CN111430277A - 半导体加工设备工艺参数的监控方法和监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半导体加工设备工艺参数的监控方法和监控装置，该方法包括：在当前工艺步骤开始后，周期性获取工艺参数的采样数据，确定采样数据的状态并保存，状态包括正常状态和异常状态；每次获取采样数据时，判断已保存的采样数据状态的数量是否已达到预设上限数量；若是，则删除已保存的采样数据状态中最早保存的采样数据状态并保存本次获取的采样数据的状态；若否，则直接保存本次获取的采样数据的状态；每次保存了获取的采样数据的状态后，计算已保存的采样数据状态中异常状态的占比，并在占比超出预设阈值时进行报警。本发明提供的上述监控方法和监控装置的技术方案，适用于监控单位时间内以及跨越两个单位时间的异常情况。

Description

半导体加工设备工艺参数的监控方法和监控装置

技术领域

本发明涉及半导体加工技术领域，具体地，涉及一种半导体加工设备工艺参数的监控方法和监控装置。

背景技术

半导体制造的工艺过程对腔室环境的要求较为苛刻，诸如工艺气体流量大小，射频加载功率和腔室压力控制等都会影响工艺结果。为了确保相关工艺参数的准确性，需要设备在工艺过程中能够对工艺参数进行实时监控，当监控参数在有效范围内时，监控机制对工艺流程不进行任何处理，工艺流程正常执行；当监控机制发现工艺参数出现异常时，设备抛出报警，提示现场操作人员工艺参数异常或设备故障，以便操作人员尽快做出相应的处理。

监控机制主要通过三个过程实现报警，分别为：监控起始时间、异常状态触发条件和异常状态累计。如图1所示，监控起始时间一般相对于用于检测参数的监测器的启动时间延迟一段时间(DelayTime)，以避免硬件设备输出参数的不稳定性影响报警判断的准确性。异常状态触发条件是指当在某个时间点发现被监控的工艺参数超出设定的有效范围时，会触发监控机制开始统计异常状态的持续时间或发生频率等。由于硬件设备信号的不稳定性，不能因为某一个信号异常就抛出报警，还需要对异常状态进行累计，即当异常状态出现的次数或持续时间达到报警条件时，再抛出报警。

现有的一种监控方法是当在某个时间点发现被监控的工艺参数发生异常时，继续判断该异常状态的持续时间是否超出异常允许的最长时间(DurationTime)，如果超出，则抛出报警。但是，这种监控机制对触发报警条件要求较为严格，即异常状态需要持续一定时间才能抛出报警。但是对于跳动型的异常信号却无法捕捉到其异常，具体来说，由于硬件环境和腔室环境的复杂性，工艺参数表现出来的特性也具有不稳定性，即异常信号持续的时间较短，或异常信号发生波动。在这种情况下，即使发现异常信号，由于其不满足持续时间条件，导致监控机制无法抛出报警，从而造成监控失效。

为了解决上述问题，现有的另一种监控方法是在监控时间内通过计算单位时间内异常点占所有采样点总数的百分比大小来实现对跳动异常信号的有效监控，但是，这种监控方法不仅依赖于单位时间的起始点和长度的设置，监控构成条件复杂；而且，只能适用于监控单位时间内的异常情况，而无法监控跨越两个单位时间的异常情况。

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，提出了一种半导体加工设备工艺参数的监控方法和监控装置，其不仅可以实现对跳动型异常信号的有效监控，而且可以简化监控构成条件，且可以适用于监控单位时间内以及跨越两个单位时间的异常情况。

为实现上述目的，本发明提供了一种半导体加工设备工艺参数的监控方法，包括：

在当前工艺步骤开始后，周期性获取工艺参数的采样数据，确定所述采样数据的状态并保存，所述状态包括正常状态和异常状态；

每次获取所述采样数据时，判断已保存的采样数据状态的数量是否已达到预设上限数量；若是，则删除已保存的采样数据状态中最早保存的采样数据状态并保存本次获取的采样数据的状态；若否，则直接保存本次获取的采样数据的状态；

每次保存了获取的所述采样数据的状态后，计算已保存的采样数据状态中异常状态的占比，并在所述占比超出预设阈值时进行报警。

可选的，所述采样数据状态保存在采样列表中；

所述删除已保存的采样数据状态中最早保存的采样数据状态并保存本次获得的采用数据的状态，包括：

删除所述采样列表首部数据位中的采样数据状态，将本次获得的采样数据的状态存入所述采样列表的尾部数据位。

可选的，在所述当前工艺开始之前，还包括：

清空所述采样列表中的所有采样数据状态。

可选的，在所述当前工艺步骤开始之前，还包括：

设置所述当前工艺步骤需采样的工艺参数；

设置所述预设上限数量和所述预设阈值。

可选的，若所述采样数据为异常状态，则将数值1存入所述采样列表；若所述采样数据为正常状态，则将数值0存入所述采样列表。

可选的，在进行报警时，停止向所述采样列表中存入新采样数据的状态，直至报警解除。

可选的，在所述当前工艺步骤开始后，在周期性获取的所述工艺参数的采样数据的数量达到预设数量之后，再开始确定所述采样数据的状态并保存。

作为另一个技术方案，本发明还提供一种半导体加工设备工艺参数的监控装置，包括：

获取模块，用于在当前工艺步骤开始后，周期性获取工艺参数的采样数据，确定所述采样数据的状态并保存，所述状态包括正常状态和异常状态；

判断模块，用于在每次获取所述采样数据时，判断已保存的采样数据状态的数量是否已达到预设上限数量；若是，则删除已保存的采样数据状态中最早保存的采样数据状态并保存本次获取的采样数据的状态；若否，则直接保存本次获取的采样数据的状态；

报警模块，用于在每次保存了获取的所述采样数据的状态后，计算已保存的采样数据状态中异常状态的占比，并在所述占比超出预设阈值时进行报警。

可选的，所述采样数据状态保存在采样列表中；

所述判断模块，还用于删除所述采样列表首部数据位中的采样数据状态，将本次获得的采样数据的状态存入所述采样列表的尾部数据位。

可选的，还包括：

设置模块，用于设置所述当前工艺步骤需采样的工艺参数；以及，设置所述预设上限数量和所述预设阈值。

本发明的有益效果：

本发明提供的半导体加工设备工艺参数的监控方法和监控装置的技术方案中，当已保存的采样数据状态的数量已达到预设上限数量时，删除已保存的采样数据状态中最早保存的采样数据状态并保存本次获取的采样数据的状态，这样，采样数据状态的数量保持在预设上限数量不变，而只有保存的数据状态的最早时间发生变化，即，已保存的采样数据状态中最早保存的采样数据状态随采样次数的增加而被逐个删除，从而可以保证采样数据状态实时更新，由此，不仅无需再设定采样数据的起始时间，而只需实时计算已保存的采样数据状态中异常状态的占比即可满足监控构成条件，从而不仅可以实现对跳动型异常信号的有效监控，而且简化了监控构成条件；此外，通过对采样列表中的数据的实时更新，可以适用于监控单位时间内以及跨越两个单位时间的异常情况。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的半导体加工设备工艺参数的监控方法的流程框图；

图2为本发明第二实施例提供的半导体加工设备工艺参数的监控方法的流程框图；

图3A为本发明第二实施例中在一起始时间的滑动窗口的示意图；

图3B为本发明第二实施例中在另一起始时间的滑动窗口的示意图；

图4为本发明第二实施例中滑动窗口随时间变化的过程图；

图5为本发明第三实施例提供的半导体加工设备工艺参数的监控装置的原理框图。

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，下面结合附图对本发明提供的半导体加工设备工艺参数的监控方法和监控装置进行详细描述。

请参阅图1，本发明第一实施例提供的半导体加工设备工艺参数的监控方法，其用于在进行各个工艺步骤的过程中，对工艺参数进行实时监控，根据不同的工艺或设备，则监控参数也相应的改变，例如对于刻蚀工艺，监控参数可以包括工艺气体的流量、射频功率或者腔室压力等等。当监控参数在有效范围内时，可以不对工艺流程进行任何处理，工艺流程正常执行；当监控参数出现异常时，设备抛出报警，以提示操作人员工艺参数异常或设备故障，以便操作人员尽快做出相应的处理。

当开始工艺时，半导体加工设备工艺参数的监控方法包括：

步骤S1、周期性获取工艺参数的采样数据，确定采样数据的状态并保存；该状态包括正常状态和异常状态；

步骤S2、判断已保存的采样数据状态的数量是否已达到预设上限数量；若是，则进行步骤S3；若否，则进行步骤S4。

步骤S3、删除已保存的采样数据状态中最早保存的采样数据状态，并进行步骤S4；

步骤S4、保存本次获取的采样数据的状态；

步骤S5、计算已保存的采样数据状态中异常状态的占比；

步骤S6、判断该占比是否超出预设阈值；若是，则进行步骤S7；若否，则进行步骤S8；

步骤S7、进行报警；

步骤S8、判断当前工艺步骤是否结束，若否，则进行步骤S1；若是，则进行下一工艺步骤。

在上述步骤S7中，进行报警时，停止保存新采样数据的状态，直至报警解除。这样，可以避免后续监控过程产生误报警。而且，当报警解除之后，可以继续进行步骤S8。

上述监控方法是在当前工艺步骤开始后，周期性地获取工艺参数的采样数据，且在每次获取采样数据时，判断已保存的采样数据状态的数量是否已达到预设上限数量，并且每次保存了获取的采样数据的状态后，计算已保存的采样数据状态中异常状态的占比。

所谓周期性获取工艺参数的采样数据，是指每间隔一定的时间进行一次工艺参数的检测，间隔时间即为采样频率，例如0.2s，即，1s中进行了5次工艺参数的采样。

采样数据的状态包括正常状态和异常状态，其中，若采样数据为异常状态，则可以用数值“1”表示；若采样数据为异常状态，则可以用数值“0”表示，并在上述状态确认之后将数值“1”或数值“0”进行保存。

上述预设上限数量是指预先设置的采样数据状态的最大保存数量，例如可保存100个采样数据状态。

本实施例提供的上述监控方法，通过当已保存的采样数据状态的数量已达到预设上限数量时，删除已保存的采样数据状态中最早保存的采样数据状态并保存本次获取的采样数据的状态，可以使采样数据状态的数量保持在预设上限数量不变，而只有保存的数据状态的最早时间发生变化，即，已保存的采样数据状态中最早保存的采样数据状态随采样次数的增加而被逐个删除，从而可以保证采样数据状态实时更新，由此，不仅无需再设定采样数据的起始时间，而只需实时计算已保存的采样数据状态中异常状态的占比即可满足监控构成条件，从而不仅可以实现对跳动型异常信号的有效监控，而且简化了监控构成条件；此外，通过对采样列表中的数据的实时更新，可以适用于监控单位时间内以及跨越两个单位时间的异常情况。

可选的，上述采样数据状态保存在采样列表中。在这种情况下，上述步骤S4包括：

删除采样列表首部数据位中的采样数据状态，将本次获得的采样数据的状态存入采样列表的尾部数据位。

上述采样列表用作采样数据状态中异常状态的占比的计算范围，也就是说，在计算采样数据状态中异常状态的占比时，仅计算该采样列表中保存的所有采样数据状态中异常状态的占比，而列表之外的采样数据状态不在计算范围内。例如，若上述预设上限数量为100个采样数据状态，则仅在这100个采样数据状态中统计异常状态的数量，并计算异常状态的数量在100个采样数据状态中的占比。

采样列表中按采样数据状态的获取时序排列数据，其中，首部数据位是在时间序列上的第一个数据位置，最早保存的采样数据状态排列在该位置处；尾部数据位是在时间序列上的最后一个数据位置，最新保存的采样数据状态排列在该位置处。所谓删除采样列表首部数据位中的采样数据状态，是指采样列表中不再将原首部数据位中的采样数据状态纳入计算范围内，而原来的第二个数据位置变成新的首部数据位，同时原来的尾部数据位空出，以供新获取的采样数据状态存入。由此，当采样列表中已保存的采样数据状态的数量大于预设上限数量时，开始逐个删除首部数据位中的采样数据状态，以能够保证新的采样数据状态能够存入空出的尾部数据位。这样，采样列表的起始时间将不断发生变化，而采样列表的数据长度是固定不变的，即，预设上限数量不变。这种删除首部数据位的动作在时间轴上表现为采样列表向前“滑动”，滑动距离即为采样频率。这样，实现了采样列表中的数据的实时更新。

请参阅图2，本发明第二实施例提供的工艺参数监控方法，其是上述第一实施例的具体实施方式。具体地，在工艺开始的同时，开启监控线程，此时用于检测工艺参数的监控器(Monitor)开始工作。

工艺参数监控方法包括：

步骤S101，i＝1。

i为工艺步骤的步数，i＝1即对工艺步骤的步数i设置初始值。

步骤S102，判断i是否小于等于总步骤，若否，则结束监控线程，工艺结束；若是，则进行步骤S103；

步骤S103，获取第i步工艺步骤需采样的工艺参数。

在实际应用中，不同工艺需要监控的工艺参数可能不同，而同一工艺中的不同步骤需要监控的工艺参数也可能不同。工艺参数包括工艺气体的流量、射频功率或者腔室压力等等。

步骤S104，设置预设上限数量和预设阈值。

上述预设上限数量是指预先设置的采样数据的最大保存数量，例如可保存100个采样数据。

上述预设阈值是指已保存的采样数据状态中异常状态的占比的最大允许值，例如50％。

步骤S105，清空采样列表中的所有采样数据状态。

在整个工艺过程中，单独对工艺的各个步骤中的工艺参数进行监控，即，当前工艺步骤的监控数据对下一个工艺步骤无影响。因此，在进行各工艺步骤之前，需要清空采样列表中的所有采样数据状态，以防止开始监控时发生误报警。

步骤S106，进行第i步工艺步骤。

步骤S107，周期性获取工艺参数的采样数据，确定采样数据的状态并保存；

步骤S108，判断采样列表中已保存的采样数据状态的数量是否大于预设上限数量；若是，则进行步骤S109；若否，则进行步骤S110。

步骤S109，删除已保存的采样数据状态中最早保存的采样数据状态，具体的，删除采样列表首部数据位中的采样数据状态，之后进行步骤S110。

步骤S110，判断本次获得的采样数据是否为异常状态，若是，则进行步骤S111；若否，则进行步骤S112。

步骤S111，将数值1存入采样列表的尾部数据位，之后进行步骤S113。

步骤S112，将数值0存入采样列表的尾部数据位，之后进行步骤S113。

步骤S113，计算采样列表中已保存的采样数据状态中异常状态的占比；

步骤S114，判断该占比是否超出上述预设阈值；若是，则进行步骤S115；若否，则进行步骤S116。

步骤S115，进行报警。

步骤S116，判断当前工艺步骤是否结束；若是，则使i+1，并返回步骤S102；若否，返回步骤S107。

可选的，在步骤S115中，在进行报警时，停止向采样列表中存入新采样数据的状态，直至报警解除。这样，可以避免后续监控过程产生误报警。而且，在报警解除之后，可以继续进行上述步骤S116。

可选的，在当前工艺步骤开始后，在周期性获取的工艺参数的采样数据的数量达到预设数量之后，再开始确定采样数据的状态并保存。换句话说，保存采样数据状态的起始时间相对于获取采样数据的起始时间有所延迟，称为延迟时间(DelayTime)以避开硬件设备输出参数的不稳定的时段，保证计算准确性，减少误报警。可选的，上述预设数量的范围设定为大于或等于40个。

下面结合图3A至图4，以监控射频功率为例，对本实施例提供的工艺参数监控方法的采样列表的“滑动过程”进行详细描述。具体地，如图3A所示，假设统计射频功率的延迟时间Td为8秒(以下简写为“s”)；射频功率的设置值为30W，预设阈值为50％；采样列表中的保存采样数据的上限数量为100个，若监控频率为0.2s，即，1s采集5个采样数据，则采样列表在时间轴上的长度为20s，图3A中的一个点代表实际监控时的采集5个采样数据的时间点。

如图4所示，从第9s开始，采样数据的状态开始存入采样列表中，且按自首部数据位向尾部数据位的顺序排列在采样列表中。在第28s之前，采样列表中已存入的采样数据的状态的数量小于预设上限数量，此过程中采样列表不发生“滑动”，且不进行计算；在第28s，采样列表中已存入的采样数据的状态的数量达到预设上限数量，此时开始进行统计计算，具体地，采样列表中已保存的采样数据状态中异常状态的占比(以下简称异常点百分比)为30％，小于50％，不进行报警。

从第29s开始，删除采样列表首部数据位中的采样数据状态，并将新获取的采样数据状态存入采样列表尾部数据位，自此，采样列表开始在时间轴上向前“滑动”，实现了采样列表中的数据的实时更新。具体地，在第29s，异常点百分比为35％，未满足报警条件，继续进行数据更新，在第34s，异常点的百分比55％，超过50％，开始报警。

请参阅图5，本发明第三实施例还提供一种半导体加工设备工艺参数的监控装置，其包括：获取模块1、判断模块2和报警模块3。

其中，获取模块1用于在当前工艺步骤开始后，周期性获取工艺参数的采样数据，确定该采样数据的状态并保存，该状态包括正常状态和异常状态。

判断模块2用于在每次获取采样数据时，判断已保存的采样数据状态的数量是否已达到预设上限数量；若是，则删除已保存的采样数据状态中最早保存的采样数据状态并保存本次获取的采样数据的状态；若否，则直接保存本次获取的采样数据的状态；

报警模块3用于在每次保存了获取的采样数据的状态后，计算已保存的采样数据状态中异常状态的占比，并在该占比超出预设阈值时进行报警。

可选的，上述采样数据状态保存在采样列表中，在这种情况下，判断模块2还用于删除采样列表首部数据位中的采样数据状态，将本次获得的采样数据的状态存入采样列表的尾部数据位。

可选的，上述判断模块2还用于在当前工艺开始之前，清空采样列表中的所有采样数据状态。

可选的，上述监控装置还包括设置模块，该设置模块用于设置当前工艺步骤需采样的工艺参数；以及，设置预设上限数量和所述预设阈值。

可选的，上述获取模块1还用于在采样数据为异常状态时，将数值1存入采样列表；在采样数据为正常状态时，将数值0存入采样列表。

可选的，上述获取模块1还用于在报警模块3进行报警时，停止向采样列表中存入新采样数据的状态，直至报警解除。

可选的，上述获取模块1还用于在当前工艺步骤开始后，在周期性获取的工艺参数的采样数据的数量达到预设数量之后，再开始确定采样数据的状态并保存。

作为另一个技术方案，本发明实施例还提供一种半导体加工设备，其采用了本发明第三实施例提供的上述半导体加工设备工艺参数的监控装置。

在实际应用中，上述监控装置可以相对于上述半导体加工设备独立设置，或者也可以集成在上述半导体加工设备的控制系统中。

综上所述，本发明提供的半导体加工设备工艺参数的监控方法和监控装置的技术方案中，当已保存的采样数据状态的数量已达到预设上限数量时，删除已保存的采样数据状态中最早保存的采样数据状态并保存本次获取的采样数据的状态，这样，采样数据状态的数量保持在预设上限数量不变，而只有保存的数据状态的最早时间发生变化，即，已保存的采样数据状态中最早保存的采样数据状态随采样次数的增加而被逐个删除，从而可以保证采样数据状态实时更新，由此，不仅无需再设定采样数据的起始时间，而只需实时计算已保存的采样数据状态中异常状态的占比即可满足监控构成条件，从而不仅可以实现对跳动型异常信号的有效监控，而且简化了监控构成条件；此外，通过对采样列表中的数据的实时更新，可以适用于监控单位时间内以及跨越两个单位时间的异常情况。

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 (10)

1.一种半导体加工设备工艺参数的监控方法，包括：

在当前工艺步骤开始后，周期性获取工艺参数的采样数据，确定所述采样数据的状态并保存，所述状态包括正常状态和异常状态；

每次获取所述采样数据时，判断已保存的采样数据状态的数量是否已达到预设上限数量；若是，则删除已保存的采样数据状态中最早保存的采样数据状态并保存本次获取的采样数据的状态；若否，则直接保存本次获取的采样数据的状态；

每次保存了获取的所述采样数据的状态后，计算已保存的采样数据状态中异常状态的占比，并在所述占比超出预设阈值时进行报警。

2.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于，所述采样数据状态保存在采样列表中；

所述删除已保存的采样数据状态中最早保存的采样数据状态并保存本次获得的采用数据的状态，包括：

删除所述采样列表首部数据位中的采样数据状态，将本次获得的采样数据的状态存入所述采样列表的尾部数据位。

3.根据权利要求2所述的监控方法，其特征在于，在所述当前工艺开始之前，还包括：

清空所述采样列表中的所有采样数据状态。

4.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于，在所述当前工艺步骤开始之前，还包括：

设置所述当前工艺步骤需采样的工艺参数；

设置所述预设上限数量和所述预设阈值。

5.根据权利要求2所述的监控方法，其特征在于，

若所述采样数据为异常状态，则将数值1存入所述采样列表；若所述采样数据为正常状态，则将数值0存入所述采样列表。

6.根据权利要求2所述的监控方法，其特征在于，在进行报警时，停止向所述采样列表中存入新采样数据的状态，直至报警解除。

7.根据权利要求1所述的监控方法，其特征在于，在所述当前工艺步骤开始后，在周期性获取的所述工艺参数的采样数据的数量达到预设数量之后，再开始确定所述采样数据的状态并保存。

8.一种半导体加工设备工艺参数的监控装置，包括：

获取模块，用于在当前工艺步骤开始后，周期性获取工艺参数的采样数据，确定所述采样数据的状态并保存，所述状态包括正常状态和异常状态；

判断模块，用于在每次获取所述采样数据时，判断已保存的采样数据状态的数量是否已达到预设上限数量；若是，则删除已保存的采样数据状态中最早保存的采样数据状态并保存本次获取的采样数据的状态；若否，则直接保存本次获取的采样数据的状态；

报警模块，用于在每次保存了获取的所述采样数据的状态后，计算已保存的采样数据状态中异常状态的占比，并在所述占比超出预设阈值时进行报警。

9.根据权利要求8所述的监控装置，其特征在于，所述采样数据状态保存在采样列表中；

所述判断模块，还用于删除所述采样列表首部数据位中的采样数据状态，将本次获得的采样数据的状态存入所述采样列表的尾部数据位。

10.根据权利要求8所述的监控装置，其特征在于，还包括：

设置模块，用于设置所述当前工艺步骤需采样的工艺参数；以及，设置所述预设上限数量和所述预设阈值。

Images