虛擬傳感器的創(chuàng )新助力提升生產(chǎn)力

摘要：使用泛林集團Equipment Intelligence^?應對腔室匹配挑戰

制造芯片需要很多不同類(lèi)型的工藝設備，包括沉積、光刻、刻蝕和清潔等設備。大規模生產(chǎn)要求芯片制造商使用大量相同腔室的設備組來(lái)執行特定的工藝步驟，例如用于制造3D晶體管的鰭片刻蝕。理想情況下，設備組中的每個(gè)晶圓批次都會(huì )得到相同的處理，這意味著(zhù)每個(gè)晶圓腔室的運行過(guò)程將與其他所有晶圓腔室完全相同。不過(guò)在實(shí)際操作中，腔室的性能會(huì )因許多控制參數的極微小差異而有所不同，進(jìn)而影響到工藝流程是否成功。這些參數包括壓力、溫度、電力輸送和表面條件，都必須協(xié)同優(yōu)化。

腔室匹配挑戰

使腔室性能更接近的過(guò)程稱(chēng)為“腔室匹配”。隨著(zhù)芯片器件尺寸的縮小和工藝公差的日益嚴格，腔室匹配所面臨的挑戰也在增加。傳統的方法包括“黃金腔室”方法和子部件匹配。“黃金腔室”方法會(huì )將一個(gè)腔室定為標準，并試圖調整所有其他腔室以達成相同的結果。子部件匹配的重點(diǎn)在于硬件子系統，并定義每個(gè)腔室必須滿(mǎn)足的嚴格公差規格。這種方法的假設是，如果每個(gè)腔室的所有部件完全相同，那么每個(gè)腔室也理應相同。這兩種傳統方法在處理先進(jìn)等離子工藝復雜的物理和化學(xué)相互作用時(shí)都有其局限性。

泛林數據分析儀：經(jīng)過(guò)驗證的解決方案

泛林集團Equipment Intelligence^?（設備智能）數據分析儀已被廣泛用于2300^?平臺上刻蝕腔室的設備組匹配和大數據分析。世界各地的許多晶圓廠(chǎng)都報告了腔室匹配性能的顯著(zhù)提升，同時(shí)腔室排除故障的速度、正常運行時(shí)間及MTBC（清洗之間的平均時(shí)間）均得到有效提升與改善。 

數據分析儀采用的方法是查看晶圓加工過(guò)程中設備傳感器輸出的大型數據集，并識別一系列腔室中的自然分布，以檢測不匹配的腔室，然后挖掘根本原因并進(jìn)行糾正。這是一種大數據多元機器學(xué)習方法，觀(guān)察一個(gè)腔室內或腔室子系統內的諸多信號。

圖1. 泛林集團2300^?刻蝕系統（每個(gè)系統有6個(gè)獨立的腔室）及其在Equipment Intelligence^??數據分析儀大數據機器學(xué)習分析前后的工藝窗口分布圖示

現可用于多站工藝模塊

為等離子體增強化學(xué)氣相沉積 (PECVD) 和原子層沉積 (ALD) 腔室設計的新版Equipment Intelligence^?數據分析儀目前已被部署在多個(gè)晶圓廠(chǎng)。該軟件已經(jīng)過(guò)調整，可適應PECVD/ALD腔室與刻蝕腔室（多基座vs.單晶圓腔）中晶圓流動(dòng)場(chǎng)景的差異。新解析方案的增加，可以對單片晶圓的移動(dòng)進(jìn)行跨多站工藝模塊的跟蹤。

該軟件中還應用了自動(dòng)調和，以處理PECVD/ALD晶圓流特有的配方組、子配方和多次配方迭代。

圖2. 泛林PECVD工藝設備與4x4（一次四片晶圓）腔室的不同視圖

虛擬傳感器的創(chuàng )新

目前，我們已有多個(gè)客戶(hù)的晶圓廠(chǎng)開(kāi)始使用Equipment Intelligence^?數據分析儀，利用VECTOR^? Strata^? PECVD設備組的生產(chǎn)數據，并正在加速滿(mǎn)足客戶(hù)最關(guān)鍵的需求，如延長(cháng)預防性維護周期和正常運行時(shí)間。這包括根據回歸模型創(chuàng )建和部署預測控制圖，使用分類(lèi)模型預測指標，以及向關(guān)鍵人員發(fā)送通知、以便及早發(fā)現問(wèn)題并迅速解決潛在問(wèn)題。使用基于虛擬計量的回歸模型可以預測生產(chǎn)設備的性能表現，且更容易挖掘生產(chǎn)趨勢的根本原因。數據分析儀還被用于快速診斷多種關(guān)鍵設備的問(wèn)題，如腔室匹配或計劃外停機。

在半導體制造量產(chǎn)中使用大數據機器學(xué)習方法（如數據分析儀）的關(guān)鍵目標之一是使工藝設備實(shí)現比以往任何時(shí)候都更高的生產(chǎn)力（以更低的成本生產(chǎn)出更多優(yōu)質(zhì)晶圓），世界各地多個(gè)客戶(hù)的晶圓廠(chǎng)正在實(shí)現這一目標。