TWI781335B

TWI781335B - 先進工藝控制方法及晶片製造元件

Info

Publication number: TWI781335B
Application number: TW108125655A
Authority: TW
Inventors: 斯特凡布爾; 鮑里斯哈比斯; 金晥洙
Original assignee: 德商科尼亞克公司
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2022-10-21
Also published as: TW202105063A

Abstract

本公開提供用於經光刻加工的半導體裝置的工藝控制方法及相應裝置。使用曝光工具元件將光致抗蝕劑層曝光於曝光束，其中，光致抗蝕劑層塗覆半導體基材，並且其中，對於每次曝光，使用至少包括散焦值和曝光劑量的當前曝光參數集。對經曝光的光致抗蝕劑層進行顯影，其中，從所述光致抗蝕劑層形成了抗蝕劑圖案。測量所述抗蝕劑圖案的特徵特性和/或由所述抗蝕劑圖案得到的基材圖案的特徵特性。響應於所測得的特徵特性與目標特徵特性的偏差，更新所述當前曝光參數集。估計在不更新所述曝光參數集的情況下將形成的假想抗蝕劑圖案的未經校正的特徵特性。回應於從所述未經校正的特徵特性獲得的資訊，可以改變對所述特徵特性的測量策略或者可以更新所述當前曝光參數集。

Description

先進工藝控制方法及晶片製造元件

實施例涉及如易失性和非易失性記憶體件、邏輯電路、微處理器、功率半導體裝置和平板裝置等半導體裝置的製造，其中，曝光工藝使圖案轉移到半導體晶片上的光致抗蝕劑層中。曝光工藝可以使用APC(先進工藝控制)基於來自先前曝光的半導體晶片的計量結果來確定用於當前曝光的曝光參數。實施例進一步涉及包括曝光工具元件的晶片製造元件。

在半導體裝置的製造工藝期間，將如電晶體、二極體、電容器、電阻器、和佈線連接件等功能元件的各種物理部件形成於半導體基材中和半導體基材上，例如作為半導體基材中的摻雜區域和半導體基材的經加工表面上所沉積的層中的摻雜區域。通過組合一個或多個層在經加工表面上的沉積並使用圖案化工藝將特定圖案轉移到層中可以逐層地形成這些實體部件，其中，圖案化工藝(例如，通過蝕刻)對相關層的多個部分局部地改性(modify)或去除。圖案化工藝中的波動導致與目標尺寸的偏差，並且可能不利地影響工藝良品率或者可能導致最終半導體裝置的參數相對廣的分佈。

通過光掩模法(photomasking)進行圖案化包括在半導體晶片的經加工表面上沉積光致抗蝕劑層(photoresist layer)。曝光工藝將光掩模的掩模版(reticle)圖案投射到光致抗蝕劑層中，其中，在光致抗蝕劑層中，相對於未曝光部分在曝光部分中對光活性成分選擇性地改性，使得在曝光之後光致抗蝕劑層包含掩模版圖案的潛像(latent image)。顯影工藝選擇性地去除經改性部分或未改性部分。經顯影抗蝕劑層可以被用作蝕刻掩模(etch mask)或植入掩模(implant mask)。

抗蝕劑圖案(resist pattern)的物理尺寸尤其取決於曝光劑量(exposure dose)和散焦值(defocus value)。曝光劑量表示用於以特定圖案來曝光光致抗蝕劑層的曝光輻射的能量。散焦是指晶片表面與曝光輻射的焦平面(focal plane)之間的距離。可以測量光致抗蝕劑層中某些關鍵圖案的物理尺寸並將其與目標尺寸進行比較。APC可以根據針對關鍵尺寸的測量結果來調整下一次曝光的曝光劑量和/或散焦(defocus)。

需要以較少努力改善跨晶片的(例如，晶片內均勻性)、以及晶片之間(例如，晶片間均勻性)的光致抗蝕劑圖案的物理尺寸均勻性，和/或需要在不對晶片內均勻性和晶片間均勻性產生不利影響的情況下減少計量工作。

一方面，實施例提供一種先進工藝控制方法，包括：使用曝光工具元件將塗覆半導體基材的光刻膠層曝光於曝光束，其中，對於每次曝光，使用至少包括散焦值和曝光劑量的當前曝光參數集；對經曝光的光刻膠層進行顯影以形成抗蝕劑圖案；測量所述抗蝕劑圖案的特徵特性和/或由所述抗蝕劑圖案得到的基材圖案的特徵特性，並回應於所測得的特徵特性與目標特徵特性的偏差來更新所述當前曝光參數集；估計在不更新所述曝光參數集的情況下形成的假想抗蝕劑圖案的未經校正的特徵特性；以及以下操作中的至少一個：(i)回應於從所述未經校正的特徵特性獲得的資訊來改變所述特徵特性的測量策略，以及(ii)回應於從所述未經校正的特徵特性獲得的資訊來更新所述當前曝光參數集。

根據另一方面，實施例提供一種晶片製造元件，包括：曝光工具元件，所述曝光工具元件經組態為i)根據當前曝光參數集將塗覆半導體基材的光刻膠層暴露於曝光束，以及ii)通過經曝光的光刻膠層形成抗蝕劑圖案；計量單元，所述計量單元經組態為測量所述抗蝕劑圖案和由所述抗蝕劑圖案得到的基材圖案中的至少一者的特徵特性；APC單元，所述APC單元經組態為響應於所測得的特徵特性與目標特徵特性的偏差來更新所述曝光參數集；以及計算單元，所述計算單元經組態為估計在不更新所述曝光參數集的情況下形成的假想抗蝕劑圖案的未經校正的特徵特性。

200:計算單元

205:用戶介面

206:專家系統

290:APC單元

300:晶片製造元件

320:曝光工具元件

322:塗覆器單元

324:曝光單元

326:顯影器單元

330:計量單元

333:採樣計畫

334:更新的採樣計畫

340:加工單元

350:計量單元

390:傳統半導體裝置製造元件

401:晶片

410:晶片批

510:初始化步驟

520:計數器步驟

530:曝光步驟

540:預測步驟

550:估計步驟

570:APC步驟

582:預測器步驟

584:校正步驟

601、602:線

611、612、613:上下文組

710:第一步驟

720:第二步驟

730:第三步驟

740:第四步驟

750:第五步驟

760:第六步驟

810:第七步驟

820:第八步驟

830:第九步驟

840:第十步驟

870:第十一步驟

880:第十二步驟

890:第十三步驟

910:主單元

圖1是根據參考示例的包括用於控制曝光參數的先進工藝控制單元的半導體裝置製造元件的一部分的示意性方塊圖，以用於圖示對理解實施例有用的背景。

圖2是根據實施例的半導體裝置製造元件的一部分的示意性方塊圖，所述半導體裝置製造元件包括用於估計在不更新曝光參數的情況下形成的假想結構的未經校正的(de-corrected)特徵特性的計算單元。

圖3是圖示了根據涉及曝光參數更新的實施例的用於先進工藝控制的方法的示意性流程圖。

圖4是根據涉及對用於曝光工具元件的校正資料進行控制的實施例的、包括計算單元的半導體裝置製造元件的一部分的示意性方塊圖。

圖5是示意性地圖示了根據實施例的先進工藝控制方法的方塊圖。

圖6是圖示了測得的且未經校正的關鍵尺寸的示意圖，以用於說明圖4的實施例的效果。

圖7是示意性地圖示了根據進一步實施例的使用通過先進工藝控制方法所獲得的資訊的方法的方塊圖。

圖8是根據涉及對採樣計畫的修改的實施例的、包括計算單元的半導體裝置製造元件的一部分的示意性方塊圖。

圖9是根據涉及對蝕刻工藝進行控制的實施例的、包括計算單元的半導體裝置製造元件的一部分的示意性方塊圖。

圖10是根據進一步實施例的半導體裝置製造元件的一部分的示意性方塊圖。

圖1示出了具有曝光工具元件320的傳統半導體裝置製造元件390的一部分，所述曝光工具元件包括塗覆器單元322、曝光單元324和顯影器單元326。將經預加工的半導體基材的多個輸入晶片批(lot)410依次提供給半導體裝置製造元件390。舉例來說，半導體基材可以是半導體晶片、其上形成有半導體結構的玻璃基材或SOI(絕緣體上半導體)晶片。不管半導體基材的類型如何，半導體基材在下文中都被稱為晶片401。

每個晶片批410中的晶片401的數量通常高達25。同一晶片批410中的晶片401可以經歷相同的工藝以形成相同的電子電路。例如，可以將每個晶片批410中的晶片401依次提供給相同類型的不同加工單元，其中，相同類型的加工單元應用相同的工藝。可替代地，可以將晶片401依次提供給相同的加工單元，其中，每個加工單元可以包括一個或多個子單元，在所述子單元處可以並行地加工每個晶片批410中的一些晶片401。

在圖1的示例中，晶片批410中的晶片401被提供給曝光工具元件320的塗覆器單元322。塗覆器單元322用具有或不具有抗反射塗層的光致抗蝕劑層或光致抗蝕劑層系統來塗覆晶片401。塗覆器單元322可以包括自旋體單元，所述自旋體單元在晶片表面上分配抗蝕劑材料並通過旋轉晶片401來均勻地分佈抗蝕劑材料。塗覆器單元322可以包括用於使光致抗蝕劑中的一部分溶劑蒸發的加熱設施。將至少塗覆有光致抗蝕劑層的晶片401轉移(transfer)到曝光單元324。

曝光單元324生成將靶心圖表案轉移到光致抗蝕劑層中的曝光束，其中，曝光束可以在曝光部分中選擇性地啟動光致抗蝕劑層的光活性成分。曝光束可以是電磁輻射束或粒子束。例如，曝光束是可以掃描光致抗蝕劑層的電子束，其中，光束的強度調製或消隱(blanking)可以生成靶心圖表案。根據另一實施例，曝光束包括波長短於365nm(例如，193nm或更小)的光或電磁輻射，其中，電磁輻射穿過掩模版或在掩模版處反射並將掩模版圖案成像到光致抗蝕劑層中。

在經曝光束曝光的光致抗蝕劑層部分中，光活性成分會影響先前未聚合的化合物的聚合或先前聚合的化合物的解聚。

對一個晶片401的曝光可以包括對完整經加工表面的單次曝光，或者可以包括經加工表面上的相鄰曝光場中的多次曝光，其中，相同的圖案被成像到每個曝光場中。每次曝光由曝光輻射的曝光劑量和散焦值限定，所述散焦值指示經加工表面與曝光輻射的焦平面之間的距離。散焦和/或曝光劑量可以對於同一晶片401上的不同曝光場不同、在晶片批410中的不同晶片之間不同、和/或在不同晶片批410之間不同。將具有經曝光光致抗蝕劑層的晶片401轉移到顯影器單元326。

顯影器單元326相對於未曝光部分去除光致抗蝕劑層的曝光部分或相對於曝光部分去除未曝光部分。顯影器單元326可以包括用於曝光後烘烤的加熱室，並且對光致抗蝕劑層的曝光部分和未曝光部分使用不同溶解速率，以選擇性地相對於未曝光部分溶解曝光部分，或反之亦然。顯影器單元326可以包括加熱室，所述加熱室用於使剩餘的溶劑蒸發，並用於對經顯影的抗蝕劑層進行化學改性，例如，以便使經顯影抗蝕劑層硬化或改善經顯影抗蝕劑層在晶片表面上的粘附性。經顯影的抗蝕劑層形成包括多個抗蝕劑特徵的抗蝕劑圖案。

計量單元330可以在採樣點處測量抗蝕劑圖案的關鍵抗蝕劑特徵的特徵特性(feature characteristics)。計量單元330可以是曝光工具元件320的組成部分，或者晶片401可以被轉移到遠端計量單元330。特徵特性包括關鍵抗蝕劑特徵的物理尺寸。採樣點是在採樣計畫中限定的晶片上的位置。舉例來說，計量單元330可以通過OCD(光學關鍵尺寸)散射測量術、檢查通過SEM(掃描電子顯微術)獲得的圖像、以及檢查通過光學顯微術獲得的圖像來獲得關於特徵特性的資訊。

舉例來說，關鍵抗蝕劑特徵的特徵特性可以包括物理尺寸，如圓形抗蝕劑特徵的直徑、非圓形抗蝕劑特徵的短軸和長軸的長度、條形抗蝕劑特徵的線寬、抗蝕劑特徵之間的間隔寬度、抗蝕劑特徵的側壁角度、抗蝕劑特徵的面積、和如抗蝕劑特徵的線邊緣粗糙度等其他性質。在下文中，縮寫“CD”包括所有種類的特徵特性，並且不限於關鍵抗蝕劑特徵的線寬和間隔寬度、以及關鍵抗蝕劑特徵的面積。

曝光後工藝可以將抗蝕劑圖案例如用作用於在半導體基材中形成凹槽和溝槽的蝕刻掩模、用作植入掩模、或用作用於其他改性工藝的掩模。

APC單元290在採樣計畫中限定的選定位置處接收被測量晶片的所測得CD。基於在同一曝光工具元件320處或在其他曝光工具元件處加工的一個或多個在前晶片上測量的CD，APC單元290針對每個曝光場、每個晶片和/或每個晶片批單獨地調整曝光單元324中的曝光劑量和/或散焦。

圖2圖示了晶片製造元件300，所述晶片製造元件包括用於確定用於經光刻加工(lithographically processed)的半導體裝置的曝光參數、計量設置、和先進工藝控制設置的裝置。晶片製造元件300可以包括具有如參照圖1所描述的功能的曝光工具元件320和計量單元330。

APC單元290可以基於從計量單元330接收的所測得CD來確定用於當前曝光的曝光參數集(set)。曝光參數集可以包括劑量/聚焦校正資料，例如，聚焦的校正值、曝光劑量的校正值、或聚焦和曝光劑量兩者的校正值。APC單元290可以進一步考慮預定次數的先前曝光的先前校正資料分別乘以特定權重係數。在不存在從外部接收的其他資訊的情況下，APC單元290將新的劑量/聚焦校正資料輸出到曝光工具元件320。

晶片製造元件300進一步包括計算單元200，所述計算單元接收關於被測量晶片的特定特徵特性的資訊。例如，計量單元330或接收和管理由多個計量單元獲得的測量資料的MES(製造執行系統)可以將如以上限定的CD傳遞到計算單元200。另外，計算單元200可以接收標識從其獲得CD的晶片401的晶片上下文(context)信息WCI。舉例來說，晶片上下文資訊WCI可以包括：標識晶片401的來源、類型和參數的參數，晶片401被加工的加工工具和加工單元(例如，曝光工具元件320中所使用的掩模版)，相關晶片已經歷的工藝條件，相關晶片已經曝光於的工藝氣體和工藝流體的識別字，以及包含先前工藝的日期和時間的時間性資訊(chronical information)。

計算單元200還接收和/或保持可用於曝光工具元件320中的工藝校正的曝光資訊，例如，先前施加的曝光劑量、聚焦、先前劑量/聚焦校正資料、和/或曝光後烘烤的溫度曲線。可用於工藝校正的曝光資訊可以包括在晶片上下文資訊WCI中，或者可以被直接從曝光工具元件320傳輸到計算單元200。

計算單元200的初級(primary stage)可以基於從計量單元330接收的所測得CD、和曝光資訊來確定用於當前曝光的劑量誤差和聚焦誤差。曝光資訊可以包括一次或多次在前曝光的曝光參數、一次或多次在前曝光的劑量誤差和聚焦誤差、和/或通過聚焦於產品(on-product focus)的測量獲得的聚焦資料，其中，在計算單元200接收到通過聚焦於產品的測量獲得的資料的情況下，聚焦誤差可以為零。

為了確定劑量誤差和聚焦誤差，計算單元200的初級可以使用描述CD、曝光劑量和聚焦之間的關係的物理模型。根據所測得CD，可以由基函數和係數限定的物理模型(即多項式模型)可以獲得對於已經從其獲得所測得CD的採樣點有效的曝光劑量和/或散焦值。

計算單元200的次級(secondary stage)可以計算在不對曝光參數集做任何更新的情況下將形成的假想抗蝕劑圖案的替代性未經校正特徵特性。換言之，計算單元200針對省略任何先進工藝控制的情況計算CD。根據實施例，次級可以回顧性地(retrospectively)計算先前加工的晶片的最優劑量值和最優聚焦值。

通過估計在不對散焦和/或曝光劑量應用更新過程的情況下將由曝光引起的假想的未經校正的特徵特性，計算單元200可以有助於計算和分析從曝光直到至少第一曝光後加工單元340的所有工藝的參數，而同時對曝光的基本先進工藝控制仍然有效並且經加工晶片401能夠滿足通常程度的工藝公差。計算單元200可以允許在無需臨時繞過先進工藝控制的情況下使用不同的晶片模型、晶片上下文資訊、APC設置和/或採樣計畫中的調整來確定工藝校正值和CD均勻性，使得晶片良品率保持不受影響並且沒有晶片由於不存在先進工藝控制而丟失。

為此目的，由計算單元200的次級獲得的結果RS可以被傳輸到專家系統206、傳輸到為人類操作者(用戶)將結果視覺化的用戶介面205、傳輸到曝光後加工單元340、或者傳輸到APC單元290。計算單元200的次級的結果可以用於例如通過修改先進工藝控制的設置或通過重新定義晶片模型、通過以補償參數漂移的方式控制曝光後加工單元340、或通過改變測量策略(例如，通過修改由計量單元330使用的採樣計畫)來影響晶片加工。

例如，基於從計算單元200獲得的資訊，可以通過跳過對根據一個或多個多項式描述跨完整晶片表面的CD分佈的模型的模型係數的確定具有最小影響的採樣點來修改由計量單元330使用的採樣計畫。

可替代地或另外，可以以使得特徵特性與目標值的偏差平滑化或最小化的方式獲得替代性散焦/劑量校正參數。為此目的，可以搜索未經校正的CD以獲得晶片上下文資訊的某些參數所特定的趨勢。替代性劑量/聚焦校正資料可以被傳輸到APC單元290，在所述APC單元處，經修正的散焦/劑量校正參數可以覆蓋傳統得到的劑量/聚焦校正值以用於下一次曝光。

對晶片製造元件300的行為的類比與對用戶介面205處的其他參數設置的結果的模擬相結合允許在CD偏差的不同來源或環境之間進行區分。可以更精確地且在不干擾其他效果的情況下評估參數波動的傾向和趨勢。另外，可以評估不同參數設置對特定特徵特性的影響，以判定原始採樣點處的哪些特徵特性是最關鍵的。

圖3圖示了在基於根據先前曝光的未經校正CD為當前曝光預測的所估計CD來修改用於當前曝光的曝光劑量的方法的過程中執行的模擬的細節。所述類比可以由圖2的計算單元200執行。為簡單起見，模擬是指僅考慮曝光劑量的實施例。模擬可以應用於散焦、應用於散焦和曝光劑量的組合、以及同樣應用於進一步的參數和參數組合。

初始化步驟510初始化計數器n的值(所述計數器可以對單個晶片或晶片批進行計數)、第一晶片或晶片批的校正值CorrVal(1)以及第一次曝光的曝光劑量ExpDos(1)，其中，第一次曝光劑量可以僅從目標CD和設備參數得到。計數器步驟520可以將計數器n遞增一。在曝光步驟530中，曝光工具以初始曝光劑量對分配給計數器值n的一個或多個晶片進行曝光。通過測量步驟540獲得單個晶片或多個晶片(例如，分配至同一批的所有晶片)上的至少一個關鍵尺寸。根據所測得的CD，估計步驟550通過對由所測得的CD加上或減去由校正劑量引起的部分來估計未經校正的關鍵尺寸CD(n)，其中，對於n=1，所估計的CD(1)等於所測得的CD。

一直到預定義數量n₀的晶片或晶片批時，寬鬆的APC設置可以在APC步驟570中基於一個或多個先前測量的關鍵尺寸CD(n)、CD(n-1)來計算用於下一單個晶片或晶片批的曝光劑量。

在測量次數超過預定義數量n₀並且所估計的未經校正關鍵尺寸CD(1)…CD(n)中包含足夠的資訊的情況下，預測器步驟582可以根據先前估計的未經校正CD和替代性劑量校正來計算下一單個晶片或晶片批的假想關鍵尺寸PCD(n+1)。為此目的，預測器步驟582可以解釋關於當前晶片和先前晶片的晶片上下文資訊以獲得上下文。校正步驟584可以基於先前估計的CD確定下一次曝光的替代性劑量校正。

下表通過舉例說明了圖3的實施例。以25mJ/cm²的曝光劑量對給定掩模版進行的曝光產生30nm的目標CD。接近25mJ/cm²的曝光劑量時，+1mJ/cm²的曝光劑量波動導致CD減少1nm。

在表1的示例中，曝光劑量為25mJ/cm²的第一晶片批曝光導致32nm的所測得CD，其與目標CD的偏差為+2nm。考慮到根據描述劑量與CD之間關係的模型，額外的一mJ/cm²導致線減少1nm，因此APC將曝光劑量增加+2mJ/cm²的校正劑量以便將CD減少2nm來滿足目標CD。但是由於如上文所討論的工藝變化，第二晶片批的平均測量CD可能再次偏離預期的30nm並且可能是例如30.5nm。對於下一晶片批的曝光，APC可以進一步將校正劑量增加0.5mJ/cm²，以抵消+0.5nm的剩餘CD偏差。同樣，進一步的工藝波動影響了第三晶片批的平均測量CD為29.7nm，使得對於第四晶片批，校正劑量減少了0.3mJ/cm²。

表2涉及可以如何基於所測得CD和由於校正劑量引起的校正CD來估計未經校正CD值的示例。對於第一批，因為未使用校正劑量來生成校正CD，所以未經校正CD等於所測得CD。對於第二批，已經使用了2mJ/cm²的校正劑量，導致2nm的線寬減少。因此，在沒有校正劑量的情況下，實際線寬將為32.5nm而不是30.0nm。對於第三批，所測得CD為29.7nm，但校正劑量(總共2.5mJ/cm²)使線寬減少了2.5nm，從而使得未經校正CD為32.2nm。

可以搜索未經校正CD以獲得趨勢、週期性或上下文依賴性(dependency)，或者不存在趨勢和週期性或上下文依賴性。

圖4涉及具有計算單元200的晶片製造元件300，所述計算單元用於改善曝光工具元件320中的曝光劑量和/或散焦的校正值。計量單元330可以從晶片401獲得CD並將所述CD傳輸到APC單元290和計算單元200。

計量單元330將所測得CD傳輸到計算單元200。計算單元200可以直接使用所測得CD以用於首先獲得根據一個或多個多項式描述跨完整晶片表面的CD分佈的模型並且用於計算假想抗蝕劑圖案的未經校正的特徵特性。根據另一實施例，計算單元200使用CD與曝光劑量和散焦之間的關係來獲得劑量誤差和聚焦誤差，並在之後使用劑量誤差和聚焦誤差、或劑量設置和聚焦設置一一例如用於確定描述聚焦誤差和劑量誤差的模型的模型係數或模型的每個點的最優劑量和/或最優聚焦，使得模型係數不取決於CD的類型。

APC單元290和計算單元200可以被分配給不同的硬體部件，例如，通過資料傳輸介面連接的控制器、伺服器、電腦，和/或被分配給通過資料介面交換資料的不同軟體模組。APC單元290可以通過資料介面連接到計算單元200。APC單元可以經組態為回應於從計算單元200接收的資訊來更新曝光參數集。

例如，APC單元290可以包括控制器單元，所述控制器單元運行用於傳統聚焦/劑量控制的程式並且包括用於接收以下至少一項的介面：i)用於確定改善的聚焦/劑量控制參數的替代性參數設置，以及ii)用於在將聚焦/劑量控制參數傳遞到曝光工具元件320之前覆蓋傳統獲得的參數的改善的聚焦/劑量控制參數。

計算單元200可以是附加設備，例如，供電腦運行除了APC單元290中的先進工藝控制之外的程式的另外的控制器或附加軟體模組，其中，由計算單元200獲得的結果可以影響APC單元290的參數設置的變化、APC單元290中的聚焦/劑量校正值的替換，或者可以被直接傳輸到曝光工具元件320。根據另一實施例，APC單元290是集成在計算單元200中的若干模組或級之一，其中，計算單元200可以完全代替傳統的APC單元290。

只要APC單元290沒有例如從計算單元200或從用戶介面205接收到其他資訊，APC單元290就可以執行對曝光劑量和/或聚焦的傳統(“寬鬆”)控制。在APC單元290接收到用於曝光劑量和散焦的增強型校正資料的情況下，APC單元290轉發增強型校正資料而不是轉發寬鬆校正資料。根據另一實施例，APC單元290可以接收替代性參數設置(例如，先前CD的權重設置或先前校正值)，並用接收到的替代性參數設置覆蓋先前的參數設置。

計算單元200計算抗蝕劑圖案中的假想結構(其在不對曝光參數集做任何更新的情況下將在抗蝕劑圖案中形成)的未經校正CD，並且可以將未經校正CD傳輸到用戶介面205和/或外部專家系統206。可替代地或另外，計算單元200可以在內部專家級評估未經校正CD。

用戶、專家系統206或計算單元200的專家級可以將未經校正CD與晶片和/或晶片批的上下文資訊聯繫起來，並且可以搜索晶片上下文資訊中的參數以獲得相應參數與未經校正CD值之間的相關性。如果找到晶片上下文資訊中的參數與未經校正CD值之間的相關性，則用戶、專家系統206或專家級提醒計算單元200僅基於涉及晶片上下文資訊中的同一參數的此類先前曝光來估計增強型校正值。

例如，如果用戶、專家系統206或專家級識別出標識特定塗覆器單元的參數的某CD趨勢顯著不同於其他塗覆器單元的CD趨勢，則用戶、專家系統206或專家級可以提醒計算單元200使用不同的參數設置(僅使用來自在同一塗覆器單元處加工的晶片的曝光歷史)來確定增強型CD校正值。

在實際使用不同參數設置來確定聚焦/劑量校正值之前，計算單元200的類比級可以模擬不同參數設置對CD的影響。可以將類比的結果傳輸到用戶介面205，在用戶介面處，用戶可以批准不同的參數設置。

在批准了不同的參數設置之後，計算單元200或用戶可以更新APC單元290中的參數設置。根據另一實施例，計算單元200可以將利用新參數設置獲得的聚焦/劑量校正值直接傳輸到曝光工具元件320，使得繞過了(by-pass)APC單元290。

根據所測得CD並根據晶片401上採樣點的所計算曝光劑量和/或散焦，計算單元200的次級級可以確定模型的係數，以用於估計晶片401上未直接被採樣點覆蓋的區域中的劑量/聚焦、和/或用於將可能的系統部分與隨機部分分開。所述模型可以是或可以包括晶片級模型，所述晶片級模型根據一個或多個多項式(例如，奇數和偶數澤爾尼克(Zernike)多項式、勒讓德(Legendre)多項式和/或根據用TPS(thin plate spline，薄板樣條)技術確定的徑向基函數描述跨完整晶片表面的劑量/聚焦分佈。

所測得CD僅在採樣點處傳遞值。建模演算法例如針對與基值(即，採樣點處的所測得CD)最佳匹配的澤爾尼克多項式或勒讓德多項式計算模型係數。通過識別出多項式的所有模型係數，可以對多項式進行評估以估計晶片表面上每個點的劑量/聚焦校正資料。

所述模型還可以包括單個曝光場的一個或多個模型(精細場(field-fine)模型)或者概括了晶片401的多個曝光場(例如，晶片401的所有曝光場)的場模型。

所述模型為跨完整晶片表面的密集網格點提供劑量/散焦。可以改變次級和初級的順序，並且這兩個級可以並行或一個接一個地操作。

新設置(setting)可以涉及用於估計曝光場的相關CD資訊的新的模型係數。例如，新設置可以改變模型多項式中的至少一個的階數，例如，從第n階澤爾尼克多項式改變為第(n-m)或第(n+m)階澤爾尼克多項式。新設置還可以改變模型類型，例如，從澤爾尼克多項式描述的模型改變為勒讓德模型。新模型的效果可以借助於計算單元200的類比級來類比並且在用戶介面205上被視覺化。

通過計算將在沒有APC的情況下在同一晶片上形成的假想結構的未經校正CD，可以搜索更好的CD校正值，而同時對曝光的基本先進工藝控制仍然有效並且經加工晶片401滿足通常程度的工藝公差。另一方面，關於未經校正CD的知識允許例如在晶片401被並行加工的不同工具或室之間進行區分。

可以使用探索性資料分析(EDA)來分析未經校正CD，以便例如用視覺方法來總結其主要特性，其中，EDA可以使用統計模型。

另外的計量單元350可以測量關鍵基材特徵的尺寸(基材CD)。計算單元200可以使用基材CD和抗蝕劑CD中的至少一個作為所測得CD。

根據實施例，圖4的計算單元200和APC單元290可以協作以執行圖5中所圖示的先進工藝控制方法，其中，圖5 中的每個功能塊與在圖4中描繪的單元之一中執行的方法步驟相對應，例如作為在控制器或伺服器中執行的程式碼的一部分。

右列中的功能塊涉及在某個時間點檢查的晶片(當前晶片)以及從當前晶片獲得的和分配給當前晶片的當前晶片資料。當前晶片資料可以包含預定義測量部位處的當前CD測量和從當前CD測量得到的資料，例如，當前散焦資料和誤差資料。當前晶片資料可以包括與當前晶片相關的晶片上下文資訊、關於所應用的散焦校正和誤差校正的資訊等。可以在採樣計畫中限定測量部位。

左列中的功能塊涉及在當前晶片之前檢查的先前經加工和經檢查的晶片(歷史晶片)以及從歷史晶片獲得和分配給歷史晶片的歷史晶片資料。歷史晶片資料可以包含預定義測量部位處的歷史CD測量以及歷史散焦資料和劑量資料。歷史晶片資料可以進一步包括晶片上下文資訊，例如，標識晶片已被加工的加工單元的資訊、以及晶片已經歷的加工狀況。

第一步驟710存儲測量部位處的歷史CD測量的結果和多個歷史晶片的歷史曝光資料並使這些結果和資料可用。第二步驟720將歷史CD測量轉換為曝光誤差，所述曝光誤差描述在散焦和劑量誤差方面CD測量與目標CD的偏差。第二步驟720可以使用多項式模型，所述多項式模型將與目標值的CD偏差與導致CD偏差的散焦和劑量誤差聯繫起來。散焦和劑量誤差可以僅是散焦、可以僅是劑量誤差、或者可以包括散焦和劑量誤差兩者。散焦和劑量誤差描述了歷史晶片的殘餘散焦和劑量誤差。

第三步驟730計算測量部位處歷史工藝校正的效果。歷史工藝校正對應於實際應用於每個歷史晶片的聚焦校正和劑量校正，並且可以形成如上文所討論的未經校正特徵特性的另一實例。

對於歷史晶片上的每個CD測量部位(site)，第四步驟740將在第二步驟720中確定的殘餘散焦和劑量誤差與對同一歷史晶片實際應用的散焦和劑量相加，以獲得最優聚焦和/或最優劑量。最優聚焦和最優劑量是回顧性獲得的值：如果曝光過去已經使用了所述值，則所述曝光將導致最小CD偏差。

第五步驟750可以確定為跨完整歷史晶片的密集網格點提供最優聚焦或最優劑量的模型的係數。根據實施例，第五步驟750可以提供第一模型的係數和第二模型的係數，所述第一模型為跨完整歷史晶片的密集網格點提供最優聚焦，並且所述第二模型為跨完整歷史晶片的密集網格點提供最優劑量。可以對多個歷史晶片重複步驟710至750。

根據歷史最優聚焦值和最優劑量值，第六步驟760計算僅從歷史資料得到的替代性劑量校正和誤差校正。第六步驟760可以使用EWMA(exponentially weighted moving average，指數加權移動平均)方法來獲得歷史最優聚焦值和最優劑量值。EWMA方法可以及時跟蹤歷史最優聚焦和 /或最優劑量的指數加權移動平均值，其中，所述方法以幾何降冪對歷史最優聚焦值和最優劑量值進行加權，使得最近的最優聚焦值和最優劑量值的加權最高，而最遠的樣本僅很少貢獻。

例如，第六步驟760可以通過將上一歷史晶片n的加權預測誤差與上一歷史晶片n的最優劑量z_n相加來預測下一晶片(其可以是當前晶片)的最優劑量z_n+1，其中，預測誤差是所應用劑量x_n與最優劑量z_n之差，如等式(1)中給出的：(1)z _n+1=z _n+λ(x _n-z _n)

等式(2)根據歷史上應用的劑量值x₁…x_n描述了下一晶片的最優劑量z_n+1：(2)z _n+1=λx _n+(1-λ)λx _n-1+...+(1-λ)^n-1 λx ₁+(1-λ)ⁿ x ₀

在等式(1)中，權重參數λ滿足條件0

λ

1，其中，對於λ=0，EWMA方法取歷史最優劑量值的平均值x₀。λ可以取下限與上限之間的範圍內的任何值，其中，舉例來說，下限可以是0.05或0.1，並且上限可以是0.2或0.3。當樣本值有雜訊時λ可能接近下限，並且當樣本值(至少對於多個後續樣本)近似於可定義函數時λ可能接近上限。

可替代地或另外，第六步驟760可以預測下一晶片的最優聚焦值，或者預測下一晶片的最優劑量值和最優聚焦兩者。

第六步驟760還可以使用歷史晶片上下文資訊和當前晶片的晶片上下文資訊來僅選擇歷史晶片的子集以確定替代性劑量校正值和誤差校正值。例如，第六步驟760可以僅考慮與當前晶片在同一曝光工具的同一級加工的此類歷史晶片。根據預測的最優聚焦和最優劑量，第六步驟預測下一晶片的替代性散焦校正和劑量誤差校正。

第七步驟810使得當前晶片n+1的測量部位處的CD測量的結果可用。第八步驟820將當前CD測量轉換為曝光誤差，所述曝光誤差描述在散焦和劑量誤差方面CD測量與目標CD的偏差。為了根據CD測量與目標CD的偏差獲得散焦和劑量誤差，第八步驟820可以使用與第二步驟720相同的多項式模型。散焦和劑量誤差描述了當前晶片的殘餘散焦和劑量誤差。

第九步驟830計算測量部位處的先前工藝校正的效果。先前工藝校正對應於實際應用於當前晶片的聚焦校正和劑量校正。

對於當前晶片上的每個測量部位，第十步驟840將在第八步驟820中獲得的殘餘散焦和劑量誤差與在第九步驟830中獲得的當前晶片的實際散焦和劑量誤差相加，以獲得用於當前晶片的最優聚焦校正和劑量校正，其中，最優聚焦校正和劑量校正是回顧性地獲得的曝光參數：如果曝光過去已經使用了該最優曝光參數，則所述曝光將導致最小CD偏差。

第十一步驟870計算在第六步驟760中在當前晶片的測量部位處獲得的替代性聚焦校正和劑量校正的效果。

第十二步驟880通過計算在第十一步驟870中從歷史晶片獲得的替代性聚焦校正和劑量校正的效果與在第十步驟840中針對當前晶片獲得的最佳劑量和最佳聚焦之間的差異來獲得替代性聚焦誤差和劑量誤差。第十三步驟890可以將替代性聚焦誤差和劑量誤差轉換為替代性CD值。

圖6通過涉及由塗覆器單元引起的工藝偏差的示例的方式圖示了圖4的實施例。線601連接n個晶片的所測得CD偏差△CD，並且線602連接這些相同晶片的未經校正的CD偏差△cCD。可以將未經校正的CD偏差分配給三個不同的上下文組611、612、613，其中，每個上下文組包括多個晶片。分配給第一上下文組611的晶片的未經校正的CD偏差顯示出與其他晶片的未經校正CD偏差之間的相關性不同的相關性。

用戶、專家系統或計算單元200的專家級可以搜索相關晶片的晶片上下文資訊，以識別第一上下文組611的晶片的公共上下文、第二上下文組612的晶片的公共上下文、和第三上下文組613的晶片的公共上下文。如果可以識別第一上下文組611的晶片的公共上下文，則可以提示計算單元僅根據涉及第一上下文組611的晶片的先前校正值來確定在晶片上下文資訊中包括相同參數的下一晶片的校正值。

在圖7中，如上文所討論的計算單元200與EDA(電子設計自動化)系統的主單元910進行資料連接。主單元910可以是在電腦系統或伺服器上運行的電腦。計算單元200將關於由曝光工具元件執行的曝光的資訊傳輸到主單元 910。主單元910進一步接收佈局資訊，所述佈局資訊指定了要成像到光致抗蝕劑層中的圖案。通過佈局資料與曝光束的模型的卷積，主單元910獲得關於經曝光光致抗蝕劑層中的能量分佈的資訊，使得主單元910可以類比某些曝光參數、散焦和劑量偏差對選定的佈局特徵的尺寸的影響。

典型地，主單元910使用散焦和劑量誤差的最大值來識別關鍵佈局特徵。通過使用通過計算單元200而可獲得的實際散焦和劑量誤差，對關鍵性的測試變得更加精確，並且EDA可以放過否則將被標記為關鍵的佈局特徵。

圖8涉及使用由計算單元200執行的計算的結果來增強計量單元330的準確度和/或效率的實施例。

晶片製造元件300至少包括如上所述的曝光工具元件320、APC單元290、計量單元330和曝光後加工單元340。

採樣計畫333被傳輸到計量單元330。採樣計畫333可以包括用於標識晶片批410中的特定晶片401的晶片標識資訊，並且進一步包括標識晶片401上被選擇用於檢查的計量部位的位置資訊。計量部位可以具有圓形、橢圓形或矩形形狀。計量部位的大小取決於測量方法。計量部位的直徑或邊緣長度對於散射測量方法可以是約100μm，並且對於使用電子顯微術的測量可以是約1μm，或者小於1μm。

計量單元330檢查晶片401並獲得關於在採樣計畫333中標識的計量部位處的相關晶片401的特性特徵。特性特徵可以包含幾何尺寸，如測量區域內晶片401表面上的結構的高度、寬度和/或長度，例如，線的寬度或者臺階或溝槽的豎直延伸、從晶片401的表面延伸的突起的側壁角度、或者延伸到晶片401的表面中的溝槽的側壁角度。可替代地或另外，特徵特性可以包含關於覆蓋晶片401的最頂層的厚度和/或成分的資訊，或者關於其他物理性質或特性的資訊，如線邊緣粗糙度、線寬粗糙度、覆蓋資料、晶片形狀、晶片變形、缺陷密度以及關於缺陷和電氣測量的結果的資訊。

在第一級，計量單元330使用第一數量的採樣點根據原始採樣計畫檢查晶片401，並將檢查結果傳輸到APC單元290。APC單元290接收檢查結果、計算經校正的曝光參數、並將經校正的曝光參數傳輸到曝光工具元件320。

計算單元200可以接收檢查結果和經校正的曝光參數，並且模擬採樣點的多個子集的特性特徵的CD。進一步的實例可以將實際偏差與所測得CD值進行比較，並且可以根據最佳策略修改採樣計畫。

例如，計算單元200可以將描述未經校正值的資訊傳遞到用戶介面205，並且用戶回應於在用戶介面205處呈現給他的資訊來修改採樣計畫，其中，所述修改旨在省略不會改善系統性能的採樣點。

根據其他實施例，計算單元200可以將描述未經校正值的資訊傳遞到專家系統，或者計算單元200可以包括在沒有進一步用戶交互的情況下根據最佳策略修改採樣計畫的專家級。

例如，計算單元200、專家系統或用戶可以將關鍵尺寸的實際偏差與省略了原始採樣計畫中的一個或多個採樣點情況下的偏差進行比較。在假想偏差等於、小於或僅略差於實際偏差的情況下，計算單元200、專家系統或用戶從採樣計畫中去除所討論的(多個)採樣點，使得至少計量單元330僅使用更新的採樣計畫334。

根據實施例，計算單元200基於原始採樣計畫確定晶片模型的第一模型係數，並且基於原始採樣計畫的採樣點的真子集確定晶片模型的第二模型係數。如果第一模型係數與第二模型係數之間的偏差低於預定義的閾值，則可以控制計算單元200以用包括採樣點的真子集的新採樣計畫代替原始採樣計畫。根據實施例，計算單元200可以輸出描述第一模型係數和第二模型係數的資訊。

對於接下來的晶片401，計量單元330使用較少的採樣點而不會損失APC的品質。另外的計量單元350可以使用已更新的採樣計畫334。

圖9涉及關於如上所述的用於圖案化工藝(例如，蝕刻工藝)的先進工藝控制的實施例。

將塗覆有經圖案化和顯影的光致抗蝕劑層的晶片401轉移到曝光後加工單元340。加工單元340可以包括蝕刻工具，所述蝕刻工具將抗蝕劑圖案成像到晶片中，例如，成像到基底基材中和/或成像到沉積在基底基材上的層或層堆疊中，其中，基材圖案形成於晶片401中。

在基材圖案中，如圖案深度、線寬、傾斜角度、線粗糙度等CD取決於蝕刻工藝的參數，如蝕刻劑濃度、蝕刻溫度、蝕刻時間、等離子體電壓、和等離子體頻率。另外的計量單元350在預定義的測量部位處獲得基材圖案的CD，所述預定義的測量部位可以在採樣計畫中限定。

APC單元290可以以如上文針對曝光工具的聚焦和曝光劑量描述的方式來控制蝕刻工藝的參數中的一個或多個。

圖10涉及對曝光工藝與曝光後工藝(例如，蝕刻工藝)的組合有效的先進工藝控制的實施例。

可以以如參照圖2至圖5所描述的方式控制曝光工具元件320中使用的散焦和曝光劑量，條件是計算單元200使用在後曝光工藝之後檢查晶片401的另外的計量單元350處獲得的基材圖案的CD。可以通過曝光工具元件320中的適當設置來補償由蝕刻參數的波動引起的CD漂移。