TW201539116A - 用於具焦點監測與控制之微影製程之方法及結構 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於一微影系統之一方法。該方法包括使用具有一焦距感應(focus-sensitive)圖樣和一能量感應(energy-sensitive)圖樣之一光罩執行一第一微影曝曬製程至一抗蝕層；量測在該抗蝕層上之被轉移之該焦距感應圖樣和被轉移之該能量感應圖樣之複數臨界尺寸；從該等臨界尺寸之中提取複數柏桑(Bossung)線；以及決定該等柏桑線之複數斜率。。

Description

用於具焦點監測與控制之微影製程之方法及結構
半導體積體電路(Integrated Circuit,IC)技術經歷了迅速發展，包括持續最小化特徵尺寸以及最大化封裝密度。最小化特徵尺寸仰賴微影技術(photolithography)的增進以印出更小的特徵和臨界尺寸(critical dimension,CD)，且更仰賴於在微影曝曬製程中的調整。然而，在先進技術節點中，處理範圍變得更小且臨界尺寸有者更小的邊緣限制。現有的方法並不有效且會導致各種問題，例如，橋接缺陷或表面浮鬆(鑄疵)。
因此，有需要發表上述相關問題之一種之方法和裝置。
根據以下的詳細說明並配合所附圖式做完整揭露。應注意的是，根據本產業的一般作業，圖示並未必按照比例繪製。事實上，可能任意地放大或縮小元件的尺寸，以做清楚的說明。
第1圖係依據一些實施例所示用於一微影製程之自動製程控制之一方法之一流程圖。
第2圖係依據一些實施例使用第1圖之該方法所建 造之一光罩之一俯視圖。
第3圖係依據一些實施例使用第1圖之該方法所示並形成在第2圖之光罩上之一能量感應圖樣之一示意圖。
第4圖係依據一些實施例使用第1圖之該方法所示並形成在第2圖之光罩上之一焦距感應圖樣之一示意圖。
第5圖係依據一些實施例採用第1圖之該方法所示之一微影系統之一示意圖。
第6圖係依據一些實施例用於監視並控制焦距和能量之一方法之一流程圖。
第7圖至第13圖係依據一些實施例所示各種柏桑線之複數示意圖。
第14圖係依據一些實施例舉例說明複數統計製程控制圖。
第15圖係依據一些實施例用於監視並控制焦距和能量之一方法之一流程圖。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能 重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
第1圖係依據一些實施例用於執行一微影製程之自動製程控制之一方法10之一流程圖。方法10被描述於第1圖及其他圖示。方法10包括載入一光罩至一微影系統之一載入操作12。佈局該光罩係依據一積體電路設計佈局。在不同實施例中，該光罩更包括不同測試圖樣(包括焦距感應(focus-sensitive)圖樣和能量感應(energy-sensitive)圖樣)。該能量感應圖樣被佈局設計以在一微影曝曬製程期間感應曝曬能量(曝曬劑量)相對焦距。同樣地，該焦距感應圖樣係被佈局設計以在該微影曝曬製程期間感應曝曬焦距相對曝曬能量(曝曬劑量)之另一圖樣。藉由在該光罩上合併使用該能量感應圖樣和該焦距感應圖樣，兩製程參數“能量”和“焦距”被解耦。
第2圖係依據一些實施例實現一光罩30之一俯視圖。光罩30包括一電路區域32和一框架區域34，其中框架區域34位在光罩30之邊緣且環繞電路區域32。一電路圖樣被定義在電路區域32之中且包括依據該積體電路設計佈局所設計和配置之不同的複數特徵36。框架區域34包括一些測試圖樣一些非電路圖樣，例如，光罩、光罩驗證數字、條碼和/或其他非電路特徵。在一些實施例中，該等測試圖樣被放置在框架區域34之中。尤其光罩30包括被設計來監視該微影曝曬製程之對應參數之兩種形式的測試圖樣。此外，光罩30包括被設計以對該微影曝曬製程之曝曬劑量(或是曝曬能量、或是能量)具有更高 靈敏度且對該微影曝曬製程之焦距具有較低靈敏度之一或多個能量感應圖樣38。光罩30包括被設計以對該微影曝曬製程之焦距具有更高靈敏度且對該微影曝曬製程之曝曬劑量具有較低靈敏度之一或多個焦距感應圖樣40。因此，對於臨界尺寸在能量和焦距上的變異係解耦的，且能被個別分析。在一些實施例中，能量感應圖樣38和焦距感應圖樣40被放置在框架區域34之中。可替換的是，能量感應圖樣38和焦距感應圖樣40可被放置在電路區域32之中或是皆在電路區域32和框架區域34之中。
在一些實施例中，能量感應圖樣38具有高圖樣密度之一特徵集。依據一些實施例，第3圖舉例說明能量感應圖樣38之一俯視圖。能量感應圖樣38包括定向在一第一方向(例如，X方向)上之複數線特徵72。線特徵72係沿者與該第一方向垂直之一第二方向(例如，Y方向)平行地被配置。每一線特徵72具有沿著該第二方向擴展之一寬度“W”。每一線特徵72具有定義在該第二方向之一可變節距“P”。該可變節距係量測自一線特徵之邊緣對應至其鄰近線特徵之邊緣。在一實施例中，對於用於感應該微影曝曬製程之適當圖樣密度而言，該可變節距與該寬度之一比例(定義為“P/W”)小於或等於4。
在一些實施例中，焦距感應圖樣40具有考量到不同焦距-感應因子(例如，線端點間隙“G”、線偏移“O”和/或圖樣密度)而被設計和配置之一特徵組。尤其是，焦距感應圖樣40的設計考量到光罩三維效應(mask three-dimensional effect)。該光罩三維效應可能會阻隔光線並降低圖像效果。該焦距感應圖樣亦能夠感應該光罩三維效應。第4圖係舉例說明 依據一些實施例所示焦距感應圖樣40之一俯視圖。焦距感應圖樣40包括被配置具有一高圖樣密度之複數線特徵74(例如，線特徵74A至74H)。在一些實施例中，該等線特徵被定向在一第一方向(例如，X方向)，且被以平行方式配置。線特徵74具有沿者該第二方向(例如，Y方向)之一寬度“W”。此外，線特徵74配置有偏移和線端點間隙(或間隙)之限制。特別是，線端點之間的間隙小於一特定限制值。如第4圖所示之一例子中，線特徵74A和線特徵74B具有一寬度“W”，且線特徵74A和線特徵74B各自相鄰之一端點被放置在具有一間隙“G”之同一線上。在這例子中，一比例“G/W”小於1.2。在另一例子中，該等線特徵被配置具有一特定偏移。如第4圖所示，不同線特徵配置有與其他線特徵之偏移。特別是，線特徵74C和線特徵74D被配置具有相鄰複數線特徵，例如，左側之線特徵74A和線特徵74B，以及右側之線特徵74E和線特徵74F，其中線特徵74C和線特徵74D之該間隙並未與線特徵74A和線特徵74B之該間隙對齊(線特徵74E和線特徵74F亦同)，取而代之的是該等間隙彼此沿者該第一方向(或X方向)偏移。換言之，如第4圖之一例子中，該等線端點並未對齊。線特徵74F和線特徵74H各自在同一端具有其線端點。上述線端點並未彼此對齊，而在該第一方向(或X方向)上偏移一距離“O”。在另一例子中，該對焦感應圖樣40包括以上描述之所有限制：該線端點間隙之限制和該等線特徵之間的偏移。
當上述特測試圖樣(能量感應圖樣和對焦感應圖樣)藉由一微影曝曬製程被轉移至對應的抗蝕層，該等線特徵 72係群島或是溝槽(此為定義在該圖樣化抗蝕層中之複數開口)。
光罩30可為任意形式的光罩，例如，二進位強度光罩(binary intensity mask,BIM)。在一實施例中，該光罩係一傳輸形式且被使用於紫外光。該光罩包括一穿透式基底和一圖樣吸收層。該穿透式基底可使用相較無瑕疵之融化石英(二氧化矽)，例如，硼矽玻璃和納鈣玻璃。該穿透式基底可使用氟化鈣和/或其他適當材質。該圖樣吸收層可藉由使用複數製程和複數材質形成，例如，使用鉻(Cr)和鐵的氧化物沉積一金屬膜或是由MoSi、ZrSiO、SiN、和/或TiN所製之一無機膜。一光束在到達該圖樣吸收層時會被部份或全部阻隔。該圖樣吸收層被佈局以具有一或多個開口以讓光束穿透該圖樣吸收層時不被吸收。該光罩合併其他解析度提昇技術，例如，相位移光罩(phase shift mask,PSM)和/或光學接近校正(optical proximity correction,OPC)。
在另一實施例中，該光罩係一反射形式且被使用於極紫外光。該光罩包括帶有一適當材質之一基板，例如，低熱膨脹性材料。在不同例子中，該低熱膨脹性材料包括二氧化鈦摻雜二氧化矽，或其他具有低熱膨脹性之適當材料。該光罩包括沉積在該基板上之一多重反射層。該多重反射層包括複數膜對，例如，鉬-矽膜對。該光罩更包括一吸收層，例如，沉積在該多重反射層上之一鉭氮化硼層。該吸收層被佈局以定義一積體電路之一層。
回到第1圖之載入操作12，該微影系統被設計以執 行一微影曝曬製程以將光感應層(亦參考為光抗蝕或抗蝕層)塗在一基板(例如，一半導體基板)上，以使得被定義在該光罩中之該圖樣被轉移至該光抗蝕層從而作為一潛在圖樣。第5圖係依據一些實施例所示一微影系統50之一示意圖。微影系統50包括一輻射源(或源)52以提供輻射能量。輻射源52可為任意適當光源。在不同實施例中，該輻射能量可包括任意適當的發光源組合，例如，紫外光(ultraviolet light,UV)光源、深紫外光(deep ultraviolet light,DUV)光源、極紫外光(extreme ultraviolet light,EUV)光源、或是X-射線光源。例如，輻射源52可為波長為436奈米(G線)或365奈米(I線)之一水銀燈、波長為248奈米之一氟化氪準分子雷射、波長為193奈米之一氟化氬準分子雷射、波長為157奈米之一氟準分子雷射、或其他所需波長之光源。在另一例子中，該光源之波長大約為13.5奈米或以下。
微影系統50亦包括從輻射源52接收該輻射能量之一光學子系統，藉由一光罩之圖像調變該輻射源並導向該輻射能量至塗在一基板上之一光抗蝕層。在一些實施例中，該光學子系統被設計具有一折射機構。在這情形下，該光學子系統包括各種折射元件，例如鏡頭。在一實施例中，該輻射能量係EUV能量，該光學子系統被設計具有一折射機構。在這情形下，該光學子系統包括各種反射元件，例如，鏡子。
在一些特定實施例中，微影系統50包括一照明模組(例如，一聚光器)54。照明模組54包括一單一鏡頭或具有複數鏡頭和/或其他鏡頭元件之一鏡頭模組。例如，照明模組 54包括顯微鏡陣列、陰影光罩、和/或其他被設計以幫助引導輻射能量從輻射源52至光罩30之上。
光罩30被裝載至微影系統50且被固定在微影系統50之一光罩台58。光罩台58被設計和配置以用在操作平移和旋轉動作。
微影系統50包括一投影模組60。投影模組60具有被配置以對一晶圓上的該抗蝕層提供適當光照明之一單一鏡頭或複數鏡頭。每一鏡頭元件包括一穿透式基板且更可包括複數塗層。照明模組54和投影模組60共同被稱為一成像模組(或成像光學元件)。該等成像鏡頭更包括額外的元件，例如，一入射瞳孔和一出射瞳孔，以形成光罩56之一成像於一基板上以進行圖樣佈局。在另一實施例中，投影模組60包括不同鏡子元件以提供一反射機構。
微影系統更包括一基板台62以能夠在平移和旋轉模式時固定和移動一基板64，以使得基板64對齊光罩56。
在現有之一例子中，基板64被塗上一光抗蝕層且被提供在微影系統50之中以用於接受一微影曝曬製程。在一實施例中，基板64包括具有一基本半導體(例如，晶矽、多晶矽、非晶矽、鍺和鑽石)、一化合物半導體(例如，碳化矽和鎵砷)、一合金半導體(例如，矽鍺、磷砷化鎵、砷化銦鋁、磷化鋁鎵和磷化鎵銦)、或其任意組合之一半導體晶圓。在現有之一促進實施例中，一輻射感應層(例如，一光抗蝕層或抗蝕層)被塗在基板64之上，並在該微影普曬製程期間接收來自輻射源52之輻射能量。微影系統50依據該輻射源之不同特性和其他因素 進行不同設計。在一例子中，輻射源110包括波長大約在13.5奈米之一極紫外光源。在這案例中，該成像模組由於該極紫外光之不同特性(例如吸收特性)而有所不同。例如，帶有該極紫外光源之該成像模組包括反射光學元件和反射光罩。
在一些實施例中，微影系統50包括一量測模組66。量測模組66被設計和配置以提取來自塗在基板64上被曝曬抗蝕層之維度資料。量測模組66包括一適當的機構，例如，顯微鏡，以從該被曝曬抗蝕層之該潛在圖樣中提取維度資料。量測模組66被嵌入至微影系統50且被整合至微影系統50之其他模組和元件之中。因此，在對應微影曝曬製程期間，就能直接從該等基板提取在線(in-line)資料。在一可替換實施例中，量測模組66係用於量測臨界尺寸之一獨立的測量工具，且被耦接至微影系統50以進行資料傳輸。在這案例之中，在一顯影檢查之後，臨界尺寸資料會被收集自該等基板之顯影過抗蝕層。
在另外之一些實施例中，微影系統50包括耦接至量測模組66之一曝曬分析和調整模組68以分析來自量測模組66之該臨界尺寸資料，以決定複數焦距更正和複數能量更正。曝曬分析和調整模組68包括一資料處理單元，例如，用於資料處理之一中央處理器。在一些實施例中，曝曬分析和調整模組68被分佈在一內部網路或是耦接至微影系統50之部份網際網路。曝曬分析和調整模組68能夠收集該臨界尺寸資料，處理該臨界尺寸資料，並產生一或多個控制參數以控制用於補償臨界尺寸變異之該微影曝曬製程之焦距和/或能量。
回到第1圖，載入操作12包括將基板64裝載至微影 系統50之基板台62。在該裝載操作之前，藉由使用一適當的技術，基板64被塗上該抗蝕層，且更被烘烤以減少溶劑。
方法10包括一對準操作14，用以對齊基板64和光罩56以使得定義在光罩56上的圖樣適當地被轉移至基板64。
方法10進行至一焦距調整操作16以調整成像光學元件之焦距。例如，調整光罩56和基板64之間光軸的距離。在一些實施例中，額外基於該焦距校正(來自一處理程序26)實現焦距調整操作16。該焦距校正提昇圖像解析度，且更補償臨界尺寸變異。該焦距校正決定自處理程序26反饋之焦距柏桑線和臨界尺寸變異。
方法10進行至一曝曬操作18以執行一微影曝曬製程至基板64上之該抗蝕層。在該微影曝曬期間，該輻射源(像是紫外光)被導引至該抗蝕層，並攜帶定義在光罩56上之該積體電路圖樣之一影像，從而形成一潛在圖樣於該抗蝕層之上。該抗蝕層感應該輻射源，且受到該輻射源化學性的改變。在一例子中，該抗蝕層係一正向基調阻抗，該抗蝕層之露出部份將藉由該顯影製程移除。在另一例子中，該抗蝕層係一負向基調阻抗，該抗蝕層之未露出部份將藉由該顯影製程移除而保留該抗蝕層之露出部份。因此，藉由在顯影操作22中對應的顯影製程，該露出抗蝕層之該潛在圖樣被轉移為帶有不同開口之該抗蝕層之一物理圖樣。在該微影曝曬期間，依據該能量校正△E調整該曝曬劑量(亦被稱為曝曬能量)。依據自處理程序26反饋之該能量柏桑線(或之後將被討論到之能量斜率)和臨界尺寸變異決定該焦距校正。在一些實施例中，該焦距校正△f和該 能量校正△E被共同考量到，且被調整以有效補償該臨界尺寸變異。
方法10更包括一烘烤操作20以用於在一適當溫度烘烤(例如，後曝曬烘烤(post-exposure baking,PEB)製程)該抗蝕層。在該顯影操作22，該圖樣化抗蝕層上形成不同開口。該圖樣化抗蝕層定義將被轉移至該基板上之一下面材料層之不同電路特徵，例如，藉由蝕刻技術。
方法10更包括用於後顯影檢查(after-developing inspection,ADI)之一量測操作24。在該後顯影檢查期間，藉由一適當工具量測該圖樣化抗蝕層之各種臨界尺寸資料，例如，被設計用於臨界尺寸量測之一顯微鏡。特別的是，該對焦感應圖樣和該能量感應圖樣實現該臨界尺寸量測。量測操作24包括其他步驟，例如，在該後顯影檢查期間進行監視和覆蓋誤差量測。
方法10更包括其他操作。在舉例說明之一些實施例中，方法10包括使用該圖樣化抗蝕層作為一蝕刻光罩以應用至基板64之一蝕刻製程。在其他實施例中，方法10包括使用該圖樣化抗蝕層作為一佈值光罩以應用至基板64之一離子佈值製程。在現有實施例中，方法10具有用於自動製程控制(automatic process control,APC)之一迴路，以調整該微影曝曬製程之各種參數(例如，焦距參數和能量參數)以用在更好的臨界尺寸控制和臨界尺寸補償。
特別的是，方法10包括一處理程序26以依據該後顯影檢查量測提取焦距參數和能量參數，並反饋該微影曝曬製 程之上述參數以動態地調整和控制該微影曝曬製程。處理程序26包括描述於第6圖所示一些實施例之複數操作。
第6圖係在一些實施例中之處理程序26中有關焦距參數和能量參數之一流程圖。處理程序26起始於量測操作24中收集臨界尺寸資料，例如，從該後顯影檢查中收集臨界尺寸資料。透過該微影曝曬製程於不同條件(曝曬焦距和曝曬能量)下收集該等基板該臨界尺寸資料。例如，一組基板被曝曬在不同曝曬焦距和曝曬能量的組合下。在一些實施例中，上述基板係複數生產晶圓。在一些實施例中，上述基板係被設計以用下於該微影曝曬製程於不同條件(曝曬焦距和曝曬能量)下進行臨界尺寸收集之複數測試晶圓。在另外一些實施例中，該臨界尺寸資料被收集自上述生產晶圓和測試晶圓之一組合。在一些特定實施例中，該臨界尺寸資料起始被收集自上述測試晶圓。在該模組被建立之後，該臨界尺寸資料被收集自上述生產晶圓以反饋至處理程序26以用於製程調整。
處理程序26包括從該臨界尺寸資料提取複數柏桑線之一操作72。如上所述，該臨界尺寸資料被分別收集自能量感應圖樣38和焦距感應圖樣40。上述臨界尺寸資料被使用於建立臨界尺寸對能量曲線和臨界尺寸對焦距曲線，該等曲線被稱為柏桑線。在這例子中，自能量感應圖樣之該臨界尺寸資料係收集自該微影曝曬製程中不同能量對應至相同焦距值之一集合。同樣的，自焦距感應圖樣之該臨界尺寸資料係收集自該微影曝曬製程中不同焦距對應至相同能量值之一集合。特別的是，收集自能量感應圖樣38之該臨界尺寸資料被用於建立能量 柏桑線。收集自焦距感應圖樣40之該臨界尺寸資料被用於建立焦距柏桑線。由於仔細地設計該等測試圖樣(例如，能量感應圖樣38和焦距感應圖樣40)，對應之上述柏桑線基本上係線性的(例如，第7圖所示能量柏桑線80和第8圖所示焦距柏桑線82)。在第7圖所示能量柏桑線80中，收集自能量感應圖樣38之各種特徵之垂直軸代表的是以奈米為單位之臨界尺寸(收集自該後顯影檢查之該臨界尺寸資料被標記為ADI)，而其水平軸代表的是用在對應之該微影曝曬製程之能量(曝曬劑量)單位(例如，微焦耳)。在第8圖所示焦距柏桑線82中，收集自焦距感應圖樣40之各種特徵之垂直軸代表的是以奈米為單位之臨界尺寸(收集自該後顯影檢查之該臨界尺寸資料被標記為ADI)，而其水平軸代表的是用在對應之該微影曝曬製程之焦距(曝曬劑量)單位(例如，微米)。
在以下所描述各種操作之中，該焦距感應圖樣和該焦距柏桑線被用於做為解釋和說明之例子，類似的操作同樣能被應用至該能量感應圖樣和該能量柏桑線。
在一些實施例中，取自該焦距感應圖樣之該臨界尺寸資料被建立以形成一條以上焦距柏桑線。在一促進實施例中，取自該焦距感應圖樣和該能量感應圖樣之該臨界尺寸資料係在該微影曝曬製程中使用各種焦距參數和能量參數的組合收集得到。取自該焦距感應圖樣之該臨界尺寸資料依據該能量參數進行分組。每一組之該臨界尺寸資料中具有相同的一能量參數和不同的焦距參數。因此，取自該焦距感應圖樣之每一組之該臨界尺寸資料被用於建立對應至該能量參數之一焦距柏 桑線。如第9圖所示之一例子，基於取自該焦距感應圖樣之每一組之該臨界尺寸資料三條焦距柏桑線84(標示為CCDE(critical CD end-to-end))基本上為線性的。在這例子之中，焦距柏桑線84A對應至之一曝曬能量大於焦距柏桑線84B對應至之一曝曬能量。焦距柏桑線84C對應至之一曝曬能量小於焦距柏桑線84B對應至之一曝曬能量。依據取自能量感應圖樣38之該臨界尺寸資料所形成之其他三條焦距柏桑線(標示為目標臨界尺寸(TCD))86基本上為非線性的(分別具有一最大值)。第10圖舉例說明收集自焦距感應圖樣40所形成之一能量柏桑線87與收集自能量感應圖樣38所形成之一能量柏桑線88。
在一些實施例中，處理程序26更包括一操作74以正規化該等柏桑線，例如，正規化複數能量柏桑線至一單一能量柏桑線和/或正規化複數焦距柏桑線至一單一焦距柏桑線。在操作74之正規化操作期間，移除由於能量影響所產生該等焦距柏桑線之該臨界尺寸偏移。第11圖和第12圖將會對此加以解釋。第11圖顯示三焦距柏桑線84A、84B、84C。每一焦距柏桑線中，該臨界尺寸資料係有關於相同的曝曬能量但不同之焦距參數。藉由移除不同焦距柏桑線之間的該臨界尺寸偏移，該臨界尺寸資料被正規化為有關同一能量參數之複數臨界尺寸。因此，第12圖所示，不同的焦距柏桑線被簡化為一焦距柏桑線90(亦稱為一正規化焦距柏桑線)。在一例子之更詳細操作中，該焦距感應圖樣之該臨界尺寸資料之正規化(如同該焦距柏桑線)係基於一能量柏桑線。當選定一能量參數時，依據該選定能量參數與一第二能量參數之間的能量差異△E，自該能 量柏桑線提取有關不同於該選定能量參數之該第二能量參數之(該焦距感應圖樣之)該臨界尺寸資料之一臨界尺寸變異△CD。藉由正規化，該臨界尺寸資料被合併至一焦距柏桑線，例如，焦距柏桑線90。
處理程序26更包括一操作76以決定一正規化柏桑線之斜率，例如，一正規化焦距柏桑線之一第一斜率(或焦距斜率)和/或一正規化能量柏桑線之一第二斜率(或能量斜率)。由於分別來自該焦距感應圖樣和該能量感應圖樣之該等柏桑線基本上為線性的，所對應之複數斜率係為常數。該第一斜率和該第二斜率被反饋至微影系統50以用於在第1圖之方法10所說明之該自動處理程序中調整該微影曝曬製程之該焦距參數和該能量參數。該第一斜率(焦距斜率)Sf係定義自該焦距柏桑線中該焦距參數對於該臨界尺寸之相對改變，該第二斜率(能量斜率)Se則係定義自該能量柏桑線中該能量參數對於該臨界尺寸之相對改變。
依據反饋自處理程序26之該微影曝曬製程(例如，方法10中之焦距調整操作16和曝曬操作18)之該焦距參數(該能量參數)之調整操作包括找出各自的焦距校正△f(和能量校正△E)。在一些實施例中，僅調整該焦距參數以補償該臨界尺寸變異△CD，則焦距校正△f係由以下式子所決定：△CD=Sf*△f (式.1)以第13圖所說明之一例子而言，該目標臨界尺寸為60奈米。當自最近產品批號中之該焦距感應圖樣量測得到之該臨界尺寸為65奈米，該臨界尺寸變異△CD為5奈米，接者對應之焦距偏 移係△CD/Sf。焦距校正99表示該微影曝曬製程所需之改變與該焦距偏移相反。例如，若該焦距偏移為△f，則該焦距校正為-△f。在第13圖所示例子中，需要增加該焦距參數以將該臨界尺寸調整回目標臨界尺寸。
在一些實施例中，僅調整該能量參數以補償該臨界尺寸變異△CD，則能量校正△E係由以下式子所決定：△CD=Se*△E (式.2)
在一些實施例中，該臨界尺寸變異△CD係補償自共同調整該焦距參數和該能量參數，接者，焦距校正△f和能量校正△E係由以下式子所決定：△CD=Sf*△f+Se*△E (式.3)
在現有的方法之中，並未有透過臨界尺寸資料以有效監視和調整焦距。上述監視和調整焦距無法敏感而有效的將臨界尺寸隔離於焦距和能量的影響。第14圖係依據一些實施例提供不同統計製程控制(statistical process control,SPC)圖比較。第一製程控制圖92和第二製程控制圖94分別舉例說明現有用於監視該微影曝曬製程的方法中該臨界尺寸與時間之關係以及該焦距與時間之關係。由圖92和圖94可知，該焦距遠離目標值。第三製程控制圖96和第四製程控制圖98分別舉例說明本揭露用於監視和調整該微影曝曬製程的方法中該臨界尺寸與時間之關係以及該焦距與時間之關係。第三製程控制圖96表示藉由焦距感應圖樣(標示為“CCDEE”)和能量感應圖樣(標示為“TCD”)監視該臨界尺寸。第四製程控制圖98更表示該微影曝曬製程對應之該焦距被有效地控制在該目標值的附近 而沒有遠離該目標值的趨勢。
第15圖係依據一些實施例所示用於一微影曝曬製程之臨界尺寸監視之一方法100之一流程圖。方法100之一些操作會相似於上述方法10和處理程序26。方法100起始於一操作102，操作102執行一微影曝曬製程於塗在一基板(例如，一半導體晶圓)上之一抗蝕層，其中該基板使用具有能量感應圖樣(例如，第3圖所示元件38)和焦距感應圖樣(例如，第3圖所示元件40)之一光罩。
方法100進入一操作104以顯影上述曝曬過之抗蝕層而形成一圖樣化抗蝕層。在執行該顯影製程之前，可執行額外的製程，例如，執行一後曝曬烘烤製程於上述曝曬過之抗蝕層。
方法100包括一操作106，操作106在顯影後之檢查係藉由一合適的測量工具(例如，一顯微鏡)量測該能量感應圖樣和該焦距感應圖樣中的複數臨界尺寸。
方法100進入一操作108以自操作106所收集的臨界尺寸資料中提取該等柏桑線。該等柏桑線包括對應至不同焦距之複數能量柏桑線和對應至不同能量之複數焦距柏桑線。每一能量柏桑線代表在該微影曝曬製程中對該能量感應圖樣使用相同焦距但不同能量後得到之複數臨界尺寸。每一焦距柏桑線代表在該微影曝曬製程中對該焦距感應圖樣使用相同能量但不同焦距後得到之複數臨界尺寸。
方法100進入一操作110以正規化該等柏桑線。因此，該等能量柏桑線被併入成一(正規化)能量柏桑線(藉由 使用一焦距柏桑線)，且該等焦距柏桑線被併入成一(正規化)焦距柏桑線(藉由使用一能量柏桑線)。
方法100進入一操作112以決定該正規化能量柏桑線之該能量斜率和該正規化焦距柏桑線之該焦距斜率。該等斜率被用於調整該微影曝曬製程之該能量參數和該焦距參數。
本發明提供一種使用該焦距感應圖樣和該能量感應圖樣以監視一微影曝曬製程之能量參數和焦距參數之一方法。從而使得該能量因子和該焦距因子為解耦的。該能量參數和該焦距參數可被有效地監視和調整。特別是，抽取自該焦距感應圖樣和該能量感應圖樣之該等能量和焦距柏桑線基本上係線性的，且上述調整程序係簡單而有效率的，例如，分別依據該等正規化之能量和焦距柏桑線之該能量斜率和該焦距斜率。
儘管依據本發明之各種觀點提供該微影系統及方法之各種實施例，其他形式替換或修正可在不脫離本發明精神範圍內被使用。例如，處理程序26不僅是監視和調整該能量斜率和該焦距斜率，亦包括反饋用於調整該微影曝曬製程之該等臨界尺寸以補償該臨界尺寸變異。在另一例子中，在上述操作中對應之該臨界尺寸量測可被實現於生產晶圓，例如，實現於每日或規律合格生產。
因此，本發明依據一些實施例提供一種用於一微影系統之一方法。該方法包括使用具有一焦距感應圖樣和一能量感應圖樣之一光罩執行一第一微影曝曬製程至一抗蝕層；量測在該抗蝕層上之被轉移之該焦距感應圖樣和被轉移之該能 量感應圖樣之複數臨界尺寸；從該等臨界尺寸之中提取複數柏桑線；以及決定該等柏桑線之複數斜率。
本發明依據一些實施例提供一種用於微影系統之另一方法。該方法包括使用具有一焦距感應圖樣和一能量感應圖樣之一光罩執行一微影曝曬製程至複數半導體晶圓，其中每一該半導體晶圓被塗上一抗蝕層；顯影該抗蝕層，從而形成具有一被轉移之該焦距感應圖樣和一被轉移之該能量感應圖樣之一圖樣化抗蝕層；量測來自該被轉移之該焦距感應圖樣之第一臨界尺寸資料和來自該被轉移之該能量感應圖樣之第二臨界尺寸資料；從該第一臨界尺寸資料之中提取一第一柏桑線，以及從該第二臨界尺寸資料之中提取一第二柏桑線；決定該第一柏桑線之一第一斜率和該第二柏桑線之一第二斜率；以及依據該第一斜率和該第二斜率調整相應之焦距和能量，以分別執行另一微影曝曬製程。
本發明依據一些實施例提供一種用於微影系統之另一方法。該方法包括使用具有一焦距感應圖樣和一能量感應圖樣之一光罩，以在各自能量和焦距執行複數微影曝曬製程；執行一顯影製程至相應的一抗蝕層，從而形成具有一被轉移之該焦距感應圖樣和一被轉移之該能量感應圖樣之一圖樣化抗蝕層；量測來自該被轉移之該焦距感應圖樣之第一臨界尺寸資料和來自該被轉移之該能量感應圖樣之第二臨界尺寸資料；從該第一臨界尺寸資料之中提取複數聚焦柏桑線，以及從該第二臨界尺寸資料之中提取複數能量柏桑線；正規化該等聚焦柏桑線為一正規化聚焦柏桑線，且正規化該等能量柏桑線為一正規 化能量柏桑線；以及決定該正規化聚焦柏桑柏桑線之一聚焦斜率和該正規化能量柏桑線之一能量斜率。
前述內文概述了許多實施例的特徵，使本技術領域中具有通常知識者可以從各個方面更佳地了解本揭露。本技術領域中具有通常知識者應可理解，且可輕易地以本揭露為基礎來設計或修飾其他製程及結構，並以此達到相同的目的及/或達到與在此介紹的實施例等相同之優點。本技術領域中具有通常知識者也應了解這些相等的結構並未背離本揭露的發明精神與範圍。在不背離本揭露的發明精神與範圍之前提下，可對本揭露進行各種改變、置換或修改。

Claims (20)

  1. 一種用於一微影系統之一方法，包括：使用具有一焦距感應(focus-sensitive)圖樣和一能量感應(energy-sensitive)圖樣之一光罩執行一第一微影曝曬製程至一抗蝕層；量測在該抗蝕層上之被轉移之該焦距感應圖樣和被轉移之該能量感應圖樣之複數臨界尺寸；從該等臨界尺寸之中提取複數柏桑(Bossung)線；以及決定該等柏桑線之複數斜率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於一微影系統之一方法，更包括在執行該第一微影曝曬製程之後顯影該抗蝕層，從而在該抗蝕層上形成該被轉移之該焦距感應圖樣和該能量感應圖樣。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用於一微影系統之一方法，其中該等柏桑線包括從該被轉移之該焦距感應圖樣提取之一第一線性柏桑線和從該被轉移之該能量感應圖樣提取之一第二線性柏桑線。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之用於一微影系統之一方法，其中決定該等柏桑線之該等斜率包括：決定該第一線性柏桑線之一第一斜率；以及決定該第二線性柏桑線之一第二斜率。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之用於一微影系統之一方法，其中提取該等柏桑線包括：在各自的複數曝曬能量分別提取複數第一柏桑線；以及 在各自的複數曝曬焦距分別提取複數第二柏桑線。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之用於一微影系統之一方法，更包括：依據各自的該等曝曬能量正規化該等第一柏桑線，從而產生一第一正規化柏桑線；以及依據各自的該等曝曬焦距正規化該等第二柏桑線，從而產生一第二正規化柏桑線。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之用於一微影系統之一方法，其中決定該等柏桑線之該等斜率包括：決定該第一正規化柏桑線之一第一斜率；以及決定該第二正規化柏桑線之一第二斜率。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之用於一微影系統之一方法，更包括反饋該第一斜率和該第二斜率至一第二微影曝曬製程。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之用於一微影系統之一方法，其中反饋該第一斜率和該第二斜率包括：依據該第一斜率調整該第二微影曝曬製程之焦距；以及依據該第二斜率調整該第二微影曝曬製程之能量。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之用於一微影系統之一方法，更包括在執行該第一微影曝曬製程至該抗蝕層之前，塗上該抗蝕層至一生產晶圓。
  11. 一種方法，包括：使用具有一焦距感應(focus-sensitive)圖樣和一能量感應(energy-sensitive)圖樣之一光罩執行一微影曝曬製程至複 數半導體晶圓，其中每一該半導體晶圓被塗上一抗蝕層；顯影該抗蝕層，從而形成具有一被轉移之該焦距感應圖樣和一被轉移之該能量感應圖樣之一圖樣化抗蝕層；量測來自該被轉移之該焦距感應圖樣之第一臨界尺寸資料和來自該被轉移之該能量感應圖樣之第二臨界尺寸資料；從該第一臨界尺寸資料之中提取一第一柏桑(Bossung)線，以及從該第二臨界尺寸資料之中提取一第二柏桑線；決定該第一柏桑線之一第一斜率和該第二柏桑線之一第二斜率；以及依據該第一斜率和該第二斜率調整相應之焦距和能量，以分別執行另一微影曝曬製程。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中提取該等柏桑線包括：在各自的複數曝曬能量分別提取複數第一柏桑線；以及在各自的複數曝曬焦距分別提取複數第二柏桑線。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，更包括：依據各自的該等曝曬能量正規化該等第一柏桑線，從而產生一第一正規化柏桑線；以及依據各自的該等曝曬焦距正規化該等第二柏桑線，從而產生一第二正規化柏桑線。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之方法，其中決定該等柏桑線之該等斜率包括：決定該第一正規化柏桑線之一第一斜率；以及決定該第二正規化柏桑線之一第二斜率。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，更包括反饋該第一斜率和該第二斜率至一微影曝曬系統，從而實現該微影曝曬製程。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中反饋該第一斜率和該第二斜率包括：依據該第一斜率調整該微影曝曬製程之焦距；以及依據該第二斜率調整該微影曝曬製程之能量。
  17. 一種方法，包括：使用具有一焦距感應(focus-sensitive)圖樣和一能量感應(energy-sensitive)圖樣之一光罩，以在各自能量和焦距執行複數微影曝曬製程；執行一顯影製程至相應的一抗蝕層，從而形成具有一被轉移之該焦距感應圖樣和一被轉移之該能量感應圖樣之一圖樣化抗蝕層；量測來自該被轉移之該焦距感應圖樣之第一臨界尺寸資料和來自該被轉移之該能量感應圖樣之第二臨界尺寸資料；從該第一臨界尺寸資料之中提取複數聚焦柏桑(Bossung)線，以及從該第二臨界尺寸資料之中提取複數能量柏桑線；正規化該等聚焦柏桑線為一正規化聚焦柏桑線，且正規化該等能量柏桑線為一正規化能量柏桑線；以及決定該正規化聚焦柏桑柏桑線之一聚焦斜率和該正規化能量柏桑線之一能量斜率。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，更包括依據該聚焦斜率和該能量斜率調整相應之一焦距和能量，以分別執行另 一微影曝曬製程。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之方法，其中該焦距感應圖樣包括定向在一第一方向上的複數線特徵，以及具有沿者與該第一方向垂直之一第二方向擴展之一寬度W；其中一線端間隙G位在該等線特徵之兩相鄰特徵之間的，且該等線特徵被配置在該第二方向上之一相同位置且具有小於1.2之一比例G/W；以及該等線特徵之另一特徵被配置在第二方向上與該兩相鄰特徵不同之一位置，該兩相鄰特徵在該第一方向上與該線端間隙重疊。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中該能量感應圖樣包括定向在該第一方向上且具有沿者與該第一方向垂直之該第二方向以一節距P擴展的複數線特徵，其中該等線特徵具有在該第二方向上之一寬度W以及小於或等於4之一比例P/W。
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