一種針對(duì)半導(dǎo)體制造工藝的全面動(dòng)態(tài)取樣方案

文/陳彧

1 介紹

現(xiàn)如今隨著半導(dǎo)體制造過(guò)程的復(fù)雜性不斷提升，采用科學(xué)有效的工藝管控方法來(lái)幫助快速偵測(cè)并改進(jìn)異常工藝表現(xiàn)是非常重要的。工藝管控方法中最有效的方法就是改進(jìn)取樣方案。通過(guò)高效的取樣方案，能夠快速檢測(cè)到工藝的偏離，并實(shí)現(xiàn)改進(jìn)和預(yù)防措施。目前業(yè)界常用的取樣方法是在初始階段建立，之后根據(jù)需要人工改變頻率。本文介紹了一種新的動(dòng)態(tài)取樣解決方案，通過(guò)采用工藝風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并配合多種因素作用，實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同工藝風(fēng)險(xiǎn)的取樣決定。

2 全面動(dòng)態(tài)取樣方案

全面動(dòng)態(tài)取樣系統(tǒng)是基于工藝狀況、機(jī)臺(tái)情況、工藝不確定性、異常事件信號(hào)以及量測(cè)機(jī)臺(tái)產(chǎn)能來(lái)調(diào)整取樣率的。我們根據(jù)工藝風(fēng)險(xiǎn)將取樣方案分成三個(gè)區(qū)間，即低-基準(zhǔn)-高。當(dāng)工藝流程處在一個(gè)較低的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)時(shí)，取樣在低頻率下進(jìn)行,反之將在高頻率下進(jìn)行。如果線上工藝流程表現(xiàn)出向高風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展的趨勢(shì)，取樣率會(huì)隨著提升，并伴隨改進(jìn)方案的實(shí)施，從而減少風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)品的數(shù)量。反之取樣率會(huì)隨之降低，量測(cè)機(jī)臺(tái)的產(chǎn)能得到緩解，同時(shí)低取樣率也能夠縮短制造工藝的周期。本文的取樣方案是以傳統(tǒng)方案作為框架并配合動(dòng)態(tài)改變?nèi)勇蕦?shí)現(xiàn)的。下面對(duì)各影響因素作介紹：

2.1 工藝狀況

整體的工藝狀況代表了生產(chǎn)出滿足客戶需求的產(chǎn)品的能力。線上量測(cè)的圖表是一個(gè)表現(xiàn)工藝狀況好壞的重要指標(biāo)，而Cpk又是表現(xiàn)工藝能力的重要參數(shù)，我們基于Cpk的表現(xiàn)來(lái)判斷工藝流程的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別，高風(fēng)險(xiǎn)的將會(huì)觸發(fā)高取樣率。

表1：仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 機(jī)臺(tái)情況

機(jī)臺(tái)情況是影響整體工藝風(fēng)險(xiǎn)的重要因素。當(dāng)機(jī)臺(tái)接近它們的維護(hù)周期時(shí)，機(jī)臺(tái)性能會(huì)出現(xiàn)退化，這種情況會(huì)給工藝帶來(lái)額外的風(fēng)險(xiǎn)，因此取樣方案也要做相應(yīng)的調(diào)整。機(jī)臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)隨著定期維護(hù)的周期發(fā)生著變化，當(dāng)機(jī)臺(tái)越接近維護(hù)的時(shí)間前后，機(jī)臺(tái)的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)隨著增加。全面動(dòng)態(tài)取樣方案將會(huì)對(duì)這樣的情況觸發(fā)響應(yīng)。當(dāng)進(jìn)入到機(jī)臺(tái)維護(hù)周期前后的時(shí)間段，機(jī)臺(tái)會(huì)觸發(fā)信號(hào)給取樣系統(tǒng)，取樣率需要相應(yīng)的增加。而取樣機(jī)制在一段時(shí)間后會(huì)根據(jù)工藝的表現(xiàn)調(diào)整回低取樣率。

2.3 工藝不確定性

原材料的變化、工藝的改變等都會(huì)造成工藝的不確定性。這種普遍的不確定性將會(huì)引起較高的工藝風(fēng)險(xiǎn)，而這種風(fēng)險(xiǎn)是需要被考慮到取樣機(jī)制當(dāng)中的。在全面動(dòng)態(tài)取樣系統(tǒng)中，一旦有新的變更出現(xiàn)，或是原材料如晶圓等的改變，觸發(fā)機(jī)制會(huì)反饋給取樣系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)高取樣率。而在這一變化之后，取樣率也會(huì)根據(jù)工藝的風(fēng)險(xiǎn)做出相應(yīng)的調(diào)整，將取樣率降低回較低水平。

2.4 異常事件信號(hào)

異常事件被定義為和工藝相關(guān)的參數(shù)偏離可接受范圍。通常來(lái)說(shuō)，每一道工序都有一些參數(shù)按照特定的范圍來(lái)運(yùn)行，這些參數(shù)會(huì)被實(shí)時(shí)的監(jiān)控，任何偏離期望值的情況都表明工藝出現(xiàn)了異常，并存在風(fēng)險(xiǎn)。我們把這種監(jiān)控稱(chēng)為故障偵測(cè)，當(dāng)偵測(cè)到特殊異常時(shí)，就暗示了工藝風(fēng)險(xiǎn)的增高。在本文取樣方案中，當(dāng)偵測(cè)到異常事件時(shí)，取樣率會(huì)被激活為高取樣，這樣，異常事件對(duì)工藝風(fēng)險(xiǎn)的影響會(huì)很快被確認(rèn)，并配合改進(jìn)措施的實(shí)施。

2.5 量測(cè)機(jī)臺(tái)產(chǎn)能可用性

通常量測(cè)機(jī)臺(tái)需要為幾道工序服務(wù)，并處于高需求狀態(tài)。因此，在做全面的取樣決定時(shí)，考慮量測(cè)機(jī)臺(tái)產(chǎn)能是非常重要的。量測(cè)站點(diǎn)等待處理的晶元數(shù)量越多說(shuō)明對(duì)量測(cè)機(jī)臺(tái)的需求量越大。當(dāng)動(dòng)態(tài)取樣系統(tǒng)做出高取樣率決定之前查詢量測(cè)機(jī)臺(tái)的負(fù)載，只有當(dāng)機(jī)臺(tái)產(chǎn)能在可接受范圍內(nèi)，取樣率才會(huì)增加。

3 全面動(dòng)態(tài)取樣系統(tǒng)的流程和仿真結(jié)果

全面動(dòng)態(tài)取樣系統(tǒng)是以傳統(tǒng)取樣為框架整合形成的。圖1展示了取樣方案的相關(guān)流程。

圖1：取樣方案流程圖

可以看出，Cpk是決定工藝風(fēng)險(xiǎn)以及取樣率的關(guān)鍵參數(shù)，而各種影響因子都需要考慮進(jìn)動(dòng)態(tài)取樣方案當(dāng)中，當(dāng)影響因子出現(xiàn)時(shí)，需要提高取樣率并采取相關(guān)措施，這樣才能更快的偵測(cè)到異常從而進(jìn)一步改善。而在沒(méi)有異常并且Cpk合理時(shí)，低取樣率可以更好的縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。

表1通過(guò)對(duì)某產(chǎn)品的仿真結(jié)果，表明該量測(cè)站點(diǎn)的Cpk得到了一定程度的改善，同時(shí)取樣數(shù)量的減少，產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間也得到了縮短。

4 結(jié)論

本文討論了一種全面動(dòng)態(tài)的取樣方案，在做出合理的取樣決定之前，應(yīng)該考慮各種會(huì)影響工藝風(fēng)險(xiǎn)的因素。該方案加快了工藝偏移的偵測(cè)和后續(xù)的改進(jìn)措施，同時(shí)也改進(jìn)了對(duì)工藝表現(xiàn)的反饋。在該方案中，機(jī)臺(tái)維護(hù)，工藝改變等相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)被減到最小，同時(shí)也提高了機(jī)臺(tái)的利用率。