摘要　本文将重点讨论整合量测与晶圆级控制技术在先进精密制造中的作用。

       自半导体技术迈入0.25mm时代之日起，针对如何、何时，从何处着手以及为何将整合量测（IM）技术应用于甚大规模集成（VLSI）制造等问题已引发了大量的行业性发展推测。长久以来，各种重大国际会议都始终将整个议程都用于探讨整合量测技术前沿的开发研究，然而（也有一些例外），半导体工业似乎一直处在研究、技术开发、可行性研究、小规模试验计划和前瞻性商业分析的循环往复之中。整合量测技术已得到全行业的关注，在工程技术方面也付诸了较大的努力，且该技术也表现出明显的强劲发展势头，那么为什么总也看不到大规模的应用呢？

　半导体行业一些约定俗成的技巧已经将整合量测的进步与晶圆级工艺控制的需求紧密结合在一起。不可否认的是，工艺窗口的不断缩小已经表明，必须开发能够描述批量级以下变化的控制系统，这已成为一种势在必行的发展趋势。为了能够获得实现更加精细颗粒控制所需要的晶圆级数据分辨率，我们假设必须采用能对每块晶圆进行测量而同时又不会增加循环时间的系统来取代每批处理1-4块晶圆的独立采样方案。开发整合量测技术。Alexander Braun先生在2005年7月很恰当地概括了整合量测与晶圆级先进工艺控制（APC）之间的协调性关系：“真正的先进工艺控制需要整合量测技术，尤其需要采用新型的材料和新结构，工艺窗口会越来越小，尤其是65nm节点以后更是如此。”

　　我们采用的制造策略被称为自动精密制造（APM）。自动精密制造的两大综合支撑技术是先进的工艺控制和先进的测量技术。这两种技术在自动精密制造技术的保护伞下实现相互协调才使我们能够不断地对新兴量测技术和先进工艺控制技术之间的关系做出评价。为了使整合量测和晶圆级控制（WLC）技术的讨论更加清晰明了，我们将在本文中对自动精密制造技术极佳的发展前景做出评价。首先我们将简要解释方差分析应如何推动控制战略的发展。然后我们将探讨整合量测技术的发展现状，整合量测技术将作为一种控制方法，成为增加工厂效率、提高良率并节约制造成本的促进剂。最后，我们将详细论述解决晶圆级控制难题的手段，同时还将介绍一种有趣的方法，它可替代广泛采用的传统技巧。

　　方差与晶圆控制

　　对这一技术加以阐明有助于我们确定相关术语的定义。晶圆级控制指的是对一个批次中的每块晶圆都要采用单独的工艺设置，在运行开始前就需要确定好。换句话说，在运行过程中不可能获得新的信息用于工艺设置的更新；运行开始前就要将所有的工艺参数下载到工艺设备上（图1 ）。这与批量级控制用的操作方案相似，只是晶圆可以有单独的设置。在运行过程中晶圆至晶圆(WtW)控制就能轻易地提高工艺设置的更新能力。在这种情况下，在晶圆进行处理之前的任意时间内即可以对每一块晶圆的工艺设置进行确定或更新。晶圆至晶圆的自动方案可以包括运行期间的新信息反馈或一种整合量测的前馈方案。运行期间获得的新信息可能来自于相同批次中前一块晶圆的整合量测数据，也可能来自于其它批次中的独立量测数据。这就是本文要介绍的主要内容。

　　在对半导体工艺处理中的方差进行特别分析时，可采用的有效方法是将工艺变化的因素分成几个部分：批次-批次、晶圆-晶圆、晶圆内部和闪存内部（或模版区）等。就像独立的与线性相关的参数一样，将这些单独的方差成份累积在一起就可知道总方差的大小。

     　s²_tot=s²_ltl+s²_wtw+s²_wiw+s²_wif+s²_meas

　　晶圆级控制和晶圆至晶圆控制技术主要与晶圆至晶圆情况的寻址有关。通常，为了有效地控制任何形式的变量，必须满足两个要求。首先，必须对所需的输出变量进行观测。这尤其要包括晶圆状态的量测。第二，必须有控制钮。为了实现晶圆级控制，还必须包括每块晶圆的工艺设置能力。由测量系统引起的附加方差(s_meas)也必须明确地包括在其中。针对这一问题的传统解决方法是，提高量测设备的精度并对测量误差进行原始数据的过滤处理。

　　上述的每一种现象都有其系统的和随机（噪声）的构成因素。目前已发现，随机变化的有源反馈控制是无效的，因此重点应放在随机变化的前馈控制和系统变化的前馈/反馈控制上。如果采用上游系统变化作为偏移的反馈时，就会有危险。必须采用具有反馈控制功能的整合量测刻蚀机。如果在最终刻蚀CD（FICD）阶段对4块相邻的晶圆进行测量并发现有一种倾向，那就可能会引起控制变化，就要重新确定FICD的中心。然而，沉积室的偏置会引起底部抗反射涂层（BARC）的不均匀分布，如果这种倾向是由该不均匀分布造成的，即可说明了系统的偏移。实际上，如果根据这一错误的数据解释来控制移动的话可能会引起更多的变化。因此，坚持采用适当的加工技术对系统变化的产生根源加以鉴别是实现晶圆级控制的一个必要条件。虽然系统变化跟随机变化的比率与工艺有着密切的关系，但根据我们的经验来看，最有可能的改善是对系统效应进行揭示并加以弥补。随后的工艺步骤所起的作用会被掩盖，这就会使我们进一步忽视单独效应，造成一种随机变化的假象。例如在图2中，那种看上去像是由窄缝引起的累积误差中的随机倾向实际上是由5个抛光臂、3个加热板和4个刻蚀室共同产生的系统作用。

　　工艺变化的系统部分可能由反应室偏置或设备偏移等效应组成。我们在这里所说的偏移是指工艺设备中的工艺条件在发生改变时对输出参数带来的任何晶圆顺序方面的影响。如果偏移很快，足以造成很强的批次内效应，或者会产生与闲置时间相关的影响（例如，第一块晶圆效应），那么就可能需要采用晶圆级控制来解决这一问题。对较慢的偏移而言，采用先进的工艺控制进行简单的批次-批次调整即可使大多数效应得到弥补。