TW494432B - Integrated electronic hardware for wafer processing control and diagnostic - Google Patents

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Description

494432 A7 B7 發明背景 發明範疇 本發明係有關半導體裝置之電漿處理。 二 關一種集成用於半導體製造設備特別用於兩將，明係有 感應器及應用控制之裝置。 、兒水蝕刻系統之 背景技藝 多種使用游離氣體處理形式例 旛料燄；為*丨/ 包水钱刻/沉積以及反 應f生離子钱刻/沉積的重要性漸 “土 斯曰特別於半導體裝置製 增。其中特別令人感興趣者為用於银刻過 私的衣置。目m日月可用於處理及製造半導體裝置之習知 電感耗合電漿姓刻系統⑽。電感耗合電毁處理系統100包 括電漿反應器1 02，其中有個雷爿| 它 丁 ’似电水L至丨04。換能器耦合電
源（TCP)控制11 106以及偏壓電源控制器M08分別控制TCP 電源供應器110以及偏壓電源供應器U2，影響於電漿腔室 1 0 4内部形成的電漿。 TCP電源控制器106對TCp電源供應器11〇設定—個設定 點，配置成供給藉TCP匹配網路114調整的射頻rf信二給 位在電漿腔室104附近的TCP線圈n6。RF透明窗118典型 係設置成分開TCP線圈116與電漿腔室1〇4 ’同時允許能量 由TCP線圈116送至電漿腔室1〇4。 偏壓電源控制器108對偏壓電源供應器丨12設定一個設定 點’配置成供給藉偏壓匹配網路丨2〇_調整的RF信號給位在 包聚反應為104内部的電極122，而於電極122上方形成直 流（DC)偏壓，電極適合接納接受處理的基板丨24，例如半 -4 本紙張尺度適财S @家標準(CNS) M規格(⑽X挪公爱)- 裝 訂 五、發明説明（2 ) 導體晶圓。 氣體供應機構126例如擺控制閥，典型供給製造過程所 *適當化學給電漿反應器i 〇4内部。排氣機構丨2 8由電漿腔 至1 04内部去除微粒且維持電漿腔室1⑽内部的特定壓力。 壓力控制器130控制氣體供應機構126以及排氣機構128。 溫度控制器134控制電漿腔室1〇4溫度至使用環繞電漿腔 室1 04的加熱器} 36例如加熱匣加熱至選定的溫度設定點。 於电漿腔室104’經由將基板124暴露於真空下的游離氣 體化·合物（電漿）達成基板蝕刻。蝕刻處理始於氣體傳輸入 電漿腔室104内部。藉TCP線圈116輸送以及藉TCP匹配網 路Π0調整的rF電源游離該氣體。藉電極122輸送且藉偏 壓匹配網路1 20調整的RF電源於基板丨24感應偏壓而控制 基板1 24的離子碰撞方向及碰撞能。於蝕刻處理過程，電 漿與基板124表面進行化學反應而去除未被光阻光罩覆蓋 的材料。 主要參數例如電漿反應器設定值於電漿處理上具有基本 重要性。電漿腔室104内部的實際TCP電流、偏壓電流、 氣體壓力、氣體溫度以及氣體流量大為影響處理條件。輸 送至電漿腔室104的實際電源有顯著變化可能非預期地改 變其它處理變數參數預期值，例如中性及游離粒，子密度、 溫度及姓刻速率。 但於現有電漿飯刻系統，主要參數係經由分開孤立的控 制器控制，此等控制器無法彼此即時直接通訊。圖2說明 習知電漿姓刻控制硬體系統。TCP匹配網路2〇〇包括Tcp控 -5 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公袭) 494432 A7 B7 五、發明説明（3 制裔202。偏壓匹配網路204包括偏壓控制器206。壓力控 制閥208包括壓力控制器21〇。發光光度計（〇ES)或干涉計 (INTRF) 212 包括 OES 或 INTRF控制器 2 14。VME機箱 2 1 6透 過串聯鏈路218而與孤立控制器2〇2、206、2 10及2 14通訊 。如此反應器設定值係透過孤立控制器分別控制，而彼此 間的通訊鏈路相當緩慢。 於電漿蝕刻系統，改變其中一個參數可能影響其它參數 。例如處理期間，腔室的化學反應造成電漿阻抗改變而影 響電·源傳輸、溫度及壓力。如此操作員需要發展出繁複而 各自不同的處理步驟俾便將此等影響解除耦合。如此通常 限制操作處理窗，以及延長處理時間，影響電漿蝕刻系統 的產出潛能。此外第一晶曲效應（於同一電漿反應器内處 理第一晶圓造成電漿反應器變化而影響隨後的處理），以 及隨著時間不斷存在的處理遷移（電漿反應器使用一段時 間後由於長期使用而喪失其準確度）也指出反應器設 的控制並不單純控制腔室内部以及晶圓發生的情況。 因此需要有一種方法及裝置其可將全部控制以開放架構 集中，允許各個控制器間作即時通訊。此種裝置讓操作員 可顯著改進蝕刻處理的穩定性以及重複再現性，最終可直 接關聯處理控制各個參數因而直接控制晶圓結構、、 發明相i要 一種中央控制器用於半導體製造設備集成多個具有開 架構的控制器，因而允許各個控制回路間作即時通訊。 央控制器包括至少一個中央處理單元(cpu)執行高階輪入
本紙張尺度適财sgi^NS) 494432
輸出U/o)以及控制演算法以及至少一個集成i/〇控制器提供 集成介面至感應器及控制硬體。集成"。控制器執行基本 及低階控制功能’且經由匯流排與cpu通訊俾執行或控 制多種半導體製造設備子系統。 種用於半v體製造没備控制多個感應器以及多個控制 硬體之方法，其載荷應用軟體至cpu板，cpu板插入匯流排 。感應器及控制硬體鏈接至電控制器，多個電控制哭安事 於單-電路板上占有匯流排記憶空間之一個位址方塊。梦; 後單-電路板插入匯流排，感應器及控制硬體係透過應用 軟體控制。 星一式之簡單說明 圖為一系統方塊圖，說相習知電漿蝕刻系統。 圖2,為一系統方塊圖，說明習知電漿蝕刻系統的控制硬 體環境。 圖j為一系統方塊圖，說明根據本發明之特定具體實施 例之蝕刻系統之中央硬體控制器。 圖J為一系統方塊圖，說明根據本發明之特定具體實施 例之電路板。 圖免爲一流程圖’說明根據本發明之特定實施例之一軟 體應用程式與感應器和控制硬體之間的互動。 圖\冬為一流程圖，說明根據本發明之特定實施例控制使 用於半導體製造設備之感應器和控制硬體之方法。 較佳具體貫施例之詳細語 熟諸技藝人士瞭解後文發明說明僅供舉例說明而非限制
ί4生〃匕本I明之具體貫施例對由本揭示内容獲益的熟諸 技藝人士將顯然自明。 … 半導體製造設備例如電漿蝕刻系統使用電腦系統來監視 及控制aa圓的轉運、氣體的流動、晶圓處理以及晶圓去除 抗姓劑。 -個結合本發狀較佳㈣實施例之硬體控料統顯示 於圖3。孩硬體控制系統包括一個中央控制器3⑽包含至少 一個中央處理單元（CPU)板304,至少一片電路板3〇6例如 vi〇p板以及一個視需要而存在的通訊板3〇8。全部板插入 機箱312内部的匯流排例如VME匯流排31〇。通訊板3〇8與 私漿蝕刻系統的其它組件例如使用者介面互動。若干丨/〇微 控制器安裝於電路板306。丨/〇微控制器有多個外部控制硬 體及感應器通訊，例如TCP匹配網路3 14、偏壓匹配網路 3 16、壓力控制閥318以及〇ES*INTRF感應器32〇。特別兩 個位在電路板206的TCP微控制器322控制外部TCP匹配網 路3 14。兩個位在電路板3 〇6的偏壓微控制器324控制外部 偏壓匹配網路3 1 6。兩個位在電路板306的壓力微控制器 326控制外部壓力控制閥318。位在電路板3〇6的〇£3或 INTRF控制器328控制外部〇ES或INTRF感應器320。 微控制器322、324、326、328可為内建的各自’獨立步進 為控制器’步進器控制器與外部驅動器通訊，換言之一 TCP電容器驅動器、偏壓匹配電容器驅動器或擺閥驅動器 通δΐΐ。中央控制為也包括〇 e S的内建介面例如海洋光 (Ocean Optics) S2000光譜計或OES或INTRF例如海洋光或 ________-8- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 494432 A7 ,______B7 五、發明説明（6 ) SD2000 〇 於反應腔室’晶圓經由於真空下暴露於游離氣體化合物 (電漿）而達成電漿蝕刻。蝕刻過程包括一系列步驟控制氣 體流速、腔室廢力、射頻電源、間隙間隔、腔室溫度以及 氦背側冷卻壓力。此等數值經程式規劃入電腦系統。操作 員於開始I虫刻處理前選擇預定的組合。Cpu 304經由執行 高階ι/ο及控制演算法而處理組合演算法且透過VME匯流 排3 20與微控制器322、324、326、328通訊。然後微控制 器3 22、324、326、328執行基本i/〇及低階控制功能，提供 集成介面給感應器及控制硬體314、3ί6、318、32〇。因此 CPU 304透過VME匯流排3 10與微控制器322、324、326、 328通訊俾執行或控制多個‘電漿蝕刻系統的子系統，例如 tcp電源、偏壓電源、氣體壓力以及〇£3或^7]^感應器。 圖4說明目前較佳電路板3〇6具體實施例（圖3)。丨/〇處理 為’電路板400有24位元位址以及16位元資料VME匯流排相 容板占據VME記憶空間的64KB位址方塊。匯流排402與步 進器控制器介面404、數位輸入（DI)及數位輸出（D0) VMe 介面406、以及雙埠記憶體（DPM) 408通訊。 步進杰控制器介面404包括TCP匹配網路3 14的雙軸（TCP 電容器一410以及TCP電容器二412)、偏壓匹配網路316的 雙軸（偏壓電容器一414以及偏壓電容器二416)，壓力控制 閥3 1 8的單軸（擺閥4 1 8)以及一個備用軸420。步進器控制 器介面發送指令給微控制器422而控制軸。對步進速率而 h張尺度適财s s家A4^(21GX 297公幻-----—— 494432 A7 B7 五、發明説明（7 ) 微控制器韌體將自動執行步進速率變化間的加速/減速。 DI及DO VME介面406映射VME記憶空間的DI及DO 424 。由於要求來自感應器的來源電壓，故DI可為24伏來源型 。DO可為24伏來源型且具有回讀能力。 〇?^1 40 8與微控制器426及〇£3及/或11^丁11?¥1^£介面42 8 通訊。類比輸入（AI)及類比輸出（AO) 430經由使用DPM 408直接映射至VME記憶空間。AI 430經由使用微控制器 426控制的轉換器ADC 430轉換。由微控制器426控制的 DAC 43 0轉換數位信號AO 430。VIOP 400有32個AI及12個 AO。AI有1 2位元解析度於-1 0伏至+ ί〇伏範圍，特別由主 機引發自行校準保證有0.1%準確度。ΑΟ有12位元解析度 ，帶有0至10伏範圍之0.1%準確度以及自行試驗目的的回 讀能力。 VIOP 300也包含 VME 介面 428 至 OES及 / 或 INTRF 432, 此處控制及資料係映射於VME記憶空間。OES可為海洋光 S2000。OES及INTRF可為海洋光SD2000。光譜資料歡12 位元，同時獲得OES及/或INTRF光譜。藉控制器428例如 基於PLD類別控制器，積分期以1、1.4、2、2.8…順序程 式規劃成由4毫秒至250毫秒可執行光譜加總。 因此本發明可區分對最理想性能的控制吃能。'也有助於 閉合時間關鍵回路的耦合，同時允許非時間關鍵子系統的 「當地」控制。此種集成介面經由對資源獲得最大利用且 減少對硬體及軟體冗餘而降低設備成本。此種開放架構也 允許控制器即時協調因而讓處理更穩定更一致。 __-10-__ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210X 297公釐）
裝 訂 494432 A7 B7 五、發明説明（8 ) 圖5為流程圖說明軟體應用與感應器及控制硬體間的互 動。於方塊500，駐在CPU板如CPU板3 04的應用軟體讓操 作員可輸入需要的參數，並於電漿蝕刻與沉積反應器於晶 圓形成預定表面側繪圖。應用軟體於方塊502與驅動器互 動。驅動器為低階驅動器程式規劃常式，其鏈接方塊500 的應用軟體至方塊504的控制感應器以及控制硬體。電路 板3 06 (圖3)對每個感應器及控制硬體佈署特定映射位址。 例如¥1^£記憶體空間！？八€200011』八021卩孖？11指定給¥10? 狀態/控制及/或DI/DO。然後驅動經由參照對應記憶體映 射位址而執行由應用軟體至特定感應器或控制硬體的高階 指令。 用於半導體製造設備的感‘應器及控制硬體控制方法說明 於圖6流程圖。於第一方塊600，應用軟體讓操作員可選擇 含特定參數的組合而於電漿蝕刻與沉積系統產生預定表面 側繪圖，該應用軟體係位於CPU板例如CPU板304 (圖3)。 於方塊602，CPU板插入匯流排如VME匯流排3 10。於方塊 604，感應器及控制硬體如TCP匹配網路3 14、偏壓匹配網 路316、壓力控制閥318以及OES/干擾計320鏈接至微控制 器。於方塊606，電控制器如微控制器322、324、326及 328安裝於單一電路板例如VIOP板306。然譽於方塊608單 一電路板插入匯流排。操作員於方塊610透過載於CPU板 的應用軟體控制感應器及控制硬體0此種中央控制器設施 於單一片板上，有助於封閉耦合多個時間關鍵回路，同時 允許對多個非時間關鍵子系統做當地控制。其它圖6顯示 __-11 -___ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 五 發明説明（ 方法之具體貫施例可將方塊600至608以任一種順序重排。 由於單一片電路板上的多個微控制器即時通訊，故可交 換有關兒漿晶圓處理狀態的重要資訊，讓CPU可掌控整個 喿作過矛王。此種電聚晶圓處理藉CPU發送高階指令給單一 Γ :路板上的多個微控制器及介面而予協調。然後該等 曰：藉重點放纟「單純」活動的微控制器執行。此種架構 允终各個控制器的封閉回路彼此通訊。由於多項彼此交互 相依性的參數及變數影響電漿蝕刻與沉積過程，故巨觀 淮：：：#制Tcp、偏壓或壓力等參數允許操作員顯著改 進钱刻與沉積處理的準確度、安定性以及重複再現性。 雖然已經顯示及說明本發明之具體實施例之應用，但業 本揭示得知可输此處所述本發明之構想而-做 超越前文說明的修改。例如各個控制回路集成至積 ::二的程度可依據預期的特定應用擴充。例如 有 ^白初體可被提取且組合CPU板作為「可攜式」發光光继 计。此種新穎控制器也可用於先前技藝提升其原有能力:曰 又用於極為複雜的半導體製造設備，「 數可用於獲得分解、線路掌控 央」控制态倍 制。 及二間佈署上的最理想控 因此本發明僅受隨附之申請專利範圍之精髓所限。 裝 -12 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐）

Claims (1)

  1. 494432 A B c D 、申請專利範圍 1. 一種用於半導體製造設備的中央控制器，包含： 一個匯流排； 至少一中央處理單元（CPU)卡，該CPU卡插入匯流排 且執行至少一個高位準輸入/輸出（i/ο)控制演算法； 至少一片電路板，該電路板插入匯流排且提供一個積 體介面給該半導體製造設備的多個感應器以及控制硬體。 2. 如申請專利範圍第1項之中央控制器，其中該電路板執 行基本i/o或低位準控制功能。 3. 如申請專利範圍第1項之中央控制器，其中該電路板經 由匯流排與CPU通訊俾執行或致能該半導體製造設備的 多個感應器及多個控制硬體。 4. 如申請專利範圍第1項之+央控制器，其中該匯流排為 維紗（Versa)模組歐洲（VME)匯流排。 5. —種用於半導體製造設備之電路板，包含： 一個步進器控制器介面，與VME匯流排及多個微控 制器通訊，多個微控制器控制多個軸向； 一個數位輸入與數位輸出介面，與VME匯流排通訊 ，且映射該VME記憶體空間的數位輸入及數位輸出； 一個第一雙埠記憶體，與VME匯流排通訊，且映射 VME記憶體空間的類比輸入與類比輸出；_以及' 一個第二雙埠記憶體，其係與VME匯流排及OES或 INTRF通訊。 6. —種控制用於半導體製造設備之多數感應器及多數控制 硬體方法，包含： -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
    .载入一個應用軟體至一 cpu板； 將該CPU板插入匯流排； 鏈接夕數感應器及多數控制硬體至多數電控制器； 安裝多數電控制器至單片電路板上，該單一電路板占 據匯流排記憶體空間-個位址方塊； 將單一電路板插入匯流排；以及 透過5亥應用軟體控制多數感應器及多數控制硬體。 士申吻專利範圍第6項之方法，其中該位址方塊有千 位元組。 ^申請專利範圍第6項之方法，其中該應用軟體係經由 :數驅動器而與多數感應器及多數控制硬體通訊，該 多數驅動器參照引用應用軟體給多數對應的記憶體映 射位址。 9·如申請專利範圍第6項之方法，其中該多數電控制器進 一步有助於對多數時間關鍵回路做封閉耦合，同時允 坪多數非時間關鍵子系統做區域控制。 ίο.一種可藉機器讀取的程式儲存裝置，該裝置明白地具體 實施一可藉機器讀取的指令程式，俾執行一控制用ς半 導體製造設備之多數感應器及多數控制硬體方法，該方 法包含： 載入一個應用軟體至一 〇1)11板； 將該cpu板插入匯流排； - 鏈接夕數感應器及多數控制硬體至多數電控制哭· 安裝多數電控制器至單片電路板上，該單一電路板占 -14 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 49443： 8 8 8 8 A B c D 申請專利範圍 擄匯流排記憶體空間一個位址方塊； 將單一電路板插入匯流排；以及 透過該應用軟體控制多數感應器及多數控制硬體 15 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
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