專利名稱：使工具與工藝效果分離的襯底矩陣的制作方法
使工具與工藝效果分離的襯底矩陣技術領域
本申請要求2008年5月21日遞交的美國臨時專利申請No. 61/054，897的所有 權(quán)利和優(yōu)先權(quán)。本發(fā)明涉及集成電路制造領域。更具體地，本發(fā)明涉及以減小或消除混淆 (confounding)影響(無論已知的或未知的)的方式，使工藝的輸入?yún)?shù)與輸出性質(zhì)相關。
背景技術：
對于越來越小的集成電路的需求顯著增加了在集成電路的性質(zhì)(例如特征尺 寸)方面對嚴格控制的要求。如本文所使用的，術語“集成電路”包括諸如那些在單片 (monolithic)半導體基板上形成的器件，例如由IV族材料(如硅或鍺)，或III-V族化合 物(如砷化鎵)，或這樣的材料的混合物形成的器件。該術語包括所形成的所有類型的器 件，例如存儲和邏輯器件，以及這樣的器件的所有設計，例如金屬氧化物半導體(M0Q設計 和雙極性(bipolar)設計。該術語還包含諸如平板(flat panel)顯示器、太陽電池以及電 荷耦合器件等的應用。在光刻期間，性質(zhì)(例如特征尺寸)的均勻性受多種不同參數(shù)(例 如曝光和焦距)的影響。
當前，針對這樣的參數(shù)的設置是通過曝光測試襯底(substrate) 14上的單元 (cells) 12中的測試圖案(test patterns)來確定的，其中針對每個圖案的設置使用例如 圖1中所描繪的光刻參數(shù)的組合的常規(guī)正交測試矩陣(test matrix) 10來確定。圖1并 未描繪實際的測試圖案本身，因為可以使用各種不同的測試圖案，并且本發(fā)明并非特別地 針對任一具體的測試圖案。相反，圖1將參數(shù)設置描繪為參數(shù)設置將被用于處理襯底14 上的每個單元12。在圖1的實施例中，僅有兩個參數(shù)被指定，從而不會使附圖過于復雜 (encumber)。然而，在給定的測試矩陣10中可以指定許多不同的參數(shù)。
在如圖1中所描繪的常規(guī)測試矩陣10中，跨襯底14上的測試矩陣10的第一方向 (例如X方向)，在單元12中產(chǎn)生曝光E的均勻遞增變化；并跨襯底14上的測試矩陣10的 第二方向(例如Y方向)，在單元12中產(chǎn)生焦距F的均勻遞增變化。處理襯底14之后，在 測試矩陣10的每個單元12測量襯底14上的測試圖案的性質(zhì)，例如測試圖案的尺寸有多接 近地匹配期望的大小，以生成測試矩陣10的參數(shù)與被測性質(zhì)之間的相關性。
然而，這種測量和分析測試襯底14的方法有時會遭受到參數(shù)與被測性質(zhì)之間相 關性的不合期望的混淆，所述不合期望的混淆會導致減小參數(shù)與性質(zhì)之間相關性的精確 度?；煜膩碓纯赡軜O難確定并解釋。
因此，所需要的是至少部分地克服諸如以上所描述的那些問題的方法。 發(fā)明內(nèi)容
通過如下特征化工藝的方法，滿足了以上以及其他需要，所述方法通過以下步 驟實現(xiàn)選擇要特征化的工藝；選擇要特征化的所述工藝的參數(shù)；確定要在測試矩陣中使 用的所述參數(shù)的值；指定用于所述測試矩陣的混雜度；選擇襯底上的單元中要被創(chuàng)建的 測試結(jié)構(gòu)；通過所述工藝來處理所述襯底，所述工藝在每個單元中使用如由所述混雜的4(eccentric)測試矩陣確定的所述參數(shù)的值；測量所述單元中的所述測試結(jié)構(gòu)的性質(zhì)；以 及形成所述參數(shù)和所述性質(zhì)之間的相關性。
通過指定用于測試矩陣的混雜度(eccentricity)，如以下定義的，其他的混淆效 果有時是未知的變量，例如光致抗蝕劑厚度、曝光后烘烤(post exposure bake)溫度均勻 性、光刻期間曝光的順序，可以從所形成的參數(shù)和性質(zhì)之間的相關性中被減小或消除。這產(chǎn) 生了更能指示參數(shù)對性質(zhì)的作用的相關性。
在各種實施方案中，兩個參數(shù)被選擇，而在某些實施方案中，多于兩個參數(shù)被選 擇。在一些實施方案中，所述工藝是光刻工藝。另外，在一個實施方案中，所述工藝是光刻 工藝，兩個參數(shù)被選擇，并且所述被選擇的參數(shù)是焦距和曝光。在一些實施方案中，所述參 數(shù)的僅有兩個值被確定，而在其他實施方案中，所述參數(shù)的至少三個值被確定。在一些實施 方案中，混雜度以隨機順序排列測試矩陣，而在其他實施方案中，混雜度以偽隨機順序排列 測試矩陣。在一些實施方案中，多個參數(shù)被選擇，并且每個單元利用所述參數(shù)的值的唯一組 合來處理。在一些實施方案中，測試結(jié)構(gòu)包括線寬度(line width)。對于一些實施方案，多 于一種性質(zhì)被測量。在一些實施方案中，所述性質(zhì)包括線寬度。在一些實施方案中，所述相 關性是多項式方程，所述多項式方程使作為輸入變量的所述參數(shù)與作為輸出變量的所述性 質(zhì)相關。一些實施方案的所述參數(shù)和所述性質(zhì)之間的所述相關性指示所述性質(zhì)有多接近所 述性質(zhì)的期望值。


通過在結(jié)合附圖理解時參考具體的描述，本發(fā)明進一步的優(yōu)點是明顯的，所述附 圖不是按比例繪制的，以更清楚地顯示細節(jié)。其中，在全部的這些附圖中相似的參考編號表 示相似的要素，并且其中
圖1描繪常規(guī)的測試矩陣。
圖2描繪用于在根據(jù)本發(fā)明的實施方案的方法中使用的混雜的測試矩陣。
圖3描繪根據(jù)本發(fā)明的實施方案的方法的流程圖。
具體實施方式
根據(jù)本發(fā)明，各種實施方案通過在襯底14上創(chuàng)建測試矩陣10，來減小諸如以上提 到的那些問題的效果，其中參數(shù)的值跨測試矩陣10的方向，不像其在常規(guī)測試矩陣10中那 樣以均勻遞增的方式變化。相反，參數(shù)的值表現(xiàn)為本質(zhì)上(in nature)是雜亂或隨機的，所 述本質(zhì)在本文中如以下更詳細描述的被定義為混雜的。
在一些實施方案中，測試矩陣10使用在矩陣10的給定方向上參數(shù)的遞增變化值， 而在一些實施方案中那些值是均勻地遞增的，但是隨著一種值跨矩陣10的給定方向從測 試矩陣10的一個單元12移動到下一個單元12，所述值將或多或少地表現(xiàn)為是被隨機選擇 的，并且遞增本質(zhì)和遞增的值將不會如在常規(guī)測試矩陣10中那樣立即顯現(xiàn)。
現(xiàn)在參照圖2，描繪用于在根據(jù)本發(fā)明的實施方案的方法中使用的測試矩陣10。 測試矩陣10限定對于至少一個工藝參數(shù)(例如光刻工藝期間的曝光和焦距)的設置。在 一些實施方案中，測試矩陣10中至少表征兩個變量。矩陣中的每個單元12表征工藝參數(shù) 的設置，或者當評估中包括多于一種參數(shù)時表征設置的組合。在圖2所描繪的實施例中，測試矩陣10中描繪了兩個工藝參數(shù)，為曝光E和焦距F。每個單元12表征這兩個參數(shù)的組 合。單元12可以具有所述參數(shù)的各種不同的組合。在一些實施方案中，測試矩陣10的每 個單元12具有所述參數(shù)的不同且唯一的組合。在其他實施方案中，測試矩陣10的一些單 元12具有冗余組合。例如，根據(jù)統(tǒng)計實驗設計，可以做出這樣的決定。
在根據(jù)本發(fā)明的測試矩陣10的實施方案中，給定參數(shù)的值跨測試矩陣10不是均 勻遞增的。例如，在圖2所描繪的實施方案中，第三排中焦距F的值，隨著跨該排從左到右 所看到的值為3、2、3、5、3、2和6。由此，當跨測試矩陣10的這個方向移動時，焦距參數(shù)的值 不存在可容易辨別的圖案。類似地，在測試矩陣10中沿單元12的第三列從上到下移動，所 看到的焦距參數(shù)F的值為5、4、3、2、1和4。再者，當沿測試矩陣10的這個方向向下移動時， 焦距參數(shù)的值不存在可容易辨別的圖案。對于測試矩陣10中的曝光參數(shù)E，存在這種相同 的情況。在一些實施方案中，在每個單元12中表征多于兩個參數(shù)，并且隨著跨測試矩陣10 的給定方向移動，在所有這些參數(shù)的值中觀察到這種相同的混雜度。
注意到，對于測試矩陣10的任一給定參數(shù)，人們有可能找到這樣的行或列，在該 行或列中，所述參數(shù)確實跨測試矩陣10的給定行或列中的給定方向以均勻的方式遞增。然 而，這種情況由于單元12的布局的混雜本質(zhì)是可能發(fā)生的，而不會如在圖1的現(xiàn)有技術的 測試矩陣中那樣跨測試矩陣10均勻地適用。
單元12中參數(shù)的值的混雜度可以以多種不同的方式被確定。例如，混雜度可以是 真隨機的，或者偽隨機的，或者根據(jù)具體的空間圖案被指定，或者通過數(shù)學算法來設置?；?雜度還可以考慮到襯底要在上面被處理的特殊工具的特定限制或復雜性。例如，給定曝光 工具中襯底上的特定曝光圖案可以提供在設計的容易度、曝光速度或曝光性能精確度方面 的優(yōu)勢。例如，在一個實施方案中，具有給定的所述參數(shù)中的一個的值(例如焦距的值等于 3)的所有單元12可以被設置在襯底14上的測試矩陣10的給定象限中。然而，將不會在如 圖1所描繪的整個測試矩陣10中均勻地遞增所述參數(shù)。無論如何，當與圖1的常規(guī)圖案相 比較時，圖2的混雜圖案表現(xiàn)為是被攪亂的。
確定用于測試矩陣10的每個參數(shù)的設置之后，襯底14上測試矩陣10的每個單元 12根據(jù)針對該單元12所指定的參數(shù)被處理。例如，如果給定的單元12具有被指定為焦距的 值為1而曝光的值為3的焦距和曝光的參數(shù)，則使用那些工藝設置通過校準器(aligner)、 步進器(st印per)或其他曝光工具來處理所述單元12。使用單元12的指定工藝設置通過 曝光工具類似地處理所有其他單元12，直到整個測試矩陣10已根據(jù)每個單元12的設置被 處理。
盡管參數(shù)的值的混雜度可以根據(jù)不同的標準被限定，本發(fā)明的一些實施方案的另 一方面是測試矩陣10的曝光順序。在現(xiàn)代曝光工具中，生產(chǎn)運行期間的曝光順序可以針對 吞吐量或布局精確度來優(yōu)化。這也是在一些實施方案中混雜的測試矩陣10的曝光期間的 情形。例如，以根據(jù)單元12的空間鄰近度的順序，或者可替換地，不考慮位置而以曝光參數(shù) 的順序次序來曝光測試矩陣10的單元12可能是有利的。
如以上所提及的，在一個實施方案中，每個單元12具有至少一個被限定在其中的 測試結(jié)構(gòu)。在一些實施方案中，每個單元12包含相同的測試結(jié)構(gòu)。在一些實施方案中，各 種不同的測試結(jié)構(gòu)被包含在每個單元12中。在襯底14已根據(jù)上述參數(shù)值被處理之后，單 元12內(nèi)的測試結(jié)構(gòu)的各種特征被測量。例如，在一些實施方案中，測試結(jié)構(gòu)的給定方向的大小，或者具體層(例如光致抗蝕劑)的厚度被測量。對于除光刻以外的其他工藝手段，其 他實施例可以是注入物的劑量，或者沉積物(Cbposit)的厚度。針對每個單元12記錄該信 肩、O在一個實施方案中，然后形成參數(shù)的值(作為輸入變量)與被測性質(zhì)的值(作為 輸出變量)之間的相關性。在可替換的實施方案中，并非針對被測性質(zhì)的絕對值來形成相 關性，而 是可以針對所測量的所述性質(zhì)的值有多接近地與那些性質(zhì)的預期值相匹配來形成 相關性。以此方式，形成參數(shù)對性質(zhì)的作用的數(shù)學模型。這可以被用來確定針對以此方式 被特征化的工藝的期望設置?，F(xiàn)在參照圖3，描繪用于根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖100。第一個步驟是如框102 中給出的，選擇要被特征化的工藝。如上所述，已被用作主導實施例的工藝是在光刻工藝期 間，利用例如像步進器或校準器的曝光工具來曝光光致抗蝕劑的工藝。然而，也可以以此方 式特征化任意數(shù)目的其他工藝，例如離子注入、蝕刻、灰化、沉積、退火等。下一步，如框104中給出的，要被特征化的參數(shù)被選擇。這些參數(shù)將一般為被選擇 用于特征化的工藝所固有的。例如，以上描述提及的曝光和焦距兩者，所述曝光和焦距是光 刻參數(shù)。用于其他工藝的參數(shù)可以包括溫度、壓力、摻雜濃度、功率、偏置電壓、流率、時間 等。盡管以上已給出僅關于兩個這樣的參數(shù)的實施例，任意數(shù)目的參數(shù)均可以被特征化。下一個步驟是如框106中給出的，確定參數(shù)值，或者換句話說，所述參數(shù)要在怎樣 的水平上被特征化。在以上實施例中，所述參數(shù)值在從1至6或7的范圍內(nèi)。然而，那些數(shù) 字僅為代表性的，并且已使用簡單的值以便于不使實施例過度復雜。在實際實施中，可采用 更為復雜范圍的值，以及更為復雜的步驟。根據(jù)一些實驗設計方法學，僅給定參數(shù)的三種水 平可以被測試。在其他實驗設計方法學中，可以測試具有或不具有均勻增量的各種各樣的 水平。下一個步驟是如框108中給出的，指定測試矩陣的混雜度。以此意指，確定 如何“弄亂(mix up)”單元12，以便擾亂正被研究的工藝中可能存在的任何混淆因子 (confounding factors) 0例如，如果在工藝期間襯底14要由卡盤支撐，則混雜度可以被這 樣選擇以便擾亂由卡盤引起的襯底14的翹曲(wrapage)的混淆影響。另一個混雜度可以 被這樣選擇以便減小跨所述襯底的溫度曲線(temperature profile)的混淆影響。然而， 混雜度可以以隨機或偽隨機方式被選擇，以便擾亂各種已知的和未知的混淆因子。在應用 工藝的該步驟108之后，測試矩陣10將像圖2的測試矩陣10那樣看起來是被“弄亂”的， 而不是像圖1的測試矩陣10那樣是有序的。下一步，如方法100的框110中給出的，一些類型的測試結(jié)構(gòu)需要被選擇。測試結(jié) 構(gòu)將在一個或更多個掩模板(masks)或標線板(reticles)上被限定，并且限定在襯底14 上形成的物理結(jié)構(gòu)。在一些實施方案中，所選擇的測試結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)將呈現(xiàn)正被特征化的參 數(shù)與測試結(jié)構(gòu)的可測量性質(zhì)之間的關系。例如，如果要被測量的一個性質(zhì)是線寬度，則該 實施方案中的測試結(jié)構(gòu)將包括線尺寸(line dimension)，所述線尺寸可以以某種方式被框 104和106中所選擇的工藝參數(shù)的不同值影響。然后如框112中給出的，一個或更多個襯底14被處理。如以上所提及的，測試矩 陣10的每個單元12根據(jù)與所述單元12相關聯(lián)的參數(shù)的值來處理。為了在光刻工藝中繼 續(xù)進行上面開始的實施例，這可能意味著利用如針對測試矩陣10中的每個單元12指定的焦距和曝光設置來曝光每個單元12。
一旦襯底14已被處理，如框114中給出的，每個單元12內(nèi)的測試結(jié)構(gòu)的性質(zhì)被測 量。在一些實施方案中，僅有單個性質(zhì)被測量，而在其他實施方案中，各種各樣的性質(zhì)被測 量。在一些實施方案中，要被測量的性質(zhì)直到處理襯底14之后才被選擇，而在其他實施方 案中，性質(zhì)在所述步驟之前被選擇。在一些實施方案中，一種或更多種性質(zhì)被測量，卻發(fā)現(xiàn) 不同的參數(shù)設置沒有引起性質(zhì)值的真正改變，在該情形中，不同的性質(zhì)(所述性質(zhì)更多地 取決于所述參數(shù))被選擇并測量。
最后，如框116中給出的，形成性質(zhì)和參數(shù)之間的一個或更多個相關性。在一個實 施方案中，所述相關性使作為輸入的參數(shù)的值與作為輸出的性質(zhì)的值相關聯(lián)。在另一實施 方案中，所述相關性使作為輸入的參數(shù)的值與所測量的性質(zhì)和所預期或期望的性質(zhì)的值相 匹配的程度相關聯(lián)。
在形成相關性之后可以進行許多額外的步驟，例如使用所述相關性來設置用于多 種不同配方的工藝參數(shù)，或者類推到使用當前工藝設備可能難以設置或測量的參數(shù)或性質(zhì) 的相關性。
在一些實施方案中，使用特定設備實現(xiàn)所述方法的許多步驟。例如，在光刻工藝 中，襯底14使用曝光工具來處理。在摻雜工藝中，襯底14使用注入機來處理。由此，步驟 使用特定的機器進行，即使機器在不同的實施方案中可能是不同的。另外，隨著襯底14被 處理，處理機器將物理地變換襯底14。如果沒有發(fā)生物理變換，則在處理之后將沒有要測量 的性質(zhì)。
此外，性質(zhì)使用特定機器來測量。當被測性質(zhì)是線寬度時，所述機器可以是光學設 備或物理輪廓儀(physical profiler)。當所述性質(zhì)是折射指數(shù)時，則所述機器可以是橢率 計。另外，在一些實施方案中使用計算機(或某種處理設備)來形成參數(shù)和性質(zhì)之間的相 關性。由此，根據(jù)本發(fā)明的方法不能僅通過一系列腦力上的步驟(mental steps)來進行， 而不可避免地必須包括特定機器的使用。
實施本文中一般性地示例的方法提供所關心的參數(shù)和性質(zhì)之間的相關性，所述相 關性基本上沒有可能是被給予處理的襯底14中所固有的混淆效果。例如，測試矩陣10的 混雜度會導致消除由給定性質(zhì)從襯底14的一側(cè)到另一側(cè)的漸變引起的任何混淆效果，所 述漸變可能是所述工藝所固有的問題。使用圖1的常規(guī)測試矩陣10，這種漸變將被與在所 述方向上遞增的參數(shù)值的變化相混淆。然而，使用如圖2中示例的本發(fā)明的混雜測試矩陣 10，這種混淆因子基本上從參數(shù)和性質(zhì)之間所形成的相關性中被消除。
所關心的性質(zhì)和參數(shù)之間的改進的相關性的一個用途是在改進的數(shù)學模型的構(gòu) 建中，所述數(shù)學模型用于將從來自產(chǎn)品襯底的測量學數(shù)據(jù)提取的性質(zhì)信息轉(zhuǎn)換為光刻曝光 參數(shù)，例如焦距和劑量。這最終導致光刻期間更好的工藝控制。
為了舉例說明和描繪的目的，已經(jīng)給出了前述的本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的說明。 這并不意圖要窮盡本發(fā)明或要將本發(fā)明限制為已公開的精確形式。根據(jù)上述教導，明顯的 修改或變化是可能的。這些實施方案被選出并描述是試圖提供本發(fā)明的原理及其實際應用 的最佳說明，并且從而使本領域技術人員能夠以各種實施方案利用本發(fā)明并且與符合特殊 使用預期的各種修改一起利用本發(fā)明。當根據(jù)權(quán)利要求被公平、合法、公正地賦予的范圍進 行解釋時，所有這樣的修改和變化均落入由所附的權(quán)利要求書所確定的本發(fā)明的范圍之內(nèi)。8
權(quán)利要求
1.一種特征化工藝的方法，所述方法包括以下步驟 選擇要特征化的工藝；選擇要特征化的所述工藝的參數(shù)； 確定要在測試矩陣中使用的所述參數(shù)的值； 指定用于所述測試矩陣的混雜度； 選擇襯底上的單元中要被創(chuàng)建的測試結(jié)構(gòu)；通過所述工藝來處理所述襯底，所述工藝在每個單元中使用如由所述混雜的測試矩陣 確定的所述參數(shù)的值；測量所述單元中的所述測試結(jié)構(gòu)的性質(zhì)；以及 形成所述參數(shù)和所述性質(zhì)之間的相關性。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中兩個參數(shù)被選擇。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中多于兩個參數(shù)被選擇。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述工藝是光刻工藝。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述工藝是光刻工藝，兩個參數(shù)被選擇，并且所述被 選擇的參數(shù)是焦距和曝光。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述參數(shù)的僅有兩個值被確定。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述參數(shù)的至少三個值被確定。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述混雜度以隨機順序排列所述測試矩陣。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述混雜度以偽隨機順序排列所述測試矩陣。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中多個參數(shù)被選擇，并且每個單元利用所述參數(shù)的值 的唯一組合來處理。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述測試結(jié)構(gòu)包括線寬度。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其中多于一種性質(zhì)被測量。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述性質(zhì)包括線寬度。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述相關性是多項式方程，所述多項式方程使作為 輸入變量的所述參數(shù)與作為輸出變量的所述性質(zhì)相關。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述參數(shù)和所述性質(zhì)之間的所述相關性指示所述 性質(zhì)有多接近所述性質(zhì)的期望值。
16.一種特征化光刻工藝的方法，所述方法包括以下步驟 確定要在測試矩陣中使用的焦距和曝光的值；指定用于所述測試矩陣的隨機和偽隨機混雜度中的一個； 選擇襯底上的單元中要被創(chuàng)建的具有線寬度的測試結(jié)構(gòu)；通過所述光刻工藝來處理所述襯底，所述光刻工藝在每個單元中使用如由所述混雜的 測試矩陣確定的所述焦距和所述曝光的值的組合； 測量所述單元中所述測試結(jié)構(gòu)的所述線寬度；以及形成使作為輸入變量的所述焦距和曝光與作為輸出變量的所述線寬度相關的多項式 表達式。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中除焦距和曝光以外的參數(shù)被用于所述測試矩陣
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中焦距和曝光中的每一個僅有三個值被確定。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述參數(shù)和所述性質(zhì)之間的相關性指示所述性質(zhì) 有多接近所述性質(zhì)的期望值。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中每個單元利用焦距和曝光的值的唯一組合來處理。
全文摘要
一種特征化工藝的方法，該方法通過以下步驟實現(xiàn)選擇要特征化的工藝；選擇要特征化的所述工藝的參數(shù)；確定要在測試矩陣中使用的所述參數(shù)的值；指定用于所述測試矩陣的混雜度；選擇襯底上的單元中要被創(chuàng)建的測試結(jié)構(gòu)；通過所述工藝來處理所述襯底，所述工藝在每個單元中使用如由所述偏心的測試矩陣確定的所述參數(shù)的值；測量所述單元中的所述測試結(jié)構(gòu)的性質(zhì)；以及形成所述參數(shù)和所述性質(zhì)之間的相關性。
文檔編號H01L21/66GK102037550SQ200980118575
公開日2011年4月27日 申請日期2009年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月21日
發(fā)明者D·坎德爾, M·E·阿德爾, P·伊茲克森 申請人:恪納騰公司