CN109725555B - 制造机台的状况监控方法、半导体制造系统及其监控方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种制造机台的状况监控方法。上述方法包括在一半导体制造机台中依据一制造流程的多个操作程序来处理一基板。上述方法还包括在各操作程序中，量测来自半导体制造机台的一实际振动波形。上述方法还包括比较在其中一操作程序中所量测到的实际振动波形和关联于该操作程序的一预期振动波形。此外，上述方法包括基于上述比较，在实际振动波形与预期振动波形上对应的数据点之间的一振幅差值超出一可接受的数值范围时，发出一警示。

Description

制造机台的状况监控方法、半导体制造系统及其监控方法

技术领域

本公开实施例涉及一种半导体技术，特别涉及一种半导体制造系统及其制造机台的状况监控方法。

背景技术

近年来，半导体集成电路(semiconductor integrated circuits)经历了指数级的成长。在集成电路材料以及设计上的技术进步下，产生了多个世代的集成电路，其中每一世代较前一世代具有更小更复杂的电路。在集成电路发展的过程中，当几何尺寸(亦即，制程中所能产出的最小元件或者线)缩小时，功能密度(亦即，每一晶片区域所具有的互连装置的数目)通常会增加。一般而言，此种尺寸缩小的制程可以提供增加生产效率以及降低制造成本的好处，然而，此种尺寸缩小的制程亦会增加制造与生产集成电路的复杂度。

集成电路，是通过一系列的半导体制造机台(简称为制造机台)处理晶圆而产出。每个制造机台通常是依据一预先定义或预先决定的制程程序(process recipe)，在晶圆上执行一集成电路制造工作(又称为一制造流程(manufacturing process)或制程)，其中上述制程程序界定上述制程的各种参数。例如，集成电路制造通常使用需要多个在生产上和支援上相关的制造机台来完成多道制程，而集成电路制造者需要关注于监测每一制造机台的硬件及相关联的制程，以确认及维持集成电路制造的稳定性、可重复性及良率。此种机台监测可通过一错误检测及分类(fault detection and classification，FDC)系统来完成，其在制程中监测制造机台，并识别出发生于上述制造机台且可能造成制程偏离原本预期状况的错误。

虽然目前现有的制造机台的状况监控方法及系统已经足以实现其目标，但这些方法及系统不能在各方面令人满意。

发明内容

本公开一些实施例提供一种制造机台的状况监控方法。上述方法包括在一半导体制造机台中依据一制造流程的多个操作程序来处理一基板。上述方法还包括在各操作程序中，量测来自半导体制造机台的一实际振动波形。上述方法还包括比较在其中一操作程序中所量测到的实际振动波形和关联于该操作程序的一预期振动波形。此外，上述方法包括基于上述比较，在实际振动波形与预期振动波形上对应的数据点之间的一振幅差值超出一可接受的数值范围时，发出一警示。

本公开一些实施例提供一种半导体制造系统的状况监控方法。上述方法包括在一半导体制造厂内移动一传送构件，以传送一基板。上述方法还包括量测传送构件移动至各选定位置时的一实际振动数据。上述方法还包括比较在其中一选定位置时所量测到的实际振动数据和关联于该选定位置的一预期振动数据。此外，上述方法包括基于上述比较，在实际振动数据与预期振动数据之间的一振幅差值超出一可接受的数值范围时，发出一警示。

本公开一些实施例提供一种半导体制造系统，包括一传送构件、一检测装置及一错误检测及分类系统。传送构件配置用于在一半导体制造厂内传送一基板。检测装置设置于传送构件上。错误检测及分类系统配置用于接收检测装置所量测到传送构件移动至各选定位置时的一实际振动数据，及比较在其中一选定位置时所量测到的实际振动数据和关联于该选定位置的一预期振动数据，并在实际振动数据与预期振动数据之间的一振幅差值超出一可接受的数值范围时，发出一警示。

附图说明

图1显示根据本公开一些实施例的一半导体制造系统的方块图。

图2显示根据一些实施例的一制造机台的示意图。

图3显示根据一些实施例的一检测装置的示意图。

图4显示根据一些实施例的一制造机台的状况监控方法的简化流程图。

图5A至图5E显示根据一些实施例，一制造机台所实施制造流程的多个主要操作程序的示意图。

图6A、6B显示根据一些实施例，一制造机台在一晶圆装载程序中的预期振动波形对时间的关系图表，及制造机台在晶圆装载程序中所量测到的实际振动波形对时间的关系图表。

图7A、7B显示根据一些实施例，一制造机台在一晶圆传送程序中的预期振动波形对时间的关系图表，及制造机台在晶圆传送程序中所量测到的实际振动波形对时间的关系图表。

图8A、8B显示根据一些实施例，一制造机台在一晶圆处理程序中的预期振动波形对时间的关系图表，及制造机台在晶圆处理程序中所量测到的实际振动波形对时间的关系图表。

图9显示根据一些实施例的一半导体制造系统的部分的上视示意图。

图10显示根据一些实施例的一半导体制造系统的状况监控方法的简化流程图。

附图标记说明：

1～半导体制造系统；

10～网络；

20～数据库；

30、30a、30b、30c～制造机台；

31～反应腔室；

311～顶壳；

312～底盖/传送构件；

31A～开口；

31B～开口；

32～晶舟；

321～旋转平台；

322～加热器；

33～下腔室；

34～升降机构；

341～螺杆；

342～螺帽滑件；

35～机械手臂；

40～检测装置；

41～基座；

411～中心支柱；

412～开孔；

42～质量块；

43～弹簧；

44～压电元件；

45～线路；

46～外壳；

50～先进制程控制系统；

60～错误检测及分类系统；

70～其他实体；

80～传送装置；

81～轨道；

82～悬吊式载具/传送构件；

83～晶圆承载盒；

100～制造机台的状况监控方法；

101～105～操作；

200～半导体制造系统的状况监控方法；

201～205～操作；

S 1～上表面；

S2～下表面；

P1～P4～位置点；

W～晶圆。

具体实施方式

以下公开的实施方式或实施例是用于说明或完成本公开的多种不同技术特征，所描述的元件及配置方式的特定实施例是用于简化说明本公开，使公开得以更透彻且完整，以将本公开的范围完整地传达予同领域熟悉此技术者。当然，本公开也可以许多不同形式实施，而不局限于以下所述的实施例。

在下文中所使用的空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，是为了便于描述图示中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中绘示的方位之外，这些空间相关用词也意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。例如，装置可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，而在此所使用的空间相关用词也可依此相同解释。此外，若实施例中叙述了一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的情况，亦可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使得上述第一特征与第二特征未直接接触的情况。

以下不同实施例中可能重复使用相同的元件标号及/或文字，这些重复是为了简化与清晰的目的，而非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。另外，在附图中，结构的形状或厚度可能扩大，以简化或便于标示。必须了解的是，未特别图示或描述的元件可以本领域技术人员所熟知的各种形式存在。

图1显示根据本公开一些实施例的一半导体制造系统1的方块图。半导体制造系统1可以是一虚拟集成电路制造系统(或一虚拟晶圆制造厂(virtual wafer manufacturingfacility))。半导体制造系统1实施一系列的半导体制造流程(semiconductormanufacturing processes)以产出集成电路装置。例如，半导体制造系统1可以实施半导体制造流程于一基板(或一晶圆)上以产生材料层、图案特征、及/或集成电路。上述基板包括一半导体基板(或晶圆)、一掩模、或其他任何基底物质。为了清楚起见，图1中的半导体制造系统1是被简化，以便于更能理解本公开的概念。在半导体制造系统1中可以加入其他的特征，并且在半导体制造系统1的其他实施方式中，以下所述的某些特征也可以被更换或移除。

半导体制造系统1包括一网络10，用以使得多种实体(例如一数据库20、一制造机台30、一检测装置40、一先进制程控制(advanced process control，APC)系统50、一错误检测及分类(fault detection and classification，FDC)系统60、及其他实体70)能够彼此互相通信。在一些实施例中，半导体制造系统1可以包括不只一个上述各种实体，并且还包括在所述实施例中没有绘示出的其他实体。在图1的实施例中，半导体制造系统1的各个实体通过网络10和其他实体互动，以提供服务给其他实体及/或接受其他实体的服务。网络10可以为单一网络或多种不同的网络，例如内部网络、网际网络、其他网络、或上述的组合。网络10包括有线通信频道、无线通信频道、或两者的组合。

数据库20用以储存关联于半导体制造系统1的数据，尤其是关联于半导体制造流程的数据。在一些实施例中，数据库20储存从制造机台30、检测装置40、先进制程控制系统50、错误检测及分类系统60、其他实体70、及上述的组合收集来的数据。例如，数据库20可以储存下列数据：关联于由制造机台30所处理的基板(为了方便说明，下文中仅以晶圆来表示被处理的基板)的晶圆特征的数据、关联于制造机台30所实施用以处理晶圆的制程参数的数据、关联于由检测装置40所量测及收集到制造机台30在半导体制造流程中的状况的数据、关联于先进制程控制系统50及错误检测及分类系统60对上述晶圆特征、制程参数及/或制造机台30的状况进行分析的数据、及其他关联于半导体制造系统1的数据。在一些实施例中，制造机台30、检测装置40、先进制程控制系统50、错误检测及分类系统60、及其他实体70的每一者可具有一对应的数据库。

制造机台30用以执行一半导体制造流程(简称为制程)。根据一些实施例，制造机台30可以为一化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)机台、一物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)机台、一蚀刻(etching)机台、一热氧化(thermaloxidation)机台、一离子布植(ion implantation)机台、一化学机械研磨(chemicalmechanical polishing，CMP)机台、一快速升温退火(rapid thermal annealing，RTA)机台、一光微影(photolithography)机台、一扩散(diffusion)机台、或者其他半导体制造机台。

图2显示根据一些实施例的制造机台30的示意图。在图2的实施例中，制造机台30为一化学气相沉积(CVD)机台，例如包括一炉管(furnace)，用以执行一化学气相沉积制程。在一晶圆W被置入制造机台30之后，于一高温环境下受到化学气相沉积制程的处理，其表面上可形成一薄膜。

制造机台30包括一反应腔室31、一晶舟32及一下腔室33。反应腔室31具有一顶壳311及一底盖312。顶壳311在其纵向轴线(亦即，图中的Z轴方向)上延伸一高度。顶壳311的上端呈封闭。顶壳311的下端则呈开放，且允许晶舟32被移入或移出反应腔室31，以进行晶圆W的批次处理(batch processing)。底盖312以可分离的方式连接顶壳311，且可密封顶壳311的下端。例如，底盖312由一升降机构34所驱动而可相对顶壳311进行移动，当底盖312移动至如图2中所示的位置且与顶壳311的下端连接时，可在反应腔室31中建立一密封环境。由于底盖312可用于将晶圆W传送至反应腔室31内，故以下说明中亦将底盖312称作一”传送构件”。

晶舟32设置于底盖312的上表面S1且朝向反应腔室31。在沉积制程中，晶舟32用以支持及保持多个垂直迭放的晶圆W，且允许反应气体(reactant gas)水平地流经晶圆W的表面，以在其上形成所需的薄膜厚度。为了简明的目的，在图2中未绘示出和反应腔室31侧壁上的开口31A、31B连接的供气、排气系统，也未绘示出用以使反应气体均匀地分布于反应腔室31内的气流引导结构(例如风扇及/或喷嘴管)。在一些实施例中，晶舟32的底部连接有一旋转平台321，用以在沉积制程中转动晶舟32，以提高晶圆W的沉积均匀度。旋转平台321上亦具有一加热器322，用以加热晶圆W，以促进其上的薄膜形成。

下腔室33位于反应腔室31下方，用以便利于晶圆W被载入或载出晶舟32的操作。在图2的实施例中，上述用以驱动底盖312的升降机构34为一导螺杆(lead screw)，设置于下腔室33内，可将一螺杆341的旋转运动转换成一螺帽滑件342的直线运动，进而使连接于螺帽滑件342的底盖312沿着Z轴方向发生上下移动。为了简明的目的，图2中未绘示出用以驱使螺杆341发生旋转运动的机构。在一些实施例中，上述供气、抽气系统所包括的帮浦、流水线、及/或其他部件亦可以设置于下腔室33内(图未示)。

请回到图1，在一些实施例中，检测装置40用以量测及收集制造机台30在半导体制造流程中的状况的数据。例如，检测装置40可包括一振动计(vibration meter)，用以在半导体制造流程中量测来自制造机台30的振动波形。此信息可被用来判断制造机台30的运作状况(及/或其所执行的半导体制造流程)是否为正常、即将发生异常、或者已经偏离原本预期状况而须立即停止运作。

在一些实施例中，检测装置40设置于制造机台30中的一可动构件上。例如，在图2的实施例中，检测装置40安装于炉管的底盖312(传送构件)上，且可随着底盖312进行移动。关于移动底盖312的操作程序在后面段落中配合参照图5A-5E会再做进一步说明。

在一些实施例中，检测装置40设置于制造机台30中不直接暴露于反应气体及高温环境下的位置。例如，在图2的实施例中，检测装置40可安装于底盖312的下表面S2且朝向下腔室33。如此一来，能够避免检测装置40受到反应腔室31内的化学品侵蚀及高温的影响，以具有较长的使用寿命及稳定的量测表现。然而，本公开实施例也可以有许多其他的变化及修改。例如，检测装置40亦可以埋设于底盖312内(不暴露在外)。或者，检测装置40亦可以安装于下腔室33的侧壁上而不随着底盖312(传送构件)进行移动。

图3显示根据一些实施例的检测装置40的示意图。在图3的实施例中，检测装置40为一压电式振动感测器(piezoelectric vibration sensor)，其包括一基座41、一质量块42、一弹簧43、一压电元件44、及多条线路45。如图3所示，弹簧43、质量块42及压电元件44是依序地安装在和基座41连接的一中心支柱411上(亦即，质量块42是夹设在弹簧43与压电元件44之间)。基座41的一外侧形成有一开孔412，用以与一固定元件(例如螺栓，图未示)结合，并使得检测装置40固定于被测物(例如制造机台30的底盖312)上。各线路45的一端电性连接于压电元件44，另一端则延伸至检测装置40的外部，藉此导出所量测到的电信号(例如电压V)。

通过上述结构配置，当检测装置40受振时(例如，当制造机台30的底盖312所发生的振动传导至检测装置40时)，质量块42施加于压电元件44的力会随的变化，且该力的变化与被测物的振动加速度成正比。由此，进一步利用压电元件44的压电效应即可得到与被测物的振动加速度成正比的电压值。换句话说，检测装置40所量测到的电压值(单位例如为微伏(μV))可用来表示被测物的振动加速度大小(单位例如为重力加速度单位(G))。

在一些实施例中，检测装置40亦可包括一外壳46。如图3所示，外壳46可以结合于基座41上，并包覆质量块42、弹簧43及压电元件44，以降低检测装置40所量测的电信号受到外界环境(例如温度变化)的影响。应了解的是，为了量测被测物的振动情况，检测装置40亦可能采用其他种量测原理的振动感测器(例如涡电流式、电容式或光纤式位移传感器、雷射式速度传感器(Linear Velocity Transducer)、加速度传感器、或压电阻式(Piezoresistive)MEMS加速规)而并不以上述实施例为限。

请再回到图1，先进制程控制(APC)系统50用以监测被处理晶圆的晶圆特征，并可利用线上量测数据(例如，上述由检测装置40所收集到的数据)、制程模式、及多种演算法，来提供中间制程目标的动态微调，进而达到晶圆的最终产品目标。上述制程目标的微调又可称为控制行动(control actions)，其补偿了可能造成晶圆特征变化的硬件工具问题及/或制程问题。先进制程控制系统50可以实时(real time)、晶圆对晶圆(wafer-to-wafer)、批次对批次(batch-to-batch)、或上述组合等方式来执行控制行动。

在一些实施例中，先进制程控制系统50执行控制行动以修改由制造机台30所执行用来处理晶圆的制程程序。例如，先进制程控制系统50(依据被处理晶圆的检测数据、制程模式、及各种演算法)针对每个被处理的晶圆修改预先决定的制程程序(尤其是，由制造机台30所实施的制程参数，例如处理时间、气体流率、反应腔室压力、温度、晶圆温度、及其他制程参数)，以确保每个被处理的晶圆都能达到最终产品目标。在一些实施例中，先进制程控制系统50(依据上述由检测装置40所收集到的数据)执行控制行动以修改由制造机台30所执行的预先决定的制程程序，并停止制造机台30的运作(例如，停止反应腔室31内的旋转平台321的运转及停止供应反应气体至反应腔室31内等)，以避免制程目标异常及/或晶圆报废。

错误检测及分类(FDC)系统60通过监测制造机台30在半导体制造流程中所实施的制程参数(包括上述由检测装置40所收集到的数据)，以及监测制造机台30在半导体制造流程中实施的制程参数所得到的晶圆特征，以评估制造机台30的状况及检测其是否已发生错误，例如机台状况劣化。关于利用量测装置40监控制造机台30状况的实施方式在后面段落会做进一步介绍。

在一些实施例中，错误检测及分类系统60实施统计式制程控制(statisticalprocess control，SPC)以追踪及分析制造机台30的状况。例如，错误检测及分类系统60可以实施一或多个统计式制程控制(SPC)图表，其通过依时序将关联于上述制程的统计式制程控制数据绘制成图表，来记录制造机台30的历史制程数据。上述统计式制程控制数据包括关联于由制造机台30所实施的制程参数(及/或晶圆特征)。当统计式制程控制数据指出上述制程参数偏离一可接受的目标时(换言之，当错误检测及分类系统60检测到一错误或异常时)，错误检测及分类系统60可触发一警示，通知制造机台30的一操作者，以暂停制造机台30所执行的操作程序、采取另一个行动、或上述的组合，使得制造机台30的任何问题可被识别及补救。

在后续介绍的实施例中，错误检测及分类系统60监测关联于制造机台30的制程参数，以监控制造机台30(例如，一化学气相沉积(CVD)机台)的状况。更明确来说，通过评估制造机台30在制程期间的制程参数(例如，一振动加速度大小)，错误检测及分类系统60可以检测制造机台30的一错误或异常，例如制造机台30的一部分的劣化状况。

图4显示根据一些实施例的一制造机台的状况监控方法100的简化流程图。为了说明，将配合参照图1至3及图5至8一起描述流程图。另外，在一些其他实施例中，后续所述制造流程的部分操作程序可以被更换或取消。应了解的是，后续关于化学气相沉积(CVD)机台的状况的讨论仅为例示，制造机台的状况监控方法100也可以由半导体制造系统1实施以监控任何种类的制造机台30及制造机台30中任何模块的状况。

如图4所示，制造机台的状况监控方法100包括操作101，其中，关联于制造机台30的预期振动波形被收集。在一些实施例中，可以在制造机台30(例如，化学气相沉积机台)执行的制造流程的各操作程序中，利用量测装置40(例如，振动感测器)量测及收集来自制造机台30的振动数据，并将收集到的振动数据传送至数据库20进行储存。

图5A至图5E显示根据一些实施例，制造机台30所实施制造流程的多个主要操作程序的示意图。在图5A中，多个晶圆W通过一机械手臂35被装载至停留在下腔室33内的晶舟32(以下，简称此操作程序为一晶圆装载程序)。在图5B中，在晶舟32装载满晶圆W之后，通过升降机构34的驱动，底盖312(传送构件)朝着顶壳311方向移动，并将晶舟32上的晶圆W送入反应腔室31(以下，简称此操作程序为一晶圆传送程序)。在图5C中，在底盖312与顶壳311的下端连接之后，可在反应腔室31中建立一密封环境。继之，晶圆W在反应腔室31内受到一化学气相沉积处理，例如在一高温环境下，通过反应气体(reactant gas)流经晶圆W的表面，并在其上形成沉积薄膜(以下，简称此操作程序为一晶圆处理程序)。在图5D中，在沉积制程结束之后，通过升降机构34的驱动，底盖312朝着下腔室33方向移动，并将晶舟32上的晶圆W送出反应腔室31(此程序亦称为一晶圆传送程序)。在图5E中，晶圆W通过机械手臂35从晶舟32上卸载(以下，简称此操作程序为一晶圆卸载程序)。

应了解的是，制造机台30所实施的操作程序仅为例示，以便于后续说明，而并非用以限定本公开。在一些实施例中，上述操作程序也可以被更换或取消，或者一些其他操作程序也可以被加入制造流程中。

在一些实施例中，在制造机台30所实施的各操作程序中，量测装置40可以实时量测及收集来自制造机台30的振动数据。例如，量测装置40可以一规律的时间间隔(例如0.5秒)来记录制造机台30在各操作程序中的振动数据，亦即在各操作程序中，量测装置40可以量测及记录多笔振动数据。之后，上述振动数据可被传送至数据库20进行储存。

在一些实施例中，在制造机台30未发现任何错误或异常且所有晶圆W可被适当处理(例如，没有微粒或异物附着于晶圆W表面、或者沉积薄膜的厚度、均匀度与预期目标均符合)的情况下，操作101可以重复多次(例如数次或数十次)，亦即，利用量测装置40收集制造机台30实施多次制造流程时各操作程序的多笔振动数据，再将上述振动数据传送至数据库20进行储存。

应了解的是，上述振动数据在被储存于数据库20中之前，可经过进一步处理。例如，关联于上述制造流程的各操作程序的多笔振动数据的一平均值(mean value)可经过错误检测及分类系统60计算求得且储存于数据库20中。另外，关联于各操作程序的多笔振动数据的一标准差(standard deviation)亦可经过错误检测及分类系统60计算求得且储存于数据库20中。

如此一来，可以在数据库20中储存关联于制造机台30的各操作程序中振动状况的大数据样式(big data pattern)，进而得到关联于制造机台30的各操作程序的一预期振动波形(亦即，制造机台30处于正常运作时的振动波形)。例如，图6A、7A、8A分别显示根据一些实施例，储存于数据库20中的制造机台30在一晶圆装载程序(图5A)、一晶圆传送程序(图5B)或一晶圆处理程序(图5C)中的一预期振动波形对时间的关系图表(T-charts)。

如图4所示，制造机台的状况监控方法100还包括操作102，其中，另一批次的晶圆W在制造机台30中被处理。根据一些实施例，此批次的晶圆W可依据图5A至图5E所公开的相同操作程序被处理。

制造机台的状况监控方法100还包括操作103，其中，利用量测装置40(在执行操作102同时)收集来自制造机台30的振动数据。在一些实施例中，在制造机台30所实施上述制造流程的各操作程序中，量测装置40再次量测及收集来自制造机台30的振动数据。例如，在图5A至图5E所公开的各操作程序中，利用量测装置40实时量测及收集来自制造机台30的振动数据，其中量测装置40可以一规律的时间间隔来量测制造机台30在各操作程序中的振动数据。

在一些实施例中，在操作103中由量测装置40所实施的量测对应于在操作101中由量测装置40所实施的量测。例如，在操作103中量测装置40实施记录的时点与在操作101中量测装置40实施记录的时点为相同(亦即，在操作101及103中，量测装置40可以相同且规律的时间间隔来记录上述各操作程序中的多笔振动数据)。另外或附加地，在操作103中量测装置40实施量测的位置点与在操作101中量测装置40实施量测的位置点亦可为相同。当然，本公开实施例也可以有许多其他的变化及修改，例如，相对于操作101，在操作103中量测装置40可以较小的时间间隔来记录制造机台30的各操作程序中的多笔振动数据。

在操作103中，亦利用错误检测及分类系统60将量测装置40所收集来自制造机台30的振动数据转变成对应上述各操作程序中的一实际振动波形。例如，图6B、7B、8B分别显示根据一些实施例，由量测装置40所收集且经由错误检测及分类系统60运算处理后而得到制造机台30在一晶圆装载程序(图5A)、一晶圆传送程序(图5B)或一晶圆处理程序(图5C)中的一实际振动波形对时间的关系图表(T-charts)。

制造机台的状况监控方法100还包括操作104，其中，在操作103中所量测到的实际振动波形与在制造机台30预先执行的制造流程(操作101)中所收集到且储存于数据库20中的预期振动波形被进行比较。在一些实施例中，上述实际振动波形与预期振动波形的比较由错误检测及分类系统60来执行。

在一些实施例中，在比较上述实际振动波形与预期振动波形之前，错误检测及分类系统60通过分析上述波形对时间的关系图表，可得到在各操作程序中实际振动波形与预期振动波形之间的振幅差值的一可接受的数值范围。

在一些实施例中，上述振幅差值的可接受的数值范围可以为在各操作程序中预期振动波形的一或数个标准差。例如，在图6A、7A、8A中，一上限控制(最大值)设定为预期振动波形的平均值加上一或数个标准差，一下限控制(最小值)设定为预期振动波形的平均值减掉一或数个标准差，而上、下限控制之间的差值即成为关联于各操作程序的振幅差值的可接受的数值范围。当然，本公开实施例也可以有许多其他的变化及修改，例如，上述振幅差值的可接受的数值范围也可以为在各操作程序中预期振动波形的最大振幅值的一特定比例(specific ratio)，且此比例可由操作者依据制造经验或测试结果来决定，并对错误检测及分类系统60进行设定。另外，各操作程序的振幅差值的可接受的数值范围可能为相同或不同。

在操作104中，在各操作程序中实际振动波形与预期振动波形之间的振幅差值的可接受的数值范围被决定后，错误检测及分类系统60通过比较在操作103中所量测到的实际振动波形与储存于数据库20中的预期振动波形，以判断两波形上对应的数据点之间的振幅差值是否超出上述可接受的数值范围。若否，则制造机台的状况监控方法100可以重复上述操作102至104，直到所有晶圆W被处理。若是，则制造机台的状况监控方法100继续操作105，发出一警示(alarm condition)。

举例来说，在图6B中，当一晶圆装载程序中所量测到实际振动波形上的部分数据点超出一可接受的数值范围时(例如图中圈选的部分)，即表示用于将晶圆W装载至晶舟32的机械手臂35的某部件可能发生劣化，造成晶圆W可能无法准确地被输送至晶舟32上的既定位置，而与晶舟32周边部件发生碰撞，造成异常振动产生。

在图7B中，当一晶圆传送程序中所量测到实际振动波形上的部分数据点超出一可接受的数值范围时(例如图中圈选的部分)，即表示用于驱动底盖312的升降机构34的某部件可能发生劣化(例如，螺杆341上的润滑剂大量易失)，并造成底盖312在移动时产生异常振动。

在图8B中，当一晶圆处理程序中所量测到实际振动波形上的部分数据点超出一可接受的数值范围时(例如图中圈选的部分)，即表示关联于沉积制程的制造机台30的某硬件部分(例如，旋转平台321包含的内置马达或齿轮、反应腔室31中的风扇、或下腔室33中的帮浦等)或者某制程步骤(例如，反应腔室31中进行的化学反应或气流分配等)可能发生问题，而形成异常振动。

基于上述说明，当错误检测及分类系统60检测到制造机台30在某操作程序中特定时点的实际振动波形偏离于预期振动波形(亦即，检测到一错误或异常)时，即表示关联于此操作程序的制造机台30的某部分可能发生劣化。如此一来，可以实时发现制造机台30的操作程序(时间点上)及关联于操作程序的相关部分(位置点上)的错误或异常。

此外，为了避免上述某操作程序中的异常振动可能造成制造机台30或晶圆W受损，错误检测及分类系统60可以发出一警示，通知制造机台30的操作者，以暂停制造机台30的运作、采取另一个行动、或上述的组合，使得制造机台30的任何问题被及时识别及补救。

在一些实施例中，错误检测及分类系统60还可以实施一快速傅立叶转换(FastFourier Transform)，将上述实际振动波形自一时域(time domain)波形转换成一频域(frequency domain)波形，其中所得到的频域波形包括不同频率下对振幅的数据。通过分析此频域波形，可以得到对应不同振动频率的制造机台30中各振动源的振幅大小(上述振动源例如为马达、帮浦、或风扇等，其分别具有不同振动频率与振幅大小，且可以利用量测装置40预先量测得到)，进而判断为哪一振动源发生振动异常，以利于操作者更快速地识别问题及进行改善。

再者，量测装置40除了用于制造机台30的错误检测外，其也可以用于检测半导体制造系统1中其他不同装置(例如，图9中的一传送装置80)的错误或异常。

图9显示根据一些实施例的半导体制造系统1的部分的上视示意图。半导体制造系统1(例如为一半导体晶圆制造厂)包括多个制造机台30、30a、30b、30c、及一传送装置80。制造机台30a、30b、30c与制造机台30(例如上述化学气相沉积机台)可以为实施相同或不同制程的机台。传送装置80用以在制造机台30、30a、30b、30c之间传送基板，例如为晶圆或掩模(为了方便说明，下文中仅以晶圆来表示被传送的基板)。

在图9的实施例中，传送装置80包括一轨道81，其固定于晶圆制造厂的天花板且配置在制造机台30、30a、30b、30c的上方。传送装置80亦包括一悬吊式载具(overhead hoistvehicle)82，其配置用以沿着轨道81移动且在制造机台30、30a、30b、30c之间传送晶圆。更具体来说，悬吊式载具82可以抓取一晶圆承载盒83，其中收容有一或多片的晶圆，并且更可以在轨道81上的一选定位置(如图中的位置点P1、P2、P3或P4)将晶圆承载盒83传送至制造机台30、30a、30b、30c中的一者以进行一晶圆处理，并在晶圆处理之后，再将晶圆承载盒83传送至制造机台30、30a、30b、30c中的另一者以进行另一晶圆处理。

在图9的实施例中，上述量测装置40(例如，上述振动感测器)安装于悬吊式载具82上，故可与悬吊式载具82一起沿着轨道81移动而到达晶圆制造厂内的多个选定位置(例如，轨道81所分布的位置)。由于悬吊式载具82可用于在晶圆制造厂内传送晶圆，故以下说明中亦将悬吊式载具82称作一”传送构件”。量测装置40用以在悬吊式载具82传送晶圆的过程中评估传送装置80的一操作参数(例如，一振动加速度大小)，以检测传送装置80的一错误或异常，例如传送装置80的一部分的劣化状况。

图10显示根据一些实施例的一半导体制造系统的状况监控方法200的简化流程图。为了说明，将配合参照图9一起描述流程图。应了解的是，由于半导体制造系统的状况监控方法200与上述制造机台的状况监控方法100的部分操作及概念雷同，故以下仅说明半导体制造系统的状况监控方法200的不同技术特征。

如图10所示，半导体制造系统的状况监控方法200包括操作201，其中，关联于半导体制造系统1中的一传送构件(例如，悬吊式载具82)的预期振动波形被收集。在一些实施例中，可以在传送构件82沿着轨道81传送晶圆的过程中，利用量测装置40量测及收集来自传送构件82的振动数据，并将收集到的振动数据传送至数据库20进行储存。在一些实施例中，量测装置40可以实时量测及收集来自传送构件82的振动数据。例如，量测装置40可以一规律的时间间隔(例如0.5秒)来记录传送构件82在移动过程中的振动数据，亦即可以量测及记录传送构件82在轨道81上不同选定位置的多笔振动数据。之后，上述振动数据可被传送至数据库20进行储存。

在一些实施例中，在传送构件82传送晶圆的过程中未发现任何错误或异常(例如，传送构件82沿着轨道81移动时未产生任何异音)的情况下，操作201可以重复多次(例如，数次或数十次)，亦即，利用量测装置40收集传送构件82沿着轨道81重复绕转多次的多笔振动数据，并将上述振动数据传送至数据库20进行储存。

应了解的是，上述多笔振动数据在被储存于数据库20中之前，亦可经过错误检测及分类系统60进一步计算处理而得到一平均值及一标准差等数据。

如此一来，可以在数据库20中储存关联于上述传送构件82移动至不同选定位置时振动状况的大数据样式(big data pattern)，进而得到传送构件82沿着轨道81移动时的一预期振动波形(亦即，传送构件82处于正常运作时的振动波形)。

如图10所示，半导体制造系统的状况监控方法200还包括操作202，其中，另一批次的晶圆利用传送构件82在晶圆制造厂内进行传送。在一些实施例中，在操作202中传送构件82传送晶圆的速度与在操作201中为相同。

半导体制造系统的状况监控方法200还包括操作203，其中，利用量测装置40(在执行操作202同时)收集来自传送构件82的振动数据。在一些实施例中，在传送构件82沿着轨道81传送晶圆的过程中，利用量测装置40再次量测及收集传送构件82于不同选定位置时的振动数据。

在一些实施例中，在操作203中由量测装置40所实施的量测对应于在操作201中由量测装置40所实施的量测。例如，在操作203中量测装置40实施记录的时点与在操作201中量测装置40实施记录的时点为相同(亦即，在操作201及203中，量测装置40可以相同且规律的时间间隔来记录传送构件82移动过程中的多笔振动数据)。另外或附加地，在操作203中量测装置40实施量测的位置点与在操作201中量测装置40实施量测的位置点亦可为相同。

另外，在操作203中，亦利用错误检测及分类系统60将量测装置40所收集来自传送构件82的振动数据转变成一实际振动波形。

半导体制造系统的状况监控方法200还包括操作204，其中，在操作203中所量测到的实际振动波形与(在操作201中)储存于数据库20中的预期振动波形被进行比较。在一些实施例中，上述实际振动波形与预期振动波形的比较由错误检测及分类系统60来执行。错误检测及分类系统60可以比较实际振动波形及预期振动波形，并判断两波形上对应的数据点之间的振幅差值是否超出一可接受的数值范围(可以类似于图6-8所公开的实施方法得到)。若否，则半导体制造系统的状况监控方法200可以重复上述操作202至204。若是，则半导体制造系统的状况监控方法200继续操作205，发出一警示。

举例来说，当错误检测及分类系统60检测到传送构件82于某时间点的实际振动波形偏离于预期振动波形(亦即，两波形的振幅差值超出可接受的数值范围)时，即表示传送装置80的某部分可能发生劣化或异常。例如，轨道81的多个衔接部分之间可能发生相对偏移而造成异常振动产生。

在一些实施例中，为了避免传送构件82在移动过程中的异常振动可能造成晶圆W受损，错误检测及分类系统60可以在检测到异常当下发出一警示，通知操作者，以暂停传送构件82的移动、采取另一个行动、或上述的组合。如此一来，能够实时识别传送装置80发生问题的位置点(例如，传送构件82被暂停的位置点或其附近)，而有利于问题被迅速补救。

本公开实施例亦包括一电脑系统，其执行上述的各种方法和系统，例如监测及评估半导体制造系统1中的制造机台30或传送装置80的状况。在一些实施例中，上述错误检测及分类(FDC)系统60包括上述电脑系统以监测制造机台30或传送装置80的状况。在各种实施方式中，上述电脑系统的装置包括能够和网络10(例如，一内部网络或网际网络)进行通信的一网络通信装置或一网络运算装置(例如，移动电话、膝上电脑、个人电脑、网络伺服器)。应可以理解的是，上述装置中的每一者可以被实施作为上述电脑系统，用以依据如后述方式和网络10进行通信。依据本公开各种实施例，上述电脑系统(例如，一近端电脑或一连网电脑系统)包括一总线元件或用于沟通信息的其他通信机制，其连接次系统和元件，例如一处理元件(例如，处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、其他处理元件、或上述的组合)、一系统记忆元件(例如，随机存取存储器(RAM))、一静态储存元件(例如，只读存储器(ROM))、一磁盘元件(例如，一磁性元件、一光学元件、其他元件、或上述的组合)、一网络接口元件(例如，数据机、以太网卡、其他网络接口元件、或上述的组合)、一显示元件(例如，阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、其他显示元件、或上述的组合)、一输入元件(例如，键盘)、一游标控制元件(例如，滑鼠或轨迹球)、及一影像撷取元件(例如，模拟或数字摄影机)。在一实施方式中，上述磁盘元件包括具有一个或多个磁盘元件的一数据库。

依据本公开一些实施例，上述电脑系统通过处理器执行储存在系统记忆元件中的包含一个或多个指令的一个或多个序列，以实施特定的操作。在一些实施例中，可从其他的电脑可读取媒体(例如静态储存元件或磁盘元件)，将这些指令读入系统记忆元件。在另一些实施例中，也可使用硬件线路回路以取代(或组合)软件指令来实现本公开。依据本公开各种实施例，在一电脑可读取媒体上载入一逻辑(logic)，其是指参与提供指令给处理元件以供执行的任何媒体。此媒体可以有多种形式，包括但不限于：非易失性媒体和易失性媒体。在一实施例中，上述电脑可读取媒体为非暂时性(non-transitory)。在各种实施方式中，非易失性媒体包括光盘或磁盘，例如磁盘元件，而易失性媒体包括动态存储器，例如系统记忆元件。在一实施方式中，关于执行指令的数据和信息是通过一传输媒体传递到电脑系统，例如以声波或光波的形式，包括在无线电波和红外线数据通信中所产生的。依据本公开各种实施例，传输媒体包括同轴电缆线、铜线、及光纤，包括包含总线的电线。

一些一般形式的电脑可读取媒体包括，例如，软碟(floppy disk)、软碟机(flexible disk)、硬盘(hard disk)、磁带(magnetic tape)、任何其他磁性媒体、CD-ROM、任何其他光学媒体、打孔卡片(punch cards)、纸带(paper tape)、任何其他具有打孔模式的物理媒体、随机存取存储器(RAM)、可编程序只读存储器(PROM)、可抹除可编程序只读存储器(EPROM)、快闪可抹除可编程序只读存储器(FLASH-EPROM)、任何其他的记忆经片或盒式磁盘、载波(carrier wave)、或电脑可以读取的其他任何媒体。依据本公开各种实施例，上述电脑系统执行指令序列实施本公开。依据本公开其他的各种实施例，各种电脑系统，例如电脑系统，是通过通信连线耦接(例如，类似如LAN、WLAN、PTSN、及/或各种的其他有线或无线网络(包括电信(telecommunications)、无线、及手机网络)的通信网络)，并执行指令序列以和其他系统协同实施本公开。依据本公开各种实施例，上述电脑系统通过通信连线及通信接口传送及接收讯息、数据、信息、以及指令，包括一或多个程序(换言之，应用程序码)。上述处理元件可以执行接收的上述程序码及/或储存在上述磁盘元件或某些其他的非易失性储存元件中用以执行的程序码。

在适用的情况下，本公开的各种实施方式可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现。此外，在适用的情况下，上述不同的硬件元件及/或软件元件是并入包括软件、硬件、或两者的复合元件，而不背离本公开的精神。在适用的情况下，上述各种硬件元件及/或软件元件被区分为包括软件、硬件、或两者的次元件，而不背离本公开的范围。此外，在适用的情况下，需了解到软件元件可以硬件元件实现，反之亦然。依据本公开，软件(例如电脑程序码及/或数据)可以存储在一个或多个电脑可读媒体上。亦需了解的是，上述软件可以使用一个或多个一般泛用或专用的电脑及/或电脑系统、连网的及/或没有连网的。在适用的情况下，上述各种步骤的顺序可以改变、并入复合步骤、及/或分别为次步骤，以提供在此所述的功能。

综上所述，本公开实施例具有以下优点：利用实时量测振动的手段以检测半导体制造系统中各种制造机台、装置或传送构件的错误或异常。所量测到的实际振动波形可与在相同条件下量测得到的预期振动波形进行比较，故可以更精准地判断是否产生异常状况。当一异常状况发生时，错误检测及分类系统可立即反应，并通知维修人员妥善处理，因此能够减少或避免用于处理半导体基板的制造机台或其他支援装置发生损坏，并减少晶圆报废。

根据一些实施例，提供一种制造机台的状况监控方法。上述方法包括在一半导体制造机台中依据一制造流程的多个操作程序来处理一基板。上述方法还包括在各操作程序中，量测来自半导体制造机台的一实际振动波形。上述方法还包括比较在其中一操作程序中所量测到的实际振动波形和关联于该操作程序的一预期振动波形。此外，上述方法包括基于上述比较，在实际振动波形与预期振动波形上对应的数据点之间的一振幅差值超出一可接受的数值范围时，发出一警示。

根据一些实施例，制造机台的状况监控方法还包括基于警示，暂停半导体制造机台的运作。

根据一些实施例，制造机台的状况监控方法还包括在一预先执行的制造流程的各操作程序中，收集来自半导体制造机台的多笔振动数据。此外，制造机台的状况监控方法包括将上述振动数据储存于一数据库，其中预期振动波形是由数据库所得到。

根据一些实施例，制造机台的状况监控方法还包括将实际振动波形自一时域波形转换成一频域波形。此外，制造机台的状况监控方法包括基于频域波形，得到对应不同振动频率的半导体制造机台中各振动源的振幅大小，进而判断为哪一振动源发生振动异常。

根据一些实施例，半导体制造机台包括一反应腔室，具有一顶壳及一底盖。底盖配置用于在上述操作程序中承载基板且可相对顶壳进行移动。实际振动波形是由设置于底盖上的一检测装置所量测。

根据一些实施例，提供一种半导体制造系统的状况监控方法。上述方法包括在一半导体制造厂内移动一传送构件，以传送一基板。上述方法还包括量测传送构件移动至各选定位置时的一实际振动数据。上述方法还包括比较在其中一选定位置时所量测到的实际振动数据和关联于该选定位置的一预期振动数据。此外，上述方法包括基于上述比较，在实际振动数据与预期振动数据之间的一振幅差值超出一可接受的数值范围时，发出一警示。

根据一些实施例，半导体制造系统的状况监控方法还包括基于警示，暂停传送构件的移动。

根据一些实施例，传送构件是一悬吊式载具，配置用于沿着一轨道移动且在上述选定位置之间传送基板。实际振动波形是由设置于传送构件上的一检测装置所量测。

根据一些实施例，传送构件是一半导体制造机台用于承载基板的一底盖，配置用于将基板送入及送出半导体制造机台的一反应腔室。实际振动波形是由设置于传送构件上的一检测装置所量测。

根据一些实施例，提供一种半导体制造系统，包括一传送构件、一检测装置及一错误检测及分类系统。传送构件配置用于在一半导体制造厂内传送一基板。检测装置设置于传送构件上。错误检测及分类系统配置用于接收检测装置所量测到传送构件移动至各选定位置时的一实际振动数据，及比较在其中一选定位置时所量测到的实际振动数据和关联于该选定位置的一预期振动数据，并在实际振动数据与预期振动数据之间的一振幅差值超出一可接受的数值范围时，发出一警示。

以上虽然详细描述了实施例及它们的优势，但应该理解，在不背离所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，对本公开可作出各种变化、替代和修改。此外，本申请的范围不旨在限制于说明书中所述的制程、机器、制造、物质组成、工具、方法和步骤的特定实施例。作为本领域的普通技术人员将容易地从本公开中理解，根据本公开，可以利用现有的或今后将被开发的、执行与在本公开所述的对应实施例基本相同的功能或实现基本相同的结果的制程、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些制程、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤包括它们的范围内。此外，每一个权利要求构成一个单独的实施例，且不同权利要求和实施例的组合都在本公开的范围内。

Claims (8)

1.一种化学气相沉积机台的状况监控方法，包括：

在一化学气相沉积机台中依据一制造流程的多个操作程序来处理一基板，其中该些操作程序包括一晶圆传送程序以及一晶圆处理程序；

在各该些操作程序中，量测来自该化学气相沉积机台的一实际振动波形，其中，该化学气相沉积机台包括一反应腔室，具有一顶壳及一底盖，该底盖配置用于在该晶圆传送程序中承载该基板且可相对该顶壳进行移动，该实际振动波形是由设置于该底盖上的一检测装置所量测，其中该检测装置包括一基座、一质量块、一弹簧、一压电元件、及多条线路，其中该质量块夹设在该弹簧与该压电元件之间，该基座固定于该底盖，各该些线路的一端电性连接于该压电元件，另一端延伸至该检测装置外部；

比较在该些操作程序的其中一者中所量测到的该实际振动波形和关联于该些操作程序的该者的一预期振动波形；

基于上述比较，在该实际振动波形与该预期振动波形上对应的数据点之间的一振幅差值超出一可接受的数值范围时，发出一警示,并且判断该化学气相沉积机台之该操作程序之一异常时间点及一异常之位置点；

将该实际振动波形自一时域波形转换成一频域波形；

预先量测该化学气相沉积机台中各振动源的振动频率以及振幅大小；以及

基于该频域波形，得到对应不同振动频率之该化学气相沉积机台中各振动源之振幅大小，进而判断为哪一振动源发生振动异常。

2.如权利要求1所述的化学气相沉积机台的状况监控方法，还包括：

基于该警示，暂停该化学气相沉积机台的运作。

3.如权利要求1所述的化学气相沉积机台的状况监控方法，还包括：

在一预先执行的制造流程的各操作程序中，收集来自该化学气相沉积机台的多笔振动数据；以及

将该些振动数据储存于一数据库，其中该预期振动波形是由该数据库所得到。

4.一种半导体制造系统的状况监控方法，包括：

在一半导体制造厂内的一轨道移动一传送构件，以传送一基板；

量测该传送构件移动至该轨道的各选定位置时的一实际振动数据，其中该实际振动数据是由设置于该传送构件的一量测装置所量测，其中该量测装置包括一基座、一质量块、一弹簧、一压电元件、及多条线路，其中该质量块夹设在该弹簧与该压电元件之间，该基座固定于该传送构件，各该些线路的一端电性连接于该压电元件，另一端延伸至该量测装置外部；

比较在该些选定位置的其中一者时所量测到的该实际振动数据和关联于该些选定位置的该者之一预期振动数据；

基于上述比较，在该实际振动数据与该预期振动数据之间的一振幅差值超出一可接受的数值范围时，发出一警示，并且判断该选定位置之一异常时间点及一异常之位置点；

将该实际振动数据之一波形自一时域波形转换成一频域波形；

预先量测该些选定位置附近的各振动源的振动频率以及振幅大小；以及

基于该频域波形，得到对应不同振动频率之该些选定位置附近的各振动源之振幅大小，进而判断为哪一振动源发生振动异常。

5.如权利要求4所述的半导体制造系统的状况监控方法，还包括：

基于该警示，暂停该传送构件的移动。

6.如权利要求4所述的半导体制造系统的状况监控方法，其中，该传送构件是一悬吊式载具，配置用于沿着该轨道移动且在该些选定位置之间传送该基板。

7.如权利要求4所述的半导体制造系统的状况监控方法，其中，该传送构件是一半导体制造机台用于承载该基板的一底盖，且该底盖配置用于将该基板送入及送出该半导体制造机台的一反应腔室，该实际振动数据之该波形是由设置于该传送构件上的一检测装置所量测。

8.一种半导体制造系统，包括：

一传送构件，配置用于在一半导体制造厂内的一轨道传送一基板；

一检测装置，设置于该传送构件上，该检测装置包括一基座、一质量块、一弹簧、一压电元件、及多条线路，其中该质量块夹设在该弹簧与该压电元件之间，该基座固定于该传送构件，各该些线路的一端电性连接于该压电元件，另一端延伸至该检测装置外部；以及

一错误检测及分类系统，配置用于接收该检测装置所量测到该传送构件移动至该轨道的各选定位置时的一实际振动数据，及比较在该些选定位置的其中一者时所量测到的该实际振动数据和关联于该些选定位置的该者之一预期振动数据，并在该实际振动数据与该预期振动数据之间的一振幅差值超出一可接受的数值范围时，发出一警示，并且判断该选定位置之一异常时间点及一异常之位置点，将该实际振动数据之一波形自一时域波形转换成一频域波形，预先量测该些选定位置附近的各振动源的振动频率以及大小，以及基于该频域波形，得到对应不同振动频率之该些选定位置附近的各振动源之振幅大小，进而判断为哪一振动源发生振动异常。

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