TWI571701B - 偵測微影熱點的方法 - Google Patents

Description

偵測微影熱點的方法

本發明大體上與一種偵測微影圖形中熱點(hotspots)的方法有關，更特定言之，其係關於一種根據空間影像(aerial image)的強度相關指數來偵測微影圖形中熱點的方法。

電子線路，例如積體電路(IC)，被廣泛用在多種的電子產品中，諸如汽車、微波爐，乃至個人電腦等。IC元件的設計與製造牽涉到許多步驟，其有時會被稱為設計流程。一個設計流程中的特殊步驟通常取決於電路的類型、複雜度、設計團隊，以及製作該電路的製造商或晶圓代工業者而定。藉由執行軟體模擬程式以及/或是硬體仿真程式，軟、硬體工具會被用來檢驗一個設計流程中各別階段的設計。這些檢驗步驟可以協助找出設計中的錯誤，以此讓設計者與工程師修正或改良其設計。

隨著設計者與製造商不斷地增加單位面積電路元件的數量以及微縮電路元件的尺寸，基板上所製作出的電路元件圖形越來越小且彼此越來越接近。電路元件特徵尺寸的縮減造成要在基板上製作出所欲設計佈局圖形的困難度增加。部分原因是光的衍射現象在微影製程期間造成缺陷，使得所欲形成的影像未能準確地成像在基板上，進而在最後的元件結構中產生瑕疵。

目前，已有解析度增強技術(resolution enhancement techniques,RETs)被用來改善微影製程期間形成在基板上的遮罩的圖像解析度，例如，光學近接修正(optical proximity correction,OPC)，其藉由調整穿過光罩的光的振幅來修改用來產生光罩的設計佈局圖形資料。舉例言之，佈局圖形的邊緣常使用此技術來進行調整，其根據基板上某特定點預期受到額外的曝光(或曝光不足)而使得某些幾何元件的部位變大或變小，例如改變某個部位的臨界尺度(critical dimension,CD，文中又稱為線寬)。適當地校準這些調整動作將可大大的改進整體的影像保真度。

然而不足的是，儘管採用了上述解析度增強技術，某些佈局區域仍存在著可成像性的問題。這類區域在業界慣稱為微影熱點(hotspots)。微影熱點的問題只能藉由變更原始佈局設計來改變最終成像的圖形輪廓來修正。舉例言之，收縮(pinching)型態的熱點需要藉由增加成像的輪廓物件寬度來消除，而橋接(bridging)型態的熱點則需要藉由增大兩個相鄰成像的輪廓物件的間距來消除。此佈局圖形的修改流程可以在製造商端或者是設計者端進行。對前者而言，此流程有時候會稱為再佈局(retarget)，因為其牽涉到調整已繪製形狀來做為最終形成在晶圓上電路形狀。儘管光學近接修正以及製程裕度模擬方法可以引導前述的再佈局效果，然而其整個修改流程十分廢時且所費不貲。是以，現今業界希望開發出能更有效率定位熱點以及修改佈局設計的新技術。

有鑑於上述實作需求，本發明提出了一新穎的微影熱點(hotspot)偵測方法，其特點在於對經過光學近接修正或未經過光學近接修正的佈局圖形資料進行空間影像(aerial image)模擬，以析取出多種特定空間影像強度指數且據以生成多種具檢測意義的偵測子，藉以判別各種不同對應的微影熱點。使用本發明 搭配傳統光學近接修正後的線寬(CD)檢驗將可提供更高精度與準確度的圖形校正，能顯著改進整體的影像保真度，且整個熱點驗證流程十分有效率且迅速，可適用於全晶片的光學近接修正驗證。

本發明一實施例提供一種偵測微影熱點的方法，其步驟包含：接收一佈局圖形資料；對佈局圖形資料進行空間影像模擬以析取出包含空間影像強度最大值(Imax)、空間影像強度最小值(Imin)、空間影像強度臨界值(Ith)以及空間影像強度陣列值(Iarray)等多種空間影像強度指數；根據一或多種空間影像強度指數的組合產生出多種空間影像偵測子；根據空間影像偵測子的數值來判定出所對應的微影熱點位置與種類；以及將判定出的微影熱點資料儲存在一處理器可存取式媒介中。

無疑地，本發明的這類目的與其他目的在閱者讀過下文以多種圖示與繪圖來描述的較佳實施例細節說明後將變得更為顯見。

100,102,104,106,108,110‧‧‧步驟

200,202,204,206,208,210‧‧‧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：第1圖繪示出根據本發明實施例一積體電路佈局圖形的設計流程圖；第2圖繪示出根據本發明實施例一偵測微影熱點的方法流程圖；以及第3圖繪示出根據本發明實施例中佈局圖形、空間影像強度、光阻以及偵測子之間的關係示意圖。

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。

本發明在各方面皆與空間影像(aerial image)在微影印刷術中的應用有關。下文中將會描述數多的細節來達到本發明技術特徵的說明訴求。然而，本領域的一般技藝人士應能了解到本發明也可能在不使用該些特定細節的情況下實行，而其他例子中將不會對領域中已熟知的特徵進行細節描述，以避免模糊了本發明重點。

文中所描述的一些技術可以電腦可讀取式媒介中所儲存的軟體指令、電腦上執行的軟體指令、或兩者組合的方式來施行。舉例言之，文中所揭露的一些技術係作為電子自動化設計(electronic design automation,EDA)工具的一部分來施行。這些方法可以在單台電腦或是多台互連的電腦上執行。根據本發明揭露，這類儲存在電腦系統中的軟體，如程式碼與/或資料數據等，係可儲存在一或多個機械可讀取式媒介中，包含非暫態式的機械可讀取式媒介。一些普通形式的電腦可讀取式媒介包含：軟碟、硬碟、磁帶或其他任何磁性媒介、光碟或其他光學媒介、隨機存取記憶體(RAM)、可編程唯讀記憶體(PROM)、可抹除可編程式唯讀記憶體(EPROM)、快閃記憶體(flash)或其他任何的記憶晶片或卡匣等，亦須考量到此處標示的軟體可以使用一或多個一般用途或專用的電腦與/或電腦系統、或網路等其他方式來執行。

儘管本發明所揭露之方法運作因為演示方便之故在文中將以特定的順序來說明，然須了解到，除非下文中有提出用語來限定其特定的順序，這樣的說明方式會含括對其相關處理步驟順序的重新編排。舉例言之，文中所描述 運作步驟在某些場合中將會被重新排序，或者是被同時進行。再者，為了簡明之故，文中所揭露的流程圖或方塊圖一般不會特別表示出某個特定方法如何與其他方法結合使用的多種態樣。此外，文中的細節描述有時會使用「取得」、「生成」、或「產生」等詞彙來描述所揭露的方法，這些詞彙是實際的運作流程經過高度抽象化後的概念表示。對應這類詞彙的實際運作將會因個別的實施方式而異，且是本領域的一般技藝人士可輕易識別的。

此外，如文中所用的「佈局」一詞，其係意欲含括用以描述整個積體電路元件的資料。「佈局」一詞亦同時意欲含括那些用以描述元件中一或多個組成部件(如部分的積體電路元件)的較小資料群組。再者，「佈局」一詞亦意欲含括那些用以描述一個以上的微裝置的資料，如要用來在晶圓上形成多個微裝置的資料。

首先請參照第1圖，其為根據本發明實施例繪示出的積體電路佈局圖形的設計流程圖。積體電路的設計流程一般係使用電子自動化設計(EDA)軟體工具來施作。電子自動化軟體設計流程常規上會包含多個既定的步驟順序，如包含系統設計、邏輯設計與功能驗證、合成與測試設計、網表(netlist)驗證、設計規劃、物理體現與驗證、解析度增強等步驟。

本發明實施例主要使用在解析度增強流程或其後續的驗證流程，如步驟100所示，此處所輸入的設計佈局圖形可以是已經過上述步驟順序的佈局資料，其準備要進行後續的光學近接修正程序(OPC，步驟102)來增強佈局圖形的解析度或是修正佈局圖形中潛在的缺陷，其包含線寬偏差或是微影熱點等類型的缺陷。或者，此處所輸入的資料也可能是已經過光學近接修正的佈局圖形，如此本實施例即可省略步驟102，直接進行後續的線寬與強度驗證。

光學近接修正步驟102係用來修正或補償曝光後形成在光阻上的佈局圖像的失真。此技術考慮光學效應中之繞射，藉由改變光罩上的圖形，使產 生的繞射光在疊加後能得到符合實際要求的圖形與線寬。舉例來說，如吾人欲在晶圓上製造長方形的電路圖案，實際所做出的光罩上對應的圖形將不再是完全相同的長方形，而是必須在稜角處做一些變化，以消除繞射造成的稜角鈍化現象。

目前的光學近接修正含括了多種處理與演算不同種類的圖形失真的演算法與修正細項，由於其並非本發明之重點，為了避免模糊本發明焦點之故，文中不再多予贅述。

在本發明實施例中，進行過光學近接修正步驟102的佈局圖形資料接著會分別或同時進行線寬/臨界尺寸驗證(步驟104)以及影像強度驗證(步驟106)兩步驟，以檢驗修正後的佈局圖形是否仍存在有潛在的線寬偏離以及微影熱點等類型的缺陷。線寬驗證步驟104係為常規的OPC後檢驗步驟，其一般作法是使用專用、有效率的演算法，針對光學近接修正後的佈局圖形資料進行快速的檢測運算模擬，找出仍可能發生圖形輪廓缺陷的潛在位置，以圖形輪廓的缺陷為例，例如橋接或是頸縮等線形缺陷。

在實作中，一般的線寬驗證步驟104僅能找出佈局圖形中因為光學衍射或繞射造成的輪廓失真缺陷，卻無法考量到因為曝光量與曝光深度差異所造成的光阻殘留或減損的微影缺陷。這也是為什麼本發明實施例有別於一般OPC後的線寬驗證步驟104外，提出了一種影像強度驗證步驟106，其可與線寬驗證步驟104同時進行，用以偵測出線寬驗證步驟104所無法找出的微影熱點型態的缺陷。

本發明的影像強度驗證流程106包含數個步驟，請參照第2圖，其根據本發明實施例繪示出偵測微影熱點的方法流程圖。首先，輸入設計佈局圖形(步驟200)。此處所輸入的佈局圖形可與線寬驗證步驟104相同，同為經過光學近接修正後的圖形資料，如此才能驗證出光學近接修正步驟102是否修正了潛在 的微影熱點問題。然而，在某些情況下，步驟200也可能會在OPC步驟前進行，亦即其所輸入的資料是原始、未經修正的設計佈局圖形資料。

在輸入佈局圖形資料後，接下來對所輸入的佈局圖形資料進行一空間影像模擬步驟202。空間影像模擬會考量光罩、曝光系統，以及光阻之間互相的影響，對設計佈局圖形在製作成光罩並實際經由曝光系統曝光後在光阻上所可能產生的成像缺陷進行模擬檢驗與預測，以減少後續不必要的光罩缺陷補修動作。目前的空間影像模擬有數種不同的做法原理，例如Abbe法的原理是藉由離散化照明源，計算其每一網格點的貢獻並將其合計。另外，Hopkins理論的作法係使用傳輸交叉係數(transmission cross-coefficient)，先描述曝光系統，之後再將傳輸交叉係數與光罩函數的乘積值進行傅立葉轉換，如此得出空間影像。

由於如何得出空間影像有數種的做法且其亦非本發明之重點，為了避免模糊本發明焦點之故，文中不再將多予贅述。後文中將直接就本發明如何處理從空間影像所得來的資訊並將其應用在熱點偵測之要點進行說明。

在進行空間影像模擬步驟202後，接下來將說明如何從模擬所得出的空間影像資料中析取出影像強度相關的指數(indices，步驟204)。請參照第3圖，其根據本發明實施例繪示出佈局圖形、空間影像強度、光阻以及偵測子之間的關係示意圖。如第3圖所示，圖中的上半部表示出一經由空間影像模擬所模擬出的佈局圖形，其中左上方代表的是不規則的圖形，例如同時具有兩方向直線以及轉角型態的輪廓。右上方的圖則是代表標準的規則圖形(regular array)，如多條等寬、等間距、相互平行的直線。一般而言，由於不規則區域較容易在光學上產生偏差與波動，故輪廓失真以及微影熱點等類型的缺陷大多會發生在不規則圖形區域。

在實際的曝光期間，佈局圖形的影像會成像在晶圓上所預先塗覆地光阻上，此曝光動作會因應圖形的不同在晶圓上產生不同的強度分佈，而晶圓 表面因先天或後天所形成的地形起伏也會使曝光源在晶圓上的不同位置處有不同的聚焦深度，使得有些位置剛好聚焦，有些位置較為失焦，如此亦造成了曝光期間不同位置有不同的強度分佈。

根據所使用光阻的不同，每種類型的光阻都會有其特定的強度臨界值(Ith)，此即作為空間影像強度分佈的中間值。而隨著圖形在晶圓上的分佈，各個位置處都會有其各自的最小強度(Imin)與最大強度(Imax)。第3圖的中間即表示出根據上述模擬出的佈局圖形所得出的空間影像強度分佈，如圖所示，規則圖形區域由於具有規律的輪廓，其強度亦呈規律之分佈，各相同的圖形位置處會具有相同的Imin與Imax。相較之下，不規則圖形區域由於圖形不規律之故，相同的圖形位置也有可能會產生不同的Imin與Imax，此亦是顯微熱點的成因之一。舉例言之，圖中標示出不規則圖形區域共有六個相同輪廓的圖形位置A,B,C,D,E,F，其中位置C,D,E,F中的圖形輪廓可視為是規則圖形，而圖形位置A最靠近不規則輪廓的產生區域，圖形位置B則是剛好介於不規則輪廓區域與規則輪廓區域之間。從強度分佈來看，可以預期圖形位置C,D,E,F會具有較為相同的Imin與Imax，而圖形位置A,B兩處則會有Imin與Imax的偏差。此外，如第3圖上方所示的規則圖形與不規則圖形區域，此兩區域中都是以等寬、等間距的垂直平行直線群的規則圖形占了其較大部份的區域面積，以此直線群的參數值(如線寬、間距等)亦可得出一空間影像強度陣列值(Iarray)，此強度值即可代表晶圓上不同的區域中決定性的規則圖形所賦予的固有強度值。

在本發明實施例中，根據上述說明，在進行空間影像模擬步驟202後，從所模擬出的空間影像資料中將可析取出晶圓上各位置處的四種影像強度相關的指數(步驟204)，分別是強度臨界值(Ith，與所使用的光阻有關)、最小及最大強度(Imin與Imax，與圖形以及其位置有關)，以及強度陣列值(Iarray，與該區域佔多數的決定性規則圖形有關)，此四種空間影像強度相關的指數為本 發明中與偵測微影熱點位置息息相關的重要參數。

復參照第3圖，空間影像強度在晶圓上不同位置的分佈會在後續的光阻曝光步驟中產生影響。如第3圖所示，其下半部位即表示出以上述模擬出的空間影像圖形中在實際曝光後在截線A-A’所切過區域所產生的光阻圖形截面圖，從圖中可以看出影像強度的差異也許沒有對線寬造成多大的影響，但卻使所形成的光阻高度產生顯著的差異。例如，位置B處的Imin明顯小於其他位置的Imin，使得其實際成像形成的光阻高度會明顯低於其他位置處的光阻，如此在製程裕度較小的環境中，此位置B處在後續的蝕刻製程就非常容易產生光阻減損(PR loss)的問題，使得蝕刻出來的電路圖形失真。另一方面，Imax過高則會造成光阻殘留(PR residue)的問題，同樣會使蝕刻出來的電路圖形失真，這兩者都是實際製程中要極力避免的。

在前述的例子中，位置B即是一潛在的微影熱點，由於是在光阻圖形形成後才可察覺到，故無法藉由像是步驟102的一般線寬驗證作法來偵測得知。然而在本發明中，由於知道了該微影熱點的生成原理，吾人即可制定出相關對應的偵測子(detector)來判定並偵測出這類潛在的微影熱點的位置。如第2圖所示，在析取出本發明實施例所需的各項空間影像強度相關的指數(Ith,Imin,Imax,Iarray)後，接下來則開始進行熱點偵測子的生成步驟206。

下文中將承接上述空間影像強度的實施例來說明其中一種熱點偵測子的細節。

復參照第3圖，前文中說明了光阻減損類型的微影熱點起因於該位置的最小強度Imin過低的緣故，吾人於此即可生成一偵測子(Imin_ratio)來作為判定光阻減損類型的微影熱點的基準，此偵測子(Imin_ratio)的運算式如下方式(1)所示： I _{min_ratio} =I _min/I _array ...(1)

其中強度陣列值(Iarray)是代表該區域佔多數的決定性規則圖形有關，以本實施例的第3圖為例，其規則區域與不規則區域的決定性規則圖形都是規則區域中的等寬等間距垂直線，故吾人可直接以規則圖形區域中一致的Imin值(=0.130)作為此式中的強度陣列值(Iarray)，即強度的參考基準，如此偵測子(Imin_ratio)即為各區域強度的比值，在規則區域此值為恆定的1.00，其他區域則會隨著Imin起伏而變化。可以看到的是，圖中的位置B處由於其Imin值明顯高於其他位置，其對應的偵測子(Imin_ratio=1.27)亦明顯高於其他位置，遠遠超出基準值1，故可以判定該位置B是微影熱點會發生的潛在位置。而其他區域的偵測子數值則都位於安全值的範圍內，可判定為不具有微影熱點的可能性。

上述的例子說明了其中一種對應光阻減損類型的微影熱點的偵測子生成暨其判定方式。當然，在實作中，因應各種不同微影熱點類型，其也會有不同對應的偵測子，下文中的表1即列出了本發明所提供的幾種例示性質的偵測子。然須注意本發明的精神與範疇並不限於該些偵測子。以本發明實施例中所析取出的四種空間影像強度相關的係數(Ith,Imin,Imax,Iarray)為基礎，其可制定出多種對應不同型態的微影熱點的偵測子(detector)以及相關的演算法(algorithm)及判定準則(criterion)，其會隨著各種不同的環境，包含光阻種類、曝光源、電路類型、微影熱點類型、製程裕度...等變數而異。

上方表1列出了本發明所提供的幾種例示性質的偵測子，其中前三項偵測子可以很明顯地看出是步驟204所析取出的空間影像強度指數的組合。以偵測子(Imin_ratio)為例，其可偵測到光阻減損(PR loss)型態的微影熱點。至於偵測子(ILS,Image Log Slope，影像指數斜率)以及偵測子(NILS,Normalized Image Log Slope，常態化影像指數斜率)與所析取出的空間影像強度指數的關係，請參考下列式(2)以及式(3)：

其中w係為圖形臨界尺度(Critical Dimension，CD)

在本發明實施例中，每種偵測子都是以從空間影像模擬中所析取出的空間影像強度指數組合而成的函數，其會有對應的微影熱點型態，包含：光阻減損、光阻殘留、溝渠圖形過顯、邊緣強度斜率過大，以及邊緣轉移強度過 大等。這類微影熱點在後續的光阻圖形後檢查(ADI)階段或蝕刻後圖形檢查(AEI)階段會產生多種缺陷，諸如線形頸縮/橋接、溝渠頸縮/橋接、次解析輔助特徵化(Sub-Resolution Assist Feature,SRAF)、曝光裕度(exposure latitude)不足、或圖形輪廓劣化等缺陷。

再者，在本發明實施例中，各種生成的偵測子會根據實際製程中各種不同的環境，包含光阻種類、曝光源、電路類型、微影熱點類型、製程裕度等變數，而給予一最佳化後的判定值或是範圍(spec)。以本實施例為例，偵測子(Imin_ratio)的判定值係設定為1.0。

在接下來的微影熱點偵測步驟208中，晶圓上各個位置的偵測子數值都會被計算而出並與該偵測子的判定值比對。當該位置的偵測子數值大於或小於所設定的判定值時，該位置即可被判定為是有潛在的微影熱點存在。例如在本例中，如有計算出某位置的偵測子(Imin_ratio)數值大於1.0，其就會被標定為是一微影熱點。根據偵測子的種類與數量的多寡，一次全晶圓(full chip)的微影熱點偵測步驟208可能會在佈局圖形上標定出許多微影熱點，這些微影熱點的資料，包含位置、型態、以及相關的空間影像數值會被輸出至一資料庫儲存(步驟210)，以在後續供前端佈局設計者參考並修改其佈局圖形來消除該些潛在微影熱點。如此，即完成了本發明一完整的影像強度驗證步驟106。

現在回到第1圖，以其中所示的線寬與影像強度的雙驗證步驟104/106，前述步驟210中所建立的熱點資料庫可與線寬驗證步驟104所建立的線寬缺陷資料庫一起用來完整地判定佈局圖形可能產生的各種缺陷(步驟108)，其會同時包含線寬偏離相關的缺陷(其通常與光阻圖形的平面尺度有關，如長度與寬度)以及微影熱點相關的缺陷(其與光阻圖形的高度、傾角或品質有關)，如此一般傳統OPC後驗證步驟無法找出微影熱點型態缺陷的問題可以有效獲得解決。

一般，在缺陷判定步驟108中，如果找出的缺陷超出一預定值，則驗證會被判定為失敗，整個流程又將會回到前端的光學近接修正步驟102，其會根據雙驗證步驟104/106所偵測出的缺陷進行對應的修正。經過再次修正後的設計佈局圖形將會再次進行驗證，直到偵測不出任何其他的缺陷，此即完成了前端的佈局圖形設計流程。設計完成後，佈局圖形資料之後會下線(tapeout，步驟110)送至光罩廠進行實體光罩的製作，後續再經由製造、組裝、封裝等半導體製程來作成最終的晶片產品。

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。

200,202,204,206,208,210‧‧‧步驟

Claims (8)

1. 一種偵測微影熱點的方法，包含：接收一佈局圖形資料；對該佈局圖形資料進行空間影像模擬，以析取出包含空間影像強度最大值(Imax)、空間影像強度最小值(Imin)、空間影像強度臨界值(Ith)以及空間影像強度陣列值(Iarray)的多種空間影像強度指數；根據該些空間影像強度指數的運算組合產生出一空間影像偵測子，其中該空間影像偵測子包含：Imin/Iarray、Imax/Ith、Imin/Ith、空間影像強度斜率(ILS)、以及常態化空間影像強度斜率(NILS)；以及根據該些空間影像偵測子的數值，判定出所對應的微影熱點位置與種類。
2. 如申請專利範圍第1項所述之偵測微影熱點的方法，其中該空間影像偵測子Imin/Iarray對應到線形頸縮或溝渠橋接型態的微影熱點。
3. 如申請專利範圍第1項所述之偵測微影熱點的方法，其中該空間影像偵測子Imax/Ith對應到溝渠頸縮、線形橋接、或次解析輔助特徵化型態的微影熱點。
4. 如申請專利範圍第1項所述之偵測微影熱點的方法，其中該空間影像偵測子Imin/Ith對應到溝渠橋接或次解析輔助特徵化型態的微影熱點。
5. 如申請專利範圍第1項所述之偵測微影熱點的方法，其中該空間影像偵測子ILS對應到曝光裕度不足型態的微影熱點。
6. 如申請專利範圍第1項所述之偵測微影熱點的方法，其中該空間影像偵測子NILS對應到曝光裕度不足或圖形輪廓劣化型態的微影熱點。
7. 如申請專利範圍第1項所述之偵測微影熱點的方法，更包含進行全晶圓的微影熱點偵測之後，根據該些空間影像偵測子的預定範圍以及所判定出的該些微影熱點位置與種類建立一微影熱點資料庫。
8. 如申請專利範圍第1項所述之偵測微影熱點的方法，其中該佈局圖形資料是係經過光學近接修正的佈局圖形資料。