CN109634054A - 校正半导体光刻的光掩模的临界尺寸均匀性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及校正半导体光刻的光掩模(2)的临界尺寸均匀性(CDU)的方法，包括以下步骤：‑确定转换系数作为校准参数，‑通过写入像素场(5)校正所述光掩模(2)，‑验证因此校正的光掩模(2)，其特征在于，转换系数用于验证校正的光掩模(2)，所述转换系数从测量的像素场(5)的散射函数获得。

Description

校正半导体光刻的光掩模的临界尺寸均匀性的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求德国专利申请DE 10 2017 123 114.5的优先权，其内容全部并入本文中。

技术领域

本发明涉及校正半导体光刻的光掩模的临界尺寸均匀性(CDU)的方法。

背景技术

电部件由多个结构化层构成，单独且连续地创造该多个结构化层直至完成该部件。在所谓的掩模作为模板的各种情况下，由光刻将每一层转印到半导体基板(所谓的晶片)上。总体上，掩模包括透明载体材料(例如石英玻璃)和非透明材料(通常称为吸收体)。将该吸收体结构化，使得在将掩模成像时在晶片上产生明暗区域。晶片上的感光层(所谓的抗蚀剂)与入射光反应，因此根据掩模模板将该抗蚀剂结构化。因此，期望的结构最终出现在晶片上。

在掩模上结构化吸收体时的普遍问题包含根据尺寸规范精确产生结构。通常，真实掩模在例如根据规定应该是常数的线宽中具有一定的变化。在此，所谓的CDU(临界尺寸均匀性)是线宽变化的量度。该量度明确确定了掩模的质量。因为晶片上线宽的均匀性对功能化电部件的高良率起决定性作用，所以如果掩模的CDU超过某一量度，则掩模计数为不可用的并且因此计数为拒绝。在此使事情更困难的是，因为扫描仪中的光刻方法，由掩模在晶片上产生的线宽变化以一因子(所谓的掩模误差增强因子(MEEF))高于掩模上吸收体的线宽变化。

尽管蚀刻方法可以用于在空间紧密定界的区域内将掩模上的结构修改到一定程度，但是会经常出现较大区域的修改的问题。因此，根据现有技术，所谓的CDC(临界尺寸控制)工具用于这样的修改。通过使用飞秒激光器的CDC工具来写入局部散射中心(所谓的像素)或具有像素的全部区域(即在掩模的材料结构的改变)。通常，应该创造出提供有直径为若干毫米或厘米的范围的像素的区域。因为将像素写入到石英玻璃中且因此在吸收体上游的光学路径中发现该像素，在曝光过程期间入射光在这些像素处散射，因此一些光不再到达掩模的吸收体。因此，通过改变像素密度影响了到达吸收体的光的强度。在曝光过程期间，由此触发的强度变化继而引起晶片上的线宽改变。如果现在根据掩模的已知CDU使用该技术来调制吸收体曝光所用的强度，则可以补偿掩模的线变化以在扫描仪中成像。换言之，通过写入像素，在晶片上创造的图像上校正掩模上物理偏离的线宽。但是，在该过程中掩模上的吸收体没有进行物理修改，而是所有改变的是在扫描仪中曝光晶片时对其的成像。

通常，在掩模的制造过程期间测量CDU。这尤其借助于掩模度量装置来实现，即模拟扫描仪的最重要的光学性质且因此固有地捕获一些有助于前述MEEF的效应的光学设备。这些设备的示例包含晶片级别临界尺寸测量装置(缩写为WLCD)以及空间像测量系统(缩写为AIMS^TM)，其首次以专用方式用于测量CDU。然而，WLCD和扫描仪之间的某一技术差异导致了由CDC所引入的像素在两台设备中具有不同光学效应。为了能够考虑WLCD测量中的这些差异，基于晶片数据的校准是必要的。然而，获得晶片数据需要大量费用和时间，这就是为什么以不同方方式进行该校正是有利的。

发明内容

本发明的目的是指定有效方法来校准在WLCD和扫描仪之间的像素的光学效应中的差异。

该目的是由具有独立权利要求1的特征的装置来实现。从属权利要求关于本发明的有利发展和变型。

根据本发明的校正半导体光刻的光掩模的临界尺寸均匀性的方法，包括以下步骤：

-通过扫描仪等同的CDU测量来确定将要校正的CDU，

-确定转换系数作为校准参数，

-通过写入像素场校正掩模，

-验证因此校正的光掩模，

其中从预先测量的像素场的散射函数所获得的转换系数(transfercoefficient)用于验证的目的，即为了核查将像素场写入到因此校正的掩模中的效果。

在此，出于确定转换系数的目的，散射函数可以在相应可应用的积分极限内，特别地在WLCD的散射角和入射角上以及在扫描仪的散射角和入射角上进行积分。

在此，散射函数尤其取决于用于写入像素场的装置和所述装置的操作参数，即其可以务必针对不同装置和不同工具而改变。

此外，出于确定转换系数的目的，可以采取从积分的相应结果形成商。

为了验证光掩模，转换系数和由掩模上的规律结构引起的衍射图案的评估可以用在本发明的有利变型中，在此该评估可以包括衍射极大值的绝对强度在写入像素场前后的比较。

根据本发明的方法使用已经可用的AIMS(空间像管理系统)和WLCD(晶片级别临界尺寸)系统来光学测量掩模，特别地在掩模之上评估CDU及其(CDU图)分布。该系统使用与扫描仪在光瞳、波长、NA等的照明方案方面相同的照明条件。然而，未被系统仿真的曝光期间的一方面是测量期间的掩模的同时曝光区域。也可以在这里找到WLCD中和扫描仪中像素的不同光学效应的原因。然而，此时掩模中还没有像素存在。

在下个步骤中，将CDU(其由WLCD测量并且要被校正)变换到掩模之上的衰减分布中，该掩模之上的衰减分布将由CDC生成，掩模之上的所述衰减分布然后用在随后CDC过程中，来为了修改掩模的目的。随后，通过WLCD过程采取验证测量以便完成闭环。在该阶段中，在开始指定的不同照明场尺寸起到作用。

扫描仪中的照明场大于WLCD中的照明场。因此，测量位置周围的较大面积同时曝光，因此较远离测量位置的掩模上的位置处的像素也被曝光。在每个曝光的像素处产生不同角度下的杂散光。因此，甚至远处的像素可以产生杂散光，该杂散光继而入射在实际测量位置处并且因此在测量位置处产生强度贡献。

然而，因为较小的照明场，位于较远离测量位置的像素不会在WLCD中曝光，因此所述像素不可能产生将对扫描仪中的测量位置做出强度贡献的杂散光。为此，WLCD中的某一像素密度与扫描仪中的相同的像素密度相比，带来了更高的光衰减。捕获该区别并将其考虑到WLCD测量中的方法由校准装置指定的光衰减的比率构成。该比率还称为转换系数。先前，这仅通过扫描仪结果与WLCD结果的比较而是可能的。

为此新型解决方案方法现在由预先测量像素场的角度依赖的散射行为构成，其特别地可以通过椭偏仪(例如通过Woollam椭偏仪)来实现。该测量供应了散射函数，其完整描述了不同入射角的像素场的角度依赖的散射行为。获得的散射函数也称为核(kernel)。如果光束以已知的入射角入射在具有已知像素密度的像素场上，则散射函数描述了在什么散射角下产生多少散射光强度，因此，核是对像素的光学行为的工具无关的描述，并且因此能够描述在不同条件(诸如例如在扫描仪中和WLCD中)下的像素的不同光学效应。为此，除了采用的照明方案以外，仅仅需要考虑特别是相应设备的不同照明场的边界条件。最大杂散光角度(该最大杂散光角度下杂散光有助于测量位置处的强度生成在相应系统中)可以从照明场尺寸计算出。现在，通过对核积分散射光强度(散射光强度出现在0和工具的最大散射光角度之间)，并且通过将该散射光强度值与入射光比较，来获得光中的仍然到达测量位置处的部分。该光的强度和入射在像素区域上的光的强度中的差异是通过散射损失的强度。损失光的强度与入射光的强度的商是在考虑的系统中的像素区域的光衰减。因此，还可以对相应的另一个系统采取相同计算，得出不同最大杂散光角度施加作为不同的照明区域的结果。设备指定衰减值的商然后对应于转换系数。

在验证步骤中，应该通过WLCD测量确定扫描仪CD上的像素的效应。为此，根据NA、照明等的扫描仪规定来执行WLCD测量。通过在采用CDC引入像素之前和之后在一点处的测量的比较，针对WLCD在衰减方面确定像素的光学效应是可能的。通过转换系数，可以由此计算出将作用扫描仪上的有效衰减。通过在由WLCD测量的图像中对应调整评估阈值，这允许将要确定扫描仪的等同CD值。

在此，测量CDC工具的像素的散射特性可是足够的。假设它们自身之中的CDC工具产生可比较的像素，并且由CDC工具产生的像素在工具的使用寿命期间保持稳定，则可以存在对应用的多种情况的散射行为的评估。同样可以想到的是，还可以存在工具指定的和时间限制的核，然后在进一步使用核期间将不得不考虑该工具指定的和时间限制的核。

与掩模度量装置中(诸如例如AMIS和WLCD中)的前述测量方法并行地使用其他测量方法，即可以应用在前述两个设备中的所谓的CDrun方法。与直接测量由掩模生成的强度分布的前述方法相比，该测量方法是基于捕获并且评估由掩模生成的衍射级的强度值。该测量方法的优点是可以与上述方法相比较更快地实现。使用该方法，可以在相同时间内多个测量点处执行掩模的CDU测量。该方法的边界条件是，将要测量的结构产生光瞳中空间分离的专用的衍射级。通常，然后参考所谓的规律结构，诸如例如布置在规律点阵上的接触孔或光栅。

此外，该测量方法基于光瞳中调整的照明方案，通过该方案同样与首先指定的测量方法不同。通常，光瞳中尽可能小的照明斑(所谓的单极)用于曝光掩模并且因此实现测量。在成像侧，以以下方式调整掩模度量装置的光学设计，使得现在代替场将光瞳成像在设备的照相机上。如果由单极照明规律的结构，专用的衍射级出现在掩模的吸收体处。这些衍射级中的一些通过成像由此被成像到测量设备的照相机。在此，这些衍射级呈现为其他照明斑，其彼此之间的距离特别地由规律结构的点阵常数确定。通常编号出现的衍射级，零级衍射对应于穿过掩模而不会衍射的入射光的分量。因此，光瞳中零级衍射的位置对应于入射光的位置并且可以由此唯一确定。

该测量方法的目的，正如前述一个的目的一样，是为了确定掩模的CDU。在该测量方法中，为此测量的是一级衍射的强度与零级衍射的强度的比率。在掩模上的CD变化时，可以校准该比率的变化。因此，该测量方法可以有利地与前述测量方法组合。在此，第一步骤中，使用CDrun方法测量掩模的所有测量位置，并且确定掩模之上衍射级的比率的分布。第二步骤中，测量的衍射级比率范围被划分成固定数目部分并且根据首先描述的测量方法在每个部分中执行示例性测量，以及在测量位置处确定CD。然后这些CD值与测量的衍射级比率相关，并且计算出回归函数。该回归函数现在用于将测量的衍射级比率变换到掩模上的CD值中，因此掩模的CDU分布现在是已知的。该掩模的CDC分布然后由上文已经描述的CDC校正。

由于修改的测量方法，不同于前述测量方法来实现通过CDC的验证。在照明场尺寸中已经描述的差异和由此导致的像素的光学效应继续存在在该过程中。然而，CDrun测量上的差异与前述测量方法相比存在不同影响。由引入的像素引起的衰减具有对整个光瞳的均匀影响。因此，光瞳中的所有强度以相同因子衰减。然而，用于确定测量位置处的CD的衍射级强度的比率因此在像素的引入之前和之后保持恒定。因此，在此描述的测量方法是关于像素不敏感的并且不可以在该形式下用来验证CDC过程。

为此解决方法现在包含，在CDC过程之前和之后从CDrun测量计算出WLCD中有效的衰减。为此，应该形成了CDC过程之前一点处测量的零级衍射的强度与CDC过程之后相同点处的所述强度的比率。该比率对应于AIMS或WLCD的衰减。通过以类似于前述方法的方式确定转换系数且额外考虑不同的照明方案，现在可以计算出扫描仪中的有效衰减。从前述校准测量，对于下个步骤，以原型方式使用场测量。在此，是将原型记录在掩模上的相同点处或是不同点处是无关的。现在，在所述原型中，确定强度值，在该强度值处，测量中结构的平均CD与在待验证的点处CDC过程之前的CDrun测量中所测量的CD值对应。该强度值因此现在可以通过扫描仪中先前计算出的有效衰减来调整。然后，应该用该调整的强度值重复该CD分析。由此获得的CD值现在对应于CDC过程之后的扫描仪中的CD值。刚描述的步骤(特别地从CDrun测量计算出有效衰减、通过转换系数计算出扫描仪的有效衰减、找到原型测量中的强度、根据扫描仪中的有效衰减调整强度并且使用调整的强度值实现最终CD评估)现在可以针对每个测量位置而重复，因此CDU图出现，在由CDC处理的掩模的曝光期间，所述CDU图对应于扫描仪中的CDU图。因此，还可以在CDrun测量的情况下实现CDC过程的验证。

附图说明

下面，基于附图再次详细地解释并描述本发明的各方面和采用的术语。附图中：

图1(a)和1(b)示出了在含有和不含有写入像素场情况下的扫描仪中的真实照明条件，

图2(a)和2(b)示出了扫描仪和WLCD的照明场的不同范围，

图3示出了光掩模上规律的线和空间结构及其衍射图像，

图4示出了衍射级的强度的比率与测量的CDU的绘图，

图5示出了对零级和一级衍射极大值的强度的恒定比率的阐明，

图6示出了对由CDC过程引起的衍射极大值的强度的绝对衰减的阐明。

具体实施方式

在部分图(a)和(b)中，图1以本示例中点状照明方案1阐明了扫描仪中真实的照明条件。左部分图(a)说明没有像素也没有其他结构存在于光掩模2中的情况——投射镜头的入瞳3看见未修改的点状照明分布4a。

这应该区分于在右部分图像(b)中示出的情况，其中光掩模2已经提供有像素场5。与不合有像素的情况相比较，投射镜头的入瞳3看见了在强度方面和形式方面二者已经显著修改的照明分布4b。由虚线示出的是不穿过入瞳3且因此不适用于曝光晶片的照明光的那些分量。该照明分布现在可以基于核来确立、由测量确立，以作为照明设定的函数(即照明光的强度分布)。然后将由像素引起的修改的照明分布4b沿着用于成像的辐射的其他路径入射在掩模下侧上的掩模结构(图中未示出)上。在与掩模不具有任何像素的情况相比更宽的空间区域之上的照明分布和照明强度的分布中，识别一定数量的拖尾是可能的。特别地与晶片上采用的光刻胶的性质(特别地光刻胶的反应所需要的曝光辐射的强度阈值)结合，可以借助于晶片上表面区域减小的方式来影响CDU，超过强度阈值的辐射的强度入射在该晶片上的表面区域。因此，这还降低了晶片上有效曝光的线宽，而且可以用这种方法调整CDU。

如图2中的部分图(a)和(b)中所示，然而，扫描仪和WLCD在开始处提及的照明场的范围的方面有区别。因此，杂散光在扫描仪中像素场5的更疏远的像素处出现，所述杂散光继而以更大角度入射在已经散射的扫描仪的镜头3中，并且因此部分抵消像素场5的衰减效应。图2(a)中，基于用虚线绘制的箭头再次阐明这些条件。如可以从图2(b)识别，以该角度入射在镜头3中的杂散光未出现在WLCD中，因为由于更小的照明场而不会在WLCD中照明将产生该杂散光的像素。如果现在意图是确定WLCD和扫描仪的有效衰减或强度(如由像素场产生的)，则在照明方向的相应工具指定的积分极限之上积分核是足够的。换言之，积分的积分极限包含关于WLCD和扫描仪的照明场的工具指定范围的必要信息。

图3以示例性方式在部分图(a)中示出了用于CDrun方法的规律的线和空间结构，以及在部分图(b)中示出光瞳中出现的衍射图像，零级和一级的衍射是清晰可见的。

如先前已经提到的，掩模结构内的CD的变化在衍射图案的零级和一级衍射的强度的比率的变化中体现。

图4示出了光瞳中衍射级的强度的比率关于平均CD值的图，除了通过空间像测量确立以外同样通过WLCD确立该平均CD值，该校准使得可以将CD变化分配到强度比率的任何变化。

再次基于图5阐明像素场写入到掩模中的效应。可以识别的是，该过程的效应位于衍射图案的两个衍射级的总体强度衰减中。然而，由于这两个强度按相同因子衰减，两个强度的比率保持不变。

图6示出了在CDC过程之前与CDC过程之后比较确立的绝对强度的选项，以及由此确立百分比或相对衰减的选项。

附图标记列表

1 照明方案

2 光掩模

3 入瞳

4a、b 光瞳中照明分布

5 像素场

Claims (6)

1.校正半导体光刻的光掩模(2)的临界尺寸均匀性(CDU)的方法，包括以下步骤：

-通过扫描仪等同的CDU测量来确定将要校正的CDU，

-确定转换系数作为校准参数，

-通过写入像素场(5)校正所述光掩模(2)，

-验证因此校正的光掩模(2)，

其特征在于，

转换系数用于验证所述校正的光掩模(2)，所述转换系数从预先测量的像素场(5)的散射函数获得。

2.根据权利要求1所述的方法，

其特征在于，

出于确定所述转换系数的目的，在掩模度量装置的和扫描仪的相应可应用的积分极限内积分所述散射函数。

3.根据权利要求2所述的方法，

其特征在于，

出于确定所述转换系数的目的，采取从积分的相应结果形成商。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

所述转换系数和由所述光掩模(2)的规律结构引起的衍射图案的评估用于验证所述光掩模(2)的目的。

5.根据权利要求4所述的方法，

其特征在于，

所述评估包括衍射极大值的绝对强度在写入所述像素场(5)前后的比较。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，

其特征在于，

在确定所述转换系数时，考虑掩模度量装置和扫描仪的不同照明方案。