先进工艺控制的方法和装置 【技术领域】
本发明涉及工艺控制， 特别涉及用于先进工艺控制的技术。背景技术 目前已有借由先进工艺控制而进行的工艺的多种应用。 一种用于先进工艺控制的 常见模型是共变数分析 (analysis of covariance， ANCOVA)， 共变数分析通常相关于线性 模型的连续输出， 而连续输出是一个或多重输入的函数。 举例而言， 这种类型的先进工艺控 制是半导体工艺设备的控制， 例如在半导体晶片上执行蚀刻工艺的蚀刻设备。
在具有多重输入的先进工艺控制的一些应用中， 其输入可能很复杂， 并且输入间 也可能会互相影响和 / 或干扰， 而使得先进工艺控制的效能退化。 有时候可借由人类 ( 例如 工程师 ) 分辨且量化可能造成控制结果不稳定的这些输入互相影响和 / 或干扰。因此， 虽 然目前已经有先进工艺控制技术能够满足一些需求， 但是其仍不能完全满足所有的需求。
发明内容 为了解决现有技术中存在的上述问题， 本发明实施例提供一种先进工艺控制方 法， 包括 ： 将第一变数设定为初始值 ； 将第二变数设定为初始值 ； 在先进工艺控制的控制 下， 根据第一和第二变数的每一个的函数来操作工具 ； 测量第一和第二参数， 其中第一和第 二参数是不同的， 并且有关于工具的操作 ； 根据第一参数的函数， 决定第一变数的新变数 值， 并根据第二参数的函数与第二变数的目前变数值， 计算第二变数的新变数值 ； 以及重复 上述操作、 测量、 决定和计算步骤。
本发明另一实施例提供一种先进工艺控制装置， 包括 ： 一工具 ； 以及一计算机， 动 作性地耦接于工具， 计算机包括存储有计算机程序的计算机可读取媒体， 当计算机程序被 执行时， 计算机执行下列步骤 ： 将第一变数设定为初始值 ； 将第二变数设定为初始值 ； 在先 进工艺控制的控制下， 根据第一和第二变数的每一个的函数来操作工具 ； 接收已测量的第 一和第二参数， 其中第一和第二参数是不同的， 并且有关于工具的操作 ； 根据第一参数的函 数， 决定第一变数的新变数值， 并根据第二参数的函数与第二变数的目前变数值， 计算第二 变数的新变数值 ； 以及重复上述操作、 测量、 决定和计算步骤。
本发明的技术方案有益于改善先进工艺控制的效能， 并减少先进工艺控制的多重 输入间的干扰。
附图说明 本发明可借由阅读实施方式并搭配所附图示而被较佳地理解。要注意的是， 图示 中多种特征并未依照半导体制造设备的实际尺寸而绘制。事实上， 上述特征的尺寸可任意 增减以简化说明。
图 1 是用以说明本发明装置 10 的方块图， 其中装置 10 是部分的半导体制造系统 ；
图 2 是蚀刻工具 13 的部分控制流程的流程图 ；
图 3 为图 2 步骤 107( 可选流程 ) 的流程图。 主要附图标记说明如下 ： 10 ～装置 ； 11 半导体晶片 ； 12 ～计算机 ； 13 ～蚀刻工具 ； 14 ～测量工具 ； 21 ～处理器 ； 22 ～存储器 ； 23 ～程序 ； 36 ～工艺特征 ； 38 ～实验 ； 46 ～先进工艺控制模块 ； 61 ～实时估计模块 ； 51、 52、 64、 66 ～途径。具体实施方式
要注意的是， 本发明提供许多不同的实施例， 其使用于不同特征上， 然而， 仅为说 明元件及工艺安排的特例， 而并不限于本发明 ； 此外本发明于不同的例子中， 可重复参考其 数目及字面意义。 此重复的方式， 是为简明的目的 ； 其本身并不特指多个实施例及所讨论的 结构之间的特定关系。另外， 实施例方法中， 一第一特征以覆盖或于一第二特征上的形成， 为该第一及该第二特征的直接接触 ； 以及实施例中的额外特征， 若为插入该第一及第二特 征， 则该第一及第二特征可不为直接接触。
图 1 是用以说明本发明各种型态的装置 10 的方块图， 装置 10 是部分的半导体制 造系统。在本实施例中， 装置 10 用以蚀刻多个半导体晶片， 上述半导体晶片的一个以元件 符号 11 表示 ( 晶片 11)。装置 10 包括计算机 12、 一个设备区块 ( 蚀刻工具 13)， 以及测量 工具 (metrology section)14。蚀刻工具 13 是半导体制造领域常见的装置， 并且包括蚀刻 反应室 ( 此处未显示 )。半导体晶片是设置于蚀刻反应室内来进行蚀刻工艺。本文后述的 晶片 ( 或每一第 N 个晶片 ) 都是使用测量工具 14 来评估。
在图 1 中， 虽然对晶片的实体测量是在测量工具 14 中执行， 但是为了要预测测量 结果而不实际执行实体测量， 也可以使用本领域常见的虚拟测量 (virtual metrology) 技 术。举例而言， 虚拟测量可以决定蚀刻工具 13 的多种特征。然后， 根据如蚀刻工具的工艺 配方、 工艺条件 ( 即设定 ) 与特性等因素， 虚拟测量可以决定蚀刻工具 13 在晶片上的工艺 结果。在一变型 (variation) 中， 根据如同工艺品质和产品品质等因素， 虚拟测量可以在一 段时间内减少或取代真实或实体的测量。
计算机 12 包括计算机硬件， 其可以是常见的、 商用的、 或是其他合适的计算机硬 件。计算机 12 的计算机硬件包括处理器 21 和存储器 22。存储器 22 用以存储被处理器 21 执行的计算机的程序 23， 使计算机 12 能够控制蚀刻设备 13。关于蚀刻工具 13 的控制， 计 算机 12 包括蚀刻工艺信息， 用以表示蚀刻工具 13 执行的蚀刻工艺的工艺特征。这些工艺 特征以元件符号 36 表示 ( 工艺特征 36)， 并且包括处理晶片的配方 (recipe)。数种或全部 的工艺特征 36 能够由以蚀刻工具 13 进行的实验 38 凭经验地被预先决定。对于蚀刻工具 13 进行的蚀刻工艺而言， 其工艺特征 36 通常包括温度、 压力、 化学品、 理论或测量到的蚀刻 率。工艺特征 36 被提供至多输入的先进工艺控制模块 46， 而先进工艺控制模块 46 用以控 制蚀刻工具 13。技术上而言， 先进工艺控制模块 46 是程序 23 的一部分， 但是为了说明， 所以在图 1 中， 将先进工艺控制模块 46 个别地表示。先进工艺控制模块 46 是以本领域常见 的方式被设置， 此处不再赘述。举例而言， 在本实施例中， 先进工艺控制模块 46 常使用技术 是共变数分析。
如上述， 在蚀刻工具 13 将晶片蚀刻后， 测量工具 14 接着评估所有或部分的晶片 11。评估所得的测量信息循途径 51 和 52 被提供回计算机 12。具体而言， 部分的测量信息 循途径 51 被直接提供回先进工艺控制模块 46， 另外一部分的测量信息循途径 52 被提供至 实时估计模块 (real-time estimationmodule)61。技术上而言， 实时估计模块 61 是程序 23 的一部分， 为了简化说明， 所以在图 1 中， 将实时估计模块 61 个别显示出来。 实时估计模 块 61 将于稍后详述。
为了简化说明， 本发明蚀刻工具 13 执行的蚀刻工艺是用以将晶片 11 上的材料层 蚀刻出沟槽 (trench、 groove)， 并且沟槽深度是测量工具 14 测量的参数之一。通常来说， 工艺特征 36 会被选择以达到沟槽的目标深度 (desireddepth)。 然而， 蚀刻工艺真正的沟槽 深度会被实际工艺情况 (real-worldconsiderations) 所影响。举例而言， ( 蚀刻工具的 ) 部件 (parts) 的特性或被蚀刻的晶片的特性都会影响沟槽深度。某种程度上， 部件或晶片 11 的特性使得 ( 真正的 ) 沟槽深度和欲达到深度 (intended depth) 间具有深度差 αp。此 外， 蚀刻反应室也会影响蚀刻工艺。举例而言， 蚀刻反应室内的污染物会随着时间累积， 并 逐渐改变在原本控制条件下会达到的沟槽深度。某种程度上， 蚀刻反应室的特性使得 ( 真 正的 ) 沟槽深度和欲达到深度 (intended depth) 间具有深度差 αc。 测量工具 14 用以评估由蚀刻工具 13 执行的蚀刻工艺产生的沟槽， 包括使用常见 的工具测量真正的沟槽深度。 测量信息循途径 52 被提供回计算机 12， 包括已测量的沟槽深 度 ETCH_DEPTH。
以下将详细说明实时估计模块 (real-time estimate module)61。实时估计模块 61 提供蚀刻工具 13 的实际蚀刻率的实时估计。 这表示蚀刻工具 13 的实际蚀刻率会因部件 特性造成的影响 (αp) 以及 / 或蚀刻反应室造成的影响 (αc) 而随着时间不同于理论预期 的蚀刻率。工艺特征 36 包括蚀刻工具 13 预期的或理论的蚀刻率， 并且预期的蚀刻率根据 蚀刻工艺所有的工艺特征而循途径 64 被提供至实时估计模块 61。 实时估计模块 61 产生蚀 刻工具 13 的实际蚀刻率的估计， 并使用实际蚀刻率的估计来为蚀刻工具 13 所执行的蚀刻 工艺计算调整的蚀刻 (adjusted etch time) 时间， 然后循途径 66 提供更新的 (updated) 蚀刻时间至先进工艺控制模块 46。
为了简化说明， 在图 1 与下述的讨论中均意指实时估计模块 61 估计蚀刻率， 然后 计算蚀刻时间。然而另一方面， 以下事实也是有可能的 ： 实时估计模块 61 进行蚀刻率的估 计， 然后提供估计的蚀刻率至先进工艺控制模块 46， 并且先进工艺控制模块 46 接着根据来 自实时估计模块 61 的估计的蚀刻率来进行蚀刻时间的计算。
图 2 是蚀刻工具 13 的部分控制流程的流程图， 用以说明实时估计模块 61 的操作。 在步骤 101， 实时估计模块 61 根据由途径 64 接收的工艺特征 36 的信息来初始化两个变数 ETCH_RATE 和 ETCH_TIME。举例而言， 变数 ETCH_RATE 和 ETCH_TIME 的初始化是由晶片的工 艺配方所预先决定。在图 2 的实施例中， 变数 ETCH_TIME 被设定为工艺特征 36 的既定或基 线 (baseline) 蚀刻时间 TB。蚀刻反应室内， 在经过选择的特定工艺条件下， 蚀刻工具 13 应 能根据基线蚀刻时间制造出具有目标沟槽深度的沟槽。 变数 ETCH_TIME 的数值循途径 66 被
提供至先进工艺控制模块 46。变数 ETCH_RATE 被设定为工艺特征 36 的既定的 ( 理论的 ) 蚀刻率。蚀刻反应室内， 在经选择的特定工艺条件下， 蚀刻工具 13 应能具有理论的蚀刻速 率 ( 即变数 ETCH_RATE)。
接着， 在步骤 102， 在先进工艺控制模块 46 的控制下， 在设置于蚀刻工具 13 内的晶 片 11 上执行蚀刻工艺并持续一段由变数 ETCH_TIME 所指定的时间。接着， 此晶片由蚀刻工 具 13 被转移至测量工具 14。然后在步骤 103， 使用常见的测量工具 14 测量晶片 11 上真正 的沟槽深度， 并得到所测量的沟槽深度 ETCH_DEPTH。
下一步， 在步骤 106， 实时估计模块 61 使用 (1) 变数 ETCH_RATE 的目前变数值 ； (2) 测量工具 14 所测量的沟槽深度 ETCH_DEPTH ； 以及 (3) 变数 ETCH_TIME 的目前变数值， 来计算变数 ETCH_RATE 的新变数值。具体而言， 为了要求得实际蚀刻率， 将所测量的沟槽 深度 ETCH_DEPTH 除以变数 ETCH_TIME 的目前变数值， 然后将实际蚀刻率乘上权重系数 w， 其中权重系数是介于 0 和 1 之间的小数值 (decimal value)， 例如 w ＝ 0.5。接着， 将1减 掉权重系数 w 的结果乘上变数 ETCH_RATE 的目前变数值。为了求得变数 ETCH_RATE 的新变 数值， 将两种不同的加权值 (weighted value) 相加， 其中变数 ETCH_RATE 的新变数值取代 变数 ETCH_RATE 的目前变数值而被存储。因此， 要注意的是， 变数 ETCH_RATE 的数值通常是 (1) 工艺特征 36 的预期的 ( 理论的 ) 蚀刻率与 (2) 由测量工具 14 所评估的每一晶片的实 际 (calculated) 蚀刻率的函数。实际上， 蚀刻率的权重系数 w 会随着时间逐渐递减。换言 之， 在任意时间点， 蚀刻率的权重随着时间由最近的实际蚀刻率逐渐递减为用以初始化变 数 ETCH_RATE 的既定值。 步骤 107 代表可选 (optional) 流程， 其可以执行， 也可以不执行， 后续将加以解 释。在步骤 108， 根据在步骤 106 得到的变数 ETCH_RATE 的新变数值， 计算变数 ETCH_TIME 的新变数值。具体而言， 此步骤包括 (1) 将部件和蚀刻反应室的已知结果加起来， 并以对应 于总和 (αp+αc) 的一个数值表示 ； (2) 将上述数值除以在步骤 106 求得的变数 ETCH_RATE 的新变数值 ； 以及 (3) 将基线蚀刻时间 TB 减去 (2) 的结果。将 (3) 的结果作为变数 ETCH_ TIME 的新变数值并加以存储， 用以取代变数 ETCH_TIME 的目前变数值。变数 ETCH_TIME 的 新变数值循途径 66 被提供至先进工艺控制模块 46， 用以在蚀刻工具 13 执行的下一个蚀刻 工艺期间， 供先进工艺控制模块之用。接着， 控制流程回到步骤 102， 在蚀刻工具 13 中进行 下一批次晶片的蚀刻工艺。图 2 所示技术将有益于改善先进工艺控制模块的效能， 并减少 先进工艺控制模块 46 多重输入间的干扰。
图 3 为图 2 步骤 107( 可选流程 ) 的流程图。图 3 的步骤 121 是关于输出的干扰 影响的计算。具体而言， 在图 2 中， 只有在步骤 106 计算变数 ETCH_RATE 的新变数值， 而在 步骤 121 中， 将变数 ETCH_RATE 的新变数值乘上时间差 ΔT’ ， 其中 ΔT’ 为：
上述结果即为变数 ΔDEPTHAPC。然后， 在步骤 122， 移除输出中干扰的影响。具体 而言， 将所测量的沟槽深度 ETCH_DEPTH 减掉变数 ΔDEPTHAPC 的变数值， 而所得结果为变数DEPTHDeAPC。图 2 中并没有显示变数 ΔDEPTHAPC 和 DEPTHDeAPC。然而， 为了其他目的， 步骤 107 能够可选地 (optionally) 计算变数 ΔDEPTHAPC 和 DEPTHDeAPC。举例而言， 对于变动中的蚀刻条件而言， 若其补偿没有功效， 则可以通过步骤 107 计算变数 DEPTHDeAPC 的变数值来求得 沟槽深度。变数 DEPTHDeAPC 具有多种应用， 举例而言， 其可用作取样策略的模拟 (sampling policy simulations) 或最佳化， 其中为了模拟不同取样策略下的控制成效， 将先进工艺控 制的影响移除以及将晶片数据恢复 (restore) 到晶片被蚀刻前的状态是有必要的。一旦先 进工艺控制的影响被移除后， 那些被先进工艺控制所抑制的能够影响结果的因素将会更清 晰， 也更容易辨别。
虽然上述讨论仅有关于半导体工艺的蚀刻工具的先进工艺控制， 但是使用本发明 揭示的技术来控制半导体工艺的其他工具， 或是除了半导体工艺外其他应用的工艺也是 可能的。虽然本发明实施例仅对蚀刻时间的微调 (fine-tune) 使用预估的蚀刻率， 但是 对其他应用使用预估的蚀刻率也是可能的。举例而言， 为了得知基线抛光时间 (baseline polish time) 的时间调整量 (time adjustment)， 也可将所测量的沟槽深度 ETCH_DEPTH 除 以预估的蚀刻率。在其他实施例中， 实时估计模块 61 除了提供蚀刻率， 也提供其他的参数 估计， 例如相关于多重输入先进工艺控制模块的其他输入。
虽然本发明已由较佳实施例揭示如上， 但并非用以限制本发明。在不脱离本发明 精神和范畴的前提下， 本领域普通技术人员能作些许更动。 因此根据本发明实施例， 本发明 提供一种先进工艺控制方法， 包括 ： 将第一变数设定为初始值 ； 将第二变数设定为初始值 ； 在先进工艺控制的控制下， 根据第一和第二变数的每一个的函数来操作工具 ； 测量第一和 第二参数， 其中第一和第二参数是不同的， 并且有关于工具的操作 ； 根据第一参数的函数， 决定第一变数的新变数值， 并根据第二参数的函数与第二变数的目前变数值， 计算第二变 数的新变数值 ； 以及重复上述操作、 测量、 决定和计算步骤。 在本实施例中， 上述计算包括 ： 将第二参数乘以一第一权重系数 (weight) 以取得 一第一加权值 (weighted value)， 且将第二变数的目前变数值乘以一第二权重系数以取得 一第二加权值， 以及将第一加权值和第二加权值相加。
本实施例还包括选择介于 0 和 1 之间的数值作为第一权重系数， 并且选择 1 减去 第一权重系数的数值作为第二权重系数。
在本实施例中， 上述操作上述工具的步骤包括在先进工艺控制的控制下， 处理一 半导体晶片。
在本实施例中， 上述操作上述工具的步骤包括使用被先进工艺控制的上述工具来 执行一半导体晶片的蚀刻工艺。
在本实施例中， 上述测量第二参数的步骤包括测量被蚀刻工艺移除的材料的厚 度。
在本实施例中， 第二变数代表蚀刻率， 上述计算第二变数的新变数值的步骤包括 将第二参数除以蚀刻工艺的时间间距。
在本实施例中， 上述操作上述工具的步骤包括根据第二变数的函数调整蚀刻工艺 的时间间距。
根据本发明另一实施例， 本发明提供一种先进工艺控制装置， 包括 ： 一工具 ； 以及 一计算机， 动作性地耦接于工具， 计算机包括存储有计算机程序的计算机可读取媒体， 当计 算机程序被执行时， 计算机执行下列步骤 ： 将第一变数设定为初始值 ； 将第二变数设定为 初始值 ； 在先进工艺控制的控制下， 根据第一和第二变数的每一个的函数来操作工具 ； 接
收已测量的第一和第二参数， 其中第一和第二参数是不同的， 并且有关于工具的操作 ； 根据 第一参数的函数， 决定第一变数的新变数值， 并根据第二参数的函数与第二变数的目前变 数值， 计算第二变数的新变数值 ； 以及重复上述操作、 测量、 决定和计算步骤。
在本实施例中， 上述计算机程序执行的计算包括将第二参数乘以一第一权重系数 以取得一第一加权值， 且将第二变数的目前变数值乘以一第二权重系数以取得一第二加权 值， 以及将第一加权值和第二加权值相加。
在本实施例中， 上述计算机程序执行的计算包括选择介于 0 和 1 之间的数值作为 第一权重系数， 并且选择 1 减去第一权重系数的数值作为第二权重系数。
在本实施例中， 上述工具在先进工艺控制的控制下， 处理一半导体晶片。
在本实施例中， 上述工具使用在先进工艺控制的控制下， 执行一半导体晶片的蚀 刻工艺。
在本实施例中， 上述测量第二参数的步骤包括测量被蚀刻工艺移除的材料的厚 度。
在本实施例中， 第二变数代表蚀刻率， 上述计算机程序执行第二变数的新变数值 的计算包括将第二参数除以蚀刻工艺的一时间间距。
在本实施例中， 计算机程序操作上述工具的步骤包括根据第二变数的函数调整蚀 刻工艺的时间间距。
本发明已经由数种实施例揭示如上。 本领域普通技术人员应能以本发明所揭示的 技术内容作为基础来设计或修改其他的工艺或架构来达到相同于本发明的目的和 / 或优 点。本领域普通技术人员应能知悉在不脱离本发明的精神和架构的前提下， 当可作些许更 动、 替换和置换。