颗粒自动控制方法及系统

摘要

一种颗粒自动控制方法及系统。其中颗粒自动控制方法，包括：获取晶圆表面或工艺环境中颗粒个数；设置颗粒个数的允许上限值；计算信号值，所述信号值与颗粒个数和颗粒个数的允许上限值有关联；根据信号值分析颗粒控制情况，在任意五个连续信号值中有至少四个为中间值，判定为颗粒失控。本发明的“五点法”原则能直接应用SPC软件进行分析实现对颗粒的自动控制，而无需将另外投资其他软件，使资源能够共享。

权利要求

1.一种颗粒自动控制方法，其特征在于，包括：

获取晶圆表面或工艺环境中颗粒个数；

设置颗粒个数的允许上限值；

计算信号值，所述信号值与颗粒个数和颗粒个数的允许上限值有关联，所述计算信号值的步骤分为：计算正数 其中X为颗粒个数，n为颗粒个数的允许上限值；

设置信号值 所述2为异常值，1为中间值，0为正常值；

根据信号值分析颗粒控制情况，在任意五个连续信号值中有至少四个为中间值，判定为颗粒失控。

2.根据权利要求1所述颗粒自动控制方法，其特征在于，所述根据信号值分析颗粒控制情况是采用SPC软件中WECO准则。

3.根据权利要求2所述颗粒自动控制方法，其特征在于，所述WECO准则设定μ±3σ为控制界限，其中，μ为产品的质量特性值的平均值，σ为产品的质量特性值的标准差。

4.根据权利要求3所述颗粒自动控制方法，其特征在于，所述控制界限μ±3σ之间的区域等分成六个分区域，所述六个分区域分别为μ+3σ与μ+2σ之间的第一区域A、μ-3σ与μ-2σ之间的第二区域A、μ+2σ与μ+σ之间的第一区域B、μ-2σ与μ-σ之间的第二区域B、μ+σ与μ之间的第一区域C和μ-σ与μ之间的第二区域C。

5.根据权利要求1所述颗粒自动控制方法，其特征在于，所述信号值Z＝2是位于第一区域A和第二区域A内的，信号值Z＝1是位于第一区域B和第二区域B内的，信号值Z＝0是位于第一区域C和第二区域C内的。

6.一种颗粒自动控制系统，其特征在于，包括：

获取单元，获取晶圆表面或工艺环境中颗粒个数；

设置单元，设置颗粒个数的允许上限值；

计算单元，计算信号值，所述信号值与颗粒个数和颗粒个数的允许上限值有关联，所述计算单元包括：第一计算单元，计算正数 其中X为颗粒个数，n为颗粒个数的允许上限值；

第一设置单元，设置信号值 所述2为异常值，1为中间值，0为正常值；

分析单元，根据信号值分析颗粒控制情况，在任意五个连续信号值中有至少四个为中间值，判定为颗粒失控。

7.根据权利要求6所述颗粒自动控制系统，其特征在于，所述分析单元为SPC软件中WECO准则。

8.根据权利要求7所述颗粒自动控制系统，其特征在于，所述WECO准则设定μ±3σ为控制界限，其中，μ为产品的质量特性值的平均值，σ为产品的质量特性值的标准差。

9.根据权利要求8所述颗粒自动控制系统，其特征在于，所述控制界限μ±3σ之间的区域等分成六个分区域，所述六个分区域分别为μ+3σ与μ+2σ之间的第一区域A、μ-3σ与μ-2σ之间的第二区域A、μ+2σ与μ+σ之间的第一区域B、μ-2σ与μ-σ之间的第二区域B、μ+σ与μ之间的第一区域C和μ-σ与μ之间的第二区域C。

10.根据权利要求6所述颗粒自动控制系统，其特征在于，所述信号值Z＝2是位于第一区域A和第二区域A内的，信号值Z＝1是位于第一区域B和第二区域B内的，信号值Z＝0是位于第一区域C和第二区域C内的。

说明书

颗粒自动控制方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及质量控制领域，特别涉及一种颗粒自动控制方法及系统。

背景技术

[0002] 随着半导体产业的不断发展，半导体制造工艺已经进入纳米时代，以适应各项电子产品越做越小，功能越做越强的趋势。而伴随着芯片功能越做越强，元件越做越小的趋势而来的，便是对工艺中各种不同环节的技术要求越来越高。由于元件越来越小，而内部线路越做越复杂，使工艺中对各项参数的细微变化更敏感，原先可以容许的工艺条件误差，在元件体积大幅缩小后，可能会对元件的性能造成极大的影响，因此，为达到良好的元件性能，对工艺条件及质量控制的要求必定会日趋严谨。

[0003] 对半导体元件进行质量控制主要是通过收集数据、整理数据，找出波动的规律，将正常波动控制在最低限度，消除系统性原因造成的异常波动。将实际测得的质量特性与相关标准进行比较，并对出现的差异或异常现象采取相应措施进行纠正，从而使工序处于受控制状态，这一过程就叫做质量控制。

[0004] 例如，半导体生产过程中需要不断检查工艺环境，机台内和晶圆上的清洁度，即检测微颗粒的个数。由于颗粒的分布和飘移的情况具有特殊的表现，因此目前业界借用统计过程控制图(Statistical Process Control Chart，SPCChart)的形式，SPC软件中都含有WECO rule(西方电子公司之异常警示准则)自动化功能。如图1所示，该准则设定μ±3σ为控制界限(其中μ为所述产品的质量特性值的平均值，σ为所述产品的质量特性值的标准差)，且将上界限μ+3σ和下界限μ-3σ之间的区域称为控制区域，而μ为控制区域的中线，然后再将中线与控制区域之间的区域进行三等分，分为区域A、区域B和区域C。SPC软件将颗粒特性值落在区域A内记为信号2，此时WECO rule的信号显示为“口-2-2”或“2-□-2”，SPC软件对此类信号报警。对于控制图中控制界限的确定方法有多种，在例如申请号为200480037968.6的中国专利申请中还能发现更多与确定控制界限相关的内容。

[0005] 如果检测得到的颗粒个数信号显示“□-2-2”或“2-□-2”，就认为工艺环境或机台内环境洁净度超标，需要停机清洁。或者如果晶圆上的颗粒数溢出USL，则该片晶圆必须加以清洁后才能继续进行后续工艺流程。

[0006] 但是，如图2所示，颗粒数有偶然一次性飘高的特性，技术上称为“偶发”特性。经验告诉我们，这种偶然性一次飘高不表示洁净度出了问题，一般认为不是反常现象。所以当颗粒控制图经常出现如图2的现象时，理论上应该进行清洁步骤了，但是技术人员仍认为整个颗粒数还是可控的，无须停机或清洗晶圆。

[0007] 为了防止上述情况的发生，在半导体生产过程中对工艺环境中或晶圆表面的杂质颗粒进行控制采用的方法为“二点法”。如图3所示，当连续两点超过USL，才能判断颗粒超标或者说失控，这时才采取对应措施。

[0008] 但是，“二点法”原则太简单苛刻，容易犯“滞后”的错误，当发生图4的情况时，会延误颗粒失控的检测判断，从而耽误及时的清洁或停机检测措施，影响产品的质量。

发明内容

[0009] 本发明解决的问题是提供一种颗粒自动控制方法及系统，防止耽误及时的清洁或停机检测措施，影响产品的质量。

[0010] 为解决上述问题，本发明提供一种颗粒自动控制方法，包括：获取晶圆表面或工艺环境中颗粒个数；设置颗粒个数的允许上限值；计算信号值，所述信号值与颗粒个数和颗粒个数的允许上限值有关联；根据信号值分析颗粒控制情况，在任意五个连续信号值中有至少四个为中间值，判定为颗粒失控。

[0011] 可选的，所述计算信号值的步骤分为：

[0012] 计算正数 其中X为颗粒个数，n为颗粒个数的允许上限值；

[0013] 可选的，设置信号值 所述2为异常值，1为中间值，0为正常值。

[0014] 可选的，所述根据信号值分析颗粒控制情况是采用SPC软件中WECO准则。

[0015] 可选的，所述WECO准则设定μ±3σ为控制界限，其中，μ为所述产品的质量特性值的平均值，σ为所述产品的质量特性值的标准差。

[0016] 可选的，所述控制界限μ±3σ之间的区域等分成六个分区域，所述六个分区域分别为μ+3σ与μ+2σ之间的第一区域A、μ-3σ与μ-2σ之间的第二区域A、μ+2σ与μ+σ之间的第一区域B、μ-2σ与μ-σ之间的第二区域B、μ+σ与μ之间的第一区域C和μ-σ与μ之间的第二区域C。

[0017] 可选的，所述信号值Z＝2是位于第一区域A和第二区域A内的，信号值Z＝1是位于第一区域B和第二区域B内的，信号值Z＝0是位于第一区域C和第二区域C内的。

[0018] 本发明还提供一种颗粒自动控制系统，包括：获取单元，获取晶圆表面或工艺环境中颗粒个数；设置单元，设置颗粒个数的允许上限值；计算单元，计算信号值，所述信号值与颗粒个数和颗粒个数的允许上限值有关联；分析单元，根据信号值分析颗粒控制情况，在任意五个连续信号值中有至少四个为中间值，判定为颗粒失控。

[0019] 可选的，所述计算单元包括：

[0020] 第一计算单元，计算正数 其中X为颗粒个数，n为颗粒个数的允许上限值；

[0021] 第一设置单元，设置信号值 所述2为异常值，1为中间值，0为正常值。

[0022] 可选的，所述分析单元为SPC软件中WECO准则。

[0023] 可选的，所述WECO准则设定μ±3σ为控制界限，其中，μ为所述产品的质量特性值的平均值，σ为所述产品的质量特性值的标准差。

[0024] 可选的，所述控制界限μ±3σ之间的区域等分成六个分区域，所述六个分区域分别为μ+3σ与μ+2σ之间的第一区域A、μ-3σ与μ-2σ之间的第二区域A、μ+2σ与μ+σ之间的第一区域B、μ-2σ与μ-σ之间的第二区域B、μ+σ与μ之间的第一区域C和μ-σ与μ之间的第二区域C。

[0025] 可选的，所述信号值Z＝2是位于第一区域A和第二区域A内的，信号值Z＝1是位于第一区域B和第二区域B内的，信号值Z＝0是位于第一区域C和第二区域C内的。

[0026] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：采用在任意五个连续信号值中有至少四个为中间值，判定为颗粒失控的原则，即“五点法”原则。“五点法”原则涵盖了“二点法”原则，不但能解决“二点法”颗粒控制上的滞后问题，而且由于及时检测判断出颗粒失控的情况，能够提前采取措施，对工艺环境及晶圆表面的清洁度起到了预警的功能，以便于及时的对工艺环境及晶圆表面进行清洁，提高了产品的质量。

[0027] “五点法”原则能直接应用SPC软件进行分析实现对颗粒的自动控制，而无需另外投资其他软件，使资源能够共享。

附图说明

[0028] 图1是现有SPC软件中含有WECO准则图；

[0029] 图2现有晶圆表面监控颗粒数的过程中颗粒“偶发”性示意图；

[0030] 图3现有半导体生产过程中对晶圆表面的杂质颗粒进行控制采用“二点法”的示意图；

[0031] 图4本发明半导体生产过程中对晶圆表面的杂质颗粒进行控制采用“五点法”的实施例示意图；

[0032] 图5本发明进行颗粒自动控制的具体实施方式流程图；

[0033] 图6是本发明颗粒自动控制装置的实施例示意图。

具体实施方式

[0034] 随着半导体器件的集成度不断提高，对于晶圆表面及工艺环境的洁净度的要求也越来越高，控制晶圆表面及工艺环境中微颗粒数在晶圆的生产中是至关重要的。因此，在半导体器件的制作过程中，几乎每步工艺之后都需要进行清洗步骤以控制晶圆表面及工艺环境中颗粒数。晶圆表面及工艺环境的洁净度直接对器件结构、性能及寿命产生影响。尤其在器件线宽越来越小的情况下，如果晶圆表面或工艺环境中微颗粒数超标，造成半导体器件内电路短路，器件的膜层之间产生杂质，不能完全整合在一起，进而影响半导体器件的性能及质量。

[0035] 本发明采用在任意五个连续信号值中有至少四个为中间值，判定为颗粒失控的原则，即“五点法”原则。“五点法”原则涵盖了“二点法”原则，不但能解决“二点法”颗粒控制上的滞后问题，而且由于及时检测判断出颗粒失控的情况，能够采取措施，对工艺环境及晶圆表面的清洁度起到了预警的功能，以便于及时的对工艺环境及晶圆表面进行清洁，提高了产品的质量。另外，“五点法”原则能直接应用SPC软件进行分析实现对颗粒的自动控制，而无需另外投资其他软件，使资源能够共享。

[0036] 本发明进行颗粒控制的具体实施方式流程如图5所示，执行步骤S31，获取晶圆表面或工艺环境中颗粒个数；执行步骤S32，设置颗粒个数的允许上限值；执行步骤S33，计算信号值，所述信号值与颗粒个数和颗粒个数的允许上限值有关联；执行步骤S34，根据信号值分析颗粒控制情况，在任意五个连续信号值中有至少四个为中间值，判定为颗粒失控。

[0037] 下面结合附图对本发明具体实施方式做详细的说明。

[0038] 图4是本发明半导体生产过程中对晶圆表面的杂质颗粒进行控制采用“五点法”的示意图。结合图5的流程步骤S31，获取晶圆表面或工艺环境中颗粒个数。在半导体生产过程中需要不断检查工艺环境、机器和晶圆上的颗粒个数以保证晶圆表面清洁，以及工艺环境中颗粒数量。通过统计过程控制(SPC)方式收集生产过程中晶圆表面的颗粒的特性值数据计算控制图的控制界限，做成分析用控制图。

[0039] 结合图5流程步骤S32，设置颗粒个数的允许上限值。如图4所示，进入SPC监控阶段，此时分析用控制图转化为控制用控制图。监控阶段的主要工作是使用控制用控制图进行监控，其中，控制图的控制界限已经根据分析阶段的结果而确定，即颗粒个数的允许上限值(USL)已根据分析阶段的分析结果得到。

[0040] 本实施例中，通常颗粒个数的允许上限值(USL)的开根号值为颗粒个数的允许值。例如，当颗粒个数的允许上限值(USL)＝900的时候，则颗粒个数的允许值＝30。

[0041] 结合图5流程步骤S33，计算信号值，所述信号值与颗粒个数和颗粒个数的允许上限值有关联。所述计算信号值的步骤分为：

[0042] 首先，计算正数 其中X为颗粒个数，n为颗粒个数的允许上限值。本实施例中，当颗粒个数的允许上限值(USL)n＝900的时候，则颗粒个数的允许值

[0043] 然后，设置信号值 所述2为异常值，1为中间值，0为正常值。

[0044] 本实施例中，以颗粒个数X为准，当

[0045] 结合图5流程步骤S34，根据信号值分析颗粒控制情况，在任意五个连续信号值中有至少四个为中间值，判定为颗粒失控。如图1所示，采用SPC软件中WECO准则分析颗粒控制情况，所述WECO准则设定μ±3σ为控制界限，其中，μ为所述产品的质量特性值的平均值，σ为所述产品的质量特性值的标准差。

[0046] 将控制界限μ±3σ之间的区域等分成六个分区域，所述六个分区域分别为μ+3σ与μ+2σ之间的第一区域A、μ-3σ与μ-2σ之间的第二区域A、μ+2σ与μ+σ之间的第一区域B、μ-2σ与μ-σ之间的第二区域B、μ+σ与μ之间的第一区域C和μ-σ与μ之间的第二区域C。其中，所述信号值Z＝2是位于第一区域A和第二区域A内的，信号值Z＝1是位于第一区域B和第二区域B内的，信号值Z＝0是位于第一区域C和第二区域C内的。

[0047] 本实施例中，所述五个连续信号值中至少四个信号值位于WECO准则设定的第一区域B或第二区域B内，则表示颗粒失控，这样能够提前采取措施，对工艺环境及晶圆表面的清洁度起到了预警的功能，以便于及时的对工艺环境及晶圆表面进行清洁，或对机台进行停机检测。

[0048] 所述五个连续信号值中至少四个信号值位于WECO准则设定的第一区域B或第二区域B内。可以是第一信号值、第二信号值、第三信号值和第四信号位于WECO准则设定的第一区域B或第二区域B内，第五信号值位于第一区域C或第二区域C内；第一信号值、第三信号值、第四信号和第五信号值位于WECO准则设定的第一区域B或第二区域B内，第二信号值位于第一区域C或第二区域C内；第一信号值、第二信号值、第四信号值和第五信号位于WECO准则设定的第一区域B或第二区域B内，第三信号值位于第一区域C或第二区域C内；第一信号值、第二信号值、第三信号值和第五信号位于WECO准则设定的第一区域B或第二区域B内，第四信号值位于第一区域C或第二区域C内；第二信号值、第三信号值、第四信号和第五信号值位于WECO准则设定的第一区域B或第二区域B内，第一信号值位于第一区域C或第二区域C内。

[0049] 采用“五点法”对颗粒进行监控，能更及时地判断出颗粒失控的情况，这样能够提前采取措施，对工艺环境及晶圆表面的清洁度起到了预警的功能，以便于及时的对工艺环境及晶圆表面进行清洁，或对机台进行停机检测。

[0050] 如图6所示，一个实施例的颗粒自动控制装置，包括：获取单元20，获取晶圆表面或工艺环境中颗粒的特性值。

[0051] 获取单元20可收集半导体生产过程中工艺环境、机器内和晶圆上的颗粒数据。

[0052] 在将颗粒特性数据进行收集后，传送至设置单元21。

[0053] 设置单元21，设置颗粒个数的允许上限值。

[0054] 在SPC监控阶段的主要工作是使用控制用控制图进行监控，其中，设置单元21的控制图的控制界限已经根据分析阶段的结果而确定，即颗粒个数的允许上限值(USL)已根据分析阶段的分析结果得到。

[0055] 具体设置方法为，将颗粒个数的允许上限值(USL)的开根号值为颗粒个数的允许值。例如，当颗粒个数的允许上限值(USL)＝900的时候，则颗粒个数的允许值＝30。

[0056] 将设定好的颗粒个数的允许上限值传送至计算单元22中。

[0057] 计算单元22，计算信号值，所述信号值与颗粒个数和颗粒个数的允许上限值有关联。

[0058] 计算单元22包括：

[0059] 第一计算单元，计算正数 其中X为颗粒个数，n为颗粒个数的允许上限值；例如n可以是900。

[0060] 将第一计算单元计算得到的正数Y传送至第一设置单元。

[0061] 第一设置单元，设置信号值 所述2为异常值，1和0为正常值。

[0062] 最后，将计算单元22中计算得到的Z值传送至分析单元23中。

[0063] 分析单元23，根据信号值分析颗粒控制情况，在任意五个连续信号值中有至少四个为中间值，判定为颗粒失控。

[0064] 采用如图1所示的SPC软件中WECO准则分析颗粒控制情况，所述WECO准则设定μ±3σ为控制界限，其中，μ为所述产品的质量特性值的平均值，σ为所述产品的质量特性值的标准差。

[0065] 将控制界限μ±3σ之间的区域等分成六个分区域，所述六个分区域分别为μ+3σ与μ+2σ之间的第一区域A、μ-3σ与μ-2σ之间的第二区域A、μ+2σ与μ+σ之间的第一区域B、μ-2σ与μ-σ之间的第二区域B、μ+σ与μ之间的第一区域C和μ-σ与μ之间的第二区域C。其中，所述信号值Z＝2是位于第一区域A和第二区域A内的，信号值Z＝1是位于第一区域B和第二区域B内的，信号值Z＝0是位于第一区域C和第二区域C内的。

[0066] 本实施例中，所述五个连续信号值中有至少四个为中间值位于第一区域B或第二区域B内，则表示颗粒失控，这样能够提前采取措施，对工艺环境及晶圆表面的清洁度起到了预警的功能，以便于及时的对工艺环境及晶圆表面进行清洁，或对机台进行停机检测。

[0067] 虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。