CN103107117A - 一种半导体制程管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种半导体制程的管理系统和管理方法，该管理系统包括：规格提供装置、数据采集器、计算机和判断提醒装置。该管理方法在现有的FDC系统上，增加了分析SPEC范围的功能，使得FDC能够在恰当的SPEC范围下给出CPK的值，帮组人员能够正确分析各个机台的工作情况，及时并有效的发现问题，保证了整个制程的高效性和合理性。

Description

一种半导体制程管理系统及方法

技术领域

本发明涉及半导体制程管理系统及方法，尤其是涉及一种运用统计控制的半导体制程管理系统及方法。

背景技术

于半导体制造时，半导体产品通常会经过一连串使用各式各样机台的制造步骤，诸如曝光(photolithography)、化学机械研磨(chemical-mechanical polishing)或化学气相沉积(chemical vapordeposition)等等。举例来说，15微米的半导体产品可能会经历接近600道处理步骤。有效的控制或监督如此复杂的流程所需要的成本是非常昂贵的，为此必须使得生产的半导体产品必须具有较高的产品良率才能使得该自动化制造的成本降低。然而，每一个制程步骤中的机台会有变动或不稳定的情形，导致数个或整批的半导体产品产生瑕疵。因此，应让各个半导体制程步骤中的机台都能够稳定在正常的工作状态下，以确保产品的良率在一个可接受的范围之内。

现代的制程管理方法中，故障检测和分类(fault detection andclassification，FDC)系统被广泛引入到用以分析制程步骤中各个机台的性能稳定控制中。该FDC系统利用统计学的概念，通过分析各个机台一段时间内各工作参数的标准差值，利用该标准差值和设定的参数规格范围(specification，SPEC)，形成用以表示机台稳定性的制程性能值(complexprocess capability，CPK)。

然而，CPK虽然能在一定程度上反应统计时间范围内，机台工作参数的稳定程度，并给出可能的问题成因，但是却存在下述问题：目前，对于各机台工作参数的SPEC范围，都是按照各个厂家对制程的理解进行设定，缺乏统一的标准，而且设定之后就不会有所改变，这就导致了一旦SPEC设定的范围不是很合理的话，很难在机台出现问题时，分析出问题的成因，给后续改进带来了困难。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种半导体制程管理系统，该制程管理系统是基于FDC系统下，实现可以主动调节SPEC范围的功能，使SPEC能够给出恰当的范围，引领FDC系统正确的分析制程中各机台的工作情况及可能的问题成因。

根据本发明的目的提出的一种半导体制程管理系统，包括：

一规格提供装置，依据一半导体产品的电性参数设定制造该半导体产品所需的半导体制程中各机台的参数规格；

一数据采集器，采集一设定时间内，所述半导体制程中各个机台的参数样本数据；

一计算机，接受所述参数样本数据，并根据每一参数样本数据计算得出对应机台的制程性能值；以及

一判断提醒装置，判断所述制程性能值是否在一标准范围内，并且当该制程性能值超出该标准范围时，提醒人员修改所述规格提供装置设定的参数规格。

可选的，所述规格提供者具有一输入界面，用以提供人员进行各个机台参数规格的输入。

可选的，所述参数规格为所述参数样本数据3-10倍的标注偏差值或者是目标参数值的10％。

可选的，所述数据采集器的数据采集方式为按次采集或者按周期间隔采集。

可选的，所述数据采集器内置一定时器，所述定时器使得该数据采集器每隔一周期就记录一次机台的参数。

同时本发明也给出了一种半导体制程管理方法，该管理方法能够正确的分析SPEC范围的合理性，并当设定的SPEC不合理时，提醒人员进行及时更改。该方法包括步骤：

1)提供半导体制程中各个机台的参数规格；

2)采集一设定时间内各个机台的参数样本数据；

3)根据上述每一机台的参数样本数据，计算该机台的制程性能值；

4)判断所述制程性能值是否超出一标准范围，如果超出则提醒人员修改所述规格提供者设定的参数规格。

可选的，所述步骤1)中的参数规格为所述参数样本数据3-10倍的标注偏差值或者是目标参数值的10％。

可选的，所述步骤2)中的采集方式为按次采集或者按周期间隔采集。

如此，当整个制程中某个机台因设定的SPEC出现不合理的状况时，FDC系统通过监测CPK值的波动情况，识别出不合理的SPEC范围，并实时提醒人员进行SPEC范围的重新设定，从而避免了大规模产品出现瑕疵的概率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的半导体制程管理系统的模块示意图；

图2是本发明的半导体制程管理方法流程图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，现有的FDC系统，只有分析机台制程性能的功能，却对SPEC的合理性不做分析。这会导致企业在自己设定SPEC范围时，出现不合理的状况。这种SPEC的不合理，会影响FDC对CPK的判断。比如SPEC范围设定过大，则容易掩盖很多不良的状况，使得FDC对于监测CPK的能力下降，即明明机台出现问题或不稳定的现象，但是FDC计算出来的CPK依旧在一个优值上，使得人员没有及时发现该机台的问题而继续生产，最终会出现大批次的产品出现瑕疵甚至报废，严重影响企业的生产成本。而当SPEC范围设定过窄时，则容易使得FDC计算出来的CPK值过小，产生很多误识别，导致down机频繁，严重影响产线的效率，对于整个制程来说这也是无法接受的状况。

因此分析SPEC范围是否合适，对于提升整个制程的效率以及产品的良率来说，是非常有必要的。

本发明正是在这基础上，提出了一种半导体制程的管理系统和管理方法，该管理系统在现有的FDC系统上，增加了分析SPEC范围的功能，使得FDC能够在恰当的SPEC范围下给出CPK的值，帮组人员能够正确分析各个机台的工作情况，及时并有效的发现问题，保证了整个制程的高效性和合理性。

请参见图1，图1是本发明的半导体制程管理系统的模块示意图。如图所示，本发明的半导体制程管理系统包括：规格提供装置100、数据采集器110、计算机120和判断提醒装置130。

所述规格提供装置100连接半导体制程中的各个机台上，该规格提供装置具有一输入界面(图中未示出)，人员依据一半导体产品的电性参数，通过该输入界面设定制造该半导体产品所需的半导体制程中各机台的参数规格(SPEC)。这里的SPEC通常符合正态分布，即采用3δ-10δ(标准偏差值)或者目标值的10％作为SPEC的范围。比如在产品的热压合步骤中，需要热压机提供的压力目标参数为100N，而一段时间内，该机台每次提供的实际压力数据样本符合正态分布，则SPEC的范围一般取该正态分布的δ(标准偏差值)的3倍至10倍或者100N的10％。如果δ＝0.3，SPEC范围取6倍的δ，则SPEC的上限为Usl＝100+6×0.3＝101.8，下限为Lsl＝100-6×0.3＝98.2；或者Usl＝100+100×0.1＝110，Lsl＝100-100×0.1＝90。

所述数据采集器110连接在上述的每一个机台，采集一设定时间内，所述半导体制程中各个机台的参数样本数据。比如热压机台，往往需要采集一段时间内，每次热压动作所提供的压力、温度等各项参数，对于研磨机台，则需要采集该机台在一段时间内提供的转数、压力以及研磨液流量等参数。采集完之后，将各种参数制汇聚成不同的参数样本数据。值得一提的是，这里所说的设定时间，即采样的范围，可以视不同机台的工作特性而定，比如对于容易出现磨损和波动的机台，设定采样的时间比较短，有可能对1天之内采集到的数据就需要处理成样本进行检测，而对于工作比较稳定的机台，则设定的时间相对较长，有可能只需要对每个月甚至半年采集到的参数样本数据进行检测就行了。另外采集的方式也不一定。对于作用于产品上的时间比较短的工作参数，比如按压时提供的压力参数，则按每次按压时产生的数据进行采样。而对于一些长时间作用的工作参数，比如老化房里提供的温度参数，则需要每隔一定的时间进行采样，这种情况下，还需要在数据采集器上内置一个定时器，通过定时器设定采集周期，比如每隔几秒或者几分钟进行一次数据采样。

所述的计算机120连接在上述的数据采集器110上，接受所述参数样本数据，并根据每一参数样本数据计算得出对应机台的制程性能值(CPK)。具体的计算过程如下，首先分析计算样本中所有数据的标准偏差值δ，根据标准偏差值公式：

$\mathrm{\δ}=\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Xi}-\stackrel{\‾}{X})}^2}{n-1}}---\left(1\right)$

式(1)中，n为样本数据的数量，Xi为每次取样时的具体参数值，

为样本数据的平均值。δ的统计意义在于：当δ过大时，说明机台每次提供的该工作参数波动比较大，机台有可能存在不稳定的状况，需要及时维修和排查问题。当δ比较小时，说明该参数每次都比较集中，机台工作在一个比较稳定的状况下，且出现的误差也比较小，这时生产出来的产品良率较高。

有了δ之后，根据CPK的计算公式，可知：

$\mathrm{CPK}=\mathrm{Min}(\frac{\mathrm{Usl}-\stackrel{\‾}{X}}{3\mathrm{\δ}},\frac{\stackrel{\‾}{X}-\mathrm{Lsl}}{3\mathrm{\δ}})---\left(2\right)$

式(2)中，Min表示对括号内部的两个量取较小值。通常情况下，CPK值越高，说明机台的制程能力越强，CPK值越小，机台越不稳定，制程能力就越弱。但是当CPK超出一定范围时，则需要考虑SPEC的范围是否合理。因为当SPEC定的范围过宽时，其上限值Usl和下限值Lsl将使得式(2)中CPK值总体往较大值方向变化，此时即使出现大δ值的情况，CPK值还是会显得比较大，这将误导操作人员的判断，不利于反映机台的实际工作情况。

所述判断提醒装置130连接在计算机120上，判断所述制程性能值CPK是否在一标准范围内，并且当该制程性能值CPK超出该标准范围时，提醒人员修改所述规格提供装置设定的参数规格。一般的，根据半导体行业的制程能力，给出的CPK的标准范围为(0.5，3)。当CPK＞3时，说明机台的制程性能值超出了合理的范围，此时应当对设定的SPEC范围做分析，过宽的SPEC容易使FDC系统失去对机台波动的敏感性，即使在机台出现波动，即δ值比较大的情况下，由于SPEC的上限Usl和下限Lsl都离正态分布的均值

较远，此时通过公式(2)可以看出，CPK依然会有一个比较大的值。因此在这种情况下应该将SPEC的值改小。而当CPK＜0.5时，说明此时δ值比较大，即机台波动比较大，每次工作时提供的工作参数都有较大的差异。在这种情况下，根据具体的工作参数，应该对机台做进一步检查和修理，直至问题排除，CPK值回到标准范围之内为止。

进一步的，该判断提醒装置130具有报警装置，当出现上述两种不同的问题时，分别发出不同的报警信号，提醒人员应该采取具体的应对措施。比如在CPK过大时，发出的报警信号提醒人员重新设定SPEC的范围，而当CPK过小时，发出的报警信号提醒人员对机台做检修的工作。

下面再对本发明的半导体制程管理方法做详细说明。

请参见图2，图2是本发明的半导体制程管理方法流程图。如图所示，该方法包括步骤：

S11：提供半导体制程中各个机台的参数规格。具体为：操作人员按照生产的半导体产品的电性参数，通过规格提供装置100上的输入界面设定各个机台各工作参数的规格SPEC范围。SPEC的范围通常为每一机台对应的参数样本数据的3-10倍标准偏差值δ或者为目标参数值的10％。

S12：采集设定时间内各个机台的参数样本数据。具体为：由连接在各个机台上的数据采集器110，对各个机台在设定时间内的各种工作参数进行采集取样，形成参数样本数据。所述的设定时间视不同的机台而定。采样的方式有按次采样和按周期间隔采样两种。

S13：根据上述每一机台的参数样本数据，计算该机台的制程性能值。具体为：计算机120接受数据采集器110提供的各个参数数据样本，先计算出各个参数样本数据的标准偏差δ，然后按照公式(2)算出制程性能值CPK。

S14：判断所述制程性能值是否超出一标准范围，如果超出则提醒人员修改所述规格提供者设定的参数规格。具体为：按照半导体行业的制程能力，所述的标准范围为(0.5，3)。当CPK值大于3时，由判断提醒装置130发出警告，提醒人员对SPEC的范围重新设定。当CPK值小于0.5时，则判断提醒装置130发出警告，提醒人员对机台做及时检修动作。

综上所述，本发明提出了一种半导体制程的管理系统和管理方法，与现有技术相比，该管理系统和管理方法所产生的技术效果在于：

第一：在FDC系统下，增加了对SPEC的及时调控功能，除了对机台的工作稳定性做分析之外，还对SPEC范围的合理性做监测。

第二：在第一的基础上，提供人员可以实时修改SPEC的范围，因而避免了在SPEC设定不合理的情况下，FDC系统对各个机台制程能力监测能力下降的问题，从而提高了整个制程的效率以及产品的良率。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种半导体制程管理系统，其特征在于包括：

一规格提供装置，依据一半导体产品的电性参数设定制造该半导体产品所需的半导体制程中各机台的参数规格；

一数据采集器，采集一设定时间内，所述半导体制程中各个机台的参数样本数据；

一计算机，接受所述参数样本数据，并根据每一参数样本数据计算得出对应机台的制程性能值；以及

一判断提醒装置，判断所述制程性能值是否在一标准范围内，并且当该制程性能值超出该标准范围时，提醒人员修改所述规格提供装置设定的参数规格。

2.如权利要求1所述的半导体制程管理系统，其特征在于：所述规格提供者具有一输入界面，用以提供人员进行各个机台参数规格的输入。

3.如权利要求1所述的半导体制程管理系统，其特征在于：所述参数规格为所述参数样本数据3-10倍的标注偏差值或者是目标参数值的10％。

4.如权利要求1所述的半导体制程管理系统，其特征在于：所述数据采集器的数据采集方式为按次采集或者按周期间隔采集。

5.如权利要求1所述的半导体制程管理系统，其特征在于：所述数据采集器内置一定时器，所述定时器使得该数据采集器每隔一周期就记录一次机台的参数。

6.一种半导体制程管理方法，其特征在于包括步骤：

1)提供半导体制程中各个机台的参数规格；

2)采集一设定时间内各个机台的参数样本数据；

3)根据上述每一机台的参数样本数据，计算该机台的制程性能值；

4)判断所述制程性能值是否超出一标准范围，如果超出则提醒人员修改所述规格提供者设定的参数规格。

7.如权利要求6所述的半导体制程管理方法，其特征在于：所述的参数规格为所述参数样本数据3-10倍的标注偏差值或者是目标参数值的10％。

8.如权利要求6所述的半导体制程管理方法，其特征在于：所述数据采集器的数据采集方式为按次采集或者按周期间隔采集。

Images