CN1107890C - 半导体加工设备的实时控制方法 - Google Patents

半导体加工设备的实时控制方法 Download PDF

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Abstract

一种实时地控制半导体加工设备的方法，在主计算机中建造能自动停止产品加工和设备操作的联锁模块。如果在测量处理中测得的数据不满足设定在主计算机中的最优测量数据、主特定规则和副特定规则，联锁模块就有选择地或同时停止产品加工和设备操作。因此可避免进行不良加工。此外，根据诸如在SPC中使用的主特定规则和副特定规则之类的种种统计数据来确定加工的进行是否正常，能准确而迅速地确定进行不良加工的原因。

Description

半导体加工设备的实时控制方法
技术领域
本发明涉及半导体加工设备的控制方法，尤其涉及半导体加工设备的实时控制方法，其中各个单工序(unit process)加工用测得数据进行实时控制。
背景技术
半导体器件通过大量的单工序加工来制造。因此为了进行各个单工序加工，在半导体加工线上放置了大量能进行复杂加工的设备，如溅镀设备、浸蚀设备等。
图1是控制这些半导体加工设备的常规方法的流程图。参照图1，通过确定是否已在每个半导体加工设备的最优加工条件下进行了单工序加工来控制这些半导体加工设备。其方法说明如下。
首先，测量通过若干道加工工序制出的产品的诸特征值，把与测得的特征值对应的数据保存在主计算机的数据存储器中。该数据实时地在操作员接口个人计算机(O/I PC)的监视器上显示。然后通过把显示的数据与由用O/I PC进行计算机作业的操作员初始设置的最优测量数据作比较来确定该加工的诸特征值是否正确适用于产品。如果确定产品有缺陷，就重新加工产品并为设备采取适当行动以解决设备中的问题。
但是，上述的方法有若干缺点。
首先，如果在重复执行一系列单工序加工之后的测量步骤中发现出错，则操作员用在主计算机中实时显示的数据来追溯差错出现在哪个设备和哪种加工中。此后，为该设备采取一系列适当的行动以解决该设备中的问题。因此，要花费大量时间来分析测得的并且实时显示的数据以检测出错误地执行的步骤，并在当前进行的加工中为该检测到的错误执行步骤反映所采取的行动。结果，在上述分析期间，在设备中可能用错误设置的加工条件连续执行各单工序加工。此时就不能预先阻止执行的不良的加工。
错误设定的加工条件可能出现在：由于工程师的过错而未将某一步骤的加工条件设成最优条件时、在错误地输入加工条件的诸值下连续加工一批多个晶片时、以及由于设备自身的问题而在未把加工环境设成最优状况下连续进行加工时。
此外，由于并未在半导体加工设备中实时地进行加工控制，所以不能立即检测到进行的不良的加工。结果，工程师不能为解决与不良加工有关的问题而采取适当行动。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种半导体加工设备的实时控制方法，其中如果测得的数据不满足在主计算机中设置的最优测试数据、不满足主特定规则，则用建造在主计算机中的联锁模块来停止实时进行单工序加工的设备的操作、停止通过该单工序加工对制出产品的加工、或同时停止该设备的操作及对产品的加工。
为了实现上述目的和其他优点，按照本发明的半导体加工设备的实时控制方法包括以下步骤：确定与通过单工序加工制出产品的特征值对应的测得数据是否在主计算机中设定的最优测量数据范围内；如果确定测得的数据是在最优测量数据范围内，则第一次确定该测得数据是否满足主特定规则；如果通过该第一次确定测得的数据满足主特定规则，就正常地操作当前正在进行加工的设备；如果确定测得的数据不满足主特定规则，就同时停止当前正在进行单工序加工的设备的操作及对产品的加工；如果确定测得的数据不在最优测量数据范围内，则停止对产品的加工；在停止对产品的加工之后，第二次确定测得的数据是否满足主特定规则；如果通过第二次确定而确定测得的数据满足主特定规则，就正常地操作当前正在进行加工的设备；以及如果确定测得的数据不满足主特定规则，就停止正在进行加工的设备的操作。
该主特定规则是在统计加工控制(SPC)中使用的最大控制界限，其范围在上控制界限和下控制界限之间。
作为本发明的修改的实施例，半导体加工设备的实时控制方法进一步包括以下步骤：如果通过第一次确定而确定了测得的数据满足主特定规则，就在正常地操作设备之前第三次确定测得的数据是否满足副特定规则，而如果确定测得的数据不满足副特定规则，就同时停止产品的加工和设备的操作；以及如果通过第二次确定而确定了测得的数据满足主特定规则，就在正常地操作设备之前第四次确定测得的数据是否满足副特定规则，而如果确定测得的数据不满足副特定规则就停止设备的操作。
作为本发明另一修改的实施例，半导体加工设备的实时控制方法进一步包括以下步骤：如果通过第一次确定确定了测得的数据满足主特定规则，就在正常地操作设备之前第三次确定测得的数据是否满足副特定规则，并且如果确定测得的数据不满足副特定规则，就同时停止产品的加工和设备的操作。
作为本发明的又一修改的实施例，半导体加工设备的实时控制方法进一步包括以下步骤：如果通过第二次确定而确定了测得的数据满足主特定规则，就在正常地操作设备之前第四次确定测得的数据是否满足副特定规则，而如果确定测得的数据不满足副特定规则，就停止设备的操作。
该副特定规则是在SPC中使用的综合控制界限，包括2/3规则、4/5规则及5趋向(trend)规则。
作为上述对半导体加工设备控制的结果，可以利用测得的数据实时地控制各项单工序加工，并且在完成该单工序加工时，立即确定该单工序加工是否是在其最优条件下进行的。因此，能预先阻止进行不良的加工。
附图说明
通过参考附图详细描述各优先实施例，本发明的上述目的和其他优点将变得更为显而易见，附图中：
图1是半导体加工设备常规控制方法的流程图；
图2是按照本发明的半导体加工设备控制系统的概略方框图：
图3A和3B表示按照本发明的半导体加工设备实时控制方法的流程图；和
图4A和4B表示图3A和3B所示方法的修改实施例的流程图。
具体实施方式
以下参照示出本发明各优先实施例的附图对本发明作更详细的描述。但是本发明可以以许多不同形式实施，因此不应认为它局限于本说明书列出的各实施例，相反，提供这些实施例是为了使本公开能透澈和完全，以及能向本领域的技术人员传达本发明的范围。
图2是按照本发明的半导体加工设备控制系统的概略方框图。如图2所示，该系统包括：在其中执行各个单工序加工的设备1；以及主计算机3，在其中为各个单工序加工保存最优测量数据，该计算机3包括能自动停止设备1的操作和产品的加工的联锁模块5。设备1在线地连接到主计算机3，使得主计算机3的联锁模块5能顺利地向设备1发送数据及从设备1接收数据。
图3A及3B表示用图2的系统对半导体加工设备作实时控制的方法的流程图。现在参考图2、3A和3B来详细说明该方法。
在步骤S10，确定与通过单工序加工完成的产品的诸特征值对应的测得数据是否在为该单工序加工而预置在主计算机中的最优测试数据的范围内。步骤S10包括四个子步骤S12、S14、S16和S18。
在步骤S12，把与通过加工处理的各产品的最优特征值相应的最优测量数据设置到主计算机的存储器中。
在步骤S14，用一批20至25个晶片在设备中进行加工。
在步骤S16，测定通过加工已完成的产品的特征值，并把与测得的特征值相应的测得数据告知主计算机。
在步骤S18，确定测得并告知的数据是否在保存在主计算机中的最优测量数据的范围内。存储在主计算机中的该最优测量数据的范围是对产品无不利影响的最大数据界限。
如果确定了测得并告知的数据是在保存在主计算机中的最优测量数据的范围内，则在步骤S20作出测得数据是否满足主特定规则的第一次确定。
主特定规则是在统计加工控制(SPC)中使用的一种最大控制界限，例如，范围为从上控制界限(UCL)到下控制界限(LCL)的控制界限。获得该控制界限的方法是测量通过单工序加工制成的产品的诸特征值及统计该测得的特片值，所以该控制界限可用作加工中的变化的指数。即，当在当前加工中测得的数据不在该控制界限范围内时，则意味着当前正在进行加工的设备中总有某种操作失误。
即使测得的数据是在主计算机中设定的最优测量数据范围内仍要进一步确定测得数据是否满足主特定规则的理由如下。如果即使设备中出现操作失误但是加工仍在最佳加工条件下进行，并且在加工完成后测得的数据仍在最优测量数据的范围内，则当前已加工的产品可以是无缺陷的。但是由于设备的操作失误，以后在设备中加工的次品的可能性却可能增加了。可以在步骤S20预先检测到并阻止出次品和设备操作失误的可能性。
反之，如果在步骤S18确定所告知的数据不在保存在主计算机中的最优测量数据的范围内，则在步骤S30用建造在主计算机中的联锁模块5停止对产品的加工。
如果在步骤S20确定所告知的数据满足主特定规则，则在步骤S40正常地操作设备以进行以后的加工。
反之，如果在步骤S20确定所告知的数据不满足主特定规则，则在步骤S50由联锁模块5停止对产品的加工及停止设备的操作。
当所告知的数据不满足主特定规则时，这意味着告知的数据不在上控制界限到下控制界限的范围之中。
在步骤S50停止产品加工和设备操作之后，由工程师采取一系列行动来调节在已停止的设备中设定的加工条件，使得在步骤S60解决设备中的问题。当解决这些问题后，进行以后的加工。
在步骤S30停止了对产品的加工之后，在步骤70就所告知的数据是否满足主特定规则作第二次确定。
就所告知的数据是否满足主特定规则作第二次确定的理由如下。在测量处理时测得的数据随该处理，例如批测量类型或单个测量类型的处理，进行方式的不同而具有不同的特征。因此，即使测得的数据不在最优测量数据范围内，如果测得的数据不严重地对产品产生不利影响，就不必将设备联锁。
如果在步骤S70确定测得的数据满足主特定规则，就在步骤S80正常地操作设备以进行以后的加工。
反之，如果测得的数据不满足主特定规则，则在步骤S90由建造在主计算机中的联锁模块5停止设备的操作。
此后，采取一系列适当行动，以调节设备的加工条件使问题能得到解决。当问题解决后，进行以后的加工。
此时，在步骤S60和S100每当采取一系列适当行动时，其有关信息自动地保存在主计算机中。因此，关于所采取行动的保存信息可用于当控制在半导体加工设备中进行的以后加工时找出待反映到联锁选择上的诸重要因素。
以上步骤重复执行到完成全部加工。
当设备被停止时，通过在线连接到设备和主计算机的O/I计算机的监视器上显现的关于是否产生了报警信号的信息，来告知操作员或工程师使其能迅速应付情况。
上述方法可作如图4A及4B所示的修改，其中分别在步骤S20和S40之间及在步骤S70和S80之间进一步包括确定测得的数据是否满足诸副特定规则的步骤S110和S120。下面来描述这些步骤S110和S120。
如果在步骤S20通过第一次确定而确定了测得数据满足主特定规则，则在步骤S40正常地操作设备之前，在步骤S110就测得的数据是否满足诸副特定规则作出第三次确定。如果在步骤S110确定测得的数据不满足诸副特定规则，则同时停止产品的加工和设备的操作。如果在步骤S70通过第二次确定而确定了测得的数据满足主特定规则，则在步骤S80正常地操作设备之前，在步骤S120就测得的数据是否满足诸副特定规则作出第四次确定。如果在步骤S120确定测得的数据不满足诸副特定规则，则实时地控制半导体加工设备以停止其操作。
另一方面，作为本发明的另一修改的实施例，可以只在步骤S20和S40之间进一步包括确定测得的数据是否满足诸副特定规则的步骤S110。作为本发明的又一实施例，可以只在步骤S70和S80之间进一步包括确定测得的数据是否满足诸副特定规则的步骤S120。
这两个实施例中的步骤S110和S120和前述的第一个修改的实施例中的步骤S110和S120相同。所以省略了对其作详细说明。
各副特定规则是在统计加工控制(SPC)中通常使用的各控制界限。在所述各实施例中，使用2/3规则、4/5规则和5趋向规则作为副特定规则。
在第三次和第四次确定测得的数据是否满足副特定规则的步骤S110和S120中，按照将进行何种加工来不同地确定待应用的诸副特定规则。在本发明中，用以下七种方法把诸副特定规则应用到加工上。提供这样的若干确定步骤是为了避免因错误确定而对加工产生不利影响。
应用到步骤S110和S120的诸副特定规则可以是：(1)全部副特定规则，即2/3规则、4/5规则和5趋向规则；(2)仅为2/3规则；(3)仅为4/5规则；(4)仅为5趋向规则；(5)2/3规则和4/5规则；(6)2/3规则和5趋向规则；或(7)4/5规则和5趋向规则。
首先，说明把各副特定规则(1)至(7)应用到步骤S110的情况。这些情况用使用副特定规则(1)的情况的例子来说明。在该情况下，步骤S110主要被划分成三个步骤，即S112、S114和S116。现对此作详细说明。
在步骤S112，确定测得的数据是否满足2/3规则。
如果在步骤S112确定测得的数据满足2/3规则，就在步骤S114确定测得的数据是否满足4/5规则。
如果在步骤S114确定测得的数据满足4/5规则，就在步骤S116确定测得的数据是否满足5趋向规则。
使用(2)至(7)的副特定规则的步骤S110的处理基本上与上述的使用(1)的副特定规则的步骤的处理相同。所以，省略其详细说明。
接着，说明把各副特定规则(1)至(7)应用到步骤S120的情况。这些情况用使用副特定规则(1)的情况的例子来说明。在该情况下，步骤S120主要被划分成三个步骤，即S122、S124和S126。现对此作详细说明。
在步骤S122，确定测得的数据是否满足2/3规则。
如果在步骤S122确定测得的数据满足2/3规则，就在步骤S124确定测得的数据是否满足4/5规则。
如果在步骤S124确定测得的数据满足4/5规则，就在步骤S126确定测得的数据是否满足5趋向规则。
使用(2)至(7)的副特定规则的步骤S120的处理基本上与上述的使用(1)的副特定规则的步骤的处理相同。所以，省略其详细说明。
如果在步骤S110和S120确定测得的数据不满足2/3规则，这意味着在则得数据的连续三点中的两点位于2σ和3σ之间的区域内。如果在步骤S110和S120确定测得的数据不满足4/5规则，这意味着在测得数据的连续五点中的四点不位于-1σ和1σ之间的区域内。如果在步骤S110和S120确定测得的数据不满足5趋向规则，这意味着在测得数据中至少五点有连续增加或连续减少的趋向。
当如上述地控制半导体加工设备时，能实时地控制在各设备中进行的加工。因此一旦出现问题便能采取一系列适当的行动，如停止对产品的加工、停止设备的操作、同时停止产品的加工和设备的操作。结果，能避免进行不良的加工，否则当失去解决当前出现的问题的机会时会出现这种不良加工。
按照本发明的半导体加工设备的控制方法可如上所述实时地进行，也可这样进行：把可能造成加工问题的某些加工以及把就在测量处理之前的加工全都联锁到一起。此外，按照本发明的半导体加工设备的控制方法的进行可以如上所述地只控制由操作员选择的某几种重要的加工。
如上所述，按照本发明，能够在完成测量步骤之后立即确定加工是否是在其最优条件下进行的。因此，可预先避免与失去机会有关的问题的出现。此外，由于根据诸如主特定规则和副特定规则之类的种种统计数据来确定加工是否正常进行，所以可以准确而迅速地检测出进行的不良的加工的原因，例如，错误地设定的加工条件或者设备本身的问题。
已参照上述诸实施例对本发明进行了以上的说明。但是根据以上的说明可以作出许多替换型、修改型和变型，这对于本领域技术人员是显而易见的。因此本发明涵盖所有属于附加的权利要求书的精神和范围内的这些替换型、修改型和变型。

Claims (19)

1.一种实时地控制半导体加工设备的方法，包括以下步骤：
确定作为通过单工序加工的已加工产品的诸特征值的测得的数据是否在主计算机中设定的最优测量数据的范围内；
如果确定所述测得的数据是在所述最优测量数据范围内，则第一次确定所述测得的数据是否满足主特定规则，所述主特定规则是在统计加工控制SPC中使用的、范围从上控制界限至下控制界限的最大控制界限；
如果在所述第一次确定的步骤确定所述测得的数据满足所述主特定规则，则正常地操作已在其中进行所述单工序加工的所述设备；
如果在所述第一次确定的步骤确定所述测得的数据不满足所述主特定规则，则同时停止已在其中进行所述单工序加工的所述设备的操作及对所述产品的加工；
如果确定所述测得的数据不在所述最优测量数据范围内，则停止对所述产品的加工；
在停止对所述产品的所述加工之后，第二次确定所述测得的数据是否满足所述主特定规则；
如果在所述第二次确定的步骤确定所述测得的数据满足所述主特定规则，则正常地操作已在其中进行所述单工序加工的所述设备；和
如果在所述第二次确定的步骤确定所述测得的数据不满足所述主特定规则，则停止已在其中进行所述单工序加工的所述设备的操作。
2.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
如果在所述第一次确定的步骤确定所述测得的数据满足所述主特定规则，就在正常地操作所述设备之前第三次确定所述测得的数据是否满足至少一种副特定规则，而如果确定所述测得的数据不满足所述副特定规则，就停止对所述产品的加工和停止所述设备的操作；以及
如果在所述第二次确定的步骤确定所述测定的数据满足所述主特定规则，就在正常地操作所述设备之前第四次确定所述测得的数据是否满足至少一种副特定规则，而如果确定所述测得的数据不满足所述副特定规则，就停止所述设备的操作。
3.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：如果在所述第一次确定的步骤确定所述测得的数据满足所述主特定规则，就在正常地操作所述设备之前第三次确定所述测得的数据是否满足至少一种副特定规则，而如果确定所述测得的数据不满足所述副特定规则，就停止所述产品的加工和所述设备的操作。
4.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：如果在所述第二次确定的步骤确定所述测得的数据满足所述主特定规则，就在正常地操作所述设备之前第四次确定所述测得的数据是否满足至少一种副特定规则，而如果确定所述测得的数据不满足所述副特定规则，就停止所述设备的操作。
5.如权利要求2至4中任一权利要求所述的方法，其中所述副特定规则包括2/3规则、4/5规则和5趋向规则，所述诸规则是在所述SPC中通常使用的诸控制界限。
6.如权利要求2或3所述的方法，其中确定所述测得的数据是否满足所述副特定规则的所述第三次确定步骤是确定所述测得的数据是否满足所述2/3规则的步骤。
7.如权利要求2或3所述的方法，其中确定所述测得的数据是否满足所述副特定规则的所述第三次确定步骤是确定所述测得的数据是否满足所述4/5规则的步骤。
8.如权利要求2或3所述的方法，其中确定所述测得的数据是否满足所述副特定规则的所述第三次确定步骤是确定所述测得的数据是否满足所述5趋向规则的步骤。
9.如权利要求2或3所述的方法，其中确定所述测得的数据是否满足所述副特定规则的所述第三次确定步骤包括以下步骤：
确定所述测得的数据是否满足所述2/3规则；以及
如果确定所述测得的数据满足所述2/3规则，就确定所述测得的数据是否满足所述4/5规则。
10.如权利要求2或3所述的方法，其中确定所述测得的数据是否满足所述副特定规则的所述第三次确定步骤包括以下步骤：
确定所述测得的数据是否满足所述2/3规则；以及
如果确定所述测得的数据满足所述2/3规则，就确定所述测得的数据是否满足所述5趋向规则。
11.如权利要求2或3所述的方法，其中确定所述测得的数据是否满足所述副特定规则的所述第三次确定步骤包括以下步骤：
确定所述测得的数据是否满足所述4/5规则；以及
如果确定所述测得的数据满足所述4/5规则，就确定所述测得的数据是否满足所述5趋向规则。
12.如权利要求2或3所述的方法，其中确定所述测得的数据是否满足所述副特定规则的所述第三次确定步骤包括以下步骤：
确定所述测得的数据是否满足所述2/3规则；
如果确定所述测得的数据满足所述2/3规则，就确定所述测得的数据是否满足所述4/5规则；以及
如果确定所述测得的数据满足所述4/5规则，就确定所述测得的数据是否满足所述5趋向规则。
13.如权利要求2或4所述的方法，其中确定所述测得的数据是否满足所述副特定规则的所述第四次确定步骤是确定所述测得的数据是否满足所述2/3规则的步骤。
14.如权利要求2或4所述的方法，其中确定所述测得的数据是否满足所述副特定规则的所述第四次确定步骤是确定所述测得的数据是否满足所述4/5规则的步骤。
15.如权利要求2或4所述的方法，其中确定所述测得的数据是否满足所述副特定规则的所述第四次确定步骤是确定所述测得的数据是否满足所述5趋向规则的步骤。
16.如权利要求2或4所述的方法，其中确定所述测得的数据是否满足所述副特定规则的所述第四次确定步骤包括以下步骤：
确定所述测得的数据是否满足所述2/3规则；以及
如果确定所述测得的数据满足所述2/3规则，就确定所述测得的数据是否满足所述4/5规则。
17.如权利要求2或4所述的方法，其中确定所述测得的数据是否满足所述副特定规则的所述第四次确定步骤包括以下步骤：
确定所述测得的数据是否满足所述4/5规则；
如果确定所述测得的数据满足所述4/5规则，就确定所述测得的数据是否满足所述5趋向规则。
18.如权利要求2或4所述的方法，其中确定所述测得的数据是否满足所述副特定规则的所述第四次确定步骤包括以下步骤：
确定所述测得的数据是否满足所述2/3规则；
如果确定所述测得的数据满足所述2/3规则，就确定所述测得的数据是否满足所述5趋向规则。
19.如权利要求2或4所述的方法，其中确定所述测得的数据是否满足所述副特定规则的所述第四次确定步骤包括以下步骤：
确定所述测得的数据是否满足所述2/3规则；
如果确定所述测得的数据满足所述2/3规则，就确定所述测得的数据是否满足所述4/5规则；以及
如果确定所述测得的数据满足所述4/5规则，就确定所述测得的数据是否满足所述5趋向规则。
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