EN
Термичната нестабилност директно води до загуба на добив при възли под 5 нм
Емпирична загуба на добив: отклонение ±0,3 °C – увеличение на дефектите с 12–18 % по време на EUV литография
При полупроводникови възли под 5 нанометра по време на екстремна ултравиолетова (EUV) литография дефектите нарастват с 12–18 % (Semiconductor Engineering, 2023) при термични колебания от ±0,3 °C. Тези колебания променят показателя на пречупване на лещата и подравняването на маската, което води до промяна на нанометровите характеристики. При критични нива отклонение от един нанометър е достатъчно, за да бъдат напълно повредени цели дайсове.
Термично предизвиканата грешка при наслагване се превръща в нестабилности над ±0,1 °C, които намаляват точността на подравняването с 3,7 нм на всяка пластина
Подравняването на пластините може да се влоши с 3,7 нм на слой от нивото ±0,1 °C. Това надвишава допустимата грешка от 2,1 нм за процесния възел 3 нм. Загубата на прецизност води до множество проблеми с междинните връзки, изтичане през транзисторните затвори и къси схващания в сложни многопатернови чипове. Производствените фабрики с недостатъчен термичен контрол губят по 740 000 щ.д. за бракувани продукти ежедневно, според проучването на Ponemon от миналата година. Високоточните полупроводникови охладители могат да предотвратят тези загуби. Те контролират термичните колебания в производствените зони, където се извършват чувствителни процеси.
Как високоточният полупроводников охладител постига стабилност под 0,1 °C
Затворена микротечна система с двустепенен ПИД-контрол и контрол въз основа на прогнозна моделна система
Високоточните полупроводникови охладители от днес поддържат стабилна температура чрез затворена микротечна система за активно термично регулиране. Тези охладители използват двустепенни ПИД-контролери, които коригират охлаждането според показанията на сензори, разположени по цялата дължина на контура за охлаждаща течност. Единият контролер управлява големи температурни разлики, а другият осъществява фината настройка в диапазона ±0,01 градуса. Този ниво на контрол гарантира стабилност на системата в рамките на ±0,1 градуса независимо от внезапни промени в натоварването и предпазва системата от преждевременно износване.
Като използват информация от предишните процеси, алгоритмите за прогнозиране на модела работят заедно с други системи, за да оценят как ще се променят топлинните натоварвания. Преди да възникнат проблеми, тези интелигентни системи променят скоростите на компресорите и скоростите на потока. При комбинирани методи за управление, когато електрозахранването има неравномерни стъпкови промени, те намаляват амплитудата на методите за термично управление с около 67\%, спрямо конвенционалните методи за управление. Системата непрекъснато оптимизира стотици микрокорекции всяка секунда чрез постояннотокови инверторни компресори и помпи с променлива скорост. На предния край на съвременното производство почти пълният контрол позволява елиминирането на повече от 95% от термичните проблеми, които водят до разместване на 3 nm възли, както е доказано в реални условия. За разработчиците на полупроводникови устройства колкото по-тесни са допуските, толкова по-значим е ефектът.
Реално въздействие: Интегрирането на високоточни полупроводникови охладители увеличава производителността и времето на безотказна работа.
3 нм GAA линията на Samsung: времето за термално възстановяване беше намалено на 3,1 секунди, което позволи увеличение на производителността с 22 %.
Важен производител на полупроводници продължава да оказва значително влияние върху фабриките за производство на следващото поколение 3 нм Gate-All-Around (GAA) чрез въвеждането на съвременно охладителни системи, предназначени за охлаждане на пластините. Най-значимият резултат от това беше намаляването на времето за термично възстановяване от 42 секунди на малко повече от 3 секунди. На практика това означава, че фабриката може да обработва допълнително 500 кремниеви пластина на дневна база. Това също доведе до увеличение на производствената мощност на ултрамодерната производствена линия с приблизително 22 %, което е потвърдено в многократни производствени цикли. Литографската линия също се възползва от тази напреднала охладителна система, като поддържа стабилна литографска температура, за да се предотврати образуването на опашки при литографията по време на бързи смяни на ретикулите и да се гарантира, че няма да възникнат температурни върхове между различните етапи от производствения процес.
Платформа Applied Materials Endura: стабилност ±0,05 °C спира термично предизвиканата повторна квалификация на камерата
Изследването на SEMATECH, проведено през 2023 г., позволява на системите за депозиция от производител на оборудване да разчитат на прецизен термичен контрол, осигуряващ стабилност на течността с точност ±0,05 °C. Това практически елиминира термичното отклонение. Какви са предимствата? Всеки инструмент изисква приблизително с 17 часа по-малко неочаквани поддръжки месечно, което се равнява на около 380 допълнителни флашки, произведени годишно. Поддържането на стабилност на течността за системите за депозиция също намалява възникването на дефектни групи по време на термична циклична обработка, при която материалите се нагряват и охлаждат с различни скорости. Това подобрение положително повлия и върху процесите за висококонстантни метални затвори (high-κ metal gate), като увеличи средното време между откази на оборудването с приблизително 41 %.
Индустриално задължение: Термичната стабилност на чиста стая е основно изискване
Актуализацията на SEMI F47-0724 изисква стабилност на чилъра от ±0,1 °C за производството на логически чипове с технологичен процес под 2 nm и HBM3.
Чилърите с точност от ±0,1 °C за производството на логически чипове с размери под 2 нм и процеси за изработка на HBM3 са най-новите стандарти F47-0724. Каква е целта им? Производствените фабрики отдавна знаят, че дори промени в температурата под 0,1 °C водят до грешки в размерите от 0,3 нм, които предизвикват всевъзможни проблеми в тези сложни структури от стекирани памети. При почти безкрайния брой слоеве памет високоточните чилъри сега са критични фактори, които осигуряват напредналото производство, а повечето от проблемите с наслагването (overlay), които по-рано изискваха пълна повторна квалификация на камерите поради термични отклонения, вече са премахнати. В реалните производствени условия данните показват, че ако клиент постигне целева стабилност от ±0,1 °C, се получават по-малко от 18 % от дефектите. Поддържането на термичен контрол в чисти стаи е станало толкова фундаментално, колкото и поддържането на контрол върху частиците.
Често задавани въпроси
Какво е значението на термичната стабилност в производството на полупроводници? Термичната стабилност е важна, защото дори незначителни промени в температурата могат да доведат до сериозни дефекти, което води до намаляване на добива и увеличение на производствените разходи.
Какво е значението на високоточните охладители за поддържането на термична стабилност?
Високоточните охладители поддържат термичната стабилност, като отстраняват нежеланите температурни колебания в производствената среда, така че чиповете да се произвеждат при най-тесните допуски.
Какви предимства получават производствените предприятия от наличието на напреднали системи за термичен контрол?
Напредналите системи за термичен контрол осигуряват на производствените предприятия намаляване на времето за термично възстановяване, увеличение на пропускателната способност и подобряване на качеството на продуктите чрез поддържане на точното позициониране на полупроводниковите пластина и намаляване на дефектите в тях.