CN1287419C - 半导体制造过程派工控制方法 - Google Patents

Abstract

一种半导体制造过程派工控制方法以及制造半导体组件的方法，其实施于一电脑及一运送系统，用以决定多个晶圆产品中哪一种能送进制造系统。首先，由该电脑取得每一种晶圆产品的相对产量及等待时间限制。接着，并计算每一晶圆产品的多制造过程加工需求时间以及每一晶圆产品的总等待时间限制。该电脑并根据该加工需求时间以及总等待时间限制的比较结果，决定哪一种晶圆产品可被送入该制造系统，当一晶圆产品的多制造过程加工需求时间小于总等待时间限制，批次晶圆可被送入制造系统中处理或者在既定的机台中进一步处理该晶圆产品，再由该运送系统依据该比较结果，将该选定的晶圆产品运送至该制造系统。

Description

半导体制造过程派工控制方法

技术领域

本发明是有关于半导体生产制造管理，特别有关于一种半导体制造过程等待时间限制下的派工控制方法。

背景技术

对于半导体生产而言，为了维持晶圆在生产过程中的品质，控制等待时间(queue time)限制的程序是必要的，在制造过程中此程序用以限制由一步骤完成后等待执行另一步骤的时间，在某些关键的机台中，等待时间的控制更重要，如果一批次晶圆的等待时间超过控制时，可能会严重影响该批次晶圆的品质，更甚者，晶圆可能会碎裂，因此，等待时间限制必须被适当的控制，以使超出等待时间的批次晶圆越少越好。

超出等待时间的批次晶圆通常会发生在等待时间限制之内具有太多的在制品(work-in-process，WIP)时，因此安全存量被设计用来控制在等待时间限制之内的派工问题，利用流速及等待时间来定义安全存量SW，SW＝λ(a_n)×QT(a₁，a_n)，其中λ为在第a_n机台产品的单位时间产能，如批次晶圆片数/小时(wafer per hour，WPH)，第a₁机台为等待时间开始控制的机台，第a_n机台为等待时间结束控制的机台，QT(a₁，a_n)为从第a₁机台到第a_n机台的等待时间限制，当第a₁机台到第a_n机台之间在制品(work-in-process，WIP)的量超过安全存量时将停止第a₁机台的作业。

图1为已知可制造多种晶圆产品的机台的示意图。在机台100中可制造四种晶圆产品的技术层次分别为15L、18L、25L及35L，四种晶圆产品从机台100到下一机台102的等待时间限制(QT)其分别为6、8、16及24，λ₁₅为规格15L的晶圆产品在机台102内的单位时间产能，λ₁₈为规格18L的晶圆产品在机台102内的单位时间产能，λ₂₅为规格25L的晶圆产品在机台102内的单位时间产能，λ₃₅为规格35L的晶圆产品在机台102内的单位时间产能。利用流速及等待时间定义安全存量并以安全存量来控制在等待时间限制之内的派工法则会产生下列问题：(1).无法在可制造多种晶圆产品的机台中定义具有不同的等待时间限制的多种晶圆产品的安全存量；(2).在可制造多种晶圆产品的机台中，当产品的单位时间产能如：批次晶圆片数/小时(wafer per hour，WPH)即上述的λ不同时，无法有效的控制等待时间限制；(3).此种方法无法解决多制造过程的等待时间限制的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提出一种半导体制造过程等待时间限制下的派工控制方法，对于具有不同的等待时间限制的制造过程机台，此种派工控制方法可以有系统的控制送入各个机台的批次晶圆，以维持晶圆在生产过程中的品质。

为达成上述目的，本发明提一种半导体制造过程等待时间限制下的派工控制方法，其实施于一具有输入单元及运算单元的电子计算机及一运送系统，用以决定多个晶圆产品中哪一种能送进制造系统。首先，由该输入单元接收每一种晶圆产品的相对产量及等待时间限制。接着，由该计算单元计算每一晶圆产品的多制造过程加工需求时间以及每一晶圆产品的总等待时间限制。由该计算单元根据该加工需求时间以及总等待时间限制的比较结果，决定哪一种晶圆产品可被送入该制造系统，当一晶圆产品的多制造过程加工需求时间小于总等待时间限制，批次晶圆可被送入制造系统中处理或者在既定的机台中进一步处理该晶圆产品，再依据该派工结果，将该选定的晶圆产品运送至该制造系统。

本发明的派工控制方法可用于制造一半导体组件。首先，在第一机台加工该半导体组件。接着，计算半导体组件在第二机台的加工需求时间以及该半导体组件在第二机台和第三机台之间的等待时间限制。当加工需求时间小于总等待时间限制时，将半导体组件派送到第二机台。最后，在第二机台以及第三机台加工该半导体组件。

本发明具有下列优点：(1).利用本发明所提的控制方法可以比已知的安全存量的控制方法更有效的控制晶圆排程以及派工；(2).在可制造多种晶圆产品的机台中，有效的控制等待时间限制；(3).有效的解决多制造过程的等待时间限制的问题。

附图说明

图1为已知可制造多种晶圆产品的机台的示意图；

图2为具有单一等待时间限制的生产线的示意图；

图3为具有多个等待时间限制的生产线的示意图。

符号说明：

10、12～晶圆

20、22、24、26、28～步骤

具体实施方式

为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图示，作详细说明如下：

图2为具有单一等待时间限制的生产线的示意图。在此实施例中说明在两个制造步骤(step)之间具有单一等待时间限制的生产线，如图所示，在机台a₁进行等待时间开始的步骤20，在机台a₂进行等待时间结束的步骤22。在预定的等待时间限制内，晶圆10及12必需在机台a₁完成处理，机台a₃为不受等待时间限制的制造步骤24。

在此实施例中，机台a₁以及机台a₂为进行不同步骤的两机台，举例而言，机台a₁为沉淀室(deposition chamber)，机台a₂为微影机台，在其它的实施例中，机台a₁以及机台a₂为可为进行相同步骤的两台机器，或者进行不同阶段的同台机器。

在半导体制造过程中，单一等待时间限制的生产线可以分为两种型式，第一种型式为不具中间步骤的制造过程，如图1所示，两个连续的步骤之间具有单一等待时间限制，等待时间结束的步骤22为等待时间开始的步骤20的下一个制造步骤。另一种型式为具有中间步骤的制造过程，等待时间结束的步骤及等待时间开始的步骤的中间还包括多个制造步骤。

图3为具有多个等待时间限制的生产线的示意图。如图所示，在机台a2进行的步骤为等待时间开始的步骤也为下一个等待时间限制的等待时间结束的步骤，因此，在步骤20及步骤22以及步骤22及步骤26之间都存在一个等待时间限制，从第一个等待时间开始的步骤20开始的等待时间限制将持续到这个制造过程中最后一个等待时间结束的步骤28，所以，在多个等待时间限制下，在制品(WIP)更应该被有效控制，以使超出等待时间的情况不致发生，影响生产品质。

下文将详细说明本发明的派工控制方法，表1为下文所用的标号的说明：

<表1>

I(a)	在机台a的在制品量
		Q(a)	为进入机台a前的在制品等待量
W(a)	Q(a)+I(a)
		PT(a)	在机台a进行制造过程所需的时间
λ(a)	机台a的单位时间产能

QT(a，b)	从机台a至机台b之间的等待时间限制
		Q(a，b)	除了Q(a)及I(b)外，从机台a至机台b的在制品等待量

下文将先说明具单一等待时间限制的机台的的派工法则。如图2所示，在具单一等待时间限制的机台a₁中，对所有批次晶圆的派工法则应该考量机台a₂的负载以及在机台a₁到机台a₂之间的等待量，当机台a₂的负载大于机台a₂的处理能力时，机台a₁不应该处理任何批次晶圆，因为某些批次晶圆的等待时间可能已超过等待时间限制，而严重影响到该批次晶圆的品质，换言之，机台a₁依据机台a₂目前的负载决定是否应该处理批次晶圆。

在本发明中，机台a₂目前的负载可被看作机台a₂对于在Q(a1，a2)中所有批次晶圆的多制造过程加工需求时间(multiple processing demandtime，MPDT)。机台a₂对不同的晶圆产品i具有不同的单位时间产能，因此，多制造过程加工需求时间MPDT(a₂)表示成：

$\mathrm{MPDT}\left(a_2\right)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{Q_i(a_1,a_2)}{{\mathrm{\&lambda;}}_1\left(a_2\right)}$ 第(1)式

其中Q_i(a₁，a₂)为单位时间产能为λ_i的晶圆产品i，在机台a₁至机台a₂之间的在制品等待量。

因此，机台a₁的派工法则应该考量多制造过程加工需求时间及每个晶圆产品的等待时间限制，一种等待时间限制下的派工控制法则为：

法则1：当MPDT(a₂)＜QT_i(a₁，a₂)时，将用以生产晶圆产品i的批次晶圆送入机台a₁中处理。

法则1中隐含在等待时间限制下，机台a₁具有持续处理晶圆产品i的能力，因此，只要符合法则1，就可以在机台连续地处理晶圆产品i，当没有任何的晶圆产品待合法则1时，即表示在目前的等待时间限制下，机台a₁没有足够的处理能力，因此，将没有任何晶圆产品可被送入机台a₁中。

法则1也可再被细分成三种可能的状态：

(1)当MPDT＜QT_i时，将用以生产晶圆产品i的批次晶圆送入机台a₁中处理；

(2)当MPDT＞Max(QT_i)时，机台a₁将停止工作；

(3)当MPDT＜Min(QT_i)时，所有等待进入机台a₁的批次晶圆将被送入机台a₁中。

下面将讨论另一个例子说明具多个等待时间限制的机台的的派工法则。如图3所示，机台a₁不只要检查等待时间限制QT_i(a₁，a₂)，也要检查所有连续等待时间限制QT_i(a₁，a_j)，其中j＝2，3....，n，换言之，即基于在具等待时间限制的所有机台上在制品的量，清查和检查具连续等待时间限制的机台中在制品的加工需求。

类似单一等待时间限制的处理方法，在基台a₁到机台a_j的多制造过程加工需求时间MPDT(a₂)表示成：

$\mathrm{MPDT}(a1,\mathrm{aj})=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{Q_1(a_1,a_j)}{{\mathrm{\&lambda;}}_i\left(a_j\right)}$ 第(2)式

其中 $\mathrm{Qi}(a1,\mathrm{aj})=\underset{k=a_1+1}{\overset{a_j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Q}_i\left(k\right)+\underset{k=a_1+1}{\overset{a_{j-1}}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_i\left(k\right)$ 第(3)式基于MPDT的定义及运算，可被派送的晶圆应符合：MPDT(a₁，a_j)＜AQT_i(a₁，a_j)for all j，1＜j≤n第(4)式

其中对晶圆产品i的总等待时间限制用下列式子计算：

$\mathrm{AQTi}(a1,\mathrm{aj})=\underset{k=2}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{QT}}_i(a_{k-1},a_k)+\underset{k=2}{\overset{j-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{PT}}_1\left(a_k\right)$ 第(5)式

在机台a₁中，符合第4式的批次晶圆将被选为可送入机台a₁的候选批次晶圆，在这些候选批次晶圆中，具有最优先等级的批次晶圆将先被送入机台a₁中处理。

在具多个等待时间限制的机台中的派工控制方法，包括下列流程：

步骤1：取得每一种晶圆产品i的相对产量及等待时间限制。

步骤2：利用第(2)式及第(3)式，计算每一晶圆产品i的多制造过程加工需求时间MPDT。

步骤3：利用第(5)式，计算每一晶圆产品i的总等待时间限制(AQT)。

步骤4：当符合第(4)式时，生产晶圆产品i的批次晶圆可在该既定的机台中进一步处理，当不符合第(4)式时，该既定的机台将停止处理晶圆产品i。

本发明的派工控制方法可在稍加润饰后用于控制批处理作业机台，批处理作业例如：炉管制造过程等是一种可同时处理多种批次晶圆的制造过程，批处理作业的时间比其它制造过程所花的时间长，此外，在批处理作业中批次晶圆的最大量需要先定义，具有同样制作法的批次晶圆可以同时在一批处理作业中处理，下文将举一范例说明批处理作业。

通常清洁步骤必需在炉管制造过程前完成，完成清洁步骤后的芯片必需在等待时间限制的内完成炉管制造过程，换言之，清洁步骤为批处理作业的等待时间开始的机台，等待时间结束的机台为炉管制造过程，在这个例子中，将晶圆送入清洁步骤前需考量在炉管制造过程中，其它正在处理的晶圆的处理时间。

上面讨论的等待时间限制下的派工控制方法都用在等待时间开始的机台中，基于下游机台的实时处理能力，具有等待时间限制的等待时间开始的机台决定是否处理下一批次晶圆，因此，每一种派工方法仍需要一决策法则，用以检查所有机台的等待时间控制状态，并基于实时的机台状态，更新相关机台的处理能力。

为了维持晶圆在生产过程中的品质，等待时间限制的控制是重要的，此控制方法监控等待时间限制下的在制品状态、机台的实时处理能力并将实时的判断结果给与相关机台以控制晶圆派工。执行实时监测所需的运算量相当庞大，通常，用以控制晶圆派工的判断结果必需每十分钟或者十五分钟更新一次，换言之，周期性运算可用来取代实时运算，经由合适的算法可以输出一串判断结果给与相关机台以决定其是否处理用以生产某特定晶圆产品的批次晶圆。

表2和表3为一详细范例说明本发明的等待时间限制下的派工控制方法如何应用在半导体制造过程中。

<表2>

QT-开始机台	QT-限制机台	等待时间限制QTi(an，an+1)			制造过程所需的时间PT(an)			总等待时间AQTi(a1，aj)
											Tech1	Tech2	Tech3	Tech1	Tech2	Tech3	Tech1	Tech2	Tech3
		a1	a1	6	8	12
a2	8										8	8	1	1	1	6	8	12
			a3	8	8	8	2.5	2.5	2.5	15									17	21
a4	8										8	8	1	1	1	25.5	27.5	31.5
			a5							34.5									36.5	40.5

如表2所示，第一栏为等待时间开始的机台或者是设备，并假设在该机台处理批次晶圆时没有等待时间限制。第二栏为等待时间限制机台，在表2中显示了5个等待时间限制，在表中不列出不受等待时间限制的机台，但表中所列包含了这些机台的制造过程时间。

对三个技术(Tech1、Tech2及Tech3)的等待时间限制(QT)及制造过程所需的时间(PT)依序列在第三栏、第四栏及第五栏中，等待时间限制及制造过程所需的时间和晶圆产品制造的流程有关，会随着不同的制造过程而改变，在半导体制造过程中，这三种不同技术可为不同晶圆产品的技术层次(例如：150nm、180nm或者250nm)。

最后一栏为总等待时间(AQT)，总等待时间由对应的等待时间限制及制造过程所需的时间代入第(5)式求得，总等待时间会随着晶圆产品和制造过程型态而改变。

表2所提供的信息可用以控制批次晶圆的派工，举例而言，当在机台a₂的多制造过程加工需求时间(MPDT)等于18，只有具有总等待时间(AQT)大于18的批次晶圆才可以被处理。参考图2，技术1(18＞15，其中15为技术1的AQT)及技术2(18＞17，其中17为技术2的AQT)的批次晶圆在此时不能在机台a₂中处理。

<表3>

QT-开始机台	QT-限制机台	MPDT总合	MPDT			在制品总等待量Q(start，limit)			处理能力λ
												Tech1	Tech2	Tech3	Tech1	Tech2	Tech3	Tech1	Tech2	Tech3
			a1	a2	0.42	0.27	0.075	0.075	270	75	75										1000	1000	1000
a3	a4	0.47										0.27	0.125	0.075	270	125	75	1000	1000	1000
			a5	a6	0.325	0.025	0.2	0.1	25	200	100										1000	1000	1000
a7	a8	0.425										0.125	0.1	0.2	125	100	200	1000	1000	1000
			总合		1.64	0.69	0.5	0.45

表3说明了在4对机台之间计算多制造过程加工需求时间的范例，在此范例中，第三栏MPDT总和)为每一种技术下多制造过程加工需求时间的总和，多制造过程加工需求时间由在制品总等待量(Q)及每个机台的处理能力(λ)代入第(1)式或第(2)式求得，在制品总等待量(Q(start，limit))利用第(3)式由等待时间开始机台到结束机台的在制品量求得。

在表3中，机台a_n的处理能力是相同的，举例而言，工厂可能使用一群机器去完成一个机台的制造过程，在这个例子中，机台的处理能力λ为所有机器的总处理能力，假设使用5台相同的机器完成一个既定的制造过程，那么在这5个机器中的处理能力λ都为5×WPH(批次晶圆片数/小时)，当某些机器无法工作时，机台的处理能力λ将随之改变，假设，在5个机器中有一个无法工作时，那么处理能力λ将降为4×WPH(批次晶圆片数/小时)。

Claims (11)

1.一种半导体制造过程等待时间限制下的派工控制方法，其实施于一具有输入单元及运算单元的电子计算机及一运送系统，用以决定多个晶圆产品中哪一种能送进一制造系统，此方法包括下列步骤：

由该输入单元接收每一种晶圆产品的一相对产量及一等待时间限制参数；

由该运算单元计算每一晶圆产品的一加工需求时间；

由该运算单元计算每一晶圆产品的一总等待时间限制；以及

由该运算单元根据该加工需求时间以及总等待时间限制的比较结果，决定那一种晶圆产品可被送入该制造系统；

由该运送系统依据该比较结果，将该选定的晶圆产品运送至该制造系统；

其中当一晶圆产品的加工需求时间小于总等待时间限制时，该晶圆产品可被送入该制造系统；

其中当该晶圆产品的加工需求时间不小于总等待时间限制时，避免将该晶圆产品可被送入该制造系统。

2.根据权利要求1所述的半导体制造过程等待时间限制下的派工控制方法，其中计算每一晶圆产品的一加工需求时间的步骤包括计算在两个机台之间的一加工需求时间，其中在第a₁机台至第a_j机台之间的加工需求时间 $\mathrm{MPDT}(a_1,a_j)=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{Q_i(a_1,a_j)}{{\mathrm{\&lambda;}}_i\left(a_j\right)},$ λ_i(a_j)为晶圆产品i在第a₁机台的生产速率，且 $Q_i(a_1,a_j)=\underset{k=a_1+1}{\overset{a_j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{Q}_i\left(k\right)+\underset{k=a_1+1}{\overset{a_j-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_i\left(k\right),$ Q_i(k)为进入第k机台前晶圆产品i的在制品等待量，而I_i(k)为在第k机台晶圆产品i的在制品量。

3.根据权利要求1所述的半导体制造过程等待时间限制下的派工控制方法，其中使用下列公式计算每一产品的总等待时间限制：

${\mathrm{QT}}_i(a_1,a_j)=\underset{k=2}{\overset{j}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{QT}}_i(a_{k-1},a_k)+\underset{k=2}{\overset{j-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{PT}}_i\left(a_k\right),$ 其中QT_i(a₁，a_j)为从第a₁机台至第a_j机台之间的等待时间限制，PT_i(a_k)为在第a_k机台进行制造过程所需的时间。

4.根据权利要求1所述的半导体制造过程等待时间限制下的派工控制方法，其中决定哪一种晶圆产品可被送入该制造系统包括决定哪一种晶圆产品可被送入该制造系统中一第一机台，其中上述第一机台的下一机台为第二机台，该加工需求时间相当于在第一机台及一第二机台之间的等待时间限制。

5.根据权利要求4所述的半导体制造过程等待时间限制下的派工控制方法，其中该加工需求时间相当于在第一机台及一第三机台之间的等待时间限制。

6.根据权利要求4所述的半导体制造过程等待时间限制下的派工控制方法，其中该加工需求时间相当于在第二机台及一第三机台之间的等待时间限制。

7.一种半导体制造过程等待时间限制下的派工控制方法，其实施于一具有运算单元的电子计算器及一运送系统的制造系统，用以决定一半导体组件是否送进上述制造系统的一机台，上述制造系统包含一第一机台、一第二机台以及一第三机台，其包括下列步骤：

在该第一机台加工该半导体组件；

由该运算单元计算该半导体组件在该第二机台的一加工需求时间；

由该运算单元计算该半导体组件在该第二机台和该第三机台之间的一等待时间限制；

当该加工需求时间小于该等待时间限制时，由该运算系统将该半导体组件派送到该第二机台；

在该第二机台处理该半导体组件；以及

在该第三机台处理该半导体组件；

其中当该加工需求时间大于该等待时间限制时，留住该半导体组件直到该加工需求时间小于该等待时间限制。

8.根据权利要求7所述的半导体制造过程等待时间限制下的派工控制方法，其中计算该半导体组件在一第二机台的一加工需求时间的步骤包括计算在该第二机台和该第三机台之间的一加工需求时间 $\mathrm{MPDT}(1\mathrm{st}\_\mathrm{tool},2\mathrm{nd}\_\mathrm{tool})=\frac{Q(1\mathrm{st}\_\mathrm{tool},2\mathrm{nd}\_\mathrm{tool})}{\mathrm{\&lambda;}(2\mathrm{nd}\_\mathrm{tool})},$ λ(2nd_tool)为该半导体组件在第二机台的生产速率，而Q(1st_tool，2nd_tool)为第一机台已处理过的半导体组件数量。

9.根据权利要求7所述的半导体制造过程等待时间限制下的派工控制方法，其中将该半导体组件派送到该第二机台的步骤包括由该运算系统从等待该第二机台处理的半导体组件中选择半导体组件。

10.根据权利要求7所述的半导体制造过程等待时间限制下的派工控制方法，更包括下列步骤在该第二机台加工该半导体组件之后，并在该第三机台处理该半导体组件之前：

在一第四机台处理该半导体组件。

11.根据权利要求7所述的半导体制造过程等待时间限制下的派工控制方法，其中一第四机台处理该半导体组件的步骤包括量测该半导体组件的特性。

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