利用整合度量工具監測製程的穩定度的製作方法
2023-05-14 00:58:06 1
專利名稱：利用整合度量工具監測製程的穩定度的製作方法
技術領域：
本發明是有關於一種對半導體基底進行製程的系統，且特別是有關於一種監控腔室穩定度以及在反應中調整製程參數以最佳化對基底進行的製程。
背景技術：
目前，對超大規模集成電路的需求為達成高密度及高處理效能的目標，是增進電晶體及電路的速度及改善可靠度。也就是說要滿足此需求，此組件的特性必須是具有高精確度及均勻度，其可透過逐一監控的方式來完成，其包括在半導體晶圓被切割成個別的電路晶片之前進行的經常性且嚴格的檢查。
早期，對於腔室產生的錯誤(chamber fault)或是製程漂移(process drift)的檢測相當地重視，因為可以防止錯誤的製程，以減少晶片報廢、晶片重新製作及組件生產成本。而在基底上的主動組件或是被動組件的製作中，典型的基底上具有導體、半導體及介電材料以形成或內聯機位於基底上的各組件。一般來說，在基底上形成這些材料的方法包括化學氣相沉積法、物理氣相沉積法、離子植入法、氧化製程或氮化製程。另外，有些基底上的材料形成層狀結構，而若要形成如孔洞、信道、開口、介層洞或是溝渠等其它形狀，可以使用的方法包括進行一蝕刻製程。
隨著技術的發展，組件需更微小尺寸及狹小的間距以增進組件的操作效能且達到更高的組件密度。此外，蝕刻出深的特徵圖案其具有大的深寬比(aspect ratio)能夠提供更快速的電路或高信號處理效率。深寬比(aspectratio)指的是特徵圖案的深度及其開口尺寸的比例。此種具有此圖案特徵的實例，例如是動態隨機存取內存(DRAM)的溝渠式電容器製程中的矽深溝渠蝕刻。
在動態隨機存取內存(DRAM)矽深溝渠電容器的製造中，溝渠的開口小於0.14微米，而溝渠的深度卻可能大於7微米，這些深溝渠的深寬比會大於50。以公知的基底製程很難製造出具有大的深寬比的蝕刻特徵圖案，特別在當溝渠具有很小的開口尺寸時。具有大的深寬比的溝渠蝕刻製程對於製程腔室的操作條件及開口尺寸相當敏感。其中，腔室的操作條件對等離子體狀態及反應物的濃度有很大的影響。由於開口的尺寸很小，因此將使得反應物要穿過溝渠到達溝渠中較深的地方變得不容易。另一方面，反應後的產物要從溝渠的底部回到基底的表面，也將因為開口的尺寸太小而產生困難。
發明內容
因此，本發明提出一種通過監控制程腔室中製程的操作條件，以利於調整製程參數(recipe)，因而改善對基底進行的製程。
本發明是有關於一種使用整合度量工具(integrated metrology tool)量測基底上的材料層的性質以監測製程腔室的穩定度的方法以及設備。本發明計算出製程腔室對各晶圓進行製程的製程率，其包括蝕刻率以及沉積率，而計算出製程率的方法包括在製程之前以及之後量測基底上的薄膜厚度，以及記錄總製程時間，以檢測出任何製程漂移，進而避免對基底進行錯誤製程(mis-processing)。本發明也使用製程率趨勢以及移進來的基底的製程前厚度的量測，以實時調整製程參數以嚴密的控制製程。另外，本發明更利用時即製程資料縮短製程形成的循環時間。
本發明的一實施例是提供一種使用整合度量工具監測製程原位對基底進行的製程。此方法包括將一基底移入一製程腔室之前，先將基底放置於整合度量工具中。接著在基底進行製程之前，利用此整合度量工具收集製程前量測數據。然後將基底移進位程原位，並且於製程原位對基底進行製程，並記錄一總製程時間。在基底完成製程之後，將基底移至整合度量工具內。然後，在基底進行製程之後，利用此整合度量工具收集製程後量測數據。
本發明的另一實施例是提供一種調整在製程原位對基底進行製程的製程參數的方法。此方法包括將基底移入製程腔室之前，先將此基底放置於一整合度量工具中。接著在基底進行製程之前，利用此整合度量工具收集製程前量測數據。之後將基底移進位程原位，並且依據製程前量測數據以及一製程率趨勢實時調整製程原位對基底執行的製程參數。
在一實施例中，本發明的方法通過製程前厚度量測、製程後厚度量測以及總製程時間以計算出製程率，並且取得製程率趨勢，且將製程率趨勢與一控制規則系統作比較，倘若上述的數據激活了製程控制規則系統，則發出執行漂移的檢測信號。
本發明的一實施例還提供一種設備，以於在製程原位對基底進行的製程期間監測製程腔室以及實時調整製程參數。此設備包括一製程腔室；一量度工具，其用以量測薄膜厚度以及關鍵尺寸資料，且其與製程腔室耦接；一計算系統，其用以計算製程率並且儲存厚度以及關鍵尺寸以及製程率資料。
圖1繪示出本發明一實施例的一圖案化晶圓於高深寬比深溝渠矽蝕刻之前的剖面圖。
圖2A與圖2B是在一「正常」腔室條件下的矽深溝渠蝕刻的剖面示意圖。圖2A顯示反應物R的蝕刻行動以及副產物B的保護功能。圖2B顯示矽深溝渠蝕刻後的深溝渠輪廓。
圖3A與圖3B是在一「異常」腔室條件下的矽深溝渠蝕刻的剖面示意圖。圖3A顯示在溝渠中反應物R的受限蝕刻行動，過度蝕刻硼矽玻璃，以及用以保護頂硼矽玻璃的副產物B的受限效益。圖3B顯示矽深溝渠蝕刻後的深溝渠輪廓(止夾)。
圖4顯示一種矽蝕刻腔室的蝕刻率趨勢圖。
圖5是經由一個不以度量工具整合的蝕刻腔室處理過的晶圓的晶圓移動及度量資料收集的簡圖。
圖6是經由一個以度量工具整合的蝕刻腔室處理過的晶圓的晶圓移動及度量資料收集的簡圖。
圖7是一種整合蝕刻系統的關鍵組成的方塊圖。
圖8繪示本發明的整合式蝕刻系統的一個實施例。
圖9繪示本發明的一實施例的蝕刻設備的操作流程圖。
圖10為本發明一例的等離子體蝕刻腔室1000的簡化剖面圖。
圖11繪示本發明的一實施例的蝕刻設備的操作流程圖。
圖12繪示本發明的一實施例的蝕刻設備的操作流程圖。
組件符號說明100圖案化晶圓 102BSG104氮化矽層 106墊氧化層108圖案化堆棧層 110間隙200、250、300矽深溝渠 202、303、352硼矽玻璃204、254、304、354氮化層 206、256、306、356墊氧化層210、260、310、360溝渠212、312硼矽玻璃表面214、314溝渠中的矽表面400硼矽玻璃蝕刻率趨勢圖402晶圓順序 404硼矽玻璃蝕刻率500不以度量工具來整合的蝕刻腔室502、506、510、602匣 504度量工具
508、606蝕刻腔室 600以度量工具來整合的蝕刻腔室604、710非原位度量工具608整合系統610原位度量工具 700生產線720處理器 730監控器740存儲裝置 750製造實行系統760先前製程步驟 770蝕刻機臺800Applied Material公司的Transforma system801主框架 802蝕刻反應器803轉移腔室 804、807機械手臂805廠房接口(Factory Interface)806度量工具808晶圓匣 1000等離子體蝕刻腔室1012外殼 1014處理區1016基座 1018基底1020窗口 1022分光光譜儀1024摺疊鏡(Folding Mirror)1026透鏡具體實施方式
在製造半導體組件時需進行圖案化製程。而在製造動態隨機存取內存組件時，則必須在矽基底中蝕刻出深溝渠以形成深溝渠式容器。本發明提出一種製造組件的方法與設備，其特別是可用於進行深溝渠蝕刻製程。
具體地說，本發明使用一種與基底製程腔室(substrate processingchamber)例如是深溝渠蝕刻系統耦接的整合度量工具來測量基底上的材料層的厚度。所測得的數據可用於應用於或追蹤基底的製程腔室，以調整實際製程參數(process recipe)並檢測製程漂移的情況。實時的製程資料也有助於縮短製程形成的周期(process development cycle)。
為了方便起見，所述的本發明主要是以動態隨機存取內存的深矽溝渠的蝕刻來說明。然而，本發明亦可用於其它種類的半導體基底處理製程，其包括其它的蝕刻製程和沉積製程，但不限定於此。用於蝕刻本申請案深矽溝渠的高深寬比的溝渠蝕刻機臺(high aspect ratio trench，HART)的細部結構與蝕刻化學已公開於同一個申請人的美國專利第09/704887號及第09/705254號中，其發明名稱同為」基底中高深寬比圖案的蝕刻」，這兩件專利的申請日為2000年11月1日。。
圖1繪示出本發明一實施例的一圖案化晶圓100於高深寬比深溝渠矽蝕刻之前的剖面圖。圖案化的堆棧層108定義出一溝渠的位置，其包括7000埃至1微米之間的硼矽玻璃層(BSG)102、2000埃的氮化矽層104以及100埃的墊氧化層106，圖案化的堆棧層108位於一裸矽基底112的頂部。在圖1中，圖案化堆棧層108已經利用傳統圖案化製程而形成間隙110，且已經準備好進行矽深溝渠蝕刻。用於蝕刻矽以形成深溝渠的反應物通常牽涉到一種或多種氣體的組合，其包括SF6、HBr、NF3、O2(或He-O2)、Cl2、Br2、其它滷素為主的化合物、SiF4、C4F8、其它氟碳物(CxFy)以及氫氟碳物(HFC或CxHyFz)。矽深溝渠蝕刻製程對於製程腔室的改變相當的敏感，其例如是原位壓力、氣體流量、副產物再沉積於腔室側壁、腔室溫度以及基底溫度的改變。倘若牽涉到使用O2作為反應氣體，通常會產生保護副產物，其例如是SiO2或是SiOxBry，而且會有4～5％的O2流量(例如2/50sccm)的減少，而使製程進展到無法操作的情況。另外，矽深溝渠蝕刻製程對於次-0.14微米組件製程的開口尺寸也相當的敏感。倘若製程是設計成0.14微米的目標關鍵尺寸(CD)，送進來的基底的溝渠開口平均低於0.14微米(例如是平均是0.12微米)，此製程可能無法蝕刻溝渠到6～7微米的深度。詳細如何使用整合CD度量工具收集以及採用蝕刻前以及蝕刻後關鍵尺寸以及晶圓的組件特徵輪廓以運作蝕刻腔室已公開於美國專利6,486,492，其發明名稱是」半導體組件製造中對於集成電路尺寸的控制」，其於2002年11月26日公告；美國專利6,388,253，其發明名稱也是」半導體組件製造中對於集成電路尺寸的控制」，其於2002年5月14日公告；以及美國專利申請號10/428,145，其發明名稱是」在半導體組件製造期間控制蝕刻製程的方法與設備」，其於2003年5月1日提出申請。詳細如何使用原位(in-situ)CD度量工具收集CD數據已公開於美國申請號60/479,601，其發明名稱是」監測蝕刻製程的方法與系統」，其於2003年6月18日提出申請。
圖2A顯示當在一普通(或「佳」)的條件如正確的氣體流量控制以及基底溫度等下操作蝕刻腔室時，矽深溝渠蝕刻的表面反應，且溝渠開口210的關鍵尺寸將不會超過控制極限。反應物被散布於整個基底表面212以及溝渠210表面，以蝕刻硼矽玻璃(BSG)罩幕層204的表面212與溝渠中的矽表面214。從蝕刻製程中產生的副產物B例如二氧化矽(SiO2)則從溝渠210漏出而保護硼矽玻璃罩幕表面212並減緩硼矽玻璃罩幕蝕刻率。圖2B顯示蝕刻後(post-etch)矽溝渠輪廓250。蝕刻後硼矽玻璃厚度252比蝕刻前(pre-etch)厚度202薄，但是倘若計畫的為足量，則例如仍會留有1000～2000埃的厚度。
另一方面，當腔室條件異常時，如超出目標腔室壓力，或是當晶圓關鍵尺寸低於控制極限時，反應物R將不能到達溝渠310中的深度去作進一步地蝕刻製程(請見圖3A)。異常的腔室條件會導致副產物B在矽溝渠表面314發展，這將會妨礙反應物R蝕刻矽表面，進而造成溝渠顯示夾止形狀(pinch-off shape)。因為反應物R無法被散布於矽溝渠表面314來蝕刻矽，所以大量反應物R會蝕刻硼矽玻璃表面312並增加其蝕刻率。另外，因為少量的矽蝕刻會發生在溝渠310中，所以較少的副產物B會再度沉積在基底表面312(也就是硼矽玻璃表面)而減緩硼矽玻璃蝕刻率。最終的結果是在蝕刻之後只有很薄的硼矽玻璃352甚至是沒有硼矽玻璃剩下來(請見圖3B)。
通過蝕刻前硼矽玻璃的厚度減去蝕刻後硼矽玻璃的厚度，可計算出硼矽玻璃蝕刻率及偵測出蝕刻效能的狀況。硼矽玻璃蝕刻率的增加表示一種因腔室異常或比關鍵尺寸低的晶圓關鍵尺寸所導致的製程漂移(processdrift)。導因於比說明書所列的晶圓關鍵尺寸低的硼矽玻璃蝕刻率增加的原因將通過使用前述整合關鍵尺寸度量工具(integrated CD metrology tool)檢查蝕刻前晶圓關鍵尺寸測量而被排除。厚度量測、關鍵尺寸量測與組件圖案輪廓可在利用光散射量測法(optical scatterometry)或反射量測法(reflectometry)的相同的度量工具中進行。厚度量測與關鍵尺寸量測也可在分開但整合的度量工具中實施。本發明的概念也可延伸至其它膜層特性工具中，例如用於薄膜組成分析的傅立葉變換紅外線光譜儀(Fourier-Transform Infra-Red，FTIR)。
圖4顯示一種硼矽玻璃蝕刻率趨勢圖。X軸代表被偵測蝕刻率的晶圓順序402。晶圓在左邊被處理比晶圓右邊早。為了在一矽深溝渠蝕刻機臺中被處理的晶圓而利用一整合度量工具，理想地每個晶圓是被偵測其硼矽玻璃蝕刻率。不過，這是非必要的。偵測每一個其它晶圓或是每一個少數的晶圓也可被接受。Y軸則表示硼矽玻璃蝕刻率404，其通過蝕刻前硼矽玻璃厚度減去蝕刻後硼矽玻璃厚度然後除以蝕刻製程時間的最終值所計算出來的。在規格的關鍵尺寸中以及在「正常」腔室壓條件下被開始處理的晶圓的硼矽玻璃蝕刻率被預期落在上控制極限(upper control limit，UCL)與下控制極限(lower control limit，LCL)內。曲線400表示當晶圓A的硼矽玻璃蝕刻率在製程趨勢上稍微上升時，製程漂移開始於晶圓A。在晶圓A繼續上升後，硼矽玻璃蝕刻率傾向並在晶圓B超過上控制極限。在經晶圓A之後被處理的晶圓有成為夾止溝渠輪廓的風險並且也許需要被廢棄。在經晶圓B之後被處理的晶圓則很可能被廢棄。
傳統上，一個沉積或一個蝕刻腔室500不會以一度量工具來整合(請見圖5)。對於一個不以度量工具整合的蝕刻製程腔室而言，從度量工具504到蝕刻工具508傳送晶圓(晶圓匣506)的延遲時間將是長的。然後，晶圓匣510被傳送回到度量工具504。寶貴的時間被浪費在移動晶圓匣(或匣)以及浪費在隊伍中等待匣被移動的時候。通常從每一批502中只有一對晶圓被選擇來測量蝕刻後關鍵尺寸，以確認關鍵尺寸符合要求。圖案化堆棧厚度通常不會被偵測。這是因為關於導因於在一非整合度量工具中額外的晶圓移動與排隊去測量的時間之延遲。如果晶圓在一後續階段通過剖面SEM確定已經遭受深溝渠夾止問題以及確定原因是導因於腔室異常的話，在問題被鑑定出來以前處理的大批晶圓很有可能需要被廢棄。廢棄晶圓的成本將會很高。雖然一批被處理過的被選晶圓被測量蝕刻後硼矽玻璃厚度來檢查腔室的穩定度，但是因為度量工具沒有被整合，使得獲得測量結果前有數批會被處理。如此一來，未立即鑑定製程漂移的風險仍然存在。
另一方面，當蝕刻機臺606與一非原位(ex-situ)度量工具604或是以一原位(in-situ)度量工具610整合在一起以形成一整合系統608時，如圖6所示，將沒有時間被浪費在匣的物理移動以及等待排隊上。整合系統608允許對通過蝕刻腔室的每一晶圓在其處理前後測量硼矽玻璃厚度而不會有額外晶圓產量成本。6～7μm的矽的深溝渠蝕刻可在每一晶圓5～10分鐘之間的情形下處理，而使用光散射量測法為基礎的度量工具的9點(9-point)厚度量測則少於2分鐘。厚度量測時間可通過降低測量部位(點)數目而進一步被減少。由度量工具所收集到的資料可立即提供到一個連接於蝕刻腔室的數據處理器。因此，在晶圓處理產量上將不會有影響。
本發明的一具體實施例於一生產線700中利用一非原位度量工具710(度量工具)所實施的，如圖7中所示。生產線700包括一度量工具710，例如光學度量工具如美國加州的Nanometrics of Milpitas所供應的NanoOCD 9000。度量工具710可用散射量測法或反射量測法技術。散射量測法的使用以及度量工具公開於公元2000年冬季的Microlithography World中Raymond所著的「Angle-resolved Scatterometry for semiconductormanufacturing」。反射量測法的使用以及度量工具教示於公元1998年TheAmerican Institute of Physics的Characterization and Metrology for USLITechnology1998 International Conference中Lee所著的「Analysis ofReflectometry and Ellipsometry Data from Patterned Structures」。也可使用其它度量以及/或是晶圓檢驗技術。生產線700還包括一處理器720，其於此進行電子分析，以及能顯示處理器720分析結果的一監控器730。處理器720可被連接到一存儲裝置740，例如一半導體內存，並且可被連接到一計算機軟體實施資料系統(computer software-implemented databasesystem)750，已知如傳統用於處理信息的儲存的一種製造實行系統(manufacturing execution system，MES)。
與非原位(ex-situ)度量工具(metrology tool)整合的蝕刻系統其系可測量關鍵尺寸及膜厚的實例為Applied Materials公司產制的Transformasystem 800，如圖8所示。此系統的詳細資料已公開於美國專利申請案第10/428,145號中，其發明名稱為「半導體組件製造用的控制蝕刻製程的方法及裝置」(Method and Apparatus for controlling Etch Processes DuringFabrication of Semiconductor Devices)，且申請日為2003年5月1日。此系統包括一主腔室(或主框架)801，例如為CenturaTM處理系統，其系用來安裝多個處理腔室，例如是公用的蝕刻反應器802，如DPSIITM矽蝕刻腔室及一或多個轉移腔室803，其中後者又稱加載室(load lock)。在本發明一實施例中，共有4個蝕刻反應器802安裝在主框架801上，其中例如有3個蝕刻機臺用來蝕刻，另一個則選擇性地用以進行蝕刻後清潔，亦即，在蝕刻後將光阻聚合物及其它殘餘物自晶圓上清除的步驟。此主框架801中並配置有一機器臂804，其用以在各處理反應器802及轉移腔室803之間轉移晶圓。其中，轉移腔室與一廠房接口805連接，此廠房接口805又稱作微環境(mini environment)，其用以維持一受控制環境的狀態。另外，尚可將一度量工具806整合在加載室區域(load lock area)805中，並令其與具備高速資料收取及分析能力的工具整合，以測量每一片進入系統800的晶圓在蝕刻處理前後的膜厚。當然，此度量工具806亦可放置在此處理系統800中不同的位置。另一方面，由於本發明的概念亦適用於沉積製程，所以這些處理腔室802中亦可有一或多個同時作為沉積腔室。
本實施例的裝置的操作說明如下，請參照圖9的流程圖。在晶圓經過一處理工具之處理，而得以在薄膜上形成光阻罩幕之後，將其加載晶圓匣(cassette)808中，再將此晶圓匣808傳送到廠房接口805中(步驟902)。接著，將一晶圓自晶圓匣808中移出，再使用機械手臂807將其轉移到度量工具806中(步驟904)。在下一步驟906中，收取膜厚、關鍵尺寸及組件圖案輪廓等資料，而在其後步驟908中，則如前述般依據所得的膜厚、關鍵尺寸及組件圖案輪廓等資料來調整晶圓的蝕刻配方。在下一步驟910中，將晶圓自度量工具806轉移到蝕刻機臺802中，其系先使用機械手臂807將晶圓轉移到轉移腔室803中，再使用機械手臂804將晶圓移到蝕刻室802中。接著，在步驟912中，依前述蝕刻配方對晶圓進行矽深溝渠蝕刻，再將其轉送回度量工具806，以在加載晶圓匣808(即稍後步驟918)前進行蝕刻後的關鍵尺寸、組件圖案輪廓及膜厚的測量(步驟914)。此厚度、蝕刻後關鍵尺寸及組件圖案輪廓的測量結果系傳送至處理器702，以計算出硼矽玻璃(BSG)的蝕刻速率及/或為下一片將蝕刻的晶圓修正蝕刻配方，如前所述。如何調整蝕刻配方的詳細信息公開於的美國專利申請案第10/428,145號中，其發明名稱為「製造半導體組件用的控制蝕刻製程的方法及裝置」(Method and Apparatus for controlling Etch Processes DuringFabrication of Semiconductor Devices)，且申請日為2003年5月1日。
如圖6所示的可測量關鍵尺寸(CD)及膜厚的原位(in-situ)度量工具610的一例，為EyeDTM測量模塊，其可自美國加州Santa Clara的AppliedMaterials公司取得。此EyeDTM測量模塊可使用一或多個非破壞性的光學測量技術，例如為分光光譜法、幹涉測量法、散射測量法、反射測量法及其類似者。此原位度量工具例如為可進行幹涉式監測方法者(如在時域中計算幹涉條紋(interference fringe)的數目，或在頻域中測量幹涉條紋的位置等方法)，以實時測量基底上所形成的結構的蝕刻深度輪廓。如何使用原位CD度量工具以收取CD資料的細節，公開於美國專利申請案第60/479,601中，其發明名稱為「監測蝕刻製程的方法與系統」(Method andSystem for Monitoring an Etch Process)，且申請日為2003年6月18日。組件圖案輪廓及關鍵尺寸可一起用來微調蝕刻配方，而如何使用原位膜厚度量工具收取膜厚資料的細節，公開於美國專利US 6,413,837中，其發明名稱為「使用分光幹涉測量技術的膜厚控制方法」(Film ThicknessControl Using Spectral Interferometry)，且公告日(issue date)為2002年7月2日。此細節並公開於美專利申請案60/462,493中，其發明名稱為「在多重晶圓處理過程中，利用原位與非原位測量與數據採集以提高製程可控性並行錯誤偵測的方法」(Process Control Enhancement and Fault DetectionUsing In-situ and Ex-situ Metrologies and Data Retrieval in Multiple PassWafer Processing)，其申請日為2003年4月11日。
圖10為舉例的等離子體蝕刻腔室1000的簡化剖面圖，其用以進行本發明的方法。如圖10所示，蝕刻腔室1000包括外殼1012，其系環繞基底處理區1014。在蝕刻製程中，基底1018置於基座(pedestal)上，並暴露於區域1014形成的等離子體下。此等離子體所產生的電磁輻射中包含波長在光學頻域(即190nm至1100nm之間的波長)內的輻射，而這些光學頻域輻射中有一部分會經由基底1018的表面反射，並通過窗口1020而被分光光譜議1022偵測到。通過窗口1020的輻射可以摺疊鏡(foldingmirror)1024反射至透鏡1026，其可將輻射垂直導入光纖纜線1028中。此光纖纜線1028供輻射傳導至分光光譜儀1022的載具，且摺疊鏡1024及透鏡1026的放置方式可使自基底1018上表面反射的輻射穿過窗口1020，並垂直進入光纖纜線1028中。另外，與窗口置於腔室側壁的配置方式相較，如圖1所示的將窗口1020置於基底1018上方的配置方式，可使上述輻射測量具有更好的解析度。但是，在本發明其它實施例中，窗口1020也可設置於腔室側壁。
在其它並用等離子體輻射與寬頻光源1034，或以後者取代前者的實施例中，光纖纜線1028具有分叉者。在這些實施例中，光源1034與分叉光纖纜線1028的二個信道中的一個光學耦接，而分光光譜儀1022則與另一信道光學耦接。來自寬頻光源1034(如水銀燈、重氫燈或氙氣燈)的光會沿著光纖纜線1028的一條信道行進，並通過窗口1020而至基底1018上再反射出來。此反射光將經過窗口1020而進入光纖纜線1028的另一條信道，如前所述，最後到達分光光譜儀1022。此分光光譜儀1022可分離出不同波長的輻射，其例如是通過稜鏡或繞射格柵(diffraction grating)來達成；並可針對許多分離的波長產生偵測信號(如偵測電流)。另外尚有一資料擷取卡1030與處理器1032耦接，以收取由分離的各波長的信號所表示的製程資料。此製程資料由資料擷取卡1030以周期性取樣的方式來收取，且每次取樣所得資料皆以處理器1032來處理。在一實施例中，處理器1032更可執行儲存在與其相連的內存1031中的計算機指令，以同時控制腔室1000的操作。
請參照圖11的流程圖，其繪示本發明的實施例所公開的設備(apparatus)的操作步驟。在步驟1102中，當晶圓於一製程工具(processingtool)中經過處理，而於下層(underlying layer)上形成光阻罩幕後，將晶圓加載晶圓匣盒808(cassette)內，並將晶圓匣盒傳送至工廠接口(factoryinterface)805。在步驟1104中，將晶圓從晶圓匣盒808中載出，並傳送至蝕刻機臺802，其系先利用機械手臂807(robot)將晶圓移動至傳送至腔室803(transfer chamber)內，然後再利用機械手臂804(robot)移動晶圓至蝕刻機臺802內。在步驟1106中，收集薄膜的厚度、關鍵尺寸(CDs)、及組件特徵輪廓(feature profile)。在步驟1108中，根據如上述的厚度測量結果、關鍵尺寸(CDs)及組件特徵輪廓，調整用於晶圓的蝕刻參數(etch recipe)。在步驟1110中，根據該參數對晶圓進行矽深溝渠蝕刻。在步驟1112中，再度收集蝕刻後之薄膜的厚度、關鍵尺寸(CDs)及組件特徵輪廓。將厚度測量結果、關鍵尺寸(CDs)及組件特徵輪廓連接至處理器1031(processor)，並如上述利用其計算出的硼矽玻璃(BSG)蝕刻率及/或修正而用於蝕刻下一晶圓的蝕刻參數。之後，在步驟1114中，將晶圓傳送回晶圓匣盒。
在蝕刻製程中也可以連續的修正薄膜的厚度、關鍵尺寸(CDs)及組件特徵輪廓，以同步的調整蝕刻參數直到達到目標厚度或關鍵尺寸。此製程如圖12所示。在圖12中的步驟與圖11中的步驟具有類似的功能。在圖12的製程流程中，多加了的一個判斷步驟(decision making)1213以測量是否達到目標厚度或關鍵尺寸。如果還未達到目標厚度或關鍵尺寸，製程步驟繞回到步驟1208直到達到目標厚度或關鍵尺寸。
此整合度量系統(integrated metrology system)解決了晶圓傳送時間及排列等待時間所造成的延遲問題。其和未與度量機臺整合的公知蝕刻腔室相比還具有其它優點。舉例來說，本發明與取樣監測蝕刻後厚度相比，可以追蹤一特定晶圓的蝕刻前及蝕刻後測量結果，計算出該特定晶圓的蝕刻率以表現出更精確的腔室效能。更進一步的，當每一晶圓的效能可實時的被追蹤，操作者可以實時的警覺製程趨勢的指示以作緊急的處理。此可以避免對後續晶圓進行錯誤處理，且不會使晶圓報廢。度量工具(measurement tool)也具有測量晶圓關鍵尺寸(CDs)之能力，藉由測量蝕刻前晶圓關鍵尺寸(CDs)可以排除因較高的BSG蝕刻率所造成低於標準規格的考量。此外，蝕刻前測量，如關鍵尺寸(CDs)、組件特徵輪廓及非必要的BSG厚度，可往前回饋(fed-forward)至利用蝕刻腔室性能趨勢(例如蝕刻率與關鍵尺寸趨勢)的蝕刻腔室，以對各個晶圓調整蝕刻參數，來達到較佳蝕刻效能及製程控制。最後，通過整合的數據處理器實時的追蹤及顯示蝕刻結果可以大大的減少蝕刻製程建立時間。相反的，在非整合的系統中表現出的建立時間相對的較慢，資料的收集會浪費時間。
本發明也可以應用到其它的製程腔室，例如沉積腔室。在本發明的一實施例中所使用的度量工具也可以視其它形式的膜特性化工具，例如用於膜組成分析的傅立葉變換紅外線光譜儀(FTIR)。
雖然本發明已以較佳實施例公開如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此技術者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視權利要求書所界定者為準。
權利要求
1.一種監測於製程腔室中執行的製程的方法，其特徵在於，包括將一基底移入一製程腔室之前，先將該基底放置於一整合度量工具中；在該基底進行製程之前，利用該整合度量工具收集製程前量測數據；將該基底移進該製程原位；於該製程原位對該基底進行製程；記錄一總製程時間；在該基底完成製程之後，將該基底移至該整合度量工具內；以及在該基底進行製程之後，利用該整合度量工具收集製程後量測數據。
2.如權利要求1所述的監測於製程腔室中執行的製程的方法，其特徵在於，還包括利用該製程前量測數據、該製程後量測數據以及該總製程時間計算出一製程率；計算一製程率趨勢；將該製程率趨勢與一極限程度作比較；以及當該製程率趨勢超過該極限程度時，發出一執行漂移的檢測信號。
3.如權利要求2所述的監測於製程腔室中執行的製程的方法，其特徵在於，該製程腔室是一蝕刻腔室。
4.如權利要求2所述的監測於製程腔室中執行的製程的方法，其特徵在於，該製程腔室是一沉積腔室。
5.如權利要求3所述的監測於製程腔室中執行的製程的方法，其特徵在於，該製程前量測數據以及該製程後量測數據皆包括厚度量測以及關鍵尺寸資料。
6.如權利要求5所述的監測於製程腔室中執行的製程的方法，其特徵在於，還包括檢驗一蝕刻前關鍵尺寸資料；以及倘若該蝕刻前關鍵尺寸資料有遵照一預定關鍵尺寸目標，則排除該關鍵尺寸因素導致製程漂移。
7.如權利要求1所述的監測於製程腔室中執行的製程的方法，其特徵在於，該些移動步驟於一真空中進行。
8.如權利要求1所述的監測於製程腔室中執行的製程的方法，其特徵在於，該整合度量工具至少執行散射量測以及反射量測其中之一，以產生該製程前量測數據以及該製程後量測數據。
9.一種調整製程原位的製程參數的方法，其特徵在於，包括將一基底移入一製程腔室之前，先將該基底放置於一整合度量工具中；在該基底進行製程之前，利用該整合度量工具收集製程前量測數據；將該基底移進該製程原位；以及依據該製程前量測數據以及一製程率趨勢實時調整該製程原位對該基底執行的該製程參數。
10.如權利要求9所述的調整製程原位的製程參數的方法，其特徵在於，該製程腔室是一蝕刻腔室，且該製程率趨勢是一蝕刻率趨勢。
11.如權利要求9所述的調整製程原位的製程參數的方法，其特徵在於，該製程腔室是一沉積腔室，且該製程率趨勢是一沉積率趨勢。
12.如權利要求9所述的調整製程原位的製程參數的方法，其特徵在於，該移動步驟於一真空中進行。
13.如權利要求9所述的調整製程原位的製程參數的方法，其特徵在於，該整合度量工具至少執行散射量測以及反射量測其中之一，以產生該製程前量測數據以及該製程後量測數據。
14.一種監測於製程腔室中執行的製程的方法，其特徵在於，包括將一基底移入一製程腔室；在該基底進行製程之前，利用一原位度量工具收集製程前量測數據；在該製程原位對該基底進行製程；記錄一總製程時間；以及在該基底進行製程之後，利用該原位度量工具收集製程後量測數據。
15.如權利要求14所述的監測於製程腔室中執行的製程的方法，其特徵在於，還包括利用該製程前量測數據、該製程後量測數據以及該總製程時間計算出一製程率；計算一製程率趨勢；將該製程率趨勢與一極限程度作比較；以及當該製程率趨勢超過該極限程度時，發出一執行漂移的檢測信號。
16.如權利要求15所述的監測於製程腔室中執行的製程的方法，其特徵在於，該製程腔室是一蝕刻腔室。
17.如權利要求15所述的監測於製程腔室中執行的製程的方法，其特徵在於，該製程腔室是一沉積腔室。
18.如權利要求16所述的監測於製程腔室中執行的製程的方法，其特徵在於，該製程前量測數據以及該製程後量測數據皆包括厚度量測以及關鍵尺寸資料。
19.如權利要求18所述的監測於製程腔室中執行的製程的方法，其特徵在於，還包括檢驗一蝕刻前關鍵尺寸資料；以及倘若該蝕刻前關鍵尺寸資料有遵照一預定關鍵尺寸目標，則排除該關鍵尺寸因素導致製程漂移。
20.如權利要求14所述的監測於製程腔室中執行的製程的方法，其特徵在於，該移動步驟於一真空中進行。
21.如權利要求14所述的監測於製程腔室中執行的製程的方法，其特徵在於，該整合度量工具至少執行散射量測以及反射量測其中之一，以產生該製程前量測數據以及該製程後量測數據。
22.一種調整製程原位的製程參數的方法，其特徵在於，包括於將一基底移入一製程原位；在該基底進行製程之前，利用該一原位度量工具收集製程前量測數據；以及依據該製程前量測數據以及一製程率趨勢實時調整該製程原位對該基底執行的該製程參數。
23.如權利要求22所述的調整製程原位的製程參數的方法，其特徵在於，該製程腔室是一蝕刻腔室，且該製程率趨勢是一蝕刻率趨勢。
24.如權利要求22所述的調整製程原位的製程參數的方法，其特徵在於，該製程腔室是一沉積腔室，且該製程率趨勢是一沉積率趨勢。
25.如權利要求22所述的調整製程原位的製程參數的方法，其特徵在於，該移動步驟於一真空中進行。
26.如權利要求22所述的調整製程原位的製程參數的方法，其特徵在於，該整合度量工具至少執行散射量測以及反射量測其中之一，以產生該製程前量測數據以及該製程後量測數據。
27.一種對基底進行製程的設備，其特徵在於，包括一製程腔室，其用以對一基底進行製程；一量度工具，其於該製程腔室進行製程之前以及之後，量測該基底的薄膜厚度以及關鍵尺寸資料；一計算系統，其與該製程腔室以及該量測工具耦接，以計算一製程率以及製程趨勢資料，並且儲存薄膜厚度以及關鍵尺寸資料。
28.如權利要求27所述的對基底進行製程的設備，其特徵在於，該製程腔室是一蝕刻腔室。
29.如權利要求27所述的對基底進行製程的設備，其特徵在於，該製程腔室是一沉積腔室。
30.如權利要求28所述的對基底進行製程的設備，其特徵在於，該度量工具可以量測厚度、關鍵尺寸以及組件特徵輪廓。
31.如權利要求29所述的對基底進行製程的設備，其特徵在於，該度量工具可以量測該基底上的一薄膜的厚度。
32.如權利要求27所述的對基底進行製程的設備，其特徵在於，該度量工具與該製程腔室整合在一起，且該度量工具對該製程腔室而言是非原位。
33.如權利要求27所述的對基底進行製程的設備，其中該度量工具對該製程腔室而言是原位。
34.如權利要求32所述的對基底進行製程的設備，其特徵在於，還包括一主機，其具有一機械手臂，該機械手臂於該度量工具以及該製程腔室之間移動該基底。
35.如權利要求27所述的對基底進行製程的設備，其特徵在於，該整合度量工具至少執行散射量測以及反射量測其中之一。
全文摘要
一種用於監測基底製程腔室的穩定度及調整製程參數的方法及裝置。利用一整合的或原位的度量機臺收集晶圓處理前與處理後的厚度及關鍵尺寸測量資料，以監測製程腔室的穩定度及調整製程參數。通過整合的度量機臺而能夠達到實時監測腔室之穩定度，以減少對晶圓進行錯誤製程的風險及成本。實時製程參數調整可以嚴格管制製程參數。利用此方法及裝置亦可以縮短製程建立循環。
文檔編號H01L21/66GK1607636SQ200410056399
公開日2005年4月20日 申請日期2004年8月6日 優先權日2003年8月6日
發明者慕依大衛, 劉煒, 佐佐野弘樹 申請人:應用材料有限公司