製程控制方法及半導體製造方法
2023-05-29 18:27:11
專利名稱：製程控制方法及半導體製造方法
技術領域：
本發明是有關於製程控制，且特別有關於一種可以減少在半導體光罩或晶圓製造的光致抗蝕劑處理中關鍵尺寸(CriticalDimension，CD)的不一致性的機制。
背景技術：
圖1顯示一基本微影流程。首先，準備一晶圓，且清潔晶圓的表面(S101)。然後，旋轉塗抹一層薄光致抗蝕劑至晶圓表面(S102)。在軟烤(Soft Bake)中，通過使用一加熱裝置，如熱板(HotPlate)將光致抗蝕劑的溶劑部分移除(S103)。之後，將至少一光罩對準至晶圓，且對晶圓上的光致抗蝕劑進行曝光，結果產生一酸潛影(Acid Latent Image)(S104)。在曝後烤(Post-ExposureBake)中，誘發一化學反應。此由酸所催化的反應，可以是負光致抗蝕劑的交連劑(Crosslink agent)的活化，或是正光致抗蝕劑的聚合物樹脂(Polymer Resin)的解阻(Deblocking)(S105)。在顯影過程中，沒有交連或是解阻的光致抗蝕劑會被移除(S106)。在顯影后檢測(ADI)中，使用掃描電子顯微鏡(SEM)測量光致抗蝕劑圖案(Pattern)的關鍵尺寸來判斷其是否符合規格(S107)。如果不符合，則移除光致抗蝕劑且將整個程序進行重做(S108)。如果符合，則繼續進行硬烤，以移除更多的光致抗蝕劑溶劑(S109)。之後，進行圖案轉移，如蝕刻(S110)。之後，去除晶圓上的光致抗蝕劑層(S111)。最後，進行蝕刻後檢測(AEI)(S112)。
對於一般商業化的光致抗蝕劑，曝後烤的敏感度大約是10nm/℃的等級。換言之，改變曝後烤的溫度1℃將會導致光致抗蝕劑關鍵尺寸上的10nm改變。因此，對於如90nm或更精密的應用，一熱板的溫度一致性必須控制在小於0.2℃之內。此為設備製造商的一大挑戰。
東京電子工業公司(TEL)使用一種電阻溫度偵測器(RTD)晶圓來校準其熱板。為了要放置電阻溫度偵測器晶圓，放置熱板的反應艙必須要打開。因此，測量得到的溫度無法反應晶圓在曝後烤時實際經歷的加熱環境。此外，電阻溫度偵測器晶圓需要花費大量時間才能完成整個校準程序。另外，由於只有29個感測器在電阻溫度偵測器晶圓上，透過電阻溫度偵測器晶圓得到的熱板溫度分布特徵並不夠詳細。
On Wafer Technologies公司提出一種無線裝置，其類似於具有內建溫度感測器的晶圓。因此，它可以像一般生產用晶圓一樣被送進反應艙中，在正確的加熱環境中測量整個加熱周期晶圓上各點的溫度變化。然而，如果對量測準確性的要求很高，則必須要確保不同感測器對溫度的反應差異很小。如果不是某一時間在晶圓上各點溫度的一致性，而是關鍵尺寸的一致性需要被改善，則關鍵尺寸與整個加熱周期溫度變化的關係必須要被建立。此外，類似於電阻溫度偵測器晶圓，只有42個感測器在整個感測晶圓上，仍然無法提供夠詳細的熱板溫度分布特徵。另外，由於無線感測晶圓的生命周期不長，也造成使用這個方法必須花費較高的成本。
發明內容
本發明追求的在於直接利用光致抗蝕劑作為熱感測器，以得到精確、有效、與經濟的熱板溫度量測。同時通過調整熱板實現製程控制，以改善關鍵尺寸的一致性。
有鑑於此，本發明提供一種製程控制方法，加熱系統及其計算機可讀取介質，及半導體製造方法。
本發明提供一種製程控制方法，首先，將通過在被在一基線設定(Baseline Setting)下的加熱裝置進行處理的一基材(Substrate)的各個既定位置的關鍵尺寸進行測量，以取得一基線關鍵尺寸圖W。通過在一基材的每一既定位置指定關鍵尺寸值以取得一標的關鍵尺寸圖M。通過在每一既定位置將基線關鍵尺寸(CD)圖(Map)的關鍵尺寸值減去標的關鍵尺寸圖的關鍵尺寸值，以計算一誤差關鍵尺寸圖ΔW。將通過在被在一原始設定下的加熱裝置進行處理的一基材的各個既定位置的關鍵尺寸進行測量，以取得一原始關鍵尺寸圖N。對於每一加熱區域i，將通過在被在一偏移的情況下的加熱裝置進行處理的一基材的各個既定位置的關鍵尺寸進行測量，以取得一偏移關鍵尺寸圖Wi。其中，加熱區域i的溫度由原始設定偏離一既定值ΔTi。接著，在每一既定位置將偏移關鍵尺寸圖的關鍵尺寸值減去原始關鍵尺寸圖的關鍵尺寸值，以計算相應每一加熱區域i的基本函數Pi。之後，以各個基本函數Pi展開誤差關鍵尺寸圖ΔW，各個對應的展開係數為Ci。之後，依據誤差關鍵尺寸圖ΔW、展開係數Ci與基本函數Pi調整加熱裝置的每一加熱區域i的基線設定。
以在調整後的基線設定的加熱裝置處理一基材。
以約-CiΔTi的量調整加熱裝置的每一加熱區域i的基線設定。
展開係數Ci是利用最小平方吻合(Least Square Fitting)法求得。
基線關鍵尺寸圖的關鍵尺寸是以一顯影后或蝕刻後的影像為基礎。
原始關鍵尺寸圖與偏移關鍵尺寸圖的關鍵尺寸是以一顯影后或蝕刻後的影像為基礎。
之前製程，如化學氣相沉積(CVD)與化學機械研磨(CMP)所造成關鍵尺寸在晶圓上的分布特徵，只要其具有一致性，就可以被補償。
本發明還提供一種半導體製造方法，首先，在各個既定位置描繪圖案，且以在一基線設定下的加熱裝置加熱一基材上的光致抗蝕劑。圖案的關鍵尺寸被進行測量，以取得一基線關鍵尺寸圖W。在每一既定位置指定關鍵尺寸值以得到一標的關鍵尺寸圖M。接著，依據由基線關鍵尺寸圖W與標的關鍵尺寸圖M間的差所定義的誤差關鍵尺寸圖ΔW調整加熱裝置的溫度分布。
在各個既定位置描繪圖案，且以在一原始設定下的加熱裝置加熱一基材上的光致抗蝕劑。圖案的關鍵尺寸被進行測量，以取得一原始關鍵尺寸圖N。在各個既定位置描繪圖案，且以在一偏移情況下的加熱裝置加熱一基材上的光致抗蝕劑。其中，加熱區域i的溫度由原始設定偏離一既定值ΔTi。圖案的關鍵尺寸被進行測量，以取得加熱裝置的每一加熱區域i的一偏移關鍵尺寸圖Wi。之後，在每一既定位置將偏移關鍵尺寸圖的關鍵尺寸值減去原始關鍵尺寸圖的關鍵尺寸值，以計算相應每一加熱區域i的基本函數Pi。重複上述程序直到獲得所有加熱區域i的基本函數Pi。之後，以各個基本函數Pi展開誤差關鍵尺寸圖ΔW，各個對應的展開係數為Ci。之後，依據誤差關鍵尺寸圖ΔW、展開係數Ci與基本函數調整加熱裝置的每一加熱區域i的基線設定。
在半導體光罩或晶圓製造中，以在調整後的基線設定下的加熱裝置處理一基材。
以約-CiΔTi的量調整加熱裝置的每一加熱區域i的基線設定。
展開係數Ci是利用最小平方吻合法求得。
基線關鍵尺寸圖的關鍵尺寸是以一顯影后或蝕刻後的影像為基礎。
原始關鍵尺寸圖與偏移關鍵尺寸圖的關鍵尺寸是以一顯影后或蝕刻後的影像為基礎。
之前製程，如化學氣相沉積與化學機械研磨所造成關鍵尺寸在晶圓上的分布特徵，只要其具有一致性，就可以被補償。
本發明上述方法可以透過程序碼方式收錄於實體介質中。當程序碼被機器載入且執行時，機器變成用以實行本發明的裝置。
本發明所述製程控制方法及半導體製造方法，直接利用光致抗蝕劑作為熱感測器，以得到精確、有效、與經濟的熱板溫度量測。同時通過調整熱板實現製程控制，以改善關鍵尺寸的一致性。
圖1為一流程圖是顯示一基本微影流程；圖2A為一示意圖是顯示包括7個加熱區域的熱板；圖2B為一示意圖是顯示包括15個加熱區域的熱板；圖3為一示意圖是顯示依據本發明實施例的製程控制的架構；圖4為一流程圖是顯示依據本發明實施例的半導體製造方法；圖5為一流程圖是顯示依據本發明實施例的製程控制方法；圖6為一示意圖是顯示儲存提供製程控制方法的電腦程式的儲存介質。
具體實施例方式
為使本發明的上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖示，進行詳細說明如下。
雖然知道關鍵尺寸的一致性並不好，且如此的非一致性主要是因為加熱裝置，如曝後烤中熱板的溫度的非一致性所造成。然而，熱板的溫度分布並無法任意地調整。舉例來說，對於TEL的設備而言，如顯示於圖2A與圖2B中分別具有7與15個加熱區域的熱板(210與220)，其分別具有7或15個調整自由度。本發明的目的在於提供在有限的調整自由度下實現最佳的關鍵尺寸一致性的機制。值得注意的是，本發明機制可以適用於任意數目的加熱區域，及其形狀與位置。
圖3為一示意圖是顯示依據本發明實施例的製程控制的架構。架構包括一加熱裝置310，如一熱板，至少一顯影320的製程階段，以及一檢測裝置330。加熱裝置310包括多個加熱區域。製程階段可以是硬烤與圖案轉移，如離子注入、薄膜沉積與蝕刻等。檢測裝置330可以在檢測階段，如顯影后檢測或蝕刻後檢測中用來進行關鍵尺寸檢測。檢測結果可以回饋來調整加熱裝置310的溫度分布。
圖4為一流程圖是顯示依據本發明實施例的半導體製造方法。
首先，如步驟S410，以在一基線設定下的加熱裝置310加熱一基材，如晶圓上的光致抗蝕劑。如步驟S420，曝光與加熱後的光致抗蝕劑被進行顯影，或進一步處理來在基材的既定位置上描繪上圖案。接著，如步驟S430，測量圖案的關鍵尺寸，以取得一基線關鍵尺寸圖W。如步驟S440，在每一既定位置指定關鍵尺寸值以得到一標的關鍵尺寸圖M。接著，如步驟S450，依據由基線關鍵尺寸圖W與標的關鍵尺寸圖M間的差所定義的誤差關鍵尺寸圖ΔW調整加熱裝置310的溫度分布。具有調整後基線設定(溫度分布)的加熱裝置310可以用來處理半導體光罩或晶圓製造中的後續基材。詳細的調整將於後說明。
圖5為一流程圖是顯示依據本發明實施例的製程控制方法。
如步驟S510，將通過被在一基線設定(Baseline Setting)下的加熱裝置310進行處理的一基材，如晶圓的既定位置的關鍵尺寸進行量測，以取得一基線關鍵尺寸圖W。如步驟S520，通過在每一既定位置指定關鍵尺寸值以取得一標的關鍵尺寸圖M。如步驟S530，通過在每一既定位置將基線關鍵尺寸圖的關鍵尺寸值減去標的關鍵尺寸圖的關鍵尺寸值，以計算一誤差關鍵尺寸圖ΔW(ΔW＝W-M)。更精確說，在每一位置j，ΔWj＝Wj-Mj。
如步驟S540，將通過被在一原始設定下的加熱裝置310進行處理的一基材的既定位置的關鍵尺寸進行量測，以取得一原始關鍵尺寸圖N。如步驟S550，對於每一加熱區域i，將通過被在一偏移的情況下的加熱裝置進行處理的一基材的既定位置的關鍵尺寸進行量測，以取得一偏移關鍵尺寸圖Wi。其中，加熱區域i的溫度由原始設定偏離一既定值ΔTi。值得注意的是，在一實施例中，相應原始設定的原始關鍵尺寸圖可以相同於相應基線設定的基線關鍵尺寸圖。關鍵尺寸一致性的差異程度可以決定要使用多大的ΔTi。如果ΔTi太小，可以使用外推法來進行後續吻合程序，使其更精準，如果ΔTi太大，將會發生非線性效果。接著，如步驟S560，在每一既定位置將偏移關鍵尺寸圖Wi的關鍵尺寸值減去原始關鍵尺寸圖N的關鍵尺寸值，以計算相應每一加熱區域i的基本函數Pi(Pi＝Wi-N)。更精確說，在每一位置j，Pji=Wji-Nj.]]>步驟S560的操作被重複給加熱裝置310的每一加熱區域，直至得到所有的基本函數。
之後，如步驟S570，依據誤差關鍵尺寸圖ΔW、展開係數Ci與基本函數調整加熱裝置310的每一加熱區域i的基線設定(溫度分布)。在步驟S570中，通過收集具有相應每一基本函數Pi的展開係數Ci的基本函數，以展開誤差關鍵尺寸圖W(W=iCiPi).]]>展開係數Ci可以通過使用最小平方吻合法來最小化總誤差來得到，具體如下j[Wj-iCiPji]2.]]>此方法可以在標準教科書或是數值分析中找到，因此其細節在此省略。因此，如果加熱裝置310的每一加熱區域i的基線設定被調整-CiΔTi，則理論上基線關鍵尺寸圖將會改善為
WC=W-iCiPi.]]>值得注意的是，W、M、ΔW、Wi、N、Pi與WC是標量場(ScalarField)，舉例來說，在一基材上每一既定位置的量值集合。
上述的製程控制初始是用於顯影后檢測，然而，可以延伸至在蝕刻後檢測的關鍵尺寸一致性。此對應來通過調整加熱裝置(熱板)的溫度分布以補償蝕刻製程在特定蝕刻艙的關鍵尺寸分布特徵。此程序所顯現的改變可以在蝕刻後檢測階段中檢測關鍵尺寸得到。此外，對於任何之前製程，如化學氣相沉積與化學機械研磨，如果基材已經經歷這些製程，則其關鍵尺寸分布特徵也可以進行修正。
圖6為一示意圖是顯示儲存提供自動化製程控制的電腦程式的儲存介質，其包含硬體與軟體，用以控制微影工具，如設備(Track)、掃描機、蝕刻機臺等等。電腦程式產品包括可以使用於計算機系統600中具有儲存計算機可讀取程序碼的儲存介質610。計算機可讀取程序碼至少包括程序碼611，用以將通過在被包括多個加熱區域且在一基線設定下的加熱裝置進行處理的一基材的既定位置的關鍵尺寸進行量測，以取得一基線關鍵尺寸圖W；程序碼612，用以通過在每一既定位置指定關鍵尺寸值以取得一標的關鍵尺寸圖M；程序碼613，用以通過在每一既定位置將基線關鍵尺寸圖的關鍵尺寸值減去標的關鍵尺寸圖的關鍵尺寸值，以計算一誤差關鍵尺寸圖ΔW；程序碼614，用以將通過被一原始設定下的加熱裝置進行處理的一基材的既定位置的關鍵尺寸進行量測，以取得一原始關鍵尺寸圖N；程序碼615，用以對於每一加熱區域i，將通過被在一偏移的情況下的加熱裝置進行處理的一基材的既定位置的關鍵尺寸進行量測，以取得一偏移關鍵尺寸圖Wi，其中，加熱區域i的溫度由原始設定偏離一既定值ΔTi；程序碼616，用以在每一既定位置將偏移關鍵尺寸圖的關鍵尺寸值減去原始關鍵尺寸圖的關鍵尺寸值，以計算相應每一加熱區域i的基本函數Pi；程序碼617，用以通過收集具有相應每一基本函數Pi的展開係數Ci的基本函數，以展開誤差關鍵尺寸圖ΔW；以及程序碼618，用以依據誤差關鍵尺寸圖ΔW、展開係數Ci與基本函數調整加熱裝置的每一加熱區域i的基線設定。
本發明的方法與系統，或特定型態或其部分，可以以程序碼的型態包含於實體介質，如軟盤、光碟片、硬碟、或是任何其他機器可讀取(如計算機可讀取)儲存介質，其中，當程序碼被機器，如計算機載入且執行時，此機器變成用以參與本發明的裝置。本發明的方法與裝置也可以以程序碼型態透過一些傳送介質，如電線或電纜、光纖、或是任何傳輸型態進行傳送，其中，當程序碼被機器，如計算機接收、載入且執行時，此機器變成用以參與本發明的裝置。當在一般用途處理器實作時，程序碼結合處理器提供一操作類似於應用特定邏輯電路的獨特裝置。
雖然本發明已通過較佳實施例說明如上，但該較佳實施例並非用以限定本發明。本領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，應有能力對該較佳實施例做出各種更改和補充，因此本發明的保護範圍以權利要求書的範圍為準。
附圖中符號的簡單說明如下S101、S102、...、S112操作步驟210、220熱板310加熱裝置320顯影330檢測裝置S410、S420、...、S450操作步驟S510、S520、...、S570操作步驟600計算機系統
610儲存介質611、612、613、614、615、616、617、618程序碼
權利要求
1.一種製程控制方法，適用於具有多個加熱區域的一加熱裝置，所述製程控制方法包括下列步驟於一基線設定下，當該加熱裝置對一第一基材進行處理時，通過量測該第一基材於既定位置的關鍵尺寸，以取得一基線關鍵尺寸圖W；自該基線關鍵尺寸圖中對應於在每一該既定位置的關鍵尺寸值減去一標的關鍵尺寸圖M的關鍵尺寸值，以計算出一誤差關鍵尺寸圖ΔW；於一偏移情況下，該加熱裝置對一第二基材進行處理，而該加熱區域i的溫度由一原始設定偏離一既定值ΔTi，此時通過量測該第二基材的該既定位置的關鍵尺寸，以取得每一該加熱區域i的一偏移關鍵尺寸圖Wi；自該偏移關鍵尺寸圖Wi中對應於每一該既定位置的關鍵尺寸值減去一原始關鍵尺寸圖的關鍵尺寸值，以計算出每一該加熱區域i的基本函數Pi；收集每一該基本函數Pi的展開係數Ci，並經由該基本函數展開該誤差關鍵尺寸圖ΔW；以及依據該誤差關鍵尺寸圖ΔW、該展開係數Ci與該基本函數調整對應於該加熱裝置中的每一該加熱區域i的該基線設定。
2.根據權利要求1所述的製程控制方法，其特徵在於，更包括以-CiΔTi的量調整該加熱裝置的每一該加熱區域i的該基線設定。
3.根據權利要求1所述的製程控制方法，其特徵在於，該關鍵尺寸是以一顯影后或蝕刻後的影像為基礎。
4.根據權利要求1所述的製程控制方法，其特徵在於，更包括利用一最小平方吻合法得到該展開係數Ci。
5.根據權利要求1所述的製程控制方法，其特徵在於，更包括在半導體光罩或晶圓製造中，於該基線設定調整後，以該加熱裝置處理該第一基材。
6.根據權利要求1所述的製程控制方法，其特徵在於，更包括指定對應於該第一基材的每一該既定位置的一關鍵尺寸值，以取得該標的關鍵尺寸圖M。
7.根據權利要求1所述的製程控制方法，其特徵在於，更包括於該原始設定下量測對應於該第一基材的該既定位置的關鍵尺寸，以取得該原始關鍵尺寸圖N。
8.一種半導體製造方法，適用於一加熱裝置，所述半導體製造方法包括下列步驟通過在一基線設定下的該加熱裝置加熱一第一基材上的光致抗蝕劑；顯影該光致抗蝕劑，以在既定位置上描繪圖案；測量該圖案的關鍵尺寸，以取得一基線關鍵尺寸圖W；在每一該既定位置指定關鍵尺寸值以得到一標的關鍵尺寸圖M；以及依據由該基線關鍵尺寸圖W與該標的關鍵尺寸圖M間的差所定義的一誤差關鍵尺寸圖ΔW調整該加熱裝置的溫度分布。
9.根據權利要求8所述的半導體製造方法，其特徵在於，更包括下列步驟將該加熱裝置區分為多個加熱區域；對通過被在該原始設定下的該加熱裝置進行處理的該第一基材的該既定位置的關鍵尺寸進行量測，以取得該原始關鍵尺寸圖N；當加熱區域i的溫度由一原始設定偏離一既定值ΔTi時，而該加熱裝置正處理一第二基材，此時對於每一該加熱區域i量測該第二基材的該既定位置的關鍵尺寸，以取得一偏移關鍵尺寸圖Wi；對於每一該既定位置將該偏移關鍵尺寸圖的關鍵尺寸值減去一原始關鍵尺寸圖的關鍵尺寸值，以計算相應每一該加熱區域i的基本函數Pi；通過收集具有相應每一該基本函數Pi的展開係數Ci的該基本函數，以展開該誤差關鍵尺寸圖ΔW；以及依據該誤差關鍵尺寸圖ΔW、該展開係數Ci與該基本函數調整該加熱裝置的每一該加熱區域i的該基線設定。
10.根據權利要求9所述的半導體製造方法，其特徵在於，更包括以-CiΔTi的量調整該加熱裝置的每一該加熱區域i的該基線設定。
11.根據權利要求9所述的半導體製造方法，其特徵在於，更包括利用一最小平方吻合法得到該展開係數Ci。
12.根據權利要求8所述的半導體製造方法，其特徵在於，該關鍵尺寸是以一顯影后或蝕刻後的影像為基礎。
13.根據權利要求8所述的半導體製造方法，其特徵在於，更包括在半導體光罩或晶圓製造中，以在調整後的該基線設定下的該加熱裝置處理該第一基材。
全文摘要
本發明提供一種製程控制方法及半導體製造方法，具體涉及一種利用具有加熱區域的加熱裝置的製程控制方法。首先，指定一標的關鍵尺寸圖。取得對應被在一基線設定下的加熱裝置進行處理的一基材的一基線關鍵尺寸圖。取得對應被在一原始設定下的加熱裝置進行處理的一基材的一原始關鍵尺寸圖。對於每一加熱區域，取得對應被在一偏移的情況下的加熱裝置進行處理的一基材的一偏移關鍵尺寸圖。加熱裝置的溫度分布可以依據由基線關鍵尺寸圖與標的關鍵尺寸圖所定義的誤差關鍵尺寸圖、由原始關鍵尺寸圖與偏移關鍵尺寸圖所定義的基本函數、以及利用基本函數展開誤差關鍵尺寸圖的展開係數來進行調整。本發明改善了關鍵尺寸的一致性。
文檔編號G05D23/00GK1808269SQ20051013540
公開日2006年7月26日 申請日期2005年12月28日 優先權日2004年12月30日
發明者遊信勝, 柯志明, 林本堅 申請人:中國臺灣積體電路製造股份有限公司