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缺陷控制 缺陷 Defect 是指晶圆上存在的有形污染与不完美 当IC制程持续往轻 薄 短 小及高密度方向发展时 对任何缺陷容忍度将自然相对降低 也即缺陷对成品率的影响将大幅提高 所以要想得到成品率之提升就必须设法降低缺陷密度 到了亚微米以下的制造工艺 因为大气环境中的微粒尺寸已经足以导致一个芯片报废 所以缺陷控制已经成为现在各晶圆制造厂日常工作的一大重点 缺陷分类 1 按照危害性分类 致命缺陷 非致命缺陷 缺陷控制的重点是减少致命缺陷 2 按照缺陷的形态分类 根据其具体形态 可分为很多种类 比如微尘 残留 短路 晶格缺损 刮伤等等 每一种具体形态的缺陷的成因都各不相同 甚至同一种形态的缺陷也有多种不同的成因 缺陷的来源 1 原材料 包括硅片 wafer 气体 纯水 化学药品 2 外在环境 包含洁净室 传送系统与程序 3 操作人员 包含操作人员以及无尘衣 手套等 4 工艺设备 零件老化与制程反应中所产生的副生成物 缺陷的具体形态很多种 但是从根源上来说 主要还是有微尘造成的 在不同的工艺制程中 所呈现的形态不同 现代化的集成电路制造工厂中75 90 的微尘污染来自于设备与工艺本身 而洁净室与操作人员约各占5 10 因此在缺陷改善过程中 应该以如何有效降低设备与工艺所造成的缺陷为重点 缺陷检测原理 检测原理 在若干个同样的芯片上 采用点对点比较的方式将不同的部分找出来 通过这种方式将芯片上缺陷点的位置定位出来 缺陷位置地图 缺陷检测原理 在亚微米工艺以下 需要控制的缺陷尺寸随之减小 甚至到几分之一微米的尺寸 所以缺陷扫描机台首先是一台显微镜 将晶片上的芯片影像放大 然后在采用比较原理检测缺陷 例如缺陷扫描机台成像装置的最小像素是为12 5 m 根据不同的精度的要求 通过调节光路的放大倍数将晶片上的一定区域放大到12 5 m 如上图 将晶片上的0 16 m区域放大1 56 50倍后 为12 5 m 则所能检测到缺陷的尺寸减小到0 16 m 缺陷检测原理 检测设备通过所获得的图像是模拟图像 计算机不能对其进行计算分析 必须将模拟图像信息转化为数字图像信息 计算机才能进行分析比较 采用模拟图像上每个像素点的明暗程度 灰度值0 255 合成数字图像信息 计算机对数字图像信息进行计算分析 模数转换 数字图像比较计算 灰度值 230 灰度值 5 灰度值差异 230 5 225 缺陷检测原理 虽然晶片上都是相同的芯片 但也不是绝对一样 总会存在一些小的差异 比如颜色深浅不同 表面粗糙程度不同等 故相邻芯片相同位置像素的灰度值相减的结果可能不完全是0 但绝大部分像素点的差异一定都集中在0附近 而在有缺陷的位置 则差异较大 所以只要设定一个可接受差异的阈值 灰度值的差异小于阈值则视为正常 超过阈值的则为缺陷 缺陷检测机台工作流程 缺陷检测原理 缺陷检测机台 根据缺陷扫描机台采用的光源 入射及接受方式的不同 扫描机台分为明场 暗场及电子束扫描三大类 明场采用自然光垂直于硅晶片入射并垂直接受反射光 形成高精度图像 暗场采用单色激光与硅晶片一定夹角的倾斜入射并接受散射光信号 然后将接受的光信号强弱转换为数字图像 而电子束扫描是采用电子束轰击硅晶片并接受硅晶片发射出的二次电子 根据接收二次电子的多少形成数字图像 明场机台的入射光和接受方式均为垂直于硅晶片 故能够探测到凹凸不平的图形中的缺陷 因为要进行高精度的图像分析处理 故检测速度低 暗场机台仅对平面上的微粒敏感度较高 因为凹凸不平的图形会挡住斜入射光 使图形中的缺陷检测不到 但暗场具有较高的产量 电子束扫描机台主要针对表面不可见而深埋于表面以下的缺陷 比如接触孔底部没有蚀刻到下层硅表面 或者沟槽底部有极微小的残留物等 根据不同材料和结构发射二次电子的能力不同 出现明暗差别来判别缺陷位置 缺陷检测机台 三种类型的缺陷检测机台各有所长 也有其缺点 针对不同的层的检测 在选择扫描机台时充分发挥其长处 在检测出缺陷的同时 争取用时最短 一般在成膜之后 硅晶片表面比较平整的层 采用暗场设备 而在图形蚀刻之后 因为晶片表面的图形凹凸不平 采用明场设备 针对接触孔里面的缺陷 多采用电子束扫描机台 缺陷控制方法 一个良好的工艺技术 设备可以最大限度的减少缺陷的产生 一个完美的产品设计可以容忍较多的缺陷而不影响良品率 就如体质强健的人能够抵御更多的病毒侵扰 在产品研发阶段尽量提高产品的体质 在工艺研发以及设备研发阶段 尽量减少缺陷来源 但是缺陷总是会存在 缺陷控制的一般方法有以下几种 1 定期对设备做清理及保养 根据频度可分为周保养 月度保养 半年保养 年度保养 也有根据产出的硅片数目来确定保养周期 2 日常用空白片抽检 尽量降低缺陷对产品的影响 绝大部分生产机台都采用以空白硅片模拟产品硅片在机台内的运行流程 然后对空白片进行检测的方法来判断当前设备的状况 3 抽检产品 在晶圆生产过程中 适当增加若干个在线检测缺陷的步骤来监控生产线的缺陷状况 及时发现缺陷问题 减少产品损失 洁净室 洁净室也叫无尘室 将一独立空间范围内空气的洁净度 空气中粉尘颗粒大小及数量 温度 湿度 空气流速 噪音及震动控制在一定需求范围内 专门设计的这一相对独立的空间为洁净室 环境因子 微尘粒 微生物 烟雾 气体分子 温度 22 1 5度 与相对湿度 45 5 风速与气流形态 室压 震动与噪音 照明 静电与电磁波 洁净度国际通用标准ISO TC209 ISO14644 1 洁净室 洁净厂房一般为三层 第三层为生产区 下面两层为辅助区 洁净室系统包括 安装在顶层的新风空调箱 MAU Make upAirUnit 安装在洁净室吊顶上的过滤风机 FFU FilterFanUnit 洁净室内部结构 包括 架高地板 吊顶 分隔墙机门窗 空气干燥冷却盘 DCC DryCoolingCoil 其功能为去除洁净室循环空气的显热 起最终控制洁净室温度作用 冷 热水管路 照明系统 洁净室控制系统及防火系统 空气循环系统使洁净室保持洁净 洁净室 洁净度的维持 为了维持洁净室的洁净等级 必须按照洁净室技术规范的要求执行 即 三不一排除 不携入 1 建筑结构须紧密 2 室內维持正压 3 作业人员管理规则进入洁净室 4 材料 机器 工具须经洁净处理方可进入洁净室內 不产生 1 进入洁净室须穿无尘衣 2 选择不产生微尘的材料 3 人员在洁净室內不做