من إثبات المفهوم (POC) إلى التصنيع بكميات كبيرة (HVM)

وصف بيزارد ثلاث مراحل من تطور تكنولوجيا النقش:

1. تحديد عامل النقش والغاز والطبقات المساعدة اللازمة للحفر.

2. إظهار القدرة على إزالة الأفلام بشكل كامل ضمن النطاق المحدد وتحقيق التجانس على الرقاقة.

3. تحديد كيفية تكرار العملية على آلاف الرقائق في عمليات التصنيع ذات الحجم الكبير (HVM) ذات الإنتاجية العالية والانجراف المنخفض.

عادةً ما يتعامل مهندسو الحفر والتكامل المهرة مع المرحلتين الأوليين من التطوير. وتتطلب المرحلة الثالثة خبرة هندسية، ولكن التعلم الآلي يمكن أن يكون مفيدًا.

قال بيزارد: "عادةً ما يكون التعلم الآلي وتحليل البيانات مفيدًا فقط في المرحلة الثالثة". "إنه قوي جدًا لأنه يمكنه الوصول إلى كمية كبيرة من البيانات وفهم الملايين من التفاعلات الصغيرة والبسيطة. لذلك، من الصعب جدًا على الدماغ البشري استيعابها، ولكن من الأسهل على برامج الكمبيوتر إدارتها. ومع ذلك، عند التعامل مع التطبيقات الجديدة، أو حفر مواد جديدة، أو سيناريوهات التكامل الجديدة، لم يُظهر أي تحسن على البشر."

يرتبط استخدام التعلم الآلي أيضًا بتكاليف التصنيع نظرًا لأن المرحلة الثالثة تتضمن آلاف الرقائق، وهو أمر أكبر من العدد المستخدم في المرحلتين الأولى والثانية.

وصف باريت فينش، المدير الأول لمجموعة Etch Product Group في Lam Research، مسار العملية الجديد بأنه الحصول على التحقق من صحة المفهوم من تدفق العملية الاسمية والتخطيط وتطوير جهاز عمل واحد أو أكثر على الرقاقة. يتم بعد ذلك نقل إثبات المفهوم (POC) إلى فريق تطوير المنتج في مصنع الرقائق لتوسيع نطاق العملية وزيادة الإنتاجية.

وقال فينش: "إن حجم العمل المطلوب لتحويل التحقق من المفهوم الاسمي إلى منتجات مربحة مدرة للدخل غالبًا ما يتم الاستهانة به، مما يؤدي إلى فجوة كبيرة في الربحية. وتحاول نمذجة نافذة العمليات سد هذه الفجوة عن طريق إدخال اختلافات رائعة في المراحل الأولى من التطوير اكتشاف المسار." واقترح أنه يمكن استخدام التصميم الافتراضي للتجارب (DOE) والتحليل متعدد المعلمات القائم على مونت كارلو لمحاكاة التغييرات المتوقعة واختبار إثبات المفهوم (POC).

وأضاف فينش: "يمكن أن تجيب نمذجة نوافذ العمليات على أسئلة مثل "ما مقدار القرص المضغوط أو التباين الذي أحتاج إلى صيانته لتحقيق أدنى أداء وإنتاجية للجهاز؟" لقد أكملنا عمليات محاكاة لأكثر من مليون رقاقة افتراضية لاختبار نافذة العمليات في غضون أيام، وهو أمر من المستحيل تحقيقه في الحياة الواقعية."

تؤثر المعلمات المتعددة على معدل الحفر والملف الشخصي والانتقائية. أحد العوامل الرئيسية هو درجة الحرارة. صرح بنجامين فنسنت، المدير الأول لهندسة عمليات أشباه الموصلات والتكامل في شركة Lam Research، أنه يمكن للعملاء ملاحظة تأثير التأثيرات الحرارية على سرعة النقش والانتقائية والشكل الجانبي. تؤثر كل هذه المعلمات على إنتاجية الجهاز وإنتاجية تصنيع الرقاقة. وهو يعتقد أن المحاكاة يمكن أن تكون مفيدة بشكل خاص عندما تحتوي خطوة العملية على تكوينات محتملة متعددة (مساحة عملية كبيرة) أو عندما تكون النتائج النهائية لتلك الخطوة غير قابلة للتنبؤ إلى حد كبير.

ذكر Alex Guermouche، مدير تسويق المنتجات في شركة Esgee Technologies التابعة لشركة Lam Research، أن "عملية النقش تعتمد على درجة حرارة سطح الشريحة، والتي تتأثر بتدفقات حرارية مختلفة، بما في ذلك التوصيل الحراري، وطاقة التأثير الأيوني، والتفاعلات السطحية، وإشعاع البلازما". تدفق الحرارة." وأوضح كذلك: "لذلك، يحتاج نموذج البلازما إلى دمج كل هذه الخصائص الفيزيائية لوصف التغير في درجة الحرارة على سطح الرقاقة بدقة. ويتيح لنا برنامج محاكاة العمليات نمذجة مجموعة من سمات النقش، مما يمكننا من الحصول على نتائج نقش أفضل بشكل أسرع وأسرع." تسريع قدرة عملائنا على زيادة أو تحسين عائد الإنتاج."

تحقيق توقيت دقيق في عملية النقش

بالنسبة للهندسة الأكثر إحكامًا والأفلام الرقيقة، يلزم تحقيق توازن بين معدل الحفر والتحكم الجيد في معلمات التشغيل الأخرى.

صرح فينش، "مع تقلص قواعد التصميم، تنتقل العديد من عمليات الحفر إلى خطوات عملية حفر البلازما السريعة للغاية والتي تتطلب تحكمًا دقيقًا للغاية في جميع مدخلات التفاعل: الطاقة والضغط والكيمياء ودرجة الحرارة." وأشار إلى أن هناك أيضًا اتجاهًا نحو تحسين سلوك نبض البلازما، حيث يتم توليد نسب محددة من الأيون إلى الحياد ومن ثم تتم تصفية المنتجات الثانوية. "إن النمذجة المتقدمة لهذا السيناريو أمر بالغ الأهمية لتوسيع نطاق المعدات بشكل أكبر."

يستخدم مصنعو أنظمة الحفر برامج النمذجة لبعض الوقت لتسريع تطوير العقدة التالية أو زيادة إنتاجية الإنتاج. ونظراً لتعقيد هذه العملية وجميع متغيراتها، فإن هذا ليس مفاجئاً.

قال فينش: "ببساطة، لا يوجد ما يكفي من الوقت أو الرقائق أثناء تطوير تقنية العقدة التالية لإجراء جميع تجارب العملية الممكنة." "يمكن أن يصل عدد مجموعات تكوينات معدات الحفر إلى الملايين، أو حتى المليارات، مما يجعل التطوير الكامل للرقائق مع جميع إمكانيات العملية أمرًا مستحيلًا."

وبطبيعة الحال، يتم التحقق من صحة جميع النماذج الجيدة على الرقائق الفعلية. قال فينش: "النموذج الجيد يجب أن يكون تنبؤيًا ويجب أن يعالج مشكلات محددة يريد المستخدمون حلها." "يجب أن تعكس بيانات التصنيع الفعلية النتائج الموصى بها في كل مرة يوصى فيها بإجراء عملية أو تغيير في التصميم بناءً على عمل محاكاة. في حالتنا، تمكنا من التنبؤ بدقة بتأثير تغييرات العملية باستخدام النتائج المستندة إلى النموذج وحل العمليات الصعبة وتطوير التكنولوجيا بسرعة مشاكل."

يقوم موردو الأدوات أيضًا بتطوير عمليات الحفر المتقدمة لدمج خطوط الإنتاج الخاصة بهم بشكل أكثر إحكامًا وتحويل العمليات ذات مستوى القناع المزدوج (خطوتان للطباعة الحجرية) إلى عملية واحدة، وبالتالي تبسيط العملية وتقليل التكاليف.

وقال بيزارد: "لم تقم الشركات بتعديل الأجهزة الموجودة لجعل سكاكين الجيش السويسري أكثر تطوراً، ولكنها أدخلت تقنيات مصممة خصيصًا لتطبيقات محددة، مثل الأنظمة الجديدة لحل المشكلات المتطورة". الهدف هو تقريب الخطين المواجهين لبعضهما البعض، وهو ما يتطلب حاليًا خطوة نقش الخط ثم قناع القطع. "ما تقدمه شركة Applied Materials وآخرون هو طريقة للحفر المباشر في الاتجاه الأفقي." يمكن لهذه العملية أيضًا توسيع الثقوب.

يتبع...