並行故障檢測方法
2023-05-30 04:20:41
專利名稱：並行故障檢測方法
技術領域：
本發明大體涉及一種工業化生產過程，具體言之，是涉及半導體製造過程中的並行故障檢測。
背景技術：
半導體的集成電路器件，如微處理器、存儲器件等的質量、可靠性及產量一直是該產業的推動力所在。而消費者對更高質量的計算機以及更可靠操作的電子器件的需求，更促使該產業不斷進步。這些需求使電晶體等半導體器件的生產得到持續改良，同時也增進了整合該電晶體的集成電路器件的製造。此外，減少典型的電晶體組件生產上的缺陷，也降低了每一電晶體的整體成本，同時也降低了整合該電晶體的半導體集成電路器件的成本。
一般而言，在一組晶片中執行一套處理步驟，一組晶片也稱為「一批(lot)」，且使用各種處理工具，該處理工具包括有光刻步進器(photolithography steppers)、蝕刻工具、沉積工具、剖光工具、熱處理工具和注入工具等。近幾年來，半導體處理工具中所需的技術不斷受到關注，並且也得到不斷的提升。
一種提升半導體工藝線操作的技術包括採用全工廠控制系統，以自動控制各種處理工具的運作。該生產工具與生產架構或處理模塊的網絡進行通訊。每一生產工具通常連接至設備接口。該設備接口再連接至機器接口，其便於在生產工具與生產架構間進行通訊。該機器接口一般為先進工藝控制(APC)系統的一部分。該APC系統根據生產模型初始化控制腳本(control script)，其可為軟體程序，以自動提取所需的數據用於執行生產處理。通常，半導體器件需經過多種生產工具，以進行多次處理，且產生與所處理的半導體器件相關的數據。
在生產過程中，將會發生各種事件，其將會影響所欲生產的器件的性能。即，生產處理步驟中的不同變量將會導致器件性能變化。所有如特徵關鍵尺寸(critical dimension，CD)、摻雜水平、顆粒汙染、薄膜光特性、薄膜厚度、薄膜一致性等因素，都有可能影響器件最後的性能。工藝線中的不同工具可根據性能模型加以控制，以降低工藝變量。通常，可控式工具包括光刻步進器(photolithography steppers)、蝕刻工具和沉積工具。可將前期和/或後期處理的測量數據提供至用於控制這些工具的處理控制器。如處理時間等操作處理參數(operatingrecipe parameters)，可根據性能模型和測量數據通過處理控制器計算得到，以期達到儘可能接近目標值(target value)的後期處理結果。以上述方式來減少變量，將會增進產量、降低成本，並以提高器件性能等，這些都將會提高生產的收益性。
故障檢測也可影響包括半導體製造處理的工業處理上的收益。一般而言，可採用表示操作處理工具的故障模型，以檢測故障。故障模型，可根據歷史數據產生，且可由小的且簡單的模型變化至大的且複雜的模型，其取決於具體實施例而定。通常，每一處理工具本身具有相關的故障模型，以檢測與所對應的處理工具相關的故障。隨著製造系統中處理工具數目的不斷增加，所需的故障模型也需增加，且也要求增加存儲該故障模型所需的硬體資源。此外，也需投入大量的人力及硬體資源，以使大量故障模型有規律地被更新。
本發明致力於解決或至少減小上述一個或多個問題的影響。
發明內容
本發明的一個實施例提供一種並行故障檢測方法。該並行故障檢測方法包括接收與第一處理工具處理的工件相關的數據；接收與第二處理工具處理的工件相關的數據；以及將至少部分所接收的數據與該第一和第二處理工具所共有的故障模型進行比較，以確定由該第一處理工具處理的工件和由該第二處理工具處理的工件的至少其中之一是否有故障發生。
本發明的另一實施例提供一種並行故障檢測裝置。該並行故障檢測裝置包括以可通信的方式連接至控制單元的接口。該接口用於接收與該第一和第二處理工具處理的工件相關的追蹤數據(trace data)。而該控制單元根據將部分所接收的追蹤數據與故障模型所作的比較，以檢測該第一和第二處理工具的至少其中之一是否有故障發生，其中該故障模型代表至少該第一和第二處理工具的可接受的操作範圍。
本發明的另一實施例提供一種用於並行故障檢測的製品，該製品包括含有指令的一個或多個機器可讀取的存儲媒介。當運行該一個或多個指令時，可使處理器工作以接收與第一處理工具處理的工件相關的數據，且接收與第二處理工具處理的工件相關的數據，以及將至少部分所接收的數據與故障模型進行比較，以確定是否有與該第一處理工具處理的工件相關的故障發生，其中該故障模型代表該第一和第二處理工具。
本發明的又一實施例提供一種並行故障檢測系統。該系統包括有第一處理工具、第二處理工具以及故障檢測單元。該第一處理工具用於處理晶片。該第二處理工具用於處理晶片。該故障檢測單元用於接收與該第一和第二處理工具處理的晶片相關的數據，且根據至少部分所接收的數據與故障模型所作的比較，檢測與該第一和第二處理工具的至少其中之一相關的數據是否有故障發生，其中該故障模型代表至少該第一和第二處理工具的可接受的操作範圍。
可通過結合附圖參照下面的說明來了解本發明，其中相同的組件符號代表相同的組件，其中圖l是按照本發明一個實施例的用於執行工業過程的系統的方塊示意圖；以及圖2是按照本發明一個實施例的可以在圖1的系統中實施的方法的步驟流程圖。
本發明容許有多種類型的修改與可選擇的形式，前述特定的實施例是通過附圖與詳細的說明加以例舉。然而，應了解者，前揭的描述內容並非用以將本發明限定在該些特定形式中，相反的，本發明涵蓋所有落入由後附權利要求限定的本發明的實質和範圍內的修改、等價物和可選方案。
具體實施例方式
以下通過特定的具體實施例說明本發明的實施方式。為了清楚起見，並不是在說明書中描述所有的實際實施的特徵。當然應當理解到的是，在任何此種實際具體實施例的發展過程中，必須進行種種具體實施例的決定，以實現開發者的特定目標，例如關於系統與關於企業的限制的一致性，其可以從一個實施過程變改到另一個實施過程。再者，應當理解到的是，這種發展努力可能既複雜且費時，但對於那些從本發明獲益的本領域技術人員來說則是例行公事。
現在參照附圖，並且具體參照圖1，圖1示出了按照本發明一個實施例的系統100的方塊示意圖。示例的實施例中的系統100包括多個處理工具105(顯示為105A，105B)，用於進行工業處理，如半導體工藝、光刻工藝、化學工藝等。
為便於說明，該處理工具105是半導體製造處理工具。因此，該處理工具105可以是任何的半導體製造設備，用於生產如矽晶片等處理的工件。該處理工具105可以是曝光工具、蝕刻工具、沉積工具、拋光工具、快速熱處理工具、測試設備工具、注入工具等。所採用的半導體工藝可生產各種集成電路產品，包括但不限於，微處理器、存儲器件、數位訊號處理器、專用集成電路(ASIC)和其它類似器件。
該處理工具105可處理各種工件，但為便於說明，此處假定該處理工具105處理半導體晶片。因此，為了說明的目的，以下將採用術語「晶片」或「多個晶片」予以說明。
在本發明的一個實施例中，多個處理工具105可以是相似的工具(即，所有的蝕刻工具、沉積工具等)。此外，在本發明的一個實施例中，該處理工具105可具有類似的物理配置，如具有同等數目的腔體、晶片傳送系統等。
下面詳細說明的是按照本發明一個或多個實施例的堅固且有效率的故障檢測系統。隨著本發明一個或多個實施例的出現，可以根據所共有的一個或多個故障模型對多個處理工具105並行的進行故障檢測。
該處理工具105可包括一個或多個傳感器107，用於測量多個變量，如溫度、壓力、來自對準平臺的符號的機械定位以及光源或放射源的操作特性等。在本發明的一個實施例中，該處理工具105可包括一個或多個在線(in-line)測量工具108，用於測量所處理晶片的不同方面或一個或多個處理工具105的操作特性。在所述的實施例中，該傳感器107和/或在線(或現場in-situ)測量工具108當處理每一晶片或一批晶片時，大致以實時(real time)的方式提供數據(通常稱為「追蹤數據」)。
如圖1所示的系統100，每一處理工具105可具有相關的設備接口110，用於通過該接口110與先進工藝控制(AdvancedProcess Control，APC)架構120相連接。該製造系統100可包括製造執行系統(manufacturing execution system，MES)115，該系統連接至先進工藝控制架構120，以及包括離線(off-line)測量工具112，該離線測量工具112通過相關的設備接口113與該先進工藝控制架構120相連接。該測量工具112可提供與晶片相關的數據，這些數據描述了由處理工具105處理的晶片質量。該晶片產品數據通過該測量工具112從該晶片所取得的特定數量和/或質量測量而產生。例如，該晶片產品數據可包括該晶片的薄膜厚度測量、線寬度測量和/或重迭偏移(overlay offset)測量。應當意識到，這些用於定義該晶片產品數據的特定測量僅僅是示意性的。因此，也可採用其它測量來確定由處理工具105處理的晶片是否具有所期望的質與量上的特性。通過測量工具112獲得晶片產品數據的方式是本領域技術人員所公知的，故在此不再贅述，以免模糊本發明所欲保護的範圍。
製造執行系統115可確定將由處理工具105執行的工藝、何時執行這些工藝以及如何執行這些工藝等。在本發明的實施例中，該製造執行系統115通過先進工藝控制架構120管理和控制。先進工藝控制架構120包括處理控制單元155，用以通過反饋或前饋工藝(feedback or feed forward process)輔助該處理工具105執行到預期工藝，以達至預期效果。
示意性的先進工藝控制架構120適用於製造系統100中，且可採用由KLA-Tencor公司所提供的促進系統(Catalystsystem)進行實施。該促進系統(Catalyst system)根據先進工藝控制(APC)架構，且採用半導體設備與材料國際協會(Semiconductor Equipment and Material International，SEMI)的計算機集成製造(Computer Integrated Manufacturing，CIM)架構兼容系統技術。計算機集成製造(SEMI E81-0699-Provisional Specification for CIM Framework DomainArchitecture)與先進工藝控制(SEMI E93-0999-ProvisionalSpecification for CIM Framework Advanced Process ControlComponent)說明書可從半導體設備與材料國際協會(SEMI)獲得，其總部位於加利福尼亞州的芒廷維尤(Mountain View)。
在本實施例中，製造系統100還包括故障檢測(FD)單元150，該故障檢測單元150通過接口142連接至先進工藝控制架構120。該接142可以是任何可接受的構造，以允許故障檢測單元150與其它器件通信。該故障檢測單元150包括可存儲在存儲單元(SU)170中的故障檢測(FD)模塊165。故障檢測單元150包括控制單元172，用於管理整個操作並執行一個或多個存儲在存儲單元170內的軟體應用程式。
該故障檢測單元150依據將從該處理工具105所接收的追蹤數據與一個或多個故障模型180(顯示為180A-N)所作的比較，可以檢測與該處理工具105相關(或與該處理工具105所執行的處理操作相關)的故障。在本發明的一個實施例中，該追蹤數據可由離線測量工具112提供。該故障模型180可根據來自其它類似工具的歷史數據而產生，此處這樣的類似工具也需在可接受的操作範圍內進行操作。
在本發明的實施例中，每一故障模型180可設定成與類似處理工具105上所選定的工藝處理步驟(process recipe step)(或工具狀態)相對應。例如，根據從多個處理工具105(或同類型工具)所收集而來的歷史數據，該第一故障模型180A可設定成表示如「工具安裝」的處理步驟。因此，該實施例中第一故障模型180A是從多個類似處理工具所收集而來的歷史數據的集塊，以使該故障模型180A表示在多個處理工具105中該「工具安裝」步驟的可接受的操作範圍。因此，之後可採用該故障模型180A來確定用於一個或多個處理工具105的「工具安裝」步驟是否如預期地被執行。類似地，可以產生其它故障模型180B-N，用以表示故障檢測的其它不同的工藝處理步驟(或工具處理狀態)。在本發明的一個實施例中，可產生整體的故障模型，採用該整體的故障模型來評估每一預期的處理工具105的性能。在本發明的另一個實施例中，該故障模型可以是一種算法(algorithm)。
按照本發明的一個實施例，可採用共有故障模型180來識別與多個處理工具105相關的故障。下面參照圖2來說明採用該故障模型180進行故障檢測的方式。與處理工具105相關的故障可因多種原因而得以發生，其包括未知的幹擾，硬體失效、資源損耗(如氣體、液體和化學製品)、所輸入的晶片缺陷以及晶片處理所產生的缺陷等。
需注意的是，故障模型180可以表示由多個處理工具105A、105B所實施的一個或多個工藝步驟。在本發明的另一個實施例中，模型108A-N可具有層級關係，其中該故障模型180N可表示最低級別(即，傳感器)處的性能，其中該故障模型180A表示在最高級別(即，工具)處的性能，且其它的故障模型180可表示處於一些中間級別的性能。
應該可以理解的是，特定的製造系統100中所採用的故障模型的數目和範圍可依不同的實施例而改變。例如，在本發明的一個實施例中，使用單個總故障模型180A就足夠了，而在其它的實施例中，可採用多個更特定的故障模型180A-N。
簡言之，故障檢測單元150包括故障檢測模塊165，在示例的實施例中該故障檢測模塊165以軟體方式來實現，且因此可存儲在故障檢測單元150的存儲單元170內。在本發明的另一個實施例中，該故障檢測模塊165可以硬體或韌件方式來實現。為便於說明，故障檢測模塊165附設在故障檢測單元150中，然需注意的是，該故障檢測模塊165可以實施在該製造系統100的任何合適的組件中，包括實施在該先進工藝控制架構120內。而在本發明的一個實施例中，該故障檢測模塊165可以作為獨立單元來實施，如在數據處理單元或計算機中。
應該可以理解的是，在圖1的系統100的方塊示意圖中，所述的組件僅是示意性的，而在可選的實施例中，在未脫離本發明的實質和範圍的情況下，可採用更多或更少的組件。例如，在本發明的一個實施例中，製造執行系統(MES)115可通過相關的設備接口與先進工藝控制架構(APC)120相連接。此外，需注意的是，如圖1所示，儘管如該系統100中的設備接口110等各種組件被顯示為獨立組件，而在本發明的可選實施例中，這樣的組件可整合至該處理工具105中。同樣，故障檢測單元150可整合至先進工藝控制架構(APC)120內。此外，該故障檢測單元150的存儲單元170可設置在該製造系統100的任何合適位置，以使該製造系統100內的不同組件可存取其中所存儲的內容。
現在參照圖2，圖2是按照本發明一個實施例的可以在圖1的製造系統100中實施的方法的流程圖。為便於說明，以該製造系統100為背景來圖2中所述的方法，製造系統100包括兩個處理工具105A、105B，儘管在本發明的另一個實施例中，可採用多於兩個處理工具。而且，假定兩個處理工具105A、105B是相同類型的(如，都是蝕刻工具、沉積工具等)。且兩個處理工具105A、105B不必在位置上相互靠近。
第一處理工具105A處理(在步驟205)晶片，第二處理工具105B處理(在步驟215)晶片。兩個處理工具105A、105B都可同時或不同時處理各自的晶片。在本發明的一個實施例中，處理工具105A、105B可處理一批晶片。當處理晶片時(在步驟205、215)，處理工具105A、105B可將與處理的各個晶片相關的追蹤數據提供給故障檢測單元150。且如前述，可以基本上實時的方式來提供追蹤數據。
故障檢測模塊165(在步驟220)接收與處理的晶片相關的追蹤數據，將所該追蹤數據與一個或多個故障模型180A-N作比較(在步驟230、240)，以確定是否有故障發生。具體而言，故障檢測模塊165(在步驟230)將與第一處理工具105A處理的晶片相關的追蹤數據與一個或多個故障模型180A-N作比較，以確定是否有與第一處理工具105A相關的故障發生。故障檢測模塊165(在步驟240)將與第二處理工具105B處理的晶片相關的追蹤數據與一個或多個故障模型180A-N作比較，以確定是否有與第二處理工具105B相關的故障發生。而在本發明的一個實施例中，故障檢測模塊165可依執行目標，而選擇一個或多個最適合故障檢測的故障模型180A-N。
在本發明的一個實施例中，故障檢測模塊165可以實質上同時的方式採用一個或多個故障模型180A-N，以確定是否有與第一和第二處理工具105A、105B相關的故障發生。以此方式，故障檢測模塊165可以並行或實質上同時的方式對第一和第二處理工具105A、105B執行故障檢測。在本發明的一個實施例中，可採用該第一和第二處理工具105A、105B提供的追蹤數據來更新一個或多個故障模型180A-N。
用於故障檢測的故障模型180A-N可依具體實施方式
而定。例如，如果每一故障模型180A-N表示由該處理工具105所執行的不同工藝處理步驟時，則該故障檢測模塊165可對給定的工藝處理步驟採用恰當的故障模型180，以確定該處理步驟中是否有故障發生。在本發明的一個實施例中，故障檢測模塊165可對不同的處理工具105採用不同的故障模型180，其取決於處理工具105所執行的處理步驟以及與檢測這些處理步驟的故障相對應的故障模型180的可獲得性。
雖然如圖2所述的方法採用兩個處理工具105A、105B，應該可以理解的是，可採用多於兩個的處理工具。一旦代表二個以上的工藝工具105的故障模型180產生後，圖2的方法所述的過程可以延伸至以處理工具105來檢測故障。
按照本發明的一個或更多的實施例，提供有效率的故障檢測系統，該故障檢測系統可對多個處理工具105並行的執行故障檢測。在本發明的一個實施例中，所述的並行故障檢測通過故障模型180跨過多個處理工具105而施行。即，這些故障模型180為多個處理工具105所共享。該共享故障模型180可被故障檢測模塊165大致同時地用於檢測一個或多個處理工具105所發生的故障。採用表示多個處理工具105的操作的共享故障模型180可節省時間和硬體資源(如存儲空間等)。可節省硬體資源，是因為故障模型為共享，故可對具有多個處理工具105的製造系統100使用較少的故障模型180來執行故障檢測。而且，更少的故障模型180意味著，將需更少的時間投資來維持該故障模型更新。時間與硬體資源上的節省可降低總體的成本，由此增加了生產收益。
不同的系統層、路徑或模塊可由該控制單元155、172執行(如圖1所示)。術語「控制單元」可包括一個或多個微處理器、微控制器、數位訊號處理器、處理卡(含一個或多個微處理器或微控制器)、或其它控制或計算器件。該存儲單元170(如圖1所示)可包括一個或多個機器可讀取的存儲媒介，用於存儲數據及指令。存儲媒介可包括不同形式的存儲器，包括如動態或靜態隨機存取存儲器(DRAM或SRAM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM)、電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)和快閃記憶體等的半導體存儲器；如固定式軟盤、軟盤和可移動式硬碟等的磁碟；其它包含磁帶的磁性媒介；以及光學媒介，如光碟(CD)、或數字視頻光碟(DVD)。而在不同系統中用以構成不同軟體層、路徑或模塊的指令可存儲在各自的存儲器件中。當通過各個控制單元執行這些指令時，將致使對應的系統執行已程序的動作。
上述特定的實施例僅是示意性的，因為本發明可採用對於從此處公開獲益的本領域技術人員顯而易見的不同但卻等價的方式來修改和實施。而且，其中所示的結構或設計的細節並不具有任何限制性，除了在下面權利要求中所說明的以外。因此，以上所揭露的特定具體實施例顯然可被改變或修改，而且所有的這些變更均可視為在本發明的範圍與精神內。因此，此處所尋求的保護乃陳述在下面的權利要求中。
權利要求
1.一種方法，包括接收與第一處理工具(105A)處理的工件相關的數據；接收與第二處理工具(105B)處理的工件處理相關的數據；以及將至少部分所接收的數據與該第一和第二處理工具(105A、105B)所共享的故障模型(180)作比較，以確定該第一處理工具(105A)處理的工件和該第二處理工具(105B)處理的工件的至少其中之一是否有故障發生。
2.如權利要求1所述的方法，其中比較至少部分所接收的數據的步驟包括將所接收到的數據與多個共享故障模型(180)作比較。
3.如權利要求2所述的方法，其中將部分所接收的數據與多個共享故障模型(180)作比較的步驟包括將部分所接收的數據與多個代表第一和第二處理工具(105A、105B)的工藝處理步驟或工具狀態的至少其中之一的共享故障模型(180)作比較。
4.如權利要求1所述的方法，進一步包括接收與第三處理工具(105)處理的工件相關的數據，且進一步包括將所接收的與該第三處理工具(105)處理的工件相關的數據與該共享故障模型(180)作比較，以確定是否有故障發生。
5.如權利要求1所述的方法，其中接收與工件處理相關的數據的步驟包括接收與該第一處理工具(105A)處理的半導體晶片相關的數據。
6.如權利要求1所述的方法，其中接收數據步驟包括接收與該第一處理工具(105A)處理的晶片以及與該第二處理工具(105B)處理的晶片相關的測量數據。
7.如權利要求6所述的方法，其中接收數據步驟包括大致實時地接收與該第一和第二處理工具(105A、105B)處理的晶片相關的數據，且進一步根據至少部分所接收的數據來更新該故障模型(180)。
8.一種系統，包括第一處理工具(105A)，用於處理晶片；第二處理工具(105B)，用於處理晶片；以及故障檢測單元(150)，其特徵在於該故障檢測單元(150)用於接收與該第一處理工具(105A)和第二處理工具(105B)處理的晶片相關的數據；以及根據將至少部分所接收的數據與故障模型(180)所作的比較，檢測至少與該第一和第二處理工具(105A、105B)其中之一相關的故障，其中該故障模型(180)表示至少該第一和第二處理工具(105A、105B)的可接受的操作範圍。
9.如權利要求8所述的系統，其中在該第一和第二處理工具(105A、105B)與故障檢測單元(150)之間連接有先進工藝控制架構(120)。
全文摘要
一種並行故障檢測裝置及其方法。該並行故障檢測方法，包括先由第一處理工具(105A)接收與工件處理相關的數據；接著由第二處理工具(105B)接收與工件處理相關的數據；以及將至少部分所接收的數據與共有的故障模型(180)作比較，以確定由該第一處理工具(105A)處理的工件以及由該第二處理工具(105B)處理的工件其中至少一個中是否有故障發生。
文檔編號H01L21/66GK1729559SQ200380107158
公開日2006年2月1日 申請日期2003年11月6日 優先權日2002年12月18日
發明者E·小考斯, E·D·亞當斯三世, R·J·鄭, H·E·卡索耳, T·J·松德爾曼, A·J·帕薩迪恩 申請人:先進微裝置公司