511128 A 7 B7 五、發明説明（i ) 發明背景 本發明係關於半導體處理裝置，特別是關於預測處理 結果，提升裝置之稼動率與信賴性之半導體處理裝置，以 及監視以及/或控制半導體製造裝置之方法。 近年來，半導體裝置之尺寸微細化，加工的尺寸精度 也嚴格至必須以10%以下之尺寸精度加工0.1 /2 m以下之閘極 電極。另一方面，在利用熱或電漿物理化學地加工半導體 晶圓之半導體製造裝置中，由於裝置內部之化學反應所產 生之反應產生物等附著於裝置之內壁而殘留，隨著時間使 晶圓之處理狀態變化。 因此，隨著多數片重複晶圓之處理，晶圓上之半導體 裝置的加工形狀逐漸變化，性能劣化。爲了處理此問題， 通常採取藉由電漿淸理處理室內壁之附著物，或提高處理 室壁之溫度，使得附著物不易附著等之對策。但是，在多 數之情形，這些之對策並不完全，結果爲：半導體裝置的 加工形狀逐漸變化。因此，在加工形狀變化成爲問題之前 ，必須進行製造裝置的構件之更換或洗淨。又，在堆積膜 以外，各樣之裝置狀態的變動與晶圓之加工形狀之變動有 關。因此，提案檢測半導體製造裝置內部之處理狀態的變 化，將檢測結果回饋於半導體製造處理裝置的輸入，一定 地保持處理狀態等之工夫。 監視電漿處理之變動的方法例如揭示在JP-A- 1 0- 1 25660 號。於此公報中，顯示利用電漿處理特性與裝置的電氣信 號之關係式，預測裝置性能、診斷電漿之狀態之方法。作 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
511128 A7 ____B7 五、發明説明（2 ) 爲其方法係揭示藉由多重回歸分析以求得表示3個之電氣 信號與裝置的電漿處理特性之關係的近似式之方法。又， 另一例係揭示在JP-A- 1 1 -87323號。於此公報中，顯示將安 裝既存之複數的檢測器之一般的檢測系統適用於半導體製 造裝置，由該檢測信號之相關信號監視裝置的狀態之方法 。作爲產生該相關信號之方法係揭示藉由6個之電氣信號 之比的計算式。又，另一粒係顯示在U.S.Patent 5658423。 於此公報中，顯示取入光或質量分析器之很多的信號，產 生相關信號，監視裝置之狀態的方法。作爲產生此相關信 號之方法係顯示利用主成分分析之方法。 發明摘要 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 但是，在JP-A- 10- 1 25660號之方法中，監視裝置之傳感 器資料有多種類時，與欲預測之處理性能無關之很多的信 號進入說明變數之故，藉由多重回歸分析之預測變得不太 順利。又，JP-A- 1 1 -87323號之方法係將取得由廣爲知悉的 複數的檢測手段來之複數的檢測信號之相關的信號使用於 診斷的一般之方法。取得所揭示之相關的方法也係取得幾 種之信號之比的習知的手法，適用於正確監視因應很多之 變動原因，取得多樣之狀態之半導體製造裝置的狀態之系 統有其困難。在U.S.Patent 5,658,423中，與以上之方法不 同，揭示：藉由主成分分析由裝置所監視之多量的資料， 捕捉裝置狀態之變動，以監視電漿之狀態之方法。但是， 在使用於實際的量產之半導體製造裝置中，單單如此適用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 511128 A 7 __B7_ 五、發明説明（3 ) 一般之統計處理之方法，並無法順利稼動。例如，幾乎都 是不知道主成分如何地一有變化，處理結果會變得如何之 情形之故。 本發明之目的在於提供：於處理各種種類之裝置的半 導體製造裝置中，藉由監視處理狀態，依據監視器輸出， 檢測異常處理，或預測處理結果，提升裝置的稼動率與信 賴性之半導體處理裝置及方法。 依據本發明之1種形態之半導體處理裝置爲了解決上 述課題，採用如下之手段。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 處理裝置係包含：監視處理半導體晶圓之半導體處理 裝置的處理狀態之傳感器；以及輸入藉由前述半導體處理 裝置所處理之半導體晶圓的處理結果之量測値之處理結果 輸入手段；以及依據前述傳感器取得之傳感器資料以及前 述量測値，將前述傳感器資料當成說明變數，產生預測處 理結果之模型式之模型式產生部；以及依據前述模型式以 及前述傳感器資料，預測處理結果之處理結果預測部；以 及比較前述預測處理結果與預先設定之設定値，補正其之 偏差地控制前述半導體處理裝置之處理條件之處理條件控 制部。 藉由如此構成，如依據本發明，由半導體製造裝置藉 由傳感器取得監視器資料，在量測試料之處理結果前或不 用量測地，藉由模型式預測處理結果以提升半導體製造裝 置的稼動率與信賴性。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 511128 A7 B7 五、發明説明（4) 實施例之詳細說明 以下，依據圖面說明本發明之實施例。 圖1A係顯示本發明之第1實施例。同圖中，處理裝置 1具備有監視處理狀態之2個的處理狀態監視部2。處理狀 態監視部2也可以組裝在裝置1中，也可以設置在裝置1 之外側。又，也可以透過網路等設置於分離之場所。進而 ’如圖1B般地，機能之一部份透過網路等而被分離亦可。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 處理狀態監視部2具有如下之構成。首先，具有監視 在處理裝置1之晶圓的處理狀態之傳感器3。傳感器通常 使用幾個種類之傳感器。例如，在電漿蝕刻裝置或電漿 CVD裝置之電漿處理中，傳感器利用分光器頻譜分解處理 中之電漿的發光，取得分解之各波長之發光強度以作爲傳 感器資料。例如，在使用具有1000頻道之CCD陣列之分光 器時，每1次之取樣可以取得1000個之傳感器資料。又， 裝置的壓力或溫度、氣體流量等也使用爲傳感器資料。又 ，可以將電流、電壓、阻抗握這些之高頻波成分等之電氣 量測結果當成傳感器資料使用。在晶圓之處理中，以適當 之時間間隔取得這些之傳感器資料，取得之傳感器資料保 存在傳感器資料保存部4。另一方面，處理完了之晶圓藉由 裝置1之外部或被組裝在裝置之處理結果量測器量測處理 結果。處理結果量測係藉由CDSEM之閘極寬幅之量測或藉 由剖面SEM之剖面形狀之加工形狀之量測，或加工之裝置 的電氣特性之量測。這些量測不需要於全部之晶圓進行， 通常抽出一部份之晶圓，量測處理結果即可。處理狀態監 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 511128 A 7 B7 五、發明説明（5 ) 視部2爲了接受此處理結果之量測値，具有處理結果量測値 輸入手段5 。輸入手段5可以爲讀取被記錄在軟碟或 CDROM等之可搬動媒體之資訊之讀取器，也可以爲有線或 無線之網路接續裝置。由輸入手段5接受之處理結果之量 測値係被保存在處理結果量測値保存部6。於保存部6保 存各種裝置之處理結果的量測値。模型式產生部7係由傳 感器資料保存部4與處理結果量測値保存部6取出同種之 裝置，而且傳感器資料與處理結果量測値之兩方的資料被 保存之樣本。此樣本數例如在3個以上時，將傳感器資料 當成說明變數，製作預測處理結果量測値之模型式。此時 之傳感器資料之種類或數目爲多數，自動地選出使用於預 測之傳感器資料有困難。特別是在處理各式各樣之裝置的 情形等，個裝置在預測上有效之傳感器資料不同之故，預 先決定使用於預測之傳感器有其困難。 圖5A係說明藉由PLS法之模型式產生處理圖，如圖5A 所示般地，PLS法係由多數之傳感器資料自動產生與應預測 資料之變動其相關變得最強之說明變數。同時，由傳感器 資料也可以獲得計算說明變數用之函數。例如，以η片之 晶圓的處理結果量測値爲預測對象，以Yi表示第i號之晶 圓的處理結果量測値。由1個晶圓獲得m個之傳感器資料 時，以Sij表示第i號之晶圓的第j號之傳感器資料。此m 個之傳感器資料可以爲相同傳感器之不同時間的資料値， 也可以由不同傳感器來之資料。圖5B係說明傳感器資料Sij 之例圖。如同圖所示般地，裝置1之1片晶圓之處理被分 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511128 A7 B7 五、發明説明（6 ) 成3步驟之處理條件，有傳感器A、B、C之3種類時，如 圖示般地，Sij係取得S11至Sn9即可。Sij也可以爲各步驟 處理中之傳感器資料之平均値’也有轉換爲平方或倒數等 之傳感器資料値比較好之情形。如使用PLS法，也可以將 傳感器資料Sij轉換爲以與Yi之變動的相關的強度之順序 排列之m個的說明變數Xik。由傳感器資料Sij轉換爲說明 變數Xk之函數Fk係如式（1 )所示。
Xik = Fk(Si 1 ,Si2, ··· ,Sim) (1) 使用此說明變數Xik之中的幾個，預測處理結果量測 値。通常說明變數Xil與處理結果量測値Yi之相關最強之 故，將Xil、Xi2、Xi3等選擇爲說明變數。在PLS法中，如 式（2 )之預測式同時被.產生。但是也可以製作先前敘述之 Xij等之預測式（2)。
Yi = (p(Xil，Xi2，Xi3) (2) 另一方面，在處理結果量測値之中，晶圓之處理狀態 變差，顯示異常之處理結果量測値之晶圓資料也包含在其 中。對於此種資料，以通常之多重回歸分析一進行預測， 如圖6所示般地，被異常資料影響之預測精度差的模型式被 產生。因此，於預測使用堅固回歸分析如使用堅固回歸分 析’如圖6所示之有異常的資料當成偏離者由預測對象被排 除之故，可以產生正確之預測模型式。 圖7係顯示說明模型式產生部7之模型式產生處理之流· 程圖。 於模型式產生部7中傳感器資料之種類在有很多時，進 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公產） 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項 再 本 頁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511128 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（7 ) 行傳感器資料之主成分解析（步驟701、702 )，利用獲得 之主成分，進行堅固回歸分析，預測處理結果（步驟505〜 706 )。此時，處理結果之預測所不必要之主成分也包含在 說明變數之故，如流程圖所示般地，去除回歸係數小之主 成分（步驟707 )，將別的主成分（第2主成分）追加於說 明變數（步驟704 )，再度進行多重回歸分析（步驟706 ) 之處理，重複此處理至預測誤差成爲設定値以下爲止（步 驟708 )。這些回歸分析可以爲線性，也可以利用由處理之 物理特性或經驗値所獲得之非線性之回歸分析。 以上述之方法所產生之模型式係被保存在圖1之模型式 保存部8。模型式係各種種之裝置地被製作之故，在模型式 保存部8只保存以處理裝置所處理之裝置的數目之模型式。 某裝置之晶圓被載入處理裝置1而處理時，對應此裝置之 模型式被載入預測部9。此裝置在處理中由傳感器3所獲得 之信號如果需要，利用藉由PLS法所獲得之式（1 )，被轉 換爲說明變數，或藉由主成分分析被轉換爲主成分，處理 結果之預測値藉由式（2 )之模型式被計算。計算之預測値 被傳遞於處理條件控制部10，控制部10補正處理結果之設 定値與預測値之偏差地變更處理條件。接著，說明在前述 之處理條件控制部10補正處理條件之具體的方法。此處再 度利用PLS法。在通常之半導體裝置的處理中，很多之加 工要求係要求幾種之相反之處理性能。例如，在閘極電極 之蝕刻加工等中，要求閘極電極之側壁的垂直性與底層氧 化膜與閘極多晶矽之蝕刻選擇性。及爲了達成側壁之垂直 - -1 〇- 請 先 閲 讀 背 之 注 意 事 項 再 f 本 頁
訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 511128 A7 _____B7 五、發明説明（8 ) 性，以使用堆積性低之鈾刻條件爲佳，爲了達成與底層氧 化膜之高選擇性，以使用堆積性高的蝕刻條件爲佳。如此 ，在有2個相反之要求的情形，處理條件之控制困難。 圖8〜10係說明滿足此種相反之要求之處理條件用之圖 。例如由於處理裝置1之時間經過變化，側壁之垂直性變 差時，一減少處理條件1 (此處，設爲氣體A之流量），垂 直性即使變好，但是同時，底層氧化膜之選擇性變差，作 爲處理條件並不理想。因此，例如，組合處理條件1與處理 條件2 (此處，設爲晶圓偏壓電力），必須一面改善側壁之 垂直性，而且，一面找出底層氧化膜之選擇性不會惡化之 條件。爲了解決此，如圖8般地，通常在進行處理之中心條 件之周圍設定改變數點至數十點之處理條件的實驗條件， 進行加工處理，量測處理結果。圖10中之點1〜4係相當於 圖8之實驗條件1〜4。此處，作爲處理結果量測値A，採用 側壁之垂直性之量測値，作爲處理結果量測値B，採用底層 氧化膜選擇比。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製
如圖9所示般地，對於此實驗，適用PLS法，如使用二 種類之處理條件與二種類之處理結果量測値之相關，如圖 1 0所示般地，可以獲得與側壁垂直性相關強的條件之方向A 。又，同樣藉由PLS法所獲得之與底層氧化膜選擇比相關 之強的方向，可以計算與方向A正交，與底層氧化膜選擇 比相關強之方向B，將此條件方向A與條件方向B設定於 圖1A之處理條件控制部10。如此一來，依據模型式，在預 測部9預測側壁的垂直性惡化時，將處理條件往條件方向A 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 511128 A7 _B7_ 五、發明説明（9 ) 修正，可以不犧牲底層氧化膜選擇比地改善側壁垂直性。 被計算之處理條件的控制方向係被保存在處理條件控制方 向保存手段14，使用於藉由模型式之處理結果預測値由設 定値偏離之情形，修正處理條件。 在此處所舉之例中，雖使二種類之處理條件變化，在 PLS法中可以使更多種類之處理條件變化，使愈多之處理條 件變化，可以獲得更好之結果。又，相反之處理結果預測 値也不單爲二種類，可以以更多數之處理結果爲對象。例 如，在側壁之垂直性與底層氧化膜選擇比之外，可以取用 光罩選擇比等。 圖2係顯示本發明之另一個之實施例。圖2之系統雖與 圖1 A之系統幾乎爲相同構成，但是代替處理條件控制部1 0 ，具有預測値顯示部11，於裝置之顯示器等顯示通知異常 之信息。此顯示部份也可以爲發出警報之蜂鳴器或電子郵 件之發送等。 圖3係顯示本發明之另一個之實施例。至此爲止之系統 係依據由模型式之處理結果之預測之故，無法監視不產生 模型式之種類的裝置之處理。在處理結果之量測很多需要 花非常多之時間的情形，有幾乎無法進行處理結果之量測 者，在那種裝置之情形，無法產生模型式。因此，如圖3般 地，在主成分抽出部12由多種之傳感器資料抽出主成分， 藉由以異常監視部1 3監視主成分之變動之偏差，檢測處理 之異常。在檢測異常之情形，停止裝置之下一晶圓之處理 動工即可。在異常之檢測上，例如可以使用稱爲
本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） H 注 意 項 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 511128 A7 _B7_ 五、發明説明（1〇) 請 先 閲 讀 背 面 之 注 意 事 項 SPC(Statistical Process Control)之偏差的管理方法。爲此， 記憶相符之裝置的處理中之主成分的平均値與方差，在被 量測之主成分由平均値分離方差之數倍以上時，將處理判 定爲異常。 圖4係說明合適於具備處理狀態監視部2以及副處理狀 態監視部2之雙方的處理裝置之處理流程圖。首先判定是否 產生保存對於欲處理之裝置之模型式（步驟501)。在模型 式有被保存之情形，藉由處理狀態監視部2實行監視控制（ 步驟502 )。在模型式未被保存之情形，藉由處理狀態監視 部V實行監視控制（步驟503 )。 不單使用圖1A、圖2之模型式之處理狀態監視部，如兼 具只使用如圖3之主成分之副處理狀態監視部之二個，如圖 4所示般地，即使爲模型式被產生保存之裝置，又即使爲未 被產生之裝置，也可以監視處理狀態。此種具有彈性之監 視系統適合於半導體製造裝置之監視。 圖面之簡單說明 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖1 A係顯示本發明之1實施例之半導體裝置的處理裝 置之if制系統的方塊圖。 示圖1A之控制系統的修正例之方塊圖。 圖2#^^圖1之處影狀態監視部之別的實施例之方塊 圖 圖3係顯示副處理狀態監視部之實施例之方塊圖。 圖4係顯示裝置之處理狀態的監視方法之例的流程圖 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉A4規格（210X29*7公釐） ^Π128 A7 B7 五 、發明説明（ 11 表 圖5A係說明模型產生部之動作用之流程圖。 圖5B係例示η片之晶圓的處理結果量測値之預測法之 圖6係說明無異常資料之預測模型產生法之圖。 圖7係模型式至作用之流程圖。 圖8係說明處理條件控制部之補正動作用之表。 圖9係說明處理條件產生部之動作用之流程圖。 圖10係說明處理條件之控制方向用之圖。 請 先 閲 背 面 意 事 項 再 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 主要元件對照 1 處理裝置 2 處理狀態監視部 3 傳感器 4 傳感器資料保存部 5 處理結果量測値輸入手段 6 處理結果量測値保存部 7 模型式產生部 8 模型式保存部 9 預測部 10 處理條件控制部 11 預測値顯示部 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）