用於在半導體器件製造中實施光刻工藝的系統和方法

2023-05-15 23:09:21

用於在半導體器件製造中實施光刻工藝的系統和方法
【專利摘要】本發明提供了用於在半導體器件製造中實施光刻工藝的系統和方法，系統和方法包括提供用於測量襯底上的第一坐標處的襯底的第一形貌高度並且測量襯底上的第二坐標處的襯底的第二形貌高度。所測量的第一和第二形貌高度可以被提供為晶圓圖。然後，使用晶圓圖對襯底實施曝光工藝。曝光工藝可以包括：當曝光襯底上的第一坐標時，使用第一焦點，並且當曝光襯底上的第二坐標時，使用第二焦平面。使用第一形貌高度確定第一焦點，並且使用第二形貌高度確定第二焦點。
【專利說明】用於在半導體器件製造中實施光刻工藝的系統和方法
[0001] 相關申請的交叉參考
[0002] 本申請要求於2013年3月14日提交的並且標題為"System And Message For Performing Lithography Process In Semiconductor Device Fabrication，'的美國臨時 專利申請第61/782, 903號的優先權，其全部內容結合於此作為參考。

【技術領域】
[0003] 本發明一般地涉及半導體【技術領域】，更具體地，涉及實施光刻工藝的系統和方法。

【背景技術】
[0004] 半導體集成電路（1C)工業經歷了快速發展。在1C演進的過程中，在幾何尺寸（即， 可以使用製造工藝創建的最小組件(或線））減小的同時，功能密度（即，單位晶片面積上的 互連器件的數量）通常會增加。該按比例縮小工藝通過增加生產效率並且降低相關成本提 供益處。然而，還增加了處理和製造1C的複雜性，並且對於要實現的這些進步，需要1C制 造過程中的類似發展。
[0005] 通過創建限定半導體器件特徵的圖案化層的序列來製造半導體器件。光刻技術對 於提供這些特徵進而對於一般的半導體製造來說至關重要。在典型光刻工藝中，光敏層(抗 蝕劑）被施加至半導體襯底的表面，並且通過使該層曝光為輻射圖案，在該層上提供限定半 導體器件的部件的特徵圖像。隨著半導體工藝發展以提供用於更小的關鍵尺寸，並且器件 的尺寸減小以及包括層數的複雜性增加，準確地圖案化特徵對於器件的質量、可靠性和產 量越來越重要。然而，該圖案化工藝對於正被曝光的目標層的形貌高度敏感。具體地，光 刻系統的焦深必然會引起這些差異，否則圖像可能會大幅劣化。該問題隨著較高數值孔徑 (NA)工藝的使用而變得越來越嚴重。而且，當光刻系統要求用於目標襯底的精確環境(例 如，浸入流體、真空等）時，這也增加了理解目標襯底的形貌的挑戰。
[0006] 這樣，雖然典型製造工藝可以提供用於目標為在其上產生圖像的襯底的形貌的水 平的一些理解，但是可能期望這些度量和光刻工藝及系統的改進。


【發明內容】

[0007] 為了解決現有技術中存在的缺陷，根據本發明的一方面，提供了一種方法，包括： 測量襯底上的第一坐標處的第一形貌高度；測量所述襯底上的第二坐標處的第二形貌高 度；提供所測量的所述第一形貌高度和所述第二形貌高度作為晶圓圖；以及使用所述晶圓 圖對所述襯底實施曝光工藝，其中，所述曝光工藝包括：當曝光所述襯底上的第一坐標時， 使用第一焦點，使用所述第一形貌高度來確定所述第一焦點；以及當曝光所述襯底上的第 二坐標時，使用第二焦點，使用所述第二形貌高度來確定所述第二焦點。
[0008] 在該方法中，使用多尖端原子力顯微鏡（AFM)工具來同時實施所述第一形貌高度 和所述第二形貌高度的測量。
[0009] 在該方法中，基本在曝光所述第一坐標的同時，實施測量所述第二形貌高度。
[0010] 在該方法中，通過確定所述第一形貌高度和與所述第一坐標相關聯的第三高度之 間的偏移量值來生成所述晶圓圖。
[0011] 該方法進一步包括：確定所述第三高度包括：使用曝光工具實施光學高度測量。
[0012] 在該方法中，所述曝光工具是被用於曝光所述第一坐標和所述第二坐標的超紫外 線（EUV)掃描儀。
[0013] 該方法進一步包括：確定所述第三高度包括：使用設計數據和工藝數據中的至少 一種。
[0014] 該方法進一步包括：提供基於空氣壓力計的度量工具，其中，所述基於空氣壓力計 的度量工具實施所述襯底上的所述第一形貌高度和所述第二形貌高度的測量；提供與所述 空氣壓力計度量工具分離的曝光工具，其中，所述曝光工具實施所述襯底上的所述第一坐 標和所述第二坐標的曝光；以及在曝光之前，將所述第一形貌高度和所述第二形貌高度從 所述基於空氣壓力計的度量工具發送至所述曝光工具。
[0015] 該方法進一步包括：在真空環境下，將所述襯底設置在所述曝光工具中。
[0016] 在該方法中，在真空環境中，原位實施測量所述第一形貌高度和所述第二形貌高 度以及執行所述曝光工藝。
[0017] 根據本發明的又一方面，提供了一種系統，包括：襯底工作檯，可操作地保持晶圓； 掃描儀模塊，在將所述晶圓設置在所述襯底工作檯中的同時，可操作地曝光所述晶圓上的 圖案；以及多尖端原子力顯微鏡（AFM)工具，其中，在將所述晶圓設置在所述襯底工作檯上 的同時，所述多尖端AFM工具的每個尖端都可操作地測量所述晶圓的高度。
[0018] 在該系統中，所述襯底工作檯設置在真空環境中。
[0019] 在該系統中，所述掃描儀模塊包括超紫外線（UV)輻射源。
[0020] 該系統進一步包括：參數控制模塊，所述參數控制模塊連接至所述多尖端AFM工 具和所述掃描儀模塊。
[0021] 在該系統中，所述參數控制模塊包括：處理器；以及非暫時性計算機可讀存儲器， 可通信地連接至所述處理器並且包括由所述處理器執行的指令，所述指令包括：從所述多 尖端AFM工具接收第一測量值的指令；使用所述第一測量值確定第一光刻工藝參數的指 令；以及將所述第一光刻工藝參數發送至所述掃描儀模塊的指令。
[0022] 在該系統中，所述第一光刻工藝參數是焦深。
[0023] 根據本發明的又一方面，提供了一種用於半導體器件製造的系統，包括：度量工 具，可操作地確定多個形貌高度，其中，所述度量工具使用原子力顯微鏡器件和釋放到目標 表面的空氣的檢測器中的至少一種；工藝參數控制模塊，可操作地使用所述多個形貌高度 生成晶圓圖；以及光刻工具，可操作地接收所述晶圓圖並且根據所述晶圓圖實施曝光工藝。
[0024] 在該系統中，所述光刻工具通過使用所述晶圓圖確定焦深，根據所述晶圓圖實施 所述曝光工藝。
[0025] 在該系統中，所述度量工具被嵌入所述光刻工具中。
[0026] 在該系統中，所述晶圓圖包括所述多個形貌高度中的每個形貌高度和由所述光刻 工具所確定的光學測量高度之間的偏移量值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 當結合附圖進行讀取時，從以下詳細說明可以最好地理解本發明的多個方面。應 該強調的是，根據工業中的標準實踐，各個部件不按比例繪製。實際上，為了論述的清楚起 見，各個部件的尺寸可以任意增加或減小。
[0028] 圖1是用於在光刻工藝期間測量目標襯底的表面的形貌高度的系統的實施例的 示意圖。
[0029] 圖2是根據本發明的一個或多個方面示出圖案化器件的方法的實施例的流程圖。
[0030] 圖3是根據本發明的一個或多個方面的光刻工具的實施例的簡化示意圖。
[0031] 圖4是根據本發明的一個或多個方面的採用光刻工藝和系統的前饋控制的系統 的實施例的示意圖。
[0032] 圖5是根據本發明的一個或多個方面示出實施光刻工藝的方法的實施例的流程 圖。
[0033] 圖6是用於測量目標襯底的形貌高度的系統的實施例的側視圖。
[0034] 圖7是根據本發明的一個或多個方面的襯底和多尖端形貌測量裝置的示意圖。
[0035] 圖8是可操作地實施本發明的一個或多個方面的信息處理和分析系統的框圖。
[0036] 圖9是晶圓圖的示例性實施例。

【具體實施方式】
[0037] 應該理解，以下公開內容提供了許多用於實施本發明的不同特徵的不同實施例或 實例。以下描述組件和配置的具體實例以簡化本發明。當然，這僅僅是實例，並不是用於限 制本發明。而且，在以下描述中，第一部件形成在第二部件上方或者上可以包括以直接接觸 的方式形成第一部件和第二部件的實施例，還可以包括在第一部件和第二部件之間形成附 加部件，使得第一部件和第二部件不直接接觸的實施例。為了簡化和清晰的目的，各個部件 可以以不同比例任意繪製。
[0038] 圖1所示的是用於在光刻工藝期間測量目標襯底的表面的形貌高度的系統100。 圖2示出了用於實施包括測量形貌高度的光刻工藝的方法200。圖3示出了用於實施光刻 工藝並且測量形貌高度的工具300。可以共同地或單獨使用系統100、方法200、和/或工 具300,以在半導體製造期間在目標襯底的層上產生圖案。同樣地，以下參考圖1、圖2和圖 3中的一幅所進行的任何說明還可以應用於圖1、圖2和圖3中的其他圖。系統100、方法 200和/或工具300可以用於製造半導體器件，例如半導體器件包括在處理集成電路或者 其部分期間所形成的中間器件，其可以包括靜態隨機存取存儲器（SRAM)和/或其他邏輯電 路、諸如電阻器、電容器和電感器的無源組件、以及諸如P溝道場效應電晶體（PFET)、N溝道 FET (NFET)、金屬氧化物半導體場效應電晶體（M0SFET)、互補金屬氧化物半導體（CMOS)晶 體管、雙極電晶體、高壓電晶體、高頻電晶體、其他存儲單元、以及它們的組合的有源組件。
[0039] 襯底的層的形貌高度包括：識別襯底上的該層的表面的平面。通常，形貌高度是設 置在襯底上的頂層的頂面。重要的是，理解層或其部分的形貌高度，其目標在於在其上產生 圖像。如果光刻工具的焦深（D0F)不被設置成在合適形貌高度曝光目標層，則圖像可能劣 化。根據工藝變化(例如，在沉積層時)、下面的特徵形貌、設計要求、和/或半導體器件製造 的其他方面，襯底的層或區域的形貌高度在襯底上的點與點之間改變。
[0040] 系統100包括襯底102。在實施例中，襯底是半導體襯底，諸如，半導體晶圓。雖 然為了容易理解，示出一個晶圓，但是在系統100中可以使用任何數量的襯底。襯底102可 以是矽襯底。可選地，襯底102可以包括：另一種元素半導體，諸如，鍺；化合物半導體，包 括碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦、和/或銻化銦；合金半導體，包括SiGe、GaAsP、 AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP、和/或GalnAsP ;或它們的組合。一層或多層和/或圖案化 部件可以設置在包括期望被圖案化的目標層的襯底上。
[0041] 襯底102被提供至工具106。工具106可操作以實施度量測量，並且提供襯底102 上的圖案。例如，可以使用諸如紫外線（UV)源、深UV (DUV)源、超UV (EUV)源、以及X射 線源的多種輻射來實施襯底的圖案化。在實施例中，輻射源是具有波長為約13. 5納米（nm) 或者更小的EUV源。可以使用本領域中已知的光刻技術來實施圖案化。在實施例中，參考 下文圖6的描述，工具106通過諸如度量工具600的嵌入式原子力顯微鏡來提供度量測量。 工具106可以將目標襯底保持在受控環境中，諸如，真空環境中，同時實施圖案化和測量。
[0042] 因此，例如，工具106通過諸如度量工具600的多尖端AFM工具，可操作地產生度 量數據108。通過工具106依次使用該度量數據108，以修改襯底102的曝光工藝的參數。 例如，度量數據可以用於修改焦深或用於襯底102的曝光的其他配方參數。在實施例中，從 襯底102上的第一點獲取度量數據；然後，基於從由該第一點所獲取的度量數據108而確定 的參數，實施第一點的成像。該工藝可以繼續用於襯底102上的任何數量的點。
[0043] 在實施例中，以晶圓圖的形式提供度量數據108。圖9中示出了晶圓圖的示例性實 施例。晶圓圖包括具有在晶圓的示圖上的多個坐標處所指示的度量數據點的晶圓或其部分 的示圖。在實施例中，度量數據點與要被成像的目標層的高度相關聯。在一個實施例中，如 由工具106所測量的點的實際高度被存儲為晶圓圖。
[0044] 在另一個實施例中，晶圓圖的度量數據點包括偏移量值。偏移量值可以是通過（1) 由諸如工具106 (例如，嵌入式AFM)的測量工具所實施的襯底102上的給定點處的實際測 量值與（2 )假定高度進行比較所確定的值。假定高度可以基於設計數據、製造工藝數據、仿 真數據、工藝數據或產品數據(例如，在其他晶圓上所收集的)。該偏移量值圖可以用於在曝 光工藝期間修改諸如焦平面的工藝參數的設定或值。在實施例中，在給定點處測量的高度 和期望高度之間的偏差被存儲為晶圓圖。在又一個實施例中，在給定點處測量的高度與平 均值或平均高度之間的差被存儲為晶圓圖。
[0045] 如上所述，工具106可以是具有嵌入式度量工具的曝光工具。在圖3中提供這樣 的工具(具有嵌入式度量單元)的一個示例性實施例。嵌入式度量工具允許通過襯底102的 成像，來原位測量襯底102的形貌高度。原位測量允許在襯底的曝光工藝期間生成度量數 據。然後，測量數據可以被前饋至掃描儀(例如，實時地)，以修改曝光工藝。在實施例中，該 所生成的度量數據(例如，高度值或晶圓圖）用於通過控制焦平面來修改曝光工藝。在收集 度量數據期間，不需要從掃描儀移除襯底。在實施例中，在真空環境中實施原位測量和曝光 工藝。在又一實施例中，在真空環境中，通過多尖端原子力顯微鏡實施測量。
[0046] 更詳細地描述該原位度量測量並且參考圖2，示出的是在目標襯底的圖案化工藝 期間實施原位形貌高度測量的方法200。使用系統100和/或工具300實施方法200，以在 下文中參考圖3進行描述。
[0047] 方法200開始於框202，其中，提供襯底。襯底可以是半導體襯底，諸如，半導體晶 圓。襯底可以是矽襯底。可選地，襯底可以包括：另一種元素半導體，諸如，鍺；化合物半導 體，包括碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦、和/或銻化銦；合金半導體，包括SiGe、 63八8?4111^8、六163六8、6311^8、631]1?、和/或6311^8?;或它們的組合。一層或多層和/或 圖案化特徵可以設置在包括期望被圖案化的目標層的襯底上。在實施例中，目標層是抗蝕 齊[J。襯底可以基本類似於上述襯底102。
[0048] 然後，方法200進行至框204,其中，提供光刻工具。光刻工具是嵌入式度量工具。 在實施例中，嵌入式度量工具包括多尖端AFM工具。光刻工具可以基本類似於以下參考圖 3所描述的工具300。
[0049] 具體地，所提供的光刻工具具有成像模塊和度量模塊。成像模塊和度量模塊被嵌 入同一工具(例如，殼體)中。成像模塊和度量模塊可操作地基本同時作用於同一目標襯底， 並且不要求轉移襯底。換句話說，在可存取成像模塊和度量模塊的單個室中提供襯底。成 像模塊可以是掃描儀；度量模塊(例如，形貌高度測量器件）可以是諸如下文參考圖6所描 述的多尖端AFM工具。在實施例中，光刻工具的成像模塊使用真空環境進行操作。度量模 塊可以包括也可以在該真空環境(例如，在同一室內）中操作的測量器件(例如，AFM)。
[0050] 然後，方法200進行至框206,其中，在襯底的第一區域或坐標處測量在所選襯底 上的目標層的形貌高度。形貌高度測量在襯底上的給定區域處測量目標層的相對或絕對高 度。該測量高度可以提供曝光工藝的期望焦平面。形貌高度測量的第一區域可以包括晶圓 上的多個坐標。例如，在實施例中，形貌高度測量器件包括多個尖端(例如，諸如下文參考圖 6所描述的多尖端AFM工具)。每個尖端都可以提供在該區域中的坐標處的高度測量。
[0051] 然後，方法200進行至框208,其中，在第一區域處對襯底實施光刻工藝。光刻工藝 可以是曝光工藝。在襯底的第一區域處實施曝光工藝；換句話說，在框206中採用形貌高度 測量的襯底的區域。使用襯底上的相關區域的形貌高度信息來實施曝光工藝。形貌高度信 息可以用於確定和/或修改用於襯底的給定坐標的光刻工藝的一個或多個參數。在實施例 中，修改後的參數包括D0F。
[0052] 然後，方法200進行至框210,其中，在襯底的第二區域或坐標處，測量所選襯底上 的目標層的形貌高度。採用形貌高度測量的第二區域可以包括晶圓上的多個坐標。例如，在 實施例中，形貌高度測量器件包括多個尖端(例如，諸如下文參考圖6所描述的多尖端AFM 工具)。每個尖端都可以提供一坐標處的高度測量。第二區域可以不同於以上參考框206 所論述的第一區域進行定位。圖7示出可以實施形貌高度測量的晶圓的多個區域和坐標。
[0053] 在框206之後，可能會發生框210 ;框210可以與框208基本同時發生。例如，可 以生成襯底的第一區域(例如，坐標）的形貌高度信息和/或晶圓圖，然後，使用第一區域的 數據，對襯底的第一區域進行成像。在對第一區域進行成像的同時，可以生成襯底的第二區 域(例如，坐標)的形貌高度信息和/或晶圓圖。該信息隨後用於對襯底的第二區域等成像， 直到襯底圖案化完成。
[0054] 然後，方法200進行至框212,其中，在第二區域處對襯底實施光刻工藝。光刻工藝 可以是在襯底的第二區域處所實施的曝光工藝；換句話說，在框210中採用形貌高度測量 的襯底的區域。使用襯底上的相關區域的形貌高度信息來實施曝光工藝。形貌高度信息可 以被用於確定和/或修改襯底的給定坐標的光刻工藝的一個或多個參數。在實施例中，修 改後的參數包括D0F。可以與測量襯底的第三區域的形貌高度同時地實施框212。
[0055] 框206、208、210和/或212可以被重複任何次數。具體地，可以在所選晶圓上的任 何數量的坐標處測量形貌高度。參考圖7的實例，示出了晶圓102和多尖端AFM工具600。 工具600可以以路徑702橫穿晶圓102,以提供在晶圓102上的多個坐標處的測量值。
[0056] 現在參考圖3,示出了包括被設計成對襯底上的輻射敏感材料層(例如，光敏層或 抗蝕劑)實施光刻曝光工藝的曝光模塊302的光刻系統300。曝光模塊302包括輻射源304、 可移除光掩模306、多個投射光學元件308和襯底102,諸如襯底工作檯310上的半導體晶 圓。然而，其他結構和包括或省略元件是可能的。
[0057] 輻射源304可以包括選自由紫外線（UV)源、深UV (DUV)源、超UV (EUV)源和X射 線源所構成的組的輻射源。在實例中，輻射源304是波長為約13. 5nm或者更小的EUV源。 可選地，輻射源304可以是波長為436nm (G-線）或365nm (I線）的汞燈；波長為248nm的 氟化氪（KrF)準分子雷射器；波長為193nm的氟化氬（ArF)準分子雷射器；波長為157nm的 氟化物（F2)準分子雷射器；或具有期望波長(例如，約100nm以下）的其他光源。
[0058] 光掩模306可以包括透明區域和/或反射區域。光掩模可以包括透明襯底和圖案 化的吸收(不透明）層。當輻射束入射在不透明區域上時，輻射束可以被部分或完全阻擋。 不透明層可以被圖案化為具有輻射束可以穿過的一個或多個透明區域或開口，從而圖案化 光束。存在多種其他光掩模技術並且該多種其他光掩模技術在本發明的範圍內。掩模306 可以結合其他解析度增強技術，諸如，相移掩模（PSM)和/或光學鄰近校正（0PC)。
[0059] 投射光學元件308可以具有折射光學元件或反射光學元件。投射光學元件308朝 向襯底102 (例如，半導體晶圓）引導圖案化輻射。該系統還可以包括折射光學元件，諸如， 單個透鏡或具有多個透鏡的透鏡系統、以及諸如平面鏡的反射光學元件。例如，照射系統包 括微透鏡陣列、遮光板、和/或被設計成幫助將來自輻射源302的光引導至光掩模306和/ 或襯底102的其他結構。
[0060] 襯底102包括對輻射敏感的光敏層(抗蝕劑)。襯底102可以由目標襯底工作檯 310保持。目標襯底工作檯310提供目標襯底位置的控制，使得中間掩模的圖像以重複方式 被掃描至目標襯底(儘管其他光刻方法是可能的)。目標襯底工作檯310提供目標襯底位置 的控制，使得可以以重複方式在目標襯底上獲得形貌高度測量(通過其他光刻方法是可能 的)。
[0061] 曝光模塊302可以包括受控環境，例如，包括目標襯底102和/或曝光模塊302的 其他組件的真空環境。在該受控環境中，還設置形貌測量模塊312或其部分。
[0062] 形貌測量模塊312包括多尖端原子力顯微鏡（AFM)工具314。多尖端AFM工具314 可以包括在受控(例如，真空）環境中。多尖端AFM工具314可以基本類似於上文參考圖1 和圖2論述的AFM工具，和/或可以基本類似於下文參考圖6詳細描述的AFM工具600。多 尖端AFM工具314可以確定襯底102上的目標層的相對和/或絕對高度。然後，將該測量 值提供給參數控制模塊316。參數控制模塊316分析該高度，並且確定曝光模塊302的參 數。
[0063] 參數控制模塊可以基本類似於下文參考圖8所描述的信息處理和分析系統。參數 控制模塊316包括用於存儲和執行軟體並且實施一種或多種調節工藝的處理器、存儲器和 接口電路。在一個實施例中，參數控制模塊316可以利用來自形貌測量模塊312的形貌高 度數據，以實施修改和/或確定曝光模塊302的參數(例如，中間掩模)。在一個實施例中， 曝光模塊302所確定的參數是焦平面，諸如，確定焦深。
[0064] 光刻系統300可以進一步包括其他組件，和/或圖3所表示的組件可以在它們的 數量、位置或結構方面進行改變。示例性附加組件包括諸如掃描儀的光刻工具特有的對準 模塊和/或其他器件。
[0065] 從而，系統100、方法200和/或工具300可操作地提供通過對目標層實施諸如曝 光工藝的光刻工藝而確定用於原位形成在襯底上的目標層的形貌高度信息。實時地前饋該 形貌高度信息，以調節諸如焦平面(或D0F)的光刻工藝的參數。
[0066] 現在參考圖4,不出根據本發明的一個或多個方面實施光刻工藝的方法的另一個 實施例，包括獲得並且使用形貌高度信息。圖4的方法400開始於框402,其中，選擇用於分 析的襯底。襯底可以是半導體襯底，諸如，半導體晶圓。襯底可以表示多個晶圓、在典型生產 線中所提供的晶圓的產品類型和/或其他劃分（demarcation)。襯底可以是矽襯底。可選 地，襯底可以包括：另一種元素半導體，諸如，鍺；化合物半導體，包括碳化矽、砷化鎵、磷化 鎵、磷化銦、砷化銦、和/或銻化銦；合金半導體，包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInP、 和/或GalnAsP ;或它們的組合。一層或多層和/或圖案化特徵可以設置在包括期望要被 圖案化的目標層的襯底上。在實施例中，要被圖案化的目標層是光敏(抗蝕劑）層。
[0067] 然後，方法400進行至框404,其中，測量所選襯底上的目標層的形貌高度。形貌高 度測量提供在襯底的給定坐標處的目標層的相對或絕對高度。該高度可以確定目標層(例 如，抗蝕劑）的上表面的平面。
[0068] 在實施例中，使用諸如下文參考圖6所示的工具的多尖端AFM工具，來測量形貌高 度。在實施例中，基於排放到晶圓表面上空氣壓力的檢測，使用測量器件來測量形貌高度。 ^ Lithographic Performance of a Dual Stage, 0. 93NA ArF Step&Scan System (Proc. of SPIE Vol. 5754, p.681 (2005))中描述了這樣的器件的實施例，其全部內容結合於此作 為參考。其他示例性測量器件包括關於諸如外表面下降的原理、光學調平原理的運行的器 件和/或其他合適形貌測量器件。
[0069] 可以在所選晶圓上的任何數量的坐標處測量形貌高度。參考圖7的實例，示出晶 圓102和多尖端AFM工具600。工具600可以以路徑702橫穿晶圓102,以提供在晶圓102 上的多個坐標處的測量值。
[0070] 然後，方法400進行至框406,其中，生成晶圓圖。在框404中所獲得的形貌高度 值用於形成晶圓圖。晶圓圖可以包括具有在晶圓示圖上的多個坐標處所指示的度量數據點 的晶圓圖形或數據表示。可以使用值、顏色、灰度值、和/或其他劃分，在晶圓示圖上表示數 據。可以通過諸如下文參考圖8所描述的信息處理和分析系統800的系統來實施框406。 還參考圖5的系統500提供進一步說明。
[0071] 在實施例中，晶圓圖包括在襯底上的多個坐標中的每個坐標處的偏移量值。偏移 量值可以是通過（1)由諸如離線測量工具的測量工具所實施在襯底102上的給定點處的實 際測量值與（2)在晶圓上的相同點處的光學檢測高度測量值進行比較而確定的值。在實施 例中，可以通過光刻工具(例如，在真空環境中)實施該光學檢測高度測量。該光學檢測高度 測量不如離線測量工具準確，和/或在晶圓上的點的子集處進行測量。例如，在又一實施例 中，在框404中，在晶圓上的多個坐標處實施實際測量，並且在曝光工藝(例如，框408)期間 可以在點的子集處實施在線測量。該偏移量值圖可以被用於在曝光工藝期間修改諸如焦平 面的工藝參數的設定或值。圖9示出晶圓圖的實施例。（注意，在其他實施例中，結構可能 包括表示晶圓形狀的圓形圖。）
[0072] 可選地，偏移量值可以是通過（1)由測量工具實施的襯底上的給定點處的實際測 量值與（2)在該點處的預測或期望形貌高度進行比較而確定的值。可以通過設計數據、工 藝數據、仿真、和/或其他合適方法來確定預測或期望形貌高度。諸如工藝數據的數據可以 是通過其他襯底的分析所收集的數據。在又一實施例中，在給定點處的測量高度和平均值 或平均高度之間的差被存儲為晶圓圖。
[0073] 在實施例中，偏移量晶圓圖可以包括用於晶圓圖上的多個點中的每個點的偏移量 校正。偏移量校正可以與要在光刻工藝(例如，對D0F的修改)中使用的參數的修改相關聯。
[0074] 在另一個實施例中，晶圓圖包括在晶圓上的多個坐標中的每個坐標處的實際形貌 高度測量值。在方法400的又一個實施例中，省略框406,並且將形貌高度直接傳送到光刻 工藝，而不存儲在示"圖"中。
[0075] 然後，方法400進行至框408,其中，使用形貌高度信息實施光刻工藝。在實施例 中，光刻工藝是諸如由掃描儀所實施的曝光工藝。使用所測量的形貌高度和/或晶圓圖來 實施光刻工藝。形貌高度信息和/或偏移量校正圖被用於確定和/或修改用於襯底的給定 坐標的光刻工藝的一個或多個參數。在實施例中，修改後的參數涉及曝光工具(例如，D0F) 的焦平面。可以對在框402中所選擇的襯底和/或其他襯底實施具有由形貌高度和/或晶 圓圖所確定的參數的光刻工藝。具體地，對應於襯底上的坐標的測量值被用於確定用於對 該坐標成像的光刻工藝參數。可以對襯底上的任何數量的坐標實施該光刻工藝。
[0076] 現在參考圖5,不出了用於對襯底實施光刻工藝的系統500。系統500可以用於實 現上文參考圖4描述的方法400。
[0077] 在系統500中，將襯底102提供給度量工具502。襯底102可以基本類似於上文參 考圖1、圖2、圖3和/或圖4描述的襯底。在實施例中，襯底是半導體晶圓。度量工具502 可操作地在襯底上的一個或多個點處確定襯底102上的目標層的形貌高度。形貌高度測量 可以確定襯底102上的給定坐標處的抗蝕劑層的表面高度。
[0078] 在實施例中，度量工具502包括下文參考圖6描述的多尖端AFM工具。在實施例 中，度量工具502包括基於排放到目標表面上的空氣壓力的檢測來測量高度的器件。在 Lithographic Performance of a Dual Stage,0. 93NA ArFStep&Scan System (Proc. of SPIE Vol. 5754, p.681 (2005))中描述這樣的器件的實施例，其全部內容結合於此作為參 考。其他示例性測量器件包括關於諸如外表面下降的原理、光學調平原理的運行器件和/ 或其他合適的形貌測量器件。
[0079] 度量工具502生成度量數據504。度量數據504可以包括在一個或多個位置處的 襯底102上的目標層的高度的測量值。度量數據504可以被傳輸到工藝參數控制模塊506。 工藝參數控制模塊506可以是基本類似於以下參考圖8論述的信息處理和分析系統。工藝 參數控制模塊506可以生成晶圓圖508。在框404中所獲得的形貌高度值被用於形成晶圓 圖 508。
[0080] 具體地，晶圓圖508可以包括具有在晶圓的示圖上的多個坐標處所指示的度量數 據點的晶圓圖形或數據表示。在實施例中，晶圓圖508包括在襯底上的多個坐標中的每個 坐標處的偏移量值。偏移量值可以是通過（1)由度量數據504所限定的襯底上的給定點處 的實際測量值與（2)在該點處的預測或期望形貌高度或相同位置處的光學測量值進行比較 所確定的值。可以通過設計數據、工藝數據、仿真、和/或其他合適方法來確定預測或期望 形貌高度。
[0081] 在另一個實施例中，晶圓圖的偏移量值可以是通過（1)由度量工具502所實施的 襯底102上的給定點處的實際測量值與（2)在晶圓上的相同點處通過光刻工具510的光學 檢測高度測量值進行比較所確定的值。在實施例中，可以通過光刻工具(例如，在真空環境 中）實施該光學檢測高度測量。該光學檢測高度測量不如離線測量工具準確和/或在晶圓 上的點的子集處來測量該光學檢測高度測量。
[0082] 在又一實施例中，晶圓圖508可以包括用於晶圓的示圖上的多個點中的每個點的 偏移量校正。偏移量校正可以限定用於光刻工藝中的參數(例如，用於D0F的值）的修改。 在另一個實施例中，晶圓圖508包括在晶圓上的多個坐標中的每個坐標處的實際形貌1?度 測量值，由光刻工具114使用該實際形貌高度測量值以生成工藝參數。工藝參數控制模塊 506可以是光刻工具114和/或度量工具502的一部分。
[0083] 將晶圓圖508提供給光刻工具510。在一些實施例中，在光刻工具510中可以包括 工藝參數控制模塊506。光刻工具510使用晶圓圖508確定用於要實施的光刻工藝的至少 一個參數。在實施例中，晶圓圖508被用於確定由光刻工具510所實施的曝光工藝的焦平 面(例如，用於襯底102)。
[0084] 光刻工具510可以是可操作地圖案化襯底102上的光敏層的掃描儀。例如，可以 使用多種輻射實施襯底的圖案化，諸如，紫外線（UV)源、深UV (DUV)源、超UV (EUV)源以 及X射線源。在實施例中，輻射源是波長為約13. 5nm或更小的EUV源。可以使用本領域中 已知的光刻技術來實施圖案化。在實施例中，光刻工具510包括基本類似於圖3的曝光模 塊302的功能和/或器件。
[0085] 諸如襯底104的附加襯底還可以被提供給光刻工具510。除了未對襯底實施實際 形貌測量之外，附加襯底104可以基本類似於襯底102。襯底104可以包括相同產品類型的 半導體器件，具有相同處理批次（processing lot)，在相同處理步驟(例如，層）中被部分制 造，和/或具有有助於將襯底102的形貌數據應用於襯底104的其他推論因素。
[0086] 從而，方法400和/或系統500可操作地提供用於確定關於形成在襯底上的目標 層的形貌高度信息。所確定的形貌高度信息(例如，被離線收集）被前饋至光刻系統。在實 施例中，通過基於AFM或氣壓校準的裝置來生成形貌高度信息。在實施例中，晶圓圖通過所 測量的形貌高度信息生成並且被提供給光刻工具。
[0087] 現在參考圖6,示出了多尖端原子力顯微鏡工具600的示例性實施例。尖端還可以 被稱為探針。如圖所示的AFM工具600包括下文進一步詳細描述的第一尖端602和第二尖 端604。然而，可以包括任何數量的尖端。
[0088] AFM工具600提供發射光606。發射光606可以由水平傳感器608生成。在實施例 中，水平傳感器608的雷射器件提供發射光606。發射光入射到AFM工具600的臂(例如，懸 臂）610。臂610具有反射表面612。該發射光606從表面612反射，由此提供反射光616。 反射光616返回到水平傳感器608。當尖端602或604與襯底102的表面(諸如，目標層614 的表面)接觸(或以其他方式感測)時，對臂610施加力。力轉移臂610,從而改變反射光616 的偏轉角。諸如多個光電二極體的水平傳感器608中的傳感器檢測反射光616。由於檢測 到的反射光616指示臂610的偏轉，並且從而，可以確定尖端602/604的位置或層614 (例 如，抗蝕劑）的高度。
[0089] 在AFM工具600中可以採用其他實施例和原理，以感測層614的形貌高度，包括例 如使電流通過尖端、非接觸式AFM、輕敲模式AFM和/或其他合適技術。
[0090] 現在參考圖8,示出了信息處理和分析系統800。系統800可操作地實施在此描述 的方法的一個或多個步驟和/或系統的功能。系統800是信息處理系統，諸如，計算機、月艮 務器、工作站、或其他合適設備。系統800包括可通信地連接至系統存儲器806、大容量存儲 設備802、以及通信模塊808的處理器804。系統存儲器806提供具有非暫時性計算機可讀 存儲器的處理器804,以便於由處理器執行計算機指令。系統存儲器806的實例可以包括諸 如動態RAM (DRAM)、同步DRAM (SDRAM)、固態存儲設備的隨機存取存儲器（RAM)設備、和/ 或本領域中已知的多種其他存儲設備。系統存儲器806可以存儲晶圓圖、形貌高度測量值、 襯底的坐標、和/或上述其他信息。電腦程式、指令和數據被存儲在大容量存儲設備802 上。程序可以生成晶圓圖，確定偏移量值，和/或上述其他步驟。大容量存儲設備802的實 例可以包括硬碟、光碟、磁光碟、固態存儲設備和/或本領域中已知的多種其他大容量存儲 設備。通信模塊808可操作地與1C製造系統中的其他組件傳輸信息，諸如，晶圓圖、光刻參 數、度量值、晶圓識別數據和/或其他合適信息。通信模塊808還可操作地接收到系統800 的用戶輸入。
[0091] 總之，在此公開的方法和設備提供光刻方法，其允許基於要被成像的層的被測量 形貌高度，補償在光刻工藝期間所使用的參數。在實施例中，光刻工具包括嵌入式度量器 件，以提供襯底高度的實時測量。嵌入式度量器件可以是多尖端AFM工具。在另一個實施 例中，在光刻工藝之前，離線實施形貌高度測量。然後，形貌高度信息被前饋到光刻工具，以 選擇諸如D0F的合適光刻參數。在這種情況下，本發明提供優於之前的技術器件的多個優 點。例如，嵌入式多尖端AFM工具允許在真空環境下在曝光工藝期間獲取測量值。而且，在 一些實施例中，當可以與曝光同時地實現測量時，可以有效地實施原位形貌高度測量。在其 他實施例中，當獨立於掃描儀工具完成工藝時，可以實施形貌高度測量附加詳情信息的離 線測量(例如，在晶圓上的附加坐標處的測量)，其可能經歷生產量問題。應該理解，在此公 開的不同實施例提供不同公開內容，並且在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，在此可 以對它們作出多種改變、替換和更改。
[0092] 因此，應該認識到，在本文中描述的更廣泛的實施例之一中，提供一種方法。該方 法包括：襯底上的第一坐標處測量襯底的第一形貌高度，並且襯底上的第二坐標處測量襯 底的第二形貌高度。所測量的第一和第二形貌高度被存儲(例如，圖8)為晶圓圖。然後，使 用晶圓圖，對襯底實施曝光工藝。曝光工藝包括：當曝光襯底上的第一坐標時，使用第一焦 點，並且當曝光襯底上的第二坐標時，使用第二焦平面。使用第一形貌高度確定第一焦點， 並且使用第二形貌高度確定第二焦點。
[0093] 在又一實施例中，使用多尖端原子力顯微鏡（AFM)工具，同時實施測量第一和第二 形貌高度。可以與第一坐標的曝光基本同時地實施第二形貌高度測量。
[0094] 在實施例中，通過確定第一形貌高度和與第一坐標相關聯的第三高度之間的偏移 量值來生成晶圓圖。在實施例中，確定第三高度包括：使用曝光工具，實施光學高度測量。 在另一個實施例中，確定第三高度包括使用設計數據和工藝數據中的至少一個。曝光工具 可以是用於第一和第二坐標的曝光的超紫外線（EUV)掃描儀。
[0095] 該方法可以包括提供基於氣壓計的度量工具，以測量襯底上的第一和第二形貌高 度。曝光工具（實施曝光襯底上的第一和第二坐標）可以獨立於氣壓計度量工具。然後，在 曝光之前，可以將第一和第二形貌高度從基於氣壓計的度量工具發送至曝光工具。在又一 個實施例中，在真空環境下，將襯底設置在曝光工具中。在實施例中，在真空環境中，原位實 施測量第一和第二形貌高度和實施曝光工藝中的每個。
[0096] 在本文中公開的另一個實施例中，描述一種系統。該系統包括可操作地保持晶圓 的襯底工作檯、掃描儀模塊和多尖端AFM工具。參見圖3,在晶圓被設置在襯底工作檯上的 同時，掃描儀模塊可以曝光晶圓上的圖案。同樣地，在晶圓被設置在襯底工作檯中的同時， 多尖端AFM工具(多尖端AFM工具的每個尖端）可操作地測量晶圓的高度。
[0097] 在又一實施例中，襯底工作檯被設置在真空環境中。一種類型的掃描儀模塊在於， 包括超紫外線（UV)輻射源。在實施例中，該系統進一步包括：參數控制模塊，連接至多尖端 AFM工具和掃描儀模塊。參數控制模塊可以包括：處理器；以及非暫時性計算機可讀存儲 器，可通信地連接至處理器，並且包括可由處理器執行的指令。指令包括以下步驟：從多尖 端AFM工具接收第一測量值；使用第一測量值確定第一光刻工藝參數；以及發送第一光刻 工藝參數到掃描儀模塊。在一個實施例中，第一光刻工藝參數是焦深（D0F)。
[0098] 在本文中公開的又一更廣泛形式的系統中，提供一種用於半導體器件製造的系 統，包括度量工具、工藝參數控制模塊、以及光刻工具。度量工具可操作地例如使用AFM工 具確定多個形貌高度，或者傳感器可操作地感測排放到目標表面的空氣。工藝參數控制模 塊可操作地使用多個形貌高度生成晶圓圖。光刻工具可操作地接收晶圓圖，並且根據晶圓 圖實施曝光工藝。
[0099] 在實施例中，光刻工具根據晶圓圖通過使用晶圓圖確定焦深來實施光刻工藝。度 量工具可以被嵌入光刻工具中（圖3)。在實施例中，晶圓圖包括在多個形貌高度中的每個與 通過光刻工具(例如，通過EUV掃描儀）所確定的光學測量高度之間的偏移量值。
【權利要求】
1. 一種方法，包括： 測量襯底上的第一坐標處的第一形貌高度； 測量所述襯底上的第二坐標處的第二形貌高度； 提供所測量的所述第一形貌高度和所述第二形貌高度作為晶圓圖；以及 使用所述晶圓圖對所述襯底實施曝光工藝，其中，所述曝光工藝包括： 當曝光所述襯底上的第一坐標時，使用第一焦點，使用所述第一形貌高度來確定所述 第一焦點；以及 當曝光所述襯底上的第二坐標時，使用第二焦點，使用所述第二形貌高度來確定所述 第二焦點。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，使用多尖端原子力顯微鏡（AFM)工具來同時實施 所述第一形貌高度和所述第二形貌高度的測量。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中，基本在曝光所述第一坐標的同時，實施測量所述 第二形貌高度。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中，通過確定所述第一形貌高度和與所述第一坐標 相關聯的第三高度之間的偏移量值來生成所述晶圓圖。
5. 根據權利要求4所述的方法，進一步包括： 確定所述第三高度包括：使用曝光工具實施光學高度測量。
6. 根據權利要求5所述的方法，其中，所述曝光工具是被用於曝光所述第一坐標和所 述第二坐標的超紫外線（EUV)掃描儀。
7. 根據權利要求4所述的方法，進一步包括： 確定所述第三高度包括：使用設計數據和工藝數據中的至少一種。
8. 根據權利要求1所述的方法，進一步包括： 提供基於空氣壓力計的度量工具，其中，所述基於空氣壓力計的度量工具實施所述襯 底上的所述第一形貌高度和所述第二形貌高度的測量； 提供與所述空氣壓力計度量工具分離的曝光工具，其中，所述曝光工具實施所述襯底 上的所述第一坐標和所述第二坐標的曝光；以及 在曝光之前，將所述第一形貌高度和所述第二形貌高度從所述基於空氣壓力計的度量 工具發送至所述曝光工具。
9. 一種系統，包括： 襯底工作檯，可操作地保持晶圓； 掃描儀模塊，在將所述晶圓設置在所述襯底工作檯中的同時，可操作地曝光所述晶圓 上的圖案；以及 多尖端原子力顯微鏡（AFM)工具，其中，在將所述晶圓設置在所述襯底工作檯上的同 時，所述多尖端AFM工具的每個尖端都可操作地測量所述晶圓的高度。
10. -種用於半導體器件製造的系統，包括： 度量工具，可操作地確定多個形貌高度，其中，所述度量工具使用原子力顯微鏡器件和 釋放到目標表面的空氣的檢測器中的至少一種； 工藝參數控制模塊，可操作地使用所述多個形貌高度生成晶圓圖；以及 光刻工具，可操作地接收所述晶圓圖並且根據所述晶圓圖實施曝光工藝。
【文檔編號】G03F7/20GK104049468SQ201410072008
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年2月28日 優先權日:2013年3月14日
【發明者】吳瑞慶, 陳政宏, 陳家楨, 張書豪, 簡上傑, 簡銘進, 嚴濤南 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司