在2010-2011年，主要受到電視/電腦平板顯示器背光板需求的驅(qū)動(dòng)，LED制造商在其生產(chǎn)設(shè)備上投入了巨資。由于目前這一需求驅(qū)動(dòng)趨勢(shì)已經(jīng)放緩，使得有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)的生產(chǎn)能力已經(jīng)出現(xiàn)了供過于求的狀況。LED廠商都在期待LED能在普通照明領(lǐng)域應(yīng)用上產(chǎn)生新一輪的市場(chǎng)需求，而LED在這一領(lǐng)域的增長(zhǎng)將高度依賴于能否進(jìn)一步降低其每流明發(fā)光的成本。由于對(duì)新增MOCVD生產(chǎn)能力的需求預(yù)期增長(zhǎng)乏力，使得LED廠商在提高現(xiàn)有工藝設(shè)備的效率和產(chǎn)品良率上面臨著很大的壓力。

圖1 ADC具有確認(rèn)對(duì)良率有著最大影響缺陷的能力。

　　MOCVD工藝是決定LED器件性能最為重要的因素。由于需要漫長(zhǎng)的工藝時(shí)長(zhǎng)和復(fù)雜的動(dòng)態(tài)過Defective die (thousands) 程，使得MOCVD工藝極難進(jìn)行控制，其芯片良率損失可高達(dá)50%。此外，MOCVD工藝步驟位于整個(gè)制造工藝流程的早期階段，工廠將沒有機(jī)會(huì)對(duì)晶圓進(jìn)行返工處理或在隨后的加工工藝中剔除這些低性能或無功能的不良芯片。雖然LED生產(chǎn)商對(duì)后續(xù)的生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)，尤其是對(duì)封裝加工環(huán)節(jié)正在進(jìn)行著卓有成效的努力來降低成本，但進(jìn)一步改進(jìn)MOCVD工藝仍然是提高LED制造工藝良率和經(jīng)濟(jì)性的最為重要的機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)。

　　MOCVD設(shè)備制造商已經(jīng)將實(shí)時(shí)工藝參數(shù)檢測(cè)功能整合進(jìn)了它們的設(shè)備中，LED器件制造商也紛紛加大了其在整個(gè)制造過程中的數(shù)據(jù)收集工作，然而這些數(shù)據(jù)所反映的對(duì)工藝認(rèn)知內(nèi)涵還是處于被埋沒狀態(tài)，其價(jià)值也未能被充分認(rèn)識(shí)。

　　應(yīng)用自動(dòng)數(shù)據(jù)分析軟件可以在龐大數(shù)量的原始數(shù)據(jù)中比較容易地找到能發(fā)揮作用的信息，能夠明顯縮短對(duì)工藝參數(shù)偏移的響應(yīng)時(shí)間，使得工程師能將精力集中在解決工藝問題和進(jìn)行改進(jìn)上，從而來顯著提高工藝質(zhì)量。良率管理系統(tǒng)可以提供對(duì)工藝的審察能力來提高良率和產(chǎn)量，該系統(tǒng)的自動(dòng)缺陷分類功能可以找出產(chǎn)生缺陷的直接工程原因，而缺陷是影響良率的最為重要的因素。該系統(tǒng)的空間圖形識(shí)別功能可以分辨出晶圓級(jí)的系統(tǒng)缺陷并加以刪除。自動(dòng)缺陷檢測(cè)和分類功能可以對(duì)Tb量級(jí)的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，來識(shí)別出真正影響良率的設(shè)備參數(shù)，并且還能預(yù)測(cè)出設(shè)備可能將會(huì)產(chǎn)生的工藝缺陷，這種先進(jìn)的工藝控制技術(shù)可以應(yīng)用于較窄的工藝窗口中。

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　　MOCVD工藝

　　現(xiàn)代LED是一種具有多層半導(dǎo)體材料結(jié)構(gòu)的器件，其中各個(gè)薄層的厚度及其組分決定了其發(fā)光的顏色，亮度以及器件的發(fā)光效率。這些薄層均由MOCVD工藝來進(jìn)行逐層的依次生長(zhǎng)，在外延時(shí)每一個(gè)新生長(zhǎng)薄層的晶體結(jié)構(gòu)都需要與下一層材料的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行晶格上的對(duì)準(zhǔn)。在MOCVD工藝中，反應(yīng)前驅(qū)體氣流在經(jīng)過加熱襯底的表面時(shí)，通過反應(yīng)和分解來沉積所需的材料薄層。前驅(qū)體氣體的組分及其流量、襯底的溫度以及許多其他工藝參數(shù)都必須要進(jìn)行精確的控制，以確保所制作器件的質(zhì)量。MOCVD工藝耗時(shí)很長(zhǎng)(6-12小時(shí))，它已成為構(gòu)成器件最終成本的最為主要因素。由于LED器件要到完成整個(gè)器件的組裝和封裝工藝并經(jīng)測(cè)量后才能知道其實(shí)際性能的優(yōu)劣，能滿足器件所需性能指標(biāo)的芯片良率通常會(huì)低至50%。

圖2一旦檢測(cè)到缺陷，SPR通常能夠迅速地識(shí)別出產(chǎn)生該缺陷的根本原因。

圖3在MOCVD應(yīng)用中，F(xiàn)DC可以向前追溯到單個(gè)反應(yīng)腔室，甚至可追溯到特定的襯底容器。

　　MOCVD設(shè)備制造商已經(jīng)對(duì)其設(shè)備的物理和技術(shù)性能進(jìn)行了穩(wěn)步的改進(jìn)。經(jīng)革新后的反應(yīng)器設(shè)計(jì)改善了在整個(gè)襯底表面上沉積工藝的均勻性，采用了多個(gè)反應(yīng)器的串接組合配置、經(jīng)工程控制的晶圓襯底和更高的生長(zhǎng)速率等措施來提高M(jìn)OCVD設(shè)備的產(chǎn)量。實(shí)時(shí)的工藝檢測(cè)和診斷會(huì)產(chǎn)生大量有關(guān)設(shè)備和工藝性能參數(shù)的數(shù)據(jù)。改善制造過程經(jīng)濟(jì)性的最具效益成本比的機(jī)會(huì)將決定于是否能有效地收集和分析這些所采集到的數(shù)據(jù)，來進(jìn)一步提高器件制造工藝的良率。

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　　良率管理系統(tǒng)

　　在數(shù)十年經(jīng)驗(yàn)積累的基礎(chǔ)上，集成電路制造商已經(jīng)開發(fā)出先進(jìn)的良率自動(dòng)化管理系統(tǒng)(YMS)。雖然LED和IC的制造工藝有很多相似之處，但也存在明顯的差異。雖然與包含有數(shù)百萬個(gè)晶體管和多層互連的IC而言，LED是一個(gè)相對(duì)較為簡(jiǎn)單的器件，但為IC制造優(yōu)化的分析工具并不能直接用來滿足LED制造商的要求。數(shù)據(jù)收集和分析所面臨的挑戰(zhàn)在于：如每個(gè)晶圓上包含有數(shù)目巨大的器件芯片，耗時(shí)很長(zhǎng)的MOCVD工藝過程又會(huì)產(chǎn)生天量的、又具有價(jià)值的工藝數(shù)據(jù)，需要對(duì)數(shù)百個(gè)PLM分布圖進(jìn)行“疊合”，然后還需將這些“疊合”后數(shù)據(jù)與器件最終測(cè)試結(jié)果進(jìn)行逐一器件芯片的關(guān)聯(lián)處理，未經(jīng)專門設(shè)計(jì)用于LED工藝的數(shù)據(jù)收集和分析系統(tǒng)就無法勝任上述任務(wù)。在LED良率管理上還存在其他方面的障礙，但更多的是文化方面的因素而不是技術(shù)方面的因素，例如各個(gè)生產(chǎn)工藝區(qū)域間一般都處于相對(duì)隔離狀態(tài)，缺乏貫穿整個(gè)工藝過程一致的和全面的數(shù)據(jù)收集和共享。外延工藝區(qū)往往是處于物理上和數(shù)據(jù)上的隔離狀態(tài)，或者是其位置與芯片制造車間分開并且它們之間在數(shù)據(jù)通訊上只有部分或根本就沒有連網(wǎng)。

　　良率管理可以產(chǎn)生極大的效益，它所收集的數(shù)據(jù)貫穿了從原材料進(jìn)廠到產(chǎn)品最終測(cè)試的整個(gè)生產(chǎn)過程，可以找出良率損失的原因以及提高良率的機(jī)遇。自動(dòng)化良率管理最為重要的優(yōu)勢(shì)之一便是它能避免數(shù)據(jù)收集和分析過程的冗長(zhǎng)和乏味，通過自動(dòng)生成報(bào)告來將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的信息，使得工程師可以將更多的精力集中在工藝創(chuàng)新和解決問題上。

　　自動(dòng)缺陷分類

　　自動(dòng)缺陷分類(ADC)是根據(jù)缺陷的多種特征，包括大小、形狀和顏色來將缺陷進(jìn)行分類。進(jìn)行缺陷分類的常規(guī)方法往往只是基于缺陷尺寸或是某個(gè)其他參數(shù)，如將散射光強(qiáng)度來與其缺陷尺寸相對(duì)應(yīng)。還存在另一個(gè)假設(shè)，即缺陷尺寸與其殺傷率(kill ratio)正相關(guān)，也即越大尺寸的缺陷就越有可能導(dǎo)致器件徹底失效，但是上述這兩種假設(shè)并非普遍適用。圖1顯示了自動(dòng)缺陷分類(ADC)在確定對(duì)良率有著最大影響缺陷的能力。二類缺陷和三類缺陷都有著很高的殺傷率，其中二類缺陷更加常見，這兩類缺陷對(duì)良率都有著顯著的影響。一類缺陷雖然在數(shù)量眾多，但通常不會(huì)對(duì)芯片性能產(chǎn)生殺傷性影響。四類缺陷少見且無殺傷性。