CN1310298C - 使用整合式度量的串级控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种对半导体晶片的处理执行串级控制的方法及装置。接收第一半导体晶片以供处理。接收第二半导体晶片以供处理。对该第一及该第二半导体晶片执行串级处理作业，其中该串级处理作业包含下列步骤：在正在处理该第一半导体晶片的一段时间中的至少一部分期间，撷取与该第二半导体晶片相关的处理前的度量数据。
Description
技术领域
本发明系大致有关半导体制造，尤系有关一种用来执行半导体晶片的串级处理(cascading processing)的方法及装置。
背景技术
WO-A-99/61320描述一种可堆栈晶片匣(stackable cassette)以使用于包含有待工艺的一批半导体晶片的基体匣(base cassette)。在工艺中，于该基体匣内的晶片系经工艺且返回该基体匣中。在工艺后，假使该晶片工艺系统的操作者想要检查测试晶片，该测试晶片可能放置于该堆栈晶片匣中，而非在基体匣中。当其它在该基体匣中的晶片持续进行工艺时，该堆栈晶片匣接着可能移除以检查该测试晶片。
制造业的技术突破已产生了许多创新的新工艺。现代的工艺(尤指半导体工艺)需要大量的重要步骤。这些工艺步骤通常是不可或缺的，因而需要通常是经过微调的若干输入，以便保持正确的制造控制。
半导体装置的制造需要若干独立的工艺步骤，以便从原始半导体材料作出封装的半导体装置。自半导体材料的起始生长、将半导体晶体切割成个别的晶片、制造阶段(蚀刻、掺杂、或离子植入等的阶段)至成品装置的封装及最后测试的各种工艺都是互不相同且专业化，因而可能在包含不同控制结构的不同场所中执行该等工艺。
一般而言，对一群半导体晶片(有时称为一批半导体晶片)执行一组工艺步骤。例如，可在晶片上形成由各种材料构成的一工艺层。然后可利用习知的微影技术在该工艺层之上形成有图案的光阻层。一般随即利用该有图案的光阻层作为一掩蔽层，而对该工艺层执行蚀刻工艺。该蚀刻工艺使得在该工艺层中形成各种线路区或物体。可将此种线路区用于晶体管的闸电极结构。经常系在半导体晶片基材上形成沟渠结构。沟渠结构的一个例子是浅沟渠隔离(Shallow Trench Isolation；简称STI)结构，可利用该STI结构来隔离半导体晶片上的各电气区域。通常系利用四乙氧基硅(TEOS)在该晶片之上且在该等STI结构中形成二氧化硅，而填满在半导体晶片上形成的STI结构。
一半导体制造设施内的制造工具通常系与连接到一制造结构或一网络的工艺模块。每一制造工具通常系连接到一设备接口。该设备接口系连接到一制造网络所连接的一机器接口，因而有助于该制造工具与该制造结构间的连接。该机器接口通常可能是先进工艺控制(Advanced Process Control；简称APC)系统中的一部分。该APC系统激活控制描述语言程序，该控制描述语言程序可以是用来自动撷取工艺执行所需的的数据的软件程序。
第1图标出一个典型的半导体晶片(105)。晶片(105)通常包含多个被配置成一格子形(150)的个别半导体晶粒(103)。根据所采用特定光罩的情形，通常系利用一步进机而一次大约对一个至四个晶粒位置执行微影步骤。通常执行若干微影步骤，以便在将要产生图案的一个或多个工艺层之上形成若干有图案的光阻层。在对一层或多层下层材料(例如，一层多晶硅、金属、或绝缘材料)执行湿式或干式蚀刻工艺期间，可将该有图案的光阻层用来作为一掩蔽层，以便将所需的图案转移到下方层。系由将在下方工艺层中复制的诸如多晶硅线路等的线路型线路区或空缺型线路区等的多个线路区构成该有图案的光阻层。
在制造半导体晶片期间的传统程序需要循序执行的一组步骤。现在请参阅第2图，图中示出这些步骤的流程图。在步骤(210)中，该制造系统取得要被处理的若干半导体晶片(105)。一旦取得要被处理的一组晶片(105)之后，该制造系统即在步骤(220)中自该等半导体晶片(105)撷取处理前的制造数据(例如，度量数据等的制造数据)。
对于某些工艺而言，自晶片(105)撷取的该制造数据可能涉及对半导体晶片(105)的一处理前的筛选。例如，在执行一化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing；简称CMP)工艺之前，可利用自将要被处理的半导体晶片(105)撷取的处理前的数据来设定会影响到该CMP工艺的各控制参数。一旦撷取了处理前的数据之后，该制造系统即在步骤(230)中处理该等半导体晶片(105)。
在处理了半导体晶片(105)之后，该制造系统在步骤(240)中决定是否需要对半导体晶片(105)执行额外的工艺。当该制造系统决定将要对半导体晶片(105)执行额外的工艺时，可撷取处理前的度量数据，并对半导体晶片(105)执行额外的工艺(请参阅流程图路径：步骤(230)-步骤(240)-步骤(220))。该制造系统可利用多个工艺工具而对半导体晶片(105)执行多个工艺。
当该制造系统决定将不对半导体晶片(105)执行额外的工艺时，该制造系统可在步骤(250)中自经过处理的晶片(105)撷取处理后的制造数据。一般而言，该处理后的制造数据包括在半导体晶片(105)上形成的复数个结构的量测数据。如果在步骤(260)中决定还有其它的半导体晶片(105)要被处理，则该制造系统在步骤(290)中取得要被处理的次一晶片(105)，并重复上述的该等工艺。否则，如果没有要被处理的额外半导体晶片(105)，则该制造系统在步骤(270)中停止该处理模式。
通常系循序执行第2图所示的该等步骤，而使该制造系统在工艺的流程中经常会有执行的中断。在循序执行时，利用一度量工具撷取处理前的数据，然后处理晶片(105)，然后撷取处理后的制造数据，这些步骤可能是一无效率的工艺。半导体晶片的一工艺流程的任何中断可能造成无效率及错误。因此种无效率造成的制造时间浪费可能是昂贵的，且可能对产品交货日程有不利的影响。半导体晶片(105)中的错误可能对利用经过处理的半导体晶片(105)生产的装置的良率有不利的影响。
本发明的目标在于解决或至少降低前文所述一项或多项问题的效应。
发明内容
在本发明的一个局面中，提供了一种对半导体晶片的处理执行串级控制的方法及装置。接收第一半导体晶片以供处理。接收第二半导体晶片以供处理。对该第一及该第二半导体晶片执行一串级处理作业，其中该串级处理作业包含下列步骤：在正在处理该第一半导体晶片的一段时间中的至少一部分期间，撷取与该第二半导体晶片相关的处理前的度量数据，该处理前的度量数据系藉由使用整合于工艺工具内的整合式度量工具加以撷取。
在本发明的另一局面中，提供了一种对半导体晶片的处理执行串级控制的系统。本发明的该系统包含工艺控制器，用以控制工艺工具并执行一串级工艺作业，该串级工艺作业包含下列步骤：撷取与第一半导体晶片相关的处理前的数据；在撷取与该第一半导体晶片相关的该处理前的数据之后，利用该工艺工具处理该第一半导体晶片；在正在处理该第一半导体晶片的一段时间中的至少一部分期间，撷取与第二半导体晶片相关的处理前的数据，该处理前的度量数据系藉由使用整合于该工艺工具内的整合式度量工具加以撷取；在撷取与该第二半导体晶片相关的该处理前的数据之后，处理该第二半导体晶片；在正在处理该第二半导体晶片的一段时间中的至少一部分期间，撷取与一第一半导体晶片相关的处理后的数据；以及在处理了该第二半导体晶片之后，撷取与该第二半导体晶片相关的处理后的数据。该系统亦包含：在作业上耦合到该工艺控制器的线上串级度量数据储存单元，该线上串级度量数据储存单元接收线上处理前的度量数据及线上处理后的度量数据中的至少一个数据；以及在作业上耦合到该工艺控制器及该线上串级度量数据储存单元的回授/前馈单元，该回授/前馈单元响应该线上处理前的度量数据及该线上处理后的度量数据中的至少一个数据，而执行一回授功能。
以下将配合各附图，说明本发明，在这些附图中，相同的代号识别类似的组件。
附图说明
第1图表示正在处理的先前技艺半导体晶片的简化图；
第2图是在半导体晶片的制造期间的先前技艺工艺流动的简化流程图；
第3图是根据本发明一实施例的的系统的方块图；
第4图是根据本发明一替代实施例的的系统的方块图；
第5图是根据本发明一实施例的第4图所示的工艺工具的详细方块图；
第6图是根据本发明一实施例的第3及4图所示系统的详细方块图；
第7图是用于根据本发明一实施例的制造系统的批次至批次回授循环及晶片至晶片回授循环的方块图；
第8图是根据本发明一实施例的方法的流程图；
第9图是根据本发明一实施例而如第6图所示执行半导体晶片的一串级处理的方法的流程图；
第10图是根据本发明一实施例而如第9图所示撷取处理前的度量数据的方法的流程图；以及
第11图是根据本发明一实施例而如第9图所示执行度量数据回授的方法的流程图。
具体实施方式
附图中系以举例方式示出本发明的一些特定实施例，且将在本文中说明这些特定实施例。然而，我们当了解，本文对这些特定实施例的说明的用意并非将本发明限制在所揭示的该等特定形式，相反地，本发明将涵盖最后的申请专利范围所界定的本发明的精神及范围内的所有修改、等效物、及替代。
下文中将说明本发明的实施例。为了顾及说明的清晰，本说明书中将不说明实际的实施例的所有特征。然而，我们当了解，于开发任何此类真实的实施例时，必须作出许多与实施例相关的决定，以便以便达到开发者的特定目标，例如符合与系统相关的及与业务相关的限制条件，而这些限制条件将随着不同的实施例而变。此外，我们当了解，开发工作可能是复杂且耗时的，但对已从本发明的揭示事项获益的拥有此项技艺的一般知识者而言，仍然将是一种例行的工作。
有许多涉及半导体制造的独立工艺。半导体装置经常系逐一经过多个工艺工具。通常系在执行相同工艺之前及(或)之后，收集其中包括度量数据的制造数据。例如，在执行一化学机械研磨(CMP)工艺之前，必须收集处理前的数据，以便决定要执行多大程度的研磨。同样地，在执行一沉积工艺之后，必须收集处理后的数据，以便决定半导体晶片上沉积了多少的材料，并调整对该半导体晶片执行的后续工艺的控制参数。然而，若要撷取处理前及处理后的度量数据(尤指以离线方式撷取时)，可能会使工艺流动变得没有效率。本发明的实施例提供了以一种串级的方式执行度量数据撷取步骤及工艺步骤的方法，因而可得到较有效率的工艺流动。
在一个实施例中，本发明实施例所提供的该串级控制系统意指一种控制循环的巢状系统。本发明实施例所提供的该串级系统提供了晶片至晶片的内控制循环(例如第一回授循环)及批次至批次的外控制循环(例如第二回授循环)。在一个实施例中，如第7图及相关说明所示，内回授循环提供了晶片至晶片的控制循环，而外回授循环提供了批次至批次的控制循环。
现在请参阅第3图，图中示出可执行本发明一个实施例所揭示的方法的系统(300)。在实施例中，工艺工具(510)包含整合式度量工具(310)。在实施例中，整合式度量工具(310)可撷取线上度量数据(例如，当半导体晶片(105)仍然在工艺工具(510)的控制下时，撷取半导体晶片(105)的度量数据)。撷取线上度量数据通常比撷取离线度量数据较不具有侵入性，这是因为撷取离线度量数据需要使用外部的度量数据工具。将卡匣(539)中的一组半导体晶片(105)提供给工艺工具(510)。本发明的实施例提供了工艺工具(510)，以便利用整合式度量工具(310)来执行串级处理功能。工艺控制器(350)控制用来执行该串级处理功能的工艺。
在一个实施例中，串级处理功能包括以循序及(或)重叠的方式执行多个制造功能。例如，根据本发明一实施例的串级处理功能提供了：撷取与第一组的半导体晶片(105)相关的处理前的度量数据；在一段时间的至少一部分中，处理该第一组的半导体晶片(105)，而在该段时间中，撷取第二组的半导体晶片(105)的处理前的数据；以及在一段时间的至少一部分中，撷取与该第一组的半导体晶片(105)相关的处理后的度量数据，而在该段时间中，执行对该第二组的半导体晶片(105)的处理。此种串级处理提供了较有效率的工艺流动，其中系处理并分析多个半导体晶片(105)。在实施例中，系利用将于下文中详细说明的整合式度量工具来撷取处理前的度量数据及处理后的度量数据。
将整合式度量工具(310)撷取的数据传送到度量数据分析单元(560)。度量数据分析单元(560)组织及分析离线度量工具(550)(请参阅第5图)所撷取的度量数据，并找出该度量数据与被检查的特定半导体晶片(105)间的相关性。该度量数据分析单元(560)可以是软件单元、硬件单元、或韧体单元。在各实施例中，该度量数据分析单元(560)被整合到计算机系统(530)，或者可被整合到离线度量工具(550)。
在一个实施例中，系统(300)将执行串级处理作业时整合式度量工具(310)所撷取的线上串级度量数据储存到线上串级度量数据储存单元(320)。线上串级度量数据储存单元(320)中储存的该度量数据包括代表在半导体晶片(105)上形成的结构的线宽、STI沟渠的沟渠深度、以及在半导体晶片(105)上形成的沟渠结构(相对于垂直平面)的侧壁角度等的的多组数据。在实施例中，可将线上串级度量数据储存单元(320)中的数据用于回授修正，以便改善半导体晶片(105)处理的效率及精确度。
兹参阅第4图，图中示出系统(300)用来执行串级处理功能的工艺工具(510)的替代实施例。第4图所示的该工艺工具(510)包含整合式处理前度量工具(410)及整合式处理后度量工具(420)。在处理半导体晶片(105)之前，整合式处理前度量工具(410)先分析该等半导体晶片(105)。例如，在工艺工具对半导体晶片(105)执行CMP工艺之前，整合式处理前度量工具(410)先分析该等半导体晶片(105)。然后可将所得到的处理前的度量数据用来更精确地控制该CMP工艺。
在处理半导体晶片(105)之后，工艺工具(510)经常会利用整合式处理后度量工具(420)撷取处理后的度量数据。同时，将第二卡匣(539)所载送的第二组的半导体晶片(105)传送到整合式处理前度量工具(410)，以便在被工艺工具(510)处理之前，先进行分析。利用串级处理技术时，工艺工具(510)可以一种串级的方式执行处理前的数据的撷取、对半导体晶片(105)的处理、以及处理后的整合式度量数据的撷取，因而系以一种更有同时性且更有效率的方式使用工艺工具(510)的能力。整合式处理前度量工具(410)及整合式处理后度量工具(420)将其各别的数据传送到度量数据分析单元(560)，以供处理。然后将该度量数据储存在线上串级度量数据储存单元(320)，然后系统(300)可利用该度量数据来执行更有效率的回授分析。执行第4图所示串级处理功能的程序系受到工艺控制器(350)的控制。
现在请参阅第5图，图中示出根据本发明一个实施例的系统(300)的更详细的方块图。在该实施例中，系利用线路(523)上的多个控制输入信号或制造参数，而在工艺工具(510a)、(510b)上处理各半导体晶片(105)。在实施例中，系将线路(523)上的控制输入信号或制造参数自计算机系统(530)经由机器接口(515a)、(515b)而传送到工艺工具(510a)、(510b)。在实施例中，该第一及第二机器接口(515a)、(515b)系位于工艺工具(510a)、(510b)之外。在一个替代实施例中，该第一及第二机器接口(515a)、(515b)系位于工艺工具(510a)、(510b)之内。系将该等半导体晶片(105)提供给多个工艺工具(510)，并自该等多个工艺工具(510)载送该等半导体晶片(105)。在一个实施例中，可以手动方式将半导体晶片(105)提供给工艺工具(510)。在一个替代实施例中，可以一种自动方式(例如，以机器人移动半导体晶片(105))将半导体晶片(105)提供给工艺工具(510)。在一个实施例中，系以批次的方式(例如堆栈在卡匣(539)中)将多个半导体晶片(105)输送到该等工艺工具(510)。
在一个实施例中，计算机系统(530)将控制输入信号或制造参数经由线路(523)而传送到第一及第二机器接口(515a)、(515b)。计算机系统(530)可控制处理作业。计算机系统(530)系耦合到一计算机储存单元(532)，而该计算机储存单元(532)可存有多个软件程序及数据集。计算机系统(530)可包含一个或多个可执行本文所述的作业的处理器(图中未示出)。计算机系统(530)采用一制造模型，以便产生线路(523)上的控制输入信号。在一个实施例中，制造模型(540)包含制造配方，用以决定经由线路(523)而传送的多个控制输入参数。
在一个实施例中，制造模型(540)界定用来执行特定工艺的工艺描述语言程序及输入控制。第一机器接口(515a)接收并处理线路(523)上的目标为工艺工具A(510a)的控制输入信号(或控制输入参数)。第二机器接口(515b)接收并处理线路(523)上的目标为工艺工具B(510b)的控制输入信号。用于半导体工艺的工艺工具(510a)、(510b)的例子是步进机、及蚀刻工艺工具等的工艺工具。
亦可将工艺工具(510a)、(510b)所处理的一个或多个半导体晶片(105)传送到一离线度量工具(550)，以便撷取度量数据。该离线度量工具(550)可以是一散射度量(scatterometry)数据撷取工具、叠对误差(overlay-error)量测工具、及最小线宽(critical dimension)量测工具等的离线度量工具。在个一实施例中，系以度量工具(550)检查一个或多个处理后的半导体晶片(105)。此外，工艺工具(510)内的整合式度量工具(310)收集度量数据。度量数据分析单元(560)收集来自整合式度量工具(310)及离线度量工具(550)的数据。该数据可包括线宽量测值、沟渠深度、及侧壁角度等的数据。如前文所述，度量数据分析单元(560)组织及分析度量工具(550)所撷取的度量数据，并找出该度量数据与被检查的特定半导体晶片(105)间的相关性。
在一个实施例中，度量数据分析单元(560)将线上串级度量数据自整合式度量工具(310)传送到线上串级度量数据储存单元(320)，以供储存。此外，度量数据分析单元(560)将离线度量数据传送到一离线度量数据储存单元(570)，以供储存。系统(300)可撷取线上串级度量数据及离线度量数据，并执行回授及前馈分析。将该线上度量数据及离线度量数据传送到回授/前馈单元(580)，以便产生回授及前馈数据。计算机系统(530)分析该回授及前馈数据，然后利用该回授及前馈数据来修改用来控制工艺工具(510)的作业的控制输入参数。在一实施例中，线上串级度量数据储存单元(320)、离线度量数据储存单元(570)、及(或)回授/前馈单元(580)是软件或韧体组件，且该等软件或韧体组件可以是一独立的单元，或者可被整合到计算机系统(530)中。
现在请参阅第6图，图中示出根据本发明一实施例的工艺工具及工艺流动的较详细的图。在一个实施例中，该工艺工具包含设备接口(610)、工具控制单元(620)、工艺反应室(630)、及整合式度量工具(310)。设备接口(610)协助工艺工具(510)与诸如计算机系统(530)、制造模型(540)、及机器接口(515)等的系统(300)其它部分间的通讯。工具控制单元(620)控制可经由设备接口(610)自计算机系统(530)接收指令及数据。工具控制单元(620)亦可将诸如整合式度量数据等的数据经由设备接口(610)而传送到系统(300)的其它部分。
工艺工具(510)接收卡匣(539)所载送的第一组的半导体晶片(105)，且整合式度量工具(310)检查该第一组的半导体晶片(105)，以便进行处理前的度量数据撷取。然后将该第一组的半导体晶片(105)传送到工艺反应室(630)，以供处理。同时，整合式度量工具(310)接收第二组的半导体晶片(105)，以便进行处理前的度量数据撷取。
在大约是自该第二组的半导体晶片(105)撷取度量数据的这段时间，工艺反应室(630)可处理该第一组的半导体晶片(105)。完成了对该第一组的半导体晶片(105)的处理时，工具控制单元(620)提示整合式度量工具(310)自已经过处理的第一组半导体晶片(105)撷取处理后的度量数据。同时，将该第二组的半导体晶片(105)传送到工艺反应室(630)，以供处理。该串级处理系统产生了可用于立即回授分析的大量迅速撷取的度量数据。将来自整合式度量工具(310)的数据传送到度量数据分析单元(560)。然后将该度量数据储存在线上串级度量数据储存单元(320)，以供系统(300)撷取而作为回授处理之用。然后可以前文所述的串级方式处理第三、一第四、及第五至第n组的半导体晶片(105)，以便有效率地使用工艺工具(510)。此外，可利用本发明的各实施例，而更为立即地将度量数据用于回授及前馈程序。
在一个实施例中，使用本发明实施例所揭示的方法的系统(300)可执行多个回授循环(feed back loops)，以便改善半导体晶片(105)制造的效率及精确度。现在请参阅第7图，图中示出于半导体晶片制造期间所用的两个回授循环。系统(300)所用的该等回授循环包括批次至批次回授循环(700)及晶片至晶片回授循环(705)。在工艺期间，可一起使用两个回授循环(700)及(705)，以便调整控制输入参数。换言的，于处理半导体晶片(105)期间，可利用这两个回授循环(700)及(705)来执行串级控制功能。
作为内循环的晶片至晶片回授循环(705)包含：处理半导体晶片(105)(方块(740))；以及自该经过处理的半导体晶片(105)撷取线上度量数据(方块(750))。系统(300)然后处理该度量数据，其中包括计算半导体晶片(105)上存在的误差量(方块(770))。系统(300)然后根据该等误差而计算修改值，以便控制用来控制工艺工具(510)的控制输入参数(方块(780))。该系统然后取得待处理的次一半导体晶片(105)，并利用修改后的控制输入参数来处理该晶片(105)(方块(790)-方块(740))，因而形成一晶片至晶片回授循环(705)。
使用晶片至晶片回授循环(705)时，可利用整合式度量工具(310)迅速地撷取自处理一半导体晶片(105)而撷取的误差。然后处理该度量数据，并利用该度量数据作为回授数据，以供次一半导体晶片(105)的处理。第7图所示的晶片至晶片回授循环(705)提供了更精确地修正一特定批的半导体晶片(105)内的误差。
收集该等计算出的误差及修正值，并于次一组半导体晶片(105)期间将该等误差及修正值用来修正误差，而在大约于产生晶片至晶片回授循环(705)的同时亦产生批次至批次回授循环(700)。系统(300)取得一批新的半导体晶片(105)(方块(710))，并利用自晶片至晶片回授循环(705)取得的数据及计算值来界定用来处理次一批的半导体晶片(105)的控制输入参数的起始状态(步骤(720))。系统(300)然后自该批新的半导体晶片(105)取得一些半导体晶片(105)，并传送待处理的该等半导体晶片(105)(方块(730)至方块(740))。然后重复晶片至晶片回授循环(705)，并将所得到的计算值用于一后续批的半导体晶片(105)。因此，系分别地且有时同时地使用批次至批次回授循环(700)及晶片至晶片回授循环(705)这两个回授循环，以便制造经过更有效率地且更精确地处理的半导体晶片(105)。
现在请参阅第8图，图中示出根据本发明一实施例的一方法的一流程图。在步骤(810)中，系统(300)取得一第一组的半导体晶片(105)，以供处理。工艺工具(510)中的工具控制单元(620)经由设备接口(610)接收数据及控制输入参数，以便处理该进来的第一组半导体晶片(105)。在步骤(820)中，系统(300)也将一第二组的半导体晶片(105)传送到工艺工具(510)，以供处理。
在一个实施例中，系以卡匣(539)将该第一组及该第二组的半导体晶片(105)传送到工艺工具(510)。在一个替代实施例中，系统(300)接收在各卡匣(539)中的两组以上的半导体晶片(105)。在步骤(830)中，系统(300)对该等多组半导体晶片(105)执行一串级处理作业。下文中将提供步骤(830)所示的执行该串级处理的步骤的更详细的说明(请参阅第9图及相关的说明)。
继续请参阅第8图，一旦系统(300)执行了该串级处理作业之后，系统(300)即在步骤(840)中将得自该串级处理作业的数据用来作为回授数据。在一个实施例中，系统(300)利用在串级处理期间撷取的度量数据来执行晶片至晶片回授循环(705)及批次至批次回授循环(700)。在步骤(850)中，藉由使用该回授数据，系统(300)利用修改后的控制参数来处理后续的半导体晶片(105)，以便降低所侦测到的误差。
现在请参阅第9图，图中示出根据本发明一个实施例而执行第8图的步骤(830)中所示的串级处理作业的步骤的流程图。在步骤(910)中，系统(300)撷取该第一组半导体晶片(105)的处理前的度量数据。在一个实施例中，系利用位于工艺工具(510)内的整合式度量工具(310)撷取该处理前的度量数据。一旦工艺工具(510)自该第一组半导体晶片(105)撷取处理前的度量数据之后，工艺工具(510)即在步骤(920)中将该第一组半导体晶片(105)自其整合式度量工具(310)传送到工艺反应室(630)，以供处理。在一个实施例中，工具控制单元(620)控制工艺工具(510)内的多组半导体晶片(105)的移动。
然后在步骤(930)中，工艺工具(510)自第二组半导体晶片(105)撷取处理前的度量数据。系利用整合式度量工具(310)撷取该第二组的半导体晶片(105)的处理前的度量数据。在一个实施例中，系大约在重叠的时间间隔中执行对在工艺反应室(630)中的该第一组半导体晶片(105)的处理、以及取得整合式度量工具(310)所撷取的该第二组半导体晶片(105)的处理前的度量数据。在一个实施例中，可以一种前馈控制的方式，将该处理前的度量数据用来修改半导体晶片(105)的后续处理的控制设定值。
完成了对该第一组半导体晶片(105)的处理时，工艺工具(510)即在步骤(940)中将该等半导体晶片(105)传送到处理后的度量数据撷取步骤。在一个实施例中，系由整合式度量工具(310)执行该处理后的度量数据的撷取。在一个替代实施例中，系由各别的整合式处理前度量工具(410)撷取该处理前的度量数据，且系由各别的整合式处理后度量工具(420)执行该处理后的度量数据的撷取。在第9图所示的实施例中，系由整合式度量工具(310)撷取该处理前的度量数据及该处理后的度量数据。在一个实施例中，可将该处理后的度量数据用来修改控制设定值，而修改对半导体晶片(105)的后续处理，以便用一种回授控制的方式补偿先前对半导体晶片(105)的处理所产生的误差。
在系统(300)正在自该第一组半导体晶片(105)撷取处理后的度量数据时，工艺工具(510)在步骤(950)中将该第二组半导体晶片(105)传送到工艺反应室(630)，以供处理。同时，在步骤(945)中，将自该第一组半导体晶片(105)撷取的数据(亦即该处理前的度量数据及该处理后的度量数据)用来执行晶片至晶片回授循环(705)及批次至批次回授循环(700)的度量回授。下文中及在第11图的相关描述中将说明用来执行该度量回授循环的一实施例。
请继续参阅第9图，当在工艺反应室(630)中处理该第二组的半导体晶片(105)时，系统(300)将第三组的半导体晶片(105)传送到工艺工具(510)。在步骤(960)中，将该第三组的半导体晶片(105)传送到整合式度量数据撷取工具(310)，以便进行处理前的度量数据的撷取。一旦在工艺反应室(630)中处理了该第二组半导体晶片(105)之后，即在步骤(970)中将该第二组半导体晶片(105)传送到处理后的度量数据撷取步骤。然后在步骤(980)中，将该第三组半导体晶片传送到工艺反应室(630)，以供处理。同时，在步骤(975)中，利用与该第二组半导体晶片(105)相关的度量数据(亦即与该第二组半导体晶片(105)相关的处理前的度量数据及处理后的度量数据)而开始一第二度量回授程序。可利用整合式度量工具(310)对多组半导体晶片(105)重复该串级处理程序。
现在请参阅第10图，图中示出根据本发明一实施例而如步骤(910)、(930)、及(960)所示的撷取线上度量数据的方法的流程图。于撷取处理后的数据时，在系统(300)处理了半导体晶片(105)之后，系统(300)在步骤(1010)中接收到指示已处理了至少一个半导体晶片(105)的信号。当系统(300)得知有一组半导体晶片(105)可供度量数据撷取时，即在步骤(1020)中决定工艺工具(510)中的哪一半导体晶片(105)系随即在等候分析。一旦系统(300)决定了要进行线上度量分析的特定半导体晶片(105)之后，工艺工具(510)即在步骤(1030)中将该特定的半导体晶片(105)传送到整合式度量数据工具(310)，以便进行线上度量数据的撷取。
系统(300)然后在步骤(1040)中自该选定的半导体晶片(105)撷取线上度量数据。工艺工具(510)内的整合式度量工具(310)撷取该线上度量数据。因此，将实时或接近实时的度量数据提供给系统(300)。一旦撷取了线上度量数据之后，即在步骤(1050)中将已取得度量数据的讯息通知工艺工具(510)中的工艺反应室(630)。在一个实施例中，工艺反应室(630)系将数据撷取的讯息经由设备接口(610)而通知计算机系统(530)，因而计算机系统(530)可执行一响应该线上度量数据的作业。如第9图的步骤(910)、(930)、及(960)所示，可利用第10图所示的该等步骤来撷取处理前及处理后的度量数据。完成了第10图所示的该等步骤时，即大致完成了第9图的步骤(910)、(930)、及(960)所示的撷取线上度量数据的程序。
现在请参阅第11图，图中示出第9图的步骤(945)及(975)所示的执行该等度量回授步骤的一实施例的流程图。在步骤(1110)中，该系统分析与特定组半导体晶片(105)相关的处理前及处理后的度量数据。例如，系针对晶片至晶片回授调整循环(705)及(或)批次至批次回授循环(700)而分析与该第一组半导体晶片(105)相关的处理前及处理后的度量数据。在步骤(1120)中，该系统根据该处理前及处理后的度量数据而计算误差。在一个实施例中，将所计算出的该等误差与预定的规格比较，以便决定是否有误差存在。例如，将与半导体晶片(105)的基材上沉积的沟渠相关的数据与此种沟渠的预定可接受值范围(例如，最小线宽值、沟渠侧壁的角度、及沟渠深度等的可接受值范围)比较。
系统(300)然后在步骤(1130)中决定所侦测到的误差是否在预定可接受值范围之外。当系统(300)决定所侦测到的误差并非在预定可接受值范围之外时，系统(300)通常在步骤(1140)中不理会该误差且继续正常的处理作业。当系统(300)决定所侦测到的误差系在预定可接受值范围之外时，系统(300)在步骤(1150)中针对半导体晶片(105)的后续处理而计算控制输入参数的一个调整因子。在一个实施例中，系进行控制输入参数的修改，以便减少所侦测到的误差。系统(300)然后在步骤(1160)中引进所计算出的该等调整值，以便在对半导体晶片(105)的后续处理中实施该等调整值。例如，对在半导体晶片(105)的基材上形成一个沟渠结构的控制调整值进行修改，以便进一步微调后续的沟渠结构的精确度。可针对晶片至晶片回授循环(705)及批次至批次回授循环(700)而执行第11图所示的该回授方法。可将本发明的揭示事项用于半导体装置制造中的各种处理程序。
可在诸如由KLA Tencor，Inc.所提供的一种催化剂系统等的先进工艺控制(APC)结构中实施本发明所揭示的原理。该催化剂系统使用与半导体设备及材料国际协会(Semiconductor Equipment and MaterialsInternational；简称SEMI)计算机整合式制造(Computer IntegratedManufacturing；简称CIM)结构相符的系统技术，且系基于该先进工艺控制(APC)结构。可公开地自SEMI取得CIM(SEMI E81-0699-ProvisionalSpecification for CIM Framework Domain Architecture)及APC(SEMIE93-0999-Provisional Specification for CIM Framework AdvancedProcess Control Component)规格。APC是一种可用来实施本发明所揭示的控制策略的较佳平台。在某些实施例中，该APC可以是一种遍及整个工厂的软件系统，因此，可将本发明所揭示的该等控制策略应用于工厂内的几乎任何的半导体制造工具。该APC结构亦可容许对工艺效能进行远程访问及监视。此外，藉由采用该APC结构，数据储存可以比本地磁盘驱动器的方式更为方便，更有使用弹性，且成本更低。该APC平台可进行更复杂类型的控制，这是因为该APC平台在写入必要的软件程序代码时提供了充裕的弹性。
将本发明所揭示的控制策略部署到该APC结构，可能需要一些软件组件。除了该APC结构内的软件组件之外，系针对与该控制系统有关的每一半导体制造工具程序而撰写一计算机描述语言程序。当在半导体制造工厂中激活计算机系统中的一半导体制造工具程序时，该半导体制造工具程序通常会呼叫一描述语言程序，以便开始诸如叠对控制器等的工艺控制器所要求的动作。通常系这些描述语言程序中界定并执行该等控制方法。这些描述语言程序的开发可能包含一控制系统的开发的一相当大的部分。可将本发明所揭示的原理实施于其它类型的制造结构。
前文所揭示的该等特定实施例只是供举例，这是因为熟习此项技艺者在参阅本发明的揭示事项之后，可易于以不同但等效的方式修改并实施本发明。此外，除了下文的申请专利范围所述者之外，不得将本发明限制在本文所示的结构或设计的细节。因此，显然可改变或修改前文所揭示的该等特定实施例，且将把所有此类的变化视为在本发明的范围及精神内。因此，本发明所寻求的保护系述于下文的申请专利范围。
Claims (7)
1.一种执行工艺的串级控制的方法，包含下列步骤：
接收第一半导体晶片(105)以供处理；
接收第二半导体晶片(105)以供处理；以及
对该第一及该第二半导体晶片(105)执行串级处理作业，其中该串级处理作业包含下列步骤：在正在处理该第一半导体晶片(105)的一段时间中的至少一个部分期间，撷取与该第二半导体晶片(105)相关的处理前的度量数据，该处理前的度量数据系藉由使用整合于工艺工具(510)内的整合式度量工具(310，410)加以撷取。
2.如权利要求1所述的方法，进一步包含下列步骤：在正在处理该第二半导体晶片(105)的一段时间中的至少一个部分期间，撷取与该第一半导体晶片(105)相关的处理后的度量数据。
3.如权利要求2所述的方法，其中撷取处理后的度量数据的该步骤进一步包含下列步骤：利用整合式度量工具(310，420)撷取处理后的度量数据。
4.如权利要求1，2或3所述的方法，其中对该第一及该第二半导体晶片(105)执行一串级处理作业的该步骤进一步包含下列步骤：
撷取与该第一半导体晶片(105)相关的处理前的度量数据；
在撷取与该第一半导体晶片(105)相关的该处理前的度量数据之后，处理该第一半导体晶片(105)；
在正在处理该第一半导体晶片(105)的一段时间中的至少一个部分期间，撷取与该第二半导体晶片(105)相关的处理前的度量数据；
在该处理该第一半导体晶片(105)之后，撷取与该第一半导体晶片(105)相关的处理后的度量数据；
在撷取与该第一半导体晶片(105)相关的处理后的度量数据的一段时间中的至少一个部分期间，处理该第二半导体晶片(105)；以及
在处理该第二半导体晶片(105)之后，响应该第二半导体晶片(105)的该处理，而撷取处理后的度量数据。
5.一种用以执行半导体晶片(105)工艺的串级控制的系统，其特征在于该系统包含：
工艺控制器，用以控制工艺工具(510)并执行串级工艺作业，该串级工艺作业包含下列步骤：
撷取与第一半导体晶片(105)相关的处理前的数据；
在该撷取与该第一半导体晶片(105)相关的该处理前的数据之后，利用该工艺工具(510)处理该第一半导体晶片(105)；
在正在处理该第一半导体晶片(105)的一段时间中的至少一个部分期间，撷取与一第二半导体晶片(105)相关的处理前的数据，该处理前的度量数据系藉由使用整合于该工艺工具(510)内的整合式度量工具(310，410)加以撷取；
在该撷取与该第二半导体晶片(105)相关的该处理前的数据之后，处理该第二半导体晶片(105)；
在正在处理该第二半导体晶片(105)的一段时间中的至少一部分期间，撷取与一第一半导体晶片(105)相关的处理后的数据；以及
在该处理了该第二半导体晶片(105)之后，撷取与该第二半导体晶片(105)相关的处理后的数据；
在作业上耦合到该工艺控制器(350)的线上串级度量数据储存单元(320)，该线上串级度量数据储存单元(320)系用来接收线上处理前的度量数据及线上处理后的度量数据中的至少一个数据；以及
在作业上耦合到该工艺控制器(350)及该线上串级度量数据储存单元(320)的回授/前馈单元(580)，该回授/前馈单元(580)系响应该线上处理前的度量数据及该线上处理后的度量数据中的至少一个数据，而执行回授功能。
6.如权利要求1至3中任一权利要求所述的方法，其中所述方法是当计算机执行编码于计算机可读取的程序储存装置的指令时经由该指令加以执行，所述经由该指令执行的方法包含下列步骤：
接收第一半导体晶片(105)以供处理；
接收第二半导体晶片(105)以供处理；以及
对该第一及该第二半导体晶片(105)执行串级处理作业，其中该串级处理作业包含下列步骤：在正在处理该第一半导体晶片(105)的一段时间中的至少一个部分期间，撷取与该第二半导体晶片(105)相关的处理前的度量数据，该处理前的度量数据系藉由使用整合于工艺工具(510)内的整合式度量工具(310)加以撷取。
7.如权利要求4所述的方法，其中所述方法是当计算机执行编码于计算机可读取的程序储存装置的指令时经由该指令加以执行，所述经由该指令执行的方法包含下列步骤：
接收第一半导体晶片(105)以供处理；
接收第二半导体晶片(105)以供处理；以及
对该第一及该第二半导体晶片(105)执行串级处理作业，其中该串级处理作业包含下列步骤：在正在处理该第一半导体晶片(105)的一段时间中的至少一个部分期间，撷取与该第二半导体晶片(105)相关的处理前的度量数据，该处理前的度量数据系藉由使用整合于工艺工具(510)内的整合式度量工具(310)加以撷取。
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