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一種先進過程控制系統(tǒng)及其測試方法

文檔序號:6309525閱讀:181來源:國知局
專利名稱:一種先進過程控制系統(tǒng)及其測試方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及微電子行業(yè)集成電路制造領(lǐng)域,尤其涉及一種先進過程控制 (Advanced Process Control,簡稱APC)系統(tǒng)及其測試方法。
背景技術(shù)
隨著半導(dǎo)體工藝進入45nm,一方面,集成電路生產(chǎn)線的投資成本不斷攀高,為了盡快收回投資成本,需要不斷提高設(shè)備的生產(chǎn)效率;另一方面,半導(dǎo)體器件加工時的工藝窗口越來越小,對集成電路設(shè)備和檢測設(shè)備制造商提出了更嚴(yán)格的工藝控制要求。以往的統(tǒng)計過程控制(StatisticalftOcess Control,簡稱SPC)和單獨對某參數(shù)的控制方法已不能適應(yīng)當(dāng)前的工藝技術(shù)要求。為了提高設(shè)備生產(chǎn)效率,使工藝生產(chǎn)線具備可延伸性、靈活性,改善產(chǎn)品質(zhì)量和連續(xù)性,先進過程控制日益得到人們的關(guān)注和深入研究。先進過程控制系統(tǒng)可應(yīng)用于生產(chǎn)線的各個環(huán)節(jié),幾乎可以涵蓋所有的工藝工序, 如薄膜沉積、光刻等,與各種測量設(shè)備緊密結(jié)合形成完整的控制體系,嚴(yán)格的將各種工藝參數(shù)控制在規(guī)定的指標(biāo)范圍內(nèi)。先進過程控制系統(tǒng)結(jié)合了 SPC與回饋控制,利用過去的過程資料數(shù)據(jù),根據(jù)最后所需要達到的目標(biāo)選擇合適的模型及控制策略,進一步結(jié)合前一道工序中的晶圓(Wafer)參數(shù)預(yù)測出下一批制造過程的設(shè)備參數(shù)設(shè)置,及時糾正誤差,降低因機臺老化、材料壽命或周圍環(huán)境調(diào)節(jié)的改變造成的設(shè)備漂移。保證機臺與過程設(shè)備的良好穩(wěn)定運行,縮小Wafer產(chǎn)出的變異,提高設(shè)備利用效率及成品率。先進過程控制系統(tǒng)是一個自動化程度很高的系統(tǒng),由于先進過程控制系統(tǒng)的開發(fā)需要結(jié)合工廠的硬件環(huán)境和現(xiàn)有的控制系統(tǒng),使APC系統(tǒng)的驗證工作具有很大的困難。先進過程控制系統(tǒng)涉及到代工廠(Rnmdry)的工藝設(shè)備、數(shù)據(jù)庫等,先進過程控制的驗證必須得到代工廠的大力支持才能得到比較準(zhǔn)確的驗證結(jié)果。本申請人意識到現(xiàn)有技術(shù)存在如下技術(shù)缺陷如果將先進過程控制系統(tǒng)放入晶圓廠進行驗證測試,驗證系統(tǒng)的正確性與準(zhǔn)確性將會影響晶圓廠的不間斷工作過程,時間花費較長,成本過高。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題為解決上述的一個或多個問題,本發(fā)明提供了一種先進過程控制系統(tǒng)及其測試方法,以克服先進過程控制系統(tǒng)不易測試與驗證的問題,加速系統(tǒng)開發(fā),降低系統(tǒng)的開發(fā)成本。( 二 )技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面,提供了一種先進過程控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)與虛擬制造系統(tǒng)相連接,包括實時錯誤檢測模塊,與虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊相連接,用于從虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊獲取虛擬工藝制造過程中的產(chǎn)品性能參數(shù),并比照預(yù)設(shè)的產(chǎn)品性能參數(shù),對虛擬工藝制造過程中產(chǎn)品性能參數(shù)進行錯誤檢測;錯誤分類與響應(yīng)模塊,與實時錯誤檢測模塊相連接,用于針對檢測出的錯誤進行分類,并查找產(chǎn)生該錯誤的原因;反饋/回饋控制模塊,與錯誤分類與響應(yīng)模塊相連接,用于根據(jù)產(chǎn)生該錯誤的原因調(diào)用相應(yīng)的校正模型對該錯誤相關(guān)的工藝設(shè)備參數(shù)進行校正,并將校正后的工藝設(shè)備參數(shù)發(fā)送至虛擬制造系統(tǒng)的過程控制模塊。根據(jù)本發(fā)明的再一個方面,提供了一種先進過程控制系統(tǒng)的測試方法。先進過程控制系統(tǒng)與虛擬制造系統(tǒng)相連接。該方法包括從虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊獲取虛擬工藝制造過程中的產(chǎn)品性能參數(shù),并比照預(yù)設(shè)的產(chǎn)品性能參數(shù),對虛擬工藝制造過程中產(chǎn)品性能參數(shù)進行錯誤檢測;針對檢測出的錯誤進行分類,并查找產(chǎn)生該錯誤的原因;根據(jù)產(chǎn)生錯誤的原因,調(diào)用相應(yīng)的校正模型對該錯誤相關(guān)的工藝設(shè)備參數(shù)進行校正,并將校正后的工藝設(shè)備參數(shù)發(fā)送至虛擬制造系統(tǒng)的過程控制模塊,從而完成先進過程控制系統(tǒng)的測試ο(三)有益效果從上述技術(shù)方案可知,本發(fā)明中,用虛擬制造系統(tǒng)作為驗證先進過程控制(APC) 的工具,具有以下有益效果(1)避免先進過程控制系統(tǒng)嵌入實際工藝線時需要花費大量時間以及工藝設(shè)備因為先進過程控制系統(tǒng)的測試造成無法正常進行生產(chǎn)的問題,降低先進過程控制系統(tǒng)的測試和驗證成本;(2)用虛擬制造系統(tǒng)驗證先進過程控制系統(tǒng)大大縮短了系統(tǒng)開發(fā)周期,由于先進過程控制系統(tǒng)與工藝設(shè)備的緊密聯(lián)系,與先進過程控制系統(tǒng)相關(guān)的工作必須得到設(shè)備廠的大力支持,虛擬制造系統(tǒng)的使用使先進過程控制系統(tǒng)的測試與驗證能夠隨時進行,并較易重現(xiàn),根據(jù)結(jié)果調(diào)整系統(tǒng)中存在的問題,克服了先進過程控制系統(tǒng)不易測試和不易校正的問題,為進一步嵌入到實際工藝做好充分準(zhǔn)備。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)虛擬制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為本發(fā)明先進過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;圖3為本發(fā)明實施例先進過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;圖4為本發(fā)明實施例先進過程控制系統(tǒng)測試方法的流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白,以下結(jié)合具體實施例,并參照附圖,對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范,但應(yīng)了解,參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值,而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計約束內(nèi)近似于所述值。虛擬制造系統(tǒng)(Virtual Manufacturing Fab,簡稱虛擬Fab)是一種通過計算機虛擬模型來模擬和預(yù)估產(chǎn)品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的問題的技術(shù)。在產(chǎn)品真正制出之前,首先在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型(Soft Prototype)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品(Hard Prototype)進行試驗,合理選擇和調(diào)整工藝過程,選擇最佳的工藝條件,也就是進行工藝條件的優(yōu)化和模擬,對其性能和可制造性進行預(yù)測和評價。圖1為現(xiàn)有技術(shù)虛擬制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示,虛擬制造系統(tǒng)包括設(shè)備控制模塊、過程控制模塊、制造控制模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和數(shù)據(jù)庫模塊。其中,設(shè)備控制模塊控制設(shè)備的開啟停止、維護等狀態(tài),過程控制模塊控制過程當(dāng)中的工藝參數(shù)及實時調(diào)整。制造控制模塊根據(jù)多重控制模塊提供的工藝參數(shù)進行制造過程的仿真。數(shù)據(jù)采集模塊進行產(chǎn)品性能參數(shù)的收集,并將數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)庫模塊進程數(shù)據(jù)存儲。此外過程控制模塊將工藝參數(shù)提供給數(shù)據(jù)庫進行存儲。設(shè)備控制模塊將設(shè)備狀態(tài)及控制指令提供給數(shù)據(jù)庫進行存儲。如圖2所示,本發(fā)明先進過程控制系統(tǒng)主要包括過程修正部分和錯誤管理部分。 過程修正部分又包括反饋/回饋控制模塊和實時控制模塊;錯誤管理部分又包括實時錯誤檢測模塊和錯誤分類與響應(yīng)模塊。錯誤管理部分的實時錯誤檢測模塊檢測是否出現(xiàn)錯誤,錯誤分類與響應(yīng)模塊針對檢測出的錯誤進行分類,根據(jù)錯誤分類查找產(chǎn)生該錯誤的原因。過程修正部分的反饋/回饋控制模塊,根據(jù)產(chǎn)生錯誤的原因,調(diào)用校正模型得到需要調(diào)整的參數(shù),實時控制模塊負(fù)責(zé)完成先進過程控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)與外界數(shù)據(jù)的實時通訊。舉例來說,實時錯誤檢測模塊檢測到化學(xué)機械研磨工藝中出現(xiàn)的金屬厚度減小過快的錯誤;錯誤分類與響應(yīng)模塊將該金屬厚度減小過快的錯誤分類至由于整體參數(shù)偏移引起的錯誤種類, 而產(chǎn)生該錯誤的原因為研磨壓力過大;反饋/回饋控制模塊根據(jù)該錯誤原因,調(diào)用校正模型來校正研磨壓力參數(shù)。而如果實時錯誤檢測模塊發(fā)現(xiàn)在金屬厚度減小過快的同時,伴隨碟形(金屬厚度與介質(zhì)厚度之差)增大;則錯誤分類與響應(yīng)模塊將該錯誤分類至由于整體參數(shù)偏移引起的錯誤種類,而產(chǎn)生該錯誤的原因為研磨液過量引起金屬與介質(zhì)化學(xué)反應(yīng)不一致而導(dǎo)致研磨速度相差較大;反饋/回饋控制模塊根據(jù)該錯誤原因,調(diào)用另一校正模型研磨液供應(yīng)量。在本發(fā)明中,將實際工藝線替換為虛擬制造系統(tǒng)進行先進過程控制系統(tǒng)驗證與測試。由于虛擬制造系統(tǒng)為軟件系統(tǒng)工具,通過接口技術(shù)將先進過程控制系統(tǒng)集成入虛擬制造系統(tǒng)中,驗證先進過程控制系統(tǒng)的可行性與有效性。在本發(fā)明的一個示例性實施例中,提出了一種先進過程控制系統(tǒng)。圖3為本發(fā)明實施例先進過程控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示,將先進過程控制系統(tǒng)的實時錯誤檢測模塊的輸入通過實時控制模塊與虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊相連接,反饋/回饋控制模塊的輸出通過實時控制模塊與虛擬制造系統(tǒng)的制造控制模塊相連接。本發(fā)明實施例先進過程控制系統(tǒng)中,實時錯誤檢測模塊,通過實時控制模塊與虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊相連接,用于從虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊獲取虛擬工藝制造過程中的產(chǎn)品性能參數(shù),并比照預(yù)設(shè)的產(chǎn)品性能參數(shù),對虛擬工藝制造過程中產(chǎn)品性能參數(shù)進行錯誤檢測;錯誤分類與響應(yīng)模塊,與實時錯誤檢測模塊相連接,用于針對檢測出的錯誤進行分類,查找產(chǎn)生該錯誤的原因;反饋/回饋控制模塊,與錯誤分類與響應(yīng)模塊相連接,用于根據(jù)產(chǎn)生錯誤的原因,調(diào)用相應(yīng)的校正模型對錯誤相關(guān)的工藝設(shè)備參數(shù)進行校正, 并將校正后的工藝設(shè)備參數(shù)通過實時控制模塊發(fā)送至虛擬制造系統(tǒng)的過程控制模塊。同時,反饋/回饋控制模塊還將校正后的工藝設(shè)備參數(shù)通過實時控制模塊發(fā)送至虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫模塊用于存儲。為了進一步提升先進過程控制系統(tǒng)的參數(shù)優(yōu)化和自學(xué)習(xí)的功能,本實施例的反饋 /回饋控制模塊,還通過實時控制模塊與虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫模塊相連接,用于從虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫模塊獲得設(shè)備工藝設(shè)備參數(shù)調(diào)整前后半導(dǎo)體晶片的產(chǎn)品性能參數(shù),判斷半導(dǎo)體晶片的性能改善是否達到預(yù)期效果,在未達到預(yù)期效果時,對校正模型進行調(diào)整。此處,對校正模型進行調(diào)整的形式有兩種一種是更換校正模型的種類;另一種是修正校正模型的擬合參數(shù)。可供選擇的校正模型的種類有MMSE控制方法、PID控制方法和混沌優(yōu)化算法。對于修正校正模型的參數(shù),例如對于MMSE控制算法,t時刻的調(diào)整量為
權(quán)利要求
1.一種先進過程控制系統(tǒng),其特征在于,與虛擬制造系統(tǒng)相連接,包括實時錯誤檢測模塊,與虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊相連接,用于從虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊獲取虛擬工藝制造過程中的產(chǎn)品性能參數(shù),并比照預(yù)設(shè)的產(chǎn)品性能參數(shù),對虛擬工藝制造過程中產(chǎn)品性能參數(shù)進行錯誤檢測;錯誤分類與響應(yīng)模塊,與所述實時錯誤檢測模塊相連接,用于針對檢測出的錯誤進行分類,并查找產(chǎn)生該錯誤的原因;反饋/回饋控制模塊,與所述錯誤分類與響應(yīng)模塊相連接,用于根據(jù)產(chǎn)生錯誤的原因, 調(diào)用相應(yīng)的校正模型對該錯誤相關(guān)的工藝/設(shè)備參數(shù)進行校正,得到校正后的工藝設(shè)備參數(shù),并將校正后的工藝設(shè)備參數(shù)發(fā)送至虛擬制造系統(tǒng)的過程控制模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的先進過程控制系統(tǒng),其特征在于,所述反饋/回饋控制模塊,還用于將校正后的工藝設(shè)備參數(shù)通過實時控制模塊發(fā)送至虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫模塊進行存儲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的先進過程控制系統(tǒng),其特征在于,反饋/回饋控制模塊,與虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫模塊相連接,用于從虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫模塊獲得設(shè)備工藝設(shè)備參數(shù)調(diào)整前后半導(dǎo)體晶片的產(chǎn)品性能參數(shù),判斷半導(dǎo)體晶片的性能改善是否達到預(yù)期效果,在未達到預(yù)期效果時,對校正模型進行調(diào)整,根據(jù)調(diào)整后的校正模型重新對工藝設(shè)備參數(shù)進行校正。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的先進過程控制系統(tǒng),其特征在于,所述反饋/回饋控制模塊包括參數(shù)調(diào)整子模塊,用于對所述校正模型的參數(shù)進行調(diào)整;或模型調(diào)整子模塊,用于更換所述校正模型。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的先進過程控制系統(tǒng),其特征在于,所述校正模型選自以下模型中的一種匪SE控制方法、PID控制方法和混沌優(yōu)化算法。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的先進過程控制系統(tǒng),其特征在于,還包括實時控制模塊,用于所述先進過程控制系統(tǒng)和所述虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。
7.一種先進過程控制系統(tǒng)的測試方法,其特征在于,所述先進過程控制系統(tǒng)與虛擬制造系統(tǒng)相連接,包括從虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊獲取虛擬工藝制造過程中的產(chǎn)品性能參數(shù),并比照預(yù)設(shè)的產(chǎn)品性能參數(shù),對虛擬工藝制造過程中產(chǎn)品性能參數(shù)進行錯誤檢測;針對檢測出的錯誤進行分類,并查找產(chǎn)生該錯誤的原因;根據(jù)產(chǎn)生所述錯誤的原因,調(diào)用相應(yīng)的校正模型對該錯誤相關(guān)的工藝設(shè)備參數(shù)進行校正,并將校正后的工藝設(shè)備參數(shù)發(fā)送至虛擬制造系統(tǒng)的過程控制模塊,從而完成所述先進過程控制系統(tǒng)的驗證測試。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的先進過程控制系統(tǒng)測試方法,其特征在于,所述將校正后的工藝設(shè)備參數(shù)發(fā)送至虛擬制造系統(tǒng)的過程控制模塊的同時還包括將校正后的工藝設(shè)備參數(shù)通過實時控制模塊發(fā)送至虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫模塊存儲。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的先進過程控制系統(tǒng)測試方法,其特征在于,所述將校正后的工藝設(shè)備參數(shù)發(fā)送至虛擬制造系統(tǒng)的過程控制模塊之后還包括從虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫模塊獲得設(shè)備工藝設(shè)備參數(shù)調(diào)整前后半導(dǎo)體晶片的產(chǎn)品性能參數(shù),判斷半導(dǎo)體晶片的性能改善是否達到預(yù)期效果,在未達到預(yù)期效果時,對校正模型進行調(diào)整,根據(jù)調(diào)整后的校正模型重新對工藝設(shè)備參數(shù)進行校正。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的先進過程控制系統(tǒng)測試方法,其特征在于,所述對校正模型進行調(diào)整包括對所述校正模型的參數(shù)進行調(diào)整;或更換所述校正模型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種先進過程控制系統(tǒng)與該系統(tǒng)的測試方法。該系統(tǒng)與虛擬制造系統(tǒng)相連接,包括實時錯誤檢測模塊,用于從虛擬制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊獲取虛擬工藝制造過程中的產(chǎn)品性能參數(shù),并比照預(yù)設(shè)的產(chǎn)品性能參數(shù),對虛擬工藝制造過程中產(chǎn)品性能參數(shù)進行錯誤檢測;錯誤分類與響應(yīng)模塊,用于針對檢測出的錯誤進行分類,并查找產(chǎn)生該錯誤的原因;反饋/回饋控制模塊,用于根據(jù)產(chǎn)生該錯誤的原因,調(diào)用相應(yīng)的校正模型對該錯誤相關(guān)的工藝/設(shè)備參數(shù)進行校正,得到校正后的工藝設(shè)備參數(shù),并將校正后的工藝設(shè)備參數(shù)發(fā)送至虛擬制造系統(tǒng)的過程控制模塊。本發(fā)明避免了先進過程控制系統(tǒng)嵌入實際工藝線時需要花費大量時間以及工藝設(shè)備無法正常進行生產(chǎn)的問題,降低了其測試和驗證成本。
文檔編號G05B23/02GK102540895SQ20121004843
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者方晶晶, 阮文彪, 陳嵐 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所
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