TWI414917B - 自動化產能（Ｔｈrｏｕｇｈｐｕｔ）控制系統及操作該系統之方法 - Google Patents
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Description
本發明係大致有關製造積體電路之領域，尤係有關監視具有不同製程配方的不同產品之處理所需的複數個製程工具之製程工具產能。
目前全球市場迫使大量產品的製造商以低價提供高品質的產品。因此，重要的是要提高良率及製程效率，以便將生產成本降至最低。此種情況尤其發生在半導體製造的領域，這是因為該領域將尖端技術(cutting edge technology)與大量生產技術結合。因此，半導體製造商之目標在於減少原料及消耗品的耗用且同時提高製程工具的使用率。後者方面是尤其重要的，這是因為需要有成本相當高且代表了總生產成本的主要部分之現代半導體工具設備。
通常係在自動化或半自動化廠房中製造積體電路，因而經過許多的製程及量測步驟以完成裝置。半導體裝置必須經過的製程步驟及量測步驟的數目及類型係取決於所要製造的半導體裝置之細節。積體電路的一般流程可包括複數個微影(photolithography)步驟，用以將特定裝置層的電路圖案成像在光阻層(resist)中，然後圖案化該光阻層，以便形成光阻遮罩(resist mask)，以供在以諸如蝕刻或離子植入製程等的製程建構所考慮的裝置層時作進一步的處理。因此，以一層接著另一層之方式，根據所指定裝置的各種層之特定微影遮罩組而執行複數個製程步驟。例如，複雜的CPU需要幾百個製程步驟，且必須在指定的製程範圍(process margin)內執行每一製程步驟，以便滿足所考慮的裝置之規格。因為許多這些製程是極具關鍵性的，所以必須執行複數個量測步驟，以便有效率地控制流程。典型的量測程序可包括層厚度的量測、諸如電晶體的閘極長度的關鍵性特徵部位尺寸之決定、以及摻雜劑分佈(dopant profile)的量測等的量測程序。由於大多數的製程範圍都是各裝置所獨有的，所以特別為所考慮的裝置設計許多量測程序及實際的製程，且這些量測程序及製程需要適當的量測及製程工具上之特定參數設定值。
在半導體廠中，通常同時製造諸如具有不同設計及儲存容量的記憶體晶片以及具有不同設計及工作速度的CPU等複數種不同的產品類型，其中在製造特定應用積體電路(Application Specific IC；簡稱ASIC)的生產線中，不同的產品類型之數目甚至可能到達一百種或更多種。因為每一不同的產品類型可能需要特定的流程，所以不同的微影遮罩組、諸如沈積工具、蝕刻工具、離子植入工具、及化學機械研磨(Chemical Mechanical Polishing；簡稱CMP)工具等的各種製程工具之特定設定值可能是必要的。因此，在製造環境中可能同時遇到複數種不同的工具參數設定值及產品類型。
在後文中，通常可將指定製程工具或者量測或檢驗工具中之特定製程之參數設定值稱為製程配方(recipe)，或簡單地稱為配方。因此，可能需要大量的不同之製程配方，且必須在對應的產品類型將在個別工具中被處理時，將該等不同之製程配方施加到該等製程工具，而且縱然對相同類型的製程工具也是如此。然而，由於快速的產品改變以及所涉及的多變製程，所以可能必須頻繁地改變在製程及量測工具中或在功能上合併的設備群組中執行的製程配方之順序、以及配方本身。因此，工具績效(尤其是以產能衡量的工具績效)是一種極關鍵性的製造參數，這是因為工具績效顯著地影響到個別裝置的整體生產成本。然而，由於其中包括大量的產品類型以及對應大量的依次會有頻繁配方改變之製程的製造序列之複雜性，所以個別製程及量測工具或者甚至是製程及量測工具的諸如製程模組、機械手臂基材送料機(substrate robot handler)、以及載入機(load port)等的某些實體在一段時間之產能進度仍然是無法監測的。因此，由於製程以及所涉及的工具之複雜性，所以當所考慮的工具所屬的設備群組之績效在該設備群組平常的績效範圍(通常必須選擇可容許有較寬的變化幅度之績效範圍)內時，各低績效的工具在很長的一段時間中可能無法被偵測到。
理想上，將以量測來偵測每一個別製程對每一基材的影響，且只有在符合必須的規格時，才將所考慮的基材放行，以供進一步的處理。然而，在考慮每一個別製程的結果之情形下進行的對應之製程管制是不切實際的，這是因為對某些製程的影響之量測可能需要較長的量測時間，或者甚至可能需要破壞樣本。此外，必須在量測端投入大量的時間及設備，以便提供所需的量測結果。此外，所涉及的製程工具之使用率將會被極小化，這是因為只有在提供了量測結果及對該量測結果的評估之後，才會釋出該工具。
通常，由於受限制的量測能力而缺少與個別製程的影響有關之“知識”，所以已導入了諸如平均值及對應的標準差等的統計方法，用以調整製程參數，以便相當程度地減輕上述的問題，並可使製程工具有適度高的使用率，同時達到較高的產品良率。此外，已導入且持續地改進製程管制策略，而可合乎需要地對每一批次進行較高程度的製程管制，且無須量測工具的立即回應。在該管制策略中，係在經適當組態的製程控制器中建立並實施所謂的先進製程管制(亦即，製程或一組相關製程的模型)。根據先前及(或)後續製程的某一量之量測結果，而建立前饋(feed forward)及(或)回授控制迴路，以便將製程變化維持在預定容限(tolerance)之內。雖然已建立的統計製程管制(Statistical Process Control；簡稱SPC)機制加上先進製程管制(Advanced Process Control；簡稱APC)策略提供了基於有限的製程資訊量而能達到較高程度的產品品質之可能性，但是這些策略可能並未充分考慮到諸如所涉及的製程工具的產能等的製程線之其他績效準則。例如，諸如製程模組、機械手臂基材送料機、以及載入機等的製程工具的實體之故障，可能不必然嚴重影響到所處理的基材之品質，但是可能以一種多少有些隱約之方式影響到該製程工具或一組製程工具的整體產能。同樣情況，一個或多個製程工具的製程改變及(或)設定改變(可執行這些改變，以便考慮到製程變化，且(或)改善個別製程的結果)甚至可能促使所考慮的一個或多個製程的結果有更好之品質，但是可能因諸如較多的機械手臂活動及額外的配方步驟等的因素而造成較低的產能。因此，對設備和設備群組的與產能效率有關的績效之監視是相當複雜的，且縱然如此，對實體層級所作的產能研究(亦即，監視諸如製程模組、機械手臂基材送料機、及載入機等的其中包含指定製程工具的個別實體之全部或部分)可能代表一種較不具吸引力的解決方案，這是因為作業及工業工程的資源是有限的，且對產能改變的立即回應可能是不切實際的，而縱然如此，產能研究仍然可透露與一種或多種指定的製程工具有關之某些細節。
鑑於前文所述的情況，因而目前需要一種可增強半導體製程的效率(尤其是與產能相關議題有關的半導體製程效率)之加強的技術。
下文中提供了本發明的簡化概要，以提供對本發明的某些概念的基本了解。本概要並不是本發明的徹底的之概述。其目的並不是識別本發明的關鍵性或緊要的元件，也不是描述本發明的範圍。其唯一目的只是以簡化的形式提供某些觀念，作為將於後文中提供的更詳細的說明之前言。
一般而言，本發明係有關一種自動化產能控制(Automated Throughput Control；簡稱ATC)系統，該系統提供了以自動化的方式監視與產能相關的參數之可能性，因而可進行大致連續的資料收集，以供在高統計顯著性(statistical significance)的情形下評估產能效率，這是因為可收集並處理大量的製程資料。因此，即便是隱約的與產能相關的績效變化也可被自動偵測到且可予補償或被另行用於進一步的控制工作。因此，在例示實施例中，係為複數個製程工具決定與產能相關的績效特性，其中係將該產能相關的績效特性定義為在考慮到製程工具的操作條件之情形下，與該製程工具的指定參考績效相關之製程工具的產能績效之定量量測值。
根據本發明的一例示實施例，一種系統包含組態成自複數個製程工具接收製程訊息之介面。此外，提供了產能控制單元，該產能控制單元連接到該介面，且組態成為該複數個製程工具的每一製程工具自動地決定與產能相關之績效特性。
根據本發明的又一例示實施例，一種方法包含下列步驟：藉由產能控制單元從用於製程線的複數個製程工具接收製程訊息；以及根據該等製程訊息，而為該複數個製程工具的每一製程工具決定與產能相關之績效特性。在例示實施例中，該方法可進一步包含下列步驟：根據該績效特性而執行與該複數個製程工具相關的控制工作。
下文中將說明本發明的一些實施例。為了顧及說明的清晰，在本說明書中將不說明實際實施例的所有特徵。當然，我們當了解，在任何此種實際實施例的開發過程中，必須作出許多與實施例相關的決定，以便達到開發者的特定目標，這些特定的目標包括諸如符合與系統相關的及與商業相關的限制條件，而該等限制將隨著各實施例而有所不同。此外，我們當了解，雖然此種開發的工作可能是複雜且耗時的，但是此種開發工作仍然是對此項技術具有一般知識者在參閱本發明揭示事項後所從事的日常工作。
現在將參照各附圖而說明本發明。只為了解說之用，而在該等圖式中以示意圖之方式示出各種結構、系統、及裝置，以便不會以熟習此項技術者習知的細節模糊了本發明。然而，加入該等附圖，以便描述並解說本發明之各例子。應將本說明書所用的字及辭彙了解及詮釋為具有與熟習相關技術者對這些字及辭彙所了解的一致之意義。不會因持續地在本說明書中使用一術語或辭彙，即意味著該術語或辭彙有特殊的定義(亦即與熟習此項技術者所了解的一般及慣常的意義不同之定義)。如果想要使術語或辭彙有特殊的意義(亦即與熟習此項技術者所了解的意義不同之意義)，則會在本說明書中以一種直接且毫不含糊地提供該術語或辭彙的特殊定義之下定義之方式明確地述及該特殊的定義。
一般而言，本發明提供了一種自動化產能監視及(或)控制系統，用以大幅增強傳統製程線中因諸如製程及設定改變及(或)設備故障等因素所造成的無法監測到的產能耗損而降低之製程效率。傳統上，當自批次處理時間或者甚至自穩態輸出資料計算出平均產能率(average throughput rate)時，與產能有關的缺點可能會隱藏在製程的“慣常”變化性之後，但是本發明藉由自動地監視一半導體製程線中之至少某些製程工具的產能狀態，而可透露此種與產能有關的缺點。例如，半導體廠經常採用以月為單位監視設備群組的產能之方式，此種方式可能因整體群組的變化性而掩蓋了特定工具的某些嚴重產能缺點。與傳統的方式相反，可至少自動收集工具訊息，而決定與個別工具的產能或者甚至是單一製程工具的個別實體的產能相關之在統計上有顯著性的工具參數，然後可自動記錄並處理該等工具參數，以便得到工具或者甚至是實體層級的大致連續之資料流，而可評估與製程工具的產能有關之現有績效。可根據這些與產能相關的績效結果，而啟動進一步的控制行動，且可根據自動化控制常式(control routine)及(或)操作員的互動而完成該等控制行動。此外，可根據對與產能相關的績效之評估，而識別高績效及低績效的工具，以供進一步的製程最佳化，其中可根據工具及實體的動態模型，且(或)根據因監管製造執行系統而被記錄的工具訊息及(或)製程資料，而決定對應的“標準”。
第1a示意圖示出半導體廠的製造環境(150)。環境(150)可包含複數個製程工具(110)、(120)、及(130)，可配置該等製程工具，以便執行製造指定結構的半導體裝置所需之製程步驟序列。應當了解，該複數個製程工具(110)、(120)、及(130)可能不必然代表載有該半導體裝置的基材之循序通過的各製程工具，而是也可能代表可以平行方式處理半導體裝置的各半導體工具，其中一個或多個工具(110)、(120)、及(130)可執行具有可適應不同類型的待處理半導體裝置的不同工具組態之類似製程。在其他的情形中，當製程工具(110)、(120)、及(130)因該等工具(110)、(120)、及(130)執行的製程之複雜性以及由這些工具處理的不同產品之多樣性而被視為一群組時，製程工具(110)、(120)、及(130)可代表任何工具群組，而該工具群組可形成具有與工具(110)、(120)、及(130)的整體產能有關的顯著變化性之“功能”單元。我們應進一步了解：術語“製程工具”意指其中包括諸如檢驗工具、以及用來收集電氣資料的量測工具等工具之任何度量工具(此種度量工具一般用於半導體製程線，以便產生所謂的線上量測資料)。例如，製程工具(110)可代表微影製程站，該微影製程站又可包含一個或多個微影工具、一個或多個顯影製程站、一個或多個光阻塗佈製程站、以及任何其他的曝光前及曝光後處理站。當工具(110)、(120)、及(130)代表大致循序配置的設備群組時，工具(120)然後可代表諸如組態成決定由製程工具(110)形成的光阻特徵部位的關鍵尺寸(critical dimension)之量測工具。製程工具(130)可代表組態成根據由工具(120)所量測的光阻特徵部位而形成對應的微結構特徵部位之先進蝕刻系統。可了解的是，在每一製程工具(110)、(120)、及(130)中執行的每一製程都是相當複雜的，且可能需要精密的製程管制機構，用以在製程工具(130)的輸出端上提供在指定製程範圍內的微結構特徵部位。然而，因為工具(110)、(120)、及(130)可能必須處理各種不同的半導體裝置，需要不同類型的製程配方，且該等製程配方又可能被持續地改進及調整，所以工具(110)、(120)、及(130)的整體產能可能會有顯著地變化，且因而使整個工具序列有較高的與產能相關之變化性，此種狀況可能會掩蔽了工具(110)、(120)、及(130)中之某一工具或某一工具的任何特定組件之顯著產能下降。此外，在傳統上，決定製程工具(110)、(120)、及(130)中之每一製程工具的工具狀態(該工具狀態可用來指示與指定工具組態有關的高產能或低產能之狀態)是極端困難的。
製程工具(110)、(120)、及(130)中之每一製程工具通常包含也稱為實體(entity)的複數個組件，且該等組件可代表被視為集束型工具(cluster tool)時的製程模組或製程室、機械手臂基材送料機、以及載入機(load port)等的組件。例如，工具(110)可包含用來載入基材之載入機(111)(本文中亦有稱為“實體(111)”)、用來卸下處理後的基材之卸下機(113)(本文中亦有稱為“實體(113)”)、以及一個或多個製程模組(112)。同樣情況，工具(120)可分別包含製程模組實體(122)(本文中亦有稱為“製程模組(122)”)、以及載入及卸下實體(121)及(123)。最後，工具(130)可包含載入及卸下實體(131)及(133)、以及一個或多個製程模組實體(132)(本文中亦有稱為“製程模組(132)”)。
應當了解，工具(110)、(120)、及(130)的該等實體中之每一個實體本身可由一個或多個實體所構成，其中通常可將實體視為其活動可被個別控制及監視的製程工具之一部分。例如，一集束型工具可具有基材載入機，該基材載入機包含機械手臂送料裝置，該機械手臂送料裝置包含該基材載入機的正確作業所需之複數個周邊組件，其中並未提供可接觸這些周邊組件的外部入口。在此種情形中，可將該基材載入機視為一個別的基本實體，這是因為諸如當該基材載入機正在處理時或處於閒置模式時，可經由工具訊息而觀測到該基材載入機之製程狀態，然而無法根據工具訊息而觀測該等周邊組件的現有狀態。因此，當提及自指定的製程工具接收“實體”層級的資料或資訊，此即意指偵測到至少某些實體的製程狀態，因而以大致持續之方式提供了與製程工具(110)、(120)、及(130)的個別功能有關之增強“決定(resolution)”。此外，製程工具(110)、(120)、及(130)中之每一製程工具都包含個別的介面(114)、(124)、(134)，該等介面組態成可與監管系統、操作員、或其他製程工具及周邊組件通訊。
在所示之實施例中，製造環境(150)包含製造執行系統(140)，且通常係在半導體廠中設有該製造執行系統(140)，以便以協調製造環境(150)內的各種流程之方式管理各資源、原料、製程工具、以及製程配方等項目。因此，製造執行系統(140)可自該複數個製程工具(110)、(120)、及(130)接收特定工具資訊，並可回應製程要求，及(或)回應所得到的該特定工具資訊，而將對應的指令發出到製程工具(110)、(120)、及(130)中之一個或多個製程工具。此外，製造環境(150)包含系統(100)，用以自動監視及(或)控制製程工具(110)、(120)、(130)的與產能相關之特性。系統(100)包含連接到個別工具介面(114)、(124)、(134)的介面(101)，用以至少自工具(110)、(120)、及(130)中之一個或多個工具接收特定工具資訊。在一個例示實施例中，可將介面(101)組態成可接收標準SEMI設備通訊標準(SEMI Equipment Communication Standard；簡稱SECS)訊息，因而提供了與多種半導體製程工具進行資料傳輸的可能性，這是因為大部分的這些工具都支援對應的通訊協定。在又一例示實施例中，介面(101)可進一步組態成自製造執行系統(140)接收製程資料，而在其他的實施例中，介面(101)與介面(114)、(124)、(134)及製造執行系統(140)間之資料傳輸可以是雙向的，以便可在系統(100)與製程工具(110)、(120)、及(130)及(或)製造執行系統(140)之間直接傳送產能相關資料及控制資料。我們當了解，製造執行系統(140)亦可完全提供工具資料，因而只要將工具訊息提供給製造執行系統(140)，即可不需要將介面(101)直接連接到個別的工具介面(114)、(124)、(134)。
此外，系統(100)包含自動化產能控制器(102)，該自動化產能控制器(102)連接到介面(101)，且其組態成：根據自製程工具(110)、(120)、及(130)及(或)製造執行系統(140)得到的資料，而決定製程工具(110)、(120)、及(130)中之每一製程工具的與產能相關之績效特性。例如，可以用描述工具績效及可能有的該工具績效之變異的任何值來代表與產能相關之績效特性。例如，可用來得到代表性績效特性的工具參數可以是個別製程模組(112)、(122)、(132)的處理時間及閒置時間、實體(111)、(113)、(121)、(123)、(131)、(133)中之機械手臂移動時間及機械手臂閒置時間、或這些特定值的間隔。可根據這些輸入參數，而以諸如這些值的全部或部分之調整後之平均值等的適當的作業得到與產能相關之績效特性，因而產生了工具績效的量測值，並可將該量測值與不同類型的製程工具之其他績效特性比較。例如，可使諸如製程室處理時間及閒置時間等的特定製程活動與相關聯的基材送料時間相關，以便為製程工具(110)、(120)、及(130)的每一製程工具產生對每一工具(不論工具的類型為何)重要的量測值。例如，如果確認製程工具的整體產能大致被基材送料活動所支配，則對應的工具組態或工具控制軟體可能被無效率地設定，且因而可能需要重新設定組態。
可以個別實體(112)、(122)、(132)的處理時間或基材的輸入與個別製程工具(110)、(120)、及(130)對基材的輸出間之時間間隔簡單地代表其他與產能相關之績效特性。
在製造環境(150)中之系統(100)的作業期間，製造執行系統(140)可根據將要被處理的一種或多種指定產品類型而設定製程工具(110)、(120)、及(130)，使每一工具組態成：根據所指定的時程，而為到達該工具的特定基材執行特定的製程配方。在前文所述的例子中，可配合指定的光罩(reticle)而操作代表微影製程站之製程工具(110)，而可備妥代表量測工具之工具(120)，以便接收由工具(110)所處理的某些基材，而產生量測資料，然後可將該量測資料提供給工具(110)，以便可進行增強的製程管制。同樣狀況，製造執行系統(140)可對應地設定諸如代表蝕刻系統之製程工具(130)，以便可在製程模組(132)內提供適當的蝕刻化學作用。如前文所述，雖然製造執行系統(140)可根據適當指定的製程及產品要求而協調工具(110)、(120)、(130)，但是可能因所涉及的製程及工具之複雜性，而無法極有效率地預測製造環境(150)的整體績效(尤其是與環境(150)的整體產能有關之整體績效)，但縱使如此，還是可將先進製程管制策略用於工具(110)、(120)、及(130)的每一工具，且或許可將先進製程管制策略用來監管製造執行系統(140)。尤其有關對環境(150)的目前達到的產能之評估這方面，由於缺少在未設有系統(100)的傳統製造環境中通常會遇到的資訊，所以製造環境(150)中之整體產能通常會在寬廣的範圍內變化，其中不能易於建立該範圍內的變動與個別工具或實體的績效間之關聯性。
在本發明之實施例中，係將特定工具資訊自工具(110)、(120)、及(130)中之每一工具經由個別的介面(114)、(124)、(134)及(或)製造執行系統(140)而提供給系統(100)，其中可以一種大致連續之方式得到該資訊，因而可在高統計顯著性的情形下根據適度短的時間間隔而評估產能狀態。在某些實施例中，係將製程工具(110)、(120)、及(130)的每一製程工具中之諸如每一基材送料程序以及每一實體(112)、(122)、(132)中之每一製程步驟等的每一活動回報給系統(100)，以便提供在高統計顯著性的情形下得到每一工具的個別績效特性之可能性。在某些實施例中，系統(100)可進一步自製造執行系統(140)接收額外的製程資料，並可結合與工具(110)、(120)、及(130)直接相關的訊息而使用該額外的製程資料，以便根據額外的資訊而決定個別的績效特性，因而可使所決定的績效特性有較高的重要性。例如，製造執行系統(140)可提供與系統(100)可能無法直接得到的諸如原料的類型及前驅物氣體等的工具組態細節有關之資訊，及(或)製造執行系統(140)可提供與可直接或間接影響製造環境(150)的有效產能的製程策略有關之資訊。
舉例而言，為了建立所需製程條件而對任何試產(pilot)或測試基材進行的處理可能與特定製程工具的實際或“純粹”的與產能相關之績效特性不相關，但是可能對該工具的有效或“產品”產能有重大的影響，這是因為耗用在測試及試產基材的寶貴處理時間可能無法再用於處理實際的產品基材，而所考慮的工具之實際產能績效可能仍然是相當高的。因此，產能控制器(102)所決定的與產能相關之績效特性在某些實施例中可能也代表與產品相關的有效產能，因而提供了所考慮的工具的設定程序及製程策略的品質之量測值。
在根據自工具(110)、(120)、及(130)接收的訊息以及可能根據從製造執行系統(140)接收的製程資料而決定了這些工具之每一個的與產能相關之績效特性之後，可根據該等績效特性而執行適當的控制行動。例如，工具(110)的績效特性可代表每一製程模組(112)的平均處理時間，其中可採取指定時間間隔的平均值。如果每一製程模組(112)的組態是大致相同的，且將在每一製程模組(112)中執行相同的製程配方，則個別績效特性的顯著差異可指示工具的不當狀態，且可啟動諸如操作員的互動等的對應之控制行動。在其他的情形中，自動化產能控制器(102)根據績效特性而啟動的控制行動可能只是對顯示裝置、或對製造執行系統(140)、或被連接到系統(100)的任何其他監管系統進行的資料傳輸，其中對應的績效特性可予記錄且用於諸如統計分析等進一步的處理。在其他的實施例中，系統(100)可根據在相同條件下操作的複數個大致相同的實體或整個製程工具而產生根據所接收的資料而決定的用來評估績效特性之“參考”資料。例如，如果製程工具(110)、(120)、及(130)至少暫時將表示為可在相同工具組態下操作且被施加相同製程配方的大致相同之工具，則可分析被對應地決定的績效特性，以便提取“最佳的”績效資料。亦即，可針對在相同條件下操作時的工具(110)、(120)、及(130)中之每一工具而決定對應的績效特性，其中不需要同時在相同的條件下操作工具(110)、(120)、及(130)。可利用這些績效特性值而選擇代表最大績效的那些值，並可將那些值視為高績效狀態的標準。產能控制器(102)可根據這些參考資料而比較目前所決定的績效特性，且可以一種自動化的方式識別低績效的工具及高績效的工具。
在其他的實施例中，產能控制器(102)可實施標準統計製程管制(SPC)機制，以便監視及(或)控制製造環境(150)。例如，可建立通常用於SPC機制的管制圖(Control Chart)，用以指定所考慮的參數之界限，並界定失控(Out Of Control；簡稱OOC)狀況的條件。通常可以參數隨著時間的經過而離開平均值的偏差之圖形表示法呈現管制圖，而在該管制圖中係同時繪製偏差有效範圍的界限。例如，於界定將要被監視的參數之有效範圍時，經常可將正負三個標準差(standard deviation)的範圍視為適當的範圍。可在預定的時間間隔內，為一個或多個績效特性建立對應的管制圖。在一個例示實施例中，輪班改變可代表管制間隔，且因而代表用來評估產能績效及可能啟動任何控制行動的適當期間。
通常在製造環境(150)中，對任何與產能相關的問題之快速回應是較佳的，因此，可根據自製程工具(110)、(120)、及(130)接收的資料之統計顯著性而選擇甚至更短的管制間隔。在某些實施例中，可根據個別的典型產能率而為工具(110)、(120)、及(130)中之每一工具個別地選擇管制間隔。例如，需要適度高的晶圓送料活動而以基於單一基材之方式操作的製程工具可能需要比被設計成同時處理多個基材的製程工具長的管制間隔，而使得基材送料時間與處理時間之比率較低。可諸如使用系統(100)計算在較短時間期間中之複數個適當候選績效特性，而預執行適當管制間隔(亦即，用來決定個別績效特性的時間間隔)以及被管制參數的對應界限及失控狀況的界定之建立。可利用這些資料計算造成不同變異數的不同類型之平均值，以便決定諸如個別實體/製程模組的處理時間及(或)在適當時間間隔中的平均基材進/出間隔等的適當之代表性績效特性。
此外，可建立“整體性”績效特性，允許對不同類型的製程工具進行一般性的評估，以便能夠找出實際生產條件期間在製程序列內之“瓶頸”。可根據所考慮的特定工具之理想參考狀態，而建立該“整體性”績效特性。為達到此一目的，可諸如將指定工具組態下的指定工具類型之參考特性值設定為一，而以該參考特性值為基準而將與產能相關之特性標準化，因而可以小於一的值指示偏離參考狀態的任何偏差。在此種情形中，可將不同類型的工具直接相互比較，以便監視具有高度相關性的各製程工具以及具有高度不相關性的各製程工具的產能狀態之新動向。
第1b圖以示意圖方式示出根據本發明的進一步實施例的系統(100)之一部分、以及系統(100)的各組件之功能及相互關係。在某些實施例中，可由在適當的電腦系統中實施的框架(framework)之軟體工具程式構成產能控制器(102)，及(或)可以硬體及軟體組合式結構之形式實施產能控制器(102)，以便提供用來執行前文中述及的或將於下文說明中提到的程序之必須資源。例如，產能控制器(102)可包含在製造執行系統(140)中，且因而可使用製造執行系統(140)中提供的硬體及軟體資源之一部分。在其他的實施例中，可在諸如工作站或個人電腦等的任何適當之電腦系統中實施產能控制器(102)，其中可以諸如用於無線資料傳輸的通訊模組或任何其他網路結構等任何適當的形式提供諸如介面(101)等的用於資料通訊之任何周邊組件。以軟體工具程式及(或)專用硬體電路之方式實施的控制器(102)可包含用來為諸如工具(110)、(120)、及(130)等的複數個製程工具計算適當的與產能相關之績效特性C之模組(103)。此外，控制器(102)可包含用來根據工具參數而產生績效特性C的參考資料之模組(104)。
在一個特定實施例中，參考資料模組(104)可具有在該模組中實施的複數個用來代表在以所接收的工具參數表示的工具組態下之所需或“理想”工具狀態之模擬模型。例如，模組(104)可具有在該模組中實施的用來代表大量工具組態的目標或理想值的複數個績效特性C之複數個參數值。因此，模組(104)可根據接收的工具參數而識別與該等工具參數相關聯的工具組態，且因而可選擇個別績效特性C的對應之理想值，以便進一步處理工具資料，例如，與目前建立的績效特性C比較。在其他的實施例中，可實施基於實體的工具活動之數學模型，且可即時使用該等數學模型，以便建立所需的參考資料。在一個實施例中，所使用的該等模擬模型代表了各離散事件模擬模型(discrete event simulation model)，且該等事件模擬模型可為諸如製程變化性、內部基材排程、機器手臂限制、以及暫態行為等的項目建立動態工具特性模型。
可根據模組(104)提供的參考資料，而識別所考慮的工具的目前決定之績效特性C偏離該工具的理想或參考狀態之任何偏差，以便確認工具設定及(或)工具軟體程式中之任何缺點。為達到此一目的，產能控制器(102)可在一個例示實施例中包含用來實施統計製程管制機制的模組(105)，而該模組(105)可接收模組(103)及(104)的對應之輸出結果，以便產生對應的輸出資訊，該輸出資訊可直接用於工具控制行動及(或)效率評估，或者該輸出資訊可傳送到製造執行系統(140)作為進一步的控制參數。模組(105)可已經實施前文中參照第1a圖所述的任何適當之管制圖，其中可根據模組(104)中產生的參考資料而界定績效特性C的變異之對應界限。例如，如果偵測到目前所決定的特性C已偏離了對應的理想或參考值有顯著的偏差，則可產生失控事件。可根據模組(105)的輸出資訊而得到對該複數個製程工具(110)、(120)、及(130)的與產能相關之評估，因而提供了以自動化的方式識別具有高績效及具有低績效的製程工具及(或)其實體之可能性，其中可將基於實體的完整資訊用來取得具有高統計顯著性的對應之績效特性C。因此，可以不只根據在製造環境(150)中處理的半導體裝置之品質，而且也根據系統(100)所建立的與產能相關之特性，而執行製程最佳化，因而有助於在較低生產成本下得到較高的生產良率。
因此，本發明提供了一種以自動化的方式評估製造環境的產能特性之新技術，其中可在複數個製程工具的實體層級上收集特定工具資訊，因而在適度短的時間間隔內提供了高統計顯著性。因此，甚至可偵測到製造環境中之隱約的與產能相關之問題，且可於識別對應的產能降低時，立即啟動對應的控制行動。於評估複數個製程工具的與產能相關之績效特性時，可將諸如以標準SECS訊息的形式提供的適當之工具資訊，可能結合有自製造執行系統接收之製程資料，用來自動地計算於實體層級的績效特性。可根據該資料而將統計製程管制機制用來可靠地監視及(或)控制或監管設備績效。可將根據工具資訊而計算出的該等績效特性與可以理論模型及(或)實驗資料取得的對應之參考資料比較，以便識別設定以及所涉及的製程工具的控制軟體中之缺點。此外，可使用自製造執行系統得到的製程訊息而建立工具組態、控制演算法、與製程配方間之關聯性，以便確認一個或多個這些因素中之甚至為隱約的缺點。因此，在某些實施例中，提供在實體層級上自動收集的且與產能特性相關的設備績效、以及諸如以動態模擬法(dynamic simulation)得到的參考資料與實際設備績效間之偏差結果，作為SPC系統的輸入，以便識別低績效及高績效的設備及(或)實體。
前文所揭示的該等特定實施例只是供舉例用，這是因為熟習此項技術者在參閱本發明的揭示事項之後，可易於以不同但等效之方式修改並實施本發明。例如，可按照不同的順序執行前文所述的該等製程步驟。此外，除了最後的申請專利範圍所述者之外，不得將本發明限制在本說明書所示的結構或設計之細節。因此，顯然可改變或修改前文所揭示的該等特定實施例，且將把所有此類的變化視為在本發明的範圍及精神內。因此，本發明所尋求的保護係述於最後的申請專利範圍。
100．．．系統
101,114,124,134．．．介面
102．．．自動化產能控制器
103．．．績效特性計算模組
104．．．參考資料模組
105．．．統計製程管制模組
110,120,130．．．工具
111．．．載入機
112．．．製程模組
113．．．卸下機
121,123,131,133．．．實體
122,132．．．製程模組實體
140．．．製造執行系統
150．．．環境
參閱前文中之說明並配合各附圖，將可了解本發明，在這些附圖中，相同的代號識別類似的元件，且在這些附圖中：第1a圖係示意圖示出一種根據本發明的例示實施例之以自動化方式監視及(或)控制複數個製程工具的產能之系統；以及第1b圖係更詳細示意圖示出一種根據本發明的進一步例示實施例之自動化產能控制器(ATC)。
雖然本發明易於作出各種修改及替代形式，但是該等圖式中係以舉例方式示出本發明的一些特定實施例，且已在本說明書中說明了這些特定實施例。然而，我們當了解，本說明書對這些特定實施例的說明之用意並非將本發明限制在所揭示的該等特定形式，相反地，本發明將涵蓋最後的申請專利範圍所界定的本發明的精神及範圍內之所有修改、等效物、及替代。
100．．．系統
101,114,124,134．．．介面
102．．．自動化產能控制器
110,120,130．．．工具
111．．．載入機
112．．．製程模組
113．．．卸下機
121,123,131,133．．．實體
122,132．．．製程模組實體
140．．．製造執行系統
150．．．環境
Claims (25)
- 一種自動化產能控制系統，包含：組態成自複數個製程工具接收製程訊息之介面；以及產能控制單元，該產能控制單元連接到該介面，並且組態成為該複數個製程工具的每一製程工具自動地決定與產能相關之績效特性及識別具有超出指定績效範圍的被決定的績效特性之顯著性之製程工具，其中藉由包含處理時間及閒置時間的工具參數或該處理時間及閒置時間之特定值的間隔得到該與產能相關之績效特性。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其中該等製程訊息包含與該複數個製程工具中之至少一個製程工具的製程室處理時間、製程室閒置時間、基材送料機處理時間及基材送料機閒置時間的至少其中之一相關的特定工具資訊。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其中該介面進一步組態成自製造執行系統接收製程資料，而該製程資料係與該複數個製程工具中之至少一個製程工具有關。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其中該產能控制單元包含統計製程管制部分，該統計製程管制部分組態成根據該等被決定的績效特性而識別具有顯著性之該製程工具。
- 如申請專利範圍第4項之系統，其中該統計製程管制部 分具有在該部分中實施的管制圖，用以指定該等績效特性中之至少一個績效特性的有效範圍。
- 如申請專利範圍第5項之系統，其中該管制圖組態成界定對該至少一個績效特性的失控狀況。
- 如申請專利範圍第1項之系統，其中該與產能相關之績效特性復包括該工具參數的全部或部分之調整後的平均值，以產生工具績效的量測值與不同類型的製程工具之其他與產能相關之績效特性比較。
- 如申請專利範圍第7項之系統，其中該至少一個績效特性代表由該複數個製程工具中之至少一個製程工具處理的基材之整體處理時間。
- 如申請專利範圍第4項之系統，進一步包含工具模擬模型，該工具模擬模型組態成提供模擬結果，該模擬結果代表對於指定工具組態的該複數個製程工具中之一個或多個製程工具的至少一個實體的理想行為。
- 如申請專利範圍第9項之系統，其中該統計製程管制部分組態成接收該等模擬結果，並根據該等模擬結果而識別具有顯著性之該製程工具。
- 一種操作自動化產能控制系統之方法，包含下列步驟：以產能控制單元從用於製程線的複數個製程工具接收製程訊息；根據該等製程訊息，而為該複數個製程工具的每一製程工具決定與產能相關之績效特性，其中藉由包含處理時間及閒置時間的工具參數或該處理時間及閒置時 間之特定值的間隔得到該與產能相關之績效特性；以及識別具有超出指定績效範圍的被決定的績效特性之顯著性之製程工具。
- 如申請專利範圍第11項之方法，其中該等工具訊息包含與該複數個製程工具中之至少一個製程工具的製程室處理時間、製程室閒置時間、基材送料機處理時間及基材送料機閒置時間的至少其中之一相關的特定工具資訊。
- 如申請專利範圍第11項之方法，進一步包含下列步驟：從製造執行系統接收製程資料，該製程資料係與該複數個製程工具中之至少一個製程工具有關。
- 如申請專利範圍第13項之方法，其中係將至少對一預定製造時間間隔的所有工具活動之資料提供給該產能控制單元，以便增強該等績效特性的統計顯著性。
- 如申請專利範圍第11項之方法，進一步包含下列步驟：根據該等績效特性而執行對該複數個製程工具的控制。
- 如申請專利範圍第15項之方法，其中執行對該等製程工具的控制之該步驟包含下列步驟：根據統計製程管制機制而控制該等製程工具。
- 如申請專利範圍第16項之方法，其中根據該統計製程管制機制而控制的該步驟包含下列步驟：實施管制圖，該等管制圖指定該等績效特性的有效範圍。
- 如申請專利範圍第17項之方法，其中該等管制圖界定對該複數個製程工具中之每一製程工具的失控狀況。
- 如申請專利範圍第17項之方法，其中係根據小於或等於容納該製程線的生產設施的輪班改變的時間間隔之抽樣時間而執行根據該統計製程管制機制的該控制作業。
- 如申請專利範圍第11項之方法，進一步包含下列步驟：將為指定工具組態而決定的該等績效特性與個別的參考資料比較。
- 如申請專利範圍第20項之方法，其中係自該複數個製程工具中之每一製程工具的動態模型得到該等參考資料。
- 如申請專利範圍第20項之方法，其中係自先前決定的績效特性得到該等參考資料。
- 如申請專利範圍第20項之方法，進一步包含下列步驟：根據該等績效特性以及該比較的結果而識別具有顯著性的製程工具。
- 如申請專利範圍第21項之方法，其中該動態模型是對於該指定工具組態的該等製程工具之離散事件模型，而該模型代表對於該指定工具組態的理想製程工具行為。
- 如申請專利範圍第11項之方法，其中決定該與產能相關之績效特性復包括決定該工具參數的全部或部分之調整後的平均值，以產生工具績效的量測值與不同類型的製程工具之其他與產能相關之績效特性比較。
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