焦距监测方法与流程

本公开实施例涉及半导体制作方法，特别涉及焦距监测的半导体制作方法。

背景技术：

在半导体集成电路工业中，集成电路材料与设计的技术进步已产生集成电路的数个世代，其中每个世代相较于前个世代而言，具有更小的以及更复杂的电路。在集成电路的演进过程中，功能密度(亦即每个晶片面积的互连设备数量)已逐渐增加，而几何尺寸(亦即使用一制程可制造的最小元件(或线段))已逐渐减小。这个缩小尺寸的过程通常通过增加生产效率以及降低相关成本来提供一些益处。上述缩小尺寸的技术亦增加集成电路处理和制造的复杂度。

制造集成电路的常用方法是光刻技术(photolithography)。光刻技术包括将一光阻层(photoresistlayer)通过一遮罩暴露于一光源。当执行一光刻程序时，两个需要考量的重要条件为焦距(focus)与曝光量(exposure)。不同的图案可能需要不同等级的焦距以及曝光量，藉以达到适当的临界尺寸。因此，需要决定在生产线中，用于图案的适合的焦距以及曝光量。此外，上述焦距可能在一特定图案的制造期间，随着时间偏移。因此，若有需求，则需要校正上述焦距。也需要以有效率的方式监测上述焦距，藉以减少停机时间。

技术实现要素：

依据本公开的实施例，提供一种焦距监测方法，该焦距监测方法包括：使用一第一焦距条件处理一第一硅晶圆，该第一硅晶圆包括：一第一测试图案以及一第二测试图案，该第一测试图案以及该第二测试图案不同；判定用于该第一测试图案的一第一临界尺寸；判定用于该第二测试图案的一第二临界尺寸；基于该第一临界尺寸以及该第二临界尺寸判定一焦距值差值；以及使用一第二焦距条件处理一第二硅晶圆，该第二焦距条件是基于该焦距值差值。

依据本公开的实施例，提供一种焦距监测方法，该焦距监测方法包括：使用一第一焦距条件处理一第一硅晶圆，该第一硅晶圆包括一第一测试图案以及一第二测试图案，该第一测试图案以及该第二测试图案的各自的泊松曲线具备基本上线性的差；判定用于该第一测试图案的一第一临界尺寸与用于该第二测试图案的一第二临界尺寸之间的一差值；基于该差值判定一焦距值差值；以及使用一第二焦距条件处理一第二硅晶圆，该第二焦距条件是基于该焦距值差值。

依据本公开的实施例，提供一硅晶圆，该硅晶圆包括：多个生产图案；一第一测试图案，形成于该硅晶圆的一测试区域中；以及一第二测试图案，形成于该硅晶圆的该测试区域中，该第一测试图案以及该第二测试图案的各自的泊松曲线的差，基本上是线性的。

附图说明

本公开各方面所公开的内容，可通过阅读下文的详细描述并搭配附图而得到最佳的理解。应该注意的是，根据业界的标准做法，各种特征并无按照比例绘制。事实上，为了能够明确的讨论，各种特征的尺寸可能被任意的放大或缩小。

图1是依据本公开实施例的包括用于监测焦距的两个测试图案的一生产晶圆的俯视图；

图2是依据本公开实施例的不同测试图案的泊松(bossung)曲线；

图3是依据本公开实施例的监测焦距的方法范例的流程图；

第4a与4b图是依据本公开实施例的用于监测焦距的测试图案的示意图；

图5是依据本公开实施例的生产晶圆内的测试图案的配置示意图；

图6是依据本公开实施例的生产晶圆的单一晶粒内的测试图案的配置示意图。

附图标记说明：

100～生产晶圆

102～晶粒

104～划线

106、108～测试图案

200～临界尺寸与焦距关系图

202～垂直轴

204～水平轴

206、208～泊松曲线

212～线条

300～方法

302-318～步骤

400、410～测试图案

402、404～线条

406～周期性间隙

408～散射条

500～生产晶圆

502～晶圆上元件分布图

504、506～测试图案

508～临界尺寸差值

600～掩模图案分布图

602～空间

604～测试图案

具体实施方式

以下所公开的内容提供了许多不同的实施例或范例，用于实现本公开的不同特征。下文将描述各元件与安排的具体实施例以使本公开所公开的内容更为清晰易懂。此处所列举的实施例应当仅为范例，并不用于对本公开进行限制。举例而言，一第一特征通过或在一第二特征上的构造的描述，可能包含第一与第二特征是通过直接接触所形成的实施例，也可能包含可在第一与第二特征之间形成的额外特征的实施例，在此状况下的第一与第二特征可能不是通过直接接触来形成。此外，本公开所公开的参考数字及/或字母可能在不同的实施例中重复的出现，此重复记载的目的为使本公开的描述更为明确且精简，并非用以指示所讨论的各实施例及/或构造之间的关联性。

进一步而言，空间相对术语如「在…之下」、「以下」、「较低的」、「以上」、「上方」等，上述词汇可能会在本说明书中用以简单描述元件或特征相对于其他元件或特征之间的关系(如附图所示)。除了附图中所描绘的方向之外，空间相对术语所描述的内容包括使用或操作中装置的不同方向。装置可被另做定位(旋转90度或往其他方位)，而说明书中所使用的空间相对描述同样可以相对应地进行解释。

如前述的内容，需要决定一图案的适当的焦距以及曝光条件，藉以有效率地降低停机时间(downtime)。上述焦距条件是指基底与遮罩之间的距离，该遮罩用于将该基底曝光于一光源。上述曝光条件是指该光源用于曝光该基底的能量等级。一般而言，对于一特定图案，一测试晶圆会被处理以产生一焦距曝光矩阵(focusexposurematrix(fem))。上述焦距曝光矩阵通常包括一网格，该网格具备一维度以表示不同曝光值，以及具备另一维度以表示不同焦距值。每一个网格位置包括一测试图案，该测试图案通过独特的焦距值与曝光值的组合进行曝光。在该测试晶圆通过各种焦距与曝光条件曝光后，该测试晶圆进而被显影(develop)。继之，确定每一个网格位置内的测试图案的临界尺寸。上述临界尺寸是指一图案内的一部件的最小尺寸。使用从该测试晶圆的该焦距曝光矩阵所取得的数据，可决定用于生产的一特定图案的所需临界尺寸的理想焦距以及曝光条件。

上述测试晶圆可为一特别设计的测试晶圆，该特别设计的测试晶圆具有被设计以使用于上述焦距曝光矩阵的测试图案。在此状况下，此测试晶圆在使用后可被丢弃。在一些实施例中，一实际的生产晶圆可被使用为应用于上述焦距曝光矩阵的一测试晶圆。在此情况下(然而)，在从上述焦距曝光矩阵取得数据后，该生产晶圆需要被重新加工处理。也就是说，光阻材料(photoresist)必须被移除，且该晶圆必须被准备以用于要被形成的正确的光阻材料图案。在其中一种情况中，从上述焦距曝光矩阵获得数据是耗费时间的，且导致生产时间的消耗。因此需要减少上述生产时间的消耗以增加生产效率。依据本公开的实施例，可在不产生一焦距曝光矩阵的情况下实现焦距监测。

具体而言，依据本公开的一实施例，两个不同的测试图案是形成于上述生产晶圆内的一测试区域。上述测试区域可沿着该生产晶圆的不同晶粒(die)之间的划线。上述两个测试图案具有相似的焦距敏感度，还有相似的最佳焦距条件。换句话说，做为焦距的一函数的临界尺寸是不同的。更加具体而言，上述两个测试图案具有多个泊松(bossung)曲线，且该等泊松曲线具有基本上线性的差。一泊松曲线可被用于将一特定图案的临界尺寸，表示为焦距的一函数。因此，一第一测试图案的泊松曲线减去一第二测试图案的泊松曲线，基本上是线性的。

使用上述测试图案于直列式(inline)焦距检测，一生产梯次的第一个生产晶圆被处理以使用一组预定焦距条件，且不使用一焦距曝光矩阵。上述预定条件可基于有关生产图案以及其他因素的历史数据。在上述图案显影之后，该第一测试图案与该第二测试图案的临界尺寸会被量测。上述两个临界尺寸值的差值可被使用以判定一焦距值差值(deltafocusvalue)。上述焦距值差值表示焦距的变化，上述焦距的变化应被使用以将焦距条件更改为最佳的程度。若上述焦距值差值是在一预定容忍范围内，则第一生产梯次的晶圆不需要被重新处理。因此，下一个晶圆可使用已更新的焦距值进行处理，上述已更新的焦距值是基于上述焦距值差值。若(然而)，上述焦距值差值在上述预定容忍范围之外，则该第一生产梯次的该晶圆可被重新处理。依据本公开的实施例，每一个生产梯次的第一个晶圆，可能不必每次都被重新处理。另外，使用测试图案的上述直列式焦距监测可被周期性地执行，藉以判定焦距是否有偏移。因此，焦距可被直列式地监测。

图1描绘一生产晶圆100的俯视图的示意图，生产晶圆100包括用于监测焦距的两个测试图案106、108。图1只说明一组测试图案106、108，在一实施例中，测试图案106、108的多个复制图案可在整体生产晶圆100中形成。生产晶圆100通常包括多个晶粒102。每一个晶粒可具备形成于该晶粒上的多个生产图案。生产图案是用于产生一集成电路的功能电路的图案。每一个晶粒通常包括一独立电路。在上述生产晶圆的处理程序完成后，每一个晶粒是沿着划线104被切割出来。在一些实施例中，每一个晶粒是相同电路的一复制品。在一些实施例中(然而)，不同晶粒可具备形成于该晶粒上的不同电路设计。

由于晶圆是沿着划线104切割，沿着划线的空间可被用于设置测试图案106、108，且不需牺牲用于电路的晶圆空间。因此，用于制造实际电路的表面面积不会被影响。也就是说，多个测试图案106、108可沿着任一划线设置，且不需要重新设计每一个晶粒内的实际电路以产生设置测试图案106、108的空间。

测试图案106、108被设计以具备支援直列式焦距检测的多个特定特征。具体而言，上述图案是被设计以使各自的泊松曲线之间具备一特定类型的关系。在一些实施例中，一泊松曲线将临界尺寸表示为焦距的一函数。测试图案106、108被设计以具备泊松曲线，该等泊松曲线具有基本上线性的差。换句话说，测试图案106的泊松曲线与测试图案108的泊松曲线之间的差，基本上是线性的。

图2是依据本公开实施例的不同测试图案的泊松(bossung)曲线。在一实施例中，垂直轴202代表临界尺寸，而水平轴204代表焦距。泊松曲线206对应测试图案106。泊松曲线208对应测试图案108。线条212表示泊松曲线206与泊松曲线208之间的差。如图所示，两条泊松曲线206、208之间的差，基本上是线性的。

表示一泊松曲线的一种方式是通过多项式表示。举例而言，一泊松曲线可表示为：y＝ax²+bx+c，其中y为临界尺寸；x为焦距值；以及a、b与c为系数。为了讨论的目的，a的值将被当作第一系数；b的值将被当作第二系数；以及c的值将被当作第三系数。泊松曲线206可被表示为y1＝a1x²+b1x+c1，且泊松曲线208可被表示为y2＝a2x²+b2x+c2。上述两个泊松曲线之间的差值方程式为：δy＝(a1-a2)x²+(b1-b2)x+(c1-c2)。若测试图案106、108被设计成a1与a2基本上相似，则上述差值方程式的第一个系数变得可被忽略。在此情况下，上述差值方程式基本上变成：δy＝(b1-b2)x+(c1-c2)，亦即一线性方程式。

因此，通过将测试图案106、108各自的泊松曲线的第一系数设计成基本上相似，上述两条泊松曲线之间的差可实现一线性关系。此外，为了提供更好的敏感度，该等第二系数(亦即b1与b2)需为基本上不同的。该等第二系数之间的较大差值，可使表示两条泊松曲线206、208之间的差的线条212有较大的斜率。一较大的斜率，代表一较大的临界尺寸变化对应一较小的焦距变化。上述特征可允许更加精准的焦距监测。

在一些实施例中，测试图案可被设计以使线条212具有一定的线性度。上述线性度可被定义为上述第二系数除以上述第一系数的绝对值大于50。应用于上述线性度的其他容忍程度亦可被采用。

各种测试图案106、108的泊松曲线可在一特定图案制作之前被确定。测试图案106、108可经历各种测试与审查过程以找到具有上述特性的理想测试图案。在测试图案106、108被定义之后，两个不同的测试图案106、108可被形成在用于一生产晶圆的一遮罩。因此，当形成上述生产晶圆时，也将形成测试图案106、108。

图3是依据本公开实施例的监测焦距的方法300的流程图。依据本公开的实施例，方法300包括步骤302，步骤302用于处理一生产晶圆。处理该生产晶圆包括在该晶圆上沉积(deposit)一光阻材料层。接下来，该光阻材料层通过一遮罩，被暴露于一光源。该遮罩包括多个部件，该等部件被用以在该光阻材料层中形成多个图案。该等图案被用以形成多个部件，该等部件成为在该晶圆中形成的电路的一部分。除了用以产生实际电路的该等遮罩部件，该遮罩包括形成多个测试图案的部件。举例而言，该遮罩可包括如前述的测试图案106、108。测试图案106、108将在曝光程序的期间被转换至该光阻材料层。在曝光之后，该晶圆被显影以移除可溶于显影溶液的部分光阻材料。

一生产晶圆的第一处里程序将被当作试运行(pilotrun)。如前文所述，传统方法是在上述试运行中使用一焦距曝光矩阵晶圆，藉以找出最佳焦距以及曝光条件。但是，依据本公开的实施例，为了避免使用上述焦距曝光矩阵晶圆，上述第一生产晶圆是使用一组预定的焦距与曝光条件来进行处理，并用于生产图案。该组预定的焦距与曝光条件可基于生产图案的历史数据(如果可用)或类似图案的历史数据。该组预定的焦距与曝光条件也可考虑设计工程师已知的其它因素，上述其他因素可能对于上述焦距与曝光条件实现生产图案所期望的临界尺寸具有影响。如下文的更加详细描述的内容，若上述预定的焦距条件没有产生所期望的临界尺寸，则该第一生产晶圆可能被重新处理。若(然而)上述预定的焦距条件已足够精确，则该晶圆不需要被重新处理。此特征提供相较于传统方法较佳的优势，因为在传统方法中，上述试运行必须每一次都被重新处理。通过本公开的技术，上述试运行只在上述试运行的临界尺寸不符合一目标临界尺寸时才被重新处理。

在上述光阻材料层被显影之后，方法300包括步骤304，步骤304判定第一测试图案的临界尺寸。方法300也包括步骤306，步骤306判定第二测试图案的临界尺寸。如前述的内容，上述临界尺寸是指一特定图案中最小的部件尺寸。各种工具可被使用以量测测试图案的临界尺寸。举例而言，一扫描式电子显微镜(scanningelectronmicroscope(sem))可被使用已确定上述测试图案的临界尺寸。

在步骤308中，基于前述的差值方程式，临界尺寸的差值被用以确定焦距的变化。具体而言，当δy为已知时，方程式δy＝(b1-b2)x+(c1-c2)可用以解出x。如前文所述，x值表示对应临界尺寸的一特定变化的焦距偏移量。举例而言，可判定临界尺寸的1纳米(nanometer)变化，对应10纳米的焦距变化。

此外，在步骤310中，判定最近处理的生产晶圆是否应该被重新处理。若判定第一测试图案的临界尺寸与第二测试图案的临界尺寸之间的差超过一阈值等级，上述最近处理的生产晶圆可被重新处理。或者，若焦距值差值(基于上数差值方程式所定义)超过一预定阈值，上述最近处理的生产晶圆可被重新处理。若用于处理生产晶圆的焦距条件是最佳化的，则该第一测试图案的临界尺寸与该第二测试图案的临界尺寸之间的差，基本上将为零。也就是说，焦距值距离最佳焦距条件越远，第一测试图案和第二测试图案之间的临界尺寸的差将越大。

若判定上述生产晶圆要被重新处理，则方法进入步骤312；在步骤312中，上述光阻材料被移除且焦距值被更新。重新处理该生产晶圆包括剥离剩余的光阻材料、清洁该生产晶片以及施加新的光阻材料层。接下来，使用已更新的焦距值处理该生产晶圆。上述已更新的焦距值可使用前述方程式来判定。具体而言，上述方程式提供临界尺寸的变化与焦距的变化之间的关系。举例而言，若判定上述第一测试图案的临界尺寸与上述第二测试图案的临界尺寸之间具有2纳米的变化，则可能将焦距偏移20纳米(基于前述范例，亦即临界尺寸变化1纳米，对应焦距变化10纳米)。通过上述信息，使用修正的焦距值重新处理上述生产晶圆。在使用修正的焦距值重新处理上述生产晶圆之后，可预期该第一测试图案的临界尺寸与该第二测试图案的临界尺寸之间的差，基本上将为零。方法300进而回到步骤302，使用已更新的焦距值处理上述生产晶圆。

如果(然而)判定上述生产晶圆不需要被重新处理，则该方法进入步骤314；在步骤314中，判定上述焦距条件是否应该被更新。在一些实施例中，该第一测试图案的临界尺寸与该第二测试图案的临界尺寸之间可能具有一些差异，而该差异仍未超过预定的等级。因此，该晶圆不需要被重新处理，但为了下一个生产晶圆，可能期望更新焦距值。因此，方法300进入步骤316；在步骤3016中，上述焦距值被更新。举例而言，该第一测试图案的临界尺寸与该第二测试图案的临界尺寸之间的差，可被判定为0.5纳米。使用前述的实施例，上述焦距值可被移动5纳米以提供下一个生产晶圆。该方法进入步骤318，并且处理下一个生产晶圆。

若(然而)在步骤314判定不需要调整焦距值，则方法300直接进入步骤318，并且处理下一个生产晶圆。对于在上述试运行之后被处理的每一个生产晶圆，可使用上述已更新的焦距值。周期性地，可期望监测焦距以判定另外的更新动作是否是有益的。举例而言，可在每处理100个生产晶圆时执行一额外的直列式焦距检测。也可采用其他数量。上述直列式焦距检测可采用量测该第一测试图案的临界尺寸与该第二测试图案的临界尺寸之间的差值。若该差值很大，则上述焦距值可据此情况而被更新。在一些实施例中，上述直列式焦距检测可基于周期性的时间区段执行，而不是基于周期性的生产梯次执行。举例而言，上述直列式焦距检测可在每周执行。其他的时间区段也可被采用。

第4a与4b图是依据本公开实施例的用于监测焦距的测试图案400、410的示意图。测试图案400、410可对应图1的测试图案106、108。依据本公开的实施例，图4a描绘测试图案400，测试图案400包括一是列的线条402。线条402可具备特定宽度以及间距，藉以产生所期望的泊松曲线。

依据本公开的实施例，图4b描绘测试图案410，测试图案410具备一系列的线条404。上述线条的长度可比测试图案400的线条402短。线条404也可具备纵向地分离线条404的周期性间隙406。此外，测试图案410包括各个部件，例如散射条408。散射条408为一光学邻近校正(opticalproximitycorrection(opc))技术。其他光学邻近校正技术可被用于测试图案410。测试图案400、410被设计以使各自的泊松曲线之间的差基本上为线性的。

图5是依据本公开实施例的生产晶圆内的测试图案的配置示意图。依据本公开的实施例，测试图案504、506(可对应图1的测试图案106、108)沿着生产晶圆的每一个划线以形成，例如测试图案504、506围绕每一个晶粒。在一些实施例中，单一掩模对应单一晶粒。当处理生产晶圆500时，上述掩模可在多个晶粒位置被设定以及扫描。在此情况下，测试图案504、506可围绕上述掩模的周边以形成。在一些实施例中，一掩模可包括多个晶粒。在此情况下，该掩模可包括测试图案504、506，且测试图案504、506围绕遮罩的周边以及在上述掩模内的多个晶粒之间的划线。

测试图案504、506沿着每一个划线设置(如图所示)，每一个晶粒的临界尺寸差值508可被确定(如图所示)。因此，由于最佳焦距条件可能在晶圆上稍微变化，一焦距值可被使用，该焦距值可最小化该焦距值与每一个晶粒的最佳焦距值之间的差距。在一实施例中，临界尺寸值的范围是0.2与0.8。因此，若一临界尺寸值0.5被使用于整体生产晶圆500，则该临界尺寸值与其任何其他临界尺寸值之间的差值为0.3。因此，使用如前述的关系，焦距值可基于一临界尺寸差值0.5而被偏移。

图6是依据本公开实施例的生产晶圆的单一晶粒内的测试图案的配置示意图。在一些实施例中，可能期望更加精确的焦距监测。特别地，可能需要晶粒内(intra-die)焦距监测。在此情况下，成对的测试图案604可被设置于单一晶粒的各个位置。在一些实施例中，可能涉及牺牲一些用于生产图案的空间602。上述成对的测试图案604可对应前述的测试图案106、108。

如图所示，上述成对的测试图案604被设置于单一晶粒中，可以为上述晶粒的不同部分确定临界尺寸差值。因此，由于最佳焦距条件可能在上述晶粒上稍微变化，一焦距值可被使用，该焦距值可最小化该焦距值与该晶粒内每一个位置的最佳焦距值之间的差距。在一实施例中，临界尺寸值的范围是0.3以及0.5。因此，若一临界尺寸值0.4被使用于整体生产晶圆(加设其他晶粒具有相似的临界尺寸值)，则该临界尺寸值与其任何其他临界尺寸值之间的差值为0.1。因此，使用如前述的关系，焦距值可基于一临界尺寸差值0.1而被偏移。

通过本公开的实施例，各种优点与益处可被实现。举例而言，生产晶圆可不需使用一焦距曝光矩阵晶圆或焦距曝光矩阵梯次来进行处理，藉此允许较少的停机时间。举例而言，通过使用一组预定的焦距条件，进而监测焦距，第一生产晶圆梯次只会在临界尺寸超过一预定容忍范围时重新被处理。此外，高敏感度直列式焦距检测可被实现。此直列式焦距检测可提供返馈以依据所需调整焦距条件，不需要停止生产。此外，可实现用于晶粒内和晶粒间的焦距条件的更加精确的焦距监测。举例而言，由于测试图案可被设置在生产晶圆的各种位置，该晶圆整体的最佳焦距条件可被确定。因此，整体晶圆的焦距条件可被设置，以便考虑该晶圆的各个部分。

依据本公开的一实施例，一方法包括使用一第一焦距条件处理一第一生产晶圆，该第一生产晶圆包括：一第一测试图案以及一第二测试图案，该第一测试图案以及该第二测试图案不同。该方法还包括判定用于该第一测试图案的一第一临界尺寸，判定用于该第二测试图案的一第二临界尺寸，基于该第一临界尺寸以及该第二临界尺寸判定一焦距值差值，以及使用一第二焦距条件处理一第二生产晶圆，该第二焦距条件是基于该焦距值差值。

依据本公开的一实施例，一方法包括使用一第一焦距条件处理一第一生产晶圆，该第一生产晶圆包括一第一测试图案以及一第二测试图案，该第一测试图案以及该第二测试图案的各自的泊松曲线具备基本上线性的差。该方法还包括判定用于该第一测试图案的一第一临界尺寸与用于该第二测试图案的一第二临界尺寸之间的一差值，基于该差值判定一焦距值差值，以及使用一第二焦距条件处理一第二生产晶圆，该第二焦距条件是基于该焦距值差值。

依据本公开的一实施例，一生产晶圆包括多个生产图案；一第一测试图案，形成于该生产晶圆的一测试区域中；以及一第二测试图案，形成于该生产晶圆的该测试区域中。该第一测试图案以及该第二测试图案的各自的泊松曲线的差，基本上是线性的。

上述各实施例所描述的特征，可使熟知此技术领域者对于本公开的各个方面有更佳的了解。应当理解的是，熟知此技术领域者可轻易的以本公开做为基础，针对其他制程或结构进行设计或修改，而得到与上述实施例相同的目的且/或实现上述实施例相同的优势。熟知此技术领域者亦须了解，上述的等效结构并无偏离本公开的精神与范围，而熟知此技术领域者亦可在不偏离本公开的精神与范围下，执行各种不同的变化、删减与置换。