TW464767B - In-situ measurement method and apparatus for semiconductor processing - Google Patents

Description

464767 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明（） 背景 1 .技術領域 本發明偽關於一種半導體製诰，尤其是用於同步參數 量測和控制之改良方法和設備，以提昇良率。 2 .相關技術説明 半導體製程會牽涉到對各種製造步驟之控制環境的維 持。半導體晶圓通常是放在設備腔體中，且處在各種不 同的溫度和壓力條件下。在製造時，這些參數的控制會 影饗晶片的良率。當整片晶圓有溫差時，，會導致製程不 均勻，而造成良率損失。 晶圓上的溫度通常慠使用溫度點或熱電耦量測。溫度 點是固定在晶圓上且大致估算整片晶圓的溫度分佈。溫 度點一般不量測晶圓表面的溫度。此外，溫度點的解析 度只有± 5 °C ^為了要有效的使用溫度點，常常需要做許 多試驗，以獲得一合適分析的溫度量測。即使如此，也 不能決定在整Η晶圓上的溫度。在最高溫度逹到之後， 利用溫度點記錄起來，但是當達到最高溫度時，卻没有 記錄時間。熱電耦必須放在晶圓上，因而也會遇到和溫 度點相同的缺點。 可自Wafer Charging Mon it. or公司購寅一"魔力"晶圓β 此’'魔力”晶圓只量測溫度的峰值，因為峰值不會發生在製 程中的各荫時間，所以不會提供適時的資訊。 因此，需要有一種可準確而可靠的確定晶圓表面溫度 之設備和方法β還需要有一種用以確定不同腔體和/或載 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---I I I ----J--i — 訂 --------- _一___ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印*'1衣 ；47 67 A7 _B7__ 五、發明說明（> ) 盤架構溫度之設備和方法。 發明概逑 根據本發明，用以同步量測製程參數之量測元件，包 含一至少有一製作完成的晶Η形成其上之半導體晶圓。 該製作完成的晶片還至少包含一用以量測製程參數之感 測器。當《由該至少一個之烕測器量測製程器參數時， 也要包含用以儲存該製程參數之記億體儲存元件。製作 一時序元件，用以追蹤製程參數和時間的函數關俗，而 且也包含一電源供應器，以提供該至少一値之威測器， 記億體儲存元件和時序元件之電源。 另一値用以同步量測製程參數之量測元件，包含一至 少有一製作完成的晶片形成其上之半導體晶圓。該製作 完成的晶Η還包含用以量測製程參數之感測器，和當藉 由此感測器童測製程參數時，用以儲存製程參數資料之 記憶體儲存元件。還包含一用以追蹤製程參數和時間之 函數關係之時序元件，及一提供該至少一個之感測器， 記億體儲存元件和時序元件電源之電源供應器。該半導 體晶圓還包含一置於其上之介面，用以自記憶體儲存元 件讀取製程參數。 在另一實施例中，該至少一値之烕測器包含許多分佈 整個半導體晶圓，位在半導體晶圓設定位置或兩者皆是 之感測器。製程參數包含溫度、輻射、電壓或電流。記 憶體儲存元件包含一電性可擦拭可程式唯讓記憶體 (EEPROM)。該至少一個之感測器可包含一 P-η接面元 件。電源供應器最好由外部光源供給電源。該量測元件 還可包含管理元件功能之處理器。 ~ 4 ~ — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公釐） --------------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) / 4 6 4 / 6 7 A7 _B7五、發明說明（4 ) 烴濟部智慧財產局員工消費合作社印製 含之 包上 ，其 法成 方形 之H 數晶 參之 程成 製完 riyet,¾ 作 量製中一 程有 過少 造至 製一體供 導提 半： 在有 驟 一 步 之 量器 以測 用威 値之 1 値 少一 至少 含至 包該 還由 片藉 晶當 之値 成 一 完 ， 作器 製測 該is ，之 圓數 晶參 體程 導製 半測 元 和 存元件 儲序元 體時存 億之儲 記偽體 之關憶 數數記 參函 ， 程之器 製間測 該時感 存和之 儲數痼 以S-一 用程少 ，製至 時蹤該 數追供 參以提 程用一 製一及 測 ， ， 量件件 將該 : 將 含 ， 包程 還製 驟試 步測 之作 法圓， 方晶 該將 0 * 器中 應體 供腔 源程 電製 之在 源定 電固 件實 元確 序 _ 時晶 資料 數資 參數 程參 製程 之製 數取 參讀 程及 製 ， 的中 測件 量元 據存 根儲 * 體 間憶 期記 程在 製存 試儲 測 ， 作料 言 而 法ο 方為 他約 其度 就析 解 含 包 可 也 〇 度 溫 含 包 好 最 數 蓼 程 製 少 至 也 數 參 程 製 該 ° 驟 步 之 度 溫 量 之 °c 這 明 發 本 例 施 宵 。 之 一 明 之説 中 加 其詳 流而 電圖 和附 壓關 電相 ,考 射參 輻面 含後 包由 要 後 於 例 施 實 選 優 之 式 圖 面 下 考 參 明 , 説 的 加 目明詳 的說將 他單明 其簡發 和式本 此ii 圖 應 中第供 其 源 為 圖 器 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --裝 I. 瞭 明 更 會 將 點 優 和 擻 特 發 本 據

Si Μ 有 多 許 有 具 _ 視 上 圓 晶 體 導 半 中 程 過 造 製 0 8Η 導第第 半 可 第第 之之 明明 發發 本本 據據 根根 為為 圖圓 -線 件 一兀 之 源 電 該 中 其 應 電 在 圖方 塊的 方例 的施 細實 詳一 ; 更另 數 -, 參件件 測元元 量圖圖 ,—12 以 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 464767 _B7_ 五、發明說明（4 ) 塊圖，其圖示用以控制元件功能之處理/邏輯電路；及 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第4圖為根據本發明，執行同步量測之方法的流程圃。 優選實施例詳述 本發明偽關於一種半導體製造，尤其是同步的溫度量 測和控制之改良的方法和設備，以提舁良率。本發明對 半導體晶圓表面提供空間的，適時的和準確的溫度量 測。根據本發明，所提供之晶圓具有電源和在製造過程 中用以量測各種不同參數之感測器。在根據測試過程製 造半導體晶圓之前，該晶圓會先測試製程參數。在優選 賁施例中，該晶圓包含用以儲存資料之記億體，和用以 記錄時間函數參數之時脈。 現在參考詳細説明之圏式，其中在所有這幾傾圖式 中，相似的參考數字表示相似或相同的組件，由第1函 開始，其圖示根據本發明之晶圓1Q。晶圓1 〇最好為一具 有功能元件12形成在其上之完全製成元件。具有元件12 之晶圓1 Q可被定製用於各値個別的應用，或標準化成具 有設定量測特微和元件之晶圓1 〇。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 元件12在空間上會分佈整値晶圓1 G ,所以在此情形 下，可在各不同的位置收集資料。在優選實施例中，元 件1 2包含可在特別有興趣之區域，如在晶圓邊線1 6或 在晶圓1 Q中央1 8工作之感測器1 4。晶圓1 0能在製程中 收集之資料儲存在記億體。界面3 2可提供在晶圓1 0之 上，以讀取收集的資料。 參考第2圖，其圖示元件12。元件12包含一電源供應 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 464767 B7__ 五、發明說明（r ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 器2叭電源供應器20傜藉由外部光源或産生自電漿之 光，在製程中供應電源。電源供應器20可包含一 p-n接 面元件，即太陽能電池，其整合在晶圓10之中t或包含 一外置在晶圓1 G表面上之元件。電源供應器2 Q可包含 一能量儲存元件，如電池。電路2 2提供將電源供應器2 0 連接到其他元件，且將電源供應器20之電壓轉換成可用 且穩定的能童供應。例如，電路可包含濾波器和其他的 調壓組件。 元件1 2還包含將資料儲存在其中之記億體儲存元件 24。在優選實施例中，記憶體儲存元件24包含電性可擦 拭可程式化唯讀記億體（EEPR0H)。當然也可包含其他種 類之記億體。E E P R 0 M s可儲存收集的資料，且可當作量 測電晶體臨限電壓位移之伏持計，如此處納入參考，而 由 Shideler等人發表在 1995六月 Semiconductor International第 153-158 頁之1_ A new techniciue for solving wafer charging problems"—文所説明的。記億體 2 4被耦合到介面3 2 ,使得可以讀取儲存在其中之資料。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 元件1 2包含溫度感测器2 6。溫度感測器2 6傜放在或 靠近晶圓1 〇的表面。溫度感測器2 6包含整合在晶圓1 0 中之固態元件。該用於溫度之固態元件最好包含P-n接面 元件，使得量測的溫度可以準確在的階次内，例如其 解析度為0 . 1 °C。溫度感測器2 6很均勻的分佈在晶圓 1〇(第1圖）的表面上，且/或位在想要之額外資料感興趣 的區域中。其他的感測器3 G也可被包含在晶圓1 G之上， -7 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 46 47 6 7 a7 _B7_五、發明說明（k ) 例如，在製程中用以量測組件濃度之濃度感測器、壓力 感測器、電壓_測器、電流感測器、輻射（U V )感測器等 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 的，間 _ 視 腔器，並均料發。一個 ο 周間中時 以收監 程應中數的資*!程含一供4 集時之測I可料以 製供體参10過 製包每提器 收為24量-ϋί明資可 之源腔的圓透 的其。以理 料料件一一、發之也 圓電在同晶且 靠 能可處 、 I ^§3 少 ο ο 資資元為 S 本間 ’ 晶且裝不片0,斗可例功 4 。 在的體以_0，區外 造，安種整10#f且施u器置 測他億可U28間此 製件要各試圓勺確實12理位 量其記28PI序時。 以元明測測晶*6準一件處之 28或在序^時定組 用測發量以出收更另元一外 序度存時U之設料 和量本會用移Μ成勺制單以 時溫儲 。^含値資。盤的。，’體利達明控或1 ，的以測^包整的動載有圓中較腔off以 P 以0,件 28測可量 U 由蹤整變之所晶程比自 I ，本用40元 序量間的女藉迫完漿10含到製相 ，«^數示0,器了 時此時依 ^ 。和更電圓内合在值時^.參圖40理除 含因過相F術視供如晶圓耦。望成Μ程其路處在 包，經間資技監提，載晶或程期完)=製 '電含2, 好間的時 40S供以動承為中過與程圖變圖輯包1 最區替成監CM提可變與因其造其製 W 改3邏可件 12之交造/Hg含地此的明，在製將當ί 以第或旧元 件間。會且包利因時發關合試 > 03 可考器 1 多 。元之數此間件有，程本無整潮存性面，參理件許 等 期函因區元很集製 體也以儲勻介明 處元給 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 464767 A7 B7 五、發明說明（ 會集管 也收和 40料存 器資儲 理之及 處30, 。和料 源26資 電器取 之測讀 壓M3 電制和 ο , 6 2 控 2 器，器 應入測 供輸感 源的自 電28會 整脈也 調時40 供自器 提據理 有根處 應 供 會 ο 器 m 二 理 處 0 料 資 之 4 2 件 ° 元 } 存圖 儲1 體 : 2 憶 3 記面 在介 存給 儲料 理資 第 方2’ 之10 數塊 參方 程在 製 。 測圓 量晶 示 一 圖供 其提 1 明 明發 發本 本據 據根 根 ， 的 體 腔 盤 TIE 與 明 發 本 ο 中 體 腔 在 裝 安 圓 3,10晶 團 4B塊將 第方盤 考在載 參。用 法利 sy Μ 式 型 塊 方 在 塊度 方溫 在含 。包 序數 程參 試 ， 測中 之體 圓億 晶 記 行在 執存 ， 儲 04其 1將 並 料 資 集 收 和集 壓收 電程 、製 度的 程定 射預 輻在 、或 力間 壓區 流 電 或 塊 方 在 間 , 時時 個束 整結 在程 傜製 料當 資 ， -、 8 該 ο (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 圓 晶 該 出 取 塊 方 在 料 資 該 析 分 塊 方 在 。 。程 料製 資正 索修 檢格 體規 億的 記定 自預 ’據 10根 1—_ 且 一 於 明限 說侷 已不 3J 發但 本 ， 明 例 施 實 0 11 的 法 方 奇 CM -f 種 意 注 之 說術 以技 用述 其上 /IV 知 熟 被 以 可 其 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 定的待在 特述之述 明敍法敘 發圍利圍 本範專範 將利應利 瞭專且專 月 青 青 , Hud 要申明申 ，附説的 此所細護 因明詳保 C 發已書 化本明證 變在發利 或偽本專 改 ，。到 修變中受 作改之望 士作神希 圓件 人例精， 明晶元 的施和求。説； ‘： 巧實圍要錄號1012 技的範殊附符 . 本紙張尺度遶用令國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 4 6 4 7 6 7 A7 _B7 五、發明說明（^ ) 14“ 感測器 16·. 邊緣 18- 中心 2 0·， 電源供應器 2 2- 電路 2 4·. 記億體儲存元件 2 6，， 溫度感測器 28·· 時脈 3 - 其他的感測器 10 0 ••提供具 有 感 測 器 的 晶 圓 1 2 ••將晶圓 安 裝 在 腔 體 中 10 4 “執行測 試 製 程 1 6 ••收集和 儲 存 晶 圓 之 參 數資料 10 8 ••自腔體 移 出 晶 圓 110 ·*自記億 體 檢 索 資 料 112 ••分析資 料 3 2·· 介面 4 0·， 處理器 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 464767 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍 1 . 一種同步量測製程參數之量測元件，包含： 一至少有一個製成晶Η形成在其上之半導體晶圓； 該製成晶片還包含： 至少一個用於量测製程參數之感測器； 當藉由該至少一痼之感測器量測製程參數時，一用 以儲存該製程参數之記億體儲存元件； 一用以追蹤該製程参數與時間關偽之時序元件；及 一提供電源給該至少一個的感測器，記億體儲存元 件和時序元件之電，源供應器。 2 ·如申請專利範圍第1項之量測元件，其中該至少一茴 的感測器包含許多分佈整個半導體晶圓之Μ測器。 3.如申請專利範圍第1項之量測元件，其中該至少一値 的感測器包含許多位在半導體晶圓預定位置上之感測 器。 4 .如申請專利範圍第1項之量測元件，其中該製程參數 包含溫度。 5 .如申請專利範圍第1項之量測元件，其中該製程參數 至少包含輻射、電壓和電流的其中之一。 Β .如申請專利範圍第1項之量測元件，其中該記億體儲 存元件包含可抹除再電氣程式規劃唯讀記億體 (E E P RO Μ ) 0 7 .如申請專利範圍第1項之量測元件，其中該至少一個 的感測器包含一 Ρ - η接面元件β 8 .如申請専利範圍第1項之量測元件，其中該電源供應 -1 1 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） ------丨————^------訂------，^ _I. ( (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁1 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6 4 76 8 8 8 8 ABCD 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 々、申請專利範圍 器偽由外部光源供應電源。 3 .如申諳專利範圍第1項之量測元件，其中該量測元件 還包含一用以管理元件功能之處理器。 1 〇 . —種同步量測製程參數之量測元件，包含： 一至少有一値製成晶片形成在其上之半導體晶圓； 該製成晶Η還包含： 一用以量測製程參數之威測器； 當藉由該絨測器量測該製程參數時，一用以儲存該 製程參數之記億體儲存元件； 一用以追蹤該製程參數與時間關偽之時序元件；及 一提供電源給該至少一脑的絨測器，記億體儲存元 件和時序元件之電源供應器； 該半導體晶圓包含一放置在其上，用以自該記憶體 儲存元件讀取該製程參數之介面。 Π .如申請專利範圍第1 G項之量測元件，其中該感測器 分佈在整片半導體晶國上。 1 2 .如申請專利範圍第1 Q項之量測元件，其中該威測器 傜位在該半導體晶圓之預定位置上。 1 3 .如申請專利範圍第1 D項之量測元件，其中該製程参 數包含溫度。 1 4 .如申請専利範圍第1 Q項之量測元件，其中該製程參 數至少包含輻射、電壓和電流的其中之一 β 1 5 .如申請專利範圍第1 Q項之量測元件，其中該記憶體 儲存元件包含可抹除再電氣程式規劃唯謓記憶體 -1 2 - 本紙張尺度適用中國國家標準{ CNS ) A4規格（210 X 297公釐） -------111¾------.玎------# I_^^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁- 4 6 4 7 6 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 第。第 圍件圍 範元範 利面利 專接專 II-ΠΜ ΐ'ρ甲 3 含 3 如 1 如 . 包 器 測 0 該 中 其 件 元 測 量 之 項 供 源 電 該 中 其 件 元 測 量 之 項 源 電 應 供 源 光 RH ώρ 外 由 偽 器 應 元 測 量 該 中 其 件 元 測 量 之 項 Q 11 第 圍 範 利 專 請 申 如 器 rmi 理 處 之 能 功 件 元 Bt 理 管 以 用 1 含 包 還 件 方 之 數 參 程 製 測 量 以 用 中 程 過 造 製 體 導 半 在 a 法 含 包 驟 步 其 晶之 體數 導參 半成 之製 上測 其量 成以 形用 Η 個 晶 一 成含 製包 傾少 一 至 有還 具 Μ 少晶 至成 一 製 供該 提 ， 圓 數用以 參一用 程 ，一 製件及 該元 ， 測存件 量儲元 器體序 測憶時 臧記之 的之偽 値數關 一 參間 少程時 至製和 該該數 由存參 藉儲程 當以製 ，用該 器一蹤 測 ，追 感時以 件 元 存 儲 體 憶 記 該 器 測 ； 感器 的應 個供 一 源 少電 至之 該件 給元 源序 電時 供該 提和 (請先Η讀背面之注意事項再填寫本頁) -菜 訂· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 參 程 製 將 數 參 程 製 ; 的 中 測 體 量 腔.，據 程理根 製處 ， 在試 定測 固作 圓圓 晶晶 該該 等 寻 Γ.—— UHM- 間 期 rm - 理 處 試 測 在 及 中 件 元 存 儲 。 體料 億資 記數 該參 在程 存製 儲該 料取 資讀 數 包 數 參 程 製 該 中 其 法 方 之 項 9 1£ 第 圍 範 利 專 請 如 為 度 析 解 含 包 還 法 方 之 項 D 2 第 圍 範 利 專 。請 度申 溫如 含 - 本紙張尺度適用中國囷家標準（CNS ) A4规格（2l〇X297公釐） 線 4 6 4 7 6 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 °C之量測溫度的步驟 至 數 參 程 製 該 中 其 法 方 之 項 9 id 第 圍 範 利 專 請 申 如 之 中 其 的 流 電 和 壓 電 17 身 輻 含 包 少 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝. 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 斗 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐）