阅读说明：本技术 器件制造方法 (Device manufacturing method ) 是由 R·拉赫曼 H·E·采克利 C·D·格乌斯塔 于 2018-05-07 设计创作，主要内容包括：一种器件制造方法,所述方法包括：获得已经执行曝光步骤和过程步骤的多个衬底的测量数据时间序列；获得与主要在对所述多个衬底中的至少部分执行所述过程步骤时的条件相关的状态数据时间序列；对所述测量数据时间序列和所述状态数据时间序列应用滤波器以获得被滤波的数据；和使用所述被滤波的数据确定将要对后续衬底执行的曝光步骤中施加的校正。(A device manufacturing method, the method comprising: obtaining a time series of measurement data for a plurality of substrates on which the exposure step and the process step have been performed; obtaining a time series of state data relating to conditions prevailing when the process step is performed on at least part of the plurality of substrates; applying a filter to the time series of measurement data and the time series of status data to obtain filtered data; and using the filtered data to determine a correction to be applied in an exposure step to be performed on a subsequent substrate.)

器件制造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年6月14日提交的欧洲申请17175967.3的优先权，所述申请通过引用其全部内容并入本文中。

技术领域

本发明涉及使用光刻设备和过程设备的器件制造。

背景技术

光刻设备为将期望的图案施加至衬底上(通常施加至衬底的目标部分上)的机器。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造中。在所述情况下，图案形成装置(其被替代地称作掩模或掩模版)可以用以产生要形成于IC的单层上的电路图案。可以将所述图案转印至衬底(例如，硅晶片)上的目标部分(例如，包括管芯的一部分、一个管芯或几个管芯)上。典型地经由成像至提供于衬底上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上来进行图案的转印。通常，单一衬底将包含被顺次地图案化的邻近目标部分的网络。接着使被图案化的辐射敏感层显影，且使用诸如蚀刻器的过程设备以将图案固定于衬底中。

为了产生电子器件，有必要多次重复曝光步骤和固定步骤，例如高达30次以产生不同器件层。每个层一次施加至衬底中的一个批量(也被称作批次)。为了改善良率，即，具有功能性或可使用的器件的分数，已知使用对衬底执行的测量来调整被施加相同过程的同一批量或稍后批量中的后续衬底的曝光，例如，以减小重叠、聚焦或CD中的误差。所述过程被称为自动过程控制。在对多个衬底的测量可使用的情况下，测量结果的加权移动平均值常常用作对过程控制的输入。

然而，已知的APC方法仍然留下横跨衬底的“指纹”—诸如聚焦、重叠或CD的参数的变化，且因此需要改良自动过程控制方法。

发明内容

本发明旨在提供用于光刻制造过程中的改良的自动过程控制方法。

在第一方面中，本发明提供一种器件制造方法，所述方法包括：

获得已经执行曝光步骤和过程步骤的多个衬底的测量数据时间序列；

获得与主要在对所述多个衬底中的至少部分执行所述过程步骤时的条件相关的状态数据时间序列；

对所述测量数据时间序列和所述状态数据时间序列施加滤波器以获得被滤波的数据；和

使用所述被滤波的数据确定将要对后续衬底执行的曝光步骤中施加的校正。

在第二方面中，本发明提供一种器件制造方法，所述方法包括：

获得已经执行曝光步骤和过程步骤的多个衬底的测量数据时间序列；

对所述测量数据时间序列应用滤波器以获得被滤波的数据；

使用所述被滤波的数据确定将要对后续衬底执行的曝光步骤中施加的校正；

对所述测量数据时间序列应用另外的滤波器以获得另外的被滤波的数据；和

使用所述另外的被滤波的数据确定将要对所述后续衬底执行的所述曝光步骤中施加的另外的校正。

在第三方面中，本发明提供一种器件制造方法，所述方法包括：

获得已经执行曝光步骤和过程步骤的多个衬底的测量数据时间序列；

获得与主要在对所述多个衬底中的至少部分执行所述过程步骤时的条件相关的状态数据时间序列；

将所述测量数据时间序列和所述状态数据时间序列变换成频率空间数据；

基于所述频率空间数据确定将要对所述测量数据时间序列和所述状态数据时间序列中的至少一个应用以获得被滤波的数据的滤波器；

对所述滤波器施加于所述测量数据时间序列和所述状态数据时间序列中的所述至少一个应用所述滤波器以获得被滤波的数据；和

使用所述被滤波的数据确定要对后续衬底执行的曝光步骤中施加的校正。

在第四方面中，本发明提供一种器件制造方法，所述方法包括：

获得已经执行曝光步骤和过程步骤的多个衬底的测量数据时间序列；

获得与主要在对所述多个衬底中的至少部分执行所述过程步骤时的条件相关的状态数据时间序列；

将所述测量数据时间序列和所述状态数据时间序列变换成频率空间数据；和

基于所述频率空间数据确定将要对后续衬底应用以产生测量数据时间序列的采样方案。

附图说明

现在将参考附图通过举例方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1描绘了一种光刻设备以及构成半导体器件的生产设施的其它设备；

图2描绘了常规的自动过程控制方法；

图3描绘了根据本发明的实施例的自动过程控制方法的操作的原理；

图4描绘了根据本发明的实施例的自控过程控制方法的特定应用；

图5描绘了根据本发明的实施例的自控过程控制方法的特定应用；

图6描绘了根据本发明的实施例的自控过程控制方法的特定应用；

图7描绘了根据本发明的实施例的自控过程控制方法的特定应用；

图8描绘了根据本发明的实施例的用于设定自动过程控制方法的过程；

图9描绘了过程参数对衬底指纹的效应的模拟示例。

具体实施方式

在详细地描述本发明的实施例之前，呈现可供实施本发明的实施例的示例环境是有指导性的。

图1说明半导体生产设施的典型布局。光刻设备100将期望的图案施加至衬底上。光刻设备是用于(例如)集成电路(IC)的制造中。在所述情况下，被替代地称作掩模或掩模版的图案形成装置MA包括要形成于IC的单层上的特征(常常被称作“产品特征”)的电路图案。所述图案经由图案形成装置曝光104至提供于衬底“W”上(例如，硅晶片)上的辐射敏感材料(抗蚀剂)层上，转印至所述衬底上的目标部分(例如，包括管芯的一部分、一个管芯或几个管芯)上。通常，单一衬底将包含顺次地图案化的邻近目标部分的网络。

已知的光刻设备通过照射图案形成装置来辐照每个目标部分，同时同步地将衬底的目标部分定位于图案形成装置的图像位置处。衬底的被辐照的目标部分被称作“曝光场”或仅被称作“场”。衬底上的场的布局典型地为根据笛卡尔(Cartesian)二维坐标系对准(例如，沿着X轴和Y轴对准，两条轴线彼此正交)的邻近矩形的网络。

对光刻设备的要求为将期望的图案准确地再现于衬底上。被施加的产品特征的位置和尺寸需要在某些容许度内。位置误差可以由于重叠误差(常常被称作“重叠”)而出现。重叠是将第一层内的第一产品特征相对于第二层内的第二产品特征放置时的误差。光刻设备通过在图案化之前将每个晶片与参考准确地对准来使重叠误差最小化。这通过测量施加至衬底的对准标记的位置来进行。基于所述对准测量，在图案化过程期间控制衬底位置以防止重叠误差的出现。

产品特征的临界尺寸(CD)的误差可能在与曝光104相关联的施加剂量不在规格内时出现。出于这种原因，光刻设备100必须能够准确地控制施加至衬底的辐射的剂量。CD误差也可能在衬底未相对于与图案图像相关联的焦平面正确地定位时出现。聚焦位置误差通常与衬底表面的非平面度相关联。光刻设备通过在图案化之前使用水平传感器测量衬底表面形貌或拓扑来使这些聚焦位置误差最小化。在后续图案化期间施加衬底高度校正以确保图案形成装置至衬底上的正确成像(聚焦)。

为了验证与光刻过程相关联的重叠和CD误差，通过量测设备140检查被图案化的衬底。量测设备的常见示例为散射仪。散射仪常规地测量专用量测目标的特性。这些量测目标表示产品特征，只是量测目标的尺寸通常较大以便允许准确测量。散射仪通过检测与重叠量测目标相关联的衍射图案的不对称性来测量重叠。通过对与CD量测目标相关联的衍射图案的分析来测量临界尺寸。量测工具的另一示例是基于电子束(e-beam)的检查工具，诸如扫描电子显微镜(scanning electron microscope；SEM)。

在半导体生产设施内，光刻设备100和量测设备140构成“光刻元”或“光刻簇”的部分。光刻簇也包括用于将光敏抗蚀剂施加至衬底W的涂覆设备108、焙烤设备110、用于将曝光图案显影成实体抗蚀剂图案的显影设备112、蚀刻站122、执行蚀刻后退火步骤的设备124和可能另外的处理设备126等。量测设备被配置成在显影(112)之后或在另外的处理(例如，蚀刻)之后检查衬底。光刻元内的各种设备受管理控制系统SCS控制，管理控制系统SCS发出控制信号166以经由光刻设备控制单元LACU 106控制光刻设备来执行选配方案R。所述SCS允许操作不同的设备，从而得到最大生产量和产品良率。重要的控制机制为量测设备140对各种设备(经由SCS)、尤其对光刻设备100的反馈146。基于测量反馈的特性，确定校正动作以改良后续衬底的处理品质。

光刻设备的性能通常受诸如描述于例如US2012008127A1中的自动过程控制(APC)控制之类的方法控制且通过所述方法进行校正。自动过程控制技术使用对施加至衬底的量测目标的测量。制造执行系统(MES)安排APC测量且将测量结果通信至数据处理单元。数据处理单元将测量数据的特性转化为包括用于光刻设备的指令的选配方案。所述方法对于抑制与光刻设备相关联的漂移现象非常有效。

对量测数据进行处理以产生由处理设备执行的校正动作对于半导体制造非常重要。除了量测数据以外，也可能需要个别图案形成装置、衬底、处理设备的特性和其它背景数据以进一步使制造过程优化。其中可利用的量测和背景数据整体上用于使光刻过程优化的框架通常被称作整体光刻术的部分。例如，与掩模版上的CD误差相关的背景数据可以用于控制各种设备(光刻设备、蚀刻站)使得所述CD误差将并不影响制造过程的良率。后续量测数据可接着用于验证控制策略的有效性且可进一步确定校正动作。

自动过程控制常常旨在控制(例如减小)诸如重叠、聚焦、CD的过程参数中的衬底指纹的批次间变化。“指纹”是区域上参数的变化(或参数误差)。场内指纹是横跨场的变化，且在一些情况下，对于衬底上的所有场也是如此。衬底指纹是横跨整个衬底的变化。在一些情况下，衬底指纹可分离成场内指纹和场间指纹。本发明是关于所有类型的指纹。

如图2中描绘的，对高容量制造(HVM)情况的常规APC校正是基于反馈。从多个先前衬底W_N-1至W_N-x获得的测量用以控制当前衬底W_N的一个或更多个过程参数。测量或从个别测量导出的校正参数分组在一起且馈入至移动平均值(MA)中，例如指数加权移动平均值(EWMA)。

在较复杂的情况下，某一MA适用于场间和场内校正且另一类型的MA适用于高阶(诸如每个场的校正)校正。在甚至更复杂的情况下，如果预期两个层显示非常相似的指纹的，则某些层馈送由前一层确定的一些校正。然而，即使这些方案也具有几个缺点。

第一，使用有限时间滤波算法。发明人已确定移动平均值不能准确地获取参数的时间变化。

第二，执行常常不必要的量测步骤。在一些情况下，高阶指纹(例如场内指纹)相较于场间指纹更缓慢地变化。例如，光刻设备的投影系统(产生场内指纹)与蚀刻器的稳定性周期(产生场间指纹)可能非常不同，因此，对应的指纹的时间变化差将不同。因此，通过利用被设计以校正所有衬底和场内指纹的相同采样来测量所有批次，会耗费时间，这可以用于其它目的。

第三，现存的自动过程控制方法并不利用来自衬底处理工具的信息。发明人已确定，特定模型化参数的时间变化的根本原因可能与过程工具有关。例如，晶片缩放的时间变化可能与蚀刻器的稳定性有关，由一些其传感器数据的时间变化表征。在那些情况下，与利用量测工具测量更多批次和/或晶片以精细调谐时间滤波器相比，收集易于利用的蚀刻器工具传感器数据容易得多且便宜得多。

因此，本发明的实施例允许缓解这些缺点和提供精细调谐APC反馈回路的方式以减小过程参数的批次间变化，和/或允许减小量测采样率和/或密度。图3中描绘了实施例，其示出从多个先前衬底W_N-1至W_N-x获得的量测测量结果与状态数据200一起使用以控制当前衬底W_N的一个或更多个过程参数。当通过一个或更多个过程工具(诸如蚀刻器或退火装置)处理衬底W_N-1至W_N-x上的相关层时，状态数据200与那些工具涉及的条件相关。

在本发明的实施例中，从量测测量结果导出的信息可以被设置为数据时间序列的格式，即一系列每个与时间相关联的数据值。应注意，与数据值相关联的时间并非必需为进行测量的时间，而是对被测量的结构或目标执行相关制造步骤(例如曝光)的时间。量测步骤和提供测量数据作为时间序列的目的是推断主要在制造工具(例如光刻设备)中的条件或在制造工具(例如光刻设备)中占主导的时间变化。从量测测量结果导出的信息可以仅为实际测量结果本身或从实际测量结果导出的模型化参数—诸如平移、旋转、缩放等。

出于相同目的，与主要在制造工具中的条件相关的状态数据也可以呈现为时间序列形式。状态数据可以包括施加于制造工具的控制值或对主要在制造工具中的条件的测量结果。在后一情况下，与状态数据值相关联的时间可以是进行测量的时间。

在本发明的实施例中，自动过程控制系统独立地对不同的可控过程参数施加时间滤波器。在最简单的实施例中，使用者可以决定对于每个可控过程参数哪个滤波器适用于每个数据时间序列。提供可供使用者选择的平滑滤波器的库，例如：

贝塞尔滤波器(Bessel filter)

巴特沃斯滤波器(Butterworth filter)

匹配滤波器

椭圆滤波器(考尔滤波器(Cauer filter))

林奎茨-瑞利滤波器(Linkwitz-Riley filter)

契比雪夫滤波器(Chebyshev filter)

双二阶滤波器(Biquad filter)

高通滤波器

低通滤波器

带通滤波器

无限脉冲响应滤波器

有限脉冲响应滤波器

双线性转换

卡尔曼滤波器(Kalman filter)

Savitzky-Golay滤波器

也可能连续或并行地使用多个滤波器以对单一的可控过程参数输入进行滤波。在实施例中，将第一滤波器施加于与衬底的第一区相关的测量数据时间序列的测量数据，且将不同于第一滤波器的第二滤波器施加于与衬底的第二区相关的测量数据时间序列的测量数据。例如，可以与内部管芯相关的测量数据不同的方式处理与边缘管芯相关的测量数据。

图4描绘了使用相同选配方案处理多个批次A…N…X的本发明的另一实施例，每个批次包括多个衬底。在光刻步骤和一个或更多个过程步骤之后，对一个或更多个批次(例如批次A至批次M)的衬底执行量测测量。使用来自批次A至M中的一些或全部的量测测量结果以使用包括多个项的数学模型(例如多项式)计算要而施加于后续批次N的校正。使用各个时间滤波器210根据来自批次A至M中的一些或全部的量测测量结果来计算多项式的每个项。多项式可以具有呈坐标(例如，x,y)的幂形式的项，所述坐标表示衬底上的位置。对于多项式的每个项，时间滤波器可以不同。对批次N的衬底执行量测测量，所述量测测量对应于对批次A至M中的一些或全部执行的量测测量。因为较多信息是可利用的，所以可能改进模型。改进后的模型用以确定对后续批次X等的校正。

图5描绘了除了如下文所描述以外与图4的实施例相似的本发明的另一实施例。在图5的实施例中，来自一个或更多个过程步骤的状态数据用以精细调谐要施加于量测数据的滤波器210。

图6描绘除了如下文所描述以外与图4的实施例相似的本发明的另一实施例。在图6的实施例中，来自一个或更多个过程步骤的状态数据主要用以确定要施加于后续批次中的校正，其中适当的时间滤波器220施加于所述状态数据。量测测量结果用于验证和防止偏移或漂移。因此，与量测用作要施加于后续批次中的校正的主要决定因素的情况相比，仅需要执行数目减小的量测测量。每衬底执行的量测测量的数目不需要是恒定的。这节约了时间且因此可以改量生产量。

图7描绘了仅状态数据通过滤波器220进行滤波且用以确定对后续批次的校正的实施例。没有使用量测数据，因此，可以省略量测步骤。这种途径特别适用于在高容量制造之前的投产阶段，其中测试衬底可以通过过程步骤而循环。

图8描绘了根据本发明的另一实施例的使得使用者能够设定适当滤波器以用于APC回路的过程。在步骤S1中，从光刻簇获得初始数据。初始数据可以包括来自一个或更多个批次的一个或更多个衬底的量测数据和/或状态数据。初始数据也可以被称作训练数据。在步骤S2中，处理初始数据以使得能够确定整个制造过程的子过程的时间变化。在实施例中，这能够通过使用傅立叶变换或其它类似的变换来确定功率谱密度(PSD)或类似的图形完成。所述变换将初始数据从时间序列数据转换成频率空间数据。频率空间数据是用以找到最佳时间滤波器以将每过程参数用于APC模型化参数数据流。在实施例中，可以以算法方式确定最佳时间滤波器。替代地，在步骤S3中呈现软件接口以接收用以选择滤波器的使用者输入。

选择适当的滤波器的一种途径是确定特定过程工具参数与APC模型参数之间的相关性S4。可以使用功率或能量密度谱或相关系数矩阵等来确定相关性，以便基于共享时间依赖性准确地配对过程工具参数与基于量测的参数。如图9中示出的，情况可以是：可以观察过程工具(例如退火炉)中的温度T(示出于顶部)与如被量测工具测量的重叠指纹(示出于底部)之间的相关性。这些相关性可以呈现给使用者且使得使用者能够选择哪个过程工具与哪个APC参数配对以适于共享时间依赖性。

本发明的实施例也可以对选择参数进行建议和/或分级最佳时间滤波器以用于最佳反馈控制，且可以建议与哪个过程工具参数配对以用于额外的精细调谐。

本发明的实施例也可以提出量测采样的时间和晶片布局方案。例如，以下可能为期望的：在较小数目的点处测量较大数目的衬底以仅用于场间指纹校正，和利用密集测量方案测量较小数目的衬底或批次以用于场内校正。

因此，本发明的期望特征为：

可以确定专门针对涉及的过程步骤的APC滤波器设定

允许找到相关的过程工具传感器数据和使相关的过程工具传感器数据链接至APC模型参数以进行精细调谐控制

每APC参数可以独立地进行这样的操作

基于前述过程提供量测采样建议。

可以应用于本发明的过程参数的示例包括：重叠、CD、CDU、侧壁角、线边缘粗糙度和聚焦。适用于测量这些参数的标识和测量技术在本领域中众所周知。

虽然上文已描述本发明的特定实施例，但应了解，可以与描述的方式不同的其它方式来实践本发明。

实施例可以包括包含机器可读指令的一个或更多个序列的计算机程序，所述机器可读指令被配置成指令如图1中描绘的各种设备执行测量和优化步骤且控制如上文描述的后续曝光过程。这种计算机程序可以例如在图1的控制单元LACU或管理控制系统SCS或两者的组合内执行。也可以提供在其中存储有所述计算机程序的数据储存介质(例如，半导体存储器、磁盘或光盘)。

虽然上文可特定地参考在光学光刻术的内容背景中对本发明的实施例的使用，但应了解，本发明可以用于其它应用(例如压印光刻术)中，且在内容背景允许的情况下不限于光学光刻术。在压印光刻术中，图案化装置中的形貌(topography)限定产生于衬底上的图案。可以将图案形成装置的形貌压入至被供应至衬底的抗蚀剂层中，在衬底上，抗蚀剂是通过应用电磁辐射、热、压力或其组合而固化。在抗蚀剂被固化之后，将图案形成装置移出抗蚀剂，从而在其中留下图案。

本发明中所使用的术语“辐射”和“束”包含所有类型的电磁辐射，包括紫外线(UV)辐射(例如，波长为或约365nm、355nm、248nm、193nm、157nm或126nm)和极紫外线(EUV)辐射(例如，波长在1至100nm范围内)，以及诸如离子束或电子束的粒子束。可使用合适的源在UV和EUV波长内实施散射仪和其它检测设备，且本发明不限于使用IR和可见光辐射的系统。

术语“透镜”在内容背景允许时可指各种类型的光学部件中的任一个或其组合，包括折射式、反射式、磁性式、电磁式和静电式光学部件。反射式部件可能用于在UV和/或EUV范围内操作的设备中。

因此，本发明的广度和范围不应受上述示例性实施例中的任一个限制，而应仅根据随附权利要求和其等效物来限定。