TWI417715B - 用於製程真空環境之電子診斷之系統及方法 - Google Patents

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Description

用於製程真空環境之電子診斷之系統及方法
本發明係關於一種用於製程真空環境之電子診斷之系統及方法。
在該製程腔室內之許多半導體及塗佈製程需要前後一致、可重現、高品質之真空環境。這類真空環境對於製程最佳化、工具利用及良率係重要的。最佳的製程真空環境不會有洩漏、污染及排氣；並具有依照所指定地進行操作之所有構件及子系統。
用於診斷這類系統中之真空構件的問題之一些習知技術係牽涉到模式辨認及統計方法。模式辨認技術需要產生構件失效並測量該些伴隨之情況。統計技術係測量所有相關參數並試著找出該些參數中的一些參數與構件失效間的關聯性。
一種方法及系統係被提出以用於辨識與例如一半導體製程叢集工具之工具有關之真空環境中的真空品質問題的來源。真空環境資料係被收集並儲存；而在該真空環境內之一異常現象被辨識出。在該異常現象很可能發生時之一工具構件的操作狀態係被判斷出。接著，根據該異常現象很可能發生時之一真空環境狀態與該工具構件的操作狀態來判斷該真空品質問題的來源。該真空環境狀態係由例如該環境內之絕對壓力、基礎壓力、壓力上升率及氣體種類與位準之壓力測量所定義。該工具構件之操作狀態係由製程設備、例如是風箱及密封件之真空隔離構件、及例如是接至真空泵之閘閥之接至真空設備之界面的狀態所定義。
判斷該真空品質問題的來源可進一步根據例如一低溫泵、渦輪泵或其它真空抽取構件之真空設備狀態而定。也可根據該真空環境狀態歷史、工具狀態歷史及真空設備歷史而定。
該異常現象之辨識可包含即時測量分析、一真空環境歷史及/或一工具狀態歷史。可包含分析由壓力上升率、基礎壓力、基礎壓力趨勢、殘餘氣體分析、操作壓力、操作壓力歷史及壓力回復曲線所構成族群中的一或多個測量。該異常現象可為基礎壓力的變化或是壓力上升率的變化。
該異常現象可被辨識，且它的來源可藉由自動資料分析方式來判斷出。在故障前辨識出異常現象來源係使得預防性的維修成為可能的。該真空品質問題的來源之自動電子通知也可藉由一自動電子郵件方式提供給負責維修該設備之服務人員。
該判斷真空品質問題的來源之步驟可進一步根據一般性工具操作狀態而定，其可包含由閒置、關閉、合格、抽真空及處理中所構成的族群中的一狀態。該工具構件的操作狀態可由感測該工具構件的操作狀態或分析該真空環境資料而判斷出。
在一實施例中係提出載有用以辨識與一工具有關之真空環境中的一真空品質問題的來源之一或多個指令序列之電腦可讀取媒體。以一或多個處理器執行該一或多個指令序列係使得該一或多個處理器執行下列步驟：收集及儲存真空環境資料；辨識該真空環境內之一異常現象；判斷在該異常現象很可能發生時之一工具構件的操作狀態；以及根據該異常現象很可能發生時之一真空環境狀態與該工具構件的操作狀態來判斷該真空品質問題的來源。
本發明之較佳實施例之說明如下。
本發明係提出一種用於製程真空環境之自動錯誤偵測及分類之方法，其找到在半導體及塗佈製造中特定的用途。該方法可提供由系統層級向下至元件層級的根本原因分析。因為其預測的可能性，該方法可在製程、良率及產量受到影響之前先對錯誤進行分析及校正。因為生產只在已排定的消耗品置換時被暫停，故非預期的停工期被減至最小。
第1圖顯示根據本發明之一實施例將一半導體叢集工具1001使用於一電子診斷系統。該叢集工具1001之製程腔室1002、1003、裝載鎖1004、1005、傳送腔室1006及其它構件配備有各種感測器，包含壓力、溫度、水流及其它感測器。來自這些感測器之感測器輸出線1010－1014被饋至一工具控制器1018。根據本發明之一實施例，類比診斷線1019－1023被使用以分接至該些感測器輸出線中並將該些感測器輸出饋至一或多個診斷通訊單元1027－1030。接著，該些診斷通訊單元1027－1030轉換該些類比感測器輸出成為數位信號並將這些信號透過數位診斷線1035－1038饋至一診斷本地伺服器1o43。雖然第1圖中顯示四個通訊單元1027－1030，但大體上可以有任意數量的這類通訊單元1027－1030。可以是每一個腔室1002－1006具有一個通訊單元1027－1030，且每一個本地伺服器1043(例如，每一個本地伺服器有高達五十個通訊單元)具有許多通訊單元1027－1030。另外，在腔室1002－1006數量與通訊單元1027－1030數量間不需有一對一的關係。許多不同的電纜接線及資料傳送安排也可被使用，且所示之感測器輸出線1010－1014、類比線1019－1023及數位線1035－1038中的每一個可載有多個不同的信號。此外，應了解的是，可載有轉換後之感測器輸出信號之數位線可直接由工具控制器1018接通至該本地伺服器1043，藉以避開使用該些通訊單元1027－1030、類比線1019－1023及/或數位線1035－1038中的一些或全部的需求。
第2圖顯示根據本發明之一實施例的用以執行傳送自第1圖系統之資料的電子診斷之資料處理設備之安排。來自該診斷本地伺服器2043(對應至第1圖之本地伺服器1043)之資料透過一例如是網際網路之通訊網路2044被傳送至一組中繼電腦2045。來自該本地伺服器2043之傳輸可例如以一電子郵件附件的形式透過網路2044至該些中繼電腦2045。該本地伺服器2043可位於與第1圖之叢集工具1001相同的場所，並可透過網路2044將資料送至第2圖中位在進行該資料分析所在場所之其它資料處理設備。自本地伺服器2043送出之資料被解封包地送入中繼電腦2045並存入資料庫2046－2048，其可於典型的資料倉儲設備上操作。電腦系統接著可使用由資料庫2046－2048所儲存之資料以產生一分析2049及該分析結果的顯示2050，並送出電子式通知2051。此外，一些初步分析可由第1圖之本地伺服器1043來執行，其取代伺服器2043送出通知或除了由伺服器2043送出通知外，也可直接送出一些通知(例如，透過網路2044或另一通訊連結)。在一些實施例中，下面所述之所有分析及通知也可由本地伺服器1043來執行；儘管典型地第2圖之安排可被使用。
通知2051可被送至一操作第2圖之資料處理設備的公司之客戶，並送至在現場之客戶的支援工程師。這類自動通知2051可例如採用一電子郵件形式來送至一客戶或一客戶的支援工程師，其以指令來調整第1圖之真空製程設備之操作參數或換掉該真空製程設備中之一構件。更大致而言，一通知可包含問題及所推薦校正動作之陳述。為了產生該分析2049，在一電腦系統上執行的電腦可讀取碼被使用以清查送至資料庫2046－2048之資料並尋找位在該資料內的特定數量關係。
在某類型分析中，一處理器尋找指示著“閘閥被關閉”及“狹縫閥被關閉”之信號。當這些信號中的兩者係為“真”狀態時，其被推論為該腔室被隔離，而該處理器查看自該工具1001所傳送之壓力對時間資料並導出該工具1001中的一腔室之壓力與時間之間的關係。在此方式中，一處理器被使用以根據來自該些通訊單元1027－1030及/或該主工具之資料來推論該工具1001中的一腔室狀態。在該壓力對時間資料例中，例如，可有三種狀態被推論：外洩、排氣或無洩漏。這個狀態可由工具1001中的一腔室之物理知識及該些感測器輸出1010－1014之值導出。根據該推論狀態，該系統導出在工具1001中錯誤發生地點之分析，並可接著推薦適當的校正動作。例如，當該閘閥被關閉時，一通知可根據壓力上升率對時間的分析而被送出。下面之這類通知被稱為一腔室上升率通知。當該真空泵閘閥被關閉且其它閥全部保持關閉時，一腔室上升率分析被執行，並可描述該真空腔室內之洩漏及排氣的特徵。上升率限制可針對每一個別客戶而被建立並被使用做為觸發一例外通知之基礎。
另一類型分析仰賴該工具1001中的一腔室之基礎壓力之判斷而定。第3圖顯示一製程/回復循環期間的整段時間由本地伺服器1043所接收到的可被使用以判斷一基礎壓力之壓力及狹縫閥信號。以托爾為計量單位之壓力以對數大小被顯示於y軸上，而時間在x軸上(本例中，壓力自10－ 1 0 托爾往上達到10－ 1 托爾，而時間大略延伸在三分半鐘)。一Convectron真空計壓力被繪製於3075，一離子真空計壓力被繪製於3058，而一狹縫閥狀態信號被繪製於3059。這些信號可在1Hz取樣率(舉例而言)下進行收集。如同用於該腔室上升率通知所執行之分析中，第3圖之分析由導出該工具1001中的一腔室之狀態開始。第3圖顯示一系列製程/回復循環，其中，一回復階段3053跟在一製程階段3052之後。一電腦處理器(例如，與第2圖之資料處理設備相關)可如3060所示地藉由偵測一達到其基本值之Convectron真空計壓力來判斷該製程階段3052之結束。此外，該電腦處理器可藉由觀察該狹縫閥狀態以判斷該些製程/回復循環之循環次數，其關閉該製程階段期間之3054，並將在該回復階段期間之3055及3056這兩次打開。此外，該電腦處理器可暗示在3061處之離子真空計壓力大增以偵測出該回復階段3053之開始。根據例如這些信號特性，該電腦處理器可判斷該些製程階段持續期間及每一個製程階段啟始及停止之次數，並判斷來自無製程時間之回復階段持續期間。該電腦處理器接著可於一回復階段期間求取該壓力對時間關係3062，並使用一契合曲線方程式(例如具有一常數之負指數)以最接近地契合該曲線。藉由外推該曲線至未來，該電腦處理器接著可估測該系統之基礎壓力，其將會是若允許該腔室經過長時間(例如二十四小時)慢慢地排空時的壓力。
根據第3圖所示之資料，該電腦處理器可每天繪製所判斷出之基礎壓力；判斷基礎壓力是否已增加；以及判斷上述之增量是否大於一客戶指定的限制。若大於的話，該電腦處理器可送一自動通知2051，例如，一具有Excel檔報告附件之電子郵件，以指示該基礎壓力已增加超過該客戶指定的限制。例如，該Excel檔報告可提供在一例外被偵測的前後所執行之繪圖及計算，其可被使用於診斷中。根據基礎壓力上的增加所產生之這類通知在此係為已知之複合基礎壓力通知。該複合基礎壓力通知也可伴隨著上述根據該腔室上升率技術所進行之診斷。例如，除了指示該基礎壓力已上升超過該可接受的限制之複合基礎壓力通知外，該腔室上升率分析還可指示有一外部洩漏。更大體而言，該複合基礎壓力及腔室上升率通知可傳送給客戶不同的值，其視該客戶使用之工具1001而定。例如，一些客戶可能關閉該閘閥及該狹縫閥一天一次，藉以觸發一腔室上升率通知；而其他人則以不同的時間間距來進行上述動作。另一方面，儘管一複合基礎壓力分析係一直執行，其不會觸發一複合基礎壓力通知，直到該基礎壓力之增量超過客戶之複合基礎壓力限制。當該腔室上升率分析與該複合基礎壓力分析被收到時，兩者可被結合，其中，來自該腔室上升率分析之上升率可提供有關該基礎壓力(根據系統之基本的物理學)有何變化之估測。因此，在此所揭示之診斷技術可被結合以產生有用的診斷以供一特定客戶使用。
一排氣至大氣分析可被執行。尤其，根據第3圖之Convectron真空計資料3057所執行之電子分析，該系統可於一腔室在例如前二十四小時之特定時段內進行排氣至大氣壓力時進行偵測。若排氣後之下降壓力特徵係大於一特定限制，一自動電子通知可被送至一客戶以建議檢查所有受到影響之閥。
第4圖係使用於腔室的上升率分析中之資料圖，以判斷可能的系統狀態。該圖形顯示以y軸為壓力且x軸為時間而於該腔室上升率分析所收集之各種可能的壓力對時間軌跡。若該壓力上升率係隨曲線4063漸增，則該腔室上升率分析可斷定為一系統構件具有一洩漏或排氣並隨時間漸增(此幾乎未曾被觀察到)。若該壓力上升率如曲線4064係為具有一大於一客戶指定的限制4065之上升率值之常數，則該腔室上升率分析可斷定為一系統構件具有一大於該客戶限制之固定大小之洩漏。若該壓力上升率如曲線4066係為具有一小於一客戶指定的限制4065之上升率值之常數，則該腔室上升率分析可斷定為一系統構件具有一小於該客戶限制之固定大小之洩漏。另一方面，在開始時壓力軌跡增加，但接著如曲線4067中所示變平，則該腔室上升率分析可斷定為一系統構件被污染，例如，在該製程腔室壁上有污染時。本例中，在該腔室被關閉後，該污染逐漸蒸發、被抽離，並如曲線4067所示地，該壓力取得平衡。最後，曲線4068係一理想完美腔室之軌跡，任何時間皆具有固定壓力。一腔室上升率分析可被執行以根據例如第4圖那些壓力軌跡來診斷該系統(或一系統構件或子系統)狀態。一通知接著可被送至一客戶，以指示這類分析結果。例如，一通知可根據所示之例如曲線4064之壓力對時間軌跡之分析來指示一超過客戶指定的限制之固定大小之洩漏正發生於一特定構件中，該感測器資料係從該特定構件傳送出。根據本發明之一實施例，該腔室上升率分析可包含判斷與時間相關(例如第4圖之函數)之壓力函數之一第一導數，並選擇性地於一通知報告中提供該導數繪圖。該壓力函數之導數(或一第二導數或其它分析函數)可被使用以診斷該系統構件狀態，以產生上述的客戶建議。此外，一第一或第二導數或一曲線契合可被使用以區別洩漏與排氣。
第5圖顯示由本地伺服器1043所接收用以進行電子診斷以判斷一晶圓承載台風箱中具有一洩漏之一系列信號。以托爾為計量單位之壓力以對數大小被顯示於y軸上，而時間在x軸上(本例中，壓力自10－ 9 托爾往上達到10－ 2 托爾，而時間延伸三分鐘)。一Convectron真空計壓力被繪製於5057，一離子真空計壓力被繪製於5058，一狹縫閘狀態信號被繪製於5059，一晶圓加熱器信號被繪製於5069，而一晶圓承載台信號被繪製於5070。一電腦處理器(與例如第2圖的資料處理設備有關)可藉由分析該本地伺服器1043所接收之資料來診斷一晶圓承載台風箱洩漏。
第5圖所記錄之信號關係到發生於工具1001的一腔室中之物理性動作。其信號記錄於5059之狹縫閥係打開以允許一半導體晶圓於事件5055及5056處自該晶圓操縱器移入或移出該製程腔室。在該晶圓被移入該製程腔室時，移動其信號記錄於5070及5069之晶圓承載台及晶圓加熱器。如第5圖所示，在5072打開該狹縫閥以在該晶圓進入該製程腔室之前，該晶圓加熱器信號5069先於5071處記錄向下移動之晶圓加熱器。在該狹縫閥於5056處完成第二次打開及關閉後，該晶圓加熱器於5073處向上移回。
一循環過程係如下。首先，在一製程階段5052，該晶圓加熱器及該晶圓承載台將該晶圓固定在該製程腔室內之製程位置上。在該製程結束後，氣體被抽出該腔室，且該晶圓加熱器於5071處向下移動。該晶圓仍留在該承載台上。該狹縫閥接著於5072處打開，而一機器手臂移至該製程腔室內。該晶圓承載台接著於5074處向下移動，將該晶圓留在該機器手臂上。該機器手臂接著移出該製程腔室外，而該狹縫閥接著於5075處關閉。該機器手臂接著拾起該製程腔室外的一個新晶圓。該狹縫閥於5076處再打開。該晶圓承載台於5077處向上移動，以取得該新晶圓。該晶圓加熱器接著於5073處向上移動，將該新晶圓固定在該製程位置上，並再度開始該循環。
由本地伺服器1043所接收並展示於第5圖之信號可由資料處理設備(如同第2圖中所示者)進行解譯，以判斷該晶圓承載台風箱中之洩漏。如在5078處所示，離子真空計壓力有一急降，其與該晶圓承載台於5077處向上移動所處循環中的那點一致。藉由辨識在5078處的異常壓降，並且使此壓降時序與5077處的晶圓承載台之上升產生關聯，可判斷該晶圓承載台風箱中具有一洩漏。(在本特定例中，該晶圓承載台風箱在向下位置中洩漏較多)。這個判斷接著可被轉換成一自動電子通知並連同一用以採取適當校正動作之建議一起送至一客戶。本結論可由第5圖資料之其它分析來補強，例如，藉由判斷出較正常速率稍慢之速率的壓力下降5062來補強。
在本方式中，自該叢集工具1001所收集之診斷資料可被使用以診斷與一特定構件(在此為該晶圓承載台風箱)有關之真空問題，並建議校正動作。其它構件可由大致類似的方式來辨識；例如，與該晶圓加熱器移動一致之類似的異常壓降可被使用以診斷一加熱器風箱之洩漏。可被辨識之其它洩漏可包含o形環、狹縫閥風箱、閘密封物及背面加熱器氣體歧管中的洩漏。在一範例中，一o形環洩漏可藉由觀察每一天所測量之一鋁製程腔室中基礎壓力之增重來辨識。例如，可在一指定日打開該腔室後開始觀察這類增量。一但該客戶被通知，可閒置該工具並更換該o形環。
以本方式辨識與特定構件有關之問題之能力有助於在昂貴的設備故障及非預期的停工期發生前，先阻止它們的發生。例如，在習知技術中，一些半導體製造商曾經運轉它們的風箱至故障為止。該叢集工具1001接著被停止。因為該問題係未知，故該製造商通常重新開啟該低溫泵(而不是查看該些風箱)，其可能用掉四小時；接著，同樣的問題又發生。當問題被診斷出時，可能會損失幾天，而產量下降。該離子真空計被排氣，其損失半小時。即使執行一洩漏檢查，在高溫下且許多接線擋住通道，要找出該些風箱之位置是不便的。因此，用到故障並執行故障後診斷之習知技術對製造商而言是代價高的。製造商可代之以在一特定構件故障前先預測其將被替換的需求，因而避開高代價的問題。即使對於那些常常更換易發生錯誤的構件之製造商而言，可藉由及時維修那些構件來降低成本，以取代太過頻繁地替換該些構件這方面的錯誤。
因此，提供一種在異常發生時根據製程真空環境狀態來辨識製程真空環境中之真空品質異常來源之有用的預測方式。
第6圖顯示說明一電子診斷方法操作之錯誤分析流程圖。根據伺服器1043所接收之資料執行一叢集工具1001之診斷分析之電腦處理器可例如根據第6圖的流程圖操作電腦碼以判斷該工具1001中的那個特定構件的作用不良。也可根據那些熟知此項技術之人士所能理解之類似觀念來使用其它診斷技術以不同的特定步驟來操作該碼。錯誤分析不是開始於步驟6079之基礎壓力增量之觀察，例如一複合基礎壓力分析；就是開始於步驟6080之上升率限制的違反行為或異常傾向之觀察，例如，一腔室上升率分析。若步驟6081之基礎壓力增量係隨時間而增加，則由步驟6082－6086之一系列查詢判斷是否有步驟6089之鬆動的密封物或配件、步驟6090之風箱或其它操縱器、步驟6091之氣體線洩漏或大量流動控制器關閉閥之錯誤，或具有一泵、氦歧管或壓縮機問題。
步驟6082－6086之查詢係有關於步驟6082之是否具有瞬變現象；該瞬變現象是否與步驟6083之製程循環、步驟6084之閥狀態或步驟6085之氣流(壓力)產生關聯；以及步驟6086中之溫度是否增加。如第6圖箭頭所示，該些結果(由第6圖之Y或N符號所表示之是或否)判斷該診斷輸出為步驟6089－6092之錯誤的其中之一。若步驟6082之基礎壓力不隨時間增加時，則步驟6093－6098所見之其它查詢係被使用，且可能導引至步驟6099之o形環或密封物問題或步驟6000之低溫通風或閥密封問題之可能的診斷。步驟6093－6098之查詢係有關於步驟6092之是否具有瞬變現象；該瞬變現象是否與步驟6094之製程循環、步驟6095之閥狀態或步驟6096之氣流(壓力)產生關聯；以及是否有步驟6097之近期腔室通風或計畫性維修或步驟6098之近期重新操作。
若步驟6079之基礎壓力未增加，則步驟6001之電腦處理器判斷晶圓間回復壓力或診斷壓力是否增加；若增加，在步驟6081後進行一類似查詢列，若未增加，步驟6002之錯誤可以是一錯誤警示。
當具有步驟6080之違反上升率限制時，步驟6003－6006之查詢係被使用，包含步驟6003之是否有洩漏、步驟6004之是否有排氣、步驟6005之是否有一近期腔室通風或計畫性維修、及步驟6006之是否已安裝一新構件。該處理器根據在此所述的分析技術對於這些查詢所判斷出的答案係被用來判斷步驟6007之是否有受污染的晶圓或是步驟6008之是否有受污染的測試晶圓。
在某些位置6009、6010下，該處理器的分析不能判斷錯誤原因，但可給予一需要人為(不是自動的)分析之通知。
一自動系統可在各構件被修復後不斷檢查該系統狀態及執行效率，以確保正確的問題被診斷出來而該修復發揮作用。
第7圖顯示由一本地伺服器接收自一植入製程所產生之信號並根據本發明之一實施例進行電子診斷之壓力對時間信號。一電腦處理器(與例如第2圖所示資料處理設備有關)可藉由分析該本地伺服器所接收之資料來診斷該植入製程中一受污染之低溫泵。類似類型之分析可被執行以診斷如上所述用於PVD(物理氣相沉積法)工具之植入製程。如第7圖中之壓力對時間資料被收集並可藉由類似於上述之腔室上升率分析及複合基礎壓力分析之程序來分析。
因為一植入製程之不同本質之故，不同的分析也可被使用。在一植入中，一離子束係相對於一半導體晶圓表面來移動以改變它的化學/電性特性。因為在該晶圓表面上具有一光阻材料，該離子束能量在該植入腔室內產生各種碳氫化合物污染。本方式所產生之碳氫化合物污染會妨礙該腔室中所出現之氫氣及其它氣體之吸收。該腔室中的泵之氫氣補捉能力下降，而該泵需要維修服務。
為了偵測這類錯誤，該系統可使用類似上述之基礎壓力分析，以在該基礎壓力超過一客戶指定的限制時送出一通知。另外，一電腦處理器可分析該壓力－時間曲線下方之區域，例如第7圖陰影區域7011，調整該氣體環境中之氫濃度，並將之表示成一氫氣質量或體積。全部這類區域可被加總以判斷多少氫氣已被抽取。一基礎壓力增量接著可根據基礎壓力增量與該壓力－時間曲線下方所累加區域間之關聯性，以標準化的方式來判斷。當所計算之基礎壓力超過該客戶指定的限制時，一通知接著可被送出。
第8圖顯示可由一本地伺服器接收自一渦輪分子泵所產生之信號並進行電子診斷之加速度計振動對時間圖。一電腦處理器(與例如第2圖所示資料處理設備有關)可在渦輪分子泵故障發生前，藉由分析該本地伺服器所接收之資料來預測渦輪分子泵故障。信號8012藉由該渦輪分子泵上之加速度計來量測一正比於該泵振動之電壓。當腔室中被抽取之狹縫閥被打開時，例如8013及8014所示之尖脈衝信號被偵測。因此，例如該些狹縫閥、閘閥、晶圓操縱器機器手臂及裝載鎖/升降機之脈衝可被偵測，並以一類似於在此所述之其它技術之方式使該些脈衝與該泵之異常測量互相關聯。以本方式診斷與一渦輪分子泵有關之問題可讓該泵在一毀滅性故障發生前先被換掉。
類似於在此所述那些之技術可被使用以偵測半導體晶圓間之批次內的變動。類似於在此所述那些之分析可被使用以判斷製造每一個晶圓或每一組晶圓時的系統及元件狀況。若這些狀況之測量有所不同，它們可能意謂著批次內的變動，為此，一自動通知可被傳送給一客戶。
第9圖顯示可由本地伺服器1043接收並於一晶圓間回復壓力分析中進行電子分析之一系列信號。第9圖所示之資料係類似於第3圖資料。一電腦處理器(與例如第2圖所示的資料處理設備有關)可對該本地伺服器1043所接收之資料進行一晶圓間回復壓力分析。通常，一工具控制器1018測量該回復壓力衰減結束處(例如，點9015及9016)之回復壓力，而且，若該壓力係大於一指定限制時，則關閉該製程。然而，本方法可在該系統被該工具控制器正常地關閉前先偵測到一回復壓力問題；同時，一通知被傳送給該客戶以採取適當的校正動作。
因為每天有大量的晶圓間回復曲線(例如第9圖之曲線9017)，故需要在分析該些曲線前先使用資料減量方法。例如，一組回復曲線可藉由平均所觀測到的回復曲線及接著對於複合曲線進行曲線契合來產生一或多個複合回復曲線而被描述特徵。另外，一曲線契合可對著全部觀測到的回復曲線執行，並接著求取該些曲線契合參數之平均值。該些回復曲線之描述特徵可顯示任一特定的製程腔室中存在有二或更多回復曲線類型。多種類型可自許多製程配方或瞬間錯誤狀況中產生。適用於一特定回復曲線之曲線契合可被使用以於任何時間下推斷該壓力P(t)，或以類似於上述之方式來估測該基礎壓力。
第10圖係顯示根據本發明之一實施例由本地伺服器1043所接收並可被用來辨識一背面加熱器氣體歧管中的壓力爆增之信號。一用於腔室1的背面加熱器氣體歧管之Convectron真空計壓力被繪製於10018，一用於該傳送腔室之離子真空計壓力被繪製於10019，一狹縫閘狀態信號被繪製於10020，且一用於該腔室1之離子真空計壓力被繪製於10021。本例中，在該背面晶圓加熱器線中之壓力爆增會引起該腔室中之壓力爆增。這類事件會引起揚升的壓力，而該工具於用以處理下一晶圓之製備中須嘗試降低該腔室壓力。第10圖所示之信號可被分析以判斷在一背面加熱器氣體歧管中具有一壓力爆增；以及，自動通知可被傳送給該客戶。例如，一分析可在該狹縫閥打開前先偵測壓力10030之異常爆增。
相對於第10圖之異常現象，第11圖顯示正常操作期間與第10圖的參數類似之參數。一用於該腔室1的背面加熱器氣體歧管之Convectron真空計壓力被繪製於11018，一狹縫閘狀態信號被繪製於11020，一用於該腔室1之Convectron真空計壓力被繪製於11022，且一用於該腔室1之離子真空計壓力被繪製於11021。若一類似於第10圖的故障之故障發生時，且若該壓力爆增或該物理氣相沉積法正在回復時之狹縫閘係打開的，則該傳送腔室同樣會被影響。當狹縫閘打開時，一些氣體吹出並進入該傳送腔室中，因此使壓力上升並讓交叉污染進至其它製程腔室中。
第12圖顯示可被使用以辨識因一真空腔室內之污染而引起排氣之基礎壓力資料。第12圖顯示以類似於上述方式經過幾個月時間所判斷之基礎壓力資料12023。可看見該基礎壓力於三個獨立時段12024－12026中係揚升的，其對應至腔室通風後所發生之污染。
第13圖係在第12圖12025處之腔室通風後，利用所判斷之基礎壓力來處理該第一晶圓時之離子真空計壓力圖。如圖所示，該晶圓處理後之13026處所判斷之基礎壓力之增加係對應至該晶圓處理前之13027處之基礎壓力。這基礎壓力之這類增加被用來判斷該晶圓處理期間所發生之腔室污染。
第14圖係第13圖所示時段期間所執行之上升率分析之圖形。因為該閘閥被關閉，故一閘閥上升率分析可被執行。該離子真空計壓力之前面六點之線性迴歸線14028係指示一固定大小的洩漏。然而，一下降的腔室上升率係指示排氣。該系統可於一上升率分析中偵測出此問題並診斷該排氣問題。
第15A及15B圖顯示於本發明之一實施例中執行之交叉污染偵測。這二個圖形顯示用於一第一腔室15031及一第二腔室15032之狹縫閥狀態信號以及用於該二腔室之壓力15033及15034與用於該傳送腔室之壓力15035。在第15A圖中，該異常現象被辨識於15036，其中，該第二腔室狹縫閥打開於15037，同時，該第一腔室狹縫閥關閉於15038。上述動作使該傳送腔室在該第二腔室狹縫閥打開之前不會自該第一腔室氣體裝載中回復。自一腔室傳至該傳送腔室並接著傳至另一腔室之交叉污染會引起沉積膜內之化學問題並使品質受到影響。因此，當例如第15A圖中的時序被觀測到時，可發出通知以採取校正動作以將該狹縫閥時序重置為標準規格。第15B圖顯示校正後之狹縫閥時序狀況。在狹縫閥打開之間具有較長的時間間隔15039。因此，該傳送腔室可在該狹縫閥被打開前達到一較低基礎壓力。
例如在此所述那些分析在一真空系統(例如一半導體製造工具)被導通開始作用時可對該“運行前”的測試時間有幫助。此外，應注意的是，一些配合類似於在此所述的那些技術來使用之有用的參數係包含分析達到一指定壓力之系統時間、一指定時間下之壓力、一指定事件下之壓力、或與一指定事件相關之壓力變化。同時，對於測量介於二相鄰真空腔室間之隔離閥被打開時之壓力或壓力變化係有所幫助的。
應了解的是，適當的電路、信號線、數位構件及處理器、取樣構件、類比對數位轉換器、網路通訊元件、及在數位媒體上執行的電腦碼係可被用來實現在此所述之技術。儘管一些分析雖可為手動式或由人來執行，但自測量物理真空參數至產生一自動電子通知給一客戶或工程師之程序之可行範圍係自動的。要了解的是，適當的軟體碼可被撰寫以實現上述分析技術，包含上述之曲線契合、分析函數及其它特性。
同時應了解，在此所述之自動診斷技術不需受限於特定真空構件或半導體叢集工具，而是在真空製程領域中有廣泛的應用。例如，如在此及在所附上之申請專利範圍中所使用之“製程真空環境”可包含製程腔室、傳送腔室、裝載鎖及緩衝腔室。
相較於習知技術之模式辨識及統計技術，根據本發明之一實施例係使用一決定論方法，其仰賴對於一真空系統物理學的了解，以於錯誤發生前先行預測。以模式辨識技術取代則需產生可再度用以辨識該模式之構件故障。因為統計技術不牽涉到真空系統物理學的了解，故統計技術不能判斷為什麼發生一特定錯誤，還需要對辨識一般及異常製程模式的訓練或校準。
因為其預測能力之故，一系統可極小化非預期的停工期並減少已排入行程的停工期；透過正確的診斷來減少維修成本；藉由產生最佳真空狀況來增加良率；以及可在錯誤對製程、良率及產量產生影響前先分析並校正錯誤。因為一分析係基於該真空空間內之物理特性及互動，故使用者可得到一錯誤的明確了解及它的成因。
在本發明已特別參考其較佳實施例來顯示及說明後，那些熟知此項技術之人士將了解各種形式變化及細節可被產生而不偏離所附上申請專利範圍所涵蓋之本發明範圍。
1001．．．半導體叢集工具
1002、1003．．．製程腔室
1004、1005．．．裝載鎖
1006．．．傳送腔室
1010－1014．．．感測器輸出線
1018．．．工具控制器
1019－1023．．．類比診斷線
1027－1030．．．診斷通訊單元
1035－1038．．．數位診斷線
1043、2043．．．診斷本地伺服器
2044．．．通訊網路
2045．．．中繼電腦
2046－2048．．．資料庫
2049．．．分析
2050．．．顯示
2051．．．電子通知
7011．．．陰影區域
本發明上述及其它目的、特徵及優勢將由下列本發明的各實施例之更特定的說明中變得明顯，如附圖所示，其中，類似參考圖號係指示所有各圖中的相同部分。該些圖式不一定是按比例繪製，因為其強調的是說明本發明的原理。
第1圖顯示根據本發明之一實施例將一半導體叢集工具使用於一電子診斷系統。
第2圖顯示根據本發明之一實施例的用以執行傳送自第1圖系統之資料的電子診斷之資料處理設備之安排。
第3圖顯示根據本發明之一實施例的一製程/回復循環期間的整段時間所接收的可被使用以判斷一基礎壓力之壓力及狹縫閥信號。
第4圖係根據本發明之一實施例使用於腔室的上升率分析中之資料圖，以判斷可能的系統狀態。
第5圖顯示根據本發明之一實施例進行電子診斷以辨識晶圓承載台風箱中之洩漏之一系列信號。
第6圖顯示一錯誤分析流程圖，其係說明根據本發明之一實施例的電子診斷方法操作。
第7圖顯示由一植入製程所產生之壓力對時間的信號，其可根據本發明之一實施例進行電子診斷。
第8圖顯示可由一本地伺服器接收自一渦輪分子泵所產生之信號並根據本發明之一實施例進行電子診斷之加速度計振動對時間圖。
第9圖顯示由本地伺服器1043接收並可根據本發明之一實施例於一晶圓間回復壓力分析中進行電子分析之一系列信號。
第10圖顯示根據本發明之一實施例可被使用以辨識一背面加熱器氣體歧管中的壓力爆增之信號。
第11圖顯示正常操作期間與第10圖的參數類似之參數。
第12圖顯示根據本發明之一實施例可被使用以辨識因一真空腔室內之污染而引起排氣之基礎壓力資料。
第13圖係在第12圖之腔室通風後，根據本發明一實施例所判斷之基礎壓力來處理該第一晶圓時之離子真空計壓力圖，並顯示基礎壓力下來自該第一晶圓之污染效應。
第14圖係根據本發明之一實施例於第13圖所示時段期間所執行之上升率分析之圖形。
第15A及15B圖顯示可根據本發明之一實施例來執行之交叉污染偵測。
1001．．．半導體叢集工具
1002、1003．．．製程腔室
1004、1005．．．裝載鎖
1006．．．傳送腔室
1010－1014．．．感測器輸出線
1018．．．工具控制器
1019－1023．．．類比診斷線
1027－1030．．．診斷通訊單元
1035－1038．．．數位診斷線
1043．．．診斷本地伺服器

Claims (47)

  1. 一種辨識與一工具有關之真空環境中之一真空品質問題的來源之方法，該方法包括：收集並儲存真空環境資料；辨識在該真空環境內之一異常現象；判斷在該異常現象很可能發生時之一工具構件的操作狀態，該工具構件的操作狀態係藉由(1)感測該工具構件的操作狀態；及(2)分析該真空環境資料來判斷；以及根據該異常現象很可能發生時之一真空環境狀態的一決定狀態與該工具構件的操作狀態來判斷該真空品質問題的來源。
  2. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，該真空環境係在一半導體製造工具中。
  3. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，判斷該真空品質問題的來源之步驟係進一步根據真空設備狀態而定。
  4. 根據申請專利範圍第3項之方法，其中，判斷該真空品質問題的來源之步驟係進一步根據該真空環境狀態之歷史而定。
  5. 根據申請專利範圍第4項之方法，其中，判斷該真空品質問題的來源之步驟係進一步根據工具狀態之歷史而定。
  6. 根據申請專利範圍第5項之方法，其中，判斷該真空品質問題的來源之步驟係進一步根據真空設備之歷史而定。
  7. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，判斷該真空品質問題的來源之步驟係進一步根據該真空環境狀態之歷史而定。
  8. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，判斷該真空品質問題的來源之步驟係進一步根據工具狀態之歷史而定。
  9. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，判斷該真空品質問題的來源之步驟係進一步根據真空設備之歷史而定。
  10. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，辨識步驟係包括分析真空環境歷史及工具狀態歷史。
  11. 根據申請專利範圍第10項之方法，其中，分析真空環境歷史的步驟係包含分析來自由壓力上升率、基礎壓力、基礎壓力傾向、殘留氣體分析、操作壓力、操作壓力歷史及壓力回復曲線所構成的群組中之一或多個測量。
  12. 根據申請專利範圍第11項之方法，其中，該分析真空環境歷史的步驟係包含判斷該壓力函數對時間的第一導數。
  13. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，該異常現象係一基礎壓力變化。
  14. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，該異常現象係一壓力上升率變化。
  15. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，該異常現象的來源於阻礙維修之故障發生前被辨識出來。
  16. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，辨識該異常現象及判斷該真空品質問題的來源之步驟係透過自動資料分析來進行。
  17. 根據申請專利範圍第1項之方法，其進一步包括提供該真空品質問題的來源之自動電子通知。
  18. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，判斷該真空品質問題的來源之步驟係進一步根據一般性工具操作狀態而定。
  19. 根據申請專利範圍第18項之方法，其中，該一般性工具操作狀態係包含由閒置、關閉、合格、抽真空及處理中所構成的群組中的一狀態。
  20. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，該工具構件的操作狀態係藉由感測該工具構件的操作狀態來判斷。
  21. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，該工具構件的操作狀態可藉由分析該真空環境資料來判斷。
  22. 根據申請專利範圍第1項之方法，其中，該工具構件的操作狀態係藉由分析來自一加速度計之脈衝資料來判斷。
  23. 一種辨識與一工具有關之真空環境中之一真空品質問題的來源之系統，該系統包括至少一電腦，用以：收集並儲存真空環境資料；辨識在該真空環境內之一異常現象；判斷在該異常現象很可能發生時之一工具構件的操作狀態，該工具構件的操作狀態係藉由(1)感測該工具構 件的操作狀態；及(2)分析該真空環境資料來判斷；以及根據該異常現象很可能發生時之一真空環境狀態的一決定狀態與該工具構件的操作狀態來判斷該真空品質問題的來源。
  24. 根據申請專利範圍第23項之系統，其中，該真空環境係在一半導體製造工具中。
  25. 根據申請專利範圍第23項之系統，其中，判斷該真空品質問題的來源之步驟係進一步根據真空設備狀態而定。
  26. 根據申請專利範圍第25項之系統，其中，判斷該真空品質問題的來源之步驟係進一步根據該真空環境狀態之歷史而定。
  27. 根據申請專利範圍第26項之系統，其中，判斷該真空品質問題的來源之步驟係進一步根據工具狀態之歷史而定。
  28. 根據申請專利範圍第27項之系統，其中，判斷該真空品質問題的來源之步驟係進一步根據真空設備之歷史而定。
  29. 根據申請專利範圍第23項之系統，其中，判斷該真空品質問題的來源之步驟係進一步根據該真空環境狀態之歷史而定。
  30. 根據申請專利範圍第23項之系統，其中，判斷該真空品質問題的來源之步驟係進一步根據工具狀態之歷史而定。
  31. 根據申請專利範圍第23項之系統，其中，判斷該真空品質問題的來源之步驟係進一步根據真空設備之歷史而定。
  32. 根據申請專利範圍第23項之系統，其中，辨識步驟係包括分析真空環境歷史及工具狀態歷史。
  33. 根據申請專利範圍第32項之系統，其中，該分析步驟係包含分析來自由壓力上升率、基礎壓力、基礎壓力傾向、殘留氣體分析、操作壓力、操作壓力歷史及壓力回復曲線所構成的群組中之一或多個測量。
  34. 根據申請專利範圍第33項之系統，其中，該分析真空環境歷史的步驟係包含判斷該壓力函數對時間的第一導數。
  35. 根據申請專利範圍第23項之系統，其中，該異常現象係一基礎壓力變化。
  36. 根據申請專利範圍第23項之系統，其中，該異常現象係一壓力上升率變化。
  37. 根據申請專利範圍第23項之系統，其中，該異常現象來源於阻礙維修之故障發生前被辨識出來。
  38. 根據申請專利範圍第23項之系統，其中，辨識該異常現象及判斷該真空品質問題的來源之步驟係透過自動資料分析來進行。
  39. 根據申請專利範圍第23項之系統，其進一步包括提供該真空品質問題的來源之自動電子通知。
  40. 根據申請專利範圍第23項之系統，其中，判斷該真 空品質問題的來源之步驟係進一步根據一般性工具操作狀態而定。
  41. 根據申請專利範圍第40項之系統，其中，該一般性工具操作狀態係包含由閒置、關閉、合格、抽真空及處理所構成的群組中的一狀態。
  42. 根據申請專利範圍第23項之系統，其中，該工具構件的操作狀態係藉由感測該工具構件的操作狀態來判斷。
  43. 根據申請專利範圍第23項之系統，其中，該工具構件的操作狀態可藉由分析該真空環境資料來判斷。
  44. 根據申請專利範圍第23項之系統，其中，該工具構件的操作狀態係藉由分析來自一加速度計之脈衝資料來判斷。
  45. 一種載有用以辨識與一工具有關之真空環境中之一真空品質問題的來源之一或多個指令序列之電腦可讀取的媒體，其中，以一或多個處理器執行該一或多個指令序列係使得該一或多個處理器執行下列步驟：收集並儲存真空環境資料；辨識在該真空環境內之一異常現象；判斷在該異常現象很可能發生時之一工具構件的操作狀態，該工具構件的操作狀態係藉由(1)感測該工具構件的操作狀態；及(2)分析該真空環境資料來判斷；以及根據該異常現象很可能發生時之一真空環境狀態的一決定狀態與該工具構件的操作狀態來判斷該真空品質問題的來源。
  46. 根據申請專利範圍第45項之電腦可讀取的媒體，其中，該一或多個指令序列之執行係使得該一或多個處理器執行提供該真空品質問題的來源之自動電子通知之進一步步驟。
  47. 一種辨識與一工具有關之真空環境中之一真空品質問題的來源之系統，該系統包括：用以收集並儲存真空環境資料之裝置；用以辨識在該真空環境內之一異常現象之裝置；用以判斷在該異常現象很可能發生時之一工具構件的操作狀態之裝置，該工具構件的操作狀態係藉由(1)感測該工具構件的操作狀態；及(2)分析該真空環境資料來判斷；以及用以根據該異常現象很可能發生時之一真空環境狀態的一決定狀態與該工具構件的操作狀態來判斷該真空品質問題的來源之裝置。
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