TWI464818B - 利用光學量測及感測器裝置之蝕刻製程控制 - Google Patents

Description

利用光學量測及感測器裝置之蝕刻製程控制

本申請案大致有關於用以量測工件上所形成的結構的蝕刻製程控制系統之設計，且尤其有關於使用蝕刻階段量測以控制半導體製造叢集的方法及系統。

在半導體處理期間，例如反應性離子蝕刻(reactive ion etch,RIE)製程的蝕刻製程係用以於如矽基板或晶圓的工件上蝕刻出精細線路圖案。RIE涉及將晶圓設置於含有電漿的腔室中。電漿含有於射頻場中解離之氣體，使得氣體中所含有的反應性離子朝向晶圓表面加速。反應性離子與晶圓表面上的材料化學性結合。在蝕刻製程期間，可將一或更多層之材料移除。終點判定或偵測係用以控制蝕刻製程。

當一或更多層之材料被蝕刻時，揮發性蝕刻產物被併入電漿中。當RIE製程接近受蝕刻之疊層的界面或末端時，電漿中所發現的揮發性蝕刻產物量減少。可追蹤電漿中的揮發性蝕刻產物量以判定RIE製程之終點。物種之一可被追蹤，例如用以蝕刻一層材料的蝕刻劑氣體之一。當疊層被蝕刻時，反應性物種將被消耗殆盡，且將於電漿中發現反應性物種之相對低濃度。當愈來愈多的疊層被消耗殆盡，將在電漿中發現漸增地較高濃度的反應性物種。來自此反應性物種的光學發射之時間圖將隨著疊層被蝕刻掉而顯示出強度上的增加。針對特定物種使用光學發射光譜儀(optical emission spectroscopy,OES)來追蹤波長的強度亦可被用於終點判定或如RIE製程的蝕刻製程控制。

典型而言，OES已被用以追蹤揮發性蝕刻產物或反應性物種之總量來作為膜厚之函數。該等技術檢驗來自電漿中的揮發性蝕刻產物或反應性物種的發射。舉例言之，在RIE製程期間，電漿中的蝕刻劑、中性粒子、及離子等的電漿排出材料係連續地經由 碰撞而受到激發。光學發射光譜儀將發射繞射成其成分波長。特定波長可與特定物種相關聯，且可將此關聯性用來偵測蝕刻終點。然而，此特定波長資訊典型地為無法取得，且因發射之眾多可能性，而難以選擇適當波長來用於準確的蝕刻終點判定。由於，最佳的一或更多波長因典型之蝕刻製程中的變數數量而無法輕易得知。舉例而言，用於典型之RIF蝕刻的OES光譜可由可見及紫外光帶中的數百個波長所組成。

此外，還有朝向使用高密度電漿源來取代RIE的傾向。實例包含使用高密度之感應耦合電漿(inductively-coupled plasma,ICP)。另一實例為使用在電漿形成方面與RIE不同的電子迴旋共振(electron cyclotron resonance,ECR)。一般而言，ECR在低於正常RIE系統的壓力下操作，且因此可蝕刻較精細之線路凹槽。來自高密度ICP、ECR、及RIE電漿的發射之比較研究著重於相似輸入氣體成份的不同物種及不同波長。自RIE發射所累積的資料可能不適用於高密度ICP發射及ECR發射。

在蝕刻製程中使用OES光譜來判定終點的先前技術係敘述於例如Angell等人之美國專利第5,288,367號的「END-POINT DETECTION」及Angell等人之美國專利第5,658,423號的「MONITORING AND CONTROLLING PLASMA PROCESSES VIA OPTICAL EMISSION USING PRINCIPAL COMPONENT ANALYSIS」。然而，該等先前技術典型地必須選擇待用以傳送蝕刻終點信號的波長。藉由化學製程中所產生的產物之光學光譜的統計分析來執行製程控制的先前技術係敘述於例如Murray,Jr.之美國專利第5,862,060號的「MAINTENANCE OF PROCESS CONTROL BY STATISTICAL ANALYSIS OF PRODUCT OPTICAL SPECTRUM」(‘060)中。‘060專利描述方法如下：量測所擇定產物之一校正樣本組的每一者之光譜；並藉由主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)或部分最小平方(Partial Least Squares,PLS)來判定。

伴隨前述在蝕刻製程中使用施於OES光譜的PCA來判定終點 的技術之問題包含：用於PCA分析中的成分數量之不確定性。被使用的主成分越多，PCA越接近受分析的系統，但需要越多電腦資源。而且，判定PCA主成分之最佳數量亦為時間密集且使用大量資源。

再者，最尖端的OES系統可收集自電漿蝕刻腔室中的氣體之輝光放電放射的光學發射光譜之複數波長。該等波長可與由進入的反應氣體肇因於氣相反應與晶圓及腔室表面上的反應而產生的特定化學物種相關聯。當晶圓之表面組成的蝕刻狀態自穩態蝕刻偏移至完整移除所蝕刻的材料時，光學發射光譜之波長亦可偏移。此偏移之偵測允許判定指示完成所需蝕刻之蝕刻終點，且亦可允許在過度蝕刻發生前終止蝕刻製程。然而，可用以判定蝕刻終點的OES頻率或波長之數量產生複雜且耗時地選擇適當OES波長的問題。

蝕刻製程中的終點亦可使用寬頻光源製程來判定；終點偵測係敘述於例如Venugopal之美國專利第6,979,578號「PROCESS ENDPOINT DETECTION METHOD USING BROADBAND REFLECTOMETRY」中；使用得自複數量測位置的複數光學訊號係敘述於Saito等人之美國專利申請案第2006/0012796號「PLASMA TREATMENT APPARATUS AND LIGHT DETECTION METHOD OF A PLASMA TREATMENT」中；且針對光罩蝕刻的終點偵測使用至少二光學構件係敘述於Grimbergen之美國專利申請案第2009/0014409號「ENDPOINT DETECTION FOR PHOTOMASK ETCHING」中。如上述，有選擇將使用前述技術而適用於半導體應用或應用範圍之適當量測工具的問題。再者，有需要針對提取蝕刻階段資料使一或更多波長、特定光學量測工具、及演算法之選擇最佳化，以滿足量測監測目標。並且，在整合式量測製造叢集中，有需要完成即時蝕刻量測監測及蝕刻階段資料之提取以滿足目標時間範圍。在其他蝕刻應用中，亦有需要確保提取自蝕刻階段量測之蝕刻階段資料的可重複性及可再現性。

本發明係用以使以上探討之一或更多問題的影響減至最小。在對產量之需求增加、結構尺寸漸減、及對於較低擁有成本之需求的情況下，更加有需要使蝕刻階段量測系統的設計最佳化以滿足一或更多蝕刻階段量測目標。

本發明提供一種用以控制蝕刻製程中處理基板之製造叢集的方法及系統，該製造叢集具有設備設定及製程參數。其中產生蝕刻階段量測對實際蝕刻階段資料的相關性，蝕刻階段量測包含使用二或更多光學量測裝置及蝕刻感測器裝置的量測。蝕刻階段數值係使用所產生之相關性及蝕刻階段量測而加以提取。若蝕刻階段量測目標未獲得滿足，便修改量測裝置、選擇不同的蝕刻感測器裝置、增進蝕刻階段量測、及/或改善相關性演算法。重複步驟直到滿足蝕刻階段量測目標。所提取之蝕刻階段數值係用以調整製造叢集的設備設定及/或製程參數。

為了協助描述本發明，可將半導體晶圓用來說明此概念之應用。該方法及製程同樣適用於其他具有重複結構的工件。該工件可為晶圓、基板、圓盤、或相似物。再者，在本申請案中，用語「結構」在未被限定時意指圖案化結構。

圖1A為顯示利用量測資料在工件製造流程中控制之前或之後製程之先前技術方法的架構圖。製造階段量測的先前技術典型地包含在工件(未顯示)上執行第一製造程序104的製造系統100。該工件可為基板、晶圓、或磁性記憶體及類似物。在自第一製造程序104開始起一設定時期後或在第一製造程序104結束時，使用第一量測程序108來量測該工件。根據針對工件應用的配方，將來自第一量測程序108的量測資料124與預期結果比較，並傳送至製造叢集控制器(未顯示)或至第一製造程序104或至第二製造程序112。若來自第一量測程序108的量測資料124係於預期結果範圍之外，可將訊號送至第二製造程序112或至第一製造程序 104。同樣地，在自第二製造程序112開始起一設定時期後或在第二製造程序112結束時，使用第二量測程序116來量測該工件，並如應用配方所定般重複製造及量測。傳送至第一製造程序104的量測資料124可用以調整第一製造程序104中的製程參數或工具設定。相似地，傳送至第二製造程序112的量測資料124可用以調整第二製造程序112中的製程參數或工具設定。

圖1B為利用光學量測資料的先前技術蝕刻量測系統之架構圖。舉例而言，蝕刻量測系統150包含處理腔室154及晶圓夾持器上的晶圓158。處理腔室154可包含耦接至處理腔室154以進行量測來判定蝕刻終點的第一光學量測裝置152及第二光學量測裝置156。

如上述，先前技術之缺陷為光學蝕刻量測系統之準確性及適合性包含選擇將適用於半導體應用或應用範圍之適當量測工具的問題。此外，該等技術需要先前知識及歷史資料以針對蝕刻階段量測之提取擇定一或更多波長、特定光學量測裝置、及演算法來滿足量測監測目標。再者，在整合式量測製造叢集中，需要即時完成蝕刻量測及提取蝕刻階段資料以滿足目標時間範圍。

本發明係針對減少上述問題之數者的影響。在對產量的需求增加、結構尺寸漸減、及對於較低擁有成本之需求的情況下，更加需要使蝕刻階段量測系統之設計最佳化以滿足二或更多蝕刻階段量測目標。

蝕刻階段量測目標可包含準確性、信賴區間、量測及提取時間(measurement and extraction time,MAET)、可重複性、精確性、可再現性、總量測不確定性(total measurement uncertainty,TMU)、總擁有成本、及類似者。準確度為蝕刻階段的所量測或計算之數值與蝕刻階段之實際數值或使用掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscope,SEM)、原子力顯微鏡(atomic force microscope,AFM)或類似技術所建立的參考數值之間相比的一致程度。信賴區間為含有蝕刻量測數值且由信賴水平加以判定的所觀察到的區間，而信賴水平為蝕刻階段量測將落於上及下限之間的機率。舉 例而言，完成50%之蝕刻階段量測可具有例如蝕刻階段平均值+/-5%的信賴區間。完成量測及提取之速度可以毫秒或更少之單位加以量測。可重複性或再測信度為由單一人或儀器在蝕刻結構上且在相同條件下所進行之量測上的差異，並可表示為可重複性係數，低於該可重複性係數時，二或更多重複的測試結果之間的絕對差可被預期為具有例如百分之95的機率。可再現性為蝕刻階段量測系統使用其他量測系統來獲得相同結果之能力，通常表示為標準差。TMU係基於線性迴歸分析並自淨殘餘誤差移除參考量測系統不確定性(reference measuring system uncertainty,U_RMS )而加以計算。關於計算量測儀器之TMU的詳細描述，參考2007年10月23日公告的美國專利第7,286,247號「ASSESSMENT AND OPTIMIZATION FOR METROLOGY INSTRUMENT INCLUDING UNCERTAINTY OF TOTAL MEASUREMENT UNCERTAINTY」，且其係整體包含於此作為參考。總擁有成本包含購入成本及營業成本，有時稱作內部報酬率或經濟附加價值。以上蝕刻階段量測目標之二或更多者可用以使蝕刻量測系統之設計最佳化。

圖2描繪顯示即時蝕刻製程控制系統200的示範性架構圖，該即時蝕刻製程控制系統200係配置成使用蝕刻階段量測系統(etch stage measurement system,ESMS)204來執行即時製程控制，以於第一製造叢集202或第二製造叢集206中使用所提取之階段量測數值來調整至少一製程參數或工具設定。蝕刻製程控制系統200係配置成量測第一製造叢集202中所執行的蝕刻製程之蝕刻階段，其中第一製造叢集202係耦接至ESMS 204。ESMS 204包含量測處理器216、光學量測裝置208及蝕刻感測器裝置212。光學量測裝置208可為光學發射光譜裝置及/或一或更多光譜反射儀、橢圓偏光儀、及/或干涉儀。在一實施例中，量測處理器216可為獨立運行處理器。在另一實施例中，可將量測處理器216相關於第一製造叢集202本地性地設置，或可經由網際網路或內部網路而相關於第一製造叢集202遠端地設置。因此，量測處理器 216可使用直接連接、內部網路、或網際網路之至少一者與第一製造叢集202交換資料。量測處理器216可耦接至顧客位置(即裝置製造商等)的內部網路或耦接至供應商位置(即設備製造商)的內部網路。再者，另一電腦(即控制器、伺服器等)可存取量測處理器216以經由直接連接、內部網路、或網際網路之至少一者來交換資料。

蝕刻感測器裝置212可為量測有關蝕刻階段、蝕刻速率、蝕刻選擇性、及/或基板範圍之蝕刻均勻性的蝕刻製程參數的裝置。舉例而言，蝕刻感測器裝置212可包含量測如施加至處理腔室的功率、電壓、相位、電流、壓力、蝕刻劑氣流、所用氣體之氣體比例、所傳輸之射頻、溫度、及類似者之製程參數的裝置。蝕刻感測器裝置212可為一或更多不同類型的可量測上述製程參數之一或更多者的裝置。ESMS 204中的量測處理器216可為本地性耦接至第一製造叢集202及至第二製造叢集206的處理器。或者，可將量測處理器216經由內部網路(各種處理器之專用網路)遠端地連結或經由網際網路連接至第一製造叢集202及至第二製造叢集206。量測處理器216可包含輸入裝置、顯示器、儲存器、控制器、及指令碼或軟體碼，用以促進即時將來自光學量測裝置及/或蝕刻感測器裝置的量測轉換、增強、及變換成蝕刻階段數值或蝕刻完成百分比。使用ESMS 204之步驟的更多細節將於以下說明書之剩餘部分中加以討論。

仍參考圖2，第一製造叢集202包含耦接至ESMS 204及至第二製造叢集206的蝕刻製程工具(未顯示)。在一實施例中，第二製造叢集206可包含清潔製程工具、沉積製程工具、光微影工具、或另一蝕刻工具，且可在製造流程中的第一製造叢集202之後加以設置。在另一實施例中，第二製造叢集206可包含清潔製程工具、沉積製程工具、光微影工具、或另一蝕刻工具，且可在製造流程中的第一製造叢集202之前加以設置。

圖3描繪使用ESMS來監測蝕刻處理的基板製程之示範性流程圖300，其係配置成滿足二或更多蝕刻階段量測目標。在步驟 304中，設定二或更多蝕刻階段量測目標。如上述，二或更多蝕刻階段量測目標可包含準確性、信賴區間、MAET、可重複性、可再現性、TMU、及/或總擁有成本。在一實施例中，二或更多蝕刻階段量測目標包含準確性與量測及提取時間。在另一實施例中，可將準確性設在0.95或更佳，且將量測及提取時間設在6.0毫秒或更少。MAET可為滿足半導體運用配方及基板產量之需求的時間之範圍。在另一實施例中，二或更多蝕刻階段量測目標包含準確性、量測及提取時間、及5%或更少的TMU。在又另一實施例中，二或更多蝕刻階段量測目標包含準確性、量測及提取時間、及表示為可重複性係數的可重複性，其中二或更多重複之試驗結果具有95%或更佳之機率相同。

在步驟308中，產生蝕刻階段量測對實際蝕刻階段資料的相關性。實際蝕刻階段資料可為完成蝕刻製程的參考數值，例如當目標之一或更多待蝕刻層完成90%時，蝕刻階段資料可為90%。或者，可將實際蝕刻階段資料表示為例如50nm之氮化矽層的受蝕刻之一或更多層的實際高度。實際蝕刻階段資料可利用例如使用SEM、AFM、或光學數位輪廓量測(此類如為Tokyo Electron Limited及KLA-Tencor Corporation所擁有之AcuShape^TM )者的參考量測系統加以獲得。如上述，可將蝕刻階段資料表示為基板中的一或更多層之蝕刻製程的完成百分比。在一實施例中，蝕刻階段量測對實際蝕刻階段資料的相關性可以線性方程式的形式呈現。在另一實施例中，可將相關性更廣泛地表示為二階多項式，該二階多項式可適用於任何數量之使用不同光學量測裝置所測的蝕刻階段量測及使用不同蝕刻感測器裝置所測的感測器量測。

雖然在以上實例中使用變數之線性關係，但仍應察知可使用如任意函數、合成函數、及類似函數之變數之間的非線性函數關係。多項式的最小平方擬合解可包含行列式、矩陣、獨立參數解、及類似者。任意函數的最小平方擬合可包含非線性擬合法、搜尋參數空間法、網格搜尋法、梯度搜尋法、展開法、Marquardt法、及類似方法。關於該等技術的更詳細之討論，見Bevington,et al., “Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences,”第三版，頁116-177，其係併入於此作為參考。

仍參考圖3之步驟308，在一實施例中，所產生之相關性可為例如包含蝕刻階段量測及對應之實際蝕刻階段資料的資料庫或函式庫的資料儲存所。舉例而言，資料庫或函式庫可包含光學計量量測，例如作為波長之函數的光束強度、及對應之實際蝕刻階段資料。在另一實施例中，所產生的相關性可為調整成使用輸入之光學計量量測來判定輸出之蝕刻階段資料的機器學習系統。

在步驟312中，蝕刻階段數值係使用蝕刻階段量測及所產生的相關性加以提取。在一實施例中，蝕刻階段量測可為二或更多光學計量量測。在另一實施例中，蝕刻階段量測可為二或更多光學計量量測及至少一蝕刻感測器量測。在又另一實施例中，蝕刻階段量測可為複數個光學計量量測及複數個蝕刻感測器量測。在步驟316中，將所判定的蝕刻階段數值用來計算蝕刻階段量測目標是否獲得滿足。在一實施例中，假定蝕刻階段量測目標包含0.95或更佳的蝕刻階段準確性與2.0毫秒或更少的量測及提取時間；則將使用蝕刻階段數值所計算之蝕刻階段準確性與0.95比較，且將量測及提取時間的實際經過時間之總量與2毫秒比較。在另一實施例中，除0.95或更佳的蝕刻階段準確性及2.0毫秒或更少的量測及提取時間之外，蝕刻階段量測目標還可包含例如蝕刻階段平均值+/-5%的信賴區間。

若蝕刻階段量測目標未獲滿足，則在步驟324中，修改量測裝置、增進蝕刻階段量測、及/或改善相關性演算法。光學量測裝置之修改可藉由在光學量測裝置中調整光學構件或改變若干光學構件而加以進行。關於改變光學量測裝置之設計的更詳細之描述，參考2010年7月10日公告的美國專利第7,761,250號「AN OPTICAL METROLOGY SYSTEM OPTIMIZED WITH DESIGN GOALS」，其係整體包含於此作為參考。在另一實施例中，可改變擇定的量測感測器裝置，例如選擇壓力感測器來取代溫度感測器。蝕刻階段量測可藉由針對訊號中的雜訊來調整而增進。可經 由利用將受量測的應用範圍之基板樣本校正光學量測裝置來調整系統性雜訊。關於光學量測訊號雜訊減少的詳述，參考2010年6月22日公告的美國專利第7,742,177號「NOISE-REDUCTION METROLOGY MODELS」，其係整體包含於此作為參考。改善相關性演算法可包含將技術自使用線性相關性改變成非線性相關性，亦即可使用變數之間的非線性函數關係。如上述，非線性函數關係包含任意函數、合成函數、及類似函數。多項式的最小平方擬合解可包含行列式、矩陣、獨立參數解、及類似者。任意函數的最小平方擬合可包含非線性擬合法、搜尋參數空間法、網格搜尋法、梯度搜尋法、展開法、Marquardt法、及類似方法。

仍參考圖3，在步驟320中，傳送所提取之蝕刻階段數值。在一實施例中，將蝕刻階段數值傳送至可耦接至第一製造叢集202或至第二製造叢集206的量測處理器(圖2，216)。在圖3中的步驟328中，所傳送的蝕刻階段數值係用以修改第一製造叢集202或第二製造叢集206的至少一蝕刻製程控制參數或設備設定。

圖4、5、及6描繪使用蝕刻階段量測裝置之不同組合來產生蝕刻階段量測對實際蝕刻階段資料之相關性的示範性流程圖。圖4描繪利用二或更多光學量測裝置的流程圖，而圖5描繪利用二或更多光學量測裝置及至少一蝕刻感測器裝置的流程圖。圖6描繪利用其中可使用二或更多光學量測裝置及二或更多蝕刻感測器裝置之複數量測技術的流程圖。

圖4描繪使用二或更多光學量測裝置產生蝕刻階段量測對實際蝕刻階段資料之相關性的示範性流程圖400，其係配置成滿足蝕刻階段量測目標。在步驟402中，選擇二或更多光學量測裝置來量測蝕刻階段。蝕刻階段可取決於配方而為基板之一或更多層的部分或完整蝕刻。擇定的二或更多光學量測裝置可為光學發射光譜裝置、干涉儀、反射儀、橢圓偏光儀的組合或上述之任何組合。在步驟404中，可針對二或更多光學量測裝置選擇波長或波長範圍。在一實施例中，波長範圍可為120-190nm。在另一實施例中，波長範圍可為170-190nm。在又另一實施例中，波長範圍可為 120-1000nm。波長範圍之選擇係基於基板應用、相似應用的先前歷史經驗、光學量測裝置之供應商、及所設定之二或更多蝕刻階段量測目標。

在步驟408中，來自蝕刻腔室或工件所繞射出的電磁能係使用擇定之二或更多光學量測裝置來量測。在步驟412中，對應至所測電磁能的實際蝕刻階段資料係使用一或更多參考量測技術獲得。參考量測技術係例如使用SEM、AFM、或光學數位輪廓量測(如為Tokyo Electron Limited及KLA-Tencor Corporation所擁有之AcuShape^TM )者。如上述，實際蝕刻階段資料可為蝕刻製程完成的參考數值，例如當待蝕刻之一或更多目標層為90%完成時，蝕刻階段資料可為90%。或者，可將實際蝕刻階段資料表示為例如50nm之氮化矽層的受蝕刻之一或更多層的實際高度。

在步驟416中，將所測電磁能資料與實際蝕刻階段資料相關聯。在一實施例中，蝕刻階段量測對實際蝕刻階段資料的相關性可以線性方程式的形式呈現。或者，可將相關性表示為變數之線性關係或變數之間的非線性函數關係，如任意函數、合成函數、及類似者。多項式的最小平方擬合解可包含行列式、矩陣、獨立參數解、及類似者。任意函數的最小平方擬合可包含非線性擬合法、搜尋參數空間法、網格搜尋法、梯度搜尋法、展開法、Marquardt法、及類似方法。如上述，關於該等技術之更詳細的討論，見Bevington,et al.,“Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences,”第三版，頁116-177，其係併於此作為參考。

仍參考步驟416，在一實施例中，所產生之相關性可為包含蝕刻階段量測及對應之實際蝕刻階段資料的如資料庫或函式庫的資料儲存所。舉例而言，資料庫或函式庫可包含如作為波長之函數的光束強度之光學計量量測、及對應的蝕刻完成資料。在另一實施例中，所產生的相關性可為調整成使用輸入的光學計量量測來判定輸出之蝕刻完成資料的機器學習系統。

在步驟420中，蝕刻階段數值係使用蝕刻階段量測及所得的相關性加以提取。在一實施例中，蝕刻階段量測可為二或更多光 學計量量測。在步驟424中，將所判定的蝕刻階段數值用來計算圖3之步驟304中的蝕刻階段量測目標是否獲得滿足。在一實施例中，假定蝕刻階段量測目標包含0.95或更佳的準確性與2.0毫秒或更少的量測及提取時間，則將所計算之準確性與0.95比較，且將量測加提取的實際經過時間與2毫秒比較。在另一實施例中，除0.95或更佳的蝕刻階段準確性及2.0毫秒或更少的量測及提取時間之外，蝕刻階段量測目標還可包含信賴區間，例如蝕刻階段平均值+/-5%。

若蝕刻階段量測目標未獲滿足，則在步驟428中，修改二或更多量測裝置、增進蝕刻階段量測、判定用於量測照射束中的最佳波長、及/或改善相關性演算法。量測裝置之修改可藉由在光學量測裝置中調整光學構件或改變若干光學構件而進行。在另一實施例中，可取決於蝕刻應用之類型而利用氮或惰性氣體清洗蝕刻腔室以強化繞射訊號。或者，所測蝕刻階段訊號之增進可藉由針對訊號中的雜訊來調整而進行。可經由利用將受量測的應用範圍之基板樣本的光學量測裝置之校正來調整系統性雜訊。

最佳波長係針對光學量測裝置使用迴歸技術或相似技術來判定。關於使光學量測用的波長選擇最佳化之詳述，參考2007年5月8日公告的美國專利第7,216,045號「SELECTION OF WAVELENGTHS FOR INTEGRATED CIRCUIT OPTICAL METROLOGY」，其係整體包含於此作為參考。改善相關性演算法可包含將技術自使用線性相關性改變成非線性相關性，亦即可使用變數之間的非線性函數關係。如上述，非線性函數關係包含任意函數、合成函數、及類似者。多項式的最小平方擬合解可包含行列式、矩陣、獨立參數解、及類似者。任意函數的最小平方擬合可包含非線性擬合法、搜尋參數空間法、網格搜尋法、梯度搜尋法、展開法、Marquardt法、及類似方法。在步驟428後，重複製程步驟412至428直到滿足蝕刻階段量測目標。

圖5描繪使用二或更多光學量測裝置及至少一蝕刻感測器裝置來產生蝕刻階段量測對實際蝕刻階段資料之相關性的示範性流 程圖500，其係配置成滿足蝕刻階段量測目標。在步驟502中，選擇二或更多光學量測裝置來量測蝕刻階段。，蝕刻階段可取決於方法而為工件之一或更多層的部分或完整蝕刻。擇定的二或更多光學量測裝置可為光學發射光譜裝置、干涉儀、反射儀、橢圓偏光儀的組合或上述之任何組合。在步驟504中，可針對二或更多光學量測裝置選擇波長或波長範圍。在一實施例中，波長範圍可為120-190nm。在另一實施例中，波長範圍可為170-190nm。在又另一實施例中，波長範圍可為120-1000nm。波長範圍之選擇係基於基板應用、相似應用的先前歷史經驗、光學量測裝置之供應商、及所設定之二或更多蝕刻階段量測目標。

在步驟508中，選擇具有實質上與蝕刻階段有關之量測的至少一製程感測器裝置。在一實施例中，選擇具有對蝕刻階段之最高相關性的蝕刻製程感測器裝置。至少一製程感測器裝置之選擇可使用多變數分析來進行，該多變數分析使用可協助識別該等相互關係的複數組製程資料、量測資料(繞射訊號)及製程效能資料。舉例而言，多變數分析可包含線性分析、或非線性分析。此外，舉例來說，多變數分析可包含主成分分析(PCA)、獨立成分分析、交互相關分析、線性近似分析、及類似者。關於多變數分析用於識別主變數的詳述，參考2008年12月16日公告的美國專利第7,467,064號「TRANSFORMING METROLOGY DATA FROM A SEMICONDUCTOR TREATMENT SYSTEM USING MULTIVARIATE ANALYSIS」，其係整體包含於此作為參考。在步驟512中，來自蝕刻腔室、或工件所繞射出的電磁能係使用擇定的二或更多光學量測裝置加以量測，並獲得來自至少一蝕刻製程感測器裝置的量測。

在步驟516中，對應於所測電磁能及蝕刻感測器量測的實際蝕刻階段資料係使用一或更多參考量測技術而獲得。參考量測技術係例如使用SEM、AFM、或光學數位輪廓量測(如Tokyo Electron Limited及KLA-Tencor Corporation所擁有之AcuShape^TM )者。如上述，實際蝕刻階段資料可為蝕刻製程完成的參考數值，例如當待 蝕刻之一或更多目標層為90%完成時，蝕刻階段資料可為90%。或者，可將實際蝕刻階段資料表示為例如50nm之氮化矽層的所蝕刻之一或更多層的實際高度，。

在步驟520中，所測電磁能資料及蝕刻感測器量測與實際蝕刻階段資料有關。在一實施例中，蝕刻階段量測對實際蝕刻階段資料的相關性可以線性方程式的形式呈現。或者，可將相關性表示為變數之線性關係或變數之間的非線性函數關係，如任意函數、合成函數、及類似者。多項式的最小平方擬合解可包含行列式、矩陣、獨立參數解、及類似者。任意函數的最小平方擬合可包含非線性擬合法、搜尋參數空間法、網格搜尋法、梯度搜尋法、展開法、Marquardt法、及類似方法。如上述，關於該等技術之更詳細的討論，見Bevington,et al.,“Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences,”第三版，頁116-177，其係併於此作為參考。

仍參考步驟520，在一實施例中，所產生之相關性可為包含蝕刻階段量測及對應之蝕刻階段資料的如資料庫或函式庫的資料儲存所。舉例而言，資料庫或函式庫可包含如作為波長之函數的光束強度之光學計量量測、蝕刻感測器量測、及對應之蝕刻階段資料。在另一實施例中，所產生的相關性可為調整成使用輸入之光學計量量測及/或蝕刻感測器量測來判定輸出之蝕刻階段資料的機器學習系統。

在步驟524中，蝕刻階段數值係使用蝕刻階段量測及所得的相關性而加以提取。在一實施例中，蝕刻階段量測可為二或更多光學計量量測及至少一蝕刻感測器量測。在另一實施例中，蝕刻階段量測可為複數光學計量量測及複數蝕刻感測器量測。在步驟528中，所判定的蝕刻階段數值係用以計算圖3之步驟304中的蝕刻階段量測目標是否獲得滿足。在一實施例中，假定蝕刻階段量測目標包含0.95或更佳的準確性與2.0毫秒或更少的量測及提取時間，則將所計算之蝕刻階段準確性與0.95比較，且將量測加提取的實際經過時間與2毫秒比較。在另一實施例中，除0.95或更 佳的蝕刻階段準確性及2.0毫秒或更少的量測及提取時間之外，蝕刻階段量測目標可包含信賴區間，例如平均值+/-5%。在另一實施例中，蝕刻階段量測目標包含0.95或更佳的蝕刻階段準確性與6.0毫秒或更少的量測及提取時間、及/或98%的可重複性。

若蝕刻階段量測目標未獲滿足，則在步驟532中，修改二或更多光學量測裝置、增進蝕刻階段量測、可判定光學量測裝置所用的最佳波長、及/或可改善相關性演算法。光學量測裝置之修改可藉由在光學量測裝置中調整光學構件或改變光學構件之部份來進行。在另一實施例中，可改變擇定的蝕刻感測器，例如選擇壓力感測器來取代溫度感測器。在另一實施例中，可取決於蝕刻應用之類型而利用氮或惰性氣體來清洗蝕刻腔室以強化繞射訊號。或者，所測蝕刻階段量測之增進可藉由針對量測中的雜訊來調整而進行。系統性雜訊可經由利用將受量測的應用範圍之基板樣本校正光學量測裝置及至少一蝕刻感測器裝置來加以調整。

可針對光學量測裝置使用迴歸技術或相似技術來判定最佳波長。改善相關性演算法可涉及將技術自使用線性相關性改變成非線性相關性，例如可使用變數之間的非線性函數關係。如上述，非線性函數關係包含任意函數、合成函數、及類似者。多項式的最小平方擬合解可包含行列式、矩陣、獨立參數解、及類似者。任意函數的最小平方擬合可包含非線性擬合法、搜尋參數空間法、網格搜尋法、梯度搜尋法、展開法、Marquardt法、及類似方法。在步驟532後，重複製程步驟512至532直到滿足蝕刻階段量測目標。

圖6描繪用以使用複數量測裝置來得到蝕刻階段量測比實際蝕刻階段資料之相關性的示範性流程圖600，其係配置成滿足蝕刻階段量測目標。在步驟604中，針對整合式即時量測而選擇複數量測技術來量測蝕刻階段。量測技術包含光學量測，例如光學發射光譜儀、反射儀、橢圓偏光儀、及/或干涉儀；及非光學量測，例如具有實質上與如工件之一或更多層的蝕刻完成的蝕刻階段資料相關之量測的製程感測器。在步驟608中，選擇二或更多量測 裝置使用所選擇的複數量測技術來量測蝕刻階段。

一或更多製程感測器裝置之選擇係可使用多變數分析來進行，該多變數分析使用複數組之製程資料、量測資料(繞射訊號)及製程效能資料以識別該等互相關係。舉例而言，多變數分析可包含線性分析、或非線性分析。此外，舉例來說，多變數分析可包含主成分分析(PCA)、獨立成分分析、交互相關分析、線性近似分析、及類似分析。在步驟612中，獲得使用擇定的二或更多量測裝置之計量量測。來自蝕刻腔室、或工件所繞射出的電磁能係使用擇定的一或更多光學量測裝置加以量測，或獲得來自一或更多蝕刻製程感測器裝置的量測。

在步驟616中，對應於所測電磁能或感測器量測的實際蝕刻階段資料係使用一或更多參考量測技術獲得。參考量測技術係例如使用SEM、AFM、或光學數位輪廓量測(如Tokyo Electron Limited及KLA-Tencor Corporation所擁有之AcuShape^TM )者。舉例而言，可將蝕刻階段資料表示為作為蝕刻時間之函數的基板中的一或更多層之蝕刻製程的完成百分比。

在步驟620中，使所測電磁能及/或感測器資料與實際蝕刻階段資料相關。在一實施例中，蝕刻階段量測對實際蝕刻階段資料的相關性可以線性方程式的形式呈現。或者，可將相關性表示為變數之線性關係或變數之間的非線性函數關係，如任意函數、合成函數、及類似者。多項式的最小平方擬合解可包含行列式、矩陣、獨立參數解、及類似者。任意函數的最小平方擬合可包含非線性擬合法、搜尋參數空間法、網格搜尋法、梯度搜尋法、展開法、Marquardt法、及類似方法。仍參考步驟620，在一實施例中，所產生之相關性可為包含蝕刻階段量測及對應之蝕刻階段資料的如資料庫或函式庫的資料儲存所。舉例而言，資料庫或函式庫可包含作為波長之函數的光束強度之光學計量量測、及對應之蝕刻完成資料。在另一實施例中，所產生的相關性可為調整成使用輸入之光學計量量測來判定輸出之蝕刻完成資料的機器學習系統。

在步驟624中，蝕刻階段數值係使用蝕刻階段量測及所得的相關性加以提取。在一實施例中，蝕刻階段量測可為二或更多光學計量量測。在另一實施例中，蝕刻階段量測可為複數光學量測及蝕刻感測器量測。在步驟628中，所判定的蝕刻階段數值係用以計算圖3之步驟304中的蝕刻階段量測目標是否獲得滿足。在一實施例中，假定蝕刻階段量測目標包含0.95或更佳的蝕刻階段準確性與2.0毫秒或更少的量測及提取時間，則將所計算之蝕刻階段準確性與0.95比較，且將量測加提取的實際經過時間與2毫秒比較。在另一實施例中，除0.95或更佳的蝕刻階段準確性及2.0毫秒或更少的量測及提取時間之外，蝕刻階段量測目標還可包含信賴區間，例如蝕刻階段平均值+/-6%。在又另一實施例中，二或更多蝕刻階段量測目標包含準確性、量測及提取時間、及表示為其中相同之二或更多重複的測試結果在95%或更佳之機率內的可重複性函數之可重複性。

若階段量測目標未獲滿足，則在步驟632中，可修改量測技術及量測裝置之選擇、可增進蝕刻階段量測、可判定最佳波長、及/或可改善相關性演算法。如上，量測裝置之修改可藉由在光學量測裝置中調整光學構件來進行，例如改變照射束之入射角、改變光源、或改變若干光學構件。在另一實施例中，可改變擇定的量測感測器，例如選擇蝕刻劑壓力感測器來取代溫度感測器。在另一實施例中，可取決於蝕刻應用之類型而利用氮或惰性氣體來清洗蝕刻腔室以增加繞射訊號之光束強度。或者，所測量測訊號之增進可藉由針對訊號中的雜訊調整來執行。如上述，可經由利用將受量測的應用範圍之基板樣本校正光學量測裝置來調整系統性雜訊。最佳波長可針對光學量測裝置使用迴歸技術或相似技術來判定。改善相關性演算法可涉及將技術自使用線性相關性改變成非線性相關性，如可使用變數之間的非線性函數關係。如上述，非線性函數關係可包含任意函數、合成函數、及類似者。多項式的最小平方擬合解可包含行列式、矩陣、獨立參數解、及類似者。任意函數的最小平方擬合可包含非線性擬合法、搜尋參數 空間法、網格搜尋法、梯度搜尋法、展開法、Marquardt法、及類似方法。在步驟632後，重複製程步驟612至632直到滿足蝕刻階段量測目標。

圖7及圖8為顯示蝕刻階段量測系統的示範性架構圖。參考圖7，其為顯示包含光學量測裝置704及量測處理器740之蝕刻階段量測系統700的示範性架構圖。量測處理器740可包含訊號求值器720及量測資料估計器750。光學量測裝置704可為例如光學發射光譜儀、干涉儀、或反射儀之一或更多者的組合之二或更多光學量測裝置，其量測基板(未顯示)並將蝕刻階段量測706傳送至量測處理器740。在以量測處理器740處理量測後，可將例如入射調整之角度或方位角調整的調整訊號708自量測處理器740送至光學量測裝置704。量測處理器740可為本地處理器、遠端處理器、或可經由如網際網路之網路存取的處理器。訊號求值器720及蝕刻階段資料提取器754可用存在於處理器740中或可由處理器740所執行的可執行指令、或電腦碼的形式呈現。訊號求值器720包含可模擬二或更多光學量測裝置的光學量測裝置模型724。訊號求值器720之其他構件包含校正器728及訊號調整器732。肇因於量測裝置相較於相同種類或技術中的標準裝置中使用之構件之差異，故將校正器728配置成判定計量量測的調整。訊號調整器732藉由針對光學量測裝置704之所測電磁訊號中的雜訊調整來增進訊號。

仍參考圖7，量測資料估計器750係耦接至訊號求值器並包含蝕刻階段資料提取器754、迴歸模組758、函式庫匹配模組762、及機器學習系統模組766。蝕刻階段資料提取器754使用來自訊號求值器720的增強之所測訊號，並藉由使用迴歸模組758、函式庫匹配模組762、及/或機器學習系統模組766之一或更多者來提取蝕刻階段數值。關於使用迴歸演算法來判定工件上的結構之輪廓資料的詳述，參考2004年8月31日公告的美國專利第6,785,638號「METHOD AND SYSTEM OF DYNAMIC LEARNING THROUGH A REGRESSION-BASED LIBRARY GENERATION PROCESS」，其係整體包含於此作為參考。關於使用函式庫演算法來判定工件上的結構之輪廓資料的詳述，參考2005年9月13日公告的美國專利第6,943,900號「GENERATION OF A LIBRARY OF PERIODIC GRATING DIFFRACTION SIGNALS」，其係整體包含於此作為參考。關於使用機器學習系統演算法來判定工件上的結構之輪廓資料的詳述，參考2010年11月9日公告的美國專利第7,831,528號「OPTICAL METROLOGY OF STRUCTURES FORMED ON SEMICONDUCTOR WAFERS USING MACHINE LEARNING SYSTEMS」，其係整體包含於此作為參考。

圖8為顯示包含光學量測裝置804、蝕刻感測器裝置810及量測處理器840之蝕刻階段量測系統800的示範性架構圖。量測處理器840可包含訊號求值器820及量測資料估計器850。光學量測裝置804可為二或更多光學量測裝置，如光學發射光譜儀、干涉儀、或反射儀之一或更多者的組合，光學量測裝置804量測基板(未顯示)並將蝕刻階段量測806傳送至量測處理器840。在以量測處理器840處理量測後，可將例如入射角度或方位角調整的調整訊號808自量測處理器840送至光學量測裝置804；或可將例如溫度或壓力調整的調整訊號814送至蝕刻感測器裝置810。量測處理器840可為本地處理器、遠端處理器、或可經由如網際網路之網路存取的處理器。訊號求值器820及蝕刻階段資料提取器854可以存在於處理器840中或可由處理器840所執行的可執行指令或電腦碼的形式呈現。訊號求值器820包含可模擬二或更多光學量測裝置的光學量測裝置模型824、及可模擬例如溫度、壓力、物種組成感測器裝置的二或更多蝕刻感測器裝置的蝕刻感測器裝置模型836。訊號求值器820之其他構件包含校正器828及訊號調整器832。由於量測裝置相較於相同種類或技術中的標準裝置中使用之構件之差異，故校正器828係用以判定計量量測的調整。訊號調整器832藉由針對光學量測裝置804之所測電磁訊號、及/或來自蝕刻感測器裝置810的所測感測器訊號812中的雜訊調整來增進訊號。

仍參考圖8，量測資料估計器850係耦接至訊號求值器並包含蝕刻階段資料提取器854、迴歸模組858、函式庫匹配模組862、及機器學習系統模組866。蝕刻階段資料提取器854使用來自訊號求值器820的增強之所測訊號，並藉由使用迴歸模組858、函式庫匹配模組862、及/或機器學習系統模組866之一或更多者來判定蝕刻階段數值。關於使用迴歸演算法來判定工件上的結構之輪廓資料的詳述，參考2004年8月31日公告的美國專利第6,785,638號「METHOD AND SYSTEM OF DYNAMIC LEARNING THROUGH A REGRESSION-BASED LIBRARY GENERATION PROCESS」，其係整體包含於此作為參考。關於使用函式庫演算法來判定工件上的結構之輪廓資料的詳述，參考2005年9月13日公告的美國專利第6,943,900號「GENERATION OF A LIBRARY OF PERIODIC GRATING DIFFRACTION SIGNALS」，其係整體包含於此作為參考。關於使用機器學習系統演算法來判定工件上的結構之輪廓資料的詳述，參考2010年11月9日公告的美國專利第7,831,528號「OPTICAL METROLOGY OF STRUCTURES FORMED ON SEMICONDUCTOR WAFERS USING MACHINE LEARNING SYSTEMS」，其係整體包含於此作為參考。

[0026]圖9描繪在本發明之一實施例中的即時蝕刻階段量測系統之示範性流程圖900。在步驟905中，設定蝕刻階段量測目標。如上述，蝕刻階段量測目標可包含準確性、信賴區間、量測及提取時間(MAET)目標、可重複性、精確性、可再現性、總量測不確定性(TMU)、總擁有成本、及類似者。在一實施例中，舉例而言，將準確性、量測及提取時間、及可重複性用作蝕刻階段量測目標。此外，可將蝕刻階段量測目標指定成具有設定在0.97或更佳的準確性、3毫秒或更少的量測及提取時間、及0.95或更佳的可重複性係數。在另一實施例中，將準確性、量測及提取時間、可重複性、及例如蝕刻腔室之溫度或蝕刻腔室中的蝕刻劑物種之用量用作蝕刻階段量測目標。在步驟910中，即時蝕刻階段量測系統係使用關於圖4-6而敘述的方法並使用關於圖7-8所圖示及所述的系 統而產生。舉例而言，蝕刻階段量測系統可使用二或更多光學量測裝置及二或更多蝕刻感測器裝置而產生。

在步驟915中，蝕刻階段量測係使用針對步驟910中擇定的方法及系統之光學量測裝置及/或蝕刻感測器裝置而獲得。在步驟920中，蝕刻階段數值係使用作為輸入的蝕刻階段量測及即時蝕刻階段量測系統加以提取。舉例而言，蝕刻階段計量量測可包含二或更多光學計量量測，如OES光譜及反射計量與干涉計量量測。在另一實施例中，蝕刻階段量測可包含如蝕刻腔室中的溫度、壓力、或蝕刻劑物種濃度的二或更多光學量測資料及感測器資料。

仍參考圖9，蝕刻階段數值係使用蝕刻階段量測及即時蝕刻階段量測系統而加以提取。如上述，蝕刻階段數值可為受到蝕刻的一或更多層之厚度、或受蝕刻的基板之一或更多層中的蝕刻目標之百分比，該目標係基於應用之配方。蝕刻階段數值之提取係使用關於圖4-6而敘述的蝕刻階段量測及方法並使用關於圖7或8而圖示及敘述的系統加以執行。在步驟925中，將所提取之階段數值與蝕刻目標比較來判定是否完成蝕刻處理。在步驟930中，若完成蝕刻處理，便將蝕刻完成訊號傳送至量測處理器(圖2，216)。

若蝕刻處理未完成，則在步驟935中，將蝕刻階段數值與蝕刻製程所經過之持續期間的設定範圍比較。若蝕刻階段數值不在設定範圍內，則在步驟940中將警告訊號傳送至量測處理器(圖2，216)。將基板範圍的蝕刻階段數值與所設定之範圍比較以確保整個基板係依據方法或其他設定標準受到蝕刻。在步驟945中，若基板範圍的蝕刻不在設定範圍內，則在步驟940中傳送警告訊號。實際提取時間及參考蝕刻階段資料係於步驟955中獲得。實際量測及提取時間可藉由維持於量測處理器(圖2，216)中的計時器加以紀錄。蝕刻階段量測目標係使用所提取的蝕刻階段數值、實際量測及提取時間、及參考蝕刻階段資料來計算，並與步驟905中設定的對應蝕刻階段量測目標比較。如上述，參考蝕刻階段資料可藉由使用例如使用SEM、AFM、或光學數位輪廓量測(如Tokyo Electron Limited及KLA-Tencor Corporation所擁有之AcuShape^TM ) 者的參考量測系統而獲得。若未滿足蝕刻階段量測目標，則在步驟960中傳送警告訊號至量測處理器(圖2，216)。否則，重複處理步驟915至960直到如步驟925中所判定的蝕刻處理完成。

圖10、11、及12為顯示包含耦接至蝕刻階段量測系統的電漿處理系統之示範性蝕刻系統的架構圖，該蝕刻階段量測系統使用一或更多光學量測裝置及蝕刻感測器裝置之各種組合。參考圖10，其為顯示包含耦接至使用一或更多光學量測裝置的蝕刻階段量測系統1008之電漿處理系統1004的示範性蝕刻系統1000之架構圖。電漿處理系統1004選擇性地包含耦接至與基板1025相對之上電極1052的直流(DC)電源供應器1050。上電極1052可包含電極板。電極板可包含含矽電極板。再者，電極板可包含摻矽電極板。DC電源供應器可包含可變式DC電源供應器。此外，DC電源供應器可包含雙極DC電源供應器。DC電源供應器1050可更包含配置成執行監測、調整、或控制DC電源供應器1050的極性、電流、電壓、或開/關狀態或其任何組合的系統。一旦形成電漿，DC電源供應器1050便促進形成彈道電子束。電濾波器可用以使來自DC電源供應器1050的射頻(radio frequency,RF)功率解耦合。

舉例而言，由DC電源供應器1050施加至上電極1052的DC電壓可於自約-2000伏特(volts,V)至約1000V的範圍內。令人期望地，DC電壓之絕對值具有等於或大於約100V的數值，且更令人期望地，DC電壓之絕對值具有等於或大於約500V的數值。此外，吾人期望DC電壓具有負極性。再者，吾人期望DC電壓為具有大於上電極1052之表面上產生的自偏電壓之絕對值的負電壓。面向基板夾持器1020的上電極1052之表面可由含矽材料所構成。

真空泵吸系統1030可包含具有高達每秒5000公升(及更高)的泵送速度之能力的渦輪分子真空泵(turbo-molecular vacuum pump,TMP)、及節流腔室壓力的閘閥。在用於乾式電漿蝕刻的習用電漿處理裝置中，可使用每秒1000至3000公升的TMP。可將TMP用於低壓處理，典型地小於約50mTorr。對於高壓處理(即大 於約100mTorr)而言，可使用機械升壓泵及乾式粗抽泵。再者，可將用以監測腔室壓力的裝置(未顯示)耦接至電漿處理腔室1010。壓力量測裝置可為例如商業上可自MKS Instruments,Inc.(Andover,MA)所取得的Type 628B Baratron absolute capacitance manometer。

仍參考圖10，電漿處理系統1004更包含控制器1090，該控制器1090包含能產生足以連通及啟動進入電漿處理系統1004之輸入、並監測來自電漿處理系統1004之輸出的控制電壓的微處理器、記憶體、及數位I/O埠。再者，可將控制器1090耦接至RF產生器1040、阻抗匹配網路1042、選擇性之DC電源供應器1050、氣體注射系統(未顯示)、真空泵吸系統1030、以及背側氣體輸送系統(未顯示)、基板/基板夾持器溫度控制系統(未顯示)、及/或靜電夾持系統(未顯示)，並可與其交換資料。為了執行蝕刻薄膜的方法，儲存於記憶體中的程式可用以依據製程配方啟動輸入至前述電漿處理系統1004的構件。控制器1090之一例為可自Dell Corporation,Austin,Texas取得的DELL PRECISION WORKSTATION 610^TM 。控制器1090可相關於電漿處理系統1004而本地性地加以設置，或其可經由網際網路或內部網路相關於電漿處理系統1004遠端地設置。因此，控制器1090可使用直接連接、內部網路、或網際網路之至少一者與電漿處理系統1004交換資料。控制器1090可耦接至顧客位置(即元件製造商等)的內部網路或耦接至供應商位置(即設備製造商)的內部網路。再者，另一電腦(即控制器、伺服器等)可存取控制器1090以經由直接連接、內部網路、或網際網路之至少一者交換資料。

蝕刻階段量測系統1008使用二或更多光學量測裝置。尤其在圖10，OES裝置1070係耦接至電漿處理腔室1010之一位置上以量測來自基板1025及上電極1052之間的處理區域1015的光學發射。此外，另一組光學量測裝置1060係設置在電漿處理腔室1010的頂部。雖然顯示四個光學量測裝置，但仍可設置光學量測裝置的許多其他選擇性及不同配置以使用複數光學量測裝置來實施設計目標。該四光學量測裝置可為光譜反射量測裝置或干涉量測裝 置。來自例如OES裝置1070及該組光學量測裝置1060的二或更多光學量測裝置之量測係傳送至量測處理器(未顯示)並受到訊號求值器(圖7，720)(未顯示)及量測資料估計器(圖7，750)(未顯示)處理，其中蝕刻階段數值獲得提取。

除了蝕刻階段量測系統1008使用一或更多光學量測裝置及蝕刻感測器裝置1064之外，圖11與圖10中的示範性蝕刻系統1000相似。如上述，具有實質上與蝕刻階段相關的量測之製程感測器裝置受到選擇，例如量測蝕刻劑量的蝕刻感測器裝置1064。在一實施例中，具有對蝕刻階段之最高相關性的蝕刻製程感測器裝置受到選擇。至少一製程感測器裝置之選擇可利用多變數分析來執行，該多變數分析係使用複數組製程資料、量測資料(繞射訊號)、及處理表現資料以識別該等相互關係。尤其在圖11，OES裝置1070係耦接至電漿處理腔室1010之一位置以量測來自基板1025及上電極1052之間的處理區域1015的光學發射。在另一實施例中，如所示之四光學量測裝置的另一組光學量測裝置1060係設置於電漿處理腔室1010之頂部。該四光學量測裝置可為光譜反射量測裝置或干涉量測裝置。來自例如OES裝置1070及該組之光學量測裝置1060的二或更多光學量測裝置的量測及來自感測器裝置1064的量測係傳送至量測處理器(未顯示)，並受到訊號求值器(圖8，820)(未顯示)及量測資料估計器(圖8，850)(未顯示)處理，其中蝕刻階段數值獲得提取。

除了蝕刻階段量測系統1008使用一或更多光學量測裝置及複數蝕刻感測器裝置1064及1068之外，圖12中的蝕刻系統1200與圖11中的示範性蝕刻系統1100相似。如上述，具有實質上與蝕刻階段相關的量測之製程感測器裝置受到選擇。在一實施例中，具有對蝕刻階段之最高相關性的蝕刻製程感測器裝置被選擇。製程感測器裝置之選擇可使用多變數分析來執行，該多變數分析係使用複數組的處理資料、量測資料(繞射訊號)、及處理表現資料以識別該等互相關係。尤其在圖12，OES裝置1070係耦接至電漿處理腔室1010之一位置以量測來自基板1025及上電極 1052之間的處理區域1015的光學發射。在另一實施例中，如所示之四光學量測裝置的另一組光學量測裝置1060係設置於電漿處理腔室1010之頂部。該四光學量測裝置可為光譜反射量測裝置或干涉量測裝置。來自例如OES裝置1070及該組之光學量測裝置1060的二或更多光學量測裝置的量測及來自複數感測器裝置的量測係傳送至量測處理器(未顯示)，並受到訊號求值器(圖8，820)(未顯示)及量測資料估計器(圖8，850)(未顯示)處理，其中蝕刻階段數值獲得提取。

圖13A描繪具有OES裝置1070且具有針對光學光譜及/或干涉工具之供電漿處理腔室1010之頂部上的光學量測裝置1060用之複數觀察孔的示範性蝕刻系統1300的俯視圖。可將OES裝置1070設置於電漿處理腔室之其他構件允許光學發射訊號之不受阻量測的位置，其他光學量測裝置1060之配置可如所示加以設置。來自該等光學量測裝置的繞射電磁能的量測係用以判定晶圓之不同位置的蝕刻是否依據應用配方而進行。或者，可增加光學量測裝置之數量，例如使用5、7、9、或11個光學量測裝置且排列成其他配置。舉例而言，在圖13B中，可將具有九個光學量測裝置的示範性蝕刻系統1350排列成如所示的配置。光學量測裝置之具體數量及配置係基於與計畫受蝕刻階段量測系統量測的半導體應用之範圍對應的知識及經驗而加以判定。

雖然已描述示範性實施例，但在不悖離本發明之精神及/或範圍的情況下，可作成各種變更。因此，不應將本發明解釋為受限於圖式中所示及以上所述者的特定形式。故欲使所有此變更包含於本發明之範圍內。

100‧‧‧製造系統

104‧‧‧第一製造程序

108‧‧‧第一量測程序

112‧‧‧第二製造程序

116‧‧‧第二量測程序

124‧‧‧量測資料

150‧‧‧蝕刻量測系統

152‧‧‧第一光學量測裝置

154‧‧‧處理腔室

156‧‧‧第二光學量測裝置

158‧‧‧晶圓

200‧‧‧蝕刻製程控制系統

202‧‧‧第一製造叢集

204‧‧‧蝕刻階段量測系統

206‧‧‧第二製造叢集

208‧‧‧光學量測裝置

212‧‧‧蝕刻感測器裝置

216‧‧‧量測處理器

300‧‧‧流程圖

304‧‧‧步驟

308‧‧‧步驟

312‧‧‧步驟

316‧‧‧步驟

320‧‧‧步驟

324‧‧‧步驟

328‧‧‧步驟

400‧‧‧流程圖

402‧‧‧步驟

404‧‧‧步驟

408‧‧‧步驟

412‧‧‧步驟

416‧‧‧步驟

420‧‧‧步驟

424‧‧‧步驟

428‧‧‧步驟

500‧‧‧流程圖

502‧‧‧步驟

504‧‧‧步驟

508‧‧‧步驟

512‧‧‧步驟

516‧‧‧步驟

520‧‧‧步驟

524‧‧‧步驟

528‧‧‧步驟

532‧‧‧步驟

600‧‧‧流程圖

604‧‧‧步驟

608‧‧‧步驟

612‧‧‧步驟

616‧‧‧步驟

620‧‧‧步驟

624‧‧‧步驟

628‧‧‧步驟

632‧‧‧步驟

700‧‧‧蝕刻階段量測系統

704‧‧‧光學量測裝置

706‧‧‧蝕刻階段量測

708‧‧‧調整訊號

720‧‧‧訊號求值器

724‧‧‧光學量測裝置模型

728‧‧‧校正器

732‧‧‧訊號調整器

740‧‧‧處理器

750‧‧‧量測資料估計器

754‧‧‧蝕刻階段資料提取器

758‧‧‧迴歸模組

762‧‧‧函式庫匹配模組

766‧‧‧機器學習系統模組

800‧‧‧蝕刻階段量測系統

804‧‧‧光學量測裝置

806‧‧‧蝕刻階段量測

808‧‧‧調整訊號

810‧‧‧蝕刻感測器裝置

812‧‧‧感測器訊號

814‧‧‧調整訊號

820‧‧‧訊號求值器

824‧‧‧光學量測裝置模型

828‧‧‧校正器

832‧‧‧訊號調整器

836‧‧‧蝕刻感測器裝置模型

840‧‧‧處理器

850‧‧‧量測資料估計器

854‧‧‧蝕刻階段資料提取器

858‧‧‧迴歸模組

862‧‧‧函式庫匹配模組

866‧‧‧機器學習系統模組

900‧‧‧流程圖

905‧‧‧步驟

910‧‧‧步驟

915‧‧‧步驟

920‧‧‧步驟

925‧‧‧步驟

930‧‧‧步驟

935‧‧‧步驟

940‧‧‧步驟

945‧‧‧步驟

955‧‧‧步驟

960‧‧‧步驟

1000‧‧‧蝕刻系統

1004‧‧‧電漿處理系統

1008‧‧‧蝕刻階段量測系統

1010‧‧‧電漿處理腔室

1015‧‧‧處理區域

1020‧‧‧基板夾持器

1025‧‧‧基板

1030‧‧‧真空泵吸系統

1040‧‧‧RF產生器

1042‧‧‧阻抗匹配網路

1050‧‧‧DC電源供應器

1052‧‧‧上電極

1060‧‧‧光學量測裝置

1064‧‧‧感測器裝置

1068‧‧‧感測器裝置

1070‧‧‧OES裝置

1090‧‧‧控制器

1100‧‧‧蝕刻系統

1200‧‧‧蝕刻系統

1300‧‧‧蝕刻系統

1350‧‧‧蝕刻系統

圖1A為顯示利用量測資料在基板製造流程中控制之前或之後製程之先前技術方法的架構圖。

圖1B為利用光學量測資料之先前技術蝕刻量測系統的架構圖。

圖2描繪顯示使用蝕刻階段量測系統來調整相同或另一製造叢集中之至少一製程參數或工具設定的即時製程控制系統的示範性架構圖。

圖3描繪使用蝕刻階段量測系統來監測蝕刻階段處理之製程的示範性流程圖，其係配置成滿足二或更多蝕刻階段量測目標。

圖4描繪使用二或更多光學量測裝置來監測蝕刻製程之示範性流程圖，其係配置成滿足二或更多蝕刻階段量測目標。

圖5描繪使用二或更多光學量測裝置及至少一蝕刻感測器裝置來監測蝕刻製程之示範性流程圖，其係配置成滿足蝕刻階段量測目標。

圖6描繪使用複數個光學量測裝置及蝕刻感測器裝置來監測蝕刻製程之示範性流程圖，其係配置成滿足蝕刻階段量測目標。

圖7為顯示包含光學量測裝置及量測處理器之蝕刻階段量測系統的示範性架構圖。

圖8為顯示包含光學量測裝置、蝕刻感測器裝置、訊號求值器、及蝕刻階段提取器之蝕刻階段量測系統的示範性架構圖。

圖9描繪即時蝕刻階段量測系統的示範性流程圖。

圖10為顯示具有使用二或更多光學量測裝置的蝕刻階段量測系統之蝕刻系統的示範性架構圖。

圖11為顯示具有使用二或更多光學量測裝置及至少一蝕刻感測器裝置的蝕刻階段量測系統之蝕刻系統的示範性架構圖。

圖12為顯示具有使用二或更多光學量測裝置及複數個蝕刻感測器裝置的蝕刻階段量測系統之蝕刻系統的示範性架構圖。

針對光譜及/或干涉工具，圖13A描繪具有光學發射光譜儀用觀察孔之示範性蝕刻系統的俯視圖，而圖13B描繪具有供蝕刻系統之頂部上的複數個光學量測裝置用之觀察孔的示範性蝕刻系統之俯視圖。

200‧‧‧蝕刻製程控制系統

202‧‧‧第一製造叢集

204‧‧‧蝕刻階段量測系統

206‧‧‧第二製造叢集

208‧‧‧光學量測裝置

212‧‧‧蝕刻感測器裝置

216‧‧‧量測處理器

Claims (19)

1. 一種控制製造叢集的系統，該製造單元叢集係用於蝕刻製程中之基板的處理，該系統包含：第一製造叢集，用以處理基板，該第一製造叢集包含：蝕刻製程工具，配置成蝕刻該基板上之一或更多層，該蝕刻製程工具具有蝕刻腔室、量測觀察孔、控制器、及一或更多蝕刻製程參數；蝕刻階段量測系統，配置成量測蝕刻階段並滿足二或更多蝕刻階段量測目標，該蝕刻階段量測系統包含：第一光學量測裝置，耦接至該蝕刻製程工具，該第一光學量測裝置係配置成量測來自該蝕刻腔室的電磁能；第二光學量測裝置，耦接至該蝕刻製程工具，該第二光學量測裝置係配置成照射該基板之一或更多位置並量測來自受照射之該一或更多位置的繞射訊號；蝕刻感測器裝置，耦接至該蝕刻處理工具，該蝕刻感測器裝置係配置成量測該一或更多蝕刻製程參數之一製程參數，該製程參數具有與該蝕刻階段的高相關性；及處理器，耦接至該蝕刻處理工具、該第一光學量測裝置、及該第二光學量測裝置，該處理器係配置成產生：所量測之來自該第一及第二光學量測裝置的該電磁能及該繞射訊號及所量測之來自該蝕刻感測器裝置的該製程參數對實際蝕刻階段資料的相關性演算法；使用來自該第一及第二光學量測裝置的蝕刻階段量測及該蝕刻階段量測對該實際蝕刻階段資料的相關性來提取蝕刻量測數值；若經計算之二或更多蝕刻階段量測目標相較於經設定之二或更多蝕刻階段量測目標未受到滿足，便修改該第一及第二光學量測裝置、改善該相關性演算法、及/或藉由針對所測之該電磁能中的雜訊調整而增強該蝕刻階段量測；及重複產生該相關性演算法、提取該蝕刻量測數值、將該經計算之二或更多蝕刻階段量測目標與該經設定之二或更多蝕刻階段量測目標相比、及修改該第一及 第二光學量測裝置、改善該相關性演算法、及/或藉由針對所測之該電磁能中的雜訊調整而增強該蝕刻階段量測直到該二或更多蝕刻階段量測目標受到滿足；及第二製造叢集，耦接至該第一製造叢集及該蝕刻階段量測系統，該第二製造叢集具有一或更多設備設定及一或更多製程參數，且係配置成基於所提取之該蝕刻量測數值之至少一者來調整該一或更多設備設定及/或該一或更多製程參數。
2. 如申請專利範圍第1項之用以控制製造叢集的系統，其中該二或更多蝕刻階段量測目標包含0.95或更佳的精確性目標和6毫秒或更少的量測及提取時間(measurement and extraction time,MAET)目標。
3. 如申請專利範圍第1項之控制製造叢集的系統，其中該第一光學量測裝置包含設置成量測來自該蝕刻腔室之光強度的光譜儀。
4. 如申請專利範圍第1項之控制製造叢集的系統，其中該第二光學量測裝置包含至少一干涉儀或反射儀，該至少一干涉儀或反射儀係設置於該蝕刻腔室上方，以容許利用觀察孔發射照射光束及偵測繞射光束。
5. 如申請專利範圍第1項之控制製造叢集的系統，其中該第二光學量測裝置包含複數干涉儀或反射儀，該複數干涉儀或反射儀係利用觀察孔設置於該蝕刻腔室上方，以容許發射複數照射光束及偵測複數繞射光束。
6. 如申請專利範圍第5項之控制製造叢集的系統，其中該第二光學量測裝置包含5至9個干涉儀或反射儀。
7. 如申請專利範圍第5項之控制製造叢集的系統，其中該複數照射 光束包含具有120至190奈米範圍內的波長之光譜光束。
8. 如申請專利範圍第5項之控制製造叢集的系統，其中該複數照射光束包含具有170至190奈米或120-1000奈米範圍內的波長之光譜光束。
9. 如申請專利範圍第5項之控制製造叢集的系統，其中該複數照射光束包含具有120至190奈米或120-1000奈米範圍內的波長之單色光束。
10. 如申請專利範圍第6項之控制製造叢集的系統，其中該複數照射光束對該基板之入射角度係自1至10度或實質上為0度。
11. 如申請專利範圍第1項之控制製造叢集的系統，其中所提取之該蝕刻量測數值為該蝕刻製程之完成百分比。
12. 如申請專利範圍第1項之控制製造叢集的系統，其中該二或更多蝕刻階段量測目標包含0.95或更佳之準確性、6毫秒或更少之量測及提取時間(MAET)目標、及0.95或更佳之二或更多量測的可重複性係數。
13. 如申請專利範圍第1項之控制製造叢集的系統，其中改善該相關性演算法包含使用所量測之該電磁能及該實際蝕刻階段資料之間的非線性函數關係。
14. 一種控制製造叢集的方法，該製造叢集係用於蝕刻製程中之基板的處理且具有設備設定及製程參數，該方法包含：量測目標選擇步驟，選擇二或更多蝕刻階段量測目標；量測目標設定步驟，設定該二或更多蝕刻階段量測目標；蝕刻階段量測獲得步驟，使用擇定之二或更多光學量測裝置 及擇定之蝕刻製程感測器裝置來獲得蝕刻階段量測，該擇定之蝕刻製程感測器裝置係配置成量測具有對蝕刻製程階段之高相關性的製程參數；實際蝕刻階段資料獲得步驟，使用一或更多參考量測技術來獲得該蝕刻階段量測之各者的實際蝕刻階段資料；相關性產生步驟，產生該蝕刻階段量測對該實際蝕刻階段資料的相關性演算法；蝕刻量測數值提取步驟，使用所產生之該相關性演算法及使用該擇定之二或更多光學量測裝置及該擇定之蝕刻製程感測器裝置所獲得的蝕刻階段量測來提取蝕刻量測數值；蝕刻量測數值傳送步驟，將該蝕刻量測數值傳送至該製造叢集；及修改步驟，基於所傳送之該蝕刻量測數值來修改設備設定及/或製程參數。
15. 如申請專利範圍第14項之控制製造叢集的方法，其中該蝕刻量測數值提取步驟包含使用來自複數之該擇定之蝕刻製程感測器裝置的蝕刻階段量測。
16. 如申請專利範圍第14項之控制製造叢集的方法，其中該二或更多蝕刻階段量測目標包含精確性目標和量測及提取時間目標。
17. 如申請專利範圍第14項之控制製造叢集的方法，其中該擇定之二或更多光學量測裝置的其中一者包含利用觀察孔設置於該蝕刻腔室上方的複數干涉儀或反射儀，以容許發射複數照射光束及偵測複數繞射光束。
18. 如申請專利範圍第17項之控制製造叢集的方法，其中該複數照射光束包含具有120至190奈米或120-1000奈米範圍內的波長之光譜光束。
19. 如申請專利範圍第17項之控制製造叢集的方法，其中該複數照射光束包含120至190奈米或120-1000奈米範圍內的單色光束。