半導(dǎo)體缺陷監(jiān)控的一種智能取樣派工方案

陳 彧

（中芯國際集成電路制造（天津）有限公司，天津300385）

當(dāng)今半導(dǎo)體制造工藝面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)，隨著制造過程的復(fù)雜性不斷提升， 工廠產(chǎn)量不斷増加，以更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品，更穩(wěn)定的工藝表現(xiàn)來滿足客戶需求變得至關(guān)重要。 而產(chǎn)品線上缺陷監(jiān)控是工藝管控方法中的關(guān)鍵一環(huán)，采用更高效、更及時(shí)的缺陷監(jiān)控手段能夠更好的幫助工廠實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生產(chǎn)的低風(fēng)險(xiǎn)。 目前業(yè)界對(duì)于缺陷監(jiān)控的方法通常是根據(jù)預(yù)先的設(shè)定，采取固定的取樣方案，先到站的產(chǎn)品會(huì)先進(jìn)行缺陷掃描， 這樣的作法有如下的潛在問題：①固定取樣方案缺乏動(dòng)態(tài)調(diào)整，不能及時(shí)對(duì)潛在問題機(jī)臺(tái)提前監(jiān)控；②對(duì)等待監(jiān)控的晶圓缺乏優(yōu)先級(jí)排序，不能及時(shí)的覆蓋全部機(jī)臺(tái)表現(xiàn)；③對(duì)于前層缺陷重復(fù)掃描，造成時(shí)間的浪費(fèi)；④缺乏對(duì)問題機(jī)臺(tái)的實(shí)時(shí)派工調(diào)整，響應(yīng)不及時(shí)。 本文介紹了一種全新的針對(duì)缺陷監(jiān)控的智能取樣派工方案，通過不斷自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)高效快速的監(jiān)控方式，來更好的提升工藝表現(xiàn)。

1 智能缺陷監(jiān)控方案

智能缺陷監(jiān)控方案是基于不同的工藝狀態(tài)、機(jī)臺(tái)情況等對(duì)取樣率和晶圓優(yōu)先級(jí)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整，同時(shí)對(duì)缺陷掃描進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化并根據(jù)缺陷結(jié)果對(duì)生產(chǎn)機(jī)臺(tái)進(jìn)行派工調(diào)節(jié)。 該方案通過四個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)四個(gè)功能，并通過線上系統(tǒng)調(diào)用、整理數(shù)據(jù)信息得以應(yīng)用。 圖1 簡單介紹了智能缺陷監(jiān)控方案的框架，它是以傳統(tǒng)監(jiān)控方案配合四個(gè)改善模塊來實(shí)現(xiàn)的，下文會(huì)對(duì)四個(gè)模塊分別介紹。

圖1 智能缺陷監(jiān)控方案框架圖Fig.1 Intelligent defect monitor plan frame diagram

1.1 取樣率調(diào)節(jié)模塊

對(duì)于缺陷監(jiān)控而言， 當(dāng)晶圓到達(dá)缺陷掃描站點(diǎn)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的取樣率選擇一定數(shù)量進(jìn)行掃描。 而事實(shí)上當(dāng)工藝風(fēng)險(xiǎn)越高時(shí)，越應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)缺陷的監(jiān)控，反之亦然，如機(jī)臺(tái)越接近維護(hù)期，風(fēng)險(xiǎn)就越高[1]。 因此該模塊的目的是基于線上的工藝表現(xiàn)提供一個(gè)實(shí)時(shí)調(diào)整的取樣方案，我們通過歷史數(shù)據(jù)以及產(chǎn)品失效機(jī)制等信息，建立好每一道缺陷掃描層的初始取樣率和預(yù)警線，當(dāng)每一片晶圓的缺陷掃描結(jié)果生成后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷是否需要改變?nèi)勇省?通過圖2 的流程圖可以看出，當(dāng)掃描結(jié)果低于預(yù)警線時(shí)，系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)維持或降低取樣率的指令；而當(dāng)掃描結(jié)果高于預(yù)警線時(shí)，亦或是線上工藝表現(xiàn)、機(jī)臺(tái)情況等出現(xiàn)問題時(shí)，系統(tǒng)則會(huì)觸發(fā)提高取樣率的信號(hào)。

圖2 取樣率調(diào)節(jié)模塊流程Fig.2 Sampling rate adjustment module flow chart

1.2 晶圓優(yōu)先級(jí)排序模塊

當(dāng)缺陷掃描站點(diǎn)排隊(duì)等待的晶圓較多時(shí)，對(duì)這些晶圓的優(yōu)先級(jí)評(píng)估就變得至關(guān)重要，傳統(tǒng)做法往往是預(yù)先設(shè)定或是根據(jù)工程人員的自身判斷，缺乏系統(tǒng)性實(shí)時(shí)調(diào)整。 而一直以來，如何通過最優(yōu)化的監(jiān)控覆蓋最多的機(jī)臺(tái)一直是半導(dǎo)體業(yè)研究的重點(diǎn)[2-3]。該模塊的作用是通過對(duì)等待掃描的晶圓的分組分析，綜合考慮各類風(fēng)險(xiǎn)因素，包括即將到來的產(chǎn)品數(shù)量、工藝表現(xiàn)、異常事件發(fā)生情況等等，生成每個(gè)晶圓的掃描優(yōu)先級(jí)，使缺陷監(jiān)控盡可能的在最短時(shí)間發(fā)現(xiàn)問題并覆蓋全部的生產(chǎn)機(jī)臺(tái)。 圖3 是對(duì)該模塊的流程介紹，其中優(yōu)先級(jí)算法可作為參考，并根據(jù)不同情況做適當(dāng)調(diào)整。

圖3 晶圓優(yōu)先級(jí)排序模塊流程圖Fig.3 Wafer priority ranking module flow chart

1.3 缺陷掃描分析模塊

當(dāng)所選晶圓進(jìn)入掃描站點(diǎn)后，缺陷掃描分析模塊開始運(yùn)行，該模塊的作用是綜合每個(gè)缺陷監(jiān)控站點(diǎn)的數(shù)據(jù)，生成動(dòng)態(tài)的掃描圖。 我們知道，傳統(tǒng)方法是對(duì)每一片晶圓在任何掃描站點(diǎn)都進(jìn)行整片的掃描，而當(dāng)前層的缺陷產(chǎn)生時(shí)，后面的站點(diǎn)就不需要在掃描這個(gè)位置了。 因此該模塊通過建立缺陷數(shù)據(jù)庫， 把每片晶圓掃描后的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫比較之后，將問題缺陷的位置標(biāo)注，生成優(yōu)化的掃描圖，并將結(jié)果反饋到下一個(gè)缺陷掃描站點(diǎn)。 這樣可以大大地節(jié)省掃描晶圓的時(shí)間， 避免重復(fù)位置的多次掃描。圖4 是對(duì)該模塊的流程介紹，圖5 是舉例說明在金屬線1 層和2 層之間的掃描站點(diǎn)，通過該方法少掃描五個(gè)位置。

圖4 缺陷掃描分析模塊流程圖Fig.4 Defect scan analysis module flow chart

圖5 舉例說明該方法的效果Fig.5 An example of the effect for this method

1.4 結(jié)果反饋和響應(yīng)模塊

我們通過模塊1 獲得了最優(yōu)化的掃描取樣率，通過模塊2 將等待中的晶圓進(jìn)行優(yōu)先級(jí)的優(yōu)化排序，接著通過模塊3 對(duì)每個(gè)進(jìn)入掃描站點(diǎn)的晶圓優(yōu)化掃描圖方案，經(jīng)過這三個(gè)模塊的處理過后，模塊4 是對(duì)缺陷掃描結(jié)果進(jìn)行分析評(píng)估，并將結(jié)果對(duì)應(yīng)的響應(yīng)反饋到相關(guān)的生產(chǎn)機(jī)臺(tái)。 圖6 是對(duì)該模塊的流程介紹，可以看出當(dāng)缺陷掃描結(jié)果通過分析整合后，高于預(yù)警值時(shí)，該模塊會(huì)觸發(fā)信號(hào)，降低相關(guān)生產(chǎn)機(jī)臺(tái)的派貨比例，并通知相關(guān)負(fù)責(zé)人采取對(duì)應(yīng)的改善措施。

上述四個(gè)模塊構(gòu)成的智能缺陷監(jiān)控方案，通過半導(dǎo)體制造中各個(gè)系統(tǒng)的連接獲取對(duì)應(yīng)信息，并將整理優(yōu)化后的響應(yīng)信號(hào)通過各系統(tǒng)再次發(fā)送到對(duì)應(yīng)的機(jī)臺(tái)和負(fù)責(zé)人，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的最優(yōu)方案。

圖6 結(jié)果反饋響應(yīng)模塊流程圖Fig.6 Result feedback and action module flow chart

2 結(jié)語

本文討論了一種針對(duì)半導(dǎo)體線上缺陷監(jiān)控的智能取樣派工方案， 在傳統(tǒng)監(jiān)控方案的基礎(chǔ)上，我們考慮了工藝的風(fēng)險(xiǎn)，引入了優(yōu)化的掃描取樣模式和優(yōu)先級(jí)，提出了動(dòng)態(tài)掃描圖的概念，節(jié)省了時(shí)間，并在缺陷掃描結(jié)果生成后，通過優(yōu)化生產(chǎn)機(jī)臺(tái)派貨比例來進(jìn)一步降低工藝風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體制造環(huán)節(jié)效率和質(zhì)量的提升。