[精品]SPC在半导体晶圆制造厂的应用.doc

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1、SPC在半导体晶圆制造厂的应用(上)梁徳丰，钱省'三，梁静(上海理工大学丁业丁程研究所/微电子发展中心，上海200093)摘要：山于半导体制造工艺过程的复杂性，一般很难建立其制造模型，不能对王艺过程状态有效地监控，所以迫切需要先进的半导体过程控制技术来严格监控工艺过程状态，而SPC就是其中最重要的-种技术。本文针对SPC做了简要概述，着重论述了根据半导体生产工艺的特点来实现其在半导体晶圆厂的实际应用。关键词：半导体；SPC；过程控制；控制图中图分类号：TN301文献标识码：A文章编号：1003-353X(2004)03-

2、0058-031刖百近年来，半导体制造技术经历了快速的改变，技术的提升也相对地增加了工艺过程的复杂性,而大多数半导体制造过程包含许多非线性且复杂的化学与物理反应，难以建立其制造模型，加上检测技术的缺乏，适成无法及时得知工艺过程状态而难以对其进行冇效监控。因此，当半导体制造进入8英寸、12英寸晶圆生产的主流，面临更小线宽、工艺日趋复杂的挑战时，严格的工•艺过程监控已成为基本冃巫要的要求。国内外各相关研究单位与半导体厂都在努力寻求如何减少制造成本、降低废片、改善总体设备效能(OverallEquipmentEffective

3、ness,OEE)提高产品良率及产品效能的方法。先进的半导体过程控制技术(AdvancedProcessControl,APC)研究的目的就是彳j效的监控丁艺过程与机台，以提I岛良率和总体设备效能。而统计过程控制(StatisticalProcessControl,SPC)是日前国内外发展APC最常用的一种技术，本文将主要论述SPC在半导体晶圆制造厂的应用。2SPC技术概述早期的半导体制造企业为保证产品质量，基本上以工艺检测和产品检验为主要手段进行产品的质量监控，很明显这是一种爭后检测的方法，随着各类使用半导体元器件的电

4、子产品的质量需求的提高，对半导体元器件产品质量和可靠性的提高成了该行业质量管理人员需要研究的重要课题，从80年代中期开始，以摩托罗拉为首的美国一些大型微电子企业的研究人员发现，如果使工艺过程始终处于统计受控状态，将会更有效地提高产品质量和可靠性，SPC技术正是适合了这样一种需求。SPC即统计过程控制是基于统计理论的技术和方法，通过对生产过程中的工艺参数质量数拥进行统计分析和描图，实现对工艺过程稳定性的实时监控和预测，从而达到发现异常、及时改进、减少波动、保证工艺过程稳定、产品总体质量稳定可靠Z目的。对异常波动的及时预警是

5、SPC的最大特点。预警原理为：应用SPC对检测数据进行统计分析能够区分生产过程中产品质量的正常波动和异常波动，从而对生产过程的异常趋势及时提出预警。即：SPC能够在异常因素刚一踞出苗头，尚耒造成不合格产品之前就能及时发现，指导管理人员采取措施消除异常，从而极大的减少了不合格产品的产生，保证了生产的顺畅进行，最终提高生产效率。采用SPC技术可以：%1保证T•艺过程的统计受控状态。当检测出工艺中异常原伙1引起波动时，立即发出警报，以便及时查找原因，采取相关纠正措施，使丁•艺一直处于统计受控状态；%1定量评定生产线、单道工序或

6、单个工艺参数是否处于受控状态，特别适用于生产线；%1减少对常规检验的依赖性，定时观察和系统的测量方法替代了大量的检测和验证工作；%1成为表征产品内在质量的重要依据z—。在半导体行业界，冇很多客户要求半导体制造企业在提高产甜质量的同时还要捉供一份SPC数据，以证明产甜是在受控工艺条件下生产的，而不是仅靠筛选检测得到的，表明产品具有较高的内在质量和可靠性。3半导体晶圆制造厂的SPC实际应用3.1半导体生产的特点半导体制造是一个极其复杂的过程，从氧化扩散、光刻、刻蚀、洗涤、淀积等大约有不少于三四百个丁序；特别是现在各类专用集成

7、电路的需求猛增，大多数半导体企业乂从而向库存的生产方式转向了面向订单的生产方式，使晶圆车间的生产模式也山以前大批量的单一品种的生产转为批量的多品种的生产模式，极大的增加了生产过程的复杂性。山于生产过程的复杂性带來了大量的质量数据以及对这些数据及时分析的需要，仅依靠于工控制的方法是根本无法体现SPC技术的及时预警性。因此，在实际的半导体晶圆制造厂中，常常利用计算机辅助SPC技术来实现质量控制的。3.2计算机辅助SPC系统SPC系统主要通过对生产过程中的产品质量数据进行在线、离线的采集,实现对生产质量冇关的数据进行及时、准确

8、、有效的处理和统计分析，使质量人员能在生产过程中及时学握产品质量的动态，及时反馈控制，最终达到企业保证生产质量、降低生产成本的目的。整个计算机辅助SPC系统包括SPC数拥采集网络系统和数拥分析系统两个部分：3.2.1数拥采集网络系统以客户/服务器结构（C/S结构）为基本模型，包描数据库服务器，数据采集/监控站点，SP