專利名稱：用于半導(dǎo)體晶片制備工藝實(shí)時(shí)原位監(jiān)控的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路的制造，更具體地講是涉及對(duì)半導(dǎo)體晶片制備工藝進(jìn)行實(shí)時(shí)原位監(jiān)控的方法和系統(tǒng)。就實(shí)時(shí)在線監(jiān)控晶片制備工藝的具體處理步驟(腐蝕、淀積…)而言，其基本含義是一種方法，該方法包括在當(dāng)前步驟中持續(xù)并行監(jiān)測(cè)多個(gè)選定工藝參數(shù)的步驟，將參數(shù)變化與正確執(zhí)行時(shí)描述工藝步驟的相應(yīng)數(shù)據(jù)以及識(shí)別出的故障偏差相比較的步驟，其中數(shù)據(jù)和偏差均存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。完成由工藝工程師定義的比較及廢棄判據(jù)的分析規(guī)則按照一定的算法形式進(jìn)行編碼并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。如果檢測(cè)到工藝偏差，報(bào)警程序就發(fā)出警報(bào)，并立即執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。報(bào)警程序同樣存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法，需要與監(jiān)視該工藝步驟的控制器以及數(shù)據(jù)庫(kù)相連的監(jiān)控器。
由于集成度的持續(xù)增加，必須對(duì)在用于生產(chǎn)集成電路(ICs)的半導(dǎo)體晶片制備工藝中使用至今的制備工藝進(jìn)行十分精確的控制。由于這個(gè)原因，為此目的所需的處理工具變得越來(lái)越復(fù)雜。處理工具可以包括多個(gè)腔，每個(gè)腔執(zhí)行多個(gè)處理步驟。為了節(jié)約資金，提高產(chǎn)量，晶片通常是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的多個(gè)工具順序地經(jīng)過(guò)所述多個(gè)腔進(jìn)行處理的。腔的選擇決定于許多因素，例如可行性、污染等級(jí)、規(guī)格等等。
工具和工藝特征的新方法，例如原位污染監(jiān)視、測(cè)量、氣體分析等，現(xiàn)已在半導(dǎo)體工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。所有這些特征技術(shù)產(chǎn)生了各種類型的大量數(shù)據(jù)。具體地講，這種數(shù)據(jù)包括物理工藝參數(shù)，例如氣體流量，壓力，RF功率，溫度等，這些參數(shù)在確定的步驟中一直受計(jì)算機(jī)的控制。其它數(shù)據(jù)包括由連續(xù)監(jiān)視工藝過(guò)程的控制器以及測(cè)量單元提供的結(jié)果(例如，刻蝕速率)。所有這些對(duì)于當(dāng)前步驟至關(guān)重要的數(shù)據(jù)并沒(méi)有有效地得到充分利用。
事實(shí)上，至今只有物理工藝參數(shù)暫存在工具計(jì)算機(jī)中。有時(shí)這些數(shù)據(jù)用來(lái)在工藝結(jié)束后進(jìn)行進(jìn)一步的分析/研究，但是它們從來(lái)沒(méi)有為了正在處理的晶片而實(shí)時(shí)、原位地得到使用。


圖1簡(jiǎn)略地示出了標(biāo)號(hào)為10的現(xiàn)有工藝通用系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了處理半導(dǎo)體晶片的典型流程。下面的描述將參照多腔RIE工具進(jìn)行，例如Applied Materials,Santa Clara,CA,USA制造的AME5000，該工具用來(lái)在晶片表面執(zhí)行一系列刻蝕不同材料的步驟。然而，還可以想象得到其它工具，例如淀積設(shè)備等?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，系統(tǒng)10包含與工具計(jì)算機(jī)相連的RIE刻蝕工具11。從圖1可知，為了簡(jiǎn)化，工具11只包含兩個(gè)腔11-1和11-2，實(shí)際上，應(yīng)當(dāng)理解為它具有更多的獨(dú)立腔，可以多達(dá)六個(gè)。仍然是為了簡(jiǎn)化，我們假定每個(gè)腔執(zhí)行相同的、標(biāo)號(hào)為A、B、…、I、…、X處理步驟序列。標(biāo)號(hào)為13的數(shù)據(jù)總線為在工具腔和計(jì)算機(jī)12之間交換數(shù)據(jù)流在其間提供了電連接。
在初始狀態(tài)，計(jì)算機(jī)12將步驟A的物理工藝參數(shù)適當(dāng)?shù)叵螺d到腔11-1或11-2。典型的物理工藝參數(shù)是氣體流量、壓力、RF功率、溫度等。然后，執(zhí)行步驟A，步驟A通常在固定的時(shí)間之后停止。無(wú)論何時(shí)需要，都可以將這一過(guò)程應(yīng)用到其它步驟B、C…X。在這些步驟中，計(jì)算機(jī)12通過(guò)工藝控制數(shù)據(jù)總線13檢測(cè)各種物理工藝參數(shù)，并且在參數(shù)中的任何一個(gè)參數(shù)超出預(yù)定限度時(shí)停止當(dāng)前工藝。通常在出現(xiàn)嚴(yán)重的硬件故障之后，例如RF功率關(guān)閉或氣流終止，會(huì)停止工藝。
圖2描述了標(biāo)號(hào)為10’的圖1系統(tǒng)的改進(jìn)型號(hào)，其中相同的元件具有相同的標(biāo)號(hào)。為了說(shuō)明，分別只在腔11-1和11-2中執(zhí)行三個(gè)工藝步驟(A到C)和一個(gè)工藝步驟(A)。除工具11、計(jì)算機(jī)12和連接在其間的數(shù)據(jù)總線13之外，改進(jìn)型系統(tǒng)10’還包括連接到各個(gè)工具腔的附加設(shè)備。如圖2所示，兩個(gè)刻蝕端點(diǎn)檢測(cè)(EPD)控制器14-1和14-2分別具有用來(lái)觀察腔11-1和11-2內(nèi)部的等離子體的光纖15-1和15-2。這些EPD控制器的功能只是執(zhí)行光學(xué)干涉測(cè)量。適用于系統(tǒng)10’的EPD控制器是SOFIE Instr。,Arpajon,FRANCE出售的DIGISEM或DIGITWIN。然而，在本應(yīng)用中，“EPD”表示“刻蝕端點(diǎn)檢測(cè)”，或更加廣泛地表示“端點(diǎn)檢測(cè)”，例如當(dāng)使用的是淀積工藝而不是刻蝕工藝時(shí)。同樣，分別將兩個(gè)控制設(shè)備16-1和16-2連接到腔11-1和11-2，控制設(shè)備通常是粒子計(jì)數(shù)器、氣體檢測(cè)器、質(zhì)譜儀等。這些控制設(shè)備的類型決定于該工具的功能刻蝕、淀積…。操作者使用控制設(shè)備對(duì)當(dāng)前工藝進(jìn)行可視化檢測(cè)，以便在需要時(shí)停止該工藝，例如在粒子計(jì)數(shù)器檢測(cè)到污染過(guò)量的情況下。最后，兩個(gè)外部測(cè)量單元17-1和17-2對(duì)于處理中間和處理后的測(cè)量是必須的，以便確定在各個(gè)腔的輸出口得到的晶片是否還符合規(guī)格。如圖2所示，測(cè)量分別在腔11-1和11-2的輸出口進(jìn)行。測(cè)量單元和控制設(shè)備有時(shí)具有記錄主要事件的局域數(shù)據(jù)庫(kù)，以便在工藝結(jié)束之后供操作者察看。數(shù)據(jù)總線18為實(shí)現(xiàn)基本數(shù)據(jù)交換而在計(jì)算機(jī)12和EPD控制器14-1和14-2之間提供電連接。結(jié)果，EPD控制器的功能只是通知是否已經(jīng)檢測(cè)到刻蝕端點(diǎn)，通知處理步驟已經(jīng)到達(dá)該步驟允許的最長(zhǎng)時(shí)間。
系統(tǒng)10’的操作相對(duì)較簡(jiǎn)單。為了簡(jiǎn)化，假定，(1)在第一腔11-1中只執(zhí)行標(biāo)號(hào)為A到C的三個(gè)步驟，其中只有兩個(gè)步驟(A和C)受EPD控制器14-1監(jiān)視；(2)在腔11-2中只執(zhí)行一個(gè)步驟(A)。首先，計(jì)算機(jī)2按照上述方式通過(guò)數(shù)據(jù)總線13向腔11-1下載物理工藝參數(shù)，同時(shí)，通過(guò)總線18將步驟A中使用的算法標(biāo)識(shí)碼發(fā)送到EPD控制器14-1。啟動(dòng)腔11-1中的步驟A同樣也啟動(dòng)了EPD控制器14-1，使其掃描選定的刻蝕端點(diǎn)參數(shù)，該參數(shù)通常是由晶片表面的特定層發(fā)射出的具體輻射波長(zhǎng)。表示這種輻射的信號(hào)涌動(dòng)表明已經(jīng)到達(dá)端點(diǎn)。然而，還可以使用其它參數(shù)。通過(guò)光纖15-1傳送的信號(hào)在EPD控制器14-1中進(jìn)行處理，以便檢測(cè)刻蝕端點(diǎn)。在這種情況下，EPD控制器14-1通過(guò)數(shù)據(jù)總線18發(fā)出信號(hào)，通知計(jì)算機(jī)12已經(jīng)到達(dá)刻蝕端點(diǎn)，必須終止步驟A。與此相反，EPD控制器14-1通知計(jì)算機(jī)12，已經(jīng)到達(dá)最長(zhǎng)允許時(shí)間。接著，啟動(dòng)步驟B。該步驟的執(zhí)行過(guò)程不受EPD控制器14-1監(jiān)視，因此它由使用者確定的時(shí)間控制。假定，步驟C的執(zhí)行方式與步驟A相同，即它同樣受EPD控制器14-1監(jiān)視。在步驟C結(jié)束之后，將晶片送到測(cè)量單元17-1檢測(cè)它是否符合規(guī)格。只有合格的晶片才裝入腔11-2繼續(xù)進(jìn)行處理。一旦在腔11-2中完成步驟A，在測(cè)量單元17-2中執(zhí)行新的測(cè)量步驟。必須注意，在第一腔中執(zhí)行的步驟A到C不會(huì)互相干擾，在第二腔中執(zhí)行的步驟也是如此。換句話說(shuō)，所有這些步驟均是順序執(zhí)行的，前一步驟對(duì)后一步驟沒(méi)有任何影響。如上所述，在這些步驟中，計(jì)算機(jī)12檢查所有不同的物理工藝參數(shù)，并只有在參數(shù)中的一個(gè)超出預(yù)定限度的條件下才停止當(dāng)前工藝。任選地，所有這些物理工藝參數(shù)可以上傳給計(jì)算機(jī)12的數(shù)據(jù)庫(kù)，以便后續(xù)分析。
當(dāng)系統(tǒng)10’在DRAM芯片上的槽形成工藝過(guò)程中用于執(zhí)行所謂的“ABETCH”/“AB STRIP”工藝時(shí)，通過(guò)下面參照?qǐng)D3至圖5描述可以更好地理解圖2的系統(tǒng)10’和晶片制備工藝之間的復(fù)雜關(guān)系?！癆B ETCH”包括在同一腔中，即刻蝕工具11的11-1中，順序執(zhí)行的三個(gè)刻蝕步驟(標(biāo)號(hào)為A、B和C)，“AB ETCH”工藝后面跟隨著“AB STRIP”工藝，該工藝是腔11-2中的唯一步驟(標(biāo)號(hào)為A)，其目的是去除三次刻蝕步驟之后剩余的光刻膠材料。選擇“AB ETCH”/“AB STRIP”工藝不僅是因?yàn)樗c上面參照?qǐng)D2進(jìn)行的描述一致，而且還因?yàn)樗菍?duì)本發(fā)明方法和系統(tǒng)的一個(gè)很好的介紹。請(qǐng)參考?xì)W洲專利申請(qǐng)第756,318號(hào)獲得詳細(xì)信息。下面，簡(jiǎn)要地總結(jié)一下“AB ETCH”工藝。
考慮包含圖3A至圖3D的圖3。現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖3A，圖中示出了半導(dǎo)體晶片的一部分，該部分示例了在正確地執(zhí)行“AB ETCH”工藝之前處于初始狀態(tài)的、標(biāo)號(hào)為19的結(jié)構(gòu)。待刻蝕的結(jié)構(gòu)19包括利用原位Si3N4掩膜層21在其中選擇形成淺槽20A和20B的硅襯底。這些槽通過(guò)淀積保形層22而填充TEOS SiO2材料。在制備工藝的這一階段，在槽20A和20B上部的層22中分別形成標(biāo)號(hào)為23A和23B的小和寬凹坑，如圖3A所示。然后，結(jié)構(gòu)19的平面化需要連續(xù)地淀積兩層光刻膠層。厚度為830nm的光刻膠層(AB1)24首先淀積在結(jié)構(gòu)22上，然后按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行曝光、烘干和顯影，形成標(biāo)號(hào)仍為24、稱為AB1掩膜的圖案層。本質(zhì)上，該掩膜24的用途是填充寬凹坑23B以及特定量小凹坑例如23A。然后，同樣的光刻膠構(gòu)成的830nm厚的第二層(AB2)25施加在層24上，然后，進(jìn)行烘干。在完成第二步驟之后，可以認(rèn)為晶片結(jié)構(gòu)基本上平滑了。
現(xiàn)在，根據(jù)“AB ETCH”工藝，圖3A的基本平滑表面將轉(zhuǎn)換為T(mén)EOSSiO2層22，以便在硅晶片的整個(gè)表面上產(chǎn)生更薄而且基本上平滑的TEOSSiO2層。經(jīng)過(guò)三個(gè)標(biāo)號(hào)為A到C的不同步驟完成“AB ETCH”工藝。所有這些步驟均可以在上述AME 5000等離子體刻蝕機(jī)的單個(gè)腔中完成。
根據(jù)稱為步驟A的第一步驟，刻蝕上阻擋層25一直到達(dá)TEOS SiO2層22的表面(在安裝位置)。利用適當(dāng)?shù)乃惴?，利用EPD控制器14-1通過(guò)檢測(cè)波長(zhǎng)為230.0納米的SiO射線來(lái)檢測(cè)AB2層25和TEOS SiO2層22之間的界面，圖4示出在步驟A結(jié)束之后顯示在EPD控制器14-1屏幕上的曲線圖。曲線26和27分別示出信號(hào)S1及其派生信號(hào)S’1，信號(hào)S1示出在第一步驟A中230.0納米的SiO射線強(qiáng)度隨時(shí)間的變化。另一方面，曲線28和29分別示出信號(hào)S2及其派生信號(hào)S’2，信號(hào)S2示出波長(zhǎng)為483nm的CO射線強(qiáng)度。信號(hào)S’2允許用標(biāo)準(zhǔn)方法判斷AB2層25的刻蝕速率。信號(hào)S1和S2由光學(xué)測(cè)量獲得。圖4所示的信號(hào)表示結(jié)構(gòu)19沒(méi)有任何缺陷，刻蝕工藝完美無(wú)缺。在信號(hào)S’1(曲線27)中的涌動(dòng)在步驟A中用作刻蝕端點(diǎn)判據(jù)。然后，進(jìn)行較短的過(guò)刻蝕以便終止該步驟。在該工藝階段，結(jié)構(gòu)19顯示在圖3B中。
現(xiàn)在，執(zhí)行第二步驟B，利用不同的非選擇性刻蝕化學(xué)物質(zhì)去除確定量的AB1光刻膠和TEOS SiO2層(大約160nm)。獲得的結(jié)構(gòu)顯示在圖3C中。
在第三、即最后步驟C中，利用AB1阻擋層作為原位掩膜刻蝕TEOSSiO2層22。為此，控制器14-1執(zhí)行在共同轉(zhuǎn)讓給IBM公司和SOFIE公司的Auda等的歐洲專利第735,565號(hào)中描述的干涉測(cè)量，以便確定刻蝕端點(diǎn)。簡(jiǎn)要地講，就是將汞燈產(chǎn)生的光束照射到晶片上。根據(jù)該參考文獻(xiàn)，利用兩種不同的波長(zhǎng)控制從給定的起始點(diǎn)開(kāi)始的TEOS SiO2的刻蝕量，即所謂的“RATE TIME”。
圖5示出在步驟C結(jié)束之后顯示在EPD控制器14-1的屏幕上的曲線圖。曲線30和31分別代表信號(hào)S3和S4，它們分別表示404.7nm和435.8nm的Hg輻射強(qiáng)度隨時(shí)間的變化。曲線32和33代表它們各自的派生信號(hào)S’3和S’4。曲線30到33的典型形狀仍舊示出結(jié)構(gòu)19沒(méi)有任何缺陷，刻蝕工藝正確地得到執(zhí)行。正弦形狀的曲線30和31使在步驟C中更加容易判斷刻蝕速率。讀者可以參照Auda等的參考文獻(xiàn)獲得與這種具體測(cè)量技術(shù)有關(guān)的細(xì)節(jié)。當(dāng)“AB ETCH”工藝結(jié)束時(shí)，在Si3N4掩膜層21上仍保存著預(yù)定厚度的TEOS SiO2。
因此，系統(tǒng)10’的各個(gè)組成部分和“AB ETCH/AB STRIP”工藝之間的相互作用如下。首先，將待刻蝕晶片引入AME5000等離子體刻蝕機(jī)工具11的腔11-1中。然后，開(kāi)始步驟A的刻蝕工藝，同時(shí)啟動(dòng)EPD控制器14-1。當(dāng)?shù)竭_(dá)刻蝕端點(diǎn)時(shí)，步驟A停止。然后，啟動(dòng)步驟B。一旦經(jīng)過(guò)固定的一段時(shí)間之后完成了步驟B，如所描述那樣，參照步驟A完成步驟C。最后，在完成步驟A到C的所有序列之后，將晶片(可以只是部分樣本晶片)送到測(cè)量單元17-1，以便確定剩余的TEOS層22的厚度是否符合規(guī)格。如果剩余的TEOS層22太薄，則廢棄該晶片。如果剩余的TEOS層22太厚，則將晶片送回腔11-1進(jìn)行再處理。并對(duì)再處理后的晶片進(jìn)行再次測(cè)量。合格的晶片裝入匣中，送到腔11-2，以便根據(jù)“AB STRIP”工藝中的步驟A剝離剩余的光刻膠AB1層24。在完成“AB STRIP”工藝之后，將晶片送到測(cè)量單元17-2，以檢測(cè)該步驟執(zhí)行得如何。
正確處理晶片的上述步驟序列可以簡(jiǎn)單地總結(jié)如下。
1．從匣中取出晶片，將晶片裝入腔11-1。
2．運(yùn)行“AB ETCH”工藝的三個(gè)步驟A到C。
3．在測(cè)量單元17-1中測(cè)量剩余TEOS SiO2層的厚度。除去(或廢棄或再處理)不合格的晶片。
4．將晶片裝入腔11-2。
5．運(yùn)行“AB STRIP”工藝中的唯一步驟A。
6．從工具上卸下晶片，裝入匣中。
7．在測(cè)量單元17-2中執(zhí)行處理后的檢測(cè)。除去(或廢棄或再處理)不合格的晶片。
8．進(jìn)行下一工藝。
為了簡(jiǎn)化，不再描述將晶片裝入匣中或?qū)⒕瑥南恢腥〕龅闹虚g步驟。
圖6是示出了在它們各自的工具/設(shè)備中執(zhí)行的不同處理/測(cè)量步驟的工藝流程圖。如圖6所示，由于在將晶片發(fā)送到腔11-2之前需要在測(cè)量單元17-1中檢測(cè)TEOS SiO2層的厚度，所以“AB ETCH”工藝不能集群化，即腔11-1和11-2之間的直接傳送是不可能的。換句話說(shuō)，該工藝不能勝任“原位處理”，因?yàn)闉榱诉M(jìn)行這種測(cè)量步驟晶片必須離開(kāi)工具11中的真空狀態(tài)。最后，這一步驟序列由測(cè)量單元17-2中的另一個(gè)強(qiáng)制性測(cè)量步驟終止。
另外，使用EPD控制器14-1控制步驟A和C并不能保證“AB ETCH”工藝的正確執(zhí)行。在制備工藝的這一階段經(jīng)常發(fā)生的一些嚴(yán)重問(wèn)題可能會(huì)廢棄大量的晶片。通過(guò)粗略地分類，可以將這些問(wèn)題分別與錯(cuò)誤工藝故障、工藝漂移和工具失效聯(lián)系在一起。典型的錯(cuò)誤工藝故障包括丟失AB1或AB2層(或全部)。例如，如果丟失AB2層25,EPD控制器14-1將等待在S’1信號(hào)(指230nm的SiO射線)中出現(xiàn)的躍變，而這種躍變是永遠(yuǎn)不會(huì)發(fā)生的。結(jié)果，步驟A將在最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間到達(dá)時(shí)停止。在這種情況下，必須將晶片廢棄，因?yàn)樵谠摬襟E中已經(jīng)對(duì)AB1掩膜層24和TEOS SiO2層22進(jìn)行了不期望的過(guò)刻蝕。晶片明顯地受到損壞，而且不能進(jìn)行再處理。其它經(jīng)常觀察到的錯(cuò)誤工藝故障是AB1光刻膠層24沒(méi)有曝光、TEOS SiO2層22的厚度超過(guò)規(guī)格或簡(jiǎn)單地丟失TEOS SiO2層。在AME5000等離子體刻蝕機(jī)的觀察端口表面上淀積的聚合物將產(chǎn)生工藝漂移，這對(duì)于使晶片保持在規(guī)格之內(nèi)是十分有害的。最后，總線上的電子故障或RF關(guān)閉是工具失效的典型例子。
由于這些原因，“AB ETCH”工藝需要一直處于人工控制之下，因?yàn)檫@是在問(wèn)題發(fā)生時(shí)采取動(dòng)作的唯一方法。操作者必須在工藝過(guò)程中根據(jù)參數(shù)的變化周期性地對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，這使得任何自動(dòng)化嘗試都變得十分困難。此外，由于不可能在工藝過(guò)程中進(jìn)行干預(yù)，只能在晶片從腔中取出之后才能檢測(cè)到問(wèn)題，這對(duì)于節(jié)約晶片已經(jīng)是太遲了，晶片常常不能進(jìn)行再處理。實(shí)際上，利用圖2的系統(tǒng)，大約有5％的晶片在“AB ETCH”工藝結(jié)束之后被廢棄掉。最后，還應(yīng)當(dāng)注意的是“AB ETCH”工藝的速度很慢，因?yàn)樵趩卧?7-1中執(zhí)行的測(cè)量步驟需要在兩個(gè)腔之間進(jìn)行傳遞之前在匣內(nèi)進(jìn)行晶片的裝載/卸載操作。
總之，圖1和2所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都不能在當(dāng)前處理步驟中對(duì)上述的任何問(wèn)題晶片工藝錯(cuò)誤、工藝漂移和工具失效，作出在線的、實(shí)時(shí)的反應(yīng)，以便立即執(zhí)行正確的操作。此外，這些系統(tǒng)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致非自動(dòng)化工具，因?yàn)榧夯?clusterizing)是不可能的，所以晶片處理不能在多腔工具內(nèi)原位地進(jìn)行。強(qiáng)制性的測(cè)量步驟放慢了工藝流程。結(jié)果，迫切期望開(kāi)發(fā)出一種能夠克服所有這些缺點(diǎn)的方法和系統(tǒng)。
因此，本發(fā)明的首要目的是提供一種對(duì)半導(dǎo)體晶片制備工藝實(shí)時(shí)原位監(jiān)測(cè)的方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種通過(guò)在晶片處理過(guò)程中的實(shí)時(shí)檢測(cè)來(lái)克服錯(cuò)誤工藝故障、工藝漂移和工具失效的半導(dǎo)體晶片制備工藝實(shí)時(shí)原住監(jiān)測(cè)的方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種通過(guò)在晶片仍可以進(jìn)行再處理時(shí)停止處理或跳過(guò)下一步驟來(lái)顯著地降低晶片的廢棄率、提高產(chǎn)量的半導(dǎo)體晶片制備工藝實(shí)時(shí)原位監(jiān)測(cè)的方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種大大地降低處理成本和循環(huán)時(shí)間的半導(dǎo)體晶片制備工藝實(shí)時(shí)原位監(jiān)測(cè)的方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種不需要持續(xù)的人工控制而更適于自動(dòng)控制的半導(dǎo)體晶片制備工藝實(shí)時(shí)原位監(jiān)測(cè)的方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種省略一些標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法而提高晶片處理速度的半導(dǎo)體晶片制備工藝實(shí)時(shí)原位監(jiān)測(cè)的方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種只處理合格晶片而避免不必要的處理時(shí)間和晶片浪費(fèi)的半導(dǎo)體晶片制備工藝實(shí)時(shí)原位監(jiān)測(cè)的方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種可以執(zhí)行在不破壞真空的條件下將晶片直接由一個(gè)腔傳送到同一工具內(nèi)的另一個(gè)腔的完全集群化(即原位)工藝的半導(dǎo)體晶片制備工藝實(shí)時(shí)原位監(jiān)測(cè)的方法和系統(tǒng)。
利用本發(fā)明的系統(tǒng)和方法可以實(shí)現(xiàn)這些和其它相關(guān)目的。
該方法的初步但最基本的步驟是建立適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)庫(kù)。首先，在建立數(shù)據(jù)庫(kù)之前，工藝工程師為工藝的每一個(gè)步驟選擇一個(gè)或幾個(gè)用于監(jiān)視該步驟的工藝參數(shù)。首先，數(shù)據(jù)庫(kù)包含在晶片制備工藝的預(yù)定步驟中當(dāng)該步驟正常進(jìn)行時(shí)與選定的工藝參數(shù)變化有關(guān)的數(shù)據(jù)和在識(shí)別出偏差的情況下與這些選定的工藝參數(shù)變化有關(guān)的數(shù)據(jù)。這些識(shí)別出的偏差是以工藝工程師已知的所有可能導(dǎo)致晶片廢棄的原因?yàn)榛A(chǔ)的。工藝工程師定義一組可以描述偏差特征的分析規(guī)則，并建立相應(yīng)的廢棄判據(jù)。這些規(guī)則按照同樣存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的算法形式進(jìn)行編碼。由此，這些算法用來(lái)在晶片處理過(guò)程中監(jiān)視選定的工藝參數(shù)，并檢測(cè)出任何可識(shí)別的偏差。根據(jù)工藝工程師的經(jīng)驗(yàn)，將報(bào)警程序和反應(yīng)動(dòng)作賦予各個(gè)狀態(tài)，并以同樣方式編碼在數(shù)據(jù)庫(kù)中。例如，在出現(xiàn)緊急情況或跳過(guò)下一步驟的情況下，如果報(bào)警程序需要，可以在任何時(shí)候終止當(dāng)前步驟。全部報(bào)警編碼構(gòu)成該步驟的警報(bào)。對(duì)于晶片制備工藝的每一個(gè)處理步驟和任何可能的各個(gè)生產(chǎn)線工具執(zhí)行這些步驟。
現(xiàn)在，在晶片處理的特定步驟中，各種連續(xù)地監(jiān)視該步驟的選定工藝參數(shù)的設(shè)備(EPD控制器，控制裝置，…)產(chǎn)生數(shù)據(jù)(例如電子信號(hào))，并利用分析算法將該數(shù)據(jù)在線地、實(shí)時(shí)地與存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。這種分析是在稱為監(jiān)控器的專用單元中進(jìn)行的，其中監(jiān)控器從監(jiān)視設(shè)備接收數(shù)據(jù)并與數(shù)據(jù)庫(kù)相連。如果檢測(cè)到與可識(shí)別偏差相對(duì)應(yīng)的異常狀態(tài)，監(jiān)控器向控制工藝工具的計(jì)算機(jī)發(fā)出報(bào)警編碼進(jìn)行報(bào)警并立即采取適當(dāng)?shù)膭?dòng)作，否則，工藝一直持續(xù)到正常結(jié)束的狀態(tài)。
結(jié)果，只有“合格”晶片得到完全處理，提高了產(chǎn)量。此外，該技術(shù)允許完全集群化的原位晶片制備工藝。
作為本發(fā)明特征的新穎特征在附屬權(quán)利要求中陳述。然而，結(jié)合附圖，并參考示例性優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述可以更好地理解本發(fā)明以及這些和其它目的和優(yōu)點(diǎn)。
圖1示出包含兩個(gè)腔處理工具和專用計(jì)算機(jī)的、處理半導(dǎo)體晶片的現(xiàn)有技術(shù)常規(guī)系統(tǒng)。
圖2示出為更有效地進(jìn)行操作而包含各種附加設(shè)備(EPD控制器、控制設(shè)備，…)的圖1常規(guī)系統(tǒng)的改進(jìn)型。
圖3包括圖3A到圖3D，示出“AB ETCH”工藝步驟序列中的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
圖4示出當(dāng)結(jié)構(gòu)中沒(méi)有缺陷而且步驟A的刻蝕工藝得到正確執(zhí)行時(shí)由監(jiān)視在等離子體刻蝕機(jī)腔中進(jìn)行的“AB ETCH”工藝的步驟A的EPD控制器顯示出的信號(hào)曲線圖。
圖5示出當(dāng)結(jié)構(gòu)中沒(méi)有缺陷而且步驟C的刻蝕工藝得到正確執(zhí)行時(shí)由監(jiān)視在同一腔中進(jìn)行的“AB ETCH”工藝的步驟C的EPD控制器顯示出的信號(hào)曲線圖。
圖6示出在利用圖2系統(tǒng)且工藝工具是等離子體刻蝕機(jī)時(shí)“ABETCH/AB STRIP”工藝的流程圖。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的新穎系統(tǒng)，其中監(jiān)控器添加到圖2系統(tǒng)中。
圖8示出當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入步驟A且失去AB1光刻膠層時(shí)由監(jiān)視“ABETCH”工藝的步驟A的EPD控制器顯示出的信號(hào)曲線圖。
圖9示出當(dāng)AB1光刻膠層沒(méi)有被任何平板印刷步驟刻出圖案時(shí)由監(jiān)視“AB ETCH”工藝的步驟A的EPD控制器顯示出的信號(hào)曲線圖。
圖10示出當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入步驟A且失去AB2光刻膠層時(shí)由監(jiān)視“ABETCH”工藝的步驟A的EPD控制器顯示出的信號(hào)曲線圖。
圖11示出當(dāng)在等離子體刻蝕機(jī)腔觀察端口淀積了不期望的聚合物時(shí)由監(jiān)視“AB ETCH”工藝的步驟A的EPD控制器顯示出的信號(hào)曲線圖。
圖12示出當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入步驟C且在晶片中部具有少量光刻膠時(shí)由監(jiān)視“AB ETCH”工藝的步驟C的EPD控制器14-2顯示出的信號(hào)曲線圖。
圖13示出在刻蝕工藝中等離子體刻蝕機(jī)發(fā)生RF關(guān)閉時(shí)由監(jiān)視“ABETCH”工藝的步驟A的EPD控制器14-1顯示出的信號(hào)曲線圖。
圖14示出根據(jù)本發(fā)明方法產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫(kù)的各種步驟的簡(jiǎn)要的流程圖。
圖15示出當(dāng)應(yīng)用到晶片制備工藝中的任何處理步驟時(shí)包含在根據(jù)本發(fā)明方法的實(shí)時(shí)在線新穎工藝流程中的基本步驟的簡(jiǎn)要的流程圖。
圖16示出利用圖7的本發(fā)明系統(tǒng)執(zhí)行“AB ETCH/AB STRIP”工藝的流程圖。
包含監(jiān)控器的新型系統(tǒng)標(biāo)號(hào)為34的新型系統(tǒng)顯示在圖7中。相對(duì)于圖2中描繪的現(xiàn)有技術(shù)改進(jìn)型系統(tǒng)，相同單元具有相同標(biāo)號(hào)。轉(zhuǎn)到圖7，其主要差別在于附加了稱為監(jiān)控器、標(biāo)號(hào)為35的專用單元，刪除了不再需要的測(cè)量單元17-1。測(cè)量單元17-2在監(jiān)控器35檢測(cè)到工藝異常的情況下是必須的，這將參照?qǐng)D16在后面詳細(xì)討論。由于現(xiàn)在可以在腔11-1和11-2之間直接傳送晶片，工具11可以完全集群化，由此允許所謂的“原位”工藝。如圖7所示，監(jiān)控器35包括內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)，然而，應(yīng)當(dāng)理解的是也可以使用外部數(shù)據(jù)庫(kù)代替它。一方面，監(jiān)控器35通過(guò)雙向數(shù)據(jù)總線36，通常是SECSⅡ連接，連接到計(jì)算機(jī)，另一方面，又分別通過(guò)雙向數(shù)據(jù)總線37-1和37-2連接到EPD控制器14-1和14-2。然而，如果監(jiān)控器具有太多的任務(wù)以致于不能處理時(shí)，可以任選地在EPD控制器中安裝一些智能機(jī)構(gòu)。這可以通過(guò)向EPD控制器添加計(jì)算和存儲(chǔ)能力來(lái)實(shí)現(xiàn)。具有微處理器和少量存儲(chǔ)器的電子卡在所有情況下均是可行的。任選地，控制設(shè)備16-1和16-2通過(guò)數(shù)據(jù)總線36連接到監(jiān)控器35，這樣監(jiān)控器也可以如控制設(shè)備觀察到的一樣跟蹤工藝變化，而不僅僅是EPD控制器。因此，監(jiān)控器35同時(shí)具有計(jì)算能力(處理來(lái)自EPD控制器的數(shù)據(jù)和來(lái)自數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)，以便比較)和存儲(chǔ)能力(保存數(shù)據(jù)庫(kù))。應(yīng)當(dāng)注意，計(jì)算機(jī)12的功能是在晶片處理過(guò)程中控制工具11的物理工藝參數(shù)，而監(jiān)控器35感興趣的主要是晶片發(fā)生的變化。
監(jiān)控的新穎方法建立數(shù)據(jù)庫(kù)本發(fā)明方法需要產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫(kù)的基本步驟，數(shù)據(jù)庫(kù)包含不僅在工藝進(jìn)展正常進(jìn)行時(shí)而且包括在出現(xiàn)任何偏差的情況下描述工藝變化的第一數(shù)據(jù)。這些偏差是以可識(shí)別出的所有可能導(dǎo)致晶片廢棄的原因?yàn)榛A(chǔ)的。對(duì)于各個(gè)步驟，選擇用來(lái)監(jiān)視該步驟的工藝參數(shù)。通過(guò)監(jiān)視這些參數(shù)建立一組對(duì)應(yīng)于正常狀態(tài)的正確工藝數(shù)據(jù)，其工藝變化可以作為根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行的分析的參考。然后，對(duì)于每個(gè)可以由工藝工程師識(shí)別出的導(dǎo)致晶片廢棄的潛在原因，監(jiān)視相同的工藝參數(shù)(或者只是其中的一部分，即最適于這種特定偏差的參數(shù))以便檢測(cè)出它們相對(duì)于上述參考變化的漂移。搜集到的代表該步驟正常狀態(tài)和可識(shí)別出的異常狀態(tài)的所有數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在監(jiān)控器35的數(shù)據(jù)庫(kù)中。相應(yīng)地，工藝工程師分析這些漂移，并定義一組稱為分析規(guī)則的規(guī)則，其中定義了表征相對(duì)于正常工藝的這種偏差的廢棄判據(jù)。這些分析規(guī)則用算法形式表達(dá)并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。最后，工藝工程師定義的報(bào)警編碼和動(dòng)作對(duì)應(yīng)于各個(gè)可識(shí)別出的偏差。報(bào)警編碼可以具有不同的優(yōu)先級(jí)。另一方面，根據(jù)偏差的嚴(yán)重程度采取不同的動(dòng)作。上述過(guò)程對(duì)于該工藝的每個(gè)步驟均是重復(fù)進(jìn)行的。
下面的幾個(gè)例子將說(shuō)明產(chǎn)生這種數(shù)據(jù)庫(kù)的基本步驟。為了與本申請(qǐng)的引言部分相一致，它們均與“AB ETCH”工藝聯(lián)系在一起，這樣，參照?qǐng)D3所示的結(jié)構(gòu)19對(duì)其進(jìn)行描述。
例子Ⅰ如上所述，在“AB ETCH”工藝的初始階段，即步驟A，通常存在光刻膠層AB1。結(jié)構(gòu)19中沒(méi)有任何缺陷的情況用圖4中的曲線26到29表示，派生信號(hào)S’1(曲線27)在該步驟結(jié)束時(shí)具有一個(gè)非常銳利的瞬變。現(xiàn)轉(zhuǎn)到圖8，該圖示例了當(dāng)沒(méi)有AB1光刻膠層24時(shí)的信號(hào)S1、S’1、S2和S’2。在這種情況下，曲線34表示的S’1信號(hào)具有十分平緩的坡度。工藝工程師可以利用這種差異區(qū)分這兩種情況。為表征不存在AB1光刻膠層，建立了下述規(guī)則如果信號(hào)S’1在至少25s的過(guò)程中高于500(任意單位)低于1600，就認(rèn)為不存在AB1光刻膠層。然后，工藝工程師檢查這種狀態(tài)序列。如果不存在AB1光刻膠層而步驟A正常進(jìn)行，那么在步驟B和C過(guò)程中刻蝕所有的TEOS SiO2將是導(dǎo)致晶片廢棄的主要原因。因此，一旦檢測(cè)到不存在AB1光刻膠層，刻蝕必須立即停止，這樣在這種情況下，報(bào)警編碼是“立即步驟停止”，推薦反應(yīng)動(dòng)作是跳過(guò)腔11-1中的步驟B和C。在這種情況下，晶片可以進(jìn)行再處理。
例子Ⅱ
假定晶片沒(méi)有經(jīng)過(guò)AB1平板印刷步驟。結(jié)果，在步驟A中處理晶片之前在結(jié)構(gòu)19的表面上總共存在兩層光刻膠AB1和AB2層24和25。圖9示出了這種特定狀態(tài)下的信號(hào)S1、S’1、S2和S’2。在這種情況下，工藝工程師選擇曲線35的信號(hào)S’2，該信號(hào)定義了刻蝕速率，由此定義了刻蝕厚度。規(guī)則表明，如果刻蝕厚度超過(guò)標(biāo)稱值的10％，就應(yīng)當(dāng)停止該工藝，否則，繼續(xù)進(jìn)行該工藝直到到達(dá)最長(zhǎng)允許時(shí)間。因?yàn)?，永遠(yuǎn)不會(huì)出現(xiàn)步驟A的刻蝕端點(diǎn)，所以TEOS SiO2層22將永遠(yuǎn)不會(huì)受到刻蝕，這是因?yàn)榭涛g工藝必須毫無(wú)延遲地停止。報(bào)警編碼仍是“立即步驟停止”，推薦反應(yīng)動(dòng)作是跳過(guò)步驟B和C。在本例的情況下，晶片不會(huì)受到損壞，只需對(duì)其進(jìn)行再處理。
例子Ⅲ另一種在“AB ETCH”層次的制造過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生的失效是缺乏AB2光刻膠層25。如果在腔11-1中啟動(dòng)步驟A時(shí)缺乏AB2光刻膠層25，那么在該步驟中使用的化學(xué)物質(zhì)將以相同的速率同時(shí)刻蝕層22的TEOSSiO2材料和AB1層的光刻膠材料。在幾分鐘之內(nèi)，將刻蝕掉所有的AB1光刻膠和大部分的TEOS SiO2材料。結(jié)果，在制備工藝的這一階段需要將晶片廢棄。在這種情況下，將使用S’1信號(hào)，只要檢測(cè)到界面，這意味著開(kāi)始刻蝕TEOS SiO2材料，就立即停止刻蝕。圖10示出在這種特定狀態(tài)下的信號(hào)S1、S’1、S2和S’2，其中信號(hào)S’1由曲線36表示。在這種情況下，規(guī)則是從最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間為120S的信號(hào)S’1的RATE TIME RT開(kāi)始，如果信號(hào)S’1的幅度上升到高于1500(任意單位)，再下降到低于600，然后又上升到高于1500，這說(shuō)明刻蝕速率過(guò)高。報(bào)警編碼是“立即工具停止”，推薦動(dòng)作是停止等離子體刻蝕機(jī)工具。在這種特定情況下，所有正在進(jìn)行處理的剩余晶片均受到直觀的控制，以便檢測(cè)AB2光刻膠層25的存在。
例子Ⅳ本例涉及工具故障。有時(shí)在腔內(nèi)壁上覆蓋了由刻蝕產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)副產(chǎn)品時(shí)會(huì)發(fā)生這種故障。當(dāng)啟動(dòng)步驟A時(shí)，首先將這些副產(chǎn)品刻蝕掉，這樣，用于完全去除AB2光刻膠層25的計(jì)劃刻蝕時(shí)間是不夠的，在步驟A結(jié)束時(shí)，從腔11-1中取出的晶片仍具有AB2光刻膠涂層。報(bào)警編碼將通知計(jì)算機(jī)需要進(jìn)行進(jìn)一步的刻蝕。結(jié)合圖11可以理解這種由工藝工程師開(kāi)發(fā)的用于表征該狀態(tài)的判據(jù)。圖11示出對(duì)應(yīng)于該狀態(tài)的信號(hào)S1、S’1、S2和S’2。測(cè)試由曲線37表示的信號(hào)S1的幅度。兩次測(cè)試的間隔是60S，如果信號(hào)幅度差異大于10％，報(bào)警編碼指出必須進(jìn)行確定持續(xù)時(shí)間之外的附加刻蝕。
例子Ⅴ在淀積AB1或AB2光刻膠的過(guò)程中，少量的保護(hù)劑滴加在晶片中央，以增加局部厚度。當(dāng)晶片進(jìn)入步驟C時(shí)，該缺陷用作刻蝕端點(diǎn)，這樣對(duì)晶片刻蝕最長(zhǎng)允許時(shí)間。圖12示出與該狀態(tài)對(duì)應(yīng)的信號(hào)S3、S’3、S4和S’4。在這種情況下，規(guī)則指出，如果在由曲線38表示的信號(hào)S’3中檢測(cè)到非對(duì)稱性，那么示出報(bào)警編碼“在缺省時(shí)間停止”。推薦動(dòng)作是在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行刻蝕(缺省時(shí)間)。
例子Ⅵ當(dāng)RF發(fā)生器停止而后又立即重新啟動(dòng)時(shí)，例如，在步驟A中，S1信號(hào)下降，然后又上升。其派生信號(hào)S’1以相同的方式更加劇烈地變化。產(chǎn)生的涌動(dòng)造成虛假的刻蝕端點(diǎn)，使步驟A過(guò)早地停止。然后，根據(jù)步驟B處理晶片。最后，當(dāng)晶片進(jìn)入步驟C時(shí)，大量的光刻膠AB2仍留在晶片上。步驟C化學(xué)物質(zhì)是選擇性的，將不會(huì)刻蝕TEOS SiO2材料。結(jié)果，如果在步驟A中沒(méi)有報(bào)警，那么晶片將帶著沒(méi)有被轟擊掉的TEOS SiO2層22離開(kāi)步驟C，在化學(xué)-機(jī)械(chem-mech)平滑步驟之后，該晶片將會(huì)被廢棄。圖13示出與該狀態(tài)對(duì)應(yīng)的信號(hào)S1、S’1、S2和S’2。表示信號(hào)S1和S’1的曲線分別用39和39’標(biāo)識(shí)。在這種情況下，工藝工程師定義的規(guī)則是步驟A開(kāi)始30秒之后，檢測(cè)信號(hào)S1的幅度，如果兩次取樣之間的變化大于5％，那么應(yīng)當(dāng)示出報(bào)警編碼“立即步驟停止”。推薦動(dòng)作仍是跳過(guò)步驟B和C。
圖14中標(biāo)號(hào)為40的流程圖簡(jiǎn)要地總結(jié)出生成數(shù)據(jù)庫(kù)的各種操作?？紤]整個(gè)工藝中標(biāo)號(hào)為A的第一處理步驟的操作序列，整個(gè)工藝包括多個(gè)標(biāo)號(hào)從A到X的步驟?，F(xiàn)轉(zhuǎn)到圖14，第一操作包括選擇監(jiān)視步驟A的正確工藝參數(shù)，并在正常條件下進(jìn)行的處理過(guò)程中建立參數(shù)的變化規(guī)律(框41-A)。參考這些選中工藝參數(shù)的變化規(guī)律對(duì)工藝進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。在這種“AB ETCH”工藝的特定情況下，這些選中的工藝參數(shù)至少包括圖4示出的四個(gè)信號(hào)S1、S’1、S2和S’2。然后，識(shí)別出相對(duì)于正常工藝條件的所有可能偏差，并建立每一種偏差的選中工藝參數(shù)變化規(guī)律(框42-A)。此外，仍針對(duì)每一種偏差，定義包括廢棄規(guī)則的分析規(guī)則，以表征這一特定狀態(tài)(框43-A)。注意，如果使用幾個(gè)工藝參數(shù)，監(jiān)控機(jī)將并行地對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控。然后，生成具體的分析算法(框44-A)。事實(shí)上，存在一組用于每個(gè)步驟的專用算法。這些算法由工藝工程師編制，并明顯地處于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的知識(shí)范圍之內(nèi)。采取的報(bào)警編碼和推薦動(dòng)作賦予任何可識(shí)別的偏差(框45-A)。最后，對(duì)于整個(gè)工藝中的每一個(gè)步驟A到X均執(zhí)行該操作序列。所有這些數(shù)據(jù)均存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)(框46)中，該數(shù)據(jù)庫(kù)優(yōu)選地位于監(jiān)控器35的內(nèi)部，盡管使用外部數(shù)據(jù)庫(kù)也是可以想象的。數(shù)據(jù)庫(kù)包括所有與工藝參數(shù)有關(guān)的恰當(dāng)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)描述了在正常操作條件下和可識(shí)別偏差條件下工藝參數(shù)的變化規(guī)律。同樣，數(shù)據(jù)庫(kù)包含用分析算法形式表達(dá)的分析規(guī)則以及相應(yīng)的廢棄判據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)還包括待執(zhí)行的、賦予每種偏差的報(bào)警編碼和動(dòng)作。由于上述過(guò)程具有明顯的靈活性，所以數(shù)據(jù)庫(kù)可以應(yīng)用于晶片制備工藝的一個(gè)或幾個(gè)步驟和生產(chǎn)線的一種或幾種工具。
新穎工藝流程參照?qǐng)D15描述標(biāo)號(hào)為47的新穎工藝流程。于是，該流程可以應(yīng)用于晶片制備工藝的任何處理步驟和任何工具。對(duì)于確定的處理步驟，晶片裝載在工具的特定腔中(步驟48)。然后，計(jì)算機(jī)12下載監(jiān)控器35中的步驟名稱?，F(xiàn)在，對(duì)于該步驟，對(duì)晶片處理(例如，刻蝕、淀積、摻雜…)進(jìn)行初始化，同時(shí)激活監(jiān)視該步驟的EPD控制器(和/或任何控制設(shè)備)(步驟49)。同時(shí)，監(jiān)控器35利用存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的適當(dāng)算法開(kāi)始分析選定的工藝參數(shù)，并根據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的分析規(guī)則分析EPD控制器產(chǎn)生的相應(yīng)信號(hào)(步驟50)。結(jié)果，持續(xù)地分析選定工藝參數(shù)的變化規(guī)律。一旦出現(xiàn)任何選定工藝參數(shù)漂移，監(jiān)控器35就檢測(cè)工藝工程師建立的任何一條廢棄判據(jù)是否得到滿足(步驟51)。分析算法的作用是識(shí)別出相對(duì)于正常工藝的任何偏差。于是，實(shí)時(shí)在線地執(zhí)行分析和測(cè)試。如果檢測(cè)到異常(即，偏差)，監(jiān)控器35將向計(jì)算機(jī)12提供報(bào)警編碼，這樣可以立即執(zhí)行適當(dāng)?shù)膭?dòng)作(步驟52)。如果監(jiān)控器35沒(méi)有檢測(cè)到異常，那么該步驟將一直執(zhí)行到結(jié)束(步驟53)。然后，晶片準(zhǔn)備進(jìn)入下一步驟(步驟54)。
現(xiàn)在考慮當(dāng)應(yīng)用于“AB ETCH/AB STRIP”工藝時(shí)圖15中的新穎工藝流程的實(shí)用性的降低。
當(dāng)?shù)谝痪M(jìn)入腔11-1時(shí)，步驟名稱已經(jīng)由計(jì)算機(jī)12傳送給監(jiān)控器35，如果EPD控制器14-1具有一些智能，那么可任選地將該部分信息傳送給EPD控制器14-1。步驟A工藝啟動(dòng)，EPD控制器14-1也隨即啟動(dòng)，并產(chǎn)生信號(hào)S1、S’1、S2和S’2，這些信號(hào)立即由特定的分析算法進(jìn)行處理(算法是在步驟名稱下載到監(jiān)控器數(shù)據(jù)庫(kù)中時(shí)進(jìn)行選擇的)。如果根據(jù)可識(shí)別的偏差檢測(cè)到異常，那么向計(jì)算機(jī)12發(fā)送相應(yīng)的報(bào)警編碼，以便采取適當(dāng)?shù)膭?dòng)作。典型動(dòng)作是跳過(guò)剩余步驟B和C。然而，根據(jù)偏差的嚴(yán)重性來(lái)停止工藝或工具。如果沒(méi)有檢測(cè)到異常，那么處理晶片一直到步驟A終止。
然后，晶片進(jìn)入步驟B。計(jì)算機(jī)12將步驟B標(biāo)識(shí)符發(fā)送到監(jiān)控器35。與步驟A不同，步驟B不受EPD控制器14-1的監(jiān)視，其持續(xù)時(shí)間是固定的。然而，監(jiān)控器35分析其它信號(hào)，例如與可能發(fā)生的常見(jiàn)失效(例如RF關(guān)閉)有關(guān)的信號(hào)。如果沒(méi)有檢測(cè)到異常，那么就不發(fā)出警報(bào)。在步驟B結(jié)束時(shí)，晶片進(jìn)入步驟C。步驟C按照與參照步驟A描述的方式相同的方式進(jìn)行?，F(xiàn)在，完成了晶片在腔11-1中的處理。晶片直接傳送到腔11-2，執(zhí)行“AB STRIP”工藝。
正確處理晶片的上述步驟順序可以簡(jiǎn)單地總結(jié)如下1．從匣中卸下晶片，并將晶片裝入腔11-1。
2．運(yùn)行“AB ETCH”工藝的三個(gè)步驟A到C，并順序地運(yùn)行“ABSTRIP”工藝的步驟A，除非出現(xiàn)報(bào)警。在報(bào)警情況下，通常將是跳過(guò)下一步驟，盡管有時(shí)會(huì)停止工藝或工具。
3．從工具中卸下晶片，并將晶片裝入匣中。
4．如果檢測(cè)到至少一種異常，那么在測(cè)量單元17-2中執(zhí)行處理后檢測(cè)。排除不合格晶片，或廢棄或再處理。
5．進(jìn)入下一工藝。
同樣，為了簡(jiǎn)化，沒(méi)有提及向匣中裝載晶片和從匣中卸載晶片的中間步驟。
圖16示出的流程圖55可以和圖6所示的流程圖作恰當(dāng)?shù)谋容^。如圖16所示，由于在發(fā)送到腔11-2之前不需要在測(cè)量單元17-1中檢測(cè)TEOS SiO2層的厚度，所以，“AB ETCH/AB STRIP”工藝可以完全實(shí)現(xiàn)集群化，即在腔11-1和11-2之間直接傳送是可行的。然而，如果檢測(cè)到異常(對(duì)于批量特征)，仍需要保持在測(cè)量單元17-2中對(duì)樣本晶片進(jìn)行的最后測(cè)量步驟。利用現(xiàn)有的工藝工具，在顯示“失效”時(shí)不能立即從腔中取出失效的晶片。在“AB ETCH/AB STRIP”工藝結(jié)束時(shí)，所有的晶片都裝入匣中，這樣如果只檢測(cè)到其中的一個(gè)晶片異常，那么必須在測(cè)量單元17-2中進(jìn)行檢測(cè)，以便識(shí)別出失效晶片。將來(lái)，可以避免這種對(duì)晶片分類的測(cè)量步驟，工藝工具將配備有標(biāo)記失效晶片的標(biāo)記設(shè)備(例如激光器)或者配備有用于讀取晶片ID(標(biāo)識(shí)碼)的讀取設(shè)備，這樣可以很容易地在匣中識(shí)別出失效晶片，而不必執(zhí)行上述的測(cè)量步驟。
最后，通過(guò)EPD控制器14-1和14-2完全控制了“AB ETCH/ABSTRIP”工藝的所有工藝步驟的監(jiān)控器35現(xiàn)在可以保證只有合格晶片得到完整處理。此外，這種技術(shù)可以使制備工藝完全集群化。然而，不幸的是，由于在已經(jīng)檢測(cè)到問(wèn)題的步驟中不能識(shí)別出失效晶片，并且該失效晶片與合格晶片一起裝載在上述匣中，因此還需要進(jìn)行分類以便獲得合格晶片。
權(quán)利要求
1．對(duì)用于晶片批量生產(chǎn)的、制備半導(dǎo)體晶片的確定工藝步驟進(jìn)行實(shí)時(shí)原位監(jiān)控的方法，包括以下基本步驟a)選擇至少一個(gè)用于監(jiān)視確定步驟的工藝參數(shù)。b)建立包含以下內(nèi)容的數(shù)據(jù)庫(kù)在由工藝工程師標(biāo)識(shí)出的正常操作狀態(tài)下和所有偏差狀態(tài)下選定的工藝參數(shù)的變化規(guī)律；表示由工藝工程師定義的用于識(shí)別任何偏差的分析規(guī)則的算法，該算法包括各種偏差的廢棄判據(jù)；各種偏差情況下的報(bào)警編碼；所述方法還包括確定的步驟，包括c)提供了-具有至少一個(gè)在制備工藝的特定步驟中用于處理晶片的腔的工具；-控制所述工具的物理工藝參數(shù)的工具計(jì)算機(jī)；-至少一個(gè)監(jiān)視設(shè)備，監(jiān)視為該步驟而確定的至少一個(gè)選定工藝參數(shù)；-通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)、監(jiān)視設(shè)備和數(shù)據(jù)庫(kù)相連的監(jiān)控器，以便監(jiān)控確定步驟的工藝流程；d)將晶片引入到工具腔中；e)開(kāi)始晶片處理；f)利用監(jiān)控器連續(xù)地分析選定工藝參數(shù)的變化規(guī)律，該監(jiān)控器用于比較存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)數(shù)據(jù)，以便實(shí)時(shí)原位地檢測(cè)在確定步驟中出現(xiàn)的任何偏差；g)如果沒(méi)有檢測(cè)到偏差，則繼續(xù)進(jìn)行晶片處理直至正常結(jié)束，如果檢測(cè)到偏差，則采取與檢測(cè)到的偏差相對(duì)應(yīng)報(bào)警編碼規(guī)定的正確動(dòng)作。
2．根據(jù)確定的工藝、具有實(shí)時(shí)原位監(jiān)控能力的半導(dǎo)體晶片處理系統(tǒng)，包括a)具有至少一個(gè)執(zhí)行晶片處理的腔的工具；b)控制所述工具的物理工藝參數(shù)的計(jì)算機(jī)；c)監(jiān)視至少一個(gè)在工具腔內(nèi)部的工藝的選定工藝參數(shù)的監(jiān)視設(shè)備；d)一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括在由工藝工程師標(biāo)識(shí)出的正常操作狀態(tài)下和所有偏差狀態(tài)下選定工藝參數(shù)的變化規(guī)律；表示由工藝工程師定義的用于識(shí)別任何偏差的分析規(guī)則的算法，該算法包括各種偏差的廢棄判據(jù)；各種偏差情況下的報(bào)警編碼；e)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)視設(shè)備、計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)相連的監(jiān)控裝置，該裝置用于-比較在當(dāng)前晶片處理過(guò)程中由控制器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的相應(yīng)數(shù)據(jù)，以檢測(cè)相對(duì)于正常工作狀態(tài)出現(xiàn)的任何偏差；-一旦出現(xiàn)報(bào)警編碼，立即采取正確的動(dòng)作。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其特征在于監(jiān)視設(shè)備是EPD控制器。
全文摘要
在半導(dǎo)體晶片制備過(guò)程中對(duì)在處理工具內(nèi)部執(zhí)行的步驟進(jìn)行實(shí)時(shí)原位監(jiān)控的方法和系統(tǒng)。對(duì)選定工藝參數(shù)在正常操作狀態(tài)和在偏差狀態(tài)下的變化規(guī)律編碼并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。建立針對(duì)每個(gè)可識(shí)別偏差的報(bào)警編碼和應(yīng)采取的動(dòng)作。在晶片處理過(guò)程中,該工藝參數(shù)受到連續(xù)地監(jiān)視,以便實(shí)時(shí)地和存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)作比較。如果檢測(cè)到異常,則發(fā)出報(bào)警編碼,立即采取推薦動(dòng)作。結(jié)果,只有合格晶片得到完整的處理。該技術(shù)允許晶片制備工藝的完全集群化。
文檔編號(hào)H01L21/66GK1221981SQ9812658
公開(kāi)日1999年7月7日 申請(qǐng)日期1998年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月29日
發(fā)明者P·科羅尼爾, R·馬卡南 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司