專利名稱：單步驟中結(jié)合臨界尺寸及披覆之測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系關(guān)于一種用于同時(shí)測量臨界尺寸(CD)以及披覆結(jié)構(gòu)于一半導(dǎo)體芯片上藉由將結(jié)構(gòu)結(jié)合入一單一特征以使測量可以被執(zhí)行于CD掃描電子顯微鏡(SEM)中一單次操作中。
先前技藝描述在制造半導(dǎo)體裝置中，其系大型積體(LSI)以及非常大型積體(VLSI)，極其復(fù)雜的電子電路系被制造于一硅芯片上。此制造已經(jīng)引起大體上縮減電路尺寸以及因此改變半導(dǎo)體裝置的制造需求。
在制造程序中，光微影系典型地被利用以從一光罩轉(zhuǎn)移一微小的圖樣至一集成電路之硅晶圓表面上。典型的光微影系統(tǒng)使用一步驟重復(fù)的方法，其自一微小凸版照相轉(zhuǎn)移罩幕圖樣至硅晶圓。程序需要個(gè)別縮減之許多的交互影響，且每一個(gè)別的縮減可能將錯(cuò)誤引入最終裝置中。用以監(jiān)控以及修正這些錯(cuò)誤的傳統(tǒng)工具不能提供必須要的分辨率以及測量準(zhǔn)確性當(dāng)使用需要縮減所需要的特別小的芯片設(shè)計(jì)時(shí)。
藉由增加半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中組件的數(shù)量，集成電路組態(tài)已經(jīng)發(fā)展進(jìn)入復(fù)雜的三度空間版圖。
當(dāng)裝置尺寸繼續(xù)被縮小，披覆測量準(zhǔn)確性的需求也繼續(xù)增加。一般上，對于一0.25微米設(shè)計(jì)規(guī)則，披覆規(guī)格系在約0.025米的范圍中。因此，披覆測量必須使用SEM(掃描電子顯微鏡)技術(shù)以證明測量準(zhǔn)確度。
一個(gè)傳統(tǒng)晶圓制造披覆測量技術(shù)使用測試罩幕目標(biāo)(即，盒中盒以及臨界尺寸(CD)在不同的晶圓面積中，該處這些結(jié)構(gòu)系被規(guī)劃于芯片之周邊區(qū))。這些測量對照在盒子中線的位移為了獲得一程序平均。然而，以此傳統(tǒng)技術(shù)，尺寸特質(zhì)或者判斷結(jié)果之處理不能被決定直到盒中盒以及臨界尺寸目標(biāo)在裝置中被呈現(xiàn)一明顯數(shù)量的胞元。換句話說，因?yàn)榇顺绦蛐枰獌山M的測量步驟，以及一測量結(jié)果的比較，此方法系不容易使用。再者，此傳統(tǒng)判斷結(jié)果程序系更夸張的增加裝置的密度且因此阻礙自動化的制造程序。
美國專利5,555,319揭露臨界尺寸測量方法以及其裝置。測量裝置包含照射工具用以放射一電子束至一被測量的圖樣上以被測量；偵測工具用以偵測一第二以及從該被測量的圖樣反射之反射電子；過濾工具用以接收影像資料當(dāng)?shù)诙约胺瓷涞碾娮颖粋蓽y工具偵測時(shí)，以及執(zhí)行影像資料之一空間過濾步驟且儲存空間過濾步驟之結(jié)果到一第一內(nèi)存中；以長條圖方式統(tǒng)計(jì)程序工具用以接收在空間過續(xù)步驟后所獲得之被儲存于第一內(nèi)存之影像資料，執(zhí)行影像資料之長條圖統(tǒng)計(jì)步驟，以及儲存長條圖統(tǒng)計(jì)步驟之結(jié)果于一第二內(nèi)存中；起增值偵測工具用以接收儲存在第二內(nèi)存中之長條圖統(tǒng)計(jì)步驟結(jié)果，藉由自動分離等級產(chǎn)生一起增值于藉由長條圖統(tǒng)計(jì)所獲得之一長條圖中基于區(qū)別的準(zhǔn)則方法，且儲存起增值偵測工具所產(chǎn)生的結(jié)果在第三內(nèi)存中；三值改變程序工具用以接收儲存在第三內(nèi)存中的起增值，執(zhí)行儲存于第一內(nèi)存中在空間過濾步驟之后之影像資料之三值改變基于起增值，且儲存三值改變工具所獲得的結(jié)果在一第四內(nèi)存中。
第一計(jì)算工具用以接收儲存在第四內(nèi)存中在三值改變步驟之后所獲得之影像資料，得到基于此資料之圖樣底部區(qū)域的面積以及周圍，且儲存第一計(jì)算工具獲得之結(jié)果到一第五內(nèi)存中；第二計(jì)算工具用以接收儲存在第五內(nèi)存中圖樣底部區(qū)域之面積以及周圍，基于此資料獲得確定的直徑，且儲存第二計(jì)算工具所獲得的結(jié)果到一第六內(nèi)存中；以及圖樣形狀確認(rèn)工具以儲存在第六內(nèi)存中之圖樣直徑為基礎(chǔ)自動地決定是否圖樣為圓形或者橢圓形，如果圖樣是圓形則以面積為基礎(chǔ)計(jì)算圓的直徑，且如果圖樣是橢圓形以面積以及周長為基礎(chǔ)計(jì)算一主軸以及一次軸。
一CD光標(biāo)尺裝置用于SEM CD測量系被揭露于美國專利5,847,818。其裝置包含一中心帶狀圖樣沿著一特定方向布置；一第一復(fù)數(shù)的帶狀圖樣以平行，沿著該特定方向布置，以及在一第一側(cè)上鄰接該中心帶狀；
一第二復(fù)數(shù)的帶狀圖樣以平行，沿著該特定方向布置，以及在一第二側(cè)上鄰接該中心帶狀圖樣；一復(fù)數(shù)的確認(rèn)圖樣選擇性地附加至該第一復(fù)數(shù)的帶狀圖樣以及第二復(fù)數(shù)的帶狀圖樣；其中第一復(fù)數(shù)的帶狀圖樣數(shù)量相等于第二復(fù)數(shù)的帶狀圖樣之?dāng)?shù)量，每一帶狀圖樣具有一相等長度其系短于中心帶狀圖樣的長度但是長于確認(rèn)圖樣的長度，且其中中心帶狀圖樣之一端，每一第一復(fù)數(shù)之帶狀圖樣之一端以及每一第二復(fù)數(shù)之帶狀圖樣之一端全部被校準(zhǔn)于一基準(zhǔn)線，藉其該中心帶狀圖樣，該確認(rèn)圖樣，該第一復(fù)數(shù)以及第二復(fù)數(shù)的帶狀圖樣形成一特定圖標(biāo)用以作為一臨界尺寸光標(biāo)尺圖樣。
一種裝置用以從掃描電子顯微器獲得二度或三度空間資料的方法系被揭露于美國專利6,054,710。該方法包括收集一第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之一第一測量從一掃描電子顯微鏡；收集一第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之一第二測量從一原子力顯微鏡；建立該第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之第一測量以及第二測量之間的關(guān)系，其中該關(guān)系指示該第二測量如果一第三測量自一第二半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之一掃描電子顯微鏡具有相似該第一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的特性；以及映像一二度空間的波形圖經(jīng)由一多重空間決定空間至一對應(yīng)三度空間的特質(zhì)使用一平行分布的方法操作上連接至掃描電子顯微鏡之一輸出，平行分布步驟包含共同因素提供多重空間的圖標(biāo)空間用于掃描電子顯微鏡之輸出以映像一輸出值的圖其提供在該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之臨界尺寸上的資料。
美國專利5,701,013揭露一晶圓度量圖樣用于使用在一半導(dǎo)體組態(tài)之臨界尺寸分析，其包含一第一中心區(qū)域用以提供一中心參考點(diǎn)；一復(fù)數(shù)的區(qū)域集中地位于包含一復(fù)數(shù)的空間介于每一復(fù)數(shù)的區(qū)域之間之該中心區(qū)域周圍；以及一復(fù)數(shù)的補(bǔ)償線路放射狀地位于大約至少特定的復(fù)數(shù)的區(qū)域以補(bǔ)償復(fù)數(shù)的空間。
在此技術(shù)中制造半導(dǎo)體裝置期間測量CD以及披覆結(jié)構(gòu)需要，CD以及披覆測量計(jì)算記基于一阻抗/特征邊緣之估計(jì)以映像一測量，而可以將結(jié)構(gòu)結(jié)合入一單一特征以允許CD以及披覆測量能在CD SEM之一單次操作中執(zhí)行。
發(fā)明概要本發(fā)明之一目的系提供一種方法用以在制造半導(dǎo)體裝置期間結(jié)合CD以及披覆結(jié)構(gòu)到一單次特征中。
本發(fā)明之另一目的系提供一種方法用于結(jié)合CD結(jié)構(gòu)以及披覆結(jié)構(gòu)到一單次特征中在制造半導(dǎo)體裝置期間以允許CD以及披覆測量可被執(zhí)行于CD SEM之一單次操作中。
本發(fā)明之再一目的系提供一種方法用以測量一CD以及披覆之結(jié)構(gòu)藉由結(jié)合結(jié)構(gòu)的測量到一單次特征中，基于阻抗/特征邊緣的估計(jì)以允許CD以及披覆測量在CD SEM之一單次操作中被執(zhí)行，藉由使用一X操作以及Y操作以使用一單一工具提供披覆于兩個(gè)方向。
圖標(biāo)簡單描述
圖1a系一圖標(biāo)概念描述顯示現(xiàn)行CD/披覆方法用以選擇阻抗以及特征邊緣以計(jì)算披覆。
圖1b系一現(xiàn)行CD/披覆方法之概念描述其中CD SEM使用阻抗邊緣之強(qiáng)度以計(jì)算CD。
圖2系一本發(fā)明CD/披覆結(jié)構(gòu)之圖標(biāo)概念描述其中在SEM之一單次操作中提供強(qiáng)度資料用于CD以及披覆測量沿著X組件。
較佳實(shí)施例之詳細(xì)描述在一半導(dǎo)體晶圓的制造中，需要考慮的結(jié)構(gòu)具有一臨界尺寸(CD)，例如騎寬度。
臨界尺寸是一個(gè)確認(rèn)或者定義一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之最小物理尺寸以確定可信度以及成果的因素，其系被使用以決定制造程序的品質(zhì)。本發(fā)明提供一新的CD/披覆結(jié)構(gòu)其中SEM中之一單次操作提供X組件中CD以及披覆測量之強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
為了使容易掌握本發(fā)明之新的CD/披覆結(jié)構(gòu)，圖1a為參考其系一圖標(biāo)概念描述顯示現(xiàn)行CD/披覆方法用以選擇阻抗以及特征邊緣以計(jì)算披覆。如同可從此圖中所見，光學(xué)披覆工具使用由波形所示之強(qiáng)度顯示以定義阻抗以及特征邊緣來計(jì)算披覆。此晶圓度量圖樣10系一盒中盒圖樣包含一披覆11以及一披覆12。披覆11具有一寬度，且相似地，披覆12具有一寬度。亦，披覆盒中盒的圖樣系以阻抗以及特征邊緣為特征，且這些邊緣可能被使用以改變測量準(zhǔn)確度。例如，一二度空間的長度測量系統(tǒng)其偵測一改變在一震動探針尖端之振幅當(dāng)其接近表面時(shí)可能被使用，且此探針尖端可能在平行或者垂直方向被震動，以其該表面系被側(cè)量。阻抗以及特征邊緣系藉由使用兩次操作探針被決定以計(jì)算披覆。例如，沿著X軸計(jì)算，X＝A-B，而延著Y軸計(jì)算，Y＝C-D。
在測試下從結(jié)構(gòu)之探針?biāo)敵龅牟ㄐ蜗碉@示在圖1a之波形，該處波形的強(qiáng)度或波峰定義阻抗以及披覆之特征邊緣。再次，兩次操作系被需求用以計(jì)算X＝(A-B)以及Y＝(C-D)。
因?yàn)樵趫D1a中盒中盒度量圖樣10之測量裝置的極限，此圖樣不能被使用于臨界尺寸配置需要比那些披覆11以及12小的線路。
如同圖1b可見，從圖1a存在的晶圓度量圖樣CD SEM使用阻抗邊緣的強(qiáng)度以計(jì)算CD，且強(qiáng)度系藉由在圖1b底部圖之掃描探針之輸出波形中的波峰來顯示。
圖2之概念描述顯示本發(fā)明CD/披覆結(jié)構(gòu)其中在SEM之一單次操作提供強(qiáng)度資料用于X方向的CD以及披覆測量。
圖2系一晶圓度量圖樣其整合披覆以及臨界尺寸特征且系被配置于X方向，以及X披覆系從A以及B之間的距離差異被計(jì)算。
二者擇一地，Y披覆可能從Y方向被決定，假如特征邊緣被旋轉(zhuǎn)90度以使Y披覆可以被計(jì)算。區(qū)域13之中心特征提供一CD點(diǎn)在X掃描軸且此系明顯的因?yàn)樵谛率轿⒂爸?，掃描儀僅沿著一軸掃描，且因此提供電位用于被掃瞄以及未掃瞄方向之間的CD差異。在中心特征13以及一復(fù)數(shù)的較小鄰接區(qū)域14以及14a之間的空間可能被配置或者沿著X掃描軸被調(diào)整根據(jù)特定半導(dǎo)體應(yīng)用之設(shè)計(jì)規(guī)則。較小的鄰接區(qū)域14a代表位于鄰接較小鄰接區(qū)域14之置換線路以允許14a以及14之間的空間之調(diào)整根據(jù)設(shè)計(jì)需求。晶圓度量圖樣之一最佳化用于確定一半導(dǎo)體組態(tài)之臨界尺寸分析其結(jié)合披覆以及臨界尺寸特征，使用一單次操作沿著一已知軸在CD SEM中，系無困難地可達(dá)成藉由此半導(dǎo)體晶圓度量圖樣。
圖2底部圖描述SEM之輸出波形用于測試下的裝置，且波形之波峰提供自上一層被蝕刻的特征以及結(jié)構(gòu)之當(dāng)層之間相關(guān)距離之一指示，該處SEM輸出波形系被輸入到一臨界尺寸掃描電子顯微鏡(CD-SEM)規(guī)則系統(tǒng)以獲得測試結(jié)構(gòu)之臨界尺寸之一估計(jì)。
據(jù)此，本發(fā)明排除到目前為止被使用或者賴以決定測試結(jié)構(gòu)之披覆的披覆工具。反而，本發(fā)明使用SEM中一單次操作來提供強(qiáng)度資料用于在X軸方向之CD以及披覆測量。二者擇一地，本發(fā)明可能使用SEM中一單次操作以提供強(qiáng)度資料用于CD以及披覆測量于Y軸方向。
一般地，本發(fā)明中用于決定一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之披覆以及臨界尺寸之方法系藉由下列步驟達(dá)成a)提供一半導(dǎo)體晶圓結(jié)構(gòu)在一披覆圖樣中，該半導(dǎo)體晶圓結(jié)構(gòu)在一披覆圖樣中包含一中心特征區(qū)域提供一臨界尺寸點(diǎn)沿著一已知軸；一復(fù)數(shù)的較小區(qū)域位于鄰接該中心特征區(qū)域沿著該已知軸，其包含一復(fù)數(shù)的空間介于每一該復(fù)數(shù)的較小區(qū)域；以及一復(fù)數(shù)的置換線路鄰接一復(fù)數(shù)的該較小區(qū)域用以取代一復(fù)數(shù)的空間；b)以一掃描電子顯微鏡收集一第一測量沿著位于鄰接該中間特征區(qū)域之該復(fù)數(shù)的較小區(qū)域，該復(fù)數(shù)的空間以及該復(fù)數(shù)的置換線路；c)以該掃描電子顯微鏡收集一第二測量順著提供一沿著該已知軸之臨界尺寸點(diǎn)之一中間特征區(qū)域；d)建立該半導(dǎo)體晶圓結(jié)構(gòu)之一介于該第一測量以及該第二測量之間的關(guān)系；以及e)映像從掃描電子顯微鏡之一輸出對應(yīng)披覆以及臨界尺寸特征之一二度空間的波形輸出以提供資料于半導(dǎo)體晶圓結(jié)構(gòu)之披覆以及臨界尺寸從該已知軸；其中步驟b)以及c)系以該掃描電子顯微鏡被執(zhí)行于一單次操作中。
權(quán)利要求
1.一種在一披覆圖樣中半導(dǎo)體晶圓之結(jié)構(gòu)，其允許藉由在一單次操作中沿著一已知軸之CD SEM決定披覆以及臨界尺寸特征，包含a)一中心特征區(qū)域提供沿著一已知軸之一臨界尺寸點(diǎn)；b)復(fù)數(shù)的較小區(qū)域位于鄰接該中間特征區(qū)域沿著該已知軸，其包含復(fù)數(shù)的空間介于每一該復(fù)數(shù)的較小區(qū)域之間；以及c)復(fù)數(shù)的置換線路鄰接該復(fù)數(shù)的該較小區(qū)域用以取代復(fù)數(shù)的空間。
2.一種用于自一掃描電子顯微鏡而無使用一披覆工具決定在一單次操作中一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之披覆以及臨界尺寸的方法，包含a)提供一半導(dǎo)體晶圓結(jié)構(gòu)在一披覆圖樣中，該半導(dǎo)體晶圓結(jié)構(gòu)在一披覆圖樣中包含I)一中心特征區(qū)域提供一臨界尺寸點(diǎn)沿著一已知軸；II)復(fù)數(shù)的較小區(qū)域位于鄰接該中心特征區(qū)域沿著該已知軸，其包含復(fù)數(shù)的空間介于每一該復(fù)數(shù)的較小區(qū)域；以及III)復(fù)數(shù)的置換線路鄰接復(fù)數(shù)的該較小區(qū)域用以取代復(fù)數(shù)的空間；b)以一掃描電子顯微鏡收集一第一測量沿著位于鄰接該中間特征區(qū)域之該復(fù)數(shù)的較小區(qū)域，該復(fù)數(shù)的空間以及該復(fù)數(shù)的置換線路；c)以該掃描電子顯微鏡收集一第二測量順著提供一沿著該已知軸之臨界尺寸點(diǎn)之一中間特征區(qū)域；d)建立該半導(dǎo)體晶圓結(jié)構(gòu)之一介于該第一測量以及該第二測量之間的關(guān)系；以及e)映像從掃描電子顯微鏡之一輸出對應(yīng)披覆以及臨界尺寸特征之一二度空間的波形輸出以提供資料于半導(dǎo)體晶圓結(jié)構(gòu)之披覆以及臨界尺寸從該已知軸；其中步驟b)以及c)系以該掃描電子顯微鏡被執(zhí)行于一單次操作中。
3.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)所述之半導(dǎo)體晶圓結(jié)構(gòu)，其中該已知軸系X軸。
4.根據(jù)權(quán)利要求第1項(xiàng)所述之半導(dǎo)體晶圓結(jié)構(gòu)，其中該已知軸系Y軸。
5.根據(jù)權(quán)利要求第2項(xiàng)所述之方法，其中該已知軸系X軸。
6.根據(jù)權(quán)利要求第2項(xiàng)所述之方法，其中該已知軸系Y軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求第3項(xiàng)所述之半導(dǎo)體晶圓結(jié)構(gòu)，其中該中心特征區(qū)域系具有比該復(fù)數(shù)的較小區(qū)域較大的長度。
8.根據(jù)權(quán)利要求第7項(xiàng)所述之半導(dǎo)體晶圓結(jié)構(gòu)，其中該復(fù)數(shù)的置換線路系具有不相等的尺寸。
9.根據(jù)權(quán)利要求第6項(xiàng)所述之方法，其中該中心特征區(qū)域系具有比該復(fù)數(shù)的較小區(qū)域較大的長度。
10.根據(jù)權(quán)利要求第9項(xiàng)所述之方法，其中該復(fù)數(shù)的置換線路系具有不相等的尺寸。
11.根據(jù)權(quán)利要求第5項(xiàng)所述之方法，其中該晶圓在掃描時(shí)系被旋轉(zhuǎn)約90E。
12.根據(jù)權(quán)利要求第6項(xiàng)所述之方法，其中該晶圓在掃瞄時(shí)系被旋轉(zhuǎn)約90E。
13.根據(jù)權(quán)利要求第11項(xiàng)所述之方法，其中，在該沿著X軸旋轉(zhuǎn)之后，該晶圓在掃描時(shí)系被沿著Y軸旋轉(zhuǎn)約90E。
14.根據(jù)權(quán)利要求第12項(xiàng)所述之方法，其中，在該沿著Y軸旋轉(zhuǎn)之后，該晶圓在掃描時(shí)系沿著X軸被旋轉(zhuǎn)約90E。
全文摘要
在一披覆圖樣中之一種半導(dǎo)體晶圓結(jié)構(gòu)，其允許藉由CD SEM于一單次操作中沿著一已知軸決定披覆以及臨界尺寸特征，包含a)一中心特征結(jié)構(gòu)提供一臨界尺寸點(diǎn)沿著一已知軸；b)復(fù)數(shù)的較小區(qū)域位于該鄰接中心特征區(qū)域沿著該已知軸，其包含復(fù)數(shù)的空間介于每一復(fù)數(shù)的較小區(qū)域之間；以及c)復(fù)數(shù)的置換線路鄰接復(fù)數(shù)的較小區(qū)域用以取代一復(fù)數(shù)的空間。
文檔編號G03F7/20GK1522389SQ02813203
公開日2004年8月18日 申請日期2002年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月29日
發(fā)明者M·坎蒙斯, T·莫諾, V·克利, J·波爾, P·溫斯利, M 坎蒙斯, 估 申請人:因芬尼昂技術(shù)股份公司