零缺陷與持續(xù)改進(jìn)計劃助力車規(guī)級芯片質(zhì)量及可靠性
多樣晶圓檢測系統(tǒng)讓全流程中缺陷無所遁形
深度學(xué)習(xí)模型識別不同晶圓缺陷，更準(zhǔn)確，更靈敏
專屬配套軟件服務(wù)適應(yīng)現(xiàn)場不同量測檢測需求，有效調(diào)節(jié)修正準(zhǔn)確度

車規(guī)級芯片質(zhì)量和可靠性

汽車行業(yè)發(fā)展的趨勢有互聯(lián)化、電氣化和智能化等方向，通過賦能工廠“連接”，將座艙智能化，實(shí)現(xiàn)軟硬件協(xié)同一體化，智能輔助系統(tǒng)通過激光雷達(dá)與傳感器、攝像頭的搭配在視覺算法支持下實(shí)現(xiàn)自動駕駛。其中汽車半導(dǎo)體、芯片的需求量巨大，它們能夠感知周圍環(huán)境、作出決策和控制行動，為汽車行業(yè)的未來創(chuàng)造全“芯”機(jī)遇。

但與此同時，汽車半導(dǎo)體的質(zhì)量和可靠性非常關(guān)鍵。汽車芯片內(nèi)部，可能會隱藏一些潛在的缺陷，外部環(huán)境的變化就有可能引發(fā)安全性和可靠性問題，這些外在因素包括酷暑的高溫而引發(fā)的缺陷擴(kuò)張，顛簸路段造成的震動，大雨導(dǎo)致的高濕度，寒冷冬天的低溫等極端的條件，會將潛在的缺陷轉(zhuǎn)化為完整的系統(tǒng)故障。

在芯片進(jìn)入汽車之前，晶圓廠需要發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷并篩選出高風(fēng)險芯片，隨著汽車行業(yè)的電氣化、智能化，芯片的質(zhì)量和可靠性愈發(fā)重要。SiC等功率器件也不例外，降低這些潛在的風(fēng)險或減少缺陷逃逸，需要最佳方案降低晶圓廠的整體隨機(jī)缺陷水平。

因此必須確保汽車的高質(zhì)量和高可靠性，零缺陷計劃將成為汽車半導(dǎo)體不可或缺的一部分。KLA的零缺陷與持續(xù)改進(jìn)計劃，幫助汽車芯片與器件在生產(chǎn)的過程中實(shí)現(xiàn)全流程的缺陷檢測。持續(xù)改進(jìn)計劃（CIP）利用無圖案的晶圓缺陷檢測來識別導(dǎo)致缺陷的特定制程設(shè)備。借助監(jiān)控CIP的設(shè)備，汽車芯片制造廠可以設(shè)定客觀目標(biāo)，減少影響可靠性的制程缺陷。

通過零缺陷篩選，晶圓廠可以在關(guān)鍵工藝步驟上對所有晶圓中100%的芯片進(jìn)行監(jiān)控。這要求檢測設(shè)備快速而靈敏，同時又能夠可靠地識別哪些缺陷很重要。使用這種方法，在晶圓廠中就可以將可能發(fā)生故障的芯片從供應(yīng)鏈中剔除，而這時的成本最低。高靈敏度檢測策略可以與I-PAT篩選方案配合使用，用以發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵的良率缺陷，從而加速新工藝開發(fā)進(jìn)度并進(jìn)一步減少缺陷。

KLA在碳化硅領(lǐng)域的解決方案

如今正在迅速發(fā)展的第三代半導(dǎo)體材料以碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN）、氧化鋅（ZnO）等為代表。自20世紀(jì)90年代興起以來，擁有更優(yōu)電子遷移率、寬禁帶的第三代半導(dǎo)體材料，能夠更好地應(yīng)用在高溫、高頻場景里。其中，碳化硅具有優(yōu)越的物理性能：可以降能耗，動力系統(tǒng)模組縮小5倍，物料成本低，縮短充電時間，以及高溫下的穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)。這使得碳化硅可以應(yīng)用在電動汽車的快速充電設(shè)施、電池管理系統(tǒng)、DC/DC轉(zhuǎn)換器和主驅(qū)逆變器等等。碳化硅的使用可以有效延長電動汽車的電池壽命和續(xù)航里程。

功率器件應(yīng)用在各種汽車子系統(tǒng)中，要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與可靠性和其他汽車IC相同。SiC外延和硅上GaN工藝的專用設(shè)備以及SiC襯底的檢測系統(tǒng)可幫助功率器件制造商達(dá)到汽車電子要求的缺陷標(biāo)準(zhǔn)。而KLA一直在通過向碳化硅和氮化鎵功率器件市場提供解決方案來推動人類進(jìn)步，不斷促進(jìn)汽車和其他行業(yè)的低碳發(fā)展。KLA開發(fā)出一套全面的工藝設(shè)備和檢測及量測制程控制解決方案組合，專門用于滿足功率器件的獨(dú)特需求。

由于碳化硅襯底和外延層中的缺陷出現(xiàn)的幾率比硅襯底高得多，檢測這些缺陷成為了制造商生產(chǎn)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，而KLA的Candela®8520晶圓檢測系統(tǒng)即是專門為識別碳化硅襯底和外延缺陷設(shè)計的。這一系統(tǒng)具備強(qiáng)大的多檢測通道，能夠幫助制造商敏銳捕捉工藝相關(guān)問題，識別并分類這些影響良率的缺陷，包括襯底晶圓上的堆垛層錯、外延生長后的基平面錯位（BPDs）、微管、劃痕等。該系統(tǒng)還具有分析工具，例如缺陷審查、芯片分級和輪廓映射，可以生成全面的檢查報告，幫助工藝工程師采取準(zhǔn)確的工藝糾正措施。采取了暗場、明場、表面斜率變化、相位、光致發(fā)光這5種互補(bǔ)的檢測技術(shù)，能夠?qū)Χ喾N缺陷進(jìn)行精細(xì)分類。

Candela®8520晶圓檢測系統(tǒng)

除了Candela®8520，KLA 8 Series圖形晶圓檢測系統(tǒng)(8913、8920、8930)長久以來一直服務(wù)于汽車市場，使硅基芯片制造商能夠快速提高產(chǎn)量，解決工藝引起的缺陷。在SiC器件制造中也看到了一些關(guān)鍵的應(yīng)用，第一是Defect Discovery（缺陷探索），8Series系統(tǒng)構(gòu)造支持的多類型關(guān)鍵缺陷檢測能力在研發(fā)和量產(chǎn)階段至關(guān)重要，8 Series幫助SiC設(shè)備制造商采取行動迅速糾正工藝問題。靈敏度是早期成功的關(guān)鍵，更快的time  to  result將使設(shè)備制造商在這個熱門市場中獲得優(yōu)先競爭的優(yōu)勢。第二個是Automotive  Screening，這是汽車芯片制造商為確保質(zhì)量和可靠性而采用的一種關(guān)鍵檢測策略，通過檢測所有芯片，最大限度地減少任何能夠?qū)е孪到y(tǒng)故障的風(fēng)險逃逸，然而為了最大限度地減少逃逸，通常我們會看到overkill die的提高，這對于盈利有直接的影響。

 8 Series圖形晶圓檢測系統(tǒng)

而擁有深度學(xué)習(xí)算法和特殊的透明晶圓處理能力的8 Series提供了將overkill降到最低的方法，將這些功能與8 Series超高產(chǎn)量相結(jié)合，使SiC器件制造商能夠?qū)崿F(xiàn)前面所顯示更高的工藝控制水平，8 Series提供的高靈敏度，高產(chǎn)量使該平臺適用于研發(fā)、實(shí)驗(yàn)和量產(chǎn)線。

如果沒有高靈敏度的檢測能力，就無法發(fā)現(xiàn)微小缺陷，在典型的SiC晶圓上，如何穩(wěn)定捕捉小于0.5um的缺陷是8 Series可以克服的挑戰(zhàn)，使我們能夠?qū)崿F(xiàn)此項(xiàng)目標(biāo)的功能是精準(zhǔn)檢測區(qū)域定義技術(shù)Flexpoint，以及深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)—Defect Wise，這是8 Series兩項(xiàng)最新創(chuàng)新，用mask分割不同區(qū)域，對減少系統(tǒng)性的信號干擾非常有效，將版圖設(shè)計與光學(xué)圖像對齊是一項(xiàng)系統(tǒng)級的創(chuàng)新，而使8935的性能與市場其他產(chǎn)品與眾不同。

KLA的8 Series圖形化晶圓檢測系統(tǒng)是“零缺陷”策略的關(guān)鍵推動力，該系統(tǒng)能夠以極高的檢測速度捕獲各種缺陷類型。面對SiC電力電子市場的高要求，如何快速識別和解決生產(chǎn)過程出現(xiàn)的問題尤為重要。與基于硅的技術(shù)一樣，SiC技術(shù)受益于8 Series的高靈敏度和高產(chǎn)能，使得車規(guī)器件在線篩選檢測方案能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)鍵缺陷的及早識別和高可信度，從而將全線漏檢風(fēng)險降到最低，帶來的是器件可靠性的增加和綜合成本的降低。

同時I-PAT®(在線缺陷平均測試）是一種新方法，可使汽車芯片制造商減少半導(dǎo)體元器件中潛在可靠性缺陷的發(fā)生機(jī)率，并將有風(fēng)險的芯片從供應(yīng)鏈中排除，并減少風(fēng)險逃逸的比例，同時避免晶圓廠中晶粒過早失效。KLA在I-PAT®方面的創(chuàng)新，將使SiC芯片制造商能夠獲得汽車行業(yè)所需要的高質(zhì)量和高可靠性的產(chǎn)品。同時除了利用檢測大數(shù)據(jù)的分析，更多的比如包括設(shè)計支持和人工智能、深度學(xué)習(xí)在內(nèi)的一系列創(chuàng)新，大大提升了8 Series平臺的性能。

總的來說，KLA Altair 8 Series圖形化晶圓檢測系統(tǒng)以極高的靈敏度和產(chǎn)出量幫助SiC晶圓工廠找出器件制造各段工藝中的明顯關(guān)鍵缺陷和潛在可靠性缺陷，為SiC器件的品質(zhì)和可靠性保駕護(hù)航，幫助晶圓廠縮短良率達(dá)標(biāo)時間，以更快的速度，更低的成本，更好的質(zhì)量向市場交付產(chǎn)品，以“零缺陷”的策略助推電動汽車實(shí)現(xiàn)更為安全可靠的目標(biāo)。

KLA還帶來了一款用于化合物半導(dǎo)體重疊對準(zhǔn)量測的新型ArcherTM Power系統(tǒng)。

結(jié)合化合物半導(dǎo)體獨(dú)特的需求，KLA基于廣泛采用的用于硅基芯片制造的 ArcherTM 500重疊對準(zhǔn)平臺，開發(fā)了新的功能，以提供化合物半導(dǎo)體領(lǐng)域所需的功能和靈活性。據(jù)介紹，ArcherTM Power系統(tǒng)支持多種襯底材料，還支持一系列晶圓尺寸（150mm到300mm）和多種不同的晶圓厚度，可支持客戶對于多種材料、工藝、產(chǎn)品的混合研發(fā)與生產(chǎn)。

ArcherTM Power系統(tǒng)

ArcherTM Power還具有高生產(chǎn)率、可靠性能，以及高靈活性的特點(diǎn)，使化合物半導(dǎo)體制造商能夠測量其全系列產(chǎn)品類型的疊層對準(zhǔn)誤差，有助于快速提高良率和可靠性。

對量測來講，需要量得到、量得準(zhǔn)、量得快，并且可以適應(yīng)不同的襯底材料與厚度。除了量測設(shè)備，KLA還有一系列的配套系統(tǒng)與工具，包括軟件、算法、服務(wù)。配套的系統(tǒng)與工具是非常重要的。我們會講兩點(diǎn)，一點(diǎn)是RDM (Recipe Database Management)，用于管理量測設(shè)備的Recipe?；衔锇雽?dǎo)體晶圓廠的客戶數(shù)量多，但可能每個批次產(chǎn)能不是非常大，多樣性強(qiáng)。RDM可以幫助晶圓廠客戶管控所有的Recipe，保持各個機(jī)臺上的Recipe一致且穩(wěn)定。另外，通過RDM的功能可以在不影響機(jī)臺使用的情況下，建立新的Recipe。量產(chǎn)廠商的機(jī)臺時間很寶貴，這項(xiàng)服務(wù)可以節(jié)省大量的機(jī)臺時間。

除了Recipe管理，還有另外一套支持的系統(tǒng)叫5D Analyzer。量測數(shù)據(jù)會被用來幫助后續(xù)晶圓的工藝控制。如將Overlay量測的數(shù)據(jù)做分析和運(yùn)算，并且將運(yùn)算后得到的結(jié)果拿來做后續(xù)的補(bǔ)償，達(dá)到更好的Overlay控制。這個補(bǔ)償是最終想要的結(jié)果，量測只是前半部分，后半部分是分析和補(bǔ)償。5D  Analyzer產(chǎn)品使用歷史悠久，里面有許多功能。量測完有存儲的數(shù)據(jù)，量測的值本身做實(shí)時的運(yùn)算，運(yùn)算完之后，數(shù)據(jù)變成可以修正的一組量，這組修正的量會實(shí)時傳到光刻機(jī)上面做修正。

當(dāng)前技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)在車規(guī)級半導(dǎo)體之外，還有先進(jìn)封裝，通過多種工藝實(shí)現(xiàn)芯片的能耗比的優(yōu)化，單位面積上集成度的增加，在微縮之外，開拓另一種發(fā)展途徑。當(dāng)今的先進(jìn)封裝技術(shù)依靠創(chuàng)新的制程技術(shù)來提供改進(jìn)的IC元器件性能和多功能集成。為了防止有缺陷的器件在供應(yīng)鏈中向前發(fā)展，篩選和分類是封裝IC組件，IC基板和印刷電路板（PCB）的重要質(zhì)量控制步驟。檢測和量測系統(tǒng)捕獲關(guān)鍵缺陷和變化，不斷改進(jìn)封裝和PCB工藝，可靠性相關(guān)的問題以及器件故障的可追溯性。

目前KLA的兩個發(fā)展方向是Defect Engineering以及SPC  Monitoring，發(fā)現(xiàn)缺陷的基礎(chǔ)上還要控制制程良率，降低成本，檢測量測設(shè)備在這其中發(fā)揮重要作用。作為集成電路制造中的重要環(huán)節(jié)，KLA一直跟隨技術(shù)發(fā)展的趨勢來更新升級軟硬件服務(wù)，實(shí)現(xiàn)零缺陷計劃，提升良率，為車規(guī)級半導(dǎo)體、第三代半導(dǎo)體和先進(jìn)封裝等提供全流程檢測方案。