CN1296967C - 在半导体制造流程中防止晶圆污染的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在半导体制造流程中防止晶圆污染的方法；本方法包括判定污染源制造工序并定义污染源制造工序后续的改善处理；此方法会追踪晶圆在半导体晶圆制造流程设备(fab)中的制造流程记录，并在晶圆经过判定的污染源制造工序后或经过定义的改善处理后标示该晶圆。晶圆制造设备的制造执行系统(Manufacturing Executive System(MES))则用来核查确认晶圆在经过判定为污染源的制造流程后，是否曾经执行过定义的改善处理程序，若发现经过判定为污染源制造工序的晶圆并未随即进行改善处理程序，则会中止该晶圆的制造。本方法与一晶圆制造设备的制造执行系统(MES)相整合；可利用半导体晶圆制造流程与设备管理中的多项设备控制来激活自动制造流程操作。

Description

在半导体制造流程中防止晶圆污染的方法及装置

技术领域

本发明涉及半导体晶圆的制造流程，特别是指晶圆制造的设施与装备，以及有关于实现在半导体制造流程中防止晶圆污染的方法。

背景技术

在半导体晶圆制造厂中的半导体晶圆制造流程设备，以下简称”fab”，通常会放置于许多区域(bay)内，每一区域设定用以执行某特定工序或处理步骤，而且具有与此特定工序或处理步骤相关的制造工具、物料及处理系统。晶圆输送系统或某些情况下的fab操作人员通常以“批量(lots)”为单位在不同的区域间或同一区域不同的制造工具间输送晶圆。

在某些设备中，一区域或一区域中的制造工具会有缓冲容器(buffer)或暂存盒(stocker)用来依序存放欲进行处理的批量晶圆，并确认批量晶圆确实以批量的方式进行整个工序及处理步骤。暂存盒通常用来固定及依序存放全部或部份晶圆，并将晶圆以单晶圆或批次(batch)的方式提供给制造工具及处理工具。当此提供方式是以批次的方式进行时，晶圆会用匣盒(cassette)、托盘(tray)、密闭荚式容器(pod)或其它类似的容器来装盛。

有些输送系统采用自动导向运输工具OHS(Overhead Shuttle)与AGV(automatic guided vehicles)在fab中的不同区域或同一区域中不同的制造工具间，载送一批量或一批次的晶圆。通常，制造执行系统会控制与整合fab中不同制造工具的功能以及输送系统或所使用的物流，并在fab中以批量的方式追踪晶圆的制造流程。在大多数的情形下，fab愈自动化则系统能控制、整合及追踪的功能、制造流程及物料就愈多。

许多制造工序对批量晶圆中的一个或多晶圆存有污染的潜在危机。半导体晶圆结构的复杂度愈高以及半导体晶圆结构的尺寸愈小，其对制造环境洁净程度的要求就愈高。如所周知，微粒(particle)即代表相当程度的污染危机。而某些半导体晶圆制造工序，其污染危险度则明显高于其它制造工序。举例而言，如在晶圆表面进行光阻敷涂(photo resist coating)后若没有经过后续的光阻去除处理程序，而直接进入炉管(furnace)进行高温处理，光阻便会污染炉管，若未察觉此状况，后续在此炉管处理的晶圆都会受到污染，导致晶圆报废或增加返工的花费，增加交互污染(cross-contamination)的危险性。

如上所述，必须要有一方法和系统用以判定污染源制造工序，定义改善处理程序(corrective process)以去除污染，并追踪晶圆在fab中的制造流程以确认晶圆在经过污染源制造工序后必须通过改善处理程序，而后才进入fab中晶圆制造流程的下一程序步骤。此方法必须能有效地隔离及消除污染和交叉污染途径，而且必须能与制造执行系统MES(Manufacturing ExecutiveSystem)整合以便保持有效且持续的批量晶圆实时追踪及生产率。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题而提出一种在半导体制造流程中防止晶圆污染的方法，能够判定污染源制造工序，定义改善处理程序以去除污染，并追踪晶圆在fab中的制造流程以确认晶圆在经过污染源制造工序后必须通过改善处理程序，而后才进入fab中晶圆制造流程的下一程序步骤，并最终有效隔离及消除污染和交叉污染途径。

大体而言，本发明借助一在半导体制造流程中防止晶圆污染和交叉污染的方法及其系统设计架构来实现上述目的。本发明可以不同方式来完成，包括一程序、一设备、一系统、一装置、一方法或一计算机可读性(computer-readable)媒体。

首先，本发明提出一种在半导体制造流程中防止晶圆污染的方法。在一实施例中，此方法包括判定污染源制造工序并定义一晶圆经过该污染源制造工序后必须执行的改善处理程序。此方法还包括在fab中追踪晶圆的制造流程，该追踪包括标示经过判定为污染源制造工序的晶圆以及标示经过改善处理程序的晶圆。经过判定为污染源制造工序的晶圆必须核查，以确保其随后经过改善处理程序。

另一方面，本发明提出一种半导体晶圆的制造流程方法。在一实施例中，此方法包括在半导体晶圆的制造流程设备中判定污染源制造工序，并且定义一晶圆经过该污染源制造工序后必须实施的改善处理程序。一制造执行系统用以在fab中追踪晶圆的制造流程，该追踪包括一晶圆是否经过判定为污染源的制造工序及一晶圆是否经过改善处理程序，经过判定为污染源制造工序及经过改善处理程序的晶圆均会被标示。此方法更进一步包括在每一制造流程事件(event)中检查制造流程记录，并核查经过判定为污染源制造工序的晶圆是否随即进行改善处理程序，若发现经过判定为污染源制造工序的晶圆并未随即进行改善处理程序，则会中止该晶圆的制造。

另外，本发明提出一种计算机可实现(computer-implemented)的方法，以防止晶圆在半导体晶圆制造流程设备的制造执行系统中被污染。此计算机可实现的方法包括一程序指令用以追踪一晶圆在半导体晶圆制造流程设备中的制造流程记录，该程序指令包括用以标示一晶圆经过判定为污染源制造工序的程序指令以及用以标示一晶圆经过改善处理程序的程序指令。该程序指令还包括用以核查经过判定为污染源制造工序的晶圆是否随即进行改善处理程序的程序指令。

本发明的有益效果是，将一防止晶圆在半导体制造流程中污染及交叉污染的方法与一半导体晶圆制造流程设备的制造执行系统两者整合。一旦实现本发明，可利用半导体晶圆制造流程与fab管理中的多项设备run-to-run控制来激活自动制造流程操作。

为让本发明的其它优点更明显易懂，下文特举实施例并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1是依据本发明所揭示的实施例，防止晶圆污染的方法的操作流程图；

图2是依据本发明所揭示的实施例，防止晶圆污染的MES的功能区块示意图。

具体实施方式

防止晶圆在半导体晶圆制造流程设备(fab)中的制造流程被污染的实施例详述如下。在本实施例中，一种在半导体制造流程中防止晶圆污染的方法包括判定潜在的污染源制造工序及定义相对应的改善处理。晶圆制造流程由制造执行系统(MES)追踪以确保晶圆在经过判定为污染源的制造工序处理后随即进行相对应的改善处理。实施例包括一制造方法，此方法有关实施例中MES的系统设计架构。在以下叙述中，提出若干特定的细节以便提供本发明的全盘认识。必须了解的是，本技术领域的普通技术人员均可实施本发明而不牵涉到上述特定细节。另外，在某些情况下，一些现有的程序操控并未详述以避免混淆本发明。

在一实施例中，识别并判定具有将污染导入晶圆制造环境关联性或潜在性的某些制造流程及程序步骤。晶圆制造环境包括晶圆匣盒、托盘、密闭荚式容器、缓冲容器、暂存盒以及任何位置及装置用来存放、支托、储存、依序排列或容纳进行处理的批量晶圆中的一个或多个晶圆。所谓的晶圆环境污染并不单指晶圆受污染源的直接污染，还包括交叉污染(cross-contamination)。通过范例可知，晶圆环境可能是晶圆的匣盒，一晶圆由一匣盒移走并经过一污染源制造工序处理，如果此晶圆被送回匣盒则会污染该匣盒，如此一来，下一晶圆就会被该匣盒污染，此即所谓的交叉污染。

潜在的污染源制造工序是随着特定fab或一fab中的区域其半导体晶圆制造流程型态而改变。在一实施例中，一晶圆制造方法包括评估fab中每一制造流程及程序步骤以决定由某一特定制造流程或程序步骤引起的污染危险程度，被判定为具有高度污染或交叉污染危险性的制造流程或程序步骤，将进行一后处理(post-processing)的改善程序或动作。

在一实施例中，污染源制造工序的判定是在用来消除或隔离污染源的改善程序或动作之后。如前所述，某些制造工序继承了潜在的污染源，但若此制造工序属必要的或急需保留的则不希望消除此制造工序，因此，隔离该污染源应是较好的改善方法。针对每一判定为污染源的制造工序或程序步骤，会定义并实现一最合适的改善程序或动作。改善程序或动作包括如，中间清洗步骤(intermidate rinsing)、预先烘干(pre-bake)、或其它对薄膜进行防止污染转移的处理，此种污染转移，可发生在如处理程序中、封装(seal ing)程序中、清洁程序中、由一干净或无污染的处理流程中移走匣盒或其它运输装备的过程中以及任一用来消除或有效降低晶圆污染或交叉污染危险性至可接受的条件的改善处理过程中。

一旦潜在的污染源被判定而其相对的改善处理也被认定且实现，借助将认定的改善处理整合至fab的MES中，来维护一处理流程附加一认定的改善处理。MES系统一般设定用来追踪上述设备信息与处理参数，如work-in-progress追踪、制造方法管理、装置通讯等。将改善处理整合至MES可确保此改善处理会附加到所需的协议中。

根据一实施例，会实现对单晶圆、批次晶圆或批量晶圆的追踪以确认任一经过判定为污染源制造工序的晶圆随即会经过适当的改善动作或程序。在一实施例中，当一批次晶圆经过判定为污染源的制造工序后，该批次晶圆会被标示。每一污染源制造工序及其标示皆有一相对应的改善动作或程序，而该批次晶圆会在经过判定为污染源的制造工序后，随即经过改善动作或程序。当改善动作或程序完成后，该标示卷标会更新以反应改善动作或程序的完成。若一批次晶圆到达下一制造流程区域、平台(station)或工具(tool)时却没有标示卷标或没有指示改善的动作或程序，则会中断此制造工序。在一实施例中，被中断的批次晶圆会送至相对应的改善处理工作平台、工具或区域以进行所需的处理程序，并在执行后续制造流程前附加标示卷标。

在一fab的范例系统架构中，制造流程追踪、污染源制造工序标示、改善动作或程序标示以及认定的后续程序皆整合于MES中并由MES控制。MES维护单晶圆、批次晶圆或批量晶圆的晶圆判定信息、属性及制造流程记录。MES同时在fab、区域或处理平台等处指示晶圆制造流程。在一实施例中，判定的污染源制造工序及其所对应的改善动作或程序会记录在MES中。当MES控制或指示晶圆制造流程时，同时也保存晶圆制造流程的历史记录。当一单晶圆、批次晶圆或批量晶圆到达fab中一处理工具、平台或区域，MES会核查该单晶圆、批次晶圆或批量晶圆的制造流程历史记录。任一标示单晶圆、批次晶圆或批量晶圆经过判定为污染源的制造工序后，必须标示随即执行相对应的改善动作或程序。假设一单晶圆、批次晶圆或批量晶圆没有标示经过相对应的改善动作或程序，则MES会中断后续制造流程。在一实施例中，若后续制造流程被中断，则会产生一警示或警告信息至fab操作人员处，如闪灯(flashing lights)、响铃(bells)、蜂鸣器(buzzers)、显示在系统控制者或系统控制接口上的文字信息或灯号。根据实施例，在晶圆到达(check in)时会核查其制造流程历史记录及改善动作或程序，意即除了晶圆到达一区域、一平台、或一工具之外，当晶圆进行分割(spit)、合并(merge)、再工作(re-worked)、放弃(waived)或其它此类的处理程序时，也会进行核查。

图1是本发明所揭示的一实施例中，防止晶圆污染的方法的操作流程图100。本方法由操作步骤102开始，在此步骤中会判定污染源制造工序，如前所述，微粒污染是制造流程中时时存在的危机，污染源数目就和制造流程类型及数目一样多。某些晶圆制造流程特别容易被判定为污染源制造工序，举例而言，某些制造工序如光阻(photo resist)的应用或其它要求薄膜热安定处理的应用、成型制造工序(forming)、塑型制造工序(shaping)、移去金属层制造工序、CMP制造工序或其它任一具有产生微粒、表面污染的制造工序均有可能被判定为污染源制造工序。

本方法继续执行操作步骤104，在此步骤中会决定改善处理及程序以消除在步骤102中所判定与实现的污染。在本实施例中，在步骤102中所判定的任一污染源制造工序均有一相对应的、用来消除或隔离该污染源制造工序的改善处理程序。此改善处理及程序在步骤104中定义并实现，改善处理及程序可能包括封装处理以防止污染由一表面转移至另一表面而导致交叉污染，其它如清洁、清洗或隔离等改善处理程序同时也会在步骤104中定义。

接着，进行步骤106，在此步骤中，会标示经过判定为污染源制造工序的批量晶圆。在本实施例中，MES会记录并追踪晶圆在fab中的制造流程，一单晶圆、批次晶圆或批量晶圆的制造流程会由MES记录追踪并制成历史记录，且严格确认该历史记录已附加于处理方法(recipe)或处理方式(regime)中。在步骤106中，会标示经过判定为污染源制造工序的晶圆并记录此污染源制造工序。

本方法继续执行操作步骤108，在此步骤中，经过判定为污染源制造工序的晶圆会随即进行改善处理程序并标示该晶圆已经过改善处理程序。

接着，本方法进行步骤110，在此步骤中，会监测已被标示的批量晶圆。如前所述，参照步骤106，MES用来在fab中追踪控制晶圆制造流程，一单晶圆、批次晶圆或批量晶圆的制造流程历史记录会被记录与追踪。在步骤110中，MES会监测已被标示的批量晶圆。在本实施例中，每一制造流程事件，如批量晶圆传送至下一制造流程、批量晶圆到达、分割批量晶圆、合并批量晶圆、再工作批量晶圆、放弃批量晶圆或其它事件中，MES均会核查制造流程历史记录。MES在任一制造流程事件均会监测并核查制造流程历史记录。

在决策方块112中，MES会判定该晶圆是否经过污染源制造工序。在本实施例中，若在步骤106中被标示的晶圆，其制造流程历史记录指出该晶圆并未经过污染源制造工序，意即在决策方块112中为”no”，则该晶圆继续进行后续制造流程，如118所示。但若制造流程历史记录指出该晶圆已经过污染源制造工序，意即在决策方块112中为”yes”，则执行决策方块114，决策方块114用以决定已经过污染源制造工序的晶圆是否已进行改善处理程序。在本实施例中，每一判定为污染源的制造流程均有其相对应的改善处理程序。正常情况下，MES会于步骤108中将晶圆进行改善处理程序并加以标示。在决策方块114中，MES会核查晶圆制造流程历史记录并确认已执行改善处理程序。上述控制是由MES执行，而决策方块114的预设答案为”yes”，在此情形下，晶圆会继续进行后续的制造流程，如118所示。若决策方块的答案为”no”，则会执行步骤116，在此步骤中，晶圆需返回所要求的改善处理程序。在本实施例中，会产生一警示或警告信息并送至fab操作人员处，用以警告该批次或批量晶圆虽经过污染源制造工序却未执行后续的改善处理程序。在本实施例中，一旦该晶圆完成改善处理程序则会进行后续制造流程，如118所示。

流程图100显示了一种在半导体制造流程中防止晶圆污染的方法的一实施例。为说明起见，本方法结束于步骤118，在此步骤中后续制造工序将继续进行。但是必须了解的是，步骤118中的后续制造工序还包含重复实现本方法。而后续制造工序包括批量晶圆传送至下一制造工序、批量晶圆到达、分割批量晶圆、合并批量晶圆、再工作批量晶圆、放弃批量晶圆等。如前所述，在每一程序事件均会监测并核查制造流程历史记录。此外，后续制造工序有可能是污染源制造工序，因此，本方法会在晶圆制造流程期间重复实现。

本方法的一实施例是实现于MES中，用以在fab中追踪及控制晶圆制造流程。图2显示了根据本发明的一实施例防止晶圆污染的MES范例功能区块示意图150。本发明所示的范例功能包括，区块152，在fab晶圆制造流程中追踪制造流程历史记录的程序指令。区块154，标示经过污染源制造工序的晶圆(一单晶圆、批次晶圆、批量晶圆或其它成群组的晶圆)的程序指令。以及区块156，标示经过污染源制造工序的晶圆(一单晶圆、批次晶圆、批量晶圆或其它成群组的晶圆)已执行改善处理程序的程序指令。区块158，核查已经过污染源制造工序的晶圆是否随即执行后续改善处理程序的程序指令。区块160，检查晶圆制造流程历史记录中每一处理事件的程序指令。区块162，在检查晶圆制造流程历史记录后指出经过污染源制造工序的晶圆并未执行改善处理程序时，用以中止后续制造工序的程序指令。众所周知，MES可设定执行有关fab操作、设备运送、晶圆制造流程操作等多项功能。但是前述的程序指令是依据本发明实施例的功能来逐一说明，而非依MES的功能、性能或实现来说明。

本发明可能会使用若干计算机—可实现(computer-implemented)的操作，这些操作牵涉到储存于计算机中的数据。上述操作会需要物理量(physical quantities)的运算。虽并未必然，但上述物理量通常以可被储存、转换、结合、比较及运算的电磁信号来表示。此外，上述运算通常使用如产生、标示、决策或比较等名称来表示。

以上所提及的本发明的任一操作均是有用的机械操作。本发明同时是有关于一装置或设备用以执行上述操作。该设备可以是符合所需目的特别建置的，也可是一通用(general purpose)计算机，此通用计算机可由储存于其中的计算机程序来激活或设定。如果必须使用多个如上述附带计算机程序的通用计算机，则较好的方式是建置一具有特殊功能的设备以执行所需的功能。

本发明同时使用一储存于计算机可读性(computer readable)媒体中的计算机可读性程序来实现。此计算机可读性媒体可以是任何用来储存数据的数据储存装置，并可由计算机系统读取，如硬盘(hard drive)、网络附属储存装置(Network attached storage(NAS))、只读存储器(read-only memory)、随机存取内存(random-access memory)、CD、DVD、磁带(magnetic tape)以及其它光学或非光学的资料储存装置。该计算机可读性媒体还可分布于与计算机连接的网络上，如此一来，该计算机可读性程序便可以分布式的方法来储存及执行。

再者，本发明现仅以一种程序语言实现来说明，但是本发明的实施例可以采用其它程序语言(如C、C++、任何面向对象(object oriented)的程序语言等)来实现。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，但是其并非用来限定本发明，任何本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，所做出的等效变换，均包含在本发明的专利范围内。

Claims (14)

1.一种在半导体制造流程中防止晶圆污染的方法，应用于半导体制造设备中，其特征在于，包括以下步骤：

追踪晶圆在半导体制造流程设备中的制造流程记录，以判定是否经过一污染源制造工序；

标示经过上述被判定污染源制造工序处理的晶圆；

依据该经过污染源的标示，执行一定义改善处理程序；

标示已执行上述被定义改善处理程序的晶圆；以及

若晶圆在经过上述被判定污染源制造工序处理后并未随即执行上述被定义改善处理程序时，中止晶圆制造流程。

2.如权利要求1所述的在半导体制造流程中防止晶圆污染的方法，其特征在于，追踪该晶圆在半导体制造流程设备中的制造流程记录、标示经过上述被判定污染源制造工序处理的该晶圆、标示已执行上述被定义改善处理程序的该晶圆以及核对经过上述被判定污染源制造工序处理后的上述晶圆随即执行上述被定义改善处理程序是由制造执行系统来实现。

3.如权利要求1所述的在半导体制造流程中防止晶圆污染的方法，其特征在于，核对经过上述被判定污染源制造工序处理后的上述晶圆随即执行上述被定义改善处理程序会在晶圆制造流程事件中重复执行，上述晶圆制造流程事件包括合并批量晶圆、分割批量晶圆以及放弃批量晶圆。

4.如权利要求1所述的在半导体制造流程中防止晶圆污染的方法，其特征在于，该被定义改善处理程序包括封装处理程序以及清洁处理程序。

5.一种在半导体晶圆制造流程设备中可实现防止晶圆污染的装置，其特征在于，包括：

用以在半导体晶圆制造流程设备中追踪晶圆制造流程历史记录的装置；

用以标示经过被判定污染源制造工序处理的晶圆的装置；

用以标示已执行被定义改善处理程序的晶圆的装置；以及

用以核对经过上述被判定污染源制造工序的该晶圆是否随即执行上述被定义改善处理程序的装置。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还包括：

用以检查晶圆制造流程历史记录中每一批晶圆处理事件的装置；以及

用以在检查晶圆制造流程历史记录后，指出经过上述被判定污染源制造工序处理的晶圆并未执行上述被定义改善处理程序时用以中止后续制造流程的装置。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，该晶圆处理事件包括晶圆处理的初始化操作，合并批量晶圆、分割批量晶圆以及放弃批量晶圆。

8.如权利要求5所述的装置，其特征在于，该被定义改善处理程序包括封装处理程序以及清洁处理程序。

9.一种半导体晶圆的制造流程方法，其特征在于，包括以下步骤：

在半导体晶圆制造流程设备中判定污染源制造工序；

定义改善处理程序，用以在晶圆经过一被判定污染源制造工序处理后随即执行；

实现一制造执行系统，用以追踪半导体晶圆制造流程设备中的晶圆制造流程记录，包括经过上述被判定污染源制造工序处理以及已执行上述被定义改善处理程序；

标示经过上述被判定污染源制造工序处理的晶圆；

标示已执行上述被定义改善处理程序的晶圆；

在每一晶圆处理事件核对制造流程历史记录；

确认经过上述被判定污染源制造工序处理后的上述晶圆随即执行上述被定义改善处理程序；以及

当上述晶圆经过上述被判定污染源制造工序处理后并未随即执行上述被定义改善处理程序时中止后续晶圆制造流程。

10.如权利要求9所述的半导体晶圆的制造流程方法，其特征在于，该晶圆处理事件包括晶圆处理的初始化操作，合并批量晶圆、分割批量晶圆以及放弃批量晶圆。

11.如权利要求9所述的半导体晶圆的制造流程方法，其特征在于，确认经过上述被判定污染源制造工序处理后的上述晶圆随即执行上述被定义改善处理程序是由制造执行系统利用制造流程历史记录来实现。

12.如权利要求9所述的半导体晶圆的制造流程方法，其特征在于，中止后续晶圆制造流程是由制造执行系统来实现。

13.如权利要求12所述的半导体晶圆的制造流程方法，其特征在于，还包括在中止后续晶圆制造流程发生时，警告半导体制造流程设备操作人员。

14.如权利要求13所述的半导体晶圆的制造流程方法，其特征在于，警告半导体制造流程设备操作人员的方式包括：至少一警告声响、一闪灯以及一显示在系统控制接口上的文字信息。

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