DE102005063335B4

DE102005063335B4 - Modell für eine fortschrittliche Prozesssteuerung, das eine Solloffsetgröße umfaßt

Info

Publication number: DE102005063335B4
Application number: DE102005063335A
Authority: DE
Inventors: Uwe Schulze; Martin Mazur; Andreas Becker
Original assignee: GlobalFoundries Inc
Current assignee: GlobalFoundries Inc
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2025-04-01
Also published as: US20060223203A1; US7547561B2; DE102005014796B3; DE102005063335A1

Abstract

Verfahren mit: Bereitstellen einer fortschrittlichen Prozesssteuerung (210), die ein Prozessmodell umfasst, das eine Sollgröße (212) und eine Solloffsetgröße (211) einschließt; Aktualisieren der Solloffsetgröße (211) bei Auftreten eines Ereignisses; und Bestimmen zumindest eines Prozessparameters von dem Prozessmodell.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Herstellung integrierter Schaltungen, insbesondere das Gebiet der sogenannten fortschrittlichen Prozesssteuerung (advanced process control (APC)), und insbesondere das Gebiet der Steuerung der Belichtung von Photolithographieanlagen.
BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
Die Herstellung integrierter Schaltungen erfordert die genau Ausbildung sehr kleiner Strukturelemente mit sehr geringer Fehlertoleranz. Derartige Strukturelemente können in einer über einem geeigneten Substrat, etwa einem Siliziumsubstrat, gebildeten Materialschicht hergestellt werden. Diese Strukturelemente mit präzise kontrollierter Größe werden hergestellt, indem die Materialschicht durch Ausführen bekannter Photolithographie- und Ätzprozesse strukturiert wird, wobei eine Maskierungsschicht über der zu ätzenden Materialschicht gebildet ist, um diese Strukturelemente zu definieren. Im Allgemeinen kann eine Maskierungsschicht bestehen aus oder gebildet werden mittels einer Photolackschicht, die durch einen Lithographievorgang strukturiert wird. Während des Lithographievorganges kann der Lack auf die Scheibenoberfläche aufgeschleudert und anschließend selektiv mittels Ultraviolettstrahlung belichtet werden. Nach dem Entwickeln des Photolacks werden abhängig von der Art des Photolacks-Positivlack oder Negativlack die belichteten Bereiche oder die nicht belichteten Bereiche entfernt, um das erforderliche Muster in der Photolackschicht zu bilden. Da die Abmessungen der Muster in technisch weit entwickelten integrierten Schaltungen ständig abnehmen, müssen die zur Strukturierung von Schaltungselementen verwendeten Anlagen sehr strenge Anforderungen hinsichtlich des Auflösungsvermögens und der Überlagerungsgenauigkeit bei den beteiligten Herstellungsprozessen erfüllen. In diesem Zusammenhang wird die Auflösung als ein Maß betrachtet, das die gleichbleibende Fähigkeit spezifiziert, Bilder mit minimaler Größe unter den Bedingungen mit vordefinierten Herstellungsfluktuationen zu erzeugen. Ein wichtiger Faktor bei der Verbesserung der Auflösung stellt der Lithographieprozess dar, in welchem Muster, die in einer Photomaske oder einem Retikel enthalten sind, optisch auf die Photolackschicht mittels eines optischen Abbildungssystems übertragen werden. Es werden daher große Anstrengungen unternommen, um die optischen Eigenschaften des Lithographiesystems und der zu strukturierenden Materialschicht stetig zu verbessern. Die relevanten Eigenschaften des Lithographiesystems können die numerische Apertur, die Fokustiefe und die Wellenlänge des verwendeten Lichts sein. Die relevanten Eigenschaften der zu strukturierenden Materialschicht können, zum Beispiel, durch die Art des verwendeten Photolackes, Schwankungen der Ausheiztemperatur und der Dicke der Photolackschicht, das Reflexionsvermögen der darunterliegenden Materialschicht und die Planarität der darunterliegenden Materialschichten bestimmt sein. Die Qualität der lithographischen Abbildung ist äußerst wichtig bei der Erzeugung sehr kleiner Strukturelemente.
Von vergleichbarer Wichtigkeit ist jedoch auch die Genauigkeit, mit welcher ein Bild auf der Oberfläche des Substrats positioniert werden kann. Integrierte Schaltungen werden typischerweise hergestellt, indem nacheinander Materialschichten strukturiert werden, wobei Strukturelemente auf nacheinanderfolgenden Materialschichten eine räumliche Beziehung zueinander aufweisen. Jedes in einer nachfolgenden Materialschicht gebildete Muster muss zu einem entsprechenden, in der zuvor strukturierten Materialschicht gebildeten Muster innerhalb spezifizierter Justiertoleranzen ausgerichtet werden.
Dies ist eine besonders herausfordernde Aufgabe auf Grund des typischerweise ausgeführten Stepperbelichtungsprozesses, so dass jedes Belichtungsfeld, z. B. eine einzelne Halbleiterschaltung, separat belichtet wird und das gesamte Substrat folglich Schritt für Schritt in einer sequenziellen Weise belichtet wird. Außerdem kann nicht nur der Belichtungsprozess von dem Problem der Ungleichförmigkeit beeinträchtigt sein, sondern, z. B. auch Abscheide-, Ätz-, Implantations- und Temperprozesse können betroffen sein.
Da die minimalen Bauteilabmessungen, die auch als kritische Abmessungen (critical dimensions (CD)) bezeichnet werden, stetig verkleinert werden, ist es deshalb wünschenswert, die Strukturelementsvariationen nicht nur von Substrat zu Substrat, sondern auch über die gesamte Substratoberfläche zu minimieren, um Halbleiterherstellern zu ermöglichen, Prozesse zu verwenden, deren Toleranzen enger sein können, um eine verbesserte Produktausbeute zu erzielen, während gleichzeitig die Bauteilleistungsfähigkeit, z. B. in Bezug auf die Betriebsfrequenz, erhöht wird. Andererseits können die Schwankungen über die Substrate und von Substrat zu Substrat berücksichtigt werden, wodurch sie einen Schaltungsentwurf erlauben, der höhere Prozessabweichungen toleriert.
Prinzipiell gibt es zwei unterschiedliche Strategien, die Probleme, die durch Ungleichförmigkeiten über das Substrat und Schwankungen von Substrat zu Substrat verursacht werden, zu berücksichtigen. Die Ungleichförmigkeiten können verringert werden, z. B. durch eine verbesserte Prozesssteuerung oder können kompensiert werden durch entsprechendes Modifizieren eines Prozesses, der einen Kompensationseffekt aufweisen kann. Ein Beispiel für eine Kompensation von Ungleichförmigkeiten auf dem Wafer stellt ein positionsabhängig angepasster Belichtungsparameter im Gateelektroden belichtungsprozess dar, um eine beliebige ortsabhängige Schwankung, die Änderungen in den elektrischen Parametern von zu bildenden Feldeffekttransistoren verursachen kann, zu kompensieren. Der Gateelektrodenbelichtungsprozess wird typischerweise verwendet, um Ungleichförmigkeiten auf dem Wafer zu kompensieren, da der Gateelektrodenbelichtungsprozess sowohl einen effektiven Kompensationsmechanismus als auch eine ortsabhängige Steuerungsmöglichkeit bereitstellt. Die ortsabhängige Steuerung kann z. B. mittels einer entsprechend angepassten, sogenannten Belichtungskarte, die eigene Belichtungsparameter für jeden einzelnen Belichtungsschritt definiert, ausgeführt werden.
Andererseits können z. B. die beim Strukturierungsprozess entstehenden Gatelängenschwankungen positionsunabhängig Substrat für Substrat oder Los für Los durch entsprechendes Anpassen der Breite von nachfolgend gebildeten Gateelektrodenseitenwandabstandselementen kompensiert werden. Ein Beispiel, das keine Lithographieprozesse betrifft, ist die Kompensation von Ungleichförmigkeiten auf dem Wafer während des Bildens einer Metallisierungsschicht, etwa das Kompensieren einer Ungleichförmigkeit der Abtragsrate eines chemisch-mechanischen Polier-(CMP)Prozesses mittels eines entsprechend angepassten Plattierprozesses, der ein entsprechendes kompensierendes Abscheideprofil bilden kann.
Wie zuvor erwähnt, ermöglicht eine verbesserte Prozesssteuerung, im Vergleich zu einer Kompensationstechnik, eine direktere Reduzierung von Schwankungen auf dem Substrat und von Schwankungen von Substrat zu Substrat. In der jüngeren Vergangenheit ist eine Prozesssteuerstrategie eingeführt und ständig verbessert worden, die ein hohes Maß an Prozesskontrolle erlaubt, wünschenswerterweise auf der Grundlage von Einzeldurchläufen, ohne die Notwendigkeit einer unmittelbaren Antwort von einer Messanlage. In dieser Steuerungsstrategie – die sogenannte fortschrittliche Prozesssteuerung – wird ein Modell eines Prozesses oder einer Gruppe miteinander in Verbindung stehender Prozesse entwickelt und in eine geeignet gestaltete Prozesssteuerung implementiert. Die Prozesssteuerung empfängt ferner Informationen, die mit der Art des Prozesses oder der Prozesse, dem Produkt, der Prozessanlage oder den Prozessanlagen, in denen die Produkte zu bearbeiten sind, dem zu verwendenden Prozessrezept, d. h. einem Satz erforderlicher Teilschritte für den Prozess oder die betrachteten Prozesse, die mögliche feste Prozessparameter und variable Prozessparameter enthalten können, mit den Messergebnissen aus den zuvor bearbeiteten Produkten oder Testprodukten, und dergleichen in Beziehung stehen. Aus diesen Informationen, die ebenso als Geschichtsinformationen bezeichnet werden, und dem Prozessmodell bestimmt die Prozesssteuerung einen Steuerungszustand oder einen Prozesszustand, der die Wirkung des Prozesses oder der Prozesse, die von Interesse sind, auf das spezielle Produkt beschreibt.
Mit Bezug zu den 1a und 1b wird ein anschauliches Beispiel einer fortschrittlichen Prozesssteuerung (APC) im Folgenden beschrieben.
1a zeigt schematisch eine APC-Architektur, die beispielhafter Weise auf einen Photolithographieprozess angewendet wird. Eine Photolithographiestation 100 weist ein Photolackapplikationsmodul 150, ein Stepper-Belichtungs- und Entwicklungsmodul 140, ein DICD(develop inspect critical dimension)-Modul 120 zum Inspizieren kritischer Dimensionen von entwickelten Photolackstrukturen und ein Nachbearbeitungsmodul 160 auf. Eine fortschrittliche Prozesssteuerung 110 ist funktionsmäßig mit der Photolithographiestation 100 verbunden. Außerdem ist die Prozesssteuerung 110 ausgebildet, um Informationen von dem Photolackapplikationsmodul 150 und dem DICD-Modul 120 der Photolithographiestation 100 zu empfangen. Außerdem kann die Prozesssteuerung 110 Informationen, die mit einem Produktsubstrat 130, das mittels der Photolithographiestation 100 zu prozessieren ist, und von dem Produktsubstrat 130 bei einem späteren Prozessschritt, z. B. von einem Messsystem und/oder einer elektrischen Teststation 170 und Informationen, die sich auf einen Sollwert T(x, y) 112 einer kritischen Abmessung (CD) der ortsabhängig vorgesehen sein kann, empfangen.
Im Betrieb wird eine Photolackschicht auf dem Produktsubstrat 130 im Photolackapplikationsmodul 150 entsprechend einer konventionellen Technik, typischerweise mittels einer Aufschleudertechnik, gebildet. Im Modul 140 wird das Substrat 130 mittels gut bekannter Belichtungstechniken belichtet, typischerweise mittels einer tief ultravioletten Lichtquelle, und die belichtete Photolackschicht entwickelt. Anschließend wird der die entwickelte Photolackschicht einer DICD-Messung unterzogen, um die Qualität des Belichtungsprozesses zu beurteilen. Im Fall, dass die DICD-Abmessungen nicht den Erfordernissen genügen, wird das Substrat einem Nachbearbeitungsprozess unterworfen, wobei der entwickelte Photolack von dem Substrat entfernt wird, um den Photolithographieprozess mit entsprechend angepassten Parametern zu wiederholen. Die Nachbearbeitung des Substrates, die eine Photolackschicht entfernt, beeinträchtigt im Allgemeinen das Substrat nicht ungebührlich, so dass der Photolithographieprozess im Falle von Belichtungsfehlern mehrmals wiederholt werden kann. Die Reflexion von amorphen Kohlenstoff, der in Metallisierungsschichten von modernen Halbleiterbauteilen auf Grund seiner geringen Permittivität, kann jedoch bei dem Nachbearbeitungsprozess modifiziert werden. Folglich kann die Photolithographie von nachbearbeiteten Substraten, die Schichten mit amorphen Kohlenstoff aufweisen, beeinträchtigt werden.
Die fortschrittliche Prozesskontrolle des Systems, das in 1a gezeigt wird, wird mit Bezug zu dem Flussdiagramm, das in 1b gezeigt ist, erklärt.
Im Schritt 105 wird die Prozesssteuerung 110 initialisiert, d. h. die Prozessteuerung 110 wird auf einen Anfangsprozessstatus gesetzt. Ein Prozessstatus in diesem Beispiel kann z. B. den Status der Belichtungslichtquelle repräsentieren. Der Prozessstatus kann auch das Reflexionsvermögen der Substratoberfläche und/oder die Art und die Dicke der Photolackschicht repräsentieren. Da im Allgemeinen der Umfang der Geschichtsinformation, die bei der Initialisierung der Prozesssteuerung 110 verfügbar ist, nicht ausreichend sein kann, um einen Prozessstatus zu bestimmen, wird der Anfangszustand im Voraus gesetzt und so gewählt, dass erwartet werden kann, dass die Wirkung der Anlage innerhalb der Prozessspezifikationen sein wird. Das Produktsubstrat 130 wird dann mit auf der Basis des Anfangsprozesszustandes angepassten Prozessparametern prozessiert.
Im Schritt 115 bestimmt die Prozessteuerung 110 einen Prozesszustand auf der Basis des implementierten Prozessmodells und der Geschichtsinformation, die z. B. vom Messsystem 170, der Photolithographiestation 100, von einem weiteren zu prozessierenden Produktsubstrat 130 und von den entsprechenden CD-Sollwerten empfangen wurde. Es sollte erwähnt werden, dass insbesondere die Messergebnisse, die von dem Messwerkzeug 170 erhalten wurden, verzögert oder sogar erst nachdem eine Vielzahl von Produktsubstraten 130 vollständig prozessiert wurde, verfügbar sein können. Deshalb ermittelt die Prozesssteuerung 110 den derzeit gültigen Prozessstatus auf der Basis der verfügbaren Information und des Prozessmodells, um die Wirkung des Photolithographieprozesses auf das zu prozessierende Produkt vorherzusagen und die Prozessparameter entsprechend einzustellen, um die vorhergesagte Wirkung zu erreichen. Z. B. kann die Prozesssteuerung 110 die maximale Intensität der Belichtungslichtquelle mittels der verfügbaren Information, wie die Anzahl der Produkte, die bereits prozessiert wurden, vom Typ des auszuführenden Prozesses und dergleichen berechnen und den Status des Prozesses bewerten und entsprechend die Prozessparameter, z. B. die Belichtungszeit, einstellen, um das spezifizierte Prozessergebnis zu erhalten.
In anderen Prozessen kann der Prozessstatus die Abtragsrate einer CMP-Anlage, die Ätzrate einer Ätzanlage, die Abscheiderate einer Abscheideanlage usw. repräsentieren.
Wie im Schritt 125 angedeutet ist, kann die Bestimmung des Prozesszustandes die Bearbeitung eines oder mehrerer Pilotsubstrate erfordern, um die Kontrollqualität zu verbessern, da die Genauigkeit des bestimmten Prozesszustandes stark von der verfügbaren Geschichtsinformation, deren Umfang und Genauigkeit mit einer wachsenden Zahl von bearbeiteten Produkten ansteigt, abhängen kann.
Im Schritt 135 wird der Prozesszustand aktualisiert, d. h. ein neuer oder weiter fortgeschrittener Prozesszustand wird auf der Grundlage der vorhergehenden Prozesszustände einschließlich der zuvor erhaltenen Geschichtsinformation bestimmt. Vorzugsweise wird der fortgeschrittene Prozesszustand auf einer Einzeldurchlaufbasis ermittelt, d. h., vor dem Bearbeiten eines einzelnen Produkts 130 wird der entsprechende Prozesszustand ermittelt, und auf der Basis des aktuell gültigen Prozesszustandes können der bzw. die Prozessparameter entsprechend eingestellt werden.
Wie in Schritt 145 angedeutet ist, aktualisiert der Prozessablauf kontinuierlich den Prozesszustand, wenn kein Resetereignis auftritt. Im Allgemeinen wird die Prozesssteuerungsqualität besser, wenn der Umfang der Geschichtsinformation anwächst, sofern die Geschichtsinformation nicht anzeigt, dass die vordefinierten Spezifikationen nicht mehr erfüllt werden. Beispielsweise wenn die Lebensdauer einer Belichtungslichtquelle abgelaufen ist oder bald ablaufen wird, nachbearbeitete Substrate, insbesondere wenn sie mit amorphen Kohlenstoffschichten bedeckt sind, prozessiert werden, der Typ des Photolackes, der Typ des Produktes oder der CD-Sollwert geändert werden muss und dergleichen. Irgendeines dieser Ereignisse kann den Prozessstatus unvorhersagbar machen und deshalb wird die Prozesssteuerung 110 reinitialisiert mit dem vorausgesetzten Anfangsstatus und der Prozess wird, wie in 1b gezeigt, auf der Basis von neu gewonnener Geschichtsinformation nach dem Reset-Ereignis fortgesetzt. Auch wenn diese Ereignisse das Reinitialisieren der Steuerung nicht erfordern, kann die Anpassung an den resultierenden neuen Steuerungsstatus in der Übergangsphase die Prozessqualität beeinträchtigen.
Anzumerken ist, dass das mit Bezug zu 1a gezeigte und beschriebene System lediglich ein anschauliches Beispiel ist, wobei die Prozesssteuerung 110 mit einer einzelnen Prozessstation verbunden ist, die Prozesssteuerung 110 jedoch so ausgestaltet sein kann, um mehrere Steuerungsoperationen mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Produkttypen und Prozessrezepten ausgeführt werden können, auch mit mehr als einem Prozesssystem.
Obwohl die fortschrittliche Prozesssteuerung, wie sie vorher beispielhaft beschrieben wurde, deutliche Vorteile, im Vergleich zu Prozesssteuerungen, die beispielsweise auf der Messung von Mittelwerten basieren, aufweist, erfordert das Auftreten von abrupten Ereignissen herkömmlicher Weise eine Wiederanpassung, die eine Zeitspanne dauert, die mehrere Substrate betreffen kann oder eine Reinitialisierung (Reset-Ereignis) der Prozesssteuerung, die in einer reduzierten Prozessqualität im frühen Stadium nach der Reinitialisierung resultieren kann und auch eventuell das Prozessieren von zusätzlichen Pilotsubstraten erfordern kann.
Jede Anpassung an abrupte Ereignisse und jede Reinitialisierung reduziert jedoch die Prozessleistungsfähigkeit auf Grund eines weiteren Toleranzbereiches des Prozesses während der Zeitdauer der Anpassung oder nach der Reinitialisierung und zieht einen reduzierten Durchsatz auf Grund der zu prozessierenden Pilotsubstrate und eine reduzierte Ausbeute, die durch die höhere Wahrscheinlichkeit von Bauteilausfällen verursacht wird, nach sich.
Die Patentschrift US 6 632 692 B1 offenbart ein Verfahren zum automatischen Steuern kritischer Dimensionen von Strukturen durch Steuern einer Belichtungsdosis eines Photolackes auf der Grundlage von Messungen, die nach dem Entwickeln des Photolackes (DICD) und nach dem Ätzen (FICD) durchgeführt werden.
Im Hinblick auf die oben identifizierten Probleme, besteht dennoch ein Bedarf eine verbesserte fortschrittliche Prozesssteuerungsstrategie bereitzustellen, insbesondere für einen Lithographieprozess, wobei eine oder mehrere der obigen Einschränkungen vermieden oder zumindest reduziert werden können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an eine fortschrittliche Prozesssteuerungstechnik, die ermöglicht, eine abrupte aber bekannte Änderung der Prozessparameter, durch Einbinden einer entsprechenden Solloffsetgröße oder Fehlerkorrekturgröße in das Prozesssteuerungsmodell, zu berücksichtigen.
Gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Bereitstellen einer fortschrittlichen Prozesssteuerung, die ein Prozessmodell aufweist, das eine Sollgröße und eine Solloffsetgröße aufweist. Das Verfahren umfasst ferner das Aktualisieren des Solloffsetwertes beim Auftreten eines Ereignisses und das Bestimmen von zumindest einen Prozessparameter mit dem Prozessmodell.
Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Wert der Solloffsetgröße aus Datenanalysen erhalten, die an Messdaten kritischer Dimensionen von entwickelten Photolackelementen durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Wert der Solloffsetgröße aus Testläufen erhalten.
Gemäß noch einer weiteren anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Wert der Solloffsetgröße ein variierender Wert, um einen driftenden Prozessparameter zu repräsentieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen und der folgenden Beschreibung definiert und gehen beim Studium der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug zu den begleitenden Zeichnungen deutlicher hervor; es zeigen:
1a schematisch ein „step and repeat”-Lithographiesystem und ein Messsystem, das mit einer APC verbunden ist;
1b zeigt schematisch ein Prozessflussdiagramm der APC von 1a;
2a zeigt schematisch ein Substrat, das in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
2b zeigt schematisch ein „step and repeat”-Lithographiesystem, eine Materialabscheideanlage und ein Messsystem, das mit einer APC gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbunden ist;
2c zeigt schematisch ein entsprechendes Prozessflussdiagramm der APC von 2b; und
3 zeigt schematisch ein Substrat mit einer Vielzahl darauf gebildeten Belichtungsfeldern, die mittels einer Belichtungskarte gemäß einer anschaulichen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wurden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Mit Bezug zu den 2a, 2b, 2c und 3 werden nun weitere anschauliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.
2a stellt schematisch ein Halbleitersubstrat 230 dar, das in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Eine amorphe Kohlenstoffschicht 231 wird über dem Substrat 230 gebildet und eine Photolackschicht 232 wird auf der amorphen Kohlenstoffschicht 231 gebildet. Die amorphe Kohlenstoffschicht 231 kann mittels herkömmlicher Abscheidetechniken, z. B. mittels chemischer Dampfphasen-Abscheidung (CVD) gebildet werden. Die amorphe Kohlenstoffschicht 231 kann, z. B. als eine antireflektierende Beschichtung (antireflective coating (ARC)) oder als eine dielektrische Schicht einer Verbindungsleitungsstruktur dienen. Die Photolackschicht 232 kann mittels gut bekannter Photoresistaufschleudertechniken gebildet werden.
Das Substrat 230 kann ein Volumenhalbleitersubstrat, ein isolierendes Substrat, das darauf eine kristalline Halbleiterschicht (nicht gezeigt) aufweisen kann und dergleichen repräsentieren. Z. B. kann das Substrat 230 ein Volumensiliziumsubstrat repräsentieren, das darauf, z. B. in einem oberen Bereich davon, ein kristallines Halbleitergebiet (nicht gezeigt) aufweisen kann, das Silizium, Silizium/Germanium und dergleichen umfassen kann. Das Substrat 230 kann auch als ein SOI-(Silizium auf Isolator)Substrat bereitgestellt werden. Es sollte verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung leicht auf beliebige geeignete Halbleitermaterialien, wie Galliumarsenid, Germanium oder beliebige andere III-IV oder II-VI Halbleitermaterialien angewendet werden kann, obwohl die große Mehrzahl von Logikschaltkreisen derzeit auf der Basis von Silizium gefertigt wird. Das Substrat kann eine Vielzahl von Bauteilen (nicht gezeigt) umfassen, z. B. CMOS-Bauteile, die z. B. eine integrierte Schaltung bilden können.
2b stellt schematisch eine Halbleiterproduktionslinie oder zumindest einen Teil davon, der eine APC-Architektur umfasst, die in einer anschaulichen Ausführungsform in einem Photolithographiesystem implementiert ist, dar. Eine Photolithographiestation 200 umfasst ein Photolackapplikationsmodul 250, ein Stepperbelichtungs- und Entwicklungsmodul 240, ein DICD-Modul 220 zum Inspizieren entwickelter Photolackstrukturen mit kritischen Dimensionen und ein Nachbearbeitungsmodul 260, das, im Gegensatz zu dem Nachbearbeitungsmodul 160 von 1a mit einer Prozesssteuerung 210 verbunden ist. Die Steuerung 210 ist ferner funktionsmäßig mit der Photolithographiestation 200 verbunden. Außerdem ist die Prozesssteuerung 210 so ausgebildet, um Informationen von dem Photolackapplikationsmodul 250, von dem DICD-Modul 220 und von dem Nachbearbeitungsmodul 260 der Photolithographiestation 200 zu empfangen. Außerdem kann die Prozesssteuerung 210 Informationen, die sich auf ein Produktsubstrat 230, das durch die Photolithographiestation 200 zu prozessieren ist, von einer Prozessanlage, z. B. einer Abscheidanlage 280 und/oder von einem Produktsubstrat 230 zu einem späteren Prozessschritt, z. B. von einem Messsystem und/oder einer elektrischen Teststation 270 und Informationen, die sich auf einen Sollwert T(x, y) 212 einer kritischen Dimension (CD) und eine Solloffsetgröße TO(x, y) 211, die in einer ortsabhängigen Form bereitgestellt sein kann, empfangen.
Im Betrieb kann das Produktsubstrat 230 prozessiert werden, z. B. in der Abscheideanlage 280, z. B. um eine dielektrische Materialschicht, z. B. aus amorphen Kohlenstoff zu bilden. Eine geeignete Photolackschicht wird anschließend auf dem Produktsubstrat 230 in dem Photolackapplikationsmodul 250 gemäß einer konventionellen Technik gebildet. In dem Modul 240 wird das Substrat 230 mittels gut bekannter Belichtungstechniken belichtet, typischerweise mit einer tief ultravioletten Lichtquelle, und der belichtete Photolack entwickelt. Anschließend wird die entwickelte Photolackschicht einer DICD-Messung unterworfen, um die Qualität des Belichtungsprozesses zu beurteilen. Im Fall, dass die DICD-Abmessungen nicht die Anforderungen erfüllen, kann das Substrat einem Nachbearbeitungsprozess unterworfen werden, um den Photolithographieprozess mit entsprechend angepassten Parametern zu wiederholen. Ein Nachbearbeitungsstatus, der z. B. die Anzahl der Nachbearbeitungsprozesse repräsentiert, die auf dem in dem Lithographiesystem 200 zu prozessierenden Substrat ausgeführt wurden, kann der APC 210 zugeführt werden. Die entsprechende fortschrittliche Prozesssteuerung des Systems, die in 2b gezeigt ist, wird nun in Bezug auf das Flussdiagramm, das in 2c gezeigt wird, erklärt.
Der im Kasten 205 angezeigte Initialisierungsschritt, der im Kasten 215 angezeigte Steuerungszustandsbestimmungsschritt und der im Kasten 225 angezeigte Pilotprozessierungsschritt können jeweils, wie in Bezug auf die in den Kasten 105, 115 und 125 von 1b beschrieben, ausgeführt werden, wobei im Gegensatz dazu das Prozessmodell eine Solloffsetgröße, die einen geeigneten Wert aufweist, umfassen kann. In einer Ausführungsform kann die Solloffsetgröße z. B. anfangs auf Null gesetzt sein, um eine Prozesszustandsrepräsentation gemäß dem Stand der Technik zu erhalten.
In anderen Prozessen kann der Prozessstatus, wie in Bezug zum beschriebenen Stand der Technik ausgeführt, die Abtragsrate einer CMP-Anlage, die Ätzrate einer Ätzanlage, die Abscheiderate einer Abscheideanlage usw. repräsentieren.
In dem in dem Kasten 235 angezeigten Schritt wird der Prozessstatus aktualisiert, ähnlich wie mit Bezug zu den im Kasten 135 von 1a angezeigten Schritt dargelegt, während zusätzlich eine Solloffsetgröße berücksichtigt wird.
Wie in dem Schritt, der auf den Kasten 245 verweist, angezeigt wird, wird die Prozesssteuerung 210 mit dem im Voraus gesetzten Anfangszustand reinitialisiert und der Prozess wird, wie in 2c dargestellt, auf der Basis von neu gewonnener Geschichtsinformation nach einem Resetereignis fortgesetzt, wie in Bezug zu dem im Kasten 145 der 1b angezeigten Schritt, beschrieben.
Wie in dem Kasten 255 angezeigt, wird im Gegensatz zu dem im Kasten 145 von 1b angezeigten Schritt, die Steuerungsstatusaktualisierung von Kasten 235 mit unmodifizierten Modellparametern ausgeführt, wenn kein abruptes Ereignis oder ein unbekanntes (für das kein geeigneter Offsetwert spezifiziert ist) abruptes Ereignis auftritt.
Wenn jedoch, wie im Kasten 265 angezeigt, ein bekanntes Ereignis auftritt, d. h. ein geeigneter Solloffsetwert oder Fehlerkorrekturwert für dieses Ereignis spezifiziert ist, kann die Prozessmodellsolloffsetgröße entsprechend eingestellt werden und die nachfolgende Prozessstatusaktualisierungen werden mit dem neuen Solloffsetwert ausgeführt. In diesem Zusammenhang kann ein bekanntes abruptes Ereignis, z. B. eine Änderung des Nachbearbeitungsstatus des in dem Photolithographiesystem 200 zu prozessierenden Substrats 230 repräsentieren. Der Nachbearbeitungsstatus ist für Substrate, die mit einer amorphen Kohlenstoffbeschichtung bedeckt sind, von besonderer Bedeutung, da das Reflexionsvermögen von amorphen Kohlenstoffschichten durch einen Nachbearbeitungsprozess modifiziert werden kann. Das veränderte Reflexionsvermögen von amorphen Kohlenstoffschichten kann mittels eines entsprechend angepassten Solloffsetwertes der Targetoffsetgröße des Prozessmodells berücksichtigt werden. Der entsprechende Solloffsetwert kann mittels Datenanalyse, z. B. von DICD-Messungen von nachbearbeiteten Substraten und durch spezielle Testläufe ermittelt werden. Unterschiedliche Solloffsetwerte können für wiederholte Nachbearbeitungsprozesse, die auf einem einzigen Substrat ausgeführt wurden, erhalten werden, in Abhängigkeit von der Anzahl der ausgeführten Nachbearbeitungsprozesse. Typischerweise wird zumindest ein Los von z. B. 25 nachbearbeiteten Substraten prozessiert, um die Lithographiegenauigkeit im Vergleich zu einer Einzelprozessierung eines nachbearbeiteten Substrates zu verbessern. In einer anderen Ausführungsform kann die Solloffsetgröße auch verwendet werden, um eine bekannte Drift eines Festparameters des Belichtungsprozesses, z. B. eine variierende Maximalintensität der Lichtquelle, die die Photolackschicht belichtet, zu berücksichtigen.
Die Solloffsetgröße kann auch verwendet werden, um die Anpassung von anderen fortschrittlichen Prozesssteuerungsfunktionen, die in der Halbleiterherstellung durchgeführt werden, zu verbessern, z. B. um in einem CMP-Prozess bekannte abrupte Ereignisse zu berücksichtigen, wie z. B. eine Variation der Andruckskraft und/oder der Relativgeschwindigkeit zwischen einem zu polierenden Substrat und einem Polierkissen. In einer anderen Ausführungsform kann die Targetoffsetgröße auch verwendet werden, um eine bekannte Drift eines Prozessparameters, z. B. eine verringerte Rauhigkeit einer konditionierenden Oberfläche eines Kissenkonditionierers. Im Fall einer Driftkorrektur kann ein entsprechend variierender Solloffsetwert definiert werden, z. B. auf der Basis von Messungen kritischer Dimensionen von entwickelten Photolackstrukturen.
Für ein beliebiges Prozessmodell für eine fortschrittliche Prozesssteuerung eines Prozesses, der auf einer Vielzahl von Substraten ausgeführt wird, bezieht das Prozessmodell den Prozessinput K auf den Prozessoutput Y. Ein Prozess kann z. B. durch ein lineares Modell beschrieben werden. Y(n) = γ(n)*X(n) + b(n + 1), (1) wobei γ ein Sensitivitätsparameter ist, der die Wirkung einer Variation des Inputs X auf den Prozessoutput Y spezifiziert. Der Sensitivitätsparameter γ kann zumindest für eine Vielzahl von Substraten festgelegt sein und kann durch entsprechende Testläufe bestimmt werden. Der Parameter P repräsentiert den tatsächlichen Steuerungsstatus.
Basierend auf dem linearen Modell kann ein neuer Inputparameter X(n + 1) für das nachfolgend zu prozessierende Substrat von der vorhergehenden Inputparametereinstellung X(n) und dem resultierenden vorhergehenden Ausgangswert Y(n) durch X(n + 1) = X(n) + {T(n + 1) – Y(n)}/γ (2) bestimmt werden, wobei T der spezifizierte Ausgangssollwert ist.
Ein neuer Inputparameter X(n + 1)* kann mittels eines gewichteten leitenden Durchschnitts von dem neuen Inputparameter X(n + 1), der in Gleichung (2) bestimmt wird und dem vorhergehenden Eingangsparameter X(n) mittels X(n + 1)* = λX(n + 1) + (1 – λ)X(n) (3) bestimmt werden, wobei λ ein Parameter im Bereich von 0 bis 1 ist. Die Wahl von λ wird gewöhnlich ad-hoc getroffen, wobei höhere Werte in einer aggressiveren Steuerung resultieren. D. h., die „Geschwindigkeit” der Anpassung des Steuerungshubs in Bezug auf die vorausgehende Entwicklung des Ausgangsparameters kann eingestellt werden. Deshalb kann ein geeigneter Gewichtungsparameter λ die Stabilität des fortschrittlichen Steuerungssystems verbessern.
Auf der anderen Seite jedoch erfordert das System, auf Grund der Verwendung von exponentiell gewichteten gleitenden Durchschnittswerten, eine gewisse Anpassungsdauer, die in einer reduzierten Übergangsleistungsfähigkeit des gesteuerten Systems resultieren kann. Für bekannte abrupte Ereignisse, z. B. eine Änderung in dem Nachbearbeitungsstatus eines Loses von Substraten, wird der Übergang auf eine neue Parametereinstellung durch Einbinden eines Solloffsetwertes bzw. einer Solloffsetgröße in das APC-Prozessmodell verbessert. Ein geeigneter Solloffsetwert TO kann durch Testläufe oder durch Analyse von Messdaten bestimmt werden. Das Prozessmodell, das die Solloffsetgröße einschließt, kann ausgedrückt werden als X(n + 1) = X(n) + {T(n + 1) + TO(n + 1) – TO(n) – Y(n)}/γ, (4) wobei TO(n) und TO(n + 1) jeweils die Solloffsetwerte für die Substrate n und n + 1 repräsentiert. In dem Fall, in dem das neue Prozessmodell auf eine fortschrittliche Prozesssteuerung eines Lithographieprozesses angewendet wird, kann der Eingangsparameter X eine Belichtung E und der Ausgangsparameter Y kann eine kritische Dimension einer entwickelten Photolackstruktur DICD spezifizieren. Die Sollgröße T kann eine Soll-DICD und die Solloffsetgröße TO kann einen Solloffset DICD-Wert spezifizieren. Deshalb wird die Gleichung (4) zu E(n + 1) = E(n) + (T(n + 1) + TO(n + 1) – TO(n) – DICD(n))/γ, (5) und die Gleichung (3) wird zu E(n + 1)* = λE(n + 1) + (1 – λ)E(n). (6)
In einer Schreibweise, die die Gleichungen (5) und (6) kombiniert, kann die Formel für einen exponentiell gewichteten gleitenden Durchschnitt eines Belichtungsparameters einer fortschrittlichen Prozesssteuerung durch
repräsentiert sein.
Die Prozesseigenschaften, die sich auf den Solloffsetwert beziehen, können im Allgemeinen in Abhängigkeit von der Position auf dem Substrat variieren. Das Reflexionsvermögen eines nachbearbeiteten Substrates, das mit einer amorphen Kohlenstoffschicht bedeckt ist, kann z. B. auf Grund der Dicke oder auf Grund von Planaritätsungleichförmigkeiten der darunter liegenden Schicht, die z. B. durch eine Ungleichförmigkeit eines zuvor ausgeführten CMP-Prozesses verursacht sein kann, variieren. Deshalb wird in einer Ausführungsform ein ortsabhängiger Sollwert und/oder Solloffsetwert bereitgestellt.
Das Belichtungsmodul 240 ist typischerweise als Stepper vorgesehen, der eine schrittweise „step and repeat” oder „step and scan” Belichtung auf dem Substrat ausführt, wobei eine Vielzahl von Halbleiterschaltungen oder Belichtungsfeldern nacheinander belichtet werden. Jeder Belichtungsschritt kann auf der Basis eines individuell eingestellten Satzes von Belichtungsparametern, die gemeinhin als Belichtungskarte bezeichnet werden, ausgeführt werden. Die Belichtungskarte kann ein oder mehrere anlagenspezifische Parameter umfassen, die die Eigenschaften von jedem individuellen Belichtungsschritt bestimmen. Beispiele von herkömmlichen anlagenspezifischen Parametern können Ausrichtungsparameter, Focustiefe, Belichtungszeit und dergleichen sein. Zusätzlich kann die Belichtungskarte verwendet werden zum Speichern und Bereitstellen von ortsabhängigen Soll- und/oder Solloffsetwerten.
3 zeigt schematisch ein Substrat 330, das mittels des Photolithographiessystems 200 der 2b prozessiert wurde. Das Substrat 330 weist Belichtungsfelder 351, 352, 353 auf, die jeweils an den Positionen {x₁, y₁}, {x₂, y₂} und {x₃, y₃}, lokalisiert sind, wobei die Koordinaten x_i, y_i sich auf vordefinierte Referenzpunkte auf dem Substrat 330 und den Belichtungsfeldern 351, 352, 353 beziehen können. Z. B. kann sich die Position bzw. der Ort (x₁, y₁) auf die obere linke Ecke des Belichtungsfeldes 351 in Bezug auf die Mitte des Substrats 330 beziehen. Jedoch kann jede beliebige andere Wahl eines Referenzsystems geeignet sein. Jedes der Belichtungsfelder wurde der Strahlung des Photolithographiesystems 200 ausgesetzt, die durch die Belichtungskarte, angezeigt als E gekennzeichnet ist, wobei ein oder mehrere Parameterwerte der Belichtungskarte mit der Position variieren können, so dass die Belichtungskarte E eine Funktion des Ortes ist und als E = E (x, y) geschrieben wird.
Die Qualität von Schaltungselementen kann durch Verwendung eines Steuerungsprozesses beim Bilden von Schaltungselementen mit kritischer Abmessung verbessert werden, wobei der „step and repeat” oder „step and scan” Belichtungsprozess benutzt wird, der es erlaubt, Belichtungsparameter an spezifizierte Positionen auf dem Substrat anzupassen. Die Belichtungsparameter können in einer hochdynamischen Weise aktualisiert werden, indem in der Herstellungslinie gewonnene Parameter an einem oder mehreren Herstellungsstufen des Schaltungselements – vor und/oder nach dem Belichtungsprozess – verwendet werden, um die Belichtungsparameter zu rejustieren, wodurch Ungleichförmigkeiten auf dem Substrat effektiv kompensiert werden können, z. B. Ungleichförmigkeiten des Reflexionsvermögens von nachbearbeiteten Substraten.
Außerdem kann das obige Steuerungsschema auch verwendet werden, um die Qualität von Schaltungselementen nicht nur in Bezug auf Ungleichförmigkeiten auf dem Substrat, sondern auch in Bezug auf Substrat zu Substrat- oder Los zu Los-Abweichungen, zu verbessern.

Claims

Verfahren mit: Bereitstellen einer fortschrittlichen Prozesssteuerung (210), die ein Prozessmodell umfasst, das eine Sollgröße (212) und eine Solloffsetgröße (211) einschließt; Aktualisieren der Solloffsetgröße (211) bei Auftreten eines Ereignisses; und Bestimmen zumindest eines Prozessparameters von dem Prozessmodell.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ereignis ein abruptes Ereignis ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ereignis ein Driftereignis ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die fortschrittliche Prozesssteuerung (210) zumindest einen Belichtungsparameter eines Photolithographieprozesses steuert.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Wert der Solloffsetgröße (211) aus Datenanalysen erhalten wird, die an Messdaten kritischer Dimensionen von entwickelten Photolackelementen durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Ereignis eine Änderung im Nachbearbeitungsstatus eines zu belichtenden Substrates (230, 330) ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das zu belichtende Substrat (230, 330) eine Photolackschicht (232) aufweist, die über einer Schicht (231), die amorphen Kohlenstoff aufweist, gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der zumindest eine Belichtungsparameter ferner auf der Grundlage einer kritischen Dimension eines entwickelten Photolackelementes bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der zumindest eine Belichtungsparameter ferner auf der Grundlage von Messdaten, die von einem Messsystem (220) für kritische Abmessungen und/oder einem elektrischen Test (270) empfangen werden, bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der zumindest eine Belichtungsparameter ferner auf der Grundlage einer Eigenschaft des zu belichtenden Substrates (230, 330) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Eigenschaft des zu belichtenden Substrates (230, 330) sich auf eine Schicht (231) bezieht, die unter der zu belichtenden Photolackschicht (232) liegt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Sollwert (212) und/oder der Solloffsetwert (211) ferner von der Position (x_iy_i) auf dem Substrat (230, 330) abhängt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Sollwert (212) und/oder der Solloffsetwert (211) in einer Belichtungskarte verzeichnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die fortschrittliche Prozesssteuerung (210) einen Prozessparameter eines chemisch-mechanischen Polierprozesses steuert.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Ereignis eine Variation der Andruckskraft und/oder der Relativgeschwindigkeit zwischen einem zu polierenden Substrat (230, 330) und einem Polierkissen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wert der Solloffsetgröße (211) aus Testläufen erhalten wird.