重宏观的权衡和micro-inspection,两者的结合。
晶片可以检查大,明显的缺陷,或小,微妙的。前者称为宏观检查,而后者是micro-inspection。这些过程使用不同的机器有不同的资本和运营成本,和他们可能看起来像竞争方法与不同的经济回报。事实上,他们是互补的策略,可以平衡在一个总体战略优化产量、可靠性、吞吐量和投资。
“所有客户想要最好的决议(micro-inspection),高速度的宏观检查,”托马斯博士说薯条,FRT的创始人兼首席执行官形状因子公司。“当然,这并不工作。尽管如此,我们和其他人不断试图加快高分辨率测量。”
晶圆厂经常同时使用找到最好的产生和可靠性的结果总成本最低。每个工厂确定自己的最佳策略相结合的方法。没有一个正确答案的最好方法。
检查投资和回报
晶片检查乍一看,似乎是必需的。如果你想确保操作正确完成,简单的检查确认,它是如此。但在商业晶圆工厂,经济学是一个关键的考虑和检查晶片并不是免费的。
有许多相关的成本:
所有这些成本,必须要有回报的经济意义。做检查的原因可以归纳为两个方面。一个是拯救陷入困境或拒绝很多之前任何进一步的资源被用于他们。第二个是得到一个预警当机器漂流或操作以外的正常范围,从而防止mis-processed附加很多。
的主要目标是提高工厂运营整体更高的收益,确保致命缺陷很多从来没有让它来测试,如果可能,可以改写的缺陷很多。
这些天来,然而,所有的测试,检查,有二、三阶的目标和监控操作。而不是仅仅提供更好的收益率在测试操作期间,他们还帮助预测未来芯片的可靠性,从而能够取消边缘设备,可能导致最终产品返回,或者更糟的是,召回。同时攷虑失败对安全性要求苛刻的应用程序是一个明显的问题,他们也会导致昂贵的意想不到的错误数据中心等其他市场。“这些数据中心的人关心可靠性缺陷汽车空间一样,“Andrzej Strojwas提到的,首席技术专家PDF的解决方案。
给定一组广泛的相关的成本和收益,问题变成了一个优化的检验方式最佳成本效益的结果。没有一个正确的方法,每个工厂的管理团队可能做出不同的权衡他们认为什么是最有效的检查策略。
一般来说,有两种类型的缺陷——随机和系统。定义为晶片检查,随机缺陷可能发生在任何地方在任何时间。晶圆厂努力减少发病率,患病率通常以磅。“这几乎是不可能检测100%的随机缺陷使用micro-inspection晶片,即使有足够的敏感性,“Strojwas说。
这是越来越困难的在每一个节点,以及更多的异构设计”的一个典型的高端产品会有数百亿晶体管或联系人在每个死,“Indranil德说,副总统在PDF的解决方案的设计进行检查。“所以失败率约0.01磅的晶圆产量合理。”
遵循一些系统性缺陷模式。他们仍然是罕见的,但他们可以三个数量级比随机缺陷更普遍。”系统的缺陷,ppm检出率有时是充分的,“Strojwas说。
事实上,一旦随机缺陷降低到一定的水平低,剩下的人可能是系统性的。“工厂必须先把这些随机利率失败,”德说,“这是第一步。然后你还可以发现,在某些系统的配置,事情失败,导致某些产品不要屈服。然后你会去追逐这些系统失败问题。”
在搜索的缺陷
检查的目的是发现缺陷或偏离目标的过程。如何完成强烈依赖的类型和大小的缺陷。许多缺陷将是显而易见的,如落在粒子,在晶圆边缘的模具损坏,后残余物质清洗操作的例子。
图1:一个micro-inspection工具。来源:解放军的
其他发生在纳米级。“Micro-defect检查系统使用光学或电子束技术,旨在找到小缺陷,缺陷是同样的大小作为设备制造的设计规则,”马克Shirey说,检查客户互动的副总裁心理契约。
根据定义,临界尺寸(CD)将寻找偏差测量纳米级功能,这意味着这些偏差将非常小。检查边缘布置错误(EPE)可能需要通过多个层,以确保多个光刻步骤精确堆栈上彼此提供清晰定义的特性。
找到这些微小缺陷可以是非常困难的。一些缺陷成为可见的只有被一个合适的颜色,或波长的光。图像处理可能需要揭示缺陷视觉审查或缺陷的自动分类。
此外,它变得更难零的缺陷包括3 d结构。“任何一种三维结构扭曲投影模式,”Tim Skunes说,研发副总裁CyberOptics。“如果你看一个两级测试目标(见图2),中心区域,这些翅膀小1.5到1.8微米深的萧条。因为我们预计从右边到左边,当从左边结构化模式似乎已经发生了变化(见图3)。在每个像素有三个未知数。Z高度变化的阶段,或多少光已经发生了变化。然后,当你有异构包和不同材料、反射率和条纹反差变化。”
图2:投影图像的三维结构。来源:CyberOptics
图3:投影图像特写显示转变。来源:CyberOptics
光刻波长添加另一个变量。虽然消除所有缺陷是一个很好的目标,但现实是,一个面具或缺陷光致抗蚀剂在晶片只是一个问题,如果将打印在晶片上。光刻曝光使用特定波长的光。如果缺陷是不可见的波长,然后它不会打印,对晶片将没有可衡量的影响。
这表明检验步骤应该只在照相平版印刷的的波长照明——也被称为“光化性”检验。但这并不容易。提供光化性检验EUV照明提出了一个挑战,主要集中在面具检查,这并不影响晶片的吞吐量。
建筑的食谱
由于micro-inspection的复杂和微妙的性质,是不可能有一个单一的方法每个硅晶片在给定流程节点。准备新模具制造的一部分包括识别一个“配方”检查。“这些配方设置包括光学参数(波长范围、焦点偏移、放大等),保健领域定义(指定模具领域将检查),和图像处理算法参数(阈值规则自动缺陷分类,等等),“说Shirey说。
每个检验阻止会导致死亡。虽然有些食谱“成分”可能被发现在许多不同的食谱,不可能两个模具将共享相同的配方。“一个独特的配方将用于一个特定的设备和过程层,“说Shirey说。“总体而言,每个检验步骤有自己的配方。”
食谱micro-inspection成功至关重要。“检查配方中扮演着重要角色在决定什么缺陷检测和多少缺陷被检测到,“说Shirey说。
不过,管理食谱可以相当的工作。每个检验步骤需要一个食谱,每个模具一套食谱。这些配方制造开始之前将被创建,但他们可能需要调整和改进经验导致改善食谱。所以食谱本身是一种投资,使它重要,他们提供良好的结果。
每个micro-inspection步骤需要一些时间才能完成。但它不只是检验时间本身的关注。“晶圆厂更感兴趣的是他们能多快获得缺陷信息需要确定缺陷的来源,对于晶片处理决策,和/或采取纠正措施相关流程或流程工具,”指出Shirey说。
经济进一步受到设备的成本。“虽然这些工具非常善于发现细微的缺陷,影响设备的性能缺陷,通常由其他内联技术——他们无法找到可以更昂贵的资本和运营成本而言,“说Shirey说。然而注销等检查花太长时间就意味着放弃micro-inspection的好处。所以micro-inspection是在样品的基础上完成的。
随着越来越多的芯片封装在一起,随着更多的3 d元素添加到死了,其他的技术需要。Skunes说,某种形式的共焦技术在未来需要。这种方法捕获多个2 d图像在不同深度和改造成三维结构。
“现在大部分的共焦技术是两个为检验三个数量级太慢,“Skunes说。“所以他们低于100到1000倍,我们今天使用三角测量技术。我们要找出如何创新的特定区域,采取这些技术,速度。”
他指出,改进检查往往是量子跳跃,而不是简单的演进。“高速CMOS成像是一个改变游戏规则,在过去10年或15年真的成为主流,”他说。“我们从CCD(电荷耦合装置)技术高速CMOS当没有人认为CMOS成像技术是足够好了。有高速CMOS成像、数字投影技术,而最近,随着GPU技术的出现变得商业化,没有很多的钱你可以得到一个惊人的数量的计算能力。”
这可以在覆盖和精度有很大的影响。但也有其他变量来考虑,如在检验完成生命周期中的特定的晶片。Shirey说表示,在分析工程实验,在实验中所有的晶片将被检查。抚养一个新行或设计时,他建议2到3晶片每多20%到30%的许多作为典型,而持续的监测需要2到5片/从多达100%的很多很多。
PDF引用类似的方法的解决方案电子束micro-inspection工具。“典型的晶片抽样可能2到3晶片25-wafer很多,”德说。“我们在每个晶片可能目标30%到50%的死亡区域。”
键值,然而,这一事实micro-inspection比较晶片对客观参考,随着时间的推移,它可以跟踪多个很多揭示设备漂移,否则可能会被忽视。这允许对设备的调整才导致产生问题和可能的喂养前进的结果,以便后续处理步骤可以调整来弥补。
识别重大缺陷可能会更容易
尽管micro-inspection检测微小缺陷的能力,对于大型可能过度的缺陷。如果只micro-inspection检查机制,那么只会发现,系统的宏观缺陷,因为并不是每个晶片检查。这表明补充检查手段能更有效地识别这些较大的缺陷。
这是宏观检查的制度。通过这种方法,将会有一个承认限制能被探测到的缺陷的大小。但代价是这样,如果检查是足够快,可以检查每一个晶片。现在你不仅找别的问题的缺陷作为指标。你使用自己的缺陷决定特定的晶片和死亡。
“一些晶圆厂偶尔有慢性疾病,”Mike LaTorraca说Microtronic首席营销官。“宏观检查可以帮助,因为你看到每一个晶片,”
如果一个特定的模具有问题在一个可接受的薄片,然后这些信息可以存储pre-inking模具和跳过测试,测试过程的速度。检查后晶片测试,如晶片碰撞后,还可能导致post-inking这样死不会影响包装或进一步组装后测试。预处理和post-inking可以通过使用虚拟地图,而不是物理墨水死去。
而宏观检查也可以利用食谱,Microtronic方法运行没有食谱。它依赖于相机图像的晶片和捕捉缺陷足以可见在相机的分辨率。很多设备已经有照相机——其中一些未使用的,所以他们可以使用。或者他们可以安装一个摄像头设置,晶片的出口机器。
为了定义一个参考,运营商选择一个晶圆在很多。参考晶片成像,然后其他晶片晶片相比较。可见偏差将标记为潜在问题。如果参考晶片有问题,那么大多数或所有其他的晶片将标记为有问题。这些问题将会参考晶片的结果不干净,和系统不能提前知道。这就是手动审查是有用的。审查者可以立即看到是什么这个问题并适当地处理事情。审稿人也将无法分类的任何缺陷自动分类的人工智能技术。
但这揭示了这种方法的一个重要方面,它没有客观的参考比较。参考晶片成为一个相对参考,这是仅用于很多。每个很多都有自己的参考,和所有的非引用晶片将判断相对于参考。所以每个很多变得独立,与晶片内很多相比只有彼此。
好处是,没有操作依赖于特定的晶片或模具设计。所有的晶圆制造的所有设计在任何阶段都以同样的方式处理。之间的差异设计是减去参考晶片的使用。值得注意的是,这意味着没有使用食谱。
图4:宏观缺陷检测晶片。来源:Microtronic
lot-relative性质的宏观检查也意味着,然而,lot-to-lot不一定能做比较,除非一个评论家注意到发生在多个很多类似的效果。人们可以找到特定的设备远足,但不是渐进lot-to-lot漂移。
一个问题可能是一个系统性的问题,会给所有的晶片在很多相同的缺陷,这将使看不见的问题。但是Microtronic说可能存在的微小变化的缺陷提出了自己从薄片和这些小差异就足以发现问题。
宏观检查,提供了许多好处:
Micro-inspection有它自己的好处:
这使得两种类型的检验以互补的方式采取行动。“宏观缺陷检测系统可能无法找到最小的缺陷,但他们可以捕捉yield-related缺陷而操作在更高的生产力,使晶圆厂屏幕坡道或生产远足符合成本效益的方式,“说Shirey说。“晶圆厂经常部署几种类型的宏观检查筛查在步骤之间最关键的微观检验步骤。以这种方式使用,微——macro-defect检查员二级安全网等,确保最重要的缺陷和大型游览发现及时和有效的方式。”
LaTorraca提供了一个简单的类比。他说这就像望远镜和显微镜,不要互相竞争。“我们正在做一个望远镜,显微镜,”他说。
除了单独指定的微观和宏观检查步骤,他们也可以结合,宏观检查提供早期的迹象进一步micro-inspection,可能是必要的。“一个解决方案是100%全速宏观检查结合固定模式的高分辨率测量在同一晶圆或随机的晶片上,“说FRT的薯条。“另一种选择是看完全检查晶片提示的宏观结果和变焦专门到这些地区。这是最容易做的同样的(多传感器)工具,很容易找到各自的位置。”
但速度预期通常导致micro-inspection后续离线。“吞吐量是减速的高分辨率检测,和更高效的timewise使用第二个工具的细节,“薯条补充道。
大多数检测设备公司说微观和宏观检查是必要的,他们以互补的方式工作。多少一方或另一方应该成为优化过程的一部分,每个工厂将执行为了拨最好的一个可接受的数量产生结果的努力。
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