缺陷管理
實現製造生產力改善以及降低測試晶圓成本 Ming Li、Lisa Cheung 和 Mark Keefer – KLA-Tencor Corporation
Surfscan SP2 檢測系統的使用能夠減少生產成本，藉由延長某些監控晶圓重新使用的壽命，並且減少新測試晶圓的 需要。對於大型的晶圓代工廠，這個新技術能夠增加廠內回收率並且減少 15% 的再拋光率，等於每年可省下超過 3 百萬美元的費用。
今日的晶圓製造廠必須謹慎地平衡增加生產力的需要，
經由製程工具機所新增的任何缺陷，其以每片晶圓每次
同時減少可變動成本。有幾個主要區域中的製程控制
通過所增加之微粒數 (PWP) 作表示。
（度量與檢測）設備能夠協助將可變成本減至最低。第 一便是要減少消耗品的數量 — 將無收益營運所處理的晶
製程工具機監控程序
圓（即測試晶圓）數目減至最低。其次是製程設備生產
製程工具機監控程序的第一個步驟便是要依照等級將測 試晶圓指定至儲存區中。等級（通常為 A、B 或 C）指的 是適合不同監控應用的測試晶圓品質，在本例中為其表 面粗糙度，因為在平滑的晶圓要比粗糙晶圓能夠更可靠 地偵測尺寸較小的微粒。通常表面粗糙度的測量方式是 使用檢測工具機來檢測 haze、其成分為低頻率、低振幅 來自晶圓表面上的散射光源。Haze 的測量單位為 ppm， 是平均表面散射強度與入射鐳射光束強度的比率。對於 裸晶圓而言，haze 與表面粗糙度有極大關聯。（當透明 薄膜出現時，haze 也會包含薄膜參數的變化。）
力的改善，方法是減少每年維修週期的次數以及減少由 於解決製程偏移錯誤警示所損失的相關時間。本篇文章 將會深入地詳細探索這些概念，為尖端的 65 nm 線寬的 晶圓代工廠找出降低測試晶圓成本的有效方法。 製程工具機監控
無圖樣測試（或「監控」）晶圓上的微粒數一般是用於 監控製程工具機的運作狀態，可能是在預防維修（工具 機認證）之後或是在運轉生產晶圓之前，在經過指定的 時數之後或是在每梯次轉移（工具機監控）開始時。製 程工具機認證發生於預防維修，或是在未排定的停機之 後重新認證工具機。工具機監控是用於快速偵測製程工 具機偏移的情況。此外，無圖樣晶圓檢測工具機可用於 工程分析工作，以描述新製程工具機的特性或是診斷出 會導致製程工具機被移除於生產之外的特定污染物問題 （「工具機失效」問題）。 製程工具機監控使用了單一無圖樣測試晶圓在每製程腔
第二個步驟是實際製程工具機監控步驟：比較製程前與 製程後的檢測以量化新增的缺陷。為了能夠重新使用測 試晶圓，晶圓經過化學剝離的處理方式去除製程工具機 所增的任何薄膜層及微粒。化學剝離會產生較高的表面 粗糙度或 haze（圖 1 中的上方迴路），因此必須將測試晶 圓重新歸類。在相當次數的循環步驟之後，測試晶圓若 無法符合粗糙度等級規格，則應該送去進行再生（重新 拋光）或廢棄（圖 1 中的左下迴路）。
體中，而更高等級的晶圓則用於前段製程，其中關鍵尺
延長監控晶圓的使用壽命
寸將會縮小，同時需要較大的檢測靈敏度。測試晶圓會
缺陷檢測靈敏度是由缺陷訊號與其背景的比率所決定。 當背景水準（haze）即將到達偵測臨界值時，訊雜比會 減少（圖 2 左）。為了確保能夠偵測到缺陷而不會發生 錯誤警告的情況，最好能夠缺陷訊離比維持在較高的情 況（一般在 3 以上）。
被先檢測，通過製程工具機（不一定會啟動製程腔體） 後再重新檢測。計算新增的缺陷可使用傳統的之後數目 減去之前數目的計算方式，或是使用更複雜的圖對圖缺 陷重疊比較法（參考 1）。後期掃描檢測結果可顯示出 2007 年夏季刊 Yield Management Solutions
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缺陷管理 然而，由於化學剝離（再 In-house chemical clean
生）次數會增加測試晶圓
Regeneration area SP1 Inspection
Test wafers
的表面粗糙度和 haze，因此 Pre SP1 Inspection
Grade A, B, C
PWP < X
Post SP1 Inspection
Process
在晶圓表面上小型缺陷偵 測的訊離比會有所減少。
Grading
製造時考慮的重點（例如
A < X1 counts <Y1 ppm B < X2 counts <Y2 ppm
將某個檢測工具機的結果
C < X3 counts <Y3 ppm
與其他工具機比對）要求 Scrap $300/wfr
Re-polish $30 / wfr
New wafers
Reclaim 1
Reclaim 2
Reclaim 3
A
B
C
Grade
檢測靈敏度的臨界值要維 持在固定的值。這意味不 可以只為了要減少背景雜
Roughness
訊的增加，就增加偵測臨 界值，如圖2（右）之建
圖 1：使用測試晶圓的製程監控迴路。
議 。因此，在任何所提供
Laser scattering signal (ppm)
Laser scattering signal (ppm)
的測試晶圓可再生步驟的
Threshold
Threshold
Noise Haze
次數會受限於表面粗糙度 的增加。 真正需要的方法是對粗糙 晶圓中的小型缺陷增加檢 測訊雜比。現世代的晶圓
Haze
Scan position
表面檢測系統 - Surfscan SP2 與其上一代的 SP1 相比，前
Scan position
者擁有較小的光束尺寸，
圖 2：在有低霧度值（左）以及高霧度值（右）的晶圓中，晶圓表面粗糙度（薄霧）以及檢測靈敏度之間的關係。 備註：雜訊與薄霧成比例。
這意味當光束聚焦在小型 缺陷時，它所包括的背景 較少。因此 Surfscan SP2 在 粗糙晶圓上擁有比 SP1 更
Surfscan SP2
Surfscan SP1
佳的靈敏度。圖 3 顯示的 是經過多次再生，相同的 高 haze 晶圓在使用 Surfscan SP1（左）和 SP2（右）系 統掃描之後的比較。SP1 圖 圖 3：粗糙晶圓靈敏度的比較。左邊的 Surfscan SP1 圖顯示有明顯的錯誤缺陷，右邊的 SP2 圖則顯示明顯的實 際缺陷，而最小的缺陷的訊雜比 > 3。
顯示由於低訊雜值所造成 的大量錯誤缺陷的出現。
SP1 HT Mode S/N vs. Wafer Haze Level 18
12
Low Haze Medium Haze High Haze
acceptable inspection window
15
S/N Ratio
S/N Ratio
15
檢測臨界值（為捕獲即時
SP2 HT Mode S/N vs. Wafer Haze Level 18
9 6 3
12
缺陷所設定）也會捕獲
Low Haze Medium Haze High Haze
acceptable inspection window
haze 訊號的峰值。在另一方 面，SP2 圖則顯示錯誤缺陷
9 6
已明顯減少，原因是其卓
3
0
越的靈敏度讓檢測臨界值
0 0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
0.11
0.12
0.13
0.14
Defect Size (µm LSE)
0.15
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
0.11
0.12
0.13
0.14
0.15
Defect Size (µm LSE)
圖 4：訊雜與晶圓薄霧層的比較（Surfscan SP1 左，SP2 右）產生不同大小的缺陷。可接受的檢測視窗的訊雜 比為 3 以上，而缺陷大小在 88 nm LSE 以下。
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能夠設定在遠高於haze水準 的上方。Surfscan SP2 的功 能能夠加強訊號及有效抑 12
缺陷管理 使用這些新的再生率，我 Recycle rate
from 70% to 85%
們可以估計節省的費用如
In-house chemical clean $5 / water recycle
下，對於經營 25K WSPM 的
Regeneration area SP2 Inspection
Test wafers
300mm 晶圓代工廠而言， Grade A, B, C
PWP < X
Pre SP2 Inspection
Process
Post SP2 Inspection
測試晶圓的使用等於生產率 的 3 倍，或是 75KWSPM。 實施 Surfscan SP2 增加了廠
$75K/month
內再生率並減少 15% 的回
SP2 Reclaim 1 Scrap $300/wfr
New wafers
收率，相當於每年節省將
Reclaim 2
Reclaim 3
A
B
Re-polish $30 / wfr 20%
10%
5%
Grade
Roughness
近 3 百萬美元的費用（表 1）。此模型可調整以適合 不同的晶圓投片、測試晶 圓使用等。 摘要
圖 5：晶圓再生率的淨增加
制雜訊，而這種檢測類型也使得測試晶圓能夠長期再生 使用，然後再考慮回收或廢棄。
晶圓廠的生產能力也因為 可變動成本的減少而提昇。測試晶圓的壽命直接影響 了它們在製程工具機監控的可用性。事實已證明使用
圖 4 顯示的是不同 haze 水準的晶圓上，SP1 和 SP2 的訊
Surfscan SP2 檢測系統以代替上一代的系統能夠進一步地
雜分析。可接受的「檢測視窗」位於圖的左上部位置
重新使用某些監控晶圓，也能藉此減少新測試晶圓的採
（訊雜比 ≥3 時的靈敏度在 88 nm 以上）。SP1 高生產
購。除了降低測試晶圓成本這種能夠計算的經濟影響以
力模式無法符合高 haze 晶圓上所需的 88 nm 缺陷靈敏度
外，晶圓廠的製造生產力也同樣能夠增加，對粗糙再生
的 3:1訊雜需求。SP2 的加強靈敏度以及背景雜訊抑制
晶圓不穩定的檢測結果所產生的錯誤偏移警示，進而產
能夠符合所需的靈敏度，即使是在高生產力模式時使用
生中斷的情況也能減至最低。
高 haze 晶圓也沒有問題。 致謝 經濟影響
本資料最初是在上海（2006 年 8 月）和北京（2006 年
圖 4 顯示 Surfscan SP2 能夠在粗糙晶圓上達到足夠的靈敏度
9 月）所舉行的 KLA-Tencor Yield Management Seminars 上
與訊雜；因此，晶圓廠內的回收中心也採取措施，在廠
發表的。
內安裝專屬的 SP2 檢測工具機。在 Surfscan SP1 檢測中分類 成等級 B 種類的晶圓，現在在 SP2 檢測中則為等級 A 的種 類。因此，晶圓可以經過更多次的再生 — 廠內化學清潔 中心的再生率評估約增加 15%。提昇的再生率也意味著
參考資料 1. Lorrie Houston, Motorola; John Anderson, Motorola; Rhonda Stanley, KLA-Tencor; “Process tool qualification using SP1TBI automated overlay feature,” KLATencor Surfscan Applications Note (2002).
回收（重新拋光）率的減少（圖 5）。 晶圓類型
再生
回收
廢棄
總測試
晶圓成本
$5
$30
$300
晶圓成本
晶圓量 （總計 =75K）
52.5 > 63.75K
15.0 > 3.75K
7.5K
再生率 (SP1)
70%
20%
10%
$2.96M
再生率
85%
5%
10%
$2.68M
$56,250
$337,500
沒有變更
$0.28M
(SP1+SP2) 每月節省的成本
表 1：預估藉由晶圓再生率增加所節省的每月成本：28 萬美元，一年可節省 336 萬美元。 2007 年夏季刊 Yield Management Solutions
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