使用母版测度的光刻临界尺寸控制 【技术领域】
一般地讲，本发明涉及光刻领域；更具体地讲，涉及一种通过使用简单控制算法与反馈的处理控制系统取得晶片设计尺寸的方法。该反馈使用掩模设计数据、掩模尺寸数据、以及历史晶片图形测量，以将临界尺寸(CD)居中对准(centre)到晶片图形(feature)设计尺寸。本发明使用不同的母版测度(measurement)，提供了一种通过确保对于每个晶片使用正确的曝光条件被处理来控制图形大小、即线条或空间的临界尺寸的方法。
背景技术
在集成电路(IC)领域，光刻技术被用来将图案(即图像)从包含电路设计信息的掩模转移到基底(例如硅晶片)表面上的薄膜上。图案转移借助光致抗蚀剂(例如紫外光敏感的有机聚合物)来完成。在典型的图像转移处理中，通过掩模(即母版(reticle))照射涂敷有光致抗蚀剂的基底，而通过化学显影剂将掩模图案转移到光致抗蚀剂。下文中，名词“母版”与名词“掩模”可以互换使用。进一步的图案转移使用化学蚀刻剂来完成。
在现有技术中，在集成电路的加工过程中通常重复几次这样的掩模处理。
图1显示光刻处理(加工)环境，包括母版80、分步光刻机(stepper)90，母版80具有(例如)测定误差，即偏离设计尺寸120地偏差100，分步光刻机设备90具有镜头140，通过该镜头代表了曝光能量130的曝光条件在涂敷了光致抗蚀剂150的晶片95上聚焦，从而产生具有设计尺寸160的印刷晶片。
在光刻领域中人们都知道在同时处理许多产品的逻辑加工厂中临界尺寸控制最困难、最富有挑战性。随着越来越多的产品被引入加工厂中，其中每个产品都具有多个掩模层与特有CD定制，曝光剂量计算的复杂度也随着增加。考虑到为了紧跟增长的制造数量与复杂度，必须引入其他光刻工具与工具类型，其中每个都具有其自己的校准与处理可变性，对于在加工厂中CD控制的需求已经成为一项必须处理的关键性挑战。考虑到所有工具/母版设置中有许多第一次使用特定母版，以及需要许多遍次来将产品居中对准到目标临界尺寸，从而存在对于降低在使用新母版/工具组合的产品初始制造过程中误差的紧迫需求。
在Adams(US 5,989,764)中描述了对于在加工厂中CD控制的相关技术，其针对通过分散能量测定的光刻(lithgraphy)工具调整方法。然而，该处理不包括在反馈回路中使用母版大小数据以将CD分布置中。
在Hitachi(US 6,225,011)中描述了另一相关技术方法，其使用多个曝光系统。再一次地，在该技术中没有将母版大小数据用于关键尺寸控制。
在Kerszkowski(US 5,969,972)中描述了另一相关技术方法，其涉及自动机器程序生成器，用于制造半导体组件。虽然该相关技术方法使用了优化器，但该优化器没有处理在母版尺寸与设计目标不同的情况下以及新母版对于可能使用该母版的所有工具都没有历史记录的情况下对于CD控制的需求。
在Marchman(US 5,656,182)中描述了另一相关技术，其使用反馈控制，然而没有处理对于最优CD的取得。其只是按照在基底上产生的潜象的函数进行阶段位置控制。
虽然在本领域中人们公知曝光剂量偏移可以用来补偿晶片测定偏差，以及先前所使用的母版的母版因子可以使用反馈曝光控制回路从历来的晶片测定导出，但还是有在对于新母版与产品不需要预先送达或者测试晶片的情况下确定正确曝光剂量偏移的问题。
图2显示使用每个母版与分步光刻机工具的历史尺寸数据的反馈系统。对于成熟的产品，临界尺寸度量步骤210生成有关该成熟产品的历史数据220，该历史数据被反馈，导致反馈计算230，该反馈计算230产生曝光剂量设置240。成熟产品不需要返工步骤，因此曝光剂量设置240被认为是使用反馈曝光控制回路求得的最优剂量。
图3显示其中有新产品或新母版要用于分步光刻机工具300的现有技术方法。如图所示，当没有来自新工具305的历史数据时进行临界尺寸度量步骤310。这要求第一次运行使用来自其他工具/母版组合340的历史数据，这些历史数据用于反馈计算360以产生曝光剂量设置370。一般地，该反馈安排没有考虑新掩模偏置，并且结果的产品制造运行不满足图1的设计尺寸规格160。任何不满足设计尺寸规格的产品都要返工320，从而使以后的生产运行330能够从该新母版的生产数据350中获益。
考虑到相关技术的上述缺点，存在以下需要：提供可以对于新母版/工具组合成功预测初始曝光剂量的CD控制，由此有利于在大产量、高复杂度加工环境中缩短周期时间。即需要这样一种方法：其能够使用母版的测定与设计尺寸作为该方法的输入，使用适当的反馈参数，以产生最优曝光剂量设置。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种光刻系统与处理，当使用新母版/工具组合生产集成电路产品时，该光刻系统与处理能够降低CD误差。
本发明的另一目的在于提供一种光刻系统与处理，在母版的实际CD测度对于其设计规格存在偏差的情况下，该光刻系统与处理使在制造CD与所确定的目标CD之间的差异最小化。
本发明的另一目的在于提供一种方法，该方法用于设置达到满足晶片设计规格的晶片图形大小(即设计尺寸+/-对于给定半导体产品的所需公差)的光刻曝光剂量。
本发明的另一目的在于消除对于标准预先送达处理与在所需CD测度步骤(图3的310)之后的相伴随的返工步骤(图3的320)的需要，由此降低处理周期时间。
这些以及其他目的与优点可以由本发明通过使用测度-反馈方法(即控制算法)取得，其中母版测定被用做曝光控制的反馈机制的一部分，包括计算初始曝光剂量的步骤，由此控制CD图形大小并消除了对于预先送达晶片的需要。在反馈系统的被设计母版CD除的实际母版CD与母版因子(即特定母版的所需曝光条件相对于类似母版的所需曝光条件)之间的观测相关被使用以在单一遍次(pass)中收敛到最优曝光剂量或者曝光条件，即最优剂量。
具体地，对于在生产中所使用的每个母版，计算并在数据库中存储母版因子。对于在给定光刻工具上缺少适当的最近历史晶片数据的母版，使用所计算的母版因子来到达最优曝光条件。然而，对于新的母版，计算在类似母版的大小偏差与其母版因子之间的相关。因为新母版的测定尺寸与设计尺寸已知，所以从历史相关数据中“挑选”导出母版因子。然后，将导出母版因子植入反馈曝光控制回路，并且使用导出母版因子来计算对于新母版的初始曝光条件。
【附图说明】
本发明提供了临界尺寸控制(即CD控制)的光刻方法，现在将更详细地参照伴随本申请的附图来进行描述。应该注意在附图中，类似的标号用来描述类似的与相应的部件。
图1描绘了表示申请人的发明的光刻处理系统主要组件。
图2描绘了用来设定曝光剂量设置的CD度量与历史数据反馈回路。
图3显示了用于确定初始曝光剂量设置的现有技术的方法。
图4显示了使用母版CD数据作为用于最优曝光剂量设置的反馈计算的一部分的本发明的控制方法。
图5为测定母版/设计相对母版因子的图形显示。
【具体实施方式】
根据本发明，将描述如图4中所示的系统(490)，其中在临界尺寸度量步骤420取得的度量数据被记录为产品历史数据430。该数据通过算法与类似母版(即具有同样技术与水平的母版)的母版CD数据440混合，作为反馈计算450的一部分，以调整曝光剂量设置。由本发明所计算的初始曝光剂量不需要对于进行生产运行的首次运行返工。母版尺寸数据、母版因子、历史晶片曝光条件与历史晶片尺寸数据存储在每个母版的数据库中。当对于给定运行需要特定母版时使用这些数据。
应该注意本发明可以用于包括邻近印刷以及投影印刷的光刻技术中。然而本发明可以用于任何传统的光电曝光系统。不管使用了哪种印刷技术，图4中所示的系统都包括具有图像的母版。该母版可以包括任意传统的掩模(图1，80)，包括石英上铬掩模(chrom on quartz)或者衰减移相掩模(attenuatingphase shift)，其包括至少一个图形。还提供了诸如分步曝光工具(图4，410)的工具，用来将通过该母版的能量聚焦到经光致抗蚀剂处理的半导体晶片上。
另外，提供了具有非易失存储能力(455)(即硬盘驱动器)的计算机(图4，460)，用来进行产生曝光剂量设置所需的母版因子与最优剂量的计算。所述存储器用来维护数据库(图4，430、440)，其中存储了相关历史晶片生产数据，包括但不限于母版尺寸数据、母版因子、历史晶片曝光条件、以及历史晶片尺寸数据。计算机(460)执行支持所要求的数据访问、剂量与母版因子计算所需的所有处理。计算机(图4，460)也可以配有用于发送曝光剂量设置(图4，470)给分步曝光工具(图4，410)的接口，以用于曝光控制。
当取得历史晶片生产数据时，为每个所使用的母版计算并存储母版因子。在优选实施方式中，该因子为表示为所需曝光条件(即满足目标晶片尺寸的特定母版的曝光能量(图1，130))，即最优剂量当前母版对类似母版的达到同一目标晶片尺寸(即晶片设计尺寸)所需的平均曝光条件比率的关系。具体地，计算母版因子的公式为：
母版因子＝(最优剂量当前母版/(1∑n最优剂量其他类似母版)/n
其中n＝类似母版的数目，而表达式1∑n最优剂量其他类似母版)/n表示对于n个类似母版的平均曝光条件。
在对于给定母版/工具组合没有适当的最近历史晶片处理数据的情况下，母版因子用来计算新晶片曝光条件。控制对于没有适当的最近历史晶片处理数据的母版的曝光条件(即最优剂量没有最近历史的母版)的计算公式为：
最优剂量没有最近历史的母版＝(1∑n最优剂量其他类似母版/n)*母版因子
这些母版因子以及测定母版尺寸与母版设计尺寸被用做本发明CD控制模型算法的输入，该算法在使用新母版时在工具设置时执行。在优选实施方式中，该CD控制模型包括两个组件，用于执行以下功能：
1.从相关数据中确定导出母版因子，包括母版测定图形尺寸与母版设计尺寸对求得的母版因子的比率。
2.将所导出的母版因子应用到使用新母版的晶片生产中。
在该母版的以后的使用中，历史晶片曝光条件与晶片尺寸数据以及母版因子被用来表征当前曝光条件，即最接近的历史数据被用来确保来自控制算法的更精确的剂量估计。
如图4所示，反馈计算450由母版CD测定尺寸/设计数据440修改，以确定补偿母版离开设计尺寸的制造偏差的曝光设置。获得母版测定尺寸与母版设计尺寸之间的关系，用于与母版因子进行相关。在优选实施方式中，对于母版制造偏差(即大小偏差)的测量包括母版测定尺寸对母版设计尺寸的比率。确定最优剂量、所求得的母版因子、相关数据、以及所导出的母版因子所需的计算由计算机460进行。
如上所述，在没有适当的最近历史晶片尺寸与曝光条件数据的情况下，母版因子用于计算曝光条件。新曝光条件作为反馈控制回路优化剂量与母版因子的函数计算。
当引入新母版时，从实际的、即测定的图形尺寸/大小偏差与生产中所使用的其他母版的设计尺寸之间的比率对于其所求得的母版因子之间的相关中确定导出的母版因子，即“导出母版因子”。大小偏差(即测定图形尺寸除以设计尺寸)以及所使用的母版因子的总体(population)限定于对于给定晶片设计尺寸的母版的相应总体。所述导出因子用做初始母版因子，以确定新母版的适当曝光条件，并且当取得生产晶片数据时更新所述导出因子。最优剂量当前母版为对于当前晶片设计尺寸使用反馈曝光控制回路经校正的剂量/曝光条件。一旦对于类似母版的所希望的总体获得所计算的母版因子，就在大小偏差与所计算的母版因子之间进行相关。如上所述，所导出的母版因子从大小偏差对于所计算的母版因子的相关来确定。因此，根据以下公式计算对于新母版的最优剂量：
最优剂量新母版＝(1∑n最优剂量类似母版/n)*导出母版因子
图5显示母版度量对于母版因子的图表。使用诸如最小二乘多项式曲线拟合方法等公知回归技术来绘制在作为纵坐标的母版大小偏差(即母版测定图形尺寸/母版设计尺寸)(图5，500)与作为横坐标的母版因子(图5，510)之间的相关。
然后，在新母版使用之前，将母版因子、即所导出的母版因子植入反馈控制回路。因此即使新母版在系统中没有历史记录，该控制系统对于该新母版使用所导出的母版因子。
因此，对于在系统中具有先前使用历史的母版以及没有历史数据的新母版，本技术在第一个遍次中就可以取得目标CD。
虽然本发明针对其优选实施方式进行了显示与描述，但本领域技术人员应该理解在不脱离本发明的原理与范围的前提下可以在形式与细节上进行上述的以及其他修改。因此本发明并不限于此处所描述与描绘的确切形式，而是落入所附权利要求的范围内。
工业适用性
本发明的方法可以用于集成电路的光刻处理，尤其适用于取得晶片设计尺寸以及通过确保对于每个所处理的晶片使用正确的曝光条件来控制临界尺寸。