專利名稱：制造設備中的差錯檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制造設備中的差錯檢測方法，更具體地，涉及但不僅限于使用等離子體反應室的半導體制造設備。
背景技術：
半導體集成電路的制造是一個需要許多復雜步驟的精細加工。一個典型的半導體制造廠(或Fab，晶圓廠)需要幾百個高度復雜的工具來在硅襯底或晶片上制造復雜的設備，如微處理器或存儲芯片等。單晶片的制造過程經(jīng)常要200多個獨立的步驟來完成。這些步驟包括制定半導體晶片的平板印刷圖案以定義每個設備，腐蝕線路以創(chuàng)建結(jié)構(gòu)，以及用金屬或絕緣體來填充縫隙以創(chuàng)建感興趣的電子設備。這個過程從開始到結(jié)束需要幾個星期才能完成。
差錯可能并且確實出現(xiàn)在這些生產(chǎn)工具之中。單晶片上的差錯可能危及該晶片上的所有設備，并且該晶片上的所有隨后步驟都可能是無價值的，晶片被廢棄。因此及時有效的差錯檢查是十分必要的。圖1描述了半導體生產(chǎn)工具的一個實例，示出了一個等離子體反應室1、一個要加工的襯底2、加工輸入或設置點3、工具狀態(tài)和加工狀態(tài)的傳感器輸出4、數(shù)據(jù)采集接口5。
生產(chǎn)工具十分復雜并且可能發(fā)生各種不同的差錯，某些差錯是正在進行的工具加工所特定的，這就影響了設備的生產(chǎn)率和產(chǎn)量(在等離子體反應室的情況下，任何給定時間正在進行的加工在本領域被稱為“配方”)。例如一種可能出現(xiàn)的差錯，考慮熱化學蒸汽沉積(CVD)工具，它是用來在制造設備中沉積半導體或絕緣體材料層。加工質(zhì)量由輸出決定，通過某些度量來測量，如膜的均勻性、壓力等等。輸出的質(zhì)量又依賴于加工的輸入，例如在熱化學蒸汽沉積(CVD)工具的情況下的氣流速度、反應堆壓力和溫度等。如果任何一個加工參數(shù)產(chǎn)生偏差，則可能會對加工輸出的質(zhì)量產(chǎn)生負面的影響。
另一種差錯涉及加工自身中的偏移。有很多的例子，包括對反應室內(nèi)真空的危害，反應堆壁條件或反應室硬件的改變，電弧，或者甚至是輸入的晶片的問題。這也會影響輸出的質(zhì)量進而影響工具的產(chǎn)量。
所有這些差錯中的一個普遍特性在于，工具上的傳感器概括地指示系統(tǒng)狀態(tài)的變化，盡管這確實依賴于工具傳感器的靈敏度。等離子體生產(chǎn)室一般都裝備有如氣流計、壓力計的工具狀態(tài)傳感器，和加工狀態(tài)傳感器，例如光輻射探測器和阻抗監(jiān)視器。如果加工的輸入改變了，那么通常某些工具傳感器將記錄該變化。如果加工反應堆的條件變化了，同樣設備傳感器將記錄一次變化。
半導體制造設備工具上的加工控制和差錯檢測的最通用方法為統(tǒng)計加工控制法(SPC)，由此如果不是加工輸入的所有，那么也有很多被記錄下來，針對不受控制的事件，監(jiān)視控制圖表。圖2示出了基于來自半導體制造工具的傳感器數(shù)據(jù)的一個典型的SPC圖表?？刂品秶趶臄?shù)據(jù)均值的統(tǒng)計上不可能的偏移。在圖2中，它們被顯示為一個控制上限(UCL)和一個控制下限(LCL)。一般情況下，這些限制被設置為使用正態(tài)分布模型的數(shù)據(jù)集的均值的標準差(σ)的3到4倍。該控制技術有一定的局限性。
第一個問題是監(jiān)控所有的SPC圖表是不可擴展的，因為每個工具有幾十個傳感器，而在加工中有幾百個工具。第二個問題是各個傳感器的輸出可能漂移出控制范圍，而對加工的輸出沒有明顯影響，和/或加工的輸入可以保持在控制范圍內(nèi)，但加工的輸出由于加工條件的改變可以漂移出控制范圍。這是因為加工工具一般非常復雜，并且它們的輸出依賴于他們的聯(lián)合輸入以及設備自身的條件。由于這個原因，半導體加工通常采用測試晶片的常規(guī)生產(chǎn)質(zhì)量的采樣，因為這至少可以預測產(chǎn)量。例如，頻繁運行測試晶片，以檢查加工質(zhì)量，如CVD加工中的膜層壓力，或腐蝕加工中的臨界尺寸(CD)。由此可知這是一個十分昂貴的加工控制方法，因為運行測試晶片和暫停實際生產(chǎn)來測試加工質(zhì)量對工廠的產(chǎn)量和生產(chǎn)率會產(chǎn)生負面影響。第三個問題涉及在設備傳感器上設置SPC范圍的難度。SPC方法是統(tǒng)計的，并且假設正態(tài)分布的數(shù)據(jù)。情況通常不是這樣。工具和傳感器的漂移，以及正常的工具干預如預防性維護(PM)性為，將導致非正態(tài)分布數(shù)據(jù)集。
圖3示出了在大約1100個晶片的周期內(nèi)，來自氧化物腐蝕等離子加工工具的傳感器的輸出參數(shù)1和2的兩個數(shù)據(jù)流，在此時間內(nèi)在晶片號碼1018處，檢測出一個壓力差錯。它由一個有差錯的壓力控制器引起。在差錯之前的間隔內(nèi)，執(zhí)行等離子體反應室的兩個預防性維護(PM)的濕清潔。這些PM事件和反應室的周期性的效果在原始數(shù)據(jù)中是清晰可見的。也可以看出，這些數(shù)據(jù)是非常不正態(tài)的，帶有自相關性和間斷性。SPC法因此不能有效地處理該數(shù)據(jù)，并且重要事件可能在該數(shù)據(jù)中丟失。當然在圖3的實例中，在晶片1018處出現(xiàn)的差錯不可能使用SPC法挑選出這些數(shù)據(jù)。
多元統(tǒng)計技術已經(jīng)用來試圖彌補上述前兩個問題(例如美國專利No.5479340)。多元技術不僅考慮控制參數(shù)的各個方差，也考慮到它們的協(xié)方差。因為多元統(tǒng)計法可以用來壓縮數(shù)據(jù)，從而減少控制表格的數(shù)量而帶來了更加有擴展性的解決方案，這就處理了SPC技術的一些不足之處。例如，可以用單統(tǒng)計量來代替多個傳感器數(shù)據(jù)流，如Hotelling T2，它捕獲了各個傳感器的方差和傳感器間的協(xié)方差。利用這些技術大大減少了控制圖表的數(shù)量，并且用單統(tǒng)計量更可以代表整個系統(tǒng)的健康。
然而，由于多元法是基于統(tǒng)計學的，第三個問題并沒有被處理。這在圖4中進行了說明，它演示了一個基于包括圖3中所示數(shù)據(jù)流(以及用于更多傳感器的輸出參數(shù)的數(shù)據(jù)流)的傳感器數(shù)據(jù)的Hotelling T2的統(tǒng)計量。如上所述，在該數(shù)據(jù)集中只有一個差錯事件，出現(xiàn)在晶片1018處。其它所有數(shù)據(jù)，包括漂移和PM的間斷性都是正常的。然而，該單多元統(tǒng)計量以大于99％的置信度報告出幾個統(tǒng)計偏移，因為它們偏離了統(tǒng)計的正常行為，但錯過了真正的差錯條件。多元統(tǒng)計法有一個額外的缺點。偏移幅度很難解釋，同樣因為它也基于統(tǒng)計學。在統(tǒng)計學上的一個巨大偏差也許并不嚴格對應某一重要加工質(zhì)量問題，但是一個小偏差可能偶爾指示一個主要的加工偏移。
當在多工具半導體制造點使用統(tǒng)計學方法時，會引起進一步的問題。在實際中，等離子體加工室并不理想匹配。一個反應室的傳感器響應并不同于，并且可以非常不同于，同一類型(即建造于同一個標稱規(guī)格)的另一個反應室的傳感器響應，甚至在運行完全相同的配方時。因此統(tǒng)計學差錯檢測模型不能被從一個反應室轉(zhuǎn)移到另一個，傳感器響應中細小差別可能觸發(fā)一個差錯警報。統(tǒng)計模型需要在不同反應室間分析。這是該方法中的進一步的限制。
如上所述，半導體業(yè)中的加工控制和設備制造的統(tǒng)計監(jiān)測一樣，使用常規(guī)加工質(zhì)量取樣。當然，由于產(chǎn)量直接取決于加工質(zhì)量，最終這是最健壯的方法。然而，在每個加工步驟中測量每個晶片的加工質(zhì)量，特別是從晶片中取度量值，在降低工廠生產(chǎn)量和測量設備的成本方面是禁止的。美國專利No.5,926,690描述了一種基于測量CD(臨界尺寸)以及通過根據(jù)測量值改變腐蝕時間而控制加工的腐蝕工具的加工控制的方法。單個加工質(zhì)量的輸出和CD是由選擇性地改變單個加工的輸入，光致抗蝕劑的腐蝕時間來控制的。如果涂層測量工具集成有腐蝕工具，那么CD可是在每個晶片被運行之前和之后被測量，隨時進行調(diào)節(jié)。該加工控制法依賴于CD的精確測量以及判斷在所有晶片上或適當?shù)慕y(tǒng)計樣本上的一個變化是否重要。然而，在此情況下對CD的精確確定的依賴，或者在一般情況下對加工質(zhì)量的度量的依賴，使該技術運行起來十分昂貴。不需要具有加工質(zhì)量的度量的精確測量的一個可選方法將非常具有優(yōu)勢。
在美國專利No.6,174,450中描述了加工控制的另一個概念。在這種情況下，單個加工參數(shù)，也即直流偏置，通過RF功率的變化來控制。這個概念是，通過固定一個特定加工的輸入，可以更好地控制特定加工的輸出。該方法的一個問題是，加工輸出依賴于多個輸入，并且除非所有的輸入都被控制，否則就不能推斷加工輸出。
一個獨立但又關聯(lián)的問題是工具匹配。一般情況下，制造廠被裝配成生產(chǎn)線，每條生產(chǎn)線用于一個特定的加工步驟。例如，加工包括一條平版印刷線、腐蝕線、沉淀線等等。晶片通過每條生產(chǎn)線按照構(gòu)建設備的過程進行加工。每個獨立的生產(chǎn)線由一套相似的設備集構(gòu)成，每個都至少有一個等離子體反應室。一個典型的加工(Fab)可以包括幾十個相似的反應室類型，用于一組加工步驟。這些加工步驟的每一個都被分配獨立的配方，當加工特定設備時，多個反應室將被用于在制造廠中所加工的所有晶片上運行給定的配方。理想地，在設備質(zhì)量方面，在任何給定加工反應室上運行的配方，與所有其它類似的反應室上一樣，將生產(chǎn)出相同的輸出。例如，運行一條特定的腐蝕配方，理想情況下，所有反應室以同一速率腐蝕晶片，具有相同的交叉晶片均勻性等等。然而，如所討論，表面上相似的反應室間的差異可能并且肯定會出現(xiàn)，導致一個不匹配的輸出集。這個不匹配最終會影響工廠的生產(chǎn)率和產(chǎn)量。
反應室與反應室間的不匹配問題目前可以通過多個方法來解決。首先，進行每次嘗試以設計具有寬操作窗口的加工過程，以使得反應室與反應室間的小差異對加工輸出的影響可以忽略不計。第二，通過根據(jù)最終標準的設備分類，反應室輸出的大量差異成為可容忍的。例如，在微處理器制造的情況下加速裝箱速度。第三，進行每次嘗試以使所有的反應室都相同。這涉及到反復試驗部件的交換，以及廣泛的校正檢查，這一般是一個十分費力的方法。
在半導體加工(fab)開始加工晶體管的柵極長度以及線寬度小于100nm的設備時，加工窗口變得越來越緊密，惡化了反應室之間的輸出差異的影響。設備標準分類是昂貴的，同時下面的平均設備具有較低的市場價值。最終，通過試驗部件的交換以及校正檢查使所有的反應室都相同的努力是一個減小的利益等式，因為在很多情況下，大量的時間和精力可能被消耗在這個問題上。
測量反應室的輸出當然是確定輸出差異的方法。當然，一般在加工中使用常規(guī)的加工質(zhì)量檢查來做這些。這些質(zhì)量檢查通常是現(xiàn)場(Ex-situ)的，并且在加工一組晶片與知道輸出差異是否會影響產(chǎn)量之間必然存在一些時延?，F(xiàn)場監(jiān)視是一種越來越昂貴的方法，在輸出質(zhì)量的現(xiàn)場確定之前確定反應室間的差異將更加有優(yōu)勢。
如前所述，一個反應室上的傳感器響應可能與同一類型的運行相同配方的另一個反應室上的傳感器響應有很大差異。這些差異反應為下面的一些或全部(a)反應室間的“真正”差異，將在這些反應室的輸出中得到證明；(b)基于反應室的條件的良性的反應室間差異，構(gòu)造公差、室使用周期等等；(c)由不同校準余量引起的每個工具上的傳感器集的輸出中的細小差異。
使用原始傳感器數(shù)據(jù)來判斷上面的(a)的問題是這些數(shù)據(jù)被(b)和(c)所混淆。
實時隔離反應室間的差異為加工操作員提供了關于來自給定加工生產(chǎn)線的加工質(zhì)量的輸出的確定信息。隔離匹配很差的反應室后，下一步是使這個反應室返回到與生產(chǎn)線上的設備匹配的狀態(tài)。如上所述，這個方法經(jīng)常就是反復試驗，包括部件交換和校準，直到反應室輸出匹配。反應室差異的根本原因的實時分級更加有優(yōu)勢。
美國專利No.6,586,265中認識到了反應室的不匹配問題，并披露了一種基于通過一組加工線來選擇最優(yōu)加工路徑的用于優(yōu)化加工流程的方法。這個方法不費力地解決了反應室的不匹配，而且盡可能少地使用匹配很差的反應室。
在歐洲高級加工控制討論會的2003年3月的會議論文集上，披露了一種在工具制造和測試中隔離反應室差異的方法。該方法收集與給定工具上的各個加工室相關的所有傳感器的數(shù)據(jù)，構(gòu)建傳感器數(shù)據(jù)集的一個主分量模型(PCA)。PCA從一組不相關的主分量的相關多元數(shù)據(jù)集(傳感器)中有效地獲取所有加工的方差，每個都是原始集的線形組合。第一主分量盡可能地代表原始數(shù)據(jù)的偏差，第二主分量盡可能代表剩余的偏差，并且不與第一主分量等相關。一般可以發(fā)現(xiàn)，特別是當傳感器數(shù)據(jù)集是相關的就像在加工工具上時，偏差的大部分被少數(shù)第一個主分量獲取。因此，在PCA空間中繪制傳感器數(shù)據(jù)使得用戶可以很容易地觀察傳感器偏差，并獲取反應室之間的差異。然而，在PCA中觀察到的偏差保留著實時(輸出影響)反應室差異、良性反應室差異和傳感器設備差異的混合體。而且，沒有為差異的根本原因提供分類。
因此本發(fā)明的一個目的是提供一個制造設備中的改進的差錯檢測方法，更具體地，但并不限于使用等離子體反應室的半導體制造設備，它可以用于避免或減少上述加工控制和反應室匹配的問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供了一種制造設備中的差錯檢查的方法，其中所述設備具有傳感器，傳感器具有指示設備的當前狀態(tài)的輸出，該方法包括下列步驟(a)建立傳感器數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)表示在差錯條件(“差錯指紋”)下設備狀態(tài)；(b)將這些數(shù)據(jù)存儲在一個差錯指紋庫中；(c)使用傳感器確定設備的當前狀態(tài)；(d)基于當前傳感器數(shù)據(jù)與差錯指紋庫中的差錯指紋之間的比較，檢查差錯。


下面將參考附圖，通過實例描述本發(fā)明的實施例，其中圖1描述了一個典型的半導體制造工具，具有輸入設置和指示設備狀態(tài)的傳感器輸出。
圖2示出了一個基于傳感器輸出中的一個的統(tǒng)計加工控制圖表；圖3示出了在一段時期內(nèi)未被處理的傳感器數(shù)據(jù)，包括預防性維護事件和一個實際的差錯；圖4示出了一個基于工具傳感器輸出的一個選擇的多元Hotelling T2加工控制圖表；圖5示出了作為某些典型加工輸入的函數(shù)的傳感器輸出響應；圖6示出了一個具有加工輸入的傳感器輸出的相關性的實例；圖7示出了一個由15個傳感器參數(shù)構(gòu)成的典型差錯指紋；圖8示出了一個具有加工輸出對加工輸入的的相關性的實例；圖9是本發(fā)明的第一個實施例的流程圖；圖10示出了來自3個不同加工反應室的傳感器數(shù)據(jù)；圖11是本發(fā)明的第二實施例的流程圖；圖12示出了應用于3個測試反應室的第二個實施例的方法的結(jié)果；圖13是一個示出了生成圖12中所示結(jié)果的誘導變化的表格。
具體實施例方式
在本發(fā)明的第一實施例中，用于半導體制造設備的加工控制方法包含，首先為每個在其上使用本方法的工具確定一個工具特征概圖。在該實施例中，工具的特征概圖是由多個工具傳感器數(shù)據(jù)構(gòu)建。這些傳感器數(shù)據(jù)可以是來自單個傳感器的多維數(shù)據(jù)或是來自一組傳感器的數(shù)據(jù)，但在任何情況下這些數(shù)據(jù)必須是對工具狀態(tài)和加工狀態(tài)的改變敏感的。重要的標準是傳感器數(shù)據(jù)具有足夠的維數(shù)以允許為多個不同差錯條件定義各自的多個不同的指紋。如文中所使用的，“指紋”是定義了設備的特定狀態(tài)的一組傳感器數(shù)據(jù)，這樣，一個差錯指紋意味著定義了差錯條件下的設備狀態(tài)的一組傳感器數(shù)據(jù)。
圖5示出了用于運行特定腐蝕配方的等離子體反應室的典型工具特征概圖的一部分。15個傳感器輸出響應A1-A15顯示了每兩個工具輸入上的變化。在此情況下，傳感器輸出是通過等離子體的RF激勵而產(chǎn)生的5個RF諧波的電壓值、電流值和相位值，工具的輸入是RF功率和加工壓力?？梢钥吹?，每個傳感器的輸出值按照加工輸入的變化而變化。例如，輸出值A8隨輸送的RF功率的增加而減少，但隨壓力的增加而增加。這樣，特別是當考慮到所有的傳感器輸出時，加工壓力的變化將不同于和區(qū)別于輸送的RF功率的變化。如果在設計好的實驗中多個設備輸入被改變，那么就可以建立一個由一組加工輸入的傳感器響應構(gòu)成的完全工具特征概圖。實際上，圖5中顯示的變化是相對于已經(jīng)運行了幾次的傳感器的平均值的變化，因為即使對于單個反應室，對相同的配方傳感器值可以有輕微變化，盡管遠遠不及反應室之間的偏差。
本發(fā)明依靠傳感器輸出的可靠性來預測處理輸入值，獨立于輸入值的標稱設置。圖6示出了這種情況的RF功率下，一段典型加工輸入值對從工具傳感器的輸出預計的輸入值(如圖5的等離子體腐蝕器的RF傳感器的響應曲線)的曲線圖?？梢钥闯觯诖饲闆r下，實際輸入和基于傳感器輸出數(shù)據(jù)的該輸入的預測值之間存在著典型的良好相關性。這樣，工具傳感器可以用來精確地預測至少一個設備輸出。因此，例如在某個差錯條件下，即使操作員將RF功率設置為標稱值，與控制RF功率的輸送的設備相比，傳感器數(shù)據(jù)仍可以提供輸送的RF功率的更可靠的測量。
如在美國專利No.6,441,620中所述，工具的特征概圖可以用來在特定輸入中加入簽名。此后，如果傳感器輸出發(fā)生變化，并且這些變化與來自一組已學習到的響應曲線的期望變化相匹配，那么就可以立即對差錯的根本原因進行分類。然而，美國專利No.6,441,620只是在差錯被(例如通過在加工后測試產(chǎn)品)檢測出來后診斷差錯方面有用；它不能在差錯發(fā)生時或很可能發(fā)生時檢測差錯。
如下面將要解釋的，在本方法中，在遇到差錯之前對差錯指紋進行分類，這個過程保證了該方法在檢測這些差錯方面十分健壯。
一旦建立了工具的特征概圖，就可以通過或者模擬差錯，例如通過強行改變設備輸入并測量傳感器的輸出變化，通過在新差錯出現(xiàn)時認識差錯指紋；或者通過從其它工具導入差錯指紋數(shù)據(jù)，來生成已知差錯指紋的庫。最后的選項是非常有優(yōu)勢的方法，因為它避免了在制造廠內(nèi)為每個工具獲知模型所花費的時間。在當前上下文中，一個工具差錯是工具狀態(tài)中的偏差，它實際上會對由該工具所制造的產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生不能接受的有害的影響，或者如果不注意，很可能產(chǎn)生更嚴重的影響。
在此實施例中，差錯指紋被存儲為對于標稱的加工輸入值，與它們的工具特征概圖的傳感器輸出值的差異。與來自于不存在差錯的相同傳感器的數(shù)據(jù)相比較，圖7是傳感器數(shù)據(jù)中表示差錯指紋的典型變化的可視表示。例如，一個差錯，如漂移過其標定值的RF功率，可以表示成一個包括負值A8和正值A9等的差錯指紋。這些差異被用矢量表示，因為每個都有大小(圖7中的箭頭長度)和方向(正或負)。
對于每個工具來講，工具特征概圖都是必需的，如上所述，傳感器輸出的絕對值通常彼此間都是不同的，盡管這些工具是同類型的，并運行相同的配方。然而，優(yōu)選實施例基于以下事實，至少當運行相同的標稱配方時，傳感器輸出的變化率(圖5中的斜率)從相同類型的一個工具到另一個都充分相同。這就意味著差錯指紋在相同類型并運行相同標稱配方的工具間要充分相同，并且使得差錯指紋可以在工具間有效的移植。同時也意味著，傳感器輸出的變化，即圖5中的斜率，只需在給定類型的運行給定配方的一個良好工具上被確認。確認這些斜率后，相同類型的運行相同的配方的其它工具的工具特征概圖，可能只包括對標稱加工輸入值的傳感器的輸出值。
最終，差錯條件被通過如下兩者間的比較而確定，一個是按照測量到的傳感器輸出值與由圖5中的工具特征概圖所指示的標稱值之間的偏差的當前工具狀態(tài)，另一個是圖7中任何已知差錯狀態(tài)的指紋。表示存儲在差錯庫中的差錯的每個矢量集，與相應的當前工具狀態(tài)的矢量集相關，如果當前工具狀態(tài)與表示存儲在庫中的一個差錯的矢量集所定義的工具狀態(tài)之間存在重要匹配時，則檢測出一個差錯。如果偏差與差錯庫中的一個指紋匹配，那么它將被標記出來。
從圖3中可以看出，各次運行之間各個傳感器輸出中的偏差可能相對很大；然而，在該方法中除非每個獨立傳感器上的偏差與一個已知的偏差模式(也即一個差錯指紋)緊密匹配，則它被忽略。如果傳感器數(shù)據(jù)有很多維，那么誤匹配的可能性可以忽略不計。這樣，本方法中加工控制，通過比較當前條件與差錯條件，而不是正常條件，而進行，這使得該技術非常健壯。
從上面還可以看出，為了檢測一個差錯，工具特征概圖只需包含針對標稱加工輸入值的傳感器輸出值。然而，如后面將解釋的那樣，需要確定差錯對加工輸出的影響，以便了解傳感器輸出相對于加工輸入的變化率。
本實施例可以用于認知任何新出現(xiàn)的指紋，并把它們加入到差錯庫中。當一個新差錯出現(xiàn)時，多個工具傳感器將報告狀態(tài)變化。在第一次發(fā)生時，在差錯庫中沒有與之匹配的指紋，該差錯不能被分類。當新差錯被獨自地例如通過計量學證實時，新差錯的指紋被加入。之后，如果這個差錯出現(xiàn)，它立即被分類。因此該方法允許不斷地認知和擴充差錯庫。
如上所述，為了加速認知，表示典型差錯條件的這些變化可以被歸納。例如硬件和過程的完整性可以被有意地折衷，以便記錄和包括這些特征。例子可以是歸納的空氣泄漏、硬件部件的遺漏或不合適、晶片放置錯誤等等。
在該實施例中，標記出反應室的差錯條件后，下一個步驟是判斷這個差錯對加工輸出是否會有影響。
可以看出，圖5的響應曲線建立了傳感器輸出變化的大小與加工輸入變化的大小之間的關系。
圖8示出了加工輸出對加工輸入的相關性的一組曲線。典型情況下，對于給定制造工具這些相關性是已知的。水平虛線對對應于一個“窗口”，各個度量必須位于此窗口內(nèi)，以便使產(chǎn)品符合它的目標標準。在這種情況下，在腐蝕加工中，目標標準要求后腐蝕CD(臨界尺寸)在101nm-103nm之間。因此如果上述方法顯示出一個差錯已經(jīng)發(fā)生，并且例如，該差錯是從設置點130sccm偏差了15sccm的HBr流，那么對CD的影響是產(chǎn)生寬于目標標準可容忍的限度的CD。因此，此差錯被標記并停止加工?，F(xiàn)在，操作人員知道了差錯的位置，她/他就可以馬上進行差錯修復。
這樣，不但可以預測出特定差錯已經(jīng)發(fā)生，并且因為差錯的尺寸，即由加工輸入中的偏差引起的加工輸出中的變化，可以被確定出來，然后這可以被用來估計對加工輸出的質(zhì)量的影響。
現(xiàn)在參考圖9，它更詳細地示出了第一實施例，工具特征概圖數(shù)據(jù)被存儲為將工具狀態(tài)(如RF功率，氣流)同傳感器輸出(如電壓、電流、相位)相關聯(lián)的圖5中所示的多個響應曲線，步驟20。通過對加工輸入的強制改變，通過在差錯發(fā)生時將額外的差錯指紋數(shù)據(jù)加入到庫中，或者如上所述通過從其它工具導入差錯指紋數(shù)據(jù)，差錯條件數(shù)據(jù)被捕獲并被加入到差錯庫，步驟22。該最后選項使得差錯庫可以被快速增加。例如圖7中的每個指紋可以標記為特定大小的加工變化。
在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品晶片由多個傳感器輸出監(jiān)控，并且不斷地同差錯庫的指紋進行比較，步驟24。傳感器輸出偏離該工具的期望標稱值的大小和方向被與對應的每個指紋值進行比較。盡管在本實施例中有很多可能的方法，但該比較基于數(shù)學相關。然而也可以使用歐幾里德距離。這樣，當一個相關值超過給定閥值或者歐幾里德距離小于給定閥值，則標記一個差錯條件，步驟26。通過將由圖5中的工具特征概圖確定出的差錯的大小與如圖8所示的加工附屬數(shù)據(jù)進行比較，確定差錯的影響，步驟28。如果差錯被判斷出對操作輸出有負面的或不可接受的影響，步驟30，則工具將被停止，并修改識別出的問題，步驟32。
顯而易見，本領域中的技術人員可以將上述加工實現(xiàn)為具有相關傳感器數(shù)值的計算機程序，其中的傳感器值在模數(shù)變換后作為輸入。
應該認識到，設計本方法用以檢測的加工輸入?yún)?shù)的變化，并不是那些響應于相關外部輸入設置的變化而發(fā)生的變化。更確切地說是，它是盡管這些輸入設置保持正常不變，通過等離子體加工中的一些差錯而發(fā)生的變化。例如，密集氣流速率傳感器可能產(chǎn)生一個差錯，使得實際進入反應室的氣流速率不同于傳感器指示的值；或者匹配單元可能會吸收功率，使得輸送的RF功率小于與RF源相關的功率儀表的指示值。
上述方法也可以用于確定不會必然引起產(chǎn)品差錯，但的確對可能成為產(chǎn)品差錯的加工輸出有影響的加工條件的變化。例如，參考圖8，如果已知加工輸入的變化，則在希望的輸出范圍內(nèi)預知加工輸出變化是可能實現(xiàn)的。例如，這里描述的方法可以用來確定一個差錯，例如加工功率的變化?？梢耘袛啵兓瘺]有把CD推出希望的標準，但它可能導致更寬的CD。盡管最終產(chǎn)品沒有遭受災難性的影響，它可以預示一個趨向，使操作人員可以在差錯發(fā)生前預測對加工輸出造成負面的或不可接受的影響的此差錯。
因為差錯的大小已知，該方法還可用于閉合環(huán)路加工控制。例如，在圖3中的情況下，在晶片1018處，用本方法可以檢測出壓力設置點的差錯。操作人員或者可以停止加工并修改問題，或者基于預測的變化選擇改變壓力，而忽略有缺陷的壓力計。此外，在這個例子中，由于壓力變化可以用來預測加工輸出變化，那么操作人員可以基于對加工輸出的預測改變壓力。
在上述實施例中，檢查差錯只是基于識別已存儲的差錯狀態(tài)的指紋。也即，通過將當前制造設備的狀態(tài)與非預期庫中的狀態(tài)進行比較進行差錯檢測。只有在當前的工具條件被識別為差錯條件時，它才被標記。因此，本質(zhì)上說沒有假陽性，差錯檢查和差錯識別是同義的。此外，確定出當前狀態(tài)與一個差錯狀態(tài)相匹配時，差錯的大小被確定，并與用于特定加工的工具的差錯限度進行比較。因此，如果差錯條件對加工輸出沒有不利影響，就可以忽略它。
本實施例相比現(xiàn)有技術有以下優(yōu)點(a)差錯通過模擬識別方法進行檢測，所以統(tǒng)計上的異常不會觸發(fā)錯誤的警報，
(b)加工環(huán)境中的用戶進行的正常干預，如預防性維護，不會危害指紋識別的健壯性，(c)差錯的大小很容易被解釋，并且可以以重要等級向用戶報告，(d)不必依賴于對加工質(zhì)量的精確的持續(xù)的現(xiàn)場測量，例如，通過測量產(chǎn)品的特征如CD。該方法基于對任何會影響加工質(zhì)量的差錯的確定，預測加工質(zhì)量。
(e)指紋庫是可移植的，因此工具集之間的擴展是可能的。
在本發(fā)明的第二實施例中，上述技術被應用于等離子體反應室的匹配。應該認識到，在第一實施例中，當相關反應室處在一種已知的良好狀態(tài)時，要生成每個工具的特征概圖(即使對于同種類型的運行相同配方的反應室，回想前面反應室之間存在差異)。第二實施例是把任何給定的測試反應室與一個已知良好的(參考)同等類型的、運行相同配方的反應室進行比較，已確定測試的反應室也是良好的，也即與參考反應室匹配。
如在介紹中所述，來自測試的和參考的反應室的原始傳感器數(shù)據(jù)不能用來比較反應室，因為來自反應室之間的傳感器輸出的變化可能很大，以至于“真正的”(即有意義的)反應室差異被良性的反應室差異和傳感器間的差異屏蔽掉。
例如，圖10示出了來自3個等離子體反應室的傳感器數(shù)據(jù)。這三個反應室外表上匹配，每個都具有相同的規(guī)格并且運行相同配方。所有輸入控制都調(diào)至標準狀態(tài)。然而在此情況下，發(fā)現(xiàn)反應室2的輸出是不同的。特別是，室2的腐蝕速率比室1和室3的低，并且低于可接受的加工質(zhì)量標準。傳感器數(shù)據(jù)A1-A10是來自單個傳感器的多維數(shù)據(jù)，可以表示任何反應室的傳感器數(shù)據(jù)集。圖10A示出了來自每個反應室的傳感器數(shù)據(jù)，每個反應室上使用不同的傳感器。在此情況下，好反應室和壞反應室之間沒有明顯的差異，因為“真正的”差異被傳感器差異和良性反應室差異搞混了。圖10B示出了來自這3個相同的反應室的數(shù)據(jù)，現(xiàn)在在這3個反應室上使用相同的傳感器。同樣，壞反應室也不是特別突出，“真正的”差異被良性差異搞混了。
來自圖3的困難同樣明顯，已經(jīng)說過，它示出了傳感器數(shù)據(jù)隨時間的走勢以及在PM事件時經(jīng)歷了巨大變化。在此周期內(nèi)不同點處的反應室，將輸出非常不同的傳感器數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被分類成為良性反應室間的差異，因為它們沒有影響反應室的輸出，是正常反應室操作的一部分。因此，原始傳感器數(shù)據(jù)并不能很容易地返回關于真正的反應室差異的信息，盡管它包含了這些信息。
因此，在第二實施例中，圖11，運行特定配方的參考反應室的工具特征概圖，被首先通過與先前描述第一實施例時相同的方式確定，步驟40。下一步，步驟42，在測試反應室上運行同一條標準配方，然后步驟44，傳感器輸出的大小和方向與測試反應室的當前狀態(tài)標稱值之間的偏離，被與差錯指紋庫中的對應的差錯指紋值進行比較。然而，與第一個具體實施例關鍵的不同之處是用來確定當前狀態(tài)矢量的標稱傳感器值是參考反應室的工具特征概圖的，而不是測試反應室的工具特征概圖的。也即，每個當前狀態(tài)矢量是測試反應室的傳感器中的一個的當前值與參考反應室的測試特征概圖中的相應傳感器的標稱值之間的差異。我們發(fā)現(xiàn)，這極大地消除了良性反應室及傳感器間差異對反應室間的比較的影響。該比較可以通過數(shù)學相關或歐幾里德距離來進行，如前所述。
如果在步驟46中沒有發(fā)現(xiàn)指紋匹配，則測試反應室就被認為同參考反應室匹配。然而，如果發(fā)現(xiàn)一個指紋匹配，則認為測試反應室是有缺陷的。差錯的原因在步驟48中被識別出來，同時該測試反應室被修理以糾正該差錯。因為不同的差錯指紋與不同反應室和/或加工參數(shù)的偏差的方差相關，因此差錯的原因可以根據(jù)匹配的特定指紋識別。
圖12示出了從3個測試反應室處理的傳感器數(shù)據(jù)。點1-28是在反應室1內(nèi)運行的晶片，點29-56是在反應室2內(nèi)運行的晶片，點57-84是在反應室3內(nèi)運行的晶片。在每28個點的集合上，變化被強制經(jīng)過這3個反應室，如圖13中表格所示。在圖12A中，當前工具狀態(tài)和一個已知的功率變化的差錯指紋之間的相關性被測試。在此情況下，y軸表示一個預計的功率變化大小。很明顯，在每個反應室內(nèi)的適當晶片上功率變化被恰當?shù)刈R別出來。在圖12B中，當前室狀態(tài)和一個加工溫度的差錯指紋之間的相關性被測試。通過歸納晶片襯底的溫度設置的變化，并獲悉指紋，加工溫度的差錯指紋是先前獲悉并加入到差錯指紋庫里的。注意每個反應室怎樣顯示與所有晶片匹配的加工溫度的差異的大小。這指示出反應室在溫度方面未很好匹配。這樣，根本的原因差異被識別出來，并且隨后被糾正。在圖12B中，還可以看出，當一個溫度變化時測試中的功率變化也被標記出來。這是所期望的，因為在這種工具類型上的等離子體功率的變化將改變晶片的溫度。
如在第一實施例的情況下，可以意識到，上面的加工可以由本領域的技術人員實現(xiàn)為一個計算機程序，該程序具有相關傳感器值，在模數(shù)轉(zhuǎn)換后，作為輸入。
本發(fā)明并不限于文中所述實施例，其可以在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下被修改和改變。
權利要求
1.一種制造設備中的差錯檢查的方法，其中所述設備具有傳感器，傳感器具有指示設備的當前狀態(tài)的輸出，該方法包括下列步驟(a)建立傳感器數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)表示在差錯條件(“差錯指紋”)下設備狀態(tài)；(b)將這些數(shù)據(jù)存儲在一個差錯指紋庫中；(c)使用傳感器確定設備的當前狀態(tài)；(d)基于當前傳感器數(shù)據(jù)與差錯指紋庫中的差錯指紋之間的比較，檢測差錯。
2.如權利要求1所述的方法，其中差錯指紋在具有相同標稱規(guī)范并運行相同標稱過程的不同制造設備間，實質(zhì)上是不變的。
3.如權利要求2所述的方法，其中在步驟(d)中，在表示傳感器數(shù)據(jù)與用于差錯指紋的標稱值間的偏差的矢量集，與相應的表示傳感器數(shù)據(jù)與用于當前狀態(tài)的標稱值之間的偏差的矢量集之間進行比較。
4.如權利要求3所述的方法，其中用于計算當前狀態(tài)矢量集的標稱值是從所述制造設備的傳感器來的傳感器數(shù)據(jù)的標稱值。
5.如權利要求3所述的方法，其中用于計算當前狀態(tài)矢量集的標稱值是從不同制造設備的傳感器來的傳感器數(shù)據(jù)的標稱值，與首次提及的設備相比所述不同制造設備具有相同的標稱規(guī)范，并運行相同的標稱處理。
6.如權利要求3所述的方法，其中比較是通過差錯指紋集與當前狀態(tài)矢量之間的相關來進行的。
7.如權利要求3所述的方法，其中通過計算差錯指紋集與當前狀態(tài)矢量間的歐幾里德距離來進行比較。
8.如權利要求1所述的方法，還包括預測差錯對特定加工輸出的影響。
9.如權利要求1所述的方法，還包括控制設備輸入來抵消差錯。
10.如權利要求1所述的方法，其中差錯指紋來自于包括一組設備輸入對傳感器響應的曲線的工具特征概圖。
11.如權利要求1所述的方法，其中制造設備包括等離子體反應室。
12.一種包括程序指令的計算機可讀介質(zhì)，當指令被數(shù)據(jù)處理設備執(zhí)行時，執(zhí)行權利要求1中所述的方法步驟。
全文摘要
一種半導體制造設備上的差錯識別方法，包括監(jiān)視工具傳感器的輸出，基于多個傳感器的輸出建立工具狀態(tài)的指紋，捕捉指示差錯條件的傳感器數(shù)據(jù)，建立差錯指紋庫，比較當前工具的指紋與差錯指紋，以識別一個差錯條件，并估計這樣的差錯條件對操作輸出的影響。差錯庫通過系統(tǒng)方法歸納的差錯或者通過在其發(fā)生后加入已知差錯的指紋來構(gòu)建。
文檔編號C23C16/458GK1791971SQ200480013436
公開日2006年6月21日 申請日期2004年5月3日 優(yōu)先權日2003年6月11日
發(fā)明者邁克爾·霍普金斯, 約翰·斯坎倫, 凱文·奧利里, 馬庫斯·卡伯里 申請人:科學系統(tǒng)研究有限公司