Better Inspection, Higher Yield

SEPTEMBER 8TH, 2020 - BY: BRYON MOYER

Weighing the tradeoffs of macro- and micro-inspection, and a combination of both.

宏观、微观缺陷检查以及两者结合的权衡

晶圆可以检查是否有明显的大缺陷或细微的小缺陷,前者被称为宏观缺陷检查,而后者被称为微观缺陷检查。这些检查过程看起来是竞争的,使用了不同的设备,但实际上它们是互补的,可以在优化良率、可靠性、产量和资本投入的总体策略中进行权衡。

晶圆厂通常会在保持总成本最低的情况下结合使用这两种方法来找到最佳的产量和可靠性结果,每个晶圆厂都会有自己的最佳策略。关于如何结合这两种方法的最佳方案,没有标准答案。

缺陷检查的投资及收益

乍看之下晶圆的缺陷检查似乎是必需的。如果您想确保某些操作正确完成了,只需缺陷检查来确认。但是在商业化的晶圆制造工厂中,经济性是一个至关重要的考虑因素,然而晶圆的缺陷检查并不是免费的,这其中涉及许多相关的费用:

考虑到以上的所有成本,从经济意义上讲,缺陷检查必须要有回报才行。进行缺陷检查的根本原因可以概括为两种:一种是抢救或报废那些有问题的批次,以免浪费更多的资源;另一种则是在机器偏移或超出正常范围运行时得到预警,防止对其他批次进行错误处理。

缺陷检查的主要目标是改善晶圆厂的运作来提高整体产量,确保致命缺陷的批次永远不会进行测试,并且在可能的情况下对缺陷的批次进行返工。

现如今所有测试,缺陷检查和监控操作都具有二阶和三阶目标。它们不仅可以在测试操作期间提供更高的良率,而且还可以帮助预测芯片的未来可靠性,从而报废那些有可能会导致最终产品退回甚至召回的临界器件。现场故障不仅对安全性至关重要的应用而言是一个明显的问题,而且也会在数据中心等其他市场中造成代价高昂的意外错误。

PDF Solutions首席技术专家Andrzej Strojwas指出:“那些数据中心的人员几乎像汽车行业一样关注可靠性缺陷。”

当确定了成本和收益的范围,问题就变成了优化缺陷检查方式以获得最佳成本效益。这个问题没有标准答案,每个晶圆厂管理团队都会针对他们认为最有效的缺陷检测策略做出不同的权衡。

从广义上讲,缺陷有两种类型-随机缺陷和系统缺陷。根据晶圆缺陷检查的定义,随机缺陷可能随时随地发生。晶圆厂致力于降低随机缺陷,它发生的概率通常以ppb为单位。Andrzej Strojwas说:“实际上即使使用足够的灵敏度,也无法通过显微检查对所有晶圆进行100%的随机缺陷检测。”

随着技术节点减小,设计结构的复杂度越来越大,缺陷检查变得愈发困难。PDF Solutions副总裁Indranil De专注于DFI的设计与技术,他表示,“一个典型的高端产品,每个芯片上都会有数百亿个晶体管或连接点,所以要想生产出有效的晶圆,故障率必须在0.01 ppb左右。”

系统性缺陷通常会遵循某种模式。它们虽然很少见,但普遍比随机缺陷高三个数量级。 “由于存在系统性缺陷,百万分之几的检测率有时就足够了。” Andrzej Strojwas说。

实际上,当随机缺陷已降低到一定的程度,那么剩余的缺陷就可能来源于系统。Indranil De说:“晶圆厂必须首先降低随机故障率,这是第一步。然后您可能会发现,在某些系统配置中故障会更多,并导致某些产品的良品率下降。因此,您将需要找到这些系统性的故障问题来源。”

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