專利名稱:用以動(dòng)態(tài)控制特征尺寸的整合式光學(xué)量測(cè)與微影制程系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種微影制程,特別是涉及一種在集成電路制程中進(jìn)行光阻烘烤及顯影的處理方法,此處理方法包括整合溫度控制裝置以及光學(xué)量測(cè)系統(tǒng),藉由動(dòng)態(tài)且即時(shí)的方式來(lái)調(diào)整光阻的烘烤制程,以改善微影制程中的特征尺寸(critical-dimension,CD)以及控制該特征尺寸的均勻度,以增加晶圓的產(chǎn)能。
背景技術(shù):
由于半導(dǎo)體元件的快速發(fā)展,半導(dǎo)體元件的尺寸持續(xù)微縮,使得半導(dǎo)體的晶片尺寸越來(lái)越小,并且有效地提高半導(dǎo)體元件的密度。在半導(dǎo)體尺寸持續(xù)朝向微縮以及高密度發(fā)展之際,限制的因素逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾枰岣呶⒂皥D案化制程的準(zhǔn)確度以及對(duì)圖案的解析能力。習(xí)知的微影制程中,利用各種方法來(lái)改善光阻的特征尺寸,并且試圖提高晶圓的內(nèi)特征尺寸的均勻度。
傳統(tǒng)上,先將光阻層涂布于晶圓的處理表面上,接著利用光罩對(duì)光阻曝光,然后使用曝光后的烘烤(Post-exposure Bake,PEB)制程來(lái)改變光阻的物理特性,此特性包括使光阻產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),以于后續(xù)的顯影制程中使一部分的光阻具有可溶解性。而PEB制程的溫度以及時(shí)間對(duì)于后續(xù)顯影所形成的光阻輪廓的特征尺寸的控制相當(dāng)重要。其中溫度必須控制在0.1℃之內(nèi),以避免使后續(xù)顯影形成的光阻特征尺寸產(chǎn)生變異,而造成電路上的缺陷。
隨著半導(dǎo)體元件的特征尺寸縮小至100奈米以下,在光阻輪廓上所形成的較小奈米級(jí)尺寸的變化量將會(huì)對(duì)特征尺寸造成相當(dāng)明顯的影響,使特征尺寸產(chǎn)生錯(cuò)誤。舉例來(lái)說(shuō),在半導(dǎo)體制程中,用于定義特征尺寸的兩個(gè)參數(shù)-偏移量(Bias)以及容許誤差(Tolerance)容易受到影響。其中特征尺寸的偏移量是指圖案化的光阻影像與光罩影像兩者之間橫向尺寸的差異。另外,特征尺寸的容許誤差是指特征尺寸的偏移量(例如3個(gè)Sigma)的統(tǒng)計(jì)分布情況,用來(lái)表示圖案的均勻度。例如,蝕刻多晶硅的閘極結(jié)構(gòu)時(shí),閘極長(zhǎng)度用于決定晶體管的通道長(zhǎng)度以及電氣特性,而通道長(zhǎng)度以及電氣特性在閘極的制造過(guò)程中對(duì)閘極的特征尺寸的均勻性相當(dāng)重要。不夠均勻的光阻圖案將對(duì)集成電路的制程以及可靠度造成不利的影響,例如晶圓內(nèi)所形成的不良特征尺寸將會(huì)在微影制程中重復(fù)地出現(xiàn),因而降低晶圓的產(chǎn)能并且增加制造成本。
習(xí)知技術(shù)中,完成光阻顯影之后,利用掃描式電子顯微鏡(SEM)或是穿隧式電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行顯影后檢查(After Development Inspection,ADI)制程。例如,使用SEM檢測(cè)來(lái)取得表面的特征尺寸資料,但是無(wú)法獲得顯影之后的光阻圖案的輪廓。另一種使用TEM的狀況是以含有光阻圖案的輪廓(橫斷面)當(dāng)作樣本,以確定光阻圖案在完成PEB或是顯影制程之后是否符合需求,但是這種方式相當(dāng)費(fèi)時(shí)而且是一種破壞性的檢測(cè)方式。
習(xí)知技術(shù)的另一個(gè)缺點(diǎn)是,當(dāng)PEB制程無(wú)法達(dá)到較佳的效率時(shí),需要耗費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間重新校正以及調(diào)整加熱板來(lái)改變PEB制程的溫度,而經(jīng)常要使用試誤法來(lái)校正,相當(dāng)費(fèi)時(shí)。晶圓的產(chǎn)出制程經(jīng)常會(huì)因?yàn)檎{(diào)整PEB制程溫度而必須中斷,直至調(diào)整到可接受的光阻特征尺寸為止。不幸地,許多的變動(dòng)因素使得之前已經(jīng)決定好的PEB制程溫度無(wú)法制造出可被接受的特征尺寸,這些變動(dòng)因素包括環(huán)境的變數(shù)、硬件設(shè)備的變數(shù)、以及特定電路的線寬與間距的特定因素。因此,為了達(dá)到可接受的光阻圖案的特征尺寸,經(jīng)常需要投入相當(dāng)多的時(shí)間以及成本來(lái)對(duì)晶圓進(jìn)行重工制程。
由此可見,上述現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件的微影制程在制造方法與使用上,顯然仍存在有不便與缺陷,而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件的微影制程存在的問題,相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來(lái)謀求解決之道,但長(zhǎng)久以來(lái)一直未見適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完成,而一般產(chǎn)品又沒有適切的結(jié)構(gòu)能夠解決上述問題,此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲解決的問題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種集成電路的制程,用以改善光阻量測(cè)技術(shù),以及一種調(diào)整微影制程變數(shù)的方法,以快速且正確地決定晶圓的光阻圖案輪廓,并且藉由調(diào)整微影制程變數(shù)來(lái)改善特征尺寸以及晶圓內(nèi)特征尺寸的均勻性,便成了當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。
有鑒于上述現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件的微影制程存在的缺陷,本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識(shí),并配合學(xué)理的運(yùn)用,積極加以研究創(chuàng)新,以期創(chuàng)設(shè)一種新的用以動(dòng)態(tài)控制特征尺寸的整合式光學(xué)量測(cè)與微影制程的裝置及其方法,能夠改進(jìn)一般現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件的微影制程,使其更具有實(shí)用性。經(jīng)過(guò)不斷的研究、設(shè)計(jì),并經(jīng)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后,終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價(jià)值的本發(fā)明。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于,提供一種集成電路的制程,用以改善光阻量測(cè)技術(shù),并利用調(diào)整微影制程變數(shù),以快速且正確地決定晶圓的光阻圖案輪廓,并且藉由調(diào)整微影制程變數(shù)來(lái)改善特征尺寸以及晶圓內(nèi)特征尺寸的均勻性,以提高晶圓的產(chǎn)出量,并且克服習(xí)知技術(shù)中其他的缺點(diǎn)。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),設(shè)有整合的光學(xué)量測(cè)系統(tǒng),該微影制程系統(tǒng)至少包括一設(shè)有加熱制程的微影制程裝置,以于制程晶圓上形成一圖案化光阻層,其中該加熱制程設(shè)有一加熱板且該加熱板包括復(fù)數(shù)個(gè)可控制的溫度加熱區(qū),使該加熱制程根據(jù)一第一溫度曲線進(jìn)行加熱步驟;一收集裝置,用以產(chǎn)生并且收集來(lái)自該圖案化光阻層的散射光線;一處理裝置,用以處理該散射光線,以獲得含有該圖案化光阻層特征尺寸的3D資訊;一決定裝置,用以決定執(zhí)行該加熱制程所需要的一第二溫度曲線,以使一第二制程晶圓上的第二光阻圖案達(dá)到預(yù)定的第二光阻圖案特征尺寸;以及一通訊裝置,用以傳送該第二溫度曲線至該可控制的溫度加熱區(qū),使該加熱制程根據(jù)該第二溫度曲線對(duì)該第二光阻圖案進(jìn)行加熱。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其中所述的加熱制程、該收集裝置、該處理裝置、該決定裝置以及該通訊裝置根據(jù)一預(yù)定的程式化指令與一控制器互相通訊。
前述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其更包括一輻射能量曝光裝置,經(jīng)由一光罩對(duì)第一光阻層進(jìn)行曝光,以形成該圖案化光阻層;一曝光后的烘烤(PEB)裝置,包括該加熱制程;以及一顯影裝置,根據(jù)一顯影程序?qū)υ摰谝还庾鑼舆M(jìn)行顯影,以形成該圖案化光阻層。
前述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其中所述的收集裝置至少包括一光源裝置,利用光線偵測(cè)該圖案化光阻層的選定區(qū)域;以及復(fù)數(shù)個(gè)偵測(cè)裝置,用以檢測(cè)并且儲(chǔ)存來(lái)自該圖案化光阻層的散射光線,并且產(chǎn)生一散射的光譜。
前述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其中所述的選定區(qū)域的直徑至少大于10微米。
前述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其中所述的收集裝置至少包括使用分光計(jì),且該分光計(jì)為反射式光度計(jì)或是橢圓測(cè)厚儀。
前述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其中所述的圖案化光阻層至少包括用于形成繞射欄柵的校正圖案。
前述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其中所述的決定裝置至少包括一中斷裝置,當(dāng)該第一光阻圖案特征尺寸超出預(yù)定的容許誤差范圍之外,用以中斷該加熱步驟的生產(chǎn)制程;一啟動(dòng)裝置,用以啟動(dòng)該校正步驟,以獲得一模式函數(shù)關(guān)系;以及一恢復(fù)啟動(dòng)裝置,用以重新啟動(dòng)該制程晶圓的該生產(chǎn)制程,其中該決定裝置至少包括該模式函數(shù)關(guān)系。
前述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其中所述的可控制的溫度加熱區(qū)至少包括一加熱板,該加熱板設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)耦接于控制器的感測(cè)器以及加熱元件。
前述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其中所述的可控制的溫度加熱區(qū)是以該控制器根據(jù)程式化指令來(lái)選擇2D的參數(shù)資訊。
前述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其中所述的控制器耦接于該收集裝置,根據(jù)程式化指令,以產(chǎn)生收集該散射光線。
前述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其中所述的收集裝置至少包括一處理器,用以執(zhí)行程式化的指令。
前述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其更包括一顯示裝置,用以顯示該圖案化光阻層的特征尺寸。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。由以上可知,為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明提供了一種改善微影制程的良率以及產(chǎn)能的方法,主要包括下列步驟在第一制程晶圓上形成第一光阻層。接著加熱制程根據(jù)第一溫度曲線,于第一光阻層上形成第一光阻圖案,其中加熱制程包括復(fù)數(shù)個(gè)可控制的溫度加熱區(qū)。然后產(chǎn)生并且收集來(lái)自第一光阻圖案的散射光線。隨后處理散射光線,以獲得第一光阻圖案特征尺寸的3D資訊。接著決定執(zhí)行加熱制程所需要的第二溫度曲線,以取得第二光阻圖案特征尺寸,其中第二光阻圖案特征尺寸包括第二制程晶圓上的第二光阻圖案。最后加熱制程根據(jù)第二溫度曲線形成第二光阻圖案。
借由上述技術(shù)方案,本發(fā)明用以動(dòng)態(tài)控制特征尺寸的整合式光學(xué)量測(cè)與微影制程的裝置及其方法至少具有下列優(yōu)點(diǎn)可將ADI光學(xué)數(shù)位影像分析法輕易地整合至習(xí)知的微影制程中,并且提供與圖案化光阻相關(guān)的3D特征尺寸資訊,而且這些3D特征尺寸資訊的解析度優(yōu)于習(xí)知的2D特征尺寸資訊,例如來(lái)自SEM或是TEM的2D資訊。此外,利用ADI光學(xué)數(shù)位影像分析法獲得的3D特征尺寸是屬于非破壞性分析,并且可快速地與習(xí)知的SEM或是TEM作分析比較。ADI光學(xué)數(shù)位影像分析法在容許的時(shí)間范圍之內(nèi)利用較少的假設(shè)條件作晶圓的顯影后檢查(ADI)制程,以提高習(xí)知制程無(wú)法達(dá)到的良率。并且在PEB制程中將ADI光學(xué)數(shù)位影像分析法與可控制的加熱區(qū)的溫度互相整合,以于制程處理中即時(shí)地調(diào)整PEB制程的溫度,達(dá)到較佳的光阻特征尺寸,以增加制程產(chǎn)能以及良率。此外,藉由函數(shù)的關(guān)系來(lái)即時(shí)預(yù)測(cè)特征尺寸參數(shù),以回應(yīng)加熱板溫度的變化量,使得ADI光學(xué)數(shù)位影像分析法可以避免經(jīng)常性地校正每個(gè)加熱元件的絕對(duì)溫度,以增加制程的彈性,并且減少制程停工的次數(shù)。最重要的是整個(gè)制程均可容易地以自動(dòng)化方式進(jìn)行之,這些制程主要包括量產(chǎn)制程、校正步驟以及對(duì)環(huán)境參數(shù)或是制程條件的調(diào)整程序,以提高晶圓的產(chǎn)能以及良率。
綜上所述,本發(fā)明具有上述諸多優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值,其不論在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、方法或功能上皆有較大改進(jìn),在技術(shù)上有較大進(jìn)步,并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果,且較現(xiàn)有的半導(dǎo)體元件的微影制程具有增進(jìn)的多項(xiàng)功效,從而更加適于實(shí)用,并具有產(chǎn)業(yè)的廣泛利用價(jià)值,誠(chéng)為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。
上述說(shuō)明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述,為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段,而可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施,并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂,以下特舉較佳實(shí)施例,并配合附圖,詳細(xì)說(shuō)明如下。
圖1是繪示依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的微影制程的方塊圖。
圖2A是繪示依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有加熱元件的加熱板的上視圖。
圖2B是繪示依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的設(shè)有加熱區(qū)域的半導(dǎo)體晶圓表面的上視圖。
圖3A是繪示依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的具有光阻圖案以及偵測(cè)區(qū)域的半導(dǎo)體晶圓表面的上視圖。
圖3B是繪示依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中以光學(xué)量測(cè)具有光阻圖案的半導(dǎo)體晶圓表面的剖視圖。
圖4是繪示依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中,光阻圖案的特征尺寸平均變易量與加熱區(qū)溫度值兩者之間的關(guān)系圖。
圖5是繪示依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例以及制程方法流程圖。
1、2、3鄰接的區(qū)域12A光阻旋涂裝置12C曝光后的烘烤(PEB)裝置 15A、15B晶圓供應(yīng)裝置18控制器 22加熱板30制程晶圓 32A、32B光阻線條42A基材 44圖案化光阻層11微影制程的路線 12B軟烤裝置12D顯影裝置 14曝光裝置16光學(xué)量測(cè)裝置 18A、18B、18C通訊線路22A、22B加熱元件 31A、31B、31C、31D加熱形狀38A、38B散射光線 42B覆蓋材質(zhì)層46、38C入射光具體實(shí)施方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效,以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例,對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的用以動(dòng)態(tài)控制特征尺寸的整合式光學(xué)量測(cè)與微影制程的系統(tǒng)其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、步驟、特征及其功效,詳細(xì)說(shuō)明如后。
雖然本發(fā)明的實(shí)施是以提高集成電路中圖案化光阻層特征尺寸的準(zhǔn)確性以及均勻性為例來(lái)作說(shuō)明,然而本發(fā)明亦適用于微機(jī)械(Micro-engineered Machine)的應(yīng)用領(lǐng)域,也適用于特征尺寸線寬小于0.25微米以下的光阻圖案,以利用該光阻圖案進(jìn)行后續(xù)的干蝕刻制程。
請(qǐng)參閱圖1所示,是繪示依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的微影制程的方塊圖,主要包括光阻旋涂裝置12A、軟烤裝置12B、曝光后的烘烤(PEB)裝置12C、顯影裝置12D以及沖洗/干燥裝置12E。箭號(hào)(例如11)表示微影制程的路線,這些制程路線包括將晶圓傳送至曝光裝置14(例如步進(jìn)機(jī)),以利用輻射能量來(lái)對(duì)光阻曝光,其中曝光裝置14設(shè)置于軟烤裝置12B的下游位置且于曝光后的烘烤裝置(PEB)12C的上游位置。晶圓供應(yīng)裝置(15A、15B)用于提供微影制程所要處理的晶圓并且安排晶圓的處理順序,而這些晶圓包括正在處理中的晶圓或是存放在緩沖區(qū)的晶圓(例如需要再作校正步驟的晶圓)。微影制程路線中的晶圓供應(yīng)裝置(15A、15B)連接于控制器18(例如通訊線路18C),用以自動(dòng)地整合微影制程,詳細(xì)的內(nèi)容如下所述。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中,光學(xué)量測(cè)裝置16設(shè)置于顯影裝置12D或是沖洗/干燥裝置12E之后,其中光學(xué)量測(cè)裝置16例如可為分光計(jì)(Spectrometer),用于收集由光阻散射出來(lái)的數(shù)位型式光譜。另一實(shí)施例中,光學(xué)量測(cè)裝置16可為習(xí)知技術(shù)中用以探測(cè)、檢視以及收集散射光線的分光計(jì),例如橢圓測(cè)厚儀(Ellipsometer)、反射式光度計(jì)(Reflectometer)。控制器18利用通訊線路18A連接于光學(xué)量測(cè)裝置16,其中控制器18例如可為一個(gè)或是數(shù)個(gè)專用處理器且設(shè)有儲(chǔ)存媒體,主要是根據(jù)演算法來(lái)處理數(shù)位訊號(hào),并且傳收控制器指令以及各個(gè)裝置的回應(yīng)訊號(hào)。然后依序接收、儲(chǔ)存以及處理收集到的光譜訊號(hào),以回應(yīng)控制指令。在一實(shí)施例中,控制器18嵌入于光學(xué)量測(cè)裝置16中,并且可使光學(xué)量測(cè)裝置16并入微影制程中。本發(fā)明所使用的通訊方式例如可為有線或是無(wú)線通訊,且以通訊線路18A表示。
根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例,控制器18與加熱裝置(12B、12C)之間的通訊傳輸是使用通訊線路18B。應(yīng)注意的是,亦可將多個(gè)加熱裝置連接于控制器18,以傳送溫度的狀態(tài)資訊,以回應(yīng)加熱區(qū)域的溫度設(shè)定指令。另一實(shí)施例中,加熱裝置(12B、12C)可為設(shè)有數(shù)個(gè)加熱元件的加熱板,其中加熱元件包括習(xí)知的加熱器以及感應(yīng)器,例如電阻式加熱器以及熱電耦或是具有一個(gè)或多個(gè)加熱元件的電阻式溫度感測(cè)器(Resistive Temperature Detector,RTD)??刂破?8根據(jù)程式化的指令來(lái)選擇數(shù)個(gè)加熱元件,以群集形成幾何加熱形狀,作為加熱板的加熱區(qū)。
請(qǐng)參閱圖2A所示,是繪示依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中設(shè)有加熱元件(22A、22B)的加熱板22的上視圖。其中加熱元件(22A、22B)的形狀涵蓋制程晶圓直徑范圍,例如在曝光后的烘烤(PEB)制程時(shí),將加熱板22與晶圓的背面接觸在一起。每個(gè)加熱元件(22A、22B)設(shè)有連接于控制器18的加熱器以及感應(yīng)器,加熱器以及感應(yīng)器例如可為電阻式加熱器以及熱電耦或是電阻式溫度感測(cè)器(RTD),以感測(cè)并且控制每個(gè)加熱元件的溫度。應(yīng)注意的是,將控制器的控制以及處理訊號(hào)的功能整合至光學(xué)量測(cè)裝置16中,而微影制程裝置(包括加熱裝置12B、12C)與光學(xué)量測(cè)裝置16之間的通訊以及控制功能是利用有線或是無(wú)線來(lái)達(dá)成,此處每個(gè)微影制程裝置設(shè)有控制以及通訊等功能的相關(guān)元件,其中控制以及通訊功能是依據(jù)上、下游的處理裝置的狀態(tài)以及處理之后的結(jié)果來(lái)控制整個(gè)微影制程的運(yùn)作。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例,選定數(shù)個(gè)加熱元件(22A、22B)來(lái)形成群集的幾何加熱形狀,以作為加熱板的加熱區(qū),如第2B圖所示的對(duì)應(yīng)于晶圓的加熱區(qū)域??刂破?8利用程式化指令來(lái)選擇對(duì)應(yīng)于晶圓加熱區(qū)域的幾何加熱形狀,以使不同數(shù)量的加熱元件群集成鄰接于加熱區(qū)的幾何形狀,且加熱區(qū)的加熱元件設(shè)置于加熱板上。
請(qǐng)參閱圖2B所示,進(jìn)行操作時(shí),以相對(duì)應(yīng)于加熱板加熱區(qū)的晶圓表面的選定區(qū)域(加熱區(qū)域)來(lái)偵測(cè)測(cè)試晶圓或是量產(chǎn)晶圓上的選定區(qū)域。應(yīng)注意的是,量產(chǎn)晶圓30的位置資訊為已知,且與加熱板加熱區(qū)互相關(guān)聯(lián)。舉例來(lái)說(shuō),在制程晶圓30上的區(qū)域,如圖所示,是對(duì)應(yīng)于加熱板上的加熱區(qū),特別是指在PEB裝置12C上進(jìn)行PEB制程的區(qū)域。例如具有同心圓的加熱形狀(31A、31B、31C、31D),以及細(xì)分成數(shù)個(gè)鄰接的區(qū)域(1、2、3)。
請(qǐng)繼續(xù)參閱圖1所示,晶圓在光阻旋涂裝置12A涂上光阻,接著在軟烤裝置12B進(jìn)行軟烤制程,以移除多余的溶劑,以增加光阻的穩(wěn)定性。然后將晶圓傳送至曝光裝置14(例如步進(jìn)機(jī)),以使光阻層通過(guò)光罩曝光形成晶圓上的晶粒區(qū)域。接著將晶圓傳送至微影制程的PEB裝置12C。隨后以對(duì)應(yīng)于每個(gè)加熱元件或是加熱區(qū)(其溫度例如可介于80℃至160℃)的預(yù)定溫度曲線,然后將晶圓傳送至顯影裝置12D。之后進(jìn)行顯影制程,以分解光阻上可溶解的材質(zhì),此材質(zhì)例如是正化學(xué)放大型光阻(Positive ChemicallyAmplified Resist),其中在光阻內(nèi)的光酸產(chǎn)生劑(Photo-acidgenerator,PAG)的酸質(zhì),于PEB制程中具有催化的作用,使可分解的材質(zhì)溶解在顯影溶液中。然后以沖洗/干燥裝置12E的去離子水來(lái)進(jìn)行沖洗以及干燥制程。
請(qǐng)參閱圖1所示,根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施態(tài)樣,將含有顯影光阻圖案的晶圓傳送至光學(xué)量測(cè)裝置16,利用入射光線偵測(cè)對(duì)應(yīng)于加熱區(qū)的光阻圖案的選定區(qū)域,以由光阻圖案散射出來(lái)的特定波長(zhǎng)范圍的光線來(lái)形成光譜。在較佳的實(shí)施中是同時(shí)收集所有的散射光線,例如使設(shè)具有二極體陣列的反射式光度計(jì)(Reflectometer)或是橢圓測(cè)厚儀(Ellipsometer)來(lái)收集這些散射的光線。
在一實(shí)施例中,將收集自光阻圖案的數(shù)位資料的散射光線光譜傳送至控制器18中作處理以及分析作業(yè),較佳實(shí)施例中,以專用的處理器執(zhí)行這些作業(yè)。然后執(zhí)行顯影后檢查(ADI)制程,以下稱為光學(xué)特征尺寸(Opticalcritical-dimension,OCD)分析法,使收集到的分光數(shù)位資料(光譜)轉(zhuǎn)換成3D的數(shù)位資訊,并且將對(duì)光阻圖案取樣所獲得的3D數(shù)位資訊表示為光阻圖案深度的函數(shù)。應(yīng)注意的是,控制器18可包括圖形顯示器或是分離式的圖形顯示器,并且利用圖形顯示軟件將光阻圖案的3D數(shù)位資訊轉(zhuǎn)換成與選定的參考座標(biāo)相關(guān)聯(lián)的圖形資料。在一實(shí)施例中,光學(xué)特征尺寸(OCD)分析法包括使用嚴(yán)格耦合波分析法(Rigorous Coupled Wave Analysis,RCWA)。
在一實(shí)施例中,利用PEB以及顯影步驟的微影制程,在具有圖案化的鄰接光阻線的晶圓上形成光阻欄柵(Resist Grating),其中光阻線條具有預(yù)定的線以及間距。接著收集散射自光阻欄柵的光譜,并且作繞射分析,較佳實(shí)施例中,利用嚴(yán)格耦合波分析法(RCWA),以適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件來(lái)解析系統(tǒng)微分方程式,而且在作嚴(yán)格耦合波分析法(RCWA)之前并未使用簡(jiǎn)化或是近似的假設(shè)條件,例如與邊界條件有關(guān)的假設(shè)條件。
請(qǐng)參閱圖3A所示,顯示利用微影制程在晶圓上形成光阻欄柵。光阻線條(32A、32B)具有預(yù)定的線寬以及間距。根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例,區(qū)域A對(duì)應(yīng)于來(lái)自入射光形成的偵測(cè)區(qū)域,例如區(qū)域A的面積約為50×50微米的A區(qū)域,較佳實(shí)施例中,A區(qū)域的面積至少大于10×10微米。相對(duì)地,區(qū)域B顯示習(xí)知技術(shù)中SEM的偵側(cè)區(qū)域,用于執(zhí)行ADI制程,以決定特征尺寸的變異量。舉例來(lái)說(shuō),SEM的偵測(cè)區(qū)域B約為1×1微米放大15000倍,相較于習(xí)知的SEM處理方法,本發(fā)明的ADI光學(xué)數(shù)位影像分析法所使用的表面?zhèn)蓽y(cè)區(qū)域A的比例至少大于2500∶1,且以大于100∶1為較佳。
此外,ADI光學(xué)數(shù)位影像分析法有效地提供有關(guān)于圖案化光阻層輪廓3D圖形資訊,譬如ADI光學(xué)數(shù)位影像分析法可決定光阻層或是上部區(qū)域的特征尺寸,類似于SEM分析方法,但是本發(fā)明的方法更包括以光阻層深度為函數(shù)的光阻層輪廓的資訊,例如是有關(guān)于顯影之后光阻層的側(cè)壁的特征尺寸資訊。
請(qǐng)參閱圖3B所示,是繪示依據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例中以光學(xué)量測(cè)法量測(cè)基材42A、覆蓋材質(zhì)層42B以及圖案化光阻層44的晶圓表面的剖視圖。來(lái)自分光計(jì)(Spectrometer)的探測(cè)光源形成的入射光(箭頭46所示)指向光阻層的探測(cè)區(qū),且與光阻層垂直表面形成入射角θ(例如介于0度至90度),改善以光阻層深度為函數(shù)的特征尺寸的解析度。其中,一部份的入射光線由表面散射出來(lái)(如圖中標(biāo)號(hào)38A),另一部份的入射光穿過(guò)光阻層后(如圖中標(biāo)號(hào)38C),形成可被偵測(cè)的散射光線38B。例如,利用習(xí)知的偵測(cè)器收集可被偵測(cè)的光線(38A、38B),同時(shí)收集含有不同波長(zhǎng)范圍的散射光線,其中習(xí)知的偵測(cè)器例如可為二極體陣列偵測(cè)器。根據(jù)光學(xué)數(shù)位影像分析法可決定曝露出的光阻層偵測(cè)表面的3D資訊,這些資訊包括特征尺寸的資料,例如是以光阻層深度為函數(shù)的寬度W1、W2等資料。
應(yīng)注意的是,本發(fā)明的實(shí)施例利用控制器18發(fā)出的指令來(lái)虛擬加熱板的加熱區(qū)所需要的加熱資料,例如使用資料庫(kù)軟件建構(gòu)這些加熱資料,使加熱元件(22A、22B)以及加熱器群集形成加熱區(qū)(例如1、31A等區(qū)域),而且加熱區(qū)的數(shù)量是由每個(gè)加熱元件的尺寸決定之。接著收集及儲(chǔ)存代表每個(gè)晶圓加熱區(qū)的光譜,例如儲(chǔ)存為經(jīng)過(guò)計(jì)算的CD參數(shù)值,這些參數(shù)值例如可為晶圓表面上選擇的量測(cè)點(diǎn)以及對(duì)應(yīng)于加熱區(qū)域的溫度的CD偏離值、CD容許誤差,以適用于特定晶圓的PEB制程。加熱區(qū)的溫度變化量與對(duì)應(yīng)于這些區(qū)域的特征尺寸變化量?jī)烧咧g的建構(gòu)模式是利用習(xí)知的統(tǒng)計(jì)方法來(lái)達(dá)成,例如使用函數(shù)適配法(Function Fitting Relationship),如線性或是非線性的最小平方分析法。
請(qǐng)參閱圖4所示,顯示本發(fā)明在PEB制程的加熱區(qū)的溫度變化量與對(duì)應(yīng)于這些區(qū)域的特征尺寸變化量?jī)烧咧g的建構(gòu)模式。繪制數(shù)個(gè)代表平均特征直徑(MCD)的資料點(diǎn)(B1、B2、B3)與PEB制程所使用的加熱區(qū)的圖示,其中是以ADI光學(xué)數(shù)位分析法來(lái)決定晶圓表面量測(cè)區(qū)域的平均特征直徑(MCD)。換言之,藉由函數(shù)適配法作內(nèi)插形成特征尺寸變化量小于1奈米與溫度變化小于0.2℃的光阻曲線輪廓A1。本發(fā)明的實(shí)施例亦可利用習(xí)知的線性或是非線性的最小平方分析法來(lái)決定A1曲線。此外,當(dāng)以光阻欄柵來(lái)建構(gòu)函數(shù)的關(guān)系時(shí),先在相同或是不同的晶圓上形成數(shù)個(gè)光阻欄柵。而且在PEB制程期間,加熱區(qū)元件的PEB溫度是以預(yù)定值作不同的變化,以獲得不同的溫度間距(Step),以改善加熱區(qū)的溫度曲線與特征尺寸參數(shù)兩者之間的函數(shù)關(guān)系。
在取得加熱區(qū)的溫度曲線與特征尺寸參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系之后,利用函數(shù)關(guān)系來(lái)決定所需要的溫度曲線,以于后續(xù)的PEB制程取得晶圓的特征尺寸參數(shù)。利用PEB以及顯影步驟等微影制程來(lái)形成光阻圖案,之后將晶圓傳送至光學(xué)量測(cè)裝置16,并且根據(jù)ADI光學(xué)數(shù)位影像分析法來(lái)處理收集到的散射光線,以取得特征尺寸的3D資訊參數(shù)(例如CD偏離值、CD容許誤差以及/或均勻度),主要包括光阻圖案的上表面以及側(cè)壁的相關(guān)參數(shù)。接著分析特征尺寸的曲線資訊,以決定該資訊與所需要的特征尺寸兩者之間變化量,主要是在晶圓進(jìn)行PEB制程時(shí),將上述的函數(shù)關(guān)系套用于特征尺寸曲線來(lái)決定加熱區(qū)的溫度曲線。
然后利用獲得的溫度曲線來(lái)與含有加熱元件的加熱板進(jìn)行通訊,以進(jìn)行下一個(gè)加熱制程。應(yīng)注意的是,ADI光學(xué)數(shù)位影像分析法以及在PEB裝置決定溫度曲線與加熱板之間的通訊可由自動(dòng)化的函數(shù)來(lái)達(dá)成,例如以控制器18執(zhí)行程式化的指令來(lái)與光學(xué)量測(cè)裝置16、PEB裝置12C以及微影制程裝置進(jìn)行通訊,且這些裝置含有選擇晶圓以及傳送晶圓的功能。
加熱元件的溫度與加熱區(qū)溫度兩者之間的第二函數(shù)關(guān)系的資料可用來(lái)取得所需要的加熱板溫度資訊,例如定期地利用習(xí)知的校正方法來(lái)控制加熱區(qū)的溫度。本發(fā)明整合式光學(xué)量測(cè)系統(tǒng)及量測(cè)方法,有效避免經(jīng)常性地校正每個(gè)加熱元件的絕對(duì)溫度,準(zhǔn)確地控制光阻層的特征尺寸。
由于光阻層特征尺寸與溫度之間的相對(duì)變化關(guān)系以函數(shù)關(guān)系表示之,所以并不需要獲得加熱區(qū)的絕對(duì)溫度值。為了快速地反應(yīng)出硬件設(shè)備、環(huán)境或是微影制程的變化程度,需要定期地關(guān)聯(lián)加熱區(qū)域的溫度變化量與光阻特征尺寸,以更新兩者之間的函數(shù)關(guān)系。此外,在進(jìn)行特定的生產(chǎn)制程之前,可先取得并儲(chǔ)存數(shù)個(gè)不同的函數(shù)關(guān)系,例如以數(shù)個(gè)不同的線寬、間距、密度的電路圖案形成的不同函數(shù)關(guān)系。此外,當(dāng)微影制程中的光阻成分、軟烤的溫度與時(shí)間、PEB制程的溫度與時(shí)間以及顯影制程等參數(shù)發(fā)生變化之后,需要不同的函數(shù)關(guān)系,上述的變化量均會(huì)影響光阻圖案的特征尺寸。
利用加熱區(qū)與光阻圖案特征尺寸之間的函數(shù)關(guān)系,在制程處理中即時(shí)地調(diào)整PEB制程參數(shù),以改善特征尺寸的參數(shù),以增加產(chǎn)能以及良率,減少因需要校正而停工的次數(shù),并且增加良率。在一實(shí)施例中,定期地對(duì)制造中的晶圓進(jìn)行ADI光學(xué)數(shù)位影像分析。較佳實(shí)施例中,以ADI光學(xué)數(shù)位影像分析法檢測(cè)晶圓,并且將選定的特征尺寸參數(shù)與函數(shù)關(guān)系作比較,以即時(shí)地獲知加熱元件的所需要的調(diào)整量,并且將調(diào)整量應(yīng)用在PEB制程的上游晶圓。因此,本發(fā)明即時(shí)地利用生產(chǎn)線上加熱區(qū)參數(shù)調(diào)整量,以快速地找出不佳的特征尺寸變異量并且加以修正,以取得較佳的特征尺寸參數(shù)。
此外,藉由自動(dòng)啟動(dòng)ADI光學(xué)數(shù)位影像分析法來(lái)規(guī)劃微影制程的路線,以決定超出預(yù)定的容許誤差范圍之外的光阻特征尺寸參數(shù)。一旦產(chǎn)生不佳的特征尺寸參數(shù),微影裝置根據(jù)程式化的指令切換至處理測(cè)試晶圓的模式,以執(zhí)行上述的光阻欄柵的校正步驟,以形成另一個(gè)新的函數(shù)關(guān)系。當(dāng)獲得新的函數(shù)關(guān)系之后,將微影裝置的制程再切回量產(chǎn)晶圓的模式。應(yīng)注意的是,上述整個(gè)制程包括ADI光學(xué)數(shù)位影像分析步驟、因校正需求而產(chǎn)生中斷、以及重新啟動(dòng)量產(chǎn)制程等。
請(qǐng)參閱圖5所示,繪示依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例以及制程方法的流程圖。在步驟501中,于PEB制程中的晶圓上形成光阻圖案,其中加熱板包括數(shù)個(gè)可選擇的溫度控制加熱區(qū)。接著在步驟503中,收集并且儲(chǔ)存來(lái)自PEB加熱板上光阻圖案區(qū)域所散射出來(lái)的光譜,且加熱板上的加熱區(qū)用于加熱光阻層。在步驟505中,處理散射出來(lái)的光譜,以獲得3D光阻圖案的特征尺寸資訊,這些資訊包括光阻圖案的上表面以及側(cè)壁的等相關(guān)參數(shù)。在步驟507中,決定數(shù)個(gè)可控制的加熱區(qū)的溫度,以取得溫度曲線,以獲得制程上游晶圓所需要的特征尺寸參數(shù)。然后在步驟509中,于可控制的加熱區(qū)以及PEB制程的晶圓上產(chǎn)生需要的溫度參數(shù)。之后對(duì)晶圓重復(fù)執(zhí)行如箭號(hào)511所指示的步驟503-509。
根據(jù)上述,本發(fā)明的實(shí)施例提出一種整合式光學(xué)量測(cè)與微影制程的裝置及其方法,主要是整合微影制程以ADI光學(xué)數(shù)位影像分析法,以改善光阻的特征尺寸參數(shù)以及晶圓的產(chǎn)能與良率。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可將ADI光學(xué)數(shù)位影像分析法輕易地整合至習(xí)知的微影制程中,并且提供與圖案化光阻相關(guān)的3D特征尺寸資訊,而且這些3D特征尺寸資訊的解析度優(yōu)于習(xí)知的2D特征尺寸資訊,例如來(lái)自SEM或是TEM的2D資訊。此外,利用ADI光學(xué)數(shù)位影像分析法獲得的3D特征尺寸是屬于非破壞性分析,并且可快速地與習(xí)知的SEM或是TEM作分析比較。ADI光學(xué)數(shù)位影像分析法在容許的時(shí)間范圍之內(nèi)利用較少的假設(shè)條件作晶圓的顯影后檢查(ADI)制程,以提高習(xí)知制程無(wú)法達(dá)到的良率。并且在PEB制程中將ADI光學(xué)數(shù)位影像分析法與可控制的加熱區(qū)的溫度互相整合,以于制程處理中即時(shí)地調(diào)整PEB制程的溫度,達(dá)到較佳的光阻特征尺寸,以增加制程產(chǎn)能以及良率。此外,藉由函數(shù)的關(guān)系來(lái)即時(shí)預(yù)測(cè)特征尺寸參數(shù),以回應(yīng)加熱板溫度的變化量,使得ADI光學(xué)數(shù)位影像分析法可以避免經(jīng)常性地校正每個(gè)加熱元件的絕對(duì)溫度,以增加制程的彈性,并且減少制程停工的次數(shù)。最重要的是整個(gè)制程均可容易地以自動(dòng)化方式進(jìn)行之,這些制程主要包括量產(chǎn)制程、校正步驟以及對(duì)環(huán)境參數(shù)或是制程條件的調(diào)整程序,以提高晶圓的產(chǎn)能以及良率。
以上所述,僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已,并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制,雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上,然而并非用以限定本發(fā)明,任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi),當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例,但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容,依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾,均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),設(shè)有整合的光學(xué)量測(cè)系統(tǒng),其特征在于其至少包括一設(shè)有加熱制程的微影制程裝置,以于制程晶圓上形成一圖案化光阻層,其中該加熱制程設(shè)有一加熱板且該加熱板包括復(fù)數(shù)個(gè)可控制的溫度加熱區(qū),使該加熱制程根據(jù)一第一溫度曲線進(jìn)行加熱步驟;一收集裝置,用以產(chǎn)生并且收集來(lái)自該圖案化光阻層的散射光線;一處理裝置,用以處理該散射光線,以獲得含有該圖案化光阻層特征尺寸的3D資訊;一決定裝置,用以決定執(zhí)行該加熱制程所需要的一第二溫度曲線,以使一第二制程晶圓上的第二光阻圖案達(dá)到預(yù)定的第二光阻圖案特征尺寸;以及一通訊裝置,用以傳送該第二溫度曲線至該可控制的溫度加熱區(qū),使該加熱制程根據(jù)該第二溫度曲線對(duì)該第二光阻圖案進(jìn)行加熱。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其特征在于其中所述的加熱制程、該收集裝置、該處理裝置、該決定裝置以及該通訊裝置根據(jù)一預(yù)定的程式化指令與一控制器互相通訊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其特征在于其更包括一輻射能量曝光裝置,經(jīng)由一光罩對(duì)第一光阻層進(jìn)行曝光,以形成該圖案化光阻層;一曝光后的烘烤(PEB)裝置,包括該加熱制程;以及一顯影裝置,根據(jù)一顯影程序?qū)υ摰谝还庾鑼舆M(jìn)行顯影,以形成該圖案化光阻層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其特征在于其中所述的收集裝置至少包括一光源裝置,利用光線偵測(cè)該圖案化光阻層的選定區(qū)域;以及復(fù)數(shù)個(gè)偵測(cè)裝置,用以檢測(cè)并且儲(chǔ)存來(lái)自該圖案化光阻層的散射光線,并且產(chǎn)生一散射的光譜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其特征在于其中所述的選定區(qū)域的直徑至少大于10微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其特征在于其中所述的收集裝置至少包括使用分光計(jì),且該分光計(jì)為反射式光度計(jì)或是橢圓測(cè)厚儀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其特征在于其中所述的圖案化光阻層至少包括用于形成繞射欄柵的校正圖案。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其特征在于其中所述的決定裝置至少包括一中斷裝置,當(dāng)該第一光阻圖案特征尺寸超出預(yù)定的容許誤差范圍之外,用以中斷該加熱步驟的生產(chǎn)制程;一啟動(dòng)裝置,用以啟動(dòng)該校正步驟,以獲得一模式函數(shù)關(guān)系;以及一恢復(fù)啟動(dòng)裝置,用以重新啟動(dòng)該制程晶圓的該生產(chǎn)制程,其中該決定裝置至少包括該模式函數(shù)關(guān)系。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其特征在于其中所述的可控制的溫度加熱區(qū)至少包括一加熱板,該加熱板設(shè)有復(fù)數(shù)個(gè)耦接于控制器的感測(cè)器以及加熱元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其特征在于其中所述的可控制的溫度加熱區(qū)是以該控制器根據(jù)程式化指令來(lái)選擇2D的參數(shù)資訊。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其特征在于其中所述的控制器耦接于該收集裝置,根據(jù)程式化指令,以產(chǎn)生收集該散射光線。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其特征在于其中所述的收集裝置至少包括一處理器,用以執(zhí)行程式化的指令。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的適用于半導(dǎo)體裝置的微影制程系統(tǒng),其特征在于其更包括一顯示裝置,用以顯示該圖案化光阻層的特征尺寸。
全文摘要
本發(fā)明提供一種改善微影制程的良率以及產(chǎn)能的方法,主要包括下列步驟在第一制程晶圓上形成第一光阻層。接著加熱制程根據(jù)第一溫度曲線,于第一光阻層上形成第一光阻圖案,其中加熱制程包括復(fù)數(shù)個(gè)可控制的溫度加熱區(qū)。然后產(chǎn)生并且收集來(lái)自第一光阻圖案的散射光線。隨后處理散射光線,以獲得第一光阻圖案特征尺寸的3D資訊。接著決定執(zhí)行加熱制程所需要的第二溫度曲線,以取得第二光阻圖案特征尺寸,其中第二光阻圖案特征尺寸包括第二制程晶圓上的第二光阻圖案。最后加熱制程根據(jù)第二溫度曲線形成第二光阻圖案。
文檔編號(hào)H01L21/027GK1841205SQ200610066510
公開日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2006年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月2日
發(fā)明者柯志明, 游信勝, 王育溪, 高蔡勝, 黃得智 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司