专利名称：半导体产品的关键尺寸控制方法
技术领域：
本发明是有关于半导体制造领域，且特别是有关于控制半导体晶圆(wafer)上特征的关键尺寸(critical dimension，以下简称CD)的集成电路度量(integrated circuit metrology)方法。
背景技术：
随着半导体制造作业的进步，目前的半导体代工设计规则能够让超大规模集成电路(Ultra Large-Scale Integration，简称ULSI)能处理微米以下的特征，实现更快的晶体管及电路速度、以及更高的可信度(reliability)。为了要确保装置符合期望中的大小，例如，要确保装置彼此间没有不当重迭或互动，设计规则定义如装置与互连线的容许距离以及线的宽度等等规则。此设计规则限制经常会定义线及空间尺寸的较要范围，例如制造装置中允许的线的宽度或二条线之间的空间。
屡见不鲜地，尺寸上的错误表示在半导体制程关键部分上有某些不稳定。尺寸上的错误可能是任何来源造成的，例如光学(例如在光蚀刻(photolithography)系统上透镜弯曲或像差(aberration))、机械、或化学(上光阻(coating)或防反射光阻(anti-reflection coating)厚度不均)等来源。在一实例中，用来对晶圆(wafer)投影图案(pattern)的微影机器(lithographymachine)，可能因为提供错误的能量(例如曝光的辐射)而造成尺寸错误。因此，需要对能量大小作适当的控制，以确保尺寸能遵照预定规格。
在阅读以下的详细说明后，由于上述及其它理由，很显然需要一种改良半导体产品的关键尺寸控制方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在提供控制半导体产品的关键尺寸方法。
基于上述目的，本发明提供一种半导体产品关键尺寸的控制方法，用以在小体积高准确度半导体产品的制造流程中，控制一半导体处理操作过程中一半导体产品的多数关键尺寸。上述半导体处理操作过程中要求一所需能量值以实现上述多数关键尺寸。首先，测量先前形成在上述产品上的一关键尺寸。根据上述半导体处理操作的一所需关键尺寸及上述测量的关键尺寸计算一第一能量值。根据计算出的上述第一能量值以及先前取得的一所需能量以获得上述所需能量值。上述先前取得的所需能量对应在上述制造流程中执行在一先前产品上的上述半导体处理操作。
本发明所述半导体产品的关键尺寸控制方法，计算上述第一能量值的步骤更包含求得以下算式的结果(一作为标的的关键尺寸-测得的关键尺寸数据的一平均数)×一关键尺寸控制器提供的一关键尺寸斜率。
本发明所述半导体产品的关键尺寸控制方法，上述产品是一半导体晶圆，而上述先前产品是执行上述半导体处理操作的同一系统所立即处理的一半导体晶圆。
本发明所述半导体产品的关键尺寸控制方法，获得的上述所需能量值也取决于上述产品的比重。
另外，本发明还提供一种半导体产品关键尺寸的控制方法，用以控制一制造流程中一半导体处理操作期间一半导体产品的多数关键尺寸。上述半导体处理操作期间要求一新的校正能量值以实现上述多数关键尺寸。根据一微影系统提供一工具率。根据上述微影系统的一第一预定能量值及上述产品的第二预定能量值以获得一能量数字。根据多数元素，上述多数元素包含上述工具率、上述能量数字、以及一所需能量值，提供一新的校正能量。上述所需能量值取决于计算出的一第一能量值以及先前取得的一所需能量，上述先前取得的所需能量对应在上述制造流程中执行在一先前产品上的上述半导体处理操作。
本发明所述半导体产品的关键尺寸控制方法，上述能量数字等于上述第一预定能量值及上述第二预定能量值的和。
本发明所述半导体产品的关键尺寸控制方法，上述产品是一半导体晶圆，而上述先前产品是执行上述半导体处理操作的同一系统先前处理的一半导体晶圆。
本发明所述半导体产品的关键尺寸控制方法，上述提供步骤包含下列计算上述新的校正能量＝上述所需能量值-(上述第一预定能量值+上述第二预定能量值)×上述工具率，其中上述工具率取决于多数微影处理工具的效能。
另外，本发明还提供一种半导体产品关键尺寸的控制方法，用以在一制造流程中，控制一半导体处理操作期间多数小体积高准确度半导体产品的多数关键尺寸。上述半导体处理操作过程中要求一新的校正能量值以实现上述多数关键尺寸。测量先前形成在一产品上的一关键尺寸。获得上述产品的一所需能量值，其中上述所需能量值取决于计算出的一第一能量值以及先前取得的一所需能量，上述先前取得的所需能量对应在上述制造流程中执行在一先前产品上的上述半导体处理操作。提供一累积误差，上述累积误差为介于作为标的的关键尺寸及测得的关键尺寸数据平均数之间的误差。根据多数元素计算一新的校正能量，上述多数元素包含上述所需能量值，及根据一微影系统计算出一工具率。
本发明所述半导体产品的关键尺寸控制方法，上述提供步骤更包含利用一动态三维矩阵。
本发明所述半导体产品的关键尺寸控制方法，上述提供步骤更包含获得一新工具率。
本发明所述半导体产品的关键尺寸控制方法，上述计算步骤更包含求得下列算式上述新的校正能量＝上述所需能量值-(一微影系统的一第一预定能量值+一产品的一第二预定能量值)×上述工具率。
本发明的效果在于对能量大小作适当的控制，以确保尺寸能遵照预定规格。
图1显示根据本发明一实施例简化的微影系统。
图2显示根据本发明一实施例关键尺寸(critical dimension，简称CD)控制器的处理流程。
图3显示根据本发明一实施例关键尺寸控制器提供的方法。
具体实施例方式
本发明是有关于半导体制造领域，且特别有关于控制半导体晶圆上特征的关键尺寸的集成电路度量控制方法。
为了使本发明被了解，现在将参照实施例、或实例、以图标或特定语言描述。然而，需要了解的是，然而其并非用以限定本发明的范围。熟习本发明相关领域的人士可轻易地对实施例作变更或修改，并应用本发明的原则。
参照图1，其中显示根据本发明一实施例一简化的微影系统100。在此实施例中，微影系统100可以包含一个或一个以上的晶圆102、一贯式(inline)处理系统108及110(可以包含习知的扫描仪及其它微影机)、度量系统112及114(可以是习知的任何适用的机器，例如关键尺寸扫描电子显微镜(CD-scanning electronmicroscope，简称CD-SEM))以及关键尺寸控制器116。在此实例中，关键尺寸控制器116是用以透过产批对产批处理(run-to-run process)，利用回馈机制及演算法控制图案关键尺寸的硬件/软件系统。可以设计关键尺寸控制器116为小体积(low-Volume)高品质(high-quality)的半导体装置。然而，需要了解的是关键尺寸控制器116也可以用在其它环境中。关键尺寸控制器116可以包含软件程序，例如C、C++、Java或其它程序以实作程序200，将参照图2说明。
参照图2，其中显示根据本发明实施例的关键尺寸控制器116执行的程序200。在本实施例中，程序200可以包含二个方法一贯式流程方法202以及度量方法204。
在其中一实施例中，一贯式处理系统110及/或关键尺寸控制器116(图1)执行一贯式流程方法202。对处理系统110产生一请求以提供适当的处理操作，例如一预定的曝光能量值。在响应时，关键尺寸控制器116可以根据本发明的方法及算法计算能量值。在其中一实例中，能量的适当量可以如下式计算能量值＝(内定能量+标线片能量)×工具比+校正值 (1)内定能量(DefaultEnergy)是系统100的曝光能量预定值(曝光剂量、能量、或剂量)，例如由工具提供所支持的最好方法。
标线片能量(Reticle Energy)是处理产品及使用标线片的曝光能量预定值。它可以由产品识别码或标线片识别码的组合来决定。在一实例中，标线片能量可以从如下的表格取得
表格1标线片识别码指向特定的标线片(reticle)例如光罩(photomask)或遮罩(mask)。产品识别码指向制造的特定产品。
工具比是由不同一贯式处理工具的效能决定的值。在一实例中，工具比可以从如下的表格2取得
表格2设备识别码用以识别一特定光蚀刻设备。线距识别码用以识别特定图案特征。支术用以识别一特定半导体处理(例如13微米逻辑)。工具比是结合于(从设备ID)被识别出来的设备的一值。
校正值代表一补偿能量值。在一实例中，校正值可以由以下的表格3取得
表格3遮罩等级代表在一半导体晶圆中以一对应遮罩产生图案的一结构层。
如参照图3及度量方法204所将说明的，在提供回馈至关键尺寸控制器116后，将修改例如标线片能量、工具比、校正值等上述参数中的某些参数。
参照图3，根据本发明的一实施例，关键尺寸控制器116提供的度量方法204以步骤206为始，其中关键尺寸控制器116计算所需能量。在一实施例中，上述步骤206，关键尺寸控制器116根据二公式计算所需能量。第一，可以如下方式计算调整后的能量调整后的能量＝(关键尺寸标的-关键尺寸平均数)×关键尺寸斜率 (2)“关键尺寸标的(CD target)”可以代表晶圆的目标关键尺寸。在一实例中，0.13微米的半导体产品可以包含0.13微米的关键尺寸。
“关键尺寸平均数(CD mean)”可以代表测得的关键尺寸数据的平均(中数)。在图1的处理系统110已处理一晶圆之后，机械操作员可以将该晶圆转往图1的CD-SEM度量系统112，用以测量在上述晶圆的关键尺寸。上述测量可以用任何已知的方法进行。上述测量可以利用一显微镜从上述晶圆上取得数个取样点。
“关键尺寸斜率(CD slope)”可以经由将上述“能量值”(根据方法202)除以上述关键尺寸标的求得。
延伸此实例，接着可以根据回馈系统计算所需能量(DesiredEngergy)。在一实例中，可以根据以下算式计算下一产批(以n+1表示，n代表目前产批)的所需能量所需能量(n+1)＝比重×所需能量(n)+(1-比重)×(最后能量+调整能量)在上述算式中，最后能量可以等于上述方法202取得的“能量值”或其它定义的能量值。上述比重可以由一系统使用者根据如先前的经验或可得的数据来提供。
在步骤208中，使用一累加器(accumulator)来计算能量值。在一实施例中，关键尺寸控制器116根据下列算式计算介于关键尺寸标的及关键尺寸平均数之间累积误差。
可以利用以下的算式R(t)＝R(t-1)，若遮罩t-th(t) {遮罩1-st，遮罩2-nd，…，遮罩R(t-1)-th) (a)Fj(t)＝Fj(t-1)+1若fjk(t) {fj1，fj2，fj3，...，fjk(t-1)}(b)N(t)=Σj=1R(t)Fj(t)---(c)]]>Q(i)(t)=Σj=1R(t)Σk=1Fj(t)Q~jk(i)(t)---(d)]]>Q~jk(i)(t)=lndjk(t)-lnfjk---(e)]]>djk(t)=djk(t)Kjk(t)---(f)]]>d‾jk(t)=d‾jk(t-1)-djklast(t)+djknew(t)---(g)]]>Q(i)(0)＝Fj(0)＝Kjk(0)＝N(0)＝R(0)＝djk(0)＝djk(0)＝0(h)其中
Q(i)(t)对同一工具及同一控制识别码自从最后一次更新以来累计的工具差异；R(t)对同一工具及同一控制识别码自从最后一次更新以来累计的标线片号码；Fi(t)对于配合同一工具及同一控制识别码的第j个(jth)遮罩自从最后一次更新以来曝光能量的累计数目；Kij(t)对于配合同一工具及同一控制识别码的第j个(jth)遮罩自从最后一次更新以来同一产批的累计数目。同一产批代表同一曝光能量的多数产批。对同一产批不重复测量；N(t)对同一工具及同一控制识别码自从最后一次更新以来产批的累计数目。同一产批只计算一次；fjk对于配合同一工具及同一控制识别码的第k个(kth)产批及第j个(jth)遮罩的曝光能量；djklast对于配合同一工具及同一控制识别码的第k个(kth)产批及第j个(jth)遮罩，一货批(lot)的前一次所需能量(只针对同一货批被测量一次以上的情况)；以及djknew对于配合同一工具及同一控制识别码的第k个(kth)产批及第j个(jth)遮罩，一货批(lot)的最新所需能量因此，Kij(t)可以如下方式取得无论何时取得任何的关键尺寸数据(djknew(t))，检查CDMEANjold(t)如果CDMEANjold(t)已经存在，则Kjk(t)=Kjk(t-1),ifKjk(t-1)≠0Kjk(t)=1,ifKjk(t-1)=0djklast(t)=CDMEANjold(t)+wjk×ΔCDlast×slopeidjknew(t)=CDMEANjnew(t)+wjk×ΔCDnew×slopei]]>否则，(CDMEANjold(t)不存在)
Kjk(t)=Kjk(t-1)+1djklast(t)=0djknew(t)=CDMEANjnew(t)+wjk×ΔCDnew×slopei]]>结束在一实例中，上述计算可以利用动态三维矩阵来实作X轴可以表示控制识别码，而Y-Z轴可以分别代表曝光能量及贡献度(contribution)。
其中上述RN表示标线片数目(Reticle Number)，EEN表示曝光能量数目(Exposure Energy Number)。
总QQ(i)(t)=Σj=1R(t)Σk=1k=Fj(t)Q~jk(i)(t)]]>最后工具偏移qt(i)=EXP(Q(i)(t)R(t))]]>新工具率TR(i)(new)=q1(i)×TR(i)(old)]]>随着工具率的更新，可以在以下的条件中重设变量Q(i)、 Fj、Kjk、N、R、djk、djk产批对产批自动更新(V2.0)，初始化、手动F/B更新(V1.0)或手动更新透镜清洁。
参照图3，在步骤210，决定是否可以调整工具率。在一实例中，以下的表格可以用来决定是否工具率可以调整。
如果工具率仍然未调整，步骤212可以更新校正值。用以更新上述校正值的上述方法204的步骤212，可以利用以下的算式新校正能量＝所需能量(n+1)-(内定能量+标线片能量)×工具率 (3)上述等式的参数可以储存于数据库222，并且已经参照方法202及步骤206作了说明。
如果工具率已调整，方法204的步骤214调整工具率值，并且在步骤216中建立一所需能量表。在步骤218中标线片能量随之更新。
现在将说明利用方法202及204的实例。在此实例中，可以假设工具APHO1的工具率是98.7％，产品及层TM1234-130A的标线片能量是1.37，APHO1及TM1234-130A的校正值是0.32，为了简化，累加器假设为1.06，由使用者输入内定能量，其值可以是55。
现在根据方法202，能量值＝(55+1.37)×0.987+0.32＝55.9572mj(毫焦耳minijoule)接着，根据方法204并假设所需能量(n)为55、内定能量为55，调整后能量＝(关键尺寸标的-关键尺寸平均数)×关键尺寸斜率＝(0.13-0.128)×100＝0.2所需能量(n+1)＝比重×所需能量(n)+(1-比重)×(最后能量+调整能量)＝55×0.9+(55.9572+0.2)×0.1＝49.5+5.61572＝55.17572接着根据方法204的步骤210，根据工具率是否可以调整来进行估计。如果不需估计，则在方法204中步骤212之后，新校正值如下新的校正值＝所需能量(n-1)-(内定能量+标线片能量)×工具率＝55.17572-(55+1.37)×0.987＝-0.46174另一方面，如果工具率已调整，方法204的步骤214可以如下APHO1的新工具率＝0.987×1.06＝1.04622。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下100微影系统102晶圆108处理系统
110处理系统112度量系统114度量系统116关键尺寸控制器222数据库
权利要求
1.一种半导体产品的关键尺寸控制方法，用以在小体积高准确度半导体产品的制造流程中，控制一半导体处理操作过程中一半导体产品的多数关键尺寸，上述半导体处理操作过程中要求一所需能量值以实现上述多数关键尺寸，其特征在于所述半导体产品的关键尺寸控制方法包括测量先前形成在上述产品上的一关键尺寸；根据上述半导体处理操作的一所需关键尺寸及上述测量的关键尺寸计算一第一能量值；以及根据计算出的上述第一能量值以及先前取得的一所需能量以获得上述所需能量值，上述先前取得的所需能量对应在上述制造流程中执行在一先前产品上的上述半导体处理操作。
2.如权利要求1所述的半导体产品的关键尺寸控制方法，其特征在于计算上述第一能量值的步骤更包含求得以下算式的结果(一作为标的的关键尺寸-测得的关键尺寸数据的一平均数)×一关键尺寸控制器提供的一关键尺寸斜率。
3.如权利要求1所述的半导体产品的关键尺寸控制方法，其特征在于上述产品是一半导体晶圆，而上述先前产品是执行上述半导体处理操作的同一系统所立即处理的一半导体晶圆。
4.如权利要求1所述的半导体产品的关键尺寸控制方法，其特征在于获得的上述所需能量值也取决于上述产品的比重。
5.一种半导体产品的关键尺寸控制方法，用以控制一制造流程中一半导体处理操作期间一半导体产品的多数关键尺寸，上述半导体处理操作期间要求一新的校正能量值以实现上述多数关键尺寸，其特征在于所述半导体产品关键尺寸的控制方法包括根据一微影系统提供一工具率；根据上述微影系统的一第一预定能量值及上述产品的第二预定能量值以获得一能量数字；以及根据多数元素，上述多数元素包含上述工具率、上述能量数字、以及一所需能量值，提供一新的校正能量，其中上述所需能量值取决于计算出的一第一能量值以及先前取得的一所需能量，上述先前取得的所需能量对应在上述制造流程中执行在一先前产品上的上述半导体处理操作。
6.如权利要求5所述的半导体产品的关键尺寸控制方法，其特征在于上述能量数字等于上述第一预定能量值及上述第二预定能量值的和。
7.如权利要求5所述的半导体产品的关键尺寸控制方法，其特征在于上述产品是一半导体晶圆，而上述先前产品是执行上述半导体处理操作的同一系统先前处理的一半导体晶圆。
8.如权利要求5所述的半导体产品的关键尺寸控制方法，其特征在于上述提供步骤包含下列计算上述新的校正能量＝上述所需能量值-(上述第一预定能量值+上述第二预定能量值)×上述工具率，其中上述工具率取决于多数微影处理工具的效能。
9.一种半导体产品的关键尺寸控制方法，用以在一制造流程中，控制一半导体处理操作期间多数小体积高准确度半导体产品的多数关键尺寸，上述半导体处理操作过程中要求一新的校正能量值以实现上述多数关键尺寸，其特征在于所述半导体产品的关键尺寸控制方法包括测量先前形成在一产品上的一关键尺寸；获得上述产品的一所需能量值，其中上述所需能量值取决于计算出的一第一能量值以及先前取得的一所需能量，上述先前取得的所需能量对应在上述制造流程中执行在一先前产品上的上述半导体处理操作；提供一累积误差，上述累积误差为介于作为标的的关键尺寸及测得的关键尺寸数据平均数之间的误差；以及根据多数元素计算一新的校正能量，上述多数元素包含上述所需能量值，及根据一微影系统计算出一工具率。
10.如权利要求9所述的半导体产品的关键尺寸控制方法，其特征在于上述提供步骤更包含利用一动态三维矩阵。
11.如权利要求9所述的半导体产品的关键尺寸控制方法，其特征在于上述提供步骤更包含获得一新工具率。
12.如权利要求9所述的半导体产品的关键尺寸控制方法，其特征在于上述计算步骤更包含求得下列算式上述新的校正能量＝上述所需能量值-(一微影系统的一第一预定能量值+一产品的一第二预定能量值)×上述工具率。
全文摘要
本发明是有关于半导体制造领域。具体揭示一种半导体产品的关键尺寸控制方法，用以在小体积高准确度半导体产品的制造流程中，控制一半导体处理操作期间一半导体产品的关键尺寸，上述半导体处理操作期间要求一所需能量值以实现上述关键尺寸。上述控制方法包括测量先前形成在上述产品上的一关键尺寸；根据上述半导体处理操作的一所需关键尺寸及上述测量的关键尺寸计算一第一能量值；以及根据上述计算出的第一能量值以及先前取得的一所需能量获得上述所需能量值，上述先前取得的所需能量对应在上述制造流程中执行在一先前产品上的上述半导体处理操作。
文档编号H01L21/66GK1728355SQ200510002870
公开日2006年2月1日 申请日期2005年1月27日 优先权日2004年7月27日
发明者沈友玮, 陈永镇 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司