EN
Exakt temperaturreglering: Eliminering av mikrodefekter vid litografi och ätning
Varför är en stabilitet på ±0,1 °C ovillkorlig för litografi under 7 nm och ätning med högt förhållande mellan djup och bredd
Vid processnoder under 7 nm kan termiska variationer större än ±0,1 °C leda till kraftiga dimensionella förändringar. Detta beror på fotokemiska reaktioner vid EUV-litografi. Studier har visat att termiska variationer på 0,1 °C kan leda till en ungefärlig ökning av dimensionerna med 0,15 nm (Fallstudier inom värmeteknik, 2023). Instabiliteter vid etching med hög aspektkvot kan leda till inkonsekventa väggvinklar, vilket ökar via-motståndet med cirka 18 % och minskar utbytet med 3–5 % per wafer. Detta förklarar varför de flesta tillverkare börjat införa dubbla kylkretsar för halvledare. Dessa system med dubbla kretsar har oberoende kylmediekretsar som absorberar termiska stötar från separata processverktyg. Dessa system är betydligt bättre än traditionella system med en enda krets, som lider av stora termiska svängningar på grund av plötsliga förändringar i verktygsbelastningen. Detta är särskilt viktigt vid bearbetning under 7 nm, där extremt höga strukturer med hög aspektkvot (100:1) skapas. Vanliga termiska fördröjningar kan orsaka betydande konisk förändring (taper) på wafern.
Hur termisk drift orsakar fotoresistskorpa, kantirregulariteter och överlappningsfel
Termisk drift och fotoresistexponering utlöser dessa tre korrelerade felmoder:
1. Skorpa: Oupplösta rester återstår i 12 nm djupa spår när kylningshastigheten inte är kontrollerad och sjunker under 0,1 °C/s
2. Kantirregulariteter (LER): Efter exponeringsbaket ökar ojämnheten med 40 % vid temperatursvängningar på över 0,3 °C (Precis. Eng. 2017)
3. Överlappningsfel: För varje 0,1 °C förändring orsakar differentiell expansion i kiselwafer och retiklar en missjustering på 0,25 nm
Dessa defekter står tillsammans för 62 % av den parametriska utbytet förlusten i 5 nm-noder. Med dubbla kretskylsystem som säkerställer att termiska zoner inte kontaminerar varandra kan etchkammare upprätthålla en stabilitet på ±0,05 °C samtidigt som litografiverktygen kan ställas in på fritt valda temperaturer.
Oberoende dubbelkretskylning: Möjliggör samtidig stöd för flera processer
Kylning av olika verktyg – t.ex. 12 °C waferrengörare och 65 °C snabbvärmeprocessorer – utan korskanalsstörningar
Att hantera extrema temperaturskillnader är mycket avgörande i modern halvledartillverkning. Medan waferrengöringsanläggningar måste arbeta vid cirka 12 grader Celsius för att förhindra kontaminering av wafers måste snabba termiska processorer arbeta vid 65 grader Celsius för att korrekt aktivera dopanter. På grund av temperaturskillnaderna uppstår problem med standardkylningsaggregat, som endast har en krets, där ”kalla” delar absorberar värme från ”heta” processer, vilket leder till en snabb temperaturändring på plus eller minus 3–5 grader. Därför blir dubbelkretskylningsaggregat alltmer nödvändiga. Dubbelkretskylningsaggregat kyler ner rörsystemet fullständigt, vilket möjliggör en fullständig separation av kylmedier. Varje sida har sin egen kompressor och sina egna styrsystem. En sida håller rengöringsanläggningarna vid 12,2 grader Celsius, medan den andra håller RTP-verktygen vid 65,3 grader Celsius. Denna separation av kylning stoppar nästan helt oönskad energiöverföring mellan kretsarna. Detta resulterar i färre problem med otillräcklig resistavlägsning i rengöringsanläggningarna och bättre enhetlighet i dopantaktivering i RTP. Enligt en rapport i Semiconductor Engineering förra året har denna metod förbättrat verktygsutnyttjandet med ca 22 % och lindrat utbytesproblem som är kopplade till samtidig drift av flera processer.
Låt oss svalka utan avbrott
Halvledare är utformade för att vara känslomässiga för värme. Vi kyler dem noggrant för att undvika temperaturändringar där vi behöver hålla temperaturen inom ± 0,1 °C. För att kunna ta bort underhållskretsar för temperaturreglering en i taget gör dubbelkretskylarna det möjligt för systemet att sömlöst växla mellan kretsarna för att reglera temperaturen. Tusentals dollar i värde av wafersparas därigenom. Även underhållsåtgärder som kräver att kylarna stannas, till exempel påfyllning, pumpreparation etc., orsakar inte produktionsstörningar. För litografiska processer där endast små temperaturändringar krävs är denna skyddsfunktion mycket avgörande.
Varför leder dubbelkretskylare för halvledare till en markant minskning av MTTR jämfört med tidigare generationer av enfaldiga kretssystem?
På grund av oberoende kylkretsar kan underhållslag åtgärda problem i vissa regioner eller områden utan att stänga av hela systemet, vilket resulterar i en nästan 40 % minskning av genomsnittlig reparationstid (MTTR). Detta står i stark kontrast till äldre system med en enda kretskonstruktion. Felsökning utförs på en bråkdel av tiden (ca 66 % snabbare). När ett fel uppstår är teknikerna dedikerade åt just den felaktiga kretsen, medan resten av systemet fortsätter att drivas vid sin krävda inställningspunkt. För att åtgärda fel i äldre system krävdes även mindre underhållsarbete att stänga av hela systemet. Den parallella kretskonstruktionen erbjuder operatörer tre nyckelfördelar som syftar till att maximera driftstiden:
- Möjlighet att utföra underhåll samtidigt som systemet är i drift
- Modulär struktur för systemkomponenterna
- Tydlig zonindelning för snabb identifiering av problem
Denna design optimerar driftstiden och den totala systemeffektiviteten. OEE påverkas positivt eftersom underhållsåtgärder som vanligtvis leder till systemavstängning, till exempel kompressorbyte och spolrengöring, utförs.
Totala ägandekostnaden och påverkan på utbytet: Beräkning av avkastningen på investeringen (ROI) för dubbelkretsiga halvledarkylaggregat
Den initiala inköpskostnaden för enfasiga kyldon kan vara lägre, men ur alla synvinklar visar det sig att tvåfasiga halvledarkyldon slutligen blir billigare tack vare driftbesparingar och skydd av produktionsutbytet. Den inbyggda redundansen skyddar kyldonen mot skadliga temperaturavvikelser. Enligt en rapport i Semiconductor Digest förra året kan bara en timmes temperaturdrift under ätzningsprocessen förstöra vafers värdet av 740 000 USD. Förutom driftbesparingarna är även underhållskostnaderna lägre. Facilities Engineering Journal rapporterade 2023 att system av denna typ kräver 41 % mindre underhåll. Det sker en minskning med 30 % av temperaturrelaterad omarbete, vilket leder till en ökning av driftseffektiviteten med 30 % på grund av minskad energiförspillning orsakad av temperaturrelaterad omarbete. Många tillverkare, när de tar hänsyn till samtliga ovanstående faktorer, uppskattar att deras totala ägarkostnad under en femårsperiod i genomsnitt är 18 % lägre än för tidigare modeller. Det mest anmärkningsvärda är dock snabbheten i återbetalning av den ursprungliga investeringen – detta är verkligen det som särskiljer dem. Många högvolymsfabriker upplever en återbetalning av sin investering redan inom 14–26 månader tack vare den 22 % högre totala utrustningseffektiviteten (OEE).
Vanliga frågor
Varför är temperaturstabilitet på ±0,1 °C avgörande för halvledartillverkning?
Sub-7 nm-litografi och etningsprocesser med hög aspektkvot är extremt känslomärka, och mycket liten termisk variation kan leda till dimensionella och strukturella fel, vilket minskar utbytet och försämrar prestanda.
Hur förbättrar tvåkretsiga kyldon halvledartillverkningen?
Tvåkretsiga kyldon möjliggör förbättrad precision i temperaturreglering och lägre underhållskostnader tack vare undvikande av termisk kontaminering genom oberoende kykkretsar.
Vilka kostnadsfördelar erbjuder tvåkretsiga kyldon?
Kostnaderna för tvåkretsiga kyldon är motiverade av besparingar som uppstår tack vare förbättrad energieffektivitet, lägre underhållskostnader, skydd mot utbytesförluster orsakade av temperatursvängningar samt en snabb avkastning på investeringen.