TW569085B - Adjusting method of semiconductor machine and method of using the same to adjust semiconductor lithography machine - Google Patents

Description

569085 五、發明說明（1) 發明領域 本發明係有關於製程控制（process control )，特另,J 有關於一種調整生產多種產品之半導體機台的方法。 發明背景 在半導體產業中，半導體元件製造需歷經複雜之製造 程序，這些製造程序必須藉由多步驟之製造流程與各種不 同製造機台的搭配才能完成。而為了達到最佳的製造品 質’製造程序與機台必須進行適當微調，以維持良好之製 造品質。 以往，製程管理常藉由半導體線上人員之經驗或直覺 ，根據線上製造狀況，設定製造機台的製造條件與參數。 當製程完成後’再根據成品的品質分析數據，對機台進行 適當調整。然而，只藉由人工方式，在製造廠規模日益魔 大，產能日增的情況下，要達成半導體元件製造程序的穩 定控制，不但難以達成，也不符合現實需求。 隨著製造半導體產業的快速發達，各種製造技術的發 展與控制理論也隨之發展。藉由電腦自動化控制的演進， 目前半導體廠的生產製造流程也已經納入電腦化自動控制 的概念，設定各種製造模式（manufacturing model)用以 控制製造程序。對整合元件製造廠（Integrated Device Manufacturer， IDM)而言，由於設計生產專一產品，生產 製程的控制已導入高等程序控制（Advanced Process Control，APC)概念調整製程條件。 美國專利第6,263, 655號中揭露一種半導體製造的高

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寺广序控弟架構。係基於通用對象請求代理體系結構 (C〇mm〇n Object Request Br〇ker Architecture CORBA) 技術，其架構可與商用高等程序控制工具整合主= ，二特定組成構件’而其架構可提供採用開放式，含插 以徒供多個買方建立與銷售。 β冋4耘序控制乃精由即時分析前批製品製造社 所付到的研究數據，作為後批製品 ' 識tr〇1)依據，而此類以前 nj(feedbaCk 美國專利第6, 388, 253號中所揭露，量測製程 路線寬，並與預定值比較後，根據 、積體電 次之製程條件。 根據其偏差狀況調整下-批 目前的高等程序控制系，统，係將製造機 = controller)的控制界面連結。：=機 :=製：條件(recipe)與製品的品質分 ； :專程=系統的處理模組…統計製程控::了精由 (Statlstlc Process Contr〇1，spc)模組，採 平均移動（Exponentially Weighted M〇vi 9 口 EWMA)等方法分析。此類分析法的特點在於 verage, 特性。所得之品質分析資料統計結果匯入批的 以調整後批製品的機台製程條件。 控制益中， 批次回饋控制對於IDM廠而言，由於產品的單一性高

569085 五、發明說明（3) a f由批次與批次間的不斷微調改良，可以快 一、 大幅^南製品的良率。然而，對於半導 i枝上述的批次回饋控制的成效不彰。由於半 同、、，為多樣化的彈性生產，批次與批次之間 而機台在不同製品批次間’需根據 1對^的製程配方（recipe)。因此前批製品的 ，未必適用於後批製品的回饋控制。因此， 、多變的生產方式中，上述批次回饋控制難以 程控制最佳化的要求。 —而由於半導體代工廠的製造機台而言，半 隨著持續使用產生老化或狀況，因此需要隨 =微調動作。然而由於半導體代工廠持續處理 :咨調整不同的製造參數設定，也導致製造機 資訊不易診斷，也難以有效監控製造機二。 間操作中所產生的緩慢偏差若不及時調整y 會對製程條件產生顯著影響，導致產品良率的 因此，如何在進行多種不同種類的半導體 ，同時間有效監控並調整半導體機台的偏 半導體代工廠所需面臨的問題。 發明簡述 σ 為了解決上述半導體代工廠所面臨的機台 題，本發明的一個目的在於提供一種半導體二 法，以針對製造多種產品的半導體機台 控與調整。 仃機 速掌握製程 體代工廠而 導體代工產 經常處理不 製品特性設 製造結果分 在產品多樣 全然符合製 導體機台會 使用情況進 不同種類製 台的異常偏 機台隨長時 長時間下來 顯著下降。 產品製造中 況，則成為 監控調整問 台的調控方 台狀態的監

569085 、發明說明（4) 本^明的另—個目的在於提供一種半導體機台的 :二’可以偵測出製造多種產品 私度，以即時進行機台調整。 堝移 含下：ί本發明所提供的一種半導體機台的調控方法，包 次（t)對一半導/祕△()之所屬產品種類（j);估算貨 作來數估,广、導上機口之操作參數值(Et);藉由估算之操 >數值（Et)與前一批貨次實降 台指標值(Qt)，1中，前一：：作參數值(I-1) ’計算機 台製诰之；te η /、中别一批貨次（t-D係指在半導體機 。表把之相同產品種類（·）； 风 控顯著性判別；以及，當調控根:著機二 則進行半導體機台的調^ 者&超過—既^圍時， 其中機台指標值（Qt)可由下式求得：

Qnew==Q〇id + f (Et, Et_{) 而根據本發明之方法，半導 操作參數為曝光能量。 機口 了為微影機台，而 較佳實施例中’微影機台根據貨次⑴之機^ 私值（Qt)，設定一調整器值（qt) = e 之機口指 影機台調整至本批貨次⑴間的光罩：類'、為上次微 依照調整器值Ut)與光罩種 規則之臨界值設定進行顯著性判;^)1根^機台偏移 果，，當微影機台需進行調整時，者性判斷結 (入）以進行機台調整。 、#機σ的偏移比 實施例 J々細說明根據本發 以下以半導體微影曝光機台

0503-7586TlVf ； TSMC200M509 ； Peggy.ptd 第8頁 569085 五、發明說明（5) 明之半導體機台的調控方法。 體代ί’甘對於持續生產多種不同種類產品的半導 廠而5 ，/、微影機台10也隨時因為光罩選擇，選 不问對應的光阻型式，而隨製程所需調整曝光量（Energy) 程控制的處理可藉由一製程控制主機12進行。在 ϊίΓϋ制卜製程控制主機12對於曝光量的調整，可 :-人控制的概念進行，亦即，藉由前批次的實際曝 篁，、其曝光後結果，預估下一批次的最佳曝光值。鈇^ 了根據機台製造過程中調整製程偏移夕卜，也必須同；： 機台狀況調整機台偏移。因此，微影機台10的機台狀 控與調整，可藉由一機台調控主機14進行。 ·、'瓜 以下則以微影曝光機台為例，藉由第2圖詳細說 據本發明之半導體機台調控方法流程。 乂 首先進行步驟S202 :⑨定一貨次⑴之所屬 (J)。對於微影曝光機台而言’不同產品使用不同光類 微影機台所生產的產品種類（】）可由光罩種類作為 接著進行步驟S204 :估算貨次（t)對微影機台之 參數值（Et)。微影機台主要的操作參數為曝光能量、 (Energy)，而一般可藉由前一批相同種類（j)的貨次 在同一機台上的實際曝光能量與其曝光結果，與理相 的偏差，預估本批貨次⑴的曝光能量（Et)。由於微=間 台並不固定製造特定種類產品’因此，為了得到精準二 到對本批貨次⑴的曝光能量估計(Et)，因此採用前—的， 0503-7586TWf ； TSMC200M509 ； Peggy.ptd 第9頁 569085 五、發明說明（6) 同種類的貨次（t-丨）之製造結果回饋估計本次之曝光能量 (Et—D。 在較佳情況中，本批貨次（t)的曝光能量（Et)可以利 用下式估計： 其中：

Pt-i為貨次（t-Ι)關鍵尺寸（criti cal dimension, CD) 的預計值；

Rw為貨次（t-i)在實際以曝光能量（Et i)曝光後所得 之實際關鍵尺寸（critical dimension，CD); f (Ph，Rh)主要藉由前一同種類貨次（卜丨）的曝光結 果偏差’估計本批貨次（t)的曝光能量應微調的幅度。 在較佳情況中’ f (Pt i，Rt i)則根據機台的最佳回饋 控制的模式設計而得。 仍參見第2圖，接著進行步驟S206 :藉由估算之操作 ς ^值（Et)與前一批貨次實際操作參數值邙㈠），計算機, 二私值（Qt)。在步驟S2〇4中所計算的曝光能量（ι)是根據 ^模式所得之預估曝光能量。而為了確認微影機台本： 並未出現偏移而影響曝光能量的設定，目此藉由本批貨：

(t的估算的操作參數值（Et)與前—批貨次實際操作參數 值（ΕΗ)進一步計算機台指標值（Q )。 在二較佳情況中，機台指標值⑷可由下式求得：

Qnew - Q〇ld + f ( Enew，E〇ld ) 其中：

569085 五、發明說明（7)

Qnew為本次之機台指標值（Qt ); Q〇ld為前批貨次（t - 1 )之機台指標值（q ); 备3亥批貨次為種類（j )的第一批（t = 1 ),則Q ld = 〇。 而在較佳情況中，f(Enew，E〇id) = 1〇g(Et/Et、i)。。 因此，藉由上式可以得到本批貨次(:)的丄台指標值 (Qt)二而接著進行步驟S208 :根據機台指標值^)進行調 控顯著性判別。 調控顯著性判別則參見第3圖，採取下列步驟S8 1至 S83 ：

步驟S81 :計算微影機台在貨次（t)至前一次微影機台 進行調控間所處理之產品種類（Nt)。由於機台的偏移通常 屬於漸進、緩慢的變化，多半間隔數批後才會進行機台調 整，因此計算上次進行微影機台調控之貨次至本批貨次間 所使用的產品種類數目，即光罩數目。 曰 接著進行步驟S82 :產生一調整器值（qt) = exp (Qt/Nt) 〇 得到調整器值（qt)後，則進行步驟S83 :以調整器值 (qt)與該產品種類（Nt)根據既定規則（〇〜（3)進行顯著性 斷。 Μ 在較佳情況中，微影機台的顯著性判斷規則如下：

(1)當5> Nt =3，若|Qt -1|>〇·〇3，進行微影機台之 控； (2 )當1 〇 > Nt = 5，若丨qt - 1 | > 〇 · 〇 2，進行微影機台之調

0503-7586TW : TSMC2001-1509 ; Peggy.ptd 第11頁 569085 五、發明說明（8) (3 )备= 1 〇，若I qt - 1丨> 〇 · 〇 i，進行微影機台之調 控。 ，S，影機台距離上次調控間所使用的光罩種類越多時 时=使6周整器值（qt )的值較小，也代表機台的偏移情況較 =，應進行調整。因此，一般在微影機台使用過的光罩 類越夕時’則顯著性判斷規則中設定的臨界值則越小。 根據$ 3圖中的步驟流程，當確認需進行顯著性判斷 :阁則進仃第2圖之步驟82丨〇 :當調控顯著性超過一既定 範圍時，進行半導體機台的調控。 為了調整微影機台的偏移狀況，因此，在較佳情況中 ，如下式計算微影機台之機台偏移比（λ)。 入 new -入 old X Qf 其中： λ new為本次機台偏移比； 入。1(1為前次之機台偏移比； 其中，當該次調控為第一次，則又。^ = 〇。 因此根據本批貨次（t)所得到的機台偏移比 :订：影機台的調整。而在較佳情況中，當微影機t台調 :，☆機台狀況以進行修正，因此，根二： 微影製程/ ()的預估曝光能量(E。，以進行 上述本發明的流程步驟，其優點在於可以/主道 ?機台製造多種不同種類的產品時，仍可 ：在+導 半導體機台監@，並在半導體 偏 達—成有效的 J 顯著狀況

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時’即時的進行機台的偏移率調整。 提供一種優越的機台狀態調控方法。；〜導體代工業者 本發明之另一個優點在於本發明之 =體機：的製程批次控制模式，根據每批貨 本發明之方法亦可隨之逐批監匕前^ :况疋否偏移，並在機台達到一顯著偏 偏移程度進行即時調整。藉&，本發 $ :十：：° 在長期製造過程中，機台狀離的偏移法可有效避免 偶口狀〜、旳偏移對於製程品質產生不 艮影響。 雖然本發明以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限 定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範 圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

0503-7586TW : TSMC2001-1509 : Peggy.ptd 第13頁 -—--- 569085 圖式簡早說明 為了讓本發明之上述目的、特 ^— 懂，以下配合所附圖式，作詳細說明如乜點能更明顯易 半導體微影 半導體微影 半導體微影 ’圖所示為根據本發明之一實施;. 曝光機台的控制架構。 第2圖所示為根據本發明之一實施例中 曝光機台的調控方法流程。 第3圖所示為根據本發明之一實施例中 曝光機台的調控顯著性判斷方法流程。 符號說明 10〜微影機台； 1 2〜製程控制主機； 14〜機台調控主機； S202-S21 0〜步驟流程； S 81 - S 8 3〜步驟流程； (1) - (3 )〜判斷規則。

0503-7586TWf ; TSMC2001-1509 ; Peggy.Ptd 第14頁

Claims (1)

1. 569085

   % —種半導體機台的調控方法，係 設f 一貨次（t)之所屬產品種類（j) 估异該貨次（t)對一半導體機台之_ 包含下列步驟·· 操作參數值（Et) 古藉由該估算之操作參數值 f數值計算—機台指標值(Qt)，其ϋ際操作 二人（卜u係指在該半導體機台製造之相同產品種類=批貨 :據該機台指標值(Qt)進行調控顯著性判1類。）； 右该調控顯著性超過一既定範圍時，則進彳兮1及 機台調控。 〜進仃該半導體 2·根據申請專利範圍第1項所述之半導體機A 曝:能:該半導體機台為微影曝光機台，該^ Qnew - Q〇ld + f ( Et，Et-1 ) Qnew為本次之機台指標值； 、3·根據申請專利範圍第丨項所述之半導體機台 方法，其中該機台指標值（Qt )係由下式求得： ^工 Q〇1d為前批貨次（t -1)之機台指標值； 其中，當該批貨次為第一次（t：=l )，則Q〇id = 〇。 4·根據申請專利範圍第3項所述之半導體機台 方法，其中該f(Et，Ew)為 1〇g(Et/EtM)。 ΰ 控 5 ·根據申請專利範圍第1項所述之半導體機台的， 方法，其中根據該機台指標值（仏）進行調控顯著性:控 步驟，更包含下列步驟： 之

   569085 六、申請專利範圍 — 計算該半導體機台在該貨次（t)至前一次該半導體機 台進行調控間所處理之產品種類（Nt); 產生一調整器值（qt)：=exp(Qt/Nt);以及 以該調整器值（qt)與該產品種類（Nt)根據一既定規則 進行該顯著性判斷。 6 ·根據申請專利範圍第5項所述之半導體機台的調控 方法，其中該既定規則為： (1) 當5>Nt = 3，若丨qt-l|>〇〇3，則進行該半導體機台 之調控； (2) 當10>Nt = 5，若|qt-1|〉〇·〇2，則進行該半導體機台 之調控；以及 (3) 當Nt = 10，若|1一；1|〉〇〇1，則進行該半導體機台之 調控。 7 ·根據申請專利範圍第6項所述之半導體機台的調控 方法，其中該半導體機台之調控係調控該半導體機台之一 機台偏移比（λ )。 8·根據申清專利範圍第7項所述之半導體機台的調控 方法，其中該機台偏移比（λ )係為： 入 new -入 〇id X Qt 其中·又new為本次機台偏移比； 入。1(1為前次之機台偏移比； 其中，當該次調控為第一次，則Aold = 〇。 9 · 一種半導體微影機台的調控方法，係包含下列步

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   设定一^ ί 4. \ 管▲ M A C t )之所屬產品種類（j ); ;异该貨次⑴對—半導體曝光機台之—曝光能量 (Et) 藉由气估舁之曝光能量（I)與前— ，上)’計算一機台指標值⑹=w :際曝， 中’當该批貨次為第一次（t = 1)，U ’其 次（t - 1 )你扣士 a d 且5亥刖一批貨 姐姑 亥半導體機台製造之相同產品種類（Π · f據該機台指標值（Qt)進行調控顯著性判別；以及 :該調控顯著性超過一既範圍時， 曝光機台調控。 〜暹仃該+導體 1 υ

   、蘇申請專利範圍第9項所述之半 調控方法’其中該f(Et，EtM)為log(Et/EH)。 、s 11 ·根據申請專利範圍第1 0項所述之半導體微影機 的調控方法，其中根據該機台指標值（Qt)進行調控顯著 判別，f驟，更包含下列步驟： … t算χ»亥半導體微影機台在該貨次（t)至前一次該半 體微影機台進行調控間所處理之產品種類（Nt ); 產生一調整器值（qt) = exp(Qt/Nt);以及 以該調整器值（qt)與該產品種類（Nt )根據一既定規 進行該顯著性判斷。

   1 2 ·根據申請專利範圍第11項所述之半導體微影機台 的調控方法，其中該既定規則為： (1)當5>Nt = 3，若|qt —;ΐ|>〇·〇3，進行該半導體微影機 台之調控；

   0503-7586TW ; TSMC2001-1509 ; Peggy.ptd 第17頁 569085 進行該半導體微影機 六、申請專利範圍 (2) 當 l〇>Nt = 5，若 | qt —1 | >〇· 〇2 台之調控；以及 ^ ο Ν ^ Μ „ 1 Λ 進行該半導體微影機台 (3) 當 Nt-iu，若 — ，必 之調控。 _ 1 3.根據申請專利範圍第丨2項所述之半導體微影機台 的調控方法，其中該半導體曝光機台之調控係調控該半導 體曝光機台之一機台偏移比（λ)。 η專利範圍第13項所述之半導體微影機台 的調控方法，其中該機台偏移比（λ)係為： 入 new - Apld X qt 其中·久new為本次機台偏移比； 入。Id為前次之機台偏移比； 其中’當該次調控為第一次， 、八 old = 〇 。

   0503-7586TWf ； TSMC2001-1509 ； Peggy.ptd 第18頁