(57)【要約】この発明は、半導体ウェハ（１０５）の処理中に最終クリティカルディメンジョンを制御するための方法および装置を提供する。半導体ウェハ（１０５）の一連の製造工程が処理される。処理された半導体ウェハ（１０５）から測定学的データが取得される。最終クリティカルディメンジョン制御調整プロセスが、取得された測定学的データを用いて実行される。フィードバック／フィードフォワード修正プロセスが、最終クリティカルディメンジョン制御調整プロセスに応答して実行される。
2004511897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハ（１０５）の一連の製造工程を処理するステップと、
前記処理された半導体ウェハ（１０５）から測定学的データを取得するステップと、
前記取得された測定学的データを用いて最終クリティカルディメンジョン制御調整プロセスを実行するステップと、
前記最終クリティカルディメンジョン制御調整プロセスに応答して、フィードバック／フィードフォワード修正プロセスを実行するステップとを含む、方法。
【請求項２】
半導体ウェハ（１０５）を処理するステップはさらに、
前記半導体ウェハ（１０５）上で金属堆積プロセスを実行するステップと、
前記半導体ウェハ（１０５）上で、前記金属堆積プロセスの後に続くある期間に、フォトリソグラフィプロセスを実行するステップと、
前記半導体ウェハ（１０５）上で、前記フォトリソグラフィプロセスの後に続くある期間に、エッチングプロセスを実行するステップとを含み、
測定学的データを取得するステップはさらに、
前記金属堆積プロセス、前記フォトリソグラフィプロセスおよび前記エッチングプロセスの各々に関連した測定学的データを取得するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項３】
最終クリティカルディメンジョン制御調整プロセスを実行するステップはさらに、
前記金属堆積プロセス、前記フォトリソグラフィプロセスおよび前記エッチングプロセスの各々に関連した前記測定学的データを用いて、最終クリティカルディメンジョンエラーデータを算出するステップと、
前記最終クリティカルディメンジョンエラーデータがデッドゾーン外であるかどうかを判断するステップと、
前記最終クリティカルディメンジョンエラーデータが前記デッドゾーン外であるという判断に基づき、少なくとも１つの制御入力パラメータを修正するステップとを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
少なくとも１つの制御入力パラメータを修正するステップはさらに、フォトリソグラフィプロセスにおいて露光量を修正するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
少なくとも１つの制御入力パラメータを修正するステップはさらに、エッチングプロセスにおいてエッチングレシピを修正するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
半導体ウェハ（１０５）を処理するためのシステムであって、
半導体ウェハの表面上に金属物質を堆積させることができる金属堆積プロセスツール（２１０）と、
前記半導体ウェハの前記表面上に金属線を規定することができるフォトリソグラフィツール（２２０）と、
前記フォトリソグラフィツール（２２０）による前記半導体ウェハの処理から結果として生じる材料をエッチングすることのできるエッチングプロセスツール（２３０）と、
前記金属堆積プロセスツール（２１０）、前記フォトリソグラフィツール（２２０）および前記エッチングプロセスツール（２３０）の各々に電子的に結合された少なくとも１つのマシンインターフェイス（１１５，１１７）とを含み、前記マシンインターフェイス（１１５，１１７）は、前記金属堆積プロセスツール（２１０）、前記フォトリソグラフィツール（２２０）および前記エッチングプロセスツール（２３０）の各々に少なくとも１つの制御入力パラメータを送ることができ、前記システムはさらに、
前記マシンインターフェイス（１１５，１１７）に電子的に結合されたコンピュータシステム（１３０）を含み、前記コンピュータシステム（１３０）は前記マシンインターフェイス（１１５，１１７）を制御することができ、前記システムはさらに、
前記金属堆積プロセスツール（２１０）、前記フォトリソグラフィツール（２２０）および前記エッチングプロセスツール（２３０）の各々に結合された少なくとも１つの測定学的ツール（１５０）を含み、前記測定学的ツール（１５０）は、金属堆積、フォトリソグラフィおよびエッチングプロセスツール（２３０）により処理される半導体ウェハから測定学的データを取得することができ、前記システムはさらに、
前記測定学的ツール（１５０）および前記コンピュータシステム（１３０）に結合された最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニット（１６０）を含み、前記最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニット（１６０）は、前記測定学的データに応答して、前記コンピュータシステム（１３０）に少なくとも１つの制御入力パラメータを修正させ得ることを特徴とする、システム。
【請求項７】
コンピュータが読出可能なプログラム記憶装置であって、命令がエンコードされており、コンピュータによって実行された場合に、
半導体ウェハ（１０５）の一連の工程を実行するステップと、
前記処理された半導体ウェハ（１０５）から測定学的データを取得するステップと、
前記取得された測定学的データを用いて最終クリティカルディメンジョン制御調整プロセスを実行するステップと、
前記最終クリティカルディメンジョン制御調整プロセスに応答して、フィードバック／フィードフォワード修正プロセスを実行するステップとを含む方法を実行する、コンピュータが読出可能なプログラム記憶装置。
【請求項８】
コンピュータが読出可能なプログラム記憶装置であって、命令がエンコードされており、コンピュータによって実行された場合に、
半導体ウェハ（１０５）を処理するステップ、および測定学的データを取得するステップはさらに、
前記半導体ウェハ（１０５）上で金属堆積プロセスを実行するステップと、
前記半導体ウェハ（１０５）上で、前記金属堆積プロセスの後に続くある期間に、フォトリソグラフィプロセスを実行するステップと、
前記半導体ウェハ（１０５）上で、前記フォトリソグラフィプロセスの後に続くある期間に、エッチングプロセスを実行するステップとを含み、
測定学的データを取得するステップはさらに、
前記金属堆積プロセス、前記フォトリソグラフィプロセスおよび前記エッチングプロセスの各々に関連する測定学的データを取得するステップを含む、請求項７に記載の方法を実行する、コンピュータが読出可能なプログラム記憶装置。
【請求項９】
コンピュータが読出可能なプログラム記憶装置であって、命令がエンコードされており、コンピュータによって実行された場合に、
最終クリティカルディメンジョン制御調整プロセスを実行するステップはさらに、
前記金属堆積プロセス、前記フォトリソグラフィプロセスおよび前記エッチングプロセスの各々に関連する前記測定学的データを用いて、最終クリティカルディメンジョンエラーデータを算出するステップと、
前記最終クリティカルディメンジョンエラーデータがデッドゾーン外であるかどうかを判断するステップと、
前記最終クリティカルディメンジョンエラーデータが前記デッドゾーン外であるという判断に基づいて、少なくとも１つの制御入力パラメータを修正するステップとを含む、請求項８に記載の方法を実行する、コンピュータが読出可能なプログラム記憶装置。
【請求項１０】
コンピュータが読出可能なプログラム記憶装置であって、命令がエンコードされており、コンピュータによって実行された場合に、
少なくとも１つの制御入力パラメータを修正するステップはさらに、フォトリソグラフィプロセスにおいて露光量を修正するステップを含む、請求項７に記載の方法を実行する、コンピュータが読出可能なプログラム記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
この発明は、一般的に半導体製造に関し、特に半導体ウェハにおける最終クリティカルディメンジョンの自動化されたエラー訂正のための方法および装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
製造産業における技術の急激な進歩により、結果として多くの新しく革新的な製造プロセスが生じた。今日の製造プロセス、特に半導体製造プロセスは、多数の重要な工程を必要とする。これらのプロセス工程は通常不可欠なものなので、適切な製造制御を維持するよう一般的に微調整された多くの入力を必要とする。
【０００３】
半導体装置の製造は、半導体原材料から、パッケージされた半導体装置を作るための多くの別個のプロセス工程を必要とする。半導体材料の最初の堆積、半導体結晶の個々のウェハへのスライシング、製作段階（エッチング、ドーピング、イオン注入、など）から、完成した装置のパッケージングおよび最終テストまでの様々なプロセスは、互いに異なり専門化されているため、異なった制御機構を含む異なった製造場所で行なわれることがある。
【０００４】
半導体装置製造に影響を与える要因の中にはウェハ間のばらつきがあり、これは製造機械ツールの運転開始時の影響、製造チャンバーの記憶効果、第１のウェハ効果、および製造設備における処理モジュールのミスマッチを含む製造に関する問題によって生じる。このような要因により悪影響を受けるプロセス工程のうち１つは、フォトリソグラフィクリティカルディメンジョン形成である。クリティカルディメンジョン制御は、半導体製造のフォトリソグラフィ分野におけるいくつかの重要な工程のうちの１つである。クリティカルディメンジョン制御は、半導体装置の表面上で実際の回路パターン寸法と比較して、所望のクリティカル回路パターン寸法を測定するステップを含む。半導体装置の多数の層が確実に接続され機能し得るためには、一般的に、ずれによるエラーを最小限にすることが重要である。技術によって半導体装置のためのさらに小さなクリティカルディメンジョンが容易になるにつれ、ずれによるエラーを減らす必要性が大いに増してくる。
【０００５】
一般的に、プロセス技術者は、現在、月に数回プロセスエラーを分析する。プロセスエラーの分析から得られた結果は、プロセスツールの設定を手動で更新するのに用いられる。一般的には、製造モデルを用いて製造プロセスを制御する。現在の方法に関連する問題のいくつかには、プロセスツールの設定が月に数回更新されるのみであるという事実が含まれる。さらに、現在、プロセスツールの更新は一般的に手動で行なわれている。半導体製造におけるエラーがまとめられず、品質管理担当者に報告されることが何度もある。しばしば、製造モデル自体が、製造の品質を損ない得る偏り誤差を招く。製造された半導体装置の適切な性能にとって、半導体装置内の小区分の適切な形成が重要である。ポリシリコンゲート等の小区分のクリティカルディメンジョンは、一般的に、半導体装置が容認できる製造品質内にあるようにするために、予め定められた容認できるエラーマージン内にあるべきである。
【０００６】
一般的に、１組のプロセス工程は、露光ツールまたはステッパまたはスキャナと呼ばれる半導体製造ツール上の多くのウェハの上で実行され、その後エッチングツールにおいて半導体ウェハの処理が続く。製造ツールは処理モジュールの製造フレームワークまたはネットワークと通信する。製造ツールは、一般的に設備インターフェイスに接続される。設備インターフェイスはステッパが接続されているマシンインターフェイスに接続され、これによりステッパと製造フレームワークとの間の通信を容易にする。マシンインターフェイスは、一般的に高性能プロセス制御（ＡＰＣ：ａｄｖａｎｃｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ）システムの一部であり得る。ＡＰＣシステムは、製造モデルに基づき制御スクリプトを開始するが、これは製造プロセスを実行するために必要なデータを自動的に検索するソフトウェアプログラムであってもよい。半導体装置は、しばしば多数のプロセスのための多数の製造ツールを介して段階付けされ、処理された半導体装置の品質に関してデータを生成する。半導体装置の処理中にエラーが何度も起こることがある。これらのエラーは、処理された半導体装置における多数のパラメータのクリティカルディメンジョンに明らかな不一致を引き起こすことがある。さらに、処理された半導体装置のパラメータのクリティカルディメンジョン、特に最終クリティカルディメンジョンが容認可能な許容差マージン内となるよう、エラーを減ずることが大切である。
【０００７】
この発明は、上述の１つまたは複数の問題を克服するか、または少なくともその影響を減ずることに向けられる。
【０００８】
【発明の開示】
この発明の一局面では、半導体ウェハの処理中に最終クリティカルディメンジョンを制御するための方法が提供される。半導体ウェハの一連の製造工程が処理される。測定学的データが、処理された半導体ウェハから取得される。最終クリティカルディメンジョン制御調整プロセスを、取得された測定学的データを用いて実行する。フィードバック／フィードフォワード修正プロセスを、最終クリティカルディメンジョン制御調整プロセスに応答して実行する。
【０００９】
この発明の別の局面では、半導体ウェハの処理中に最終クリティカルディメンジョンを制御するためのシステムが提供される。この発明のシステムは、半導体ウェハの表面上で金属物質を堆積させることができる金属堆積プロセスツール、半導体ウェハの表面上で金属線を規定することのできるフォトリソグラフィツール、フォトリソグラフィツールによる半導体ウェハの処理から結果として生じる過剰な材料をエッチングすることができるエッチングプロセスツール、金属堆積プロセスツールとフォトリソグラフィツールとエッチングプロセスツールとの各々に電子的に結合された少なくとも１つのマシンインターフェイスを含み、マシンインターフェイスは、金属堆積プロセスツール、フォトリソグラフィツールおよびエッチングプロセスツールの各々に少なくとも１つの制御入力パラメータを送ることができ、この発明のシステムはさらに、マシンインターフェイスに電子的に結合されるコンピュータシステムを含み、コンピュータシステムはマシンインターフェイスを制御することができ、この発明のシステムはさらに、金属堆積プロセスツール、フォトリソグラフィツールおよびエッチングプロセスツールの各々に結合された少なくとも１つの測定学的ツールを含み、測定学的ツールは測定学的データを取得することができ、この発明のシステムはさらに、測定学的ツールおよびコンピュータシステムに結合された最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニットを含み、最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニットは、測定学的データに応答して、コンピュータシステムに少なくとも１つの制御入力パラメータを修正させることができる。
【００１０】
この発明は、同じ参照番号が同様の要素を特定する添付の図面に関連して、以下の説明を参照することにより理解されるであろう。
【００１１】
この発明はさまざまな修正および代替の形が可能であるが、その特定の実施例を図面において例示のために図示し、この明細書中に詳細に説明する。しかしながら、特定の実施例のこの明細書中の記載は、開示の特定の形式にこの発明を限定することを意図するものではなく、反対に前掲の請求項に規定されるように、この発明の精神および範囲内にあるすべての変形、等価物および代替例を包含することを意図するものであるということが理解されるべきである。
【００１２】
【この発明を実行するためのモード】
この発明の例示的な実施例が以下に説明される。明瞭さを期すため、実際の実現例の特徴のすべてがこの明細書に説明されるものではない。そのような実際のいずれの実施例の開発においても、開発者たちの特定のゴール、例えば実現例によって異なるシステム関連およびビジネス関連の制約の遵守を達成するために、非常に多くの実現例特有の決定がなされるべきであることが当然認識され得るだろう。さらに、そのような開発努力は複雑で時間のかかるものでもあり得るが、それにもかかわらず、この開示の利益を受ける通常の当業者にとって日常的な取組みであることが認識されるだろう。
【００１３】
半導体製造に関連する多くの別個のプロセスが存在する。半導体装置はしばしば、多数の製造プロセスツールを介して段階付けされる。ウェハ間のばらつきにより、結果として不均一な半導体装置が生産され得る。影響を受ける１つのプロセスはフォトリソグラフィクリティカルディメンジョンプロセスである。クリティカルディメンジョン形成は半導体製造において重要な工程である。特に、クリティカルディメンジョン形成には、製造プロセスの間、半導体層上の実際のクリティカルディメンジョンと比較して所望のクリティカルディメンジョンを測定するステップが含まれる。クリティカルディメンジョンプロセスの改良により、結果として、半導体製造プロセスにおいて品質および効率の点で実質的な向上が可能となるだろう。この発明は、ウェハ間のばらつきに対し自動化されたエラー訂正を実現する方法を提供する。
【００１４】
半導体装置は、製造環境において、多くの入力制御パラメータを用いて処理される。この発明の一実施例が図１に例示される。一実施例においては、半導体ウェハ等の半導体製品１０５は、ライン１２０上の複数の制御入力信号を用いて、プロセスツール１１０および１１２上で処理される。一実施例においては、ライン１２０上の制御入力信号は、マシンインターフェイス１１５および１１７を介してコンピュータシステム１３０からプロセスツール１１０および１１２に送られる。一実施例では、第１および第２のマシンインターフェイス１１５および１１７は、プロセスツール１１０および１１２の外部に位置する。代替の実施例では、第１および第２のマシンインターフェイス１１５および１１７は、プロセスツール１１０および１１２内に位置する。
【００１５】
一実施例では、コンピュータシステム１３０は、ライン１２０上の制御入力信号を第１および第２のマシンインターフェイス１１５および１１７に送る。コンピュータシステム１３０は、製造モデル１４０を用いてライン１２０に制御入力信号を生成する。一実施例では、製造モデル１４０はレシピを含み、これによりライン１２０を介して送られる複数の制御入力パラメータを決定する。
【００１６】
一実施例では、製造モデル１４０は、ある特定の製造プロセスを実現する処理スクリプトおよび入力制御を規定する。ライン１２０上の、プロセスツールＡ１１０宛ての制御入力信号は、第１のマシンインターフェイス１１５により受取られ処理される。ライン１２０上の、プロセスツールＢ１１２宛ての制御入力信号は、第２のマシンインターフェイス１１７により受取られ処理される。半導体製造プロセスにおいて用いられるプロセスツール１１０および１１２の例には、金属堆積ツール、ステッパ、スキャナ、ステップアンドスキャンツールおよびエッチングプロセスツールがある。
【００１７】
プロセスツール１１０および１１２により処理される１つまたは複数の半導体ウェハ１０５は、測定学的データを取得するために、一般的に測定学的ツール１５０に送られる。一実施例では、測定学的ツール１５０は金属堆積プロセスデータ取得ツールである。別の実施例では、測定学的ツール１５０はフォトリソグラフィプロセスデータ取得ツールである。さらに別の実施例では、測定学的ツール１５０はエッチングプロセスデータ取得ツールである。測定学的ツール１５０からのデータは、測定学的データプロセスユニット１４５により処理されまとめられる。一実施例では、測定学的データプロセスユニット１４５は、測定学的データを、処理された半導体ウェハのある特定の製造ロットと相互に関連させる。一実施例では、測定学的データプロセスユニット１４５はコンピュータシステム１３０に一体化される。一実施例では、測定学的データプロセスユニット１４５は、コンピュータシステム１３０に組込まれるコンピュータソフトウェアプログラムであり、コンピュータシステム１３０はＡＰＣフレームワーク内に一体化される。
【００１８】
測定学的データプロセスユニット１４５からの処理された測定学的データは、ライン１５５で最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニット１６０に送られる。一実施例では、最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニット１６０は、測定学的データを利用し、最終クリティカルディメンジョン制御調整プロセスを実行する。最終クリティカルディメンジョン制御調整データが、最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニット１６０により発生し、ライン１７０を介してコンピュータシステム１３０に送られる。最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニット１６０からの最終クリティカルディメンジョン制御調整を用いて、当業者にとって公知であるフィードバックおよびフィードフォワード調整データを発生させる。コンピュータシステム１３０はフィードバックおよびフィードフォワード調整データを利用し、製造モデル１４０において修正を加え、これによりライン１２０上の制御入力パラメータにおいて適切な変更をもたらす。一実施例では、最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニット１６０は、コンピュータシステム１３０に一体化される。一実施例では、最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニット１６０は、コンピュータシステム１３０に組込まれたコンピュータソフトウェアプログラムである。
【００１９】
一般的には、ライン１２０上の制御入力信号のフィードバック修正はフォトリソグラフィプロセスで実行され、このプロセスはたとえば、光露光量を用いる線幅調整、および露光フォーカス修正を用いるラインプロファイル調整等である。ライン１２０上の制御入力信号のフィードバック修正はまた、エッチングプロセスで実行されてもよく、このプロセスはたとえば、エッチングレシピ修正を用いるエッチング線形状調整、およびエッチング終点調整等である。フィードバックおよびフィードフォワード調整は、処理された半導体ウェハの最終クリティカルディメンジョンにおけるエラーを減ずるために行われる。
【００２０】
ステッパプロセス等の製造プロセスの状況においては、ライン１２０上の、プロセスツール１１０を動作するために用いられる制御入力は、露光量信号、フォーカスオフセット信号、開口数信号、部分的コヒーレンス信号およびウェハステージの高さ信号を含む。一般的に、露光量信号およびフォーカスオフセット信号に関連するエラーは、露光ツールで処理されているウェハの表面上の１つの特定の露光プロセスに関係がある。この発明により教示される主たる特徴のうちの１つは、外部変数の分析に応答してライン１２０上の制御入力信号を更新する方法である。
【００２１】
プロセスツール１１０でのプロセス工程が完了すると、プロセスツール１１０で処理されている半導体ウェハ１０５は検査ステーションで検査される。１つのこのような検査ステーションがＫＬＡ検査ステーションである。検査ステーションの動作から得られた１組のデータは、前の露光プロセスにより生じたクリティカルディメンジョンエラー（ＣＤエラー）の定量的測定値である。一実施例では、ＣＤエラーの量は、プロセスにおいて、半導体ウェハの現在の層上で発生した過度の露光または露光不足に関係する。一実施例では、発生したＣＤエラーの量は、ある特定の露光プロセスへの制御入力が原因とされることがある。制御入力は、一般的に半導体ウェハ上の露光ツールにより実行されるプロセス工程の精度に影響を及ぼす。制御入力信号は、測定されたクリティカルディメンジョンおよび処理されている半導体ウェハの位置に影響を及ぼす。制御入力の修正を利用し、露光ツールで用いられるプロセス工程の性能を改善することができる。一実施例では、ライン１２０上の制御入力信号に対する修正は、処理されている半導体装置上の外部変数の影響に基づく。
【００２２】
図２には、この発明の教示を実現するために用いられる装置のさらに詳細な実施例を表わすブロック図が示される。半導体ウェハ等のウェハ２０５は、金属堆積プロセスツール２１０に送られる。金属堆積プロセスツール２１０はウェハ２０５の表面上に、アルミニウム等の金属からなる少なくとも１つの層を堆積させる。金属堆積プロセスから生じる製造データまたは測定学的データは、測定学的ツール１５０により取得される。金属堆積プロセス測定学的データは次いで、最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニット１６０に送られる。
【００２３】
次に、ウェハ２０５は、ウェハ２０５上での金属線のパターニング等のフォトリソグラフィプロセスのために、フォトリソグラフィプロセスツール２２０に送られる。フォトリソグラフィプロセスから生じる測定学的データは、測定学的ツール１５０により取得される。フォトリソグラフィプロセスツール２２０と関連付けられる測定学的ツール１５０によって取得された測定学的データは、ＣＤエラー等のデータを含み得る。フォトリソグラフィプロセス測定学的データは次いで、最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニット１６０に送られる。その後、ウェハ２０５はエッチングプロセスのためにエッチングプロセスツール２３０に送られる。一実施例では、エッチングプロセスは反応性イオンエッチング段階を含む。エッチングプロセスから生じる測定学的データが測定学的ツール１５０によって取得される。エッチングプロセスツール２３０と関連付けられる測定学的ツール１５０によって取得された測定学的データは、ウェハ２０５上の金属線の線幅厚の最終クリティカルディメンジョン等のデータを含み得る。エッチングプロセス測定学的データは次に、さらなる分析のために最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニット１６０に送られる。
【００２４】
図３には、フォトリソグラフィパターニングを実行するための例示的な処理ライン３００の略図が示される。処理ライン３００はフォトレジスト堆積ユニット３１０、ステッパ３１５、３つのオーブン３１１、３２０および３５１、３つの冷却ステーション３１２、３３０および３５２、ディベロッパ３５０ならびにスキャタロメータ３４０等の測定学的ツールを含む。フォトレジスト堆積ユニット３１０はウェハ２０５を受取り、ウェハ２０５の表面上に、予め定められた厚さのフォトレジスト材料を堆積させる。ウェハ２０５は次に、熱処理のためにオーブン３１１に送られる。続いて、ウェハ２０５は冷却のために冷却ステーション３１２に送られ、その後ステッパ３１５に送られる。ステッパ３１５は、ウェハ２０５（または半導体ウェハのロット）を受取り、ウェハ２０５を光源に露光し、レチクルを用いてウェハ２０５をパターニングする。ウェハ２０５はオーブン３２０に移され、そこでポストベークが行なわれる。ポストベークの後、ウェハ２０５は冷却ステーション３３０に移され、ウェハ２０５が十分に冷却された後ディベロッパ３５０に移される。ディベロッパ３５０は、露光されたフォトレジスト材料をウェハ２０５から取除く。ウェハ２０５は熱処理のためにオーブン３５１に送られ、さらにウェハ２０５は冷却ステーション３５２で冷却される。
【００２５】
ウェハ２０５は測定のためにスキャタロメータ３４０に移される。以下にさらに詳しく説明するように、スキャタロメータ３４０はウェハ２０５を測定して、前に実行されたフォトリソグラフィプロセスの許容性および／または均一性を判断し、ウェハ測定値を最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニット１６０に伝える。ＡＰＣフレームワークに一体化されたコンピュータシステム１３０は、ウェハ測定値に基づき、必要であればステッパ３１５のレシピを調整する。この開示を考慮して通常の当業者に認識されるように、処理ライン３００は、この明細書中に説明されるプロセス工程を実行するための別個のまたは一体化されたプロセスツールを含んでいてもよい。スキャタロメータ３４０により取得されたデータを用いて、ライン１２０上の制御入力信号のフィードバックおよびフィードフォワード修正を実行し、これによりプロセスツール１１０および１１２を制御する。最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニット１６０は、図３に説明されるフォトリソグラフィプロセスから測定学的データを取得し、半導体ウェハのその後のフォトリソグラフィプロセスに影響を及ぼす制御調整を発生させる。
【００２６】
図４では、この発明によって教示される方法の一実施例を表わすフローチャートが示される。図４のブロック４１０に説明されるように、半導体ウェハの一連の製造工程が処理される。半導体ウェハの処理から生ずる測定学的データが、図４のブロック４２０に説明されるように、少なくとも１つの測定学的ツールによって取得される。図４のブロック４１０および４２０に説明される、半導体ウェハを処理する工程、およびその結果として生じる測定学的データを取得する工程のさらに詳細な説明が、図５に例示される。
【００２７】
図５では、金属堆積プロセスが、ブロック５１０に説明されるように少なくとも１つの半導体ウェハ上で実行される。一実施例では、金属堆積プロセスはアルミニウム堆積段階を含み、これはこの開示の利益を受ける当業者にとっては公知である。金属堆積プロセスの精度を反映する測定学的データが、図５のブロック５２０に説明されるように、測定学的ツールによって取得される。金属堆積プロセスから取得された測定学的データは、堆積した金属の厚さ、堆積した金属の面積抵抗率および堆積した金属の最高の反射率等のデータを含み得る。
【００２８】
金属堆積プロセスの後、図５のブロック５３０に説明されるように、フォトリソグラフィプロセスが半導体ウェハ上で実行される。フォトリソグラフィプロセスは、半導体ウェハ上における金属線パターニングを生じさせるステップを含む。フォトリソグラフィプロセスが半導体ウェハ上で実行されると、図５のブロック５４０に説明されるように、関連する測定学的データが取得される。取得された測定学的データは、ある特定の光量に関連するラインプロファイル、回路クリティカルディメンジョン、スロープなどを含む。その後、図５のブロック５５０に説明されるように、エッチングプロセス工程が半導体ウェハ上で実行される。一実施例では、反応性イオンエッチングプロセスを利用し、半導体ウェハからアルミニウム材料をエッチングする。図５のブロック５６０に説明されるように、エッチングプロセスの結果として生じる測定学的データが取得される。取得された測定学的データは、金属線厚等の、ある特定のエッチングエンドポイント時間に関連するデータを含み得る。
【００２９】
ここで図４に戻って、半導体ウェハの製造ロットが処理され、関連する測定学的データが取得されると、図４のブロック４３０に説明されるように、最終クリティカルディメンジョン制御調整プロセスが実行される。最終クリティカルディメンジョン制御調整プロセスを実行する工程のさらに詳細な実施例が、図６に例示される。
【００３０】
図６では、ブロック６１０に説明されるように、金属堆積プロセス測定学的データは、半導体ウェハの特定の製造ロットに関して相関付けられ、まとめられ、次に、最終クリティカル制御ディメンジョンアルゴリズムユニット１６０に送られる。金属堆積プロセス測定学的データは、堆積した金属の厚さ、堆積した金属の面積抵抗率および堆積した金属の最高の反射率等のデータを含み得る。図６のブロック６２０に説明されるように、フォトリソグラフィプロセス測定学的データは、半導体ウェハの特定の製造ロットに関して相関付けられ、まとめられ、次に、最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニット１６０に送られる。フォトリソグラフィプロセス測定学的データは、ラインプロファイル、回路クリティカルディメンジョン、スロープ等の、ある特定の光量に関連するデータを含み得る。その後、図６のブロック６３０に説明されるように、エッチングプロセス測定学的データは、半導体ウェハの特定の製造ロットに関して相関付けられ、まとめられ、さらに、最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニット１６０に送られる。エッチングプロセス測定学的データは、金属線厚等の、ある特定のエッチングエンドポイント時間に関連するデータを含み得る。
【００３１】
次に、最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニット１６０は、処理された半導体ウェハの最終クリティカルディメンジョンを算出し、図６のブロック６４０に説明されるように、測定学的データを用いて、修正された制御入力パラメータを系統立てて表わすが、これは最終クリティカルディメンジョンにおけるエラーを減じ、かつ目標とする最終クリティカルディメンジョンに近づくためである。最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニット１６０によって用いられる測定学的データは、堆積した金属の厚さ、堆積した金属の面積抵抗率、堆積した金属の最高の反射率、レジストレーションの誤り、線の厚さ等の、ある特定の光量に関連するデータを含んでいてもよく、また金属線厚等の、ある特定のエッチングエンドポイント時間に関連するデータを含んでいてもよい。最終クリティカルディメンジョン制御アルゴリズムユニット１６０は、最終クリティカルディメンジョンで検出されるエラーの量に基づき、フォトリソグラフィプロセスのための光量やエッチングプロセスのためのエンドポイント時間を調整するステップ等、その後のプロセス工程の制御入力パラメータを修正するよう決定を下す。図７には、最終クリティカルディメンジョンでのエラーがその後のプロセスの制御入力パラメータに対する修正に値するかどうかについて判断するために用いられるフローチャートのアルゴリズムが例示される。
【００３２】
図７では、ブロック７１０に説明されるように、最終クリティカルディメンジョンデータが取得され、最終クリティカルディメンジョンに関連するエラーデータが算出される。最終クリティカルディメンジョンおよびその関連するエラーを算出するための１つの例示的な方法が、以下に説明される。エラーデータは、当業者にとって公知である複数の方法のうち１つから取得される。エラーデータが取得されると、図７のブロック７２０に説明されるように、エラーデータがデッドゾーン内であるかどうかを判断する。ブロック７２０に説明される工程が実行され、エラーがライン１２０上の制御入力の変更に値するほどに重要であるかどうかを判断する。デッドゾーンを規定するために、検査ステーション等の製品分析ステーション（図示せず）から得られたエラーが、１組の予め定められたしきい値パラメータと比較される。一実施例では、デッドゾーンは、制御入力信号に関連付けられ、一般にはそれに対して制御装置の動作が阻止される、対応の予め定められたターゲット値の組の中央近くに存在するある範囲のエラー値を含む。製品分析ステーションから得られたエラーのいずれか１つが、その対応する予め定められたしきい値よりも小さい場合、その特定のエラーはデッドゾーン内であると考えられる。デッドゾーンの主要な目的の１つは、ライン１２０上の制御入力パラメータへの変更から生じる過剰な制御作用が、半導体製造プロセスに対する過度なジッタを妨ぐことである。
【００３３】
ブロック７２０に示されるように制御入力信号に対応するエラーがデッドゾーン内であると判断されると、図７のブロック７３０に説明されるようにその特定のエラーは無視される。すなわち、制御入力信号に対応するエラーの値が予め定められたデッドゾーン内にあることが判明すると、その特定のエラーはその対応する制御入力信号の更新に用いられない。一実施例では、エラーデータがデッドゾーン内であると判断されると、図７のブロック７３０に説明されるように、その特定のエラーデータに基づき制御パラメータは変更されない。次に、図７のブロック７４０に説明されるように、新しいエラーデータが得られ、分析される。一実施例では、獲得される新しいエラーデータのために、上述の工程が繰返される。
【００３４】
ブロック７２０に示されるように、制御入力信号に対応するエラーがデッドゾーン内にないと判断されると、図７のブロック７５０に説明されるように、エラーを補うために制御入力パラメータを修正するステップ等のさらなるプロセスが実行される。制御入力信号に対応するエラーの値を用いて、次に続く製造プロセス工程のためにライン１２０上の制御入力パラメータを更新する。
【００３５】
図８では、最終クリティカルディメンジョンおよびその関連するエラーデータを算出するための一実施例が示される。フォトレジストエッチャープロセスのためのポリシリコンゲート（ポリゲート）ＣＤ測定を実行する制御戦略の一実施例は以下のとおりである。ポリゲートＣＤのための制御戦略を図８に例示する。開発された制御「ノブ」は、標準のポリゲートエッチングが実行される前の追加のエッチング工程である。この追加の工程はフォトレジストのエッチングであり、結果としてフォトレジストの線幅を減じる。レジストエッチング時間の増減により、結果として、より大きいかまたはより小さい最終検査クリティカルディメンジョン（ＦＩＣＤ８０５）を生じる。ＦＩＣＤ８０５はこの方法でしか減じることができないので、入来するウェハは公称のＤＩＣＤ８２０より大きなＦＩＣＤを有するはずである。現行の公称の光露光の減少により、通常の範囲のポリＣＤ変動はターゲット値より上とされる。「ｎ」個のウェハのあるサンプル組がロットから取出され、エッチャー８１０を介して前方に送られる。これらの前送りのウェハは、前に処理されたロットに見られる特徴的なレジストトリミング時間から結果として生じる公称のフォトレジストエッチング時間を受取る。サンプルのウェハが取除かれ、ＦＩＣＤ８０５が測定される。ＡＰＣ制御装置等のプロセス制御装置は、これらのＦＩＣＤ８０５の測定値を自動的に読取る。プロセス制御装置はこのデータをフィルタにかけてノイズを減らし、正しいフォトレジストトリミング時間を決定して、ロット内の残りのウェハをＦＩＣＤ８０５ターゲットに導く。レシピがダウンロードされ、トリミング時間が自動的に調整され、さらにロットのバランスが新しいトリミング時間でエッチングされる。プロセス制御装置はまた、その後のロットからの前送りのウェハが必要であるか否かについても判断する。前送りのサンプルがない場合、プロセス制御装置は前にエッチングされたロットからのＦＩＣＤ８０５測定値を用いて、レジストトリミング時間を更新する。
【００３６】
この制御方法の利点は、改善されたロット平均ＦＩＣＤ８０５制御であり、以下にて定量化される。加えて、製造能力が改善されるが、これは、光（たとえば、トラックＰＭ）およびエッチング（たとえば、ウェットチャンバークリーン）の両方での変動が、修正された露光量でのフォトリソグラフィの再処理についての先の技術集約的な制御方法に比べて、フォトレジストトリミング時間により今や自動的に補われるからである。
【００３７】
ここでは、制御アルゴリズムの概略を、それが同じチャンバー内で処理されるべき、ポリゲートエッチングに到達する、同じ状況の一連のロットまたは「スレッド」に適用されるとおりに述べる。ロットのための状況は、製品のタイプと、フォトリソグラフィにおけるメンテナンス作業等の工程変更事象により作られる「隔離」タグとを含む。
【００３８】
制御モデルは制御変数と、調整済みＦＩＣＤ８０５（ＦＩＣＤ＿ｂａｒ）測定値と、フォトレジストエッチング時間の操作された変数との間の関係を規定する。この関係は多項式関数により規定される（式１を参照）。
【００３９】
【数１】
2004511897.tif 000003
【００４０】
ａおよびｂは実験データから決定されたモデルパラメータであり、このプロセスのための形式仕様の一部である。この形式仕様はバージョン化され、変更のための承認を必要とする。これらの定数は、プロセスレシピおよびプロセス仕様の他のパラメータとともに、レシピ管理システム（ＲＭＳ）に存在する。変数ｔはフォトレジストエッチング時間であり、ｃはエッチングプロセスの現在の状態に適合したパラメータである。
【００４１】
初期化の時点では、プロセス制御装置出力はレジストエッチング時間、ｔ０のための固定された「デフォルト」値である。この値は、ｃの初期値およびモデル式に従ったＦＩＣＤ８０５ターゲットとともにＲＭＳに存在する（式２を参照）。
【００４２】
【数２】
2004511897.tif 000004
【００４３】
初期化条件は「リセット」と称される、オペレータの入力または自動的な動作により呼び出され得る条件である。リセット条件は、初期時間ｔ０で実行されるべき１つまたは複数のサンプルウェハの前送りの子ロットを必要とする。追加のロットは、ＦＩＣＤ８０５が初期子ロットに対して測定される前には進められない。
【００４４】
ＦＩＣＤ８０５データは、以下に示される測定推定アルゴリズムセクションで説明されるように、ＦＩＣＤ＿ｂａｒを作り出すよう条件づけられる。モデルはパラメータｃを修正することにより動作を提示するよう適合する（式３を参照）。
【００４５】
【数３】
2004511897.tif 000005
【００４６】
親ロットのための予想時間ｔ１は、式４：
【００４７】
【数４】
2004511897.tif 000006
【００４８】
により与えられるエラー関数を最小限にすることにより決定されるが、それは、ｔｍｉｎおよびｔｍａｘのＲＭＳ値により決定された、別個の組の実行可能なレジストエッチング時間にわたるものである（式５を参照）。
【００４９】
【数５】
2004511897.tif 000007
【００５０】
ＦＩＣＤ＿ｐｒｅｄｉｃｔｅｄは、更新されたパラメータｃ１を用いて、時間の組ｔにわたってモデル式により規定される（式６）。
【００５１】
【数６】
2004511897.tif 000008
【００５２】
親ロットがレジストエッチング時間ｔ１でエッチングされ、結果として生じるＦＩＣＤ＿ｂａｒ値が測定され、パラメータｃが更新され、さらに新しいエッチング時間が次のロットのために生じるという、この反復のループが無限に続けられる。
【００５３】
一実施例では、ＦＩＣＤ８０５は、オパル（Ｏｐａｌ）として公知であるクリティカルディメンジョン測定ツールにより、ウェハ上にわたって９つの部位で測定される。製品のタイプ、エッチングチャンバーおよび隔離タグの所与の状況に対して、これらのＦＩＣＤ８０５測定値は条件づけられ、正確なＦＩＣＤ８０５値の推定を改善する。
【００５４】
一実施例では、９つの測定値の各組は、個々の測定値のいずれかが「通常の」範囲の変動外にあるかどうかを判断することにより、「異常値」が調べられる。この通常範囲は、僅かに異なる結果を伴うものの、いくつかの異なった方法により判断され得る。一実施例では、「ボックスプロット」方法が用いられる。異常値に加えて、０値が切り捨てられる。残りの測定値の数は、ｍｉｎ＿ｇｏｏｄ＿ｍｅａｓｕｒｅｓのＲＭＳ値より大きくなければならない。残りの測定値があまりにも少ない場合、例外条件が生成される。個々のウェハデータから中間および標準偏差値が決定される。これらの値は標準偏差として、中間値および最大許容値に対する限界値と比較される。例外条件は、これらのＲＭＳ特定値以外の値のために生成される。類似の限界値チェックは、サンプル組の各々のウェハからの中間ＦＩＣＤ８０５値の平均およびその範囲を得るために実行される。
【００５５】
結果として生じる単一の値はＦＩＣＤ＿ａｖｇであり、ウェハのこのロットを特徴付ける、ウェハ中間ＦＩＣＤ８０５測定値の平均である。ＦＩＣＤ＿ａｖｇは、親ロット測定値に基づき、現在のＥＷＭＡ平均に対してフィルタにかけられた指数重み付き移動平均（ＥＷＭＡ）である（式７）。
【００５６】
【数７】
2004511897.tif 000009
【００５７】
ラムダはＲＭＳ特定の値である。製品タイプの状況などを含むこの値は、プロセス制御装置（図示せず）に送られ、ロットのためのフォトレジストエッチング時間を決定するよう用いられる。上述の方法を用いて、処理された半導体装置のクリティカルディメンジョン測定が行なわれる。
【００５８】
ここで図４に戻って、最終クリティカルディメンジョン測定およびエラー算出が完了すると、この開示の利益を受ける当業者にとって公知である方法を用いて修正データが算出され、これによりブロック４３０に説明される最終クリティカルディメンジョン制御調整プロセスを実行する工程が完了する。次に修正データを用いてライン１２０上の制御入力パラメータを修正し、図４のブロック４４０に説明されるように、半導体ウェハのその後の処理のためにフィードバックおよびフィードフォワードを実行する。一実施例では、制御入力パラメータを修正するステップは堆積期間を修正して、スペーサ堆積プロセスの間スペーサ幅を調整するステップを含む。半導体ウェハ製造のためのこの発明によって教示される原理を実現するステップに加えて、この発明によって教示される原理は他の製造の分野でも利用され得る。
【００５９】
一実施例では、制御スレッドを利用して製造プロセスを制御する。ライン１２０上の更新された制御入力信号を用いる１つの方法は、制御スレッドによって実現される。制御スレッドはオーバーレイ制御装置およびエッチングプロセスツールによって実現され得る。制御スレッドは、露光ツール等の半導体製造ツールの制御機構の重要な一部である。異なった制御スレッドの各々は別個の制御装置のように作用し、さまざまなプロセス条件によって区別される。オーバーレイ制御のために、制御スレッドは異なった条件の組合せにより分けられており、これには、その時点でウェハロットを処理している半導体製造ツール（たとえば、ステッパ）、半導体製品、半導体製造動作、およびウェハの前の層で半導体ウェハロットを処理する半導体製造ツールが含まれる。制御スレッドに対する修正は、この発明により教示される原理を用いて実行される。
【００６０】
この発明により教示される原理は、高性能プロセス制御（ＡＰＣ）フレームワークで実現され得る。ＡＰＣフレームワークは、ある好ましいプラットフォームであり、これによって、この発明により教示される最終クリティカルディメンジョン制御調整プロセス戦略を実現する。いくつかの実施例では、ＡＰＣフレームワークは工場全体のソフトウェアシステムであってもよく、したがってこの発明により教示される制御戦略は、工場作業場上の事実上いずれの半導体製造ツールにも適用され得る。ＡＰＣフレームワークはまた、リモートアクセスおよびプロセス性能の監視も可能である。さらに、ＡＰＣフレームワークを利用することにより、データ記憶が、ローカルドライブよりもより便利で、より柔軟性があり、より安価ものとなり得る。ＡＰＣプラットフォームは必要なソフトウェアコードの書込に際してかなりの柔軟性を提供するので、より高性能のタイプの制御が可能である。
【００６１】
この発明によって教示される、ＡＰＣフレームワークの上への制御戦略の展開は、多くのソフトウェアコンポーネントを必要とすることもあり得る。ＡＰＣフレームワーク内のコンポーネントに加えて、コンピュータスクリプトが制御システムに含まれる各半導体製造ツールのために書込まれる。制御システム内の半導体製造ツールが半導体製造工場で始動すると、そのツールは一般的に、オーバーレイ制御装置等のプロセス制御装置が必要とする動作を開始するためのスクリプトを要求する。制御方法は、一般的にこれらのスクリプトで規定され実行される。これらのスクリプトの開発は、制御システムの開発の重要な部分を含み得る。この発明によって教示される原理は、他のタイプの製造フレームワークにも実現され得る。
【００６２】
上述に開示の特定の実施例は例示のみであるが、それは、この発明がこの明細書中の教示の利益を受ける当業者にとって明らかな、異なっているが等価の態様で、修正され実施され得るからである。さらに、前掲の特許請求の範囲に記載される以外に、この明細書に示される構成または設計の詳細に対して限定を意図するものではない。したがって、上述に開示されている特定の実施例は、変更または修正されてもよく、このような変更はすべてこの発明の範囲および精神内にあると考えられることは明らかである。したがって、この明細書中に求められる保護範囲は、前掲の特許請求の範囲に述べられるとおりである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明により教示される方法の一実施例を示す図である。
【図２】この発明により教示される方法を実行するための処理ラインの略図である。
【図３】フォトリソグラフィパターニングを実行するための処理ラインの略図である。
【図４】この発明により教示される方法をフローチャートで示した図である。
【図５】図４に説明される、半導体ウェハを処理する工程と測定学的データを取得する工程とを実行するためのフローチャートをより詳細に示した図である。
【図６】図４に説明される、最終クリティカルディメンジョン制御調整プロセスを実行するための工程をフローチャートでより詳細に示した図である。
【図７】制御入力パラメータ修正を実行する一実施例をフローチャートで示した図である。
【図８】この発明の一実施例に従った、最終クリティカルディメンジョンおよび関連するエラーを算出するためのシステムを示したブロック図である。
【図１】
2004511897.tif 000010
【図２】
2004511897.tif 000011
【図３】
2004511897.tif 000012
【図４】
2004511897.tif 000013
【図５】
2004511897.tif 000014
【図６】
2004511897.tif 000015
【図７】
2004511897.tif 000016
【図８】
2004511897.tif 000017
【国際公開パンフレット】
2004511897.tif 000018
2004511897.tif 000019
2004511897.tif 000020
2004511897.tif 000021
2004511897.tif 000022
2004511897.tif 000023
2004511897.tif 000024
2004511897.tif 000025
2004511897.tif 000026
2004511897.tif 000027
2004511897.tif 000028
2004511897.tif 000029
2004511897.tif 000030
2004511897.tif 000031
2004511897.tif 000032
2004511897.tif 000033
2004511897.tif 000034
2004511897.tif 000035
2004511897.tif 000036
2004511897.tif 000037
2004511897.tif 000038
2004511897.tif 000039
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004511897.tif 000040
【国際調査報告】
2004511897.tif 000041
2004511897.tif 000042