TW202016352A - 製程控制系統與方法 - Google Patents

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TW202016352A
TW202016352A TW107138200A TW107138200A TW202016352A TW 202016352 A TW202016352 A TW 202016352A TW 107138200 A TW107138200 A TW 107138200A TW 107138200 A TW107138200 A TW 107138200A TW 202016352 A TW202016352 A TW 202016352A
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陳煌文
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Abstract

一種製程控制系統，包括：機台、資料庫、目標值預測單元、先進製程控制單元以及製造執行單元。機台對批次的多個晶圓進行化學氣相沉積製程。資料庫用於儲存並提供機台的歷史資訊。目標值預測單元根據來自機台之外在環境的感測器資訊與資料庫相關表單來求出沉積膜層的物理性質之目標值。先進製程控制單元根據來自資料庫的機台的歷史資訊、批次的產品資訊以及來自目標值預測單元的物理性質之目標值來決定製程參數。製造執行單元根據來自先進製程控制單元的製程參數，驅動機台進行化學氣相沉積製程。

Description

製程控制系統與方法
本發明是有關於一種製程控制技術，且特別是有關於一種製程控制系統與方法。
沉積製程是半導體製程中最重要製程之一，例如化學氣相沉積（CVD）製程，通常是在機台內進行常壓或低壓的化學氣相沉積製程。目前已發展各種製程控制系統與方法來改善製程期間對於沉積膜層的品質與製程精確度。
現有的製程控制方法往往著重於機台內部的控制以及機台本身的監控，對於機台之外的環境所造成的影響則沒有相應的解決辦法。由於外在環境中有許多不可控的因子，例如天氣變異與自然災害等，會直接或間接地影響機台內所進行的製程。譬如颱風會造成大氣壓力降低、地震會造成機台位移等。當這些不可控的因子發生且嚴重影響製程時，大多是採行停機的方式來避免產品品質不良。然而，一旦停機不但影響產品產期推移，還會造成堆貨狀態。
本發明提供一種製程控制系統，可根據外在環境調整製程參數，以減少產品受外在環境影響的程度。
本發明另提供一種製程控制方法，可根據外在環境中不可控的因子調控製程參數，以確保製程精確度。
本發明的製程控制系統，包括：機台、資料庫、目標值預測單元、先進製程控制(APC)單元以及製造執行單元。機台可對批次的多個晶圓進行化學氣相沉積製程。資料庫則用於儲存並提供所述機台的歷史資訊。目標值預測單元根據來自機台之外在環境的一感測器資訊與資料庫相關表單，求出沉積膜層的物理性質之目標值。先進製程控制單元根據來自上述資料庫的機台歷史資訊、批次的產品資訊以及來自上述目標值預測單元的物理性質之目標值來決定製程參數。製造執行單元根據來自先進製程控制單元的製程參數，驅動機台進行化學氣相沉積製程。
本發明的製程控制方法，適用於對批次的多個晶圓進行化學氣相沉積製程。所述方法包括根據來自機台之外在環境的感測器資訊與資料庫相關表單，來求出沉積膜層的物理性質之目標值，再根據所述機台的歷史資訊、所述批次的產品資訊以及所述物理性質之所述目標值來決定製程參數，然後根據所述製程參數進行化學氣相沉積製程。
在本發明的各個實施例中，上述感測器資訊包括大氣壓力、酸鹼度、溫濕度、含鹽量或震度等外在環境因素。
在本發明的各個實施例中，上述物理性質包括厚度、反射率、折射率（n值）或吸收係數（k值）。
在本發明的各個實施例中，上述物理性質為厚度時，目標值是由下式(1)所算出： THK(T)= α + x (感測器資訊與資料庫相關表單)      (1) 式(1)中，α為所述化學氣相沉積製程下，所述沉積膜層的基本厚度值；x為在不同的所述感測器資訊下，所述沉積膜層的厚度調整值。
在本發明的各個實施例中，上述製程參數與上述感測器資訊不相同。
在本發明的各個實施例中，上述製程參數包括製程時間與製程溫度中的至少一者。
在本發明的各個實施例中，上述物理性質為厚度，則製程時間是由下式(2)所算出：
Figure 02_image001
式(2)中，
Figure 02_image003
為第t個批次的沉積時間，
Figure 02_image005
為第(t-i)個批次的沉積時間，
Figure 02_image007
為第t-i個批次沉積時間調整權重，
Figure 02_image009
為第t-i個批次厚度的目標值，
Figure 02_image011
為第(t-i)個批次的沉積厚度，
Figure 02_image013
為負載效應，
Figure 02_image015
為所述物理性質之所述目標值，
Figure 02_image017
為機台各參數對膜厚之影響效應，D.R.為前n批次中間位置的沉積速率的平均值。
在本發明的各個實施例中，上述物理性質為厚度，則製程溫度是由下式(3)所算出：
Figure 02_image019
式(3)中，
Figure 02_image021
為第t個批次的沉積溫度，
Figure 02_image023
為第(t-i)個批次的沉積溫度，
Figure 02_image007
為第t-i個批次沉積時間調整權重，
Figure 02_image009
為第t-i個批次厚度的目標值，
Figure 02_image011
為第(t-i)個批次的沉積厚度，
Figure 02_image013
為負載效應，
Figure 02_image015
為所述物理性質之所述目標值，
Figure 02_image017
為機台各參數對膜厚之影響效應，T.A.Slot 為溫度調整值，D.R.為前n批次中間位置的沉積速率的平均值。
在本發明的各個實施例中，上述機台包括常壓化學氣相沉積機台或低壓化學氣相沉積機台。
在本發明的各個實施例中，上述批次的產品資訊包括產品片數和產品特徵值。
在本發明的各個實施例中，上述機台的歷史資訊包括歷史的沉積時間、沉積溫度、沉積厚度、沉積速率等。
基於上述，本發明可藉由來自機台之外在環境的感測器資訊與資料庫相關表單，先求出沉積膜層的物理性質之目標值（例如，厚度、反射率、n值、k值等），再搭配機台的歷史資訊與批次的產品資訊來取得最佳的製程參數，以減小上述外在環境中不可控的因子（例如，大氣壓力、酸鹼度、溫濕度、含鹽量、震度等）對化學氣相沉積製程所造成的影響。因此，本發明的方法與系統可以有效地降低產品受外在環境的變異量、提高製程精確度，進而提高良率與產量。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1是依照本發明的第一實施例的一種製程控制系統的方塊圖。
請參照圖1，本實施例的製程控制系統100基本包括機台102、資料庫104、目標值預測單元106、先進製程控制(APC)單元108以及製造執行單元110。
機台102可接收製造執行單元110所設定的製程參數，來對批次的多個晶圓101進行化學氣相沉積製程，並且於該次製程結束後將相關資訊傳送至資料庫104。所述機台102可為常壓化學氣相沉積(Atmospheric Pressure CVD)機台或低壓化學氣相沉積(Low-Pressure CVD)機台。
資料庫104則用於儲存並提供所述機台102的歷史資訊，例如儲存來自機台102的歷史資訊例如歷史的沉積時間、沉積溫度、沉積厚度、沉積速率等，並將這些歷史資訊提供給先進製程控制單元108或目標值預測單元106，以供運算使用。
而目標值預測單元106根據來自機台102之外在環境的一感測器資訊與資料庫相關表單，求出沉積膜層的物理性質之目標值。舉例來說，外在環境中有許多屬於不可控的因子，例如天氣變異與自然災害等，會直接或間接地影響機台102內所進行的製程。因此藉由相應的感測器取得的感測器資訊(例如，大氣壓力、酸鹼度、溫濕度、含鹽量或震度)，反饋至目標值預測單元106並根據資料庫104提供的相關表單來建立目標值。所述目標值是指沉積膜層在受到上述不可控的因子影響之下，其物理性質改變的數值。舉例來說，颱風會使外在環境的大氣壓力降低，而導致常壓化學氣相沉積的膜層厚度變薄，因此目標值即為厚度的變化值。在此情況下，目標值預測單元106可根據感測器資訊(如外在環境的大氣壓力值)，對照資料庫104提供的相關表單，採用迴歸分析方法或其它適合的方式建立沉積膜層的厚度與大氣壓力值之關係，以提供給先進製程控制單元108進行分析。上述沉積膜層的物理性質除了厚度之外，還可以是反射率、折射率（n值）、吸收係數（k值）等。
先進製程控制單元108根據來自資料庫104的機台的歷史資訊、批次的產品資訊以及來自目標值預測單元106的物理性質之目標值，能決定適當的製程參數，並將此製程參數傳送至製造執行單元110。在本實施例中，製程參數與上述感測器資訊不相同；譬如感測器資訊是大氣壓力值，則製程參數可能是製程時間與製程溫度，用以微調沉積膜層的厚度，但本發明並不限於此。
製造執行單元110則根據來自先進製程控制單元108的所述製程參數，驅動機台102進行晶圓的化學氣相沉積製程。
圖2是依照本發明的第二實施例的一種製程控制方法的步驟圖。
在圖2中，先進行步驟S200，根據來自機台之外在環境的感測器資訊與資料庫相關表單來求出沉積膜層的物理性質之目標值。而且，步驟S200可利用圖1的系統中的目標值預測單元106執行。
以下說明目標值預測單元106的分析流程，請參照圖3。在圖3中，先進行步驟S300，收集機台的歷史資訊及所有批次的產品資訊，其中所述歷史資訊例如歷史的沉積時間、沉積溫度、沉積厚度、沉積速率等；批次的產品資訊例如產品片數、產品特徵值等。然後，在步驟S302中，以迴歸分析的方法建立沉積膜層的物理性質與外在環境的感測器資訊之關係，其中沉積膜層的物理性質例如厚度、反射率、n值、k值等；感測器資訊例如大氣壓力、酸鹼度、溫濕度、含鹽量、震度等外在環境因素。
在一實施例中，步驟S200的目標值在物理性質為厚度時，可由下式(1)所算出： THK(T)= α + x (感測器資訊與資料庫相關表單)      (1) 式(1)中，α為所述化學氣相沉積製程下，沉積膜層的基本厚度值；x為在不同的感測器資訊下，所述沉積膜層的厚度調整值。
然後，如圖2所示，進行步驟S202，根據機台的歷史資訊、批次的產品資訊以及步驟S200所得的物理性質之目標值來決定製程參數。而且，步驟S202可利用圖1的系統中的先進製程控制單元108執行。
以下說明先進製程控制單元108的分析流程，請參照圖4。在步驟S400中，接收以下資訊：1. 批次的產品資訊、2.機台的歷史資訊、3.目標值預測單元所算出的沉積膜層的物理性質之目標值（如步驟S200）。然後，可區分為前饋控制（步驟S402及步驟S404）與回饋控制（步驟S406及步驟S408）。所述的前饋控制為收集此批次的產品片數、產品特徵值等，如負載效應(loading effect)（步驟S402），並依據沉積膜層的物理性質之目標值，求出需補償的製程參數（步驟S404）。其中，在步驟S404中的製程參數例如製程時間或製程溫度或者製程時間與製程溫度，但本發明並不限於此，凡是能於製程期間調控沉積膜層的物理性質的參數皆能用於本發明。
所述的回饋控制部分則先接收機台之前生產過的資訊（即機台的歷史資訊）（步驟S406），再依據機台之前的生產結果，求出所需微調的製程參數（步驟S408）。因此，在步驟S410中，結合以上的前饋控制與回饋控制的數值取得最佳的製程參數。
在一實施例中，若是物理性質為厚度，則先進製程控制單元108於步驟S404中對於製程時間的計算如下式(2)所示：
Figure 02_image001
式(2)中，
Figure 02_image003
為第t個批次的沉積時間，
Figure 02_image005
為第(t-i)個批次的沉積時間，
Figure 02_image007
為第t-i個批次沉積時間調整權重，
Figure 02_image009
為第t-i個批次厚度的目標值，
Figure 02_image011
為第(t-i)個批次的沉積厚度，
Figure 02_image013
為負載效應，
Figure 02_image015
為所述物理性質之所述目標值，
Figure 02_image017
為機台各參數對膜厚之影響效應，D.R.為前n批次中間位置的沉積速率的平均值。也就是說，如果感測器資訊是大氣壓力值，則
Figure 02_image015
為大氣壓力效應（Atmospheric pressure effect）影響所述物理性質而導致之目標值。
在一實施例中，若是物理性質為厚度，則先進製程控制單元108於步驟S404中對於製程溫度的計算如下式(3)所示：
Figure 02_image025
式(3)中，
Figure 02_image021
為第t個批次的沉積溫度，
Figure 02_image023
為第(t-i)個批次的沉積溫度，
Figure 02_image007
為第t-i個批次沉積時間調整權重，
Figure 02_image009
為第t-i個批次厚度的目標值，
Figure 02_image011
為第(t-i)個批次的沉積厚度，
Figure 02_image013
為負載效應，
Figure 02_image015
為所述物理性質之所述目標值，
Figure 02_image017
為機台各參數對膜厚之影響效應，T.A.Slot 為溫度調整值，D.R.為前n批次中間位置的沉積速率的平均值。
之後，請再次參照圖2，進行步驟S204，根據步驟S202所取得的製程參數進行化學氣相沉積製程。而且，步驟S204可利用圖1的系統中的製造執行單元110執行。
綜上所述，針對外在環境中不可控的因子，例如天氣變異與自然災害等所造成的大氣壓力、酸鹼度、溫濕度、含鹽量、震度等變化，本發明提供一種控制系統與方法來取得相應的製程參數，以減小上述外在環境中不可控因子對於化學氣相沉積製程所造成的影響，並藉此提高製程精確度，以提高良率與產量。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100:製程控制系統101:晶圓102:機台104:資料庫106:目標值預測單元108:先進製程控制單元110:製造執行單元S200、S202、S204、S300、S302、S400、S402、S404、S406、S408、S410:步驟
圖1是依照本發明的第一實施例的一種製程控制系統的方塊圖。 圖2是依照本發明的第二實施例的一種製程控制方法的步驟圖。 圖3是本發明的實施例中的目標值預測單元的分析步驟簡圖。 圖4是本發明的實施例中的先進製程控制單元的分析步驟簡圖。
100:製程控制系統
101:晶圓
102:機台
104:資料庫
106:目標值預測單元
108:先進製程控制單元
110:製造執行單元

Claims (22)

  1. 一種製程控制系統，包括： 機台，對批次的多個晶圓進行化學氣相沉積製程； 資料庫，用於儲存並提供所述機台的歷史資訊； 目標值預測單元，根據來自所述機台之外在環境的感測器資訊與資料庫相關表單來求出沉積膜層的物理性質之目標值； 先進製程控制單元，根據來自所述資料庫的所述機台的歷史資訊、所述批次的產品資訊以及來自所述目標值預測單元的所述物理性質之所述目標值來決定製程參數；以及 製造執行單元，根據來自所述先進製程控制單元的所述製程參數，驅動所述機台進行所述化學氣相沉積製程。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的製程控制系統，其中所述感測器資訊包括大氣壓力、酸鹼度、溫濕度、含鹽量或震度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的製程控制系統，其中所述物理性質包括厚度、反射率、折射率或吸收係數。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的製程控制系統，其中所述物理性質為厚度時，所述目標值是由式(1)所算出： THK(T)= α + x (感測器資訊與資料庫相關表單)      (1) 式(1)中，α為所述化學氣相沉積製程下，所述沉積膜層的基本厚度值；x為在不同的所述感測器資訊下，所述沉積膜層的厚度調整值。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的製程控制系統，其中所述製程參數與所述感測器資訊不相同。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的製程控制系統，其中所述製程參數包括製程時間與製程溫度中的至少一者。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的製程控制系統，其中所述物理性質為厚度，所述製程時間是由下式(2)所算出：
    Figure 03_image001
    式(2)中，
    Figure 03_image027
    為第t個批次的沉積時間，
    Figure 03_image029
    為第(t-i)個批次的沉積時間，
    Figure 03_image031
    為第t-i個批次沉積時間調整權重，
    Figure 03_image033
    為第t-i個批次厚度的目標值，
    Figure 03_image035
    為第(t-i)個批次的沉積厚度，
    Figure 03_image037
    為負載效應，
    Figure 03_image039
    為所述物理性質之所述目標值，
    Figure 03_image041
    為機台各參數對膜厚之影響效應，D.R.為前n批次中間位置的沉積速率的平均值。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的製程控制系統，其中所述物理性質為厚度，所述製程溫度是由下式(3)所算出：
    Figure 03_image043
    式(3)中，
    Figure 03_image045
    為第t個批次的沉積溫度，
    Figure 03_image047
    為第(t-i)個批次的沉積溫度，
    Figure 03_image031
    為第t-i個批次沉積時間調整權重，T_p為第t-i個批次厚度的目標值，
    Figure 03_image035
    為第(t-i)個批次的沉積厚度，
    Figure 03_image037
    為負載效應，
    Figure 03_image039
    為所述物理性質之所述目標值，
    Figure 03_image041
    為機台各參數對膜厚之影響效應，T.A.Slot 為溫度調整值，D.R.為前n批次中間位置的沉積速率的平均值。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的製程控制系統，其中所述機台包括常壓化學氣相沉積機台或低壓化學氣相沉積機台。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的製程控制系統，其中所述批次的產品資訊包括產品片數和產品特徵值。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的製程控制系統，其中所述機台的歷史資訊包括歷史的沉積時間、沉積溫度、沉積厚度與沉積速率。
  12. 一種製程控制方法，適用於對批次的多個晶圓進行化學氣相沉積製程，所述方法包括： 根據來自機台之外在環境的感測器資訊與資料庫相關表單來求出沉積膜層的物理性質之目標值； 根據所述機台的歷史資訊、所述批次的產品資訊以及所述物理性質之所述目標值來決定製程參數；以及 根據所述製程參數進行所述化學氣相沉積製程。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的製程控制方法，其中所述感測器資訊包括大氣壓力、酸鹼度、溫濕度、含鹽量或震度。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的製程控制方法，其中所述物理性質包括厚度、反射率、折射率或吸收係數。
  15. 如申請專利範圍第12項所述的製程控制方法，其中所述物理性質為厚度時，所述目標值是由下式(1)所算出： THK(T)= α + x (感測器資訊與資料庫相關表單)      (1) 式(1)中，α為所述化學氣相沉積製程下，所述沉積膜層的基本厚度值；x為在不同的所述感測器資訊下，所述沉積膜層的厚度調整值。
  16. 如申請專利範圍第12項所述的製程控制方法，其中所述製程參數與所述感測器資訊不相同。
  17. 如申請專利範圍第16項所述的製程控制方法，其中所述製程參數包括製程時間與製程溫度中的至少一者。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的製程控制方法，其中當所述物理性質為厚度，在決定所述製程參數的步驟中，由下式(2)算出所述製程時間：
    Figure 03_image001
    式(2)中，
    Figure 03_image027
    為第t個批次的沉積時間，
    Figure 03_image029
    為第(t-i)個批次的沉積時間，
    Figure 03_image031
    為第t-i個批次沉積時間調整權重，
    Figure 03_image033
    為第t-i個批次厚度的目標值，
    Figure 03_image035
    為第(t-i)個批次的沉積厚度，
    Figure 03_image037
    為負載效應，
    Figure 03_image039
    為所述物理性質之所述目標值，
    Figure 03_image041
    為機台各參數對膜厚之影響效應，D.R.為前n批次中間位置的沉積速率的平均值。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的製程控制方法，其中當所述物理性質為厚度，在決定所述製程參數的步驟中，由下式(3)算出所述製程溫度：
    Figure 03_image019
    式(3)中，
    Figure 03_image045
    為第t個批次的沉積溫度，
    Figure 03_image047
    為第(t-i)個批次的沉積溫度，
    Figure 03_image031
    為第t-i個批次沉積時間調整權重，
    Figure 03_image033
    為第t-i個批次厚度的目標值，
    Figure 03_image035
    為第(t-i)個批次的沉積厚度，
    Figure 03_image037
    為負載效應，
    Figure 03_image039
    為所述物理性質之所述目標值，
    Figure 03_image041
    為機台各參數對膜厚之影響效應，T.A.Slot 為溫度調整值，D.R.為前n批次中間位置的沉積速率的平均值。
  20. 如申請專利範圍第12項所述的製程控制方法，其中所述機台包括常壓化學氣相沉積機台或低壓化學氣相沉積機台。
  21. 如申請專利範圍第12項所述的製程控制方法，其中所述批次的產品資訊包括產品片數和產品特徵值。
  22. 如申請專利範圍第12項所述的製程控制方法，其中所述機台的歷史資訊包括歷史的沉積時間、沉積溫度、沉積厚度與沉積速率。
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