TW202136901A - 光罩測量方法 - Google Patents

Abstract

本發明有關於一種用於測量半導體微影用光罩之方法，其包括下列步驟： -             記錄該光罩之至少一區域的空間潛像； -             定義至少一感興趣區域（1）； -             在至少一感興趣區域（1）中確定結構邊緣（3）； -             提供藉由該光罩產生的期望結構（4）； -             使該等確定的結構邊緣（3）調適成該等期望結構（4）； -             藉一單獨的對位測量的結果位移該等調適的結構邊緣。

Description

光罩測量方法

[交互參照]

本申請案主張2020年2月18日所申請德國專利申請案第DE 10 2020 104 167.5號的優先權，其內容以引用方式完全併入本文。

本發明有關一種用於測量半導體微影用光罩之方法，特別是用於確定所謂的對位誤差（registration error）。在上下文中，對位應當理解為是指光罩上（後續也在晶圓上）結構相對於該光罩上位置標誌（所謂的對準標誌）的位置。特別是，在一投影曝光設備中，光罩上的該等對準標誌亦用於設置光罩位置，相對於該設備的成像光學單元（及因此成像在晶圓上的位置）。

因此，一對位誤差是一光罩上的結構相對於預期位置之實際位置的偏離，該預期位置則係關於分別關聯的對準標誌，並因此係與光罩座標系統有關。此類誤差加起來，特別是為了在晶圓上形成複雜結構而進行所謂的雙重曝光的情況，即晶圓上的一層藉兩不同光罩相繼曝光的情況，在這種情況下，一正確對位或至少精確了解對位誤差尤其重要。

目前可使用不同系統，例如座標測量機，以確定光罩的對位。此類系統提供低至次奈米範圍的出色空間解析度。為了確定對位，通常使用要曝光的某些結構的記錄空間潛像（aerial image）、所謂的特徵、或者其他（結構邊緣）。然而，特定系統使用明顯偏離一投影曝光設備中後續條件的一照明和一光學單元。這導致在一真實晶圓上產生的一輪廓，在其相對位置和其形式的兩者上，都明顯偏離用於在座標測量機中確定對位的輪廓。因此，在光罩平面上測量的對位與在晶圓上產生的實際對位之間的相關性還不是最佳的。

經由用於產生光罩的空間潛像的系統，可更真實表現在一晶圓上產生的光強度。上述系統的特徵在於其模擬一真實投影曝光設備的照明和成像條件較佳，因此有助於預測在晶圓上產生的影像，特別是輪廓和邊緣，非常接近真實情況。然而，該等系統沒有提供用於高精度測量一對位的選項。此外，在記錄影像中校正失真受限；由於失真導致的誤差類似於傳統的對位誤差，並且無法與成像平面中的對位誤差有區別。

本發明的一目的是指明一種方法，允許在一半導體微影製程中更精確預測晶圓平面上的對位誤差，而無需為此進行晶圓的曝光。

該目的藉由一具有獨立項1的特徵的方法來實現。附屬項與本發明的有利發展和變化有關。

根據本發明用於測量半導體微影用光罩之方法包含下列步驟： -             記錄該光罩之至少一區域的空間潛像； -             定義至少一感興趣區域（Region of Interest，ROI），即空間潛像中含有感興趣結構的一區域； -             在至少一感興趣區域中確定結構邊緣，即感興趣結構的邊界； -             提供藉由該光罩產生的期望結構； -             使該等確定的結構邊緣調適成該等期望結構；該等結構亦可稱為「微影目標（Litho-target）」， -             藉一單獨的對位測量的結果位移該等調適的結構邊緣。

因為光學效果和光罩設計規則，使得上述微影目標的輪廓與空間潛像上相應結構的輪廓略有偏離。因為此偏離，所測量結構會出現微小的定位誤差。因此，除了上述的微小誤差之外，該空間潛像中的確定結構處於其正確位置。

因此，如此獲得一數據記錄或資訊項目，其包含有關預期誤差的更精確的資訊項目，特別是光罩的對位誤差。因此，結果可包含，特別是具有很大程度上正確的對位資訊的光罩的真實空間潛像。

為了改善對準和調適製程的品質，在產生空間潛像之後，對用於產生該空間潛像的系統的影像誤差、像差和成像像差可實施一計算校正。

在本發明的一變化中，憑藉在調適該等確定結構邊緣的步驟中，使用基於光罩設計模擬的一空間潛像可實現測量結果的改善。

對於模擬的空間潛像，儘管與真實的空間潛像略有偏離，但可假設與其模擬的結構處於正確的位置。然而，由於模擬中已經考慮光學效果和設計規則，因此偏離很小。此外，基於強度水準的總體外形（overall profile）的對準，比基於輪廓的對準更精準。由於這兩原因，使得從空間潛像的測量可改善結構的對準。

在本說明書，可針對一對位測量系統及/或一光罩檢查系統產生模擬的空間潛像。換句話說，憑藉一對位測量系統及/或一光罩檢查系統的成像性質構成分別模擬基礎，以產生模擬的空間潛像。

校正策略可基於在進一步步驟中的結果發展出，以校正所測量的誤差。在本說明書，可校正晶圓中影像上測量誤差或光罩本身中誤差的影響的任一者。

在一第一變化中，可經由掃描器固有的校正選項來校正所確定的誤差。為此，確定的結構偏移，例如，用作掃描器軟體的輸入參數，其後續建立一策略，通過該策略，在動態調適合適的掃描器參數的情況下，晶片在掃描器中曝光時的失真就地得到校正。

在另一情況下，可使用一用於實體光罩失真的設備，例如，Carl Zeiss SMT GmbH的RegC或ForTune系統。此類設備能夠在點處上實體拉伸光罩。當輸入上述結果時，設備專用軟體可開發一合適的光罩處理。

理想上，將掃描器和光罩失真設備的選項結合起來考慮，以獲得最佳的校正結果。

此外，對於要製造的半導體結構的功能性，並不是光罩上的每個偏移都同等關鍵。比起在一非關鍵點處的較大偏移，在一關鍵點處的小偏移應被評估為更關鍵。因此，在某一點處對該點處的關鍵性進行測量，以各種方式加權確定的偏移，可能是有利的。因此，憑藉考慮更關鍵的點處而非較不關鍵的點處，可進一步最佳化校正策略的建立。

上述具體實例有關一光罩和一晶圓曝光產生一晶片平面的情況。這稱為單一曝光方法或單一圖案化（patterning）。

然而，藉二或多個曝光來產生一晶片平面是不尋常的，亦即使用所謂的雙重或多次曝光方法或雙重或多次圖案化。通常，在該製程中也使用二或多個光罩。該等光罩的每一者都在晶圓平面的整體影像形成其本身的失真。

在這種情況下，絕對失真和失真差異（distortion difference）皆對後續的半導體結構起作用。根據所述方法，由於每一光罩個別產生失真或誤差，藉由對個別的失真進行簡單的數學減法和一校正策略可同樣地計算失真差異，基於掃描器及/或光罩，在此態樣後續可進行最佳化。在本說明書，每一光罩接受一校正，該校正在後續的半導體結構上產生最小可能組合的整體失真，而不是個別對每一光罩進行最大可能的校正。

圖1顯示藉一光罩檢查系統記錄一真實光罩的結果。一光罩的空間潛像實質上也會在一掃描器中出現，但其繪示藉由光罩檢查系統在掃描器等效（scanner-equivalent）條件下的記錄。憑藉在照明側以最大可能程度重現掃描器，光罩檢查系統建立掃描器等效條件。舉例來說，這包括使用具有與掃描器中所使用波長相同或非常相似的一光源，以彈性設定照明圖案（所謂的設定）及偏振圖案。強度分布是可識別的，也將投影到要曝光的一晶圓的光阻中。

圖2示意地顯示可追溯到光罩檢查系統的失真，並且該等失真從圖1繪示的影像中減去以進行影像校正。由於該等失真僅與光罩檢查系統有關，其與在掃描器中後續使用光罩無關，因此與晶片製造無關。將失真分為由光罩本身引起的失真及由光罩檢查系統造成的失真，因此是有利的。

圖3繪示將失真校正後的影像細分成不同子區域（所謂的「感興趣區域」1），在此圖中使用虛線繪出。該等感興趣區域1（以下稱為「ROI」）實質上是憑藉包含獨立的特徵或感興趣的特徵群組來定義，即某些結構2或結構群組要在晶圓上產生，且因此在光罩上建立。

圖4顯示針對個別ROI 1的一第一輪廓擷取的結果。在本說明書，輪廓憑藉初始定義的某一強度值（所謂的閾值）擷取，該閾值代表在真實晶片上建立一邊緣的測量。不言而喻的是，微影製程的製程特定參數，諸如採用的光阻類型，也會對閾值產生影響。從影像處理中已知大量的邊緣檢測方法（例如，Canny方法、Sobel方法、基於梯度的方法及其他更多）。也可使用此群組中的另一方法代替一閾值。此外，還可藉人工智慧從使用合適的空間潛像訓練的數據記錄中得出輪廓。因此獲得在個別ROI中以實線繪示的結構邊緣3，即劃定所擷取輪廓的邊緣3。

圖5顯示光罩設計對空間潛像之任選匹配的結果。

圖6繪示晶圓平面上的期望結構，即微影目標4，作為實質上由直線路徑劃定的結構。在光罩檢查系統中測量的邊緣3現被配適到該等結構4上。特別是，閾值及x和y位置作為配適參數受到質疑。通過配適製程，獲得在晶圓平面中相對於微影目標4的實際測量輪廓的最可能疊加。藉由使用光罩檢查系統使得所述的確切調適成為可能，如所述，光罩檢查系統在很大程度上重現掃描器的性質。因此，晶圓平面的相對位置（x和y位置）及閾值與其對邊緣位置的影響，在配適製程中是多變的，直到滿足一指定的最佳化標準為止。由於將x和y位置視為配適製程的參數，因此無法再從結果以足夠的精確度推導出結構邊緣的位移。特別是，基於圖6描述的製程，可針對任何ROI來進行。這首先有助於將掃描器中產生的實際輪廓進行組合，其包括所有光學成像效果及其在光罩上的位置。

圖7繪示一進一步步驟，其中一單獨的對位測量的結果應用於到這點處之前所獲得的結果。如圖所示，特別是在圖式的底部繪示的細部放大圖中，顯示微影目標4，可藉由其直線邊界所識別，空間潛像測量所配適的輪廓3（用虛線繪示）、及藉單獨測量的對位誤差而偏移的輪廓5。在本說明書，特別是，對位誤差可藉座標測量機來確定；本質上，用於確定對位誤差的其他處理也可想像。獲得的影像以其豐富的資訊內容而著稱。首先，其含有在晶圓上預期輪廓的真實表示（從光罩檢查系統的空間潛像獲得），其次，其還含有每個感興趣區域的預期對位誤差。特別是，如果意圖藉由兩不同光罩進行雙重曝光在一晶圓的相同層上產生結構，光罩的不同但存在的對位誤差加起來的情況，並結合偏離微影目標的特徵的真實輪廓，可能會導致出現帶有缺陷的結構。由於根據本發明能夠基於光罩測量即時識別出可預見的問題，因此可經由已知的系統進行一有效、適當的光罩校正。

然而，上述方法假設藉由一光罩檢查系統所記錄的空間潛像及藉由對位測量系統所記錄的空間潛像彼此沒有不同或僅略有不同。然而，由於前述系統顯著不同，尤其鑑於照明和數值孔徑（numerical aperture），因此此假設不是很正確。因此，藉由對位測量系統確定的一對位誤差，可能無法完全轉移到由光罩檢查系統產生的一空間潛像。

為了解決該問題，除了已知的方法步驟之外，藉一模擬（特別是藉克希何夫（Kirchhoff）或嚴格的模擬）從光罩設計中產生一對位影像和一光罩檢查系統影像。對位影像的模擬為對位提供一數值。特別是，其還考慮已知的成像像差，例如失真。通常在任何為了確定對位的情況下進行此模擬。將兩模擬影像相互比較，可得出對位測量系統與光罩檢查系統之間的對位測量的區別誤差，在光罩的進一步測量和驗證時可考慮該誤差。

特別是，最初基於模擬的空間潛像（不再基於微影目標）進行x / y調適。

然後，在第二步驟中，在x和y值沒有任何進一步調適的情況下，閾值採取最可能從微影目標獲得分別考慮的結構的CD值之方式進行調適。

因此，由於光罩設計的模擬可識別OPC（即基於從微影目標開始界定光罩設計的軟體）的誤差，因此獲得尤其關於微影目標的確定結構的偏移之表現。

1:感興趣區域（ROI） 2:結構 3:結構邊緣 4:微影目標 5:來自對位測量的偏移輪廓

下面參考附圖更詳細解釋本發明的一示例性具體實例。在圖式中： 圖1顯示光罩的一示例性空間潛像； 圖2示意地顯示在圖1中繪示的空間潛像中的影像誤差，特別是失真； 圖3顯示將空間潛像細分成不同的感興趣區域； 圖4顯示所擷取結構的輪廓； 圖5顯示光罩設計對空間潛像之任選匹配的結果； 圖6顯示晶圓上的期望結構； 圖7顯示呈現一單獨的對位測量的結果與到此點處之前所獲結果的示意圖。

3:結構邊緣

4:微影目標

5:來自一對位測量的偏移輪廓

Claims (7)

1. 一種用於測量半導體微影用光罩之方法，其包括下列步驟： -    記錄該光罩之至少一區域的空間潛像； -    定義至少一感興趣區域（1）； -    在至少一感興趣區域（1）中確定結構邊緣（3）； -    提供將由該光罩產生的期望結構（4）； -    使該等確定的結構邊緣（3）調適成該等期望結構（4）； -    藉一單獨的對位測量的結果位移該等調適的結構邊緣。
2. 如請求項1之方法， 其中，在記錄該空間潛像之步驟之後，對用於記錄該空間潛像之系統的影像像差進行計算校正。
3. 如請求項1或2之方法， 其中在調適該等確定的結構邊緣（3）的該步驟中，使用基於光罩設計所模擬的空間潛像。
4. 如請求項3之方法， 其中該模擬的空間潛像是針對一對位測量系統及/或為了一光罩檢查系統所產生。
5. 如前述請求項中任一項之方法， 其中確定的資訊項目是用於建立該光罩或一掃描器曝光製程的校正策略。
6. 如請求項5之方法， 其中一個光罩的校正策略是該光罩的針對性實體拉伸。
7. 如請求項5與6中任一項之方法， 其特徵在於 建立用於至少二光罩的匹配校正策略。

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