| 隨著工藝條件的復(fù)雜性和工藝窗口的不穩(wěn)定性在逐漸增加,設(shè)備制造商和終端用戶不得不勉強(qiáng)接受這樣一個(gè)現(xiàn)實(shí)：盡管將測(cè)量設(shè)備集成在一起會(huì)增加成本,并帶來令人頭疼的新問題,但是至少對(duì)于某些工藝來說,這樣的努力還是值得的。
集成計(jì)量測(cè)量技術(shù)（Integrated Methology, IM）是指將量測(cè)系統(tǒng)和工藝設(shè)備相結(jié)合在一起的技術(shù),在工藝加工過程中進(jìn)行原位或在線量測(cè),以獲得數(shù)據(jù)和結(jié)論的方法。與傳統(tǒng)的離線測(cè)量方法完全不同,用IM技術(shù)測(cè)量時(shí)不必將正在加工的晶片從工藝設(shè)備中取出來。而傳統(tǒng)方法則要先取出晶片,然后拿到其他單獨(dú)的測(cè)量設(shè)備上進(jìn)行測(cè)量。IM技術(shù)要將很多系統(tǒng)和子系統(tǒng)集成在一起,包括傳動(dòng)系統(tǒng)、各種設(shè)備和機(jī)器人系統(tǒng)。IM的最終目標(biāo)是使器件制備過程實(shí)現(xiàn)更加先進(jìn)的工藝控制。
MKS Instruments行銷副總Paul Blackborrow指出：“IM的技術(shù)工作越來越復(fù)雜,因此你必須要和傳感器供應(yīng)商密切合作。他們對(duì)工藝過程中的化學(xué)反應(yīng)非常了解。他們能滿足各種特殊的應(yīng)用需求�！�
Applied Materials硅蝕刻部總經(jīng)理Dragan Podlesnik認(rèn)為工藝控制的下一個(gè)技術(shù)革新就是IM�！巴ㄟ^離線量測(cè),有些公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了批與批之間（Lot-to-Lot）的工藝控制。然而,隨著工藝尺寸的進(jìn)一步縮小,減小批內(nèi)片與片之間的工藝誤差,實(shí)現(xiàn)更精確的控制將是必不可少的。實(shí)際上,只有采用IM技術(shù)才能提供技術(shù)通融性和實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)時(shí)晶片之間的工藝控制�！�
正如Therma-Wave公司的產(chǎn)品總監(jiān)Gloria Johnson所說, CMP是IM技術(shù)成功的第一個(gè)例子�！坝行┕に嚭茈y控制。比如CMP,墊層（Pad）和拋光液（Slurry）的條件都會(huì)有一些細(xì)小的改變,因此這是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程,每片晶片的工藝處理都是不一樣的。我們?cè)谶^去三年的顯影和蝕刻經(jīng)驗(yàn)告訴我們,在有些工藝過程中你根本就不可能對(duì)每片晶片進(jìn)行檢查,因?yàn)檫@些工藝過程都是在不斷地變化的。” 
Applied Materials的Transforma patterning 系統(tǒng)整合了Nanometrics公司的光學(xué)CD量測(cè)（OCD）設(shè)備,有效地減小了晶體管柵極CD的變動(dòng)范圍. �。ㄙY料來源：Applied Materials/Nanometrics） 工藝條件窗口的監(jiān)測(cè)
Advanced Energy Industries 公司的控制系統(tǒng)和儀器部市場(chǎng)總監(jiān)John Field認(rèn)為IM技術(shù)非常重要�！拔覀冋谘芯恳粋�(gè)解決方案,希望能通過軟硬件的結(jié)合,利用傳感器對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行原位測(cè)量。IM的主要問題是如何快速獲取數(shù)據(jù)、提供工藝反饋并采取相應(yīng)的調(diào)整措施。
器件制造商每天要面對(duì)大量的數(shù)據(jù)�！白鳛橐粋�(gè)系統(tǒng)制造公司,我們擁有影響工藝的大量關(guān)鍵數(shù)據(jù),我們必須對(duì)工藝條件進(jìn)行維護(hù)。而OEM和其他制造商面臨的工藝條件范圍正在不斷地縮小。因此開發(fā)工藝條件輔助管理系統(tǒng)是非常必要的�！�
對(duì)工藝條件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是很重要的。Field解釋說：“我們通過一整套系統(tǒng)的方法（包括硬件和軟件）來解決問題。我們正在研究如何為CVD設(shè)備清洗提供準(zhǔn)確的清洗終點(diǎn)時(shí)間。當(dāng)你對(duì)晶片進(jìn)行CVD加工時(shí),相應(yīng)的介電質(zhì)也會(huì)沉積在反應(yīng)室的腔面上。最終,我們需要清洗這些反應(yīng)腔。通常,清洗時(shí)間是根據(jù)沉積過的晶片總數(shù)來確定的。為此,我們必須預(yù)留相當(dāng)大的安全空間。這樣會(huì)消耗更多很昂貴的NF3氣體,反應(yīng)室的零部件也會(huì)逐漸損壞。所以還需要對(duì)部件進(jìn)行周期性的更換,并重新進(jìn)行質(zhì)量認(rèn)證。這些都會(huì)對(duì)質(zhì)量產(chǎn)生影響并浪費(fèi)大量的時(shí)間�！�
我們?cè)?jīng)嘗試過用光學(xué)系統(tǒng)來解決問題,比如用單色光掃描儀對(duì)等離子體發(fā)射出來的光進(jìn)行監(jiān)測(cè),以確定清洗終點(diǎn)。但是,清洗反應(yīng)室也會(huì)蝕刻監(jiān)測(cè)窗口,因此這種方法不太可靠。為此,Advanced Energy公司發(fā)明了一種適用于在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用的rf傳感器�！笆占降男盘�(hào)被傳送到應(yīng)用軟件上,該軟件會(huì)根據(jù)不同的工藝條件采用不同的運(yùn)算法則進(jìn)行計(jì)算,最終確定清洗終點(diǎn)。因?yàn)閭鞲衅鳈z測(cè)到的過程不會(huì)受其他因素的干擾,所以rf清洗終點(diǎn)是可靠的。 返回到光學(xué)測(cè)量系統(tǒng)
Applied公司的Podlesnik介紹說：“我們有一套蝕刻用系統(tǒng)的產(chǎn)品安裝了OCD IM系統(tǒng)。我們的CD測(cè)量方法經(jīng)歷了從光學(xué)系統(tǒng)到CD-SEM,然后又回歸到光學(xué)系統(tǒng)的過程。事實(shí)上,IM無所不在。我們已經(jīng)在薄膜沉積系統(tǒng)、蝕刻系統(tǒng)和CMP系統(tǒng)等設(shè)備上安裝了IM系統(tǒng)�！睘榇�,首先必須對(duì)進(jìn)來的材料在未加工之前進(jìn)行測(cè)量,然后根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整反應(yīng)室或系統(tǒng)的參數(shù)（圖1）�！拔覀兊姆椒ㄊ抢迷诰�測(cè)量。這意味著我們可以利用晶片參數(shù)的測(cè)量結(jié)果來調(diào)整蝕刻條件。這項(xiàng)技術(shù)在生產(chǎn)中得到了應(yīng)用且已證明可以大大減小加工對(duì)象本身所帶來的變動(dòng)和誤差（>50%）。 
圖1. 為了滿足工藝控制的要求,CD測(cè)量經(jīng)歷了從光學(xué)系統(tǒng)到CD-SEM,然后又回歸到光學(xué)系統(tǒng)的過程。（資料來源：Applied Materials）
Applied公司希望能夠提供工藝處理后的在線測(cè)量。“我們發(fā)現(xiàn)這種方法能帶來很大好處。目前的蝕刻和薄膜沉積工藝都是先把晶片取出,然后進(jìn)行清洗和測(cè)量,最后通過測(cè)量數(shù)據(jù)判斷你是否很好地完成了該工藝。假如能將這些過程都整合到一個(gè)系統(tǒng)里去完成,那將是非常有利的。這套系統(tǒng)不僅能對(duì)進(jìn)來和出去的每片晶片進(jìn)行在線測(cè)量,而且因?yàn)橄到y(tǒng)能夠共享數(shù)據(jù),所以用戶可以很快地知道晶片加工是否達(dá)到了規(guī)定的要求。此外,系統(tǒng)還能夠?qū)崿F(xiàn)回路反饋控制。因此,有可能實(shí)現(xiàn)世界范圍內(nèi)不同的制造設(shè)備、不同設(shè)備之間的互相匹配�！� 縮短生產(chǎn)周期
采用IM技術(shù)的另一個(gè)考慮因素是要縮短生產(chǎn)周期。在生產(chǎn)高端芯片時(shí),通常是在一批片子取其中的一片投入到生產(chǎn)周期中去,讓這一片子走完一遍完整的工藝過程的各個(gè)步驟;然后測(cè)量這一片子的各項(xiàng)參數(shù),根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)決定是否要把整批片子都投入工藝流程中去。這整個(gè)過程需要4到24個(gè)小時(shí)。
“而在設(shè)有IM技術(shù)的系統(tǒng)中,所有這些都是在一個(gè)操作平臺(tái)上完成的,無需將晶片取出來進(jìn)行計(jì)量檢測(cè),因此可以大大縮減生產(chǎn)周期。”Podlesnik介紹說,“每一片晶片都將象首投的片子那樣通過生產(chǎn)線的各個(gè)工藝步驟。晶片被裝載后,系統(tǒng)可以對(duì)裝入的片子完成加工前測(cè)量、進(jìn)行工藝加工和加工后測(cè)量等一系列操作。任何一項(xiàng)操作（如暫停時(shí)間、濕法清洗等）后,都要進(jìn)行測(cè)量。每一臺(tái)測(cè)量設(shè)備都必須是檢測(cè)合格的。由于能在同一平臺(tái)上完成蝕刻前后的測(cè)量,采集蝕刻速率、均勻性和其他一些數(shù)據(jù),因此能大大縮減工藝周期 |
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