CN104412359B - 使用不对称嵌入式成像目标的聚焦监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于监测掩模聚焦的方法，其包含测量包含亚分辨率辅助特征的目标特征中的轮廓不对称性及基于轮廓与对应掩模的聚焦之间的已知相关导出聚焦响应。计算机系统可在光刻工艺中基于此类所导出的信息调整掩模聚焦以符合所要制造工艺。
Description
优先权
本发明根据35U.S.C.§119(e)主张2012年6月6日申请的第61/656,330号美国临申请案的权益，所述申请案以引用方式并入本文中。
技术领域
本发明一般来说涉及半导体晶片制造且更特定来说，涉及在光刻工艺期间维持聚焦。
背景技术
制造半导体装置(例如，逻辑及存储器装置)通常包含使用大量半导体制造工艺处理衬底(例如，半导体晶片)以形成半导体装置的各种特征及多个层级。举例来说，光刻为涉及将图案从比例掩模转印到布置在半导体晶片上的抗蚀剂的半导体制造工艺。半导体制造工艺的额外实例包含(但不限于)光学机械抛光(CMP)、蚀刻、沉积及离子植入。可按某一布置在单个半导体晶片上制造多个半导体装置且接着将所述多个半导体装置分成个别半导体装置。
在半导体制造工艺期间的各种步骤下使用度量横工艺来监测及控制一或多个半导体层工艺。举例来说，在光刻期间，维持比例掩模与抗蚀剂之间的锐聚焦是至关重要的。在光刻目标对聚焦特别敏感的情况下，亚分辨率辅助特征(SRAF)尤其有用。亚分辨率辅助特征(SRAF)为经设计以通过额外相长干涉或相消干涉改善工艺容限并增强隔离特征的分辨率的非常小的掩模特征，但不希望印制在所得晶片上。现有光刻技术需要使用某种形式的CD度量横数据及数据分离进行的剂量及聚焦的反卷积来确定聚焦响应。
虽然亚分辨率辅助特征可用于在光刻期间辅助聚焦，但现有亚分辨率辅助特征并不提供用于维持聚焦的可靠机制。因此，将为有利的是，存在一种适于在光刻工艺中监测掩模的聚焦的设备。
发明内容
因此，本发明涉及一种用于在光刻工艺中监测掩模的聚焦的新颖方法及设备。
在至少一个实施例中，一种光刻掩模包含亚分辨率辅助特征以产生轮廓或图像布局或两者的不对称性。不对称性增强或恶化图像对数斜率。可经由聚焦改变更改轮廓不对称性，且可在处理期间测量此类改变。
在另一实施例中，一种计算机系统在光刻工艺中监测一或多个目标特征的轮廓不对称性。使用轮廓不对称性的改变来导出聚焦的改变且借此在处理期间不断监测聚焦。
在另一实施例中，一种用于监测掩模聚焦的方法包含测量目标特征中的轮廓不对称性及基于轮廓与对应掩模的聚焦之间的已知相关导出聚焦。可基于此类所导出的信息调整掩模聚焦以符合所要的制造工艺。
应理解，前述一般描述及以下详细描述两者仅为示范性及解释性的且并不限制所主张的发明。并入说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例且连同一般描述一起用于解释原理。
附图说明
所属领域的技术人员可通过参看附图更好地理解本发明的众多优点，其中：
图1展示可用于实施本发明的至少一个实施例的计算机系统的框图；
图2展示根据本发明的至少一个实施例的包含用于产生不对称轮廓的亚分辨率辅助特征的掩模元件的表示；
图3展示通过光刻掩模中的亚分辨率辅助特征产生的不对称轮廓的表示；
图4展示根据本发明的另一实施例的包含用于按双重对应设计产生不对称轮廓的亚分辨率辅助特征的掩模元件的表示；以及
图5展示用于利用亚分辨率辅助特征来在光刻工艺期间监测及维持聚焦的方法的流程图。
具体实施方式
现将详细参考在附图中说明的所揭示的标的物。本发明的范围仅通过权利要求书来限制；涵盖众多替代物、修改及等效物。出于清晰的目的，未详细描述技术领域中已知的与所述实施例相关的技术性材料以避免不必要地混淆所述描述。
参看图1，展示可用于实施本发明的至少一个实施例的计算机系统的框图。所述计算机系统可包含：处理器100；存储器102，其连接到处理器100；及测量装置106，其经配置以测量轮廓不对称性且连接到处理器100。在光刻工艺中，使用具有多个主要特征及至少一个亚分辨率辅助特征的光刻掩模108来在半导体晶片110上生成元件。
在光刻工艺期间，处理器100通过测量装置106接收第一投影轮廓并通过测量装置106接收第二投影轮廓。第一投影轮廓与第二投影轮廓是不对称的，使得可测量轮廓不对称性以指示用于光刻工艺中的扫描仪的聚焦。
此外，测量装置106可测量参考叠对标记使得处理器100可确定叠对误差。基于所述叠对误差，处理器100可确定图像布局误差。不同于叠对误差，图像布局误差是聚焦的函数。一旦计算出图像布局误差，处理器100便可使用所述图像布局误差确定聚焦误差。
轮廓不对称性及图像布局误差为关于同一目标的两个单独聚焦响应。处理器100可组合轮廓不对称性与图像布局误差两者以确定聚焦响应。基于所述聚焦响应，处理器100可更改扫描仪聚焦以产生所要的光刻图像。本发明的实施例不需要剂量或聚焦的反卷积。此外，使用本发明的实施例，不需要CD度量横测量；剂量相对独立于聚焦改变；且可从同一测量获得聚焦及叠对数据。
参看图2，展示根据本发明的至少一个实施例的包含用于产生不对称轮廓的亚分辨率辅助特征的掩模元件的表示。掩模可包含希望在半导体晶片上生成元件的主要特征200、202、204、208。所述掩模还可包含一或多个亚分辨率辅助特征206、210。亚分辨率辅助特征206、210产生或更改相长或相消干涉以更改通过主要特征200、202、204、208产生的对应元件的形状或大小，且此类更改可依据掩模的聚焦而变化。举例来说，与第三主要特征204相关联的第一亚分辨率辅助特征206可更改在光刻处理期间被照明的半导体的面积的大小。此外，此类更改可变化，使得所述面积的大小随着掩模的聚焦变化而增大。
亚分辨率辅助特征206、210可通过对扫描仪的聚焦改变来相比于没有对应亚分辨率辅助特征206、210的特征增强或恶化图像对数斜率及改变所投影特征的轮廓不对称性。轮廓不对称性可用于聚焦监测且可通过所属领域中已知的手段来测量。
所得目标可含有嵌入式不对称性且聚焦灵敏度可通过亚分辨率辅助特征206、210的性质(例如，此类亚分辨率辅助特征206、210的数目或大小)来控制。并且，亚分辨率辅助特征206、210与对应主要特征204、208之间的距离可用于控制聚焦灵敏度。
亚分辨率辅助特征206、210的设计取决于光刻工艺。度量横工具可根据所属领域中已知的手段测量亚分辨率辅助特征206、210。
参看图3，展示通过光刻掩模中的亚分辨率辅助特征产生的不对称轮廓的表示。轮廓300、302表示通过具有主要特征及亚分辨率辅助特征的掩模产生的所投影图像的横截面。无辅助轮廓300可通过主要特征来产生。无辅助轮廓300在第一焦距304与第二焦距306处可实质上相同。
受辅助轮廓302可通过主要特征及对应亚分辨率辅助特征来产生。受辅助轮廓302可依据距投影掩模的距离而变化，使得受辅助特征302在第一焦距304下的所投影图像的大小小于在第二焦距306下的所投影图像的大小。
无辅助轮廓300与受辅助轮廓302是不对称的。在光刻成像期间，可通过比较对应于无辅助轮廓300的图像与对应于受辅助轮廓302的图像来监测扫描仪的聚焦。替代地，可通过所属领域中已知的手段测量无辅助轮廓300与受辅助轮廓302之间的轮廓不对称性。此外，可使用叠对技术测量亚分辨率辅助特征的布局误差。
参看图4，展示根据本发明的另一实施例的包含用于按双重对应设计产生不对称轮廓的亚分辨率辅助特征的掩模元件的表示。掩模可包含具有希望在半导体晶片上生成元件的第一设计主要特征400、402、404、408的第一设计。所述第一设计还可包含一或多个第一设计亚分辨率辅助特征406、410。第一设计亚分辨率辅助特征406、410产生或更改相长或相消干涉以更改通过第一设计主要特征400、402、404、408产生的对应元件的形状或大小，且此类更改可依据掩模的聚焦而变化。举例来说，与第一设计的第三主要特征404相关联的第一设计的第一亚分辨率辅助特征406可更改在光刻处理期间被照明的半导体的面积的大小。此外，此类更改可变化，使得所述面积的大小随着掩模的聚焦变化而增大。
所述掩模还可包含具有第二设计主要特征412、414及一或多个第二设计亚分辨率辅助特征416的第二设计。第二设计主要特征412、414可包括希望彼此相长或相消干涉以产生所投影图像的多个元件。与第二设计的第二主要特征414相关联的第二设计的第二亚分辨率辅助特征416可更改光刻处理期间被照明的半导体的面积的大小。
亚分辨率辅助特征406、410、416可通过对扫描仪的聚焦改变来相比于没有对应亚分辨率辅助特征406、410、416的特征增强或恶化图像对数斜率及改变所投影特征的轮廓不对称性。轮廓不对称性可用于聚焦监测且可通过所属领域中已知的手段来测量。
所得目标可含有嵌入式不对称性且聚焦灵敏度可通过亚分辨率辅助特征406、410、416的性质(例如，此类亚分辨率辅助特征406、410、416的数目或大小)来控制。并且，亚分辨率辅助特征406、410、416与对应主要特征404、408、414之间的距离可用于控制聚焦灵敏度。
亚分辨率辅助特征406、410、416的设计取决于光刻工艺。度量横工具可根据所属领域中已知的手段测量亚分辨率辅助特征406、410、416。
在包含一个以上对应设计的实施例中，可通过个别不对称性结果来测量聚焦。举例来说，第二设计可报告一个聚焦结果且第一设计可报告另一个聚焦结果。有差异结果也可用于测量聚焦。
参看图5，展示用于利用亚分辨率辅助特征来在光刻工艺期间监测及维持聚焦的方法的流程图。在光刻工艺期间，可通过掩模将具有第一投影轮廓的第一图像投影500在半导体上。还可通过掩模将具有第二投影轮廓的第二图像投影502在半导体上。第一投影轮廓与第二投影轮廓是不对称的，使得可测量504轮廓不对称性以指示用于光刻工艺中的扫描仪的聚焦。
此外，用于光刻工艺中的测量工具可测量506参考叠对标记以确定508叠对误差。基于叠对误差，可计算510图像布局误差。不同于叠对误差，图像布局误差为聚焦的函数。一旦计算出图像布局误差，便可使用所述图像布局误差确定512聚焦误差。
轮廓不对称性及图像布局误差为关于同一目标的两个单独聚焦响应。可使用轮廓不对称性及图像布局误差两者或其中的任一者，但轮廓不对称性是优选的，这是因为轮廓不对称性为奇异解。可组合轮廓不对称性及图像布局误差两者以确定514聚焦响应。基于聚焦响应，可更改516扫描仪聚焦以产生所要光刻图像。本发明的实施例并不需要剂量或聚焦的反卷积。此外，使用本发明的实施例，并不需要CD度量横测量；剂量相对独立于聚焦改变；且可从同一测量获得聚焦及叠对数据。
利用本发明的实施例，可在晶片基础上进行通常在工具基础上进行的聚焦偏差或变差的检测，从而允许实时反馈及借此允许对工艺控制及产量的改善。本发明的实施例还可利用在聚焦方面具有减少的工艺窗的工艺，借此允许以更积极的光刻工艺生产芯片，从而有可能避免包含先进扫描仪、掩模及抗蚀剂的其它分辨率增强技术中的高成本。
据信，将通过本发明的实施例的前述描述来理解本发明及其许多伴随优点，且将显而易见的是，可在本发明的形式、构造及组件布置方面做出各种改变而不脱离本发明的范围及精神或牺牲本发明的所有实质优点。本文中之前描述的形式仅为本发明的解释性实施例，且希望所附权利要求书涵盖并包含此类改变。
Claims (20)
1.一种用于在光刻期间监测聚焦的设备，其包括：
处理器；
存储器，其连接到所述处理器；以及
计算机可执行程序代码，其经配置以在所述处理器上执行，
其中：
所述计算机可执行程序代码经配置以：
接收对应于第一掩模元件的第一图像轮廓及对应于包括第一亚分辨率辅助特征的第二掩模元件的第二图像轮廓，所述第一图像轮廓与所述第二图像轮廓是不对称的；
接收对应于第三掩模元件的第三图像轮廓及对应于包括第二亚分辨率辅助特征的第四掩模元件的第四图像轮廓；
基于所述第一图像轮廓及所述第二图像轮廓测量由所述第一亚分辨率辅助特征导致的第一轮廓不对称性；
基于所述第三图像轮廓及所述第四图像轮廓测量由所述第二亚分辨率辅助特征导致的第二轮廓不对称性；以及
基于所述第一轮廓不对称性确定第一聚焦响应且基于所述第二轮廓不对称性确定第二聚焦响应。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述计算机可执行程序代码经进一步配置以更改扫描仪聚焦。
3.根据权利要求1所述的设备，其中所述计算机可执行程序代码经进一步配置以：
测量参考叠对标记；
确定叠对误差；
计算图像布局误差；以及
确定聚焦误差。
4.根据权利要求3所述的设备，其中所述计算机可执行程序代码经进一步配置以组合所述第一轮廓不对称性与所述图像布局误差。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述计算机可执行程序代码经进一步配置以更改扫描仪聚焦。
6.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述第一掩模元件及所述第二掩模元件对应于第一掩模设计；且
所述第三掩模元件及所述第四掩模元件对应于第二掩模设计。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述第一聚焦响应及所述第二聚焦响应对应于不同聚焦函数。
8.根据权利要求6所述的设备，其中所述计算机可执行程序代码经进一步配置以基于所述第二聚焦响应更改扫描仪聚焦。
9.一种用于在光刻期间监测聚焦的方法，其包括：
接收对应于第一掩模元件的第一图像轮廓及对应于包括第一亚分辨率辅助特征的第二掩模元件的第二图像轮廓，所述第一图像轮廓与所述第二图像轮廓是不对称的；
基于所述第一图像轮廓及所述第二图像轮廓测量由所述第一亚分辨率辅助特征导致的第一轮廓不对称性；
基于所述第一轮廓不对称性确定第一聚焦响应；
接收对应于第三掩模元件的第三图像轮廓及对应于包括第二亚分辨率辅助特征的第四掩模元件的第四图像轮廓；
基于所述第三图像轮廓及所述第四图像轮廓测量第二轮廓不对称性；以及
基于所述第二轮廓不对称性确定第二聚焦响应。
10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括更改扫描仪聚焦。
11.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：
测量参考叠对标记；
确定叠对误差；
计算图像布局误差；以及
确定聚焦误差。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括组合所述轮廓不对称性与所述图像布局误差。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括更改扫描仪聚焦。
14.根据权利要求9所述的方法，
其中：
所述第一掩模元件及所述第二掩模元件对应于第一掩模设计；且
所述第三掩模元件及所述第四掩模元件对应于第二掩模设计。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一聚焦响应及所述第二聚焦响应对应于不同聚焦函数。
16.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括基于所述第二聚焦响应更改扫描仪聚焦。
17.根据权利要求14所述的方法，其进一步包括基于所述第一聚焦响应及所述第二聚焦响应中的至少一者确定聚焦函数。
18.一种光刻掩模，其包括：
第一主要特征，其经配置以将具有第一轮廓的图像投影到半导体上；
第二主要特征，其经配置以将具有第二轮廓的图像投影到所述半导体上，所述第二轮廓包括第一亚分辨率辅助特征，其使所述第一轮廓及所述第二轮廓在光刻工艺中的扫描仪的聚焦处不对称；
第三主要特征，其经配置以将具有第三轮廓的图像投影到半导体上；以及
第四主要特征，其经配置以将具有第四轮廓的图像投影到所述半导体上，所述第四轮廓包括第二亚分辨率辅助特征，其使所述第三轮廓及所述第四轮廓不对称。
19.根据权利要求18所述的光刻掩模，
其中：
所述第一主要特征及所述第二主要特征对应于第一掩模设计；
所述第一轮廓与第二轮廓不对称性对应于第一聚焦响应；
所述第三主要特征及所述第四主要特征对应于第二掩模设计；且
所述第三轮廓与第四轮廓不对称性为光刻工艺中的扫描仪的聚焦的函数。
20.根据权利要求19所述的光刻掩模，其中所述第一轮廓与第二轮廓不对称性聚焦函数与所述第三轮廓与第四轮廓不对称性聚焦函数是不同的。
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