专利名称：热制程控制方法以及热制程系统的制作方法
技术领域：
本发明是有关于半导体制造，特别是有关于以模型为基础，用以控制多区域热处理机台的加热温度的系统和方法。
背景技术：
类似如炉管的多区域热处理机台，在半导体制造过程中被广泛应用。例如，用以执行氧化及扩散制程的氧化扩散高温炉。此高温炉多区分为3个或以上的加热区，以便利控制或调整温度。
就氧化扩散高温炉的运作而言，温度控制是其最重要的部分。例如，在生成薄膜时，不正确的反应温度，会影响生成的薄膜厚度，进而使得元件电性漂移，良率降低。而且，在反应过程中，薄膜不但产生于晶圆表面，在炉管内壁上也会有薄膜的沉积。炉管内壁上的薄膜沉积，会影响热传导，并降低加热效率。
传统的方法，是在连续的加热制程步骤之间，以人工调整炉管温度设定，以补偿因为炉管内壁沉积物或其它原因所导致的加热效率损失。而人工调整温度的方法，不但容易出错，而且耗时费力。
发明内容
本发明是有关于半导体制造，特别是有关于用以进行热制程的系统与方法。
为解决上述现有技术中的问题，本发明提供一种热制程控制方法。上述方法首先提供一梯度系数矩阵及第一加热模型。依据该第一加热模型，于第一晶圆批次执行第一制程回合。继之，测量该第一晶圆批次中至少一晶圆的膜厚。利用该梯度系数矩阵及该膜厚测量值，执行一统计制程控制分析。并依据该统计制程控制分析的结果，修正该第一加热模型，以取得一第二加热模型。依据该第二加热模型，于第二晶圆批次执行第二制程回合。
本发明所述的热制程控制方法，当最后一制程回合的加热模型和膜厚测量值数据不可得时，该统计制程控制分析进一步处理一前一制程回合的一加热模型及膜厚测量值。
本发明所述的热制程控制方法，当最后一制程回合到目前制程回合的时间间距大于一默认值时，该统计制程控制分析进一步处理一前一制程回合的一加热模型及膜厚测量值。
本发明所述的热制程控制方法，当最后一制程回合后执行一维护步骤时，该统计制程控制分析进一步处理一前一制程回合的一加热模型及膜厚测量值。
本发明所述的热制程控制方法，该梯度系数矩阵为M×N阶矩阵，其是以实验设计法决定之，其中M值为特定制程回合的膜厚测量值，N值为执行该加热处理的炉管的加热器数目。
本发明所述的热制程控制方法，该统计制程控制分析进一步通过指数加权移动平均方法，针对该第二加热模型决定一温度补偿因子。
本发明并提供一种热制程系统，其包括热处理机台、测量机台、及控制装置。其中该热处理机台用以依据一加热模型执行一加热制程，使得在一晶圆表面上形成薄膜。其中该测量机台，其是与该热处理机台耦接，用以测量薄膜厚度。其中该控制装置是与该热处理机台及该测量机台耦接，用以产生该热处理机台的该加热模型，并依据一预设的梯度系数矩阵和该薄膜厚度测量值，调整该加热模型。
本发明所述的热制程系统，当最后一制程回合的加热模型和膜厚测量值数据不可得时，该控制装置进一步处理一前一制程回合的一加热模型及膜厚测量值。
本发明所述的热制程系统，当最后一制程回合到目前制程回合的时间间距大于一默认值时，该控制装置进一步处理一前一制程回合的一加热模型及膜厚测量值。
本发明所述的热制程系统，当最后一制程回合后执行一维护步骤时，该控制装置进一步处理一前一制程回合的一加热模型及膜厚测量值。
本发明所述的热制程系统，该梯度系数矩阵为M×N阶矩阵，其是以实验设计法决定之，其中M值为特定制程回合的膜厚测量值，N值为执行该加热处理的炉管的加热器数目。
本发明所述的热制程系统，该控制装置进一步通过指数加权移动平均方法，针对该第二加热模型决定一温度补偿因子。
上述热制程控制方法系可以通过将储存于计算机可读取储存媒体之计算机程序加载计算机系统中而实现。
本发明解决了现有技术中的问题，并且可防止因为制程回合不连续执行而造成的错误。
图1显示依据本发明实施例的制造系统的示意图；图2显示依据本发明实施例的具有热制程处理方法的流程图；图3显示依据本发明实施例的储存媒体示意图。
具体实施例方式
为了让本发明的目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图示图1至图3，做详细的说明。本发明说明书提供不同的实施例来说明本发明不同实施方式的技术特征。其中，实施例中的各元件的配置是为说明之用，并非用以限制本发明。且实施例中图式标号的部分重复，是为了简化说明，并非意指不同实施例之间的关联性。
图1显示依据本发明实施例的制造系统的示意图。制造系统10是为一热制程系统，其于半导体晶圆上执行热制程。制造系统10包括热处理机台11、测量机台13、控制装置15、及数据库17。
其中热处理机台11是为一热壁式批次妒管，用以依据一加热模型执行一加热制程，使得在一晶圆表面上形成薄膜。热处理机台11包含3～5个加热区，其可以容纳100～200片晶圆。其中，每一加热区对应于一加热元件111。
其中测量机台13是与热处理机台11耦接，用以在一加热制程回合后，测量处理后晶圆上的薄膜厚度。
控制装置15是与热处理机台11及测量机台13耦接，用以执行热处理机台11的不同处理回合间(run-to-run)的温度控制。控制装置15产生热处理机台11的该加热模型，并依据一预设的梯度系数矩阵和该薄膜厚度测量值，调整该加热模型。
数据库17储存该梯度系数矩阵数据、该薄膜厚度测量值数据、以及多笔处理制程数据。其中该梯度系数矩阵数据是经由实验而得，其描述加热元件111的温度和薄膜厚度测量值的关联。该薄膜厚度测量值是包含炉管中不同位置的晶圆的薄膜厚度测量值。该制程规则是包含一用以进行加热模型校正的统计制程控制方法。
图2显示依据本发明实施例的具有热制程处理方法的流程图。依据本发明实施例，热处理机台11为垂直氧化炉(Tokyo ElectronLimited，TEL)，其包含5个加热元件111。在晶圆经过热处理机台11处理过后，在热处理机台11的上端、中段和下端进行加热处理的晶圆，分别经由测量机台13，测得其生成的薄膜厚度。
该方法首先提供一梯度系数矩阵，如步骤S21所示。该梯度系数矩阵系通过实验设计法(design of experiment，DOE)而决定，其使用多线性回归来分析温度设定和之前执行的制程回合所产生的薄膜厚度测量值。该梯度系数矩阵是为(M×N)阶矩阵，其中M为特定制程回合的膜厚测量值，M值的大小等于薄膜厚度测量值的数据数；其中N对应于热处理机台中加热元件，N值为执行该加热处理的炉管的加热器数目。依据本发明实施例，就某一加热制程回合而言，其可以测量得到3笔薄膜测量值，而每一加热制程步骤是由5个加热元件参与完成。因此该梯度系数矩阵是为(3×5)阶矩阵。薄膜厚度测量值、梯度系数矩阵、以及该炉管的温度设定之间的关系，是以模型1显示。其中，该薄膜厚度测量值、该梯度系数矩阵、以及该炉管的温度设定分别表示为Y、B、及T。
Y∝BTYt,uYt,cYt,l∝-7.22-12.74-7.6712.0518.38-9.15-7.1825.744.371.3720.3722.379.19-0.12-4.04Tt,1Tt,2Tt,3Tt,4Tt,5]]>(模型1)其中，薄膜厚度测量值Y为3×1向量，其中 且Yt，u，Yt，c，Yt，1分别为在热处理机台11的上端、中段和下端进行加热处理的晶圆，经由测量机台13，测得其生成的薄膜厚度。该炉管的温度设定T为一5×1向量，其中 且Tt，1，Tt，2，Tt，3，Tt，4，及Tt，5分别为制程回合t中5个加热元件的温度设定值。梯度系数矩阵B包含预设的常数，其是依据数个之前执行的制程回合的温度设定及薄膜厚度测量值而得。
薄膜厚度测量值是与该梯度系数矩阵及该炉管的温度设定成正比。其中该梯度系数矩阵可以依据实际需要而设定。例如，当热处理机台11为包含4传感器的炉管时(Kauno Elektrine，KE)，该梯度系数矩阵为(3×4)阶矩阵，且不同的制程程序(recipe)所对应的梯度系数矩阵也不相同。
继之，定义第一加热模型，如步骤S22所示。该第一加热模型包含该加热元件111的第一温度设定值。
继之，依据该第一加热模型，于第一晶圆批次执行第一制程回合，如步骤S23所示。
当第一晶圆批次经过第一制程回合处理后，从该第一晶圆批次中选取至少三片晶圆，测量该选取晶圆上生成的薄膜厚度，如步骤S24所示。其中，该选取的晶圆是分别在热处理机台11的上端、中段和下端进行加热处理。
继之，利用该梯度系数矩阵及该膜厚测量值，执行一统计制程控制分析，其是以最后一制程回合的加热模型和膜厚测量值数据为之。依据模型1，该薄膜厚度测量值以及该炉管的温度设定是呈现比例关系，并利用指数加权移动平均方法(exponentiallyweighted moving average，EWMA)，取得一最初截距。依据本发明实施例，一最初温度设定为一(5×1)的向量，T0，其中 为了界定薄膜厚度测量值、梯度系数矩阵及温度设定值之间的关联，需决定模型1的一截距。其中，一最初截距设定为α0。其中该α0是依据下式计算得知α0=α0,uα0,cα0,l=Y-BT0]]>上述α0，u、α0，c、及α0，1是为在在热处理机台11的上端、中段和下端进行加热处理的晶圆所对应的模型1中的最初截距。上述Y是为预设的目标薄膜厚度。当可以取得制程回合t的薄膜厚度测量值Yt时，可以依据下式决定一对应的截距αt＝w(Yt-BTt-1)+(1-w)αt-1其中，w为一预设的加权因子，用以设定先前制程回合的影响的权重。依据本发明实施例，处理时间最早的三个制程回合的加权因子w为0.7，因此当t小于或等于3时，w的值为0.7。当t大于3时，w的值降为0.2。如此一来，可以使得在第三制程回合之后，αt不会随着目前制程回合的薄膜厚度测量值Yt及目前温度设定值(Tt-1)而剧烈波动。当αt已决定时，即可据以决定次一制程回合的温度设定Tt。次一制程回合的温度设定Tt是可以依据下式决定之Tt＝(I-B’(BB’)-1B)Tt-1+B’(BB’)-1(Y-αt)统计制程控制分析是在一连串不中断的制程回合当中执行。换言之，当一系列的制程回合的执行因为一维护步骤(preventivemaintenance)时而被中断时，或是一系列的制程回合在执行当中出现一长时间的间隔时，即无法实施该统计制程控制分析。因此，当一系列制程回合因为上述因素或其它因素而被中断时，需要特别设计一种方法来防止因为制程回合不连续执行而造成的错误。
在步骤S25中，判断是否可以取得最后一制程回合的薄膜厚度测量值。若可以取得最后一制程回合的薄膜厚度测量值，则该方法进行步骤S26，否则该方法进行步骤S27。在步骤S26中，判断在该最后一制程回合之后，是否已执行一维护步骤。若已执行一维护步骤，则该方法结束。若并未执行一维护步骤，该方法进行步骤S28。在步骤S27中，判断除了该最后一制程回合之外，是否可以取得其它先前执行的制程回合的薄膜厚度测量数据。若可以取得其它先前执行的制程回合的薄膜厚度测量数据，则该方法进行步骤S291，否则该方法结束。在步骤S28中，判断最后一制程回合到目前制程回合的时间间距是否大于一默认值。当最后一制程回合到目前制程回合的时间间距大于一默认值时，该方法结束，否则该方法进行步骤S291。在步骤S291中，利用该梯度系数矩阵及该膜厚测量值，执行一统计制程控制分析。继之，在步骤S295中，依据该统计制程控制分析的结果，修正该第一加热模型，以取得一第二加热模型。并在步骤S30中，判断修正后的该加热模型是否符合一预定规则。当该第二加热模型符合该预定规则时，该方法进行步骤S31，否则该方法结束。继之，在步骤S31中，依据该第二加热模型，于第二晶圆批次执行第二制程回合。
如图3所示，上述热制程控制方法是能通过一计算机程序，存于一储存媒体中，且当该计算机程序加载服务器执行时，可以实现本发明的热制程控制方法。计算机程序包括数据接收模块31、统计制程控制分析模块33、加热模型调整模块35、及处理指令产生模块37。
其中数据接收模块31用以接收一梯度系数矩阵、第一加热模型、以及第一膜厚测量值。统计制程控制分析模块33利用该梯度系数矩阵及该膜厚测量值，执行一统计制程控制分析。加热模型调整模块35依据该统计制程控制分析的结果，修正该第一加热模型，以取得一第二加热模型。处理指令产生模块37发出一制程指令以使得一机台依据该第二加热模型处理第二晶圆批次。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下
10制造系统11热处理机台13测量机台15控制装置17数据库31数据接收模块33统计制程控制分析模块35加热模型调整模块37处理指令产生模块
权利要求
1.一种热制程控制方法，所述热制程控制方法包括提供一梯度系数矩阵；定义第一加热模型；依据该第一加热模型，于第一晶圆批次执行第一制程回合；测量该第一晶圆批次中至少一晶圆的膜厚；利用该梯度系数矩阵及该膜厚测量值，执行一统计制程控制分析；依据该统计制程控制分析的结果，修正该第一加热模型，以取得一第二加热模型；以及依据该第二加热模型，于第二晶圆批次执行第二制程回合。
2.根据权利要求1所述的热制程控制方法，其特征在于当最后一制程回合的加热模型和膜厚测量值数据不可得时，该统计制程控制分析进一步处理一前一制程回合的一加热模型及膜厚测量值。
3.根据权利要求1所述的热制程控制方法，其特征在于当最后一制程回合到目前制程回合的时间间距大于一默认值时，该统计制程控制分析进一步处理一前一制程回合的一加热模型及膜厚测量值。
4.根据权利要求1所述的热制程控制方法，其特征在于当最后一制程回合后执行一维护步骤时，该统计制程控制分析进一步处理一前一制程回合的一加热模型及膜厚测量值。
5.根据权利要求1所述的热制程控制方法，其特征在于该梯度系数矩阵为M×N阶矩阵，其是以实验设计法决定之，其中M值为特定制程回合的膜厚测量值，N值为执行该加热处理的炉管的加热器数目。
6.根据权利要求1所述的热制程控制方法，其特征在于该统计制程控制分析进一步通过指数加权移动平均方法，针对该第二加热模型决定一温度补偿因子。
7.一种热制程系统，所述热制程系统包括热处理机台，其是用以依据一加热模型执行一加热制程，使得在一晶圆表面上形成薄膜；测量机台，其是与该热处理机台耦接，用以测量薄膜厚度；以及控制装置，其是与该热处理机台及该测量机台耦接，用以产生该热处理机台的该加热模型，并依据一预设的梯度系数矩阵和该薄膜厚度测量值，调整该加热模型。
8.根据权利要求7所述的热制程系统，其特征在于当最后一制程回合的加热模型和膜厚测量值数据不可得时，该控制装置进一步处理一前一制程回合的一加热模型及膜厚测量值。
9.根据权利要求7所述的热制程系统，其特征在于当最后一制程回合到目前制程回合的时间间距大于一默认值时，该控制装置进一步处理一前一制程回合的一加热模型及膜厚测量值。
10.根据权利要求7所述的热制程系统，其特征在于当最后一制程回合后执行一维护步骤时，该控制装置进一步处理一前一制程回合的一加热模型及膜厚测量值。
11.根据权利要求7所述的热制程系统，其特征在于该梯度系数矩阵为M×N阶矩阵，其是以实验设计法决定之，其中M值为特定制程回合的膜厚测量值，N值为执行该加热处理的炉管的加热器数目。
12.根据权利要求7所述的热制程系统，其特征在于该控制装置进一步通过指数加权移动平均方法，针对该第二加热模型决定一温度补偿因子。
全文摘要
本发明提供一种热制程控制方法以及热制程系统，所述热制程控制方法，首先提供一梯度系数矩阵及第一加热模型。依据该第一加热模型，于第一晶圆批次执行第一制程回合。继之，测量该第一晶圆批次中至少一晶圆的膜厚。利用该梯度系数矩阵及该膜厚测量值，执行一统计制程控制分析。并依据该统计制程控制分析的结果，修正该第一加热模型，以取得一第二加热模型。依据该第二加热模型，于第二晶圆批次执行第二制程回合。本发明解决了现有技术中的问题，并且可防止因为制程回合不连续执行而造成的错误。
文档编号G05D23/19GK1782932SQ200510087139
公开日2006年6月7日 申请日期2005年7月27日 优先权日2004年12月2日
发明者张永志, 孙正一, 郭俊一, 叶辅焜, 沈学琪 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司