监控制程的系统和方法

专利名称：监控制程的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种监控制程的系统和方法。
背景技术：
随着半导体制造程序的持续发展，半导体装置的图案越来越细微，积集度 也越来越高，因此对于半导体产品的制程控制水准的要求也越来越高。在生产 过程中，产品在每一道制程的加工尺寸变动是不可避免的，加工尺寸的波动可 能是由人、机器、材料、方法和环境等基本因素的波动影响所致。有些波动是 可预期的，例如反应溶液的浓度会随着时间的增长而逐渐稀释，制造机台在定 期维修的程序中更换了新的硬件而造成加工尺寸的逐渐改变，或预期性的大变 动，属于由偶然原因(不可避免因素)所造成的正常波动，其对产品质量影响较小， 在技术上难以消除，在经济上也不值得消除。但仍有些是无法预期的异常波动， 异常波动通常是由系统原因(异常因素)造成的，对产品质量的影响很大，最好能 够采取措施避免和消除。当波动发生时，在要控制制程稳定和不影响产能的要 求下，工程师必须在最短的时间内有效地找出造成波动的主要原因，迅速判断 制程的稳定性，以让货品在最安全的环境下通过^L台反应。
半导体制程的稳定度一般通过制程实时状态监控或制造机台实时状态监 控，以达到预测性维修的目的。目前，制程实时状态监控大多使用统计制程管 制技术(Statistical Process Control, SPC),将经过完制程的芯片做参数量测，以得 到如膜厚、深度，或蚀刻速率等参数量测值，再将所得的参数量测值输入计量值原始数据图(run chart)中，以观察或分析一时间段内的制程表现。制造机台实 时状态监控，则大多利用故障侦测与分类系统(fault detection and classification, FDC)，以收集制造机台的制程参数的实际生产和理论数据。
然而，制程与制造机台各系统间的关联性非常复杂。理论上，芯片的参数 量测值应依据一些物理定律(如质量与能量均衡)与制造机台的实际运转状况存 在特定的关系。例如，在化学气相沉积制程^歐，芯片上形成的最终膜厚和稳定 高温区段中的温度设定与反应时间关系最大。然而，这并不代表在制造机台实 时状态的监控过程仅需注意稳定高温区段的状况即可，如果升温或降温段的反 应时间过长、过短或温度异常，也可能会造成芯片参数的量测值异常飘移。或 者，虽然当时芯片参数的量测值正常，但由于当时制造机台状态异常，而造成 最终产品的电性量测结果飘移。因此，无论是对制程实时状态监控的统计制程 管制技术(Statistical Process Control, SPC),或是制造机台实时状态监控的故障侦 测与分类系统(fault detection and classification, FDC)，两者对于制程监控都具有 重要作用。
但是，目前统计制程管制技术和故障侦测与分类系统是分开操作的，因此 会失去一些重要、有效的制程监控和改善机会。因此，确有必要提供一种新型 的监控制程的系统和方法。

发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够同时表现统计制程管制技术和故障侦测 与分类系统的分析技术，以提高产品品质和制程稳定的有效预测。
为了实现上述目的，本发明提供了一种监控制程的系统，其包括一二维 正交图，其具有一与晶圆的晶圆量测值有关的第一轴和一与既定制程的制程总 值有关的第二轴，且二维正交图中具有一封闭环状的控管限度；以及一标示体，其显示制程总值和晶圆量测值于二维正交图中。
本发明还提供了一种监控制程的方法，其包括以下步骤提供一晶圓，在
一制造机台中对晶圓进行一既定制程，并同时临场量测和纪录制造机台的若干
个制程参数值；当晶圓进行完既定制程后，对晶圓进行一量测步骤，以得到一 晶圆量测值；将制程参数值转换为一制程总值；提供一二维正交图，其具有一 与晶圓量测值有关的第 一轴和一与制程总值有关的第二轴，且二维正交图中具 有一封闭环状的控管限度；以及将制程总值和晶圆量测值以一标示体显示于二 维正交图中。


下面结合附图，详细说明本发明的具体实施方式
以及其对应的技术效果， 其中
图1为本发明监控制程的方法一个实施方式的流程图。 图2为本发明的一个实施方式中，晶圓于一制造机台中进行既定制程所得 到的制程参数值的对应关系。
图3为本发明一个具体实施方式
中的制程管制图。 图4为本发明另一个具体实施方式
中的制程管制图。
其中A:目标位置；C:控管限度；Cl:控管限度；C2:控管限度；C3: 控管限度；K:标示体。
具体实施例方式
请参照图1，其所示为本发明监控制程的方法一个实施方式的流程图首先 进行步骤S101:提供一 晶圆，在一制造机台中对晶圓进行一既定制程，并同时 量测和纪录制造机台的若干个制程参数值。晶圓在制造^JL台中进行既定制程的过程中，所纪录的制程参数值可包含按一固定时间间隔所纪录的温度、压力、 流量、漏气率、浓度A/或时间值等。
请参照图1,可对步骤S101中在制造机台进行完既定制程后的晶圓进行步
骤S103:对晶圓进行一量测步骤，以得到一晶圆量测值。根据本发明的一个实 施方式，制造机台对单一晶圓进行既定制程，当晶圓进行完既定制程后，可进 行量测步骤以得到晶圓量测值。根据本发明的另一个实施方式，制造机台对一 批或多批晶圓进行既定制程，当 一批或多批晶圆进行完既定制程后，可在一批 或多批晶圓中随机或根据制造机台中的特定位置选择一晶圆进行量测步骤，以 得到晶圓量测值。根据本发明的其他实施方式，可在制造机台连续制造生产经 过一段周期或数次后，对一次晶圆在制造机台进行完既定制程后，对晶圆进行 量测步骤，以得到晶圆量测值。晶圆量测值可包含颗粒数、电性、平坦度、蚀 刻速率、厚度力或掺杂量等。
请参照图1，可对步骤S101中纪录的制程参数值进行步骤S102:将若干个 制程参数值进行转换计算步骤，以转换成一制程总值。根据本发明的一个实施 方式，可提供一参考制程参数值，将参考制程参数值和若干个制程参数值进行 转换计算步骤，以得到对应于若干个制程参数值的制程总值。根据本发明的一 个实施方式，制程参数值可包含在固定时间间隔或步骤下(相同条件)所纪录得的 温度、压力、流量、漏气率、浓度、时间和/或其他制程参数值。根据本发明的 另 一个实施方式，制程参数值还可以包含制造机台内的压力由大气压力降至低 压(相同条件)所需的时间(制程参数值)，晶圓浸置于蚀刻溶剂中进行蚀刻步骤过 程中(相同条件)蚀刻溶剂的最大或最小浓度值(制程参数值)，或其他可能的制程 条件下所纪录得的值。因此，这里所述的制程参数值可根据工程师的经验，针 对可能影响晶圆量测值的制程参数(如在化学气相沉积制程中，成长于晶圆上的薄膜厚度与高温恒温步骤间的恒温总时间和恒温温度有较大关系)，或需特别注 意的制程参数(如降压或破压的时间)做适当的选择。参考制程参数值包括对应于 制程参数值的目标值，或历史数据中计算所得到的平均值或最佳化数值。
根据本发明的一个实施方式，转换计算步骤可以一个或多个晶圆与制程参 数值的关系矩阵做运算。根据本发明的一个实施方式，晶圆在制造机台中进行
既定制程的过程中，所得到的制程参数值的对应关系如图2所显示，其中，制 程参数1为反应室加热器的温度(chamber temperature)(。C),制程参数2为气体(例 如氧气)流量(SCCM)，制程参数3为抽气压力(pumpingpressure)(torr)，制程参数 4为壁加热器的温度(wall heater temperature)(。C),制程参数5为气体(例如氮气) 流量(SCCM)。在此实施方式中，晶圆与其对应的制程参教:值可以10x5或5x10 的矩阵"做运算。根据本发明的一个实施方式，制程总值Z可以根据下列方程 式运算得到
其中"为制程参数值相关的矩阵，^为参考制程参lt值相关的矩阵，'为 反相关矩阵。根据本发明的另一个实施方式，制程总值Z也可以根据下列方程 式运算得到
其中CT为基于参考制程参数值计算得的标准差值。
需要说明的是，除了上述方程式外，制程总值Z还可以根据其他适当的方
9程式运算得到。
请参照图1，接着进行步骤S104:将所得到的晶圓量测值和制程总值以一 标示体K显示在一制程管制图，如图3所示。其中，标示体K显示在制程管制 图中的位置，对应于制程管制图其轴相关参数值的大小而定。
请参照图3，其所示为本发明一个实施方式中的制程管制图，制程管制图为 一具有互相垂直的第一(X)轴和第二(Y)轴的二维正交图，第一(X)轴和第二(Y)轴 分别与晶圆量测值和制程总值相关，晶圆量测值和制程总值分别依第一(X)轴和 第二(Y)轴以一标示体K显示于制程管制图中。才艮据本发明的其他实施方式，晶 圆量测值和制程总值也可以分别依第二(Y)轴和第一(X)轴，以一标示体K显示 于制程管制图中。
需要注意的是，图3所示的制程管制图中具有一椭圆状的控管限度C,其既 可以由过去多个制程所得到的多个晶圆量测值和制程总值统计计算而得，也可 以由过去多个较佳化制程所得到的多个较佳化晶圓量测值和制程总值统计计算 而得。根据本发明的一个实施方式，控管限度C可以为经统计计算所得的标准 差。根据本发明的其他实施方式，控管限度C并不局限于椭圓状，也可以具有 其它适当的封闭环状。椭圆状控管限度C的正中心位置为一目标位置A，在图3 所示的实施方式中，目标位置A对应于第一(X)轴的值即为晶圓量测值的目标值 (最佳值)，对应于第二(Y)轴的值即为制程总值的目标值(最佳值)。根据本发明的 另一个实施方式，目标位置A对应于第一(X)轴的值为制程总值的目标值(最佳 值)，而对应于第二(Y)轴的值为晶圓量测值的目标值(最佳值)。根据本发明的其 他实施方式，目标位置A并不限于控管限度C的正中心位置，也可位于控管限 度C以内的其它适合位置。
因此，可以根据显示体K位于制程管制图中的位置来评估制造机台的制程品质显示体K位于制程管制图中的位置离目标位置A越接近，表示制造;f几台 的制程品质越好；反之，显示体K位于制程管制图中的位置离目标位置A越远， 表示制造机台的制程品质越差。当显示体K位于控管限度C以内的区域时，可 将既定制程-现为处于一 "管制状态(under control)"的制程；当显示体K位于控 管限度C以外的区域时，可将既定制程视为处于一 "非管制状态(out of control)" 的制程。
根据本发明的一个实施方式，当显示体K偏移于目标位置A时，控制系统 可根据晶圓量测值或制程总值将适当的制程参数值回馈，以控制下一晶圆的既 定制程的制程参数。根据本发明的另一个实施方式，当显示体K位于控管限度 C以外的区域时，系统可执行一警告动作，警告方式包括使制造机台产生警示信 号、鸣叫A/或停止生产制程。4艮据本发明的其他实施方式，当制程管制图中的 多数显示体K以一方向或一位置的趋势分布时，通常是由于对应于一制造机台 的同一个或相似的制程参数值变异所造成。因此，能够提供一种同时监测晶圆 量测值和复杂制程参数值的制程管制图，既可避免仅依靠晶圆量测值评估制程 稳定度却无法预先得知制程变异的问题，也可避免由于制造机台在进行既定制 程过程中所牵涉的制程参数繁多，如果靠人力观察制程^l史值的稳定度，不但 耗时且效率低的问题。
显示体K可以任何形状和任何颜色显示于制程管制图中根据本发明的一 个实施方式，可分别将位于控管限度C以内区域和位于控管限度C以外区域的 显示体K以不同型态显现，如图3所示。可以理解的是，才艮据本发明的其〗也实 施方式，位于控管P艮度C以内区域和位于控管限度C以外区域可以不同的颜色 显现；显示体K所代表的晶圓量测值和制程总值可显示在显示体K旁；制程管 制图中可具有一提示标志，其可显示如绿、橙、红或其他颜色的标志以实时显示制造机台最后进行的既定制程，或最近连续制程的稳定度；位于控管限度C 以外区域的显示体K附近可显示出晶圆的编号；或其它可方便监控的型态。
请参照图4，其所示为本发明另一个实施方式中的制程管制图，其与图3相 同的内容在此不再赘述。根据本发明的一个实施方式，图4所示制程管制图具 有经统计计算所得的1标准差(l sigma)的控管限度Cl、 2标准差(2 sigma)的控管 限度C2和3标准差(3 sigma)的控管限度C3，控管限度C1、 C2和C3分另'J代表 不同程度制程的变异界线。因此，通过控管限度C1、 C2和C3与前述显示体K 的对比结果或相对关系，当显示体K位于3标准差的控管限度C3以外的区域时， 可将既定制程视为处于一 "非管制状态(out of control)"的制程；当显示体K位 于3标准差的控管限度C3以内的区域时，可将既定制程视为处于一 "管制状态 (under control)"的制程。其中，当位于"管制状态"范围的标示体K位于1标 准差的控管P艮度C1以内的区域时，可将该既定制程视为一品质良好的制程；而 当标示体K显示于位于1及3标准差的控管限度Cl和C3之间的区域时，其表 示制造机台的制造参数值已发生变异。因此，能够在制程成为在"非管制状态(out ofcontrol)"的制程之前针对制程的异常部份进行改善措施，以提高品质管理。
本发明是在将晶圆于一制造机台中进行一既定制程后，将该既定制程中记 录得的若干个制程参数值进行转换计算步骤以转换成一制程总值，且对晶圆进 行量测步骤以得到晶圓量测值，晶圆量测值和制程总值可以一标示体显示于一 制程管制图中。其中，制程管制图具有一椭圆状的控管限度，且位于控管限度 以内的区域具有一 目标位置，对应于第一(X)轴和第二(Y)轴的晶圓量测值的目标 值和制程总值的目标值。可才艮据显示体K位于制程管制图中相对于目标位置的 远近，评估制造机台的制程品质。因此，本发明提供了能够同时监测得到晶圆 量测值和复杂制程参数值的制程管制图，既可避免仅靠晶圆量测值评估制程稳定度而无法预先得知制程变异的问题，也可避免由于制造机台在进行既定制程 过程中所牵涉的制程参数繁多，若靠人力观察制程参数值的稳定度，不但耗时 且效率低的问题。当波动发生时，在要控制制程稳定和不影响产能的要求下， 工程师能够在最短的时间内有效率地找出造成波动的主要原因，迅速判断制程 的稳定性，以让货品在最安全的环境下通过机台反应并预先或实时地寻找分析
失效或异常的制程状况，以其掌握设备健康状态(Equipment Health Condition), 进而达成以预测性维修(Predictive Maintenance)为基准的设备维修机制。因此， 可以协助工程人员P争低非工作预定的设备停机次数，适时侦测发生问题的机台， 减少不良品或废品的发生机率，进而在线调整制程配方，以确保产品品质不因 机台特性飘移受影响，对于整体效益提升有极大的帮助。
虽然本发明已通过各个具体实施方式
揭露如上，但上述实施方式仅用于解 释和说明本发明，并非对本发明构成任何限定。本领域的普通技术人员，在不 脱离本发明的精神和范围内，仍可以对本发明进行适当的润饰、变更和4'务改， 因此，本发明的保护范围应以权利要求的界定为准。
权利要求
1、一种监控制程的系统，其包括一二维正交图，其具有一个与晶圆的晶圆量测值有关的第一轴和一个与既定制程的制程总值有关的第二轴，且二维正交图中具有一个封闭环状的控管限度；以及一标示体，其显示制程总值和晶圆量测值于二维正交图中。
2、 根据权利要求1所述的监控制程的系统，其特征在于所述制程总值和 晶圆量测值通过包括下列步骤的方法得到提供晶圆，在一制造机台中对晶圆进行既定制程，并同时临场量测和纪录 制造机台的若干个制程参数值；当晶圆进行完既定制程后，对晶圆进行一量测步骤，以得到晶圆量测值；以及将制程参数值转换为制程总值。
3、 根据权利要求2所述的监控制程的系统，其特征在于所述晶圆量测值 包含颗粒数、电性、平坦度、蚀刻速率、厚度和摻杂量。
4、 根据权利要求2所述的监控制程的系统，其特征在于所述制程参数值 包含温度、压力、流量、漏气率、浓度和时间。
5、 根据权利要求1所述的监控制程的系统，其特征在于所述封闭环状的 控管限度为一个由过去多个最佳化制程所得到的多个最佳化晶圆量测值和制程 总值统计而得的控管限度。
6、 一种监控制程的方法，其包括下列步骤提供一晶圆，在一制造机台中对晶圆进行一既定制程，并同时临场量测和 纪录制造机台的若干个制程参数值；当晶圆进行完既定制程后，对晶圓进行一量测步骤，以得到一晶圆量测值； 将制程参数值转换为 一制程总值；提供一二维正交图，其具有一与晶圆量测值有关的第一轴和一与制程总值 有关的第二轴，且二维正交图中具有一封闭环状的控管P艮度；以及 将制程总值和晶圆量测值以一标示体显示于二维正交图中。
7、 根据权利要求6所述的监控制程的方法，其特征在于所述晶圆量测值 包含颗粒数、电性、平坦度、蚀刻速率、厚度和掺杂量。
8、 根据权利要求6所述的监控制程的方法，其特征在于所述制程参数值 包含温度、压力、流量、漏气率、浓度和时间。
9、 根据权利要求6所述的监控制程的方法，其特征在于所述封闭环状的 控管限度由过去多个最佳化制程所得到的多个最佳化晶圆量测值和制程总值统 计而得。
10、根据权利要求6所述的监控制程的方法，其特征在于根据所述显示 体位于所述二维正交图中的位置评估所述制造机台的制程品质，当所述显示体 位于所述控管限度以内的区域时，可将所述既定制程:视为一管制状态的制程； 当所述显示体位于所述控管限度以外的区域时，可将所述既定制程一见为一非管 制状态的制程。
全文摘要
本发明涉及一种监控制程的系统，其包括一二维正交图，具有一与晶圆的晶圆量测值有关的第一轴和一与既定制程的制程总值有关的第二轴，且二维正交图中具有一封闭环状的控管限度；以及一标示体，其显示制程总值和晶圆量测值于二维正交图中。
文档编号H01L21/00GK101540270SQ20081008666
公开日2009年9月23日 申请日期2008年3月20日 优先权日2008年3月20日
发明者李艺锋, 林资程, 田昀宗, 陈俊琦 申请人:华亚科技股份有限公司