用于評估半導(dǎo)體制造工藝的方法和裝置與流程

相關(guān)申請的交叉引用

無

發(fā)明的背景

發(fā)明的領(lǐng)域

本申請的領(lǐng)域總地涉及評估和控制半導(dǎo)體晶圓上具有多個微電子電路的半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體制造工藝的方法，以及還涉及用于評估利用半導(dǎo)體制造工藝的工藝流程的半導(dǎo)體制造工藝的裝置。

相關(guān)領(lǐng)域的簡要說明

應(yīng)理解，本公開中使用的術(shù)語“半導(dǎo)體晶圓”意圖隱含制造所有類型的半導(dǎo)體器件中所使用的晶圓，所述半導(dǎo)體器件包括但不限于微電子電路(諸如存儲器器件、asics)、邏輯電路(諸如控制器或微處理器等)液晶面板和光電器件。

本公開中使用的術(shù)語“工藝流程”是指半導(dǎo)體制造工藝中的一系列工藝步驟(和/或分支路徑，其還可彼此重新組合或與各系列工藝步驟重新組合)。

通過處理半導(dǎo)體晶圓來制造半導(dǎo)體器件的當(dāng)前趨勢是隨著縮小的基本原則以及半導(dǎo)體制造工藝變得更加有競爭性，套刻和關(guān)鍵尺寸預(yù)算縮減。這種有競爭性的半導(dǎo)體制造工藝的非限制性示例包括但不限于多種圖案以及奇特材料在半導(dǎo)體晶圓表面的高深寬比刻蝕或沉積。半導(dǎo)體晶圓表面上的一些半導(dǎo)體制造工藝的不均勻性以及多個半導(dǎo)體制造工藝步驟可導(dǎo)致施加于半導(dǎo)體晶圓上的不均勻的應(yīng)力。

所發(fā)生的問題的一個示例是所謂的套刻誤差(overlayerror)。這可在半導(dǎo)體晶圓從一個工藝步驟到下一個工藝步驟后變形時發(fā)生，例如，從一個下層到該下層上面的接下來的層，上層的圖案變得與下層的圖案不對準(zhǔn)。對于半導(dǎo)體器件的無錯功能，不同層上圖案彼此的相對位置是相關(guān)的。此不對準(zhǔn)的原因可能是多次覆蓋并且可取決于不同的工藝步驟。因此，本文檔中描述的方法和裝置的目的是使得能夠評估和控制半導(dǎo)體制造工藝以識別和/或校正半導(dǎo)體制造工藝中的此問題。此評估和控制通過將多個數(shù)據(jù)項與工藝流程相關(guān)聯(lián)且然后分析數(shù)據(jù)項和工藝流程的組合來完成。

利用有競爭性的半導(dǎo)體制造工藝所引起的進(jìn)一步的問題是關(guān)于所謂的關(guān)鍵尺寸(cd)。此術(shù)語用于指示半導(dǎo)體晶圓表面上的關(guān)鍵圖案的特征的幾何尺寸。這些特征在進(jìn)行工藝(諸如圖案化光刻層、沉積或刻蝕等)后被測量，以便通過將實際值與目標(biāo)值進(jìn)行比較并通過確定該區(qū)域、整片半導(dǎo)體晶圓和一組晶圓(lot)上的不均勻性來驗證工藝步驟(諸如，曝光和顯影工藝)的質(zhì)量。

實踐中，具有多個測量，其在決定在半導(dǎo)體晶圓上制造的半導(dǎo)體器件是否可能按照規(guī)格來實施時需要被考慮。套刻測量和cd測量的使用僅僅用作說明。

收集數(shù)據(jù)記載半導(dǎo)體制造工藝的需求是已知的。例如，美國專利號us8,396,583(tsmc)教導(dǎo)了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其包括收集多個制造數(shù)據(jù)集。制造數(shù)據(jù)集被標(biāo)準(zhǔn)化且然后被用于預(yù)測半導(dǎo)體制造工藝之一的性能。

更早的專利us5,866,437(amd)教導(dǎo)了一種制造半導(dǎo)體晶圓的方法，所述方法利用仿真工具基于對關(guān)鍵尺寸的測量結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)的比較來確定預(yù)測的晶圓電測試結(jié)果。

us7,646,476教導(dǎo)了一種基于對半導(dǎo)體襯底的缺陷信息的分析來檢測工藝突發(fā)異常(excursion)的方法。

us7,076,320b1教導(dǎo)了改進(jìn)半導(dǎo)體制造中的工藝控制的系統(tǒng)和方法。該方法使用原位監(jiān)控工藝，例如散射測量系統(tǒng)，來確定關(guān)于晶圓產(chǎn)品的參數(shù)是否在控制限度以內(nèi)。

這些現(xiàn)有技術(shù)出版物都沒有教導(dǎo)將工藝步驟參數(shù)的測量結(jié)果與作為工藝流程一部分的工藝步驟相關(guān)聯(lián)，以能夠評估和控制半導(dǎo)體制造工藝。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

公開了一種評估和控制半導(dǎo)體制造工藝的方法，其具有多個工藝步驟。該方法包括：從工藝測量結(jié)果數(shù)據(jù)庫檢索工藝步驟參數(shù)，其中所述工藝步驟參數(shù)包括工藝步驟測量數(shù)據(jù)、工藝步驟上下文數(shù)據(jù)或工藝步驟控制數(shù)據(jù)中的至少一個，以及將所述工藝步驟參數(shù)與作為工藝流程一部分的工藝步驟中的一個或多個相關(guān)聯(lián)。所述工藝步驟參數(shù)的關(guān)聯(lián)使操作員能夠更好地評估半導(dǎo)體制造工藝的工藝流程，以重新加工可以重新加工的層，以及按照需要將反饋或前饋修改應(yīng)用至半導(dǎo)體制造工藝的工藝步驟。

所述工藝步驟測量數(shù)據(jù)包括套刻測量、關(guān)鍵尺寸測量、對準(zhǔn)測量、找平測量、曝光劑量、刻蝕測量或沉積測量。

所述工藝步驟上下文數(shù)據(jù)包括下述中的至少一個：批次標(biāo)識符、曝光日期、曝光配方、工藝室標(biāo)識符、處理工具標(biāo)識符或處理時間、半導(dǎo)體晶圓標(biāo)識符、配方名稱或類型、標(biāo)線名稱、層名稱、產(chǎn)品或技術(shù)名稱、抗蝕劑名稱、抗蝕劑批標(biāo)識符、顯影劑標(biāo)識符、顯影劑批標(biāo)識符、加熱板號、顯影室、沖洗液名稱。

所述工藝步驟控制數(shù)據(jù)包括下述中的至少一個：工藝配方指導(dǎo)參數(shù)、目標(biāo)參數(shù)、參考校正、場精細(xì)校正、晶圓網(wǎng)格校正、焦點校正、曝光劑量校正、刻蝕時間、沉積、氣流速率和濺射電壓。

還公開了一種用于具有多個工藝步驟的半導(dǎo)體制造工藝的半導(dǎo)體制造組件。所述半導(dǎo)體制造組件包括曝光工具、顯影單元、刻蝕室、沉積室、處理器和工藝步驟測量數(shù)據(jù)庫，其從下述中的至少一個收集工藝步驟參數(shù)的測量結(jié)果：所述曝光工具、所述顯影單元、所述刻蝕室和/或沉積室。工作中的處理器從所述工藝步驟測量數(shù)據(jù)庫檢索所述工藝步驟參數(shù)，所述工藝步驟參數(shù)包括下述中的至少一個：工藝步驟測量數(shù)據(jù)、工藝步驟上下文數(shù)據(jù)或工藝步驟控制數(shù)據(jù)；并且將所述工藝步驟參數(shù)與所述工藝步驟中的一個或多個相關(guān)聯(lián)。

附圖說明

為了本發(fā)明及其優(yōu)點的更加完全的理解，參考下面的說明和隨附的附圖，其中：

圖1示出了本公開的半導(dǎo)體制造組件的簡化概述。

圖2示出了用于當(dāng)前公開的評估和控制方法的實施例的概述。

圖3示出了針對半導(dǎo)體層中的某些層上的結(jié)構(gòu)的套刻測量的示例。

圖4示出了半導(dǎo)體襯底上的多個層。

圖5a、5b和5c示出了與金屬性接觸的連接的多個方面。

圖6a至圖6c示出了包括硅層的半導(dǎo)體晶圓的示例，所述硅層具有硬掩膜。

圖7a和圖7b示出了在半導(dǎo)體晶圓上創(chuàng)建stepcase結(jié)構(gòu)。

圖7c是創(chuàng)建圖7a和7b中stepcase結(jié)構(gòu)所用方法的流程圖。

發(fā)明的詳細(xì)描述

現(xiàn)在將基于附圖描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，本文描述的本發(fā)明的實施例和方面僅僅是示例，并且不以任何方式限制權(quán)利要求的保護(hù)范圍。本發(fā)明由權(quán)利要求及其等同物限定。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的一個方面或?qū)嵤├奶卣骺梢耘c本發(fā)明的不同方面和/或?qū)嵤├奶卣鹘M合。

圖1以示意圖示出了用于執(zhí)行半導(dǎo)體制造工藝的多個工藝步驟的制造組件1，例如但不限于包括蝕刻和/或沉積的圖案化半導(dǎo)體晶圓10的表面。制造組件1連接到處理器60，處理器60用于執(zhí)行本公開的方法，如稍后將描述的。在該示例中，處理器60被示為單個單元，但是當(dāng)然可以是多個單元或者如下所述的分布式網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)當(dāng)理解，圖1所示的制造組件1僅僅是說明性的，并且在實踐中，現(xiàn)實生活中的半導(dǎo)體制造工藝需要明顯更多的元件。

應(yīng)當(dāng)理解，制造組件1形成半導(dǎo)體制造系統(tǒng)的一部分。制造組件1包括用于在半導(dǎo)體晶圓10的表面上旋涂抗蝕劑的涂布機(jī)(未示出)和用于對準(zhǔn)和暴露半導(dǎo)體晶圓10的表面的部分以產(chǎn)生曝光的半導(dǎo)體晶圓11的曝光工具20，曝光控制器30，用于顯影曝光的半導(dǎo)體晶圓11以產(chǎn)生顯影的和曝光的半導(dǎo)體晶圓12的顯影單元40，用于蝕刻顯影的和曝光的半導(dǎo)體晶圓12以在半導(dǎo)體晶圓10上形成結(jié)構(gòu)的蝕刻室50，和/或用于在顯影和曝光的半導(dǎo)體晶圓12的表面上沉積新層的沉積室55。為簡單起見，蝕刻室50和沉積室55在圖1中示出為單個單元。該制造組件1產(chǎn)生處理過的半導(dǎo)體晶圓13。沉積室55也可以放置在制造組件10中的曝光工具20之前。在這種情況下，工藝流程將被修改，使得沉積新層將在材料的蝕刻之前進(jìn)行，即新層的部分。

應(yīng)當(dāng)理解，制造組件1將在曝光工具20，顯影單元40和/或蝕刻室50或沉積室55中的一個或多個中包括多個傳感器27。這些多個傳感器27對于曝光工具示意性地示出為單個傳感器單元27。可以在任何曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12上沉積和/或蝕刻之前和之后進(jìn)行測量。

還將理解，制造組件1具有多于一個蝕刻室50或沉積室55，以增加半導(dǎo)體制造工藝的生產(chǎn)量。應(yīng)當(dāng)注意，制造組件1可以包括來自各種制造商的工具。

除了具有掩模的光學(xué)半導(dǎo)體光刻工具之外，制造組件1還可以使用其它方法來產(chǎn)生圖案以在半導(dǎo)體晶圓上形成結(jié)構(gòu)。其它非限制性方法包括使用電子束在抗蝕劑中產(chǎn)生圖案或使用壓印光刻技術(shù)。

還將理解，存在一個或多個集成到制造組件1中的測量工具。一個或多個測量工具能夠在完成一個或多個工藝步驟之后，測量半導(dǎo)體晶圓10的一個或多個物理的或電學(xué)的參數(shù)。應(yīng)當(dāng)注意，并不是所有的半導(dǎo)體晶圓10都被測量，而是僅測量挑選的半導(dǎo)體晶圓10。類似地，不是所有的曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12和處理過的半導(dǎo)體晶圓13都將被測量。

制造組件1還包括處理器60，這里示出為獨立計算機(jī)，但是其可以作為在服務(wù)器上、云計算機(jī)中或本地計算機(jī)上的軟件模塊來運行。上面注意到，可以存在多于一個處理器60，并且為簡單起見，在圖1中示出了單個處理器。處理器60能夠訪問存儲在存儲器65中的工藝測量數(shù)據(jù)庫，存儲器65用于存儲與半導(dǎo)體制造工藝相關(guān)的數(shù)據(jù)。

工藝測量數(shù)據(jù)庫65通常是由例如在處理器60上運行的訪問程序訪問的關(guān)系數(shù)據(jù)庫。關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的該數(shù)據(jù)包括但不限于工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m，工藝步驟上下文數(shù)據(jù)23t和工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c。數(shù)據(jù)項存儲在表中，并且可以在本申請的方法中用于與工藝流程中的一個或多個工藝步驟相關(guān)聯(lián)。

工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m是在半導(dǎo)體晶圓10(或一個或多個曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12，或處理過的半導(dǎo)體晶圓13上)上執(zhí)行的電數(shù)據(jù)或物理測量。在非限制性示例中，工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m包括套刻測量、臨界維度測量、對準(zhǔn)測量、找平測量、曝光劑量、蝕刻測量或沉積測量中的至少一個。

套刻測量的非限制性示例包括套刻標(biāo)記的位置、套刻標(biāo)記的測量取向、在兩個層之間的布置值以及質(zhì)量參數(shù)。

臨界維度測量的非限制性示例包括特征的位置以及特征和導(dǎo)出數(shù)據(jù)的幾何數(shù)據(jù)，例如線邊緣粗糙度或線寬粗糙度。

蝕刻測量的非限制性示例包括蝕刻深度。沉積參數(shù)的非限制性示例包括沉積厚度。

對準(zhǔn)測量的非限制性示例包括對準(zhǔn)標(biāo)記的位置、對準(zhǔn)標(biāo)記的方向、布置值和質(zhì)量參數(shù)。

找平測量的非限制性示例包括裸露高度、靜態(tài)和動態(tài)殘差。

工藝步驟上下文數(shù)據(jù)23t是與半導(dǎo)體制造工藝的工藝步驟相關(guān)的數(shù)據(jù)項。在非限制性示例中，工藝步驟上下文數(shù)據(jù)23t包括批次標(biāo)識符、晶圓標(biāo)識符、曝光日期、曝光配方、抗蝕劑和顯影劑的類型中的至少一個，包括批號，處理室標(biāo)識符，處理工具標(biāo)識符，處理時間，半導(dǎo)體晶圓標(biāo)識符，配方名稱或類型，標(biāo)線標(biāo)識符，層名稱，產(chǎn)品或技術(shù)名稱，抗蝕劑名稱，抗蝕劑批次標(biāo)識符，顯影劑名稱，顯影劑批次標(biāo)識符，熱板標(biāo)識符，顯影室，沖洗液名稱或數(shù)據(jù)文件名稱。

工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c是與諸如曝光工具20、顯影單元40、蝕刻室50和/或沉積室55的處理工具相關(guān)的數(shù)據(jù)。工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c可以是例如從制造執(zhí)行系統(tǒng)或高級工藝控制(apc)系統(tǒng)獲得。在非限制性示例中，工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c包括工藝配方指導(dǎo)參數(shù)、目標(biāo)參數(shù)、沉積時間、氣體流速和濺射電壓或蝕刻室50的蝕刻時間中的至少一個，目標(biāo)參數(shù)包括參考校正，場精細(xì)校正，晶圓網(wǎng)格校正和用于曝光工具20的聚焦校正和曝光劑量校正。工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c可以是靜態(tài)的或恒定的，即在半導(dǎo)體制造工藝的至少一部分期間不變，或工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c可以根據(jù)在工藝步驟的執(zhí)行期間接收的反饋/前饋來動態(tài)地修改。

來自處理工具的工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c和工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m的一些項可以通過從制造組件1中的一個或多個處理工具或測量工具輪詢來獲得。其他項目可以從管理執(zhí)行系統(tǒng)獲得?？蛇x地，到工藝測量數(shù)據(jù)庫60的數(shù)據(jù)的傳送可以由半導(dǎo)體制造工藝流程中的特定事件觸發(fā)。例如，使用為工藝工具或測量工具進(jìn)行接口而定義的secs/gem協(xié)議來傳送處理步驟控制數(shù)據(jù)23c的項目。使用例如web服務(wù)，tcp/ip協(xié)議或rs-232協(xié)議來傳送數(shù)據(jù)項。

讓我們假設(shè)多個半導(dǎo)體晶圓10被裝載到曝光工具20中。在該方法的一個非限制性方面，裝載到曝光工具20中的半導(dǎo)體晶圓10在前面的工藝步驟中已經(jīng)涂覆有光致抗蝕劑膜。曝光工具20包括用于裝載半導(dǎo)體晶圓10的裝載端口21和用于卸載半導(dǎo)體晶圓11中的暴露的多個半導(dǎo)體晶圓的卸載端口29。裝載端口21和卸載端口29在曝光工具20中可以是相同的。在曝光工具20中，半導(dǎo)體晶圓10被放置在襯底支架上。

典型的半導(dǎo)體晶圓10包括以柵格狀圖案或以偏移/交錯圖案布置在半導(dǎo)體晶圓10上的多個曝光場。在抗蝕劑已經(jīng)旋轉(zhuǎn)到半導(dǎo)體晶圓10的表面上之后，多個曝光場通常在另一曝光場之后曝光一個曝光場。襯底支架通過曝光裝置20內(nèi)的致動器(未示出)至少在兩個維度上定位以移動半導(dǎo)體晶圓10。因此，使用投影系統(tǒng)25依次定位半導(dǎo)體晶圓10上的每個曝光場。投影系統(tǒng)25包括光源24和投影光學(xué)系統(tǒng)26，其與光掩模28一起工作。半導(dǎo)體晶圓10包括例如對準(zhǔn)標(biāo)記(參見圖3)，其由曝光工具20用于將半導(dǎo)體晶圓10的表面與光源24和投影光學(xué)系統(tǒng)26對準(zhǔn)，以確保使用正確設(shè)置的正確曝光場被點亮。來自半導(dǎo)體晶圓10的對準(zhǔn)的工藝步驟參數(shù)23的項目以及工藝步驟參數(shù)23的其它工藝步驟參數(shù)由曝光裝置20產(chǎn)生，并且這些工藝步驟參數(shù)23被傳送到處理器60。曝光裝置20包括多個測量傳感器27，以測量工藝步驟參數(shù)23的進(jìn)一步項目(包括工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m)，并且可以進(jìn)一步建模，如稍后所述。

每當(dāng)半導(dǎo)體晶圓10，光掩模28以及投影系統(tǒng)24,26已經(jīng)對準(zhǔn)時，光掩模28被光源24照射，并且來自光掩模28的圖案被投影為單次照射或在單個曝光場上掃描。光掩模28上的圖案用于在半導(dǎo)體晶圓10的表面上產(chǎn)生一個或多個圖案以及套刻標(biāo)記。

曝光的半導(dǎo)體晶圓11被傳送到顯影單元40，其中在曝光的半導(dǎo)體晶圓11上的光致抗蝕劑層被顯影并且抗蝕劑從曝光的半導(dǎo)體晶圓11的表面去除以產(chǎn)生曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12。曝光的和顯影的半導(dǎo)體晶圓12被傳送到蝕刻室50，在蝕刻室50中結(jié)構(gòu)被蝕刻到曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12的最頂層中或傳送到沉積室55中，在沉積室55中材料層沉積在曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12的表面上。在蝕刻或沉積之后，在曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12上的任何剩余的抗蝕劑(或多余的沉積材料)被去除，并生產(chǎn)處理過的晶圓13。曝光的和顯影的半導(dǎo)體晶圓12也可以在從蝕刻室50蝕刻之后傳送到沉積室55，以將新的材料層沉積到表面上，反之亦然。在所有層已經(jīng)沉積和蝕刻或以其它方式處理之后，完成最終處理的芯片。

套刻標(biāo)記用于測量曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12的套刻。套刻測量包括確定光致抗蝕劑圖案相對于下層的布置，例如，確定是否存在重疊的良好值或重疊誤差是否大。在光致抗蝕劑圖案的布置如此大，以致于例如在抗蝕劑層中產(chǎn)生的特征不能正確地與下面的層中的選定特征對準(zhǔn)的情況下，則半導(dǎo)體晶圓的區(qū)域中的特征的這種未對準(zhǔn)可能導(dǎo)致在同一區(qū)域中的最終半導(dǎo)體芯片的一個或多個微電子器件的故障。如果發(fā)生顯著的誤差，則在從被曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12的上表面蝕刻或沉積另外的層之前，可以去除具有光致抗蝕劑圖案的光致抗蝕劑膜。在這種情況下，可以通過去除光致抗蝕劑膜并用新的光致抗蝕劑膜涂覆，來對經(jīng)曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12進(jìn)行再加工。新的光致抗蝕劑膜可以在曝光工具20中再次曝光以產(chǎn)生新的光致抗蝕劑圖案。

如果需要，套刻測量還可以用于基于工藝模型67來計算工藝校正參數(shù)，然后工藝模型67用于補(bǔ)償工藝誤差(如上面簡要提到的)。套刻測量是存儲在工藝測量數(shù)據(jù)庫65中并且可以在工藝模型67中使用的工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m的示例。

應(yīng)當(dāng)理解，套刻和臨界維度的測量僅是對工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m的分析的非限制性示例。工藝測量數(shù)據(jù)23m的其他項可以從各種來源獲得，例如，在曝光工具20，顯影單元40，沉積室55和蝕刻室50中。除了上述項之外，這些工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m的項包括但不限于，套刻誤差，臨界維度，對準(zhǔn)測量，找平測量，沉積厚度，蝕刻深度，線邊緣粗糙度(ler)，線寬粗糙度(lwr)，側(cè)壁角度，圖案的其他幾何數(shù)據(jù)，晶圓形狀和/或變形，熱板溫度，缺陷測量，曝光劑量，聚焦/曝光劑量測量或電測量。

在理想情形中，將對工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m進(jìn)行大量測量。然而，這是耗時的，并且在大多數(shù)情況下不是必需的，因為工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m的項的許多值隨著時間和/或在整個半導(dǎo)體晶圓10或批次上保持基本上不變，或者實際上在一個晶圓臺或在一個蝕刻室50或一個沉積室55中加工的晶圓。

不必對于每個單個半導(dǎo)體晶圓10或在同一半導(dǎo)體晶圓10上的每個單個曝光場來測量工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m。用于曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12的子集的工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m的測量項可以用于使用所謂的工藝模型67對工藝建模。例如，許多二十五個曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12的典型子集可以包括四個曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12。被挑選用于測量的曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12的數(shù)量是用戶可配置的，并且取決于質(zhì)量控制工程師決定的選擇策略，并且這些描述的評估工藝使得質(zhì)量控制工程師能夠選擇最相關(guān)的晶圓。

顯然，所選擇的曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12的樣本的數(shù)量越大，建模的工藝數(shù)據(jù)將在統(tǒng)計上更可靠。如果半導(dǎo)體制造工藝的統(tǒng)計變化相對較低，則曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12的較少數(shù)量的樣本將足以通過使用工藝模型67來獲得足夠可靠的估計。

工藝模型67使用工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m的一個或多個項來對工藝建模，并且可以生成后工藝數(shù)據(jù)23p的進(jìn)一步項目，其可以用于分析工藝。工藝模型67還可以用于計算所謂的殘差，其是從工藝模型67計算的后工藝數(shù)據(jù)23p和工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m的實際測量值之間的差。

應(yīng)當(dāng)理解，不必對所有的曝光場進(jìn)行測量。通常對所選擇的曝光場足以進(jìn)行測量以獲得統(tǒng)計上可靠的測量。如果統(tǒng)計變化增加，則曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12中所選擇的數(shù)量應(yīng)該相應(yīng)地增加，以便產(chǎn)生統(tǒng)計上更重要的后工藝數(shù)據(jù)23p的進(jìn)一步項目。

用于分析評估半導(dǎo)體晶圓10的半導(dǎo)體制造工藝的示例性方法在圖2中概略地示出。應(yīng)當(dāng)理解，該方法不是如圖2所建議的嚴(yán)格順序的，而是幾個步驟同時或以不同的順序發(fā)生。該方法開始于步驟200。在第一步驟210中，定義半導(dǎo)體制造工藝。該定義可以手動輸入到工藝控制器60中，或者可以在制造執(zhí)行系統(tǒng)(mes)或高級工藝控制(apc)系統(tǒng)中定義的工藝流程來確定，使用諸如曝光工具20、顯影單元40、蝕刻室50等的工藝工具，或者其可以使用時間戳從輸入工藝測量數(shù)據(jù)23m的序列隱式地構(gòu)造某一批次。應(yīng)當(dāng)理解，即使該定義涉及相同的產(chǎn)品和/或技術(shù)，該定義對于不同的批次也可以是不同的。該定義存儲在工藝測量數(shù)據(jù)庫65中。

在工藝步驟期間或之后，收集工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m和任何相關(guān)聯(lián)的工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c(如果適用的話)的項，并且將鏈接到工藝步驟。工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c的項在步驟220收集，并且包括工藝步驟控制數(shù)據(jù)。

在步驟225中收集工藝步驟上下文數(shù)據(jù)23t的項，并且在步驟230中收集工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m的項。半導(dǎo)體工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m的另外的項可以從在圖1中未示出的制造過程中和之后使用的其他設(shè)備和工具獲得。工藝步驟上下文數(shù)據(jù)23t，工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c和工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m以及后工藝數(shù)據(jù)23p的另外的項從工藝模型67收集，且存儲在工藝測量數(shù)據(jù)庫65中，如流程圖中稍后的步驟250所示。

在步驟240中，工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m，工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c和工藝步驟上下文數(shù)據(jù)23t被連續(xù)地或分批地傳遞到處理器60。處理器60可以在步驟243中將工藝模型67應(yīng)用于工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m的一個或多個項目，如前所述。工藝模型67從工藝測量數(shù)據(jù)庫65檢索工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m，并且可以將其計算結(jié)果寫入工藝測量數(shù)據(jù)庫65。

在步驟245中，處理器60將工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m(以及從工藝模型67生成的后工藝數(shù)據(jù)23p的另外的項)，工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c和工藝步驟上下文數(shù)據(jù)23t關(guān)聯(lián)到一個或多個工藝步驟，并且在步驟250中，將工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m，工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c和工藝步驟上下文數(shù)據(jù)23t以及從工藝模型67生成的后工藝數(shù)據(jù)23p的另外的項存儲在工藝測量數(shù)據(jù)庫65中。應(yīng)當(dāng)理解，存儲步驟250實際上將在收集工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m期間發(fā)生。該關(guān)聯(lián)例如通過預(yù)編程處理器60以進(jìn)行關(guān)聯(lián)或者通過基于工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m和/或工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c的文件名進(jìn)行關(guān)聯(lián)來完成。此外，與工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m和/或工藝步驟控制數(shù)據(jù)23t一起接收的工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c中的數(shù)據(jù)項，可以用于進(jìn)行數(shù)據(jù)與工藝步驟的關(guān)聯(lián)。

在步驟260中，處理器60可以從工藝測量數(shù)據(jù)庫65檢索工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m，工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c和工藝步驟上下文數(shù)據(jù)23t，以在步驟270中執(zhí)行評估。處理器60還可以包括工藝模型67，其中所收集的工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m輸入至工藝模型67然后對工藝模型67建模。工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m然后還包括從工藝模型67導(dǎo)出的后工藝數(shù)據(jù)23p的另外的項。

在執(zhí)行評估步驟270之后，然后可以在步驟280中執(zhí)行多個動作。例如，可以重新加工曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12的一個層，或者僅使用最終半導(dǎo)體晶圓芯片的一部分，因為其余電子設(shè)備可能不合格。評估還可以使得使用前饋或反饋校正來修改一個或多個工藝步驟。

示例

示例：間接套刻測量

圖3示出了部分曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓300的多個層的示例。為了簡單，僅示出了半導(dǎo)體晶圓上的四個層310a-d。在此示例中，具有布置在不同層上的四個結(jié)構(gòu)320a-d，且其大致布置在彼此上面。四個層310a-d中的兩個或更多個具有套刻標(biāo)記，其使得能夠測量四個結(jié)構(gòu)320a-d中的某些之間的套刻，但不可能測量四個結(jié)構(gòu)中的第一個(最上面)320a和四個結(jié)構(gòu)中的第二個320b之間的套刻。這可能是因為沒有套刻標(biāo)記以直接測量第一結(jié)構(gòu)320a和第二結(jié)構(gòu)320b之間的沉積。

然而，在圖3示出的示例中，可能測量第二結(jié)構(gòu)320b和第三結(jié)構(gòu)320c之間、第三結(jié)構(gòu)320c和第四(最下面)結(jié)構(gòu)320d之間以及第一(最上面)結(jié)構(gòu)320a和第四(最下面)結(jié)構(gòu)320d之間的套刻。這些套刻測量在相同的區(qū)域?qū)嵤┎⑴c工藝步驟參數(shù)23一起被存儲在工藝測量數(shù)據(jù)庫65中。在此示例中工藝步驟參數(shù)23包括工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m以及工藝步驟上下文數(shù)據(jù)23t。在這種情況下，工藝步驟上下文數(shù)據(jù)23t將包括晶圓標(biāo)識符、批次標(biāo)識符和層號。

處理器60將能夠由存儲在工藝測量數(shù)據(jù)庫65中的工藝步驟參數(shù)23來計算第一結(jié)構(gòu)320a和第二結(jié)構(gòu)320b之間的套刻。處理器60將使用所存儲的套刻測量以及工藝流程知識來進(jìn)行此計算。在圖3所示出的最簡單版本中，所計算出的第一結(jié)構(gòu)320a和第二結(jié)構(gòu)320b之間的套刻測量lab將為：

lab＝lad-lbc-lcd

其中，lab是最上面的第一結(jié)構(gòu)320a和第二結(jié)構(gòu)320b之間的套刻，lbc是第二結(jié)構(gòu)320b和第三結(jié)構(gòu)320c之間的套刻，lcd是第三結(jié)構(gòu)320c和最下面的第四結(jié)構(gòu)320d之間的套刻以及l(fā)ad是最上面的第一結(jié)構(gòu)320a和最下面的第四結(jié)構(gòu)320d之間的套刻。

示例：重要性分析

圖4中示出了使用方法的進(jìn)一步示例，其中在半導(dǎo)體襯底410上具有多個層400a-g。而且這是半導(dǎo)體器件的簡化示例，實際中其還有很多層且還包括未在此圖上示出的結(jié)構(gòu)化特征。讓我們假設(shè)，發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體晶圓10中的某些具有區(qū)域，在這些區(qū)域中電測量指示這些區(qū)域中的微電子器件并未說明。

工藝測量數(shù)據(jù)庫65包括工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c且因此確定半導(dǎo)體制造工藝流程中是否具有任何相似性是可能的，其會導(dǎo)致特定位置處(例如，在晶圓邊緣處)的相似誤差，以及超出規(guī)格的微電子器件。例如，會發(fā)現(xiàn)，第二層400b和第五層400e的刻蝕步驟(其形成超出規(guī)格的微電子器件)通常在特定刻蝕室50中實行，然而，半導(dǎo)體晶圓中的其它晶圓尚未在此特定刻蝕室50中進(jìn)行處理。此信息可被用于測試更加廣泛的、已經(jīng)通過特定刻蝕室50的處理的半導(dǎo)體晶圓13。工藝步驟上下文數(shù)據(jù)23c的使用將使得能夠理解問題是否是關(guān)于工藝步驟的結(jié)果，即工藝步驟中的其它步驟將影響誤差的范圍。而且，可能使用該結(jié)構(gòu)以適合刻蝕室50中處理條件或使用信息來改變以前工藝步驟(反饋)中的曝光步驟的條件，因為相關(guān)工藝步驟參數(shù)23被存儲在工藝測量數(shù)據(jù)庫65中。

示例：偏離檢測

方法的進(jìn)一步應(yīng)用是對所謂的偏離檢測的評估，其中工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m中所測量的項中的某些偏離了工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m中的剩余項的期望值。這可參考曝光步驟進(jìn)行說明。如上面所討論的，曝光工具20提供工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m，所述工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m涉及-除其他項-用曝光工具20實施的工藝步驟的曝光區(qū)域和對準(zhǔn)，諸如旋轉(zhuǎn)抗蝕劑、曝光和顯影。

此公開的方法使得能夠檢查被曝光和顯影的半導(dǎo)體晶圓12中的每一個的工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m且能夠檢測工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m中的偏離以及識別相應(yīng)的工藝步驟。例如，對準(zhǔn)數(shù)據(jù)可用于通過識別這種偏離來檢測網(wǎng)格變形缺陷。

然后該方法使得能夠?qū)Π雽?dǎo)體制造工藝進(jìn)行校正測量。這些校正方法意味著重新加工受影響的層或?qū)υ诮?jīng)處理的半導(dǎo)體晶圓13的某部分上制造的器件實施詳細(xì)的電測量或物理測量，如下面所注釋的。

在另一方面，使用該方法和布置來審核任何問題并確定在哪一個工藝步驟中發(fā)生該問題是可能的，所述問題刻在半導(dǎo)體晶圓10的邊緣處發(fā)生。

已經(jīng)討論了關(guān)于平版印刷曝光步驟的示例，但刻利用此方法審核的其它工藝步驟包括但不限于刻蝕步驟、沉積和化學(xué)-機(jī)械平坦化。

此評估還可使得能夠改變工藝步驟，通過利用反饋來改變用于半導(dǎo)體晶圓10的其它晶圓的曝光工具20的工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c，從而最終的半導(dǎo)體芯片落入規(guī)格內(nèi)。如果存儲在工藝測量數(shù)據(jù)庫65中的工藝步驟測量數(shù)據(jù)23m指示工藝步驟中的一個或多個很可能導(dǎo)致最終的半導(dǎo)體芯片有問題，至少最終的半導(dǎo)體芯片的某些區(qū)域有問題，則使得評估能夠更加詳細(xì)地審核最終的半導(dǎo)體芯片的其它芯片。

示例：邊緣安置誤差

本公開的方法還可用于評估制造與金屬線530的觸點510中所用的工藝步驟，如圖5a-5c中所示，且因此確定并校正任何邊緣安置誤差。圖5a示出了理想的位置和大小，其中觸點510直接接觸金屬線530且觸點510和金屬線530之間完全套刻。這是理想情形。

在圖5b和5c中，虛線圓標(biāo)記520表示金屬線530上觸點510的理想位置，如圖5a中已知的?？煽吹?，在圖5b中，觸點510關(guān)于理想位置520具有套刻誤差且因此也與金屬線530有套刻誤差。圖5b還示出了觸點510的關(guān)鍵尺寸的誤差(即觸點510太小)。因此觸點510和金屬線530之間的套刻區(qū)域太小而沒有在觸點510和金屬線530之間給予充分的電連接。

另一方面，在圖5c中，金屬線530的寬度通常太寬，即金屬線530具有cd誤差，且觸點510關(guān)于金屬線530的套刻誤差與圖5b的是完全相同的，因為在此示例中觸點510沒有cd誤差。然而，在圖5c的示例中，觸點510和金屬線530的套準(zhǔn)區(qū)域?qū)τ诹己玫碾娺B接是足夠的。

此說明的方法允許審核導(dǎo)致邊緣安置誤差的、半導(dǎo)體制造工藝的工藝步驟并允許識別任何這種邊緣安置誤差的源頭。尤其是，制造觸點510結(jié)構(gòu)的工藝步驟以及制造金屬線530結(jié)構(gòu)的工藝步驟，包括觸點510和金屬線530的大小和位置都可以審核。評估使得被識別的工藝步驟能夠改變，以便利用反饋或前饋以修改制造步驟中曝光工具20的工藝步驟控制數(shù)據(jù)23c，從而最終的半導(dǎo)體芯片落入規(guī)格內(nèi)。

如果評估顯示半導(dǎo)體晶圓上光致抗蝕劑的圖案會在不正確的位置產(chǎn)生觸點510或具有不足夠的大小，則評估還刻允許重新加工任何層。

示例：工藝隔離

圖6a到6c示出了半導(dǎo)體晶圓600的示例，其包括覆蓋有硬掩膜620的硅層610。圖案630利用平版印刷工藝在涂有硬掩膜620的抗蝕劑表面創(chuàng)建。間隙壁材料640被沉積在硬掩膜620和圖案630上。間隙壁640的厚度容易測量?？涛g間隙壁層640和圖案630，留下如圖6b所示的間隙壁元件650。元件650之間的關(guān)鍵尺寸的測量難以測量。

在接下來的步驟中，刻蝕硬掩膜620，留下如圖6c所示的硬掩膜元件660。硬掩膜元件660之間的關(guān)鍵尺寸可以準(zhǔn)確測量。測量結(jié)果和相關(guān)聯(lián)的工藝步驟參數(shù)23一起已經(jīng)被存儲在工藝測量數(shù)據(jù)庫65中，且因此間隙壁元件650的關(guān)鍵尺寸可被評估以及間隙壁刻蝕工藝合格。

示例：關(guān)鍵尺寸仿真

圖7a和圖7b示出了利用圖7c方法在半導(dǎo)體晶圓700上創(chuàng)建階梯狀(stepcase)結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體晶圓包括多個層710，其需要被逐漸刻蝕掉以創(chuàng)建階梯狀結(jié)構(gòu)。在圖7示出的示例中，為了簡單僅示出了兩個步驟，但應(yīng)理解，可具有大量的步驟，例如15個步驟。

在層710的上面創(chuàng)建掩膜730。cd1是半導(dǎo)體晶圓700的邊緣和掩膜的邊緣之間的關(guān)鍵尺寸。在第一步驟750中，掩膜730的一部分被修剪或移除，例如20nm，如圖7a所示。第一關(guān)鍵尺寸cd1的值在步驟755被測量并存儲在工藝測量數(shù)據(jù)庫65中。層中最上面的層在如所示的步驟760被刻蝕掉。在接下來的步驟765中，掩膜730的進(jìn)一步的部分被修剪，如圖7b所示，且第二關(guān)鍵尺寸cd2在步驟770中被測量并存儲在工藝測量數(shù)據(jù)庫65中。應(yīng)清楚的是，第二關(guān)鍵尺寸cd2的值將取決于cd1。最上面層710、720的接下來的層在步驟775中被刻蝕掉。

現(xiàn)在猜測，發(fā)現(xiàn)在步驟755中測量的cd1的值不同于期望的值，例如是22nm而不是20nm。本公開的系統(tǒng)和方法使得能夠利用前饋步驟790的替代設(shè)置進(jìn)行仿真來預(yù)測在步驟770中測量的第二關(guān)鍵尺寸cd2。在此示例中，前饋步驟790稍微修改步驟765的修剪，使得第二關(guān)鍵尺寸cd2與期望值相對應(yīng)。這刻利用工藝模型67中適當(dāng)?shù)囊粋€且由存儲在數(shù)據(jù)庫中的工藝步驟參數(shù)23來完成。

應(yīng)理解的是，步驟750到790可以按需要重復(fù)許多次以創(chuàng)建階梯結(jié)構(gòu)。

為了例示和說明的目的已經(jīng)呈現(xiàn)了本發(fā)明的優(yōu)選實施例的前述說明。并不意圖窮盡或限制本發(fā)明為所公開的精確形式，且安置前面的教導(dǎo)修改和變化是可能的或可由本發(fā)明的實踐獲得修改和變化。選擇并描述實施例以解釋本發(fā)明的原理及其實際應(yīng)用以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在不同實施例中利用本發(fā)明為適于所考慮的特定使用。意圖將本發(fā)明的范圍用其附屬的權(quán)利要求及其等同物進(jìn)行限定。前述文檔的每一個的整體都通過引用并入本文中。

附圖標(biāo)記

1制造組件

10半導(dǎo)體晶圓

11曝光的半導(dǎo)體晶圓

12曝光并顯影的半導(dǎo)體晶圓

13經(jīng)處理的半導(dǎo)體晶圓

20曝光工具

21裝載端口

22襯底支架

23工藝步驟參數(shù)

23c工藝步驟測量數(shù)據(jù)

23p后處理數(shù)據(jù)

23t工藝步驟上下文數(shù)據(jù)

24光源

25投影系統(tǒng)

26投影光學(xué)系統(tǒng)

27測量傳感器

28光掩膜

29卸載端口

30曝光控制器

40顯影單元

50刻蝕室

55沉積室

60處理器

65工藝測量數(shù)據(jù)庫

67工藝模型

310a-d層

320a-d結(jié)構(gòu)

400a-g多個層

410襯底

510觸點

520理想位置

530金屬線