TWI509375B - 在配方執行期間實現自動線上製程控制方案之方法與設備 - Google Patents

Description

在配方執行期間實現自動線上製程控制方案之方法與設備

本發明係關於在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的設備與方法。

在競爭市場中，半導體裝置製造商必須將浪費降至最低並且一致地生產出高品質的半導體裝置，以維持競爭優勢。於是，在基板處理期間，處理環境的嚴格控制係有助於達到最佳結果。因此，製造公司將時間與資源用於鑑定用以改善基板處理的方法及/或設備。

為了提供處理環境的嚴格控制，可能需要處理環境的特徵化。為了提供特徵化處理室之處理環境所需的資料，感測器可在配方執行期間被使用來擷取處理資料。這些資料可被分析，並且處理環境可相應地被調整(例如，「調整配方」)。

一般而言，分析係在單一基板或基板批(lot)已處理之後執行。量測通常係藉由一或多個量測工具以離線方式執行。此方法通常需要時間與技術來進行量測及/或分析量測資料。若鑑定出問題時，可能需要額外的時間來對照量測資料與處理資料，以判定問題的起因。通常，分析可能係複雜並且需要專門人員的判讀。再者，通常在至少一個(或許數個)基板已進行處理之後才會執行分析。由於不以線上以及即時方式來執行分析，所以損壞及/或不良效應可能已存在於基板及/或處理室/腔室零件。

在某些電漿處理工具中，感測器可被整合為製程控制環路的部分。因此，感測器不僅可收集處理資料而且亦可被使用作為監測工具。在一範例中，壓力計可被使用來收集壓力資料。然而，例如在配方執行期間，由壓力計所收集的資料可被處理模組控制器使用來調整壓力設定點。

為了促進說明，圖1顯示處理室的簡易方塊圖。此圖並不表示處理室的精確圖像。相反，此圖係表示說明如何將一組感測器 實現在處理室內以促進製程配方的執行。

考慮到例如將在處理室100內處理基板批的情況。在進行處理之前，量測工具102(其可為一或多個量測工具)可被使用來執行前處理量測。來自量測工具102的前處理量測資料可經由連結104而上載至製造工廠主控制器106。

為了開始處理基板批，使用者可使用製造工廠主控制器106來選擇用於執行的配方。在某些情況下，量測資料可被製造工廠主控制器106使用來調整配方設定點，以補償輸入材料差異。在一範例中，基板的前處理量測資料可指出基板的物理特徵係不同於配方所預期者。因此，配方設定點可將已知的基板差異納入考量而進行調整。

一旦選擇配方並且基於前量測資料來調整配方，製造工廠主控制器106可經由連結110而將配方送到處理模組(PM，process module)控制器108。基板112可被裝載到處理室100內。基板112可位於下電極114(例如靜電夾頭)與上電極116之間。在處理期間，電漿118可被形成來處理(例如蝕刻)基板112。

在處理期間，複數個感測器可被使用來監測處理室100、電漿118、及/或基板112的狀態。感測器的範例可包含但不限於：氣流控制器(120)、溫度感測器(122與124)、壓力感測器(126)、匹配箱控制器組(128)、無線射頻(RF，radio frequency)產生器控制器(130)、閥控制器(132)、渦輪幫浦控制器(134)等等。在一範例中，壓力感測器126可擷取處理室100內的壓力資料。在另一範例中，RF產生器控制器130及/或匹配箱控制器組128可收集關於反射功率、阻抗、諧波等等的資料。

由每一個感測器所收集的資料可沿著通訊線路(例如140、142、144、146、148、150、以及152)而被發送到用於分析的控制資料集線器136。若任一配方設定點必須基於此分析而調整時，控制資料集線器136可將此結果送到處理模組控制器108(經由連結138)，而處理模組控制器108可相應地調整配方設定點。在一範例中，依照配方的期望壓力設定點可被設定成30毫托(millitorrs)。 然而，依照壓力感測器126，壓力量測實際為26毫托。因此，處理模組控制器108可調整壓力控制驅動器而使壓力恢復到期望的配方設定點。

單變數(uni-variate)正交控制方案係在配方設定點與感測器之間所實現之製程控制關係的特點。換言之，配方設定點可與從單一感測器所收集的資料相關，此單一感測器被認為僅響應於單一參數。在判定是否遵循特定配方設定點時，通常不考慮從任何其他感測器所收集的資料。

在上述範例中，基於由壓力感測器126所提供的資料而調整腔室壓力。在進行調整時，處理模組控制器108可假設壓力感測器126提供精確的資料以及壓力感測器126不會遭受偏差及/或零件磨耗。然而，假使壓力感測器126實際上已產生偏差的話，根據處理模組控制器108而試圖使腔室情況恢復到期望狀態的壓力增加可能會在基板112上產生不良結果，並且產生與腔室壁以及其內之構件(包含感測器本身)相關的異常情況。

本發明之一實施例係關於一種在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的設備。此設備包含控制環路感測器，其至少用於收集第一組感測器資料，以在配方執行期間促進設定點的監測，其中控制環路感測器為製程控制環路的部分。此設備亦包含獨立感測器，其至少用於收集第二組感測器資料，獨立感測器非為製程控制環路的部分。此設備又包含集線器，其至少用於接收第一組感測器資料以及第二組感測器資料之至少其中一者。此設備又更包含分析電腦，其與集線器可通訊地耦合，並且用於執行第一組感測器資料以及第二組感測器資料之至少其中一者的分析。

上述發明內容係僅關於在此所揭露之本發明之許多實施例中的其中一種，並且不意指限制本發明之範圍，本發明之範圍在此係提及於請求項。以下，將在本發明之詳細說明中結合下列圖式來詳述本發明的這些與其他特徵。

以下，將參考如隨附圖式所示之數個本發明實施例來詳述本發明。在以下說明中，為了提供對本發明的徹底瞭解，會提出許多具體細節。然而，熟習本項技藝者可明白在不具有其中若干或所有這些具體細節的情況下，仍可實施本發明。在其他情況下，為了不對本發明造成不必要的混淆，已不詳述為人所熟知的製程步驟及/或結構。

在下文中說明包含方法與技術的各種實施例。吾人應謹記本發明亦可涵蓋包含電腦可讀取媒體的製造物品，在此電腦可讀取媒體上可儲存用以執行本發明技術之實施例的電腦可讀取指令。此電腦可讀取媒體可包含例如用以儲存電腦可讀取碼之半導體、磁性、光-磁、光學、或其他形式的電腦可讀取媒體。又，本發明亦可涵蓋用以實施本發明之實施例的設備。此種設備可包含用以執行與本發明實施例相關之工作的專屬及/或可程式化電路。此種設備的範例包含經過適當程式化的通用電腦及/或專屬計算裝置，並且可包含用於與本發明實施例相關之各種工作的電腦/計算裝置與專屬/可程式化電路的組合。

如上所述，為了執行具有一致結果的基板處理，處理環境的嚴格控制係被期望的。然而，鑒於感測器可能不精確、對多個參數具有敏感性、隨著時間產生偏差、及/或變得有缺陷，一般基於單變數感測器資料的配方調整已證明有時候並不可靠。

熟習本項技藝者可察覺到在基板的特徵化中，某些參數會比其他參數更為重要。在一範例中，控制電子密度(其作為一處理參數)的能力可在基板處理結果上提供比控制壓力等級之能力(其為較不直接)更嚴格的控制。然而，並非所有參數皆可容易被單一感測器直接量測。此外，並非所有參數皆可被單一直接物理驅動器/控制器所控制。例如，壓力等級可被壓力計所量測。因此，若壓力量測顯示壓力偏離期望壓力時，可使用壓力控制器來調整腔室內的壓力以進行補償。然而，電子密度係一種無法被單一感測器直接量測的參數。相反，為了判定電子密度，可能必須執行複雜 的計算，因為電子密度可能必須從來自一或多個感測器的複數個處理資料點加以推導。又，在基板處理期間，簡易的直接物理驅動器無法用於控制電子密度。

在本發明之一實施樣態中，本案發明人在此瞭解到藉由利用一獨立資料流(其可從與直接處理控制環路無關的一或多個感測器獲得)，可在執行配方調整之前與之後提供確認。此外，本案發明人在此瞭解到藉由執行多變數非正交分析，無法被直接量測的參數可使用演算法/模型為基的計算加以推導，並且被使用來執行配方調整。

依照本發明之實施例，提供用以進行線上製程控制的方法與設備。本發明之實施例包含一種用以提供獨立資料流的設備。獨立資料流可包含從控制環路感測器及/或獨立感測器所收集的資料。本發明之實施例亦包含一種自動多變數非正交控制方案，其可提供虛擬感測器及/或虛擬驅動器，以執行故障偵測、故障分類、及/或配方調整。

如在此所述，控制環路感測器係指同樣為製程控制環路之部分的感測器。換言之，來自控制環路感測器的資料在配方執行期間被使用來監測配方設定點。在先前技術中，從控制環路感測器所收集的資料通常被使用來調整配方設定點。

如在此所述，獨立感測器係指一般而言到目前為止非為習知製程控制環路之部分的感測器。在本發明之一實施例中，獨立感測器可在腔室到腔室之間被匹配與校準。在另一實施例中，獨立感測器可為冗餘(redundant)感測器。例如一範例，獨立感測器可具有與用於製程控制環路之壓力計相同的樣式或類型。然而，獨立壓力計係與製程控制環路無關。在一實施例中，冗餘獨立感測器可位於控制環路感測器附近，以預期進行獨立但完全相同的量測。

如在此所述，虛擬感測器係指軟體實現(software-implemented)感測器，其非為硬體構件。在一實施例中，虛擬感測器可為複合感測器或多感測器的類似物，並且可對一般不被直接量測的參數提供虛擬感測器量測。在一實施例中，虛擬參數可從複數個資料 源加以計算及/或推斷。因此，無法被單一感測器實體量測的參數可利用虛擬感測器加以推導。虛擬參數的範例可包含但不限於例如離子通量、離子能量、電子密度、蝕刻速率對沉積速率比等等。

如在此所述，虛擬驅動器係指軟體實現控制器，其可被使用來實現無法被單一實體驅動器以其他方式直接量測或控制之參數的控制。實體驅動器(例如，離子通量控制器)可以不為了參數(例如，離子通量)而存在，因為此參數例如可不以實體感測器直接量測，而係必須被計算，例如間接地從不同資料源加以推導。

在本發明之一實施例中，提供用於線上製程控制體系的方法與設備。傳統上，當需要時，控制環路感測器可用以擷取處理資料並且將反饋提供至處理模組控制器，以調整配方設定點。一般而言，可使用單變數正交控制方案。換言之，在一配方設定點與一感測器之間存在著一對一的關係。來自其他感測器的資料通常不用於調整設定點。然而，來自控制環路感測器的資料可能不足以驗證受到關注的腔室/電漿/基板參數。因此，僅基於來自控制環路感測器的資料而調整配方設定點，可能會具有副作用(例如，不良的處理結果，或者甚至造成對基板的損壞、對腔室壁的損壞、對腔室構件的損壞等等)。

在一實施例中，獨立資料流被提供來判定與腔室/電漿/基板狀態相關的某些情況。在一實施例中，獨立資料流亦可包含僅從獨立感測器所收集的資料。如上所述，獨立感測器係非為傳統製程控制環路之部分的感測器。在一實施例中，以通用標準(universal standard)來匹配與校準獨立感測器。換言之，獨立感測器可用以擷取腔室的特定性質。

在一實施例中，獨立資料流可包含從控制環路感測器及/或獨立感測器所收集的資料。在一範例中，與壓力等級相關的資料可藉由各種控制環路感測器來收集，雖然只有來自壓力計的壓力資料可例如用於設定壓力設定點。因此，在本實施例中，藉由控制環路感測器所收集的資料可(但並非必須)用以作為獨立資料流的部分，以驗證由單一控制環路感測器所提供的資料。

在一實施例中，獨立資料流可被分析，以建立用以判定與腔室/電漿/基板狀態相關之某些情況的虛擬感測器。如上所述，某些腔室/電漿/基板狀態無法被直接量測。相反，可能必須執行複雜的計算，以推導出可將這些腔室/電漿/基板狀態進行特徵化的參數。在一實施例中，本案發明人在此瞭解到在促進虛擬量測的感測器之間存在著階層關係(hierarchical relationship)。在一範例中，藉由將獨立資料流應用到現象模式(phenomenological model)，吾人可推導出例如離子通量分佈、電子密度、蝕刻速率、中性密度(neutral density)等等的虛擬感測器。

在一實施例中，獨立資料流可被單獨分析或者與來自控制環路感測器的資料流結合分析，以產生用以調整配方參數的虛擬感測器資料，此配方參數無法被感測器直接量測。一旦產生虛擬感測器，製程控制則可以根據可被界定的虛擬感測器設定點。在配方執行期間，由虛擬感測器所提供的感測器資料可與虛擬感測器設定點比較，並且可計算出差異。於是虛擬驅動器可被使用來控制一或多個實體驅動器，以調整這些虛擬設定點。

本發明之特徵與優點可參考以下圖式與說明而被更佳地瞭解。

圖2顯示在本發明之一實施例中具有線上控制處理設備之處理室的簡易方塊圖。本發明並非由所顯示的設備及/或構件加以限制。相反，圖式係用來促進本發明之一實施例的說明，其係作為一範例。

考慮到例如將在處理室200內處理基板批的情況。在可處理基板之前，前處理量測資料(外部資料)可藉由一組量測工具202而加以取得。來自量測工具202的量測資料可經由連結204而上載到製造工廠主控制器206。對於實現本發明而言，並不需要前處理量測資料。然而，若希望的話，在一實施例中，處理室200可在量測工具202與製造工廠主控制器206之間提供通訊連結(204)，以將量測資料與基板處理整合。如此可提供用以補償輸入基板之變化以及降低輸出產品之不良變化的基礎。

舉例而言，為了啟動處理，配方可被製造工廠主控制器206加以選擇。若前處理量測資料為可用時，可將基板之間的輸入物理變化納入考量而對配方進行調整。一旦完成之後，製造工廠主控制器206可經由連結210而將配方送到處理模組控制器208。連結210為一雙向連結，其可在製造工廠主控制器206與處理模組控制器208之間促進資料的交換。

基板212可被裝載到處理室200內。基板212可位於下電極214(例如靜電夾頭)與上電極216之間。在處理期間，電漿218可被形成來處理(例如，蝕刻)基板212。

複數個感測器可在配方執行期間被使用來監測與處理室200、電漿218、及/或基板212相關的各種參數。感測器的範例可包含但不限於氣流控制器(220)、溫度感測器(222與224)、壓力感測器(226)、匹配箱控制器組(228)、無線射頻控制器(230)、閥控制器(232)、渦輪幫浦控制器(234)等等。在一範例中，溫度感測器222可收集處理室200內的溫度資料。在另一範例中，渦輪幫浦控制器234可收集關於幫浦速度以及流率的資料。

為了易於說明，將上述感測器聚集在一起並且在以下稱為控制環路感測器。如在此所述，控制環路感測器係指為製程控制環路之部分並且在傳統上已於配方執行期間被使用來監測配方設定點的感測器。

除了為製程控制環路之部分的控制環路感測器以外，亦可設置獨立感測器(例如260、262、以及264)。在一實施例中，獨立感測器在傳統上非為製程控制環路的部分。獨立感測器的數量可以改變。在本發明之一實施例中，獨立感測器可比照絕對標準(absolute standard)並且在其本身之間進行匹配與校準，以在腔室到腔室之間給予一致結果。

在本發明之一實施例中，選擇並供應獨立感測器，以對某些或所有資料項目提供至少一部分資料重疊。換言之，關於特定虛擬感測器參數的資料可藉由一個以上的感測器加以擷取。在一範例中，獨立感測器262可用以收集資料(包含壓力相關資料)。所收 集的資料可例如與藉由壓力感測器226所收集的壓力資料重疊。

在一實施例中，獨立感測器可為冗餘感測器。舉例而言，獨立感測器可具有與壓力計相同的樣式，此壓力計可被用於製程控制環路。然而，獨立感測器測壓計係與傳統製程控制環路無關。

在一實施例中，獨立感測器可由與控制環路感測器不具有直接重疊的感測器所構成。在一範例中，電壓/電流探測器可被使用作為與壓力感測器結合使用之獨立感測器的其中一者，以推導出虛擬感測器量測。

由控制環路感測器所收集的資料可沿著通訊線路(例如240、242、244、246、248、250、以及252)而被發送到用於分析的控制資料集線器236(類似於先前技術)。此外，來自獨立感測器(260、262、以及264)的資料亦可沿著通訊線路(270、272、以及274)而被發送到量測感測器資料集線器280。在一實施例中，由控制環路感測器所收集的某些資料可經由通訊連結254而從控制資料集線器236被發送到量測感測器資料集線器280。在另一實施例中，由控制環路感測器所收集的所有資料可經由控制資料集線器236而被發送到量測感測器資料集線器280。

在收集資料並且選擇地執行某些前處理工作(例如數位格式轉換)之後，資料可經由通訊線路284而被發送到分析處理器，此分析處理器可在分離的專屬電腦282內被執行。在一實施例中，由控制環路感測器所收集的資料亦可經由通訊線路256而從控制資料集線器236被發送到分析電腦282。

吾人可從上述內容明白，大量的資料可被控制環路感測器以及獨立感測器所收集。在一實施例中，由獨立感測器所收集的資料可以係極為精細(granular)的資料。在一實施例中，分析電腦282可為一快速的處理模組，其可用以處理大量的資料。資料可在不必先通過製造工廠主控制器或甚至處理模組控制器的情況下直接從感測器送出。美國專利申請案第12/555,674號(由Huang等人所發明，申請於2009年9月8日)說明一種示範分析電腦，此分析電腦適合實現分析電腦282。

在一實施例中，除了從感測器所收集的資料以外，分析電腦282亦可經由通訊連結290而接收來自量測工具202的量測資料。在一實施例中，可被提供至製造工廠主控制器206的量測資料亦可被發送到分析電腦282。因此，分析電腦282可用以操縱先前已被製造工廠主控制器206所執行的配方調整。

在一實施例中，分析電腦282用以分析獨立資料流，而此結果可經由通訊連結286而被送到處理模組控制器208。圖3說明階層關係的一範例，分析電腦282可在執行其分析時使用此階層關係。在一實施例中，高速通訊連結被使用，以對處理模組控制器208提供即時更新。由分析電腦282所產生的結果可包含虛擬感測器設定點調整、故障偵測與分類、以及多感測器終點(endpoint)。根據這些結果，處理模組控制器208可調整配方及/或中止此處理。

與先前技術不同，多變數非正交控制方案可用於界定配方設定點與感測器之間的關係。多變數非正交控制方案可具有兩個特徵：(a)在配方設定點與虛擬感測器參數之間不存在一對一的關係；以及(b)來自多感測器的參數被用來判定虛擬感測器參數。換言之，配方設定點可與從複數個感測器所收集的資料相關。與先前技術不同，對配方設定點的調整不再只是根據由控制環路感測器所收集的資料。相反，由獨立感測器(以及在一實施例中，由控制環路感測器)所收集的資料，可被單獨使用或者與控制環路感測器結合使用，以判定與控制某些腔室/電漿/基板狀態。

為了促進說明，圖3顯示在本發明之一實施例中於感測器/驅動器之間的階層關係。考慮到例如基板212在處理室200內正被進行處理的情況。當配方首先被啟動時，可設置配方設定點。在傳統上，配方設定點係取決於來自控制環路感測器的量測。在傳統上，處理模組控制器208可在基板或基板批已使用來自控制環路感測器的資料進行處理之後調整配方設定點(方塊302)。為了易於說明，方塊302可被稱為向量S。

然而，如上所述，來自控制環路感測器的資料可能並非一直都是精確，並且尤其假使在一配方設定點與一控制環路感測器之 間存在著單變數正交關係時，此資料可能係無法偵測。因此，假使控制環路感測器(例如壓力感測器226)失效時，對於由控制環路感測器所提供之資料的依賴可能會造成不良的處理結果，甚至受損的基板，並且甚至可能損壞腔室構件。

為了例如在調整配方壓力設定點之前提供獨立的資料源以驗證壓力資料，可透過其他控制環路感測器以及獨立感測器來提供額外的資料。對於特定配方設定點，此資料可在配方執行之前或期間被取得，但可與製程控制環路無關(方塊304)。為了易於說明，方塊304可被稱為向量V。

在一實施例中，經驗關係(empirical relationship)(向量Q)可存在於方塊302與304之間。由於特定的腔室情況以及獨特的感測器特徵(其會因為製造允差而改變)，向量S(302)與向量V(304)之間的經驗關係(向量Q)會傾向於腔室特定(chamber specific)。

如上所述，方塊304可被使用來驗證由方塊302中之控制環路感測器所提供的資料。在一範例中，獨立感測器264可提供不對壓力感測器226所提供之資料進行確認的資料。換言之，即使壓力感測器226可能給予不同指示，但由獨立感測器264所提供的資料仍指出不必調整壓力。

然而，僅分析一個參數(例如壓力等級)或多個直接可量測參數，可能無法提供使基板及/或電漿處於期望狀態所需的所有資料。為了更直接或更有效地使此製程處於期望狀態，可設置虛擬感測器及/或虛擬驅動器(方塊306)。為了易於說明，方塊306可被稱為向量R。

如在此所述，虛擬感測器係指複合感測器或多感測器的類似物，其可以虛擬方式來量測無法被單一感測器直接量測的參數。相反，虛擬感測器參數可從來自複數個感測器的資料加以計算及/或推斷。虛擬參數的範例可包含但不限於例如離子通量、離子能量、電子密度、蝕刻速率對沉積速率比等等。

在一實施例中，現象關係(phenomenological relationship)(向量M)可存在於向量R與向量V之間。如在此所述，現象關係係指參 數可與另一參數相關或從另一參數加以推導的關係，即使此關係為非線性或極為複雜。因此，為了建立虛擬感測器，配方之現象行為(例如基本物理學(underlying physics))的瞭解可能係必要的，並且假使基本模型具有效度(validity)的話，一般可預期比純統計分析更具優勢。因此，向量M會傾向特定於製程的類型。

在一範例中，腔室的幾何形狀、消耗性零件的狀態、氣流控制器的精確度、壓力控制器的精確度、基板、以及其他類似資料皆可影響離子通量分佈。考慮到所有這些影響而精確地對離子通量分佈進行模型化，可能極為複雜並且費時。然而，現象關係可被界定，於其中在一位置上例如伴隨著處理室之某種電氣模型的RF電壓與電流量測以及離子通量量測可用以推導出與離子通量相關的虛擬感測器。

吾人可從圖3明白，以可靠的方式從方塊302穿越到方塊306可能會需要獨立資料流(由方塊304所提供)。來自獨立資料流的資料可被使用來計算方塊306中之虛擬感測器的量測。換言之，當階層關係經由方塊304而從方塊302穿越到方塊306時，可提供即時量測能力。

在一實施例中，當執行逆階層關係時，可提供即時製程控制能力。換言之，當系統經由方塊304而從方塊302穿越到方塊306時，可實現一組虛擬驅動器以調整配方。在一範例中，電子密度(一虛擬感測器數值)可被鑑定為在期望範例之外。可計算設定點電子密度與虛擬電子密度值之間的差距。在一實施例中，若控制環路感測器不產生偏差，所計算的差距可被虛擬驅動器所使用，以將此製程調整到期望的設定點。然而，若控制環路感測器產生稍微偏差(如獨立感測器所示)，則在調整配方之前所計算的差距則可能必須被修改，以將偏差納入考量。

在一實施例中，虛擬驅動器可以小增量方式被驅動。在一範例中，小數值可先被用來確保虛擬驅動器不會不慎地惡化此問題，而取代(在上述範例中)用整個計算差距來調整配方。若在小變化之後的分析指出例如基板正朝向期望狀態變動時，則可對配方 的調整使用進一步的調整。參數空間為良態(well-behaved)的話，可使用例如最陡下降(steepest descent)技術的先進非線性「超前(leap ahead)」調整；但參數空間較為複雜並且病態(ill conditioned)的話，逐步限制方式則可產生較佳的結果。

圖4顯示在本發明之一實施例中的簡易流程圖，其顯示用以執行虛擬量測之線上控制處理方法的實現。如在此所述，虛擬量測係指在不執行實際量測的情況下取得量測資料，這些量測資料包含無法直接量測的資料。

在最初步驟402，將配方下載到處理模組控制器上。在一範例中，製造工廠主控制器206可經由通訊連結210而將配方送到處理模組控制器208。

在下一個步驟404，提供感測器校準資料(向量Q)。在一實施例中，將控制環路感測器與獨立感測器之間的經驗關係提供至分析電腦282。

在下一個步驟406，執行所下載的配方，並且將此配方調整至配方設定點(如方塊302所示)。

在下一個步驟408，於處理期間以感測器取得資料。

在下一個步驟410，系統進行檢查以判定是否中止此製程。

若此製程不中止，系統會返回步驟408而繼續取得資料。

然而，若此製程中止，系統會前進至步驟412以判定是否獲得期望結果。為了在不執行實際量測的情況下進行此種判定，階層關係可被使用，於其中現象模型(向量M)被用於方塊304(向量V)以計算虛擬量測(向量R)。

在下一個步驟414，系統(例如分析電腦282)可將虛擬「量測」與預界定閾值進行比較。在此步驟中，系統可再檢查此處理結果以判定此處理結果是否在控制界限內。

若此處理結果係在控制界限內，接著在下一個步驟416，裝載另一基板以進行處理，而系統會返回步驟406。

然而，若虛擬量測係落在預界定閾值之外時，接著在下一個步驟418，系統會觸發警告(warning)或警報(alarm)(一般而言，警 告與警報之間的差異在於：警告會提醒系統與操作者需要進行調整、診斷性檢查與維護；而警報則會停止處理直到採行校正動作為止以防止基板及/或機器的損壞)。在一實施例中，警告或警報的觸發可引起故障偵測、故障分類及/或配方的調整。

吾人可從圖4明白，線上控制處理可提供一種虛擬執行處理量測的方法。與先前技術不同，基板不必從腔室移除並且不必使用實體量測工具進行量測。因此，由本發明系統所提供的虛擬量測能力可降低昂貴量測工具的成本。又，虛擬量測能力可實質上減少執行量測分析所需的時間與資源。此外，人員不需執行量測與分析。相反，系統(例如透過分析電腦)可用以自動收集並計算虛擬量測資料。本發明的額外優點為製程期間進行調停(intervene)的能力。由於與標準的偏差可在配方執行期間被偵測，所以在晶圓受到無法回復的損壞之前可做出是否繼續進行製程的決定。在許多製程中，最能影響臨界尺寸的步驟通常為遮罩開啟(open)步驟。若在遮罩處理步驟期間偵測到偏差的話，晶圓仍可透過重工而回復。

圖5顯示在本發明之一實施例中的簡易流程圖，其顯示用以提供即時製程控制能力之線上控制處理的實現。

在最初步驟502，將配方下載到處理模組控制器上。在一範例中，製造工廠主控制器206可經由通訊連結210而將配方送到處理模組控制器208。

在下一個步驟504，提供感測器校準資料(向量Q)。在一實施例中，將控制環路感測器與獨立感測器之間的經驗關係提供至分析電腦282。

在下一個步驟506，執行此配方並且將此配方調整至配方設定點(如方塊302所示)。

在下一個步驟508，於處理期間取得資料。資料可在不同時段被取得。在一實施例中，資料例如係在約十赫茲的頻率下被取得。

在第一組資料設定已藉由分析電腦282取得之後，於下一個步驟510，可獲得虛擬量測。換言之，可使用階層關係，於其中現 象模型(向量M)可被用於方塊304(向量V)以計算虛擬量測(向量R)。

在下一個步驟512，系統可進行檢查以判定此製程是否處於期望狀態。

若此製程係在期望狀態內，接著在下一個步驟514，系統可進行檢查以判定是否結束此製程。

若配方仍正被執行，接著系統可前進回到步驟508以取得下一組資料。

然而，若此製程中止，接著在下一個步驟516，系統會中止處理。

往回參考步驟512，若此製程不在期望狀態內，接著在下一個步驟518，系統可執行檢查以判定是否已偵測到故障。

若已偵測到故障，接著在下一個步驟520，系統會觸發警報，並且在下一個步驟522，將故障進行分類。

然而，若未偵測到故障，接著在下一個步驟524，可計算調整的配方設定點。為了判定可用於調整配方的虛擬驅動器，可使用階層模型。在一範例中，資料已從控制環路感測器以及獨立感測器加以收集。此外，虛擬感測器已基於所收集的資料以及存在於獨立資料流與控制環路感測器之間的現象模型加以計算。一旦已判定虛擬感測器，虛擬感測器量測則可與期望值進行比較。其差異可被虛擬驅動器使用來調整配方。

如上所述，原始差異(raw differences)可能並非被送到處理模組控制器以進行配方調整的實際值。相反，可能亦必須考量到任何潛在的雜訊或偏差(向量V)，以推導出新的配方設定點。

在已判定新的配方設定點之後，於下一個步驟526，系統可將新的配方設定點送到處理模組控制器。

在下一個步驟528，將配方調整至新的配方設定點。

一旦將配方調整至新的配方設定點，系統可返回到步驟508以取得新的資料組。

吾人可從圖5明白，在配方執行期間可執行配方微調 (fine-tuning)(即時)。與先前技術不同，配方的調整可藉著獨立資料流而確認。又，可被調整的設定點不再限於可被直接量測的參數。相反，取決於多個參數的參數可為了設定點之目的而被計算與使用。

又，驅動器並不限於存在的實體驅動器。吾人可使用虛擬驅動器，此虛擬驅動器在被啟動時可依次啟動複數個其他實體驅動器。依此種方式，可實質上使製程監測與控制非技能化(de-skilled)。

吾人可從上述內容明白，提出可提供自動線上製程控制方案的方法與設備。藉著線上製程控制方案，可在以期望的配方狀態來處理每一個基板時提供即時控制。線上製程控制亦可提供以即時方式執行故障偵測與分類的線上方法。又，線上控制處理可提供具有用以判定處理基板之狀態的虛擬量測能力之工具。

雖然本發明已就數個較佳實施例來進行說明，但仍存在有落入本發明之範圍的修改、置換、以及等效替代設計。雖然在此提供各種範例，但此意指這些範例僅為本發明之示例而非限制。

又，在此係為了方便而提供標題以及發明內容，而在此不應被使用來解釋請求項的範圍。又，摘要係以非常簡短的形式來撰寫並且在此係為了方便而提供，因此不應被使用來解釋或限制本發明整體，本發明係以請求項來表示。若「組(set)」一詞被使用於此，該詞語係意指具有涵蓋零、一、或一項以上之其被普遍瞭解的數學意義。吾人亦應注意到存在有許多實現本發明之方法與設備的替代方式。因此，此意指以下隨附請求項被解釋為包含落入本發明之真實精神與範圍的所有此種修改、置換、以及等效設計。

100‧‧‧處理室

102‧‧‧量測工具

104‧‧‧連結

106‧‧‧製造工廠主控制器

108‧‧‧處理模組控制器

110‧‧‧連結

112‧‧‧基板

114‧‧‧下電極

116‧‧‧上電極

118‧‧‧電漿

120‧‧‧氣流控制器

122‧‧‧溫度感測器

124‧‧‧溫度感測器

126‧‧‧壓力感測器

128‧‧‧匹配箱控制器組

130‧‧‧無線射頻控制器

132‧‧‧閥控制器

134‧‧‧渦輪幫浦控制器

136‧‧‧控制資料集線器

138‧‧‧連結

140‧‧‧通訊線路

142‧‧‧通訊線路

144‧‧‧通訊線路

146‧‧‧通訊線路

148‧‧‧通訊線路

150‧‧‧通訊線路

152‧‧‧通訊線路

200‧‧‧處理室

202‧‧‧量測工具

204‧‧‧連結

206‧‧‧製造工廠主控制器

208‧‧‧處理模組控制器

210‧‧‧連結

212‧‧‧基板

214‧‧‧下電極

216‧‧‧上電極

218‧‧‧電漿

220‧‧‧氣流控制器

222‧‧‧溫度感測器

224‧‧‧溫度感測器

226‧‧‧壓力感測器

228‧‧‧匹配箱控制器組

230‧‧‧無線射頻控制器

232‧‧‧閥控制器

234‧‧‧渦輪幫浦控制器

236‧‧‧控制資料集線器

240‧‧‧通訊線路

242‧‧‧通訊線路

244‧‧‧通訊線路

246‧‧‧通訊線路

248‧‧‧通訊線路

250‧‧‧通訊線路

252‧‧‧通訊線路

254‧‧‧通訊連結

256‧‧‧通訊線路

260‧‧‧獨立感測器

262‧‧‧獨立感測器

264‧‧‧獨立感測器

270‧‧‧通訊線路

272‧‧‧通訊線路

274‧‧‧通訊線路

280‧‧‧量測感測器資料集線器

282‧‧‧分析電腦

284‧‧‧通訊線路

286‧‧‧通訊連結

290‧‧‧通訊連結

在隨附圖式的圖形中，本發明係藉由範例而非藉由限制來進行說明，並且其中相同的參考符號係指相同的元件，其中：

圖1顯示處理室的簡易方塊圖。

圖2顯示在本發明之一實施例中具有線上控制處理設備之處理室的簡易方塊圖。

圖3顯示在本發明之一實施例中於感測器之間的階層關係。

圖4顯示在本發明之一實施例中的簡易流程圖，其顯示用以執行虛擬量測之線上控制處理方法的實現。

圖5顯示在本發明之一實施例中的簡易流程圖，其顯示用以提供即時控制能力之線上控制程序的實現。

200‧‧‧處理室

202‧‧‧量測工具

204‧‧‧連結

206‧‧‧製造工廠主控制器

208‧‧‧處理模組控制器

210‧‧‧連結

212‧‧‧基板

214‧‧‧下電極

216‧‧‧上電極

218‧‧‧電漿

220‧‧‧氣流控制器

222‧‧‧溫度感測器

224‧‧‧溫度感測器

226‧‧‧壓力感測器

228‧‧‧匹配箱控制器組

230‧‧‧無線射頻控制器

232‧‧‧閥控制器

234‧‧‧渦輪幫浦控制器

236‧‧‧控制資料集線器

240‧‧‧通訊線路

242‧‧‧通訊線路

244‧‧‧通訊線路

246‧‧‧通訊線路

248‧‧‧通訊線路

250‧‧‧通訊線路

252‧‧‧通訊線路

254‧‧‧通訊連結

256‧‧‧通訊線路

260‧‧‧獨立感測器

262‧‧‧獨立感測器

264‧‧‧獨立感測器

270‧‧‧通訊線路

272‧‧‧通訊線路

274‧‧‧通訊線路

280‧‧‧量測感測器資料集線器

282‧‧‧分析電腦

284‧‧‧通訊線路

286‧‧‧通訊連結

290‧‧‧通訊連結

Claims (20)

1. 一種在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的設備，該配方係在一電漿處理系統之一處理室內的一基板上執行，該設備包含：複數個控制環路感測器，至少用於收集第一組感測器資料，以在該配方執行期間促進該配方之複數設定點的監測，其中該複數個控制環路感測器於一製程控制環路內運作，該製程控制環路用於在該配方執行期間控制該等設定點；一組獨立感測器，至少用於收集第二組感測器資料，其中該組獨立感測器與用於控制該等設定點的該製程控制環路無關及在用於控制該等設定點的該製程控制環路之外；一集線器，至少用於接收該第一組感測器資料以及該第二組感測器資料之至少其中一者；一分析電腦，與該集線器可通訊地耦合，並且用於執行該第一組感測器資料以及該第二組感測器資料之至少其中一者的分析，其中該分析電腦包含用以分析大量資料的一高速處理器。
2. 如申請專利範圍第1項所述之在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的設備，更包含：一製造工廠主控制器，至少用於選擇該配方；一處理模組控制器，至少用於根據一組既定的配方設定點來執行該配方；及一組量測工具，用於將量測資料提供至該製造工廠主控制器以及該分析電腦之至少其中一者，其中該量測資料用於與該配方整合。
3. 如申請專利範圍第1項所述之在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的設備，其中由該組獨立感測器所收集的該第二組感測器資料包含已由該複數個控制環路感測器所收集的至少一部分資料組。
4. 如申請專利範圍第1項所述之在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的設備，其中由該組獨立感測器所收集的該第二組感測器資料不包含已由該複數個控制環路感測器所收集的資料。
5. 如申請專利範圍第2項所述之在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的設備，其中該分析電腦至少用於接收感測器校準資料，其中該感測器校準資料包含該複數個控制環路感測器與該組獨立感測器之間的經驗關係。
6. 如申請專利範圍第5項所述之在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的設備，其中該感測器校準資料為腔室特定。
7. 如申請專利範圍第5項所述之在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的設備，其中該分析電腦至少用於利用該第二組感測器資料來驗證該第一組感測器資料。
8. 如申請專利範圍第7項所述之在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的設備，其中該分析電腦至少用於建立一組虛擬感測器，其中該組虛擬感測器中的每一虛擬感測器係與一組虛擬參數相關，該組虛擬參數係由複數個感測器所收集的感測器資料來判定，其中該複數個感測器包含來自該組獨立感測器以及該複數個控制環路感測器之至少其中一者的感測器。
9. 如申請專利範圍第8項所述之在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的設備，其中該組虛擬參數包含離子通量、離子能量、電子密度、以及蝕刻速率對沉積速率比之至少其中一者。
10. 如申請專利範圍第8項所述之在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的設備，其中該分析電腦至少用於在該虛擬感測器與該第二組感測器資料之間建立現象關係，其中該現象關係包含下 列至少其中一者：相關的參數；及可從另一參數推導而得的參數。
11. 如申請專利範圍第10項所述之在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的設備，其中該分析電腦至少用於計算虛擬量測以提供即時量測。
12. 如申請專利範圍第11項所述之在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的設備，其中該分析電腦至少用於藉由建立一組虛擬驅動器而提供即時製程控制能力，以在一組虛擬感測器值落在一預定閾值之外時對該配方進行調整。
13. 如申請專利範圍第11項所述之在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的設備，其中該分析電腦用於將出自該分析的輸出送到該處理模組控制器，其中該輸出包含一組虛擬感測器設定點調整、故障偵測、分類、以及多感測器終點之至少其中一者。
14. 如申請專利範圍第13項所述之在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的設備，其中該組虛擬感測器設定點調整被用於調整至少一配方設定點。
15. 一種在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的方法，該配方係在一電漿處理系統之一處理室內的一基板上執行，該方法包含下列步驟：擷取關於該基板之基板處理的配方；將感測器校準資料提供至一分析電腦，其中該感測器校準資料包含一組控制環路感測器與一組獨立感測器之間的經驗關係；將該配方調整至一組配方設定點；執行該配方； 接收來自該組控制環路感測器的第一組感測器資料以及來自該組獨立感測器的第二組感測器資料；分析該第一組感測器資料以及該第二組感測器資料之至少其中一者，以計算一組虛擬量測；將該組虛擬量測與一預定閾值進行比較；及若該組虛擬量測係在該預定閾值之外時，產生警告以及警報之至少其中一者。
16. 如申請專利範圍第15項所述之在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的方法，其中該分析係在一預定時段發生。
17. 如申請專利範圍第16項所述之在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的方法，其中該虛擬量測係藉由使用一現象模型所計算。
18. 如申請專利範圍第17項所述之在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的方法，更包含若該組虛擬量測係在該預定閾值之外時，判定故障的存在。
19. 如申請專利範圍第18項所述之在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的方法，更包含判定一組調整的配方設定點。
20. 如申請專利範圍第19項所述之在配方執行期間實現自動線上製程控制方案的方法，更包含判定用以調整該配方的一組虛擬驅動器。