时间加权移动平均滤波器的制作方法

专利名称：时间加权移动平均滤波器的制作方法
技术领域：
本发明大致上系关于制造，且尤其系关于时间加权移动平均滤波 器的使用。
背景技术：
在半导体工业上有持续的驱动力欲增进例如微处理器、内存装置 等之集成电路装置之品质、可靠度和产率。消费者对于更可靠操作之 较高品质计算机和电子装置之需求更促进了此驱动力。这些需求已造 成制造例如晶体管之半导体装置以及结合了此等晶体管之制造集成电 路装置的持续改进。此外，减少于制造典型晶体管之组件之缺陷亦降 低对于每一晶体管之总成本以及结合了此等晶体管之集成电路装置之 成本。
一般而言， 一组之处理过程步骤施行于一群(有时称之为一"批 (lot)")使用不同处理过程工具之晶圆，该等处理过程工具包含有光微影 步进器(photolithography stepper)、蚀刻工具、沉积工具、研磨工具 (polishing tool)、快速热处理过程工具、植入工具等。最近几年构成半 导体处理过程工具基础之技术已引起更多的注意，造成实质精致之产 品。然而，仅管在此方面有所进展，但是现在在市场上可购买到的许 多的处理过程工具遇有某些缺失。尤其是，此等工具经常缺乏先进的 处理过程资料监视能力，譬如以使用者亲和格式(user- friendly format) 提供历史参数资料，以及事件登录(eventlogging)、现时(current)处理过 程参数和整体运作(entire mn)之处理过程参数二者之实时图形显示、和 远程(即局部位置和全球)监视之能力。这些缺失能产生关键处理过程参 数(譬如产率、准确度、稳定度和可重复性、处理过程温度、机械工具 参数等)之非最佳控制(non-optimal conti'ol)。此变化性显示其本身为能 够蔓延至产品品质和性能之偏差量(deviation)之同次差异(within-mn disparity)、批次差异(mn-to-run disparity)和工具交换差异(tool-to- tooldisparity),反之用于此等工具之理想的监视和诊断系统将提供监视此变 化性之机构，以及提供关键参数之最佳化控制之机构。
用来改进半导体处理过程线(processing line)之操作之一种技术包 含使用工厂广泛控制系统(factory wide control system)来自动控制各种 处理过程工具之操作。制造工具与制造架构(framework)或处理过程模 块之网络沟通。各制造工具一般连接至装备接口。装备接口连接至有 助于制造工具与制造架构之间沟通之机器接口。机器接口一般能够是 先进处理过程控制(advanced process control; APC)系统之部分。APC 系统根据制造模式起始控制描述语言程序(control script),该描述语言 程序能够是自动撷取须执行制造处理过程之资料之软件程序。经常， 半导体装置为阶段性地通过用于多个处理过程之多个制造工具，产生 相关于所处理半导体装置之品质之资料。
于制造处理过程期间，可能发生影响所制造装置性能之各种事件。 也就是说，于制造处理过程步骤中之变化造成装置性能之变化。譬如 牛寺征关键尺寸(feature critical dimension)、掺杂程度(doping level)、接触 电阻、粒子污染等之因素，全都可能潜在地影响装置之最终性能。于 处理过程线上之各种工具依照性能模式而受控制以减少处理过程变 化。共同之控制工具包含光微影歩进器、研磨工具、蚀刻工具、和沉 积工具。预先处理过程(pre-processing)和/或后处理过程(post-processing)
量测资料供应至用于工具之处理过程控制器。通过处理过程控制器根 据性能模式和企图达成后处理过程结果尽可能接近目标值之量测信息 而i十算譬如处理过禾呈时间之操作方案参数(operating recipe parameter)。 于此种方式之减少变化导致增加之产率、降低之成本、较高之装置性 能等，全部该等结果等于增加之利润。于处理过程晶圆或批晶圆之前、 期间(亦即，于原位(in-situ))、或之后所收集之量测资料可用来产生回 馈(feedback)和/或前馈(feedforward)信息用来决定用于前面处理过程工 具(亦即，回馈)、后续处理过程工具(亦即，前馈)、或二者之控制行为。 典型上，控制器调整用于使用回馈或前馈量测信息之控制工具之 操作方案。控制行为一般使用追踪关联于制造之一个或多个处理过程 状态变量之控制模式而产生。举例而言，控制器可调整光微影技术方 案参数以控制所制造装置之关键尺寸(critical dimension; CD)。同样地，控制器可控制蚀刻工具以影响沟槽(trench)深度或间隔件(spacer)宽度 特性。
欲提供控制器之稳定性， 一般不会仅根据最近所观察的处理过程 状态变量而产生控制行为。因此，前面的测量一般通过指数方式加权 移云力平均(exponentially weighted moving average; EWMA)滤、波器，车俞出 用于处理过程状态之平均值，该处理过程状态因素系基于现时的和前 面的值。EWMA滤波器为加权平均，该平均系由更多最近状态值所加 重影响。
EWMA滤波器在半导体工业上已用来评估处理过程状态许多年。 用于EWMA滤波器之一般方程式为
其中加权因子，coi-(l-入)i，酌减(discount)较旧的测量，而X为影响 酌减程度(level of discounting)(亦即，0 < X < 1)之调谐参数(tuning parameter)。
于测量数较大的情况中，最旧的测量对于滤波值有可忽略之 贡献，而可使用递归EWMA滤波器(recursive EWMA filter):
K-(2)
递归(recursive)EWMA滤波器追踪仅前面的处理过程状态评估，并 更新该评估为根据加权因子(X)所接收之新资料。
当使用于半导体环境时，EWMA滤波器具有几个限制。于半导体 制造环境中，于个别晶圆或群组之晶圆(S卩，批)施行分离处理过程。于 个别的分离事件收集用来决定处理过程状态之量测资料。共享量测资 源以收集关于不同类型和于不同阶段完成之晶圆之资料。因此，关联 于指定处理过程状态所收集之量测资料不由控制器于固定的更新间距 (update interval)所接收。
而且，由于独立处理过程工具和量测工具之数目，量测资料不须 以序列时间次序到达。换言之，当批被处理时，其并非总是以相同的 次序测量。当假定晶圆系依序处理时，递归EWMA滤波器并不负责失序之处理(out-of-order processing)。当取样被接收时，利用该等取样以 产生新的处理过程状态评估。而且， 一旦取样已加入递归EWMA状态 评估，则其不能取消。而且，EWMA滤波器不能负责序列处理过程间 之明显时间间隙(time gap)时间。当判定在序列处理过程之间是否有大 的时间间隙或相对短的间隙时，EWMA相等地酌减资料。当EWMA 滤波器不接收处理过程状态更新时，于大时间间隙期间工具可能偏移 (drift)。最后，EWMA滤波器不提供对于处理过程状态评估之品质测量。 用老旧和稀少的资料作的EWMA状态评估相等地处理于新的和良好 特性之资料。
本文此段欲介绍本领域之各种态样，其可能相关于下文说明及/或 提出申请专利范围保护之相关于本发明之各种态样。此段提供背景信 息以有助于本发明之各种态样之较佳的了解。应了解到于本文此段中 之叙述将以此观点被阅读，而非如先前技术所承认者。本发明系关于 克服，或至少减少上述提出之一个或多个问题之影响。

发明内容
下文提出本发明之简单概述，以便提供本发明某些态样之基本了 解。此概述并非本发明之详尽综论。其无意用来验证本发明之关键或 重要组件，或用来描绘本发明之范畴。其唯一目是以简化形式呈现一 些概念作为稍后更详细说明之引言。
本发明之一个态样系表现一种用来评估关联于处理过程的状态的 方法，该方法包含接收关联于该处理过程的状态观察(state observation^该状态观察具有关联的处理过程时间。根据该处理过程 时间产生用以酌减状态观察的加权因子。根据酌减的状态观察产生状 态评估。
本发明之另一个态样系表现一种系统，该系统包含处理过程工具、 量测工具、和处理过程控制器。该处理过程工具可操作以依照操作方 案施行处理过程。该量测工具可操作以产生关联于该处理过程的状态 观察。该处理过程控制器可操作以接收具有关联的处理过程时间的状 态观察，根据处理过程时间产生用以酌减状态观察的加权因子，根据 酌减的状态观察产生状态评估，以及根据该状态评估决定操作方案之至少一个参数。


以上参照所附图式而详细说明本发明，其中相似之组件符号系表 示相似之组件，以及
图1为依照本发明之一个例示实施例之处理过程线之简化方块图;
图2为例示应用于特定的观察作为观察的龄期(age)的函数的图式;
图3和图4例示应用于示范新观察的加权；以及
图5为依照本发明之另一个例示实施例，用来执行递归时间加权 EWMA方法之简化流程图。
虽然本发明可容易作各种之修饰和替代形式，在此系由图式中之 范例显示及详细说明本发明之特定实施例。然而，应暸解到此处特定 实施例之图式及详细说明并不欲用来限制本发明为所揭示之特定形 式，反之，本发明将涵盖所有落于由所附申请专利范围内所界定之本 发明之精神和范围内之修饰、等效和替代内容。
主要组件符号说明
100处理过程线 110 晶圆
120第一处理过程工具 130 量测工具
140第二处理过程工具 150 处理过程控制器
160 控制模式500、 510、 520、 530步骤
具体实施例方式
下文中将说明本发明之一个或多个特定实施例。特别要表明的是 本发明并不受该等实施例和其中所含说明之限制，而是要包含这些实 施例修饰的形式，包含了实施例的部分和不同实施例之组件的组合， 当其来自下列申请专利范围之范围中。应当了解，在开发任何此种真 实的实作时，如于任何工程或设计计划，必须作出许多与实作相关之 决定，以便达到发明者的特定目标，譬如符合随着实作的不同而有所 变化的与系统相关及与商业相关之限制条件。此外，应当了解，此种 开发工作可能是复杂且耗时的，然而，对已从本发明的揭示事项获益 的熟悉此项技术的一般知识者而言，仍将是一种例行之从事设计、制造、加工之工作。除非说明书中已明白指出为"关键的(critical)"或"不可 或缺的(essential)"，否则于本申请专利说明书中没有任何东西会被考虑 为关键的或不可或缺的。
现将参照所附图式来说明本发明。为了说明之目的，附图中仅以 示意方式例示出各种结构、系统与装置，以使所属技术领域中具有通 常知识者不致于为了已理解之细节而模糊了本发明。然而，仍包含附 图以描述与解释本发明的例示范例。应了解的是，此处之用词与用语 与所属技术领域中具有通常知识者所了解的用词与用语具有一致的意 义。没有任何特别的术语或用语之定义(亦即，与所属技术领域具有通 常知识者所了解的惯常定义之不同定义)是由此处术语或用语的持续使 用而暗示。然而，具有特别意义之术语或用语(亦即，不同于与所属技 术领域具有通常知识者所了解的定义)将以直接且明确表达术语或用语 特别定义之方式陈述于说明书中。
兹参照图式，其中各图中相同的组件符号对应于相似的组件。详 细参照图1，将以依照本发明用来处理晶圆110之例示处理过程线100 来说明本发明。处理过程线IOO包含第一处理过程工具120、量测工具 130、第二处理过程工具140、和处理过程控制器150。处理过程控制 器150接收来自量测工具130之资料，并调整处理过程工具120、 140 其中一个或二个之操作方案，以减少于受处理晶圆IIO之特性变化。 当然，分离的处理过程控制器150可提供给每一工具120、 140。由处 理过程控制器150所取得的特定的控制行为依于由处理过程工具120、 140所施行，和由量测工具130所测量输出特性之特定的处理过程。于 例示之实施例中，处理过程控制器150使用时间酌减指数加权滤波技 术用来评估关联于晶圆IIO之处理过程状态。 一般而言，由量测工具 130所收集之量测资料提供用来调整由处理过程控制器150所使用评 估状态的信息。评估状态由处理过程控制器150所使用用来调整受控 制工具120、 140之操作方案。
虽然本发明说明为其可施行于半导体制造设备，但是本发明并不 作如此限制，而可应用于其它制造环境，以及实质上于任何之EWMA 应用。说明于此处之技术可应用于各种工件，包含但不限于微处理器、 内存装置、数字讯号处理器、应用特定集成电路(application specific
10integrated circuit; ASIC)、或其它类似装置。除了应用于半导体装置之 外，该技术可应用于工件。
处理过程控制器150可使用处理过程工具120、 140之控制模式 160，该处理过程工具120、 140被控制以产生控制行为。控制模式160 可凭经验地发展使用共同已知之线性或非线性技术。控制模式160可 以是相当简单的基于方程式之模式，或更复杂之模式，譬如类神经网 络(ne腦l network)模式、主要组件分析(principal component analysis(PCA))模式、部分最少平方/预测潜在结构(partial least squares/projection to latent structures; PLS)模式。可基于所选择之模式 化技术和所控制之处理过程而改变特定执行之控制模式160。使用控制 模式160，处理过程控制器150可决定操作方案参数以减少被处理之晶 圆IIO之特性变化。
于例示之实施例中，处理过程控制器150为用软件程序化之计算 机，以执行所叙述之功能。然而，将如熟悉此项技术者所了解的，亦 可使用设计以执行特定功能之硬件控制器。而且，如此处所说明之由 处理过程控制器150所施行之功能可由分配于整个系统之多个控制器 装置所实施。此外，处理过程控制器150可以是独立的控制器，其可 设置在处理过程工具120、 140上，或其可以是集成电路制造设备中控 制操作之系统的部件。本发明之部分和对应之详细说明系以计算机内 存内资料位上之软件、或运算之算法(algorithm)和符号代表之术语所呈 现。这些说明和表示为由熟悉此项技术者有效地传递其工作实质内容 至其它的熟悉此项技术者。如此处所用之术语其亦如一般所使用者， 算法构想为弓I导至所希望结果之有条理之序列步骤。该等步骤需要物 理操控之物理量(physical quantity)。通常，虽然不是必须的，这些量是 以能够储存、转移、结合、比较、和其它操控方式之光、电、或磁讯 号形式所取得。主要是基于共同使用之原因，历久以来关连这些讯号 为位、数值、组件、符号、字符、术语、数字等系已证明为很方便。
然而 ，应当记住，所有的这些和相似的术语系相关于适当的物理 量，而仅为方便标记应用于这些量。除非有特别的说明，或者从讨论 中明显表现出，否则这些术语像是"处理(processing)"或"核算 (computing)"或"计算(calculating)"或"判定(determining)"或"显示(displaying)"等，参考为计算机系统之动作和处理过程，或类似之电子 计算装置，将实际表现之在计算机系统之缓存器和内存内之电子数量 资料操作和转换成在计算机系统内存或缓存器内，或其它此等信息储 存、传输或显示装置内之表现为相似物理量之其它资料。
一般而言，处理过程控制器150施行时间加权技术用来产生处理 过程状态评估。通过酌减由处理过程时间(亦即，晶圆或批晶圆于工具 120、 140中之处理之时间)之处理过程状态观察，处理过程控制器150 寻址发出之失序之处理过程。此外，于递归应用，因为最后状态更新， 时间加权技术亦根据时间而酌减，由此允许处理过程控制器150寻址 发出之观察间隙。
用于时间加权EWMA滤波器(t-EWMA)之一般方程式为<formula>formula see original document page 12</formula>
其中T代表关联于被监视之处理过程之预定时间常数，该处理过 程判定前面的状态观察信息有多快被酌减，而ti为自从该晶圆/批于工
具120、 140中已被处理之经过时间(亦即，ti=t-tp)。图2显示应用于特 定的观察作为观察的龄期(age)的函数(所谓的自从处理之经过时间)之
用于递归Rt-EWMA滤波器之方程式为 A+'，u""w, (4)
w*-w^wexpfi), 自從最後狀態更新的時間 ) (5)
以及
"一U
2 (6)
、
兹参照图3，考虑具有大约1.4观察龄期之时间延迟观察。由于时 问延迟，而酌减处理过程状态观察，使得依照方程式6而具有大约0.25 之加权因子。图4显示具有无量测延迟(no metrology delay)之新观察。 当处理过程状态观察为现时(current)吋，加权因子为1.0。于二种怙况中，因为最后状态更新因此前面的加权因子依照方程式5根据时间而 被酌减。
兹转至图5，显示用来执行Rt-EWMA之方法之简化流程图。欲执
行Rt-EWMA，仅需储存前面的加权cOk,。,d、前面的状态评估么、和前 面的状态更新之时间戳记(time stamp)。考虑更新储存之Rt-EWMA参 数、新的观察ynew、处理过程运作之时间戳记tp、和现时时间戳记。
于方法步骤500中，根据自从前面的状态更新所经过的时间而酌 减前面的加权因子cck,。w(方程式5)。于方法步骤510中，用于新观察的 加权因子co,v根据处理过程时间tp而被决定(方程式6)。于方法歩骤520 中，计算新的状态评估作为新观察的加权平均yk和前面的状态评估 《(方程式4)。于方法步骤530中，通过将酌减前面的加权因子加至新 的加权因子而更新加权因子
tot+l =o)t+w w. (7)
Rt-EWMA技术之一个明显的优点为观察可以"不完成(undone)"状
态评估。例如，考虑得自未反映一般处理过程状态之错误状况之离群 值(outlier)状态观察。于某些情况中，在确认状态观察关联于离群值状 态而当判定状态评估时将被忽略之前可能先延迟。然而，于习知的递 归EWMA设定一旦观察已经聚集入状态评估时，观察不能从状态评估 移除。反之，当Rt-EWMA技术避免失序处理过程之问题时，若观察 yx和时间戳记tp为如下方程序之己知，则可不完成观察。
<formula>formula see original document page 13</formula>(8)
应注意的是当根据处理过程时间时，用来去除状态观察的加权因 子与用来加上状态观察的加权因子相同。同时，通过仅减去当状态观 察被初始加上时所加上之加权因子而调整合成之加权因子。
下列的例子说明于半导体制造设定中t-EWMA或Rt-EWMA技术 之示范实作。于此例示之例子中，处理过程工具120为蚀刻工具而量 测工具130配置以测量由蚀刻处理过程所形成沟槽之深度。依照控制 模式160由处理过程控制器150使用之回馈控制方程式用来决定蚀刻时间Te为
<formula>formula see original document page 14</formula> (9)
其中TB为对应于预设蚀刻时间值(default etch time value)之基本蚀
刻时间、k为调谐参数、TDT为目标沟槽深度、？DM为观察的沟槽深 度之评估。个别之沟槽深度观察为由依照本发明之t-EWMA或 Rt-EWMA技术所滤波以产生状态评估之处理过程状态观察。沟槽之目 标深度和对于沟槽深度的状态评估之间之差反映错误值。增益常数k 表示处理过程控制器150如何积极地反应于沟槽深度之错误。
当表现于半导体制造环境时，t-EWMA和Rt-EWMA当使用于缺 少规则生产间距和依次状态观察的情况时对于其习知相对应部分具有 许多的优点。因为进入观察(incoming observation)根据其处理过程时间 而酌减，则所接收观察的次序不明显地影响状态评估之可靠度，因此 增强了处理过程控制器150之性能。同吋，于递归执行时，由于应用 于前面状态加权因子之酌减，于状态更新之间之有效的时间延迟能够 最小化。因此，更近的观察相对于更久的观察将给予更高的加权以决 定状态评估。而且，若判定观察表示离群值资料时，则将观察从状态 评估去除。
以上揭不之特定实施例仅为例示性之说明，然对于熟悉此项技术 者于了解本说明书之内容后可很显然地了解本发明可用不同但相等之 方式作修改或实作。再者，除了后述之申请专利范围所描述者外，其 余于此显示之详细构造或设计并非要用来限制本发明。因此，很明显 的，以上所揭露之特定实施例可在不违背本发明之精神及范畴下进行 修饰与改变，而所有之此等改变皆考虑在本发明之精祌与范围内。由 是，本发明之权利保护范围，应如后述之申请专利范围。
权利要求
1、一种用于评估与处理过程关联的状态的方法，包括下列步骤接收与该处理过程关联状态观察，该状态观察具有关联的处理过程时间；根据该处理过程时间产生酌减该状态观察的加权因子；以及根据该酌减的状态观察产生状态评估。
2、 如权利要求l所述的方法，其中，该加权因子包括指数加权因一"子，而该指数加权因子通过0)ne^exp、fj所定义，其中，tp为该处 理过程时间，t为现时时间，和T是预定时间常数。
3、 如权利要求l所述的方法，其中，产生该状态评估还包括使用 时间加权指数加权移动平均来产生该状态评估。
4、 如权利要求l所述的方法，其中，产生该状态评估还包括使用 递归时间加权指数加权移动平均来产生该状态评估。
5、 如权利要求4所述的方法，其中，产生该状态评估还包括从前面的状态更新酌减加权因子作为自从该前面的状态更新所经过时间的函数；产生该更新的状态评估作为该酌减的状态观察、该酌减的加权因 子、和前面的状态评估的函数；以及根据该酌减的加权因子和用来酌减该状态观察的该加权因子而更 新该加权因子。
6、 如权利要求l所述的方法，其中，该状态观察包括第一状态观 察，该处理过程时间包括第一处理过程时间，并且该方法还包括接收与该处理过程关联的第二状态观察，该第二状态观察具有早 于该第一处理过程时间的第二关联的处理过程时间；根据该第二处理过程时间酌减该第二状态观察；以及 根据该酌减的第二状态观察更新该状态评估。
7、 如权利要求1所述的方法，还包括接收与该该处理过程关联的多个状态观察，各状态观察具有处理 过程时间；酌减各状态观察作为其关联的处理过程时间的函数；以及根据该酌减的状态观察产生该状态评估。
8、 如权利要求7所述的方法，其中，产生该状态评估还包括反应 于接收各状态观察而产生更新的状态评估，以及其中，产生各更新的状态评估还包括产生用于该更新的状态评估的新的加权因子作为关联于被结合入该更新的状态评估的该状态观察的该处理过程时间的函数；酌减关联于前面的更新的状态评估的加权因子作为自从产生该前面的更新的状态评估所经过时间的函数；以及产生该更新的状态评估作为该新的加权因子、被结合入该更新的状态评估的该状态观察、关联于该前面的更新的状态评估的该酌减的加权因子、和该前面的更新的状态评估的函数。
9、 如权利要求8所述的方法，还包括通过产生用于该所选择的状 态观察的去除加权因子作为该关联的处理过程时间的函数，以及使用 该所选择的状态观察和该去除加权因子来去除该所选择的状态观察而 去除该状态观察的所选择的其中一个。
10、 如权利要求l所述的方法，还包括根据该状态评估控制该处 理过程。
11、 如权利要求8所述的方法，其中，该处理过程包括半导体制 造处理过程，控制该处理过程还包括决定用于半导体制造处理过程的 操作方案的至少一个参数，以及该方法还包括于决定该操作方案的该至少一个参数后接着处理半导体装置。
12、 一种系统(100)，包括处理过程工具(120、 140)，可操作以根据操作方案执行处理过程； 量测工具(130)，可操作以产生与该处理过程关联的状态观察；以及处理过程控制器(150)，可操作以接收具有关联的处理过程时间的 状态观察，根据该处理过程时间产生用以酌减该状态观察的加权因子， 根据该酌减的状态观察产生状态评估，以及根据该状态评估决定该操 作方案的至少一个参数。
全文摘要
一种用于评估关联于处理过程的状态的方法，包含接收关联于该处理过程的状态观察。该状态观察具有关联之处理过程时间。根据该处理过程时间产生酌减(discount)该状态观察的加权因子。根据该酌减的状态观察产生状态评估。一种系统，包含处理过程工具、量测工具、和处理过程控制器。该处理过程工具可操作以根据操作方案执行处理过程。该量测工具可操作以产生关联于该处理过程的状态观察。该处理过程控制器可操作以接收具有关联之处理过程时间的状态观察，根据该处理过程时间产生用以酌减该状态观察的加权因子，根据该酌减的状态观察产生状态评估，以及根据该状态评估决定该操作方案之至少一个参数。
文档编号H01L21/66GK101438217SQ200780016375
公开日2009年5月20日 申请日期2007年2月20日 优先权日2006年4月6日
发明者K·A·沙尼斯, R·P·古德, U·舒尔策 申请人:先进微装置公司