EN
Isıl Kararsızlık, 5 nm’den küçük düğümlerde doğrudan verim kaybına neden olur
Verim kaybı ampirik olarak: ±0,3 °C sıcaklık kayması – EUV litografi sırasında kusurların %12 ila %18 oranında artması
5 nanometreden daha küçük yarı iletken düğümlerinde, aşırı ultraviyole (EUV) litografi sırasında ±0,3 °C’lik termal dalgalanmalar nedeniyle kusurlar %12–%18 oranında artar (Semiconductor Engineering, 2023). Bu dalgalanmalar, lensin kırılma indisini ve maskenin hizalamasını değiştirerek nanometre ölçekli özellikleri etkiler. Kritik seviyelerde, yalnızca bir nanometrelik sapma bile tüm yongaları (die’leri) bozabilir.
Isıl kaynaklı örtüşme hatası, her wafere 3,7 nm’lik hizalama sadakatini azaltan >±0,1 °C’lik kararsızlıklara yol açar
Wafers'ın hizalanması, +/- 0,1 °C seviyesinden katman başına 3,7 nm azalabilir. Bu durum, 3 nm işlem düğümünün 2,1 nm toleransını aşar. Hassasiyet kaybı, karmaşık çoklu desenli çiplerde bağlantılar, transistör kapı sızıntısı ve kısa devrelerle ilgili birden fazla soruna neden olur. Yetersiz termal kontrol sistemine sahip fabrikalar, geçen yıl Ponemon'un araştırmasına göre günlük 740.000 ABD doları değerinde hurda ürün kaybeder. Yüksek hassasiyetli yarı iletken soğutucular bu kayıpları önleyebilir. Bu soğutucular, hassas süreçlerin uygulandığı üretim alanlarında termal değişimleri kontrol eder.
Yüksek Hassasiyetli Yarı İletken Soğutucusu Nasıl Alt-0,1 °C Kararlılığı Sağlar?
Çift kademeli PID ve model tahminli kontrol ile kapalı döngülü mikroakışkan kontrol
Günümüzün yüksek hassasiyetli yarı iletken soğutucuları, aktif sıcaklık kontrolü için kapalı döngülü mikroakışkan sistem ile soğukluğu korur. Bu soğutucular, soğutma sıvısı devresinin tamamına yerleştirilmiş sensörler tarafından alınan ölçümlere göre soğutmayı ayarlayan iki aşamalı PID denetleyicileri kullanır. Denetleyicilerden biri büyük sıcaklık farklarını yönetirken, diğeri ± 0,01 derece aralığında ince ayar yapar. Bu düzeyde kontrol, ani iş yükü değişikliklerine rağmen sistemin ± 0,1 derece içinde kararlı kalmasını sağlar ve sistemi erken aşınmadan korur.
Önceki süreç bilgilerini kullanarak model tahmin algoritmaları, diğer sistemlerle birlikte termal yüklerin nasıl dalgalanacağını tahmin eder. Sorunlar ortaya çıkmadan önce bu akıllı sistemler, kompresör hızlarını ve akış oranlarını değiştirir. Birleşik kontrol yöntemleri için güç kaynağındaki düzensiz basamaklı değişimler durumunda, geleneksel kontrol yöntemlerine kıyasla termal kontrol yöntemlerinin büyüklüğünü yaklaşık %67 oranında azaltırlar. Sistem, DC inverter kompresörleri ve değişken hızlı pompalar aracılığıyla her saniye yüzlerce mikro ayarı sürekli olarak optimize eder. Modern imalatın ön saflarında, neredeyse tam kontrol, 3 nm düğümlerini yanlış hizalayan termal sorunların %95'ten fazlasını ortadan kaldırma yeteneğine sahiptir; bu durum gerçek dünyada kanıtlanmıştır. Yarı iletken geliştiricileri için tolerans ne kadar dar olursa fark o kadar büyük olur.
Gerçek Dünyadaki Etkisi: Yüksek hassasiyetli yarı iletken soğutucularının entegrasyonu, üretim kapasitesini ve çalışma sürekliliğini artırır.
Samsung'ın 3 nm GAA hattı: Isıl geri kazanım süresi %22'lik bir verim artışı sağlayan 3,1 saniyeye düşürüldü.
Önemli bir yarı iletken üreticisi, waferleri soğutmak için tasarlanmış son teknoloji soğutucuları ile nesil sonrası 3 nm Gate-All-Around (GAA) fabrika tesislerine önemli ölçüde etki etmeye devam ediyor. Bu soğutuculardan en dikkat çekici olanı, termal geri kazanım süresinin 42 saniyeden yalnızca 3 saniyenin biraz üzerine düşürülmesiydi. Pratikte bu, tesisin artık günlük olarak ek olarak 500 silikon wafer işleyebilmesi anlamına gelir. Bu durum, çok modern üretim hattının üretim kapasitesinde yaklaşık %22’lik bir artışa da yol açmıştır; bu artış, çok sayıda üretim turu ile doğrulanmıştır. Litografi hattı da bu gelişmiş soğutma sisteminden yararlanarak litografi sıcaklığının sabit tutulmasını sağlamış, hızlı retikül değişiklikleri sırasında litografi kuyruklarının oluşmasını engellemiş ve üretim sürecinin farklı adımları arasında sıcaklık patlamalarının meydana gelmemesini garanti altına almıştır.
Applied Materials Endura Platformu: ±0,05 °C Kararlılığı, Isıya Bağlı Kabin Yeniden Nitelendirilmesini Durdurur
SEMATECH'in 2023 yılında yürüttüğü araştırma, bir ekipman üreticisinin biriktirme sistemlerinin ±0,05 °C'lik akışkan kararlılığı sağlamak amacıyla hassas termal kontrolü kullanmasına olanak tanımaktadır. Bu durum, termal kaymayı neredeyse tamamen ortadan kaldırır. Bunun avantajları nelerdir? Her cihaz ayda yaklaşık 17 saat daha az beklenmedik bakım süresi yaşar; bu da yılda yaklaşık 380 adet ekstra ürün yongası üretimine karşılık gelir. Biriktirme sistemleri için akışkan kararlılığının korunması, malzemelerin farklı oranlarda ısıtılıp soğutulduğu termal döngü işleminde kusur kümelerini de azaltmıştır. Bu iyileşme ayrıca yüksek-κ metal kapısı süreçlerini de olumlu yönde etkilemiş ve ekipman arızaları arasındaki ortalama süreyi yaklaşık %41 artırmıştır.
Sektör Zorunluluğu: Temiz Oda Sınıfında Termal Kararlılık, Temel Bir Gereksinimdir
SEMI F47-0724 güncellemesi, alt-2 nm mantık ve HBM3 üretimi için soğutucu kararlılığının +/– 0,1 °C olmasını gerektirmektedir.
Alt-2 nm mantık çipleri ve HBM3 üretim süreçleri için ±0,1 °C aralığında soğutma sağlayan soğutucular, en son F47-0724 standartlarını temsil eder. Bunun amacı nedir? Fabrikalar, sıcaklık değişimlerinin 0,1 °C’den bile daha küçük değerlerde bile karmaşık bellek yığın yapılarının içinde çeşitli sorunlara yol açan 0,3 nm’lik boyutsal hatalara neden olduğunu uzun zamandır bilmektedir. Neredeyse sınırsız sayıda bellek katmanı ile birlikte, yüksek hassasiyetli soğutucular artık ileri düzey imalatın kritik önemi taşıyan destekleyicileri haline gelmiştir; ayrıca termal kaymalar nedeniyle odaların tamamının yeniden niteliklendirilmesi gereken büyük çoğunlukta örtüşme (overlay) sorunları ortadan kalkmıştır. Gerçek üretim dünyasında elde edilen veriler, bir müşterinin ±0,1 °C kararlılık hedefini başarabilmesi durumunda oluşan kusurların %18’den az olduğunu göstermektedir. Temiz odalarda termal kontrolün sağlanması, artık partikül kontrolünün sağlanması kadar temel bir gereklilik haline gelmiştir.
SSS
Yarı iletken üretiminde termal kararlılığın önemi nedir? Termal kararlılık, küçük sıcaklık değişimlerinin bile büyük kusurlara yol açmasına ve bu nedenle verim oranının düşmesine ile üretim maliyetlerinin artmasına neden olabilmesi sebebiyle önemlidir.
Termal kararlılığın korunmasında yüksek hassasiyetli soğutucuların önemi nedir?
Yüksek hassasiyetli soğutucular, üretim ortamındaki istenmeyen sıcaklık dalgalanmalarını gidererek çiplerin en dar toleranslarda üretilebilmesini sağlayarak termal kararlılığı korur.
İleri düzey termal kontrol sistemlerine sahip üretim tesisleri hangi avantajları elde eder?
İleri düzey termal kontrol sistemleri, üretim tesislerine termal iyileşme süresinde azalma, üretim kapasitesinde artış ve yarı iletken wafers’ların hizalanmasının sağlanarak kusurların azaltılması yoluyla ürün kalitesinde iyileşme sağlamaktadır.