EN
Termiskā nestabilitāte tieši izraisa iznākuma zudumu apakš 5 nm mezglos
Iznākuma zudums empīriski: ±0,3 °C temperatūras svārstības – 12 līdz 18 % lielāks defektu skaits EUV litogrāfijas laikā
Pusvadītāju mezglos zem 5 nanometriem ārkārtīgi ultravioletās (EUV) litogrāfijas laikā defektu skaits palielinās par 12–18 % (Semiconductor Engineering, 2023) pie termiskām svārstībām ±0,3 °C. Šīs svārstības maina objektīva laušanas koeficientu un maskas izlīdzinājumu, tādējādi izmainot nanometru mēroga elementus. Kritiskos gadījumos viens nanometrs novirzes pietiek, lai sabojātu visu čipa die.
Termiski izraisītā pārklāšanās kļūda pārvēršas par >±0,1 °C termiskām nestabilitātēm, kas samazina izlīdzināšanas precizitāti par 3,7 nm katrā plāksnītē
Kvadrātveida plāksnīšu izlīdzinājums var pasliktināties par 3,7 nm katrā slānī no ±0,1 °C līmeņa. Tas pārsniedz 3 nm tehnoloģiskā mezgla 2,1 nm pieļaujamo novirzi. Precizitātes zudums rada vairākas problēmas ar savienojumiem, tranzistoru vārtu noplūdi un īssavienojumiem sarežģītos daudzraksturīgos čipos. Ražotnes ar nepietiekamu termisko regulēšanu zaudē katru dienu 740 000 USD atkritumu produktiem, kā liecina pagājušā gada Ponemon pētījums. Augstas precizitātes pusvadītāju dzesētāji var novērst šādus zaudējumus. Šie dzesētāji regulē temperatūras svārstības ražošanas zonās, kur tiek veikti jutīgi procesi.
Kā augstas precizitātes pusvadītāju dzesētājs sasniedz stabilitāti zem 0,1 °C
Slēgtais cikls mikrošķidrumu vadībai ar divpakāpju PID un modeļa prognozējošo vadību
Mūsdienu augstas precizitātes pusvadītāju dzesētāji uztur dzesināšanu, izmantojot slēgtu mikrošķidrumu sistēmu aktīvai temperatūras regulēšanai. Šie dzesētāji izmanto divpakāpju PID regulatorus, kas pielāgo dzesināšanu atkarībā no sensoru veiktajiem mērījumiem, kuri ir novietoti visā dzesēšanas šķidruma kontūrā. Viens no regulatoriem nodrošina lielu temperatūras starpību regulēšanu, bet otrs veic precīzu regulēšanu diapazonā ±0,01 grādi. Šāda regulēšanas precizitāte garantē sistēmas stabilitāti ±0,1 grādu robežās neatkarīgi no pēkšņām slodzes izmaiņām un aizsargā sistēmu no agrīnas nodiluma.
Izmantojot iepriekšējā procesa informāciju, modeļa prognozējošie algoritmi sadarbojas ar citiem sistēmām, lai novērtētu, kā mainīsies termiskās slodzes. Pirms rodas problēmas, šīs intelektuālās sistēmas maina kompresoru ātrumus un plūsmas ātrumus. Kombinētajām vadības metodēm, kad barošanas avots piedzīvo nevienmērīgas pakāpju izmaiņas, tās samazina termiskās vadības metodžu intensitāti aptuveni par 67\%, salīdzinot ar konvencionālajām vadības metodēm. Sistēma katru sekundi nepārtraukti optimizē simtiem mikropielāgojumu, izmantojot līdzstrāvas invertora kompresorus un mainīgā ātruma sūkņus. Mūsdienu ražošanas priekšgalā gandrīz pilnīga kontrole ļauj novērst vairāk nekā 95 % termiskās problēmas, kas izraisa 3 nm mezglu nobīdi, kā to ir pierādījis reālais pasaules pieredze. Pusvadītāju izstrādātājiem jo stingrākas pieļaujamās novirzes, jo lielāka ir atšķirība.
Reālās pasaules ietekme: augstas precizitātes pusvadītāju dzesētāju integrācija palielina ražību un ekspluatācijas laiku.
Samsung 3 nm GAA līnija: siltuma atjaunošanas laiks tika samazināts līdz 3,1 sekundei, kas ļāva palielināt ražību par 22%.
Svarīgs pusvadītāju ražotājs turpina būtiski ietekmēt nākamās paaudzes 3 nm vārtu visapkārt (GAA) ražošanas objektus, ieviešot valsts mākslas līmeņa dzesētājus, kas paredzēti silīcija plāksnīšu dzesēšanai. Nozīmīgākais šajā sakarā bija siltuma atjaunošanās laika samazināšana no 42 sekundēm līdz nedaudz vairāk kā 3 sekundēm. Praktiski tas nozīmē, ka ražotne tagad var apstrādāt papildu 500 silīcija plāksnītes dienā. Tas arī rezultējās aptuveni 22% ražošanas jaudas palielināšanā ultra-modernajā ražošanas līnijā, kas ir apstiprināts daudzos ražošanas ciklos. Arī litogrāfijas līnija gūst labumu no šīs uzlabotās dzesēšanas sistēmas, uzturot litogrāfijas temperatūru, lai novērstu litogrāfijas rindu veidošanos ātrām masku maiņām un nodrošinātu, ka starp dažādajām ražošanas procesa darbībām neveidojas temperatūras straujas izmaiņas.
Applied Materials Endura platforma: ±0,05 °C stabilitāte aptur siltuma izraisītu kameru atkārtotu kvalifikāciju
2023. gadā veiktie SEMATECH pētījumi ļauj noguldīšanas sistēmām no aprīkojuma ražotāja izmantot precīzu temperatūras regulēšanu, nodrošinot šķidruma stabilitāti ±0,05 °C robežās. Tas praktiski novērš termisko nobīdi. Kādi ir ieguvumi? Katrs instruments pieredz aptuveni 17 stundas mazāk negaidītu tehniskās apkopes mēnesī, kas gada laikā atbilst aptuveni 380 papildu ražotu pusvadītāju plāksnīšu skaitam. Šķidruma stabilitātes uzturēšana noguldīšanas sistēmās arī samazinājusi defektu klasterus termiskā cikla apstrādes laikā, kad materiāli tiek uzkarsēti un atdzesēti dažādos ātrumos. Šis uzlabojums pozitīvi ietekmējis arī augstas dielektriskās caurlaidības metāla vārtu procesus, palielinot vidējo laiku starp aprīkojuma darbības traucējumiem aptuveni par 41 %.
Nozares prasība: tīrās telpas kvalitātes temperatūras stabilitāte ir pamata prasība
SEMI F47-0724 jauninājums prasa dzesētāju stabilitāti ±0,1 °C apakš 2 nm loģikas un HBM3 ražošanai.
Aukstuma iekārtas ar precizitāti ±0,1 °C apakš-2 nm loģikas čipu un HBM3 ražošanas procesiem ir jaunākais F47-0724 standarts. Kāda ir šīs precizitātes mērķis? Ražotāji jau sen zina, ka pat temperatūras svārstības, kas ir mazākas par 0,1 °C, rada izmēru kļūdas līdz 0,3 nm, kas savukārt izraisa visdažādākos problēmu veidus šajās sarežģītajās atmiņas stakās. Ar gandrīz nebeidzamu atmiņas slāņu skaitu augstas precizitātes aukstuma iekārtas tagad ir būtiski faktori, kas ļauj īstenot moderno ražošanu, un lielākā daļa pārklāšanās (overlay) problēmu, kas agrāk prasīja visu kameru atkārtotu kvalifikāciju dēļ termiskajām svārstībām, vairs nepastāv. Reālajā ražošanas vidē dati liecina, ka, ja klients sasniedz temperatūras stabilitātes mērķi ±0,1 °C, radīto defektu daudzums ir mazāks par 18%. Tīrības telpās termiskā kontrole tagad ir tikpat būtiska kā daļiņu kontrole.
BUJ
Kāda ir termiskās stabilitātes nozīme pusvadītāju ražošanā? Termiskā stabilitāte ir svarīga, jo pat nelielas temperatūras izmaiņas var izraisīt būtiskus defektus, kas noved pie ražošanas iznākuma samazināšanās un ražošanas izmaksu palielināšanās.
Kāda ir augstas precizitātes dzesētāju nozīme termiskās stabilitātes uzturēšanā?
Augstas precizitātes dzesētāji uztur termisko stabilitāti, novēršot traucējošās temperatūras svārstības ražošanas vidē, lai čipi tiktu izgatavoti ar visprecīzākajām pieļaujamām novirzēm.
Kādas priekšrocības rūpnīcām sniedz modernas termiskās regulēšanas sistēmas?
Modernas termiskās regulēšanas sistēmas rūpnīcām nodrošina īsāku termiskās atjaunošanās laiku, lielāku caurlaidspēju un uzlabotu produktu kvalitāti, saglabājot pusvadītāju virsmu izlīdzinājumu un samazinot to defektus.