TWI720166B - 用於在半導體製造設備控制系統中的製程控制方法 - Google Patents

用於在半導體製造設備控制系統中的製程控制方法 Download PDF

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一種用於在半導體製造設備控制系統中的製程控制方法，包括藉由製程裝置進行半導體單元製程；藉由第一量測裝置決定對應第一晶圓之圖案特性的第一殘差向量；藉由第二量測裝置決定對應第二晶圓之圖案特性的第二殘差向量；藉由主機比較第一殘差向量之第一量與第二殘差向量之第二量；以及藉由主機感測第一晶圓及第二晶圓的異常狀態，其中第一晶圓及第二晶圓的異常狀態係定義為：第一量與第二量之間之第一比值係小於預定比值，且第一殘差向量與第二殘差向量之間之第一角度係小於預定角度。

Description

用於在半導體製造設備控制系統中的製程控制 方法
本發明是有關於一種用於在半導體製造設備控制系統中的製程控制方法，且特別是有關於一種感測晶圓之異常狀態的製程控制方法。
由於半導體裝置的製造可藉由一些製程(例如是沉積製程、光學微影製程、蝕刻製程及擴散製程)所進行，在這些製程當中可能分別具有一些可變因素，因而影響製程的結果。其中，光學微影製程所需的可變因素例如是層與層之間圖形的層疊(overlay)。近來，在完成光微影製程之後，晶圓會受到精確度檢測，以測試晶圓之層疊的誤差是否在容許範圍之內。然而，一般進行精確度檢測的方法仍過於複雜，且恐仍存在可靠度之問題。
本揭露提供一種用於在半導體製造設備控制系統中的製程控制方法。此方法包括藉由多個製程裝置進行多個半導體單元製程；藉由一第一量測裝置決定一第一殘差向量，第一殘差向量對應於完成半導體單元製程之一第一晶圓的圖案特性；藉由一第二量測裝置 決定一第二殘差向量，第二殘差向量對應於完成半導體單元製程之一第二晶圓的圖案特性；以及藉由一主機比較第一殘差向量之一第一量與第二殘差向量之一第二量。
本揭露提供一種用於在半導體製造設備控制系統中的製程控制方法。此方法包括藉由多個製程裝置進行多個半導體單元製程；藉由一量測裝置決定一第一殘差向量，第一殘差向量對應於完成半導體單元製程之一第一晶圓的圖案特性；藉由量測裝置決定一第二殘差向量，第二殘差向量對應於完成半導體單元製程之一第二晶圓的圖案特性。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
10:半導體製造設備控制系統
100:製程裝置
210:第一量測裝置
220:第二量測裝置
230:第三量測裝置
240:第四量測裝置
300:主機
A:第一晶圓
B:第二晶圓
C:第三晶圓
F1:第一區域
F2:第二區域
F3:第三區域
L1:第一量
L2:第二量
L3:第三量
R1:第一比值
R2:第二比值
R3:第三比值
S600、S610、S620、S630、S640、S650、S660:步驟
V1:第一殘差向量
V2:第二殘差向量
V3:第三殘差向量
α:第一角度
β:第二角度
γ:第三角度
第1圖繪示根據本揭露一實施例之半導體製造設備控制系統的示 意圖。
第2A圖繪是根據本揭露一實施例之第一晶圓之殘差向量的示意圖。
第2B圖繪是根據本揭露一實施例之第二晶圓之殘差向量的示意圖。
第3圖繪示根據本揭露一實施例之比較第一晶圓之第一殘差向量與第二晶圓之第二殘差向量的示意圖。
第4圖繪示根據本揭露一實施例之第三晶圓之殘差向量的示意圖。
第5圖繪示根據本揭露一實施例之比較第一晶圓之第一殘差向量、第二晶圓之第二殘差向量與第三晶圓之第三殘差向量的示意圖。
第6圖繪示根據本揭露一實施例之半導體製造設備控制系統的製程控制方法流程圖。
本揭露一實施例揭露半導體製造設備控制系統的的製程控制方法，可透過簡單的方式直接比對任意兩晶圓是否存在異常狀態，而快速篩選出需要淘汰的異常晶圓，並能快速定位出存在異常狀態的曝光區，將製程參數予以修正。
第1圖繪示根據本揭露一實施例之半導體製造設備控制系統的示意圖。
請參照第1圖，半導體製造設備控制系統10包括用於進行半導體單元製程的多個製程裝置100、用於量測晶圓經過製程裝置100後的各種參數的第一量測裝置210、第二量測裝置220、第三量測裝置230、第四量測裝置240以及一主機300。在本實施例中，僅繪示出4個量測裝置，然本揭露不以此為限，半導體製造設備控制系統10可包括大於4個的量測裝置。
在一實施例中，第一量測裝置210、第二量測裝置220、第三量測裝置230及第四量測裝置240是用於測量完成製程裝置100之半導體單元製程之晶圓的層疊誤差。層疊誤差包括晶圓整體誤差(inter-field)的情形以及每個曝光區誤差(intra-field)的情形。當層疊誤差的情形超過一容許的誤差範圍時，第一量測裝置210、第二量測裝置220、第三量測裝置230、第四量測裝置240可決定所對應之晶圓上的殘差向量。亦即，殘差向量可對應於完成半導體單元製程之晶圓的圖案特性，可表示無法補償的層疊誤差。
在一實施例中，主機300是用於感測完成製程裝置100之半導體單元製程後的晶圓是否具有異常狀態。進一步地說，在第一量測裝置210、第二量測裝置220、第三量測裝置230、及第四量測裝置240決定所對應之晶圓上的殘差向量之後，主機300可任意挑選兩片晶圓，對於此兩片晶圓上的殘差向量進行比對，分析兩個對應的殘差向量的量之間是否超出一預定比值，以及兩個對應的殘差向量之間所夾的角度是否超出一預定角度，進而判斷此兩片晶圓是否具有異常狀態。若主機300確定晶圓具有異常狀態，則傳送訊息至第一量測裝置210、第二量測裝置220、第三量測裝置230、第四量測裝置240或製程裝置100，一方面將不合格的晶圓淘汰，另一方面使導致異常狀態之製程參數能夠受到修正。亦即，主機300可用於接收來自第一量測裝置210、第二量測裝置220、第三量測裝置230、第四量測裝置240或製程裝置100之訊息，亦可傳遞訊息至第一量測裝置210、第二量測裝置220、第三量測裝置230、第四量測裝置240或製程裝置100。
第2A圖繪是根據本揭露一實施例之第一晶圓之殘差向量的示意圖。第2B圖繪是根據本揭露一實施例之第二晶圓之殘差向量的示意圖。
請參照第2A及2B圖，例如在每個曝光區誤差的情形中，當第一晶圓A及第二晶圓B完成製程裝置100之半導體單元製程之後，第一量測裝置210及第二量測裝置220分別決定第一晶圓A及第二晶圓B上的殘差向量。例如，第一量測裝置210決定第一晶圓A上第一區域F1中的第一殘差向量V1，第二量測裝置220決定第二晶圓B上第二區域F2中的第二殘差向量V2。其中，第一區域F1與第二區域F2係相對應的曝光區。亦即，當第一晶圓A與第二晶圓B堆疊在一起時，第一區域F1可與第二區域F2完全重疊，表示第一區域F1及第二區域F2分別對應於製程裝置100所進行的相同的處理製程。第一晶圓A與第二晶圓B可在完全相同的製程之下完成。另一實施例中，第一晶圓A與第二晶圓B可藉由相同的量測裝置所量測，例如是藉由第一量測裝置210對第一晶圓A與第二晶圓B進行測量。
第3圖繪示根據本揭露一實施例之比較第一晶圓之第一殘差向量與第二晶圓之第二殘差向量的示意圖。
請參照第3圖，主機300可挑選第一區域F1及第二區域F2進行比較。在一實施例中，主機300比較第一區域F1中第一殘差向量V1的第一量L1與第二區域F2中第二殘差向量V2的第二量L2，判斷第一量L1與第二量L2之間之第一比值R1(R1=L1/L2或L2/L1)是否小於一預定比值。例如，預定比值是1.5。第一量L1例如是第一殘差向量V1的起 點與終點所形成的一長度的量。第二量L2例如是第二殘差向量V2的起點與終點所形成的一長度的量。在一實施例中，主機300比較第一殘差向量V1與第二殘差向量V2之間之第一角度α是否小於一預定角度。例如，預定角度是30°。若主機300感測到第一量L1與第二量L2之間之第一比值R1是小於預定比值，且第一殘差向量V1與第二殘差向量V2之間之第一角度係小於預定角度，便判斷第一晶圓A及第二晶圓B具有異常狀態。若主機300感測到該第一晶圓A及第二晶圓B之異常狀態，則表示第一晶圓A及第二晶圓B之中至少有一片晶圓為異常，故輸出第一晶圓A及第二晶圓B。由於主機300感測到該第一晶圓A及第二晶圓B之異常狀態，表示對應於第一區域F1及第二區域F2之相同的製程裝置100可能有所異常，故主機300輸出對應於第一晶圓A之第一區域F1及第二晶圓B之第二區域F2的曝光區，以對於製程參數進行調整。
第4圖繪示根據本揭露一實施例之第三晶圓之殘差向量的示意圖。
請參照第4圖，主機300除了可比較第一晶圓A及第二晶圓B之間是否具有異常狀態之外，更可比較第一晶圓A、第二晶圓B、及第三晶圓C之間是否具有異常狀態。例如，當第三晶圓C完成製程裝置100之半導體單元製程之後，第三量測裝置230決定第三晶圓C上第三區域F3的殘差向量V3。其中，第一區域F1、第二區域F2及第三區域F3係相對應的曝光區。亦即，當第一晶圓A、第二晶圓B與第三晶圓C堆疊在一起時，第一區域F1、第二區域F2及第三區域F3可完全重疊， 表示第一區域F1、第二區域F2、及第三區域F3分別對應於製程裝置100所進行的相同的處理製程。
第5圖繪示根據本揭露一實施例之比較第一晶圓之第一殘差向量、第二晶圓之第二殘差向量與第三晶圓之第三殘差向量的示意圖。
請參照第5圖，主機300可挑選第一區域F1、第二區域F2及第三區域F3進行比較。在一實施例中，主機300比較第一區域F1中第一殘差向量V1的第一量L1、第二區域F2中第二殘差向量V2的第二量L2、及第三區域F3中第三殘差向量V3的第三量L3，判斷第一量L1、第二量L2及第三量L3之間之任意兩者的第一比值R1(R1=L1/L2或L2/L1)、第二比值R2(R2=L2/L3或L3/L2)或第三比值R3(R3=L1/L3或L3/L1)是否小於一預定比值。例如，預定比值是1.5。在一實施例中，主機300比較第一殘差向量V1與第二殘差向量V2之間之第一角度α、第二殘差向量V2與第三殘差向量V3之間之第二角度β或第一殘差向量V1與第三殘差向量V3之間之第三角度γ是否小於一預定角度。例如，預定角度是30°。若主機300感測到第一比值R1、第二比值R2或第三比值R3是小於預定比值，且第一殘差向量V1與第二殘差向量V2之間之第一角度α、第二殘差向量V2與第三殘差向量V3之間之第二角度β或第一殘差向量V1與第三殘差向量V3之間之第三角度γ係小於預定角度，便判斷第一晶圓A、第二晶圓B及第三晶圓C具有異常狀態。若主機300感測到該第一晶圓A、第二晶圓B及第三晶圓C之異常狀態，則表示第一晶圓A、第二晶圓B及第三晶圓C之中至少有一片晶圓為異 常，故輸出第一晶圓A、第二晶圓B及第三晶圓C。由於主機300感測到該第一晶圓A、第二晶圓B及第三晶圓C之異常狀態，表示對應於第一區域F1、第二區域F2及第三區域F3之相同的製程裝置100可能有所異常，故主機300輸出對應於第一晶圓A之第一區域F1、第二晶圓B之第二區域F2及第三晶圓C之第三區域F3的曝光區，以對於製程參數進行調整。
在一實施例中，若主機300感測到第一比值R1是大於或等於預定比值，第二比值R2或第三比值R3是小於預定比值，第一角度α係大於或等於預定角度，第二角度β以及第三角度γ係小於預定角度，便判斷第三晶圓C具有異常狀態，而第一晶片A及第二晶片B屬於正常狀態。
在一實施例中，主機300可針對多片晶圓之相對應的曝光區進行比較，並依據曝光區的位置將異常狀態的晶圓進行分類。例如，若主機300感測到第一晶圓A之第一區域F1與第二晶圓B第之二區域F2具有異常狀態，則將第一晶圓A與第二晶圓B歸為對應的曝光區具有異常狀態，故將第一晶圓A與第二晶圓B聚集在一起。
第6圖繪示根據本揭露一實施例之半導體製造設備控制系統的的製程控制方法流程圖。
在步驟S600中，藉由多個製程裝置100進行多個半導體單元製程。
在步驟S610中，藉由一第一量測裝置210決定一第一殘差向量V1。第一殘差向量對應於完成半導體單元製程之第一晶圓10的圖案特性。
在步驟S620中，藉由一第二量測裝置220決定一第二殘差向量V2。第二殘差向量V2對應於完成半導體單元製程之第二晶圓20的圖案特性。
在步驟S630中，藉由主機300比較第一殘差向量V1之第一量L1與第二殘差向量V2之第二量L2。
在步驟S640中，藉由主機300感測第一晶圓A及第二晶圓B的異常狀態。其中，第一晶圓A及第二晶圓B的異常狀態係定義為：第一量L1與第二量L2之間之第一比值R1係小於一預定比值，且第一殘差向量V1與第二殘差向量V2之間之第一角度α係小於一預定角度。例如，預定比值是1.5，預定角度是30°。
在步驟S650中，若主機300感測到第一晶圓A及第二晶圓B之異常狀態，則輸出第一晶圓A及第二晶圓B，且輸出對應於第一晶圓A及第二晶圓B的一曝光區。
在步驟S660中，若主機300感測到第一晶圓A之第一區域F1與第二晶圓B之第二區域F2具有異常狀態，則將該第一晶圓與該第二晶圓聚集在一起。
根據本揭露之實施例，提供一種用於在半導體製造設備控制系統中的製程控制方法。此方法包括藉由多個製程裝置進行多個半導體單元製程；藉由一第一量測裝置決定一第一殘差向量，第一殘 差向量對應於完成半導體單元製程之一第一晶圓的圖案特性；藉由一第二量測裝置決定一第二殘差向量，第二殘差向量對應於完成該些半導體單元製程之一第二晶圓的圖案特性；藉由一主機比較第一殘差向量之一第一量與第二殘差向量之一第二量；以及藉由主機感測第一晶圓及第二晶圓的異常狀態，其中第一晶圓及第二晶圓的異常狀態係定義為：第一量與第二量之間之一第一比值係小於一預定比值，且第一殘差向量與第二殘差向量之間之一第一角度係小於一預定角度。
由於本揭露之方法是藉由主機直接比較完成半導體單元製程之第一晶圓與第二晶圓，比較第一殘差向量之第一量與第二殘差向量之第二量，感測第一量與第二量之間之第一比值是否小於一預定比值，並感測第一殘差向量與第二殘差向量之間之第一角度是否小於一預定角度，判斷第一晶圓與第二晶圓是否具有異常狀態。藉由本揭露之方法，可透過簡單的方式直接比對任意兩晶圓是否存在異常狀態，而快速篩選出需要淘汰的異常晶圓，並能快速定位出存在異常狀態的曝光區，將製程參數予以修正，有效率地將異常狀態位於相同曝光區的晶圓歸類在一起，故可縮短進行判斷異常狀態的時間，且可增加可靠度。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。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。
S600、S610、S620、S630、S640、S650、S660:步驟

Claims (10)

  1. 一種用於在半導體製造設備控制系統中的製程控制方法，包括：藉由複數個製程裝置進行複數個半導體單元製程；藉由一第一量測裝置決定一第一殘差向量，該第一殘差向量對應於完成該些半導體單元製程之一第一晶圓的圖案特性；藉由一第二量測裝置決定一第二殘差向量，該第二殘差向量對應於完成該些半導體單元製程之一第二晶圓的圖案特性；以及藉由一主機比較該第一殘差向量之一第一量與該第二殘差向量之一第二量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括：藉由該主機感測該第一晶圓及該第二晶圓的異常狀態，其中該第一晶圓及該第二晶圓的異常狀態係定義為：該第一量與該第二量之間之一第一比值係小於一預定比值，且該第一殘差向量與該第二殘差向量之間之一第一角度係小於一預定角度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該預定比值是1.5，該預定角度是30°。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之方法，更包括：藉由一第三量測裝置決定一第三殘差向量，該第三殘差向量對應於完成該些半導體單元製程之一第三晶圓的圖案特性；藉由該第三量測裝置測量該第三殘差向量； 其中該第一晶圓、該第二晶圓及該第三晶圓的異常狀態係定義為：該第二量與該第三量之間之一第二比值係小於該預定比值、或該第一量與該第三量之間之一第三比值係小於該預定比值，以及該第二殘差向量與該第三殘差向量之間之一第二角度係小於該預定角度、或該第一殘差向量與該第三殘差向量之間之一第三角度係小於該預定角度。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之方法，更包括：若該主機感測到該第一晶圓及該第二晶圓之異常狀態，則輸出該第一晶圓及該第二晶圓。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之方法，更包括：若該主機感測到該第一晶圓及該第二晶圓之異常狀態，則輸出對應於該第一晶圓及該第二晶圓的一曝光區。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中該第一殘差向量對應於該第一晶圓上的一第一區域，該第二殘差向量對應於該第二晶圓上的一第二區域，該第一區域與該第二區域係相對應的曝光區。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，更包括：若該主機感測到該第一區域與該第二區域具有異常狀態，則將該第一晶圓與該第二晶圓聚集在一起。
  9. 一種用於在半導體製造設備控制系統中的製程控制方法，包括：藉由複數個製程裝置進行複數個半導體單元製程；藉由一量測裝置決定一第一殘差向量，該第一殘差向量對應於完成該些半導體單元製程之一第一晶圓的圖案特性；藉由該量測裝置決定一第二殘差向量，該第二殘差向量對應於完成該些半導體單元製程之一第二晶圓的圖案特性；以及藉由一主機比較該第一殘差向量之一第一量與該第二殘差向量之一第二量。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，更包括：藉由該主機感測該第一晶圓及該第二晶圓的異常狀態，其中該第一晶圓及該第二晶圓的異常狀態係定義為：該第一量與該第二量之間之一第一比值係小於一預定比值，且該第一殘差向量與該第二殘差向量之間之一第一角度係小於一預定角度。
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