TWI273353B - Method for evaluating the effects of multiple exposure processes in lithography - Google Patents

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TWI273353B
TWI273353B TW093112746A TW93112746A TWI273353B TW I273353 B TWI273353 B TW I273353B TW 093112746 A TW093112746 A TW 093112746A TW 93112746 A TW93112746 A TW 93112746A TW I273353 B TWI273353 B TW I273353B
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Description

1273353 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明關於被影製程方法，尤其是計算多重曝光技術 之製程效應。 【先前技術】 一種如金屬氧化半導體場效電晶體(M〇SFET)晶片裝 置般藉由幵>成多層材料而形成於半導體晶圓上。那些層 大多使用照相圖案技術，如微影，將裝置上之目標曝光以 於感光介質中形成圖案。在製造過程中，裝置上的每層圖 案藉由感光介質之單-曝光（光阻層）印製於目標上以形成 -微影光罩，此乃感光層（光阻層）曝光及之後顯影的結果。 已知如何由感光層，如光阻，曝光之單一曝光技術計 异或預測製程誤差效應。-般已知這種模擬這類效應之計 异作為製程，如微影製程，之製程容許度 latitude)或製程適用範圍（processwind〇w)，以下列方程 式表之。 里二1_曝光系羞中製裎谪用fflfj g示 單一曝光系統中模擬的製程適用範圍pw是以下列方 程式定義：
4IBM/04038TW 1273353 PW=/p. ( FEMy E7 F) 其中的參數是： FEM=線寬對焦點及劑量的曲線 結合FEM分析之曝光劑量變化 結合FEM之焦點變化 A二一般所知之製程適用範圍 製程適用範圍係關於微影製程條件之範圍（即失焦 (defocus)及曝光劑量），其中之關鍵光罩圖案特徵將具有 在期望容許誤差範圍内之印刷尺寸。 當探測出超過一個以上的曝光技術可作為印刷關鍵 微影程度之可行選擇時則問題產生。 舉例來說，一種會需要雙重曝光的技術是交替相移式 光罩（Alternating Phase-Shift Mask，altPSM)之實施方 法，其中於altPSM的第一步驟中，如圖1A中的示範例 altPSM光罩8，藉由輻射通過以將目標曝光於感光層上， 之後第二步驟中輻射通過修整(Trim)光罩，如圖1β的示範 例Trim光罩9，以將目標曝光。使用Trim光罩曝光以切 除及/或移除感光層（光阻或阻障）中不想要的特徵，僅留下
4IBM/04038TW 1273353 期望的圖案於裝置（晶片/晶圓）上的感光層（光阻）中 ，以形 成最後期望的影像。
顯不於圖1A中的示範例altpsM光罩8，為1〇〇〇奈米 寬，具有不透光的窄邊沿LL於其左，以及鏡像不透光的窄 邊沿RR於其右。® 1A +，明顯阻止輻射通過的邊沿LL 及RR為50奈米寬。介於窄邊沿LL/RR之間的中央不透光 分割器D1丨1〇〇奈米寬，亦可明顯阻止幸畐射通過。在中央 不透光分D1的右邊及左邊，介於絲LL/RR之間的 altPSM光罩之左/右部分L1/R1，分別為4〇〇奈米寬。altpsM 光罩之右部分R1供相移為零度（〇E)的輻射通過，altpSM 光罩之左部分R1供相位為;Γ(18〇Ε)的輻射通過。第一曝光 由圖1Α中altPSM光罩產生。 顯示於圖1B中的示範例Trim光罩9亦為1〇〇〇奈米 寬，不具有不透光邊沿。當Trim光罩9為150奈米寬，有 較寬之中央不透光分割器D2位於邊緣之中間。在中央不透 光分割器D2的右邊及左邊，介於Trim光罩9邊沿間為Trim 光罩9之左/右部分L2/R2，分別為425奈米寬。
4 旧 M/04038TW 8 1273353 於目=過圖1B"nm光罩9而提供光阻之第二曝光 、目“裝置上’則於目標裝置上的第—光阻之效應 響（減輕）。雖然已知如何計算 = y 制妒只L、有早一曝先技術之 衣权㈣效應，由於第二糾參魅要鱗—曝光參數獨 立’使得具树4曝光之抛縣之辭效應難
-7TC： '〇 1 I 預測。 一些關好重曝光技術且與本發明實f ^相同之 利說明於下。
Patietak_+Wu 5,527,645 i_「^ 移微影光罩之生錢統方法」係描述—具有透射疏之微. 影光罩之生產方法’其中光穿透光罩之非不透光 (職-〇卿e)部分’鮮位在目標平面，而影像形成於影^ 像平面。藉由照光系統於影像平面形成之二元影像㈤崎 image)之輪廓’是在-連續性變化相之—連續性光罩函數 產生之後’此連續性變化相符合基於轉移函數及二元影像 - 圖案之預定誤差準則。之後此光罩函數藉由將連續性變化 - 相分為四相位而轉換為一四相光罩函數。接著，以以的專 利根據四相光罩函數產生-光罩，此光罩包含多個像素區
4 旧 M/04038TW 9 1273353 域，每一像素區域具有相對應於四相位之-之透射率。Pati 的專利描述-種製造altPSM鮮之方法，但是並沒有描述 分析或預測晶圓上最後印刷圖案之方法。
Liebmann et al·之美國專利號5, 8〇7, 549，名稱為「具 有光場修整鮮之微影圖刻方法及其鮮組」，描述使用相 位移修整光罩之微影@案技術及其光罩組，此相位移修整 光罩具有在塊區增加之光罩尺寸，赠移除先前曝光缺 陷。XI篇並沒有討論晶圓上最後關鍵電阻圖案之製程效應。
Borodovsky之美國專利號「增進接觸及中介窗微影之 方法及裝置」，係描述一種用於形成於感光層之開口之方法 及裝置。然圖案之感光層被曝光成為具有開口圖案之第一 光罩，此開口圖案之尺寸在嚴格之製程容許度内。在顯影 韵，此感光層被曝光成為第二光罩，此第二光軍具有圍繞 在開口圖案之清晰間隙壁之柵極(grid)。透過兩個光罩之 混合曝光形成一具有較小開口之潛像（latent image)。使 用兩種曝光且配合對每一種設計之曝光劑量，控制了強度 分佈而形成縮小尺寸的開口。Borodovsky之專利描述一種 形成小洞於阻抗中之方法，但未提及關於最後阻抗圖案之
4IBM/04038TW 10 1273353 製程效應之計算/量化方法。 ⑽之美國專利號5,635,316，名稱為「她移微影 之佈局方法論、妹城關綠」，料—觀刻感光層 之讀層佈局方法。元件雜安置於在佈局_列及/或行 進行之線上。列及/或行是從㈣庫巾錄以產生相緣 (細e edge)相位移層之佈局。層相對應於佈局而可 能被曝光為-光罩’產生舰/或行之潛像。此感光層也曝 光為元件層佈局以將相緣層不需要的部分曝光。⑽心. 描述多重曝光之應用’而與計算製程效應之方法無關。 如她以&1.之美國專利6，159,644，名稱為「使用 多層曝光製造半導體電路元件之方法」贿—觀元件於 使用-曝光方法_增強對準之方法，此曝光方法係執行 具有紫外線及電子束(E-beam)之-縮小投影曝光之一混合 使用’電子束之誤差可被量_彳。電子賴由第—及第二 誤差量化校正之電子束上之曝光資料描寫—曝光。此篇專 利未έ及任何表後電路元件之製程效應。 因此，仍需要一種方法以計算多重曝光微影製程之混
4IBM/04038TW 11 1273353 合之製程適用範圍。 【發明内容】 本發明之-方面提供一種評估多重曝光（或多個步驟) 微影製程之方法。 本發明之另一目的提供一種決定多重曝光微影製程 之混合影像。 本發明之另一目的提供一種決定多重曝光微影製程 之混合影像，其中製程翻範圍㈣為在可確實印刷一特 徵下微影製程條件之範圍。 本發明之另一目的在提供一種方法，當已知微影製程 工具及條件之誤差容許範圍（err〇r budget)(即劑量及失 焦誤差之分佈）時，決定多重曝光微影製程之預期良率。 本發明之另一目的在提供一種決定工具及製程說明 之方法(如誤差容許範圍），以較多鱗光微影製程之目 標良率。
4IBM/04038TW 1273353 根據本發明，—财_由分观決定每—曝光步驟 或办之鱗組以決定—多重曝光或多個步驟之微影製 程，之後結合第-或先前之曝光步驟(製程)及多重影曝光 製程之連續曝光或步驟之影像以決定影像組。較佳地，這 些影像由模擬決定，且是針對每一曝光步驟所預期之失焦 值之範圍所提供之正規化影像。 根據本發明，這些混合影像可驗執行多重曝光製程 之衣私適用涵之分析。舉例來說，可提供光阻材料之定 限劑量且將之用於決定預期的印刷關鍵尺寸（仙^ • nsion’ CD)。這些CD值可依次用於決定製程適用範圍 度量之表達或函數（即模型），舉例來說，藉由在已知劑量 及失焦值提供相㈣f、料纽_ (f⑽s-exp〇_ matrix，FEM)之製程適用範圍度量，且之後提供符合這些 值的函數提供查詢表。這些製程適用範圍度量可能之後 用於决疋在劑里及失焦之特定的誤差容許範圍之製程適用 辄圍分佈’且提供多重曝光製程之預期良率。也可以在特 疋的目標良率下，使用製程適用範圍分佈以決定工具之誤 差容許範圍規格，確㈣得多重曝光製程之目標良率。
4IBM/04038TW 13 1273353 【實施方式】 本發明提供一種模擬的方法以計算及/或預測感光材 料層，如底材上之光阻層，❹重曝光技術之製程誤差(如 焦點和劑置）之效應。
如前所述’一種會需要雙重曝光切術為參考圖1A 及1B之上述aitPSM製程。另—多鱗域程之例子為一 圖案之第-曝光’係於_解時偏移之後隨後曝光後發 生。雖然altPSM乡歸光猶於後作為·本發明之較佳 實施例之用，減_技藝者可轉的是本發明可用於其 他多重曝光製程。 於一典型的沿㈣製程中，將晶圓上之-阻抗層第 -曝光至-影像而形成最後晶圓的圖案，而此影像係透過 altPSM光罩8曝光（即触_而形成。第一曝光條件且 有特定曝光継及失紐之特徵，在顯影綠後形成由曝 光光罩8產生之首次圖案，輕射通過圖ΐβ中的㈣光罩 以將目標曝光於_光阻層上，但-般所使用的曝光條件 (例如第二次曝光劑量及失焦值)與使用於ai光罩8 曝光之缝及线值M，H由料技射模擬每一次曝
4IBM/04038TW 14 1273353 光單獨產生預期的影像。 舉例來說，圖2A揭示一組模擬的影像，係藉由投射 照光通過圖1A之altPSM光罩8以產生關於在一系列不同 焦點（即失焦值）的一系列失焦影像，這不同焦點關於光罩 8之預期製程條件。顯示於圖2A之一組失焦曲線於之後稱 為第1組(SET1)」。每一曲線說明關於光罩8之第一曝光 條件之不同失焦值，投射至曝光光阻上以作為位置之函數 (如圖1A中所示沿X轴）之結果影像強度。強度被正規化為 乾淨光阻(clear mask)(或無光阻)之一最大照光強度。 圖2B揭示影像之模擬組（強度被正規化為乾淨光阻之 一最大照光強度），藉由投射照光通過圖1BiTrim光罩9 以產生在一系列不同焦點之一系列失焦影像
。顯示於圖2B 之一組失焦曲線之後稱為「第2組(別了2)」，說明在結合 Trim光罩9之製程條件下失焦值之範圍，投射至曝光光阻 上以作為位置之函數，如圖1B中沿[軸，之結果正規化影 像強度。（最上層虛線之曲、線S2於圖4B中顯示為實線）。 雖然揭不於圖2A及2B之正規化強度曲線之劑量間無
4IBM/04038TW 15 1273353 關聯’然而在已知失焦值下可估計劑量效應，這是因為當 ㈣能量超過-統等級時，曝光劑量（照光強度及曝光時 間之函數)形成於阻抗巾之潛像。趙能階可表示為有效強 度等級(effective intensity level)，如圖 4D 中用於說 明之或t„，這與已知阻抗之定關量相符。具有已知強 度轉之定限等級，其交又點之距離為已知的失焦及曝光 劑置提供了印刷尺寸（通常指關鍵尺寸或⑼之量度。因 此’圖2A中的曲線可用於評估相對於目標⑶值之⑶誤 差’作為只有第-(altPSM)光罩8之劑量及失焦，或是製 程適用範圍之-函數。同樣地，圖2β中的曲線可用於評估 只有第二(Trim)光罩9之製程適用範圍。 然而，猎由提供感光層之第二(雙重)曝光通過第二， 圖1β中㈣光罩’使得於感光層上的第-曝光之效應因 雙重曝光而改變。因此，太私 心 Μ本發明提供一種方法，於使用兩 個或/、他夕重曝光製程後，評估混合製程適用範圍。 圖3為-流程圖，說明根據執行本發明之步驟，用於 計算及預估在第二曝光與第一曝光無關連時，雙重曝光之 木構下衣私决差之效應。根據本發明之方法可直接使用於
4IBM/04038TW 16 1273353 其他多重（例如大於雙重）之曝光製程。
圖3顯示之流程圖建立在假設使用於至少一雙重曝光 製程、一已知光罩設計（圖案），以及二（雙重）曝光或多重 曝光之一些已知照光條件下。本發明之原理可以被推斷用 於計算多於雙重曝光之多重曝光之製程適用範圍。本方法 於圖3顯示之流程圖開始於方塊1〇。 圖9說明-資料處理系統4〇，用於執行本方法於圖3 顯示之流程圖。連接中央處理器CPU以接收來自鍵盤κβ 之輪入資料’難KB她制本㈣之縣之操作者摔作。 儲存附屬細1A及1B之鮮_之資料以及結合本發明 之演算係儲存於資料儲存裳置_ ’資料儲存裝置卿連 接於處理器CPU以相互地傳送及接收資料。連接—顯示裝 置（監視器）DD以顯示來自處理器cpu之圖案於其勞幕上， 以及提供製圖印刷/緣製褒置GR以提供顯示於營幕上卯 之圖印製-拷貝。連接可文件之光學掃描㈣ 由連接處理H CPU輸人_及演算資料至系統4()。 9
4IBM/04038TW I273353 決定一混合的影 亨 查玉Μ.夫焦下笔二lit罩之影像模擬(SET1) 再次參考圖3，於步驟12中，系統模擬該組失焦正規 化影像SET1 (即與第一曝光製程相符，正規化至最大強度 之多重曝光製程，其第一曝光之一組影像IMAGEli， M，···，I·)，同時參考圖2A及圖4A來說明。於此例中， φ 圖2A及圖4A顯示該組失焦影像SET1，SET1為使用圖1A 中altPSM光罩8建立之曝光影像。SET1曲線之產生係藉 由於各種失焦之角度下投射照光通過圖1A中之altPSM光 罩8，即SET1曲線透過來自altPSM光罩8在投射系統之 系列不同焦點下之影像描述強度分布。圖Μ及圖从皆 „ 顯示用於通過圖1A之altPSM光罩8之位置函數（沿χ轴） 強度曲、.泉’圖4Α為圖μ之縮尺，包含顯示圖从及圖 修 4Β曲線麵之曝糾及圖c轉絲之曝糊之關係。 須選擇失焦影像SET1之失焦值fi，i=1，2·]，以便涵蓋包 含可用CD的範圍之失焦值範圍。舉例來說，為了使^ . 作可用的，印刷的影像必須具有相當明顯的邊緣及側邊， / 且尺寸必須落在·或目標GD值之可容許範圍，如1 内。於其他方法，失焦值fll至fll之範圍須至少涵蓋声像0
4IBM/04038TW 18 ί273353 對比（或影像斜度）的失焦值，使印刷CD便於使用。 接著詳細說明圖3中步驟14—28。 模擬(SET2) 於步驟14,這個具體實施例之系統模擬第」·個失焦巧 像 IMAGE2j，j=i ···】，且 芬 f9 — #々 J ， J且f2;涵盍失焦值之範圍，使 ，第二光罩圖案之所有預期的CD皆被涵蓋。舉例來說，選 定的第j個影像為選自圖2B的SET2影像中虛線曲線兑。 同樣的影像顯示於圖4B的實線S2，這是基於照光通過圖 1B中的trim光罩9產生的圖案。當第一曝光(SETi)的影 像模擬時，SET2(第二曝光影像IMAGE2j，j=1，…；)之曝光 影像於第二曝光製程巾已知魅（或线）下，被正規化至 透明光罩之最大強度。注意的是第—曝辭驟或製程之最 大強度可能不同於第二曝光步驟之最大強度，這是因為在 一多重曝光製程中，不同的曝光步驟可能有不同的照光條 件0 决定混合影像（最德一組(FINALSF/n) 根據本發明，混合影像的決定乃結合第一曝光製程 (如altPSM光罩8之曝光）產生的第一模擬影像（第i個選
4IBM/04038TW 19 1273353 及失焦值之翻，使得多重縣製程之财可預期的⑶ 變化將被涵蓋。此組混合影像町_混合影像之「最後 一組(FINALSET)」。 定影像IM胤)及第二曝光抛(如以及THm光罩9之曝 光)產生的第二模擬影像（第〕個選定影像舰肌）。_ 地，形成一組混合影像1嶋CH.μ，表現出劑量 FINALSET之每一各別影像元件之計算係在第—曝光 製程中第i個失焦值，採用來自SET1(IMAGEli，. ^ 的每-個影像’以及將之結合在該第二曝光製程的第』個 失焦值，來自SET2 (IMAGElj，j=i，···，j)的加權之第]·個 影像IMAGE2j。在此，加權因子較佳為第二曝光製程之劑量 - 對第一曝光製程劑量之一正規化比。（以下稱為劑量比 (DOSE-RATIO))。在此例下，正規化d〇SE-RATIO可表示為 籲 DOSE-RAT I O^Dnorn^/Dnoml ’ 其中 D_ ^Da/Eo ’
Da為真貫劑里且Eg為關於阻抗之背丨量至透明 (dose-t〇-clear)(或劑量至膠體（dose-to-gel))，且下標 4IBM/04038TW 20 1273353 1及2分職福第―、第二曝絲件下。劑量至透㈣ 義為當暴露鋪影㈣，造賴光層完全移除的曝光(對於 ' 正阻抗之例子）。（對在曝光㈣初完全溶解的貞阻抗，相 . 對應稱之劑量至膠體，劑量至膠體為當阻抗變為不可溶時 之曝光）。若可定義出一最佳或目標劑量，對於每一曝光會 是理想的（即DT1及⑹，之後-般真實關餘脫離理想 的目才示（即勺別為劑量誤差Δϋι、Δ〇2)，因此，DOSE-RATIO · 可表示為： DOSE-RAT 10= ((Dt2+AD2) /E02) / ((Dn+ADi) /Ε〇ι) 為了便於模擬，DOSE-RATIO可以目標或理想比表示， - 以結合雙重曝光R。，以及真實劑量比RA，可能表示為從R〇 偏差一誤差Δγ，即： 春
Ram=R〇+ Δ r«i 劑量比之誤差Δη，πι=4〜Μ，較佳涵蓋雙重曝光製程 預期之劑量比誤差範圍。
4IBM/04038TW 21 1273353 因此，於步驟16中，一混合或受干擾的影像IMAGEC(即 FINALSET之-混合影像元件或全部）係由步驟14(圖4β)加 入IMAGE曲線S2j(其中j範圍為通過第二曝光步驟之】失 焦值F2D之加權的影像強度至從圖4A顯示之之每個 影像強度IMAGEl·(其中丨範圍是通過第—曝光步驟之失焦 值Fli)，表示如下：
IMAGEC· = IMAGEL+ { Ram x 服AQE2W 選疋的第_劑量比Ram，㈣,··Μ，涵蓋雙重曝光製程 之預期劑量比之範圍。對於多重製程中每一依序之曝光步 驟’相對應於前-個製程步驟之下—個製程步狐+ΐη為第 )個d里對1劑里比。且1』係、連續地 個IMAGE州。
纽雙重曝光的例子中，若第二失焦值私之；=4且 二Γ L之M=5被視為足夠將這例子雙重曝光製程之變化範 則針對從SET1之第！個影像ι (即所有W 被導出嶋丨可 饭¥出，如下列表1所說明。
4IBM/04038TW 22 1273353 表1 第二曝光 數值 (N:JxM) 第二曝光劑量 (劑量比） 第二曝光焦點 1 1 1 2 2 1 3 3 1 4 4 1 5 5 1 6 1 2 7 2 2 8 3 2 9 4 2 10 5 2 … • · # 參•着 20 5 4 可以使用每一 FINALSET之曲線中一混合影像 IMAGEq,ni來獲得預期的寬度或關鍵尺寸（CD)值以作為定限 4IBM/04038TW 23 1273353 劑量值之-函數。之後可以使用這些相較於標稱或目標設 計之CD值偏差來估計混合製程適用範圍，詳細描述如= Π 用範圍 微衫製程之品質可由影像圖案或阻抗圖案的適當 特徵度里來表達。舉例來說，不同的絲或⑶、顯影之後 的阻抗厚度或阻抗特徵之側壁角度為可_之—些特徵或 度量。當製程條件改變（如不同的劑量或失焦），若特徵， 如不同的0)，落人可接受之料程肋，域確定可獲得 期望的良率，應當更好地控做魏程條件於製程條件之 可接受範圍或適用範圍中。 一種量測製程適用範圍之標準方法為利用焦點曝光 矩陣(FEM) ’其貫驗資料可獲得如⑶之變化以作為一測試 圖案，測試圖案係透過劑量及焦點條件範圍之過程。 根據本發明’焦點曝光矩陣(FEM)之產生係藉由使用 混合影像組(FINALSET)，及之後可藉由混合FEM之分析而 預估多重曝光製程之混合製程適用範圍，此分析將詳細如
4IBM/04038TW 24 1273353 下。 紐鍵尺寸 根據本發明，混合影像組(finalset)可用於估計阻抗 圖案化特徵（如-混合觸來作為製程適肖範圍分析之 用。舉例來說，於圖3之步驟18，在已知第二曝光失焦及 已知劑量比，則可估計SET影像（即在所有第一曝光失焦值) 之CD值。估計出的CD值可能為定限⑶值，當使用的影像 強度達到阻抗的定限劑量時，獲得定限⑶值可用於作為一 步驟函數之阻抗的理想阻抗。也可藉由使用多個實際的阻 抗模型，這些實際的阻抗模型是將FINALSET輸入模型中， 可能模擬預期的CD或其他圖案特徵。 使用選定之一混合影像以說明相符於定限計量 ti，…，tn之定限CD“ ···，CDn如何被估計出來，其中混合影像 說明於圖4C、圖4D中並以符號Hc標明。定限CD值可以 被估計為每-混合影像鱗於财第—曝光失減之定限 劑置範圍，並且標繪為圖5纟酬之第—曝光焦點Fli之一 函數’其線寬或CD延-定定限冑彳量ti，···，tn之曲線標繪。 圖5A說明之曲線為一般混合FEM曲線，與一般符合於實驗
4IBM/04038TW 25 1273353 FEM賓料之標準Bossung曲線相似。 圖6舉例說明針對於圖3流程圖之方塊18，關於得到 圖5A之焦點曲線對(vs. )GD值之更詳細的步驟流程圖。這 組步驟18H8N可能包含更多或更少步驟，熟悉該項技藝 者當知麟計算CD的這些步驟取決於使㈣阻抗模型之 類型。 攸步驟18C ’流程圖經線18D至步驟18E，系統從步 驟18C獲得之-組影像以選擇一特定之失焦影像。此分析 以假β又圖4C中;Μ月曲線11(^皮選擇的特定失焦影像為基 準。 從步驟18Ε，流程圖經線18F至步驟⑽，系統「切 割」影像’此影像從圖4D中說明之多個不同強度定限劑量 值所選出’圖4D為強度對(vs.)位置之圖式，用於顯示從 圖4C之曲線群組中選出之曲線κ，曲線κ從定限值七 至定限值。執行「_」_擇包含於強度輪廓之 多個強度值’且每—強度值量败又點間之距離，其中這 些強度值越過強度輪廓曲線。記錄每—次「切割」產生的
4IBM/04038TW 26 1273353 疋限CD值，如圖4D所說明。 從步驟18G，流程圖經線1811至步驟181，系統測試 以决疋在那點的結果是否包含將被印刷物之寬度之CD值 之一全矩陣，舉例來說為一障礙，如FET電晶體之閘極電 極，作為失焦及強度定限之函數。 如於步驟181產生否的答案，之後流程圖經線18J至 步驟18K，從該組影像中選出另一影像，且經線18L至線 18F以重複於遞歸重複之步驟。 於那個例子中，步驟18G重複於遞歸重複直到獲得作 為失焦及強度定限之函數之⑶值之一全矩陣，如圖6之流 程圖中方塊181之測試所暗示。 圖5A顯示一焦點曝光矩陣(FEM)，焦點曝光矩陣作為 焦點及劑夏值函數之線寬之圖。圖5A為當步驟181獲得 疋」時，步驟181之圖式表示。此產生的線寬係重複選 擇特定失焦猶及「_」如是之影像，如贿以作說明 之步驟18E及步驟isG所述。
4_/〇4〇38TW 27 1273353 之後，若於步驟181中測試的答案為是，則流程圖經 線18M至方塊18N ’表示圖6定義之程式之結束。 由執行系統產生之CD值之矩陣可之後用於計算微影 製程之成果，這為一般所知之製程適用範圍。（此製程適用 範圍（/pw)已如前所述）。 A.程適用範圍反應曲面〔response surface) 再次參考圖3，於步驟20，使用由混合影像產生之阻 抗圖案特徵(如CD值），可決定製程適用範圍度量值。於一 般之單一曝光製程，製程適用範圍可基於實驗FEM資料而 決定，可決定製程適用範圍度量值以作為焦點之曝光寬容 度（latitude)及焦點之深度(dep^th-〇f-focus)。使用此製 私適用範圍度量值得以從製程適用範圍模型獲得一函數， 舉例來說，可藉由使用標準曲線契合（standard cUrve fitting)技術。如此之製程適用範圍可稱為一製程適用範 圍反應曲面。 根據本發明，作為劑量比及失焦之函數之混合製程適 用範圍度量值，可藉由使用該組混合影像(FINALSET)於已
4IBM/04038TW 28 Ϊ273353 知第二曝光經及穀W決定，且基於財第_曝光影 像（即IMAGER，對於所有第一曝光焦點值Fh，H，···，工 在固疋F2j及11]疋劑#比|^下，使用混合製程細範圍度 昼值以產生-w合製g適用範圍值。此混合反應曲面較佳 由使用曲線契合技術或其他適當的方法產生，如表搜尋 (table look-up)，或可能根據本發明之混合加權因子，從 衫像核擬換型直接計算。 較佳之矩陣值如下所示： a·在曝光寬容度對焦點之深度⑽!?）曲線下 之積分面積；或 b·於已知曝光見谷度百分值（#in)下計算的焦點之深 度 選擇使用的矩陣並非限定於那些較佳之矩陣，應選擇 可以根據估計表示微影之製程能力。 在曝光寬容度對D0F曲線下之積分面積(％-//m)說明 於圖5A至5C。圖5B說明劑量焦點製程適用範圍之圖式， 此係來自如圖5A中之一的線寬對(vs·)焦點劑量之圖式。 於這些示範圖中，劑量是關於估計CD(如圖4D中所述）之 4IBM/04038TW 29 1273353 定限劑量。於圖5B中，上曲線115為CD容許範圍之上限， 而下曲線為CD可容忍範圍之下限。在上限115及下限114 間之面積定Αώ可接受的製程翻範圍。_般這些資訊由 曝光寬容度來表示，曝光寬容度乃作為焦點之深度(D0F) 之函數。舉例來說，寬矩形區域52表示符合於可接受的製 紅適用範圍内之焦點或DOF之最大值。在固定的⑽p下， 劑量值之最大值或曝光容忍度由寬矩形區域52之高度表 示。注意於圖5B中，為求方便劑量以對數刻度表之。為了 計算曝光劑量寬容度，可能使用一線性刻度。此值描繪於 圖5C，相當於DOF及曝光寬容度之函數之點52，此處曝光 I谷度為I矩形區域52 (於線性刻度上之劑量範圍）與在 矩形52之中點的劑f值（於線性刻度上）之高度比，以百分 比表示。同樣地，窄矩形51表示一種狀況，可能期望一大 的曝光（或劑量）寬容度，但容許那些只有小的D〇F，以確 定圖案印刷於容許範圍内及可接受之製程適用範圍内。這 個狀況描繪於圖5C中點51。因此，在曝光寬容度對 (vs· )DOF曲線下之面積提供了 一個有用的製程適用範圍。 根據本發明，藉由基於所有第一曝光焦點值及在已知 弟一曝光焦點及制置比之混合影像，計算一製程適用範圍
4IBM/04038TW 30 1273353 矩陣而產生混合反應（Composite Response)。在此實施例 中’用於矩陣之製程適用範圍矩陣，其獲得係藉由 計算曝光寬容度對(vs.)DOF曲線在已知第二曝光焦點f2j 及劑量比Ram下之面積，且基於混合影像曲線IMAGEijm， W，…，I。提供的混合製程適用範圍值PWC“，用於產生一 混合製程適用範圍反應曲面函數，如圖7所示，對於三或 多重曝光而言，可加入額外之參數，產生具有大於三種之 多種尺寸之反應曲面。 於步驟22，此系統決定是否可獲得一足夠之混合反應 曲面（如是否第二曝光失焦及劑量比之一足夠範圍已被簡 化）。若否，此系統返回如所示，藉由線3〇從方塊32至方 塊14。方塊32增加值從N至N+1如之前表一所示。此值 為步驟14之開始，重複步驟14—22直到步驟泣得到是的 合案，此係關於一足夠的反應曲面是否已獲得，這可能耗 盡所有方塊32的N值。因此，步驟14、16、18、2〇及22 可能重複於不同㈣二曝光絲值及㈣比（或第二曝光 劑虿）’直到獲得-足夠的反應曲面，也就是說當具有一足 夠的第二曝光失焦及劑量誤差之大範圍時。當步驟22得答 案為是’系統40延線23.執行。
4IBM/04038TW 31 1273353 in混合製i呈適用範圍之應用 根據本發明，混合製程適用範圍反應曲面可用於當失 焦及劑量誤差為已知時，預測提供的多重曝光製程之良 率。誤差容許範圍為已知失焦及劑量誤差之範圍，這些是 使用於从影製程之工具特性。於此例中，當第二曝光失焦 及曝光劑里包含至少苐一^曝光之一般失焦及劑量誤差，則 混合反應曲面將被視為足夠。從已知的失焦及劑量誤差分 佈，可決定多重曝光之良率估計，舉例來說，使用一 M〇nte Carlo分析’將於下詳細描述。 舉例來說，一混合製程適用範圍反應曲面係根據本發 明說明於圖7之曲線圖所產生。於此反應曲面，製程適用 範圍被安排為兩變量之一函數，名稱為「劑量比」及「第 二曝光失焦」。注意劑量比從〇·5到3.5，第二曝光失焦之 值從-0· 3到0· 3。在此例中，假設工具劑量及失焦誤差（即 Monte Carlo分析之輸入）為兩高斯分佈，相符於劑量比誤 差具有一標準偏差（σ )為〇· 、平均值為2，及失焦誤差 具有一標準偏差值為0· 〇3//m、平均值為Ο/zm。當失焦及
4IBM/04038TW 32 1273353 劑里疾差之最大值（3σ)落入反應曲面獨立可變動之範圍 内，此混合反應曲面被視為足夠。因此，舉例來說，我們 具有以下： 劑量比範圍：0· 5至3· 5(即在反應曲面之劑量比之解 決空間） 失焦範圍：-0.3//m至〇.3//m(即於反應曲面之第二 曝光焦點之解決空間） 假設劑量比範圍：平均ν3σ =1.85到2.15(2 V 0.15) 假設失焦範圍：平均V 3σ =-0.09 // m到+0.09 // m(0 // m v 0.09 β m) 提供的示範範圍可推斷此反應曲面通過此足夠測 試。若假設的焦點及劑量比之範圍包含於前述之反應曲面 · 之解決間内則通過此足夠測試。若假設的焦點及劑量比之 誤差從0· 1到5，則在此預估下此反應曲面不足分析。 籲 提供誤差分佈（如稱可接受工具之誤差容許範圍），可 產生作為劑量及失焦誤差之預期的混合製程適用範圍值， 如圖3中方塊24之Monte Carlo分析。圖8A說明根據本 發明所產生的altPSM光罩8及Trim光罩9雙重曝光製程 之混合適用範圍之反應曲面。使用前述之焦點及劑量比誤
4IBM/04038TW 33 χ273353 =之誤差容許範圍，此伽Carlo分析可產生如圖8Β中之 =點誤差及如圖8C之脈比誤差。躺這麵點及劑量比 =差於圖8Α之混合反應曲面，MQnte(：arl。同時將產生混 3 (於此例巾為雙重曝光)製程適用範圍值之分佈。 接著分析此分佈，這是藉由製程程序沿線25，至步驟 =’引導線27 i方塊28之製程結束，或者是藉由技術專 豕之分析，基於表現在顯示器DD或圖印表機⑶之製程適 用^圍分布’在此例中，此製程直接進行延通過線25至方 塊28之製程結束。這可能包含在已知一些平均目標製程適 用範圍值看分佈之範圍或延展。 圖10、11及12顯示三種方式以表示本發明之一般微 影效能分析。在大部分的例子中，有志於藉由計算其良率 而決定一特定之微影製程效能，良率一般是量測在符合或 超出規格之整片晶圓中超出晶片全部數目之晶片數目。 為了本發明之目的及提供作為分析之度量，良率可能 表現為混合製程適用範圍分布（如圖8D所示）之長條統計 圖之面積，此面積超出或等於一特定製程適用範圍之目
4IBM/04038TW 34 1273353 ^。舉例來說’混合製程適用範圍分佈之長條統計圖之全 積代表曰曰圓上所有晶片數。最小的目標製程適用範圍 ，表不確疋_特徵(如CD變化)之最小製程條件在容許 範圍内，舉例來說，在至少.0m之目標值是需要的以 確定CD值在容許範_。使_ 8D所揭示之分佈長條 統計圖之面積等於或超出.φιη，這表示可提供足夠⑶ 之曝光條件之數目。超出長條統龍之全部面積 之面積比射表_在已知継及I賴差容許範圍下， 本例子中雙重曝光微影製程之預期良率。 旦…圖10揭示作為一特定微影製程之平均焦點及平均劑 里决差之函數的預計良率（表示為百分比）。 —圖11及12揭示如圖10之相同資料，只是線圖取代 等高線地圖來表示。基於圖10、11及12，不同的微影製 程可被估計。 1 使用本發明之方法，藉由理想化每—步驟之獨立曝光 之焦點及劑量條件，作衫祕光操作之製程控制是有可 能的。或提供目標良率，本發明之混合製程適用範圍可使
4IBM/04038TW 35 1273353 用於多重曝光製程中，達到希望的目標良率所需要的劑量 誤差及失焦誤差容許範圍之工具規格。 本發明適於包括在微影解決配套。 雖然本發明之說明關於上述之特定實施例，熟悉該項 技藝者將可了解在落人巾請專利範圍之精神及範圍下可實 施本發明之其他變體’意即在不脫離本發明之精神及範圍 下此改變可以其他形式或方法產生。再者，所有這些改變 在本發明之範圍内且本發明包含在下列申請專利範圍之内 容中。 【圖式簡單說明】 本發明之4述及其他方面及優點將參照以下伴隨之 圖式以解釋或說明，其中·· 圖1A揭示先前技藝之altpSM光罩。 圖1B揭示先前技藝之Trim光罩。 圖2A揭示由圖ιΑ揭示之altpSM光罩產生之失焦影
4IBM/04038TW 36 1273353 像組。 圖2B揭示圖1B揭示之Trim光罩產生之失焦影像組。 圖3揭示本發明之流程圖。 圖4A-4D說明根據本發明用於評估多重曝光製程之影 像。 圖4A揭示圖1A揭示之altPSM光罩產生之影像組之 縮小尺寸，相似於圖2A。 圖4B揭示選自圖2B揭示之Trim光罩產生之影像組 的單一影像（IMAGE2VIMAGE2曲線僅為概括描述於此圖2B 中多個曲線中任一示範例，圖2B中多個曲線可用於本發明 流程圖。 圖4C是選自特定影像HC，來自圖4A及4B之雙重曝 光之一混合影像。 4 旧 M/04038TW 37 1273353 圖4D疋選自圖4C中曲線組說明強度對位置曲線 之圖式’如水平方向點線所示，從劑量定限值七至^被切 割。 圖5A揭示作為第一曝光製程之函數之線寬的焦點曝 光矩陣(FEM)。 圖5B說明在定義可接受之製程適用範圍下之焦點劑 量圖。 圖5C說明作為焦點之深度之函數的曝光寬容度之圖。 圖6是一流程圖，揭示涉及得到CD對圖3中方塊18 之流程圖之焦點曲線之步驟。 圖7揭示一混合製程適用範圍反應曲面，指出「劑量 比」及「第二曝光失焦」之函數。 圖8A-8D說明Monte Carlo分析，以根據本發明提供 在特定劑量及失焦誤差容許範圍下混合製程適用範圍分 4IBM/04038TW 38 1273353 佈。 圖9揭示適於實施本發明之方法之資料處理系統。 圖10、11及12說明根據本發明由圖8D決定之混合 製程適用範圍分佈之分析所評估之良率。 【主要元件符號說明】 LL、RR窄邊沿 D1、D2中央不透光分割器 L1交替相移式光罩之左部分 R1交替相移式光罩之右部分 L2修整光罩之左部分 R2修整光罩之右部分 SC光學掃描器 DD顯示裝置 KB鍵盤 CPU處理器 DSD資料儲存裝置 GR製圖印刷/繪製裝置 4IBM/04038TW 39

Claims (1)

1273353 十、申請專利範圍： 1· 一種評估一多重曝光微影製程之效應的方法，該方法包 含： 提供一第〆曝光製程， 基於該第〆曝光製程決定一第/多重影像，其中該第 一多重影像在/第一曝光條件之一第一範圍内形成； 提供一第二曝光製程， 基於該第二曝光製程決定一第二多重影像，其中該第 二多重影像在一第二曝光條件之一第二範圍内形成； 決定一第三多重影像，其中每一該第三多重影像包含 該第一多重影像之一，該第二影像之一藉由一加權因子加 權而干擾該第一多重影像之一；以及 使用該第三多重影像以評估依序使用該第一曝光製 程及該第二曝光製程之效應。 2·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一多重影 像被正規化至一第一最大強度，且該第二多重影像被正規 化至一第二最大強度。 3·如申請專利範圍第2項所述之方法，其中曝光條件之該 4IBM/04038TW 40 1273353 第一範圍包含失焦之一第一範圍，曝光條件之該第二範圍 包s失焦條件之一弟^一範圍，且該加權因子包含一該第二 曝光條件之一第二劑量與該第一曝光條件之一第一劑量之 比（劑量比（DOSE-RATIO))。 4·如申請專利範圍第1項所述之方法，更包含基於該第三 夕重衫像而決疋一^混合製程適用範圍度量（c〇mp〇site process window metric(PWC))，其中該混合製程適用範圍 度量包含包含該第一及第二曝光條件之一函數。 5·如申請專利範圍第4項所述之方法，其中曝光條件之該 第一範圍包含失焦之一第一範圍，曝光條件之該第二範圍 包含失焦條件之一第二範圍，且其中決定一混合製程適用 範圍度量更包含提供定限阻抗劑量（threshold resist dose)之一範圍，及基於該第三多重影像決定關鍵尺寸(CD) 值之一範圍，其中每一該關鍵尺寸值符合該第三多重影像 之一的定限阻抗劑量之該範圍。 6·如申請專利範圍第4項所述之方法，更包含： k供该第一及第二曝光條件之一誤差容許範圍分佈 4IBM/04038TW 41 1273353 (error budget distribution)； 基於該誤差容許範圍分佈，決定該混合製裎適用範圍 度量之一混合製程適用範圍度量分佈；以及 基於該混合製程適用範圍度量分佈決定一良率。 7·如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該決定人 製程適用範圍度量更包含： 提供該第二曝光條件之一選定者； 決定該第二多重影像之一選定者，該選定者相符於兮 第二曝光條件之該選定者； 決定該第三多重影像之一子集（subset)，其中該子集 包含該第一多重影像，該第二影像之該選定者藉由一加權 因子加權而干擾該第一多重影像；以及 決定一混合製程適用範圍度量值，基於該第三多重影 像在5亥第一曝光條件之該第一範圍内，該混合製程適用範 圍度量值相符於該第二曝光條件之該選定者。 8·如申請專利範圍第7項所述之方法，更包含在該曝光條 件之該第二範圍内決定該混合製程適用範圍度量值，以形 成一此合製程適用範圍度量反應矩陣。 4IBM/04038TW 42 1273353 9·如申請專利範圍第7項所述之方法，其中曝光條件之該 第一範圍包含失焦之一第一範圍，曝光條件之該第二範圍 包έ失焦條件之一弟二範圍，且其中該決定一混合製程適 用範圍度量更包含提供定限阻抗劑量之一範圍，及基於該 第三多重影像決定關鍵尺寸(CD)值之一範圍，其中每一該 關鍵尺寸值相符於該第三多重影像之一的定限阻抗劑量之 該範圍。 10·如申請專利範圍第4項所述之方法，更包含： 提供一目標良率； 基於該誤差容許範圍分佈決定該混合製程適用範圍 度量之一混合製程適用範圍度量分佈；以及 ’ 决疋一誤差容許範圍分佈，使得該目標良率由該混合 製程適用範圍度量分佈中獲得。 籲 11· 一種評估一多重曝光微影製程之記錄媒體，包含 電腦可讀碼，用於引起一電腦以： 儲存一第一曝光製程； - 基於該第一曝光製程決定一第一多重影像，其中該第 一多重影像在第一曝光條件之一第一範圍内形成； 4IBM/04038TW 43 1273353 儲存一第二曝光製程； 基於該第二曝光製程決定一第二多重影像，其中該第 二多重影像在第二曝光條件之一第二範圍内形成； 決定一第三多重影像，其中每一該第三多重影像包含 受該第二多重影像之一加權者干擾之該第一多重影像之 一；以及 提供該第三多重影像以評估依序使用該第一曝光製 程及該第二曝光製程之效應。 12·如申請專利範圍第11項所述之記錄媒體，其中該第一 多重影像被正規化至一第一最大強度，且該第二多重影像 被正規化至一第二最大強度。 13·如申請專利範圍第12項所述之記錄媒體，其中曝光條 件之該第一範圍包含失焦之一第一範圍，曝光條件之該第 二範圍包含失焦之一第二範圍，且該加權因子包含一該第 二曝光條件之一第二劑量與該第一曝光條件之一第一劑量 之比（劑量比（DOSE-RAT 10))。 14·如申請專利範圍第η項所述之記錄媒體，更包含一電 4 旧 M/04038TW 44 1273353 腦可讀碼來引起一電腦，以基於該第三多重影像而決定一 混合製程適用挑圍度置(PWC) ’其中該混合製程適用範圍度 量包含該第一及第二曝光條件之一函數。 15·如申請專利範圍第14項所述之記錄媒體，其中曝光條 件之該第一範圍包含失焦之一第一範圍，曝光條件之該第 一範圍包含失焦條件之一第二範圍，且其中該電腦可讀碼 用於引起一電腦以決定一混合製程適用範圍度量，該電腦 可讀碼更包含電腦可讀碼胁引起―電腦以儲献限阻抗 劑量之-細，且基於該第三多重影像決定關鍵尺寸(cd) 值之-關，其巾每-糊鍵尺寸值树於該第三多重影 像之一的定限阻抗劑量之該範圍。 16·如申請專利範圍第14項所述之記錄媒體，更包含電腦 可讀碼用於引起一電腦，以： 於該第一及第二曝光條件’儲存-誤差容許範圍分 佈； 基於賴差料_分佈蚊妓合製程適用範圍 度量之一混合製程適用範圍度量分佈；以及 基於該混合製程適用範圍度量分佈決定一良率。 4IBM/04038TW 45 1273353 Π·如申請專利範圍第η項所述之記錄媒體，其中該電腦 可讀碼用於引起一電腦以決定一混合製程適用範圍度量， 该電腦可讀碼更包含電腦可讀碼用於引起一電腦以： 儲存該第二曝光條件之一選定者； 決定該第二多重影像之一選定者，該選定者相符於該 第二曝光條件之該選定者； 決定該第三多重影像之一子集，其中該子集包含該第 夕重影像，該第一多重影像受該第二影像之該選定者料 由一加權因子加權而干擾；以及 決定一混合製程適用範圍度量值，該混合製程適用範 圍度量值相符於該第二曝光條件之該選定者，基於該第三 多重影像在該第一曝光條件之該第一範圍内。 18·如申叫專利範圍第17項所述之記錄媒體，更包含電腦 可讀碼用於引起一電腦，以決定於該曝光條件在該第二範 圍内之該混合製程適用範圍度量值，以形成一混合製程適 用範圍度量反應矩陣。 19·如申請專利範圍第17項所述之記錄媒體，其中： 忒曝光條件之該第一範圍包含失焦之一第一範圍，該 4IBM/04038TW 46 1273353 曝光條件之該第二賴包含失雜件之—第二酬；以及 “中錢腦可讀碼祕H電腦以決定—混合製 l用範m ’魏腦可讀碼更包含電腦可讀碼用於弓丨 起-電腦以儲存定限阻抗劑量之—範圍，且基於該第三多 重影像決定關鍵尺寸㈣值之—範圍，其中每—該關鍵尺 寸值相付於销二多重影像之—的定限阻抗劑量之該範 圍。 20·如申請專利範圍第14項所述之記錄媒體，更包含電腦 可讀碼用於引起一電腦以： 儲存一目標良率； 基於該誤差容許範圍分佈決定該混合製程適用範圍 度量之一混合製程適用範圍度量分佈；以及 决疋一誤差谷_範圍分佈，使得該目標良率由該混合 製程適用範圍度量分佈中獲得。 4IBM/04038TW 47
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