半导体/TFT-LCD制程统计建模与批间控制研究

摘要

随着现代工业的发展，半导体/液晶面板(Thin film transistor liquid crystaldisplay，TFT-LCD)生产过程日趋大型化、复杂化，制造流程越来越精密，所使用的设备也越来越昂贵，导致提升产品的良率非常不易。本文针对半导体/TFT-LCD加工控制过程中的难点问题，从加工过程的输入输出数据出发，借助于统计学理论、数据挖掘方法，以及批间控制算法，分析和了解半导体/TFT-LCD加工子过程的相关特性，实现了对晶圆/玻璃基片品质的即时估计与实时控制。
　　 本文主要内容包括：
　　 1.在获得先进过程控制数据的基础上，直接从输入输出数据的相关性出发，提出一种基于动态典型相关分析的虚拟测量方法。该方法直接选取输入与输出向量中若干具有代表性的综合指标(变量的线性组合)，用这些指标的最大相关关系表示原始输入输出向量之间的关系，将高维空间的过程变量投影到低维空间；同时，利用均值与协方差矩阵，给出一种递归的辨识算法，可大大减少算法的在线计算量，增强算法的自适应能力，并克服加工过程的非线性与预防性维护所造成模型参数变化。通过数值仿真，对比传统的主成分分析与偏最小二乘算法的结果，定性的分析了本文算法的优点。最后，以实际TFT-LCD的溅镀制程为例，验证本文算法的有效性。
　　 2.随着生产技术的发展，半导体/TFT-LCD制程已经由单一产品的生产模式发展为多产品共线的生产模式。本文利用统计学理论，针对高度混合制程，提出一种基于多变量变异数分析(MANCOVA)的虚拟测量方法。首先，采用逐步回归算法，找出影响产品品质的关键变量；在此基础上，依据共变异数分析结果辨识出混合制程中各产品的产品效应(product-effect)；并以滑动平均时间序列分析(IMA(1，1))追踪先进过程控制所无法测量的过程变量变化与噪声影响，提高算法的预测精度；TFT-LCD蚀刻制程验证了本文算法的有效性。
　　 3.针对生产工艺约束条件的可调整性以及控制目标的区间特性，提出一种带区域控制的EWMA算法(z-EWMA)。首先，针对生产工艺约束条件的可调整性，将系统的区域性目标转化为系统不等式约束条件，并以模型输出误差为变量，给出一种具有积分特点的指标函数，在保证产品品质的前提下，可节约生产成本，TFT-LCD蚀刻制程的逆向工程研究表明：在控制动作相对稳定的情况下，z-EWMA控制器可以改善蚀刻线宽的制程能力(Cpk)，节约生产成本与时间，提升系统的产能。
　　 4.针对并行机台的性能差异，提出一种机台操作变量性能匹配算法。首先，在分析操作变量随时间分布特性的基础上，给出一种机台状态变量提取方法，降低变量的维度；其次，分析各机台加工产品的性能差异，用F检验辨识出优/劣机台；在多元统计分析的基础上，提出“R2与p-value分布图”概念，并诊断出影响机台性能的关键变量，从而实现对机台相应的控制器参数进行调整。在半导体的电镀制程中的实际应用验证了本文算法的有效性。