Détection et contrôle en temps réel du non-alignement des performances des chambres identiques dans l'industrie de fabrication de semi-conducteurs

Real-time detection and control of machine/chamber mismatching in the semi- conductor industry.

• Auteur / Autrice : Aabir Chouichi
• Direction : Galliam Claude Yugma
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Genie industriel
• Date : Soutenance le 14/01/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : Ed Sis 488
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure des mines (Saint-Etienne ; 1816-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Microélectronique de Provence - Site Georges Charpak (CMP-GC) / CMP-ENSMSE
• Jury : Président / Présidente : Philippe Castagliola
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Castagliola, Maurice Pillet, Laure Berti-Équille, Agnès Roussy, Jakey Blue, Francois Pasqualini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Castagliola, Maurice Pillet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métrologie virtuelle

Semiconducteurs -- Défauts

Production en série

Semiconducteurs

Mots clés libres

Industrie des semi-conducteurs

Alignement des chambres

Détection et classi- fication des des fautes

Mesures de métrologie

Analyse discriminante

Optimisation multicritère

Régulation Run-to-Run(R2R)

Métrologie virtuelle

Semiconductor manufacturing

Chamber matching

Fault Detection and Classification (FDC)

Metrology measurements

Discriminant analysis

Multicriteria optimization

Run-to-Run (R2R) regulation

Virtual Metrology (VM)

Résumé

Dans toutes les industries manufacturières, les chambres mises en parallèles sur une même opération de production sont censées donner un résultat similaire et offrir des produits de qualité identique. Ceci n'est toutefois pas toujours le cas dans les unités de production.Le maintien d'une performance stable des chambres parallèles dans l'industrie des semi-conducteurs est un véritable défi car les machines traitent simultanément un grand nombre de produits dans le but de maximiser le rendement et optimiser l'utilisation des machines. Le travail de thèse consiste à proposer une méthodologie permettant de détecter et de corriger en temps réel ces différences de performance en exploitant toutes les données disponibles, utilisées habituellement de façon séparée, pour identifier les causes racines de toute différence significative entre les chambres traitant des produits identiques.L'approche proposée consiste d'abord à détecter les écarts existants entre les chambres parallèles en se référant aux mesures des paramètres physiques. Les données des capteurs sont ensuite analysées pour mettre en évidence les indicateurs causant ces écarts. Ces indicateurs sont ajustés grâce à un mécanisme de contrôle efficace composé de deux parties : La métrologie virtuelle et la régulation. Tout d'abord, l'impact du réglage des paramètres d'entrée des chambres sur la qualité des produits est modélisé. Les modèles créés sont ensuite utilisés pour mettre en œuvre des boucles de régulation dont le but est de faire correspondre les indicateurs source de variabilité, et compenser ainsi l'erreur de sortie.

In the manufacturing industries, the machines/chambers placed in parallel on the same production operation are expected to have similar capabilities and, most importantly, to yield identical product quality. However, this is usually not the case in real practice due to the systematic variations accumulated in time. Maintaining stable performance of parallel machines/chambers in the semiconductor industry is a critical challenge given the fact that, in the large-scale production environment, machines/chambers can process a large number of products simultaneously to maximize throughput and optimize machine utilization. Un- surprisingly, after processing very different settings, called recipes, the conditions of parallel machines/chambers will be no longer the same. This thesis proposes a methodology to detect and correct the performance differences in real-time by using all the available data, namely: measurements of physical parameters, data from sensors installed on machines, data from the control loops, and maintenance data. The core idea is to integrate the different sources of data, which are usually used separately, to identify the root causes of any significant differences among the machines/chambers that process identical recipes.The proposed approach starts by detecting existing gaps between parallel machines/ chambers by referring to the measurements of physical parameters since they reflect the quality of manufactured products. The sensor data are then analyzed to highlight the in- dicators that cause these discrepancies. These indicators are adjusted through an effective control mechanism composed of two parts: 1) virtual metrology and 2) process regulation. First, the impact of recipe changes on product quality is quantified by modeling the link between the inputs and outputs of the mismatched machines/chambers. The constructed models are then used to implement the revised control loops to match as much as possible the controllable input factors and compensate for the output errors.