CN103885423A - 一种晶圆级电性测试统计过程控制系统及方法 - Google Patents
一种晶圆级电性测试统计过程控制系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种晶圆级电性测试的统计过程控制系统及方法,该系统包括晶圆参数测试设备、晶圆测试传输设备、初始SPC数据整理和判断单元、数据存储和查询单元以及二级SPC数据整理和判断单元;由于二级SPC数据整理和判断单元独立于初始SPC数据整理和判断单元,其参照监控规则,对存储在数据存储和查询单元中的数据进行二次计算和判读,给制造执行系统提供控制指令。因此,本发明不仅确保了监控数据来源的一致性,且能及时发现生产线上可能存在的问题,采取相应的措施,以避免这些问题的扩大,甚至造成产品的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术领域,更具体地说,涉及一种晶圆级电性测试(Wafer Acceptance Test,简称WAT)统计过程控制(Statistical ProcessControl,简称SPC)的系统及方法。
背景技术
目前,半导体器件的设计向高密度、高集成度的方向迅速发展,对半导体集成电路新工艺、新技术、新设备提出了越来越高的要求。作为集成电路生产线前工序的工艺设备之一的半导体热处理设备,在扩散、退火、合金、氧化、薄膜生长等硅片生产制造工艺中扮演着重要的角色,其要求精确控制的温度为硅片表面温度。
例如,半导体热处理设备中包括炉体、工艺管和热电偶。在通常情况下,炉体内分五个恒温区,四组热电偶均包括四个分布在不同控温区的热电偶;上述四组热电偶均由自己的温度控制系统控制,执行不同的功效。
晶圆级电性测试WAT是指半导体在完成所有制造程序后,针晶圆上的测试结构所进行的电性测试;通过WAT数据的分析,我们可发现半导体工艺过程中的问题,并进行工艺过程异常的检测。
SPC是利用统计的方法来监控制程的状态,确定生产过程在管制的状态下,以降低产品品质的变异。SPC不是用来解决个别工序采用什么控制图的问题,SPC强调从整个过程、整个体系出发来解决问题。SPC的重点就在于对整个工艺过程的控制。
请参阅图1,图1为现有技术中仅包括初始SPC数据整理和判断单元的SPC(初始)系统结构示意图。在半导体生产过程中,WAT(Wafer Accept Test)电性测试作为产品生产质量的重要参考依据和手段,原先线上采用的是晶圆参数测试设备通过晶圆测试传输设备将测试数据发送给初始SPC数据整理和判断单元做原始数据的分析和判断后,将结果发送给制造执行系统MES以报警和处置该批次(Lot)产品工艺,同时,数据存储和查询单元存储测试结果和MES处置信息。
然而,请参阅图2,图2为采用现有技术时在一片晶圆上不同位置收集9点晶圆级电性测试数据结果示意图;其中,W1、W2…W6代表6片晶圆,site1、site2…site9代表9个点。如图所示,由于上述初始SPC数据整理和判断单元仅针对测试的原始数据作分析,其只能报告违反单点或多点出界即OOS(Out Of Spec)或OOC(Out Of Control)的情况,而无法处置针对晶圆(Wafer)测试结果的平均值以及标准偏差的监控,如SPC监控的西部电子规则(控制图中的Western Electric规则,简称WECO规则,该规则可确定工艺过程是否失控以及是否出现意外变化WECO规则)中的2~8的监控无法实现。
因此,业界急需一套补充和扩展晶圆级电性测试的统计过程控制WATSPC的监控能力和范围,以及时地发现WAT测试的异常情况而避免问题的恶化和造成产品质量的缺陷。
发明内容
本发明的主要目在于提供一种晶圆级电性测试统计过程控制的系统及方法,其基于SPC(初始)系统开发新的WAT SPC监控系统;即在不影响SPC系统(初始)的运作和生产的前提下,补充和扩展WAT SPC的监控能力和范围,以及时地发现WAT测试的异常情况,从而避免问题的恶化和造成产品质量的缺陷。
为实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种晶圆级电性测试的统计过程控制系统,用于给制造执行系统提供控制指令,其包括:晶圆参数测试设备、晶圆测试传输设备、初始SPC数据整理和判断单元、数据存储和查询单元,以及二级SPC数据整理和判断单元;二级SPC数据整理和判断单元包括规则设定接口、数据提取模块、数据加工模块和异常情况处理模块;规则设定接口用于交互输入晶圆级电性测试工艺条件所需各种测试参数的监控规则;数据提取模块定期从所述数据存储和查询单元读取来自所述初始SPC数据整理和判断单元的数据;数据加工模块参照所述监控规则,对所述数据提取模块读取的数据进行二次计算和判读,并判断工艺过程是否满足监控规则的要求;异常情况处理模块接收所述数据加工模块得出的发生违反监控规则的状态信息,根据判断结果产生处置信息,向所述制造执行系统提供相应的控制指令;并将判断结果和处置信息发送到所述数据存储和查询单元中。
优选地,上述晶圆级电性测试统计过程的控制系统还包括辅助报表输出单元,用于根据各工艺过程的监控要求,从所述数据存储和查询单元下载数据,以形成各辅助报表。
优选地,所述监控规则包括工艺过程中各工艺条件控制参数的上下限和各WECO规则的上限。
优选地,所述二次计算和判读是计算测试结果的平均值以及标准偏差。
优选地,所述规则设定接口和/或异常情况处理模块具有操作权限控制子模块。
优选地,所述制造执行系统根据提供的控制指令,执行报警和异常管制计划进程。
为实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种采用上述晶圆级电性测试统计过程控制系统的方法,其具体包括:
步骤S1:所述晶圆参数测试设备通过晶圆测试传输设备将测试数据发送给初始SPC数据整理和判断单元做原始数据的分析和判断后,将发生违反监控规则状态信息的处置信息结果发送给制造执行系统MES;
步骤S2:从所述规则设定接口输入晶圆级电性测试工艺条件所需的各种测试参数的监控规则;
步骤S3:所述数据提取模块定期从所述数据存储和查询单元读取来自所述初始SPC数据整理和判断单元的数据;
步骤S4:所述数据加工模块参照监控规则,对所述数据提取模块获取的数据进行二次计算和判读,得到是否满足监控规则的结果信息;
步骤S5:所述异常情况处理模块接收发生违反监控规则的结果信息,得到处置信息,并向所述制造执行系统提供控制指令,以及将判断结果和处置信息,发送到所述数据存储和查询单元中进行存储。
优选地,上述的晶圆级电性测试的统计过程控制方法还包括步骤S6:所述辅助报表输出单元根据各工艺过程的监控规则要求,从所述数据存储和查询单元下载数据,以形成各辅助报表。
优选地,所述监控规则包括工艺过程中各工艺条件控制参数的上下限和各WECO规则的上限;所述步骤S4具体包括:所述数据加工模块参照各WECO规则的上限,计算测试结果的平均值以及标准偏差,判读测试结果的平均值是否满足WECO中的规则2-8之一,以及判断标准偏差是否在允许的范围。
从上述技术方案可以看出,本发明提供的晶圆级电性测试的统计过程控制系统和方法,其通过系统的设定和监控,工程师能提早地根据SPCWECO规则的监控结果信息,发现生产线上可能存在的问题,如基线偏移(base line shift)等,而采取相应的措施,避免问题的扩大甚至造成产品的缺陷;加上由于其独立于SPC(初始)系统,未对SPC(初始)系统造成额外的开发和负担;而其数据来源于SPC(初始)系统,又保证了其数据的一致性。因此,依据新系统的WECO判读的产品其符合要求的质量规格,不要求严格的实时性;并且,各辅助功能的开发有利于工程师分析数据。
附图说明
图1为现有技术中仅包括初始SPC数据整理和判断单元的SPC(初始)系统结构示意图
图2为采用现有技术时在一片晶圆上不同位置收集9点晶圆级电性测试数据结果示意图
图3为本发明实施例中晶圆级电性测试的统计过程控制系统示意图
图4为本发明实施例中通过在一片晶圆上不同位置收集9点晶圆级电性测试数据,计算出测试结果的平均值以及标准偏差的结果示意图
图5所示为本发明实施例中晶圆级电性测试的统计过程控制方法流程示意图
具体实施方式
下面结合附图,对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
请参阅图3,图3为本发明实施例中晶圆级电性测试的统计过程控制系统示意图。如图所示,与现有技术相同的是,统计过程控制系统包括晶圆参数测试设备、晶圆测试传输设备、初始SPC数据整理和判断单元以及数据存储和查询单元。晶圆参数测试设备通过晶圆测试传输设备将测试数据发送给初始SPC数据整理和判断单元做原始数据的分析和判断后,将结果发送给制造执行系统MES以报警和处置该批次(Lot)产品工艺,同时,数据存储和查询单元存储测试结果和MES处置信息。通常,MES处置信息可以包括报警和处置当前工艺暂停、停止和异常管制计划(Out of Control ActionPlan,简称OCAP)的触发信息。
与现有技术不同的是,本发明实施例中提出的晶圆级电性测试统计过程控制(Statistical Process Control,简称SPC)的系统还包括二级SPC数据整理和判断单元,其基于现有技术中SPC(初始)系统开发新的WAT SPC监控系统,其在不影响SPC系统(初始)的运作和生产的前提下,以补充和扩展WAT SPC的监控能力和范围。
在本实施列中,二级SPC数据整理和判断单元可以包括规则设定接口、数据提取模块、数据加工模块、异常情况处理模块和辅助报表输出单元。
规则设定接口,用于交互输入各工艺过程中晶圆级电性测试工艺条件所需的各种测试参数的监控规则,监控规则可以包括工艺过程中各工艺条件控制参数的上下限和各WECO规则的上限。在上下位机控制机构中,规则设定接口通常为上位机中一个有权限控制的规则设定界面,工程师通过其完成对WAT各测试参数的各项监控要求的设定,例如,可以包括控制上下限、各WECO规则的上线等。
在本实施例中,数据提取模块可以是一个自动运行的脚本,定期从数据存储和查询单元中,即图中的DataPower数据库,读取来自初始SPC数据整理和判断单元的数据。
在获取晶圆测数据后,数据加工模块参照监控规则(设定的规格包括平均值和标准偏差的上下控制限以及各WECO等),对提取的数据进行二次计算和判读,判断工艺过程是否满足监控规则的要求,如需报警还可以通过有线或无线通信系统通知工程师,例如,通过内部Mail系统通知工程师。
请参阅图4,图4为本发明实施例中通过在一片晶圆上不同位置收集9点晶圆级电性测试数据,计算出测试结果的平均值以及标准偏差的结果示意图。如图所示,测试结果的平均值mean(上面的曲线),连续6点的平均值均处于递减趋势,满足WECO中的规则3,因此,可以得出该批芯片有问题。测试结果的标准偏差std(上面的曲线)可以用来判断标准偏差是否在允许的范围内。
异常情况处理模块可以包括一个有权限控制的异常处理并记录的界面,该界面通常位于上位机中;通过该界面,可以接收数据加工模块发出的发生违反监控规则的情况,并根据判断结果得到处置信息,从而可以向制造执行系统提供控制指令,以及将判断结果和处置信息发送到所述数据存储和查询单元中进行存储,同时也方便工程师在判读数据后记录判断结果和处置信息。通常,MES处置信息可以包括报警和处置当前工艺暂停、停止和异常管制计划(Out of Control Action Plan,简称OCAP)的触发信息。
辅助报表输出单元用于根据各工艺过程的监控规则,从数据存储和查询单元输出数据,通过支持数据下载等形成生成各辅助报表。
下面结合附图5对上述装置的工作流程进行说明。
请参阅图5,图5所示为本发明实施例中晶圆级电性测试的统计过程控制方法流程示意图。在下述实施例中,该方法可以具体包括如下步骤:
步骤S1:晶圆参数测试设备通过晶圆测试传输设备将测试数据发送给初始SPC数据整理和判断单元做原始数据的分析和判断后,将结果发送给制造执行系统MES;
步骤S2:从规则设定接口交互输入各工艺过程中,晶圆级电性测试工艺条件所需的各种测试参数的监控规则;
步骤S3:数据提取模块定期从数据存储和查询单元的数据库读取来自初始SPC数据整理和判断单元的数据;该监控规则可以包括工艺过程中各工艺条件控制参数的上下限和各WECO规则的上限;
步骤S4:数据加工模块参照所述监控规则,对数据提取模块提取的数据进行二次计算和判读,判断工艺过程是否满足监控规则的要求;
步骤S5:异常情况处理模块接收所述数据加工模块发出的发生违反监控规则的情况,根据判断结果得到处置信息,并向制造执行系统提供控制指令;以及将判断结果和处置信息,发送到所述数据存储和查询单元中进行存储;
步骤S6:辅助报表输出单元根据各工艺过程的监控规则,从数据存储和查询单元输出数据,以形成各辅助报表。
以上所述的仅为本发明的优选实施例,所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围,因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化,同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种晶圆级电性测试统计过程控制的系统,用于给制造执行系统提供控制指令,其包括:晶圆参数测试设备、晶圆测试传输设备、初始SPC数据整理和判断单元以及数据存储和查询单元,其特征在于,还包括二级SPC数据整理和判断单元,其包括:
规则设定接口,用于交互输入晶圆级电性测试工艺条件所需各种测试参数的监控规则;
数据提取模块,其定期从所述数据存储和查询单元读取来自所述初始SPC数据整理和判断单元的数据;
数据加工模块,其参照所述监控规则,对所述数据提取模块读取的数据进行二次计算和判读,并判断工艺过程是否满足监控规则的要求;
异常情况处理模块,接收所述数据加工模块得出的发生违反监控规则的状态信息,根据判断结果产生处置信息,向所述制造执行系统提供相应的控制指令;并将判断结果和处置信息发送到所述数据存储和查询单元中。
2.如权利要求1所述晶圆级电性测试统计过程控制的系统,其特征在于,还包括辅助报表输出单元,用于根据各工艺过程的监控要求,从所述数据存储和查询单元下载数据,以形成各辅助报表。
3.如权利要求1所述晶圆级电性测试统计过程控制的系统,其特征在于,所述监控规则包括工艺过程中各工艺条件控制参数的上下限和各WECO规则的上限。
4.如权利要求3所述晶圆级电性测试统计过程控制的系统,其特征在于,所述二次计算和判读是计算测试结果的平均值以及标准偏差。
5.如权利要求1所述的晶圆级电性测试统计过程控制的系统,其特征在于,所述规则设定接口和/或异常情况处理模块具有操作权限控制子模块。
6.如权利要求1所述的晶圆级电性测试统计过程控制的系统,其特征在于,所述制造执行系统根据提供的控制指令,执行报警、暂停、停止和异常管制计划进程。
7.一种采用权利要求1中晶圆级电性测试统计过程控制系统的方法,其特征在于,具体包括如下步骤:
步骤S1:所述晶圆参数测试设备通过晶圆测试传输设备将测试数据发送给初始SPC数据整理和判断单元做原始数据的分析和判断后,将发生违反监控规则状态信息的处置信息结果发送给制造执行系统MES;
步骤S2:从所述规则设定接口输入晶圆级电性测试工艺条件所需的各种测试参数的监控规则;
步骤S3:所述数据提取模块定期从所述数据存储和查询单元读取来自所述初始SPC数据整理和判断单元的数据;
步骤S4:所述数据加工模块参照监控规则,对所述数据提取模块获取的数据进行二次计算和判读,得到是否满足监控规则的结果信息;
步骤S5:所述异常情况处理模块接收发生违反监控规则的结果信息,得到处置信息,并向所述制造执行系统提供控制指令,以及将判断结果和处置信息,发送到所述数据存储和查询单元中进行存储。
8.如权利要求7所述的方法,其特征在于,还包括步骤S6:所述辅助报表输出单元根据各工艺过程的监控规则要求,从所述数据存储和查询单元下载数据,以形成各辅助报表。
9.如权利要求7所述的方法,其特征在于,所述监控规则包括工艺过程中各工艺条件控制参数的上下限和各WECO规则的上限。
10.如权利要求9所述的方法,其特征在于,所述步骤S4具体包括:所述数据加工模块参照各WECO规则的上限,计算测试结果的平均值以及标准偏差,判读测试结果的平均值是否满足WECO中的2-8规则之一,以及判断标准偏差是否在允许的范围。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140625 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |