TW202403294A - 光罩檢驗方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提出了一種光罩檢驗方法，其步驟包含定義一錨定比例值、提供一光罩並量測該光罩得出一量測比例值，該量測比例值等於該光罩在線寬量測機台進行量測時在特定線寬下的量測影像的一影像強度極值除以一影像強度臨界值或是該影像強度臨界值除以該影像強度極值、以及如果該量測比例值大於該錨定比例值，則該光罩視為通過檢驗，如果該量測比例值小於該錨定比例值，則該光罩視為未通過檢驗。

Description

光罩檢驗方法
本發明大體上與一種光罩檢驗方法有關，更特定言之，其係關於一種使用影像強度比例值來檢驗光罩的方法。
在半導體製程中，光罩(photomask)係用於光刻製程中來定義出光阻(photoresist)於曝光顯影後所會形成的鏤空圖案，該些圖案會於後續的蝕刻步驟中轉移到目標層上形成所需的半導體圖案，如各種元件或電路圖案。一般而言，光罩在製作過程中會進行檢驗步驟來看其是否滿足所預定的規格需求，該檢驗步驟大多是量測光罩上的一維圖案的線寬（critical dimension, CD，如線路與溝槽等直線圖案），並透過該量測到的線寬來推知後續可能得到的光阻顯影後檢查的圖案線寬(ADICD, after development inspection critical dimension)，以此得知用該光罩製作出之半導體圖案是否存在缺陷風險，如線路頸縮或橋接等缺陷。
儘管如此，隨著半導體元件的線寬不斷微縮，加上半導體圖案變得越來越複雜，光罩圖案的線寬與所產生的ADICD線寬的關聯度越來越低，以上述習知基於一維圖案的檢驗方式來檢驗光罩可靠度的做法已不敷使用，本領域的技術人士亟需對現有的光罩檢驗方法進行改良或研發新的光罩檢驗方法，以滿足業界之需求。
有鑑於前述現有習知的光罩檢驗方法的不足，本發明於此提出了一種新穎的光罩檢驗方法，其特點在於採用與光阻顯影後線寬(ADICD)關聯度更高的影像強度比例值來做為檢驗方法的基礎，其所推知的ADICD更符合實作結果，更適合作為檢驗光罩品質與可靠度的方法。
本發明的目的在於提出一種光罩檢驗方法，其步驟包含定義一錨定比例值、提供一光罩並量測該光罩得出一量測比例值，該量測比例值等於該光罩在線寬量測機台進行量測時在特定線寬下的量測影像的一影像強度極值除以一影像強度臨界值或是該影像強度臨界值除以該影像強度極值、以及如果該量測比例值大於該錨定比例值，則該光罩視為通過檢驗，如果該量測比例值小於該錨定比例值，則該光罩視為未通過檢驗。
本發明的這類目的與其他目的在閱者讀過下文中以多種圖示與繪圖來描述的較佳實施例之細節說明後應可變得更為明瞭顯見。
現在下文將詳細說明本發明的示例性實施例，其會參照附圖示出所描述之特徵以便閱者理解並實現技術效果。閱者將可理解文中之描述僅透過例示之方式來進行，而非意欲要限制本案。本案的各種實施例和實施例中彼此不衝突的各種特徵可以以各種方式來加以組合或重新設置。在不脫離本發明的精神與範疇的情況下，對本案的修改、等同物或改進對於本領域技術人員來說是可以理解的，並且旨在包含在本案的範圍內。
閱者更能了解到，當「包含」與/或「含有」等詞用於本說明書時，其明定了所陳述特徵、區域、整體、步驟、操作、要素以及/或部件的存在，但並不排除一或多個其他的特徵、區域、整體、步驟、操作、要素、部件以及/或其組合的存在或添加的可能性。
首先請參照第1圖，其為根據本發明較佳實施例中一光罩(photomask)的製作流程圖，其中大體說明了一個光罩從線路設計到檢查後出廠的各個主要步驟。首先在步驟101的資料準備階段，一個光罩上所欲形成的電路圖案會先在IC設計階段中架構出來，通常是IC設計端透過在電腦上使用電子設計自動化(electronic design automation, EDA)或是電腦輔助設計(computer aided design, CAD)等設計工具來進行實作，其中可能包含規格制定、功能與架構設計與模擬、RTL與邏輯電路設計、以及實體佈局設計等多道步驟，最後通過檢驗的電路圖會交由光罩製造廠來製作成實體光罩。
在步驟101的光罩寫入步驟中，前述所設計出的電路圖案會被形成在一光罩基板上，如高純度的石英基板，其上形成有鉻質吸收層以及感光樹脂材質的光阻層等層結構，並透過電子束或雷射光束的方式在該光阻層上寫入所設計出的電路圖案。
在步驟102中，對該光罩基板上的光阻層進行曝光顯影動作，如此該光阻層上會形成之前所寫入的電路圖案。之後，再以具有該電路圖案的光阻層為蝕刻遮罩進行蝕刻步驟來蝕刻下方的鉻質吸收層，如此可將該電路圖案轉移到該鉻質吸收層上。最後再將該光阻層從鉻質吸收層上去除。如此該光罩基板上就形成了所需的實體電路圖案。
在步驟103中，所製作出的光罩圖案都需進行檢查，看其中是否有缺陷存在或是否滿足所要求的光罩品質或規格。在習知的做法中，此階段通常是檢查光罩圖案中的一維圖案，例如密集區或疏散區的導線或溝槽等直線線條，其具體上會量測該些光罩圖案的線寬，並通過線性回歸等相關性來判定後續以此光罩所製作出的光阻顯影後檢查圖案線寬(ADICD, after development inspection critical dimension)是否有產生缺陷的風險，例如線路頸縮或橋接等缺陷。如果通過檢查，則可以繼續進行後續步驟。如果未通過檢查，則重新回到光罩寫入階段進行調整，例如調整曝光能量等。
然而，雖然上述步驟103的習知做法可以檢驗光罩的品質，但是光罩圖案的線寬與光阻顯影後檢查圖案的線寬(ADICD)的相關性會隨著線寬變小而變差，其相關性也會隨著所量測圖案本身或周圍圖案（可稱之為二維圖案）的複雜度增加而變差，如此導致此檢查步驟無法反映出光罩的實際品質。
為了解決上述問題，本發明在一維圖案檢查步驟103後加上了一個二維圖案檢查步驟104。有別於步驟103中以量測光罩圖案線寬為基礎的做法，本發明此步驟量測的是圖案影像強度而非線寬，並透過該量測到的圖案強度比例值與ADICD的相關性來檢驗光罩的品質。此檢查步驟104的原理與詳情將在下述實施例中說明。
現在請參照第2圖，其為根據本發明較佳實施例中一光罩檢驗方法的流程圖，對應前述步驟104量測光罩強度比例值之步驟。首先在步驟200，本發明的實施方法會先定義一錨定比例值(anchor ratio)。此錨定比例值係做為判定後續所實際量測出的量測比例值(measured ratio)是否超出標準以及符合規範之基準。在本發明實施例中，錨定比例值會視光罩的規格、所量測的光罩圖案、所量測的圖案線寬等因素而有所不同。
定義出錨定比例值後，在步驟201，對所欲量測的光罩圖案作實際的量測，得出一量測比例值。實際量測的例子如第3圖所示，其為根據本發明較佳實施例中一光罩圖案在線寬量測機台進行量測時的量測影像與相關影像強度的圖像。本發明量測中所使用的線寬量測機台可以是空間影像量測系統(aerial image measurement system, AIMS)機台，其透過感光耦合元件(charge-coupled device)來獲取光罩圖案影像並對其進行量測。如第3圖所示，圖中的暗區(dark tone)可為光罩圖案中的空間或空白區，亮區(clear tone)可為光罩圖案中的溝槽，用以形成導線圖案，該亮區與暗區的影像強度在實際量測中會如圖中的波浪曲線所示，在特定線寬的亮區與暗區中，該影像強度的波浪曲線分別具有一最大影像強度極值與一最小影像強度極值，文中統稱為影像強度極值。
再者，在本發明實施例中，對於該光罩圖形中特定的線寬而言，其具有一對應的錨定影像強度臨界值(anchor threshold)，代表實際該光罩在曝光階段達成該目標線寬的最佳曝光強度。本發明實施例中會根據上述量測所得出的最大影像強度極值與最小影像強度極值以及所預定的該影像強度臨界值來得出一量測比例值。在本發明實施例中，對於亮區圖案而言，該量測比例值等於該最大影像強度極值除以該影像強度臨界值。對於暗區圖案而言，該量測比例值等於該影像強度臨界值除以該最小影像強度極值。此處得出的量測比例值可與預先定義的錨定比例值做比較，以此判定該光罩製作出之半導體圖案是否存在缺陷風險。
現在請參照第4圖，其為根據本發明較佳實施例中光罩圖案的強度量測比例值對ADI線寬的相關性線圖。本發明之所以能夠根據前述所得出的量測比例值來檢測光罩品質的原因在於該量測比例值與該光罩所得出的光阻顯影後檢查圖案線寬(ADICD)有明確的相關性。如第4圖所示，根據實際的實驗結果做線性回歸，可以發現該量測比例值與ADICD線寬呈明顯的正線性關係，其決定係數R 2約等於0.5696。故此，本發明可經由量測所得出的該量測比例值來推知後續所會得到的ADICD線寬。例如，如圖中所示，當所得出的該量測比例值為1.4622時，其可推知後續該光罩用於半導體製程中會得到42 nm的ADICD線寬。使用上述本發明以影像強度為基礎的做法所能得出的相關性程度係遠高於習知技術中直接量測一維光罩圖案CD的做法，且其所適用之圖案較多，特別是針對本身或周圍環境較為複雜度的二維圖案，故其可以搭配習知量測一維光罩圖案CD的做法來檢測光罩，以獲得更精準、更可靠的檢測結果。
現在請回到第2圖。在得出上述的量測比例值後，步驟202中，該量測比例值會於前述所定義出的錨定比例值做比較，如果該量測比例值大於該錨定比例值，則該光罩視為通過檢測，可以繼續進行後面的步驟。如果該量測比例值小於該錨定比例值，則該光罩視為未通過檢測，則重新回到光罩寫入階段進行調整，例如調整曝光能量等。以第3圖中的暗區圖案（空間圖案）為例，當其量測比例值（預定的影像強度臨界值除以該暗區圖案的最小影像強度極值）大於錨定比例值時，可以推知該處實際所形成的ADICD線寬會小於設定值，有使鄰近線路產生橋接缺陷的風險。反之，以第3圖中的亮區圖案（溝槽圖案）為例，當其量測比例值（該亮區圖案的最大影像強度極值除以預定的影像強度臨界值）大於錨定比例值時，可以推知該處實際所形成的ADICD線寬會小於設定值，所形成的線路有頸縮缺陷的風險。
現在請參照第5圖，其為根據本發明較佳實施例中實際光罩在量測時的錨定強度臨界值、影像強度極值以及所產生的量測比例值的數據表格。以光罩樣本為例，其中量測了WP1, WP2以及WP3三種光罩圖案，每種圖案都做五次量測。在本發明實施例中，對於該光罩樣本，視其光罩規格、圖案或是線寬的不同，其有預設的錨定強度臨界值(anchor threshold)與錨定強度極值，該錨定強度極值除以該錨定強度臨界值（針對亮區圖案）或是該錨定強度臨界值除以該錨定強度極值（針對暗區圖案）即為此光罩樣本的錨定比例值(anchor ratio)。以圖中的數據為例，第一次量測中的錨定強度臨界值為0.284，錨定強度極值為0.3779，則其亮區圖案所預定的錨定比例值為1.331(=0.3779/0.284)。此數值將在後續的光罩檢測中作為判定基準。
復參照第5圖。針對該光罩樣本上不同的圖案或線寬WP1, WP2, WP3，其實際量測中會得出不同的影像強度極值，該所得出的影像強度極值除以前述的錨定強度臨界值即為其量測所得出的量測比例值（針對亮區圖案）。以圖中的數據為例，第一次量測WP1亮區圖案得到了其最大影像強度極值為0.3384，故此可得出其量測比例值為1.192(=0.3384/0.284)。光罩暗區圖案的例子與上述實施例類似，只是量測比例值的定義改為錨定強度臨界值除以暗區的最小影像強度極值。
從第5圖的表格中還可以看到，針對相同光罩圖案（例如WP1）的多次量測（1st, 2nd, 3rd...）得出的強度數據可能會有所差異，這是由於機台本身量測的誤差所致，並非是所量測的光罩圖案本身的因素。對此，本發明實施例中將多次量測數據的三倍標準差(3σ)做為機台的量測誤差容限，在此誤差容限內的比例值或線寬範圍都視為檢測合格。以圖中的數據為例，預定的錨定比例值數據以及WP1~WP3的量測比例值數據的三倍標準差平均值為0.023，此數值可用來修正後續光罩檢測時所預定的錨定比例值。
以第6圖來說明，其為根據本發明另一實施例中光罩圖案的量測比例值對ADI線寬的相關性線圖。從圖中可以看到，對於ADICD線寬設定為43 nm的光罩圖案而言，其在線性關係下所對應的錨定比例值為1.46222，但是考量到前述機台本身的量測誤差容限（例如前述的3σ=0.023），我們可將該平均的3σ數值帶入原先定義的錨定比例值中作修正，得出新的修正後錨定比例值1.43922(=1.46222-0.023)，此修正後錨定比例值對應的ADICD線寬則從原先的43 nm下修2.44 nm。加入此針對機台量測誤差的修正後，量測比例值大於此修正後錨定比例值的光罩檢測結果都視為該光罩通過檢測。
現在請回到第1圖。如果光罩通過本發明步驟104的二維圖案檢測，則可以進行後續步驟105的缺陷修復動作。此步驟通常是對光罩圖案進行掃描，檢測是否有光罩圖形以外的缺陷，如雜質微粒或光阻殘留在光罩上，可以透過清洗製程來去除該些缺陷。缺陷修復後，後續的步驟106會在光罩基板上黏貼一層護膜(pellicide)，如鐵氟龍膜，來保護具有光罩圖案的鉻質吸收層。貼膜後的光罩在出廠前會再做一次缺陷檢測動作（步驟107），確定成品已無任何缺陷存在，如果通過該檢查，光罩成品即可出廠，供各家半導體製作商在半導體製程中使用（步驟108）。
從上述實施例可知，本發明所提出的光罩檢驗方法，其特點在於採用與光阻顯影後線寬(ADICD)關聯度更高的影像強度比例值來做為檢驗方法的基礎，其所推知的ADICD更符合實作結果，更適合作為檢驗光罩品質與可靠度的方法，是為一兼具新穎性與功效進步性的發明。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
101~108:步驟 200~202:步驟
本說明書含有附圖併於文中構成了本說明書之一部分，俾使閱者對本發明實施例有進一步的瞭解。該些圖示係描繪了本發明一些實施例並連同本文描述一起說明了其原理。在該些圖示中： 第1圖為根據本發明較佳實施例中一光罩的製作流程圖； 第2圖為根據本發明較佳實施例中一光罩檢驗方法的流程圖； 第3圖為根據本發明較佳實施例中一光罩圖案在線寬量測機台進行量測時的量測影像與相關影像強度的圖像； 第4圖為根據本發明較佳實施例中光罩圖案的量測比例值對ADI線寬的相關性線圖； 第5圖為根據本發明較佳實施例中光罩量測時的錨定強度臨界值、影像強度極值以及所產生的量測比例值的表格；以及 第6圖為根據本發明另一實施例中光罩圖案的強度量測比例值對ADI線寬的相關性線圖。 須注意本說明書中的所有圖示皆為圖例性質，為了清楚與方便圖示說明之故，圖示中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現，一般而言，圖中相同的參考符號會用來標示修改後或不同實施例中對應或類似的元件特徵。
200:步驟
201:步驟
202:步驟

Claims (7)

  1. 一種光罩檢驗方法，包含： 定義一錨定比例值； 提供一光罩並量測該光罩得出一量測比例值，該量測比例值等於該光罩在線寬量測機台進行量測時在特定線寬下的量測影像的一影像強度極值除以一影像強度臨界值或是該影像強度臨界值除以該影像強度極值；以及 如果該量測比例值大於該錨定比例值，則該光罩視為通過檢驗，如果該量測比例值小於該錨定比例值，則該光罩視為未通過檢驗。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光罩檢驗方法，其中該影像強度極值為該量測影像的亮區(clear tone)的影像強度極值或是該量測影像的暗區(dark tone)的影像強度極值，當該影像強度極值為該亮區的影像強度極值時，該量測比例值等於該影像強度極值除以該影像強度臨界值，而當該影像強度極值為該暗區的影像強度極值時，該量測比例值等於該影像強度臨界值除以該影像強度極值。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光罩檢驗方法，其中當針對該亮區的該量測比例值大於該錨定比例值時，所量測的該光罩區域的圖案有頸縮缺陷(necking)風險。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之光罩檢驗方法，其中當針對該暗區的該量測比例值大於該錨定比例值時，所量測的該光罩區域的圖案有橋接缺陷(bridging)風險。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光罩檢驗方法，其中該光罩的該錨定比例值與該特定線寬呈正線性關係。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光罩檢驗方法，其中該錨定比例值具有一量測誤差容限，該錨定比例值減去該量測誤差容限為一修正後錨定比例值，如果該量測比例值大於該修正後錨定比例值，則該光罩視為通過檢驗，如果該量測比例值小於該修正後錨定比例值，則該光罩視為未通過檢驗。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之檢驗光罩的方法，其中該機台為空間影像量測系統(aerial image measurement system, AIMS)機台。
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