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TWI315091B - Method of fault detection for material process system - Google Patents

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TWI315091B
TWI315091B TW091138029A TW91138029A TWI315091B TW I315091 B TWI315091 B TW I315091B TW 091138029 A TW091138029 A TW 091138029A TW 91138029 A TW91138029 A TW 91138029A TW I315091 B TWI315091 B TW I315091B
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chamber
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substrate
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Donohue John
Yue Hongyu
Original Assignee
Tokyo Electron Limite
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Description

1315091 _ (1) 發明說明績頁 玖、發明說明 (發明說明應敘明：發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明) 技術領域 本發明有關於材料處理，且尤其有關於一種材料處理系 統的誤差彳貞測方法。 先前技術 半導體業中的一材料處理領域是具有極大挑戰性的積 體電路（I C )製造，一般增加I C (尤其是記憶體元件）速度的 要求迫使半導體業者將元件在晶圓表面上作的更小。相反 的，雖然基板上的元件大小減少，但是在單一基板上製造 的元件數目卻因基板直徑（或處理的實際面積）從200 mm 擴充到至少300 mm而大幅增加。特徵尺寸的減少（其強調 臨界尺寸（C D))及基板大小的增加二者對於材料處理均勻 的要求會變的更大，以使優良元件的1能變為極大。 一般在材料處理時，當製造複合材料結構時，一種利於 加入及去除材料膜的方法包括如使用電聚，例如在半導體 處理中，利用（乾）電漿蝕刻製程以沿著細線，或矽基板上 圖案化的通孔或接點中，去除或蝕刻材料。 如在I C製造的材料處理中，臨界特徵尺寸的減少，基板 大小的增加，及處理次數的增加及複雜性，都必須在單一 製程及從一製程到次一製程期間控制材料處理的均勻。一 可測量處理中缺少無均勻，則在處理中一般需要犧牲至少 一些其它重要的處理參數。在材料處理中，缺少處理均勻 能導致優良元件產能的大幅減少。 由於大量的獨立參數，這些材料處理裝置的複雜性，極 1315091 (2) 發明說明續頁 材料處理 勻性變的 控參數的 要的是導 而且在單 ) 利申請案 供參考， 號（律師 括利用一 測量及調 理效能爹 包括：識 最佳化該 記號與處 藉由比較 門檻時發 高的成本及這些材料處理裝置不夠強，使得設計 硬體以製造均勻的處理特性或修正已知的非均 更複雜。此外對於習知的材料處理裝置，外部可 數目會大幅僅限於少數已知的可調參數，因此重 出外部可控參數與可測處理參數之間相互關係， 一製程及從一製程到次一製程期間都極為有用。 發明内容 本申請案主張2 00 1年12月31曰申請的美國專 6 0/3 43,1 75號的權利且與它有關，其内容在此併 本申請案與同日申請的中華民國專利申請案 案號2 1 695 1TW)有關，其内容在此併供參考。 本發明提供一種材料處理方法，其中該方法包 材料處理系統，該材料處理系統包括一處理室， 整至少一可控處理參數之裝置，及測壹至少一處 數之裝置。 本發明提供一種特徵化處理之方法，該特徵化 別處理之記號，其中記號包括至少一空間成分； 處理，該最佳化包括識別一參考記號；比較處理 理之參考記號，其中比較包括判定一差記號，及 差記號與一門檻而判定一處理誤差，其中當超過 生處理誤差。 實施方式 根據本發明的實例，圖1所示的材料處理系統1包括處理 室1 0，測量及調整至少一可控處理參數的裝置1 2，測量至 1315091 發明說明續頁 (3) 少一處理效能參數的裝置1 4，及控制器5 5。控制器5 5與測 量及調整至少一可控處理參數的裝置1 2及測量至少一處 理效能參數的裝置連接，此外，控制器5 5能執行一方法， 該方法可執行一處理如以下所述。 在圖中貫例’圖1的材料處理糸統1利用電毁作材料處理 ，期望地，材料處理系統1包括一 I虫刻室。或者，材料處 理系統1包括一光阻塗室如光阻旋塗系統。在另一實例， 材料處理系統1包括一光阻定圖案室如紫外光（UV)微影 系統，在另一實例，材料處理系統1包括一介電塗室如旋 塗式玻璃（SOG)或旋塗式介電（SOD)系統。在另一實例， 材料處理系統1包括一沈積室如化學蒸氣沈積（CVD)系統 或物理蒸氣沈積（PVD)系統，在一額外實例，材料處理系 統1包括一快速熱處理（RTP)室如熱回火用的RTP系統，在 另一實例，材料處理系統1包括一整批擴散爐。 根據圖2所示的本發明實例，材料處理系統1能包括處理 室10，基板支架20其上固定著待處理的基板25，氣體注入 系統4 0，及真空泵系統5 0。基板2 5可以是半導體基板，晶 圓或液晶顯示器。處理室1 0能配置成利於處理區域4 5中電 漿的產生，該區域與基板2 5表面相鄰，其中經由加熱電子 與離子化氣體間的碰撞可形成電漿，經由氣體注入系統4 0 而將離子化氣體或混合氣體注入，且調整處理壓力。例如 可使用一控制機制（未示）以調控真空泵系統5 0。期望的.， 利用電聚以產生·-預没材料處理的特定材料，及有助於材 料沈積在基板2 5上或是將材料從基板2 5的露出表面移除。 1315091 (4) 發明說明續頁 基板25可經由槽閥（未示）及室饋入（未示）而i| 該室饋入通過機械人式基板傳送系統，其由基 中的基板上升銷（未示）收納，且由其中的裝置竹 。一旦從基板傳送系統接收基板2 5，它即降低至 2 0的上表面。 期望的，基板2 5經由靜電鉗系統2 8而固定在基 ，此外基板支架2 0更包括含再循環冷媒的冷卻 從基板支架2 0吸收熱且傳熱到熱交換系統（未示 熱時，從熱交換系統傳熱。加熱/冷卻系統更包 板25及/或基板支架20溫度的裝置27。裝置27可 如K型熱偶），高溫計，或光學溫度計。此外， 側氣體系統26而將氣體送入基板的後侧以改良 基板支架2 0間的氣體間隙熱傳導。當減少或增加 要控制基板的溫度，即可使用此系統_，例如在大 的穩態溫度的溫度下，基板溫度控制是有用的， 基板支架2 0的熱傳導下從電漿傳到基板2 5的熱 自基板2 5的熱流間的平衡。在其它實例，加熱元 如電阻加熱元件，熱電加熱器/冷卻器。 在圖2所示的實例，基板支架2 0也能作為電極 功率傳送到處理區域4 5中的電漿。例如基板支 RF功率傳送而在RF電壓下偏壓，該RF功率是從 3 0通過阻抗匹配網路3 2而傳送到基板支架2 0， 加熱電子因而形成及維持電楽·，在此配置中，系 反應離子蝕刻（RIE)反應器來操作，其中室及上 l出室1 〇， .板支架20 :機械傳送 丨基板支架 .板支架20 系統，以便 )，或是加 括監控基 以是熱偶（ 能經由後 基板2 5與 溫度時需 .於可達成 這導因於 流與吸收 件可包括 以利將RF 架20經由 RF產生器 RF偏壓能 統能作為 氣體注入 1315091 _ (5) 發明說明續頁 電極作為接地面，RF偏壓的典型頻率能從1 MHz到100 MHz (如1 3.56 MHz)，電漿處理用的RF系統是習知。 或者，在多重頻率下施加RF功率到基板支架電極，此 外阻抗匹配網路3 2藉由使反射功率極大而可以使傳送到 處理室1 0中電漿的R F功率極大，匹配網路拓樸（如L型， π型，T型等）及自動控制方法是習知。 再參考圖2，處理室42可經由氣體注入系統40而導入處 理區域45，處理室42包括氣體如氬，CF4&02的導最物， 或氬，匚4?8及02應用於氧化蝕刻，氣體注入系統40能包括 蓮蓬頭，其t處理室4 2從氣體傳送系統（未示）經由氣體注 入空間（未示），一串擋板（未示）及多孔蓮蓬頭氣體注入板 (未示）而注入處理區域4 5。氣體注入系統是習知。 真空泵系統50能包括增壓分子真空泵（TMP)，能以至少 每秒5000升的速度泵出，及閘閥以調節室壓。在乾電漿蝕 刻中使用的習知電漿處理裝置中，使用每秒1 000到3 000升 的TMP，TMP可用於低壓處理，一般小於50毫托，在高壓 下，TMP的泵速度會大幅下降。為了高壓處理（如大於100 毫托），能使用機械增壓泵及乾式強壓泵，此外監控室壓 5 2的裝置也接到室1 0，壓力測量裝置5 2可以是6 2 8 B型巴 拉松絕對電容氣壓計，如由MKS儀器公司（Andover, MA)生產。 材料處理系統1更包括度量工具1 0 0以測量處理效能參 數如蝕刻系統中的蝕刻率，蝕刻選擇度（即一材料的蝕刻 率對另一材料的姓刻率之比），I虫刻均勻，特徵剖面角度 ，臨界尺寸等。度量工具100可以是在原來位置或在是原 -10 - 1315091 (6) 發明說明續頁 來位置旁的裝置，以在原來位置的裝置為例，度量工具1 〇 〇 可以是散射計，包括射束剖析橢圓計及射束剖析反射計， 如由 Therma-Wave 公司（ 1250 Reliance Way，Fremont, CA 94 5 3 9)生產，其在傳送室（未示）中以分析進出處理室1〇的 基板25。至於在原來位置旁的裝置，度量工具ι00可以是 掃描電子顯微鏡（S E Μ )，其中已劈開基板，且照明在特徵 上以判定上述效能參數。後者是習知的基板檢驗方法，該 度量工具更接到控制器5 5以便向控制器5 5提供處理效能 參數的空間轉化測量。 控制器5 5包括微處理器，記憶體，及數位1/0埠，其能 產生足夠的控制電壓以便與材料處理系統1連通及啟動輸 入’及監控材料處理系統1的輸出。此外控制器5 5與RF產 生器3 〇 ’阻抗匹配網路3 2，氣體注入系統4 〇，真空泵系統 5〇 ’壓力測量裝置52 ,後側氣體傳送系統26，基板/基板 支架溫度測量系統2 7，靜電钳系統2 8，及度量工具1 0 0連 接及交換資訊。使用儲存在記憶體中的程式以便根據一儲 存處理方法而輸入到材料處理系統1的上述元件中，控制 益 55 的範例是 dell PRECISION WORKSTATION 610謂由 Dell電腦公司（Daiias，Texas)生產。 在圖3所示的實例中，材料處理系統1除了圖1，2所示的 那些元件外’更能包括機械或電氣旋轉直流磁場系統60 ’以潛在地增加電漿密度及/或改良電漿處理均勻。此外 控制器5 5接到旋轉磁場系統6 〇以調整轉速及磁場強度 ’旋轉磁場的設計及實作是習知。 . 1315091 _ ίΊ、 發明說明填頁 在圖4所示實例中，圖1，2的材料處理系統1更能包括上 電極7 0其能從R F產生器7 2經由阻抗匹配網路7 4而接到R F 功率，施加到上電極的RF功率的典型頻率可從1 0 MHz到 2 0 0 Μ Η z (如6 0 Μ Η z)。此夕卜，施加到較低電極的功率的典型 頻率可從〇. 1 MHz到30 MHz(如2 MHz)，此外控制器55接到 R F產生器7 2及阻抗匹配網路7 4以控制施加到上電極7 0的 RF功率，上電極的設計及實作是習知。
在圖5所示實例中，圖1的材料處理系統1更能包括感應 線圈8 0以經由RF產生器8 2及阻抗匹配網路8 4而接到RF功 率。RF功率電感式的從感應線圈80經由介電窗（未示）而接 到電漿處理區域4 5。施加RF功率到感應線圈8 0的典型頻 率可從10 MHz到100 MHz(如13.56 MHz)，類似的，施加功 率到扼流電極的典型頻率可從0.1 MHz到30 MHz(如13.56 MHz)，此外，可使用槽狀法拉第遮蔽（未示）以減少感應線 圈80與電漿間的電容耦合。或者，線圈80可位在室10之上 作為螺旋線圈如電壓器連接電漿（TCP)源，此外，控制器 5 5接到RF產生器8 2及阻抗匹配網路8 4以控制施加到感應 線圈80的功率，電感式連接電漿（IC P)及電壓器連接電漿 (TCP)源的設計及實作是習知的。 或者，使用電子回旋加速器共振（ECR)而形成電漿，在 又一實例，以發出Helicon波的方式形成電漿，在又一實例 ，以傳播表面波的方式形成電漿，上述的電漿源是習知。 參考圖1到5，在處理室1 0中處理基板2 5，且可利用度量 工具1 0 0以測量一些處理效能參數。期望的，處理效能參 -12 - 1315091 (8) 發明說明續頁
數能包括敍刻率，沈積率，I虫刻選擇度（敍刻第一材料的 率與姓刻第二材料的率之比），触刻臨界尺寸（如特徵的長 或寬），蝕刻特徵各向異性（如蝕刻特徵側壁剖面），膜特 性（如膜應力，孔度等），電漿密度（從Langmuir探針取得） ，離子能量（從離子能量放射分析儀取得），化學元素的濃 度（從發光頻譜計取得），溫度，壓力，光罩（如光阻）膜厚 ，光罩（如光阻）圖案臨界尺寸等。如圖6 A顯示蝕刻率的基 板掃描（埃/分（A/m i η ))其係第一基板2 5上的位置（毫米m m) 的函數，其中0的位置對應基板25中央而正或負100的位置 對應如基板25的直徑相對邊（200 mm)，類似的，圖7A顯示 蝕刻率的基板掃描相對於第二基板2 5的基板位置的圖形。
在圖6 A及7 A，沿著基板半直徑的全軸向掃描（邊緣至邊 緣）選取3 2個樣本，惟通常樣本數可以是隨機的，如N個 樣本而N 2 2，在取樣率R之下輸入資料掃描所需的時間T 可表示為T = N/R，即T = N/R = 32個樣本/( 1 000個樣本/秒 ) = 0.032秒（為了在1 kHz下跨過基板取樣32個點）。對於資料 掃描周期T ’主要空間成分是f= 1 / T而最南空間成分必須滿 足奈取臨界頻率fmaxS 1/2 △，其中△ =T/N，因此在上述範 例中，f=l/T = R/N = 31.25 Hz及 fmax=l/2Z\ =R/2 = 500 Hz。 通常上述的資料掃描可分成頻譜空間且以一組正交成 分表示。例如若樣本以時間（或空間）等距分離且假設掃描 是周期性的，則資料掃描可直接應用在資料掃描的離散富 利葉轉換以便將資料掃描從實體空間轉成富利葉（頻譜） 空間。此外若樣本不是時間（或空間）等距分離，則有三種 -13 - 1315091 (9) 發明說明續頁 處理資料掃描的方法，這些方法是習知的資料掃描處理方 法，當使用資料掃描的富利葉級數表示時，空間成分可以 是富利葉調和函數。此外若取樣率T較小（小是指相對於時 間中的資料掃描變化，僅適用於基板處理時的原來位置監 控），則可將富利葉頻譜視為波數頻譜而且極小及極大空 間成分可稱為極小及極大波數（或分別是極大及極小波長）。
圖6B表不圖6A貧料知描時各空間成分的幅度（即fn=n/N △, n=l,N/2)，類似的，圖7B表示圖7A資料掃描時各空間成分 的幅度（即fn = n/Nz\，n=l，N/2)。通常可作出以下觀察：（1) 主要空間成分（f,)具有最大的大小且表示資料掃描中各點 的貢獻（因此所有點是相依的，最長波長）；及（2)最高空 間成分（fw/2) —般具有最小的大小且它分別表示資料掃描 中的各點（因此所有點是互相獨立的，最小波長）。此外蝕 刻率剖析中的微妙變化（即圖6 A相對於圖7 A)對於頻譜空 間中空間成分所述的記號有顯著影響（即圖6 B相對於圖
7B)。 因此空間成分的記號（頻譜）變化能表示導致觀察到頻 譜位移的處理變異是否在整個基板或部分基板上發生。總 之，低階空間成分（即f,, f2, f3，...）的幅度變化反映基板25 上處理參數的整體變化，而高階空間成分（即··，fN/2_2, fw/2.,, fN/2)的幅度變化反映基板2 5上處理參數的區域變化。 例如期望壓力或R F功率中的變化（如處理壓力的增加或 RF功率的減少）對於空間成分的記號有整體影響，因而主 要影響低階成分。圖8 A的範例表示室壓上升及它對於空 -14 - 1315091 發明說明續頁 (10) 間成分的記號的效應，而圖8 B表示個別差記號。類似的 ，圖9 A的範例表示減少RF功率及它對於空間成分的記號 的效應，而圖9 B表示個別差記號（以減少RF功率）而圖9 C 表示對應的差記號以增加RF功率。各差記號提供各種處 理變化（即室壓的增減，RF功率的增減，處理氣體的主流 率的增減等）的不同空間特徵（即手印）。
因為材料處理系統1中執行的各處理其特徵為它的空間 成分的記號，所以可評估空間成分的記號上的處理均勻效 應。圖1 0 A表示不均勻處理的空間記號而圖1 0 B表示均勻 處理的空間記號，明顯的，處理的均勻與各空間成分大小 的整體減少有直接關係。
因為可控處理參數與空間成分的頻譜（從基板的蝕刻率 掃描中得到）之間存在一種關係，因此可以將空間成分差 作線性重疊，即加減，以使所有空間成分的大小極小，因 而產生均勻的處理。現在要說明一種利用多維變量分析以 建立可控處理參數中的變化與空間成分之間相關的方法 ，以判定變數的正確組合以產生均勻處理。 圖11所示的表表示可控處理參數中（12)個變化下通過 前（1 6)個成分的各空間成分的幅度中的相對變化，可控處 理參數表示（1)室壓的增加，（2)室壓的減少，（3)背側氣體 (氦）壓力的增加，（4)背側氣體（氦）壓力的減少，（5)CF4* 壓的增加，（6)CF4分壓的減少，（7)RF功率的增加，（8)RF 功率的減少，（9 )基板溫度的增加，（1 0)基板溫度的減少， (1 1)使用1 2 mm聚焦圈，及（1 2)使用20 mm聚焦圈（以取代預 -15 - 1315091 _ (11) 發明說明續頁
設的1 6 m m聚焦圈）。上述典型可控處理參數的每一者都可 參考圖1到5而測量及調整。配合壓力測量裝置5 2於處理時 使用閘閥設定或總處理氣流率即可調整及監控處理壓力 。控制RF產生器3 0 (圖2 )，匹配網路3 2 (圖2 )，雙向連接器 (未示）及功率計（未示）即可調整及監控送入及反射的RF 功率。使用主流量控制器即可調整及監控CF4分壓以調節 C F 4氣體的流量。使用背側氣體傳送系統2 6即可調整及監 控背側氣體（氦）壓力，此外使用溫度監控系統2 7可監控基 板溫度。 在又一實例，可控處理參數包括膜材料黏度，膜材料表 面張力，曝光時間，聚焦深度等。
再參考圖1 1的表，可以數位方式記錄及儲存資料掃描在 控制器5 5即資料掃描矩陣X，其中矩陣X中的各行對應可 控處理參數中的某一變化（圖11表中的行），而矩陣X中的 各列對應一特定空間成分。因此圖1 1資料掃描組合的矩陣 X有16x12的尺寸，或者更普通的說是mxn。一旦資料掃 描儲存在矩陣，必要時資料掃描可居中或常態化。儲存在 矩陣行的資料掃描居中必須計算行元素的平均值且將它 從各元素中減去，此外，藉由行令資料掃描的標準偏差可 以將矩陣的行中的資料掃描常態化，以下說明將討論一些 方法以判定可控處理參數中的變化對於空間成分的頻譜 記號的影響程度。 為了判定可控處理參數中的變化與空間成分之間的相 互關係而將矩陣X作多維變量分析，在一實例，使用主要 -16- 1315091 (12) 發明說明續頁 成 分 分 析 (P C A )以導 出矩陣： X中 的相 關結 構， 方 法 是 用 低 維 的 矩 陣 乘 積 (ΤΡτ)加 上誤差 矩 陣Ε而 估計 -矩陣X t 即 Χ = --τΡ 七E， (1) 其 中 f是將所有i變 :數相關 ί的 分數 的（m X ρ)矩陣而"Ϊ 「是 顯 示 變 化 影 響 的 (η X ρ， P $ η)負 荷: 矩陣 〇 通 常 負 Λ-h 何 矩 陣Ρ可顯示為 包括X的 共變 矩陣 的 特 徵 向 量 ， 其 中 共 變 矩 陣言可顯示為 X 〇 (2) 共 變 矩 陣 3是實數 ，對稱矩陣 因而 可表 一 一 一 * S = UA UT ， (3) 而 實 數 對 稱的特 徵向量 ΰ包括常 態化 ‘特徵 .向 量 (行） 丨而 Λ 是 對 角 矩 陣 包括沿 著對角 對應各特徵向量的特徵值， 使 用 公 式 (1 )及 • (3)(以 p = η的全矩陣 為例 >即 無誤 差： 矩 陣: ), 可 顯 示 為 7= :υ (4) 及 ΤΤ τ= Λ (5) 上 述 特 徵 分 析的結 果是各 特徵值包括η 維空 間 中 對 應 特 徵 向 量 方 向 中 資料掃 描的變 化 ，因此最大特徵值對應η 維 空 間 中 資 料 掃 描的數 大變化 ，而 最變 特徵 值表 示 資 料 掃 描 中 的 最 小 變 化 。所有的特徵向量 定義 為正 交因 而 第 二 最 大 特 徵 值 對 應 資 料掃描 中的第 二 最大： 變化 其在 對 應 的 特 徵 向 方 向 中 其 當然與 第一特徵向 f量方 向正 交。 通 常 在 這 類 分 析 中 選 擇 前 3到4個 最大特 徵值以估計資料掃描， 而 估 計
-17- 1315091 n___ (13) 發明說明續頁 的结果是將誤差E導入公式（1)中的表示。總之，一旦決定 該組特徵值及其對應特徵向量，即可組一組最大特徵值及 決定公式（1 )的誤差矩陣百。
支援PC A模型的市售軟體範例是SIMCA-P 8.0，其詳細内 容可參考使用手冊(User Guide to SIMCA-P 8.0: A new standard in multivariate data analysis. Umetrics AB, Version 8.0, September 1999) ’而手冊内容在此供參考，使用SIMCA-P 8.0配合圖 1 1的資料掃描，即可決定分數矩陣T及負荷矩陣P，以及 關於各成分功能的額外資訊以說明X中的各變數及藉由 成分而說明X中各變數的總變化。圖1 2表示X中所有變數 的平方累加總和R2X(cum.)，這可由前3個主要成分的操取 主要成分來說明，且藉由前3個主要成分的擷取主要成分 可預測叉中各變數的總變化的累加總和。
圖1 3 A顯示圖1 1的典型資料掃描提梹的t( 1 )，t(2)空間中 各空間成分的分數，而圖1 3 B顯示圖1 1的典型資料掃描提 供的p( 1 )，p(2)空間中各變數的負荷。圖1 3 A的資料掃描在 t(l)-t(2)空間中顯示經由從資料掃描中央的發散測量的資 料掃描可變度，其中尤其是空間成分1，2位於好德 (Hotelling) T2 (5%)橢圓以外。此結果表示該該細查圖13B 中的第一及第二主要成分，且該該再考慮成分3，4。由圖 1 3 B可導出可控處理參數中的變化，其減少空間成分的大 小，因而可能增加冷卻氣壓（即氦氣背側壓），減少基板支 架溫度，減少處理壓力，減少RF功率及利用20 mm聚焦圈。 此外圖丨4 A顯示圖1 1的典型資料掃描提供的t( 1)，t( 3 )空 -18- 1315091 _ (14) 發明說明績頁 間中各空間成分的分數，而圖1 4 B顯示圖1 1的典型資料掃 描提供的p(l)，p(3)空間中各變數的負荷。可以從圖14A及 圖1 4 B的分析中得到類似結論，因而此分析結果可減少空 間成分如圖1 5的表所示。
利用圖1 5中的最後多維變量分析配合圖1 1的資料掃描 ，可以將圖1 1的資料掃描組減少到可更加以管理的一組 資料掃描如圖16A的表所示。由圖16A的表及圖6A，B中 的（基線）記號，圖1 6 B顯示根據多維變量分析的測量記號（ 基線情況）及修正（減除情況）記號，而圖1 6 C顯示一旦從測 量記號去除修正（減除）記號後的差記號。遵守多維變量分 析的基準而調整可控處理參數以影響圖1 6 C的差記號後 ，即可改良處理效能參數的資料掃描的空間均勻，如相對 於圖1 7中資料掃描的額定測量掃描所示。在圖1 7，均勻的 改良大於尺寸的一階（即約面5 %到0 · 5 %)。
在又一實例，可經由實驗設計（D Ο E)方法而達成多維變 量分析的實作以判定可控處理參數與處理效能參數的空 間成分之間的關係，D Ο E方法是實驗設計中習知的。 參考圖1 8 A以顯示一種方法其具有根據本發明實例的 材料處理系統的特徵。方法5 0 0是以流程圖來說明，由步 驟5 1 0開始其中改變一可控處理參數其與材料處理系統中 執行的處理相關。材料處理系統中執行的處理可以是使用 材料處理系統（如圖1到5所述的之一）的基板處理動作。在 步驟5 2 0，資料掃描，該資料掃描包括上述的處理效能參 數（P P P )(即蝕刻率，沈積率等），在基板上的至少2個點測 -19- 1315091 發明說明續頁 (15) 量及作記錄。在步驟5 3 0，將資料掃描轉成頻譜空間。在 步驟5 4 0，藉由使用至少一空間成分而識別處理效能參數 的處理記號以執行材料處理系統的特徵化。接著。在步驟 5 5 0，可以將處理記號記錄在資料掃描矩陣中作為資料掃 描矩陣中的一行。 在步驟5 6 0，判定是否該該改變一額外可控處理參數， 為了使材料處理系統再特徵化，可重覆步驟5 1 0到5 4 0，其 中改變一額外可控處理參數其與材料處理系統中執行的 處理相關，測量一額外資料掃描包括處理效能參數的測量 ，從額外資料掃描的轉換中判定額外數目的空間成分，及 藉由包含一額外處理記號（其包括額外數目的空間成分） 而使材料處理系統再特徵化。此外如上所述可以將處理記 號儲存在步驟5 5 0中的矩陣的額外行中。 在步驟5 7 0，在資料掃描矩陣中組合的資料掃描可利用 多維變量分析而再處理以判定可控處理參數中的變化與 空間成分之間的相互關係。多維變量分析的範例是上述的 主要成分分析（PC A)及實驗設計（DOE)。 參考圖1 8 B以說明一種使材料處理系統中的處理最佳 化的方法，在該方法中可得到一參考記號，其對於材料處 理系統中執行的某一處理是最佳的。利用可控處理參數中 的變化與空間成分之間的相互關係，藉由在步驟6 1 0調整 至少一可控處理參數而調整處理。在步驟620，630，640 測量資料掃描其對應一處理效能參數（步驟6 2 0 )，將資料 掃描轉成頻譜空間以形成數個空間成分（步驟6 3 0 )，及驗 -20- 1315091 發明說明績頁 (16)
證最後的處理記號（步驟6 4 0)。在驗證步驟6 4 0，評估處理 記號以判定處理記號的最佳化是否成功。例如若最佳處理 是一均勻處理，則最佳處理記號該該包括極小幅度用於它 的空間成分的每一者。若驗證步驟6 4 0指示成功的最佳化 ，則在步驟6 5 0中不改變多維變量分析且在步驟6 6 0中得 到一參考記號用於材料處理系統中的處理。若驗證步驟 6 4 0指示不成功的最佳化，則可改變多維變量分析且再執 行圖1 8 A所示的一系列步驟。
參考圖1 8 C以說明一種改良材料處理系統中處理的方 法700。在步驟7 1 0，判定處理記號與可控處理參數之間的 關係，如使用上述任何多維變量分析（即PC A，DOE等）的資 料掃描檢查而判定該關係。在步驟7 2 0，判定是否要改良 處理，該改良需要改良處理效能參數的均勻，在此一情況 下最好改變處理以使處理記號中至少一空間成分的幅度 極小，或是使差記號極小其藉由將處理記號（圖1 8 A)從參 考記號（圖1 8 B)去除佳形成。若不必改良，則將所有處理 資料掃描包括處理流程及處理記號記錄在步驟7 3 0。若需 要改良，則在步驟7 4 0使用至少一可控處理參數中的變化 而改良處理。在步驟7 5 0，判定是否該該中止該方法，若 不，則可執行次一處理（即次一基板，次一批等）。 參考圖1 8 D以說明一種根據本發明實例的方法，方法 8 0 0以流程圖來說明，由步驟8 1 0開始其中測量的處理記號 (圖1 8 A)與參考記號（圖1 8B)比較，且計算一差記號作為測 量的處理記號與參考記號之間的差。參考記號可以是判定 -21 - 1315091 (17) 發明說明續頁 為處理的理想記號或先前基板得到的記號，例如參考記號 組成空間成分的頻譜，理論上適於處理均勻。若差記號超 過門檻，則偵測出處理誤差且可通知操作者，一旦偵測到 處理誤差，會在步驟8 2 0觸發警告且在步驟8 3 0傳送信息到 操作者（區域性或遙控）。 在一實例，當任一空間成分超過空間成分的部分參考值 時，即超過門檻。例如當上述部分偏移超過2 0 %時，即警 告操作者去執行處理誤差的可能性。誤差警告可以是必要 的預防性措施的指示，即室内清潔或消耗品的替換，或有 缺陷的處理。事實上可使用階層式操作者通知方式，如 1 0 %的部分偏移可以向操作者警告，1 5 %的部分偏移可以 向操作者請求作預防性的措施，及2 0 %的部分偏移則發出 緊急通知以立刻採取行動。同理，可規劃程式的偏移以自 動關閉故障的設備。圖1到5的控制g 5 5可經由積體電路 (IC)製造廠的企業内網路而接到集中式工廠伺服器以通 知工廠操作者及/或在工廠内的設備供應伺服器，以便經 由網際網路而通知不在現場的設備供應商。 在又一實例，當包括差記號的各空間成分總和超過包括 參考記號的空間成分總和的一部分時，即超過門檻。例如 當上述部分偏移超過2 0 %時，即警告操作者去執行處理誤 差的可能性。 已作出是否要發出警告後（步驟8 2 0 )，即在步驟8 4 0再判 定是否要改善處理，若不必改善，則所有的資料掃描包括 處理流程，空間成分等都可在步驟8 5 0記錄。若需要改善 -22 - 1315091 發明說明續頁 (18) ，則在步驟8 6 0判定差記號與至少一可控處理參數之間的 關係，且在步驟8 7 0藉由調整至少一可控處理參數而作出 改善。在步驟8 8 0，判定是否結束處理。若不，則回到圖 1 8 A以再執行次一處理或新的處理。 在上述實例中，已利用一維資料掃描以判定一組空間成 分，在又一實例，資料掃描可以是多維的如至少二維的資 料掃描。
雖然以上已詳細說明本發明的某些典型實例，熟於此技 藝者可了解在不違反本發明的新穎教示及優點下可以對 典型實例作許多改良，因此所有的這些改良都包括在本發 明的範圍中。 圖示簡單說明 以上配合附圖的本發明典型實例的詳細說明即可更明 白及了解本發明的這些及優點，其中_ : 圖1顯示根據本發明較佳實例的材料處理系統；
圖2顯示根據本發明又一實例的材料處理系統； 圖3顯示根據本發明另一實例的材料處理系統； 圖4顯示根據本發明另一實例的材料處理系統； 圖5顯示根據本發明額外實例的材料處理系統； 圖6 A顯示第一蝕刻率剖析的資料掃描； 圖6 B顯示圖6 A的資料掃描的空間成分的頻譜； 圖7 A顯示第二蝕刻率剖析的資料掃描； 圖7 B顯不圖7 A的資料知描的空間成分的頻譜， 圖8 A顯示因處理壓力的增加而導致空間成分的頻譜比 -23 - 1315091 發明說明續頁 (19) 較； 圖8 B顯不圖8 A資料抑描的差頻譜， 圖9 A顯示因RF功率的減少而導致空間成分的頻譜比較； 圖9 B顯示圖9 A資料掃描的差頻譜； 圖9 C顯示差頻譜而導致RF功率的增加； 圖10A顯示非均勻蝕刻率的空間成分的典型頻譜； 圖10B顯示均勻蝕刻率的空間成分的典型頻譜； 圖1 1顯示空間成分中的典型變化表以提供可控處理參 數中的變化； 圖1 2的典型圖形顯示三個主要成分的累加平方和及相 對於平方和的累加變化和； 圖13A顯示的分數對應圖11的典型資料掃描提供的t(l), t(2)空間中各空間成分； 圖1 3B顯示圖1 1的典型資料掃描提供的p(l), p(2)空間中 各變數的負荷； 圖1 4 A顯示的分數對應圖1 1的典型資料掃描提供的t( 1), t(3)空間中各空間成分； 圖14B顯示圖1 1的典型資料掃描提供的p(l)，p(3)空間中 各變數的負荷； 圖15顯示圖13A，13B, 14A, 14B中顯示的典型總結資料 掃描； 圖1 6 A顯示圖1 1的表資料掃描的減縮組的空間成分表； 圖1 6 B顯示的空間成分的頻譜是根據圖6 A, 6 B的資料掃 描，及根據圖1 6 A資料掃描的空間成分的頻譜； -24- 1315091 發明說明續頁 (20) 圖1 6 C顯示的差頻譜得自圖1 6 B的頻譜； 圖1 7顯示根據圖6A，6B資料掃描的第一蝕刻剖析的資 料掃描，及根據圖1 6 C的第二蝕刻剖析的資料掃描； 圖1 8 A顯示根據本發明的方法的流程圖； 圖1 8 B顯示根據本發明的額外方法的流程圖； 圖1 8 C顯示根據本發明的額外方法的流程圖；及 圖1 8 D顯示根據本發明的額外方法的流程圖。
圖式代表符號說明
1 材 料 處 理 系 統 10, 42 處 理 室 12 測 量 及 調 整 至少一可控處理參數的裝置 14 測 量 至 少 一 處理效能參數的裝置 20 基 板 支 架 25 基 板 26 後 側 氣 體 系 統 27 監 控 基 板 及 /或基板支架的裝置 28 靜 電 钳 系 統 30, 72, 82 RF產 生 器 32, 74 阻 抗 匹 配 網 路 40 氣 體 注 入 系 統 50 真 空 泵 系 統 52 壓 力 測 量 裝 置 55 控 制 器 60 旋 轉 磁 場 系 統 -25 - 1315091 發明說明續頁 (21) 70 上電極 80 感應線圈 100 度量工具
-26·

Claims (1)

1315® 94138029號專利申請案 中文申請專利範圍替換本(98年3月） 拾、申請專利範圍 1. 一種材料處理方法，該方法包括以下步驟： 特徵化一處理，該特徵化包括識別該處理之記號，其 中該記號包括至少一空間成分，該至少一空間成分係關 於至少一處理效能參數； 最佳化該處理，該最佳化包括識別一參考記號及利用 藉由至少一控制處理參數之變化所取得之複數個空間 成分之重疊，以便最小化該記號中空間成分之大小； 比較該處理記號與該處理之參考記號，其中該比較包 括判定一差記號；及 藉由比較該差記號與一門檻而判定一處理誤差，其中 當超過該門檻時發生該處理誤差。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該執行一處理包括 處理一基板。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該基板係一晶圓或 一液晶顯示器其中至少之一。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該至少一處理效能 參數係以下至少之一 ：#刻率、沈積率、触刻選擇度、 蝕刻特徵各向異性、蝕刻特徵臨界尺寸、膜特性、電漿 密度、離子能量、化學元素濃度、溫度、壓力、光罩膜 厚、及光罩圖案臨界尺寸。 5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該複數個空間成分 係富利葉調和函數。 6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該判定該記號與該 82906-980306.doc 申請專利範圍續頁 1315091 組可控處理參數間之關係包括一多維變量分析。 7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該多維變量分析包 括主要成分分析。 8. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該多維變量分析包 括實驗設計。 9. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該至少一可控處理 參數包括以下至少之一：處理壓力、RF功率、氣流率 、冷卻氣壓、聚焦圈、電極間距、溫度、膜材料黏度、 膜材料表面張力、曝光強度、及聚焦深度。 10. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括藉由調整該 至少一控制處理參數以改良該處理之空間均勻。 11. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包括極小化該處 理之該記號的至少一空間成分之幅度。 12. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該識別一記號包括 測量一資料掃瞄，該資料包括一處理效能參數，該資料 掃描係一多維資料掃描。 13. 如申請專利範圍第1 2項之方法，其中該多維資料掃描係 一二維資料掃描。 14. 一種材料處理系統，該系統包括 一處理室； 一測量及調整至少一可控處理參數之裝置； 測量至少一處理效能參數之裝置；及 一控制器，該控制器能：特徵化一處理，該特徵化包 括識別該處理之記號，其中該記號包括至少一空間成分 ;最佳化該處理，該最佳化包括識別一參考記號以及利 82906-980306.doc -2- 申請專利範圍續頁 1315091 用藉由至少一控制處理參數之變化所取得之複數個空 間成分之重疊，以便最小化該記號中空間成分之大小； 比較該處理之記號與該處理之參考記號，其中該比較包 括判定一差記號，及藉由比較該差記號與一門檻而判定 一處理誤差，其中當該超過該門檻時發生該處理誤差。 15. 如申請專利範圍第1 4項之系統，其中該處理室係一蝕刻 室。 16. 如申請專利範圍第1 4項之系統，其中該處理室係一沈積 室，包括化學蒸氣沈積及物理蒸氣沈積其中至少之一。 17. 如申請專利範圍第1 4項之系統，其中該處理室係一光阻 塗室。 18. 如申請專利範圍第1 4項之系統，其中該處理室係一介電 塗室，包括一旋塗式玻璃系統及一旋塗式介電系統其中 至少之一。 19. 如申請專利範圍第1 4項之系統，其中該處理室係一光阻 圖案化室。 20. 如申請專利範圍第1 9項之系統，其中該光阻圖案化室係 一紫外線微影系統。 21. 如申請專利範圍第1 4項之系統，其中該處理室係一快速 熱處理室。 22. 如申請專利範圍第1 4項之系統，其中該處理室係一批次 擴散爐。 82906-980306.doc -3-
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