專利名稱：預(yù)測(cè)批次工具的晶片結(jié)果的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體批次結(jié)果預(yù)測(cè)系統(tǒng)，更特別地，涉及預(yù) 測(cè) 一 批次處理工具的晶片結(jié)果的方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路晶片由晶片制造廠(fab)的多個(gè)工藝產(chǎn)生。這 些工藝(以及相關(guān)的制造工具)包含熱氧化工藝、擴(kuò)散工藝、離子 植入工藝、快速熱處理工藝(RTP)、化學(xué)氣相沉積工藝(CVD)、 物理氣相沉積工藝(PVD)、磊晶工藝、蝕刻工藝以及纟效影工藝。 在制造階段期間，使用量測(cè)工具(metrology tool)監(jiān)控與控制產(chǎn)品 (例如，半導(dǎo)體晶片)的品質(zhì)與優(yōu)良率。隨著集成電路特征尺寸 (feature size)縮小，需要增加更多的監(jiān)控與控制。然而，這會(huì)增 加量測(cè)工具的數(shù)量、增加實(shí)施監(jiān)控與控制的人力以及制造循環(huán)時(shí)間 (cycle time)中相關(guān)的延遲，因而增力口成本。
因此，1吏用虛擬量測(cè)才莫型來降^氐成本的生產(chǎn)控制以及其它目 的。然而，目前虛擬量測(cè)模型僅用于預(yù)測(cè)單一晶片制造工具的晶片 結(jié)果。在一批次處理工具中制造的一批晶片無法用于適當(dāng)?shù)仡A(yù)測(cè)晶片結(jié)果。例》口 ，熱處5里室(thermal processing chamber )可包^^一垂 直爐，以固持及處理在不同垂直位置的一批晶片。通常，該爐針對(duì) 不同垂直高度位置具有其熱場(chǎng)(thermal field )。糸匕次處理工具中的 每批晶片可經(jīng)歷特殊處理環(huán)境。相關(guān)的晶片結(jié)果變化無法通過現(xiàn)有 的方法以及現(xiàn)有的虛擬量測(cè)方法加以預(yù)測(cè)。
因此，需要一種用于增加監(jiān)控、控制和/或預(yù)測(cè)一批次處理工具 所制造的產(chǎn)品品質(zhì)和/或優(yōu)良率的系統(tǒng)與方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了 一種能預(yù)測(cè) 一批次處理工具的晶片結(jié)果的方法。 本方法包括收集在批次處理工具中以批次處理的 一 批晶片的制造 數(shù)據(jù)，以形成一批次處理結(jié)果；根據(jù)制造數(shù)據(jù)，定義批次處理結(jié)果 的自由度；以及根據(jù)制造數(shù)據(jù)，通過嘗試錯(cuò)誤法對(duì)批次處理結(jié)果的 最佳函凝:才莫型實(shí)施一最佳曲線匹配。
前述的方法中，制造ft據(jù)可包括乂人量測(cè)工具收集的一批次處理 產(chǎn)品數(shù)據(jù)，以及從批次處理工具收集的一批次處理工具數(shù)據(jù)。本發(fā) 明可進(jìn)一步包才舌實(shí)施部分最小平方匹配(partial least square fitting )， 以形成批次處理產(chǎn)品凝:據(jù)與處理工具凄t據(jù)間的關(guān)系方程式。本方法 可進(jìn)一步包括將最佳函數(shù)模型與關(guān)系方程式組合成一批次產(chǎn)品結(jié) 果預(yù)測(cè)模型。定義自由度的步驟可包括發(fā)現(xiàn)與批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)相 關(guān)的矩陣的特征值及特征函數(shù)。實(shí)施最佳曲線匹配可包括使用 一分 ^殳曲線匹西己(piecewise curve fitting )。本方法可進(jìn)一步包4舌才艮才居自 由度、最佳函數(shù)模型以及批次處理結(jié)果數(shù)據(jù)，選擇最佳抽樣點(diǎn)。批 次處理工具包括一熱爐管。批次處理工具可用于一晶片工藝，而且 晶片工藝選自氮化J圭;冗積法、熱二氧4匕石圭以及熱回火所組成的群 組。本發(fā)明同時(shí)^是出了與預(yù)測(cè)批次處理工具的晶片結(jié)果相關(guān)的方 法的另一實(shí)施例。本方法包4舌收集在水匕次處理工具中以糸匕次處理的 一批晶片的制造數(shù)據(jù)，其中制造數(shù)據(jù)包括批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)與批次
處理工具凄t據(jù)；4艮據(jù)4比次處理產(chǎn)品l廿居，定義4比次處理產(chǎn)品結(jié)果的 自由度；根據(jù)該批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)，通過嘗試錯(cuò)誤法對(duì)批次處理結(jié) 果的最佳函數(shù)模型實(shí)施一最佳曲線匹配法；才艮據(jù)自由度、最佳函數(shù) 模型與批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)，選擇最佳抽樣點(diǎn)；以及使用部分最小平 方匹配，以形成批次處理產(chǎn)品凄t據(jù)與處理工具凄t據(jù)間的關(guān)系方程 式。
前述披露的方法可進(jìn)一 步包括將最佳函數(shù)模型與關(guān)系方程式 組合成一批次產(chǎn)品結(jié)果預(yù)測(cè)才莫型。本發(fā)明的方法可具有不同實(shí)施 例。例如，批次產(chǎn)品預(yù)測(cè)模型適用于批次處理工具制造新產(chǎn)品期間 的動(dòng)態(tài)微調(diào)(dynamic tuning )。本方法可進(jìn)一步包括使用批次結(jié)果 預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)通過批次處理工具處理的新晶片的批次晶片結(jié)果。 預(yù)測(cè)批次晶片結(jié)果的步驟包括預(yù)測(cè)一產(chǎn)品參凄t。預(yù)測(cè)產(chǎn)品參^t的步 驟進(jìn)一步包括預(yù)測(cè)一薄膜厚度。定義自由度的步驟包括發(fā)現(xiàn)與批次 處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)相關(guān)的矩陣的特征值與特征函數(shù)。實(shí)施最佳曲線匹配 的步驟包括4吏用 一分革史曲線匹配。
本發(fā)明同時(shí)提供了 一半導(dǎo)體批次結(jié)果預(yù)測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)包括用 于收集制造數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)收集器，且制造數(shù)據(jù)包括與批次處理工具相 關(guān)的批次處理工具數(shù)據(jù)，以及與批次處理工具所處理的一批晶片相 關(guān)的批次處理產(chǎn)品凄t據(jù)； 一最佳曲線匹配才莫塊，才艮據(jù)批次處理產(chǎn)品 數(shù)據(jù)以產(chǎn)生一最佳函數(shù)模型；以及最小平方匹配(PLSF)模塊，被 設(shè)計(jì)以產(chǎn)生批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)與批次處理工具數(shù)據(jù)間的關(guān)系方程 式。前述的系統(tǒng)可進(jìn)一步包括自由度才莫塊(DF)，以定義與批次處 理產(chǎn)品數(shù)據(jù)相關(guān)的產(chǎn)品參數(shù)的自由度。本系統(tǒng)可進(jìn)一步包括批次結(jié) 果預(yù)測(cè)模塊，以根據(jù)最佳函數(shù)模型與關(guān)系方程式的組合，預(yù)測(cè)在批 次處理工具中處理的糸匕次晶片結(jié)果。


為使本發(fā)明各方面的敘述更加詳盡與完備，可參照下列描述并 配合

。附圖僅提供范例說明并未依比例繪制。事實(shí)上，為 使本發(fā)明的描述更加清楚，各特征尺寸可以隨意地增大或縮小。
圖1是用以預(yù)測(cè)批次晶片的方法的一實(shí)施例的簡(jiǎn)化流程圖。
圖2是才艮據(jù)本發(fā)明的 一 方面構(gòu)成的制造凄t據(jù)的 一 實(shí)施例的方塊圖。
圖3是一批次處理爐的一實(shí)施例的概略圖。
圖4是實(shí)施在圖1的方法的虛擬感測(cè)器系統(tǒng)的一實(shí)施例的方塊圖。
圖5是一虛擬制造系統(tǒng)的方塊圖，而且圖4的虛擬感測(cè)器系統(tǒng) 系使用于其中。
具體實(shí)施例方式
下述討-論將提供多種用以實(shí)施本發(fā)明的各種特征的不同的實(shí) 施例或?qū)嵗?。組件或組裝的特殊實(shí)例將于后續(xù)i兌明，以簡(jiǎn)4匕本發(fā)明。 當(dāng)然，各種實(shí)例于此僅用以提供說明，并非用以限定本發(fā)明。此外， 本發(fā)明說中所*坡露的參考標(biāo)號(hào)或文字可重復(fù)地出現(xiàn)在不同的實(shí)例 中。這些重復(fù)僅為清楚及簡(jiǎn)化本發(fā)明的描述，并非用以規(guī)定所論述的各種實(shí)施例和/或結(jié)構(gòu)的關(guān)系。本發(fā)明提供了 一種能預(yù)測(cè)批次處理 工具的晶片結(jié)果的新方法，且后續(xù)將提供各種實(shí)例、實(shí)施例、變化 和說明。
圖1是能預(yù)測(cè)批次晶片的方法100的簡(jiǎn)化流程圖。圖4是用以 實(shí)施方法100的虛擬感測(cè)器系統(tǒng)(或軟感測(cè)系統(tǒng))400的一實(shí)施例 的方塊圖。本發(fā)明提供了預(yù)測(cè)批次制造工具數(shù)據(jù)(或工具數(shù)據(jù))的 批次晶片結(jié)果的方法與系統(tǒng)。本方法100與系統(tǒng)400參照?qǐng)Dl與圖
4詳細(xì)i兌明》口下。
方法100開始于步驟112,收集制造ft據(jù)。如圖2所示，為一 實(shí)施例中的制造數(shù)據(jù)202方塊圖，制造數(shù)據(jù)202包括批次處理產(chǎn)品 數(shù)據(jù)204 (或批次處理晶片數(shù)據(jù))，而且批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)204由一 個(gè)或多個(gè)量測(cè)工具206收集取得。批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)204包括經(jīng)由 批次處理工具(或批次制造工具)210處理后的一批晶片208的測(cè) 試與量測(cè)結(jié)果。例如，批次處理產(chǎn)品^t據(jù)204可為產(chǎn)品參^t (或晶 片參數(shù))的量測(cè)值，例如批次處理工具所產(chǎn)生的材料層的厚度、反 射率或傳導(dǎo)率。在一實(shí)例中，批次處理產(chǎn)品凄t據(jù)202包4舌由形成在 這批晶片208的次切線(subscribe line)上的測(cè)試結(jié)構(gòu)而來的線上 測(cè)試結(jié)果。在其它實(shí)例中，批次處理產(chǎn)品凄t據(jù)202包括這批晶片208 制造完成后的最后測(cè)試結(jié)果。
制造數(shù)據(jù)202還包括從批次處理工具210收集而來的批次處理 工具數(shù)據(jù)212。批次處理工具數(shù)據(jù)212與硬件參數(shù)相關(guān)。在一實(shí)例 中，硬件參數(shù)包含主動(dòng)參數(shù)，例如電源、氣體流量和/或制造時(shí)間。 硬件參數(shù)可進(jìn)一步包括被動(dòng)參數(shù)，例如溫度、反射率和/或沉積率等。 批次處理工具數(shù)據(jù)212包括至少一與批次處理工具的硬件參數(shù)相關(guān) 的量測(cè)及測(cè)試數(shù)據(jù)的子集合。收集制造數(shù)據(jù)的程序可由數(shù)據(jù)收集模 塊404執(zhí)行。批次處理工具210是一種制造工具，i殳計(jì)及建構(gòu)于制造多個(gè)產(chǎn) 品，例如批次的多個(gè)半導(dǎo)體晶片。批次處理工具210可為，例如， 設(shè)計(jì)于批次處理的化學(xué)氣相沉積(CVD)系統(tǒng)、蝕刻系統(tǒng)、熱氧化 系統(tǒng)、離子才直入系統(tǒng)、快速熱回火(RTA)系統(tǒng)或其它半導(dǎo)體制造 工具之一。
在一實(shí)例中，圖3示出了設(shè)計(jì)于氮化石圭沉積工藝的熱爐管300 的示意圖，同時(shí)氮化硅爐管也并入?yún)⒖肌釥t管300包括一管柱302, 且管柱302垂直地i殳置且進(jìn)一步^l置為單層或者雙層。熱爐管300 包括環(huán)繞管柱302的加熱器304，以將管柱302加熱及維持在適合 于氮化硅沉積工藝的較高溫度。管柱302被設(shè)計(jì)成使得一批晶片306 可》丈置于其中，并且進(jìn)^f亍氮化^圭沉積工藝。在一實(shí)例中，在熱爐管 300中處理的這批晶片306包含50片晶片。這批晶片306可固定于 一晶片支撐架上，例如晶舟(wafer boat) 308上。包4^f旦是不局限 于絕緣單元的附加結(jié)構(gòu)310，為了絕熱作用而設(shè)置在管柱302中， 而且接近晶舟308。平板312接合于管柱302，且設(shè)計(jì)用于將內(nèi)管 柱與外界環(huán)境隔絕以及其它功能，例如支撐絕緣單元。熱爐管300 進(jìn)一步包括一氣體輸入口 314,用于提供適當(dāng)氣體，例如反應(yīng)氣體 SiH2Cl2 (二氯石圭》克)以及NH3 (氨氣)，以產(chǎn)生氮化一s圭。熱爐管300 還包括一氣體輸出口 316用于排方文氣體。在此實(shí)例中，主動(dòng)參凄t可 包4舌制造配方(process recipe)中的參凄丈，例如力口熱器功率、氣體 分壓與沉積時(shí)間。^皮動(dòng)石更件參凄t可包4舌其它不包4舌在制造配方中的 參凄欠，例如晶片溫度與反應(yīng)室污染物。批次處理工具數(shù)據(jù)可進(jìn)一步 包括其它數(shù)據(jù)，例如工具辨識(shí)碼、工具維修歷史以及氣體規(guī)格。當(dāng) 一批晶片306 (例如50片晶片)置于管柱302中以進(jìn)行氮化石圭沉積 工藝時(shí)，每片晶片位于一特殊位置。實(shí)際上，管柱內(nèi)的溫度是非均 勻的，而且具有與一空間相關(guān)(space-dependent)的分布以形成一 熱場(chǎng)(thermal field )。再者，管柱內(nèi)部的其它參凄t，例如反應(yīng)氣體 分壓/氣體流量也可以是非均勻的。氮化石圭沉積率可依照晶片溫度以及其它參凄t而定。因此，沉積率將依照一糸匕內(nèi)每個(gè)晶片的特歹未4立置 而定。因此，針對(duì)單一晶片的現(xiàn)存晶片結(jié)果預(yù)測(cè)模型無法提供適當(dāng) 結(jié)果給在批次處理工具內(nèi)處理的晶片。本發(fā)明提供了 一種方法以產(chǎn) 生一批次晶片結(jié)果預(yù)測(cè)模型，使得根據(jù)批次處理工具數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)批次 晶片結(jié)果。
量測(cè)工具206可包括電氣工具、光學(xué)工具和/或分析工具，例如 顯微鏡、顯微分析工具、線寬量測(cè)工具、屏蔽及光罩缺陷工具(mask and reticle defects tools )、孩i粒分布工具、表面分析工具、應(yīng)力分析 工具、電阻值與4妄觸電阻量測(cè)工具、移動(dòng)率與載子濃度量測(cè)工具、 界面深度量測(cè)工具、薄膜厚度工具、閘才及氧化整體測(cè)試工具、電容 -電壓(C-V)量測(cè)工具、集中離子束(FIB)以及其它測(cè)試與量測(cè) 工具。晶片數(shù)據(jù)可包括晶片結(jié)果，例如經(jīng)由量測(cè)工具取得的晶片參 凄史。舉例il明，晶片參凄t可包4舌片電阻l直(sheet resistance )、反射 率、應(yīng)力、微粒密度與臨界尺寸。晶片數(shù)據(jù)可進(jìn)一步包括其它數(shù)據(jù)， 例如晶片辨識(shí)碼與產(chǎn)品類型。
在一實(shí)例中，成批或個(gè)別形式的多個(gè)產(chǎn)品(半導(dǎo)體晶片)經(jīng)由 不同工藝步驟而制造。工藝步艱《可以以糸匕次才莫式在糸匕次處理工具 210實(shí)施。其它工藝步驟可在其它適當(dāng)制造工具中實(shí)施。當(dāng)在批次 處理工具210內(nèi)處理一糸匕晶片時(shí)，扣匕次處理工具210依照工藝配方 加以程序化、設(shè)定以及調(diào)整。工藝配方可定義多個(gè)子步驟(sub-step )。 例如，熱爐管配方可定義下列子步驟升溫、沉^積以及4由真空 (pump-down )。每個(gè)子步驟可分別以特定時(shí)間間隔加以定義，而且 將不同硬件參數(shù)設(shè)定于特定水準(zhǔn)。批次晶片根據(jù)工藝配方在批次制 造工具210內(nèi)完成糸匕次處理后，可4吏用一個(gè)或多個(gè)量測(cè)工具進(jìn)4亍測(cè) 試與量測(cè)，以取得批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)。批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)也可經(jīng)由 批次制造工具210取得。制造數(shù)據(jù)包括批次處理晶片數(shù)據(jù)與批次處理工具數(shù)據(jù)，而且制造數(shù)據(jù)可使用數(shù)據(jù)收集機(jī)404分別收集來自量 測(cè)工具206與4比次處理工具210的數(shù)據(jù)。
方法100進(jìn)行至步驟114,以定義這批晶片的自由度(DOF )。 熱爐管300作為批次處理工具的一實(shí)例。在熱爐管300內(nèi)的50個(gè) 晶片成批的處理結(jié)果是相關(guān)聯(lián)的。依據(jù)本發(fā)明，無需量測(cè)這批中的 每個(gè)晶片以^更明了這批的50個(gè)晶片的處理結(jié)果。例如，量測(cè)第4 片、第14片以及第27片晶片的厚度即可提供足夠的信息，以預(yù)測(cè) 這批的其余晶片的薄膜厚度。在此特別實(shí)例中，與以熱爐管300作 為批次處理工具相關(guān)的這批晶片的自由度是3。因此，仿真批次處 理工具210中處理的這批晶片的晶片參數(shù)分布(例如，氮化硅薄膜 厚度)的最佳函數(shù)模型需要至少3種量測(cè)值。在此實(shí)例中，最佳函 數(shù)模型包括3個(gè)由至少3種量測(cè)值決定的參數(shù)。定義自由度的適當(dāng) 程序包括使用 一方法，以發(fā)現(xiàn)晶片參數(shù)矩陣的特征值與特征函數(shù)。 例如，水匕次處理工具210 (例如，熱爐管300)中處理的多糸匕晶片 由一個(gè)或多個(gè)量測(cè)工具206量測(cè)，以得到晶片參數(shù)(例如，氮化硅 薄膜厚度)的批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)。批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)產(chǎn)生與晶片參 數(shù)(例如，氮化硅薄膜厚度)相關(guān)的晶片參數(shù)矩陣。例如，每批晶 片的晶片參數(shù)的量測(cè)結(jié)果代表晶片參數(shù)矩陣的一列。多批量測(cè)結(jié)果
組成晶片參數(shù)矩陣。計(jì)算特征值、特征函數(shù)以及自由度的方法是已 知技術(shù)，而且應(yīng)用于晶片參數(shù)矩陣。在此程序中定義自由度(DOF)。 自由度(DOF)的定義步驟可通過使用算法的自由度模塊406實(shí)施， 以實(shí)施上述的計(jì)算。
方法100進(jìn)行至步驟116，通過嘗試錯(cuò)誤法實(shí)施最佳曲線匹西己， 以根據(jù)批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)產(chǎn)生對(duì)于批次處理結(jié)果的最佳函數(shù)模型。 在此步驟中，最佳函翁^莫型用于描述在批次處理工具中處理的晶片 的晶片結(jié)果，作為晶片位置的函凄t。例如，*支如>|比次處理工具210 是熱爐管，則最佳函數(shù)模型可用于預(yù)測(cè)由熱爐管形成的氮化硅薄膜的厚度。最佳函數(shù)模型包括刻度(pitch)作為批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)所 決定的可變參數(shù)與其它參數(shù)。刻度被定義為批次處理工具210內(nèi)處 理的這批晶片中的晶片的連續(xù)位置數(shù)量。在一實(shí)施例中，函數(shù)模型 可定義為
Y=a + b*(e-07x) + c*(x4) (1)
其中Y是氮化硅薄膜厚度；x是刻度；a、 b及c是需決定的參 數(shù)(通過批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù))。此模型的參數(shù)數(shù)量與上述定義的自 由度有關(guān)。在一實(shí)例中，參凄ta、 b及c通過最佳曲線匹配法(例如 部分最小平方匹西己(partial least square fitting ))而決定。函凄t才莫型 的形式可為多項(xiàng)式函數(shù)或根據(jù)批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)分布圖形的其它 形式函數(shù)。根據(jù)量測(cè)晶片結(jié)果和/或進(jìn)一步與工程師輸入值互動(dòng)，而 且輸入值與工程師的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)相關(guān)，函數(shù)模型的形式自動(dòng)通過算 法產(chǎn)生。函H才莫型包含分萃殳函凄t (piecewise function )。例如，有歲文 范圍從第1刻度至第25刻度間的第1卓殳可通過多項(xiàng)式函數(shù)加以仿 真，而且有效范圍從第26刻度至第50刻度間的第2段可通過包含 指數(shù)項(xiàng)(例如方程式(l))的多項(xiàng)式函數(shù)加以仿真。 一批或多批晶 片的氮化硅薄膜厚度已在步驟112量測(cè)，以收集制造數(shù)據(jù)。量測(cè)結(jié) 果通過部分最小平方匹配法，以決定本發(fā)明的函凄t才莫型的參凄ta、 b 與c以及相關(guān)系凄史R。 ^f艮如相關(guān)系凄史R等于或大于一特定標(biāo)準(zhǔn)，例 如0.9，則認(rèn)為本發(fā)明的函數(shù)模型是最佳的。否則，此程序?qū)⒅貜?fù) 其它嘗試函數(shù)，直到產(chǎn)生最佳函凄M莫型為止。因此，本方法也稱為 嘗試錯(cuò)誤法。此步驟的曲線最佳匹配程序通過系統(tǒng)400的最佳曲線 匹配(OCF )模塊408加以實(shí)行。氮化硅薄膜厚度、為3的自由度 以及上述函數(shù)，僅使用于實(shí)施例以說明此步驟的程序。
方法100進(jìn)行至步驟118，根據(jù)自由度及最佳函數(shù)模型以選擇 抽樣點(diǎn)。當(dāng)自由度已在步驟114定義，根據(jù)自由度選擇適當(dāng)刻度的 數(shù)量，使得在選定刻度的晶片的氮化硅薄膜厚度可通過最佳化函數(shù)模型預(yù)測(cè)在其它刻度的晶片的氮化硅薄膜厚度。例如，假如自由度
是3,則適當(dāng)選擇三個(gè)刻度。選定的抽樣點(diǎn)代表這批晶片的大部分 氮化硅薄膜厚度信息。選擇程序可使用通過嘗試錯(cuò)誤方法的算法， 而且進(jìn)一步包4舌工禾呈孝#入(engineering input )。選定的抽才羊,泉可通 過適當(dāng)標(biāo)記(例如相關(guān)系數(shù))而評(píng)估，而且相關(guān)系數(shù)與最佳函數(shù)模 型相關(guān)。當(dāng)相關(guān)系數(shù)低于一特定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，重復(fù)上述的選擇程序，直 到最佳抽樣點(diǎn)為止。在一批容量為50片晶片以及自由度為3的熱 爐管的實(shí)例中，對(duì)于特殊氮化硅薄膜厚度分布，最佳抽樣點(diǎn)可為4、 14以及27。
方法100進(jìn)行至步驟120，使用最小平方匹配以產(chǎn)生批次處理 產(chǎn)品數(shù)據(jù)204與批次處理工具凄t據(jù)212間的關(guān)系方程式。產(chǎn)生最佳 函數(shù)模型后，該程序建立批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)204與批次處理工具數(shù) 據(jù)212間的數(shù)量關(guān)系式，使得晶片結(jié)果(例如氮化硅薄膜厚度)直 *接由批次處理工具210 (例如熱爐管300)的相關(guān)石更件參ft (或相 關(guān)硬件關(guān)鍵參數(shù))決定。在最佳函數(shù)模型中，所有參數(shù)例如方程式 (1 )的a、 b與c與硬件關(guān)鍵參數(shù)相關(guān)，這包含批次處理工具210 的主動(dòng)和/或纟皮動(dòng)參lt，且因此所有參凄t是可預(yù)測(cè)的。批次產(chǎn)品凄t據(jù) 204與制造工具數(shù)據(jù)212間的關(guān)系可由不同函數(shù)表示?？蛇x擇不同 函數(shù)用于不同才莫型及進(jìn)一步針對(duì)通過最小平方匹配程序決定的系 數(shù)。因此，最佳化函數(shù)模型的參數(shù)(例如方程式(1 )的a、 b與c ) 可表示為4比次處理工具的石更件關(guān)鍵參凄t的不同函凄t以及通過最小 平方匹配法/>式化。工禾呈師和/或算法可能與選擇的或決定的不同函 數(shù)相關(guān)。上述的最小平方匹配法可以使用所有可利用的批次處理產(chǎn) 品數(shù)據(jù)204與制造工具數(shù)據(jù)212。這些制造數(shù)據(jù)通常包含一批或多 批。在一實(shí)施例中，可通過降低數(shù)據(jù)容量(data volume )，使得制 造數(shù)據(jù)在最小平方匹配程序的使用更加有效，因此稱為部分最小平 方匹配法。例如，來自多于一批并與相同組的批次處理工具數(shù)據(jù)相關(guān)的批次處理數(shù)據(jù)加以平均，以降低數(shù)據(jù)容量。部分最小平方匹配
程序可以通過系統(tǒng)400的最小平方匹配(LSF)才莫塊410實(shí)施。
方法100進(jìn)4亍至步驟122， ia合最佳曲線匹配與部分最小平方 匹配結(jié)果以形成一單一^t型，參考圖4中的批次晶片結(jié)果預(yù)測(cè)模型 402。批次晶片結(jié)果預(yù)測(cè)才莫型402包括通過步驟116的最佳曲線匹 配法所產(chǎn)生的最佳函數(shù)。再者，最佳函數(shù)的參數(shù)表示為批次處理工 具的硬件關(guān)鍵參數(shù)的函數(shù)，而且通過步驟120的部分最小平方匹配 程序決定。才艮據(jù)處理成批晶片時(shí)，來自批次處理工具的批次處理工 具數(shù)據(jù)，成批晶片的晶片結(jié)果可以通過批次晶片結(jié)果預(yù)測(cè)^f莫型而預(yù) 測(cè)。
方法IOO可進(jìn)一步進(jìn)行以實(shí)施晶片結(jié)果預(yù)測(cè)。當(dāng)產(chǎn)生批次結(jié)果 預(yù)測(cè)模型402用于批次制造工具時(shí)，晶片結(jié)果(晶片參數(shù)，例如薄 膜厚度)可經(jīng)由此^^莫型而預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)程序可包括收集與已處理晶片 相關(guān)的新批次處理工具ft據(jù)，以及〗吏用4比次結(jié)果預(yù)測(cè);漠型402計(jì)算 晶片參數(shù)的數(shù)值。預(yù)測(cè)的晶片結(jié)果傳送至相關(guān)擁有者，例如工程師。
在一實(shí)施例中，方法100的不同步艱《與禾呈序可以實(shí)施在虛擬量 測(cè)系統(tǒng)400中。系統(tǒng)400可進(jìn)一步包含附加組4牛力口以組合、分布與 協(xié)調(diào)，以產(chǎn)生批次結(jié)果預(yù)測(cè)模型402，而且通過批次結(jié)果預(yù)測(cè)模型 402預(yù)測(cè)批次晶片結(jié)果。批次結(jié)果預(yù)測(cè)模型402可包括多個(gè)次模型， 次模型與預(yù)測(cè)的不同產(chǎn)品參數(shù)(例如薄膜厚度及薄膜反射率)以及 多個(gè)批次處理工具(例如氮化石圭沉積的熱爐管以及熱氧化的其它爐 管)的組合相關(guān)。批次結(jié)果預(yù)測(cè)模型的每個(gè)次模型與一產(chǎn)品參數(shù)及 一批次制造工具相關(guān)。
批次結(jié)果預(yù)測(cè)才莫型402可以是適合才莫型，即可不斷地維持以匹 配批次制造工具而且遵循批次制造工具的改變持續(xù)一,殳時(shí)間。維持 適合模型可包括根據(jù)新的制造數(shù)據(jù)調(diào)整模型，此步驟進(jìn)一步包括根據(jù)制造凄t據(jù)實(shí)施最佳曲線匹配及部分最小平方匹配。在相關(guān)的糸匕次 制造工具的維護(hù)、修理、晶片產(chǎn)品改變和/或一段特定時(shí)間后，評(píng)估 適合模型。只要適合才莫型實(shí)時(shí)調(diào)整而且適當(dāng)反應(yīng)批次制造工具和/ 或晶片產(chǎn)品的改變、移動(dòng)與飄移，程序未必限制于如上所述步驟。
虛擬量觀'J系統(tǒng)400可進(jìn)一步包括溝通界面416，以溝通系統(tǒng)400 間的預(yù)測(cè)晶片結(jié)果以及相關(guān)的制造擁有者/客戶。例如，預(yù)測(cè)晶片結(jié) 果可傳送至工程師426用以評(píng)估、產(chǎn)品監(jiān)控和/或工藝改善。在另一 實(shí)例中，工程師可以提供輸入于方法100的不同步驟中，例如在最 佳抽樣點(diǎn)選擇步驟與最佳曲線匹配步驟。工程師426可以通過溝通 界面416與系統(tǒng)溝通。當(dāng)晶片結(jié)果超出預(yù)定凝:值時(shí)、具有明顯飄移 現(xiàn)象或者具有其它嚴(yán)重改變，溝通界面416提供警示給工程師。晶 片結(jié)果預(yù)測(cè)可以傳送至數(shù)據(jù)控制中心，例如制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES), 其中進(jìn)一步處理、組織及散布晶片結(jié)果預(yù)測(cè)，以用于數(shù)據(jù)監(jiān)控、評(píng) 估、分析和/或控制，例如統(tǒng)計(jì)工藝控制(SPC)。晶片結(jié)果預(yù)測(cè)可 以傳送至在下一個(gè)工藝步驟的批次處理工具210和/或制造工具，其 中可以調(diào)整工藝配方與硬件參數(shù)，以補(bǔ)償相異于最佳晶片品質(zhì)、性 能及優(yōu)良率的目前工藝的<壬<可飄移和/或移動(dòng)。
只要產(chǎn)生批次結(jié)果測(cè)試模型用于一個(gè)(或多個(gè))批次制造工具， 維護(hù);漠型與實(shí)施批次晶片結(jié)果預(yù)測(cè);漠型未必需要以上述的方法100
的順序進(jìn)行。實(shí)施批次晶片結(jié)果預(yù)測(cè)模型的維護(hù)與實(shí)施可以以平行 方式進(jìn)行。因此，模型402實(shí)質(zhì)上代表在批次制造工具上處理的成
批晶片。
圖4的系統(tǒng)400僅作為本發(fā)明的一實(shí)例。每個(gè)模塊包括軟件和 /或硬件以實(shí)施模塊功能。例如，批次制造工具的批次結(jié)果預(yù)測(cè)模型 402可包括硬件，例如用于操作與存儲(chǔ)的計(jì)算器與內(nèi)存。模型可進(jìn) 一步包括具有所有批次處理產(chǎn)品#t據(jù)以及糸t次處理工具凄t據(jù)的凄t 據(jù)庫。每個(gè)模塊可以設(shè)定及連接至其它模塊以及半導(dǎo)體制造的其它組件。系統(tǒng)400可以以不同方式設(shè)定與組織，例如可在不背離本發(fā) 明的精神下具有較少或較多的模塊。系統(tǒng)400可以進(jìn)一步連接網(wǎng)絡(luò) 430。在一實(shí)例中，系統(tǒng)400可以連接或者包括圖5的虛擬晶片制 造廠(fab)，將在下文詳述。
因此，另一方面，晶片結(jié)果可以通過使用方法100的系統(tǒng)400 預(yù)測(cè)，并非直4妾量測(cè)。才艮據(jù)批次處理工具凄t據(jù)，在有限量測(cè)工具與 量測(cè)成本下，批次晶片結(jié)果對(duì)于提升工藝性能與提升晶片優(yōu)良率可 以有效地監(jiān)控。本發(fā)明所披露的方法與系統(tǒng)提供了 一種新的解決方 案于批次晶片制造監(jiān)控與可提升效率與降低成本(包括量測(cè)成本) 的控制。
圖5示出了虛擬集成電路制造系統(tǒng)("虛擬晶片制造廠(fab )"), 而且連接圖4的系統(tǒng)400。虛擬晶片制造廠(fab) 500包括多個(gè)實(shí) 體502、 504、 426、 206、 422、 400a、 400b、 516…N，這些由網(wǎng)絡(luò) 518連接。網(wǎng)絡(luò)518可為單一網(wǎng)絡(luò)或者各種不同網(wǎng)絡(luò)，例如局域網(wǎng) (intranet)與網(wǎng)際網(wǎng)(Internet),而且包4舌有線與無線通ifU言道。
在此實(shí)例中，實(shí)體502代表服務(wù)合作與準(zhǔn)備的服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)體 504代表客戶，實(shí)體426代表工程師，實(shí)體206代表用于IC測(cè)試與 量測(cè)的量測(cè)工具(或設(shè)備)，實(shí)體422代表包含批次處理工具210 的制造工具，實(shí)體400a代表與晶片制造工具422相關(guān)的圖4的虛 擬量測(cè)系統(tǒng)400,實(shí)體400b代表圖4的第二虛擬量測(cè)系統(tǒng)400 (例 如，與其它也可以是實(shí)體的批次處理工具相關(guān))，且實(shí)體516代表 其它虛擬晶片制造廠(例如，屬于關(guān)系企業(yè)或者企業(yè)合作伙伴的虛 擬晶片制造廠)。每個(gè)實(shí)體間可相互有來往，且可從其它實(shí)體提供 和/或4妾收"良務(wù)。
為說明起見，每個(gè)實(shí)體可稱為內(nèi)部實(shí)體(例如，工程師、客戶 服務(wù)人員、自動(dòng)系統(tǒng)工藝、制造廠的設(shè)計(jì)等)用以形成虛擬晶片制造廠(fab) 500的一部分，或者稱為外部組件以與虛擬晶片制造廠 (fab) 500相互來往。應(yīng)該明了這些實(shí)體可集中在單一4立置或者加 以分散，而且一些實(shí)體可并入其它實(shí)體中。再者，每個(gè)實(shí)體可能系 統(tǒng)辨識(shí)信息與相關(guān)，4艮據(jù)與每個(gè)實(shí)體辨識(shí)信息相關(guān)的授4又水準(zhǔn) (authority level)以允許控制存取系統(tǒng)內(nèi)的信息。為IC制造和服務(wù) 準(zhǔn)備的目的，虛擬晶片制造廠(fab) 500可以在實(shí)體間交互作用。 在此實(shí)例中，IC制造包括接受客戶的IC訂單與相關(guān)運(yùn)作以生產(chǎn)訂 購(gòu)的IC,而且將IC送至客戶端，例如IC的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試與運(yùn) 送。
虛擬晶片制造廠(fab) 500提供的服務(wù)的之一在設(shè)計(jì)、工程與 物流(logistics)等領(lǐng)域的合作與信息存取。例如，在設(shè)計(jì)的部分， 給予客戶504經(jīng)由服務(wù)系統(tǒng)502存取與產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)的信息與工 具。工具4吏客戶504可以實(shí)施優(yōu)良率增進(jìn)分片斤、〗現(xiàn)看布局信息以及 取得相似信息。在工程部分，工程師426可與其它工程師合作使用 與試作優(yōu)良率運(yùn)轉(zhuǎn)、風(fēng)險(xiǎn)分析、品質(zhì)及信賴度相關(guān)的信息。物流部 分可4是供制造狀態(tài)、測(cè)試結(jié)果、訂單維護(hù)以及運(yùn)送日期纟合客戶504。 應(yīng)該明了這些領(lǐng)域zf又為例示i兌明，其它的信息也可經(jīng)由虛擬晶片制 造廠(fab) 500而取4尋。
虛擬晶片制造廠(fab ) 500的其它服務(wù)可整合工廠間系統(tǒng)，例 如量測(cè)工具/設(shè)備206與晶片制造廠工具422間。這類整合使得工廠 可以協(xié)調(diào)本身運(yùn)作。例如，整合量測(cè)工具206與晶片制造廠工具422 可使得制造信息更有效地合并至制造程序中，而且可將來自量測(cè)工 具206的晶片數(shù)據(jù)傳送回晶片制造廠工具422用以改善與整合。
上述方法與系統(tǒng)4又作為范例_說明。上述的方法與系統(tǒng)可加以延 伸與^f奮改，且可包含適當(dāng)變形、實(shí)施例與-齊代方案而不背離本發(fā)明 的4青神。例如，熱爐管可為用于熱氧化或熱回火的4比次處理工具。 可預(yù)期的晶片結(jié)果可包括其它參數(shù)，例如薄膜電阻值或者薄膜反射率。在其它實(shí)施例中，批次晶片結(jié)果預(yù)測(cè)才莫型可以結(jié)合最佳曲線匹
配與部分最小平方匹配，因此晶片參數(shù)可以部分根據(jù)批次處理工具 數(shù)據(jù)與部分根據(jù)批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)加以預(yù)測(cè)。在一實(shí)例中，由熱爐
管300成批處理的晶片的氮化石圭薄膜厚度，可通過量測(cè)最佳抽樣點(diǎn) 的薄膜厚度在第一段時(shí)間加以預(yù)測(cè)，而且隨后通過收集熱爐管300 的硬件關(guān)鍵參數(shù)在第二段時(shí)間或者在第 一段時(shí)間加以預(yù)測(cè)。兩個(gè)預(yù) 測(cè)方法間的差異可用于激活系統(tǒng)100以樣t調(diào)及調(diào)整批次結(jié)果預(yù)測(cè)才莫 型402。
雖然本發(fā)明已通過實(shí)施例加以描述，本4頁;或:技術(shù)人員應(yīng)該了解 本發(fā)明也可在不背離本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)的情形下加以改變、替 代或變化實(shí)施。因此，凡其它在本發(fā)明所揭示的4青神下所完成的改 變、替代或變化均應(yīng)包含在下述的申請(qǐng)專利范圍內(nèi)。主要組件符號(hào)說明
100批次晶片預(yù)測(cè)的方法
204糸匕次處理產(chǎn)品凄史據(jù)
208 —批晶片
212 4比次處理工具凄史才居
302管柱
306 —批晶片
310附力。結(jié)才勾
314氣體輸入口
400虛擬感測(cè)系統(tǒng)
400b虛擬感測(cè)器
404數(shù)據(jù)收集模塊
416溝通界面
426工程師
500虛擬晶片制造廠(fab) 504客戶 518網(wǎng)纟各。
202制造數(shù)據(jù) 206產(chǎn)品量測(cè)工具 210糸匕次處理工具 300熱爐管 304加熱器 308晶舟 312平板 316氣體輸出口 400a虛擬感測(cè)器 402 :l比次晶片結(jié)果預(yù)測(cè)才莫型 410最小平方匹配(LSF)模塊 422晶片制造廠工具 430網(wǎng)絡(luò) 502服務(wù)系統(tǒng) 516其它虛擬晶片制造廠
權(quán)利要求
1. 一種預(yù)測(cè)一批次處理工具的晶片結(jié)果的方法，包括收集在所述批次處理工具中以批次處理的一批晶片的制造數(shù)據(jù)，以形成一批次處理結(jié)果；根據(jù)所述制造數(shù)據(jù)，定義所述批次處理結(jié)果的一自由度；以及根據(jù)所述批次處理結(jié)果，通過嘗試錯(cuò)誤法對(duì)所述批次處理結(jié)果的一最佳函數(shù)模型實(shí)施一最佳曲線匹配。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述制造數(shù)據(jù)包括從量測(cè)工具收集的批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)；以及 /人所述批次處理工具收集的4比次處理工具lt悟。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括實(shí)施部分最小平方匹配，以形成所述批次處理產(chǎn)品凄t據(jù) 與所述批次處理工具凝:據(jù)間的一關(guān)系方禾呈式。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包括將所述最佳函數(shù)模型與所述關(guān)系方程式組合成一批次產(chǎn) 品結(jié)果預(yù)測(cè)模型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中定義一 自由度的步驟包括發(fā) 現(xiàn)與所述批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)相關(guān)的 一 矩陣的特征值與特征函數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中實(shí)施一最佳曲線匹配的步驟 包括使用 一分段曲線匹配法。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包括根據(jù)所述自由度、所述最佳函數(shù)模型以及所述批次處理 產(chǎn)品數(shù)據(jù)，選擇最佳抽樣點(diǎn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述批次處理工具包括一熱 爐管，所述熱爐管祐 沒計(jì)成用于選自氮化石圭沉積工藝、熱二氧 化石圭工藝以及熱回火工藝所組成的群組的 一 晶片工藝。
9. 一種預(yù)測(cè)批次處理工具的晶片結(jié)果的方法，包括收集在所述批次處理工具中以批次處理的 一 批晶片的制 造數(shù)據(jù)，其中所述制造數(shù)據(jù)包括一批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)與一批次 處理工具l史據(jù)；才艮據(jù)所述4比次處理產(chǎn)品ft據(jù)，定義所述糸b次處理產(chǎn)品結(jié) 果的一自由度；根據(jù)所述批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)，通過嘗試錯(cuò)誤法對(duì)所述批 次處理結(jié)果的一最佳函數(shù)才莫型實(shí)施一最佳曲線匹配；根據(jù)所述自由度、所述最佳函數(shù)模型與所述批次處理產(chǎn) 品數(shù)據(jù)，選擇最佳抽樣點(diǎn)；以及4吏用部分最小平方匹配，以形成所述批次處理產(chǎn)品凄t據(jù) 與所述處理工具數(shù)據(jù)間的關(guān)系方程式。
10. —種半導(dǎo)體批次結(jié)果預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括一數(shù)據(jù)收集器，用于收集制造數(shù)據(jù)，所述制造數(shù)據(jù)包括 與一批次處理工具相關(guān)的一批次處理工具數(shù)據(jù)，以及與所述批 次處理工具所處理的 一批晶片相關(guān)的 一批次處理產(chǎn)品lt據(jù)；一最佳曲線匹配模塊，根據(jù)所述批次處理產(chǎn)品數(shù)據(jù)以產(chǎn)生一最佳函數(shù)模型；一部分最小平方匹配模塊，被設(shè)計(jì)以產(chǎn)生所述批次處理 產(chǎn)品凄t據(jù)與所述批次處理工具凄t梧間的一關(guān)系方程式。
全文摘要
一種預(yù)測(cè)批次工具的晶片結(jié)果的方法，包括收集在批次處理工具中以批次處理的一批晶片的制造數(shù)據(jù)，以形成一批次處理結(jié)果；根據(jù)制造數(shù)據(jù)，定義批次處理結(jié)果的自由度；以及根據(jù)批次處理結(jié)果，通過嘗試錯(cuò)誤法對(duì)批次處理結(jié)果的最佳函數(shù)模型實(shí)施一最佳曲線匹配。
文檔編號(hào)H01L21/66GK101436062SQ200810172710
公開日2009年5月20日 申請(qǐng)日期2008年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者林俊賢, 柯俊成, 汪青蓉, 王姿予 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司