CN101576348A - 炉控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种炉控制系统以及操作所述炉控制系统的方法。所述炉控制系统提供各种自动化跟踪和控制功能，以减少炉固化操作中的错误和缺陷。

Description

炉控制系统和方法

相关申请的交叉引用

该申请要求于2008年4月29日提交的美国临时申请第61/048,600号以及于2008年10月21日提交的美国临时申请第61/107,147号的优先权，所述美国临时申请的内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明的实施例涉及OCS(炉控制系统)和操作方法，更具体地说，涉及被部署用于测试/测试后操作以及组合炉固化操作的自动化炉控制系统。

背景技术

炉固化操作是在半导体封装的组装期间进行的步骤之一。此类操作涉及半成品(sub-assembled)芯片的固化，并且可以在装配工艺的各个阶段被部署。炉固化操作的应用包括B阶段工艺、片上引脚固化工艺、芯片粘接固化工艺、模固化工艺、油墨印字固化(Ink Mark Cure)、预烘焙/再烘焙工艺、底部填料固化、倒装芯片固化和热沉粘接固化，但不限于此。

用于监控炉固化操作的当前实践是手动执行的，并且容易出现各种问题，包括未能将正确批次加载到已经配置有特定固化制程(recipe)的炉中、由于手动记录炉固化事务和工艺参数而导致的人为错误、以及未能识别缺陷批次，但不限于此。

发明内容

本发明的示例性实施例克服了上述缺点以及以上未描述的其它缺点。此外，本发明不一定必需克服上述缺点，并且本发明的示例性实施例可能不会克服以上所描述的任何问题。

此外，将炉控制系统(OCS)设计为比如通过提供各种自动化功能以减少炉固化操作中的错误和缺陷，来减少或者消除由于未固化或不适当的固化而导致的与工艺有关的质量问题。根据本发明的一个实施例，一种炉固化系统可以包括：炉，具有炉膛；一个或更多个温度传感器，被布置在所述炉膛中；计算设备，用于执行各种自动化跟踪和控制功能。所述功能的示例包括：在固化操作期间跟踪和显示炉的实际温度分布，比如通过确定实际温度分布与和指定的炉制程相关联的预定温度分布的偏差是否超过预定阈值来确定缺陷或错误的存在性；检测每一批次半导体工件的批次标识并且跟踪批次的状态；基于炉的操作状态来控制对炉膛的进入，但不限于此。

在本发明的特定其它实施例中还公开了利用炉控制系统处理半导体工件的方法。

附图说明

本发明的以上和/或其它方面将从以下结合附图对示例性实施例的描述中变得清楚并且更易于理解，其中：

图1示出根据本发明的一个实施例的OCS；

图2是根据本发明的一个实施例的用于炉固化操作的流程序列；

图3A至图3H示出OCS的用户界面的示例；

图4是示例性固化炉的透视图；

图5示出示例性的OCS架构；

图6示出示例性的OCS功能框图。

具体实施方式

下文中将参照附图描述本发明的示例性实施例。在以下描述中，阐述大量具体细节，以提供对本发明的各种说明性实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员应理解，可以在没有某些或全部这些具体细节的情况下实施本发明的实施例。在其它情况下，不详细描述公知处理操作，以免使得所描述的实施例的有关方面出现不必要的模糊。在附图中，相似的标号在多个视图中表示相同或相似的功能或特征。

本发明的实施例公开了一种炉控制系统(OCS)100。现在参照图1，其中，在计算设备114中实施的OCS应用102可以与制造执行系统(MES)104(例如PROMIS MES)集成。MES 104可以耦合到MES数据库106，MES数据库106存储批次信息，比如待处理的每一批次半导体工件的产品代码和炉制程。OCS应用102也可以耦合到MES 104，以监视和控制批次移动和批次信息。更具体地说，OCS应用102可以通知MES 104将批次带入炉110以及何时将批次带入炉110以用于固化操作，并且还可以经由MES 104从MES数据库106检索批次信息。OCS应用102还可以耦合到炉制程数据库108，从炉制程数据库108中提取指定的炉制程以配置炉110用于特定的炉固化操作。炉制程数据库108中的制程包括芯片粘接固化(DAC)、再烘焙、预烘焙、B阶段固化、片上引脚(LOC)固化、模固化、后模固化(Post Mold Cure，PMC)、油墨印字固化(IMC)、预烘焙/再烘焙工艺、底部填料固化、倒装芯片固化和热沉粘接固化，但不限于此。针对每个炉制程，炉制程数据库108可以进一步存储预定或期望的温度分布和可能有助于确定在固化操作期间是否产生缺陷或错误的其它信息。在每个固化操作中，OCS应用102在适当时间从炉制程数据库108中检索所需的炉制程并且将所需的炉制程下载到所选炉110。

OCS应用102可以耦合到检测设备112，检测设备112用于确定批次标识符并且将确定的批次标识符发送到OCS应用102。适当的跟踪介质例如包含批次标识的条形码或射频(RF)标签可以作为标签贴到每一批次。相应地，适合的检测设备112的示例包括条形码扫描仪和射频(RF)标签扫描仪，但不限于此。

还可以将显示设备耦合到OCS应用102，以允许操作人员在固化操作处于进行中时查看实际温度分布和预定温度分布。显示设备还可以允许操作人员查看可能在固化操作期间产生的通知。

OCS 100中提供的MES数据库106或单独的数据库可以另外存储已经执行的每一固化操作的工艺信息。工艺信息的示例包括实际温度读数、炉设备标识符、炉制程名称、固化工艺的日期和时间、操作人员标识符，但不限于此。可以从MES数据库106检索并且从本地计算设备114或连接到工厂局域网(LAN)的远程计算设备存取报告和数据日志，比如所处理的每一批次的温度分布图和记录、炉设备标识、炉制程名称、日期和时间戳。也可以通过基于web的接口来存取报告，并且将所述报告下载到表格处理软件比如Excel中。

图2是根据本发明的一个实施例的炉固化工艺的流程序列200。将进一步参照图3A至图3H来描述流程序列200，图3A至图3H示出OCS应用102的用户界面的示例。

当需要一个或更多个批次的半导体工件经历炉固化工艺时，图2的流程序列200开始。处理批次的操作人员可以使用OCS用户界面比如图3A所示的用户界面从可用炉列表中选择适当的炉110(块202)，并且发出启动命令。如果需要，可以提示操作人员输入操作人员标识符和/或密码，以进入流程序列200。

可以通过首先确定批次标识符(块204)而在MES 104中跟踪待处理的批次。为此，可以提示操作人员(见图3B)通过手动输入、自动检测或这两种方式来输入一个或更多个批次标识符。可以通过在批次上提供适当的跟踪介质例如条形码、射频(RF)标签并且还提供适当的检测设备112例如条形码扫描仪、RF标签扫描仪以确定然后将被提供给OCS应用10的批次标识符，来实现自动检测。基于确定的批次标识符，OCS应用102从MES数据库106检索对应的批次信息，例如产品代码和指定的炉制程标识符(块206)。指定的炉制程标识符指的是根据指定的制造工艺后续处理特定批次所需的炉制程。

在特定实施例中，假设多个批次共享共同的指定炉制程，则可以在炉110中同时固化所述多个批次。在进入流程序列200之前，OCS应用102可以验证这种情况。更具体地说，基于针对多个批次确定的批次标识符，按照批次是否需要同一指定的制程来检索和验证指定的炉制程或其标识符(块208)。如果期望在单个操作中对多个批次进行固化，则这种验证将确保应用正确的炉制程。如果验证出指定的炉制程标识符是相同的，则可以继续流程序列200。如果验证出指定的炉制程标识符是不同的，则可以生成错误通知并且将其提供给操作人员。流程序列200然后可以在前进前等待操作人员的介入。

可以向操作人员提示将待处理的批次物理地加载到所选炉并且初始化固化操作。可以将指定的炉制程以及与指定的炉制程相对应的预定或期望的温度分布从炉制程数据库108检索到所选炉110中以配置炉110，用于固化操作(块210和图3C)。OCS应用102还可以执行炉110的初始化和/或其它检查，例如验证批次被放置在炉110中、验证炉的进入门关闭、跟踪MES 104中的批次。一旦完成下载和初始化，OCS应用102就在所选炉110中执行指定的炉制程，以处理批次。

在执行炉制程期间，OCS应用102可以执行多个自动跟踪和控制功能(块212)。可以利用一个或更多个用户界面来显示正被跟踪或受控的参数(见图3D至图3F)。OCS应用102可以实时地或以预定间隔(例如1分钟)来跟踪炉110的实际温度，并且将根据所述实际温度获得的实际温度分布在显示设备上呈现为图表。随着获得温度读数并且当获得温度读数时，可以更新所述图表(见图3E)。所述图表还可以将预定或期望的温度分布与实际温度分布并列放置，以提供可视化比较。

此外，OCS应用102可以根据固化操作状态来控制对于炉110的进入。例如，如果固化操作处于进行中，则OCS应用102可以比如通过激活炉110的锁定系统406来限制对于炉110的进入。这样将防止偶然打开炉进入门404，偶然打开炉进入门404可能导致有缺陷的固化。如果完成了固化操作，或者如果需要使炉温度下降，则OCS应用102可以禁用锁定系统406，并且使得进入门404打开。可以在用户界面中示出锁定系统406的状态(见图3D)。

此外，可以比如通过提供LED灯408或其它适合的指示器在炉110上反映固化工艺的状态。可以反映各种操作状态，例如，蓝色LED指示“在固化过程中”，绿色LED指示“完成”，而黄色LED指示“待机”。可以在用户界面中示出固化工艺状态(见图3D)。也可以跟踪其它参数，并且在用户界面中示出它们。其它参数的示例包括炉标识符、当前炉温度、完成当前工艺的剩余时间、正处理的批次的标识、进行中的炉固化制程的标识、以及活动/错误指示符，但不限于此。如图3所示，OCS应用102可以在多个炉110中同时控制并且跟踪固化操作。

当完成固化操作时，可以比如通过用户界面适当地通知操作人员。在图3F中，用户界面可以指示固化操作的状态，并且提供用于输入附加信息的选项。图3G示出用于输入附加信息(例如操作人员轮班、料斗数量、氮流、浆料厚度)的用户界面。可以将附加信息存储在MES数据库106、服务器或用于报告生成的其它适当介质中。OCS应用102还可以允许下载炉制程，并且在完成固化工艺之后上传实际固化温度分布和有关数据。

此外，当完成固化操作时，或者在所要求的其它适当时间，OCS应用102可以针对特定炉制程确定炉的实际温度分布与预定温度分布之间的偏差(块214)。如果对于该特定炉制程，所述偏差超过特定预定阈值，则OCS应用102可以通知操作人员，从而可以评估批次。如果所述偏差处于预定可接受范围内，则OCS应用102可以呈现固化操作完全，并且相应地通知操作人员。此外，如果在炉固化工艺期间已经出现缺陷(例如欠固化和过固化)或错误(例如实际固化分布基本偏离预定固化分布)，则将该信息报告给MES 104，MES 104可以保存用于评估的批次，以确定动作的下一过程，例如是需要重新固化还是应该丢弃批次。以此方式，OCS 100可以实现错误的自动检测。

可以从OCS 100中扫描出已经处理的批次。为此，可以提示操作人员输入操作人员标识符和/或密码，并且还输入或者检测要扫描出的批次标识符。在输入正确的批次标识符之后，将在MES 104中跟踪批次以用于追溯性目的，并且将在MES服务器104或其它适当的服务器/数据库中更新批次的状态(块216)。

图4是示例性固化炉110的透视图。炉110可以包括炉膛402、通向炉膛402的进入门404、锁定系统406、以及设置在炉110的前部面板上的至少一个状态指示器408。适当地确定炉膛402的尺寸，使得可以在炉膛402中布置一个或更多个批次的半导体工件以进行固化。有各种方法可用于对于在炉膛402中提供加热功能。例如，可以将一个或更多个加热器适当地布置在炉膛402中。在另一示例中，可以将加热后的气体注入炉膛402中，并且后续从炉膛402抽出。应理解，本领域技术人员已知的其它方法也是可用的。

炉110的进入门404可以受锁定系统406控制，锁定系统406可以包括电磁锁、门磁传感器以及用于触发门的锁定和解锁的继电器。锁定系统406可以根据固化操作的进行状态而受到OCS应用102的控制。例如，当固化工艺开始或处于进行中时，激活电磁锁以保持进入门404锁定，由此向炉膛402提供密封包围。以此方式，锁定系统406确保进入门404的手动打开被禁止，由此消除了偶然门打开的可能性，偶然门打开可能导致不适当地固化或无固化。然而，在紧急情况下，可以通过按下紧急按钮来释放进入门404。这将允许在存在炉110的物理故障的情况下抢救批次。在另一示例中，在完成固化工艺时，可以自动禁用锁定系统406，以允许由操作人员手动打开进入门404。在又一示例中，在完成固化操作时，可以自动禁用锁定系统406，并且使得进入门404打开，以实现特定固化工艺所需的特定速率的温度降低。以此方式，图1所示的OCS 100可以实现进入门406的自动远程控制，以允许或者限制对于炉膛402的进入，并且在固化操作期间向炉膛402提供密封包围。

可以在炉110的前部面板上设置一个或更多个状态指示器，以向操作人员通知当前固化状态。状态指示器的示例包括表示各种固化状态的多个LED灯，以及示出固化状态的显示屏，但不限于此。

可以在炉膛402中提供一个或更多个温度传感器，例如热电偶器或其它适合的设备，以实时地或者按预定频率(例如每一分钟)确定炉膛402的温度读数。可以将每个温度读数存储在数据库(例如MES数据库106)中，并且用于提供随着时间段或在固化操作中详细描述实际温度读数的实际温度分布。

图5示出OCS系统架构，其中，计算设备114或微处理器可以包含OCS应用程序102，OCS应用程序102用于执行炉控制系统，并且耦合到设备控制器504。计算设备114可以通过设备控制器504耦合到一个或更多个炉110，并且耦合到其它组件，所述其它组件包括检测设备112、显示设备、炉制程数据库108、MES 104和MES数据库106，但不限于此。图5还示出OCS应用102利用经由两个服务器(即制程管理服务器508和预防性维护服务器510)管理的信息，到工厂LAN 506(局域网)之间的集成。图5还示出设备控制器504经由协议转换器(PMS-CA)512与多个炉110之间的集成。在特定实施例中，可以要求协议转换器允许计算设备114与炉110之间的通信，其中，计算设备114和炉110穿过不同网络进行耦合，例如，计算设备114使用RS232(COM端口)连接，而炉使用RS485连接。炉110可以耦合到包含温度传感器的热电偶输入模块514，所述温度传感器用于在炉固化操作期间确定温度读数，并且将温度读数发送到计算设备114中的OCS应用102。虽然图5示出计算设备114电耦合到四个炉110，但应理解，在本发明的特定其它实施例中，计算设备114可以耦合到单个炉或多个炉。此外，应理解，设备控制器504可以被设置为与计算设备114分离，或者设备控制器504和/或计算设备114可以根据需要与炉110集成。

图6示出示例性的OCS功能框图，所述框图描述了设备控制器软件与OCS应用102的具体特征块之间的集成。例如，设备控制器可以包括以下功能块：命令模块602，用于控制各种炉命令，以便例如控制炉操作顺序(比如通电、断电、门继电器接通/关断、灯指示器接通/关断、分布开/关(profile on/off))；消息总线模块(MSMQ)604，用于在OCS应用与设备控制器之间传递通信消息；逻辑和场景模块606，包含控制操作逻辑，比如门继电器接通/关断、分布、指示器灯接通/关断、不同操作阶段场景；存储器和文件管理模块608，用于记录炉操作事件日志文件和当前批次事务；错误处理模块610，用于处理系统错误，例如协议转换器错误、超出温度错误、系统告警/蜂鸣音；诊断/调试/校准模块612，用于仿真炉的物理操作，例如制冷器/蜂鸣器/门继电器、磁锁和各种硬件检查工作状态；数字输出模块614，用于控制灯指示器的接通/关断；协议转换器(PMS)模块616，用于将炉命令传递到协议转换器硬件，以控制炉；热电偶/模拟输入模块618，用于处理冷冻器模拟输入，以记录需要冷冻器的系统中的冷冻器温度；测量设备620，用于预防性维护期间的温度记录；以及设备通信协议622，用于PC/协议转换器与炉控制器之间的通信。

考虑本发明的说明书和实践，其它实施例对于本领域技术人员将是明显的。此外，为了描述清楚而使用了特定术语，但所述特定术语并不是要限制本发明。上述实施例和特征应该被看作是示例性的。本领域技术人员应理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中对形式和细节进行各种改变。

Claims (18)

1.一种炉固化系统，包括：

炉，具有炉膛；

至少一个温度传感器，布置在所述炉膛中；以及

计算设备，耦合到所述温度传感器以从所述温度传感器接收多个温度读数，从而在利用第一炉制程对至少第一批次半导体工件的处理期间确定所述炉的实际温度分布，并且确定实际温度分布与和所述第一炉制程相关联的预定温度分布的偏差。

2.权利要求1的炉固化系统，其中，所述计算设备用于根据所述实际温度分布与所述预定温度分布的偏差来确定超过与所述第一炉制程相关联的预定阈值。

3.权利要求2的炉固化系统，其中，所述计算设备用于向操作人员通知所述超过预定阈值。

4.权利要求1的炉固化系统，还包括：显示设备，耦合到所述计算设备，以在处理期间显示所述实际温度分布。

5.权利要求4的炉固化系统，其中，所述显示设备用于与所述预定温度分布并列地显示所述实际温度分布。

6.权利要求1的炉固化系统，还包括：

锁定系统，耦合到所述计算设备，以基于所述炉的操作状态来控制对于所述炉膛的进入。

7.权利要求1的炉固化系统，还包括：检测系统，耦合到所述计算设备，以确定所述第一批次半导体工件的批次标识符。

8.权利要求1的炉固化系统，还包括：数据库，耦合到所述计算设备，以存储所述第一炉制程、与所述第一炉制程相关联的预定温度分布和预定阈值。

9.权利要求1的炉固化系统，还包括：多个指示器，耦合到所述计算设备，以指示炉的操作状态。

10.权利要求1的炉固化系统，其中，所述计算设备用于按预定时间间隔确定所述多个温度读数。

11.一种用于处理半导体工件的方法，所述方法包括：

确定第一批次半导体工件所需的第一炉制程；

检索与所述第一炉制程相对应的预定温度分布；

在以所述第一炉制程处理所述第一批次的同时，确定所述炉的实际温度分布；以及

确定所述实际温度分布与所述预定温度分布的偏差。

12.权利要求11的方法，还包括：确定所述实际温度分布与所述预定温度分布的偏差超过预定阈值。

13.权利要求12的方法，还包括：向操作人员通知所述超过预定阈值。

14.权利要求11的方法，还包括：显示所述实际温度分布，并且按预定间隔更新所述实际温度分布的显示。

15.权利要求11的方法，还包括：基于所述炉的操作状态来控制对所述炉的进入。

16.权利要求11的方法，还包括：确定第二批次需要所述第一炉制程，并且与所述第一批次同时处理所述第二批次。

17.权利要求11的方法，还包括：通过检测与所述第一批次相关联的跟踪介质来确定所述第一批次的第一批次标识符。

18.权利要求11的方法，其中，确定所述炉的实际温度分布包括：按预定时间间隔确定多个温度读数。

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