TWI833849B - 對於光學及電子束檢測之檢測靈敏度改善 - Google Patents
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Abstract
一種檢測靈敏添加物可改善半導體晶圓上之光阻劑之檢測。該檢測靈敏添加物可用於將該光阻劑染色或可作為一層沈積於該光阻劑上。針對介於120 nm與950 nm之間之一檢測波長，該檢測靈敏添加物可具有比光阻層之一光阻劑k值大超過20%之一k值。
Description
本發明係關於光學及電子束檢測。
半導體製造產業之演進對良率管理及特定言之計量及檢測系統提出更高要求。臨界尺寸不斷縮小，但產業需要減小達成高良率、高價值生產之時間。最小化從偵測到一良率問題至解決該問題之總時間判定一半導體製造商之投資回報率。
微影術係用於半導體製造中之一技術，其涉及用一光阻層塗佈一半導體晶圓或一主光罩基板。微影術用於製造裝置(例如，半導體裝置或微加工裝置)且用於製造在用於其他晶圓之曝光之光微影中使用的遮罩。光阻劑對曝光能量敏感，該能量通常為紫外光、一雷射光、X射線或一電子束。光阻劑之部分被曝光且其餘部分未被曝光。此係藉由以下之任一者完成：用一光束或電子束跨光阻劑掃描以界定圖案；或在對特定類型之晶圓進行曝光的情況中，施加輻射穿過一部分透射遮罩，藉此僅對光阻劑之未遮蔽部分曝光。存在用於各種波長下之電子束曝光及光曝光以及X射線曝光兩者之許多光阻劑配方。
隨後，使光阻劑顯影。分別取決於光阻劑以負型或正型運作，光阻劑之未曝光區被移除或保留，而互補經曝光部分保留或被移除。因此，曝光圖案化基板上之光阻劑。
後續步驟通常涉及離子植入或蝕刻或氧化物生長，使得將光阻圖案轉印至下層材料。此係下層基板，或在一遮罩之情況中係施覆於光阻劑與藉此被部分移除以形成一遮罩之基板之間的例如鉻金屬薄層。
在一微影設備中，可成像至基板上之特徵之大小受投影輻射之波長限制。為了產生具有更高密度之裝置及更高操作速度之積體電路，期望能夠使更小之特徵成像。雖然大多數當前微影投影設備採用由水銀燈或準分子雷射產生之紫外光，但已提出使用更短波長之輻射。此輻射被稱為極紫外線(EUV)或軟x射線(soft x-ray)，且可能之源包含例如雷射產生電漿源、放電電漿源或來自電子儲存環之同步加速輻射(synchrotron radiation)。
當使用EUV微影術時，在與紫外線(例如，365 nm)或深紫外線(例如，248 nm或193 nm)微影術相比時，可對製程條件、設備及微影方法加諸其他要求。歸因於在EUV波長下之高吸收，可需要一真空環境。
檢測光阻圖案(即，顯影檢測)可成問題。可難以在檢測期間判定微影步驟之一缺陷信號。尤其歸因於先前層缺陷之裝飾，亦可難以抑制先前層雜訊。運用先進設計規則及極紫外線微影(EUVL)，此等問題變得更具挑戰性。按比例調整具有更小尺寸及更薄光阻膜之光阻圖案進一步降低所關注缺陷之信號。改變光阻材料特性係不可行的，因為微影掃描儀系統中用於曝光之波長類似於用於光學檢測之波長。
先前執行堆疊工程。光阻劑下方之材料或材料堆疊經最佳化以嘗試最大化信號同時降低雜訊。此針對特定光阻劑類型、缺陷類型及厚度提供有限靈敏度改善。此技術亦可限於監測特定應用，因為堆疊工程需要改變厚度及可能下層堆疊中之材料。可達成之最終靈敏度仍主要受光阻劑自身之n值、k值及厚度影響。因此，堆疊工程可能僅提供有限之靈敏度改善。
在另一先前技術中，將一圖案轉印至具有高檢測信號之一層(例如，蝕刻後檢測)。然而，此增加得出結果之時間且對蝕刻程序引發可能難以自所關注之微影缺陷問題解迴旋(de-convolve)之新的缺陷問題及機制。
因此，需要改善具有挑戰性之檢測應用之信號對雜訊比。
在一第一實施例中，提供一種裝置。該裝置包括一半導體晶圓、安置於該半導體晶圓上之一光阻層，及安置於該光阻層之一頂表面上之一層。該光阻層界定至少一個頂表面及至少一個側壁。該層包含一檢測靈敏添加物。針對介於120 nm與950 nm之間之一檢測波長，該檢測靈敏添加物具有比該光阻層之一光阻劑k值大超過20%之一k值。
該層可未安置於該側壁上。
該層可具有小於5 nm之一厚度。
在一例項中，該k值比該光阻層之該光阻劑k值大超過50%。
該檢測靈敏添加物可為一金屬，諸如鈦、鈷或釕。該檢測靈敏添加物亦可為氧化鋯或氧化鉿。該檢測靈敏添加物亦可為矽基膜或石墨基膜。
在一例項中，該檢測波長係193 nm。
在一第二實施例中，提供一種裝置。該裝置包括一半導體晶圓及安置於該半導體晶圓上之一光阻層。該光阻層包含一檢測靈敏添加物。針對介於120 nm與950 nm之間之一檢測波長，該檢測靈敏添加物具有比該光阻層之一光阻劑k值大超過20%之一k值。
該檢測靈敏添加物可為氧化矽、氮化矽或氮氧化矽之一者。該檢測靈敏添加物亦可為氧化鋁。
在一例項中，該k值比該光阻層之該光阻劑k值大超過50%。
在一例項中，該檢測波長係193 nm。
在一第三實施例中，提供一種方法。該方法包括提供一装置。該裝置包含一半導體晶圓及一光阻層。該光阻層包含一檢測靈敏添加物。針對介於120 nm與950 nm之間之一檢測波長，該檢測靈敏添加物具有比該光阻層之一光阻劑k值大超過20%之一k值。運用使用介於120 nm與950 nm之間之一檢測波長的一光學檢測系統或一電子束檢測系統來檢測具有該光阻層之該裝置。
在一例項中，該檢測使用該光學檢測系統且該檢測波長係193 nm。
在一例項中，該k值比該光阻層之該光阻劑k值大超過50%。
該方法可進一步包含在該檢測之前將該光阻層染色。該染色可為一氣相染色技術或一液相染色技術。該檢測靈敏添加物可在該光阻層中。該檢測靈敏添加物可為氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或氧化鋁之一者。
該方法可進一步包括諸如藉由原子層沈積將一檢測靈敏層沈積於該光阻層之頂表面上。該檢測靈敏添加物在該檢測靈敏層中。該檢測靈敏添加物可為鈦、鈷、釕、氧化鉿、氧化鋯之一者，或可包含矽基膜或石墨基膜。該檢測靈敏層可具有小於5 nm之一厚度。
相關申請案之交叉參考
本申請案主張於2018年12月10日申請且指派為美國申請案第62/777,367號之臨時專利申請案之優先權，該案之揭示內容特此以引用的方式併入。
儘管將依據特定實施例描述所主張之標的物，然其他實施例(包含未提供本文中闡述之全部優點及特徵之實施例)亦在本發明之範疇內。可在不脫離本發明之範疇之情況下進行各種結構、邏輯、程序步驟及電子改變。因此，僅參考隨附發明申請專利範圍定義本發明之範疇。
本文中揭示之實施例實現對具有挑戰性之檢測應用(諸如顯影後檢測(ADI))之信號對雜訊比改善，以改善現有及新的光阻材料兩者之靈敏度且降低其等之雜訊。此包含形成更薄光阻層之光阻材料。可使用原子層沈積(ALD)來沈積具有實現光阻劑頂部上之一改善信號之光學特性的一膜，以容許材料之超薄保形沈積或選擇性沈積。亦可改變光阻劑之光學特性以提供經改善之靈敏度參數。與先前技術相比，此可提供改善之得出結果時間。
圖1係一裝置100之一第一實施例之一橫截面視圖。裝置包含一半導體晶圓101，其具有一旋塗碳(SoC)層102及一旋塗玻璃(SoG)層103。其他晶圓層或材料係可能的。SoC層102可具有大約65 nm之一厚度。SoG層103可具有大約10 nm之一厚度。其他厚度係可能的。
一光阻層104安置於半導體晶圓101上。光阻層104界定至少一個頂表面107及至少一個側壁106。在圖1中之光阻層104之各支柱上繪示兩個側壁106。光阻層104可具有大約35 nm之一厚度。其他厚度係可能的。光阻層104可具有各種化學物且可為正型或負型光阻劑。
在一實施例中，光阻層104具有複數個線、空間、接觸件、支柱或其他二維形狀。例如，193i臨界尺寸可為約40 nm，且針對EUV型樣，此等可為小至16 nm之線。光阻層104之其他組態係可能的。
一層105安置於光阻層104之頂表面107上。可最小化側壁106上之層105之存在。層105包含一檢測靈敏添加物。在一實例中，層105係由檢測靈敏添加物製成。
層105之檢測靈敏添加物在一實例中可為一金屬，諸如鈦、鈷或釕。在另一實例中，層105之檢測靈敏添加物可為氧化鋯或氧化鉿。在又一實例中，層105之檢測靈敏添加物可為矽基膜或石墨基膜。可維持層105之純度以減少缺陷。
在一例項中，可將一種以上金屬或其他檢測靈敏添加物組合至層105中。在又一例項中，可將複數個不同層105安置於頂表面107上。
可使用原子層沈積(ALD)來沈積層105，此可為層105提供所要形狀及厚度。亦可使用化學氣相沈積(CVD)或其他沈積技術。層105可不影響光阻劑104保形之程度。
層105可具有小於5 nm之一厚度。例如，層105可具有自0.5 nm至5 nm之一厚度，其包含至0.5 nm之所有值及其等之間之範圍。
針對介於120 nm與950 nm之間之一檢測波長，層105中之檢測靈敏添加物具有比光阻層104之一光阻劑k值大超過20%之一k值。在一例項中，層105中之檢測靈敏添加物之k值比光阻層(即，沒有層105)之光阻劑k值大超過50%。例如，層105中之檢測靈敏添加物之k值可比光阻層之光阻劑k值大超過55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%或90%。在相同波長及製程條件下取得該等k值。在193 nm下，一193 nm光阻劑之k值可為大約0.05，但其他k值係可能的，且此僅為一個實例。例如，光阻劑之k值可自0.01至0.4、自0.01至0.5或自0.01至0.6，但更高值係可能的。
在一例項中，檢測波長係193 nm或190 nm，但其他波長係可能的。
在光阻劑104之表面上具有提供更高信號之一層105之情況下，可將靈敏度改善數倍，諸如將信號改善2倍至大於10倍。層105可組態為足夠薄的，以不影響光阻劑104之圖案保真度且選擇性地主要或僅沈積於光阻劑104之頂表面107上。
層105之沈積程序可在一足夠低之溫度下發生，以避免或最小化對光阻劑104之圖案之損害。各種ALD程序可在足夠低之溫度下操作以避免光阻損害。
藉由過渡至EUV微影術及降低曝光波長(例如，至13.5 nm)，可將染料或材料引入至光阻層以改變一材料在用於檢測之波長下之n值及k值。圖2係一裝置200之一第二實施例之一橫截面視圖。光阻層201安置於半導體晶圓101上。光阻層201可具有大約35 nm之一厚度。其他厚度係可能的。光阻層201可具有各種化學物且可包含正型或負型光阻劑。
光阻層201包含在光阻層201中之一檢測靈敏添加物。針對介於120 nm與950 nm之間之一檢測波長，檢測靈敏添加物具有比光阻層201 (即，沒有檢測靈敏添加物)之一光阻劑k值大超過20%之一k值。在一例項中，k值可比光阻層201之光阻劑k值大超過50%。例如，k值可比光阻層201 (即，沒有檢測靈敏添加物)之光阻劑k值大超過55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%或90%。在相同波長及製程條件下取得該等k值。在193 nm下，不具有檢測靈敏添加物之一193 nm光阻劑之k值可為大約0.05，但其他k值係可能的，且此僅為一個實例。例如，光阻劑之k值可自0.01至0.4、自0.01至0.5或自0.01至0.6，但更高值係可能的。
在一例項中，檢測波長係190 nm或193 nm，但其他波長係可能的。
在一實例中，光阻層201之檢測靈敏添加物係氧化矽、氮化矽或氮氧化矽之一者。在另一實例中，光阻層201之檢測靈敏添加物係氧化鋁。此等材料之一種以上可用作一檢測靈敏添加物。可維持檢測靈敏添加物之純度以減少缺陷。
用檢測靈敏添加物更改光阻層201中之光阻劑之組合物可在檢測波長範圍內提供經改善信號。檢測靈敏添加物可搭配EUV光阻劑使用。對光阻劑之改變跨光阻層201之一尺寸可為均勻的。
可使用一滲透技術來將檢測靈敏添加物添加至光阻層201。此包含一滲透技術，諸如連續滲透合成(SIS)或一基於溶劑之染色技術。因此，可在圖案化光阻層201之後應用氣相或液相技術。此可在圖案化步驟之後改變聚合物光阻材料之光學參數。
SIS係一自限循環程序，其中一氣相前驅物(例如，金屬基還原劑)擴散至一多孔有機材料(例如，一光阻劑)中且與其官能基起反應。接著，氧化劑擴散，與還原劑之懸掛基(pending group)起反應，且恢復新的氧化位置。此程序可重複，直至達成所要負載濃度。該順序類似於ALD，但循環更長且在更高壓力下以促進擴散至材料中，而非僅僅表面化學。循環次數(例如，＜10)可少於ALD。
在基於溶劑之染色技術中，所要染色劑溶解且擴散至光阻劑中且藉由化學或物理吸附附著至光阻劑。
可使用一無機底層(例如，SiOx
、AlO、SiN或SiOC)。無機底層可安置於光阻層201與半導體晶圓101之間。半導體晶圓101可為一裸晶圓或可包含無機底層下方之一膜堆疊。聚合物底層可受染色程序影響，此可導致沒有經改善之對比。因此，無機材料可用於底層。
圖3係一方法300之一流程圖。在301，提供一裝置。裝置包含一半導體晶圓及一光阻層。光阻層包含一檢測靈敏添加物。針對介於120 nm與950 nm之間之一檢測波長(即，在檢測靈敏添加物內)，檢測靈敏添加物具有比光阻層之一光阻劑k值大超過20%之一k值。例如，k值可比光阻層之光阻劑k值大超過50%。在相同波長及製程條件下取得該等k值。
在302，運用使用介於120 nm與950 nm之間之一檢測波長的一光學檢測系統或一電子束檢測系統來檢測具有光阻層之裝置。在一例項中，檢測波長係193 nm。與所關注圖案及下層膜有一材料對比在缺陷偵測期間可有幫助。通常歸因於此等材料差異而捕獲缺陷。
在一實施例中，在檢測之前將光阻層染色。染色可為一氣相染色技術或一液相染色技術。在此實施例中，檢測靈敏添加物在光阻劑中。對於此實施例，檢測靈敏添加物可為氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或氧化鋁之一者。
在另一實施例中，將一檢測靈敏層沈積於光阻層之頂表面上。沈積可為ALD。檢測靈敏添加物在檢測靈敏層中。對於此實施例，檢測靈敏添加物可為鈦、鈷、釕、氧化鉿、氧化鋯之一者，或可包含矽基膜或石墨基膜。此一檢測靈敏層具有小於5 nm之一厚度。
此方法之實施例可實現對一經圖案化光阻層中之所關注缺陷(DOI)之信號改善且實現在半導體晶圓檢測期間對所關注缺陷之捕獲速率之改善。此信號改善可實現對微影相關缺陷問題之更快學習循環。此亦可容許在大批量製造(HVM)中更多地採用顯影後檢測，此可降低識別與微影圖案化相關之缺陷偏離之得出結果時間。由於較低之信號對雜訊比，經改善信號亦可增加缺陷及信號捕獲之可信度，以有效地減少此等問題。除了對微影相關所關注缺陷改善信號外，此方法之實施例亦可抑制雜訊。光阻劑一般增強先前層中之缺陷而增大當前層之雜訊。可用一光學透明膜降低此影響。先前層膜厚度變動之影響亦應降低，但此等係一更整體影響且改善可較小。特定言之，可針對先前層缺陷藉由光阻圖案之裝飾來抑制雜訊。
光阻層亦可沈積於氧化物上。氧化物之一最佳厚度可有利於增加靈敏度。
儘管已關於一或多個特定實施例描述本發明，然將瞭解，可在不脫離本發明之範疇之情況下進行本發明之其他實施例。因此，本發明被認為僅受限於隨附發明申請專利範圍及其合理解釋。
100:裝置
101:半導體晶圓
102:旋塗碳(SoC)層
103:旋塗玻璃(SoG)層
104:光阻層/光阻劑
105:層
106:側壁
107:頂表面
200:裝置
201:光阻層
300:方法
301:提供裝置
302:檢測具有光阻層之裝置
為更完全理解本發明之性質及目的，應參考結合隨附圖式進行之以下詳細描述，其中：
圖1係根據本發明之一裝置之一第一實施例之一橫截面視圖；
圖2係根據本發明之一裝置之一第二實施例之一橫截面視圖；及
圖3係根據本發明之一方法實施例之一流程圖。
100:裝置
101:半導體晶圓
102:旋塗碳(SoC)層
103:旋塗玻璃(SoG)層
104:光阻層/光阻劑
105:層
106:側壁
107:頂表面
Claims (8)
- 一種供光學及電子束檢測之檢測靈敏度改善的裝置，其包括：一半導體晶圓；一光阻層，其安置於該半導體晶圓上，其中該光阻層界定至少一個頂表面及至少一個側壁；及一層，其僅安置於該光阻層之該頂表面上以使得該光阻層的該至少一個側壁的至少一些被曝光，其中該層包含一檢測靈敏添加物，且其中針對介於120nm與950nm之間之一檢測波長，該檢測靈敏添加物具有比該光阻層之一光阻劑k值大超過20%之一k值。
- 如請求項1之裝置，其中該層具有小於5nm之一厚度。
- 如請求項1之裝置，其中該k值比該光阻層之該光阻劑k值大超過50%。
- 如請求項1之裝置，其中該檢測靈敏添加物係一金屬。
- 如請求項4之裝置，其中該金屬係鈦、鈷或釕。
- 如請求項1之裝置，其中該檢測靈敏添加物係氧化鋯或氧化鉿。
- 如請求項1之裝置，其中該檢測靈敏添加物係矽基膜或石墨基膜。
- 如請求項1之裝置，其中該檢測波長係193nm。
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