EN
Прецизна контрола температуре: Уклањање микродефекта у литографији и гравирању
Зашто је стабилност ± 0,1 °C непроговарајућа за литографију испод 7nm и ецирање високих аспектних односа
У процесним чворима под 7nm, топлотне варијације веће од ± 0,1 °C могу довести до јаких промена димензија. Ово је због фотохемијских одговора на EUV литографију. Студије су показале да термичке варијације од 0,1 °C могу резултирати приближном повећањем димензија од 0,15 нм (Касе студије о топлотном инжењерству, 2023). Нестабилност ецирања са високим односом страна може довести до неконзистентних углова зида, који се повећавају преко отпора за око 18% и смањују принос за 3-5% по вафли. То објашњава зашто су већина произвођача почела да примењује двоструке хладњаче за полупроводнике. Ови системи са двоструком завојом имају независне кола хладника која апсорбују топлотне шокове од одвојених алата за процес. Ови системи су знатно бољи од традиционалних система са једним кола, који пате од великих топлотних промена због изненадних промена оптерећења алата. Ово је посебно важно за обработу под-7 нм, где се стварају изузетно високе структуре са високим односом димензије (100:1). Нормална топлотна кашњења могу изазвати значајно конурање вафера.
Како топлотни дрифт узрокује фоторезистентно шпарење, грубост и грешке на линији
Термички дриф и фоторезистентна изложеност покрећу ова три корелирана начина неуспјеха:
1. Постављање Сцамминг: Неразвијени остаци остају у 12nm рововима када се стопе хлађења неконтролишу и падају испод 0,1 ° Ц / сек
2. Постављање Оштрина и грубост на ивици (LER): У пост-експозиционом печењу, грубост се повећава за 40% са температурним променом > 0,3°C (Precis. Енглески. 2017)
3. Постављање Грешења преклапања: За сваки промак од 0,1 °C, диференцијално ширење у силицијском ваферу и ретикулама узрокује 0.25 нм погрешну израмнутост
Ови дефекти колективно чине 62% параметричког губитка уноса у 5 нм чворовима. Са хладилима са двоструким колама који осигурају обуздавање међуконтаминације топлотне зоне, коморе за ецкинг могу остати на стабилности ±0,05 °C док су литографски алати на слободно одређеним подешеним тачкама.
Независно хлађење са двоструком веригом: омогућава истовремено подржавање више процеса
Охлађивање различитих алатанпр. 12°C очистила за вафере и 65°C брзи топлотни процесорибез интерференција преко канала
Управљање екстремним температурним разликама је веома важно у модерној производњи полупроводника. Док суфрери за чишћење вафера морају да раде на око 12 степени Целзијуса како би спречили контаминацију вафера, брзи топлотни процесори морају да раде на 65 степени Целзијуса да би правилно активирали допанте. Због температурних разлика, стандардни хладилници са само једним колањем, суочавају се са проблемима у којима "хладне" делове апсорбују топлоту из "горећих" процеса, што доводи до брзе промене температуре од плус или минус 3 до 5 степени. Зато су дупло-кријумчари хладилници све неопходнији. Дуал-циркутни хладилници потпуно хладе цеви, омогућавајући потпуну раздвајање хладњака. Свака страна садржи свој компресор и контроле. Једна страна држи шкрибре на 12,2 степени Целзијуса, док друга држи РТП алате на 65,3 степени Целзијуса. Ова хладна сепарација скоро потпуно зауставља нежељени пренос енергије између кола. Ово резултира мањим проблемима са недостатним уклањањем отпора у спрејачима и бољом униформитетности активације допанта у РТП-у. Као што је пријављено у полупроводничком инжењерству прошле године, ова метода је побољшала коришћење алата за ~ 22 % и олакшала проблеме са добитком повезане са истовременом покретањем више процеса.
Нека се не преузрушавамо
Полупроводници су дизајнирани да буду топлотно осетљиви. Охрабривамо их пажљиво да бисмо избегли промене температуре где треба да држимо само на ± 0,1 °C. Да би се одржали кругови за контролу температуре, један по један, дуални кругови хладилника омогућавају круговима систем да се без проблем мењају међу собом за контролу температуре. Изгубљени плочи за хиљаде долара су сачувани. Чак и одржавање које треба да урадимо да би их учинили да зауставе хладилнике, као што су филинг, поправка пумпе итд. неће изазвати прекид производње. За литографију веза које су захтевале само мале температурне промене, ова заштита је веома критична.
Зашто полупроводнички хладилници са двоструким кругом доводе до значајног смањења МТТР-а у поређењу са претходним генерацијама система са једним кругом?
Због независних кола за хлађење, тимови за одржавање могу да реше проблеме у неким регијама или подручјима без потпуног искључења система, што резултира скоро 40% смањењем средњег времена за поправку (МТТР). Ово је у јаком контрасту са старијим дизајном једноконечног кола. Решавање проблема се врши у мало времена (око 66% брже). Када се бави неуспехом, техничари су посвећени том одређеном оштећеном кола, док остатак система наставља да ради на потребној постављеној тачки. Да би се решили проблеми старих система, чак и мало одржавање је захтевало да се систем потпуно искључи. Дизајн паралелног кола нуди оператерима три кључне предности усмерена на максимизацију времена рада:
- Способност за обављање одржавања док систем ради
- Модуларна структура компоненти система
- Чисто зонирање за брзо идентификовање проблема
Овај дизајн оптимизује време рада и укупну ефикасност система. ОЕЕ се позитивно утиче јер се обављају задаци одржавања који обично воде до искључења система, као што су замена компресора и чишћење намота.
Укупни трошкови власништва и утицај на принос: израчунавање РОИ-а полупроводничких хладилника са двоструким кругом
Почетна куповна цена хладилаца за једно оквир може бити нижа, али са свих гледишта, полупроводнички хладилаци за двоструко оквир на крају су јефтинији због оперативних уштеда и заштите приноса производње. Уграђена редуденција штити хладилнике од оштећења температурних екскурзија. Према извештају у издању Semiconductor Digest прошле године, само један сат температурног одступања током процеса етирања може уништити 740.000 долара у плочицама. Поред оперативних уштеда, и трошкови одржавања су нижи. Фацилитис Инжењеринг Џурнал је 2023. године известио да системи ове врсте захтевају 41% мање одржавања. Постоји 30% смањење температурно повезаних прерада и стога повећање оперативне ефикасности од 30% због смањења потрошње енергије узроковане температурно повезаним прерадама. Многи произвођачи, узимајући у обзир све горе наведене факторе, процењују да су њихове укупне трошкове власништва у периоду од пет година у просеку 18% нижи од претходних модела. Оно што је најзначајније јесте брзина са којом се враћају почетне инвестиције. Многи фабрике за производњу великих количина доживљавају повраћај инвестиција за само 14 до 26 месеци због повећања укупне ефикасности опреме за 22%.
Често постављене питања
Зашто је стабилност температуре ± 0,1 °C критична у производњи полупроводника?
Литографија под 7 нм и процеси ецкирања са високим односом аспекта су изузетно осетљиви, а врло мала топлотна варијација може довести до димензионалних и структурних несавршености, које су штете за износ и перформансе.
Како дуал-циркутни хладилници побољшавају производњу полупроводника?
Побољшана прецизна контрола температуре и мање изазове одржавања могу се постићи хладњацима са двоструким кругом.
Које су предности трошкова двоструких хладњака?
Трошкови двоструких хладњака су оправдани уштедом због побољшане енергетске ефикасности, нижих трошкова одржавања, заштите од губитака приноса због флуктуација температуре и брзе повраћај инвестиције.