半导体制造中的现代良率管理系统

逍遥设计自动化

引言
在当今半导体行业中，良率管理系统在保持竞争优势和确保生产效益方面发挥着关键作用。本文探讨良率管理的发展和现状，重点介绍这些系统如何适应半导体制造中的新挑战[1]。

, O% Q9 B6 W9 a) q良率管理的发展格局
+ h) w; z6 v  Y* v0 f# ~" J半导体行业格局已发生显著变化，竞争压力和缩短的上市时间迫使制造商重新构思良率管理方法。现代良率管理系统已超越传统晶圆厂运营范围，延伸至设计流程，并贯穿assembly、封装和现场分析。

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图1：半导体生命周期数据链展示了从设计到制造再到现场部署的综合数据流，说明了现代良率管理系统的互联性质。来源：PDF Solutions
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; d4 |- V; ^( J5 D" f6 {$ B7 J理解良率偏差和早期检测
良率偏差是半导体生产效率面临的主要挑战之一。这些与基准制造良率的意外偏差可能显著影响生产成果。现代良率管理系统采用多种复杂方法来检测和解决这些问题：
* B8 f/ V3 ^* [9 i( k6 v1. 智能采样计划：先进的在线缺陷扫描检测系统采用智能采样策略来最大化检测效率。这些计划将资源集中在最可能出现问题的区域，实现更有效的监控。
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0 L* j, ?; F! K( P2. 故障检测和分类（FDC）：现代晶圆厂在工艺设备上实施FDC软件，持续监控关键配方参数和传感器。该系统可以及早检测工艺漂移，从而在出现显著良率损失之前进行干预。
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8 b* u6 n0 |2 n: Q% ^: Y3. 晶圆指纹识别：这种创新方法使晶圆厂能够为每个工艺步骤在单个晶圆级别创建唯一标识符，提供精确的可追溯性和监控能力。
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人工智能和机器学习的集成
7 N+ t& ^* r" j! U人工智能和机器学习为良率管理系统带来了革新，引入了新的预测和分析能力：
1. 人工智能驱动的先进工艺控制（AI-APC）：该技术使用基于人工智能的建模来控制工艺输入，使输出保持在规格限制内。该系统有助于防止光刻、刻蚀和沉积等各种工艺步骤中关键尺寸的漂移。
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2. 大型语言模型：行业已开始探索大型语言模型（如ChatGPT）的潜力，特别是在电气测试方面。这些模型可以协助测试程序创建，但需要谨慎实施和特定领域知识才能有效。
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2 Z& ~- \, y2 A2 C7 m# l数据管理和分析
现代良率管理系统利用云端和本地解决方案来管理半导体制造过程中产生的大量数据：
4 q0 l4 g. q  A% I* V; V1. 反馈循环分析：该方法根据工艺输出数据实时调整设备参数，创建一个持续改进良率的动态优化系统。

2. 前馈预测模型：这些模型可以预测工艺漂移将如何影响特定晶圆或批次的良率，使问题发生前能够主动干预。
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; p! z6 B3 p6 n# O5 Y先进晶圆图分析
现代良率管理系统采用复杂技术分析晶圆图以识别潜在问题：
% q& ^3 }8 j/ H2 {5 `; y6 I1. 目标检测架构：最近使用YOLO（You Only Look Once）的实现在缺陷分类方面达到94%的准确率，同时提供精确的缺陷定位。这比传统分析方法有显著提升。

2. 集成投票：这种策略结合多个模型来提高缺陷检测准确性，特别适用于不同模型对缺陷位置提供重叠预测的情况。
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- ^8 a* a& _& r3 @% s; J硅生命周期管理
硅生命周期管理（SLM）的出现代表了良率管理的重要发展，为半导体整个生命周期的数据收集和分析提供了全面方法：
) C( R1 x* g4 f7 y5 h) @1. 系统性故障检测：SLM工具采用空间模式识别和其他先进技术来识别生产中的系统性缺陷，创建一个持续改进检测能力的闭环学习系统。

2. 供应链集成：随着现代半导体器件复杂性的增加，特别是在2.5D和3D-IC等先进封装场景中，SLM促进了整个供应链的基本数据共享。

未来方向和行业影响
半导体行业持续发展，良率管理系统不断适应新挑战：
1. 云分析：向云端良率分析的趋势实现了远程监控和更复杂的分析能力，特别有利于无晶圆厂公司和分布式运营的IDM。

2. 生态系统协作：现代半导体器件的复杂性不断增加，特别是使用chiplet架构时，推动供应链合作伙伴通过共享平台和数据分析工具加强协作。
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" F5 c: ^. s* j3 X9 h5 Y- r结论
/ P5 w! P; c- ?+ I  {现代良率管理系统已经发展成为综合平台，集成了设计、制造、测试和现场性能数据。人工智能、机器学习和先进分析的引入将这些系统转变为维护和改进半导体制造良率的强大工具。随着行业继续发展，良率管理系统将继续适应，融入新技术和方法，以应对日益复杂的半导体制造工艺的挑战。
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理解和管理良率偏差获得的知识为未来制造工艺提供了宝贵经验。以前被认为低风险的参数现在可能被识别为潜在设备故障的关键指标，实现更主动和有效的良率管理策略。
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参考文献
7 ?; [/ n# ~! s+ |4 X- l[1] L. Peters, "Yield Management Embraces Expanding Role," Semiconductor Engineering, Nov. 12, 2024. [Online]. Available: https://semiengineering.com/yield-management-embraces-expanding-role/. [Accessed: Dec. 8, 2024]
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  V7 m" x& h: p, x7 {深圳逍遥科技有限公司（Latitude Design Automation Inc.）是一家专注于半导体芯片设计自动化（EDA）的高科技软件公司。我们自主开发特色工艺芯片设计和仿真软件，提供成熟的设计解决方案如PIC Studio、MEMS Studio和Meta Studio，分别针对光电芯片、微机电系统、超透镜的设计与仿真。我们提供特色工艺的半导体芯片集成电路版图、IP和PDK工程服务，广泛服务于光通讯、光计算、光量子通信和微纳光子器件领域的头部客户。逍遥科技与国内外晶圆代工厂及硅光/MEMS中试线合作，推动特色工艺半导体产业链发展，致力于为客户提供前沿技术与服务。

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