用於工具狀態監控的定性故障檢測和分類系統及相關方法
2023-10-11 22:05:09
用於工具狀態監控的定性故障檢測和分類系統及相關方法
【專利摘要】本發明提供了用於工具狀態監控的各種方法，本發明還包括用於實現這種監控的系統。一種示例性方法包括接收與由集成電路製造工藝工具對晶圓實施工藝相關聯的數據；以及使用數據監控集成電路製造工藝工具的狀態。監控包括：基於異常識別標準、異常過濾標準以及異常閾值評估數據以確定數據是否滿足警報閾值。方法進一步包括當數據滿足警報閾值時發布警報。本發明還提供了用於工具狀態監控的定性故障檢測和分類系統及相關方法。
【專利說明】用於工具狀態監控的定性故障檢測和分類系統及相關方法
【技術領域】
[0001]本發明一般地涉及半導體【技術領域】，更具體地來說，涉及工具狀態監控方法及其系統。
【背景技術】
[0002]通過用一系列晶圓製造工具(稱為工藝工具)加工晶圓來製造集成電路。通常，每個工藝工具根據指定各種工藝參數的預定義(或預定)工藝方法對晶圓實施晶圓製造任務(稱為工藝)。例如，IC製造通常使用需要很多與生產和支持相關的工藝工具的多個工藝步驟，使得IC製造商通常關注於監控工藝工具的硬體和相關工藝以確保和維持IC製造的穩定性、可重複性和產量。可以通過故障檢測和分類(FDC)系統實現這種工具監控，故障檢測和分類(FDC)系統在加工期間監控工具並識別導致處理偏離期望的工具故障。儘管現有的工藝工具監控方法和系統一般都能夠滿足它們的目的，但是它們不能在所有方面完全滿足要求。
[0003]【背景技術】
[0004]為了解決現有技術中所存在的缺陷，根據本發明的一方面，提供了一種方法，包括:接收與集成電路製造工藝工具對晶圓實施的工藝相關聯的數據；以及使用所述數據監控所述集成電路製造工藝工具的狀態，其中，監控包括:基於異常識別標準、異常過濾標準以及異常閾值來評估所述數據，以確定所述數據是否滿足警報閾值。
[0005]該方法進一步包括:當所述數據滿足所述警報閾值時發布警報。
[0006]在該方法中，所述異常識別標準限定指示所述集成電路製造工藝工具的異常行為的第一數據行為；以及基於所述異常識別標準評估所述數據包括:識別表現出所述第一數據行為的所述數據的行為。
[0007]在該方法中，所述異常識別標準統計限定指示所述集成電路製造工藝工具的異常行為的顯著性水平。
[0008]在該方法中，所述異常過濾標準限定指示所述集成電路製造工藝工具的真正異常行為的第二數據行為；以及基於所述異常過濾標準評估所述數據包括確定所識別的表現出所述第一數據行為的數據行為是否還表現出所述第二數據行為。
[0009]在該方法中，所述異常過濾標準為西方電氣規則。
[0010]在該方法中，當所識別行為的八個連續數據點落在所評估數據的中心線的相同側時，所述第二數據行為指示所述真正異常行為。
[0011]在該方法中，所述異常閾值基於歷史數據限定指示所述集成電路製造工藝工具的真正異常行為的第三數據行為；以及基於所述異常閾值評估所述數據包括確定所識別的表現出所述第一數據行為和所述第二數據行為的數據行為是否表現出所述第三數據行為。
[0012]在該方法中，所述警報閾值基於所述數據的行為限定何時發布警報。
[0013]在該方法中，當所述數據的行為表現出所述第一數據行為、所述第二數據行為以及所述第三數據行為時，滿足所述警報閾值。[0014]在該方法中，基於所述集成電路製造工藝工具的類型、所述集成電路製造工藝工具製造的晶圓的技術時代或者它們的組合限定所述異常識別標準、所述異常過濾標準、所述異常閾值以及所述警報閾值。
[0015]根據本發明的另一方面，提供了一種工具狀態監控方法，包括:限定異常識別標準、異常過濾標準、異常閾值以及警報閾值；基於所述異常識別標準識別與工藝工具相關聯的數據的異常；基於所述異常過濾標準過濾所識別的異常，以識別真正異常；以及當識別的所述真正異常滿足所述異常閾值和所述警報閾值時發布警報。
[0016]在該工具狀態監控方法中，基於所述集成電路製造工藝工具的類型、工藝工具加工的晶圓的技術時代或者它們的組合限定所述異常識別標準、所述異常過濾標準、所述異常閾值以及所述警報閾值。
[0017]在該工具狀態監控方法中，限定所述異常識別標準包括統計限定指示所述工藝工具的異常行為的第一數據行為；限定所述異常過濾標準包括統計限定指示所述工藝工具的真正異常行為的第二數據行為；限定所述異常閾值包括限定指示所述工藝工具的真正異常行為的第三數據行為，其中，所述第三數據行為基於與所述工藝工具相關聯的歷史數據；並且限定所述警報閾值包括限定在發布警報之前需要識別的真正異常的數量。
[0018]在該工具狀態監控方法中，統計限定所述第一數據行為包括指定指示所述工藝工具的異常行為的顯著性水平。
[0019]在該工具狀態監控方法中，基於所述異常識別標準識別與所述工藝工具相關聯的數據的異常包括識別表現出所述第一數據行為的數據；以及基於所述異常過濾標準過濾所識別的異常以識別真正異常包括確定所識別的表現出所述第一數據行為的數據是否還表現出所述第二數據行為。
[0020]在該工具狀態監控方法中，當識別出至少兩個真正異常並且所述至少兩個真正異常中的至少一個超過所述異常閾值時，所識別的真正異常滿足所述異常閾值和所述警報閾值。
[0021]根據本發明的又一方面，提供了一種集成電路製造系統，包括:工藝工具，被配置成對晶圓實施工藝；以及故障檢測和分類系統，被配置成監控所述工藝工具的狀態，並且所述故障檢測和分類系統被配置成:接收與所述工藝工具對所述晶圓實施的所述工藝相關聯的數據；以及基於異常識別標準、異常過濾標準以及異常閾值評估所述數據以確定所述數據是否滿足警報閾值。
[0022]在該集成電路製造系統中，所述故障檢測和分類系統進一步被配置成當所述數據滿足所述警報閾值時發布警報。
[0023]在該集成電路製造系統中，所述異常分類標準限定指示所述工藝工具的異常行為的第一數據行為；所述異常過濾標準限定指示所述工藝工具的真正異常行為的第二數據行為；所述異常閾值基於指示所述工藝工具的真正異常行為的歷史參數數據限定第三數據行為；基於所述異常識別標準評估所述數據包括:識別表現出所述第一數據行為的數據的行為；基於所述異常過濾標準評估所述數據包括:確定所識別的表現出所述第一數據行為的數據行為是否還表現出所述第二數據行為；基於所述異常閾值評估所述數據包括:確定所識別的表現出所述第一數據行為和所述第二數據行為的數據行為是否表現出所述第三數據行為；以及其中，當所述數據的行為表現出所述第一數據行為、所述第二數據行為以及所述第三數據行為時滿足所述警報閾值。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]當結合附圖進行閱讀時，根據下面詳細的描述可以更好地理解本發明。應該強調的是，根據工業中的標準實踐，各種部件沒有按比例繪製並且僅僅用於說明的目的。實際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增加或減少。
[0025]圖1是根據本發明的各個方面的集成電路器件製造系統的框圖；
[0026]圖2是根據本發明的各個方面的可以通過集成電路製造系統(諸如，圖1的集成電路製造系統)實施的工具監控工藝流程的結構圖；
[0027]圖3是根據本發明的各個方面的生成用於監控工藝工具(例如，圖1的集成電路製造系統的工藝工具)的狀態的曲線圖；以及
[0028]圖4是根據本發明的各個方面的用於評估工藝工具(例如，圖1的集成電路製造系統的工藝工具)狀態的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0029]以下
【發明內容】
提供了用於實施本發明的不同特徵的許多不同的實施例或實例。下面描述了部件和布置的具體實例以簡化本發明。當然，這些僅是實例並且不旨在限制本發明。例如，在下面說明書中第一部件形成在第二部件上方或者上可以包括以直接接觸的方式形成第一部件和第二部件的實施例，並且還可以包括附加部件形成在第一部件和第二部件之間使得第一部件和第二部件不直接接觸的實施例。另外，本發明可以在不同實例中重複參考標號和/或字母。這種重複用於簡化和清楚的目的且本身並沒有規定闡述的各種實施例和/或結構之間的關係。
[0030]圖1是根據本發明的各個方面的集成電路製造系統10的結構圖。集成電路製造系統10可以為虛擬集成電路製造系統(「虛擬晶圓廠」)。集成電路製造系統10實施集成電路製造工藝以製造集成電路器件。例如，集成電路製造系統10可以實施製造襯底(或者晶圓)的半導體製造工藝。襯底包括半導體襯底、掩模(光掩模或者中間掩模，統稱為掩模)，或者在其上實施加工工藝以製造材料層、圖案部件和/或集成電路的任何基底材料。在圖1中，為了清楚，已經簡化了集成電路製造系統10，以更好理解本發明的發明概念。其他部件可以添加在集成電路製造系統10中，並且在集成電路製造系統10的其他實施例中可以替換或者去除下文所述的一些部件。
[0031]集成電路製造系統10包括啟用相互通信的各種實體(資料庫25、工藝工具30、測量工具40、高級工藝控制(APC)系統50、故障檢測和分類(FDC)系統60以及其他實體70)的網絡20。集成電路製造系統10可以包括在所述實施例中的一個以上的實體，並且可以進一步包括在所述實施例中未不出的其他實體。在本實例中，集成電路製造系統10中的每個實體都通過網絡20與其他實體交互以對其他實體提供服務和/或從其他實體接收服務。網絡20可以為單一網絡或者各種不同的網絡，諸如，內聯網、網際網路、其他網絡或者它們的組合。網絡20包括有線通信信道、無線通信信道或者它們的組合。
[0032]資料庫25存儲與集成電路製造系統10相關聯的數據，尤其與集成電路製造工藝相關聯的數據。在所述的實施例中，資料庫25存儲從工藝工具30、測量工具40、APC系統50、FDC系統60、其他實體70或者它們的組合收集的數據。例如，資料庫25存儲與由工藝工具30(例如，如下文中進一步描述的由測量工具40收集的)加工的晶圓的晶圓特性相關聯的數據、與由加工這些晶圓的工藝工具30實施的參數相關聯的數據、與由APC系統50和FDC系統60分析晶圓特性和/或參數相關聯的數據以及與集成電路製造系統10相關聯的其他數據。在一個實例中，工藝工具30、測量工具40、APC系統50、FDC系統60、其他實體70中的每個都可以具有相關資料庫。
[0033]工藝工具30實施集成電路製造工藝。在本實例中，工藝工具30是用於外延生長的化學汽相沉積(CVD)工具。因此，工藝工具30可以稱為CVD外延工具。晶圓可以置於CVD外延工具中並且經受外延工藝(例如，汽相外延)以形成晶圓的外延部件。CVD外延工具可以包括腔室、氣源、排氣系統、熱源、冷卻系統以及其他硬體。腔室用作用於實施外延工藝的控制環境。氣源在外延工藝期間提供反應物和淨化氣體，並且排氣系統在外延工藝期間維持腔室內的壓力。熱源包括燈模塊，例如，底內燈模塊、底外燈模塊、頂內燈模塊以及頂外燈模塊。每個燈模塊都包括在外延工藝期間將能量傳輸至CVD外延工具的腔室的紅外燈陣列，從而在外延工藝期間將腔室加熱至期望的腔室溫度和/或將晶圓加熱至期望的晶圓溫度。
[0034]為了確保外延部件表現出目標晶圓特性(例如，厚度、組分濃度以及表面電阻)，外延工藝根據預定(預定義)的外延工藝條件(epitaxial process recipe)形成外延部件。預定(預定義)的外延工藝條件指定由CVD外延工具實施以獲得目標晶圓特性的各種參數。這些參數包括加工時間、前體氣體(precursor gas)類型、前體氣體的流速、腔室溫度、腔室壓力、晶圓溫度、其他參數或者它們的組合。在外延工藝期間，CVD外延工具(例如，腔室、氣源、排氣系統、熱源和冷卻系統)的各種硬體被配置成獲取指定參數。工藝工具30包括在晶圓加工期間(例如，外延工藝期間)監控參數的傳感器。例如，CVD外延工具包括監控與CVD外延工具相關聯的各種參數，例如，腔室壓力、腔室溫度、晶圓溫度、氣體流速、沉積時間、其他參數(例如，CVD外延工具的燈模塊的各種特性，這些特性包括電壓、電流、功率、電阻、其他特性或者它們的組合)或者它們的組合。
[0035]測量工具40在集成電路製造期間測量和收集與晶圓相關聯的數據。例如，測量工具40對加工的晶圓實施在線測量以獲得有關晶圓的各種晶圓特性的信息，例如，晶圓部件的臨界尺寸(例如，部件的線寬)、晶圓的材料層的厚度、晶圓層或者晶圓部件之間的覆蓋精度、部件的摻雜劑分布(或者濃度)、缺陷的尺寸和/或類型、部件的電特性、其他晶圓特性或者它們的組合。在所述的實施例中，測量工具40測量由工藝工具30加工的晶圓的晶圓特性。例如，測量工具40測量通過由工藝工具30實施的外延工藝形成的晶圓的外延部件的厚度、電特性(例如，表面電阻)、表面粗糙度、其他特性或者它們的組合。測量工具40測量可以包括測量和收集這些數據的電工具、光學工具、分析工具、其他工具或者它們的組合。這些工具包括顯微鏡(例如，掃描電子顯微鏡和/或光學顯微鏡)、微型分析工具、線寬測量工具、掩模和中間掩模缺陷工具、粒子分布工具、表面分析工具、應力分析工具、電阻率和接觸電阻測量工具、遷移率和載流子濃度測量工具、結深度測量工具、膜厚度工具、柵極氧化物完整性檢驗工具、電容-電壓測量工具、聚焦離子束(FIB)工具、雷射表面缺陷掃描儀、殘留氣體分析儀、工藝工具粒子計數器、晶圓評估檢測工具、其他測量工具或者它們的組合。[0036]APC系統50監控加工晶圓的晶圓特性並且使用在線測量數據(例如，由測量工具40所收集的數據)、加工模型以及提供動態微調中間工藝目標的各種算法以提高晶圓的最終器件目標。這些工藝目標的微調可以稱為控制動作，該控制動作補償產生晶圓特性變化的工具問題和/或工藝問題。APC系統50可以實時實施晶圓間、晶圓組間或者它們的組合的控制動作。在所述的實施例中，APC系統50實施控制動作以修改由形成晶圓的外延部件的工藝工具30執行的外延工藝條件。例如，APC系統50 (基於加工晶圓的在線測量數據、加工模型和各種算法)修改用於每個加工晶圓的預定的外延工藝條件(尤其是由工藝工具30實施的參數，例如，加工時間、氣體流速、腔室壓力、腔室溫度、晶圓溫度或者其他工藝參數)以確保每個加工晶圓的外延特徵都表現出目標特性。
[0037]FDC系統60通過監控在集成電路製造工藝期間通過工藝工具30實施的參數和在集成電路製造工藝期間通過工藝工具30實施的參數獲得的晶圓特性來評估工藝工具30的狀態以檢測工具問題(例如，工具狀態劣化)。通常，FDC系統60實施統計過程控制(SPC)以跟蹤和分析工藝工具30的狀態。例如，FDC系統60可以實施通過隨著時間繪製與工藝關聯的SPC數據來記錄工藝工具30的歷史工藝性能的SPC圖。這些SPC數據包括與由工藝工具30加工的多個晶圓相關聯的參數和/或晶圓特性。當SPC數據指示參數和/或晶圓特性已經偏離可接受的目標(換句話說，當FDC系統60檢測到故障或者異常)時，FDC系統60觸發警報並且通知工藝工具30的操作員、停止工藝工具30所實施的工藝、採取其他措施或者它們的組合，因此可以識別和補救與工藝工具30相關聯的任何問題。
[0038]在本實例中，為了檢測CVD外延工具的問題，FDC系統60監控由形成晶圓的外延部件的工藝工具30所實施的參數。FDC系統60評估這些參數和晶圓特性，以檢測CVD外延工具操作期間的異常或者故障。在一個實例中，在外延工藝期間，當腔室壓力或者腔室溫度從指定的腔室壓力或者腔室溫度(例如，預定外延工藝條件)大幅改變(更高或者更低)時指示異常。在另一個實例中，在外延工藝期間，當前體氣體的流速從前體氣體的指定流速(例如，預定的外延工藝條件)大幅改變(變高或者變低)時指示異常。在又一個實例中，當由CVD外延工具形成的晶圓的外延部件的特性(例如，表面電阻)從它的目標特性大幅改變時指示異常。這些異常可以指示工藝工具30的問題。例如，CVD外延工具的損壞的或者硬體老化可以導致腔室壓力、腔室溫度和/或前體氣體的流速從期望腔室壓力、期望腔室溫度和/或前體氣體的期望流速發生變化。在本實例中，據觀察燈的電阻與CVD外延工具的燈模塊的狀態相關聯。例如，燈模塊的電阻趨向直接在燈模塊熄滅之前大幅降低。因此，FDC系統60可以監控CVD外延工具的每個燈模塊(例如，底內燈模塊、底外燈模塊、頂內燈模塊以及頂外燈模塊)的電阻以檢測每個燈模塊的異常或者故障。FDC系統60還可以監控燈模塊的電阻以預測燈模塊的燈何時熄滅，使得可以在燈熄滅之前更換燈。
[0039]圖2是根據本發明的各個方面的可以由圖1的集成電路製造系統10實施的工具監控工藝流程100的結構圖。FDC系統60實施工具監控工藝流程100以監控工藝工具30 (在本實例中，CVD外延工具)的狀態。工具監控工藝流程100評估通過FDC系統60收集和分析的數據行為以檢測出工藝工具30的故障(例如，工藝工具部分的劣化狀態)。在本實例中，工具監控工藝流程100評估指示CVD外延工具的燈模塊的狀態(尤其是每個燈模塊的燈電阻)的FDC數據。可以在工具監控工藝流程100中提供附加步驟，並且可以替換或者去除用於工具監控工藝流程100的附加實施例的所述的一些步驟。此外，有關CVD外延工藝狀態的以下論述僅是示例性的，並且預期可以由集成電路製造系統100實施工具監控工藝流程100以監控任何類型的工藝工具30和工藝工具30的任何類型模塊的狀態。
[0040]在框110和框120中，以時序圖(T-圖)收集和編譯與各種加工晶圓相關聯的數據。數據包括與由形成每個晶圓的外延部件的工藝工具30實施的參數相關聯的參數數據。如上所述，參數包括腔室壓力、腔室溫度、晶圓溫度、氣體流速、沉積時間、其他參數(例如，CVD外延工具的燈模塊的各種特性，這些特性包括電壓、電流、功率、電阻、其他特性或者它們的組合)。數據還包括與加工晶圓的晶圓特性相關聯的晶圓數據，例如，加工晶圓的表面電阻。晶圓數據可以進一步包括加工晶圓的外延部件的厚度、加工晶圓的外延部件的其他電特性、其他晶圓特性或者它們的組合。收集用於與工藝工具30相關聯的每個參數和與加工晶圓相關聯的晶圓特性的這些晶圓數據和參數數據，並且晶圓數據和參數數據可以存儲在與工藝工具30相關聯的資料庫25中或者其他資料庫中。在本實例中，為了清楚以更好理解本發明的
【發明內容】
，以下論述限於通過監控與單個工藝參數相關聯的數據(具體地，與加工期間CVD外延工具的燈模塊的電阻相關聯的參數數據)來評估工藝工具300的狀態的工具監控工藝流程100。這些闡述並不旨在限制本發明，並且本發明預期工具監控工藝流程100可以監控參數和晶圓數據以評估工藝工具30的狀態(包括評估工藝工具30的各種硬體的狀態)。
[0041]在框130和框140中，對時序數據(T-圖)實施統計分析，從而減少評估的數據量，並且基於統計分析的時序數據實施工具監控。例如，在框130中，由FDC系統60實施統計工藝控制以將時序參數和晶圓數據轉換成可以用於評估工藝工具30的狀態的控制圖(例如，均值-極差控制圖、均值-標準差控制圖、1-MR控制圖、C控制圖、U控制圖、Z控制圖、其他控制圖或者它們的組合)。控制圖根據統計學分析時序數據，其中，通過統計分析(例如，分析數據的標準偏差)限定工藝極限值。例如，控制圖包括表示由統計分析限定的分析數據的算術平均(平均)值的中心線以及上控制極限值(最大值)和下控制極限值(最小值)(尤其在分析數據的一些標準偏差內)。FDC系統60還確立了與統計分析時序數據相對應的概率模型。這種概率模 型可以用於識別統計分析時序數據中的顯著改變。
[0042]在本實例中，時序參數數據包括與加工期間CVD外延工具的燈模塊(例如，頂內燈模塊)中的一個燈相關聯的電阻值。時序電阻數據被轉換成提供燈的電阻(R)和初始電阻(RO)之間的變化(改變)的數據。電阻的每次改變(AR)都由以下公式確定:
[0043]
【權利要求】
1.一種方法，包括: 接收與集成電路製造工藝工具對晶圓實施的工藝相關聯的數據；以及 使用所述數據監控所述集成電路製造工藝工具的狀態，其中，監控包括: 基於異常識別標準、異常過濾標準以及異常閾值來評估所述數據， 以確定所述數據是否滿足警報閾值。
2.根據權利要求1所述的方法，進一步包括:當所述數據滿足所述警報閾值時發布警報。
3.根據權利要求1所述的方法，其中: 所述異常識別標準限定指示所述集成電路製造工藝工具的異常行為的第一數據行為；以及 基於所述異常識別標準評估所述數據包括:識別表現出所述第一數據行為的所述數據的行為。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，所述異常識別標準統計限定指示所述集成電路製造工藝工具的異常行為的顯著性水平。
5.根據權利要求3所述的方法，其中: 所述異常過濾標準限定指示所述集成電路製造工藝工具的真正異常行為的第二數據行為；以及 基於所述異常過濾標準評估所述數據包括確定所識別的表現出所述第一數據行為的數據行為是否還表現出所述第二數據行為。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，所述異常過濾標準為西方電氣規則。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，當所識別行為的八個連續數據點落在所評估數據的中心線的相同側時，所述第二數據行為指示所述真正異常行為。
8.根據權利要求5所述的方法，其中: 所述異常閾值基於歷史數據限定指示所述集成電路製造工藝工具的真正異常行為的第三數據行為；以及 基於所述異常閾值評估所述數據包括確定所識別的表現出所述第一數據行為和所述第二數據行為的數據行為是否表現出所述第三數據行為。
9.一種工具狀態監控方法，包括: 限定異常識別標準、異常過濾標準、異常閾值以及警報閾值； 基於所述異常識別標準識別與工藝工具相關聯的數據的異常； 基於所述異常過濾標準過濾所識別的異常，以識別真正異常；以及 當識別的所述真正異常滿足所述異常閾值和所述警報閾值時發布警報。
10.一種集成電路製造系統，包括: 工藝工具，被配置成對晶圓實施工藝；以及 故障檢測和分類系統，被配置成監控所述工藝工具的狀態，並且所述故障檢測和分類系統被配置成: 接收與所述工藝工具對所述晶圓實施的所述工藝相關聯的數據；以及基於異常識別標準、異常過濾標準以及異常閾值評估所述數據以確定所述數據是否滿足警報閾值。
【文檔編號】H01L21/66GK103681395SQ201210539997
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年12月13日 優先權日:2012年9月4日
【發明者】何家棟, 蔡柏灃, 陳俊仁, 李資良, 王若飛, 牟忠一, 林進祥 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司