EN
Precīza temperatūras regulēšana: mikrodefektu novēršana litogrāfijā un ķīmiskajā apstrādē
Kāpēc ±0,1 °C stabilitāte ir nenovēršama apakš-7 nm litogrāfijai un augsta aspekta attiecības ķīmiskajai apstrādei
Apakš 7 nm procesa mezglos termiskās novirzes, kas pārsniedz ±0,1 °C, var izraisīt būtiskas izmēru izmaiņas. Tas ir saistīts ar fotoķīmiskajām reakcijām uz EUV litogrāfiju. Pētījumi ir parādījuši, ka 0,1 °C termiskās novirzes var izraisīt aptuveni 0,15 nm lielu izmēru pieaugumu (Termiskās inženierijas gadījumu pētījumi, 2023). Augsta aspekta attiecības traipīgums ķīmiskajā raktuvē var izraisīt neatbilstošus sienas leņķus, kas palielina cauruma pretestību aptuveni par 18 % un samazina ražību par 3–5 % katrā kvarca plāksnītē. Tāpēc lielākā daļa ražotāju ir sākuši izmantot divu kontūru dzesētājiekārtas pusvadītāju ražošanai. Šīs divu kontūru sistēmas ir aprīkotas ar neatkarīgām aukstumnesēja kontūrām, kas absorbē termiskos triecienus no atsevišķiem tehnoloģiskajiem instrumentiem. Šīs sistēmas ir ievērojami efektīvākas nekā tradicionālās vienas kontūras sistēmas, kurās dēļ straujām instrumentu slodzes izmaiņām rodas lielas termiskās svārstības. Tas ir īpaši svarīgi apakš 7 nm apstrādes procesos, kur tiek veidotas ļoti augstas struktūras ar augstu aspekta attiecību (100:1). Parastās termiskās kavēšanās var izraisīt būtisku taisnleņķa novirzi uz kvarca plāksnītes.
Kā termiskā nobīde izraisa fotorezistu skrāpējumu, līnijas malu raupjumu un pārklāšanās kļūdas
Termiskā nobīde un fotorezista eksponēšana izraisa šos trīs saistītos bojājumu veidus:
1. Skrāpējums: Neattīstīti atlikumi paliek 12 nm dziļu ieleju dibenā, ja dzesēšanas ātrums nav kontrolēts un nokrīt zem 0,1 °C/s
2. Līnijas malu raupjums (LER): Pēc eksponēšanas cepšanas raupjums palielinās par 40 %, ja temperatūras svārstības pārsniedz 0,3 °C (Precis. Eng. 2017)
3. Pārklāšanās kļūdas: Katram 0,1 °C temperatūras nobīdes lielumam silīcija virsmas plāksnītes un retiklu diferenciālā izplešanās izraisa 0,25 nm novirzi
Šie defekti kopā veido 62 % no parametriskās iznākuma zuduma 5 nm mezglos. Ar divu kontūru dzesētājiem, kas nodrošina termiskās zonas krustveida piesārņojuma novēršanu, traipu izgriešanas kamerām var uzturēt ±0,05 °C stabilitāti, kamēr litogrāfijas rīki darbojas pie brīvi noteiktajiem uzstādījumiem.
Neatkarīga divu kontūru dzesēšana: Ļauj vienlaicīgi atbalstīt vairākus procesus
Atsevišķu dzesēšanas rīku—piemēram, 12 °C wafer tīrītāju un 65 °C ātro termiskās apstrādes iekārtu—darbība bez krusteniskas ietekmes starp kanāliem
Ekstrēmu temperatūru starpību regulēšana ir ļoti būtiska mūsdienu pusvadītāju ražošanā. Kamēr plākšņu tīrītājiem jādarbojas aptuveni 12 °C temperatūrā, lai novērstu plākšņu piesārņojumu, straujās termiskās apstrādes iekārtām (RTP) jādarbojas 65 °C temperatūrā, lai pareizi aktivizētu dopantus. Temperatūru starpību dēļ standarta dzesētāji ar tikai vienu kontūru saskaras ar problēmām, kad „aukstās“ sistēmas daļas absorbē siltumu no „karstajām“ procesiem, kas izraisa strauju temperatūras izmaiņu plus vai mīnus 3–5 grādus. Tāpēc divkontūru dzesētāji aizvien vairāk kļūst par nepieciešamību. Divkontūru dzesētāji pilnībā dzesē cauruļvadus, ļaujot pilnīgi atdalīt dzesēšanas šķidrumus. Katrā kontūrā ir savs kompresors un vadības sistēma. Viena kontūra uztur tīrītājus 12,2 °C temperatūrā, bet otra — RTP iekārtas 65,3 °C temperatūrā. Šī dzesēšanas šķidrumu atdalīšana gandrīz pilnībā aptur nevēlamu enerģijas pārnesi starp kontūrām. Tas noved pie mazāka skaita problēmu ar nepietiekamu rezistu noņemšanu tīrītājos un labāku dopantu aktivizācijas vienmērīgumu RTP procesā. Kā ziņots žurnālā „Semiconductor Engineering“ pagājušogad, šī metode uzlabojusi iekārtu izmantošanas efektivitāti par aptuveni 22 % un samazinājusi iznākuma problēmas, kas saistītas ar vairāku procesu vienlaicīgu darbināšanu.
Atslējies bez pārtraukumiem
Pusvadītāji ir izstrādāti tā, lai būtu jutīgi pret temperatūras izmaiņām. Mēs tos dzesējam uzmanīgi, lai izvairītos no temperatūras svārstībām, kurām jāpaliek tikai ±0,1 °C robežās. Lai veiktu temperatūras kontroles uzturēšanas shēmu remontu pa vienai, divu kontūru dzesētāji ļauj sistēmai nekavējoties pārslēgties starp abām kontūrām temperatūras regulēšanai. Tādējādi tiek saglabāti vairāki tūkstoši dolāru vērtības silīcija plāksnītes. Pat uzturēšanas darbi, kas prasa dzesētāju izslēgšanu — piemēram, šķidruma papildināšana, sūkņa remonts utt. — neatstāj ietekmi uz ražošanu. Šī aizsardzība ir ārkārtīgi svarīga litogrāfijas procesiem, kuros nepieciešamas tikai minimālas temperatūras izmaiņas.
Kāpēc divu kontūru pusvadītāju dzesētāji nodrošina būtisku MTTR samazināšanos salīdzinājumā ar iepriekšējās paaudzes vienas kontūras sistēmām?
Neatkarīgo dzesēšanas kontūru dēļ tehniskās apkopes komandas var novērst problēmas dažās reģionos vai apgabalos, nepieciešot pilnīgu sistēmas izslēgšanu, kas rezultātā samazina vidējo remonta laiku (MTTR) gandrīz par 40%. Tas ir diametrāli pretēji vecākajām vienkāršajām kontūru konstrukcijām. Traucējumu novēršana prasa tikai nelielu laika daļu (aptuveni par 66% ātrāk). Kad tiek novērsta kāda avārija, tehniskie speciālisti koncentrējas tikai uz attiecīgo bojāto kontūru, kamēr pārējā sistēma turpina darboties pie vajadzīgā iestatījuma punkta. Vecāko sistēmu avārijas novēršanai pat neliela tehniskā apkope prasīja pilnīgu sistēmas izslēgšanu. Paralēlās kontūras konstrukcija operatoriem piedāvā trīs galvenās priekšrocības, kas vērstas uz ekspluatācijas laika maksimizēšanu:
- Iespēja veikt tehnisko apkopi, kamēr sistēma darbojas
- Sistēmas komponentu modulāra struktūra
- Skaidra zonēšana, lai ātri identificētu problēmas
Šis dizains optimizē darbības laiku un kopējo sistēmas efektivitāti. Kopējās aprīkojuma efektivitātes (OEE) rādītājs pozitīvi ietekmēts, jo veic uzturēšanas darbus, kas parasti izraisa sistēmas izslēgšanu, piemēram, kompresora nomaiņu un spolju tīrīšanu.
Kopējās īpašumtiesību izmaksas un ražošanas ietekme: Dubultā kontūra pusvadītāju dzesētāju ROI aprēķināšana
Vienkāršu ķēžu dzesētāju sākotnējā iegādes cena var būt zemāka, taču no visiem viedokļiem divkāršu ķēžu pusvadītāju dzesētāji izrādās lētāki, jo radās ekspluatācijas ietaupījumi un tie nodrošina ražošanas iznākuma aizsardzību. Iebūvētā redundance aizsargā dzesētājus no kaitīgām temperatūras svārstībām. Saskaņā ar pagājušogad izdotajā žurnālā "Semiconductor Digest" publicēto ziņojumu tikai viena stunda temperatūras novirzes traipīšanas procesā var iznīcināt 740 000 ASV dolāru vērtības plāksnītes. Papildus ekspluatācijas ietaupījumiem arī apkopēs rodas mazākas izmaksas. 2023. gadā žurnālā "Facilities Engineering Journal" tika ziņots, ka šāda veida sistēmām nepieciešama par 41 % mazāk apkopes. Temperatūras izraisītās pārstrādes apjoms samazinās par 30 %, tādējādi operacionālā efektivitāte palielinās par 30 %, jo samazinās enerģijas zudumi, kas saistīti ar temperatūras izraisīto pārstrādi. Dažādi ražotāji, ņemot vērā visus iepriekš minētos faktorus, novērtē, ka viņu kopējās īpašumtiesību izmaksas piecu gadu laikā vidēji ir par 18 % zemākas nekā iepriekšējo modeļu gadījumā. Visvairāk ievērojams ir tas, ka īpaši ātri tiek atmaksa par sākotnējo investīciju. Dažādas lielas apjomu ražošanas rūpnīcas pieredz atmaksu par savām investīcijām jau pēc 14–26 mēnešiem, jo kopējā aprīkojuma efektivitāte (OEE) palielinās par 22 %.
BIEŽI UZDOTIE JAUTĀJUMI
Kāpēc ±0,1 °C temperatūras stabilitāte ir kritiska pusvadītāju ražošanā?
Apakš-7 nm litogrāfijas un augsta aspektu attiecības traumu procesi ir ārkārtīgi jutīgi, un pat niecīga termiskā svārstība var izraisīt izmēru un struktūras defektus, kas samazina iznākumu un ietekmē veiktspēju.
Kā divu kontūru dzesētāji uzlabo pusvadītāju ražošanu?
Divu kontūru dzesētāji ļauj sasniegt uzlabotu precīzu temperatūras regulēšanu un mazākas apkopes problēmas, jo neatkarīgie dzesēšanas kontūri novērš termisko piesārņojumu.
Kādas ir divu kontūru dzesētāju izmaksu priekšrocības?
Divu kontūru dzesētāju izmaksas ir attaisnotas ar ietaupījumiem, ko nodrošina uzlabota enerģijas efektivitāte, zemākas apkopes izmaksas, aizsardzība pret iznākuma zudumiem, ko izraisa temperatūras svārstības, kā arī ātra ieguldījumu atmaksa.