KLA：如何成为芯片制造过程中的桥梁？
2020-09-26
14:00:41
来源: 半导体行业观察
“KLA是一家专门从事检测和量测的设备公司，而在半导体芯片制造的过程中，几乎每一片晶圆都要经过我们机台的量测检测。”这句话出自科天国际贸易（上海）有限公司产品经理初新堂，在近期举行的2020第23届中国集成电路制造年会（CICD 2020）上，初新堂做了题为《促进芯片代工厂良率提升的检测与量测解决方案》的演讲。
初新堂把KLA比作“芯片制造的桥梁”，当晶圆制造厂把晶圆送给Fab厂时，要经过质量检测，KLA充当桥梁的作用。OEM厂将解决方案送往Fab厂时，需要通过KLA提供的设备进行质量检测与量测。此外，在各类芯片的生产制造过程中，KLA的解决方案也桥接在生产线上。
毫无疑问，检测与量测的最直接效益就是加速客户收益。如下面一张曲线图所示，提高良率和加速量产（Ramp：新产品由小批量生产转至大规模生产阶段称为Ramp）就可缩短成品的交付时间，即反应在客户收益曲线上。
为了更快速提升IC代工厂的生产良率，就须做到对制程的严格控制，该技术领域可大致分为检测、量测、数据分析三大基础部分，各部分相互配合，将生产制造过程中的实时数据信息反馈给每一道关键制程，帮助制程及时优化与改进。这一制程控制理念也贯穿在整个半导体制造生态环境中，从基板晶圆生产，到芯片/存储器等应用产品的制造，直至产品的筛选与封装。为了更好的配合整个生产流程中的质量控制需求，KLA的检测产品家族利用光学和电子束、人工智能等先进技术，研发出的设备与数据分析解决方案涵盖了无图案基板晶圆检测、IC制程中图案化晶圆检测、以及新技术新制程研发过程中亟需的电子束检测。
作为KLA检测技术中专攻无图案晶圆检测（基板晶圆检测）的Surfscan产品系列，支持300mm IC，设备制造，材料和基板晶圆的制造，广泛应用于前沿和先进设计节点的研发过程。那么如何通俗直观的理解检测过程呢？工程师需要在300mm的Wafer上，一分钟内找到15nm的缺陷，犹如在300km方圆内，找到一块硬币。Surfscan检测系统，可以提前72小时进行检测，从而今早发现影响后期良率的问题所在，对缺陷来源层进行清晰识别，实现最低的CoO。“Surfscan系统通过多个通道找到所有DOI（目标缺陷）类型。”
从整个产品的设计来看，Surfscan系列产品采用具有峰值功率控制的DUV激光源，创新的光学结构，一系列光斑尺寸以及先进的算法，可在高扫片速率(Throughput)的情况下保持对关键缺陷的极高敏感度和极强的缺陷分类能力，用于裸晶圆，光滑和粗糙的薄膜以及弱光阻和光刻堆叠等。Surfscan系统还集成了高分辨率的SURFmonitor™模块，可以表征出表面质量并检测微小缺陷，帮助确定工艺机台的表现。
Surfscan系列产品中，初新堂着重介绍了Surfscan SP A3，一款专注于汽车和电源设备的应用。
芯片可靠性与芯片制造过程中的随机缺陷高度相关，这促使汽车供应链追求汽车集成电路的零缺陷。潜在缺陷（影响芯片可靠性的缺陷）必须在工厂里查出，这里用于发现和减小缺陷影响的成本是最低的。
据资料显示，Surfscan SP A3支持机台监控应用，这些应用正是隔离由工厂工艺机台带来的随机缺陷率的具体实例。凭借高敏感度和集成的自动潜在缺陷分级功能，Surfscan SP A3可以检测、监控和控制潜在的微小缺陷，否则这些缺陷会被芯片制造工厂忽略，从而造成潜在的故障。扫片速率大于100片/小时的同时，Surfscan SP A3提供了晶圆厂实施机台监控策略所需的检测能力，这些策略可在芯片进入汽车供应链之前就识别出晶圆厂中的缺陷问题。
在芯片制造工厂内，Surfscan SP A3用于工艺机台的评估和监控。Surfscan SP A3利用其DUV敏感度在生产速度下捕获微小的薄膜缺陷。工程师可以监控工艺机台以获得在膜沉积或CMP期间可能引入的缺陷。
下面我们把视角放在晶圆上，初新堂表示：“晶圆几何形状是描述晶圆形状、平整度和粗糙度的总称，在半导体工艺优化中起着重要作用。”
KLA的PWG产品系列针对的就是晶圆几何与纳米形貌量测系统。
据介绍，PWG量测平台为集成电路制造商提供了全面的晶圆翘曲、弯曲、正反面纳米地形、高分辨率平面内位移，畸变和应力测量。开发于行业标准的WaferSight平台上，能保持高精度测量及可重复性的同时支持图形晶圆应用。这些测量能满足研发中最极端的晶圆翘曲度要求，同时为大规模生产制造提供成本效益最优化的监控方案。PWG通过制程监控和数据前馈，结合光刻工艺的聚焦范围控制和制程步骤的实时监控（如薄膜、蚀刻、CMP和RTP），能够加速良率提升。
PWG3是这个系列的第三代产品，在具体应用方面，PWG3量测系统为各大晶圆厂广泛采用，提供了反馈和前馈模式下的制程质量认证、监控和控制。PWG3已被证实能够更快地确定问题产生的根本原因，帮助晶圆厂缩短制程的开发时间。此外，≤1Xnm设计节点的逻辑和DRAM产品，以及≥96层3D NAND器件，由于光刻精度及聚焦工艺区间不断缩小，PWG3提供的多种应用，在帮助扩展光刻工程能力方面发挥了关键作用。据初新堂介绍，今年将推出PWG新一代产品。
在芯片制造过程中离不开一位实时监控的“医生”，从而确保每个步骤的完美过渡，每个产业链环节的传递，都需要一个“桥梁”，高质量串接芯片制造。
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