工艺监控：风险重重的业务 - YMS Magazine.PDFVIP

工艺监控：风险重重的业务 作者：Dougl as G. Sut her l and 和 Davi d W. Pr i ce 作者注：本文是探索半导体行业中工艺监控（即缺陷检测和计量）的某些基本真理的第 9 篇文章（该系列连载文章共 10 篇）。每篇文章分别介绍了 10 条基本真理中的 1 条，并突出说明其影响。本文我们将使用检测这一术语，以指代缺陷检测或参数测量（例如漆膜 厚度或临界尺寸 [ CD] ）。 往期文章已从一般概念到与风险管理相关的具体问题等多种角度，对工艺监控的许多方面作出了 1- 8 论述 。本文我们将聚焦于工艺中最困难步骤的风险管理战略。 半导体集成电路行业中工艺控制的第 9 条基本真理是： 高风险问题需要分层式工艺控制战略 在集成电路制造工艺中，许多杂乱无章的事情都可能出错，大笔资金暴露于风险之中。随着每个 新设计节点的误差幅度稳步缩小，工艺中能造成严重破坏的参数数量却持续上升。多重曝光、节 距分裂及其他先进的图案成形技术虽然日趋复杂精密，但都对此毫无贡献。 工艺复杂程度的高催生了对全新工艺控制战略的需求。举例来说，极少用于 45 纳米以上的高阶重叠校正，如今却被当作 20 纳米级及以下的强制工艺。同样，过去仅在裸晶圆制造期间测量的薄片构形，如今也变成集成电 路生产线中的一项基本要求，以适应当今扫仪的较浅焦深。基于相同原因，晶圆背侧和边缘检 测也逐渐成为惯常做法。一些难度较高的工艺步骤要求超越单一防线的强效防备措施。 下图 1 中，横轴表示潜在问题的严重性，纵轴表示该问题实际发生的可能性。本图中术语“ 风险” 可看 做这两种属性的乘积—— 受影响的材料数量（严重性）乘以其发生可能性。多种原因均可导致严重性升高：下一个检测点 在当前步骤之后相隔多个步骤；或当前步骤的处理工具吞吐量极高，在问发现题之际已有多个批 次受到影响。或两者原因同时导致。 图 1。风险暴露图。水平方向越往右严重性越高，垂直方向越往上可能性越大。需要分层式风险管理方法的问题位于右上 角，即问题发生可能性最大与暴露其中的材料数量最高的重叠区域。 很显然，最安全的运作区域位于左下角，即可能性和严重性均较低的区域。然而，对于那些在本 质上更接近图表右上角（即高可能性和高严重性的重叠区域）的工艺步骤，通常分层式的工艺控 制方法更有意义。在这种方法下，如果问题未能在第一步检测中立即发现，则还有一个考虑周详 的备用计划，以防万一。有时，相比在问题发生之后的下一个步骤就进行检测，在工艺的后续步 骤中可能更容易暴露出该问题的各个方面。 考虑一下将多个独立晶体管捆绑起来的第一金属层的成形工序。多种原因均可导致其格外困难。 临界尺寸和节距都极具挑战—— 通常体现在与栅层相似的设计规则中。此外，内建冗余（即多通路）的可能性也较低，因为每个 晶体管连接处（源极、漏极和栅极）只有一个连接点，因此每一处连接都必须正常工作。 在这种情况下，设置多层保护且各层均能发挥独特功能就显得更有意义。举例来说，您可能在光 电步骤之后进行宏观检测，以检查光刻工艺中是否存在任何严重缺陷。您还应在氧化物腐蚀、阻 挡层淀积和铜化学机械抛光之后执行检测。执行多步检测可在该层保护的整个形成过程中始终确 保工艺质量，也有助于确保您在问题出现源头步骤抓住问题，而非任由问题在后续工艺中变得明 显。 仅仅等到铜化学机械抛光时进行一次最终检测通常是不够的。这种做法确实可以发现化学机械抛 光工艺中的问题，但无法将其与可能源自较早步骤的问题区分开来。只有在多个步骤对相同晶圆 执行多次检测，才能排除之前层次中的缺陷并找出该问题发生的步骤。 设置多个检测点大有裨益。它有助于在工艺流程的早期阶段找出问题，从而大幅度降低暴露于风 险的材料数量。一台每月制造 50, 000 片初制晶圆的设备，每天要制造大约 1, 600 片初制晶圆。早一天找出问题，可以节省数百万美元（具体取决于产量损失和晶圆成本）。多个 检测点还有助于诊断问题发生的步骤，并加快恢复过程。在长期生产中，它们会供工艺方面的 更多信息，从而推动持