CN1596390A - 依据批量与工具可用状态计划生产批次的方法与装置 - Google Patents

Abstract

一种用于计划生产流程的方法，是包含有在一个处理流程中处理多个制造产品；为该多个制造产品的至少一个子集合决定产品处理状态衡量值；为在该处理流程中的多个工具决定工具可用状态衡量值；以及依据该产品处理状态衡量值与该工具可用状态衡量值而计划该制造产品在该工具的处理。一种制造系统，是包含有在一个处理流程中用于处理多个制造产品的多个工具、产品处理状态监视器、工具可用状态监视器、以及计划用服务器。该产品处理状态监视器建构成为多个制造产品的至少一个子集合决定产品处理状态衡量值。该工具可用状态监视器建构成为多个工具的至少一个子集合决定工具可用状态衡量值。该计划用服务器建构成依据该产品处理状态衡量值与该工具可用状态衡量值而计划该制造产品在该工具中的处理。

Description

依据批量与工具可用状态计划生产批次的方法与装置

技术领域

本发明是有关于半导体组件制造的领域，尤甚者，是有关于依据批量与工具可用状态衡量值计划生产批次的方法与装置。

背景技术

在半导体工业中有一股持续的动力使其不断地想要增加如微处理机、内存组件等集成电路组件的品质、可靠度、和生产量。此动力是导因于消费者对于能更可靠地操作计算机和电子装置的高品质要求。这些要求已经导致于对如晶体管等半导体组件的制造以及对整合有此种晶体管的集成电路组件的制造的持续改善。除此之外，降低一般晶体管组件在制造上的缺点亦可以降低每个晶体管的制造成本以及整合有此种晶体管的集成电路装置的成本。

一般而言，会利用各种处理工具对晶圆执行一组的处理步骤，该等处理工具包含有微影成像步进器(photolithography stepper)、蚀刻工具、沉积工具、抛光工具、快速热处理工具、植入工具等。用于改善半导体处理线的操作的一种技术包含有使用全工厂控制系统以便自动控制各种处理工具的操作。制造工具可与处理模块的制造架构(framework)或网络相连通。各制造工具通常连接至设备接口。该设备接口是连接到机器接口以便协助制造工具和制造架构间的通讯。该机器接口通常是高阶过程控制(advanced process control，APC)系统的一部份。该APC系统依据制造模式起始控制程序，该APC系统可以是能够自动撷取执行制造程序所需资料的软件程序。通常，半导体组件会移动经过多个制造工具以便进行多重处理，这些工具会产生与所处理半导体组件品质相关的资料。将前置处理和/或后置处理的测量资料提供给工具的处理控制器。该处理控制器依据性能模式和测量信息计算操作程序的参数以便使得后置处理的结果与目标值尽可能相同。以此方式所减少的变动会导致生产量增加、成本降低、组件性能提高等等，所有这些改善均会导致于收益性增加。

在传统的半导体制造设备中，晶圆是以群组的方式处理，在此称为批次(lots)。在特定批次中的晶圆通常会遭遇相同的处理环境。在某些工具中，同一个批次中的所有晶圆是同时处理的，而在其它工具中，这些晶圆则是个别处理的，但均是在相同条件下(例如，使用相同的操作程序)。通常，在其处理周期开始时，会为一个批次的晶圆指定其优先序。例如，优先序的指定是依据在该批次中晶圆的数量或其作为测试或实验批次的状态。

在特定处理步骤中，将比较准备好可进行处理的所有批次的相关预定优先序。提供各种规则以便决定选择哪一个适合的批次进行处理。举例而言，对两个具有相同优先序的批次而言，通常选择较早的批次进行后续的处理。在晶圆的测试批次中(亦即，通常包含有少量的晶圆)，此批次会接受一个或多个实验处理步骤或程序调整以便尝试改善处理的性能或所得组件的性能。在利用实验参数开始一般生产批次的生产前，最好先依据在测试批次中晶圆的最后特性而测试变化的效果。因此，将测试批次的优先序指定为较其它生产批次高相当多，所以可更快速完成处理。不管所指定的特定优先序为何，这些规则必须是固定且预定的。在其处理周期执行期间通常不会改变特定批次的优先序，举例而言，除非其状态从生产批次改变成测试批次。

在制造期间，会发生各种影响所制造组件的性能的事件。也就是说，在制造程序的步骤中的变动会导致于组件性能的变动。如细微结构的关键尺寸、掺杂位准、接触电阻、粒子污染等因素均可能影响组件的最终性能。组件通常是利用分级测量法而评定等级，其有效地决定该组件的市场价值。一般而言，组件的等级愈高，则该组件的价值愈高。

在给定处理步骤中，可获得用于执行所需处理的一个或多个处理工具。虽然可以在此批次中执行相同处理的工具很多，但是这些工具可能不是操作在相同的精确位准(亦即，工具可用状态)。举例而言，一工具可能操作于清洗周期间一时距的接近后半段。在某些情况下，当工具的操作较接近于其清洗间隔的后半段，而与工具的操作较接近于其清洗间隔的前半段相比较时，在此工具中处理的晶圆会呈现较高的粒子污染率。较高的粒子污染率会降低在此工具中处理的晶圆的等级或产量。依据工具可用状态和批次优先序以计划通过生产线的批次，将导致于在具有较低工具可用状态的工具中处理具有较高等级和产量的批次，因此导致于批次的等级或产量下降。

本发明是有关于克服，或至少降低前述的一个或多个问题的影响。

附图说明

可藉由文中参考伴随图式所做的说明而更加了解本发明，在此相同参考数字是标示相同的组件，且其中：

图1示依据本发明所列举实施例的制造系统的简化方块图；以及

图2显示依据本发明所提供的另一实施例按照其批量和工具可用状态计划生产批次的方法的简化流程图。

发明内容

本发明的概念的一为提出计划生产流程的方法。此方法包含有在一个处理流程中处理多个制造产品。为该多个制造产品的至少一个子集合决定产品处理状态衡量值(Item health metrics)。为在处理流程中的多个工具决定工具可用状态衡量值(tool health metrics)。依据该产品处理状态衡量值以及该工具可用状态衡量值计划在工具中对制造产品进行处理的流程。

本发明的另一个概念为包含有用于在处理流程中处理多个制造产品的多个工具、产品处理状态监视器、工具可用状态监视器、和计划用服务器(scheduling server)的制造系统。该产品处理状态监视器是建构成用于为该多个制造产品的至少一个子集合决定产品处理状态衡量值。该工具可用状态监视器是建构成用于为该多个工具的至少一个子集合决定工具可用状态衡量值。计划用服务器是建构成依据该产品处理状态衡量值及该工具可用状态衡量值计划在工具中对制造产品进行处理的流程。

因为本发明可接受各种修正和其它形式，所以在图标中所显示的特定实施例仅是作为举例用且将于下文中详细说明的。可是，应该了解这些特定实施例的说明并不是用于将本发明局限在此特定实施例中，相反地，本发明将涵盖由申请专利范围所定义的目的和精神内的所有的修正、等量物、及其它形式。

具体实施方式

下文中将详细说明本发明所列举的实施例。为了清楚表达，在此说明中并没有描述其实际应用的所有特性。当然希望在任何真正实施例的开发中，必须执行各种特定应用的决策以便达到开发者的特定目的，如与系统相关及商业相关的限制的兼容性，这些会随着应用不同而有所不同。再者，虽然此种发展成果是复杂且费时的，但是对具有此方面技艺者而言会因为本发明的提出而变成仅是例行的工作。

参考第1图，图中是显示所举例制造系统10的简化方块图。在所显示实施例中，该制造系统10适用于制造半导体组件。虽然在此是以将本发明应用于半导体制造设备为例而说明本发明，但是本发明并不是仅限于此且亦可应用于其它制造环境。在此所说明的技术可应用于制造各种不同的产品，其包含有但不是局限于微处理器、内存组件、数字信号处理器、特定应用的集成电路(ASICs)，或其它类似的装置。此技术亦可应用于制造除了半导体组件之外的其它产品。

网络20连接制造系统10的不同构件，使得其可以互相交换信息。所举例的制造系统10包含有多个工具30至80。每个工具30至80均可耦接至与网络20连接的计算机(未显示)。将具有相似功能的工具30至80群组成几个集合，如其字尾所标示。举例而言，工具30A至30C的集合表示某特定形式的工具，如微影成像步进器。当制造特定的晶圆或晶圆批次时其通过该工具30至80，其中工具30至80在此处理流程中分别执行特定的功能。用于半导体组件制造环境的处理工具范例包含有测量工具、微影成像步进器、蚀刻工具、沉积工具、抛光工具、快速热处理工具、植入工具等。为了方便显示仅列举通用的工具30至80群组。在真正的应用中，该工具可以任何群组顺序排列。除此之外，在特定群组中工具间的连接仅意味着与网络20的连接，而非工具间的连接。虽然将本发明描述为用于计划制造产品的批次，但本发明亦可用于计划个别的制造产品。

制造执行系统(MES)服务器90可用于提高制造系统10的操作水准。该MES服务器90追踪在制造系统10内各种实体(亦即，批次、工具30至80)的状态且控制经过处理流程的制造产品的流程(例如，半导体晶圆的批次)。该MES服务器90最好亦能作为计划用服务器。设有数据库服务器100以便储存在此处理流程中与各种实体及制造产品的状态相关的资料。该数据库服务器100可将信息储存在一个或多个资料贮存单元110内。该资料包含有前置处理和后置处理的测量资料、工具状态、批次优先序等等。该制造系统10亦包含有在工作站140上执行的批处理状态监视器130、和在工作站160上所执行的工具可用状态监视器150。如将于下文中详细说明的，该批处理状态监视器130为所处理的批次产生批处理状态衡量值且将其储存在数据贮存单元110内。该工具可用状态监视器150为在制造系统10内的工具30至80产生工具可用状态衡量值且将其储存在数据贮存单元110内。

MES服务器90存取在资料贮存单元110内与预估性能等级和/或所制造的批次(亦即，批处理状态衡量值)及工具30至80可用状态(亦即，工具可用状态衡量值)相关的信息以便为通过工具30至80的批次决定处理程序。通常处理在第1图中所显示的不同计算机或工作站间的处理和资料储存功能的分配，而提供独立的和中央的信息存储。当然，亦可使用不同数量及不同配置的计算机。

适用于制造系统10的信息交换及过程控制架构的范例为高阶过程控制(APC)架构，譬如可利用由KLA-Tencor公司所提供的″触媒(Catalyst)″系统实现。该Catalyst系统使用与″半导体设备及材料国际组织(SEMI)计算机积体制造(CIM)架构″兼容的系统技术，且是以″高阶过程控制(APC)架构″为基础。可从SEMI公开地获得CIM(SEMI E81-0699为用于CIM架构的区域结构的临时规范)和APC(SEMI E93-0999-为用于CIM架构的高阶过程控制组件的临时规范)规范，该SEMI的总部是位于加州的山景城(Mountain View)。

本发明的部分及其相对应的详细说明是以软件或对计算机内存内资料位的操作的算法和符号表示方式呈现。藉由这些说明和表示方式使得熟悉该项技艺者可以有效地将其工作的实例转换成其它熟悉该项技艺者的实例。一般常使用的算法，如在此处所使用的术语，为构想出可以得到期望结果的自身符合的一连串步骤。这些步骤为所需物理量的物理操作。通常但并不是绝对必要，这些物理量的形式为能够储存、转移、混合、比较、及其它处理的光的、电的或磁的信号。经证明显示有时为了共同使用的方便最好是以位、值、元素、符号、字符、术语、数目等方式提及这些信号。

可是，应该记住所有上述及类似的术语均是与适当的物理量相关连且为这些物理量提供方便的标记。除非特别说明，或从讨论中即可明显得知，如″处理(processing)″或″推算(computing)″或″计算(calculating)″或″决定(determining)″或″显示(displaying)″等术语均视为计算机系统或类似的电子计算装置的动作和处理，其中上述装置是用于将在计算机系统的缓存器及内存中以物理、电子量表示的资料进行处理且转换成其它的资料，该资料可同样地代表在计算机系统内存或缓存器，或其它如信息存储器、传送或显示装置内的物理量。

在批次制造期间收集各种测量信息。举例而言，如晶体管栅极的关键尺寸、微粒污染量、处理层厚度等物理测量均可利用批处理状态监视器130而与性能等级和产量的特定估算互相关连。如晶圆电气测试(例如，驱动电流、有效信道长度、介电常数)等直接的性能测量亦可提供与性能等级和产量相关的信息。该批处理状态监视器130用于估算等级和分级变量本质的特定测量信息会随着所生产的特定制造产品和该产品在市场销售状况而改变。举例而言，内存装置与微处理机的分级必然不同。

在所列举的实施例中，批处理状态监视器130依据所预估的等级和批量而产生批处理状态衡量值，可是，在其它的应用中，该批处理状态衡量值可依据其它特性衡量值或多个特性衡量值的组合而产生。举例而言，该批处理状态衡量值可仅依据产量而产生。

通称为批处理状态的特定批次的预估等级和/或产量在其处理期间是可以改变的。举例而言，沉积工具通常在清洗周期之间会遭遇副产品集结增加的问题。因此，紧接在执行清洗周期后所处理的晶圆会较在执行清洗周期前所处理的晶圆具有较少的粒子污染。假如特定批次通过沉积工具的时间是在介于清洗周期间的后半段，则在沉积处理层的粒子污染量会相当地高。该粒子污染会降低处理层的绝缘特性，因此导致于在此批次中装置的预估等级降低。所增加的粒子污染亦可能导致于该批次的预估产量降低，其可能是导因于短路数量增加。另一方面，假如此批次的晶圆是在清洗周期执行后才在沉积工具中处理，则其预估的批处理状态衡量值会增加。对预估批处理状态的类似影响可能导因于在其它工具内的处理结果。

批处理状态监视器130利用收集作为特定批次通过制造系统10的前置和后置处理测量信息而动态更新所预估的批处理状态衡量值。在处理流程的各个步骤中，该后置处理测量信息是与依据经验的批处理状态模式135的预估批处理状态衡量值相关连。在处理流程中批处理状态衡量值更新的特定点是由特定的应用而更新的。基本的批处理状态调整点包含有在栅极形成之后(亦即，依据栅极的物理尺寸)、在第一金属层形成之后(亦即，依据驱动电流或有效信道长度)、在层间电介质层形成之后(亦即，依据所测量的电介质常数)、在主动源极/漏极区形成之后(亦即，依据尺寸)、在植入和热退火之后(亦即，依据所测量的体电阻(bulk resistivity)、晶体管门限电压(threshold voltage)、驱动电流、植入剂量和能量、植入退火时间和温度)等。该批处理状态模式135事实上包含有依据在各个预估点收集到的信息所预估的批处理状态衡量值的多个独立模式。

包含有物理和电子的多种不同测量可供批处理状态监视器130使用以便决定批处理状态衡量值。基本但不是绝对的物理测量表包含有晶体管栅极关键尺寸、处理层厚度、粒子污染量、和晶体管主动区尺寸。基本的但不是绝对的电子测量表包含有晶体管有效信道长度、驱动电流、绝缘层的介电常数、晶体管的重叠电容、局部的材料电阻、晶体管门限电压、n-信道至p-信道的驱动电流比、晶体管关断时的漏电流、和电荷载子的移动率测量、以及振荡器测试电路的频率。同时，亦可使用处理参数来预估批处理状态衡量值。基本但不是绝对的处理参数表包含有植入剂量和能量，以及退火温度和时间。

工具可用状态监视器150收集所监视工具30至80在处理执行期间该些工具的状态追踪资料以便决定工具30至80的工具可用状态衡量值。用于追踪特定工具30至80的可用状态的一种技术包含有使用多变量的工具可用状态模式155，其适用于预测当晶圆在工具中进行处理时该工具预期的操作参数。假如工具真正的参数与工具预期的参数相近，则该工具具有较高的可用状态衡量值(亦即，该工具是如预期的操作)。当工具的预期参数与工具的真正参数间的差距变大时，该工具的可用状态衡量值会下降。假如工具的可用状态衡量值低于预定的门限值时，则需执行维修程序以便为该工具除错或修护。假如工具的可用状态衡量值非常的低，则为该降级状态工具所处理的晶圆将标示为质疑或需要重做。

通常，利用工具可用状态模式155预估工具30至80的操作参数，因此依据特定工具30至80以及该工具30至80用来处理晶圆的基本操作程序，以测量工具30至80的可用状态。因此，各工具30至80具有个别的工具可用状态模式155用于在工具30至80上执行各种基本操作程序。由位于加拿大温哥华英属哥伦比亚Nanaimo的Triant公司所提供的ModelWare为工具可用状态监督软件应用的一种范例。在美国专利申请第09/863,822号，由Elfido Coss Jr.，Richard J.Markle，和Patrick M.Cowan提出申请，标题为″用于监视工具可用状态的方法和装置″的专利中有描述用于监视工具可用状态的系统范例，该专利已让授给本发明的受让人，且在此将其整个内容并入本说明书中参考。

当制造执行系统(MES)服务器90尝试排程将要处理的特定批次时，其从该资料贮存器110检索持定批次的批处理状态衡量值和可供使用工具30至80的工具可用状态衡量值。在评估批处理状态衡量值和工具可用状态衡量值时可藉由该MES服务器90实现特定决策树(decisiontree)。在一范例实施例中，仅当批处理状态衡量值大于预定的门限值(亦即，假设具有高批量)时，该MES服务器90才会为该可用工具30至80从该资料贮存单元110检索工具可用状态衡量值。该MES服务器90尝试以具有相当高的工具可用状态衡量值的工具30至80计划批次。对具有低于门限值的批处理状态衡量值的批次，可使用依据批次优先序、期龄、和工具可利用性的标准计划技术。

可使用加权系统替代门限值。举例而言，需要计划的批次会接收到以其优先序、期龄、和批次可用状态为因子的评比。当然，亦可使用其它因子或较少的因子来计算批次的评比(亦即，仅使用批处理状态衡量值)。然后，该MES服务器90依据其评比及与可获得工具30至80相关的工具可用状态衡量值计划批次。计划藉由具较高工具可用状态衡量值的工具30至80以处理该具有较高评比的批次。具有较高批处理状态衡量值的批次亦可群组成可在一次处理多于一个批次的工具30至80(例如，熔炉)中处理的批次。

计划批次时，MES服务器90并不总是能够计划在具有较高工具可用状态衡量值的工具30至80内处理的所有具有高批处理状态衡量值的批次。该MES服务器90评估计划决策以便避免产生有瓶颈的状态，在此所有具有高批处理状态衡量值的批次尝试要由最佳性能的工具30至80处理。该先前所描述的加权系统可用以减低潜在的瓶颈问题。例如，假使有两个批次具有相同批处理状态衡量值，则该具有较高优先序的批次将计划由该较佳性能的工具30至80处理。在另一个范例中，假如有两个批次具有相同批处理状态衡量值，但是其中一个批次具有较高预估等级，则其将获得优先序以维持其高价值的装置组件。

兹参考第2图，图中是显示依据本发明所列举的另一个实施例而利用批量和工具可用状态计划生产批次的方法的简化流程图。在方块200中，如半导体晶圆等多个制造产品是在包含有多个工具30至80的处理流程中进行处理。在方块210中，为多个制造产品的至少一个子集合决定产品处理状态衡量值。该产品处理状态衡量值是依据如等级和产量等因子决定。在方块220中，为多个工具的至少一个子集合决定工具可用状态衡量值。在方块230中，依据产品处理状态衡量值和工具可用状态衡量值计划在工具中进行处理的制造产品。

如上所述，依据工具30至80的工具可用状态衡量值为所制造的半导体装置决定批处理状态衡量值以及计划该装置通过制造系统10的流程具有多个优点。在其后的处理期间可维持具有高批处理状态的批次价值。藉由以较高性能的工具处理评估具有高价值的批次且尝试保有其价值，可增加所制造组件的品质及制造系统10的利用率。

上述特定实施例仅是作为举例用，因为对具有此方面技艺者而言将可因为本发明的说明而以不同但等量方式修正和实现本发明是显而易见。再者，除了下文中的申请专利范围，非将本发明仅局限于在此所显示的结构或设计。因此很明显地上述特定实施例是可以改变或修改且所有的这些变动均视为涵盖在本发明的目的和精神之内。因此，将在下列申请专利范围中提出本发明所寻求的保护。

Claims (10)

1.一种计划生产流程的方法，是包含：

在一个处理流程中处理多个制造产品；

为该多个制造产品的至少一个子集合决定产品处理状态衡量值；

为该处理流程中的多个工具(30-80)决定工具可用状态衡量值；以及

依据该产品处理状态衡量值与该工具可用状态衡量值计划制造产品在工具(30-80)的处理流程。

2.如权利要求1所述的方法，其中，该产品处理状态衡量值的决定更包含有：

测量在该处理流程中的多个制造产品的特性；以及

依据所测量的特性为该多个制造产品预估产品处理状态衡量值。

3.如权利要求1所述的方法，其中，该制造产品在工具(30-80)中进行处理的计划更包含有群组化具有类似产品处理状态衡量值的制造出的产品，以便在所选择工具(30-80)中进行处理。

4.如权利要求1所述的方法，其中，决定该工具可用状态衡量值更包含有：

藉由在所选择制造产品的处理期间测量选择工具(30-80)的参数，产生与所选择制造产品在所选择工具(30-80)内的相关处理的工具状态记录；

比较该工具状态记录与所选择工具(30-80)相关的工具可用状态模式；以及

依据该工具状态记录和该工具可用状态模式间的比较，而产生工具可用状态衡量值。

5.如权利要求1所述的方法，其中，对在该工具(30-80)内进行处理的制造产品的计划更包含有：

依据该工具可用状态衡量值而按工具性能顺序为工具(30-80)分等级；

依据产品处理状态衡量值而按处理状态顺序为制造产品分等级；以及

依据该性能等级和可用状态等级以计划在工具(30-80)中的制造产品。

6.一种制造系统(10)，是包括：

多个工具(30-80)，是在一个处理流程中用于处理多个制造产品；

产品可用状态监视器(130)，是建构成为该多个制造产品的至少一个子集合决定产品处理状态衡量值；

工具可用状态监视器(150)，是建构成为该多个工具(30-80)的至少一个子集合决定工具可用状态衡量值；以及

计划用服务器(90)，是建构成依据该产品处理状态衡量值与该工具可用状态衡量值以计划制造产品在该工具(30-80)中的处理流程。

7.如权利要求6所述的系统(10)，其中，该产品处理状态监视器(130)进一步建构成于处理流程中存取多个制造产品的特性测量，并根据测量来预测该多个制造产品的产品可用状态衡量值。

8.如权利要求6所述的系统(10)，其中，该计划用服务器(90)进一步建构成群组具有类似产品处理状态衡量值的产品以便在所选择工具(30-80)中进行处理。

9.如权利要求6所述的系统(10)，其中，该工具(30-80)可用状态监视器(150)更建构成存取所选择工具(30-80)内的工具状态记录，该所选择的工具(30-80)包括有在所选择制造产品的处理期间所测量的至少一参数，比较该工具状态记录与所选择工具(30-80)相关的工具可用状态模式，并依据该工具状态记录与该工具可用状态模式间的比较而产生工具可用状态衡量值。

10.如权利要求6所述的系统(10)，其中，该计划用服务器具(90)进一步建构成依据该工具可用状态衡量值而按工具性能顺序为工具(30-80)分等级，依据产品处理状态衡量值而按处理状态顺序为制造产品分等级，并依据该性能等级和可用状态等级以计划在工具(30-80)中的制造产品。

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