DE10393394B4

DE10393394B4 - Intelligentes integriertes Lithographiesteuerungssystem auf der Grundlage des Produktaufbaus und Ausbeuterückkopplungssystem und Verfahren zu dessen Anwendung

Info

Publication number: DE10393394B4
Application number: DE10393394.8T
Authority: DE
Inventors: Khoi A. Phan; Bhanwar Singh; Bharath Rangarajan; Ramkumar Subramanian
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2016-10-13
Anticipated expiration: 2023-09-13
Also published as: AU2003276881A8; CN1685492B; JP4478574B2; WO2004031859A2; US6915177B2; KR20050062576A; AU2003276881A1; DE10393394T5; KR100994271B1; TWI332129B; WO2004031859A3; GB2410834B; US20040063009A1; GB0505193D0; CN1685492A; TW200408919A; GB2410834A; JP2006501673A

Abstract

Prozesssteuerungssystem (100, 300) mit:
mindestens einer Datenbank (206, 208, 210), die bauteilbezogene Informationen für einen Fertigungsprozess für ein Halbleiterbauelement enthält;
einer Prozessanlage (104) zum steuerbaren Ausführen des Fertigungsprozesses;
einer Steuerung (102), die ausgebildet ist, die Prozessanlage (104) zu steuern und Messinformation zu erhalten, wobei die Messinformation Messergebnisse für mehrere kritische Parameter, die mit dem Fertigungsprozess verknüpft sind, enthalten;
und
einer Überwachungskomponente (106, 304), die ausgebildet ist, kollektiv die Messinformation zu analysieren, um Werte für jeden der mehreren kritischen Parameter aus den Messergebnissen zu ermitteln und die ermittelten Werte in geeigneter Weise unter Verwendung von Gewichtskoeffizienten zu gewichten,
wobei die Überwachungskomponente einen Qualitätsmatrixgenerator (202) umfasst, der ausgebildet ist, eine Qualitätsmatrix zu erzeugen auf der Grundlage der gewichteten Werte der kritischen Parameter und einen Qualitätsindex unter Verwendung der Komponenten der Qualitätsmatrix, die die gewichteten Werte der kritischen Parameter repräsentieren, zu bestimmen, wobei der Qualitätsindex eine Gesamtbewertung des Fertigungsprozesses umfasst, und wobei die Überwachungskomponente ferner ausgebildet ist, zu bestimmen, ob der Fertigungsprozess akzeptabel ist unter Verwendung des Qualitätsindexes; und
wobei die kritischen Parameter kritische Abmessungen und/oder Defekte und/oder Layout-Abmessungen enthalten.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen die Halbleiterherstellung und betrifft insbesondere ein Prozesssteuerungssystem, das den Produktaufbau bzw. Produktdesign und Ausbeuterückkopplung verwendet.
Hintergrund der Erfindung
In der Halbleiterindustrie gibt es ein ständiges Bestreben, um die Bauteildichten, den Durchsatz und die Ausbeute zu verbessern. Um die Bauteildichten zu vergrößern, wurden und werden weiterhin Anstrengungen unternommen, um die Abmessungen von Halbleiterbauelementen zu verringern (beispielsweise im Bereich deutlich unter 1 um). Um eine derartige Packungsdichte zu verwirklichen, sind kleinere Strukturgrößen und präzisere Strukturformen erforderlich. Dazu gehören die Breite und der Abstand von Verbindungsleitungen, der Abstand und der Durchmesser von Kontaktlöchern und die Oberflächengeometrie, etwa Rundungen und Ränder diverser Strukturelemente. Um den Durchsatz zu erhöhen, kann die Anzahl der erforderlichen Prozessschritte reduziert werden und/oder es kann die für diese Prozessschritte erforderliche Zeitdauer verringert werden. Um die Ausbeute zu erhöhen, die den Prozentsatz der fertiggestellten Produkte, die aus einem Fertigungsprozess hervorgehen, im Vergleich zur Anzahl der Produkte, die zu Beginn des Fertigungsprozesses vorhanden waren, repräsentiert, kann die Steuerung und/oder die Qualität einzelner Fertigungsprozesses verbessert werden.
Die Halbleiterherstellung ist ein Fertigungsprozess, der angewendet wird, um Halbleiterbauelemente in und auf einer Scheibenoberfläche herzustellen. Polierte blanke Scheiben kommen in die Halbleiterfertigung und verlassen diese so, dass die Oberfläche mit einer grollen Anzahl von Halbleiterbauelementen bedeckt ist. Die Halbleiterherstellung beinhaltet eine große Anzahl von Schritten und/oder Prozessen zur Herstellung und Überwachung der Bauelemente – dabei sind grundlegende Prozesse das Beschichten, Dotieren, Wärmebehandlungen und Strukturierung. Das Beschichten ist ein Vorgang, der dünne Schichten zur Scheibenoberfläche hinzufügt. Schichten können beispielsweise Isolatoren, Halbleiter und/oder Leiter sein und werden mittels einer Vielzahl von Prozessen aufgewachsen oder abgeschieden. Einige übliche Abscheidetechniken sind die chemische Dampfabscheidung (CVD), die Verdampfung und das Sputtern. Das Dotieren ist der Prozess, der der Scheibenoberfläche gewisse Mengen an Dotierstoffen hinzufügt. Die Dotierstoffe können eine Modifizierung der Eigenschaften der Schichten bewirken (beispielsweise einen Übergang von einem Halbleiter zu einem Leiter). Es können eine Reihe von Techniken, etwa die thermische Diffusion und die Ionenimplantation, zum Dotieren eingesetzt werden. Wärmebehandlungen sind ein weiterer grundlegender Vorgang, in welchem eine Scheibe erwärmt und abgekühlt wird, um spezielle Ergebnisse zu erreichen. Typischerweise wird in Wärmebehandlungen kein weiteres Material der Scheibe hinzugefügt oder von dieser entfernt, obwohl Kontaminationsstoffe und Dämpfe aus der Scheibe austreten können. Eine übliche Wärmebehandlung ist das Ausheizen bzw. Ausglühen, wodurch Schäden an der kristallinen Struktur einer Scheibe/eines Bauteils, die im Allgemeinen durch Dotiervorgänge hervorgerufen wurden, repariert werden. Es werden auch andere Wärmebehandlungen, etwa eine Legierungsbildung und das Austreiben von Lösungsmitteln, in der Halbleiterherstellung angewendet.
Das Strukturieren beinhaltet eine Reihe von Schritten, die zum Entfernen ausgewählter Bereiche von Oberflächenschichten führen. Nach dem Entfernen bleibt ein Muster der Schicht auf der Scheibenoberfläche zurück. Das entfernte Material kann beispielsweise in Form eines Loches in der Schicht oder einer verbleibenden Insel des Materials auftreten. Der Musterübertragungsvorgang wird auch als Photomaskierung, Maskierung, Photolithographie oder Mikrolithographie bezeichnet. Die eigentliche subtraktive Strukturierung (d. h. das Entfernen von Material aus der Oberflächenschicht) wird mittels Plasmaätzung ausgeführt. Das Ziel des Strukturierungsprozesses besteht darin, gewünschte Formen mit gewünschten Abmessungen (beispielsweise Strukturgrößen) zu schaffen, wie dies durch einen speziellen Schaltungsaufbau erforderlich ist, und die Formen an den korrekten Positionen auf der Scheibenoberfläche anzuordnen. Das Strukturieren wird im Allgemeinen als der wichtigste der vier grundlegenden Prozesse betrachtet.
Im Allgemeinen wird ein Prozesssteuerungssystem verwendet, um eine oder mehrere Strukturierungs- oder Lithographieprozesse auszuführen. Das Prozesssteuerungssystem steuert diverse Parameter des Prozesses, etwa die Entwicklungszeit, den Lackfluss und dergleichen. Des weiteren überwacht das Prozesssteuerungssystem Eigenschaften, etwa die Ätzrate, Abmessungen, Strukturgrößen und dergleichen, um zu bestimmen, ob hergestellte Bauelemente akzeptabel sind. Die Strukturierungs- oder Lithographieprozesse müssen durchgeführt werden und erzeugen Ergebnisse innerhalb eines „historischen” Toleranzbereiches, die als Steuerungsgrenze bzw. -grenzen (beispielsweise +/–10%) bezeichnet werden. Jedoch können diese Steuerungsgrenze bzw. -grenzen nicht für spezielle Entwurfserfordernisse oder Produktausbeuten Rechnung tragen und können somit als akzeptabel erachtete inakzeptable Bauelemente und als nicht akzeptabel erachtete akzeptable Bauelemente zur Folge haben.
In der Druckschrift WO 01/80 306 A2 wird ein Verfahren zur Herstellung von Produkten, etwa von Halbleiterscheiben, beschrieben, wobei auf der Grundlage von Messdaten nach einem Messschritt unter Anwendung eines Modellierungsverfahrens entsprechende modellierte Werte eines elektrischen Abschlusstests eines Bauelements ermittelt werden.
In der Druckschrift Druckschrift DE 100 48 809 A1 Druckschrift DE 100 48 809 A1 wird ein Verfahren zum Bestimmen des größten Lagefehlers von Strukturelementen auf einer Halbleiterscheibe unter Ausnutzung neuer Algorithmen, um damit den Nachbearbeitungsaufwand zu reduzieren, beschrieben.
In der Druckschrift US 5 438 527 A wird ein Verfahren zum Vorhersagen der Ausbeute für integrierte Schaltungen unter vorgegebenen Spezifikationsgrenzen und Prozessschwankungen beschrieben, wobei statistische Analyseverfahren eingesetzt werden, in denen ”Antwortflächen” in geeigneter Weise transformiert werden.
In der Druckschrift US 2002/0 072 003 A1 wird ein Verfahren zum Steuern eines Prozesses, der auf eine strukturierte Ebene eines Bauelements anzuwenden ist, beschrieben. Dazu werden Referenzdaten aus optischen Messungen in Form von Beugungssignaturen unter Zugrundelegung unterschiedlicher Prozessparameter erzeugt und verwendet, um durch Streumessung gewonnene Messwerte so auswerten zu können, dass geeignete Prozessparametereinstellungen gefunden werden.
In Druckschrift US 5 481 475 A der wird eine Datenstruktur, die vorteilhafterweise in einem Halbleiterfertigungsprozess zur Bewertung verwendet werden kann, beschrieben, wobei eine Dimension der Datenstruktur verwendet wird, um alle Schichten in den Bauelementen zu repräsentieren und wobei eine oder zwei weitere Dimensionen vertikale Gebiete innerhalb des Bauelements repräsentieren. Diese Datenstruktur wird dann in geeigneter Weise in einem Speicher eines Computers abgelegt, so dass rasch ein geordneter Zugriff auf die Datenstruktur bei der Bewertung von Studien im Hinblick auf den Halbleiterfertigungsprozess möglich ist.
Überblick über die Erfindung
Es wird bereitgestellt ein Prozesssteuerungssystem mit: mindestens einer Datenbank, die bauteilbezogene Informationen für einen Fertigungsprozess für ein Halbleiterbauelement enthält; einer Prozessanlage zum steuerbaren Ausführen des Fertigungsprozesses; einer Steuerung, die ausgebildet ist, die Prozessanlage zu steuern und Messinformation zu erhalten, wobei die Messinformation Messergebnisse für mehrere kritische Parameter, die mit dem Fertigungsprozess verknüpft sind, enthalten; und einer Überwachungskomponente, die ausgebildet ist, kollektiv die Messinformation zu analysieren, um Werte für jeden der mehreren kritischen Parameter aus den Messergebnissen zu ermitteln und die ermittelten Werte in geeigneter Weise unter Verwendung von Gewichtskoeffizienten zu gewichten, wobei die Überwachungskomponente einen Qualitätsmatrixgenerator umfasst, der ausgebildet ist, eine Qualitätsmatrix zu erzeugen auf der Grundlage der gewichteten Werte der kritischen Parameter und einen Qualitätsindex unter Verwendung der Komponenten der Qualitätsmatrix, die die gewichteten Werte der kritischen Parameter repräsentieren, zu bestimmen, wobei der Qualitätsindex eine Gesamtbewertung des Fertigungsprozesses umfasst, und wobei die Überwachungskomponente ferner ausgebildet ist, zu bestimmen, ob der Fertigungsprozess akzeptabel ist unter Verwendung des Qualitätsindexes; wobei die kritischen Parameter kritische Abmessungen und/oder Defekte und/oder Layout-Abmessungen enthalten.
Weiterhin wird bereitgestellt ein Verfahren zum Ausführen eines Fertigungsprozesses an einem Halbleiterbauelement, wobei das Verfahren umfasst: Erhalten von Messinformationen von einem Prozess, wobei die Messinformationen Messergebnisse für mehrere kritische Prozessparameter enthalten; Analysieren der Messinformationen zur Ermittlung eines Wertes für jeden der mehreren kritischen Prozessparameter aus den Messergebnissen; Gewichten der ermittelten Werte der mehreren kritischen Parameter unter Verwendung von Gewichtungskoeffizienten; Erzeugen einer Qualitätsmatrix auf der Grundlage der gewichteten Werte der kritischen Parameter, wobei entsprechende Komponenten der Qualitätsmatrix einen Wert für einen entsprechenden kritischen Parameter und einen dazugehörigen gewichteten Koeffizienten enthalten; und Erzeugen eines Qualitätsindexes als eine Funktion der Matrixkomponenten der Qualitätsmatrix, die den mehreren kritischen Parametern entsprechen, wobei der Qualitätsindex eine Gesamtbewertung des Fertigungsprozesses umfasst, wobei der Qualitätsindex eine Gesamtakzeptierbarkeit des Fertigungsprozesses kennzeichnet und angibt, ob das Prozessergebnis des Fertigungsprozesses akzeptabel ist oder nicht.
Zum Lösen der zuvor genannten Aufgaben und damit verknüpfter Probleme stellt die Erfindung die Merkmale bereit, die im Weiteren vollständig beschrieben und insbesondere in den Patentansprüchen dargelegt sind. Die folgende Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen geben detailliert gewisse anschauliche Aspekte und Implementierungen der Erfindung wieder. Diese kennzeichnen jedoch nur lediglich einige der diversen Möglichkeiten, mit welchen die Prinzipien der Erfindung eingesetzt werden können. Weitere Aufgaben, Vorteile und neue Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung hervor, wenn diese in Verbindung mit den Zeichnungen studiert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Blockansicht, in der ein Steuerungssystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
2 ist eine Blockansicht, die ein System zeigt, das die Halbleiterbauteilherstellung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht.
3 ist eine Blockansicht, die ein Lithographiesteuerungssystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zeigt, das eine Steuerung eines Halbleiterfertigungsprozesses gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht.
5 ist eine Ansicht eines repräsentativen Netzwerkes, das in Zusammenhang mit einem Steuerungssystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Ausführen eines Halbleiterfertigungsprozesses gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr mit Bezug zu den Zeichnungen beschrieben, wobei durchwegs gleiche Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche Elemente zu bezeichnen.
Die vorliegende Erfindung gestaltet lithographische Prozesse speziell gemäß Prozesssteuerungsparametern, etwa kritischen Abmessungen (CD), der Überlagerung und Defektraten. Die Prozesssteuerungsparameter, die als kritische Parameter bezeichnet werden, werden gemeinsam als eine Qualitätsmatrix quantisiert. Die Qualitätsmatrix basiert auf den kritischen Parametern, die mittels Koeffizienten gemäß Informationen gewichtet werden, etwa, ohne einschränkend zu sein, das Produktdesign, bzw. der Produktaufbau, Simulation, Testergebnissen, Ausbeutedaten, elektrischen Daten und dergleichen. Erfindungsgemäß wird dann ein Qualitätsindex erstellt, der eine zusammengesetzte bzw. Gesamt-„Bewertung” oder einen Zustand des aktuellen Herstellungsprozesses repräsentiert. Ein Steuerungssystem kann dann Vergleiche des Qualitätsindex mit Entwurfsspezifikationen durchführen, um zu bestimmen, ob der aktuelle Herstellungsprozess akzeptabel ist. Wenn der Prozess unakzeptabel ist, können Testparameter für gerade ablaufende Prozesse modifiziert werden und der Prozess kann umgestaltet und für abgeschlossene Prozesse neu ausgeführt werden.
1 zeigt eine Blockansicht eines Steuerungssystems 100 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Das System 100 umfasst eine Steuerung 102, eine Prozessanlage 104 und eine Monitor- bzw. Überwachungskomponente 106. Das System 100 ermöglicht die Herstellung von Halbleitebauelementen durch Überwachen und Untersuchen kritischer Parameter eines Fertigungsprozesses (beispielsweise eines aktuellen Fertigungsprozesses), in kollektiver Weise im Gegensatz zur individuellen konventionellen Weise. Das System 100 kann dann mit anderen Herstellungsprozessen weitergehen, wenn der aktuelle Prozess in akzeptabler Weise ausgeführt wurde. Wenn alternativ das System 100 bestimmt, dass der aktuelle Prozess nicht in akzeptabler Weise ausgeführt wurde, wird der Prozess umgearbeitet und erneut ausgeführt. Wenn ferner der Prozess nicht in korrekter Weise erneut ausgeführt werden kann, wird das Halbleiterbauelemente verworfen.
Die Steuerung 102 ist ausgebildet, um mit der Prozessanlage 104 zu kommunizieren, um damit in gesteuerter Weise den Fertigungsprozess auszuführen. Die Steuerung 102 bestimmt und steuert eine Anzahl von Testparametern für den Fertigungsprozess, etwa die Durchflussrate, die Lackzusammensetzung, die Dauer des Prozesses, die Temperatur und dergleichen. Der Fertigungsprozess ist eine von vielen Fertigungsprozessen, die für ein spezielles Halbleiterbauelement erforderlich sind (beispielsweise ein Speicherbauelement).
Des weiteren ist die Steuerung 102 ausgebildet, einen Fertigungsprozess erneut auszuführen, wenn dies von der Überwachungskomponente 104 angewiesen wird. Zu beachten ist, dass einige Arten von Fertigungsprozessen (beispielsweise ein Ätzprozess), der zu viel geätzt hat und im Wesentlichen ein Bauteil geschädigt hat, nicht einfach ungeschehen gemacht werden kann. Bei derartigen Prozessen kann das Bauelement dann aussortiert werden. Jedoch sind eine Reihe von Fertigungsprozessen in ausreichender Weise für ein erneutes Ausführen geeignet. Beispielsweise kann ein Strukturierungsprozess, der im Allgemeinen das Abscheiden einer Schicht aus Photolack, das selektive Belichten von Bereichen des Photolacks und das selektive Entfernen von Bereichen des Photolacks beinhaltet, erneut ausgeführt werden, indem der Photolack entfernt wird. Sodann kann der Strukturierungsprozess wieder mit neuen Prozessparametern, die eine Erreichung gewünschter Ergebnisse ermöglichen, wiederholt werden.
Zusätzlich zu dem Wiederholen des Fertigungsprozesses kann die Steuerung 102 auch den Fertigungsprozess in situ modifizieren. Es können Rückkopplungsdaten über die Überwachungskomponente bereitgestellt werden, die notwendige Justiermaßnahmen an den Prozessparametern kennzeichnen, falls erforderlich, die den Fertigungsprozess verbessern können. Diese Justiermaßnahmen bzw. Einstellungen sind nicht Funktion eines einzelnen kritischen Parameters, sondern sind eine Funktion einer Gruppe kritischer Parameter, des Produktdesigns, der Bauteilausbeute und dergleichen.
Wie zuvor dargestellt ist, wird die Prozessanlage 104 von der Steuerung 102 gesteuert. Die Prozessanlage 104 ist die Systemkomponente, die physikalisch und steuerbar den Fertigungsprozess (beispielsweise durch Verteilen von Photolack, Strukturieren, Drehen einer Scheibe, Ätzen und dergleichen) gemäß den Testparametern ausführt. Zudem umfasst die Prozesssteuerung 104 Einrichtungen, die Fertigungsinformationen während der Herstellung (beispielsweise in situ) und/oder nach der Herstellung (beispielsweise Inspektion) gewinnen. Diese Fertigungsinformationen können beispielsweise kritische Abmessungen (beispielsweise in X- und Y-Richtungen, Breite und Abstand (2D und 3D), Temperatur, Druck, Überlagerung, Defekte und dergleichen) beinhalten. Abstandsmessungen sind Messungen zwischen im Wesentlichen äquivalenten Strukturelementen. Breitenmessungen sind Messungen eines einzelnen Strukturelements. Typischerweise werden Einrichtungen, etwa ein Sekundärelektronenmikroskop (SEM) und optische Mikroskopie eingesetzt, um Messergebnisse zu erhalten. Bei einem SEM wird zunächst eine Sonde verwendet, um mit einem zu messenden Strukturelement in Wechselwirkung zu treten. Sodann wird ein Signal erzeugt, das Informationen enthält und diese werden nachfolgend zu einem Messergebnis umgewandelt. Das Signal ist im Wesentlichen die Aufzeichnung von Elektronenemissionen als eine Funktion der Position eines Elektronenstrahls auf einer Oberfläche, die von dem Elektronenstrahl getroffen wird. Bei der optischen Mikroskopie wird ein Signal, etwa ein Beugungsmuster, verwendet, um ein Messergebnis zu erhalten.
Die Überwachungskomponente 106 erhält die Fertigungsinformation von der Prozessanlage 104 und kann Steuerungsinformation an die Steuerung 102 zuführen. Die von der Überwachungskomponente 106 erzeugte Steuerungsinformation kann Befehle enthalten, die die Steuerung 102 veranlassen, einen speziellen Prozess erneut auszuführen und/oder einen aktuellen Prozess zu modifizieren.
Des weiteren erzeugt die Überwachungskomponente 106 eine Qualitätsmatrix auf der Grundlage der Fertigungsinformationen. Die Qualitätsmatrix umfasst mehrere Parameter (beispielsweise kritische Abmessungen, Breiten, Abstand, Überlagerung, Defektrate und dergleichen) und eine zugeordnete Gewichtung für jeden Parameter. Die Gewichtungen, die mit den Parametern verknüpft sind, werden entsprechend von Modellen für die Produktausbeute und dem Fertigungsdesign so bestimmt, um die Auswirkungen der Parameter in korrekter Weise zu gewichten. Anschließend wird ein Qualitätsindex als eine Funktion der Qualitätsmatrix berechnet, der notwendigerweise eine Funktion der mehreren Parametern in der Qualitätsmatrix ist. Der Qualitätsindex kann als ein Prozentsatz von 0 bis 100 ausgedrückt werden, wobei 0 kennzeichnet, dass der Fertigungsprozess im Wesentlichen fehlerhaft ist, und wobei ein 100 anzeigt, dass der Fertigungsprozess im Wesentlichen korrekt ist; andere Werte zeigen einen variierenden Grad an Kompatibilität mit Entwurfsparametern und/oder Entwurfszielen an. Es können andere geeignete Maßeinheiten für den Qualitätsindex verwendet werden. Es können akzeptable Toleranzpegel für das Halbleiterbauelement und/oder den Fertigungsprozess bestimmt werden. Beispielsweise führt eine Toleranz von 15% dazu, dass Qualitätsindexwerte von 85% oder größer zugelassen oder als akzeptabel erachtet werden. Die akzeptablen Toleranzpegel können typischerweise von dem Bauteil und/oder dem Prozess abhängen. Es ist wichtig anzumerken, dass die Toleranzpegel, der Qualitätsindex und die Qualitätsmatrix auf der Kombination der mehreren Parameter und nicht auf einem einzelnen Parameter basieren.
Es ist möglich, dass die ermittelten Testparameter zu Ergebnissen in der Fertigung führen können, die weniger gut als erwartet sind oder die sogar außerhalb der akzeptablen Toleranzpegel liegen. Simulationen, Modellierungen, neuronale Netzwerke, Bayes-Netzwerke, Bayes-Belief-Netzwerk und andere Mechanismen, die zum Bestimmen von Testparametern eingesetzt werden, können andere Ergebnisse liefern, die unter echten Bedingungen erwartet werden. Ein Bayes-Belief-Netzwerk ist später detaillierter beschrieben. Somit können das Justieren und/oder die Korrektur der Testparameter in situ ausgeführt werden, um diese Diskrepanzen zu kompensieren. Wie zuvor dargelegt ist, ist die Überwachungskomponente 106 ausgebildet, Informationen und/oder Befehle an die Steuerung 102 zuzuführen, um den aktuellen Fertigungsprozess zu modifizieren. Diese Informationen erzeugen Modifizierungen an den Testparametern des Fertigungsprozesses, die die mehreren Parameter näher an die Sollwerte heranbringen sollen. Somit kann der Fertigungsprozess so modifiziert werden, dass dieser akzeptabel wird (beispielsweise, wenn der Qualitätsindex außerhalb des akzeptablen Bereichs liegt) und/oder so dass dieser näher an den Designspezifikationen liegt.
Nachdem der Fertigungsprozess abgeschlossen ist, werden Messergebnisse aus einer dem Prozess nachgeordneten Inspektion mittels der Prozessanlage 104 erhalten und der Überwachungskomponente 106 als die mehreren Parameter zugeführt. Die dem Prozess nachgeordneten Inspektionsmessergebnisse können ausführlicher sein als Messungen, die in situ ausgeführt werden (beispielsweise durch Messen mehrerer Richtungen). Für derartige Inspektionen wird der Qualitätsindex verwendet, um zu bestimmen, ob die Ergebnisse des Fertigungsprozesses akzeptabel sind. Wenn der Qualitätsindex nicht akzeptabel ist (beispielsweise innerhalb der akzeptablen Toleranzwerte), kann der Fertigungsprozess erneut ausgeführt werden, falls dies möglich ist. Wenn der Prozess nicht erneut ausgeführt werden kann, muss das Halbleiterbauelement unter Umständen aussortiert oder als nicht funktionsfähig gekennzeichnet werden. Wenn das Halbleiterbauelement akzeptabel ist, so kann dieses zu einer weiteren Stufe der Bauteilfertigung weitergehen. Zudem können der Qualitätsindex, die Qualitätsmatrix und andere mit dem Fertigungsprozess verknüpften Informationen gespeichert und/oder verwendet werden, um spätere Testparameter, Qualitätsmatrizen und Qualitätsindizies für nachfolgende Fertigungsprozesse zu aktualisieren.
Das System 100 wurde als in situ funktionierend und dem Prozess nachgeordnet beschrieben. Es soll jedoch betont werden, dass das System 100 so eingerichtet und/oder verwendet werden kann, um in situ, nach dem Prozess oder für beide Fälle geeignet zu sein.
In 2 ist ein System 200 dargestellt, das die Halbleiterbauteilherstellung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht. Das System 200 umfasst einen Qualitätsmatrixgenerator 202, eine Wiederaufbereitungskomponente 204, eine Produktausbeutedatenbank 206, eine Bauteilprozessdatenbank 208 und eine Bauteilbilddatenbank 210. Das System 200 empfängt mehrere kritische Parameter als Ergebnis einer dem Prozess nachgeordneten Inspektion und bestimmt zumindest teilweise, ob ein abgeschlossener Fertigungsprozess akzeptabel ist. Diese Entscheidung beruht auf einem Zusammenwirken und/oder einer Kombination der mehreren kritischen Parameter anstelle einer nacheinander erfolgenden Berücksichtigung der einzelnen Parameter. Im Wesentlichen fällt das System 200 eine Entscheidung, ob der abgeschlossene Fertigungsprozess erneut durchzuführen ist oder ob die Bearbeitung eines Halbleiterbauelements zu einer nachfolgenden Phase weitergehen kann. Das System 200 kann als Teil eines Steuerungssystems, etwa das Steuerungssystems 100 aus 1, das zuvor erläutert ist, eingerichtet sein.
Der Qualitätsmatrixgenerator 202 empfängt die mehreren kritischen Parameter einer prozessnachgeordneten Inspektion für ein Halbleiterbauteil und bestimmt, wie die Bearbeitung fortzusetzen ist. Diese kritischen Parameter enthalten kritische Messungen, etwa X-Richtungsmessungen, Y-Richtungsmessungen, eine Breite (beispielsweise 2D und 3D), Abstände (beispielsweise 2D und 3D), Temperatur, Druck, Überlagerung, Defekte und dergleichen.
Der Qualitätsmatrixgenerator bildet eine Matrix, die als Qualitätsmatrix bezeichnet wird, wobei die Elemente oder Punkte der Matrix einen einzelnen kritischen Parameter mit einem Gewichtungskoeffizienten repräsentieren. Diese Darstellung kann mathematisch wie folgt ausgedrückt wird: Parameter = w × a (1) wobei a der erwartete Wert für den Parameter und w ein Koeffizient ist. Zudem kann ein konstanter Wert mit jedem Parameter verknüpft sein. Die Zeilen der Qualitätsmatrix beinhalten typischerweise die mehreren kritischen Parameter und ihre zugeordneten Gewichtungsfaktoren. Es können ein oder mehrere Zeilen vorgesehen sein, wobei die entsprechenden Zeilen speziellen Entwurfs/Fertigungszielen, etwa einer Produktausbeute, entsprechen. Zu beachten ist, dass die Qualitätsmatrix lediglich eine Zeile aufweisen kann und dennoch der vorliegenden Erfindung entspricht. Zudem können Gewichtungsfaktoren für entsprechende Parameter zeilenweise gemäß den Entwurfszielen variieren. Die Qualitätsmatrix kann als solche erzeugt und ausgedrückt werden durch:
Sodann berechnet der Qualitätsmatrixgenerator die Koeffizienten, indem Entwurfsverhaltensziele, Designregeln, Produktausbeute und dergleichen analysiert werden. Daraufhin kann ein Indexwert für die Qualitätsmatrix in geeigneter Weise berechnet werden. Eine geeignete Weise besteht darin, die Matrixkomponenten zu einem abschließenden Wert aufzusummieren, der als ein Qualitätsindex bezeichnet wird, entsprechend den Gleichungen (3 bis 4) wie sie hier dargestellt sind:
Der Qualitätsindex kann dann so gewichtet werden, dass dieser einen Prozentsatz ergibt, der die Nähe zu den Entwurfs/Produktzielen repräsentiert.
Der Qualitätsmatrixgenerator 202 steht in Wechselwirkung mit der Produktausbeutedatenbank 206, der Bauteilprozessdatenbank 208 und der Bauteilbilddatenbank 210, um Koeffizienten und akzeptable Qualitätsindexwerte zu bestimmen. Die Produktausbeutedatenbank 206 enthält Informationen, die mit Produktausbeutezielen für das aktuelle Halbleiterbauelement und die Fertigungsphase verknüpft sind. Diese Information ist insbesondere nützlich zum Bestimmen von Koeffizienten und Abhängigkeiten kritischer Parameter in Bezug auf die Ausbeute. Die Bauteilprozessdatenbank 208 enthält Informationen, die mit einer Vielzahl von Fertigungsprozessen verknüpft sind, einschließlich des zuvor abgeschlossenen Fertigungsprozesses für das aktuelle Bauelement. Diese Information hilft bei dem Bestimmen der Koeffizientenwerte. Zudem kann diese Information erwartete kritische Parameter mit den tatsächlichen gemessenen kritischen Parameter in Beziehung setzen und kann verwendet werden, um Modifizierungen in nachfolgende Prozesse vorzuschlagen. Die Bauteilbilddatenbank enthält zweidimensionale und dreidimensionale Bilder von Bauteilentwürfen und Anordnungen. Diese Information kann verwendet werden, um Diskrepanzen zwischen einem Bild des Halbleiterbauelements nach dem aktuellen Fertigungsprozess und erwarteten Bildern für diese Phase der Herstellung zu erkennen. Zu beachten ist, dass zusätzliche Datenbanken und/oder Informationen von dem Qualitätsmatrixgenerator 202 verwendet werden können.
Basierend auf dem berechneten Qualitätsindex kann der Qualitätsmatrixgenerator 202 das Ausführen eines nachfolgenden Prozesses anzeigen oder kann der Wiederbearbeitungskomponente 204 Erkenntnis bringen, dass der aktuelle Fertigungsprozess überarbeitet oder nochmals ausgeführt werden sollte. Die Wiederbearbeitungskomponente 204 veranlasst, dass das Halbleiterbauelement wieder in die Prozessphase unmittelbar vor dem aktuellen Fertigungsprozess versetzt wird. Typischerweise kann dies durch Umkehren des Prozesses erreicht werden (beispielsweise durch Entfernen des strukturierten Photolacks).
Zudem berechnet die Wiederbearbeitungskomponente 204 Modifizierungen oder Einstellungen an Testparametern, die in dem abgeschlossenen Fertigungsprozess angewendet werden. Die Modifizierungen sind derart, dass ein anschließender Fertigungsprozess zu einem akzeptablen Qualitätsindex und/oder einem akzeptablen Halbleiterbauelement führen sollte. Die Wiederbearbeitungskomponente 204 kann mit der Produktausbeutedatenbank 206, der Bauteilprozessdatenbank 208 und der Bauteilbilddatenbank in Wechselwirkung stehen, obwohl dies in 2 der Einfachheit halber nicht dargestellt ist.
Es soll betont werden, dass in einem alternativen Aspekt der vorliegenden Erfindung Variationen des Systems 200 aus 2 mit eingeschlossen sind, die einen Betrieb und eine Modifizierung von Testparametern während der Fertigung ermöglichen.
3 ist eine Blockansicht, die in Lithographiesteuerungssystem 300 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt. Das System 300 funktioniert in ähnlicher Weise wie das System 100 aus 1. Jedoch ist das System 300 speziell für Lithographiefertigungsprozesse vorgesehen. Das System 300 ist ausgebildet, um Bauteilinformationen, etwa Designregeln und die Produktausbeute zu verwenden, um einen lithographischen Prozess zu steuern. Das System 300 umfasst eine Maskenstrukurierungskomponente 302, eine Überwachungskomponente 304, eine Designregelkomponente 306, eine Produktausbeutekomponente 308, eine Qualitätsindexkomponente 310, eine Maskenwiederbearbeitungskomponente 312 und eine Ätzkomponente 314.
Die Maskenstrukurierungskomponente 302 führt einen Strukturierungsprozess an einem Halbleiterbauelement gemäß einer Anzahl festgelegter Testparameter aus. Es wird ein Maskenretikel als Teil des Prozesses verwendet, wobei dieses ein Array aus Muster in Übereinstimmung mit den Testparametern aufweist, die eine Glasplatte bedecken. Die Maske besteht aus undurchsichtigen und durchsichtigen Bereichen, die einen Durchgang von Licht verhindern bzw. ermöglichen. Die Maske kann zu bestehenden Muster und/oder Bauelementen auf Scheiben ausgerichtet werden, um selektiv Photolack zu belichten, wobei die Maske typischerweise mittels eines Design- bzw. Entwurfsprozesses erhalten wird. Die Maske kann auf der Glasplatte als Emulsion, Chrom, Eisenoxid, Silizium oder einem anderen geeigneten undurchsichtigen Material gebildet sein. Nach der Belichtung werden ausgewählte Bereiche des Photolacks entwickelt und anschließend entfernt.
Die Überwachungskomponente 304 analysiert das bzw. die Halbleiterbauelement bzw. -elemente, nachdem der Strukturierungsprozess mittels der Maskenstrukurierungskomponente 302 ausgeführt wurde. Die Überwachungskomponente erhält mehrere kritische Parameter eines nachgeordneten Inspektionsprozesses. Zu den kritischen Parameter gehören beispielsweise kritische Abmessungen, die überlagerung, Defekte und dergleichen. Die Testparameter werden dann zu einer Qualitätsmatrix zusammengestellt, wobei jedes Element einen erwarteten Wert für einen Parameter und einen Koeffizienten oder einen Gewichtungsfaktor, der mit diesem Parameter verknüpft ist, enthält. Der Klarheit halber ist eine detaillierte Diskussion des Erzeugens dieser Matrix weggelassen und wurde zuvor mit Bezug zu den 1 und 2 erläutert. Kurz gesagt, die Koeffizienten können bestimmt werden, indem die Entwurfsregelkomponente 106 und die Produktausbeutekomponente 108 herangezogen werden. Sobald die Qualitätsmatrix erzeugt ist, wird ein Bereich akzeptabler Indexwerte festgelegt, der Bereiche enthält, in denen der ausgeführte Maskierungs-Strukturierungsprozess akzeptable Werte erfüllt oder überschreitet. Anders als bei konventionellen Steuerungssystemen basiert jedoch der Wertebereich auf mehreren der kritischen Parameter, Entwurfszielen oder dem Halbleiterbauelement. Beispielsweise erlauben gewisse Bauelemente größere Toleranzen bei Defekten, wohingegen andere Bauelemente größere Toleranzen bei kritischen Abmessungen zulassen. Durch Berücksichtigung dieser Unterschiede kann ein geeigneterer Bereich akzeptabler Werte erhalten werden.
Anschließend wird ein Qualitätsindex 310 für das bzw. die Halbleiterbauelement- bzw. elemente erzeugt. Der Qualitätsindex 310 wird im Allgemeinen als ein Prozentsatzwert ausgedrückt. Die Überwachungskomponente 304 kann erwartete Parameterwerte mit bekannten Dateneinträgen aus der Produktentwurfssimulation, Testergebnissen, Ausbeutedaten, elektrischen Daten und dergleichen verwenden. Eine Simulation des gewünschten Ätzprozesses kann dann mit zweidimensionalen oder dreidimensionalen Entwurfs- und/oder Layoutbildern verglichen werden, um zu bestimmen, ob die aktuellen Parameterwerte akzeptable Ergebnisse ergeben, indem die Erzeugung des Qualitätsindexes 310 ermöglicht wird.
Wenn der von der Überwachungskomponente 304 berechnete Qualitätsindex 310 innerhalb des akzeptablen Bereichs liegt, fährt die Ätzkomponente 314 fort, einen Ätzprozess an dem oder den Halbleiterbauelement- bzw. elementen auszuführen. Auf Grund des Strukturierungsprozesses, der nachfolgenden Inspektion, der Qualitätsmatrix, des Qualitätsindexes, die oben verwendet sind, ist der Ätzprozess im Wesentlichen in der Lage, Ätzergebnisse innerhalb der erwarteten Toleranzen zu liefern.
Wenn der Qualitätsindex 310 nicht innerhalb des akzeptablen Bereichs liegt, macht die Wiederbearbeitungskomponente 312 den abgeschlossen Prozess rückgängig und veranlasst die Maskenstrukurierungskomponente 302, den Maskenstrukturierungsprozess erneut auszuführen. Die Wiederbearbeitungskomponente 312 macht den Maskierungsvorgang rückgängig, indem der verbleibende Photolack entfernt und optional ein Reinigungsprozess ausgeführt wird. Das bzw. die Halbleiterbauelement(e) befindet(n) sich im Wesentlichen im gleichen Bearbeitungszustand, in welchem es vor dem anfänglichen Strukturierungsprozess war, der von der Maskenstrukurierungskomponente 302 ausgeführt wurde. Da das Strukturieren ein nicht destruktiver Prozess ist, kann der Prozess einige Male wiederholt werden, bis ein akzeptabler Qualitätsindex 310 erreicht ist.
Obwohl das System 300 in Bezug auf ein lithographisches Steuerungssystem beschrieben ist, ist zu beachten, dass alternative Aspekte der Erfindung für andere Fertigungsprozessarten eingesetzt werden und eine entsprechende Steuerung ermöglichen. Insbesondere Prozesse, die nicht destruktiv sind (beispielsweise die Strukturierung), können gemäß der vorliegenden Erfindung inspiziert und erneut ausgeführt werden.
Das Prozesssteuerungssystem der vorliegenden Erfindung kann für einen beliebigen geeigneten Fertigungsprozess eingesetzt werden, etwa, ohne einschränkend zu sein, die Metallisierung, die Strukturierung, das Ätzen, das Dotieren, das Abscheiden, das Sputtern, das Polieren und dergleichen. Zudem kann das erfindungsgemäße Prozesssteuerungssystem verwendet werden, um Halbleiterbauelemente herzustellen, die in einer Vielzahl von Computer- und Elektronikeinrichtungen verwendet werden können.
4 zeigt ein repräsentatives Belief-Netzwerk 400, das verwendet werden kann, um Fertigungsprozesse für Halbleiterbauelemente zu modellieren. Der Begriff „Belief-Netzwerke”, wie er hierin verwendet ist, soll einen gesamten Bereich unterschiedlicher aber verwandter Techniken abdecken, die mit Wahrscheinlichkeitsabschätzung bei ungewissen Voraussetzungen zu tun haben. Sowohl quantitative (wobei hauptsächlich Bayes'sche Wahrscheinlichkeitsverfahren verwendet werden) und qualitative Verfahren werden verwendet. Einflussdiagramme sind Erweiterungen für Belief-Netzwerke; diese werden verwendet, wenn mit Entscheidungsfindungen gearbeitet wird. Belief-Netzwerke werden angewendet, um auf Kenntnis basierende Anwendungen in Bereichen zu entwickeln, die durch eine inhärente Unsicherheit gekennzeichnet sind. Ein Problembereich wird als eine Menge von Knoten 410 modelliert, die mit Bögen 420 verbunden sind, um einen gerichteten azyklischen Graphen zu bilden, wie in 4 gezeigt ist. Jeder Knoten repräsentiert eine Zufallvariable oder eine Unsicherheitsgröße, die zwei oder mehr mögliche Werte annehmen kann. Die Bögen 420 bezeichnen die Existenz direkter Einflüsse zwischen den verbundenen Variablen und die Stärke jedes Einflusses wird durch eine vorwärtskonditionierte Wahrscheinlichkeit quantifiziert,
Innerhalb des Belief-Netzwerkes wird die konditionale Wahrscheinlichkeit jedes Knotens (die konditionale Wahrscheinlichkeit des Knotens) auf der Grundlage eines beobachteten Beweises berechnet. Es wurden diverse Verfahren entwickelt, Werte für die konditionale Wahrscheinlichkeit des Knotens festzulegen und eine Wahrscheinlichkeitsfolgerung auszuführen. Die diversen Schemata sind im Wesentlichen gleich – sie tiefern einen Mechanismus, um Unsicherheit in dem Belief-Netzwerk zu transportieren, und liefern einen Formalismus, um Beweise zu kombinieren, um damit die konditionale Wahrscheinlichkeit in einem Knoten zu bestimmen. Einflussdiagramme, die eine Erweiterung von Belief-Netzwerken repräsentieren, bieten Möglichkeiten zur Strukturierung der Ziele der Diagnose und der Festlegung des Wertes (des Einflusses), den eine gegebene Information besitzen wird, wenn eine Diagnose bestimmt wird. In Einflussdiagrammen gibt es drei Arten von Knoten; Gelegenheitsknoten, die den Knoten in dem Bayes'schen Belief-Netzwerken entsprechen; Verwendungsknoten, die die Verwendung von Entscheidungen repräsentieren; und Entscheidungsknoten, die Entscheidungen repräsentieren, die getroffen werden können, um den Zustand der Welt zu beeinflussen. Einflussdiagramme sind in Anwendungen für die reale Welt nützlich, in der es häufig Kosten sowohl hinsichtlich der Zeit als auch des Geldes beim Erhalten von Informationen aufzuwenden gilt. Ein Erwartungswertmaximierungs-(EM)Algorithmus ist ein üblicher Ansatz zum Einlernen von Belief-Netzwerken. In seiner standardmäßigen Form wird die vorhergehende Wahrscheinlichkeitsverteilung der Parameter nicht berechnet, sondern der Algorithmus zielt auf die Maximierung späterer Parameterwerte ab. Der EM-Algorithmus funktioniert so, dass ein iterativer Ansatz zum deduktiven Lernen verwendet wird. In dem ersten Schritt, der als der E-Schritt bezeichnet wird, führt der EM-Algorithmus das Deduzieren in dem Belief-Netzwerk für jeden Datenpunkt in dem Datensatz durch. Dies ermöglicht es, dass die Information der Daten verwendet wird, und dass diverse notwendige statistische Werte S aus den resultierenden späteren Wahrscheinlichkeiten berechnet werden. Danach werden in dem M-Schritt Parameter ausgewertete, um den späteren Logarithmus logP (T/D, S) zu maximieren, wenn diese statistischen Werte festegelegt sind. Das Ergebnis ist ein neuer Parametersatz, wobei die statistischen Werte S, die gesammelt wurden, nicht mehr genau sind. Somit muss der E-Schritt wiederholt werden, daraufhin der M-Schritt usw. In jeder Stufe stellt der EM-Algorithmus sicher, dass die spätere Wahrscheinlichkeit größer werden muss. Somit konvergiert dieser Algorithmus schließlich zu einem lokalen Maximum der späteren Werte.
Angesichts der zuvor beschriebenen strukturellen und funktionalen Merkmale können die Verfahrensweisen gemäß den diversen Aspekten der vorliegenden Erfindung besser mit Bezug zu den 5 bis 7 verstanden wenden. Obwohl zum Zwecke der Einfachheit der Erklärung die Verfahrensweisen der 5 bis 7 so dargestellt und beschrieben sind, dass diese seriell ausgeführt werden, so soll doch betont werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellte Reihenfolge eingeschränkt ist, da einige Aspekte gemäß der vorliegenden Erfindung in unterschiedlichen Reihenfolgen und/oder gleichzeitig mit anderen Aspekten auftreten können, als dies hierin dargestellt und beschrieben ist. Ferner sind nicht notwendigerweise alle dargestellten Merkmale erforderlich, um eine Verfahrensweise gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung einzurichten.
5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 500, das eine Steuerung eines Halbleiterfertigungsprozesses ermöglicht. Das Verfahren 500 erhöht den Durchsatz/die Ausbeute, indem mehrere kritische Parameter intelligent anstatt individuell berücksichtigt werden. Somit kann ein Fertigungsprozess mittels Rückkopplungsmessdaten, die in situ gewonnen wurden, diverser Testparameter modifiziert werden.
Das Verfahren 500 beginnt bei 502, wobei Testparameter für einen Fertigungsprozess bestimmt werden. Die Testparameter sind Parameter, die beim Ausführen des Fertigungsprozesses angewendet werden, etwa eine Durchflussrate, eine Lackzusammensetzung, eine Prozesszeit, die Temperatur und dergleichen. Der Fertigungsprozess ist typischerweise einer von vielen Fertigungsprozessen, die für ein spezielles Halbleiterbauelemente (beispielsweise ein Speicherbauteil) erforderlich sind. Im Allgemeinen beruhen die Testparameter auf einem Produktaufbau bzw. Design (beispielsweise einer Layout-Information) und vorhergehenden Test/Prozessergebnissen und beinhalten Parameter, die den Prozess steuern, etwa das Verteilen von Lack, das Strukturieren, das Drehen einer Scheibe, das Ätzen und dergleichen.
Weitergehend bei 504 fängt der Fertigungsprozess an oder geht weiter und es wird Messinformation erhalten. Im Allgemeinen werden Messeinrichtungen verwendet, die Informationen während der Fertigung (beispielsweise in situ) ermitteln. Zur Fertigungsinformation kann beispielsweise gehören kritische Abmessungen (beispielsweise in X- und Y-Richtungen, Breite und Abstand (2D und 3D), die Temperatur, der Druck, die Überlagerung, Defekte und dergleichen). Abstandsmessungen sind Messungen zwischen im Wesentlichen gleichen Strukturelementen. Breitenmessungen sind Messungen an einem einzelnen Strukturelement. Typischerweise werden Geräte, etwa an Sekundärelektronenmikroskop (SEM) und optische Mikroskopie angewendet, um die Messergebnisse zu erhalten, wie dies zuvor beschrieben ist. Das Verfahren 500 geht dann bei 506 weiter, wobei die Messinformation verwendet wird, um mehrere kritische Parameter zu ermitteln. Diese kritischen Parameter sind direkt oder indirekt mit der Messinformation verknüpft und enthalten kritische Abmessungen, die Breite, den Abstand, die Überlagerung, Defekte und dergleichen. Nachfolgend wird eine Qualitätsmatrix bei 508 erzeugt, wobei Punkte oder Elemente der Matrix einen der mehreren kritischen Parameter und einen zugeordneten Gewichtungsfaktor oder Koeffizienten enthalten. Diese Gewichtungsfaktoren sind eine Funktion von Produktausbeutemodellen und Entwurfsmodellen. Es soll betont werden, dass Koeffizienten für die Qualitätsmatrix vor dem initiieren des Fertigungsprozesses erstellt wenden können. Es geht weiter bei 510, wobei ein Qualitätsindex erzeugt wird. Der Qualitätsindex ist eine Funktion der Elemente der Matrix und liefert einen Prozentwert, der das Verhalten der Fertigung kennzeichnet. Bei 512 wird ein Bereich akzeptabler Indexwerte erzeugt. Die akzeptablen Werte beruhen zumindest teilweise auf Entwurfszielen und der Ausbeute und sind speziell auf das aktuelle Halbleiterbauelement zugeschnitten.
Wenn der Qualitätsindex akzeptabel ist, fährt das Verfahren 500 mit dem aktuellen Fertigungsprozess fort, bis dieser abgeschlossen ist. Ansonsten werden Modifizierungen und/oder Einstellungen an den Testparametern bei 514 durchgeführt. Diese Modifizierungen sollen zur Erzeugung eines Qualitätsindexes führen, der akzeptabel ist. Dann nach dem Einstellen der Testparameter bei 514 geht das Verfahren 500 bei 506 weiter, wobei der Fertigungsprozess weitergeht.
6 zeigt ein Blockdiagramm eines Verfahrens 600, das das Ausführen eines Halbleiterfertigungsprozesses gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht. Das Verfahren 600 analysiert ein Halbleiterbauelement, nachdem ein Fertigungsprozess ausgeführt ist. Wenn das Bauelement als nicht akzeptabel eingestuft wird, kann das Bauelement nochmals bearbeitet werden, so dass das Bauelement akzeptabel wird.
Zumindest teilweise kann eine Reihe von Fertigungsprozessen gemäß dem Verfahren 600 gesteuert werden. Insbesondere gut geeignete Prozesse sind jene, die im Wesentlichen noch mal ausgeführt werden können. Beispielsweise kann ein Strukturierungsprozess, der im Allgemeinen das Abscheiden einer Photolackschicht, das selektive Belichten von Bereichen des Photolacks und das selektive Entfernen von Bereichen des Photolacks beinhaltet, erneut ausgeführt werden, indem der Photolack entfernt wird. Sodann kann der Strukturierungsprozess mit neuen Prozessparametern wiederholt werden, die das Erreichen der gewünschten Ergebnisse ermöglichen.
Nachdem der Fertigungsprozess abgeschlossen ist, werden prozessnachgeordnete Inspektionsmessungen bei 602 erhalten. Die prozessnachgeordneten Inspektionsmessungsergebnisse können umfangreicher als Messergebnisse aus in situ-Messungen (beispielsweise durch Messen mehrerer Richtungen) sein. Eine detailliertere Erläuterung derartiger Messergebnisse ist zuvor beschrieben, wird aber hier der Einfachheit halber weggelassen. Die prozessnachgeordneten Messergebnisse werden direkt oder indirekt in kritische Parameter bei 604 umgewandelt. Die kritischen Parameter sind zuvor beschrieben. Aus diesen kritischen Parameter wird bei 606 zumindest teilweise eine Qualitätsmatrix aufgebaut, wobei Komponenten der Matrix einen kritischen Parameter zusammen mit einem Gewichtungskoeffizienten enthalten. Dann werden bei 608 Werte für die Koeffizienten, die mit den kritischen Parameter verknüpft sind, festgelegt, wodurch die Qualitätsmatrix fertiggestellt wird. Diese Werte sind als Funktion von Halbleiterbauteilinformationen festgelegt, zu denen, ohne einschränkend zu sein, das Bauteildesign, das Layout, Layoutanalyse, Ausbeute und dergleichen gehören.
Weitergehend bei 610 berechnet das Verfahren 600 einen Qualitätsindex aus der Qualitätsmatrix. Der Qualitätsindex kann eine Summe der Komponenten der Matrix und so skaliert sein, dass der als ein prozentualer Wert gegeben ist. Sodann wird ein akzeptabler Bereich von Indexwerten bei 612 berechnet. Der akzeptable Bereich ist eine Funktion im Wesentlichen aller Testparameter in kollektiver Weise. Schließlich wird das Halbleiterbauelement erneut bearbeitet und der Fertigungsprozess wird bei 614 nochmals durchgeführt. Wenn im Allgemeinen der Qualitätsindex nicht akzeptabel ist (beispielsweise innerhalb der akzeptablen Toleranzwerte), kann der Fertigungsprozess nochmals ausgeführt werden, wenn dies möglich ist. Wenn der Prozess nicht wiederholt werden kann, muss das Halbleiterbauelement unter Umständen aussortiert oder als nicht funktionsfähig gekennzeichnet werden. Wenn das Halbleiterbauelement akzeptabel ist, kann dieses zu einer weiteren Stufe der Bauteilherstellung weitergehen. Ferner können der Qualitätsindex, die Qualitätsmatrix und andere Informationen, die mit dem Fertigungsprozess in Zusammenhang stehen, gespeichert und/oder verwendet werden, um spätere Testparameter, Qualitätsmatrizen und Qualitätsindizes für nachfolgende Fertigungsprozesse weiter zu entwickeln.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 700 zur Herstellung eines Halbleiterbauelements gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung. Im Allgemeinen führt das Verfahren 700 einen Strukturierungsprozess aus, analysiert das Bauelement nach dem Ausführen des Prozesses und führt den Prozess bei Bedarf erneut aus. Auf diese Weise können Schäden und eine nicht korrekte Herstellung von Halbleiterbauelementen manchmal vermieden werden.
Das Verfahren 700 beginnt bei 702, wobei ein Strukturierungsprozess in Übereinstimmung mit einer Anzahl von Testparametern ausgeführt wird. Nachdem Ende des Prozesses wird eine prozessnachgeordnete Inspektion bei 704 durchgeführt und es werden kritische Messergebnisse, die als kritische Parameter bezeichnet sind, ermittelt. Nachfolgend wird 706 eine Qualitätsmatrix erzeugt, wobei die Komponenten der Matrix einen kritischen Parameter und einen gewichteten Koeffizienten umfassen. Bei 708 werden Werte für die Matrix zugeordnet und zeigen die relative Wichtigkeit der kritischen Parameter zueinander und ihre Wirkung auf einen oder mehrere Prozessziele (beispielsweise Ausbeute, Abmessungen, ...) an. Sodann wird ein Qualitätsindex aus der Qualitätsmatrix bei 710 berechnet. Der Qualitätsindex ist typischerweise ein Prozentsatz.
Wenn der Qualitätsindex anzeigt, dass die Ergebnisse nicht akzeptabel sind (beispielsweise außerhalb eines bestimmten akzeptablen Indexbereiches), wird das Bauelement bei 712 wieder bearbeitet, wobei der Photolack entfernt wird. Es werden dann Justierungen oder Einstellungen für die Testparameter bei 714 so berechnet, um zu ermöglichen, dass künftige Strukturierungsprozesse so ausgeführt werden, dass diese näher an den erwarteten/gewünschten Werten liegen. Danach geht das Verfahren 700 zu 702 weiter, wo der Strukturierungsprozess gemäß den zuvor ermittelten Einstellungen für die Testparameter erneut ausgeführt wird.

Claims

Prozesssteuerungssystem (100, 300) mit: mindestens einer Datenbank (206, 208, 210), die bauteilbezogene Informationen für einen Fertigungsprozess für ein Halbleiterbauelement enthält; einer Prozessanlage (104) zum steuerbaren Ausführen des Fertigungsprozesses; einer Steuerung (102), die ausgebildet ist, die Prozessanlage (104) zu steuern und Messinformation zu erhalten, wobei die Messinformation Messergebnisse für mehrere kritische Parameter, die mit dem Fertigungsprozess verknüpft sind, enthalten; und einer Überwachungskomponente (106, 304), die ausgebildet ist, kollektiv die Messinformation zu analysieren, um Werte für jeden der mehreren kritischen Parameter aus den Messergebnissen zu ermitteln und die ermittelten Werte in geeigneter Weise unter Verwendung von Gewichtskoeffizienten zu gewichten, wobei die Überwachungskomponente einen Qualitätsmatrixgenerator (202) umfasst, der ausgebildet ist, eine Qualitätsmatrix zu erzeugen auf der Grundlage der gewichteten Werte der kritischen Parameter und einen Qualitätsindex unter Verwendung der Komponenten der Qualitätsmatrix, die die gewichteten Werte der kritischen Parameter repräsentieren, zu bestimmen, wobei der Qualitätsindex eine Gesamtbewertung des Fertigungsprozesses umfasst, und wobei die Überwachungskomponente ferner ausgebildet ist, zu bestimmen, ob der Fertigungsprozess akzeptabel ist unter Verwendung des Qualitätsindexes; und wobei die kritischen Parameter kritische Abmessungen und/oder Defekte und/oder Layout-Abmessungen enthalten.
System nach Anspruch 1, wobei die Überwachungskomponente (106, 304) ferner ausgebildet ist, mindestens eine der folgenden Aktivitäten auszuführen: Modifizieren von Testparametern, die von der Steuerung (102) zur Steuerung des Fertigungsprozesses angewendet werden, wenn der Qualitätsindex nicht innerhalb vorbestimmter Toleranzwerte liegt; und Veranlassen der Steuerung (102), den Fertigungsprozess erneut auszuführen.
System nach Anspruch 1, wobei die Prozessanlage ausgebildet ist, einen Fertigungsprozess auszuführen, der einer von folgenden Prozessen ist: ein Strukturierungsprozess (302), ein Ätzprozess (314), ein Metallisierungsprozess.
System nach Anspruch 1, wobei die Überwachungskomponente ausgebildet ist, die Qualitätsmatrix so zu erzeugen, dass diese mindestens eine Zeile aufweist, wobei die mindestens eine Zeile mit einem Prozessziel und/oder einer Produktausbeute (108, 308) korreliert ist.
System nach Anspruch 1, das ferner eine Komponente zur Veranlassung einer Wiederbearbeitung (312) aufweist, die ausgebildet ist, die erneute Bearbeitung des Halbleiterbauelements zu veranlassen, wenn der Qualitätsindex (310) anzeigt, dass Ergebnisse des Fertigungsprozesses nicht akzeptabel sind.
Verfahren zum Ausführen eines Fertigungsprozesses an einem Halbleiterbauelement, wobei das Verfahren umfasst: Erhalten von Messinformationen von einem Prozess, wobei die Messinformationen Messergebnisse für mehrere kritische Prozessparameter enthalten; Analysieren der Messinformationen zur Ermittlung eines Wertes für jeden der mehreren kritischen Prozessparameter aus den Messergebnissen; Gewichten der ermittelten Werte der mehreren kritischen Parameter unter Verwendung von Gewichtungskoeffizienten; Erzeugen einer Qualitätsmatrix auf der Grundlage der gewichteten Werte der kritischen Parameter, wobei entsprechende Komponenten der Qualitätsmatrix einen Wert für einen entsprechenden kritischen Parameter und einen dazugehörigen gewichteten Koeffizienten enthalten; und Erzeugen eines Qualitätsindexes (310) als eine Funktion der Matrixkomponenten der Qualitätsmatrix, die den mehreren kritischen Parametern entsprechen, wobei der Qualitätsindex eine Gesamtbewertung des Fertigungsprozesses umfasst, wobei der Qualitätsindex (310) eine Gesamtakzeptierbarkeit des Fertigungsprozesses kennzeichnet und angibt, ob das Prozessergebnis des Fertigungsprozesses akzeptabel ist oder nicht.
Verfahren nach Anspruch 6, das ferner Ausführen mindestens einer der folgenden Aktivitäten umfasst: Bestimmen von Testparametern, die zur Steuerung des Fertigungsprozesses einstellbar sind, vor dem Erhalten der Werte der kritischen Parameter; Einstellen von Testparametern für den Fertigungsprozess auf der Grundlage, zumindest teilweise, der Qualitätsmatrix und des Qualitätsindexes (310); Rückgängigmachen der Auswirkungen des Fertigungsprozesses an dem Halbleiterbauelement, wenn der Qualitätsindex anzeigt, dass der Fertigungsprozess nicht akzeptabel ist; und Ermitteln der Messergebnisse während einer prozessnachgeordneten Inspektion.