結論與未來展望 - 變壓耦合式電漿製程設備之蝕刻率批片控制

　 5-1 結論

本研究利用田口式方法來觀察電漿設備與蝕刻率、均勻度、電子密度和電子碰撞頻率之間的關係。由實驗結果顯示出均勻度不符合加法性，可能的原因在於因子間有交互作用或是人為實驗的誤差所造成的。電子密度與電子碰撞頻率受到感測器 SEERS 的誤差造成結果不是很符合實際的理論。影響蝕刻率最主要的是電漿功率與偏壓功率，在利用類神經網路來建立蝕刻率模型更可以看出電漿設備參數與蝕刻率的關係。在利用類神經網路控制器與鑑別器來模擬實際的電漿蝕刻製程，結果顯示出不管偏移或是飄移雜訊控制器均可以控制到理想蝕刻率區域內。

5-2 未來展望

本論文對於為來研究之建議如下：

1.本文控制器是採用 SISO 與 MISO 來控制蝕刻率，但是在電漿蝕刻製程中不只是蝕刻率重要而且均勻度也很重要，因此在後續的研究可增加為 MIMO 系統來控制蝕刻率與均勻度。

2.由模擬結果顯示出類神經網路控制器與鑑別器能夠去除雜訊的影響，後續研究方面可進行實驗並擴展到有圖案的晶圓上來驗證控制器的好壞與實用性。

3.本研究中所著重為電漿蝕刻設備的控制研究，對於晶圓表面化學反應並無太多著墨，所以在後續研究方面可以對這一部份來進行探討，

建立起晶圓表面化學反應的模型建立，便能更清楚瞭解電漿蝕刻。

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表 3-1 田口式直交表 L9(3⁴)

Average

Square

Degree of Freedom

Mean of

表 3-4 實驗規劃表

Substrate

表 3-5 實驗參數範圍

表 3-7 蝕刻率因子效果估計表

A B C D

因子電漿功率偏壓功率壓力氯氣流量

Level 1 69.95851 70.95675 71.54275 71.48241 Level 2 71.99795 71.65425 71.72835 71362785 Level 3 73.01602 72.36147 71.70137 71.86221 Average 71.65749 71.65749 71.65749 71.65749

表 3-8 蝕刻率變異數分析表 Factor Sum of

Square

Degree of Freedom

Mean of

Square F

A 14.54415 2 7.272074 103.6404 B 2.959932 2 1.479966 21.09224 C 0.06031 * 2 0.030166 0.429916 D 0.220334 * 2 0.110167 1.570084 Total error 0.280666 4 0.070166

Total 17.78475

表 3-9 蝕刻率預測誤差及驗證

95 百分信賴區間 ± 0.305968

預測誤差 0.330375

預測誤差的兩個標準信賴區間 ± 0.66075

電漿蝕刻率（預測）A₃B₃ 73.72

電漿蝕刻率（實際）A₃B₃C₂D₃ 74.05206

實際-預測 0.332058

表 3-10 均勻度實驗配置和 SN 比

Level 1 -1.68117 1.122646 2.823832 -1.42124 Level 2 -1.25115 -1.12575 -0.03904 1.687433 Level 3 0.852791 -2.07642 -4.86432 -2.34572 Average -0.69318 -0.69318 -0.69318 -0.69318

表 3-12 均勻度變異數分析表 Factor Sum of

Square

Degree of Freedom

Mean of Total error 11.03244 2 5.516221

Total 144.5975

表 3-13 均勻度預測誤差及驗證

Level 1 198.6977 198.8439 200.9166 199.1322 Level 2 200.8788 199.4417 199.0073 200.2066 Level 3 198.5569 199.8749 198.2095 198.7946 Average 1999.3778 1999.3778 1999.3778 1999.3778

表 3-16 電子密度變異數分析表 Factor Sum of

Square

Degree of Freedom

Mean of Total error 4.792515 4 1.198129

Total 26.57154

表 3-17 電子密度預測誤差及驗證

表 3-19 電子碰撞率因子效果估計表

A B C D

因子電漿功率偏壓功率壓力氯氣流量

Level 1 162.933 151.5394 147.6242 155.2172 Level 2 152.6386 148.4498 150.4688 151.7893 Level 3 135.5923 151.1747 153.0708 144.1574 Average 150.388 150.388 150.388 150.388

表 3-20 電子碰撞率變異數分析表 Factor Sum of

Square

Degree of Freedom

Mean of

Square F

A 1144.062 2 572.0312 66.89142

B 17.10327 * 2 8.551637 1

C 44.52611 2 22.26331 2.603397 D 192.3141 2 96.15704 11.24428 Total error 17.10327 2 8.551637

Total 1398.006.

表 3-21 電子碰撞率預測誤差及驗證

95 百分信賴區間 ± 3.376712

預測誤差 3.9

預測誤差的兩個標準信賴區間 ± 7.8

電子碰撞率（預測）A₁C₃D₁ 170.445

電子碰撞率（實際）A₁B₁C₃D₁ 171.7632

實際-預測 1.318149

表 4-1 訓練樣本

Run

電漿功率

（W）

偏壓功率

（W）

壓力

（mTorr）

氯氣流量

（sccm）

蝕刻率

（A/min）

1 200 150 8 80 2797

2 600 150 8 80 3860

3 200 250 8 80 3329

4 600 250 8 80 4882

5 200 150 12 80 2724

6 600 150 12 80 4288

7 200 250 12 80 3425

8 600 250 12 80 5147

9 200 150 8 120 2755

10 600 150 8 120 4168

11 200 250 8 120 3631

12 600 250 8 120 4985

13 200 150 12 120 2866

14 600 150 12 120 4415

15 200 250 12 120 3432

16 600 250 12 120 5400

17 400 200 10 100 4070

表 4-2 測試樣本

Run

電漿功率

（W）

偏壓功率

（W）

壓力

（mTorr）

氯氣流量

（sccm）

1 200 250 12 120

2 400 150 10 120

3 400 200 12 80

4 400 250 8 100

5 600 150 12 100

6 600 200 8 120

7 600 250 10 80

8 600 250 10 120

9 600 150 8 100

表 4-3 類神經網路標準偏差

輸出變數網路結構訓練樣本測試樣本標準偏差

蝕刻率（A/min） 4-3-1 17 9 148

表 4-4 測試樣本預測值與實際值蝕刻率（A/min）

測試樣本

預測值實際值

1 3233 3161

2 3671 3790

3 3823 3919

4 4382 4245

5 4345 4135

6 4705 4520

7 4963 4757

8 5112 5045

9 4020 3986

表 4-5 蝕刻率之中心操作點

電漿功率（W）偏壓功率（W）壓力（mTorr）氯氣流量（sccm）

400 200 10 100

圖 1-1 等向性蝕刻

圖 1-2 非等向性蝕刻

圖 2-1 變壓耦合式電漿源【10】

　　　　　　　　圖 3-1 Lam TCP 9400SE 機台

　　　圖 3-2 ASI Hercules 裝置

圖 3-3 自激發電子電漿共振儀（SEERS）【11】

圖 3-4 晶圓量測位置

圖 3-5 蝕刻率個別因子效果圖

圖 3-6 蝕刻率因子效果圖

圖 3-7 均勻度個別因子效果圖

圖 3-8 均勻度因子效果圖

圖 3-9 電子密度個別因子效果圖

圖 3-10 電子密度因子效果圖

圖 3-11 電子碰撞率個別因子效果圖

圖 3-12 電子碰撞率因子效果圖

輸入層隱藏層輸出層

輸入訓練範例與設定網路架構

加權值與偏權值的初始化

計算隱藏層與輸出層

計算輸出值與標準值的誤差

計算加權值與偏權值之修正量

調整各層的加權值與偏權值

達到網路停止條件是

否

圖 4-3 倒傳遞類神經流程圖

圖 4-4 蝕刻率之預測值與實際值

圖 4-5 電漿功率與偏壓功率之蝕刻率三維圖

圖 4-6 電漿功率與氯氣流量之蝕刻率三維圖

圖 4-7 電漿功率與壓力之蝕刻率三維圖

圖 4-8 偏壓功率與腔體壓力之蝕刻率三維圖

圖 4-9 偏壓功率與氯氣流量之蝕刻率三維圖

圖 4-10 腔體壓力與氯氣流量之蝕刻率三維圖

NNC Plant

NNI

y

u

y

Learning Algorithm

+ _

y + _

ξ

圖 4-11 類神經網路控制器

圖 4-12 類神經網路鑑別器與控制器的參數比較

圖 4-13 電漿蝕刻製程輸出

圖 4-14 電漿蝕刻製程輸出受飄移的干擾

圖 4-15 飄移干擾下之類神經網路控制器

α = 0 . 4

圖 4-16 電漿蝕刻製程的輸入功率

圖 4-17 飄移干擾下之類神經網路控制器 α =0.7

圖 4-18 飄移干擾下之類神經網路控制器 1-1-4

圖 4-19 飄移干擾下之類神經網路控制器 1-5-4

圖 4-20 電漿蝕刻製程輸出受偏移的干擾

圖 4-21 偏移干擾下之類神經網路控制器

η = 5

圖 4-22 電漿蝕刻製程的輸入功率

η = 5

圖 4-23 偏移干擾下之類神經網路控制器

η = 40

圖 4-24 電漿蝕刻製程的輸入功率

η = 40

圖 4-25 飄移干擾下之類神經網路控制器

圖 4-26 偏移干擾下之類神經網路控制器

在文檔中變壓耦合式電漿製程設備之蝕刻率批片控制 (頁 50-85)