[发明专利]一种晶圆级电性测试统计过程控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造技术领域，更具体地说，涉及一种晶圆级电性测试(Wafer Acceptance Test，简称WAT)统计过程控制（Statistical Process Control，简称SPC）的系统及方法。

背景技术

目前，半导体器件的设计向高密度、高集成度的方向迅速发展，对半导体集成电路新工艺、新技术、新设备提出了越来越高的要求。作为集成电路生产线前工序的工艺设备之一的半导体热处理设备，在扩散、退火、合金、氧化、薄膜生长等硅片生产制造工艺中扮演着重要的角色，其要求精确控制的温度为硅片表面温度。

例如，半导体热处理设备中包括炉体、工艺管和热电偶。在通常情况下，炉体内分五个恒温区，四组热电偶均包括四个分布在不同控温区的热电偶；上述四组热电偶均由自己的温度控制系统控制，执行不同的功效。

晶圆级电性测试WAT是指半导体在完成所有制造程序后，针晶圆上的测试结构所进行的电性测试；通过WAT数据的分析，我们可发现半导体工艺过程中的问题，并进行工艺过程异常的检测。

SPC是利用统计的方法来监控制程的状态，确定生产过程在管制的状态下，以降低产品品质的变异。SPC不是用来解决个别工序采用什么控制图的问题，SPC强调从整个过程、整个体系出发来解决问题。SPC的重点就在于对整个工艺过程的控制。

请参阅图1，图1为现有技术中仅包括初始SPC数据整理和判断单元的SPC(初始)系统结构示意图。在半导体生产过程中，WAT（Wafer Accept Test）电性测试作为产品生产质量的重要参考依据和手段，原先线上采用的是晶圆参数测试设备通过晶圆测试传输设备将测试数据发送给初始SPC数据整理和判断单元做原始数据的分析和判断后，将结果发送给制造执行系统MES以报警和处置该批次（Lot）产品工艺，同时，数据存储和查询单元存储测试结果和MES处置信息。

然而，请参阅图2，图2为采用现有技术时在一片晶圆上不同位置收集9点晶圆级电性测试数据结果示意图；其中，W1、W2…W6代表6片晶圆，site1、site2…site9代表9个点。如图所示，由于上述初始SPC数据整理和判断单元仅针对测试的原始数据作分析，其只能报告违反单点或多点出界即OOS（Out Of Spec）或OOC（Out Of Control）的情况，而无法处置针对晶圆（Wafer）测试结果的平均值以及标准偏差的监控，如SPC监控的西部电子规则（控制图中的Western Electric规则，简称WECO规则，该规则可确定工艺过程是否失控以及是否出现意外变化WECO规则）中的2～8的监控无法实现。

因此，业界急需一套补充和扩展晶圆级电性测试的统计过程控制WATSPC的监控能力和范围，以及时地发现WAT测试的异常情况而避免问题的恶化和造成产品质量的缺陷。

发明内容

本发明的主要目在于提供一种晶圆级电性测试统计过程控制的系统及方法，其基于SPC(初始)系统开发新的WAT SPC监控系统；即在不影响SPC系统(初始)的运作和生产的前提下，补充和扩展WAT SPC的监控能力和范围，以及时地发现WAT测试的异常情况，从而避免问题的恶化和造成产品质量的缺陷。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种晶圆级电性测试的统计过程控制系统，用于给制造执行系统提供控制指令，其包括：晶圆参数测试设备、晶圆测试传输设备、初始SPC数据整理和判断单元、数据存储和查询单元，以及二级SPC数据整理和判断单元；二级SPC数据整理和判断单元包括规则设定接口、数据提取模块、数据加工模块和异常情况处理模块；规则设定接口用于交互输入晶圆级电性测试工艺条件所需各种测试参数的监控规则；数据提取模块定期从所述数据存储和查询单元读取来自所述初始SPC数据整理和判断单元的数据；数据加工模块参照所述监控规则，对所述数据提取模块读取的数据进行二次计算和判读，并判断工艺过程是否满足监控规则的要求；异常情况处理模块接收所述数据加工模块得出的发生违反监控规则的状态信息，根据判断结果产生处置信息，向所述制造执行系统提供相应的控制指令；并将判断结果和处置信息发送到所述数据存储和查询单元中。

优选地，上述晶圆级电性测试统计过程的控制系统还包括辅助报表输出单元，用于根据各工艺过程的监控要求，从所述数据存储和查询单元下载数据，以形成各辅助报表。

优选地，所述监控规则包括工艺过程中各工艺条件控制参数的上下限和各WECO规则的上限。

优选地，所述二次计算和判读是计算测试结果的平均值以及标准偏差。