סלקטיביות ובקרת עלויות בתהליכי איכול

מהוכחת קונספט (POC) לייצור בנפח גבוה (HVM)

בזארד תיאר שלושה שלבים של התפתחות טכנולוגיית התחריט:

1. קביעת חומר התחריט, הגז ושכבות העזר הנדרשות לתחריט.

2. הדגמת היכולת להסיר לחלוטין סרטים בטווח שצוין ולהשיג אחידות על רקיק.

3. קביעה כיצד לחזור על התהליך על אלפי שבבים בייצור בנפח גבוה (HVM) עם תפוקה גבוהה וסחיפה נמוכה.

בדרך כלל, מהנדסי תחריט ואינטגרציה מיומנים מטפלים בשני שלבי הפיתוח הראשונים. השלב השלישי דורש מומחיות הנדסית, אך למידת מכונה יכולה להיות מועילה.

"למידת מכונה וניתוח נתונים שימושיים בדרך כלל רק בשלב השלישי", אמר בזארד. "זה מאוד עוצמתי כי הוא יכול לגשת לכמות גדולה של נתונים ולהבין מיליוני אינטראקציות זעירות ופשוטות. לכן, קשה מאוד למוח האנושי להבין, אבל קל יותר לתוכניות מחשב לנהל. עם זאת, כאשר עוסקים עם יישומים חדשים, תחריט של חומרים חדשים או תרחישי אינטגרציה חדשים, זה לא הראה שום שיפור ביחס לבני אדם."

השימוש בלמידת מכונה קשור גם לעלויות הייצור שכן השלב השלישי כרוך באלפי פרוסות, שגדול בסדר גודל מהמספר המשמש בשלב הראשון והשני.

בארט פינץ', מנהל בכיר של קבוצת המוצרים של Etch ב-Lam Research, תיאר את נתיב התהליך החדש כקבלת אימות קונספט מזרימה ופריסה של תהליך נומינליים ופיתוח מכשיר עבודה אחד או יותר על רקיק. הוכחת קונספט (POC) זו מועברת לאחר מכן לצוות פיתוח המוצר במפעל הוופל כדי להגדיל את התהליך ולהגדיל את התשואה.

פינץ' אמר, "כמות העבודה הנדרשת כדי להפוך את אימות הקונספט הנומינלי למוצרים מניבים רווחים לעתים קרובות מוערכת פחות, וכתוצאה מכך לפער משמעותי ברווחיות. מודל חלון תהליכי מנסה לגשר על פער זה על ידי הצגת וריאציות נהדרות בשלבי הפיתוח המוקדמים. ממצא דרך." הוא הציע שניתן להשתמש ב-Design of Experiments וירטואלי (DOE) וניתוח רב פרמטרים מבוסס מונטה קרלו כדי לדמות שינויים צפויים ולבדוק את ה-POC.

פינץ' הוסיף, "מודלים של חלון תהליכים יכולים לענות על שאלות כמו, 'כמה CD או שונות אני צריך לשמור כדי להשיג את הביצועים והתפוקה הנמוכים ביותר של המכשיר?' השלמנו סימולציות של למעלה ממיליון פרוסות וירטואליות לבדיקת חלונות תהליכים תוך מספר ימים, דבר שאי אפשר להשיג במציאות."

פרמטרים מרובים משפיעים על קצב חריטה, פרופיל וסלקטיביות. גורם מרכזי אחד הוא טמפרטורה. בנג'מין וינסנט, מנהל בכיר של הנדסת תהליכים ואינטגרציה מוליכים למחצה ב-Lam Research, הצהיר כי לקוחות יכולים לראות את ההשפעה של השפעות תרמיות על מהירות תחריט, סלקטיביות ופרופיל. כל הפרמטרים הללו משפיעים על תפוקת המכשיר ועל פרודוקטיביות של פרוסות. הוא מאמין שסימולציה יכולה להיות שימושית במיוחד כאשר לשלב תהליך יש מספר תצורות אפשריות (מרחב תהליך גדול) או כאשר התוצאות במורד הזרם של אותו שלב הן בלתי צפויות ביותר.

אלכס גרמוש, מנהל שיווק מוצר בחברת הבת של לאם ריסרץ', Esgee Technologies, הזכיר, "תהליך התחריט תלוי בטמפרטורת פני השטח של השבב, המושפעת משטפי חום שונים, כולל הולכה תרמית, אנרגיית פגיעת יונים, תגובות פני השטח וקרינת פלזמה. שטף חום." הוא הסביר עוד, "לכן, מודל פלזמה צריך לשלב את כל המאפיינים הפיזיים הללו כדי לתאר במדויק את וריאציות הטמפרטורה על פני השבב. תוכנת הדמיית תהליכים מאפשרת לנו ליצור מודל של מגוון תכונות תחריט, מה שמאפשר לנו להשיג תוצאות תחריט טובות יותר מהר יותר. להאיץ את יכולת הלקוחות שלנו להגדיל או לייעל את תפוקת הייצור".

השגת תזמון מדויק בתהליך התחריט

עבור גיאומטריות הדוקות יותר וסרטים דקים יותר, נדרש איזון בין קצב חריטה ושליטה טובה על פרמטרי הפעלה אחרים.

פינץ' הצהיר, "ככל שכללי התכנון מתכווצים, תהליכי חריטה רבים עוברים לשלבים מהירים מאוד של תהליך תחריט פלזמה הדורשים בקרה מדויקת ביותר של כל תשומות התגובה: הספק, לחץ, כימיה וטמפרטורה." הוא ציין כי ישנה גם מגמה לאופטימיזציה של התנהגות דופק פלזמה, שבה נוצרים יחסי יון-ניטרליים ספציפיים ואז תוצרי הלוואי מתנקים. "מידול מתקדם של תרחיש זה הוא קריטי להגדלת הציוד עוד יותר."

יצרני מערכות תחריט משתמשים בתוכנת מידול מזה זמן מה כדי להאיץ את הפיתוח של הצומת הבא או להגביר את תפוקת הייצור. בהתחשב במורכבות התהליך הזה וכל המשתנים שלו, זה לא מפתיע.

פינץ' אמר, "פשוט אין מספיק זמן או מספיק פרוסות במהלך הפיתוח של טכנולוגיית הצומת הבאה כדי לבצע את כל ניסויי התהליך האפשריים." "מספר הקבוצות של תצורות ציוד תחריט יכול להיות במיליונים, או אפילו מיליארדים, מה שהופך פיתוח מלא של פרוסות עם כל אפשרויות התהליך לבלתי אפשרי."

כמובן, כל הדגמים הטובים מאומתים על שבבים בפועל. פינץ' אמר, "מודל טוב צריך להיות חיזוי והוא צריך לתת מענה לבעיות ספציפיות שהמשתמשים רוצים לפתור". "נתוני פנטסטיים בפועל צריכים לשקף תוצאות מומלצות בכל פעם שתהליך או שינוי עיצוב מומלץ על סמך עבודה מדומה. במקרה שלנו, הצלחנו לחזות במדויק את ההשפעה של שינויים בתהליך באמצעות תוצאות מבוססות מודל ולפתור במהירות תהליכים ופיתוח טכנולוגי קשה. נושאים."

ספקי הכלים מפתחים גם תהליכי תחריט מתקדמים כדי לשלב בצורה הדוקה יותר את קווי הייצור שלהם ולהפוך תהליכים ברמת שתי מסכות (שני שלבי ליטוגרפיה) לתהליך אחד, ובכך לפשט את התהליך ולהפחית עלויות.

בזארד אמר, "חברות לא שידרו חומרה קיימת כדי להפוך את סכיני הצבא השוויצריים למתוחכמים יותר, אך הציגו טכנולוגיות המותאמות ליישומים ספציפיים, כמו מערכות חדשות לפתרון בעיות חדשניות". המטרה היא לקרב את שני הקווים הפונים זה לזה, שכרגע דורשים שלב דפוס קו ולאחר מכן מסכת חיתוך. "מה ש-Applied Materials ואחרים מציגים הוא שיטה של תחריט ישיר בכיוון האופקי." תהליך זה יכול גם להגדיל חורים דרך.

המשך יבוא...