CN110767579B - 半导体工艺监控方法及装置 - Google Patents

半导体工艺监控方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种半导体工艺监控方法及装置，该方法包括：在当前工艺步骤开始之前，启用监控线程；在所述当前工艺步骤开始执行后，通过所述监控线程，在第一预设时长内每隔一预设时间段采集一工艺参数值，直至所述第一预设时长结束；统计所述工艺参数值的总量，判断所述工艺参数值的总量中异常参数值所占的比例是否大于预设阈值；如果是，则发出报警，并禁用所述监控线程。通过本发明，提高了设备的安全性。

Description

半导体工艺监控方法及装置
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体地，涉及一种半导体工艺监控方法及装置。
背景技术
目前，等离子体刻蚀技术利用气压为10～100帕的气体的辉光放电，产生能与薄膜发生离子化学反应的分子或分子基团，该分子或分子基团是挥发性的，容易在低气压的真空室中被抽走，影响刻蚀效果。进一步，气体的功率输出、气体量等工艺参数对刻蚀速率、选择比、均匀性对刻蚀效果均具有较大影响，为此需要在工艺过程中实时监控刻蚀的各个参数。
目前的监控机制是每个工艺阶段启动监控，工艺阶段结束停止监控，超出监控范围后持续一定时间抛出报警，如图1所示为现有对电源输出功率的监控示意图，在图1中，电源输出功率会有一段信号不断跳动的不稳定阶段D1，此不稳定阶段D1时间较短影响不大，因此采用监控延迟的方式跳过。经过不稳定阶段D1后监控开始起作用，一旦检测到电源输出功率信号超过设定阈值，开始进行报警时间计时，一旦电源输出功率持续在设定阈值外的时间超过设定的持续时间D2，软件抛出报警，并停止工艺防止刻废晶圆；图1中横轴为时间T，纵轴为电源输出功率DF，在图1中，电源输出功率持续在设定阈值外时，如果在持续时间D2内恢复正常，则软件不抛出报警。
目前的监控机制对于信号持续偏高或偏低的情况具有较好的适用性，能够及时抛出报警终止工艺，然而对于信号持续跳动在最大最小值之间的情况则不适用，即使出现跳动异常情况也不会抛出报警终止工艺，从可能导致避免废片发生。
而且，在目前的监控机制中，每一个工艺阶段都要启停监控，而监控本身的启停需要耗时，工艺阶段切换耗时较短时存在上一个工艺阶段的监控还未停止，而下一工艺阶段的监控要启动，从而导致监控启动失败的问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种半导体工艺监控方法及装置，提高了设备的安全性。
根据本发明的一个方面，提供了一种半导体工艺监控方法，包括：
在当前工艺步骤开始之前，启用监控线程；
在所述当前工艺步骤开始执行后，通过所述监控线程，在第一预设时长内每隔一预设时间段采集一工艺参数值，直至所述第一预设时长结束；
统计所述工艺参数值的总量，判断所述工艺参数值的总量中异常参数值所占的比例是否大于预设阈值；
如果是，则发出报警，并禁用所述监控线程；
如果否，则判断所述当前工艺步骤是否结束；如果否，则返回所述在第一预设时长内每隔一预设时间段采集一工艺参数值的步骤；
如果是，则禁用所述监控线程。
优选地，还包括：
在整个工艺流程开始之前，启动所述监控线程；和/或
在整个工艺流程结束之后，退出所述监控线程。
优选地，所述统计所述工艺参数值的总量，判断所述工艺参数值的总量中异常参数值所占的比例是否大于预设阈值，包括：
每采集一个工艺参数值，判断该工艺参数值是否在预设的正常值范围内，将不在所述正常值范围内的工艺参数值确定为所述异常参数值；
在所述第一预设时长结束后，统计所述工艺参数值的总量以及所述异常参数值的数量；
用所述异常参数值的数量除以所述工艺参数值的总量，得到所述异常参数值所占的比例；
判断所述异常参数值所占的比例是否大于所述预设阈值。
优选地，所述在所述当前工艺步骤开始执行后，通过所述监控线程，在第一预设时长内每隔一预设时间段采集一工艺参数值，直至所述第一预设时长结束，包括：
在所述当前工艺步骤开始执行后，等待一预设的延迟时间段；
在所述延迟时间段过去后，再开始通过所述监控线程，在所述第一预设时长内每隔一所述预设时间段采集一工艺参数值，直至所述第一预设时长结束。
优选地，所述工艺参数值包括：射频入射功率值和/或射频反射功率值。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种半导体工艺监控装置，包括：
启用模块，用于在当前工艺步骤开始之前，启用监控线程；
采集模块，用于在所述当前工艺步骤开始执行后，通过所述监控线程，在第一预设时长内每隔一预设时间段采集一工艺参数值，直至所述第一预设时长结束；
判断模块，用于统计所述工艺参数值的总量，判断所述工艺参数值的总量中异常参数值所占的比例是否大于预设阈值；
报警模块，用于在所述异常参数值所占的比例大于所述预设阈值时，发出报警，并禁用所述监控线程；在所述异常参数值所占的比例不大于所述预设阈值时，判断所述当前工艺步骤是否结束；在所述当前工艺步骤未结束时，再次触发所述采集模块和所述判断模块；在所述当前工艺步骤已结束时，禁用所述监控线程。
优选地，还包括：
启动模块，用于在整个工艺流程开始之前，启动所述监控线程；和/或
退出模块，用于在整个工艺流程结束之后，退出所述监控线程。
优选地，所述判断模块包括：
采集判断单元，用于所述采集模块每采集一个工艺参数值，判断该工艺参数值是否在预设的正常值范围内，将不在所述正常值范围内的工艺参数值确定为所述异常参数值；
数量统计单元，用于在所述第一预设时长结束后，统计所述工艺参数值的总量以及所述异常参数值的数量；
比例计算单元，用于将所述异常参数值的数量除以所述工艺参数值的总量，得到所述异常参数值所占的比例；
比例判断单元，用于判断所述异常参数值所占的比例是否大于所述预设阈值。
优选地，采集模块，还用于在所述当前工艺步骤开始执行后，等待一预设的延迟时间段；在所述延迟时间段过去后，再通过所述监控线程，在所述第一预设时长内每隔一所述预设时间段采集一工艺参数值，直至所述第一预设时长结束。
优选地，所述工艺参数值包括：射频入射功率值和/或射频反射功率值。
本发明具有以下有益效果：
在本发明提供的技术方案中，在当前工艺步骤开始之前启用监控线程，在当前工艺步骤开始执行后，通过监控线程，在第一预设时长内每隔一预设时间段采集一工艺参数值，直至第一预设时长结束；统计工艺参数值的总量，判断工艺参数值的总量中异常参数值所占的比例是否大于预设阈值；如果是，则发出报警，并禁用监控线程；如果否，则直接禁用监控线程。
基于本发明提供的技术方案，在当前工艺步骤中，会通过启用和禁用监控线程实现对监控线程的使用，而不会在进行每个工艺步骤中均启动和退出监控线程，从而避免了监控线程启动失败的情况。对监控线程的及时禁用也可避免出现误报警。并且，在第一预设时长内当前工艺步骤的工艺参数值的总量中异常参数值所占的比例大于预设阈值时会进行报警，扩大了监控范围，实现了对信号持续跳动在最大最小值之间的情况的报警，提高了设备的安全性。
附图说明
图1为目前电源输出功率监控方法的过程示意图；
图2为本发明一个实施例提供的半导体工艺监控方法的流程框图；
图3为本发明实施例中参数采集步骤的流程框图；
图4为本发明实施例中异常判断步骤的流程框图；
图5为本发明另一个实施例提供的半导体工艺监控方法的流程框图；
图6为本发明一个实施例提供的半导体工艺监控装置的结构示意图；
图7为本发明另一个实施例提供的半导体工艺监控装置的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的半导体工艺监控方法的过程示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图来对本发明提供的半导体工艺监控方法及半导体工艺监控装置进行详细描述。
如图2所示，为本发明一个实施例提供的半导体工艺监控方法的流程框图，本发明实施例中，报警监控方法包括:
步骤101：在当前工艺步骤开始之前，启用监控线程。
步骤102：在当前工艺步骤开始执行后，通过监控线程，在第一预设时长内每隔一预设时间段采集一工艺参数值，直至第一预设时长结束。具体地，第一预设时长、预设时间段可以根据具体工艺步骤的不同灵活地进行设置，例如，第一预设时长可以设置为10s，预设时间段可以设置为0.2s。
步骤103：统计工艺参数值的总量，判断工艺参数值的总量中异常参数值所占的比例是否大于预设阈值；如果是，执行步骤104；如果否，执行步骤105。具体地，预设阈值也可以根据具体工艺步骤的不同灵活地进行设置，例如，可以设置为50％。
步骤104：发出报警，并禁用监控线程。
步骤105：判断当前工艺步骤是否结束；如果否，返回步骤102；如果是，执行步骤106。
步骤106：禁用监控线程。
基于本实施例提供的技术方案，在当前工艺步骤中，会通过启用和禁用监控线程实现对监控线程的使用，而不会在进行每个工艺步骤中均启动和退出监控线程，从而避免了监控线程启动失败的情况。对监控线程的及时禁用也可避免出现误报警。并且，在第一预设时长内当前工艺步骤的工艺参数值的总量中异常参数值所占的比例大于预设阈值时会进行报警，扩大了监控范围，实现了对信号持续跳动在最大最小值之间的情况的报警，提高了设备的安全性。
本实施例提供的方法是可以循环执行的，即在整个当前工艺步骤的执行过程中，可以持续、循环地执行上述监控方法，从而在整个工艺流程中实现对各个工艺步骤的有效监控。
作为一种优选的实施方式，在判断当前工艺步骤是否结束时，可以根据工艺配方确定当前工艺步骤的持续时间，每执行一个监控周期，就判断一下累积的监控总时间是否超过了当前工艺步骤的持续时间，如果未超过，则可以确定当前工艺步骤没有结束，要继续下一个监控周期。
作为另一种优选的实施方式，在判断当前工艺步骤是否结束时，也可以根据工艺配方确定当前工艺步骤的持续时间，之后根据确定的第一预设时长确定在当前工艺步骤的持续时间内可以有几个监控周期，每执行一个监控周期，则判断已执行的监控周期的数量是否达到了可执行监控周期的最大值，如果未达到，则可以确定当前工艺步骤没有结束。
在最后一个监控周期中，如果当前工艺步骤的剩余时间已不足一个第一预设时长，可以放弃这个监控周期，也可以做一个特殊的判断，采集到多少工艺参数值就基于多少工艺参数值进行判断，判断其中异常参数值所占的比例是否大于预设阈值。
在本发明的一个优选实施例中，对监控线程的启用禁用可以通过Bool型变量实现，即通过改变监控线程对应的Bool型变量的值使监控线程起作用或失效。
如图3所示，作为一种优选的实施方式，步骤102可以包括：
步骤1020：在当前工艺步骤开始执行后，等待一预设的延迟时间段。
步骤1021：在延迟时间段过去后，再开始通过监控线程，在第一预设时长内每隔一预设时间段采集一工艺参数值，直至第一预设时长结束。
在工艺步骤开始之初，各种参数值都不太稳定，此时采集的数值不具备代表性。为了防止误报警，在本实优选施例中，会等待一预设的延迟时间段，再开始采集工艺参数值，从而可以保证工艺参数值的稳定性，进而保证半导体工艺监控的准确性。具体地，延迟时间段的长短根据不同的工艺步骤而不同，可灵活的进行设置，例如，可以设置为7s。
如图4所示，作为一种优选的实施方式，步骤103可以包括：
步骤1030：每采集一个工艺参数值，判断该工艺参数值是否在预设的正常值范围内，将不在正常值范围内的工艺参数值确定为异常参数值。
步骤1031：在第一预设时长结束后，统计工艺参数值的总量以及异常参数值的数量。
步骤1032：用异常参数值的数量除以工艺参数值的总量，得到异常参数值所占的比例。
步骤1033：判断异常参数值所占的比例是否大于预设阈值；若是，执行步骤104；若否，执行步骤105。
在本优选实施例中，对异常参数的判断是基于该参数的正常值范围确定的，超出正常值范围的即可确定为异常参数值。由此即可快速统计出采集到的工艺参数值的总量中异常参数值所占的比例，进而可以判断其是否大于预设阈值。具体地，这里的正常值范围和预设阈值也是可以根据具体的工艺步骤确定的，可以根据需求进行调整。
如图5所示，为本发明另一个实施例提供的半导体工艺监控方法的流程框图，本发明实施例中，报警监控方法包括：
步骤200：在整个工艺流程开始之前，启动监控线程。
步骤201：在当前工艺步骤开始之前，启用监控线程。
步骤202：在当前工艺步骤开始执行后，通过监控线程，在第一预设时长内每隔一预设时间段采集一工艺参数值，直至第一预设时长结束。
步骤203：统计工艺参数值的总量，判断工艺参数值的总量中异常参数值所占的比例是否大于预设阈值；如果是，执行步骤204；如果否，执行步骤206。
步骤204：发出报警，并禁用监控线程，执行步骤207。
步骤205：判断当前工艺步骤是否结束；如果否，返回步骤202；如果是，执行步骤206。
步骤206：禁用监控线程。
步骤207：循环执行上述步骤201-206，在整个工艺流程结束之后，退出监控线程。
步骤208：结束。
为了实现资源的灵活调配和最大化利用，监控线程本身还是要进行是释放的，在本优选实施例中，监控线程可以在整个工艺流程开支之前启动或者说创建，在工艺过程中通过启用和禁用的操作实现对其的使用，在整个工艺流程结束后再退出这个监控线程，释放相应的资源。
在判断整个工艺流程结束是否结束时，可以根据工艺配方确定整个工艺流程共有多少工艺步骤，每执行完一个工艺步骤，统计一下已执行工艺步骤的数量，当已执行工艺步骤的数量达到了整个工艺流程包含的工艺步骤的总数时，即可确定整个工艺流程结束，否则持续进行监控。
在本发明的一个优选实施例中，上述工艺参数值可以包括：射频入射功率值和/或射频反射功率值。
本发明上述实施例提供的技术方案非常适用于对射频入射功率值、射频反射功率值这类的参数进行监测。当然，也并不限于对这类参数进行监测。
基于同一发明思路，本发明实施例还提供了一种半导体工艺监控装置。如图6所示，为本发明一个实施例提供的半导体工艺监控装置的结构示意图。本实施例中，半导体工艺监控装置包括：启用模块1、采集模块2、判断模块3、报警模块4。
启用模块1用于在当前工艺步骤开始之前，启用监控线程。
采集模块2用于在当前工艺步骤开始执行后，通过监控线程，在第一预设时长内每隔一预设时间段采集一工艺参数值，直至第一预设时长结束。
判断模块3用于统计工艺参数值的总量，判断工艺参数值的总量中异常参数值所占的比例是否大于预设阈值。
报警模块4用于在异常参数值所占的比例大于预设阈值时，发出报警，并禁用监控线程；在异常参数值所占的比例不大于预设阈值时，判断当前工艺步骤是否结束；在当前工艺步骤未结束时，再次触发采集模块2和判断模块3；在当前工艺步骤已结束时，禁用监控线程。
在本发明的一个优选实施例中，判断模块3可以包括：采集判断单元31、数量统计单元32、比例计算单元33以及比例判断单元34。
采集判断单元31用于采集模块2每采集一个工艺参数值，判断该工艺参数值是否在预设的正常值范围内，将不在正常值范围内的工艺参数值确定为异常参数值。
数量统计单元32用于在第一预设时长结束后，统计工艺参数值的总量以及异常参数值的数量。
比例计算单元33用于将异常参数值的数量除以工艺参数值的总量，得到异常参数值所占的比例。
比例判断单元34用于判断异常参数值所占的比例是否大于预设阈值。
本实施例提供的判断模块3，会判断工艺参数是否在预设的正常值范围内，将不在正常值范围内的工艺参数确定为异常参数值；在当前工艺步骤执行结束后，统计工艺参数值的总量以及异常参数值的数量，得到异常参数值所占的比例，并判断异常参数值所占的比例是否大于预设阈值；为报警模块提供了报警数据依据，提高了报警的安全性。
优选地，工艺参数值可以包括：射频入射功率值和/或射频反射功率值。
本发明实施例提供的半导体工艺监控装置，启用模块1和报警模块4会通过启用和禁用监控线程实现对监控线程的使用，而不会在进行每个工艺步骤中均启动和退出监控线程，从而避免了监控线程启动失败的情况。报警模块4对监控线程的及时禁用也可避免出现误报警。报警模块4在判断模块3判断在第一预设时长内当前工艺步骤的工艺参数值的总量中异常参数值所占的比例大于预设阈值时，会进行报警，扩大了监控范围，实现了对信号持续跳动在最大最小值之间的情况的报警，提高了设备的安全性。
如图7所示为本发明另一个实施例提供的半导体工艺监控装置的结构示意图，相对于图6所示实施例，本实施例中，半导体工艺监控装置还包括：启动模块5和退出模块6。
其中，启动模块5用于在整个工艺流程开始之前启动监控线程。退出模块6用于在整个工艺流程结束之后，退出监控线程。
本发明实施例中，采集模块2还可以用于在当前工艺步骤开始执行后，等待一预设的延迟时间段；在延迟时间段过去后，再通过监控线程，在第一预设时长内每隔一预设时间段采集一工艺参数值，直至第一预设时长结束。本实施例中，采集模块2在预设的延迟时间段后，通过监控线程采集工艺参数值。
本发明实施例提供的半导体工艺监控装置，可以包括启动模块5和/或退出模块6，从而可以在整个工艺流程开始之前，启动监控线程，和/或在整个工艺流程结束之后，退出监控线程，进而保证资源的灵活调配和最大化利用。
下面结合图8对本发明提供半导体工艺监控方案进行详细说明：
整个工艺的工艺步骤开始后报警监控器的报警监控开始起作用，首先要经过一个延迟时间DT后对工艺数据的报警动作才真正起作用，延迟时间DT主要是针对不同器件达到稳定状态耗时不同而设置，每个器件都可以配置各自延迟时间DT。
延迟时间DT之后，进入稳定时间段T1中，由于此阶段设置值与实际信号的反馈值一致，报警监控器一直处于检测阶段，等待异常信号的触发。
报警监控器在稳定时间段T1(即延迟时间段)之后，至少一个设定监测时间T2(即第一预设时长)查看一次被监控测信号量，在首次检测到异常的工艺数据时，打开计数器，此后每一次检测到异常的工艺数据，计数器加1，在设定监测时间T2内检测的异常次数记为SumError，设定监测时间T2内总共的检测次数记录为Sum，设定错误比例为ErrorRatio。到达监测时间T2时，如果SumError/Sum>ErrorRatio则抛出报警，如果SumError/Sum<ErrorRatio则不抛出报警。不论报警是否抛出，大于设定监测时间T2后计数器会自动清零，准备再次进入下一次监控计数阶段。
具体地，如图8所示，工艺刚开始时，报警监控器的报警监控的开始起效，在延迟时间DT中检测到射频信号很不稳定，经过了7秒进入稳定时间段T1，到工艺进行到第25秒时出现射频信号的异常，此时触发计数器，在接下来的20秒内一共收集到异常点SumError＝80个，所有的采集点数Sum＝100个，由于ErrorRatio＝50％，80/100>50％所以会抛出报警，并停止工艺。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种半导体工艺监控方法，其特征在于，包括：
在当前工艺步骤开始之前，启用监控线程；
在所述当前工艺步骤开始执行后，通过所述监控线程，在第一预设时长内每隔一预设时间段采集一工艺参数值，直至所述第一预设时长结束；
统计所述工艺参数值的总量，判断所述工艺参数值的总量中异常参数值所占的比例是否大于预设阈值；
如果是，则发出报警，并禁用所述监控线程；
如果否，则判断所述当前工艺步骤是否结束；如果否，则返回所述在第一预设时长内每隔一预设时间段采集一工艺参数值的步骤；如果是，则禁用所述监控线程；
所述统计所述工艺参数值的总量，判断所述工艺参数值的总量中异常参数值所占的比例是否大于预设阈值，包括：
每采集一个工艺参数值，判断该工艺参数值是否在预设的正常值范围内，将不在所述正常值范围内的工艺参数值确定为所述异常参数值；
在所述第一预设时长结束后，统计所述工艺参数值的总量以及所述异常参数值的数量；
用所述异常参数值的数量除以所述工艺参数值的总量，得到所述异常参数值所占的比例；
判断所述异常参数值所占的比例是否大于所述预设阈值。
2.根据权利要求1所述的半导体工艺监控方法，其特征在于，还包括：
在整个工艺流程开始之前，启动所述监控线程；和/或
在整个工艺流程结束之后，退出所述监控线程。
3.根据权利要求1所述的半导体工艺监控方法，其特征在于，所述在所述当前工艺步骤开始执行后，通过所述监控线程，在第一预设时长内每隔一预设时间段采集一工艺参数值，直至所述第一预设时长结束，包括：
在所述当前工艺步骤开始执行后，等待一预设的延迟时间段；
在所述延迟时间段过去后，再开始通过所述监控线程，在所述第一预设时长内每隔一所述预设时间段采集一工艺参数值，直至所述第一预设时长结束。
4.根据权利要求1-3任一项所述的半导体工艺监控方法，其特征在于，所述工艺参数值包括：射频入射功率值和/或射频反射功率值。
5.一种半导体工艺监控装置，其特征在于，包括：
启用模块，用于在当前工艺步骤开始之前，启用监控线程；
采集模块，用于在所述当前工艺步骤开始执行后，通过所述监控线程，在第一预设时长内每隔一预设时间段采集一工艺参数值，直至所述第一预设时长结束；
判断模块，用于统计所述工艺参数值的总量，判断所述工艺参数值的总量中异常参数值所占的比例是否大于预设阈值；
报警模块，用于在所述异常参数值所占的比例大于所述预设阈值时，发出报警，并禁用所述监控线程；在所述异常参数值所占的比例不大于所述预设阈值时，判断所述当前工艺步骤是否结束；在所述当前工艺步骤未结束时，再次触发所述采集模块和所述判断模块；在所述当前工艺步骤已结束时，禁用所述监控线程；
所述判断模块包括：
采集判断单元，用于所述采集模块每采集一个工艺参数值，判断该工艺参数值是否在预设的正常值范围内，将不在所述正常值范围内的工艺参数值确定为所述异常参数值；
数量统计单元，用于在所述第一预设时长结束后，统计所述工艺参数值的总量以及所述异常参数值的数量；
比例计算单元，用于将所述异常参数值的数量除以所述工艺参数值的总量，得到所述异常参数值所占的比例；
比例判断单元，用于判断所述异常参数值所占的比例是否大于所述预设阈值。
6.根据权利要求5所述的半导体工艺监控装置，其特征在于，还包括：
启动模块，用于在整个工艺流程开始之前，启动所述监控线程；和/或
退出模块，用于在整个工艺流程结束之后，退出所述监控线程。
7.根据权利要求5所述的半导体工艺监控装置，其特征在于，
采集模块，还用于在所述当前工艺步骤开始执行后，等待一预设的延迟时间段；在所述延迟时间段过去后，再通过所述监控线程，在所述第一预设时长内每隔一所述预设时间段采集一工艺参数值，直至所述第一预设时长结束。
8.根据权利要求5-7任一项所述的半导体工艺监控装置，其特征在于，所述工艺参数值包括：射频入射功率值和/或射频反射功率值。
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