TW518702B - Fault detection utilizing specialized health index generated from related sensor groupings - Google Patents

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五、發明說明（） 發明領域： (清先閱璜背面之注意事項再填冩衣頁) 本發明係關於一種半導體處理工具之失效偵測方 法。更特定言之，本發明係關於一種能藉由工具模式化 技術而增強失效檢測精確度的方法及設備。 發明背景： 半導體處理工具為高度複雜性之裝置。半導體處理 工具之即時效能典型上係藉由量測多數工具偵檢器之監 視值（如壓力 '溫度、及電源功率）而得。此種工具量測 可藉由經驗量測得之感測器值與一模式之預測值進行比 對加以推導之。 通用處理模式化（Universal Process Modeling; UPM) 技術為用於預測一半導體處理工具行為之一例子，此種 模式由Triant技術公司所發展出。 線！· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1 1圖為UPM技術之簡化示意圖。如第1 1圖所示 之A步驟中，操作半導體處理工具11〇1，而在該工具處 理過程（A步驟）之一時間内對輸入向量1 1 〇2進行取樣， 輸入向量1102至少包含用於工具偵檢器11〇6的數值 1104。而後，將經取樣之輸入向量 Π02與參考數據庫 1 1 12(B步驟）進行比對。參考數據庫1 1 12表示半導體處 理工具1 1 0 1先前正常處理過程中所得之編譯向量Η 5 0 _ 1157。參考數據庫1112之編譯向量1]50-1157包含輸入 向量1102之任何感測器值。 以B步驟之比對結果，使用輸入向量1 π 2與參考數 第4頁 本紙張&度適用中S國家標準（CNS)A4規恪（210x297公复） 518702 A7 ____________B7___ 五、發明說明（） 據庫1 π 2之向量間的一最鄭近選取處理（c步驟），從參 考數據庫1 1 1 2中編譯出至少包含向量1 1 5 〇，1 1 5 3，1 1 5 6及 1157 之向量子集合 1110。向量子集合 Π10 之 1 1 50,1153,1156及1157向量反應出最相似於輸入向量 1 1 0 2之工具1 i 〇 1先前正常處理的感測器值。最鄰近選取 過程可以各種該項技藝所常用的技術為之，當以UPM模 式為之時，其最鄭近向量選取過程的詳細確切步驟有其 專有性。 接繼之，結合向量子集合1110中的1150,1153, 1156 及1 1 5 7向量以產生一單一輸出預測向量！ 1丨6(D步驟）。 輸出預測向量111 6反應出與半導體處理工具1 1 〇 1先前 正常處理相關的該二具狀態。預測向量1116可以幾種方 式與该工具操作者進行聯繫。舉例而言，可結合如第11 圖所示之輸出預測向量1 1 1 6的個別感測器1 1 2 0的數值 1 1 1 8 ’以產生用以反應全邵感測器工具之一單一失效偵 測指數1 1 14 (E步驟）。另外，如第1 2圖所示，以半徑距 離1 2 04表示經量測所得感測器值與期望值的誤差的方 式，將表示輸出預測向量之任何個別感測器1 1 2 〇之數值 1118繪製成「靶心」（bull’s eye)圖1200。 上述UPM模式化技術之一態樣為不考量相關感測器 值群組（例如：相關工具壓力、相關工具溫度、或相關工 具功率）間可能存在的關係，其對全部偵檢器指派以相同 的加權值。因此，此種方法無法加入相關操作參數間可 能存在的有用相關資料，這些相關資料可使失效檢測變 第湏 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公S ) (請先閒tf背面之注意事項再填寫本頁) ----訂---- 線— 一 經濟部智慧財產局3工冷費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 518702 _______Π7___ 五、發明說明（） 得更具可靠性。 再者’第1 2圖中的靶心圖提供工具操作者為一即時 工具操作參數之組織化表示方式，工具操作者仍必須持 ,監視任何工具感測器以偵測一失效。此種作法會耗費 操作者之注意力，並干擾工作者處理其它重要工具的管 理任務。 弟1 1圖衣示該模組化技術之另一態樣，其經由最鄰 近向量之選取以形成該向量子集合及該輸出預測值，其 中最鄭近向量的選取係以該感測器值為基礎所進行的。 但是，其他的可能相關資料並不納入最鄰近選取處理之 考量，如工具處理過程的輸入向量取樣時間即不納入考 量之列。此種方式會影響到該模式之精確性，因為輸入 向量及該庫向量之相似很可能只是湊巧，例如一輸入向 量之溫度成分係取自於一工具處理之早期起步階段、而 庫向量之溫度成分則為該工具處理之後期階段所量測得 時即有此湊巧情形。在上述例子中，輸入向量及該庫向 量之溫度成分的相似可能僅為湊巧，但該庫向量不為該 輸入向量之精確預測。 综上所述，更精密之半導體處理工具失效偵測技術 有其提出之必要性。 發明目的及概述: 在本發明失效偵測方法之一實施例中，至少包含在 一半導體處理工具之一條件下感測一組相關工作參數、 第6頁 參纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ) (請先wtf背面之注*事項再填寫本頁) 訂--------------線— 518702 ___________[E 五、發明說明（） 一 參 。 作 驟工 步關 之相 數非 參該 作及 工數 參 相作 非工 測關 感相 下組 件該 條入 該加 之由 具係 工吾工 該向 在入 及輸 件似 條相 該之 用數 使參 中作 理工 處關 前相 先組 具該 工對 該針 與只 量 〇 向對 入比 輸行 該進 。 量 成向 形之 而得 數所 近 鄰 最 的 出 取 選 該 避從 基 量 為 向 性近 從 中 庫 據 數 考 參 鄰。 最 合 之集 量子 向 量 入 向 輸 一 亥 出 、=tv 出譯 取編 選量 向 進 例 圖 加 附 容 内 歹 輸數T 一 旨 ) 一 ，孑 於 與測 ， 合偵徵 集效特 子失及 量一勢 向生優 該產的 將處例 值施 {貫 預它 出其 輸或 從例 而施 ， 實 合上 結以 值明 測發 預本 出 。 之 明 說 步 (請先閱tf背面之注意事項再填寫本頁) 明 說 單 簡 式 圖

明 發 本 為 示第 所為 圖圖 A B 圖 程 流 化 簡 合 综 之 例 施 實 法 方

圖 意 示 工 細 詳 之 法 方 中 圖 A

Η 刻 蝕 漿 電- 之 時 期 初 之 程 過 試 測 士嘴 連 1 為 示 所 圖 A 值 力 壓 線 管 級 前 具 力 m 線 管 級 前 之 時 期 中 之 程 過 試 rnj, 湏 續 連 1 為 示 所 圖 B 2 第 值 力 壓 線 管 級 前 之 時 期 後 之 程 過 試 測 連 1 為 示 所 圖 C 2 第 值

I I T i II 線 經濟部智慧时屋局m:工消費合作社印製 偵 效 失- 第 一 之 得 所 程 過 試 測 續 連- 過 經； 為數 示 旨 所測 圖 3 第 第 第 4 3數3 第 指第 為測為 示 偵示 所效所 圖 圖 之 得 所 程 過 試 測 -&C 一 中 圖 之 得 所 程 過 試 測 &一 j- 中 圖 失 失 二 三 第 第 頂 本紙張&度適用中國國家標準（CNS)A4蜆格（210x297公坌） 經濟部智慧財產局3工消費合作社印製 518702 A7 ____B7_ 五、發明說明（） 效偵測指數； 第6圖所示為第3圖中一連續測試過程所得之一第四失 效偵測指數； 第7A圖所示為第3圖至第6圖中一連續測試過程之Z 部位所得之氣體1入口壓力值； 第7B圖所示為第3圖至第6圖中一連續測試過程之Z部 位所得的前級管線壓力值； 第7C圖所示為第3圖至第6圖中一連續測試過程之Z部 位所得之截流閥； 第7D圖所示為如第3圖至第6圖中一連續測試過程之Z 部位所得的處理室壓力值； 第8A圖所示為一失效偵測方法所得之失效偵測指數與時 間的關係圖，其中該失效偵測方法於最鄭近向量 選取時並不採用叢集感測器資訊； 第8 B圖所示為一失效偵測方法所得之失效偵測指數與時 間的關係圖，其中該失效偵測方法於最鄰近向量 選取時採用叢集感測器資訊； 第9 A圖所示之功能正常蝕刻工具所得之實際感測器溫 度、預測感測器溫度與時間的關係圖； 第9 B 圖所示為以感測器溫度為一主動式感測器類型所 得之實際感測器溫度、預測感測器溫度與時間的 關係圖； 第9 C圖所示為以感測器溫度為一被動式/内含式感測器 類型所得之實際感測器溫度及預測感測器溫度與 第頃 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210^ 297公坌） (請先閱tt背面之注音)事項再填寫本頁) vt~4 * i —II 口

線 1·1 I 經濟部智慧財產局3工消費合作社印製 518702 A7 ___B7__ 五、發明說明（） 時間之關係圖； 第1 0圖所示為一設備之簡視圖，該設備係設置以執行本 明方法之一實施例； 第1 1圖所示為UPM技術之步驟的簡化示意圖；及 第12圖所示為一傳統失效偵測方法之一「靶心」（bull’s-eye )示意圖 。 (請先閱讀背面之泌意事項再填冩冬頁)

圖號對照說明： 102 半 導 體 處 理 工 具 104 輸 入 向 量 106a 處 理 室 壓 力 之 106b 即 //iL 閥 壓 力 之 主 動 式 感 測 器 值 主 動 式 感 測 器 值 10 6c 前 級 管 線 壓 力 之 106d 氣 體 1 壓 力 之 主 動 式 感 測 器 值 主 動 式 感 測 器 值 108 向 量 子 集 合 110 向 量 子 集 合 之 向 量 112 參 考 向 量 庫 114 入 向 量 116 輸 出 之 預 測 向 量 118 叢 集 感 測 器 120 晶 座 溫 度 之 被 動 式 / 122 综 合 感 測 器 内 含 式 感 測 器 值 126 第 一 加 權 集 合 124 相 似 因 子 170-: 179 參 考 •數 :擄 :庫 之 128 第 加 權 集 合 向 1量 900 蝕 刻 處 理 之 第 - 階 段 902 1虫 刻 處 理 之 第 二 階 904 第 階 段 量 測 所 得 之 906 第 二 階 段 量 測 所 得 感 測 器 溫 度 感 測 器 溫 度 10 00 設 備 1002 半 導 體 製 造 工 具 第9頁 本紙張尺度適闬中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297 ) 518702 A7 B7 五、發明說明（） 1 004晶圓處理室 1 008第一感測器 1 0 1 2控制器 1 102輸出向量 1 1 0 6工具感測器 1112參考數據庫 1 i 1 6輸出預測向量 Π)20輸出預測向量 之感測器 1 2 0 0靶心圖 1 2 0 4靶心圖之半徑距離 1 0 0 6晶圓 1 0丨0第二感測器 1 1 〇 1半導體處理工具 1 1 0 4工具感測器值 1110向量子集合 1 1 1 4失效偵測指數 111 8輸出預測向量之 感測器值 1 1 5 0-57工具之先前向量 1 2 02靶心圖之幅輪 (請先閱讀背面之主意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 發明詳細說明： 如上述說明，本發明實施例係關於使用工具模式化 技術之方法及設備，該工具模式化技術用以增強半導體 處理工具之失效偵測精準度。為使本發明更能被清楚了 解，附加第1Α圖、第1Β圖、及下文說明之參考資料。 其中，第1 A圖所示為依據本發明一方法實施例之步驟的 簡化示意圖。第1 B圖所示為第1A圖中一方法實施例之 工作細部的示意圖，該方法與一電漿蝕刻工具 1 0 2處理 過程之失效偵測結合。電漿蝕刻工具1 02僅用於示範用 途的，非用以限定本發明之應用範圍。應當了解的是， 本發明能在包含CMP工具、沉積工具、及離子怖植工具 等工具的其他半導體製造工具中進行失效偵測。 表纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規烙（21CX97公t ) 經濟部智慧財產局9、工消費合作社印製 518702 Α7 Β7 五、發明說明（） 使用本發明以偵測工具失效之前，必須先發展失效 偵測模式。發展出的失效偵測模式包含與工具1 〇 2之各 種特徵相關感測器值，該感測器值係加入於該模式之向 量中（第1A圖之步驟2)。此處使用的「感測器」形式係 指半導體處理工具的一工作參數。感測器可為不同類型， 於下文中進行詳細說明。而此處使用的「感測器類型」 形式係指某一感測器值在模式化及失效偵檢過程中扮演 的角色。某一感測器類型可表示一即時量測所得之工具 工作參數，也可不表示一即時量測所得之工具工作參數。 第1 B圖之實施例中具有7個不同感測器，計有：處 理室壓力感測器1 〇 6 a、節流閥壓力感測器1 0 6 b、前級管 線壓力感測器1 〇 6 c、氣體1壓力感測器1 0 6 d、輸出1壓 力感測器1 22、叢集感測器1 1 8及晶座溫度感測器1 20。 應當了解的是，此7個偵測器實施例僅用於示範用途， 非用以限定本發明應用範圍。在一生產環境所使用之本 發明一典型失效偵測模式，則包含多於7個以上的感測 器。 在定義各種感測器及指定感測器類型後，於某一工 具條件及相關之定義感測器下，在該工具可接受處理期 間收集數據（第1 A圖之步驟4)。接續之，從收集之數據 中建構出表示該工具操作之一模式（第1A圖之步驟6)。 該模式包含一參考數據庫、及用以產生一輸出向量及失 效偵測指數之原則。其中，該原則係將一輸出向量數據 與該參考庫比對而得。 第η頁 (請先閒tf背面之注音)事項再填寫木頁)

本紙張&度適闬中國國家標隼（CNS)A4規格（210 x 297 ) A7

Μ 8702 五、發明説明（） 第1B圖中所示的一參考數據庫實施例為庫112。數 據庫11 2包含從收集到的數據中編譯而得之數個參考數 據向量170-179。任何向量包含該模式定義之感測器成分 及與任何感測器相關的收集數據。因而，第丨B圖的庫丨i 2 中的任何向量皆包含7個感測器值。庫丨丨2中的數據代 表某一電漿蝕刻條件下的正常操作過程時，所得之工具 1〇2的參數。該模式中用以產生一輸出向量及失效偵測 指數的原則更包含指派加權值於特定感測器值之原則、 及決定比對門檻之原則。 編譯庫11 2及失效偵測模式完成後，該模式準備以 監視工具1 02於一生產環境之失效情事，其中該環境的 工具1 02係以產生參考庫丨丨2之特定條件進行操作。在 上述過私中’從该工具處進行一輸入向量1〇4之取樣工 作（第1A圖之步驟8)。向量1〇4包含與庫112中向量的 相同感測器值。一旦產生向量1 〇4，向量1 〇4即被輸入 至失效偵測模式以產生一失效偵測指數。 如第1A圖所示，失效偵測指數係使用一多步驟處理 而產生，該多步驟處理中使用一最鄰近技術以偵測相似 之參考向量以進行第一輸入向量104與庫112之比對（第 1A圖之步驟10)。而後，將最相似於輸入向量1〇4之庫 向量編譯成一向量子集合108(第1A圖之步驟12)。隨後， 從向量子集合108產生一輸出預測向量116(第1A圖之 步驟14)，而最後從預測向量11 6產生一失效偵測指數 114(第1 A圖之步驟16)。 第12頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210Χ 297公釐) ...............^.........、可.........^ (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製 518702 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（） 本發明之一實施例中，在步驟1 (M 6期間產生失效 偵測指數之相關特定細節於下文中參照第1B圖加以討 論。在某種私度上來說’失效偵測指數之產生係基於對 不同類型的感測器應用以不同的規則而得。因此，為使 本實施例更能被了解，依序說明不同之感測器類型。 如上所述，此處有4種不同感測器類型：主動式感 測器、叢集感測器、被動/内含式感測器、及综合感測器。 主動式感測器為表示一組相關工作參數的感測器。本發 明群組化相關主動感測器之貫施例為一改良失效伯測之 技術。感測器之群組化能基於已知的相關工具操作參數， 計算出標準化的失效偵測指數11 6。該相關工具操作參 數集合的實施例包含工具溫度集合或工具壓力集合。感 測器群組化之設計可排除實際上並無工具失效情事、但 卻顯示出失效數據的現象。 第1 B圖之實施例中，從操作者經驗獲得有關於電裝 蝕刻工具102之一組壓力相關參數群組。因此，包本主 動式偵測器所得之處理室壓力感測器1 〇6a、節流闕壓力 感測器106b、前級管線壓力感測器i〇6c及氣體j厭 登刀感 測器1 0 6 d全部被分類為主動式感測器。於下文中謹 τ坪細說 明主動式感測器，該主動式感測器係用於最鄰近向量之 選取處理以編譯一相關向量子集合，且其加入 w疋輸出 預測向量以產生失效偵測指數。 本發明實施例所使用之另一技術包含最鄰近向量、 選取處理，其係加入其他向量數值成分之相似性標準 裝---------訂.........線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 第13頁

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 518702 A7 _ B7 五、發明説明（） 舉例而言，第9圖即表示一功能正常的電漿蚀刻工具所 預測及量測之晶座溫度值的關係圖。晶座溫度隨時間而 循環，蝕刻處理第一階段9 0 0時晶座溫度增加，在隨後 的蝕刻處理第二階段902時晶座溫度呈現下降趨勢。 參考本發明實施例中，於選取最鄰近向量過程量測 輸入向量的電漿蝕刻處理階段。舉例而言，如第9A圖中 所示蝕刻處理第一階段900所量測之一晶座溫度輸入向 量9 04可能相同於第二階段902所量測之一晶座溫度庫 向量906。在此實施例中，晶座溫度904,906可能相同， 否則該庫向量不是一精確的輸入預測值。综上所述，本 發明使用一叢集類型感測器（例如：感測器11 8)以表示 電漿蝕刻處理工具1 02之輸入向量1 〇4取樣階段。叢集 類型感測器值係加入於最鄰近選取處理中，但不加入於 失效偵測指數的計算。 第三感測器類型為被動/内含式類型感測器，其表示 關聯性不如主動式感測器對應者高的一操作參數、但該 操作參數可預期由操作者經驗獲得以提供重要的工具失 效資料。在第1 B圖所示之特定範例中，被動/内含式感 測器1 20所對應之參數為一晶座溫度。電漿處理工具1 02 之晶座溫度關聯性不如主動式（壓力）感測器l〇6a-d對應 者高，但由使用者經驗獲知的晶座溫度為正在監視特定 蚀刻處理的一關鍵失效指數。因此，本發明實施例於計 算失效偵測指數過程中加入被動/内含式感測器1 2 0值， 更加入適用於預測輸出向量之主動式類型感測器值，該 第14頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(21〇X297公釐) I I I — 訂 I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 —--—-______ 五、發明説明（) 輸出向量至少包含一組相關工作壓力。被動/内含式類塑 感測器120非用於最鄰近選取處理，其係用於產生失效 偵檢指數。 最終的第四類型感測器為綜合類型感測器，使用其 以擴張該模式之可預測性。特定而言，综合類蜇感測器 代表於操作該工具時無法即時量測所得之物理量，但可 於半導體製程完成後即刻量測到，並被指派為一特定向 量在第1 B圖所示之特定範例中，一综合類型感測器j 22 代表由電漿蚀刻所得之一半導體特徵結構的關键尺寸 (CD)。該CD值無法在蝕刻期間量測得之，其只能在該 销刻處理結束時量測得之，並隨後加入成為一庫向量成 刀。接續之’最鄰近向量選取處理會產生一關鍵尺寸的 預測值。 綜合類型感測器122僅由該模式加以預測，並非用 於最鄰近向量之選取處理或產生失效偵測指數。综合類 型感測器122之輸入並不為該模式所需要，而輸入向量 1 04包含邊*示合類型感測器1 22之一虛值（null value)。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 外 此 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 器 中 之 論 討 中 文 下 輸於 之並 生， 產值 式測 模預 該之 測 感 型 類 合 綜 一 於 用 含 包 量 向 出 表 於 列 結 總 色 角 之 器 測 感 型 類 同 不 考 參 以 用 為 頁 5 111 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 518702 Λ7 __________ 五、發明說明（） 表1 感測器類型 代表例 是否需要 輸入？ 是否以模 式預測值？ 與其它主 動式感測 器具關聯 性？ 周以選擇 向樣子集 合？ 用以計算 失效偵測 指數？ 主動式 處理室 壓力 是 是 被動/内含式 晶座溫 度 是 否 否 是 综合 輸出1 否 是 沒有使用 否 否 叢集 步騾 是 否 沒有使用 e 否 (請先閱？f背面之注意事項再填寫本頁) 向前參閲第1A圖，一旦從半導體製造工具中取樣出 輸出向量，接續執行下一步驟’將該輸入向量與工具先 别正常操作所編譯之參考庫進行比對。向前比照最鄰近 <算步騾1 0 ,罘1Β圖所示的實施例使用二階段以量測 輸入向量104與參考數據庫U2之向量1〇7·179間的相 似性。第一測試中’進行輸入向量1 〇4及參考數據庫u 2 間^比對’以產生每—參考向量庫1 1 2的一相似因子 (similarity factor)124。相似因子124用以反應輸出向量 104中主動式類型感測器l〇6a_d對應參數之相似性。一 種產生相似因子丨24之技術可由操作前述說明之專用 UPM权體程式加以達成。凡大於一切斷值打）之向 量皆可通過該第一測試（如第1B圖中為0.97)。被動/内 宅式類型感測器1 2 0及综合類型感測器1 2 2數值不加入 芏汁算相似因子124之步驟。如第} β圖中所示，向量 第16頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公_餐一) 訂---------線-·— 經濟部智慧財產局貞工消費合作社印製 經浯部智慧財產局員工消費合作社印製 518702 A7 B7 五、發明說明（） 1 70,1 72,1 73,1 77及178通過該第一測試。 第二測試中，進行輸入向量1 04中叢集感測器1 1 8 對應之參數與參考數據庫中叢集感測器對應參數之比 對。在第1 β圖所示之實施例中，這種比對方式需要界定 該叢集感測器之身份（亦即，第一階段只有參考數據庫向 量通過第二測試）。此外，這種比對方式在欲通過第二測 試時的門檻係較低於叢集類型感測器間的實質匹配者（亦 即，該叢集類型感測器係以秒為單位量化之，而不是以 「階段」量化之，以某數秒範圍内量測輸入向量所得之 庫向量能通過該第二測試）。如第1 Β 圖中所示，向量 170，1 72,1 77及178通過該第二測試。向量173無法通過 該第二測試，因無法界定其叢集類型感測器成分及輸出 向量1 〇 4成分之身分。 下一步騾12中，將庫向量177,172,177及178中滿 足第一及第二試驗之向量編譯為向量子集合108。其中， 向量子集合1 0 8包含該模式對該被動/内含式類型感測器 1 20及综合類型感測器1 22所預測得之值。 隨後在步驟1 1 4 ，連結向量子集合1 〇 8中的各個向 量170,172,177及178，以產生一輸出預測向量116。在 第1B圖所示之實施例中，對向量170,172,177及178指 派一第一加權集合1 2 6，並接繼結合該加權向量，藉以 產生輸出預測向量 1 1 6。另外，此向量結合階段也可不 採用加權計量方式。反之，對該子集合之所有向量指定 以相同之加權值。此外，該向量結合步驟也能採用一考 第π頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公t ) (請先閱讀背面之注音心事項再填寫本頁)

518702 Λ7 B7 五、發明說明（） 量相似因子1 2 4而得之加權系統。 在步騾1 6中，藉由輸出預測向量1 1 6產生失效偵測 指數 Π 4。感測器分級為另一種能改良失效偵測精確性 的技術。依據主動式及被動/内含式類型感測器之向量用 於表示一工具失效之相對重要性，使用第二加權子集合 1 2 8以對該主動式及被動/内含式類型感測器之向量加以 分級。並隨後將該加權之感測器值加以結合，以產生失 效偵測指數1 1 4。综合類型感測器1 22及叢集類型感測 器11 8則不用以計算該失效偵測指數1 1 4。 下文所述為本發明失效偵測方法之實驗結果，並配 合第3 Α·9Β圖例加以說明。 實驗結果 I.感測器群組化 積體電路中形成介電孔時，通常對氧化物層施以電 漿蝕刻處理。蝕刻氧化物之結果可能因聚合物累積而使 晶圓位置變得不準確，因而影響生產良率。一般而言， 該高分子殘留物的移除係利用定期清理的方式為之。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線 1· 為評估本發明用之一失效偵測方法，本案申請人特 以購自美國應用材料公司之C e n y u r a⑧電衆蚀刻裝置執行 一系列連續超過1 400次之氧化層電漿蝕刻處理，在電聚 蝕刻過程中不加入使處理中斷之清理步驟，並採用Tri ant 技術公司之Model ware/RT軟體以收集及模式化該工具感 測器資料。 第18頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公f ) 經濟部智慧財產局員工4費合作社印製 518702 A7 D7 五、發明說明（） 殘值用以表示該工具之實際量測值與該模式之預測 值間的差異。第 2A-2C圖所示為初始、中期、及末期處 理操作階段時，前級管線壓力殘留值之關係圖。第2A圖 所示為1 400次連續試驗中，初始階段之前級管線壓力殘 值，其中前級管線壓力殘值起先仍然保持於預期容忍區 域X内。 第2B圖所示為試驗中期階段之前級管線壓力殘留 值，其中該前級管線壓力殘值偏移至預期容忍區域X之 最底部。 第2 C圖所示為試驗末期階段之前級管線壓力殘值。 其中，該前級管線壓力殘值延續第2 B圖所示之偏移現 象，因而前級管線壓力殘留值脫離預期容忍區域X之外。 上述壓力殘留值脫離預期容忍區域X時，傳統失效偵測 方法對該工具發出警告，並中斷晶圓生產製程，因此失 效狀況即被指出。但本案可由前級管線壓力資料與其它 工具資訊間之關聯性加以判斷，因此失效情形是否發生 仍未被決定。 因此，本發明使用包含不同主動式感測器群組之4 種失效偵測指數，以檢驗超過連續1 4 0 0次數相同處理之 電漿蝕刻工具狀態。其中，任何失效偵測指數之主動式 感測器皆列於表2中。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公t ) (請先Mtt背面之泫意事項再填寫本頁) tr, 線丨# 518702 Λ7 B7 五、發明說明（） 表2 主動式 感測器編號 第一失效 偵測指數 弟二矢效 偵測指數 第三失效 偵測指數 第四失效 偵測指數 1 處理室壓力 處理室壁溫度 直流電偏壓 夾頭電流 2 節流閥位置 夾頭溫度 前送電源 夾頭電壓 3 前級管線壓力 熱交換器溫度 尽射電源 内部氦氣流量 4 氣體1入口壓力 陰極溫度 負載承載盤位置 外部氦氣流量 5 氣體2入口壓力 無 調整承載盤位置 内部氦氣壓力 6 無 無 無 外部氦氣壓力 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 表2所示為群組化感測器方式所提供之簡化數據。 更詳而言之，二十個感測器的全部資料濃縮為四種失效 偵測指數。 表2中指數提供之增強精確性的失效偵測方法於下 文中說明，並參照第3 -7圖進行討論。第3圖為第一失 效偵測指數圖，其處理者超過1 4 0 0個晶圓。其中，這第 一失效偵測指數係針對溫度者，其中顯示該電漿蝕刻工 具並未發生失效情事。 第4圖為在處理期間的第二失效偵測指數圖。除晶 圓編號2 0 0附近處的一單一失效之外，這第二失效偵測 指數顯示並未出現工具失效情事，其中該第二失效偵測 指數係由功率偵測所得者。晶圓編號2 0 0之驟突部的形 成係因缺乏氧化物層之一裸露矽晶圓不慎置入蝕刻工具 中而被蝕刻之結果。 第5圖為在處理期間的第三失效偵測指數圖。這第 三失效偵測指數係針對晶圓夾具之偵測所得者，在晶圓 第20頁 (請先閉tf背面之注意事項再填寫本頁) 訂i 線 1# 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮) 518702 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（） 編號6 0 0附近處開始產生一失效情事，在接續之試驗中 失效頻率漸增（試驗次數大於 1 400次），這可能是晶圓之 夹附作用發生問題。此問題的發生可能為未執行定清理 步驟而造成殘留物質阻塞，因此使晶圓夹具失效。 第6圖為在處理過程期間之第四失效偵測指數圖。 這第四失效偵測指數（由壓力偵測所得者），在晶圓編號 2 00附近處顯示一失效情事，即因上述矽晶圓未覆有氧 化層之故。再者，第6圖也顯示約在晶圓編號600附近， 工具失效發生率增加之情事。這種第四失效偵測指數的 失效趨勢更指出一工具失效情事。 為了更具體檢驗第5圖及第6圖所示之失效情事， 第7A-D圖繪製出第四失效偵測指數之五個主動示感測器 之四者在第3 - 6圖所示之連續處理過程中後段「Z」部位 白勺圖示 。 第7A圖所示為氣體1入口流量。第7A圖指出氣體 1入口壓力依然位於容許範圍 X之内。第四失效偵測指 數標示之失效不是氣體1入口壓力的失效所致。 第7B圖所示為第7A圖之相同部位Z的前級管線壓 力感測器所量測之結果。第7B圖指出前級管線壓力確實 很低，其只有些微脫離容許範圍X。 第7C圖所示為第7A圖之相同部位Z的節流閥感測 器所量測之結果。第7D圖所示為部位Z的處理室壓力 感測器所量測之結果。第7C圖及第7D圖指出節流閥及 處理室壓力大體上脫離可接受之容許範圍以外。 第21頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公斐） (請先閲讀背面之注意事項再填冩本頁) _____\^ , 1 =° 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 518702 Α7 Β7 五、發明說明（） 這些感測器所讀取之數值及其與其它感測器之關係 數值能確定發生工具失效情事，即第2A-C圖之前級管線 壓力下降所形成之工具失效。本發明結合節流閥、前級 管線壓力、及處理室壓力主動式感測器以說明第四失效 偵測指數之下降行為，並確實提供比獨立使用任何單一 感測器更精確之一電漿蝕刻工具狀態指示。 B.叢集感測器 上述實驗結杲係顯示感測器群組化對工具失效檢測 所帶來的功效，但本發明仍另使用叢集感測器以增強失 效偵測方式。 第8 A圖所示為層發生工具失效情事之電漿蝕刻工 具，在其處理過程中失效偵測指數與時間之關係圖。第 8A圖中的方法在最鄰近向量之選取處理中將叢集感測器 值納入考慮範圍之列，並藉此編譯成向量子集合。第8A 圖顯示能對該工具狀態提供高度準確性之指示，其中該 失效偵測指數從時間 Τι持續惡化至時間 T2，工具最後 發生中斷並發出警示。 不同於第8Α圖，第8Β圖所示為在最鄰近向量選取 處理中不將叢集感測器值納入考量，並藉此編譯成向量 子集合。第8Β圖顯示較不能提供對該工具狀態加以精確 指示，其中該失效偵測指數在時間 Τ3時急劇下滑，並很 快在時間 Τ4前發出警示，於時間 Τ4中斷該工具。第8Α 圖中方法所提供之優良失效預先警示能使工具操作者在 第22頁 本紙張尺度適用中國國家標準CCNS)A4規格（210 X 297公t ) (請先閱tf背面之注意事項再填寫本頁) 訂i 線丨 518702 Α7 Β7 五、發明說明（） 失效發生之前有充分時間辨識及修正一失效，因此能防 止基材受到的破壞超出可容許範圍外，工具良率因而增 加。 C .被動/内含式感測器 使用被動/内含式感測器也能為失效偵測帶來助益。 舉例而言，一操作參數（例如：感測器溫度）能提供重要 的失效偵測資訊。然而，晶座溫度並不與表2 中該第一 失效指數的壓力感測器具有高度關聯性。 如果將晶座溫度指定為一主動式感測器負貴時，其 將自動為最鄰近向量選取處理時所考慮，但這是失效偵 測指數需由其它相關感測器而得時所不希望有的特徵。 第9A圖所示為一功能正常蝕刻工具量測所得的晶座 溫度及預測晶座溫度與時間的關係圖，該晶座溫度及預 測晶座溫度係於時間T t與T2間進行循環。 9Β圖所示為在一預測模式中量測所得的晶座溫度及 預測晶座溫度與時間的關係圖，在該預測模式中的感測 器溫度指定由一主動式感測器類型負貴。第9Β圖表示量 測所得的晶座溫度在時間 T i時其曲線偏離了當平坦直至 時間 T2的預測循環行為，晶座溫度並不與相關壓力感測 器有強烈的相互關聯性。然而，因為感測器溫度為一主 動式感測器類型所負責者，並在最鄰近向量選取處理時 被納入考量，因此該模式能反應出預測感測器溫度範圍 内的平坦曲線，此與實際溫度的變化相符。這種預測溫 第23頁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ 297公坌) (請先閒tf背面之注意事項再填骂本頁) 訂· 線—· 經濟部智慧財產局D肖工消費合作社印製 /02 A7

五、發明説明（） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 度的變化使得時間 T男 T -r ^ ^ a. ΛΑ -r 3 4. 'Z. L* T同i丨及T2間可能發生的工具失效情事 -、路不出來’其中可能的工具失效係由實際溫度之平坦 曲線所指出。 不同於第9B圖，第9C圖所示為在一預測模式中量 4所得的晶座溫度及一第二預測晶座溫度與時間的關係 圖’在Μ預測模式中的感測器溫度指定為一被動-内含式 麵型感測器管理。該量測所得的晶座溫度不考慮子集合 之最鄰近向量選取處理的考慮中。因此，在時間τ 1的預 /則曰曰座溫度仍然維持平坦曲線而與實際值相吻合。第9 c 圖中，實際晶座溫度在時間Τι開始為一平坦曲線，此與 預測值範圍相達，因而被認定為可能發生工具失效情事。 用於失效偵測之設備 第10圖所示為一設備之簡視圖，該設備係設置以執 行本發明方法之一實施例。其中，設備1 〇〇〇包含半導體 製造工具1 002，該半導體製造工具1〇〇2包含具有晶圓 1006於其内的晶圓處理室1004。此外，設備ι〇〇〇也包 含第一感測器1 008及第二感測器1 〇 1 〇，操作時該第一 感測器1008及第二感測器1〇1〇耦合至工具1〇〇2，以偵 測工具1102的操作參數。 控制器1012與工具1002聯繫，並亦可與第一及第 二感測器1 008,1 0 1 0聯繫。記憶體1 0 1 4耦合至一控制器 1 012，並以電腦可讀取格式儲存一電腦程式，其中該電 腦可讀取格式包含用以控制上述設備之電腦指令，用以 第24頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4规格(210X297公董) ...............裝.........、可.........^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 518702 A7

五、發明説明（） 感測出在一條件下操作之半導體處理工異的一組相關操 作參數；只對該操作參數群與該工具以該條件在先前處 理所得之記錄結果相關者加以比對；並藉由比對感測得 的操作參數群組與先前處理過程中所記錄下的相關操作 參數而產生一失效偵測指數。 前述說明之第1 B圖係用以偵測出一電漿處理工具中 工具失效的實施例，而第1 〇圖之半導體製造工具則非限 疋僅應用於此種特定實施例。本發明另一實施例中，能 在一化學機械研磨（CMP)設備中能偵測到工具失效情事。 此外，本發明其他實施例也能偵測出其他半導體設備工 具（例如：化學氣相沉積工具及微影設備）之失效情事。 此外，本發明並不侷限於前述說明中由一參考數據 庫中選取最鄰近向量以偵測工具失效的方法。聚集互相 關聯之感測器而群組化之技術亦可用於其它模式方法 中，所有這些失效偵測方法皆屬於本發明之範圍。 前文中已進行本發明之詳細說明，並附加各種實施 例說明之’沿用這些實施例所作之等效、明顯易知之修 改及更動都屬於本發明之範圍内。 裝 、一叮 ------線 (請先閲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製 頁 25 第 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐)

Claims (1)

1. 518702 ABCD 感測該工具之至少一非相關之 該條件下進行 申請專利範圍 >下列步驟 1 · 一種失效偵檢方法，該方法至少包0 sn操作參數群組， 感測一半導體處理工具之一梢關称 其中該感測動作係於一特定條件下進打’ 採作參數，同樣在 形成一包含該相關操作參數及該至少-非相關操 作參數之輸入向量； 將該輸入向量與一參考數據庫進行比對’其中該 參考數據庫至少包含該工具先前使用該條件進行處埋 所得之向量； 以與該相關操作參數群組之相似度為基礎’從該 參考數據庫中選取一或更多最鄭近之向量至該輸入向 量中；及 產生一失效工作偵測指數，由該經選取之最鄭也 向量而產生之。 2·如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中上述感測相 關操作參數群組之步驟至少包含感測與該工具之歷力 相關之操作參數的步騾。 3 ·如申凊專利範圍第1項所述之方法’其中上I心、】 關操作參數群組之步驟至少包含感測與該工具之/JIL 相關之操作參數的步驟。 第26頁 本紙張尺度適用中國國私標準(CNS)A4規格(210Χ297公楚:) .........藤.........if.........線 π請先間讀背面之涑意事項存鎮寫本ί 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 相 度 518702

   中目專利範園第1項所述之方法，其中上述感測相 關鉍作參數群組之步驟至少包含感測與該工具之功率 相關之操作參數的步驟。 5 ·如申請專利筋圖 乾圍弟1項所述之方法，其中上述感測 關&作參數群組之步驟i少、包含感測與該工具内一 圓位置相關之操作參數的步驟。 6·如申請專利範園帛1項所述之方法，其中產生上述 效偵測指數的步驟係藉由從該經選取之最鄰近向量 、扁#出向I予集合、結合該向量子集合至一輸出 、J向蓋中並從戎輸出預測向量產生一失效偵測指 而得。 相 失 中 預 數 7.如申請專利範圍帛6項所述之方法，其中上述輸出 f至少包預測操作參數，而該失效偵測指數的產生 疋藉由結合該預測操作參數而得。 向 則 ...................t.........、可----------^ (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製 8·如申請專利範圍帛7項所述之方法，其中上述結合該 輸出預測向量之操作參數的步驟至少包下列步驟· 指派一組加權值至該輸出預測向量的操作參數 中；及 加總該經加權後之操作參數。 第27頁

   518702 ABCD 申請專利範圍 •如申請專利範圍第8項所述之方法，其中上述加權值 組的指派係以該相似度為基礎。 10·如申請專利範圍第丨項所述之方法，其中該方法更包 下列步驟： 在該輸入向量内加入一被動-内含式感測器值； 在最鄰近向量選取過程中，忽略該被動-内含式感 測器值；及 在產生一失效偵測指數時，加入該被動-内含式感 測器值。 1 1 ·如令請專利範圍第1項所述之方法，其中該方法更包 下列步驟： 在該輸入向量内加入一叢集感測器值； 在最鄰近向量選取過程中，加入該叢集感測器 值；及 在產生一失效偵測指數之過程時，忽略該叢集感 測器值。 ...............裝： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 2 .如申請專利範圍第11項所述之方法，其中在該操作 參數群組被感測得時，該叢集感測器值代表該受感測 時之一半導體製程階段。 1 3 .如申請專利範圍第6項所述之方法’其中上述參考數 第28頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X297公釐) 518702 A8 B8 C8 D8 π、申請專利範園 據庫向量包含一綜合感測器值，該方法更包含： 在該輸入向量内加入該综合感測器之一虛值（null value)；及 從該輸出預測向量中獲得該综合向量感測器之一 預測值，在取鄭近向量之搜I $ * & K選取及產生一失效偵測指數 時忽略該綜合向量感測器值。 1 4.如申請專利範圍第丨3項所述之方法，其中上述综合 感測器於該半導體製造工具之操作過程中不易或不可 能即時量測得’且在該處理過程完成後被納入至該庫 向量中。 1 5. —種用以偵測一半導體處理工具失效的設備，該設備 至少包含： 一第一感測器、一第二感測器及一第三感測器， 操作時耦合至該半導體處理工具； 一控制器，其用以聯繫該半導體處理工具與該第 一、第二及第三感測器； 一記憶體，耦合至該控制器，該記憶體以電腦可 讀取格式儲存一電腦程式，其中該電腦可讀取格式包 含電腦指令，用以控制該控制器進行下列步驟： 在一半導體處理工具之一條件下，從該第一及該 第二感測器處收集該工具之相關操作參數； 在該半導體處理工具之一條件下，從該第三感測 第29頁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210X 297公釐) .....*..........^.........、玎.........^ (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製