TWI446402B - 基於資訊可信度之增進的狀態估計 - Google Patents
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Description
本發明大體有關於半導體製造,且更特定的是有關於一種用於基於製造資料而執行適應狀態估計製程(adaptive state estimation process)以減少製程變異(process variation)之方法與裝置。
製造業的技術爆增已導致出現許多新型創新的製程。現今的製程,特別是半導體製程,需要許多重要的步驟。這些製程步驟通常都相當重要,因此需要許多一般要微調的輸入以維持適當的製造控制。
半導體元件的製造需要許多分立的製程步驟以便從半導體原料生產出已封裝好的半導體元件。從初始成長半導體材料、把半導體晶體切成個別的晶圓片、經過數種製造階段(蝕刻、摻雜、離子植入、或其類似者)、到已完成裝置的封裝與最終測試的各種製程彼此不同且專門化(specialized),以致於該等製程可在含有不同控制方案的不同製造場所進行。
一般而言,對於一群半導體晶圓片(有時被稱作批量(lot))會進行一套加工步驟。例如,在半導體晶圓片上可形成由各種不同材料組成的處理層(process layer)。之後,使用習知微影技術(photolithography technique)在該處理層上形成圖樣化的光阻層。通常,接著使用圖樣化的光阻層作為遮罩而在該處理層上進行蝕刻製程。此蝕刻製程導致
在該處理層中形成各種特徵(feature)或物件(object)。此類特徵可用來作為,例如,電晶體的閘極結構。在半導體晶圓片的基材上也可多次形成數個溝槽隔離結構(trench isolation structure)以隔離半導體晶圓片的電性區(electrical area)。可使用之隔離結構的一個例子為淺溝槽隔離(STI)結構。
半導體製造設施之內的數個製造工具通常會與製造系統架構(manufacturing framework)或有數個加工模組(processing module)的網路通訊。一般是把各個製造工具連接至設備界面(equipment interface)。該設備界面係連接至與製造系統網路(manufacturing network)相連接的機器界面(machine interface),從而使該製造工具與該製造架構之間的通訊更便利。該機器界面通常可為先進製程控制(APC)系統的部份。該APC系統會初始化控制腳本(control script),此控制腳本可為自動擷取供執行特定製程所需要之資料的軟體程式。
第1圖圖示典型半導體晶圓片105。該半導體晶圓片105通常包含多個排列成網格(grid)150的個別半導體晶粒103。使用習知的微影製程及設備,在一或更多待圖樣化的處理層上可形成圖樣化的光阻層。取決於所使用的特定光罩,為微影製程之部份的曝光過程,通常是每次用步進機(stepper)在單一或多個晶粒103的位置進行。在底下一層或數層材料(例如,多晶矽層、金屬或絕緣材料)上進行濕式或乾式蝕刻製程期間,該圖樣化的光阻層可用來作為遮
罩,以轉印(transfer)想要的圖樣至該下層。該圖樣化的光阻層係由多個特徵組成,例如,待複製於底下處理層之中的線型特徵(line-type feature)或開放型特徵(opening-type feature)。
為了測定數種製程控制參數,最新式的加工系統(processing system)利用狀態估計功能(state estimation function)。狀態估計功能可包含評估控制製程功能之控制器的效能。通常是在加工處理晶圓片且取得有關於已加工晶圓片的計量資料(metrology data)後就進行狀態估計功能。
請參考第2圖,其係示意圖示先前技術製程流程(process flow)的流程圖。製造系統可加工一批次的半導體晶圓片(方塊210)。在加工該等晶圓片後,即可取得與至少一些已加工晶圓片有關的計量資料(方塊220)。基於該計量資料,可用該製造系統執行狀態估計功能(方塊230)。該狀態估計功能可有關於與製造系統有關之控制器的效能評估。基於該狀態估計處理(state estimation process),該製造系統可調整控制器(例如,批次間控制器(run-to-run controller))的各種參數用來控制後續半導體晶圓片的加工操作(方塊240)。
與最新式方法有關的一個問題係包括以下事實:一般而言是以相同的方式加工及處理不同組的計量資料,即使彼等可能有不同的特性。狀態估計器(state estimator)的例子之一可為EWMA估計器。最新式的技術一般是用以下方
式使用EWMA估計器:對於所有用來測定加工系統之當前狀態估計的輸入資料,都用大體相等的權重。一般而言,最新式的狀態估計功能提供狀態估計是基於大體相等、用於計量資料的權重,而不管任何與特定一組計量資料有關的特殊屬性。這可能導致錯誤評估控制器的操作。
在最新式的技術中,可考量與特定一組計量資料集合有關的隱含資訊。因此,在用來進行狀態估計的該組資料集合中,可能無法適當地表示大體更能呈現實際情況的計量資料。例如,以相同的方式處理所有與高於預定臨界值之計量資料有關的適合度(goodness-of-fit)數值。例如,如果以0.7適合度因子數值的臨界值用作臨界值,控制器可能對0.75的適合度結果與0.95的適合度結果提供相等的權重。這些技術上的細節可能導致不夠精確的反饋修正或前饋修正,從而進一步導致與已加工半導體晶圓片105有關的品質或良率降低。
本發明的目的是要克服或至少減少以上所提及之一或更多個問題的影響。
在本發明的一態樣中,提供一種用於執行用來加工半導體晶圓片之適應狀態估計製程的方法。第一工件之加工(processing)係使用製程控制器(process controller)與加工工具(processing tool)來控制。擷取與該第一工件之該加工有關的製造資料。擷取與該製造資料有關的狀態資料。該狀態資料包含與該製造資料之來源有關的資料。基於該狀
態資料與該製造資料,測定製程控制器或加工工具的狀態。
在本發明的另一態樣中,提供一種用於執行用來加工半導體晶圓片之適應狀態估計製程的方法。擷取與對工件執行之製程有關的製造資料。擷取與該製造資料有關的周邊資料。該周邊資料包含:與該製造資料之來源有關的資料、與該製造資料之年齡(age)有關的資料、與該製造資料之適合度(goodness-of-fit)有關的資料、與該製造資料相互關聯的預測資料、與用來擷取該製造資料之工具的識別符號(identification)有關的資料、與測試晶圓片相關聯之製造資料所相關的資料、與生產晶圓片(production wafer)相關聯之製造資料所相關的資料、或有關於該製造資料之可信度(credibility)的資料。基於該周邊資料與該製造資料,測定有關於用來加工第一工件之控制器的狀態估計。
在本發明的另一態樣中,提供一種用於執行用來加工半導體晶圓片之適應狀態估計製程的方法。擷取與對第一工件執行之製程有關的製造資料。擷取與該製造資料有關的元資料(metadata)。該元資料包含:與該製造資料之來源有關的資料、與該製造資料之年齡有關的資料、與該製造資料之適合度有關的資料、與該製造資料相互關聯的預測資料、與用來擷取該製造資料之工具的識別符號有關的資料、與測試晶圓片相關聯之製造資料所相關的資料、與生產晶圓片相關聯之製造資料所相關的資料、或有關於該製造資料之可信度的資料。基於該元資料,分配權重(weight)給該製造資料。基於該製造資料之該權重,調整至少一狀
態估計參數。基於該狀態估計參數,執行用來加工該工件之控制功能的狀態估計。
在本發明的另一態樣中,提供一種用於執行用來加工半導體晶圓片之適應狀態估計製程的系統。本發明的系統包含:用以加工工件的加工工具、用以擷取與加工該工件有關之製造資料的測量工具、以及操作地耦合至該加工工具以及該測量工具的控制器。該控制器係經適於用以:擷取與該製造工具有關的元資料、基於該元資料分配一權重給該製造資料、基於該製造資料之權重調整至少一狀態估計參數、以及基於該狀態估計參數執行該系統之至少部份的狀態估計。
在本發明的另一態樣中,提供一種用於執行用來加工半導體晶圓片之適應狀態估計製程的裝置。本發明的裝置包含:用於使用製程控制器與加工工具來控制第一工件之加工的機構(means);用於擷取與該第一工件之加工有關的製造資料的機構;用於擷取與該製造資料有關之狀態資料的機構,該狀態資料包含與該製造資料之來源有關的資料;以及用於基於該狀態資料與該製造資料而測定該製程控制器與該加工工具中之至少一個之狀態的機構。
在本發明的另一態樣中,提供一種用指令編碼的電腦可讀取程式儲存裝置,用於執行用來加工半導體晶圓片的適應狀態估計製程。該電腦可讀取程式儲存裝置是用在被電腦執行時會執行一種方法之指令編碼,該方法包含:使用製程控制器與加工工具控制第一工件之加工;擷取與該
第一工件之加工有關的製造資料;擷取與該製造資料有關的狀態資料,該狀態資料包含與該製造資料之來源有關的資料;以及基於該狀態資料與該製造資料,測定該製程控制器與該加工工具中之至少一個的狀態。
以下描述數個本發明的示範具體實施例。為使說明簡潔,本專利說明書沒有描述實際具體實作的所有特徵。當然,應瞭解,在開發任一此類的實際具體實施例時,必需做許多與具體實作有關的決策以達成開發人員的特定目標,例如遵循與系統相關及商務有關的限制,這些都會隨著每一個具體實作而有所不同。此外應瞭解此類開發既複雜又花時間,但卻是本技藝一般技術人員得益於本揭示內容後的例行工作。
現將參考附圖來描述本發明。示意圖示於附圖的各種結構、電腦、加工工具及系統都只是用來解釋且避免熟諳此藝者所習知的細節混淆本發明。儘管如此,仍納入附圖用來描述及解釋本發明的示範實施例。本文所用的字彙及片語應使用與相關技藝技術人員所習知之意思一致的方式來理解及解釋。希望一致用於本文的術語或片語沒有暗示特別定義的術語或片語,亦即,與熟諳此藝者所理解之普通慣用意思不同的定義。在這個意義上,希望術語或片語具有特定的意思時(亦即,不同於熟諳此藝者所習知的意思),會在本專利說明書中以直接明確地提供該術語或片語之特定定義的方式清楚地陳述此一特定的定義。
部份的本發明及其對應的詳細說明是用軟體表示,或用在電腦記憶體內運算資料位元的演算法與符號表示。這些描述及表示均可供本技藝一般技術人員與其他本技藝一般技術人員用來有效地傳達工作內容。例如在此所用之演算法,跟一般所用的意思一樣,應為可產生所欲結果、有自我一致性的步驟順序。該等步驟是需要實際操縱實體數量的步驟。通常,但非必要,這些數量的形式為,能儲存、傳送、結合、比較、以及以其他方式操控的光學、電子、或磁性訊號。已證實,主要是基於一般使用上的理由,有時適合用以下術語指稱該等訊號:位元、數值、元素、符號、字母、項目、數字、或其類似物。
不過,應注意,所有這些及類似的術語是要關聯於適當的實體數量且只為了便於標示此等數量。除非特別明示,或者是在說明中是顯而易見的,諸如“處理”或“計算”或“演算”或“測定”或“顯示”或其類似者之類的術語係指稱電腦系統或類似電子計算元件的運作與處理,其係處理及轉換在電腦系統之暫存器與記憶體內表示實體、電子數量的資料成為同樣在該電腦系統記憶體或暫存器或其他資訊儲存所內、傳送或顯示裝置所表示實體數量的其他資料。
半導體製造涉及許多分立的製程。數個工件(例如,半導體晶圓片105、半導體元件、等等)會多次逐步通過多個製造加工工具。本發明的具體實施例是要用來完成適應狀態估計功能的。可進行製程控制器的狀態估計以便能施加不相等或不同的權重於各組製造資料。不相等的權重可對
應至與製造資料相關聯的特殊屬性。例如,相較於與已加工測試晶圓片有關的計量資料,可用不同的方式處理來自數個已加工晶圓片的計量資料;從而,關於該資料的資訊可用來測定製程控制器的更精確的狀態估計。然後,對於後續的製程控制操作可進行調整。
此時請參考第3圖,其係根據本發明數個具體實施例,圖示系統300。系統300中,製程控制器305能夠控制與多個加工工具310有關的各種操作。該等加工工具310可包含多個腔室(chamber)325,其中各個腔室可加工數個晶圓片。該系統300也可包含多個計量工具360以擷取與已加工半導體晶圓片105有關的計量資料。
該系統300也可包含資料庫單元340。該資料庫單元340是用來儲存多種類型的資料,例如與製造有關的資料、與系統300的操作有關的資料(例如,加工工具310的狀態、半導體晶圓片105的狀態等等)、與製造有關之資料的相關資訊(例如,資訊可信度/來源等等)。該資料庫單元340可儲存有關於該加工工具310所執行之多回加工的工具狀態資料。該資料庫單元340可包含資料庫伺服器342,其係用於把與晶圓片加工有關的工具狀態資料及/或其他的製造資料儲存於資料庫儲存單元345內。
該系統300也可包含用來擷取工具狀態資料的工具狀態資料感測器單元320。該工具狀態資料可包含與加工工具310的操作有關之壓力資料、溫度資料、濕度資料、氣流資料、各種電氣資料、釋氣(out-gas)程度的資料、以及
其他類型的資料。蝕刻工具的示範工具狀態資料可包含氣流、腔室壓力、腔室溫度、電壓、反射功率(reflected power)、背面氦氣(backside helium)壓力、射頻調諧參數(RF tuning parameter)等等。該工具狀態資料也可包含加工工具310外面的資料,例如周遭溫度、濕度、壓力等等。以下更詳細地提供第5圖中工具狀態資料感測器單元320的圖解說明。
利用加工狀態單元(process state unit)370,該系統300能夠執行適應狀態估計功能。基於該適應狀態估計功能,該系統300能以更精確的方式實現製程修正(process correction)。該加工狀態單元370能夠基於有關於正被分析之實際製造資料的周邊資訊來調整製程估計器(例如,EWMA估計器)的加權處理(weighting process)。例如,如果加工狀態單元370正在分析計量資料時,也可分析有關於計量資料之可信度或來源的周邊資訊。例如,可判定計量資料的來源,例如,它是來自於與測試晶圓片有關的資料還是與生產晶圓片有關的資料。此資訊可提供該計量資料之可信度的指示,它可另外包含資料精確度以外的資訊。基於計量資料是來自生產晶圓片的判定,計量資料可加上另一權重用來執行狀態估計。這可用來更精確評估製程控制器的狀態,因為與測試晶圓片相比,正被分析的計量資料是來自生產晶圓片,所以更能接近地反映實際生產過程的結果。
有關於正被分析之製造資料的其他周邊資料或狀態資
料可包含:測定計量資料的年齡、用來產生正被分析之製造資料的適合度及/或方程式、與製造資料相關的預測資料等等。此有關於正被分析之實際資料的周邊資訊可供洞察製造資料的數值,隨後加工狀態單元370可用該製造資料的數值來作為決定狀態估計的加權因子。該周邊資料也可包含元資料,其中該元資料大體與製造資料相關聯的資訊有關。
系統300的各種元件,例如製程控制器305、加工狀態單元370等等,可為獨立單元的軟體、硬體、或韌體單元或整合於一與系統300相關聯的電腦系統內。此外,第3圖中以方塊表示的各種組件可經由系統通訊線路315而可彼此通訊。該系統通訊線路315可為一或更多條電腦匯流排鏈路、一或更多條專用硬體通訊鏈路、一或更多條電話系統通訊鏈路、一或更多條無線通訊鏈路、及/或熟諳此藝者受益於本揭示內容後所實現的其他通訊鏈路。
現在請參考第4圖,其係更詳細地圖示第3圖中之工具狀態資料感測器單元320的方塊圖。該工具狀態資料感測器單元320可包含各種不同類型的感測器中之任一種,例如,壓力感測器410、溫度感測器420、濕度感測器430、氣體流率感測器440、電氣感測器450等等。在一替代具體實施例中,該工具狀態資料感測器單元320可包含數個整合於加工工具310之中的原位感測器(in situ sensor)。壓力感測器10能偵測加工工具310內的壓力。溫度感測器420能感測加工工具310不同位置處的溫度。濕度感測器
430能偵測加工工具310中不同部份或其周遭環境的相對濕度。氣體流率感測器440可包含多個能偵測多種在半導體晶圓片105加工期間所使用的製程氣體(process gas)之流率的流率感測器。例如,氣體流率感測器440可包含數個能偵測數種氣體(例如,NH3
、SiH4
、N2
、N2
O、及/或其他製程氣體)之流率的感測器。
在一具體實施例中,電氣感測器450能偵測多種電氣參數,例如提供給用於微影製程之燈泡的電流。該工具狀態資料感測器單元320也可包含能偵測熟諳此藝者受益於本揭示內容後得知的各種製造變數的其他感測器。該工具狀態資料感測器單元320也可包含工具狀態感測器資料界面460。該工具狀態感測器資料界面460可由內含於加工工具310或與其相關聯的各種感測器收到感測器資料,及/或該工具狀態資料感測器單元320並且傳送資料給製程控制器305。
現在請參考第5圖,其係根據本發明之圖示具體實施例更詳細地圖示第3圖中之加工狀態單元370的方塊圖。該加工狀態單元370可接收與加工中之晶圓片有關的製造資料。該製造資料可包含(但不受限於):計量資料、工具狀態資料、效能資料、有關於加工晶圓片之電路效能的資料、晶圓片電氣測試(WET)資料、預測資料等等。
該加工狀態單元370可包含製造資料處理單元510。該製造資料處理單元510能夠處理及組織加工狀態單元370所收到的各種製造資料。該加工狀態單元370也可包
含周邊資料單元520。該周邊資料單元520能夠解讀各種周邊或與該加工狀態單元370所收到之特定製造資料有關的相關資料。例如,收到的計量資料也可包含計量資料的來源及/或其他以背景界定的資料(context-definition data)。例如,該周邊資料可包含關於該計量資料是與測試晶圓片有關還是與生產晶圓片有關的資訊。
該加工狀態單元370也可收到其他類型的周邊資料。例如,該工具狀態資料可附有與該特定工具或在與該工具狀態資料有關的加工工具310內之特定腔室有關的資訊。例如,該周邊資料單元270可表示該工具狀態資料可與加工許多晶圓片的量產加工工具310有關。此一關於工具狀態資料有相對較高可信度的資訊在測定狀態估計的時候可用來分配較大的權重給該工具狀態資料。在一具體實施例中,該周邊資料可為該製造資料流(manufacturing data stream)的一部份。不過,在一替代具體實施例中,該加工狀態單元370可各別地接收該周邊資料。
該製造資料處理單元510與該周邊資料單元520可提供資料給相互關聯單元(correlation unit)530。該相互關聯單元530能夠相關、堆疊、及/或組織各種製造資料和有關的周邊資料供進一步分析。因此,例如,在用來做狀態估計分析之前,有關於計量資料之來源的周邊資料可與實際的計量資料相互關聯。
該加工狀態單元370也可包含估計器參數單元(estimator parameter unit)540。該估計器參數單元540可接
收相互關聯的製造/周邊資料。對於用來完成狀態估計功能之一或更多參數的任何變化,該估計器參數單元540都能做評估及/或計算。例如,EWMA狀態估計器的遺忘因子(forgetting factor)可用估計器參數單元540來決定。基於該等狀態估計器參數的調整,該狀態估計器單元550能夠執行各種演算法且完成各種計算以測定與加工功能(processing function)有關的狀態估計。
該狀態估計器單元的實施例可為EWMA估計器。基於可信度及/或正被分析之製造資料的周邊特性,該加工狀態單元370能夠修改特定幾個參數的權重。因此,即使例如認為計量資料的精確度夠高,如果周邊資料表示計量資料由於是基於測試晶圓片以致來源的可信度不足時,則在執行狀態估計處理時以適應方式減少附屬於解釋該計量資料之參數的權重。該周邊資料可包含各種資訊,例如資料的來源、被擷取資料之晶圓片的類型、資料的年齡、與該資料有關的適合度、基於半導體晶圓片目前之狀態對最終產品所做的預測、等等。藉由資料的年齡與預設時段比較,可測定資料的年齡以判定資料的年齡是否超過臨界值。基於周邊資料及其可信度,執行適應狀態估計處理以測定製程的估計狀態。
現在請參考第6圖,其係根據本發明之示範具體實施例提供用於完成適應狀態估計製程的加工流程之流程圖。可用系統300加工一或更多個半導體晶圓片(方塊610)。在完成該等製程後,即可擷取與製程有關的製造資料(方塊
620)。製造資料可包含各種類型的資料,例如與以下各項中之部份或全部有關的計量資料:製程輸出、工具狀態資料、晶圓片的效能、晶圓片電氣測試、對加工晶圓片之效能的預測等等。在擷取製造資料後,反饋資料即可用來評估製造資料的周邊資料(亦即,資訊可信度)。這可包含在擷取該製造資料時的各種環境方面,例如與工具狀態資料有關的特定工具和該工具之歷史、計量資料所擷取之晶圓片的類型、對加工晶圓之效能的預測、擷取製造資料的延遲等等。
在評估資訊可信度後,系統300即可調整一或更多個估計器參數(方塊640)。然後,修改過的估計器參數可用來進行狀態估計製程(方塊650)。該狀態估計製程可利用修改過的估計器參數以及製造資料本身來進行狀態估計製程。此外,該狀態估計製程可包含:分析前幾個製程操作的前饋資料(feed-forward data)。
使用該(等)修改過的估計器參數,該狀態估計製程可有效地調整送到狀態估計處理的製造資料之權重。根據此加權,基於環境及/或製造資料的背景,可進行該狀態估計的適應調整。適應調整已予估計之參數以進行狀態估計製程的一個實施例可包含:測定沉積製程對於測試晶圓片或生產晶圓片是否已實現沉積厚度。相較於由測試晶圓片取得的資料,生產晶圓片所測得的沉積厚度對於實際的加工結果更有參考性,因此權重可加大。因此,當狀態估計器更新生產晶圓片的沉積速率時,相較於拓樸量(amount of
topology)可能較少的測試晶圓片,生產晶圓片的拓樸對沉積速率的影響會更重。因此,基於本發明具體實施例所提供的適應狀態估計處理,可達成更精確的製程調整。
適應狀態估計製程的另一實施例可包含晶圓片於化學機械研磨加工(CMP)後的分析。特定的晶圓圖樣會影響工具去除裸晶圓的速率(BWRR),結果這會影響最終的膜厚。因此,通常需要校正BWRR以確保沉積製程有精確修正的膜厚。利用數個試作晶圓片(Qual run wafer)以擷取資料然後接著利用由下一個生產運轉(production run)所得到的圖樣效應(pattern effect),可用來加權EMWA因子(甚至加高),這可加快狀態估計的更新與收歛。在進一步加工晶圓片時,圖樣效應的資訊可能會變成比較不可靠。因此,適應狀態估計處理可調整用於該狀態估計的加權(例如,EMWA的權重),此係藉由使它縮小回到較低的位準以使估計與實際值的過大偏差減少。因此,不需要運行前瞻性晶圓片(look-ahead wafer),利用本發明具體實施例所提供的適應狀態估計功能即可改善CMP加工的控制效能。EMWA(指數型加權移動平均數)可與一種用於監控製程的統計數值相連繫,其係以隨著時間逐漸提供較小權重於資料的方式來平均資料。
如另一實施例,圖示於第6圖的反饋方塊圖可意指:基於擷取計量資料的延遲來調整數個被估計的參數。例如,如果計量資料是在加工後延遲一段顯著或過久的時間後取得,可基於該計量資料的年齡來減少與該計量資料有
關之估計器參數的加權。因此,可減少過於陳舊之計量資料的影響。這對於適應狀態估計製程的製程可提供更精確的反饋調整(feedback adjustment)或前饋調整(feed-forward adjustment)。
在另一實施例中,可用不同的方式處理適合度顯著不同的計量資料且基於該適合度可適應地加權狀態估計。例如,計量資料可包含兩部份:實際計量值(metrology value)以及與該計量值有關的適合度計算結果。該適合度可包含有關於測量可靠性的資訊。基於與特定製造資料相關聯之適合度的數值,可調整該狀態估計器參數。例如,在方塊630的評估資訊可信度期間,製造資料可表示適合度的數值為0.95。該估計器參數處理方塊640的調整可用來增加與適合度關聯之製造資料的加權。不過,如果適合度被設定成0.75,則可調整估計器參數以降低此種資料的權重。
完成適應狀態估計製程的另一實施例可包含:在使用特定製造資料進行狀態評估分析時,分析預測誤差。例如,如果提供計量資料的第一量測處理(first measurement process)明顯偏離初始預測值時,對於該資料可調整狀態估計器以具有較低的加權,藉此增加狀態估計處理的精確度(方塊650)。因此,可分析各種類型的周邊資料以評估待附屬於製造資料之特定集合的可信度。利用此加權方案,對於與系統300關聯的製程,可做更精確的調整。
現在請參考第7圖,其係圖示根據本發明一示範具體實施例所述之方法的流程圖。系統300可加工一批次或一
批量的半導體晶圓片(方塊710)。在加工晶圓片後,系統300即可擷取製造資料(方塊720)。在擷取製造資料後,也可擷取周邊資料(方塊730)。可以整合於製造資料中之部份或與其分離的方式接收所擷取之周邊資料。
在取得周邊資料以及相關的製造資料後,系統300即可進行適應狀態估計測定製程(方塊740)。以下以第8圖更詳細地說明該適應狀態估計測定製程。在進行適應狀態估計測定製程後,由系統300提供基於製造資料之背景而予以加權的製程狀態估計。根據計算出適應最近情況的製程參數,基於狀態估計,可決定各種製程控制參數(方塊750)。在修改該等製程控制參數後,接著即可進行下一個晶圓片的處理或對先前已被加工的晶圓片進行後續的製程(方塊760)。
現在請參考第8圖,其中的方塊圖係圖示數個步驟用於完成第7圖中之方塊740的適應狀態估計測定製程。系統300,在取得製造資料以及相關的周邊資料後,基於周邊資料,即可將該製造資料特徵化(characterize)(方塊810)。在特徵化該製造資料後,系統300即可特徵化與該資料有關之資訊的可信度(方塊820)。例如,測試晶圓片的來源可賦予比實際製造晶圓片資料小的權重或數值。這可包含測定來源是測試晶圓片還是生產晶圓片,此可能影響計量資料的可信度。
系統300也可執行一有關於製造資料與周邊資料的相互關聯功能(correlation function)。然後,此相互關聯性可
用來調整估計器參數(方塊840)。估計器參數調整的決定係包含使用相互關聯後的周邊資料、實際的製程資料,這可包含提供較大的加權於製造資料。在調整該等狀態估計器參數後,系統300對於該等已調整過的估計參數可進行狀態估計。基於該等已調整過的估計參數,使用該等已調整過的估計器參數來完成更精確的狀態估計測定(方塊850)。這可包含完成製程的反饋修正或對後續的製程做前饋調整。
藉由對狀態估計的各種參數進行適應調整可增強利用本發明狀態估計處理的具體實施例。利用外部資料或與實際製造資料有關的周邊資料,適當的背景可放入該製造資料,這可用來適應地調整用來完成狀態估計功能的參數。基於用以完成狀態估計之參數的適應調整,可進一步促進取得資料和相關環境的精確度。因此,使用本發明具體實施例可實現更強健且更精確的製程調整或製程控制調整。
本發明所教導的原理可具體實作於先進製程控制(APC)架構中。該APC架構為可具體實作本發明所教導之控制策略的較佳平台。在一些具體實施例中,該APC架構可為整個工廠(factory-wide)軟體系統;因此,廠房中幾乎任何半導體製造工具都可應用本發明所教導的控制策略。該APC架構也允許製程效能的遠端存取和監控。此外,藉由利用該APC架構,資料儲存會更方便、更有彈性、且比本地驅動器更便宜。由於在寫入必要的軟體代碼方面提供了大量靈活性,該APC架構允許更複雜的控制類型。
將本發明所教導的控制策略部署於APC架構可能需要許多軟體組件。除了APC架構內的組件以外,對於每一個涉及控制系統的半導體製造工具,可寫成一份電腦腳本(computer script)。當控制系統內的半導體製造工具在半導體製造晶圓廠開始時,它通常會叫出一份腳本以初始化製程控制器(例如,重疊控制器(overlay controller))所要求的動作。控制方法通常是在這些腳本中定義且用它來執行。控制系統的開發有大部份是腳本的開發。本發明所教導的原理可具體實作於其他類型的製造架構中。
以上所揭示的特定具體實施例均僅供圖解說明,因為熟諳此藝者在受益於本文的教導後顯然可以不同但等效的方式修改及實施本發明。此外,除非在以下申請專利範圍中有提及,不希望本發明受限於本文所述之構造或設計的細節。因此,顯然可改變或修改以上所揭示的特定具體實施例且所有此類變體都會被認為仍然是在本發明的範疇與精神內。因此,於此所請求保護者為如以下的申請專利範圍所提出者。
103‧‧‧半導體晶粒
105‧‧‧半導體晶圓片
150‧‧‧網格
210、220、230、240、610、620、630、640、650、660、
710、720、730、740、750、760、810、820、830、840、850‧‧‧方塊
270‧‧‧周邊資料單元
300‧‧‧系統
305‧‧‧製程控制器
310‧‧‧加工工具
315‧‧‧系統通訊線路
320‧‧‧工具狀態資料感測器單元
325‧‧‧腔室
340‧‧‧資料庫單元
342‧‧‧資料庫伺服器
345‧‧‧資料庫儲存單元
360‧‧‧計量工具
370‧‧‧加工狀態單元
410‧‧‧壓力感測器
420‧‧‧溫度感測器
430‧‧‧濕度感測器
440‧‧‧氣體流率感測器
450‧‧‧電氣感測器
460‧‧‧工具狀態感測器資料界面
510‧‧‧製造資料處理單元
520‧‧‧周邊資料單元
530‧‧‧相互關聯單元
540‧‧‧估計器參數單元
550‧‧‧狀態估計器單元
參考以下結合附圖的說明可更加瞭解本發明,其中類似的元件用類似的元件符號表示。
第1圖示意圖示可被半導體製造系統加工的半導體晶圓片的格式化(stylized)圖式;第2圖示意圖示先前技術用於加工半導體晶圓片之方法的流程圖;
第3圖圖示根據本發明之一示範具體實施例之系統的方塊圖;第4圖提供根據本發明之一示範具體實施例,第3圖中之工具狀態資料單元(tool state data unit)的方塊圖;第5圖圖示根據本發明之一示範具體實施例,第3圖中之製程資料單元(process data unit)之更詳細的描述;第6圖圖示根據本發明之一示範具體實施例,用於執行製程控制功能(process control function)的加工流程之方塊圖;第7圖圖示根據本發明之一示範具體實施例的方法的流程圖;以及第8圖圖示用於執行適應狀態估計測定製程(adaptive state estimation determination process)的步驟的更詳細流程圖。
儘管本發明容易做成各種修改及替代形式,本文仍以附圖為例圖示幾個本發明的特定具體實施例且詳述於本文。不過,應瞭解本文所描述的特定具體實施例不是想要把本發明局限為本文所揭示的特定形式,反而是,本發明是要涵蓋落入如附上申請專利範圍所界定之本發明精神及範疇內的所有修改、等效及替代者。
710、720、730、740、750、760‧‧‧方塊
Claims (27)
- 一種半導體製造方法,包括:使用製程控制器與加工工具,控制第一工件之加工;擷取與該第一工件之該加工有關的製造資料;擷取與該製造資料有關的狀態資料,該狀態資料包括識別該製造資料之來源的資料,該來源為下列之至少一項:被加工之一類型工件,包括測試工件或生產工件至少其中之一;或於該加工被使用之一類型工具;以及基於該狀態資料及該製造資料,測定該製程控制器及該加工工具中之至少一個的狀態。
- 如申請專利範圍第1項之方法,更包括:基於該狀態,調整用於加工第二工件的控制參數。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中擷取該製造資料包括擷取以下資料中之至少一項:計量資料、工具狀態資料、效能預測資料、效能資料、以及晶圓片電氣測試資料;以及其中於該加工被使用之該類型工具包括以下之至少一項:加工高量工件之加工工具或加工低量工件之加工工具。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中擷取與該製造資料有關的狀態資料更包括以下資料中之至少一項:該製造 資料的年齡、該製造資料的適合度、或與該製造資料相互關聯的預測資料。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中測定該製程控制器與該加工工具中之至少一個的該狀態包括:執行狀態估計功能。
- 如申請專利範圍第5項之方法,其中執行狀態估計功能包括基於該狀態資料分配權重給該製造資料。
- 如申請專利範圍第6項之方法,更包括:基於分配給該製造資料的該權重,調整狀態估計功能參數。
- 如申請專利範圍第7項之方法,其中基於該狀態資料分配權重給該製造資料包括:基於該製造資料之來源為測試晶圓片的指示,分配第一權重給該製造資料;以及基於該製造資料之來源為生產晶圓片的指示,分配第二權重給該製造資料。
- 如申請專利範圍第7項之方法,其中基於該狀態資料分配權重給該製造資料更包括:基於該製造資料之年齡低於臨界時段的指示,分配第一權重給該製造資料;以及基於該製造資料之年齡高於臨界時段的指示,分配第二權重給該製造資料。
- 如申請專利範圍第7項之方法,其中基於該狀態資料分配權重給該製造資料更包括:基於該製造資料之適合度是在第一預設值範圍內的指示,分配第一權重給該製造資料;以及基於該製造資料之適合度是在第二預設值範圍內的指示,分配第二權重給該製造資料。
- 一種半導體製造方法,包括:擷取與對工件執行之製程有關的製造資料;擷取與該製造資料有關的周邊資料,該周邊資料包括與以下資料中之至少一項有關之資料:識別用來擷取該製造資料之工具的資料、識別該工件為測試晶圓片的資料、或識別該工件為生產晶圓片的資料,以及以下資料中之至少一項:該製造資料之來源、與該製造資料之年齡有關的資料、與該製造資料之適合度有關的資料、與該製造資料相互關聯的預測資料;以及基於該周邊資料與該製造資料,估計與用來加工該第一工件之控制器有關的狀態估計。
- 如申請專利範圍第11項之方法,更包括:基於狀態估計,加工隨後之工件。
- 如申請專利範圍第11項之方法,其中加工該工件包括加工半導體晶圓片。
- 一種半導體製造方法,包括:擷取與對第一工件執行之製程有關的製造資料;擷取與該製造資料有關的元資料,該元資料包括識別該製造資料之來源的資料、以及以下資料中之至少一項:與該製造資料之年齡有關的資料、與該製造資料之適合度有關的資料、與該製造資料相互關聯的預測資料、與用來擷取該製造資料之工具的識別符號有關的資料、與測試晶圓片相關聯之製造資料所相關的資料、或與生產晶圓片相關聯之製造資料所相關的資料;以及 基於該元資料,分配權重給該製造資料;基於該製造資料之該權重,調整至少一狀態估計參數;以及基於該狀態估計參數,執行用來加工該工件之控制功能的狀態估計。
- 如申請專利範圍第14項之方法,更包括:基於狀態估計,加工隨後之工件。
- 一種半導體製造系統,包括:用以加工工件的加工工具;用以擷取與加工該工件有關之製造資料的測量工具;以及操作地耦合至該加工工具以及該測量工具的控制器,該控制器用以擷取與該製造資料有關的元資料、基於該元資料分配權重給該製造資料、基於該製造資料之該權重調整至少一狀態估計參數、以及基於該狀態估計參數執行該系統之至少部份的狀態估計,其中該元資料包括以下資料中之至少一項:識別該製造資料之來源的資料、識別用來擷取該製造資料之工具的資料、識別該工件為測試晶圓片的資料、或識別該工件為生產晶圓片的資料,以及以下資料中之至少一項:與該製造資料之年齡有關的資料、與該製造資料之適合度有關的資料、或與該製造資料相互關聯的預測資料。
- 如申請專利範圍第16項之系統,其中該加工工具用以加工隨後之工件。
- 如申請專利範圍第17項之系統,更包括加工狀態單元,該加工狀態單元用以執行該系統之該至少部份的該狀態估計。
- 如申請專利範圍第17項之系統,其中該控制器也用以基於該狀態估計執行以下各項中之至少一項:對後續製程的反饋調整以及前饋調整。
- 一種半導體製造裝置,包括:用於使用製程控制器與加工工具以控制第一工件之加工的機構;用於擷取與該第一工件之該加工有關的製造資料的機構;用於擷取與該製造資料有關的狀態資料的機構,該狀態資料包括識別該製造資料之來源的資料,該來源為下列之至少一項:被加工之一類型工件,包括測試工件或生產工件至少其中之一;或於該加工被使用之一類型工具;以及用於基於該狀態資料與該製造資料而測定該製程控制器與該加工工具中之至少一個之狀態的機構。
- 一種用指令編碼的電腦可讀取程式儲存裝置,在該指令被電腦執行時會執行一種方法,該方法包括:使用製程控制器與加工工具控制第一工件之加工;擷取與該第一工件之該加工有關的製造資料;擷取與該製造資料有關的狀態資料,該狀態資料包 括識別該製造資料之來源的資料,該來源為下列之至少一項:被加工之一類型工件,包括測試工件或生產工件至少其中之一;或於該加工被使用之一類型工具;以及基於該狀態資料與該製造資料,測定該製程控制器與該加工工具中之至少一個的狀態。
- 如申請專利範圍第21項之用指令編碼的電腦可讀取程式儲存裝置,在該指令被電腦執行時會執行該方法,其中測定該製程控制器與該加工工具中之至少一個的該狀態包括執行狀態估計功能。
- 如申請專利範圍第22項之用指令編碼的電腦可讀取程式儲存裝置,在該指令被電腦執行時會執行該方法,其中執行狀態估計功能包括:基於該狀態資料,分配權重給該製造資料。
- 如申請專利範圍第23項之用指令編碼的電腦可讀取程式儲存裝置,在該指令被電腦執行時會執行該方法,該方法更包括:基於分配給該製造資料的該權重,調整狀態估計功能參數。
- 如申請專利範圍第24項之用指令編碼的電腦可讀取程式儲存裝置,在該指令被電腦執行時會執行該方法,其中基於該狀態資料分配權重給該製造資料包括:基於該製造資料之來源為測試晶圓片的指示,分配第一權重給該製造資料;以及基於該製造資料之來源為生產晶圓片 的指示,分配第二權重給該製造資料。
- 如申請專利範圍第24項之用指令編碼的電腦可讀取程式儲存裝置,在該指令被電腦執行時會執行該方法,其中基於該狀態資料分配權重給該製造資料包括:基於該製造資料之年齡低於臨界時段的指示,分配第一權重給該製造資料;以及基於該製造資料之年齡高於臨界時段的指示,分配第二權重給該製造資料。
- 如申請專利範圍第24項之用指令編碼的電腦可讀取程式儲存裝置,在該指令被電腦執行時會執行該方法,其中基於該狀態資料分配權重給該製造資料包括:基於該製造資料之適合度是在第一預設值範圍內的指示,分配第一權重給該製造資料;以及基於該製造資料之適合度是在第二預設值範圍內的指示,分配第二權重給該製造資料。
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