晶圆厂炉管设备TEOS极限生产速率提升研究

摘 要：该文以晶圆代工领导者台积电的炉管设备TEOS为例，通过标杆管理，以及时间研究、动作分析等IE手法把极限生产率的影响因素能被系统实时侦测反馈，从而让各因素变得极为显而易见，最后针对每个关键因素做突破极限的提升。

关键字：极限生产速率 标杆管理 IE手法 实时侦测反馈

中图分类号：TN305 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）04（c）-0115-01

现在，要投资一个先进技术的晶圆代工厂，至少需要几十亿美金。主要的原因就是设备非常昂贵[1]，一般占建厂成本的50%以上。故设备产能提升，对晶圆厂来说是至关重要的，而极限生产速率是产能最重要的指标之一。该研究者以晶圆代工领导者台积电的TEOS（该文特指Spacer Oxide）设备产能提升为例，探讨在自动化程度很高的工厂内，做极限生产速率提升的手法。

TEOS Deposition[2]一般就是在低压，温度在650度到700度之间，热分解TEOS。由于气体分子在表面的快速扩散，Low Pressure TEOS可以做出均匀性、致密度都非常优异的SiO2。而液态的TEOS源通常用载流气体鼓泡的方式携带进反应腔。

1 TEOS极限生产速率提升的方案设计与实施

1.1 极限生产率系统

台积电的极限生产率，由P-WPH （Peak Wafer Per Hour，即每小时的产出量）系统来抓取。如图1所示，它的主要算法逻辑就是自动抓取进出货的时间，通过一些统计手法，反馈推测出设备的最大生产率。

通过标杆管理，明显可以看到，总的来说，HDTET5比其他普通机台慢一拍。

到这步之后，还有没有更简洁和方便的手法让我们可以进行下一步行动？其实，高度自动化生产的设备，极限生产率最终拆解开来，一般可以分为两大块，即transfer loop和process loop。

1.2 传送Loop

大家知道，高自动化的机台本身也都是半智能的。故大多数机台都有Event ID，即当机台开始，或者完成某一动作时，机台会向外报信号，比如说“Event ID 36587”完成了，至于这Event ID 36587代表了什么，就要查机台的说明书了。然后，IT可以通过EQS，抓我们需要的Event ID并把它们转为EQS LOG。这样，就相当于有了某个时间点，某个步骤完成或者开始的原始数据。再结合TEOS Dep机台的传送方式，得出关键路径的算法，然后根据算法来解析EQS LOG里的原始数据，就得到了每个步骤的秒数了。最后无非是一些统计的手法，因为一段时间内得到的每个步骤的秒数有很多笔数据。比如卡3个sigma，卡最大值上限，最小值下限之类的来减少干扰。最后成型的报表结果，如图2所示，一些机密资讯有被隐藏。为了生成图中这些最终有效数据，其实我们已经利用服务器后台已经处理了成千上万笔原始数据，在这边就不一一列出了。

明显可以看到，在Boat up和Boat down这两步，HDTET5这台机台其它台各自慢上60秒左右！这也正好印证了前面by recipe by tool中显示HDTET5这台机器极限生产率低。其他步骤，其实也有很多有差异的地方。在一开始装机的时候，而且公司买的二手机台来自各个地方，设定本就天差地别，另外因为机台太复杂，机台说明书一般都大于一千而页，里面有成千上万的设置，一般只检查已知比较重要的参数，而不可能每个都捋一遍，故可能这些设定，并不足够好。

根据图2各步骤的提示，查到M25：BTEL-UD-UP这项参数的设定，HDTET5只有50，其他机台则是100，而这个参数设定的上限是1200。把涉及到传送速度的Motor setting都梳理了一遍，在保证质量不掉片不破片的前提下，调整优化后，各步骤的传送速度都有了改善。

2 结语

以HDTET4的大宗recipe TEO1000B来看，极限生产率提升了约33%。当然，P-WPH与Recipe相关， 故by到不同支recipe表现不一样.Overall 加权来看， TEOS Deposition整体大约提升了15%。

在高度自动化的工厂中，要突破机器的极限生产率，一套能自动侦测机台的极限生产率的系统必不可少。同时，能够侦察到机台每一个关键步骤的秒数的系统，也是极其有帮助的。另外，要突破极限，最好要研究到每一个动作步骤的本质。

参考文献

[1] 梁静，钱省三.半导体晶圆制造中的设备效率和设备能力[J].半导体技术，2004，29（9）：35.

[2] Michael Quirk，Julian Serda.半导体制造技术[M].（韩郑生等译），北京：电子工业出版社，2009（7）：255.