在工具系统中对于嵌入式工艺控制结构的方法和装置的制作方法

专利名称：在工具系统中对于嵌入式工艺控制结构的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明主要关于半导体制造，并且尤其涉及一种在制造工具系统中使用嵌入式工艺控制(embeded process control)的方法和装置。
背景技术：
制造工业的科技爆炸导致许多新的和创新的制造工艺。今日的制造工艺，特别是半导体制造工艺，需要很多重要的步骤。这些工艺的步骤通常是至关重要的，并且因此，需要许多通常经精确调谐(fine tuned)以维持适当制造控制的输入。
半导体装置的制造需要许多不连续的工艺步骤以从半导体原材料制造封装半导体装置。这些不同的工艺，从初步产生半导体材料、将半导体晶体切割成独立的晶片、制造阶段(蚀刻、掺杂、离子注入、或其类似阶段)、至封装和最后完整装置的测试，彼此是如此的不同和特殊以至于这些工艺可在具有不同控制结构的不同制造地点进行。
影响半导体装置制造的因素为由于制造工具初始阶段的影响、制造室的内存影响、以及首次圆片的影响的制造问题所导致圆片和圆片之间的变异。工艺步骤中这类不良影响因素之一为光学蚀刻覆盖(photolithography overlay)工艺。覆盖为半导体制造的光学蚀刻区中的许多重要步骤之一。覆盖控制涉及在半导体装置表面两个连续模式层之间定位偏移(misalignment)的测量。通常，减少定位偏移的误差对确保半导体装置的多层是否连接和有正常功能是非常重要的。由于科技设备使半导体装置的临界尺寸日益缩小，因此使减少定位偏移的误差更加重要。
通常，目前光学蚀刻工程每个月分析覆盖误差数次。应用覆盖误差分析的结果以人工方式更新暴露工具的设定。目前的方法伴随着许多的问题包括每个月只能更新暴露工具的设定数次。此外，目前暴露工具的更新仍以人工的方式进行。
通常，在许多圆片的半导体制造工具上进行一组工艺步骤，称为暴露工具或步进器(stepper)。该制造工具和制造结构或工艺模式网络相连通。该制造工具通常连接至设备的接口。该设备接口连接至连接步进器的机器接口，因此完成该步进器和该制造结构之间的连通。该机器接口通常可为一个先进工艺控制(APC)系统的一部份。该先进工艺控制激活控制工艺，其可为自动提取需要数据以执行制造工艺的软件程序。以人工方式定期修正控制该制造工艺的输入参数。当需要更精密的制造工艺时，则需要以更自动和省时的改良方法来检查输入控制该制造工艺的参数。此外，圆片和圆片之间的制造差异会造成半导体装置的品质的不一致。
虽然目前的控制系统提供一些较粗糙的工艺控制，但是本工业仍缺乏有效率的较精密的工艺控制方法。目前的控制系统通常负责多个制造部门。但是这些控制系统通常无法使工艺的品质进入更深入的层次。
本发明可直接克服上述一种或以上的问题，或至少可减低其影响。

发明内容
本发明一方面提供一种于制造工具系统中嵌入式工艺控制的方法。其至少可处理一种半导体装置。其反应对半导体装置的工艺进行嵌入式工艺控制的程序。响应该嵌入式工艺控制的程序进行半导体装置其后的工艺。
本发明的另一方面，提供一种将嵌入式工艺控制实施在制造工具系统的装置。本发明的装置包括计算机系统、以及至少有一个与该计算机相互作用的制造工具系统，该制造工具系统包括能从计算机系统接收命令的嵌入式工艺控制系统以及通过该制造工具系统进行工艺的控制。


可配合下列附图的描述了解本发明，其相似的组件有相同的编号，其中图1为显示工艺控制系统的一个实施例；
图2为显示根据本发明装置的一个实施例；图3为图2实施例中的制造工具系统的更详细描述；图4为图3中嵌入式工艺控制器的一个实施例的更详细描述；图5为显示根据本发明方法的流程图；图6为流程图，更详细说明图5中嵌入式工艺控制程序的进行步骤；以及图7为流程图，说明针对检测出的误差修正其控制参数的方法。
本发明可进行各种形式的修正和改变，通过图中的范例说明特定的实施例在此加以详细说明。然而，必须了解本发明并不仅局限于此揭示的特定形式的实施例。相反的，本发明可涵盖所有的修正、均等物、以及在本发明所附权利要求书的精神和范围内的任何改变。
组件符号说明105半导体产品110工艺工具A112艺工具B 115第一机器接口117第二机器接口 120线路130计算机系统140制造模块145计量数据处理装置 150计量工具155、170线路 160反馈/前馈控制器210第一制造工具系统 220第二制造工具系统230第N制造工具系统 310嵌入式工艺控制器320制造工具 410计量数据取得装置具体实施方式
本发明的实施例说明如下。必须说明，本专利说明书中并未列举本发明全部的特征。事实上仍有许多其它的实施例，但是，特定的实施例必须符合厂商的特定要求，例如必须符合系统有关和商业有关的限制，故实施例之间有很大的差异。此外，依此发展出的实施例可能非常复杂而且费时，但是必然为熟知本领域的技术人员所胜任。
半导体的制造涉及许多严谨的工艺。半导体装置需要多次经由多种半导体工艺工具的处理。圆片和圆片之间的差异会造成半导体装置的品质的不一致。工艺步骤中这类不良影响因素之一为光学蚀刻覆盖工艺。覆盖工艺为半导体制造中的许多重要步骤之一。特别是，覆盖工艺涉及制造工艺中在两层半导体装置之间的定位偏移测量。覆盖工艺的改良可实质上加强半导体工艺的品质和效率。本发明提供不同圆片和圆片之间的一种自动校正误差的方法。
半导体装置在制造环境中利用许多输入控制参数而加以处理。现在参照图1，说明本发明的一个具体实施例。在一个具体实施例中，利用线路120上的多个控制输入信号在工艺工具110、112上加工该半导体产品105，例如半导体圆片。在此实施例中，此线路120上的控制输入信号从计算机系统130经由机器接口115、117而传送至工艺工具110、112。在此具体实施例中，该第一和第二机器接口115、117放置在工艺工具110、112的外部。在另一个实施例中，该第一和第二机器接口115、117放置在工艺工具110、112的内部。
在一实施例中，计算机系统130在线路120上传送控制输入信号至第一和第二机器接口115、117。该计算机系统130应用制造模块140在线路120上产生控制输入信号。在此实施例中，该制造模块含有一工作程序，决定在线路120上传送的多个控制输入参数。
在一实施例中，制造模块140定义工艺脚本文件和输入控制而执行特定的制造程序。在线路120上提供工艺工具A110的控制输入信号由第一机器接口115接收和处理。在线路120上提供工艺工具B112的控制输入信号由第二机器接口117接收和处理。利用于半导体制造程序的工艺工具110、112的实例为步进器、扫描仪、步进扫描工具、和蚀刻工艺工具。在此实施例中，该工艺工具A110和工艺工具B112为光学蚀刻工艺工具，例如步进器。
由工艺工具110、112加工的一个或以上的半导体圆片通常送至计量工具150以取得计量数据。在一实施例中，该计量工具150为一个散射计量数据取得工具、或一个散射计(scatterometer)。来自计量工具150的数据经由计量数据处理装置145的处理和整理。在此实施例中，该计量数据处理装置145相关该计量数据与特定制造批次的已处理半导体圆片。在一实施例中，该计量数据处理装置145整合入该计算机系统130内。在一实施例中，该计量数据处理装置145为装入该计算机系统130的计算机软件程序，其中该计算机系统130整合入先进工艺控制(APC)的结构内。
来自计量数据处理装置145的工艺计量数据，在一实施例中为散射计量数据，被传送至在线路155上的反馈/前馈控制器160。在此实施例中，该反馈/前馈控制器160处理该散射计量数据并产生本领域的技艺中已知的反馈和前馈调整数据。如下述的反馈和前馈调整数据经由线路170传送至该计算机系统130。此计算机系统130利用该反馈和前馈调整数据修正在制造模块140内的数据，其可导致在线路120上的控制输入参数的适当改变。在此实施例中，该反馈/前馈控制器160整合入计算机系统130内。在此实施例中，该反馈/前馈控制器160为装入该计算机系统130的计算机软件程序。
修正在线路120上的控制输入信号的许多基础之一为在加工的半导体圆片上进行的计量测量，例如散射计测量。使用该计量测量来进行控制输入信号的反馈修正和一前馈修正。通常，线路120上的控制输入信号的反馈修正为在光学蚀刻工艺中进行，例如利用照射剂量来修正线宽度以及利用曝光焦点修正来调整线的轮廓。线路120上的控制输入信号的反馈修正也可在蚀刻工艺中进行，例如利用蚀刻配方修正来调整蚀刻线的形状。
线路120上的控制输入信号的前馈修正可用来进行半导体圆片上其后的工艺的校正。线路120上的控制输入信号的前馈修正可用于间隔层沉积的工艺中，其可利用散射测量技术调整精确形成于半导体圆片上的有效线宽度。在一实施例中，在间隔层沉积程序中，散射测量的测定可用来调整可能影响间隔层宽度的沉积时间，其依次会影响半导体圆片上追踪器的有效线宽度。此外，散射测量的测定可用来测量离子注入的参数以及在其后的离子注入工艺中调整离子注入的剂量。
本文中例如步进器加工的制造工艺，线路120上的控制输入用来操作该工艺工具110，其包括x-翻译信号、y-翻译信号、x-扩充圆片级信号、y-扩充圆片级信号、标线(reticle)放大信号、以及标线旋转信号。通常，曝光工具中会处理圆片表面上一个特定曝光工艺的错误标线放大信号以及标线旋转信号。本发明的主要特征之一为使用一种分析外部变化之后能在线路120上更新其控制输入信号的方法。
当工艺工具110的加工步骤结束时，如图1的方块120中，检查站会检测在工艺工具110中已加工的半导体圆片。此类检查站之一为KLA检查站。来自该检查站的作业的一组数据为之前曝光工艺导致的配准不良(misregistration)数量的定量测量。在一实施例中，该配准不良数量和加工工艺中发生在两层半导体圆片之间的定位偏移有关。在一实施例中，该配准不良数量的发生可能归因于控制输入至特定的曝光工艺。控制输入通常会因半导体圆片上操作曝光工具时而影响加工步骤的准确度。该控制输入信号会影响加工的半导体圆片的标线放大和位置。可利用控制输入的修正来改善该应用于曝光工具中的加工步骤的性能。在一实施例中，根据外部变化对被加工的半导体装置的影响来修正在线路120上的控制输入信号。本发明提供一种方法和一种装置以进行如上述的工艺控制，其中该工艺控制系统为装入制造工具系统中。
现在转而看图2，为根据本发明实施例的装置的说明。计算机系统130为第一制造工具系统210、第二制造工具系统220、和第N个制造工具系统230之间的接口。在一实施例中，独立的工艺控制系统整合或装入个别的第一至第N个制造工具系统210、220、230之中。为了明确的目的，只详细说明第一制造工具系统210。然而，熟知本领域的技术人员必须明了第二至第N个制造工具系统220，230实质上和第一制造工具系统210相似。嵌入的工艺控制系统，可作精密的调谐工艺控制，例如圆片对圆片的错误校正。
现在转而看图3，为第一制造工具系统210的更详细描述。此第一制造工具系统210包括机器接口115、嵌入式工艺控制器310、以及制造工具320。该计算机系统130为机器接口115和嵌入式工艺控制器310之间的接口。在一实施例中，其嵌入式工艺控制器310在操作制造工具320时能执行反馈/前馈修正的工作。此外，该嵌入式工艺控制器310在圆片至圆片间操作其制造工具320时能执行精密调谐的调整。换言之，在每一个半导体圆片工艺之间在制造工具320内能执行控制参数修正，因此能大量制造高品质的半导体圆片。
在一实施例中，嵌入式工艺控制器310能在操作制造工具320中经由机器接口115执行修正。此外，其计算机系统130能经由嵌入式工艺控制器320或直接经由机器接口115影响制造工具320的操作。其第一个制造工具系统210通常和先进工艺控制系统相同能在第一制造工具系统210中独立执行工艺控制。其第二个至第N个制造工具系统220，230和第一制造工具系统210的操作方法相同。
现在转而看图4，为嵌入式工艺控制器的实施例的更详细描述。在一实施例中，嵌入式工艺控制器310包括计量数据取得装置410、计量数据处理装置145、反馈/前馈控制器160、以及制造模块140。在一实施例中，该计量数据取得装置410为计量工具150，其能在圆片至圆片的基础上取得计量数据。计量数据处理装置145处理和整理来自计量数据取得装置410的数据。在一实施例中，该计量数据处理装置145将计量数据应用于处理的特定半导体圆片上。
该计量数据取得装置410为反馈/前馈控制器160的接口。来自计量数据处理装置145的经处理的计量数据被传送至反馈/前馈控制器160。在此实施例中，该反馈/前馈控制器160处理该经处理的计量数据并产生本领域的技艺中已知的反馈/前馈调整数据。嵌入式工艺控制器310利用该反馈/前馈调整数据在制造模块140中进行修正，其会导致控制制造工具320的操作的控制输入参数产生适当的改变。
通常，控制输入信号的反馈修正为在光学蚀刻工艺中进行，例如利用照射剂量来修正线宽度以及利用曝光焦点修正来调整线的轮廓。控制输入信号的反馈修正也可在蚀刻工艺中进行，例如利用蚀刻工作程序修正来调整蚀刻线的形状。线路120上的控制输入信号的反馈修正亦可于蚀刻工艺中进行，例如利用蚀刻配方修正来调整蚀刻线的形状。控制输入信号的前馈修正可用来进行半导体圆片上其后的工艺的校正。线路120上的控制输入信号的前馈修正可用于间隔层沉积的工艺中，其可利用散射测量技术调整精确形成于半导体圆片上的有效线宽度。
在一实施例中，在圆片至圆片的基础上以嵌入式工艺控制器310处理其取得的计量数据、经处理的取得的计量数据、产生的反馈和反馈数据、以及修正的控制输入参数；然而，该工艺也可按批来进行处理。如说明实例，在半导体圆片的薄膜沉积工艺中，其制造模块可指定工作程序而进行10秒的沉积步骤以达到100埃(Angstrom)厚度的薄膜沉积。在处理半导体圆片之后如果取得的数据中发现其10秒的沉积步骤产生105埃厚度的薄膜沉积，则其反馈/前馈控制器160会在处理下一个半导体圆片之前修正在制造模块140内的工作程序。该制造模块140内的工作程序能使其沉积步骤的时间修正至9.8秒而在处理下一个半导体圆片时使其薄膜沉积厚度达到100埃。在此实施例中，其嵌入式工艺控制器310为先进工艺控制结构。
现在转而看图5，为根据本发明方法的一个实施例的流程图的说明。如图5的方块510所述，该制造工具系统210至少处理一个半导体圆片。如图5的方块520所述，在至少一个半导体圆片被处理之后，开始进行嵌入式工艺控制程序。此嵌入式工艺控制程序的更详细的流程图说明于图6。
现在转而看图6，如方块610所述，在一圆片至圆片的基础上取得其计量数据。在一实施例中，在嵌入式工艺控制器310内的计量数据取得装置410取得该计量数据。一旦取得该计量数据之后，如图6的方块620所述，即开始进行该计量数据的处理并将其应用于准备处理的相关半导体圆片。在一实施例中，该取得的计量数据是由嵌入式工艺控制器310内的计量数据处理装置145来进行处理。
如图6的方块630所述，于是利用该处理后的测量数据产生反馈和前馈数据以供其后的半导体圆片的处理。在一实施例中，在嵌入式工艺控制器310内的反馈/前馈控制器160产生该反馈和前馈数据。如图6的方块640所述，该反馈/前馈数据开始进行其后的半导体圆片工艺的控制。在一实施例中，通过适当修正控制该制造工具320的操作的控制输入参数，以制造模块执行该反馈/前馈数据的进行。在一实施例中，通过检查反馈和前馈数据所界定的制造错误来修正该控制输入参数，其说明于图7。
现在转而看图7，如方块710所述，取得并分析被反馈和前馈数据所界定的制造错误数据。从本领域的技艺内已知的多种方法之一取得该错误数据。一旦取得改错误数据，如图7的方块720所述，测定该错误数据是否在死区(deadband)内。方块720中所述的步骤执行判定错误是否已明显足以使控制制造工具320的控制输入参数产生改变。为了界定该死区，从例如检查站的产品分析站(未显示)取得的错误数据和预设的参数临界值做比较。在一实施例中，该死区含一范围的错误值结合控制输入信号集中紧邻于一组对应的预设标的值，其通常可阻断控制器的动作。如果任何一种从产品分析站取得的错误小于其对应的预设临界值，则该特定的错误被视为在该死区内。该死区的主要目的之一为防止控制其制造工具320的控制输入参数改变所导致的过多控制动作而造成半导体制造程序的过度紧绷。
如方块720中所示，当完成一测定而死区内发现有对应于控制输入信号的错误时，如图7的方块730所述，忽略该特定的错误。因此，当预设死区内发现有对应于控制输入信号的错误值时，不使用该特定的错误来更新其对应的控制输入信号。在此实施例中，如图7的方块740所述，当该预设死区内测定出有错误数据时，针对该特定错误数据不会改变其控制参数。如图7的方块740所述，于是再取得并分析新的错误数据。在一实施例中，重复上述的步骤以取得新的错误数据。
如方块720中所示，当完成一测定而死区内未发现有对应于控制输入信号的错误时，如图7的方块750所述，则更进一步的程序例如修正该控制输入参数以补偿该错误。利用对应控制输入信号的错误值以更新控制其后制造工艺步骤的制造工具320的控制输入参数。
完成图6和图7中所述的步骤实质上即完成图5的方块520中所述的嵌入式工艺控制程序的步骤。转而回顾图5，一旦完成嵌入式工艺控制程序，如图5的方块530所述，则开始进行其后的半导体圆片的工艺。本发明的原理可应用于其它类型的制造和工艺控制装置。
本发明的原理可应用于先进工艺控制(APC)结构中。本发明提供一种方法和一种装置，其可如整合入一制造工具系统210、220、230内的嵌入式工艺控制结构来执行该先进工艺控制结构。该先进工艺控制为一较佳的平台，并以其执行本发明的覆盖控制策略。在一些实施例中，该先进工艺控制可为工厂导向的软件系统，因此，本发明的控制策略实质上可应用于工厂层次上任何半导体的制造工具。该先进工艺控制结构也可进行遥控和监控工艺的性能。此外，通过利用该先进工艺控制结构可使数据存储比局部驱动更具方便性、更具弹性以及更低成本。由于可写入所需要的软件程序而使其具有很大的弹性，故该先进工艺控制平台可有更精密的控制类型。
以本发明配置此控制策略在先进工艺控制结构上时需要许多的软件程序。除了在先进工艺控制结构内的软件程序之外，每一具控制系统内的半导体制造工具写有一套计算机程序。当控制系统内的半导体制造工具开始进半导体的制造加工时，通常会唤出该套计算机程序以激活其工艺控制器，例如覆盖控制器，所需的动作。该控制方法通常被界定在该套软件下进行。该套软件的发展在控制系统的发展上占非常重要的部份。本发明的原理可应用于其它类型的制造结构中。
上述揭示的特定实施例仅供说明之用，本发明可利用本领域所熟知的技艺以不同但相同原理的方法加以修饰以供说明。此外，此处所示的详细结构或设计除了下述的权利要求书内所述之外并无任何的限制。因此，上述揭示的特定实施例可加以改变或修正，并且全部的改变均视为包含在本发明的范围和精神内。于是，将其说明于下述的权利要求书中以受专利的保护。
权利要求
1.一种方法，包括处理至少一种半导体装置；响应所述半导体装置的所述处理而执行嵌入式工艺控制程序；以及响应所述嵌入式工艺控制程序而执行其后的半导体装置的工艺。
2.如权利要求1所述的方法，其中执行嵌入式工艺控制程序进一步包括取得计量数据；处理所述取得的计量数据；利用所述处理的计量数据产生反馈和前馈数据；以及在利用所述反馈和前馈数据控制制造工艺的至少一个控制输入参数上执行反馈和前馈控制。
3.如权利要求2所述的方法，其中产生反馈和前馈数据进一步包括产生能用来修正照射剂量配方的数据。
4.如权利要求2所述的方法，其中产生反馈和前馈数据进一步包括在光学蚀刻工艺中产生用来修正焦距的数据。
5.如权利要求2的方法，其中产生反馈和前馈数据进一步包括产生能用来修正间隔层沉积工艺的数据。
6.一种装置，其特征在于所述装置包含计算机系统(130)；以及至少一个以所述计算机系统(130)为接口的制造工具(110，112)系统(210，220，230)，所述制造工具(110，112)系统(210，220，230)包括能够从所述计算机系统(130)接收命令的嵌入式工艺控制系统，以及控制由所述制造工具(110，112)系统(210，220，230)所执行的制造工艺。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述制造工具(110，112)系统(210，220，230)进一步包括机器接口(115，117)；电连接至所述机器接口(115，117)的制造工具(110，112)；以及连接至所述机器接口(115，117)和所述制造工具(110，112)的嵌入式工艺控制器(310)，所述嵌入式工艺控制器(310)能利用所述机器接口(11 5，117)对所述制造工具(110，112)进行工艺控制。
8.如权利要求7所述的装置，其中该嵌入式工艺控制器更进一步包括能从所述制造工具(110，112)取得计量数据的计量数据取得装置(150)；连接至该计量数据取得装置的计量数据处理装置(145)，所述计量数据处理装置(145)能整理和处理所述取得的计量数据；连接至所述计量数据处理装置(145)的反馈/前馈控制器(160)，所述反馈/前馈控制器能(160)产生反馈和前馈调整数据；以及连接至所述反馈/前馈控制器(160)的制造模块(140)，所述制造模块(140)能利用所述产生的反馈和前馈调整数据对控制所述制造工具(110，112)的操作的至少一个控制输入参数进行修正。
9.一种用指令编码的计算机可读取程序存储装置，当用计算机执行时，可执行一种方法，包括处理至少一种半导体装置；响应所述半导体装置的所述处理而执行嵌入式工艺控制程序，响应所述嵌入式工艺控制程序而执行其后的半导体装置的工艺。
10.一种用指令编码的计算机可读取程序存储装置，当用计算机执行时，作为编有指令码的计算机可读取程序存储装置，当用计算机执行时，执行如权利要求9所述的方法，其中执行嵌入式工艺控制程序还进一步包含取得计量数据；处理所述取得的计量数据；利用所述处理的计量数据产生反馈和前馈数据；以及在利用所述反馈和前馈数据控制制造工艺的至少一个控制输入参数上执行反馈和前馈控制。
全文摘要
本发明提供一种方法和一种装置以在制造工具系统内执行嵌入式工艺控制。此方法与装置至少处理一种半导体装置。对应该半导体装置工艺进行一种嵌入式工艺控制程序。对应该嵌入式工艺控制程序进行半导体装置其后的工艺。本发明的装置包括计算机系统、以及以该计算机为接口的至少一个制造工具系统，此制造工具系统包括能从该计算机系统接收命令的嵌入式工艺控制系统以及以该制造工具系统进行制造程序的控制。
文档编号H01L21/205GK1630840SQ01817853
公开日2005年6月22日 申请日期2001年8月16日 优先权日2000年10月23日
发明者A·J·托普拉克, E·小科斯 申请人:先进微装置公司