Семiconductor фабрикаларында жартылай өткізгіштерді суытуға арналған суытқыштар неге маңызды?

7 нм-ден кіші фотолитография мен EUV құрылғылары үшін температуралық тұрақтылықтың ерекшеліктері.

7 нм-ден кішірек жартылай өткізгіштік құрылымдарды жасау үшін шамамен қол жетімсіз деңгейде жылу айнымалылығын бақылау мен басқару қабілетіне ие болу қажет. Экстремалды ультракүлгін (EUV) литографиялық жүйелері ±0,01°C дәлдікпен температураны тұрақтандыруға қабілетті болуы керек. Бұл бүкіл жүзу бассейнінің температурасын ±0,0005°C дәлдікпен тұрақтандыруға тең. Өте кіші өлшемдерде температураның ауытқулары линзалардың материалдары мен пластиналардың сатыларын жылулық тұрғыдан кеңейтуге және сығылуға әкеледі, ол (а) алдын ала белгіленген компоновкаға (кіші элементтерді экспонирлеу үшін қажетті өте дәл жарық жолдарына) ауытқуларға және (б) жарық жолдарының ыдырауына әкеледі. Мұндай қиындықтар иммерсиялық литографияда да туындайды. Тек қана 0,1°C температураның ауытқуы сұйықтықтың сыну көрсеткішінің ауытқуына әкеледі. Сонымен қатар, бұл үлгілердің фокуссынан шығуына әкеледі. Бұл – 500 кВт/м²-ден асатын қуат тығыздығы бар жаңа EUV қуат модульдерімен байланысты қатты қысым тудыратын және, шынында да, ең маңызды фактор. Егер жылу өте жоғары дәлдікпен тұрақты болмаса, нанометрлік масштабда өндірістің негізгі мақсаты – электрондық компоненттерді шығару – жүзеге асырылады, бірақ олар ақаулы болады.

Сыртқы қабаттардың дәлдігіне салқындатқыштардың қыздыруға әсер етуінің технологиялық әсерлері: жартылай өткізгіштерді шығару кезінде

Жартылай өткізгіштерді шығару кезінде салқындатқыш жүйелері сыртқы қабаттардың дәлдігіне, яғни кремнийдің бірнеше қабатының қаншалықты дәл туралауына, ерекше әсер етеді. Бұл салқындатқыштардың температурасы пластиналарға әсер етеді: әрбір градус температураның өзгеруі кремний пластиналарын 2,6 мкм/м дейін ұзарады. 300 мм диаметрлі пластиналар үшін бұл ұзару пластиналардың 3 нм-ге дейін орын ауысуына әкелуі мүмкін. Алдыңғы қатарлы 5 нм чиптерді шығару процесстері тек 1,7 нм-ге дейінгі орын ауысуға төзімді. Сонымен қатар, жылулық ауытқулардың литографиялық қондырғының литографиялық сатысына әсерін де ескеру маңызды. Инженерлердің айтуынша, бұл ауытқулар литографиялық қондырғының «механикалық ілгерілемесі» (mechanical creep) құбылысын тудырады, сондықтан қондырғының бастапқыда өте аз болған орналасу дәлсіздіктері қолданыс кезінде барынша ұлғаяды.

Қабаттардың дәлме-дәл орналаспауы кезінде тұйықталу немесе электр тізбегіндегі саңылаулар сияқты ауыр проблемалар туындай алады. Мұндай ақаулар өндірушілерге сағатына шамамен 740 000 долларлық шығын тудырады (Ponemon Institute, 2023). Жаңа заманғы алғыс алу қондырғыларының ақылды жүктеме басқару жүйесі бар, олар температураны ±0,005 °C дәлдікпен тұрақтандыра алады. Бұл жартылай өткізгіштерді жоғары шығымдылыққа қол жеткізу үшін қажетті ±0,15 нм дәлдікпен шығаруға мүмкіндік береді.

Жартылай өткізгіштердегі таза бөлмелер мен сұйықтықтардың тазалығы бойынша стандарттар

Сұйықтық өткелінің бүтіндігі мен бөлшек бақылауы

Жартылай өткізгіштерді шығару зауыттарындағы салқындату жүйелерінде қолданылатын салқындатқыштар (чиллерлер) экстремалды ультракүлгін литографиясын (EUV) және өндірістің басқа кезеңдерін бұзып алуға жол бермеу үшін ISO 1–4 сыныбының стандарттарына сай болуы тиіс. 0,1 микроннан асатын кез келген ауадағы ластанған зат 5 нанометрден кіші ұсақ пластиналарды дәлдеу үшін проблемалық болып табылады. Қазіргі заманғы салқындатқыш жүйелері толығымен герметикленген булутыру затының (рефрижеранттың) жолдарынан тұрады және ластануды азайту үшін хирургиялық құралдар сияқты жоғары сортты шойыннан жасалған болады. Бұл салқындатқыштар оң айырым қысым мен ауадағы ластанған заттарды 0,1 микронда 1-ден кем куб метрде ұстау үшін жетілдірілген молекулалық ластану сүзгілерін және HEPA сүзгілерін қолданады. Бұл экстремалды шаралар ASML литографиялық машиналарының оптикасын төмендететін ластанған заттардан әсерленбеуін қамтамасыз етеді. Пластиналардағы ақаулықтардың жиілігі 0,01 ақаулық/квадрат сантиметрден төмен бақыланады. Бұл машиналар екі миллион доллардан асады және оптикалық шөгуге өте сезімтал.

Коррозияға төзімді материалдарды таңдау және деиондалған суға сәйкестік (≥18,2 МОм·см)

Жартылай өткізгіштерді өндіретін зауыттардағы суалық салқындатқыштар ұлы таза су (УТС) жүйелерін қамтамасыз етуі керек, оның барлық жылу алмасу нүктелерінде электр өткізгіштігі 18,2 МОм·см-ден жоғары болуы керек (яғни иондық ластанулардың 99,999999%-дан асады). Стандартты өнеркәсіптік салқындатқыштар мұнда жұмыс істемейді, себебі мыс-никель қорытпаларында гальваникалық коррозия пайда болады, ол суалық контурларына металдарды босатады. Сондықтан келешектегі шешімдер мыналарға негізделген:

- Электролиттік полировкаланған 316L/904L маркалы шойын-болат сұйықтық тракттары.
- Темір оксидін шашпайтын пассивтендіру қабаттары.
- Жылу циклдарына төзімді емес металлдық (Kalrez® FFKM) тығыздағыштар.

Бұл дизайн резистивтіліктің 18,0 МОм·см-ден төмен түсуін болдырмауға бағытталған, ал бұл кремнийдің бетінің бұзылуына («wafer hazing») әкеледі — бұл ақаулық әрбір инцидентте $740 мыңға тұрады (SEMI бағдарламасы бойынша 2023 жылғы «Алғашқы ұрпақ өндірісіндегі шығындардың негізгі себептері» деген есеп). Фармацевтикалық сапалы жүйелерге қарағанда, жартылай өткізгіштерді салқындататын салқындатқыштар құрылғы интерфейстері арқылы HF сияқты әшекейлеу химиялық заттарының сіңуіне да төзімді болуы керек.

Сенімді жартылай өткізгіштік зауытын суыту салқындатқыштарын қолдану арқылы жабдықтардың қызмет ету мерзімін ұзарту және шығымдылықты жақсарту

Шығымның төмендеуін бағалау: ±0,3°C ауытқуы мен оның ақаулармен байланысы (SEMI F47)

Жартылай өткізгіштік зауытын тұрақты температурада ұстаудың көптеген себептері бар, мысалы, ақаулардың концентрациясы. Ақаулар — бұл өлімге алып келетін факторлар, ал жартылай өткізгіштік өнеркәсібінің ақауларды басқару стратегиясына сәйкес (SEMI F47 қауғазының жобасы бойынша) ақауларды жою — негізгі мотивациялық фактор. Егер зауыт SEMI F47 стандарттарына сай келмесе, өлімге алып келетін ақаулар салдарынан әрбір 100 пластиналық тақта үшін 1,5–3% аз микросхема өндіріледі. Барлық шығынға ұшыраған кремний зауыт үшін үлкен қаржылық шығын болып табылады, бірақ термалдық режимнің тербелістерінің нағыз құны — жабдықтың тозуы және оған байланысты жөндеу шығындарының өсуі. Мысалы, экстремалды ультракүлгін (EUV) лазерлері мен травлену камералары термалдық циклдарға ерекше сезімтал, олар термалдық ауырсыну деп аталатын құбылысқа ұшырайды, бұл жөндеу шығындарын және тоқтап қалу уақытын 18% арттырады.

Сондықтан қазіргі заманғы өндіріс зауыттары температураны ±0,05 °C ауқымында ұстай алатын салқындату жүйелеріне ақша жұмсайды. Мұндай дәлдік ақаулардың пайда болуын болдырмаған, миллиондаған долларлық жабдықтарды қорғаған және зауыт басқарушыларының тұрақты пайда алуы үшін қажетті тұрақты өндіріс көлемдерін қамтамасыз етеді.

Динамикалық технологиялық жүктемелер үшін өнеркәсіптік салқындатқыштардың оптималды өлшемін таңдау мен қажеттілікке сай баптау

Жартылай өткізгіштерді шығару құрылысын суыту кезінде жылу талаптары өзгереді. Суыту қондырғыларының өлшемі дәл сәйкес келуі, жеке тапсырыс бойынша жасалуы немесе әртүрлі проблемалар туындайды. Үлкен суыту қондырғылары көп рет қосылып-өшіріледі және уақыт өте келе электр энергиясын артық жұмсайды, сонымен қатар қосылу мен өшіру жиі болғандықтан компоненттері тозады. Кіші қондырғылар сұраныс өскен кезде маңызды ±0,3 градус диапазонын сақтай алмайды. Бұл өндірілетін маңызды микросхемалардың температурасының тербелісіне әкеледі, ал біз білеміз, температура — сапаның негізгі факторы. Бұл мәселені шешу үшін жеке жасалған жүйелер мен ақылды PID басқару технологиясы жағдайлар өзгерген сайын суыту деңгейлерін реттейді. Ақылды PID басқару жүйелерін жылулық шоктың сақтагышы ретінде арнайы фазалық өзгеріс материалымен бірге қолдану арқылы инженерлер ақауларды азайту мен энергияны үнемдеу үшін дәл осы комбинацияны қолданады. Тұтынушылар стандартты тұрақты қуатты суыту қондырғыларымен салыстырғанда 25–30 пайызға дейін энергия үнемдеуді бақылайды.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР  

Неге жартылай өткізгіштерді шығару кезінде жылулық тұрақтылық маңызды?

Температураның тұрақтылығы жартылай өткізгіштерді өндіру кезінде маңызды, өйткені температураның тербелістері дәл емес жартылай өткізгіштерді өндіру процесіне әкеледі, нәтижесінде ақаулы және нашар жұмыс істейтін компоненттер пайда болады.

Суытқыштардың әсерінен туындайтын жылулық дрейфтің салдары қандай?

Суытқыштардың әсерінен туындайтын жылулық дрейфтің нәтижесінде кремний қабаттарының дұрыс орналаспауы пайда болады. Бұл кремнийдегі қысқа тұйықталу ақауларына және өндіріс кешігуіне байланысты өндіріс шығындарының артуына әкеледі.

Қазіргі заманғы суытқыштар таза бөлме мен сұйықтың тазалығы стандарттарын қалай қамтамасыз етеді?

Қазіргі заманғы суытқыштар чиптің бүтіндігін сақтау үшін ластануға мүмкіндік бермейтін герметикленген булутыру жолдары мен коррозияға қарсы материалдарды қолдану арқылы таза бөлме стандарттарын қамтамасыз етеді.