专利名称：用以动态控制特征尺寸的整合式光学量测与微影制程系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微影制程，特别是涉及一种在集成电路制程中进行光阻烘烤及显影的处理方法，此处理方法包括整合温度控制装置以及光学量测系统，藉由动态且即时的方式来调整光阻的烘烤制程，以改善微影制程中的特征尺寸(critical-dimension，CD)以及控制该特征尺寸的均匀度，以增加晶圆的产能。
背景技术：
由于半导体元件的快速发展，半导体元件的尺寸持续微缩，使得半导体的晶片尺寸越来越小，并且有效地提高半导体元件的密度。在半导体尺寸持续朝向微缩以及高密度发展之际，限制的因素逐渐转变为需要提高微影图案化制程的准确度以及对图案的解析能力。习知的微影制程中，利用各种方法来改善光阻的特征尺寸，并且试图提高晶圆的内特征尺寸的均匀度。
传统上，先将光阻层涂布于晶圆的处理表面上，接着利用光罩对光阻曝光，然后使用曝光后的烘烤(Post-exposure Bake，PEB)制程来改变光阻的物理特性，此特性包括使光阻产生化学反应，以于后续的显影制程中使一部分的光阻具有可溶解性。而PEB制程的温度以及时间对于后续显影所形成的光阻轮廓的特征尺寸的控制相当重要。其中温度必须控制在0.1℃之内，以避免使后续显影形成的光阻特征尺寸产生变异，而造成电路上的缺陷。
随着半导体元件的特征尺寸缩小至100奈米以下，在光阻轮廓上所形成的较小奈米级尺寸的变化量将会对特征尺寸造成相当明显的影响，使特征尺寸产生错误。举例来说，在半导体制程中，用于定义特征尺寸的两个参数-偏移量(Bias)以及容许误差(Tolerance)容易受到影响。其中特征尺寸的偏移量是指图案化的光阻影像与光罩影像两者之间横向尺寸的差异。另外，特征尺寸的容许误差是指特征尺寸的偏移量(例如3个Sigma)的统计分布情况，用来表示图案的均匀度。例如，蚀刻多晶硅的闸极结构时，闸极长度用于决定晶体管的通道长度以及电气特性，而通道长度以及电气特性在闸极的制造过程中对闸极的特征尺寸的均匀性相当重要。不够均匀的光阻图案将对集成电路的制程以及可靠度造成不利的影响，例如晶圆内所形成的不良特征尺寸将会在微影制程中重复地出现，因而降低晶圆的产能并且增加制造成本。
习知技术中，完成光阻显影之后，利用扫描式电子显微镜(SEM)或是穿隧式电子显微镜(TEM)进行显影后检查(After Development Inspection，ADI)制程。例如，使用SEM检测来取得表面的特征尺寸资料，但是无法获得显影之后的光阻图案的轮廓。另一种使用TEM的状况是以含有光阻图案的轮廓(横断面)当作样本，以确定光阻图案在完成PEB或是显影制程之后是否符合需求，但是这种方式相当费时而且是一种破坏性的检测方式。
习知技术的另一个缺点是，当PEB制程无法达到较佳的效率时，需要耗费相当多的时间重新校正以及调整加热板来改变PEB制程的温度，而经常要使用试误法来校正，相当费时。晶圆的产出制程经常会因为调整PEB制程温度而必须中断，直至调整到可接受的光阻特征尺寸为止。不幸地，许多的变动因素使得之前已经决定好的PEB制程温度无法制造出可被接受的特征尺寸，这些变动因素包括环境的变数、硬件设备的变数、以及特定电路的线宽与间距的特定因素。因此，为了达到可接受的光阻图案的特征尺寸，经常需要投入相当多的时间以及成本来对晶圆进行重工制程。
由此可见，上述现有的半导体元件的微影制程在制造方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决现有的半导体元件的微影制程存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种集成电路的制程，用以改善光阻量测技术，以及一种调整微影制程变数的方法，以快速且正确地决定晶圆的光阻图案轮廓，并且藉由调整微影制程变数来改善特征尺寸以及晶圆内特征尺寸的均匀性，便成了当前业界极需改进的目标。
有鉴于上述现有的半导体元件的微影制程存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的用以动态控制特征尺寸的整合式光学量测与微影制程的装置及其方法，能够改进一般现有的半导体元件的微影制程，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种集成电路的制程，用以改善光阻量测技术，并利用调整微影制程变数，以快速且正确地决定晶圆的光阻图案轮廓，并且藉由调整微影制程变数来改善特征尺寸以及晶圆内特征尺寸的均匀性，以提高晶圆的产出量，并且克服习知技术中其他的缺点。本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种适用于半导体装置的微影制程系统，设有整合的光学量测系统，该微影制程系统至少包括一设有加热制程的微影制程装置，以于制程晶圆上形成一图案化光阻层，其中该加热制程设有一加热板且该加热板包括复数个可控制的温度加热区，使该加热制程根据一第一温度曲线进行加热步骤；一收集装置，用以产生并且收集来自该图案化光阻层的散射光线；一处理装置，用以处理该散射光线，以获得含有该图案化光阻层特征尺寸的3D资讯；一决定装置，用以决定执行该加热制程所需要的一第二温度曲线，以使一第二制程晶圆上的第二光阻图案达到预定的第二光阻图案特征尺寸；以及一通讯装置，用以传送该第二温度曲线至该可控制的温度加热区，使该加热制程根据该第二温度曲线对该第二光阻图案进行加热。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的适用于半导体装置的微影制程系统，其中所述的加热制程、该收集装置、该处理装置、该决定装置以及该通讯装置根据一预定的程式化指令与一控制器互相通讯。
前述的适用于半导体装置的微影制程系统，其更包括一辐射能量曝光装置，经由一光罩对第一光阻层进行曝光，以形成该图案化光阻层；一曝光后的烘烤(PEB)装置，包括该加热制程；以及一显影装置，根据一显影程序对该第一光阻层进行显影，以形成该图案化光阻层。
前述的适用于半导体装置的微影制程系统，其中所述的收集装置至少包括一光源装置，利用光线侦测该图案化光阻层的选定区域；以及复数个侦测装置，用以检测并且储存来自该图案化光阻层的散射光线，并且产生一散射的光谱。
前述的适用于半导体装置的微影制程系统，其中所述的选定区域的直径至少大于10微米。
前述的适用于半导体装置的微影制程系统，其中所述的收集装置至少包括使用分光计，且该分光计为反射式光度计或是椭圆测厚仪。
前述的适用于半导体装置的微影制程系统，其中所述的图案化光阻层至少包括用于形成绕射栏栅的校正图案。
前述的适用于半导体装置的微影制程系统，其中所述的决定装置至少包括一中断装置，当该第一光阻图案特征尺寸超出预定的容许误差范围之外，用以中断该加热步骤的生产制程；一启动装置，用以启动该校正步骤，以获得一模式函数关系；以及一恢复启动装置，用以重新启动该制程晶圆的该生产制程，其中该决定装置至少包括该模式函数关系。
前述的适用于半导体装置的微影制程系统，其中所述的可控制的温度加热区至少包括一加热板，该加热板设有复数个耦接于控制器的感测器以及加热元件。
前述的适用于半导体装置的微影制程系统，其中所述的可控制的温度加热区是以该控制器根据程式化指令来选择2D的参数资讯。
前述的适用于半导体装置的微影制程系统，其中所述的控制器耦接于该收集装置，根据程式化指令，以产生收集该散射光线。
前述的适用于半导体装置的微影制程系统，其中所述的收集装置至少包括一处理器，用以执行程式化的指令。
前述的适用于半导体装置的微影制程系统，其更包括一显示装置，用以显示该图案化光阻层的特征尺寸。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上可知，为了达到上述目的，本发明提供了一种改善微影制程的良率以及产能的方法，主要包括下列步骤在第一制程晶圆上形成第一光阻层。接着加热制程根据第一温度曲线，于第一光阻层上形成第一光阻图案，其中加热制程包括复数个可控制的温度加热区。然后产生并且收集来自第一光阻图案的散射光线。随后处理散射光线，以获得第一光阻图案特征尺寸的3D资讯。接着决定执行加热制程所需要的第二温度曲线，以取得第二光阻图案特征尺寸，其中第二光阻图案特征尺寸包括第二制程晶圆上的第二光阻图案。最后加热制程根据第二温度曲线形成第二光阻图案。
借由上述技术方案，本发明用以动态控制特征尺寸的整合式光学量测与微影制程的装置及其方法至少具有下列优点可将ADI光学数位影像分析法轻易地整合至习知的微影制程中，并且提供与图案化光阻相关的3D特征尺寸资讯，而且这些3D特征尺寸资讯的解析度优于习知的2D特征尺寸资讯，例如来自SEM或是TEM的2D资讯。此外，利用ADI光学数位影像分析法获得的3D特征尺寸是属于非破坏性分析，并且可快速地与习知的SEM或是TEM作分析比较。ADI光学数位影像分析法在容许的时间范围之内利用较少的假设条件作晶圆的显影后检查(ADI)制程，以提高习知制程无法达到的良率。并且在PEB制程中将ADI光学数位影像分析法与可控制的加热区的温度互相整合，以于制程处理中即时地调整PEB制程的温度，达到较佳的光阻特征尺寸，以增加制程产能以及良率。此外，藉由函数的关系来即时预测特征尺寸参数，以回应加热板温度的变化量，使得ADI光学数位影像分析法可以避免经常性地校正每个加热元件的绝对温度，以增加制程的弹性，并且减少制程停工的次数。最重要的是整个制程均可容易地以自动化方式进行之，这些制程主要包括量产制程、校正步骤以及对环境参数或是制程条件的调整程序，以提高晶圆的产能以及良率。
综上所述，本发明具有上述诸多优点及实用价值，其不论在产品结构、方法或功能上皆有较大改进，在技术上有较大进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的半导体元件的微影制程具有增进的多项功效，从而更加适于实用，并具有产业的广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1是绘示依据本发明的一实施例的微影制程的方块图。
图2A是绘示依据本发明的一实施例的具有加热元件的加热板的上视图。
图2B是绘示依据本发明的一实施例的设有加热区域的半导体晶圆表面的上视图。
图3A是绘示依据本发明的一实施例的具有光阻图案以及侦测区域的半导体晶圆表面的上视图。
图3B是绘示依据本发明的一实施例中以光学量测具有光阻图案的半导体晶圆表面的剖视图。
图4是绘示依据本发明的一实施例中，光阻图案的特征尺寸平均变易量与加热区温度值两者之间的关系图。
图5是绘示依据本发明的实施例以及制程方法流程图。
1、2、3邻接的区域12A光阻旋涂装置12C曝光后的烘烤(PEB)装置 15A、15B晶圆供应装置18控制器 22加热板30制程晶圆 32A、32B光阻线条42A基材 44图案化光阻层11微影制程的路线 12B软烤装置12D显影装置 14曝光装置16光学量测装置 18A、18B、18C通讯线路22A、22B加热元件 31A、31B、31C、31D加热形状38A、38B散射光线 42B覆盖材质层46、38C入射光具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的用以动态控制特征尺寸的整合式光学量测与微影制程的系统其具体实施方式
、结构、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
虽然本发明的实施是以提高集成电路中图案化光阻层特征尺寸的准确性以及均匀性为例来作说明，然而本发明亦适用于微机械(Micro-engineered Machine)的应用领域，也适用于特征尺寸线宽小于0.25微米以下的光阻图案，以利用该光阻图案进行后续的干蚀刻制程。
请参阅图1所示，是绘示依据本发明的一实施例的微影制程的方块图，主要包括光阻旋涂装置12A、软烤装置12B、曝光后的烘烤(PEB)装置12C、显影装置12D以及冲洗/干燥装置12E。箭号(例如11)表示微影制程的路线，这些制程路线包括将晶圆传送至曝光装置14(例如步进机)，以利用辐射能量来对光阻曝光，其中曝光装置14设置于软烤装置12B的下游位置且于曝光后的烘烤装置(PEB)12C的上游位置。晶圆供应装置(15A、15B)用于提供微影制程所要处理的晶圆并且安排晶圆的处理顺序，而这些晶圆包括正在处理中的晶圆或是存放在缓冲区的晶圆(例如需要再作校正步骤的晶圆)。微影制程路线中的晶圆供应装置(15A、15B)连接于控制器18(例如通讯线路18C)，用以自动地整合微影制程，详细的内容如下所述。
在本发明的一实施例中，光学量测装置16设置于显影装置12D或是冲洗/干燥装置12E之后，其中光学量测装置16例如可为分光计(Spectrometer)，用于收集由光阻散射出来的数位型式光谱。另一实施例中，光学量测装置16可为习知技术中用以探测、检视以及收集散射光线的分光计，例如椭圆测厚仪(Ellipsometer)、反射式光度计(Reflectometer)。控制器18利用通讯线路18A连接于光学量测装置16，其中控制器18例如可为一个或是数个专用处理器且设有储存媒体，主要是根据演算法来处理数位讯号，并且传收控制器指令以及各个装置的回应讯号。然后依序接收、储存以及处理收集到的光谱讯号，以回应控制指令。在一实施例中，控制器18嵌入于光学量测装置16中，并且可使光学量测装置16并入微影制程中。本发明所使用的通讯方式例如可为有线或是无线通讯，且以通讯线路18A表示。
根据本发明的一实施例，控制器18与加热装置(12B、12C)之间的通讯传输是使用通讯线路18B。应注意的是，亦可将多个加热装置连接于控制器18，以传送温度的状态资讯，以回应加热区域的温度设定指令。另一实施例中，加热装置(12B、12C)可为设有数个加热元件的加热板，其中加热元件包括习知的加热器以及感应器，例如电阻式加热器以及热电耦或是具有一个或多个加热元件的电阻式温度感测器(Resistive Temperature Detector，RTD)。控制器18根据程式化的指令来选择数个加热元件，以群集形成几何加热形状，作为加热板的加热区。
请参阅图2A所示，是绘示依据本发明的一实施例中设有加热元件(22A、22B)的加热板22的上视图。其中加热元件(22A、22B)的形状涵盖制程晶圆直径范围，例如在曝光后的烘烤(PEB)制程时，将加热板22与晶圆的背面接触在一起。每个加热元件(22A、22B)设有连接于控制器18的加热器以及感应器，加热器以及感应器例如可为电阻式加热器以及热电耦或是电阻式温度感测器(RTD)，以感测并且控制每个加热元件的温度。应注意的是，将控制器的控制以及处理讯号的功能整合至光学量测装置16中，而微影制程装置(包括加热装置12B、12C)与光学量测装置16之间的通讯以及控制功能是利用有线或是无线来达成，此处每个微影制程装置设有控制以及通讯等功能的相关元件，其中控制以及通讯功能是依据上、下游的处理装置的状态以及处理之后的结果来控制整个微影制程的运作。
根据本发明的实施例，选定数个加热元件(22A、22B)来形成群集的几何加热形状，以作为加热板的加热区，如第2B图所示的对应于晶圆的加热区域。控制器18利用程式化指令来选择对应于晶圆加热区域的几何加热形状，以使不同数量的加热元件群集成邻接于加热区的几何形状，且加热区的加热元件设置于加热板上。
请参阅图2B所示，进行操作时，以相对应于加热板加热区的晶圆表面的选定区域(加热区域)来侦测测试晶圆或是量产晶圆上的选定区域。应注意的是，量产晶圆30的位置资讯为已知，且与加热板加热区互相关联。举例来说，在制程晶圆30上的区域，如图所示，是对应于加热板上的加热区，特别是指在PEB装置12C上进行PEB制程的区域。例如具有同心圆的加热形状(31A、31B、31C、31D)，以及细分成数个邻接的区域(1、2、3)。
请继续参阅图1所示，晶圆在光阻旋涂装置12A涂上光阻，接着在软烤装置12B进行软烤制程，以移除多余的溶剂，以增加光阻的稳定性。然后将晶圆传送至曝光装置14(例如步进机)，以使光阻层通过光罩曝光形成晶圆上的晶粒区域。接着将晶圆传送至微影制程的PEB装置12C。随后以对应于每个加热元件或是加热区(其温度例如可介于80℃至160℃)的预定温度曲线，然后将晶圆传送至显影装置12D。之后进行显影制程，以分解光阻上可溶解的材质，此材质例如是正化学放大型光阻(Positive ChemicallyAmplified Resist)，其中在光阻内的光酸产生剂(Photo-acidgenerator，PAG)的酸质，于PEB制程中具有催化的作用，使可分解的材质溶解在显影溶液中。然后以冲洗/干燥装置12E的去离子水来进行冲洗以及干燥制程。
请参阅图1所示，根据本发明的另一实施态样，将含有显影光阻图案的晶圆传送至光学量测装置16，利用入射光线侦测对应于加热区的光阻图案的选定区域，以由光阻图案散射出来的特定波长范围的光线来形成光谱。在较佳的实施中是同时收集所有的散射光线，例如使设具有二极体阵列的反射式光度计(Reflectometer)或是椭圆测厚仪(Ellipsometer)来收集这些散射的光线。
在一实施例中，将收集自光阻图案的数位资料的散射光线光谱传送至控制器18中作处理以及分析作业，较佳实施例中，以专用的处理器执行这些作业。然后执行显影后检查(ADI)制程，以下称为光学特征尺寸(Opticalcritical-dimension，OCD)分析法，使收集到的分光数位资料(光谱)转换成3D的数位资讯，并且将对光阻图案取样所获得的3D数位资讯表示为光阻图案深度的函数。应注意的是，控制器18可包括图形显示器或是分离式的图形显示器，并且利用图形显示软件将光阻图案的3D数位资讯转换成与选定的参考座标相关联的图形资料。在一实施例中，光学特征尺寸(OCD)分析法包括使用严格耦合波分析法(Rigorous Coupled Wave Analysis，RCWA)。
在一实施例中，利用PEB以及显影步骤的微影制程，在具有图案化的邻接光阻线的晶圆上形成光阻栏栅(Resist Grating)，其中光阻线条具有预定的线以及间距。接着收集散射自光阻栏栅的光谱，并且作绕射分析，较佳实施例中，利用严格耦合波分析法(RCWA)，以适当的边界条件来解析系统微分方程式，而且在作严格耦合波分析法(RCWA)之前并未使用简化或是近似的假设条件，例如与边界条件有关的假设条件。
请参阅图3A所示，显示利用微影制程在晶圆上形成光阻栏栅。光阻线条(32A、32B)具有预定的线宽以及间距。根据本发明的较佳实施例，区域A对应于来自入射光形成的侦测区域，例如区域A的面积约为50×50微米的A区域，较佳实施例中，A区域的面积至少大于10×10微米。相对地，区域B显示习知技术中SEM的侦侧区域，用于执行ADI制程，以决定特征尺寸的变异量。举例来说，SEM的侦测区域B约为1×1微米放大15000倍，相较于习知的SEM处理方法，本发明的ADI光学数位影像分析法所使用的表面侦测区域A的比例至少大于2500∶1，且以大于100∶1为较佳。
此外，ADI光学数位影像分析法有效地提供有关于图案化光阻层轮廓3D图形资讯，譬如ADI光学数位影像分析法可决定光阻层或是上部区域的特征尺寸，类似于SEM分析方法，但是本发明的方法更包括以光阻层深度为函数的光阻层轮廓的资讯，例如是有关于显影之后光阻层的侧壁的特征尺寸资讯。
请参阅图3B所示，是绘示依据本发明的一实施例中以光学量测法量测基材42A、覆盖材质层42B以及图案化光阻层44的晶圆表面的剖视图。来自分光计(Spectrometer)的探测光源形成的入射光(箭头46所示)指向光阻层的探测区，且与光阻层垂直表面形成入射角θ(例如介于0度至90度)，改善以光阻层深度为函数的特征尺寸的解析度。其中，一部份的入射光线由表面散射出来(如图中标号38A)，另一部份的入射光穿过光阻层后(如图中标号38C)，形成可被侦测的散射光线38B。例如，利用习知的侦测器收集可被侦测的光线(38A、38B)，同时收集含有不同波长范围的散射光线，其中习知的侦测器例如可为二极体阵列侦测器。根据光学数位影像分析法可决定曝露出的光阻层侦测表面的3D资讯，这些资讯包括特征尺寸的资料，例如是以光阻层深度为函数的宽度W1、W2等资料。
应注意的是，本发明的实施例利用控制器18发出的指令来虚拟加热板的加热区所需要的加热资料，例如使用资料库软件建构这些加热资料，使加热元件(22A、22B)以及加热器群集形成加热区(例如1、31A等区域)，而且加热区的数量是由每个加热元件的尺寸决定之。接着收集及储存代表每个晶圆加热区的光谱，例如储存为经过计算的CD参数值，这些参数值例如可为晶圆表面上选择的量测点以及对应于加热区域的温度的CD偏离值、CD容许误差，以适用于特定晶圆的PEB制程。加热区的温度变化量与对应于这些区域的特征尺寸变化量两者之间的建构模式是利用习知的统计方法来达成，例如使用函数适配法(Function Fitting Relationship)，如线性或是非线性的最小平方分析法。
请参阅图4所示，显示本发明在PEB制程的加热区的温度变化量与对应于这些区域的特征尺寸变化量两者之间的建构模式。绘制数个代表平均特征直径(MCD)的资料点(B1、B2、B3)与PEB制程所使用的加热区的图示，其中是以ADI光学数位分析法来决定晶圆表面量测区域的平均特征直径(MCD)。换言之，藉由函数适配法作内插形成特征尺寸变化量小于1奈米与温度变化小于0.2℃的光阻曲线轮廓A1。本发明的实施例亦可利用习知的线性或是非线性的最小平方分析法来决定A1曲线。此外，当以光阻栏栅来建构函数的关系时，先在相同或是不同的晶圆上形成数个光阻栏栅。而且在PEB制程期间，加热区元件的PEB温度是以预定值作不同的变化，以获得不同的温度间距(Step)，以改善加热区的温度曲线与特征尺寸参数两者之间的函数关系。
在取得加热区的温度曲线与特征尺寸参数之间的函数关系之后，利用函数关系来决定所需要的温度曲线，以于后续的PEB制程取得晶圆的特征尺寸参数。利用PEB以及显影步骤等微影制程来形成光阻图案，之后将晶圆传送至光学量测装置16，并且根据ADI光学数位影像分析法来处理收集到的散射光线，以取得特征尺寸的3D资讯参数(例如CD偏离值、CD容许误差以及/或均匀度)，主要包括光阻图案的上表面以及侧壁的相关参数。接着分析特征尺寸的曲线资讯，以决定该资讯与所需要的特征尺寸两者之间变化量，主要是在晶圆进行PEB制程时，将上述的函数关系套用于特征尺寸曲线来决定加热区的温度曲线。
然后利用获得的温度曲线来与含有加热元件的加热板进行通讯，以进行下一个加热制程。应注意的是，ADI光学数位影像分析法以及在PEB装置决定温度曲线与加热板之间的通讯可由自动化的函数来达成，例如以控制器18执行程式化的指令来与光学量测装置16、PEB装置12C以及微影制程装置进行通讯，且这些装置含有选择晶圆以及传送晶圆的功能。
加热元件的温度与加热区温度两者之间的第二函数关系的资料可用来取得所需要的加热板温度资讯，例如定期地利用习知的校正方法来控制加热区的温度。本发明整合式光学量测系统及量测方法，有效避免经常性地校正每个加热元件的绝对温度，准确地控制光阻层的特征尺寸。
由于光阻层特征尺寸与温度之间的相对变化关系以函数关系表示之，所以并不需要获得加热区的绝对温度值。为了快速地反应出硬件设备、环境或是微影制程的变化程度，需要定期地关联加热区域的温度变化量与光阻特征尺寸，以更新两者之间的函数关系。此外，在进行特定的生产制程之前，可先取得并储存数个不同的函数关系，例如以数个不同的线宽、间距、密度的电路图案形成的不同函数关系。此外，当微影制程中的光阻成分、软烤的温度与时间、PEB制程的温度与时间以及显影制程等参数发生变化之后，需要不同的函数关系，上述的变化量均会影响光阻图案的特征尺寸。
利用加热区与光阻图案特征尺寸之间的函数关系，在制程处理中即时地调整PEB制程参数，以改善特征尺寸的参数，以增加产能以及良率，减少因需要校正而停工的次数，并且增加良率。在一实施例中，定期地对制造中的晶圆进行ADI光学数位影像分析。较佳实施例中，以ADI光学数位影像分析法检测晶圆，并且将选定的特征尺寸参数与函数关系作比较，以即时地获知加热元件的所需要的调整量，并且将调整量应用在PEB制程的上游晶圆。因此，本发明即时地利用生产线上加热区参数调整量，以快速地找出不佳的特征尺寸变异量并且加以修正，以取得较佳的特征尺寸参数。
此外，藉由自动启动ADI光学数位影像分析法来规划微影制程的路线，以决定超出预定的容许误差范围之外的光阻特征尺寸参数。一旦产生不佳的特征尺寸参数，微影装置根据程式化的指令切换至处理测试晶圆的模式，以执行上述的光阻栏栅的校正步骤，以形成另一个新的函数关系。当获得新的函数关系之后，将微影装置的制程再切回量产晶圆的模式。应注意的是，上述整个制程包括ADI光学数位影像分析步骤、因校正需求而产生中断、以及重新启动量产制程等。
请参阅图5所示，绘示依据本发明的实施例以及制程方法的流程图。在步骤501中，于PEB制程中的晶圆上形成光阻图案，其中加热板包括数个可选择的温度控制加热区。接着在步骤503中，收集并且储存来自PEB加热板上光阻图案区域所散射出来的光谱，且加热板上的加热区用于加热光阻层。在步骤505中，处理散射出来的光谱，以获得3D光阻图案的特征尺寸资讯，这些资讯包括光阻图案的上表面以及侧壁的等相关参数。在步骤507中，决定数个可控制的加热区的温度，以取得温度曲线，以获得制程上游晶圆所需要的特征尺寸参数。然后在步骤509中，于可控制的加热区以及PEB制程的晶圆上产生需要的温度参数。之后对晶圆重复执行如箭号511所指示的步骤503-509。
根据上述，本发明的实施例提出一种整合式光学量测与微影制程的装置及其方法，主要是整合微影制程以ADI光学数位影像分析法，以改善光阻的特征尺寸参数以及晶圆的产能与良率。本发明的优点在于可将ADI光学数位影像分析法轻易地整合至习知的微影制程中，并且提供与图案化光阻相关的3D特征尺寸资讯，而且这些3D特征尺寸资讯的解析度优于习知的2D特征尺寸资讯，例如来自SEM或是TEM的2D资讯。此外，利用ADI光学数位影像分析法获得的3D特征尺寸是属于非破坏性分析，并且可快速地与习知的SEM或是TEM作分析比较。ADI光学数位影像分析法在容许的时间范围之内利用较少的假设条件作晶圆的显影后检查(ADI)制程，以提高习知制程无法达到的良率。并且在PEB制程中将ADI光学数位影像分析法与可控制的加热区的温度互相整合，以于制程处理中即时地调整PEB制程的温度，达到较佳的光阻特征尺寸，以增加制程产能以及良率。此外，藉由函数的关系来即时预测特征尺寸参数，以回应加热板温度的变化量，使得ADI光学数位影像分析法可以避免经常性地校正每个加热元件的绝对温度，以增加制程的弹性，并且减少制程停工的次数。最重要的是整个制程均可容易地以自动化方式进行之，这些制程主要包括量产制程、校正步骤以及对环境参数或是制程条件的调整程序，以提高晶圆的产能以及良率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种适用于半导体装置的微影制程系统，设有整合的光学量测系统，其特征在于其至少包括一设有加热制程的微影制程装置，以于制程晶圆上形成一图案化光阻层，其中该加热制程设有一加热板且该加热板包括复数个可控制的温度加热区，使该加热制程根据一第一温度曲线进行加热步骤；一收集装置，用以产生并且收集来自该图案化光阻层的散射光线；一处理装置，用以处理该散射光线，以获得含有该图案化光阻层特征尺寸的3D资讯；一决定装置，用以决定执行该加热制程所需要的一第二温度曲线，以使一第二制程晶圆上的第二光阻图案达到预定的第二光阻图案特征尺寸；以及一通讯装置，用以传送该第二温度曲线至该可控制的温度加热区，使该加热制程根据该第二温度曲线对该第二光阻图案进行加热。
2.根据权利要求1所述的适用于半导体装置的微影制程系统，其特征在于其中所述的加热制程、该收集装置、该处理装置、该决定装置以及该通讯装置根据一预定的程式化指令与一控制器互相通讯。
3.根据权利要求1所述的适用于半导体装置的微影制程系统，其特征在于其更包括一辐射能量曝光装置，经由一光罩对第一光阻层进行曝光，以形成该图案化光阻层；一曝光后的烘烤(PEB)装置，包括该加热制程；以及一显影装置，根据一显影程序对该第一光阻层进行显影，以形成该图案化光阻层。
4.根据权利要求1所述的适用于半导体装置的微影制程系统，其特征在于其中所述的收集装置至少包括一光源装置，利用光线侦测该图案化光阻层的选定区域；以及复数个侦测装置，用以检测并且储存来自该图案化光阻层的散射光线，并且产生一散射的光谱。
5.根据权利要求4所述的适用于半导体装置的微影制程系统，其特征在于其中所述的选定区域的直径至少大于10微米。
6.根据权利要求1所述的适用于半导体装置的微影制程系统，其特征在于其中所述的收集装置至少包括使用分光计，且该分光计为反射式光度计或是椭圆测厚仪。
7.根据权利要求1所述的适用于半导体装置的微影制程系统，其特征在于其中所述的图案化光阻层至少包括用于形成绕射栏栅的校正图案。
8.根据权利要求1所述的适用于半导体装置的微影制程系统，其特征在于其中所述的决定装置至少包括一中断装置，当该第一光阻图案特征尺寸超出预定的容许误差范围之外，用以中断该加热步骤的生产制程；一启动装置，用以启动该校正步骤，以获得一模式函数关系；以及一恢复启动装置，用以重新启动该制程晶圆的该生产制程，其中该决定装置至少包括该模式函数关系。
9.根据权利要求1所述的适用于半导体装置的微影制程系统，其特征在于其中所述的可控制的温度加热区至少包括一加热板，该加热板设有复数个耦接于控制器的感测器以及加热元件。
10.根据权利要求9所述的适用于半导体装置的微影制程系统，其特征在于其中所述的可控制的温度加热区是以该控制器根据程式化指令来选择2D的参数资讯。
11.根据权利要求9所述的适用于半导体装置的微影制程系统，其特征在于其中所述的控制器耦接于该收集装置，根据程式化指令，以产生收集该散射光线。
12.根据权利要求1所述的适用于半导体装置的微影制程系统，其特征在于其中所述的收集装置至少包括一处理器，用以执行程式化的指令。
13.根据权利要求12所述的适用于半导体装置的微影制程系统，其特征在于其更包括一显示装置，用以显示该图案化光阻层的特征尺寸。
全文摘要
本发明提供一种改善微影制程的良率以及产能的方法，主要包括下列步骤在第一制程晶圆上形成第一光阻层。接着加热制程根据第一温度曲线，于第一光阻层上形成第一光阻图案，其中加热制程包括复数个可控制的温度加热区。然后产生并且收集来自第一光阻图案的散射光线。随后处理散射光线，以获得第一光阻图案特征尺寸的3D资讯。接着决定执行加热制程所需要的第二温度曲线，以取得第二光阻图案特征尺寸，其中第二光阻图案特征尺寸包括第二制程晶圆上的第二光阻图案。最后加热制程根据第二温度曲线形成第二光阻图案。
文档编号H01L21/027GK1841205SQ200610066510
公开日2006年10月4日 申请日期2006年3月28日 优先权日2005年4月2日
发明者柯志明, 游信胜, 王育溪, 高蔡胜, 黄得智 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司