EN
Nákvæm hitastýring: Útrýming á mikilítilum galla í litógrafíu og ettingu
Af hverju er ±0,1°C staðgildi óhjáleitlegt fyrir litógrafíu undir 7 nm og ettingu með háum ásamtshlutfalli
Við undir-7nm framleiðsluskráningar geta hitabreytingar á meira en ±0,1°C leitt til mikilla víddarbreytinga. Þetta er vegna ljósfræðilegra viðbrugða við EUV-lithógrafíu. Rannsóknir hafa sýnt að hitabreytingar á 0,1°C geta leitt til um það bil 0,15 nm aukningar í víddum (Tilviksrannsóknir á hitatekni, 2023). Óstöðugleiki við etgingu með háum hlutfalli hæðar við breidd getur leitt til ójafna veggjahorn, sem aukar viðnámsmótstöndu um það bil 18% og minnkar framleiðslu um 3–5% á hverju plötuskiði. Þetta útskýrir af hverju flestir framleiðendur hafa hafist við tvöfaldar kælisvæðiskerfi fyrir hálfleiðara. Þessi tvöfaldar lykkjuskipanir hafa sjálfstæða kælivökubrússla sem nýta upp hitasjokka frá mismunandi framleiðslutólum. Þessi kerfi eru markverðlega betri en hefðbundin einlýkjukerfi, sem eru veik fyrir stórum hitabreytingum vegna skyndilegra breytinga á hleðslu tólsins. Þetta er sérstaklega mikilvægt við undir-7nm framleiðslu, þar sem mjög háar strúktúrur með háum hlutfalli hæðar við breidd (100:1) eru búin til. Venjulegar hitadregður geta valdið mikilli sniðferð á plötuskiðinu.
Hvernig hitadreifing veldur óþarfa viðmiðunum í ljósvarpsskýrslu, ójöfnuði á línukanti og yfirlagningarvillum
Hitadreifing og útsetning ljósvarpsskýrslu veldur þessum þremur tengdum mistökum:
1. Óþarfar viðmiðanir: Óútfærðar afgangsafurðir eru eftir í 12 nm rillur þegar kælingarhraðinn er ekki stýrdur og lægir sig undir 0,1°C/sek
2. Ójöfnuður á línukanti (LER): Í eftirútrekjunni eykst ójöfnuðurinn um 40% við hitabreytingar yfir 0,3°C (Precis. Eng. 2017)
3. Yfirlagningarvillur: Fyrir hverja 0,1°C breytingu veldur mismunandi útvíkkun í silíkónskífum og retíklum 0,25 nm misstillingu
Þessar villur saman taka 62% af þeim gagnavillum sem leida til tapa á framleiðslueiningum í 5 nm hnitunum. Með tvöföldum kælikerfum sem tryggja að hitasvæði verði ekki fyrir umblöndun geta etunarskálar halda hitastöðugleika við ±0,05°C, meðan ljósmyndunarvélar eru stilltar á sjálfstæðar ákveðnar hitastig.
Óháð tvöfaldur kælikringur: Gerir kleift að styðja margar ferli samtímis
Kæling á ólíkum tólum—t.d. 12°C vefjaskrúfari og 65°C hratt hitaferli—án áhrifa á milli rása
Að stjórna mjög miklum hitastigamismunum er mjög mikilvægt í nútímaskráðri framleiðslu á hálfleiðurum. Þegar vefskrúbar þurfa að vinna við umkringa 12 gráður Celsius til að koma í veg fyrir saumun á vefnum þurfa hratt hitavinnslutæki (RTP) að vinna við 65 gráður Celsius til að virkja dótendur rétt. Vegna hitamismuna koma venjuleg köldunartæki, sem hafa aðeins eina kringlun, í vandræði þar sem „köld“ hlutar taka upp hita frá „heitu“ ferlum, sem leidir til hrats viðbótar- eða frádráttarhitabreytingar um 3–5 gráður. Þess vegna eru tvöfaldar kringlunarköldunartæki aukalega verið nauðsynleg. Tvöfaldar kringlunarköldunartækin kólna rörkerfið fullkomlega og leyfa fullkomin aðskilning á kólnunarefni. Hver hlið hefur sína eigin samþrýstia og stjórnkerfi. Önnur hliðin heldur vefskrúbunum við 12,2 gráður Celsius, en hin heldur RTP-tækin við 65,3 gráður Celsius. Þessi aðskilningur á kólnun leidir næstum algjörlega til þess að óskaður orkuskipti milli kringlana hætta. Þetta leidir til færri vandræða með ónógu skiljanlega afhreinsun á varnarlögunum í vefskrúbunum og betri jafnvægi við virkjun dótenda í RTP. Eins og tilkynnt var í tímaritinu Semiconductor Engineering á síðasta ári hefur þessi aðferð bætt notkun tæknisins um ~22 % og léttað á vandamálum með framleiðsluárangur sem tengjast samhliða keyrslu á margum ferlum.
Látumst kólna án árekstra
Halbreytir eru hannaðir þannig að þeir séu viðkvæmir fyrir hita. Við kólnum þá varlega til að koma í veg fyrir hitabreytingar þar sem við þurfum að halda hitastigið innan ± 0,1°C. Til að framkvæma viðhald á hitastýringarkringum geta tvöfaldar kælikerfi leyft kerfinu að skipta sjálfsjálfkrafa milli kringa einn í sinni til að stýra hitastigi. Þúsundir dala í gagnlegum vefjum eru vistaðar. Jafnvel viðhaldsverk sem við þurfum að framkvæma, svo sem endurfylling eða viðgerð á pípum, munu ekki trufla framleiðslu. Þessi vernd er mjög mikilvæg fyrir litógrafíusambönd þar sem aðeins litlar hitabreytingar eru nauðsynlegar.
Hvers vegna leiða tvöfald kælikerfi fyrir halbreytia til marktækrar lækkunar á MTTR (meðaltíma til endurheimt) samanborið við fyrra kynslóð einn-kerfis kerfa?
Af því að kælisvæðin eru óháð hvort öðru geta viðhaldsliðir leyst vandamál í einhverjum svæðum án þess að þurfa að stöðva heildar kerfið, sem leiðir til um 40% minnkunar á meðal tíma til viðgerða (MTTR). Þetta er áberandi ólíkt eldri einu kringlunarkerfjum. Villuleit er framkvæmd í brot af tímanum (um 66% hraðar). Þegar villuleit er framkvæmd er tekníkari einungis aðstoðaður við það ákveðna villaða kringlunarkerfið, á meðan restin af kerfinu heldur áfram að vinna við nauðsynlega stillinguna. Til að leysa vandamál í eldri kerfjum þurfti jafnvel lítil viðhaldsstarf að stöðva kerfið fullkomlega. Hlustuhringja hönnunin býður rekendum upp á þrjá lykilhugtaka sem snúa að hámarka notkunartíma:
- Möguleiki á viðhaldi á meðan kerfið er í gangi
- Hátt móðulært uppbyggingarháttur kerfisþátta
- Skýr skipting í svæði til að auðvelda og hröðva villuleit
Þetta hönnunargæri hámarkar notkunartíma og heildarstöðugleika kerfisins. Ívirkni kerfisins (OEE) er jákvæðlega áhróðuð þar sem viðhaldsverkefni, sem venjulega leiða til stöðuvöktunar kerfisins, svo sem skipting á samþrýnirum og hreinsun á kylfílum, eru framkvæmd.
Heildarkostnaður og áhrif á framleiðslu: Reikningur á afkastaeinkunn tvöfaldra rafmagnskerfis kyla
Upphaflegur kaupverður einstakra kringla kælikerfa getur verið lægri, en úr öllum áskorpum sjást tvöfaldar halda sem kælikerfi enda með lægri kostnaði vegna rekstrarvinnusparna og verndar framleiðsluútkomu. Innbyggð endurspegling verndar kælikerfinn við skemmdandi hitabreytingar. Samkvæmt tilkynningu í Semiconductor Digest fyrir síðasta ár getur einungis ein klukkustund af hitabreytingu á etningarferlinu eyðilagt vefi fyrir 740.000 dollara. Auk rekstrarvinnusparna er viðhaldskostnaður líka lægri. Facilities Engineering Journal tilkynnti árið 2023 að slík kerfi þurftu 41% minna viðhald. Það er 30% minnkun á hitatengdum endurvinningi og því 30% aukning á rekstrarvirkni vegna minnkunar á orkuspild sem kemur af hitatengdum endurvinningi. Margir framleiðendur, þegar allir ofangreindir þættir eru teknir tillit til, meta að heildarkostnaður eigenda yfir fimm ár sé í meðaltali 18% lægri en við fyrri líkön. Það sem er mest merkilegt er hraðinn sem reynslan býður upp á í gegnum upphaflega fjármagnslega innsetningu. Margar háþétta framleiðsluverksmiðjur reyna endurgjöldun á fjármagnslegri innsetningu sínni á bilinu 14–26 mánuði vegna 22% aukningar á heildarvirkni tæknisins.
Algengar spurningar
Af hverju er ±0,1°C hitastöðugleiki mikilvægur í framleiðslu hálfleiðara?
Undir-7nm litógrafíu- og hágæða ásþorpunaraðferðir eru mjög viðkvæmar og jafnvel mjög lítil hitabreyting getur leitt til víddar- og byggingarskortá, sem minnkar útbúð og afhendingu.
Hvernig bæta tvöfaldar kælikerfi framleiðslu hálfleiðara?
Aukin nákvæmni í hitastýringu og lægri viðhaldskostnaður eru mögulegir með tvöföldum kælikerfum vegna þess að þau koma í veg fyrir hitamengun með því að nota óháð kælisamræmi.
Hverjar eru kostnaðarfrádráttarvirði tvöfaldra kælikerfa?
Kostnaður tvöfaldra kælikerfa er réttlætur vegna sparnaðar sem kemur af betri orkueffektísku, lægri viðhaldskostnaði, vernd gegn tapa á útbúð vegna hitabreytinga og fljótu endurgreiðslu á fjármunum.