改善Fab良率的最佳方案

改善Fab良率的最佳方案

作者：Bruce Whitefield, Manu Rehani 和Nathan Strader, LSI Logic Corp 2005-12-28 点击:1302

很久以来，定期检测每个工艺步骤增加的缺陷来验收用于生产的设备，已经成为半导体业的惯例。对设备的缺陷状况做出的判断，对于器件的良率有非常重要的影响。不论这种检测的频率和影响如何，就采用的方法而言，是相对粗糙的，而且这种数据支持系统主要是针对工程缺陷分析和传统的静态工艺控制（SPC）技术而设计的。

本文介绍LSI Logic采用最佳的设备控制方法，采用新的数据系统来改进其晶圆厂的设备颗粒缺陷控制。这种方法调研了设备缺陷验收的整个企业过程，建立了一个新的数据系统构造来支持所有人在这方面的努力。这种新的数据系统叫作Yield DRIVER，它意味着通过设备的明显改进而实现缺陷的降低。

良率和生产率

IC制造工厂利润率中最高的两个杠杆因素是芯片的良率和设备的生产率。对以上两者都非常关键的是如图1所示的简单的设备颗粒验收检测。检测颗粒是为了保证产品在交付之前工艺设备不会产生降低良率的缺陷检测当步工艺前后点检片上颗粒的数量，来计算增加的缺陷

数量。

像半导体制造中的许多其他动向一样，器件几何尺寸和运转晶圆厂费用的无情压缩，都在推动设备颗粒特性的改善和更紧的控制。结果之一便是如何进行缺陷检测的确切细节已经变得非常关键，同时这个过程还要足够简单，使操作人员能够每天来进行。

2002年，在LSI 的Gresham晶圆厂里，出于新技术导入和良率经济效益的考量，要求设备的颗粒水平降低50%。并且这种改善要在现有设备的基础上实现，要避免基建投资，改善总体的设备利用率而不增加成本。更换旧的工艺设备、购买更先进的颗粒检测设备不作为选项。授权一个工厂范围内的缺陷控制职能交叉小组来完成这个任务。

降低缺陷的途径

这个缺陷控制小组决定首先来分析整个工厂范围内现存的设备缺陷控制方法，以发现改进的机会。分析的主要发现是：

● 许多非常好的颗粒管理实例已经在使用之中。

● 缺陷测量和计算的已知最佳方案（BKMs）并没有在所有的测试中都贯彻实施。

● 缺陷测量和控制的BKMs并没有在所有的设备中都贯彻实施。

● 晶圆厂中的人并不是均等地拥有缺陷测量和结果分析的能力。

● 经理们对于自己负责的设备，仅仅报告检测、维持缺陷性能的状况是不够的。

● 缺陷数据系统主要是针对工程分析，而不是针对生产缺陷控制而设计。

简而言之，人们发现缺陷控制的知识和财富已经存在于这个组织中，但是并没有把这些知识均衡地应用，在做一件事情时没有把所有的已知最佳方案结合起来。

这个缺陷控制小组认为：要完成缺陷降低的任务，最有效的方法，就是推动迅速彻底得在所有工艺中实施已经存在的最佳实践案例，同时提供一个基础来支持高效、一致地运用这些案例。

如果它是BKM，那为什么不采用呢？

小组第一步是鉴别和记录缺陷控制的BKMs。在回顾这些最佳个案时发现，似乎一些步骤，由于组织上、程序上或者基础上的原因，很难实施或者不能在所有情况下实施。

人们经常说：大部分问题的起因是缺乏沟通。这对于设备缺陷的控制过程的确是正确的。用如图2所示的工作流程方块图很容易描绘出这种情形。

方法（process）、系统基础（system infrastructure）和组织现实（organizational realities），存在于相互关联但又相互隔离的平面内。要取得成功，设备缺陷控制过程必须在这所有三个维度上都采取措施。比如，颗粒监控的第一步，可能要求刻蚀操作工（组织）通过追踪制造执行系统（MES）中的点检片，来遵循设备验收的规范（方法），但是下一步可能要求良率操作工（组织）通过使用缺陷分析软件（系统）来遵循分析规范（方法）。颗粒监控的实际工作应该是完美地贯穿于所有这三个方面。如果任何一个方面的要求没有达到，那么这种方法就崩溃了，导致低效率的、重复性的过程，或者这种方法的使用不足。

为了改进设备缺陷的控制实践，这个小组不得不考虑整个工作流程空间。重大的组织变更超出了这个小组的职权范围，但是方法却必须要遵循已知的最佳案例。这意味着，系统基

础必须做出调整来提供一个充满活力的工作流程。

组织方面

这个Fab的组织架构是一个工艺区域和职责纪律相交的矩阵，这是很多晶圆厂的典型情况。这个组织的实际情况是，其基础架构不能提供报告和数据总结，以便及时提醒fab中各个独立区域中负责各种纪律的经理们，以及负责特定区域的生产主管们。

基础架构必须支持的典型的组织矩阵和不同焦点，如图3所描述。

如果陪训资料和规范没有包含BKM方法的话，这会导致职员的陪训不足和视野狭窄，从而造成另外一种形式的组织断裂。

的实际情况，要求组织基础和架构支持BKM在每个工艺区域中执行。在会议上通过与工艺经理、设备负责人、生产主管和全体职员讨论来鉴别BKM。它们被收录在两个BKM文档中。第一个是缺陷控制参考文档（DCR），为工艺负责人提供一个设计最佳缺陷控制方案的模板。DCR包括了针对于特定工艺的最佳实践案例，比如：

● 记录点检过程中必须要检测的感兴趣的缺陷（DOI，defect of interest）。

● 确定并且检测生产中晶圆经过设备的所有通路。

● 选择能够代表生产过程的测试方法。

第二个BKM文档的目标是执行缺陷控制方案以及建立整个fab的缺陷控制标准。56个确认的最佳案例可以分解为三个执行层次，如下：

● 层次1: 基础，注意和责任人

● 层次2: 扩展BKM

● 层次3: 缺陷降低和成本优化

每一个BKM都要仔细定义和研究，理解如何贯彻执行它们。这种分析用来定义支持基础需要具备的能力。并不是每一项措施都需要基础架构的变化，尤其是在第一个层次，因此应该并行地实施BKM和架构改进。为了推动执行和判断障碍所在，缺陷控制小组在每周的会议上，与制造、设备维护、和工艺模块一起，回顾D

CR计划和执行层次的进展情况。

基础架构方面

随着BKM的建立和组织需要的确定，要对基础架构进行调整，以便使缺陷控制措施能