晶圓廠爐管設(shè)備TEOS極限生產(chǎn)速率提升研究

王曉斌

摘 要：該文以晶圓代工領(lǐng)導(dǎo)者臺(tái)積電的爐管設(shè)備TEOS為例，通過(guò)標(biāo)桿管理，以及時(shí)間研究、動(dòng)作分析等IE手法把極限生產(chǎn)率的影響因素能被系統(tǒng)實(shí)時(shí)偵測(cè)反饋，從而讓各因素變得極為顯而易見(jiàn)，最后針對(duì)每個(gè)關(guān)鍵因素做突破極限的提升。

關(guān)鍵字：極限生產(chǎn)速率 標(biāo)桿管理 IE手法 實(shí)時(shí)偵測(cè)反饋

中圖分類(lèi)號(hào)：TN305 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）04（c）-0115-01

現(xiàn)在，要投資一個(gè)先進(jìn)技術(shù)的晶圓代工廠，至少需要幾十億美金。主要的原因就是設(shè)備非常昂貴[1]，一般占建廠成本的50%以上。故設(shè)備產(chǎn)能提升，對(duì)晶圓廠來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的，而極限生產(chǎn)速率是產(chǎn)能最重要的指標(biāo)之一。該研究者以晶圓代工領(lǐng)導(dǎo)者臺(tái)積電的TEOS（該文特指Spacer Oxide）設(shè)備產(chǎn)能提升為例，探討在自動(dòng)化程度很高的工廠內(nèi)，做極限生產(chǎn)速率提升的手法。

TEOS Deposition[2]一般就是在低壓，溫度在650度到700度之間，熱分解TEOS。由于氣體分子在表面的快速擴(kuò)散，Low Pressure TEOS可以做出均勻性、致密度都非常優(yōu)異的SiO2。而液態(tài)的TEOS源通常用載流氣體鼓泡的方式攜帶進(jìn)反應(yīng)腔。

1 TEOS極限生產(chǎn)速率提升的方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

1.1 極限生產(chǎn)率系統(tǒng)

臺(tái)積電的極限生產(chǎn)率，由P-WPH （Peak Wafer Per Hour，即每小時(shí)的產(chǎn)出量）系統(tǒng)來(lái)抓取。如圖1所示，它的主要算法邏輯就是自動(dòng)抓取進(jìn)出貨的時(shí)間，通過(guò)一些統(tǒng)計(jì)手法，反饋推測(cè)出設(shè)備的最大生產(chǎn)率。

通過(guò)標(biāo)桿管理，明顯可以看到，總的來(lái)說(shuō)，HDTET5比其他普通機(jī)臺(tái)慢一拍。

到這步之后，還有沒(méi)有更簡(jiǎn)潔和方便的手法讓我們可以進(jìn)行下一步行動(dòng)？其實(shí)，高度自動(dòng)化生產(chǎn)的設(shè)備，極限生產(chǎn)率最終拆解開(kāi)來(lái)，一般可以分為兩大塊，即transfer loop和process loop。

1.2 傳送Loop

大家知道，高自動(dòng)化的機(jī)臺(tái)本身也都是半智能的。故大多數(shù)機(jī)臺(tái)都有Event ID，即當(dāng)機(jī)臺(tái)開(kāi)始，或者完成某一動(dòng)作時(shí)，機(jī)臺(tái)會(huì)向外報(bào)信號(hào)，比如說(shuō)“Event ID 36587”完成了，至于這Event ID 36587代表了什么，就要查機(jī)臺(tái)的說(shuō)明書(shū)了。然后，IT可以通過(guò)EQS，抓我們需要的Event ID并把它們轉(zhuǎn)為EQS LOG。這樣，就相當(dāng)于有了某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，某個(gè)步驟完成或者開(kāi)始的原始數(shù)據(jù)。再結(jié)合TEOS Dep機(jī)臺(tái)的傳送方式，得出關(guān)鍵路徑的算法，然后根據(jù)算法來(lái)解析EQS LOG里的原始數(shù)據(jù)，就得到了每個(gè)步驟的秒數(shù)了。最后無(wú)非是一些統(tǒng)計(jì)的手法，因?yàn)橐欢螘r(shí)間內(nèi)得到的每個(gè)步驟的秒數(shù)有很多筆數(shù)據(jù)。比如卡3個(gè)sigma，卡最大值上限，最小值下限之類(lèi)的來(lái)減少干擾。最后成型的報(bào)表結(jié)果，如圖2所示，一些機(jī)密資訊有被隱藏。為了生成圖中這些最終有效數(shù)據(jù)，其實(shí)我們已經(jīng)利用服務(wù)器后臺(tái)已經(jīng)處理了成千上萬(wàn)筆原始數(shù)據(jù)，在這邊就不一一列出了。

明顯可以看到，在Boat up和Boat down這兩步，HDTET5這臺(tái)機(jī)臺(tái)其它臺(tái)各自慢上60秒左右！這也正好印證了前面by recipe by tool中顯示HDTET5這臺(tái)機(jī)器極限生產(chǎn)率低。其他步驟，其實(shí)也有很多有差異的地方。在一開(kāi)始裝機(jī)的時(shí)候，而且公司買(mǎi)的二手機(jī)臺(tái)來(lái)自各個(gè)地方，設(shè)定本就天差地別，另外因?yàn)闄C(jī)臺(tái)太復(fù)雜，機(jī)臺(tái)說(shuō)明書(shū)一般都大于一千而頁(yè)，里面有成千上萬(wàn)的設(shè)置，一般只檢查已知比較重要的參數(shù)，而不可能每個(gè)都捋一遍，故可能這些設(shè)定，并不足夠好。

根據(jù)圖2各步驟的提示，查到M25：BTEL-UD-UP這項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定，HDTET5只有50，其他機(jī)臺(tái)則是100，而這個(gè)參數(shù)設(shè)定的上限是1200。把涉及到傳送速度的Motor setting都梳理了一遍，在保證質(zhì)量不掉片不破片的前提下，調(diào)整優(yōu)化后，各步驟的傳送速度都有了改善。

2 結(jié)語(yǔ)

以HDTET4的大宗recipe TEO1000B來(lái)看，極限生產(chǎn)率提升了約33%。當(dāng)然，P-WPH與Recipe相關(guān)， 故by到不同支recipe表現(xiàn)不一樣.Overall 加權(quán)來(lái)看， TEOS Deposition整體大約提升了15%。

在高度自動(dòng)化的工廠中，要突破機(jī)器的極限生產(chǎn)率，一套能自動(dòng)偵測(cè)機(jī)臺(tái)的極限生產(chǎn)率的系統(tǒng)必不可少。同時(shí)，能夠偵察到機(jī)臺(tái)每一個(gè)關(guān)鍵步驟的秒數(shù)的系統(tǒng)，也是極其有幫助的。另外，要突破極限，最好要研究到每一個(gè)動(dòng)作步驟的本質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁靜，錢(qián)省三.半導(dǎo)體晶圓制造中的設(shè)備效率和設(shè)備能力[J].半導(dǎo)體技術(shù)，2004，29（9）：35.

[2] Michael Quirk，Julian Serda.半導(dǎo)體制造技術(shù)[M].（韓鄭生等譯），北京：電子工業(yè)出版社，2009（7）：255.