖案化層中的複數個第二目標單元，每一第一目標單元包含一第一目標特徵，該等第二目標單元中之每一者具有一第二目標特徵，其中該等第二目標單元中之數者具有相對於一參考位置而定位於分別不同的偏移處之該第二目標特徵；及一影像分析系統，其經組態以基於第二目標單元中之第二目標特徵之邊緣相對於下伏(underlying)之第一目標單元之該第一目標特徵之邊緣的位置來判定一邊緣置放(edge placement)，其中該影像分析系統經組態以藉由偵測該等目標單元中之哪一者中存在特徵邊緣之一預定位置關係來判定一位置誤差之一量值。
  2. 如請求項1之用於微影裝置製造程序之檢測工具，其中該成像系統包含一掃描電子顯微鏡。
  3. 如請求項1之用於微影裝置製造程序之檢測工具，其中該成像系統經組態以使一目標成像，其中該等不同偏移在大於或等於該第一目標特徵之一邊緣之一標稱位置與該第二目標特徵之一邊緣之一標稱位置之間的一距離之一範圍內變化。
  4. 如請求項1之用於微影裝置製造程序之檢測工具，其中該成像系統經組態以使一目標成像，其中該等第二目標單元包括該等各別第二目標特徵具有相對偏移的至少一對第二目標單元。
  5. 如請求項1之用於微影裝置製造程序之檢測工具，其中該成像系統經組態以使一目標成像，其中該等第二目標單元中之該等第二目標特徵之該等偏移在一個方向上定向。
  6. 如請求項1之用於微影裝置製造程序之檢測工具，其中該成像系統經組態以使一目標成像，其中該等第二目標單元中之該等第二目標特徵之該等偏移包括在超過一個方向上定向之偏移。
  7. 如請求項1之用於微影裝置製造程序之檢測工具，其中該成像系統經組態以使一目標成像，其中存在至少5個、至少7個或至少9個第一目標單元及第二目標單元。
  8. 如請求項1之用於微影裝置製造程序之檢測工具，其中該成像系統經組態以獲得上覆於第一目標單元上之多個第二目標單元之一單個影像。
  9. 如請求項1之用於微影裝置製造程序之檢測工具，其中該成像系統經組態以使一目標成像，其中該第一圖案化層包含複數個第一裝置特徵；該第二圖案化層包含複數個第二裝置特徵；該等第一目標特徵與該等第一裝 置特徵相對應；且該等第二目標特徵與該等第二裝置特徵相對應。
  10. 如請求項9之用於微影裝置製造程序之檢測工具，其中該成像系統經組態以使一目標成像，其中該等第二目標特徵相對於該等第一目標特徵之位置與該等第二裝置特徵相對於該等第一裝置特徵之位置不同。
  11. 如請求項9之用於微影裝置製造程序之檢測工具，其中該成像系統經組態以使一目標成像，其中該等第一裝置特徵及該等第二裝置特徵分開地選自由以下組成之群：線、切口特徵、區塊特徵及孔。
  12. 如請求項1之用於微影裝置製造程序之檢測工具，其中該成像系統經組態以使一目標成像，其中該等第一裝置特徵及該等第二裝置特徵為一微影-蝕刻-微影-蝕刻圖案之連續曝光之特徵。
  13. 如請求項1之用於微影裝置製造程序之檢測工具，其中該成像系統經組態以使形成於一切割道中之一目標成像。
  14. 一種度量衡(metrology)方法，其包含：對一基板執行一第一曝光以形成包括複數個第一目標單元之一第一圖案化層，每一第一目標單元包含一第一目標特徵；對該基板執行一第二曝光以形成包含上覆該等第一目標單元中之各別者之第二目標單元的一第二圖案化層，該等第二目標單元中之每一者具有一第二目標特徵，其中該等第二目標單元中之數者具有相對於一參考位 置而定位於分別不同的偏移處之該第二目標特徵；使上覆於該等第一目標單元上之該等第二目標單元成像；及基於第二目標單元中之第二目標特徵之邊緣相對於下伏之第一目標單元之該第一目標特徵之邊緣的位置來判定一邊緣置放誤差，其中該等第一目標單元和該等第二目標單元經組態以允許藉由偵測該等目標單元中之哪一者中存在特徵邊緣之一預定位置關係來判定一位置誤差之一量值。
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