用于半导体晶片制备工艺实时原位监控的方法和系统技术方案

在半导体晶片制备过程中对在处理工具内部执行的步骤进行实时原位监控的方法和系统。对选定工艺参数在正常操作状态和在偏差状态下的变化规律编码并存储在数据库中。建立针对每个可识别偏差的报警编码和应采取的动作。在晶片处理过程中，该工艺参数受到连续地监视，以便实时地和存储在数据库中的数据作比较。如果检测到异常，则发出报警编码，立即采取推荐动作。结果，只有合格晶片得到完整的处理。该技术允许晶片制备工艺的完全集群化。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路的制造，更具体地讲是涉及对半导体晶片制备工艺进行实时原位监控的方法和系统。就实时在线监控晶片制备工艺的具体处理步骤(腐蚀、淀积…)而言，其基本含义是一种方法，该方法包括在当前步骤中持续并行监测多个选定工艺参数的步骤，将参数变化与正确执行时描述工艺步骤的相应数据以及识别出的故障偏差相比较的步骤，其中数据和偏差均存储在数据库中。完成由工艺工程师定义的比较及废弃判据的分析规则按照一定的算法形式进行编码并存储在数据库中。如果检测到工艺偏差，报警程序就发出警报，并立即执行相应的动作。报警程序同样存储在数据库中。为实现本专利技术方法，需要与监视该工艺步骤的控制器以及数据库相连的监控器。由于集成度的持续增加，必须对在用于生产集成电路(ICs)的半导体晶片制备工艺中使用至今的制备工艺进行十分精确的控制。由于这个原因，为此目的所需的处理工具变得越来越复杂。处理工具可以包括多个腔，每个腔执行多个处理步骤。为了节约资金，提高产量，晶片通常是通过计算机控制的多个工具顺序地经过所述多个腔进行处理的。腔的选择决定于许多因素，例如可行性、污染等级、规格等等。工具和工艺特征的新方法，例如原位污染监视、测量、气体分析等，现已在半导体工业中得到广泛的应用。所有这些特征技术产生了各种类型的大量数据。具体地讲，这种数据包括物理工艺参数，例如气体流量，压力，RF功率，温度等，这些参数在确定的步骤中一直受计算机的控制。其它数据包括由连续监视工艺过程的控制器以及测量单元提供的结果(例如，刻蚀速率)。所有这些对于当前步骤至关重要的数据并没有有效地得到充分利用。事实上，至今只有物理工艺参数暂存在工具计算机中。有时这些数据用来在工艺结束后进行进一步的分析/研究，但是它们从来没有为了正在处理的晶片而实时、原位地得到使用。附图说明图1简略地示出了标号为10的现有工艺通用系统，该系统实现了处理半导体晶片的典型流程。下面的描述将参照多腔RIE工具进行，例如Applied Materials,Santa Clara,CA,USA制造的AME5000，该工具用来在晶片表面执行一系列刻蚀不同材料的步骤。然而，还可以想象得到其它工具，例如淀积设备等。现在转到图1，系统10包含与工具计算机相连的RIE刻蚀工具11。从图1可知，为了简化，工具11只包含两个腔11-1和11-2，实际上，应当理解为它具有更多的独立腔，可以多达六个。仍然是为了简化，我们假定每个腔执行相同的、标号为A、B、…、I、…、X处理步骤序列。标号为13的数据总线为在工具腔和计算机12之间交换数据流在其间提供了电连接。在初始状态，计算机12将步骤A的物理工艺参数适当地下载到腔11-1或11-2。典型的物理工艺参数是气体流量、压力、RF功率、温度等。然后，执行步骤A，步骤A通常在固定的时间之后停止。无论何时需要，都可以将这一过程应用到其它步骤B、C…X。在这些步骤中，计算机12通过工艺控制数据总线13检测各种物理工艺参数，并且在参数中的任何一个参数超出预定限度时停止当前工艺。通常在出现严重的硬件故障之后，例如RF功率关闭或气流终止，会停止工艺。图2描述了标号为10’的图1系统的改进型号，其中相同的元件具有相同的标号。为了说明，分别只在腔11-1和11-2中执行三个工艺步骤(A到C)和一个工艺步骤(A)。除工具11、计算机12和连接在其间的数据总线13之外，改进型系统10’还包括连接到各个工具腔的附加设备。如图2所示，两个刻蚀端点检测(EPD)控制器14-1和14-2分别具有用来观察腔11-1和11-2内部的等离子体的光纤15-1和15-2。这些EPD控制器的功能只是执行光学干涉测量。适用于系统10’的EPD控制器是SOFIE Instr。,Arpajon,FRANCE出售的DIGISEM或DIGITWIN。然而，在本应用中，“EPD”表示“刻蚀端点检测”，或更加广泛地表示“端点检测”，例如当使用的是淀积工艺而不是刻蚀工艺时。同样，分别将两个控制设备16-1和16-2连接到腔11-1和11-2，控制设备通常是粒子计数器、气体检测器、质谱仪等。这些控制设备的类型决定于该工具的功能刻蚀、淀积…。操作者使用控制设备对当前工艺进行可视化检测，以便在需要时停止该工艺，例如在粒子计数器检测到污染过量的情况下。最后，两个外部测量单元17-1和17-2对于处理中间和处理后的测量是必须的，以便确定在各个腔的输出口得到的晶片是否还符合规格。如图2所示，测量分别在腔11-1和11-2的输出口进行。测量单元和控制设备有时具有记录主要事件的局域数据库，以便在工艺结束之后供操作者察看。数据总线18为实现基本数据交换而在计算机12和EPD控制器14-1和14-2之间提供电连接。结果，EPD控制器的功能只是通知是否已经检测到刻蚀端点，通知处理步骤已经到达该步骤允许的最长时间。系统10’的操作相对较简单。为了简化，假定，(1)在第一腔11-1中只执行标号为A到C的三个步骤，其中只有两个步骤(A和C)受EPD控制器14-1监视；(2)在腔11-2中只执行一个步骤(A)。首先，计算机2按照上述方式通过数据总线13向腔11-1下载物理工艺参数，同时，通过总线18将步骤A中使用的算法标识码发送到EPD控制器14-1。启动腔11-1中的步骤A同样也启动了EPD控制器14-1，使其扫描选定的刻蚀端点参数，该参数通常是由晶片表面的特定层发射出的具体辐射波长。表示这种辐射的信号涌动表明已经到达端点。然而，还可以使用其它参数。通过光纤15-1传送的信号在EPD控制器14-1中进行处理，以便检测刻蚀端点。在这种情况下，EPD控制器14-1通过数据总线18发出信号，通知计算机12已经到达刻蚀端点，必须终止步骤A。与此相反，EPD控制器14-1通知计算机12，已经到达最长允许时间。接着，启动步骤B。该步骤的执行过程不受EPD控制器14-1监视，因此它由使用者确定的时间控制。假定，步骤C的执行方式与步骤A相同，即它同样受EPD控制器14-1监视。在步骤C结束之后，将晶片送到测量单元17-1检测它是否符合规格。只有合格的晶片才装入腔11-2继续进行处理。一旦在腔11-2中完成步骤A，在测量单元17-2中执行新的测量步骤。必须注意，在第一腔中执行的步骤A到C不会互相干扰，在第二腔中执行的步骤也是如此。换句话说，所有这些步骤均是顺序执行的，前一步骤对后一步骤没有任何影响。如上所述，在这些步骤中，计算机12检查所有不同的物理工艺参数，并只有在参数中的一个超出预定限度的条件下才停止当前工艺。任选地，所有这些物理工艺参数可以上传给计算机12的数据库，以便后续分析。当系统10’在DRAM芯片上的槽形成工艺过程中用于执行所谓的“ABETCH”/“AB STRIP”工艺时，通过下面参照图3至图5描述可以更好地理解图2的系统10’和晶片制备工艺之间的复杂关系。“AB ETCH”包括在同一腔中，即刻蚀工具11的11-1中，顺序执行的三个刻蚀步骤(标号为A、B和C)，“AB ETCH”工艺后面跟随着“AB STRIP”工艺，该工艺是腔11-2中的唯一步骤(标号为A)，其目的是去除三次刻蚀步骤之后剩余的光刻胶材料。选择“AB ETCH”/“AB ST本文档来自技高网...

【技术保护点】
对用于晶片批量生产的、制备半导体晶片的确定工艺步骤进行实时原位监控的方法，包括以下基本步骤：ａ）选择至少一个用于监视确定步骤的工艺参数。ｂ）建立包含以下内容的数据库：在由工艺工程师标识出的正常操作状态下和所有偏差状态下选定的工艺 参数的变化规律；表示由工艺工程师定义的用于识别任何偏差的分析规则的算法，该算法包括各种偏差的废弃判据；各种偏差情况下的报警编码；所述方法还包括确定的步骤，包括：ｃ）提供了：－具有至少一个在制备工艺的特定步骤中用于处理晶片 的腔的工具；－控制所述工具的物理工艺参数的工具计算机；－至少一个监视设备，监视为该步骤而确定的至少一个选定工艺参数；－通过网络与计算机、监视设备和数据库相连的监控器，以便监控确定步骤的工艺流程；ｄ）将晶片引入到工具腔中； ｅ）开始晶片处理；ｆ）利用监控器连续地分析选定工艺参数的变化规律，该监控器用于比较存储在数据库中的相应数据，以便实时原位地检测在确定步骤中出现的任何偏差；ｇ）如果没有检测到偏差，则继续进行晶片处理直至正常结束，如果检测到偏差，则采取 与检测到的偏差相对应报警编码规定的正确动作。...

【技术特征摘要】
EP 1997-12-30 97480108.61．对用于晶片批量生产的、制备半导体晶片的确定工艺步骤进行实时原位监控的方法，包括以下基本步骤a)选择至少一个用于监视确定步骤的工艺参数。b)建立包含以下内容的数据库在由工艺工程师标识出的正常操作状态下和所有偏差状态下选定的工艺参数的变化规律；表示由工艺工程师定义的用于识别任何偏差的分析规则的算法，该算法包括各种偏差的废弃判据；各种偏差情况下的报警编码；所述方法还包括确定的步骤，包括c)提供了-具有至少一个在制备工艺的特定步骤中用于处理晶片的腔的工具；-控制所述工具的物理工艺参数的工具计算机；-至少一个监视设备，监视为该步骤而确定的至少一个选定工艺参数；-通过网络与计算机、监视设备和数据库相连的监控器，以便监控确定步骤的工艺流程；d)将晶片引入到工具腔中；e)开始晶片处理；f)利用监控器连续地分析选定工艺参数的变化规律，该监控器用于比较存储在数据库中的相应...

【专利技术属性】
技术研发人员：P科罗尼尔，R马卡南，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]