CN104078381A - 一种量测机台监测图规格界限设定的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种量测机台监测图规格界限设定的方法，所述方法根据所述机台特性参数、所述机台运行过程中的实际现状以及所述机台上线状态下的量测要求，来设定所述机台的规格界限，以满足所述机台的量测性能以及生产量测需求。本发明所述方法的优点在于：（1）使得每张监测图设定合理的规格，能够灵敏地侦测到机台的异常状况；（2）使得机台过程能力指数实际工程能力指数Cpk控制在合理的范围内，方便机台过程能力指数Cpk的审核；（3）结合统计和工程判断，将每张控制图分类，使得每种类型的控制图都能有相应的处理改善方法；（4）通过完整的流程，得以实现自动化控制。来识别归类机台的不同问题。

Description

一种量测机台监测图规格界限设定的方法

技术领域

本发明涉及半导体工艺领域，具体地，本发明涉及一种量测机台监测图规格界限设定的方法。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，半导体器件尺寸不断地缩小，往微型器件发展，同时随着技术的不断更新，对量测精度的要求也越来越高。其中，量测机台的性能对于生产量测起着至关重要的作用，其误差会直接影响生产结果。因此，对于量测机台的管控方法尤为重要。

目前业界对量测机台监测图规格界限的设定主要用两种方法：1）上线inline量测的规格界限的10%，来保证由量测带来的变异对inline生产的影响可以忽略不计；2）机台特性参数spec sheet中的精度要求accuracy spec，用以保证机台的变异是在机台本身的允许范围内的。这两种方法有其优点，但都存在不足之处。比如第一种方法虽然能够保证生产，但是忽略了机台本身固有的特性。而第二种方法没有考虑对实际生产能力的需求。设定过松会导致不能及时侦测异常、及时调机，设定过紧给正常生产带来干扰，这样的设定都不能有效地管控并维护量测机台。

其中，量测机台的规格界限，代表要求量测所应达到的水准，若超过规格界限，则意味着量测机台对生产量测构成了显著的影响。设定规格界限若以单一一个要素中去定义，都不够完善：以机台特性参数中的accuracyspec作为规格界限只考虑机台出厂的状况，忽略机台的实际现状和生产需求；若以机台运行中的实际状况n×sigma作为规格界限，则没法知道机台的改善极限，也忽略了机台应该满足的量测需求；而只以inline量测需求作为规格界限则忽略机台本身的性能和现状，可能会导致设定过宽或过紧。

因此，为了更加有效地管控并维护量测机台，将机台出厂时厂商保证的所能达到的能力，机台在运行过程中的实际现状和此机台要满足inline量测需求所应达到的能力综合考量，制定出合理的规格界限，侦测出机台的异常情况，以及采取有效及时的处理措施，以保证生产的正常进行，成为亟需解决的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明提供了一种量测机台监测图规格界限设定的方法，所述方法根据所述机台特性参数、所述机台运行过程中的实际现状以及所述机台上线状态下的量测要求，来设定所述机台的规格界限，以满足所述机台的量测性能以及生产量测需求。

作为优选，以所述机台运行中检测数据6倍的标准差6σ作为所述机台运行过程中的实际现状的控制线。

作为优选，以上线状态下10%的制程规格作为所述机台上线状态下的量测要求。

作为优选，所述机台特性参数包括机台精度要求、重复性和再现性测试、工具匹配、产量参数，用来表征机台所能达到的能力参数。

作为优选，所述机台精度要求为机台测试值和参考值之间的接近程度。

作为优选，所述机台精度要求≤10%，则机台满足制程的量测要求。

作为优选，所述方法还要对所述机台过程能力指数Cp进行监控，所述过程能力指数Cp越大，机台运行过程越稳定。

作为优选，当所述机台精度要求≤10%时，以所述机台精度要求计算所述机台过程能力指数Cp。

作为优选，根据计算得到的所述机台过程能力指数Cp，将所述机台控制图分为以下3种：

当所述1.33≤Cp≤2时，所述机台的实际现状符合所述机台精度要求，直接以所述机台精度要求作为设定规格，为控制图I；

当所述Cp>2时，所述机台的实际现状超过了所述机台精度要求，以所述机台运行中检测数据6倍的标准差6σ作为设定规格，为控制图II；

当所述Cp<1.33时，所述机台的实际现状达不到所述机台精度要求，以所述上线状态下10%的制程规格作为设定规格，为控制图III。

作为优选，当所述机台精度要求﹥10%时，以上线状态下10%的制程规格计算所述机台过程能力指数Cp。

作为优选，根据计算得到的所述机台过程能力指数Cp，将所述机台控制图分为以下4种：

当所述1.33≤Cp≤2时，以上线状态下10%的制程规格作为设定规格，为控制图IV；

当所述Cp>2时，所述机台的实际现状满足了上线状态制程规格量测需求，以所述机台运行中检测数据6倍的标准差6σ作为设定规格，以改善机台至极致水平，为控制图V；

当所述Cp<1.33时，判断所述机台运行中检测数据6倍的标准差6σ与所述机台特性参数的大小，当6σ小于机台特性参数，以6σ作为设定规格，为控制图VI；当6σ大于机台特性参数，以机台特性参数作为设定规格，为控制图VII。

本发明所述方法通过将机台出厂时厂商保证的所能达到的能力，机台在运行过程中的实际现状和此机台要满足inline量测需求所应达到的能力综合考量，制定出合理的规格界限，从而有效地定义机台的状况，侦测出机台的异常情况，采取有效及时的处理措施。

本发明所述方法的优点在于：

（1）使得每张监测图设定合理的规格，能够灵敏地侦测到机台的异常状况；

（2）使得机台过程能力指数实际工程能力指数Cpk控制在合理的范围内，方便机台过程能力指数Cpk的审核；

（3）结合统计和工程判断，将每张控制图分类，使得每种类型的控制图都能有相应的处理改善方法；

（4）通过完整的流程，得以实现自动化控制。来识别归类机台的不同问题。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1为本发明一具体实施方式中所述测机台监测图规格界限设定的方法流程图；

图2为本发明一具体实施方式中所述测机台监测数据分布示意图；

图3为本发明一具体实施方式中选用10%制程规格作为量测规格的控制图的示意图；

图4为本发明一具体实施方式中选用6倍标准偏差作为量测规格的控制图的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明所述测机台监测图规格界限设定的方法。显然，本发明的施行并不限于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。

本发明所述方法根据所述机台特性参数、所述机台运行过程中的实际现状以及所述机台上线状态下的量测要求，来设定所述机台的规格界限，以满足所述机台的量测性能以及生产量测需求。

其中，以所述机台运行中检测数据6倍的标准差6σ作为所述机台运行过程中的实际现状，以上线状态下10%的制程规格作为所述机台上线状态下的量测要求，选用机台精度要求作为所述机台特性参数，所述机台精度要求为机台测试值和参考值之间的接近程度。

具体地，在本发明的一具体地实施方式中将机台出厂时厂商保证的所能达到的能力，即机台特性参数表（spec sheet）中的机台精度要求（accuracyspec）、机台在运行过程中的实际现状(比如n×sigma，通常为了确保误报警率控制在0.27%，业界一般采用3sigma来作为控制线)和此机台要满足在线（inline）量测需求所应达到的能力(比如10%在线量测极差inline spec range)综合起来考量，来评估机台的状况，为此引入了spec sheet中的accuracy spec，Cp（过程能力指数），6倍标准差，10%制程规格界限的概念。

其中，Spec sheet是机台特性参数表，通常包含机台精度要求（accuracyspec），重复性和再现性测试，工具匹配（tool matching），生产量（throughput）等等机台出厂时厂商保证的所能达到的能力参数，而其中的accuracy spec对于制定规格界限有重要的参考意义，accuracy spec表征机台出厂时应能达到的精度要求，精度accuracy是指测试值和参考值之间的接近程度，其值越小，说明精度越高，机台量测值接近参考值的能力越强。

其中，所述n倍标准差nσ（n×sigma）代表机台在运行过程中的实际现状，数据越稳定越集中，σ（sigma）越小，反之，数据越发散越异常，σ（sigma）越大。稳定运行的量测机台监测数据通常呈正态分布，对于正态分布来说，理论上数据点落在（-3sigma，+3sigma）的概率为99.73%，而在（-4sigma，+4sigma）的概率则可达到99.99%，因此，业界一般基于机台的现状以3sigma来作为控制界限。Cp代表过程能力指数，Cp=(USL-LSL)/6σ，其中，所述控制图为对过程质量特性加以测定、记录并从而进行控制的一种应用统计方法设计的图，在所述控制图中由中心线CL，上控制线UCL和下控制线LCL以及具有按时序抽取的样本统计量数值的描点序列组成，在特定的规格界限下，过程越稳定，Cp值越大，默认Cp=2时过程能力比较充分，此时单边特性限度（spec tolerance）正好为6σ，因此业界也有一些做法是直接以6σ作为规格界限。

由测量系统分析（Measurement System Analysis，MSA）根据获得的过程加工部件的测量数据去分析过程的状态、过程的能力和监控过程的变化可知，一个好的量测系统同时还要满足6sigma<上线状态下10%的制程规格（10%inline spec range），量测机台服务于上线（inline）量测，因此需要满足inline量测需求。

作为优选，为了确保能更加准确的监控所述机台的量测性能以及生产量测需求，以accuracy spec作为机台出厂时应该达到的精度能力，6σ作为机台的实际现状，10%inline规格界限作为制程对量测机台的要求，根据这几个因素的关系，并兼顾合理的Cp值，制定图1所示的流程图来定义规格限制：

如图1所示，1）若机台精度要求accuracy spec<=10%，说明机台可以满足制程的量测要求，以机台精度要求accuracy spec作为设定规格计算Cp，以Cp的大小划分为控制图类型I（type I）、控制图类型II（type II）、控制图类型III（type III）：如图1中的右侧所示，具体地：

Type I:若1.33<=Cp<=2，说明机台的实际现状符合机台accuracy spec要求，可直接以accuracy spec作为设定规格，此种控制图为type I；

Type II:若Cp>2，说明由于机台较好地维护，机台的实际现状超过了机台accuracy spec，为了达到持续改善的目的，在这种情况下以6σ作为设定规格，以改善机台至极致水平，此类控制图为type II；

Type III:若Cp<1.33，说明机台的实际现状已经达不到机台accuracy spec的要求，在这种情况下，首先会要求机台达到inline量测需求，以10%inlinespec作为设定规格，同时将这部分控制图作为改善对象，为type III;

2）若机台精度要求accuracy spec>10%，此种情况下说明机台本身的能力满足不了inline的量测要求。此时，基于上线量测要求的10%（10%inline spec）作为设定规格计算Cp，以Cp的大小划分为控制图类型IV（type IV）、控制图类型V（type V）、控制图类型VI（type VI）、控制图类型VII（type VII）：

Type IV:若1.33<=Cp<=2，说明机台的现状被维护到可以满足inline的量测要求，可以直接以10%inline spec作为设定规格，此种控制图为type IV；

Type V:若Cp>2，说明由于机台较好地维护，机台的现状满足了制程的量测需求，为达到持续改善的目的，在这种情况下以6σ作为设定规格，以改善机台至极致水平，此类控制图为type V；

Type VI:Cp<1.33，这时有两种情况，一种是6σ<accuracy spec，即机台现状超过了机台本身的accuracy spec，此时以6σ作为设定规格，继续改善机台现状，这类控制图为Type VI；

Type VII:Cp<1.33，另一种是6σ>机台的accuracy spec，即机台现状未达到accuracy spec，此时以机台的accuracy spec作为设定规格，同时将这部分控制图作为改善对象，为type VII。

选用本发明所述方法对机台量测机进行正态检验：量测数据如厚度，宽度等都符合正态分布。以下以一项为例用统计分析软件JMP软件对量测机台监测数据进行分析，如图2所示，发现其呈现正态分布，根据正态分布的理论，99.73%的数据落在（平均值-3标准差,平均值+3标准差）范围内，也即，若以3标准差作为控制界限，除了0.27%的点会因此承担误报警，其他异常点将会通过控制界限被侦测出来，根据这样的概率理论，设定平均值+/-3标准差作为控制界限。

如图3-4所示，图3为某两个同型机台同一个项目的量测监测数据，根据规格界限设定流程图，判断该tool1监测图属于type III，此种情况下，机台的实际能力并未达到机台本应达到的出厂精度要求，用10%制程规格作为量测规格，而tool2由于维护很好实际现状优于accuracy spec的要求，如图4所示，所以用6倍标准差作为量测规格，通过规格设定流程图很容易地将typeIII和type VII这些需要改善的监测图分类出来并进行分析和改善。

本发明所述方法通过将机台出厂时厂商保证的所能达到的能力，机台在运行过程中的实际现状和此机台要满足inline量测需求所应达到的能力综合考量，制定出合理的规格界限，从而有效地定义机台的状况，侦测出机台的异常情况，采取有效及时的处理措施，具有良好的效果。

本发明所述方法的优点在于：

（1）使得每张监测图设定合理的规格，能够灵敏地侦测到机台的异常状况；

（2）使得机台过程能力指数Cpk控制在合理的范围内，方便机台过程能力指数Cpk的审核；

（3）结合统计和工程判断，将每张控制图分类，使得每种类型的控制图都能有相应的处理改善方法；

（4）通过完整的流程，得以实现自动化控制。来识别归类机台的不同问题。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (11)

1.一种量测机台监测图规格界限设定的方法，所述方法根据所述机台特性参数、所述机台运行过程中的实际现状以及所述机台上线状态下的量测要求，来设定所述机台的规格界限，以满足所述机台的量测性能以及生产量测需求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以所述机台运行中检测数据6倍的标准差6σ作为所述机台运行过程中的实际现状的控制线。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以上线状态下10%的制程规格作为所述机台上线状态下的量测要求。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机台特性参数包括机台精度要求、重复性和再现性测试、工具匹配、产量参数，用来表征机台所能达到的能力参数。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述机台精度要求为机台测试值和参考值之间的接近程度。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述机台精度要求≤10%，则机台满足制程的量测要求。

7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述方法还要对所述机台过程能力指数Cp进行监控，所述过程能力指数Cp越大，机台运行过程越稳定。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述机台精度要求≤10%时，以所述机台精度要求计算所述机台过程能力指数Cp。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据计算得到的所述机台过程能力指数Cp，将所述机台控制图分为以下3种：

当所述1.33≤Cp≤2时，所述机台的实际现状符合所述机台精度要求，直接以所述机台精度要求作为设定规格，为控制图I；

当所述Cp>2时，所述机台的实际现状超过了所述机台精度要求，以所述机台运行中检测数据6倍的标准差6σ作为设定规格，为控制图II；

当所述Cp<1.33时，所述机台的实际现状达不到所述机台精度要求，以所述上线状态下10%的制程规格作为设定规格，为控制图III。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述机台精度要求﹥10%时，以上线状态下10%的制程规格计算所述机台过程能力指数Cp。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，根据计算得到的所述机台过程能力指数Cp，将所述机台控制图分为以下4种：

当所述1.33≤Cp≤2时，以上线状态下10%的制程规格作为设定规格，为控制图IV；

当所述Cp>2时，所述机台的实际现状满足了上线状态制程规格量测需求，以所述机台运行中检测数据6倍的标准差6σ作为设定规格，以改善机台至极致水平，为控制图V；

当所述Cp<1.33时，判断所述机台运行中检测数据6倍的标准差6σ与所述机台特性参数的大小，当6σ小于机台特性参数，以6σ作为设定规格，为控制图VI；当6σ大于机台特性参数，以机台特性参数作为设定规格，为控制图VII。