EN
Tikslus temperatūros valdymas: mikrodefektų pašalinimas litografijoje ir įgriovimo procese
Kodėl ±0,1 °C stabilumas yra neatsiejamas reikalavimas sub-7 nm litografijai ir aukšto santykio įgriovimui
Sub-7 nm procesų mazguose šiluminės nuokrypos, didesnės nei ±0,1 °C, gali sukelti ryškius matmenų pokyčius. Tai susiję su fotocheminėmis reakcijomis į EUV litografiją. Tyrimai parodė, kad 0,1 °C šiluminės nuokrypos gali sukelti apytiksliai 0,15 nm matmenų padidėjimą („Šiluminės inžinerijos“ atvejo tyrimai, 2023 m.). Aukšto aukščio ir pločio santykio (high aspect ratio) rėžimo nestabilumai gali sukelti nevienodas sienelių kampų reikšmes, dėl ko perėjimo (via) pasipriešinimas padidėja apytiksliai 18 %, o naudingumo koeficientas (yield) sumažėja 3–5 % viename plokštelėje (wafer). Todėl dauguma gamintojų pradėjo naudoti dvigubus grandinės aušintuvus puslaidininkiams. Šie dviejų kontūrų sistemos turi nepriklausomas šaldymo skysčio grandines, kurios sugeria šiluminius smūgius iš atskirų technologinių įrenginių. Šios sistemos žymiai pranašesnės už tradicines viengrandines sistemas, kurios dėl staigių įrenginių apkrovos pokyčių patiria didelius šilumos svyravimus. Tai ypač svarbu sub-7 nm apdorojimo metu, kai sukuriamos itin aukštos, didelio aukščio ir pločio santykio (100:1) struktūros. Įprasti šiluminiai delsai gali sukelti reikšmingą nuolydį (taper) plokštelėje.
Kaip šiluminis poslinkis sukelia fotoatspindžio medžiagos likučius, linijos krašto nelygumus ir padėties sutapimo klaidas
Šiluminis poslinkis ir fotoatspindžio medžiagos eksponavimas inicijuoja šiuos tris susijusius gedimo režimus:
1. Likučiai: 12 nm grioveliuose lieka neįtirpdyti likučiai, kai aušinimo greitis nekontroliuojamas ir sumažėja žemiau 0,1 °C/sek.
2. Linijos krašto nelygumai (LER): po eksponavimo kepimo nelygumai padidėja 40 % esant temperatūros svyravimams virš 0,3 °C (Precis. Eng. 2017)
3. Padėties sutapimo klaidos: kiekvienam 0,1 °C temperatūros poslinkiui silicio plokštelės ir retiklių diferencialinis išsiplėtimas sukelia 0,25 nm nesutapimą
Šie defektai kartu sudaro 62 % parametrinės naudingosios išeigos nuostolių 5 nm mazguose. Naudojant dvigubą grandinės aušinimą, užtikrinant šiluminės zonos kryžminės užterštumo prevenciją, etšingo kamerų temperatūra gali būti palaikoma ±0,05 °C tikslumu, tuo tarpu litografijos įrangos nustatymo taškai gali būti laisvai nustatomi.
Nepriklausomas dvigubos grandinės aušinimas: leidžia vienu metu vykdyti kelis procesus
Aušinimas naudojant atskirus įrankius – pvz., 12 °C plokštumėlių šluostytuvus ir 65 °C greitąsias šilumos apdorojimo sistemas – be kryžminės kanalų sąveikos
Ekstremalių temperatūrų skirtumų valdymas yra labai svarbus šiuolaikinėje puslaidininkių gamyboje. Kol plokštelės valymo įrenginiai turi veikti apie 12 °C temperatūroje, kad būtų išvengta plokštelės užteršimo, sparčiojo šiluminio apdorojimo (RTP) įrenginiai turi veikti 65 °C temperatūroje, kad tinkamai aktyvuotų priemaišas. Dėl temperatūrų skirtumų standartiniai aušintuvai, turintys tik vieną ratuką, susiduria su problemomis, kai „šaltos“ dalys pradeda įsisavinti šilumą iš „karštų“ procesų, dėl ko temperatūra staigiai pakyla arba nukrenta 3–5 laipsnius. Todėl dviejų ratukų aušintuvai vis dažniau tampa būtina priemone. Dviejų ratukų aušintuvai visiškai aušina vamzdynus, leisdami visiškai atskirti aušinimo skysčius. Kiekvienoje pusėje yra atskiras kompresorius ir valdymo sistema. Viena pusė palaiko valymo įrenginių temperatūrą 12,2 °C, o kita – RTP įrenginių temperatūrą 65,3 °C. Šis aušinimo skysčių atskyrimas beveik visiškai sustabdo netikėtą energijos perdavimą tarp ratukų. Tai lemia mažesnių problemų su nepakankamu rezisto nuvalymu valymo įrenginiuose ir geriau išlaikytą priemaišų aktyvinimo vienodumą RTP procese. Kaip pranešė žurnale „Semiconductor Engineering“ praėjusiais metais, šis metodas padidino įrenginių naudojimo efektyvumą maždaug 22 % ir sumažino naudingumo (yield) problemas, susijusias su kelių procesų vienu metu vykdymu.
Pailsėkime be pertraukų
Puslaidininkiai suprojektuoti taip, kad būtų jautrūs temperatūros pokyčiams. Mes juos atšaldome atsargiai, kad išvengtume temperatūros svyravimų – tikslumo reikalaujama iki ±0,1 °C. Norint atlikti temperatūros valdymo priežiūros grandines vieną po kitos, dvigubos grandinės aušintuvai leidžia sistemai beveik nepastebimai perjungtis tarp grandinių temperatūrai kontroliuoti. Taip išsaugoma kelių tūkstančių dolerių vertės plokštelės (wafer). Netgi priežiūros darbai, kurie priverčia aušintuvus laikinai sustoti (pvz., skysčio papildymas, siurblio remontas ir kt.), nekelia gamybos sutrikimų. Ši apsauga ypač svarbi litografijos procesams, kuriems reikalingi tik nedideli temperatūros pokyčiai.
Kodėl dvigubos grandinės puslaidininkių aušintuvai žymiai sumažina vidutinį techninės priežiūros laiką (MTTR) lyginant su ankstesnių kartų viengrandinėmis sistemomis?
Dėl nepriklausomų aušinimo grandinių techninės priežiūros komandos gali spręsti problemas kai kuriose srityse ar vietose be visos sistemos išjungimo, todėl vidutinis gedimo šalinimo laikas (MTTR) sumažėja beveik 40 %. Tai labai skiriasi nuo senesnių vienos grandinės konstrukcijų. Klaidų nustatymas atliekamas per žymiai trumpesnį laiką (apytiksliai 66 % greičiau). Kai šalinamas gedimas, technikai yra skirti tik tam tikrai gedusiai grandinei, tuo tarpu likusios sistemos dalys toliau veikia reikiamu nustatytuoju režimu. Senesnėse sistemose net nedideli techninės priežiūros darbai reikalavo visos sistemos pilno išjungimo. Lygiagreti grandinės konstrukcija operatoriams suteikia tris pagrindinius privalumus, kurie siekia maksimalaus veikimo laiko padidinimo:
– galimybę atlikti techninę priežiūrą veikiant sistemai
– sistemos komponentų modulinę struktūrą
– aiškią zonavimą, leidžiantį greitai nustatyti problemas
Šis dizainas optimizuoja veikimo laiką ir bendrą sistemos veiksmingumą. Bendrasis įrenginių naudingumo koeficientas (OEE) pagerėja, nes atliekami techninės priežiūros darbai, kurie paprastai sukelia sistemos išjungimą, pvz., kompresoriaus keitimas ir ritės valymas.
Bendrosios savininkystės sąnaudos ir našumo poveikis: dviejų grandinių puslaidininkių aušintuvų grąžos nuo investicijų (ROI) skaičiavimas
Vieno kontūro aušintuvų pradinė pirkimo kaina gali būti žemesnė, tačiau iš visų požiūrių dviejų kontūrų puslaidininkių aušintuvai ilgainiui pasirodo pigesni dėl eksploatacijos sąnaudų taupymo ir gamybos naudingumo apsaugos. Įmontuota atsarginė sistema apsaugo aušintuvus nuo žalingų temperatūros svyravimų. Pagal praeitais metais „Semiconductor Digest“ žurnale paskelbtą ataskaitą, net viena valanda temperatūros nukrypimo etalinimo procese gali sunaikinti 740 000 JAV dolerių vertės plokšteles. Be eksploatacijos sąnaudų taupymo, taip pat mažesnės ir techninės priežiūros sąnaudos. 2023 m. „Facilities Engineering Journal“ pranešė, kad tokios sistemos reikalauja 41 % mažiau techninės priežiūros. Temperatūros sąlygotų pakartotinių darbų sumažėjimas siekia 30 %, todėl dėl energijos švaistymo, kuris kyla dėl temperatūros sąlygotų pakartotinių darbų, operacinė efektyvumas padidėja 30 %. Daugelis gamintojų, įvertindami visus aukščiau minėtus veiksnius, įvertina, kad jų bendros savininkystės sąnaudos per penkerius metus vidutiniškai yra 18 % žemesnės nei ankstesnių modelių. Labiausiai įspūdinga tai, kad ypatingai greitai grąžinamas pradinis investicinis įnašas. Dėl 22 % didesnio visos įrangos veiksmingumo daugelis didelės galios gamybos įmonių grąžina savo investicijas vos per 14–26 mėnesių.
D.U.K.
Kodėl ±0,1 °C temperatūros stabilumas yra kritiškai svarbus puslaidininkių gamyboje?
Sub-7 nm litografijos ir aukšto santykio gylis/pločius ėminiai yra itin jautrūs, todėl net nedidelės šiluminės svyravimų reikšmės gali sukelti matmenines ir struktūrines netobulumas, kurios sumažina išeigą ir našumą.
Kaip dviejų kontūrų aušintuvai pagerina puslaidininkių gamybą?
Dviejų kontūrų aušintuvai leidžia pasiekti didesnį tikslų temperatūros valdymą ir sumažinti techninės priežiūros problemas dėl šiluminės užterštumo vengimo, kurį užtikrina nepriklausomi aušinimo kontūrai.
Kokie yra dviejų kontūrų aušintuvų ekonominiai privalumai?
Dviejų kontūrų aušintuvų sąnaudos pateisinamos taupymu dėl pagerintos energijos naudojimo efektyvumo, žemesnių techninės priežiūros išlaidų, apsaugos nuo išeigos nuostolių, kuriuos sukelia temperatūros svyravimai, bei greito grąžinimo investicijų laiko.