TW201604646A

TW201604646A - 用於控制來自光刻成像系統之紫外光之焦點的方法和控制器以及利用其形成積體電路之裝置

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Publication number: TW201604646A
Application number: TW104111765A
Authority: TW
Inventors: 西島爾歇艾倫瑞弗奈倫; 二世歐柏特瑞夫巫; 摩西Ｅ派爾
Original assignee: 格羅方德半導體公司
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2015-04-13
Publication date: 2016-02-01
Also published as: US20160033879A1; CN105319867A

Abstract

提供用於控制由光刻成像系統產生之紫外光之焦點的方法及控制器，以及利用其形成積體電路的裝置。在一具體實施例中，一種方法包括：提供有一阻劑膜設置於其上的一晶圓。通過用紫外光以一偏離法線之入射角照射一光刻遮罩來圖案化該阻劑膜使其具有有以第一間距形成的第一測試圖案以及以不同於該第一間距之第二間距形成的第二測試圖案。使用一測量設備，測量該等第一、第二測試圖案的無遠心性誘發偏移以產生相對偏移資料。該紫外光之焦點的調整係基於比較該相對偏移資料與第一、第二測試圖案之無遠心性誘發偏移間以焦點誤差為函數的預定相關性。

Description

用於控制來自光刻成像系統之紫外光之焦點的方法和控制器以及利用其形成積體電路之裝置

本發明所屬之技術領域大體有關於數種控制來自光刻成像系統之紫外(UV)光之焦點的方法，利用該方法形成積體電路的裝置，以及經程式化成可控制紫外光之焦點的控制器。更特別的是，本發明係有關於利用測試圖案以調整來自光刻成像系統之紫外光之焦點的方法、裝置及控制器。

焦點控制為光刻技術的重要考量，以確保在半導體元件形成正確的圖案。焦點控制大體涉及焦點監視以提供反饋供調整來自光刻成像系統之紫外光在半導體元件上的焦點。該光刻成像系統大體包括光源、集光器(collector，也習稱聚光透鏡系統)、光刻遮罩(lithography mask，也習稱標線片，reticle)、及物鏡(也習稱成像或縮影透鏡)。在涉及有極小刻度之受照圖案的光刻技術中，例如極紫外線(EUV)光刻術，焦點控制通常具有挑戰性。焦點控制主要受制於圖案的關鍵尺寸和圖案化期間所用之阻劑膜(resist film)的厚度，而且EUV光刻術的焦點控制及覆蓋限度(overlay budget)也大體相依。隨著圖案關鍵尺寸及層厚減少，焦點控制也必須變得更加精確及準確。另外，EUV光刻術大體涉及以偏離法線之入射角(off-normal incidence angle)照射光刻遮罩。由於該偏離法線之入射角，來自光刻成像系統之紫外光的最佳焦點會隨著印製圖案的大小及間距和圖案在曝光範圍(exposure field)內的位置而改變。因此，最佳焦點在曝光範圍中可變。

習知的焦點監視技術大體利用稱作散射量測(scatterometry)的度量技術，藉此側壁角度在光阻劑圖案內測量到的變化可相關於用來形成圖案之紫外光的焦點。不過，習知散射量測技術對於光阻劑的厚度及薄膜性質有敏感性。特別是，隨著光阻劑的層厚減少，散射量測的焦點監視變得比較沒效，因為測量側壁角度變得更加困難。

相移焦點監視為另一習知技術，其係利用相位光柵結構(phase grating structure)以監視用來形成圖案之光線的焦點。相位光柵結構為光罩，它大體包含方格中有方格的圖案(box-in-box pattern)，其係包含一內嵌方格結構與一外嵌方格結構。利用相位光柵結構，紫外光之焦點的偏移在形成於光阻劑中之所得內、外方格圖案中顯現為相等及相反的偏移。不過，相移焦點監視對於EUV光刻術並未提供適當的敏感度而且難以實現，因為在製造時必須滿足嚴格的要求。

因此，期望提供一種監視來自光刻成像系統之紫外光之焦點的改良方法，特別是光刻技術，例如EUV光刻術，其中該改良方法提供適當的焦點變化敏感度以及該改良方法不依賴光阻劑在光刻期間的厚度。此外，由以下結合附圖及先前技術的詳細說明及申請專利範圍可明白本發明的其他合意特徵及特性。

提供用於控制由光刻成像系統產生之紫外光之焦點的方法及控制器，以及利用其形成積體電路的裝置。在一具體實施例中，用於控制由光刻成像系統產生之紫外光之焦點的方法包括提供有一阻劑膜設置於其上的一晶圓。該阻劑膜的圖案化係通過用紫外光以偏離法線(off-normal)入射角照射光刻遮罩，其中具有以第一間距形成的第一測試圖案以及以不同於該第一間距之第二間距形成的第二測試圖案。使用一測量設備測量該第一測試圖案及該第二測試圖案的無遠心性誘發偏移(non-telecentricity induced shift)以產生相對偏移資料。該紫外光之焦點的調整係基於比較該相對偏移資料與該第一測試圖案及該第二測試圖案之無遠心性誘發偏移間以焦點誤差為函數的預定相關性。

在另一具體實施例中，用於形成積體電路的裝置包括一光刻成像系統、一控制器、以及一測量設備。該光刻成像系統係經組構成通過以一偏離法線之入射角照射一光刻遮罩可圖案化一晶圓上的一阻劑膜。該控制器經程式化成可控制由該光刻成像系統產生之紫外光之焦點。該控制器用指令程式化成使用由該光刻成像系統產生之紫外光通過以該偏離法線之入射角照射該光刻遮罩而圖案化在該晶圓上之該阻劑膜使其具有以第一間距形成的第一測試圖案以及以不同於該第一間距之第二間距形成的第二測試圖案，分析從測量該第一測試圖案及該第二測試圖案之無遠心性誘發偏移得到的相對偏移資料，以及基於比較該相對偏移資料與該第一測試圖案及該第二測試圖案之無遠心性誘發偏移間以焦點誤差為函數的一預定相關性來調整該紫外光之焦點。該測量設備係經組構成可測量該第一測試圖案及該第二測試圖案之該無遠心性誘發偏移以產生該相對偏移資料。

在另一具體實施例中，控制器經程式化成可控制由光刻成像系統產生之紫外光之焦點。該控制器用指令程式化成使用由該光刻成像系統產生之該紫外光通過以偏離法線之入射角照射光刻遮罩可圖案化晶圓上的阻劑膜使其具有以第一間距形成的第一測試圖案與以不同於該第一間距之第二間距形成的第二測試圖案，分析從測量該第一測試圖案及該第二測試圖案之無遠心性誘發偏移得到的相對偏移資料，以及基於比較該相對偏移資料與該第一測試圖案及該第二測試圖案之無遠心性誘發偏移間以焦點誤差為函數的預定相關性來調整該紫外光之焦點。

10‧‧‧裝置

12‧‧‧光源

14‧‧‧晶圓

16‧‧‧紫外光

18‧‧‧光刻成像系統

20‧‧‧光刻遮罩

22‧‧‧反射紫外光

24‧‧‧光件

26‧‧‧基板

28‧‧‧反射膜

30‧‧‧吸收劑膜

32‧‧‧圖案

34‧‧‧控制器

36‧‧‧第一測試圖案

38‧‧‧第二測試圖案

40‧‧‧測量設備

42‧‧‧第一測量值

44‧‧‧第二測量值

136‧‧‧第一測試圖案

138‧‧‧第二測試圖案

142‧‧‧測量值

144‧‧‧測量值

146‧‧‧參考特徵

236‧‧‧第一測試圖案

238‧‧‧第二測試圖案

242‧‧‧測量值

244‧‧‧測量值

336‧‧‧第一測試圖案

338‧‧‧第二測試圖案

342‧‧‧測量值

344‧‧‧參考圖案

346‧‧‧測量值

348‧‧‧第一區域

350‧‧‧第二區域

將結合以下附圖描述各種具體實施例，其中類似元件用相同的元件符號表示。

第1圖根據一具體實施例圖示用於形成積體電路的裝置；第2圖根據一具體實施例示意圖示第一測試圖案與第二測試圖案；第3圖的曲線圖根據一具體實施例圖示在以不同間距形成之兩個不同測試圖案內之圖案偏移與焦點誤差的相關性；第4圖根據一替代具體實施例示意圖示第一測試圖案與第二測試圖案；第5圖根據另一替代具體實施例示意圖示第一測試圖案與第二測試圖案；以及第6圖根據另一替代具體實施例示意圖示第一測試圖案與第二測試圖案。

以下的實施方式在本質上只是用來示範說明而不是用來限制本發明或本發明的應用及用途。此外，希望不受在前面【先前技術】或以下【實施方式】論及的理論約束。

在此提供控制由光刻成像系統產生之紫外(UV)光之焦點的方法、利用該方法形成積體電路的裝置、以及經程式化成可控制紫外光之焦點的控制器。監視該紫外光之焦點的方法特別適合用於涉及有極小刻度之受照圖案的光刻技術，例如以偏離法線之入射角照射光刻遮罩的極紫外線(EUV)光刻術，以及該等方法提供適當的焦點變化敏感度而且並不依賴於光刻期間所用之光阻劑的厚度。特別是，無遠心性在許多光刻技術中為影響印刷效能的已知現象，特別是以偏離法線之入射角照射光刻遮罩的光刻技術。無遠心性現象是在紫外光由光刻遮罩之斜向照射引起以及來自光刻遮罩之不同垂直位置的離軸反射光而失焦時發生。無遠心性現象導致晶圓上的圖案化特徵相對於彼等的目標尺寸有達數奈米的偏移及偏差。圖案化特徵中的偏移可稱為無遠心性誘發偏移。根據描述於本文的方法、裝置及控制器，測量有不同間距之第一測試圖案及第二測試圖案的無遠心性誘發偏移，以及此測量值用來比較第一測試圖案與第二測試圖案之無遠心性誘發偏移間以焦點誤差為函數的預定相關性。由於無遠心性偏移隨著有不同間距的印製圖案而有所不同，第一測試圖案與第二測試圖案的無遠心性誘發偏移差異可用來提供焦點誤差的直接相關性。基於給定第一測試圖案與第二測試圖案之無遠心性誘發偏移的預定相關性，可判定在積體電路製造期間形成於晶圓上之第一測試圖案及第二測試圖案的焦點誤差，藉此允許既方便又準確地判定產品晶圓(product wafer)的焦點誤差而與光阻劑厚度無關。

此時參考第1圖描述用於形成積體電路的裝置10之示範具體實施例。裝置10包括光刻成像系統18，其經組構成可用紫外光16以偏離法線之入射角照射光刻遮罩20來圖案化晶圓14上之阻劑膜以產生反射紫外光22。在如第1圖所示的具體實施例中，光刻成像系統18包含光源12、光刻遮罩20、以及一或更多光件24(亦即，物鏡)。儘管未圖示，該光刻成像系統更可包含集光器。如用於本文的“偏離法線之入射角”意指紫外光16係以非垂直角度定向到光刻遮罩20之表面。在數個具體實施例中，光刻成像系統18為極紫外線(EUV)光刻成像系統，但應瞭解到，可使用用紫外光16以偏離法線之入射角照射光刻遮罩20來圖案化阻劑膜的任何光刻成像系統。在此具體實施例中，光刻遮罩20為EUV反射遮罩且包含基板26、反射膜28及吸收劑膜(absorbent film)30。

如第1圖所示，反射膜28設於基板26上方且可包含多層膜用以反射紫外光16。例如，在數個具體實施例中，反射膜28包含許多鉬、矽交替層。在數個具體實施例中，基板26包含熔融矽石或具有低熱膨脹係數及例如厚約¼英吋的其他任何適當材料。也如第1圖所示，吸收劑膜30設於反射膜28上方且包含圖案32。吸收劑膜30可包含本技術領域所習知的適當UV吸收材料。可被反射紫外光22光刻轉印至晶圓14之圖案32可藉由選擇性地去除部份吸收劑膜30以暴露反射膜28的對應部份而形成。在晶圓14的光刻加工期間，只有由紫外光16產生打到反射膜28之暴露部份的反射紫外光22是用光件24定向到晶圓14。

請參考第1圖，裝置10更包括經程式化成可控制由光源12產生之紫外光16之焦點的控制器34。在數個具體實施例中，控制器34包含經指令程式化的處理器，該等指令可自動或者是在使用者輸入輸入時用以操作光刻成像系統18。除了其他機能以外，控制器34經指令程式化成能用由光刻成像系統18產生之紫外光16來圖案化晶圓14上的阻劑膜。為了控制紫外光16的焦點，控制器34經指令程式化成能用以第一間距形成之第一測試圖案36和以不同於該第一間距之第二間距形成之第二測試圖案38來圖案化阻劑膜。如用於本文的“間距”意指各個圖案相鄰兩個特徵中的同一點之間的距離。如以下所詳述的，有不同間距之第一測試圖案36及第二測試圖案38的無遠心性誘發偏移可用來比較第一測試圖案36與第二測試圖案38之無遠心性誘發偏移間以焦點誤差為函數的預定相關性。以下詳述第一測試圖案36與第二測試圖案38的不同組構。控制器34更經程式化成可分析從測量第一測試圖案36與第二測試圖案38之無遠心性誘發偏移所得到的相對偏移資料。控制器34更經程式化成基於比較相對偏移資料和第一測試圖案36與第二測試圖案38之無遠心性誘發偏移間以焦點誤差為函數的預定相關性，而調整紫外光16的焦點。

裝置10更包括測量設備40，其經組構成可測量第一測試圖案36與第二測試圖案38之無遠心性誘發偏移以產生相對偏移資料。無遠心性誘發偏移的測量涉及測量奈米級特徵之間的間隔，而合適的測量設備40包括能夠做埃級(Angstrom scale)測量者。合適的測量設備40的實施例包含但不限於選自以下各物者：掃瞄式電子顯微鏡設備、覆蓋測量設備、或散射量測覆蓋度量設備(scatterometry overlay metrology device)。應瞭解，熟諳此技術領域者應明白，第一測試圖案36與第二測試圖案38的某些組構對於某些測量設備40而言是可取的。

現在，將描述控制由光刻成像系統產生之紫外光之焦點的方法，例如第1圖中之裝置10的光刻成像系統18。根據該示範方法，提供具有阻劑膜設於其上的晶圓14，這在通過光刻術圖案化時為眾所周知。不過，在數個具體實施例中，實行EUV光刻術以及阻劑膜有小於約60奈米的厚度。在有厚度如此小的阻劑膜下，散射量測的焦點誤差測定無效，然而描述於本文的方法有效而與阻劑膜厚度無關。此外，在數個具體實施例中，晶圓14為要形成積體電路於其上的產品晶圓。在這點上，在積體電路製造期間，根據描述於本文的方法可控制紫外光16的焦點，不必利用專屬測試晶圓。根據所述方法有可能使用產品晶圓，因為基於無遠心性現象的圖案偏移(pattern shift)用來測定焦點誤差，以及用習知光學測量儀器可進行測量。此外，基於測試圖案在晶圓上的空間約束，可使用各種不同測試圖案而且位置不受限制。

通過以偏離法線之入射角照射光刻遮罩20，阻劑膜被圖案化成有以第一間距形成之第一測試圖案 36，以及以不同於該第一間距之第二間距形成的第二測試圖案38。例如，第2圖圖示以不同間距形成之第一測試圖案36及第二測試圖案38的具體實施例。在數個具體實施例中，第一間距與第二間距不同至少有3倍，例如至少5倍，例如至少8倍，例如約3倍至約12倍。例如，在數個具體實施例中，第一間距約有40至約50奈米，以及第二間距約有150至約500奈米。在一特定具體實施例中，第一間距約為44奈米，以及第二間距約為400奈米。在數個具體實施例中，設備特徵(亦即，根據積體電路之製造所形成而且不是單獨用來測試的特徵)可圖案化成為第一測試圖案36與第二測試圖案38，只要該等設備特徵充分靠近在一起使得埃級光學測量變成有可能。在其他具體實施例中，第一測試圖案36與第二測試圖案38形成為與圖案化設備特徵無關的特徵，其中第一測試圖案36與第二測試圖案38只用來測試。

為了測定焦點誤差，例如，使用第1圖的測量設備40，測量第一測試圖案36與第二測試圖案38之無遠心性誘發偏移以產生相對偏移資料。為了產生相對偏移資料，第一測試圖案36與第二測試圖案38可以做各種測量以及確定測量值之間的差異。例如，在一具體實施例中，以及如第2圖所示，取得在第一測試圖案36的特徵之間的第一測量值42，以及得到第二測試圖案38的特徵之間的第二測量值44。第二測量值44減去第一測量值42以產生相對偏移資料。

該相對偏移資料比較第一測試圖案36與第二測試圖案38之無遠心性誘發偏移間以焦點誤差為函數的預定相關性，藉此使得能夠基於特定的第一測量值42及第二測量值44測得的相對偏移資料來測定焦點誤差。例如，為了產生第3圖曲線圖中的資料，由第一測試圖案及第二測試圖案組成的陣列經圖案化成有已知焦點誤差，並且取得每個圖案在已知焦點誤差處的第一測量值42及第二測量值44。該陣列可圖案化於對焦環形晶圓(focus meander wafer，未圖示)上。第二測量值44減去在已知焦點誤差處的第一測量值42以產生第一測試圖案與第二測試圖案之無遠心性誘發偏移間以焦點誤差為函數的預定相關性。如第3圖所示，儘管在第一圖案及第二圖案內的圖案偏移大小各有不同而且間距不同的圖案有無法預測的不同焦點誤差，但圖案偏移的差異提供直接、可預測的焦點誤差相關性而可用來測定隨後產生組夠與用來建立該預定相關性之圖案相同之第一測試圖案及第二測試圖案的焦點誤差。在數個具體實施例中，在進行該方法之前提供該預定相關性。在其他具體實施例中，該預定相關性的產生係根據該方法。

在各種具體實施例中，相對偏移資料的產生係通過第一測試圖案與第二測試圖案之無遠心性誘發偏移的其他測量值。例如，代替測量及比較在各個測試圖案內之特徵之偏移的其他偏移比較包括：第一測試圖案之一特徵與第二測試圖案之一特徵在一位置的偏移以及第一測試圖案之另一特徵與第二測試圖案之另一特徵在另一位置的偏移，第一測試圖案及第二測試圖案之各個特徵與共同參考特徵的偏移，或第一測試圖案之一特徵與第一區域中之一覆蓋參考特徵和第二測試圖案之一特徵與第二區域中之一覆蓋參考特徵的偏移，其中第一區域及第二區域中的參考特徵係以相同的間距形成。

第一測試圖案與第二測試圖案的各種相對組構有可能取決於受測的特定偏移比較。在一具體實施例中以及參考第2圖，第一測試圖案36與第二測試圖案38圖示成彼等的各自特徵係同軸地形成，這樣的組構適合比較各個圖案36、38的特徵之間的偏移，這是藉由測量第一測試圖案36之圖案特徵間隔(測量值42)與第二測試圖案38之圖案特徵間隔(測量值44)之間的差異。在另一具體實施例中以及參考第4圖，第一測試圖案136與第二測試圖案138於提供第一測試圖案136及第二測試圖案138兩者之參考點的參考特徵146(例如，方格)內被圖案化。在此具體實施例中，係藉由測量第一測試圖案136之一特徵與參考特徵146(測量值142)之間隔和第二測試圖案138之一特徵與參考特徵146(測量值144)之間隔之間的差異來測量第一測試圖案136與第二測試圖案138之無遠心性誘發偏移。在另一具體實施例中以及參考第5圖，第一測試圖案236與第二測試圖案238圖示成彼等之各自特徵係彼此平行地形成，而且第一測試圖案236與第二測試圖案238的各自特徵至少部份橫向覆蓋，這樣的組構適合比較各個 236、238的特徵之間的偏移，這是藉由測量第一測試圖案236之一特徵與第二測試圖案238之一特徵在一位置的間隔(測量值242)和第一測試圖案236之另一特徵與第二測試圖案238之另一特徵在另一位置的間隔(測量值244)之間的差異。在另一具體實施例中以及參考第6圖，第一區域348包含以與該第一間距不同之間距圖案化的第一測試圖案336及參考圖案(reference pattern)344，其中第一測試圖案336與部份參考圖案344圖案化成有覆蓋關係(overlaying relationship)，亦即，第一測試圖案336與參考圖案344印在同一個區域而且彼此互補。第二區域350包含圖案化成有覆蓋關係的第二測試圖案338及參考圖案344之另一部份。在此具體實施例中，係藉由測量第一測試圖案336之一圖案特徵與參考圖案344之間隔(測量值342)和第二測試圖案338之一圖案特徵與參考圖案344之間隔(測量值346)之間的差異來測量第一測試圖案336與第二測試圖案338之無遠心性誘發偏移。

在積體電路形成於晶圓上期間，可在製造階段之間測量第一測試圖案與第二測試圖案的無遠心性誘發偏移。例如，再參考第1圖，測量設備40可正好位於在積體電路形成期間的一製造階段之後以及在另一製造階段之前。該紫外光之焦點的調整可基於比較該相對偏移資料與該第一測試圖案及該第二測試圖案之該無遠心性誘發偏移間以焦點誤差為函數的預定相關性。以此方式，在積體電路製造期間，可便於識別及適當地調整焦點偏移誤差以最小化不合規格產品的產生。

儘管在本發明專利標的的以上實施方式中已提出至少一個示範具體實施例，然而應瞭解，仍存在許多變體。也應瞭解，該或該等示範具體實施例只是實施例，而且不希望以任何方式來限定本發明專利標的的範疇、應用性或組構。反而，以上實施方式是要讓熟諳此技術領域者有個方便的發展藍圖用來具體實作本發明專利標的的示範具體實施例。應瞭解，描述於示範具體實施例的元件功能及配置可做出不同的改變而不脫離如隨附申請專利範圍所述的本發明範疇。