TW201037474A - System and method for implementing multi-resolution advanced process control - Google Patents

Description

201037474 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於用於積體電路製造之先進製程控制 (Advanced Process Contro卜 APC)，特別係有關於一種實 現多重解析之先進製程控制技術的系統與方法。 【先前技術】 先進製程控制已經成為半導體製造廠（semiconductor fabrication facilities，fabs)中不可或缺的技術，其可以在 低成本的情況下改善元件良率與可靠度。先進製程控制 之重要基礎原理包括整合式量測（integrated metrology)、 故障檢測（fault detection)、分類（classification)以及批次 控制（run-to-run control)。先進製程控制有助於降低製程 的變動與生產成本。有效之先進製程控制的關鍵係為量 測儀器得以在可接受之時段（acceptable time frame)内量 測到關鍵的參數。此外，必須提供方法予先進製程控制 用以分析與解釋所量測到的資料。實際上，因為製程經 常遭受各種來源造成之干擾（disturbance)與偏移（drift)的 損害，所以先進製程控制非常需要生產線上即時（in-line) 的量測。傳統上，先進製程控制係以常數時間序列資料 或近常數時間序列資料（near-constant time sequence data) 為基礎；然而，一般認為複雜的製程、機台與生產流程 造成具有不同時間頻率之多重資料來源，而具有不同時 間頻率之多重資料來源影響了先進製程控制之成效。一 般而言，先進製程控制之控制器伴隨著來自晶圓與反應 0503-A34171TWF/gary 4 201037474 室（chamber)之干擾一起操作。這些干擾包括量測偏差 (metrology bias)、校正偏移（calibrati〇n 〇ffset)，以及係為 不同解析（resolutions)之類似干擾。再者，這些干擾中之 某些部份係有效的，而其他部分則係無效的。 【發明内容】 〇 〇 本發明提供-種由半導體晶圓製造積體電路的方 法’包括：對上述半導體晶圓進行第—製程；取得第一 量測資料’用以指出已執行之第一製程之正確性；使用 料，用以產生量測校正資料，其中量測校正 二1包括有效部份以及無效部份；去除量難正資料之 有效部份;結合量資料之 型，用以產生多重解析模製程模 第一道製程之輸人輸出關係以 ^、㈣型化 響應與第二量測資料，用^^及刀析多重解析模型之 太恭a0 控制第二製程之成效。 體電路的系統，包括：第由+:體曰曰圓-造積 第四裝置、第五裝置以及第；!捉弟二裝置、第三裝置、 導體晶圓進行第-制r /、裝置。第一裝置用以對半 料，1中第―二丨：私。弟二裝置用以取得第-量測資 性。第三裝置出已執行之第一道製程之正確 料，其中量測校】ί;3Γ’用以產生量測校正資 四裝置1以去除量測部份以及無效部份。第 測校正資料之有效：貝;無效部份’並且將量 刀旲3L化成量測校正模型。第五裝 〇5〇3-A3417lTWF/gaiy 201037474 置結合量測校正模型與第一製程之 產生多重解柝槿刑甘士给 弟氣程模型’用以 二董，型，其中第—製程模型模型化第 紅之輸入輸出關係。第六裝 盥筮_旦、目,丨戈1刀析夕重解析模型之響應 /、第一里測資料’用以控制第二製程之成效。 實現(tmtl月之另—貫施例係為—種用以在半導體製程中 :現=_屻多重解析之先進製程控制的系統，包 測於機：、第一里測機台、量測校正模組、量 赞二二’建立模組、多重解析模型建立模組以及先進 製ΓΓ模組。第—製程機台用以對半導體晶圓上進 ::-…第一量測機台用以取得第一量測資料，苴 中第一量測資料指出已執行之第一製程之正確性。量測 校正模組使用第—量測資料，用以產生量測校正資料，、 其中量測校正資料包括有效部份以及無效部份。量測校 正模型建立模㈣以去除量測校正資料之無效部份，並 且將量測校正資料之有效部份模型化成量測校正模型。 多重解析模型建立模組結合量測校正模型與第一製程之 第一製程模型，用以產生多重解析模型，其中第一製程 模型模型化第-製程之輸人輸出關係。先進製程控制器 模組分析多重解析模型之響應與第二量測資料，用以控 制第二製程之成效。 卫 【實施方式】 本發明揭露一種用於半導體製造之先進製程控制， 特別係有關於實現（implementing)多重解析 (multi-resolution)先進製程控制之系統與方法。雖然此處 〇503-A34mTWF/gary 6 201037474 提供特定實施例作為教^本發明之上位概念的例子’但 習知技藝者應能應用本發明所揭露之概念於其他方法與 系統。並且，於此處所討論之本發明包括一些習知的結 構與/或步驟。因為上述結構與/或步驟係為習知的’其僅 被作為技術細節之一般討論。再者’圖示說明中重複出 現之元件符號僅作為例子與說明之方便，並且上述重複 出現之元件符號並不代表圖示說明中之特徵與方法的組 合0 〇 ❹ 第1圖描繪一種從半導體晶圓製造積體電路之習知 製程的一部分。如第1圖所示，微影製程（photolithography) 模組102依傳統的方式對晶圓100上執行微影製程。然 後，蝕刻（etch)製程模組104依傳統的方式對晶圓100上 執行姓刻製程。在執行#刻製程之後，溝槽（trench)深度 量測模組106測量被蝕刻製程模組104所蝕刻之溝槽深 度’並長：供溝槽深度里測資料（trench depth metrology data)107給溝槽深度量測之校正模組l〇8以及化學機械 拋光（chemical mechanical polishing，CMP)製程模型建立 (modeling)模組110，其目的將於以下詳述。接著，在藏 鍍製程模組112依傳統的方式在晶圓1〇〇上執行濺鍍製 程，在此之後’化學機械拋光製程模組114根據控_ 號並且依傳統的方式在晶圓！⑻上執行化學機械拋 光製程，其巾’控制訊號115係錢學機械拋光之先進 製程控制之控制器模組116所發屮。县4 私® 蚨後’銅膜（copper，

Cu)厚度量測模組118測量所濺鍍之 _ 硐膜厚度，並且將銅 膜厚度重測資料12 0提供給控制考ρ ^ 別态槟組116。製程模組 0503-Α3417 丨 TWF/gaiy 7 201037474 102-114及116-118應被認為成具有處裡、控制、儲存、 顯示與/或輸入/輸出能力之製程模組，亦包括其他用以執 行相應功能之必要及合適的設備。 在第1圖所描繪之習知的實施例中，溝槽深度量測 之校正模組108係用以監控（m〇nit〇r)蝕刻製程模組1〇4 之成效(performance)。溝槽深度量測資料1 〇7在一天之中 ^約可以獲得-次或兩次，用以更新由化學機械抱光製 程模型建立模、组110所產生之化學機械拋光製程模型 (CMP model)，其中，化學機械拋光製程模型係用以模型 =化學機械拋光製㈣組所執行的化學機械拋光製 ，之輸入與輸出的關係。在—實施例中，化學機械拋光 製程之輸入與輪出的關係可以函式f〇表示。舉例而古， 化學機械拋光製程模型將已移除之㈣量表示成石夕㈣ 速率與時間的函式。已更新之化學機械拋光製程模型與 ，膜厚度量測資料12〇被提供至控制器模組116，控制器 計算銅膜厚度量測f料120與化學機械抱 松二王、里之反函式(fI())，並依傳統的方式提供合適之 工〇孔號115至化學機械拋光製程模組114。 體電圖，第2圖係為本發明之實施例中積 3 、先的—部分，用以從半導體晶圓200製造 第1 某些方面’第2圖所描緣之製程係類似於 L旦Γ 製程。特別的是，第2圖所示之製程包 微^^ H址2 02 ’用以依傳統的方式對晶圓2 0 0執行 微影製程。然後，蝕刿制 讯仃 圓細執行敍刻！4= 依傳統的方式對晶 裏程在執行蝕刻製程之後，溝槽深度 〇5〇3-A34I71TWF/gani 201037474 量測模組206測量被蝕刻製程模組204所蝕刻之溝槽深 度，並提供溝槽深度量測資料207給溝槽深度量測之校 正模組208以及化學機械拋光製程模型建立模組210,其 目的將於以下詳述。接著，在濺鍍製程模組112依傳統 的方式在晶圓100上執行濺鍍製程，在此之後，化學機 械拋光製程模組114根據控制訊號115並且依傳統的方 式在晶圓100上執行化學機械拋光製程，其中，控制訊 號115係由化學機械拋光之先進製程控制之控制器模組 0 116所發出。最後，銅膜厚度量測模組218測量所藏鑛之 銅膜厚度，並且將銅膜厚度量測資料220提供給化學機 械拋光之先進製程控制之控制器模組控制器模組216。 在第2圖所示之實施例中，溝槽深度量測之校正模 組208係用以監控蝕刻製程模組204之成效。溝槽深度 量測資料207係用以更新由化學機械拋光製程模型建立 模組210所產生之化學機械拋光製程模型，而此化學機 械拋光製程模型係用以模型化化學機械拋光製程模組 Ο 214所執行的化學機械拋光製程之輸入與輸出的關係。舉 例而言，化學機械拋光製程模組將已移除之矽數量模型 化成矽移除速率與時間的函式，並且將已移除之矽數量 以函式f()表示。 在積體電路的實際製造中，有很多來自晶圓與反應 室（chamber)之干擾會影響先進製程控制之控制器模組的 控制。這些干擾的來源包括不同的解析（resolutions)，例 如量測偏差（metrology bias)、校正偏移（calibration offset) 等。在第2圖所示之實施例中，這些干擾被分類成有效 0503-A34171TWF/gary 9 201037474 的（effective)與無效的（non-effective)，用以增加先進製程 控制之控制器模組之控制有效性（effectiveness)，如下詳 述。 特別的是，根據此處所述之實施例的特徵，第2圖 之積體電路製造系統包括量測校正模型建立模組222以 及多重解析模型建立模組224，其目的將於以下詳述。特 別的是，量測校正模型建立模組222接受來自溝槽深度 之校正模組208的溝槽深度校正資料300,在一天之中， 約可以獲得溝槽深度校正資料一次或兩次；換言之，溝 槽深度校正資料係為低頻資料（low frequency data)。參考 第3圖，具體之溝槽深度量測校正資料300被表示成資 料與資料庫（data & base)之時間的函式。溝槽深度量測校 正資料300包括用以表示實際量測之有效部分302與大 部份係為雜訊之無效部分304。量測校正模型建立模組將 無效部份304由溝槽深度量測校正資料300去除，僅留 下有效部分302，其中有效部分302被模型化成函式g()。 溝槽深度量測校正資料300之無效部分的去除可由多種 方式被執行，包括使用傅立葉轉換（Fourier transform)或 多重解析分析（multi-resolution analysis，MRA)，但並非 僅限制於上述兩種方式。 再次參考第2圖，由化學機械拋光製程模型建立模 組21 〇所產生之化學機械拋光製程模型與量測校正模型 建立模組222所產生之量測校正模型被提供至多重解析 模型建立模組224，多重解析模型建立模組224將化學機 械拋光製程模型與量測校正模型結合產生多重解析模 0503-A34171 TWF/gary 10 201037474 型，多重解析模型被表示為函式f()+g()。以更新之多重 解析模型與銅膜厚度量測資料220被提供至化學機械拋 光之先進製程控制之控制器模組216,控制器模組216用 以計算銅膜厚度量測資料220與多重解析模型建立模組 224之反函式（例如，（fO+gO)-1)，並提供合適之控制訊號 215至化學機械拋光製程模組214。製程模組202-214及 216-218應被認為成具有處裡、控制、儲存、顯示與/或 輸入/輸出能力之製程模組，亦包括其他用以執行相應功 〇 能之必要及合適的設備。 雖然本發明僅有少數具体實施例於上被描述，但是 在不脫離本發明之精神與範疇的前提下，習知技藝者應 能理解根據本發明之具體實施例能有許多改變。 上述所列之具體實施例與步驟之多種不同組合能循 序地或同時地被使用，並且沒有特定步驟係為關鍵或必 要的。再者，圖示中每一個所描述之模組可在多重裝置 上被使用，包括複數電腦裝置，並且複數所描述之模組 Ο 可在單一裝置上被使用，包括一電腦裝置。再者，對於 某些實施例而言，上述所討論與描繪之特徵可與其它實 施例所討論與描繪之特徵組合。因此，所有的實施例可 延伸並涵括本發明之範疇。 0503-A34171TWF/gary 11 201037474 【圖式簡單說明】 、當搭配圖示閱讀本發明時，本發明之所揭 ^下圖式之詳盡描述而被最佳地理解。要強調的是此 ^工廢中標準之實際狀況’多種特徵並沒有依照比 例被顯示。事實上’多種特徵之大小尺寸可為了討ς之 需要而任意放大或縮小。 娜 電路之習知 製程Π:述用以從半導體晶圓製造賴 第2圖係根據本文所述之實施例描述從 製造積體電路之製程的一部份。 第3圖描述與第2圖相關之製程之溝槽深度量測校 正資料的圖示。 【主要元件符號說明】 100、200〜晶圓； 102、202〜微影製程模組； 104、2 04刻製程模組； 106、 206〜溝槽深度量測模組； 107、 207〜溝槽深度量測資料； 108、 208〜校正模組； 110、210〜化學機械樾光製程模型建立模組 112、212〜濺鍍製程模組； ^ Π 4、214〜化學機械拋光製程模組； 115、 215〜控制訊號； 116、 216〜控制器模組； 0503-A34171TWF/garyi 12 201037474 118、218〜銅膜厚度量測模組； 120、220〜銅膜厚度量測資料； 222〜量測校正模型建立模組； 224〜多重解析模型建立模組； 300〜溝槽深度量測校正資料； 302、304〜有效部分、無效部份。

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Claims (1)

1. 201037474 七、申請專利範圍： 1. 一種由一半導體晶圓製造積體電路的方法，包括： 對上述半導體晶圓進行一第一製程； 取得一第-量測資料’用以指出已執行之上述第一 製程之正確性； ，用上述第一量測資料’用以產生—量測校正資 科，其中上述量測校正資料包括一有效部份 部份； ” 旦去除上述量測校正資料之上述無效部份，並且以一 =測校正模型模型化上述量測校正資料之上述有效部 、=合上述量測校正模型與一第一製程模型，用以產 :夕重解析模型，其中上述第一製程模型用以模型化 述第製程之一輪入輸出關係；以及 、为析上述多重解析模型之一響應（resp〇nse)與一二 里測貝料’用以控制—第二製程之成效。 如申明專利範圍第1項所述之由半導體晶圓製造 &路的方法，其中上述去除之步驟包括對上述量測 父-貝料執行多重解析分析，用以將上述有效部分由上 述量测校正資料分離出來。 籍辦+如申明專利範圍帛1項所述之由半導體晶圓製造 積體電路的方.本廿上 ^ 4 法其中上述第一製程包括一蝕刻製程。 藉如中請專利範11第1項所述之由半導體晶圓製造 積體電路66 士、+ u 旦.f — 、 4 ’八中上述第一量測資料包括溝槽深度 里測貧料。 0503-, A34J7JTWF/gai :rv 201037474 積體5電料利第、1韻述之由半導體晶圓製造 光製程计方法’其中上述第二製程包括—化學機械拋 ’並且上述第i量測資料包括自膜深度量測資料。 積體電Γ的=利範圍第5項所述之由半導體晶圓製造 光製程之Γ :其中上述分析之步驟係由化學研磨拋 先進製程控制之一控制器模組所執行。 ❹ 積體專利範15第1項所述之由半導體晶圓製造 哭偏差，並法’其中上述量測校正模型表示-量測儀 亚且上述第―製程模型隸基板上已移除之石夕 數篁表示成矽移除速率與時間的一函式。 ’、 ^種由—半導體日曰日_造積體電路的系統，包括： 程. 裝置，用以對上述半導體晶圓進行一第一製 :第二裝置，用以取得一第一量測資料，1 第一罝測資料指屮ρ说一 八甲上it 貝出已執狀上述第—製程之正確性； —、置，上述第三裝置使用上述第一量測資 料，用以產生—量測校正 、、 ^ L.七心 寸具中上述1測校正資料 包括-有效部份以及—無效部份； 負討 第：Ϊ置’用以去除上述量測校正資料之上述無 化成-量測校正模型； 周抖之上述有效部份模型 第五農置，上述第^丄人 與上述第一製程之一第—制“&上述量測校正模型 述第—製程模型模型化上述第 一輸入輸出關係；以及 、示衣私之 0503-A34171 TWF/gar/ 15 201037474 之 第六裝置’上述第六震置分杯 響應（response)與一第-量 夕重解析模型 製程之成效。 用以控制一第二 =如巾請專·_ 8韻述之由半導體晶 ==系統，其中上述第四裝置包括一 : 上述第七裝置用以對上述量测校正資料 析，而將上述有效部分由上十、旦 斤刀 由上述里測杈正資料分離出來。 •如申請專利範圍第8項所述之由半導體 造積體電路的系統’其中上述第—製程包括— 、止稽請專·㈣8項所述之由半導體晶圓製 體電路的系統，其中上述第一量 J 度量測資料。 再僧/木 、止籍申料㈣8項所狀由半導體晶圓製 =積體電路的系統’其中上述第二道製程包括—化學: ^光製程’並且上述第二量測資料包括銅臈深度量測 匕〜申請專利範圍第12項所述之由半導體晶 =體J路的系統，，其中上述第六裝置包括化學機械 ^先^钱雜制之―控㈣餘，上述㈣器模組 第=^述多重解析模型之上述響應㈣叫與上述 弟一罝測貧料。 4 、止靜4.:申請專利第8項所述之由半導體晶圓製 造積體電路的系統，其中上述量測校正模型表示一量、列 儀為f是，並且上述第一製程模型係將基板上已移除之 矽數置表示成矽移除速率與時間的一函式。 0503-A34171TWF/gary 16 201037474 多重解析之春用以在半導體製程中實現⑽plementing) 夕重2析之先進製程控制㈣統，包括： 第一=7製程機台，用以對上述半導體晶圓上進行- 上述第：量台’用以取得—第-量測資料，其中 確=里測貧料用以指出已執行之上述第一製程之正 便產：量模組’用以使用上述第-量測資料，以 有效部份以及-無效:份Γ述_校正資料包括- 一量測校正模型建立模組，用以 資料之上述盔效部份，#日脏μ 去除上述I測校正 有效部份模型化=^^_校正資料之上述 模型建立模組，用以結合上述量測校正 ^ ^ 衣私模型，以便產生一多 Ο 解析模型’其中上述第-製程模型模型化上述第制 程之一輸入輪出關係；以及 上这弟—製 刑Γί進製程控制器模組’用以分析上述多重解析槎 i之一響應（response)與一第二量測 、 二製程之成效。 ㈣貝枓’用以控制一第 ㈣請專利範圍第15項所述之用以在 1現多重解析之先進製程控制的系統，其中上述： 測权正拉型建立模組對上述量測校正資 夕里 分析，用以訂述有效部分由_^量測校1重=析 〇503-A34I73TW/gary 17 201037474 程t實現夕重解析之先進製程控制的系統，其中上述第 一製程包括—㈣製程，並且上述第-量測資料包括溝 槽深度量測資料。 如申明專利範圍第15項所述之用以在半導體製 程中貫現多重解析之先進製程控制的系統，其中上述第 ί道製程包括—化學顧拋㈣程，並且上述第二量测 貧料包括銅膜深度量測資料。 如申明專利|&圍第1 8項所述之用以在半 程中實現多重解析之先進製程控制的系統，其中上述先 ==:模㈣為化學機械抛光之先進製程控制之 20.如申請專利範圍第15項所述之用 程中實現多重解析之先進製健制的㈣ 校正模型表示一量測馐$ #蓋^ /、甲上述篁測 膝其U 儀偏差，並且上述第—製程模型係 函

   式: 除之石夕數量表示成石夕移除速率與時間的、

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