使用頻譜檢測的關鍵尺寸控制方法
2023-12-11 16:02:52 2
專利名稱：使用頻譜檢測的關鍵尺寸控制方法
技術領域：
本發明是有關於一種關鍵尺寸(Critical Dimension；CD)控制方法，特別是有關於一種使用頻譜檢測的關鍵尺寸控制方法。
背景技術：
隨著半導體製造技術的發展，目前的半導體製造技術持續向縮小圖案尺寸、增加電晶體與電路速度的方向發展。為了確保圖案的尺寸適當，例如元件不會不適當地交疊或互相影響，會使用設計規則(Design Rules)來定義參數，例如元件與連接線間的容限(Tolerance)，以及這些線的寬度。設計規則的限制，亦稱為關鍵尺寸(CD)，可以定義已知技術(例如90nm)中元件製造時所能允許的一條線的最小線寬或兩條線間的最小間距。元件中或元件間的關鍵尺寸錯誤可能是由各種原因引起的，例如光學因素(例如微影系統中鏡片視野彎曲或鏡片像差)、機械因素、或化學因素(例如光阻塗布與抗反射塗布(Anti-reflection Coating；ARC)的厚度不均)。然而目前的檢測工具，例如關鍵尺寸掃描式電子顯微鏡(Critical Dimension ScanningElectron Microscope；CD-SEM)，並無法在罩幕製作時，從不同的圖案輪廓中得到充分的關鍵尺寸資訊。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種圖案化製程控制的方法，使其使用頻譜檢測的方式，來進行關鍵尺寸控制，非常適於實用。
本發明的另一目的在於，提供一種圖案化一基材的方法，使其使用光學關鍵尺寸量測工具，以在一蝕刻製程後，量測圖案化特徵的關鍵尺寸與輪廓，並調整此蝕刻製程及/或其他蝕刻製程的蝕刻配方，非常適於實用。
本發明的再一目的在於，提供一種製作一罩幕的方法，使其量測一圖案的關鍵尺寸與輪廓，並產生蝕刻配方，以進行關鍵尺寸控制。
本發明的還一目的在於，提供一種在一批次中圖案化一基材的方法，使其利用每批次圖案輪廓差異來調整該批次中不同基材的蝕刻配方與曝光劑量，以進行關鍵尺寸控制。
本發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的一種圖案化一基材的方法，其至少包括以下步驟形成一材料層於該基材上；進行一第一蝕刻步驟於該材料層上，以形成一圖案；使用一光學頻譜量測工具，量測該材料層的該圖案判別該量測步驟是否指出該第一蝕刻步驟達到一預先定義結果；以及若未達到該預先定義結果，則產生一蝕刻配方(Recipe)，並利用該蝕刻配方，對該材料層進行一第二蝕刻步驟。
本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。
前述的圖案化一基材的方法，其中所述的材料層是選自於由鉻(Chromium)以及鉬矽化物(Molybdenum Silicide)所組成的一族群。
前述的圖案化一基材的方法，其中所述的基材是選自於由一罩幕層以及一半導體晶圓所組成的一族群。
前述的圖案化一基材的方法，其中所述的量測步驟至少包括量測該圖案的至少一關鍵尺寸(CD)與輪廓。
前述的圖案化一基材的方法，其中所述的圖案的該量測的輪廓可提供逐批(Batch-to-batch)的資訊。
前述的圖案化一基材的方法，其中所述的第一蝕刻步驟、該量測步驟與該第二蝕刻步驟是在一整合製造工具中進行，該整合製造工具至少包括一蝕刻裝置與一進行光學頻譜關鍵尺寸量測裝置。
前述的圖案化一基材的方法，其中所述的量測步驟至少包括量測形成於該材料層上的至少一特殊圖案。
前述的圖案化一基材的方法，其中所述的第二蝕刻步驟是該第一蝕刻步驟外，一選擇性的、額外的蝕刻步驟。
前述的圖案化一基材的方法，其更至少包括以下步驟以一光阻層覆蓋該材料層；曝光該光阻層；曝光後烘烤該光阻層；以及在進行該第一蝕刻步驟前，顯影該光阻層。
前述的圖案化一基材的方法，其更至少包括在進行該第一蝕刻步驟後，剝除該光阻層。
前述的圖案化一基材的方法，其中所述的光學頻譜量測工具是利用一技術，該技術是選自於由一散射測量法(Scatterometry)、一光學數位輪廓量測法(Optical Digital Profilometry；ODP)以及一光學頻譜分析法所組成的一族群。
前述的圖案化一基材的方法，其中所述的第一蝕刻步驟與該第二蝕刻步驟至少包括一製程，該製程是選自於由乾式蝕刻法以及溼式蝕刻法所組成的一族群。
本發明的目的及解決其技術問題還採用以下技術方案來實現。依據本發明提出的一種製作一罩幕的方法，其至少包括以下步驟從一罩幕基材上的一相位移層上，蝕刻一鉻(Cr)層；使用一第一光學頻譜量測工具檢查該鉻層，並判別該蝕刻該鉻層的步驟是否達到一預先定義鉻結果；若未達到該預先定義鉻結果，則對該鉻層進行一額外的鉻蝕刻步驟；蝕刻該鉻層下的該相位移層；使用一第二光學頻譜量測工具檢查該相位移層，並判別該蝕刻該相位移層的步驟是否達到一預先定義相位移結果；以及若未達到該預先定義相位移結果，則對該相位移層進行一額外的相位移蝕刻步驟。
本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。
前述的製作一罩幕的方法，其中所述的相位移層至少包括鉬矽化物(MoSi)。
前述的製作一罩幕的方法，其中所述的量測步驟至少包括量測一圖案的複數個關鍵尺寸與輪廓。
前述的製作一罩幕的方法，其中所述的檢查該鉻層的步驟與該檢查該相位移層的步驟各至少包括產生一蝕刻配方。
前述的製作一罩幕的方法，其中所述的進行一額外的鉻蝕刻步驟與該進行一額外的相位移蝕刻步驟可各自重複進行，以使該罩幕關鍵尺寸之一平均至目標值(Mean-to-target；MTT)小於約7nm與相位之一平均至目標值小於約3°。
本發明的目的及解決其技術問題另外還採用以下技術方案來實現。依據本發明提出的一種在一批次中圖案化一基材的方法，其至少包括以下步驟在該基材上進行一第一蝕刻步驟，以形成一圖案；使用一光學頻譜量測工具，量測該基材的該圖案；以及逐批次判別圖案輪廓差異。
本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。
前述的在一批次中圖案化一基材的方法，其中每批次圖案輪廓差異是用來調整該批次中不同基材的蝕刻配方。
前述的在一批次中圖案化一基材的方法，其中每批次圖案輪廓差異是用來調整該批次中不同基材的曝光劑量。
本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果。由以上技術方案可知，本發明的主要技術內容如下根據本發明的上述目的，提出一種圖案化一基材的方法，至少包括下列步驟。首先，形成一材料層於基材上。接著，進行一第一蝕刻步驟於材料層上，以形成一圖案。接下來，使用一光學頻譜量測工具，量測材料層的圖案。然後，判別量測步驟是否指出第一蝕刻步驟達到一預先定義結果。若未達到預先定義結果，則產生一蝕刻配方，並利用蝕刻配方，對材料層進行一第二蝕刻步驟。
依照本發明的較佳實施例，上述的材料層是選自於由鉻(Chromium)以及鉬矽化物(Molybdenum Silicide)所組成的一族群。基材是選自於由一罩幕層以及一半導體晶圓所組成的一族群。量測步驟至少包括量測圖案的至少一關鍵尺寸(CD)與輪廓。圖案的量測的輪廓可提供逐批(Batch-to-batch)的資訊。第一蝕刻步驟、量測步驟與第二蝕刻步驟是在一整合製造工具中進行，該整合製造工具至少包括一蝕刻裝置與一進行光學頻譜關鍵尺寸量測裝置。量測步驟至少包括量測形成於材料層上的至少一特殊圖案。第二蝕刻步驟是第一蝕刻步驟外，一選擇性的、額外的蝕刻步驟。光學頻譜量測工具是利用一技術，此技術是選自於由一散射測量法(Scatterometry)、一光學數位輪廓量測法(Optical DigitalProfilometry；ODP)以及一光學頻譜分析法所組成的一族群。第一蝕刻步驟與第二蝕刻步驟至少包括一製程，此製程是選自於由乾式蝕刻法以及溼式蝕刻法所組成的一族群。
依照本發明的較佳實施例，此方法更至少包括下列步驟。首先，以一光阻層覆蓋材料層。接著，曝光此光阻層。接下來，曝光後烘烤此光阻層。然後，在進行第一蝕刻步驟前，顯影此光阻層。此方法更至少包括在進行第一蝕刻步驟後，剝除此光阻層。
根據本發明的另一目的，提出一種製作一罩幕的方法，至少包括下列步驟。首先，從一罩幕基材上的一相位移層上，蝕刻一鉻(Cr)層。接著，使用一第一光學頻譜量測工具檢查此鉻層，並判別蝕刻鉻層的步驟是否達到一預先定義鉻結果。若未達到預先定義鉻結果，則對此鉻層進行一額外的鉻蝕刻步驟。接下來，蝕刻鉻層下的相位移層。然後，使用一第二光學頻譜量測工具檢查此相位移層，並判別蝕刻相位移層的步驟是否達到一預先定義相位移結果。若未達到預先定義相位移結果，則對相位移層進行一額外的相位移蝕刻步驟。
依照本發明的較佳實施例，相位移層至少包括鉬矽化物(MoSi)。量測步驟至少包括量測一圖案的複數個關鍵尺寸與輪廓。檢查鉻層的步驟與檢查相位移層的步驟各至少包括產生一蝕刻配方。進行一額外的鉻蝕刻步驟與進行一額外的相位移蝕刻步驟可各自重複進行，以使罩幕關鍵尺寸之一平均至目標值(Mean-to-target；MTT)小於約7nm與相位之一平均至目標值小於約3°。
根據本發明的另一目的，提出一種在一批次中圖案化一基材的方法，至少包括下列步驟。首先，在基材上進行一第一蝕刻步驟，以形成一圖案。接著，使用一光學頻譜量測工具，量測基材的圖案。然後，逐批次判別圖案輪廓差異。
依照本發明的較佳實施例，每批次圖案輪廓差異是用來調整該批次中不同基材的蝕刻配方。每批次圖案輪廓差異是用來調整該批次中不同基材的曝光劑量。
藉由上述技術方案，本發明使用頻譜檢測的關鍵尺寸控制方法至少具有下列優點及有益效果1、本發明的一種圖案化一基材的方法，其是使用光學關鍵尺寸量測工具，在一蝕刻製程後，量測圖案化特徵的關鍵尺寸與輪廓，並調整此蝕刻製程及/或其他蝕刻製程的蝕刻配方，非常適於實用。
2、光學關鍵尺寸量測工具可提供三維影像，使用非破壞性的方式，甚至可即時量測罩幕的關鍵尺寸及描繪輪廓，不會有關鍵尺寸掃描式電子顯微鏡的限制與缺點，非常適於實用。
3、光學關鍵尺寸量測工具可以反映圖案化層的輪廓，從輪廓中擷取出適當的關鍵尺寸，並提供評估與製程控制的資訊。
4、光學關鍵尺寸量測工具的關鍵尺寸與輪廓量測結果可以累積，可以提供逐批次的信息，作製程最佳化與控制。
5、光學關鍵尺寸量測工具可連接或整合至蝕刻工具，而可以使蝕刻後檢視步驟為即時且更有效率。
6、本發明的製作一罩幕的方法，量測一圖案的關鍵尺寸與輪廓，並產生蝕刻配方，而可以進行關鍵尺寸的控制。
7、本發明的在一批次中圖案化一基材的方法，利用每批次圖案輪廓差異來調整該批次中不同基材的蝕刻配方與曝光劑量，而可以進行關鍵尺寸的控制。
綜上所述，本發明具有上述諸多優點及實用價值，其不論在方法或功能上皆有較大的改進，在技術上有顯著的進步，並產生了好用及實用的效果，並具有產業的廣泛利用價值，誠為一新穎、進步、實用的新設計。
上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。
圖1是繪示一方法的一實施例的流程圖，此方法可在製程中找出一潛在的關鍵尺寸錯誤並調整製程以補償此錯誤。
圖2、圖3a至圖3c、圖4a至圖4c以及圖5是繪示在製作階段中，一罩幕的不同實施例的剖面圖。
圖6是繪示一方法的另一實施例的流程圖，此方法可在製程中找出一關鍵尺寸錯誤並調整製程，以補償此錯誤。
圖7a至圖7f是繪示不同製作階段的一範例性罩幕的剖面圖。
100方法110提供一基材112預先圖案化製程 114蝕刻116蝕刻後檢視 118關鍵尺寸是否正確120下一製程200罩幕202透明基材204吸收層206光阻層 206a倒梯型側壁206b垂直側壁 206c梯型側壁600方法602提供一罩幕604曝光/曝光後烘烤/顯影606顯影后檢視608鉻蝕刻 610蝕刻後檢視612關鍵尺寸是否正確614剝除光阻層616剝除後檢視 618鉬蝕刻620蝕刻後檢視 622關鍵尺寸是否正確624圖案化鉻層 700罩幕702透明基材704矽化鉬層706鉻層706a鉻特徵708光阻層 708a光阻特徵具體實施方式
為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的使用頻譜檢測的關鍵尺寸控制方法其具體實施方式
、方法、步驟、特徵及其功效，詳細說明如後。
由以下的詳細描述並配合所附圖示，可以充分了解本發明所揭露的內容。需要強調的是，根據業界的標準作業，許多特徵並未按照比例尺寸繪製。實際上，為了清楚討論，這些特徵的尺寸可以任意增加或減少。
可以了解的是，以下的說明提供了許多不同的實施例或範例，以體現本發明不同實施例的不同特徵。其組成與安排的特定範例亦描述於下，以簡化本發明。當然，這些僅為範例，而非用以限定。此外，本發明會在不同範例中重複標號及/或文字，這是為了簡化與理清，並不會限定論述中的不同實施例及/或結構的關係。更甚者，以下描述的第一特徵位於第二特徵上的組成可包括第一特徵與第二特徵直接接觸的實施例，亦可包括其他特徵插入第一特徵與第二特徵間的實施例，因此第一特徵與第二特徵可能不會直接接觸。
請參閱圖1所示，是繪示一方法的一實施例的流程圖，此方法可在製程中找出一潛在的關鍵尺寸錯誤並調整製程以補償此錯誤。該方法100是用來製造一罩幕，罩幕可用來製造半導體晶圓及此類。請一併參閱圖2、圖3a、圖3b、圖3c、圖4a、圖4b、圖4c以及圖5所示，是繪示在製作階段中，一罩幕的不同實施例的剖面圖。現將其製造方法100與製造系統亦描述如下。罩幕(Photomask)亦可稱為罩幕(Mask)或罩幕(Reticle)。儘管使用罩幕為範例來繪示說明本發明的方法與系統，但是這並不限於罩幕製作，且可延伸至半導體晶圓製造。
方法100開始於利用一罩幕200的步驟110。罩幕200可至少包括一透明基材202，該透明基材202具有接上保險絲的石英(SiO2)、氟化鈣(CaF2)或其他適當材料。該罩幕200更可至少包括一吸收層204，該吸收層204是利用複數個製程與材料所製成，例如沉積一鉻(Cr)與鐵氧化物組成的金屬膜，或一矽化鉬(MoSi)、ZrSiO、氮化矽(SiN)及/或氮化鈦(TiN)組成的無機膜。吸收層204可具有一多層結構。舉例而言，罩幕200可包括部分吸光的一鉬矽化物(Molybdenum Silicide；MoSi)層及/或完全吸光的一鉻層。罩幕200更至少包括一或多層抗反射塗布(ARC)層沉積於不同介面間。罩幕200可至少包括一光阻(Resist或PR)層206位於吸收層204之上，利用例如旋塗法塗布。光阻層206可形成於下一步驟。
在步驟112中，罩幕進行一個或多個預先圖案化(Pre-patterning)製程。該預先圖案化製程可包括形成一圖案化的光阻層或一硬光罩層，如圖3a至圖3c所示。在一範例中，形成圖案化的光阻層至少包括光阻塗布、預烤、曝光、曝光後烘烤(PEB)、顯影以及硬烤。預先圖案化製程可利用相關工具來進行，例如一光阻塗布系統、一烘烤工具、一曝光工具及/或一顯影工具。烘烤工具例如可為配置有至少一加熱器的烘烤室，此加熱器可分別調整至適合軟烤、硬烤以及曝光後烘烤的溫度。曝光工具例如可為一寫入系統，此寫入系統使用一電子束(e-beam)、一離子束(ion-beam)、一光子束(photo-beam)或其他適當的放射線，以在一光阻層上「寫入」一圖案。曝光工具可以為其他的工具，例如具有足夠解析度可圖案化一光罩的步進機(Stepper)與掃描器。上述的工具可以具有標準界面，以使它們能夠組合在一起，並有適當的連接與傳輸。上述的預先圖案化工具可以為了高品質與效率而連接、結合及/或整合。該預先圖案化製程可至少包括至少一檢查步驟，例如一顯影后檢視(ADI)。顯影后檢視可至少包括量測光阻層的圖案化特徵的關鍵尺寸與輪廓。圖3a至圖3c中的罩幕200在正常二維關鍵尺寸檢測工具下，各具有相同的關鍵尺寸，但是不同的輪廓，這會在後面做更詳盡的說明。
方法100繼續進行到步驟114，使用蝕刻或其他適當製程，以部分或實質移除位於圖案化光阻層或硬光罩層下方的吸收層204。該吸收層204暴露出來的部分會被移除，而被覆蓋的部分則維持實質不變，因此，複數個圖案化特徵便形成於吸收層204，如圖4a、圖4b、圖4c所示。該蝕刻製程可以為適當的製程，例如溼式蝕刻法或乾式蝕刻法，以轉移圖案至下方的吸收層204。蝕刻製程可在一氣相(Gas-phase)中進行。蝕刻製程可為純化學方式(例如電漿蝕刻)、純物理方式(例如離子研磨(Ion Milling))、或其組合(例如反應式離子蝕刻(RIE))。欲進行圖案化的下層亦可為透明基材，其中，此透明基材可部分或實質移除。舉例而言，相位移罩幕(Phase-shiftMask；PSM)技術便是使透明基材在圖案中蝕刻，以產生適當的相位移。
方法100繼續進行到步驟116，進行一蝕刻後檢視(AEI)。蝕刻後檢視可利用一或多個量測工具來進行，以檢視並查驗出缺陷、汙染以及關鍵尺寸。更甚者，蝕刻後檢視至少包括一光譜(例如光學關鍵尺寸(OCD))量測工具，以量測光阻層206(或硬光罩層)及/或吸收層204中的圖案化特徵的關鍵尺寸及/或輪廓。
在罩幕製作中，關鍵尺寸控制在不同的步驟中進行，以確保尺寸，例如將間隔與線寬維持在預先定義的規格中。目前，為了找出關鍵尺寸錯誤，關鍵尺寸量測通常使用破壞性的方法，例如關鍵尺寸掃描式電子顯微鏡(CD-SEM)。關鍵尺寸掃描式電子顯微鏡使用一掃描式電子顯微鏡，以得到圖案特徵的整體影像(例如光阻特徵)，並從那些影像中擷取尺寸資訊。關鍵尺寸掃描式電子顯微鏡只能得到圖案特徵的上表面的影像。在量測結果與實際特徵之間可能會有偏差。光阻層206可形成複數個特徵，這些特徵具有倒梯型側壁(例如倒梯型側壁206a)、垂直側壁(例如垂直側壁206b)以及梯型側壁(例如梯型側壁206c)。在一量測金氧半導體(MOS)電晶體閘極長度的範例中，閘極與基材間的介面上的閘極長度是有關係的。若光阻輪廓具有垂直側壁(206b)或梯型側壁(206c)，則關鍵尺寸掃描式電子顯微鏡會產生正確的相關量測。然而，若光阻輪廓具有倒梯型側壁(206a)，則量測到的關鍵尺寸會超過實際的關鍵尺寸。更甚者，這些離線處理方式(OfflineApproaches)會增加製造周期時間、汙染以及晶圓製造成本。光學關鍵尺寸(OCD)量測工具可以提供三維影像，使用非破壞性的方式，甚至可即時量測罩幕的關鍵尺寸及描繪輪廓，不會有關鍵尺寸掃描式電子顯微鏡的限制與缺點。光學關鍵尺寸量測工具的關鍵尺寸與輪廓量測結果可以累積，以提供逐批次(Batch-to-batch)的資訊，作製程最佳化與控制。舉例而言，逐批次的輪廓變化可用來監控並追蹤製程傾向與批次相關的位移，更可用來調節相關批次的蝕刻製程及/或曝光劑量。
在本實施例中，光學關鍵尺寸量測工具使用一光子束來反映圖案化特徵的影像，以得到關鍵尺寸與輪廓。光學關鍵尺寸量測工具利用極化的反射率，可將光線的橫向的電場與橫向的磁場分開，光線是從圖案化基材中反射的。此工具在罩幕製作中決定線寬與輪廓。光學關鍵尺寸量測工具可使用周期性柵欄測試結構(Periodic Grating Test-structure)，例如與圖案化特徵一起形成的規則間隔的線。光束照射在柵欄測試結構上，量測所造成的繞射光，以得到圖案化特徵的尺寸與輪廓資訊。光學關鍵尺寸量測工具可反映圖案化層的輪廓，從輪廓中擷取出適當的關鍵尺寸，並提供評估與製程控制的資訊。
光學關鍵尺寸量測工具可為利用例如光學數位輪廓量測法(OpticalDigital Profilometry；ODP)的技術的商業上可得的系統。光學數位輪廓量測法(例如Timbre Technologies公司所發展的)為利用Maxwell定理的光學的、非破壞性的即時量測技術，來產生集成電路特徵的數位剖面圖。在本實施例中，光學數位輪廓量測法使用一光源，從周期性柵欄結構中擷取精確的關鍵尺寸資訊。當光線從圖案化層反射時，可由一光學偵測器收集光線，再用光學數位輪廓量測法分析。配有一橢圓偏光量測儀(SpectroscopicEllipsometer)的一Timbre輪廓應用伺服器(Timbre Profiler ApplicationServer；PAS)利用偏光單角度法(Spectroscopic Single Angle Approach)與橢圓儀，使用反射光的強度(tan y)與相位(cos A)資訊，來擷取圖案化特徵的詳細關鍵尺寸資訊。
方法100繼續進行到步驟118，進行一判別步驟，判別蝕刻步驟是否達到預先定義規格與關鍵尺寸是否在預先定義規格內。若關鍵尺寸不正確，方法100會回到步驟114，並且在罩幕上進行一額外的蝕刻製程。可以了解的是，此額外的蝕刻製程可與原來的步驟114使用同樣的蝕刻工具，或使用其他的蝕刻工具。步驟114至步驟118可重複多次，直到在步驟118中判定關鍵尺寸落在需求的範圍內。舉例而言，關鍵尺寸的平均至目標值(Mean ToTarget；MTT)可在約7奈米內，相位的平均至目標值可在約3度內。在某些實施例中，步驟116及/或步驟118可與步驟114同時進行，而原來的蝕刻步驟可繼續進行(而非使用一額外的蝕刻步驟)。在其他實施例中，罩幕200可能不會進行再一次的蝕刻製程，但可使用方法100，根據關鍵尺寸量測結果，來調整蝕刻製程的蝕刻參數(例如持續期間、功率及/或溫度)。若關鍵尺寸量測結果正確(例如落在預先定義範圍內)，則方法100繼續進行到步驟120，在此步驟中，剝除光阻層，而罩幕可進行包括其他蝕刻製程的其他製程。在另一個實施例中，判別的步驟可至少包括調整接著進行的蝕刻製程的配方。
方法100繼續進行到步驟120，以繼續製程步驟，這些製程步驟包括剝除光阻層，如圖5及/或另一蝕刻製程所示。
本發明所揭露的方法使用光學關鍵尺寸量測工具，以在一蝕刻製程之後，量測圖案化特徵的關鍵尺寸與輪廓，並調整此蝕刻製程及/或其他蝕刻製程的蝕刻配方。光學關鍵尺寸量測工具可連接或整合至蝕刻工具，以使蝕刻後檢視步驟為即時且更有效率。更廣泛地說，光學關鍵尺寸量測工具是選自於由散射測量法(Scatterometry)、光學數位輪廓量測法(OpticalDigital Profilometry；ODP)、光學頻譜分析法以及其他適當的光學量測工具所組成的一族群。具有圖案化特徵形成於其上的基材可不僅為一罩幕基材，且可延伸包括一半導體晶圓。
現請參閱圖6所示，是繪示一方法的另一實施例的流程圖，此方法可在製程中找出一關鍵尺寸錯誤並調整製程，以補償此錯誤。方法600是本發明另一實施例，以在一製程中找出關鍵尺寸錯誤，並調整製程以補償此錯誤。以下具體說明該方法600，請一併參閱7a至圖7f所示，是繪示不同製作階段的一範例性罩幕的剖面圖。
方法600開始於提供一罩幕700的步驟602。罩幕700可至少包括一透明基材702，該透明基材702具有接上保險絲的石英、氟化鈣或其他適當材料。罩幕700更可至少包括吸收層，該吸收層是利用複數個製程與材料所製成，這些製程與材料與罩幕200所使用的類似。舉例而言，罩幕700可包括一矽化鉬層704與一鉻層706。罩幕700更可至少包括複數層抗反射塗布(ARC)層沉積於不同介面間。罩幕700可至少包括一光阻層708位於吸收層(矽化鉬層704與鉻層706)之上，利用例如旋塗法塗布。
方法600繼續進行到步驟604，以曝光、曝光後烘烤以及顯影光阻層708，以形成圖7b所示的光阻特徵708a，就形成、配置以及組成而論，這與方法100的步驟112預先圖案化製程相似。方法600更至少包括步驟606，以進行一顯影后檢視(ADI)步驟，這與方法100中的步驟112顯影后檢視相似。
相似地，方法600繼續進行到步驟608，蝕刻鉻層706，以形成圖7c所示的鉻特徵706a，接著，在步驟610中進行一蝕刻後檢視(AEI)步驟。蝕刻後檢視步驟可利用一或多個量測工具來進行，以檢視並查驗出缺陷、汙染以及關鍵尺寸。更甚者，蝕刻後檢視步驟至少包括使用一光學關鍵尺寸(OCD)量測工具，以量測圖案化特徵的關鍵尺寸及/或輪廓。光學關鍵尺寸量測工具可實質相似於步驟114中所使用的工具。
方法600繼續進行到步驟612，進行一判別步驟，判別蝕刻步驟是否達到預先定義規格與關鍵尺寸是否在預先定義規格內。若關鍵尺寸不正確，方法600會回到步驟608，並在罩幕上進行一額外的蝕刻製程。此額外的蝕刻製程可與原來的步驟608使用同樣的蝕刻工具，或使用其他的蝕刻工具。步驟608至步驟612可重複多次，直到關鍵尺寸落在需求的範圍內。在某些實施例中，步驟608及/或步驟610可與步驟612同時進行，而原來的蝕刻步驟可繼續進行(而非使用一額外的蝕刻步驟)。在其他實施例中，罩幕700可能不會進行再一次的蝕刻製程，但可使用方法600，根據關鍵尺寸量測結果，來調整蝕刻製程的蝕刻參數(例如持續期間、功率及/或溫度)。若關鍵尺寸量測結果正確(例如落在預先定義範圍內)，則方法600繼續進行到步驟614，以剝除光阻層708，如圖7d所示，且在步驟616中，更可包括一剝除後檢視(ASI)步驟。在另一個實施例中，判別的步驟可至少包括調整一不同蝕刻製程的配方。
方法600繼續進行到步驟618，利用圖案化的鉻層706為硬光罩，蝕刻矽化鉬層704，以形成如圖7e所示的圖案化矽化鉬特徵。矽化鉬層蝕刻亦可在剝除光阻前進行。接著，進行另一個蝕刻後檢視(AEI)步驟620，以量測與描繪鉻層706及/或矽化鉬層704的輪廓。蝕刻後檢視步驟620可利用一或多個量測工具來進行，以檢視缺陷、汙染以及關鍵尺寸。更甚者，蝕刻後檢視至少包括一光學關鍵尺寸量測工具，相似於先前所敘述的光學關鍵尺寸量測工具。
方法600繼續進行到步驟622，進行一判別步驟，判別蝕刻步驟是否達到預先定義規格與關鍵尺寸是否在預先定義規格內。相似地，若關鍵尺寸不正確，方法600會回到步驟618，並進行一額外的蝕刻製程，以移除罩幕上的矽化鉬層704。此額外的蝕刻製程可與原來的步驟使用同樣的蝕刻工具，或使用其他的蝕刻工具。步驟618至步驟622可重複多次，直到在步驟622中判定關鍵尺寸量測結果落在需求的範圍內。
在方法600的步驟624中，可以使用與步驟602至步驟612相似的方法，圖案化鉻層706，以形成具有一圖案的一圖案化鉻層，此圖案可不同於圖案化矽化鉬層704的圖案，如圖7f所示。其他製程可包括剝除光阻與剝除後檢視。方法600僅作為根據本發明的罩幕製作過程控制方法的另一範例。
本發明提出一種圖案化製程控制的方法。該方法至少包括進行一第一蝕刻步驟於一基材上，以形成一圖案。接著，使用一光學頻譜量測工具，量測基材的圖案。然後，判別量測步驟是否指出第一蝕刻步驟達到一預先定義結果。接下來，若未達到預先定義結果，則產生一蝕刻配方，並利用此蝕刻配方，對基材進行一第二蝕刻步驟。
在所揭露的方法中，基材是選自於由一罩幕層以及一半導體晶圓所組成的一族群。罩幕層可包括接上保險絲的石英。罩幕層更可包括一材料層形成於接上保險絲的石英上。材料層是選自於由鉻以及鉬矽化物所組成的一族群。量測步驟可以至少包括量測此圖案的至少一關鍵尺寸與輪廓。圖案的量測輪廓可提供逐批(Batch-to-batch)的資訊。第一蝕刻步驟、量測步驟與第二蝕刻步驟是在一整合製造工具中進行，整合製造工具至少包括一蝕刻裝置與一進行光學頻譜關鍵尺寸量測裝置。量測步驟可至少包括量測形成於基材上的至少一特殊圖案。第二蝕刻步驟可為第一蝕刻步驟外的一額外的蝕刻步驟，或第一蝕刻步驟後的下一個蝕刻步驟。此方法更可至少包括以一光阻層覆蓋基材；曝光此光阻層；曝光後烘烤此光阻層；以及在進行第一蝕刻步驟前，顯影此光阻層。此方法更可以至少包括在進行第一蝕刻步驟後，剝除此光阻層。上述的光學頻譜量測工具可至少包括一工具，此工具是選自於由一散射測量儀、一光學數位輪廓量測儀以及一光學頻譜分析儀所組成的一族群。第一蝕刻步驟與第二蝕刻步驟可至少包括一製程，此製程是選自於由乾式蝕刻法以及溼式蝕刻法所組成的一族群。
本發明提出另一種製作一罩幕的方法。該方法至少包括從一罩幕基材上的一相位移層上，蝕刻一鉻層；使用一第一光學頻譜量測工具檢查此鉻層，並判別蝕刻此鉻層的步驟是否達到一預先定義鉻結果；若未達到預先定義鉻結果，則對鉻層進行一額外的鉻蝕刻步驟；蝕刻鉻層下的相位移層；使用一第二光學頻譜量測工具檢查此相位移層，並判別蝕刻此相位移層的步驟是否達到一預先定義相位移結果；以及若未達到預先定義相位移結果，則對相位移層進行一額外的相位移蝕刻步驟。
在此方法中，相位移層可至少包括鉬矽化物。量測步驟可至少包括量測圖案的關鍵尺寸與輪廓。檢查鉻層的步驟與檢查相位移層的步驟各至少包括產生一蝕刻配方。上述的進行一額外的鉻蝕刻步驟與上述的進行一額外的相位移蝕刻步驟可各自重複進行，以使罩幕關鍵尺寸之一平均至目標值(MTT)小於約7nm與相位之一平均至目標值小於約3°。
本發明提出一種製作一罩幕的系統。該系統至少包括一蝕刻工具與一光學頻譜量測工具，蝕刻工具是用以蝕刻罩幕，光學頻譜量測工具是用以進行罩幕的關鍵尺寸的量測。光學頻譜量測工具是用以與蝕刻工具傳輸與協調。此系統亦包括一模組，以評估量測結果，並根據此量測結果，產生一蝕刻配方。
此系統可更至少包括曝光罩幕上的光阻層的裝置、烘烤罩幕上的光阻層的裝置以及顯影罩幕上的光阻層的裝置。光學頻譜量測工具可整合至蝕刻工具，因此，光學頻譜量測工具進行量測與蝕刻工具進行蝕刻製程便會在同一個真空系統中進行。光學頻譜量測工具可至少包括一工具，此工具是選自於由一散射測量儀、一光學數位輪廓量測儀以及一光學頻譜分析儀所組成的一族群。
本發明亦提出一種在一批次中圖案化一基材的方法，至少包括在基材上進行一第一蝕刻步驟，以形成一圖案；使用一光學頻譜量測工具，量測基材的圖案；以及逐批次判別圖案輪廓差異。在所揭露的方法中，每批次圖案輪廓差異是用來調整批次中不同基材的蝕刻配方。每批次圖案輪廓差異是用來調整批次中不同基材的曝光劑量。
雖然以上說明已敘述並描繪一或多個實施例，然而熟習此項技藝者應該了解的是，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可在形式與細節上作不同的更動。舉例而言，所描述的方法中的不同步驟可以不同的順序進行或接續進行、結合、再分開、以替換步驟取代、或全部移除。此外，上述方法所繪示或描述於本發明其他地方的不同功能可結合，以提供額外及/或替換的功用。因此，本發明與後附的申請專利範圍應以廣義的方式來解釋。
以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
1.一種圖案化一基材的方法，其特徵在於其至少包括以下步驟形成一材料層於該基材上；進行一第一蝕刻步驟於該材料層上，以形成一圖案；使用一光學頻譜量測工具，量測該材料層的該圖案判別該量測步驟是否指出該第一蝕刻步驟達到一預先定義結果；以及若未達到該預先定義結果，則產生一蝕刻配方(Recipe)，並利用該蝕刻配方，對該材料層進行一第二蝕刻步驟。
2.根據權利要求1所述的圖案化一基材的方法，其特徵在於其中所述的材料層是選自於由鉻(Chromium)以及鉬矽化物(Molybdenum Silicide)所組成的一族群。
3.根據權利要求1所述的圖案化一基材的方法，其特徵在於其中所述的基材是選自於由一罩幕層以及一半導體晶圓所組成的一族群。
4.根據權利要求1所述的圖案化一基材的方法，其特徵在於其中所述的量測步驟至少包括量測該圖案的至少一關鍵尺寸(CD)與輪廓。
5.根據權利要求4所述的圖案化一基材的方法，其特徵在於其中所述的圖案的該量測的輪廓可提供逐批(Batch-to-batch)的資訊。
6.根據權利要求1所述的圖案化一基材的方法，其特徵在於其中所述的第一蝕刻步驟、該量測步驟與該第二蝕刻步驟是在一整合製造工具中進行，該整合製造工具至少包括一蝕刻裝置與一進行光學頻譜關鍵尺寸量測裝置。
7.根據權利要求1所述的圖案化一基材的方法，其特徵在於其中所述的量測步驟至少包括量測形成於該材料層上的至少一特殊圖案。
8.根據權利要求1所述的圖案化一基材的方法，其特徵在於其中所述的第二蝕刻步驟是該第一蝕刻步驟外，一選擇性的、額外的蝕刻步驟。
9.根據權利要求1所述的圖案化一基材的方法，其特徵在於其更至少包括以下步驟以一光阻層覆蓋該材料層；曝光該光阻層；曝光後烘烤該光阻層；以及在進行該第一蝕刻步驟前，顯影該光阻層。
10.根據權利要求9所述的圖案化一基材的方法，其特徵在於其更至少包括在進行該第一蝕刻步驟後，剝除該光阻層。
11.根據權利要求1所述的圖案化一基材的方法，其特徵在於其中所述的光學頻譜量測工具是利用一技術，該技術是選自於由一散射測量法(Scatterometry)、一光學數位輪廓量測法(Optical DigitalProfilometry；ODP)以及一光學頻譜分析法所組成的一族群。
12.根據權利要求1所述的圖案化一基材的方法，其特徵在於其中所述的第一蝕刻步驟與該第二蝕刻步驟至少包括一製程，該製程是選自於由乾式蝕刻法以及溼式蝕刻法所組成的一族群。
13.一種製作一罩幕的方法，其特徵在於其至少包括以下步驟從一罩幕基材上的一相位移層上，蝕刻一鉻(Cr)層；使用一第一光學頻譜量測工具檢查該鉻層，並判別該蝕刻該鉻層的步驟是否達到一預先定義鉻結果；若未達到該預先定義鉻結果，則對該鉻層進行一額外的鉻蝕刻步驟；蝕刻該鉻層下的該相位移層；使用一第二光學頻譜量測工具檢查該相位移層，並判別該蝕刻該相位移層的步驟是否達到一預先定義相位移結果；以及若未達到該預先定義相位移結果，則對該相位移層進行一額外的相位移蝕刻步驟。
14.根據權利要求13所述的製作一罩幕的方法，其特徵在於其中所述的相位移層至少包括鉬矽化物(MoSi)。
15.根據權利要求13所述的製作一罩幕的方法，其特徵在於其中所述的量測步驟至少包括量測一圖案的複數個關鍵尺寸與輪廓。
16.根據權利要求13所述的製作一罩幕的方法，其特徵在於其中所述的檢查該鉻層的步驟與該檢查該相位移層的步驟各至少包括產生一蝕刻配方。
17.根據權利要求13所述的製作一罩幕的方法，其特徵在於其中所述的進行一額外的鉻蝕刻步驟與該進行一額外的相位移蝕刻步驟可各自重複進行，以使該罩幕關鍵尺寸之一平均至目標值(Mean-to-target；MTT)小於約7nm與相位之一平均至目標值小於約3°。
18.一種在一批次中圖案化一基材的方法，其特徵在於其至少包括以下步驟在該基材上進行一第一蝕刻步驟，以形成一圖案；使用一光學頻譜量測工具，量測該基材的該圖案；以及逐批次判別圖案輪廓差異。
19.根據權利要求18所述的在一批次中圖案化一基材的方法，其特徵在於其中每批次圖案輪廓差異是用來調整該批次中不同基材的蝕刻配方。
20.根據權利要求18所述的在一批次中圖案化一基材的方法，其特徵在於其中每批次圖案輪廓差異是用來調整該批次中不同基材的曝光劑量。
全文摘要
本發明是有關於一種使用頻譜檢測的關鍵尺寸控制方法。本發明揭露一種圖案化一基材的方法，至少包括形成一材料層於基材上；進行一第一蝕刻步驟於材料層上，以形成一圖案；使用一光學頻譜量測工具，量測材料層的圖案判別量測步驟是否指出第一蝕刻步驟達到一預先定義結果；以及若未達到預先定義結果，則產生一蝕刻配方，並利用此蝕刻配方，對材料層進行一第二蝕刻步驟。本發明使用光學關鍵尺寸量測工具，可以在一蝕刻製程後，量測圖案化特徵的關鍵尺寸與輪廓，並調整此蝕刻製程及/或其他蝕刻製程的蝕刻配方，非常適於實用。
文檔編號G03F1/14GK101047109SQ20071008694
公開日2007年10月3日 申請日期2007年3月27日 優先權日2006年3月29日
發明者洪彰成, 謝弘璋, 張世明, 王文娟, 呂啟綸, 夏振原, 黃彥彬 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司