【正文】 返回頂端 　 項目的成功完成需要通過3個實驗去找到有用的新工藝，1個驗證期去證明新工藝是可用的，給出4個分別的數(shù)據(jù)收集計劃。4個計劃已在項目剛開始的時候已作了大概的描述，但是由于項目的延續(xù)性，只有在前一個計劃得到可靠結(jié)果之后，后一個計劃才能詳細(xì)進(jìn)行。下面，每一個計劃將被分別進(jìn)行詳細(xì)描述。因為數(shù)據(jù)收集采用靜態(tài)設(shè)計原則，分析是易懂的。既然用于分析靜態(tài)設(shè)計實驗的方法已經(jīng)建立好了，接下來的章節(jié)將著重用數(shù)據(jù)解釋關(guān)鍵的部分。實驗1　 實驗1的設(shè)計很大程度上取決于先前的CVD鎢工藝的知識。在將工藝反應(yīng)器轉(zhuǎn)換到200mm硅片前，一個拓展的設(shè)備改進(jìn)項目已經(jīng)完成，另外，對200mm硅片工藝來說，實驗數(shù)據(jù)是可用的?！?從信息的主體，項目組考慮如下三個事實是解決問題最重要的部分：一是在150mm工藝中沒有發(fā)現(xiàn)TiN層剝離；二是150mm硅片工藝用于200mm硅片上鎢薄膜較差的均勻性；三是在更高的工藝壓力下，在200mm硅片上，利用150mm工藝可以得到可以接受的薄膜均勻性?！?另外，還有其他幾個與實驗設(shè)計相關(guān)的思路。因為TiN層剝離是化學(xué)分解的結(jié)果，所以有化學(xué)背景的組員認(rèn)為，既然工藝溫度和絕對反應(yīng)物濃度(與工藝壓力成比例)對大部分化學(xué)反應(yīng)存在很強(qiáng)的影響，因此它們應(yīng)該是剝離是否出現(xiàn)的主要控制因素。另一個發(fā)現(xiàn)就是剝離只在硅片的邊緣出現(xiàn)，而邊緣區(qū)域鎢淀積受到抑制，由于用于固定硅片的機(jī)械夾具。既然硅片與夾具之間的空隙是用Ar氣從背面進(jìn)行沖氣，所以一些組員相信，增加背面Ar的流量可能可以控制TiN層剝離。最后，眾所周知鎢薄膜的另外一個重要參數(shù)，薄膜的應(yīng)力，其將隨著工藝溫度和壓力的變化而變化?！?所有考慮到的因素都包含到這個實驗設(shè)計中。這個實驗工藝區(qū)域?qū)ǖ偷墓に嚋囟龋叩膲毫?，和高的背面氣流。尋找一個沒有剝離且均勻性可接受的工藝窗口，而應(yīng)力也將進(jìn)行測量?！?為了適應(yīng)較緊的時間安排，因子數(shù)目設(shè)定為3。通過最近設(shè)備改進(jìn)項目得出的大量數(shù)據(jù)表明，3因子是合適的。除了考慮到工藝溫度因素，進(jìn)行順序是隨機(jī)取樣的，因為工藝溫度是很難改變的參數(shù)。在反應(yīng)器里，1批能工藝6片硅片。由于硅片的費(fèi)用，每1輪用2片硅片。每1輪工藝時，放置2片相同的硅片。所有實驗的硅片都是進(jìn)行過同樣的TiN工藝。實驗設(shè)計和響應(yīng)值見附錄B?！嶒?的因子和水平 因子 低水平 高水平 溫度 440 oC500 oC壓力 torr torr背面氣流 0 sccm300 sccm　 鎢薄膜的均勻性使用四探針電阻測量測得。在每一片硅片上，測量標(biāo)準(zhǔn)的49點(diǎn)。均勻性被定義成標(biāo)準(zhǔn)偏差/平均值，且表示成百分?jǐn)?shù)。%。薄膜應(yīng)力通過光學(xué)測量硅片的彎曲度來測量。TiN層是否剝離是通過目檢進(jìn)行確定的。 在現(xiàn)在的設(shè)備改進(jìn)方案中，進(jìn)行這種類型的實驗已經(jīng)變得程式化，因此在建立條件處理組合和測量響應(yīng)時沒有遇到問題。然而，由于缺少硅片，三個計劃的中心點(diǎn)中只有一個被進(jìn)行了 (見附錄B，原始數(shù)據(jù))。 。從三個主要影響和三個兩因子的交互作用的模型開始，利用逐步回歸獲得線性回歸模型。通過增加壓力和降低背面Ar氣流可以改善薄膜均勻性，而應(yīng)力可以通過提高溫度和壓力來改善，也就是降低應(yīng)力。　實驗1均勻性響應(yīng)的線性回歸系數(shù) 增加背面氣流會降低均勻性，而增加壓力會改善均勻性 項目 系數(shù) Std, ErrortRatioProb |t|平均值 +壓力 背面氣流 ++　實驗1應(yīng)力響應(yīng)的線性回歸系數(shù) 增加溫度和壓力，都降低應(yīng)力 項目 系數(shù) Std, ErrortRatioProb |t|平均值 +溫度 壓力 　 一個典型的隨著壓力和背面Ar氣流變化的應(yīng)力和均勻性等高線(溫度為480oC)表明了這些因素之間的相關(guān)性()。由于其它工藝都是在480 oC工藝，由于溫度相對較難改變，所以為了方便，溫度選為480 oC。在任何條件處理組合下，都沒有出現(xiàn)TiN層剝離，從而整個工藝區(qū)域足夠建立一個改進(jìn)的工藝。由圖中等高線可以看出，高壓力、低背面Ar氣流的右下角區(qū)域有較好的應(yīng)力和均勻性，但是還不滿足既定的目標(biāo)，就是在200硅片上達(dá)到150mm工藝的結(jié)果()。這個右下角區(qū)域的工藝用來進(jìn)一步改進(jìn)?！嶒?應(yīng)力和均勻性的等高圖 在溫度一定的情況下，壓力控制應(yīng)力，背面氣流控制均勻性實驗2 實驗1的結(jié)果表明，還需要另外的實驗，即增加工藝壓力的范圍。工藝壓力范圍從實驗1中的4torr一直沿伸到提供商的建議工藝的80torr。 由于觀察到在150mm工藝和200mm工藝之間存在很大的差別，而150mm工藝和200mm工藝的H2/，所以H2/WF6比被選擇作為第2個因子，其下限定為2，以包含提供商建議的工藝，上限被定為10。 實驗2中，決定只考慮2個因子，使用一個中心的組合設(shè)計。盡管以往的經(jīng)驗方法可能建議增加因子的個數(shù)，且使用線性的而不是二次的設(shè)計，但是由于一些強(qiáng)制性的原因，從而采用這個方案。由于一個理論物理論點(diǎn)(見附錄A)表明，隨著H2/WF6比的變化，淀積速率上表現(xiàn)出曲線變化，從而淀積速率可能有局部最大值，所以決定在實驗中只保持兩個因子。既然在淀積速率上存在極大值，則表明在均勻性上存在極小值。這個實驗是為了尋找與H2/WF6比相關(guān)的曲線而不是尋找其他因子及其交互作用。 。制樣和測量與實驗1相同。主要的組合實驗設(shè)計和響應(yīng)值在附錄B中給出?！嶒?的因子和水平因子 低水平 高水平 壓力 480H2/WF6比 210　實驗2應(yīng)力和均勻性的等高圖 。工藝壓力和H2/WF6比對均勻性響應(yīng)有很強(qiáng)的相互作用。全部的模型不是符合得很好，R2adj.=，但是對正常地很難對模型進(jìn)行響應(yīng)的均勻性來說是好的。應(yīng)力也受到壓力和H2/WF6比的控制，在應(yīng)力方面很顯著的曲率半徑。所有的模型符合得很好。　實驗2均勻性響應(yīng)的線性回歸系數(shù) 工藝壓力和H2/WF6比之間存在較強(qiáng)的相互作用 項目 系數(shù) Std, ErrortRatioProb |t|平均值 +壓力 H2/WF6比 壓力＊H2/WF6比 +　實驗2應(yīng)力響應(yīng)的線性回歸系數(shù) H2/WF6比和壓力控制應(yīng)力，對壓力有很明顯的曲率半徑 項目 系數(shù) Std, ErrortRatioProb |t|平均值 +壓力 H2/WF6比 +壓力2 　　在實驗中發(fā)現(xiàn)了TiN層剝離。既然這只是一個目檢的響應(yīng)(有或者沒有)，所以線性回歸系數(shù)表格沒有列出，但是剝離出現(xiàn)的條件處理組合在均勻性和應(yīng)力的等高線上被圈出。H2/WF6比很明顯地控制TiN層剝離，這是一個關(guān)鍵的發(fā)現(xiàn)，對那些一直認(rèn)為溫度和壓力是主要控制因子的組員是一個意外。 等高線可以用作做在三個響應(yīng)之間的權(quán)衡關(guān)系。最好的均勻性出現(xiàn)在高壓力，而最好的應(yīng)力即最低的應(yīng)力出現(xiàn)在低壓力，而兩者都要求低的H2/WF6比。然而，TiN層剝離出現(xiàn)在低的H2/WF6比，所以這個工藝區(qū)域是不可用的。 這個等高線使得項目組深信，一個響應(yīng)可能折衷而達(dá)到整個項目的要求。根據(jù)這個分析，所以決定犧牲應(yīng)力而得到較好的均勻性。實驗3 ，均勻性可以與TiN層剝離進(jìn)行權(quán)衡，通過設(shè)定壓力為80torr，且考慮幾個H2/WF6比直到TiN層剝離開始很明顯。所以第3個實驗是利用單獨(dú)1個因子H2/WF6比，而保持壓力為一個常量80torr，去尋找剝離開始出現(xiàn)的閥值?！嶒?的TiN層剝離響應(yīng) 在H2/WF6比為4~5的某個區(qū)域，TiN剝離開始出現(xiàn)壓力(torr) H2/WF6比 TiN層剝離 803YES804YES805NO　 。在H2/WF6比為4~5的某個區(qū)域，TiN剝離開始出現(xiàn)。驗證。在投入正式生產(chǎn)之前，有必要去檢驗這些實驗結(jié)果。驗證實驗在新工藝條件下，連續(xù)進(jìn)行16輪，并收集數(shù)據(jù)?！⌒鹿に嚨臈l件參數(shù) 設(shè)定值 背面氣流 0 sccm溫度 480 oC壓力 80 torrH2/WF6比 5　　 。沒有TiN剝離被觀察到，且均勻性與150mm工藝也是可以比較的。由于經(jīng)過實驗2后所做的決定，應(yīng)力沒能達(dá)到目標(biāo)值。電阻系數(shù)和顆粒狀況都比目標(biāo)更好(在這一章中沒有討論)，也就是比150mm工藝的值更低。結(jié)論與建議 返回頂端 在GENUS 8720反應(yīng)器中，通過增加壓力從800mtorr到80torr，降低H2/WF6比從23到5，從而在200硅片上獲得可以能與150硅片可比較的鎢薄膜的均勻性。然而，導(dǎo)致了更差的應(yīng)力。如果TiN附著層在鎢淀積反應(yīng)器是易受化學(xué)攻擊的影響，TiN剝離可以通過增加H2/WF6比，而這將會犧牲均勻性和應(yīng)力。通過實驗設(shè)計和曲面響應(yīng)分析，在工藝技術(shù)的指導(dǎo)下，在項目期限內(nèi)完成了實驗。整個實驗只用了一周半的時間。 一個暫時的方案，獲得只是一個暫時的結(jié)果。建議是使用新的工藝作為暫時的解決方案直到一個更優(yōu)化的方案被實施。建議最好的方案就是反應(yīng)生成高質(zhì)量的TiN附著層而沒有剝離的影響，以致高的壓力和低的H2/WF6比就可以被使用了。附錄A 在因子設(shè)定上物理影響的考慮：鎢淀積反應(yīng)發(fā)生在固體表面，因為真實的固體不是連續(xù)的而是原子排列。每個單元位置是有限的。在這個系統(tǒng)中，兩種氣體反應(yīng)物是H2和WF6。假定這些核素(反應(yīng)的中間媒介)必須被吸收到表面從而反應(yīng)得以發(fā)生，它們在固定的數(shù)目在表面位置。為了方便概念化，假定完成表面位置的覆蓋(很容易想到不完全覆蓋，但是目前沒有必要討論) 定義被含有W核素占據(jù)的區(qū)域為q，所以在被不含有W的核素占據(jù)的區(qū)域為1q。很明顯，當(dāng)q＝0時，表面沒有含有W的核素，因此淀積速率r為零。同樣當(dāng)q＝1時，表面只含有W的核素，因此淀積速率r也為零。所以當(dāng)q取0~1之間的某個值時，淀積速率存在極大值。很直觀的，極大值對應(yīng)著鄰近覆蓋部分的區(qū)域包含充足的反應(yīng)物?；瘜W(xué)劑量比為1:1的雙原子反應(yīng)，這個最大值將出現(xiàn)在q＝1/2。一個簡單的數(shù)學(xué)公式表示了r與q的關(guān)系：rμq(1q)…………… 現(xiàn)在考慮到存在動態(tài)平衡在被吸附的核素和在周圍氛圍里的核素。這個平衡聯(lián)系q到氣體相的組成，氣體相的組成實際上受H2/WF6比r控制。r與q之間的函數(shù)關(guān)系是不知道的，但是這個界限是明顯的，當(dāng)H2流量為0時，r＝0，表面全被含有W核素占據(jù)，所以q＝1，當(dāng)WF6的流量接近0時，r值接近1，而q接近于0。因此，可得出一個簡單的數(shù)學(xué)模型：q＝er/f ………………其中f是一常量，其值取決于氣體到表面的平衡常數(shù)。：rμ er/f(1 er/f)　…………..，隨著H2/WF6比r的變化淀積速率必定會出現(xiàn)局部極大值。最大的淀積速率對改善均勻性是很有幫助的。附錄B實驗1的數(shù)據(jù)實驗1，2的數(shù)據(jù) 返回頂端工藝優(yōu)化中的可視化公差分析(I) 合理運(yùn)用以部分析因設(shè)計、完全析因設(shè)計和響應(yīng)面設(shè)計等經(jīng)典DOE試驗設(shè)計理論可以幫助我們在工業(yè)運(yùn)營的環(huán)境中篩選重要因素，量化描述重要因子的主效應(yīng)和交互作用，乃至推算出重要因子的最佳設(shè)置方案。這些方法論無論是在傳統(tǒng)的質(zhì)量改進(jìn)，還是在現(xiàn)代的六西格瑪活動中，均有過成功應(yīng)用的實際案例。 但是，切不可因此以為經(jīng)典試驗設(shè)計就是包治百病的靈丹妙藥。不少企業(yè)在追求產(chǎn)品質(zhì)量、流程能力精益求精的過程中，發(fā)現(xiàn)單純地依靠經(jīng)典試驗設(shè)計，先天性地存在著一些不可避免的風(fēng)險和隱患。最常見的一類問題可以用圖一表示：原本以為根據(jù)試驗設(shè)計建立的統(tǒng)計模型，投入實際生產(chǎn)的產(chǎn)品結(jié)果將會百分百地落入規(guī)格要求之內(nèi)（如圖左部的理想狀態(tài)所示），但真正投產(chǎn)后卻發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)果的波動相當(dāng)大，相當(dāng)一部分的數(shù)據(jù)超出了規(guī)格要求（如圖右部的現(xiàn)實狀態(tài)所示）。產(chǎn)生這樣的結(jié)果不僅給企業(yè)帶來了經(jīng)濟(jì)上的損失，而且也動搖了工程師進(jìn)一步應(yīng)用試驗設(shè)計的信心。 其實，深入了解試驗設(shè)計領(lǐng)域的研究人員都基本知曉產(chǎn)生這個問題的一個主要原因是：誤差的傳遞！如圖二所示，工藝流程的輸入變量X是通過根據(jù)試驗設(shè)計或回歸方程獲取的傳遞函數(shù)對工藝流程的輸出變量Y發(fā)生作用。在這個傳遞過程中，流程自變量不僅會影響產(chǎn)品質(zhì)量特征的均值（這是大家所熟知的），而且由于流程自變量不可避免地存在著變異（或稱誤差），它還會影響產(chǎn)品質(zhì)量特征的變異，這就是所謂的“誤差傳遞”。如果要定量地表達(dá)誤差傳遞，可以用下列公式來表示。 公差分析是克服誤差傳