Selektivitas dan Pengendalian Biaya dalam Proses Etching

Dari Bukti Konsep (POC) hingga Manufaktur Volume Tinggi (HVM)

Bézard menjelaskan tiga tahap perkembangan teknologi etsa:

1. Menentukan bahan etsa, gas, dan lapisan tambahan yang diperlukan untuk etsa.

2. Mendemonstrasikan kemampuan menghilangkan film secara menyeluruh dalam rentang yang ditentukan dan mencapai keseragaman pada wafer.

3. Menentukan cara mengulangi proses pada ribuan chip pada high volume manufacturing (HVM) dengan hasil tinggi dan drift rendah.

Biasanya, insinyur etsa dan integrasi yang terampil menangani dua tahap pengembangan pertama. Tahap ketiga memerlukan keahlian teknik, namun pembelajaran mesin dapat membantu.

“Pembelajaran mesin dan analisis data biasanya hanya berguna pada tahap ketiga,” kata Bézard. “Ini sangat kuat karena dapat mengakses data dalam jumlah besar dan memahami jutaan interaksi kecil dan sederhana. Oleh karena itu, sangat sulit bagi otak manusia untuk memahaminya, namun lebih mudah untuk dikelola oleh program komputer. dengan aplikasi baru, pengetsaan material baru, atau skenario integrasi baru, hal ini belum menunjukkan kemajuan apa pun dibandingkan manusia."

Penggunaan pembelajaran mesin juga terkait dengan biaya produksi karena tahap ketiga melibatkan ribuan wafer, yang jauh lebih besar daripada jumlah yang digunakan pada tahap pertama dan kedua.

Barrett Finch, Direktur Senior Grup Produk Etch di Lam Research, menggambarkan jalur proses baru sebagai memperoleh validasi konsep dari aliran dan tata letak proses nominal dan mengembangkan satu atau lebih perangkat kerja pada wafer. Bukti konsep (POC) ini kemudian ditransfer ke tim pengembangan produk di pabrik wafer untuk meningkatkan proses dan meningkatkan hasil.

Finch mengatakan, "Jumlah pekerjaan yang diperlukan untuk mengubah verifikasi konsep nominal menjadi produk yang menghasilkan pendapatan menguntungkan sering kali diremehkan, sehingga mengakibatkan kesenjangan yang signifikan dalam profitabilitas. Pemodelan jendela proses berupaya menjembatani kesenjangan ini dengan memperkenalkan variasi luar biasa ke dalam tahap awal pengembangan menemukan jalan." Dia menyarankan agar Desain Eksperimen virtual (DOE) dan analisis multi-parameter berbasis Monte Carlo dapat digunakan untuk mensimulasikan perubahan yang diharapkan dan menguji POC.

Finch menambahkan, "Pemodelan jendela proses dapat menjawab pertanyaan seperti, 'Berapa banyak CD atau variabilitas yang perlu saya pertahankan untuk mencapai kinerja dan hasil perangkat terendah?' Kami menyelesaikan simulasi lebih dari satu juta wafer virtual untuk pengujian jendela proses dalam hitungan hari, yang tidak mungkin dicapai dalam kehidupan nyata."

Berbagai parameter memengaruhi laju etsa, profil, dan selektivitas. Salah satu faktor kuncinya adalah suhu. Benjamin Vincent, Manajer Senior Teknik Proses dan Integrasi Semikonduktor di Lam Research, menyatakan bahwa pelanggan dapat mengamati dampak efek termal pada kecepatan, selektivitas, dan profil etsa. Semua parameter ini mempengaruhi hasil perangkat dan produktivitas pabrik wafer. Dia percaya bahwa simulasi dapat sangat berguna ketika suatu langkah proses memiliki beberapa kemungkinan konfigurasi (ruang proses yang besar) atau ketika hasil hilir dari langkah tersebut sangat tidak dapat diprediksi.

Alex Guermouche, Manajer Pemasaran Produk di anak perusahaan Lam Research, Esgee Technologies, menyebutkan, “Proses pengetsaan bergantung pada suhu permukaan chip, yang dipengaruhi oleh berbagai fluks panas, termasuk konduksi termal, energi tumbukan ion, reaksi permukaan, dan radiasi plasma. fluks panas." Dia lebih lanjut menjelaskan, "Oleh karena itu, model plasma perlu menggabungkan semua karakteristik fisik ini untuk secara akurat menggambarkan variasi suhu pada permukaan chip. Perangkat lunak simulasi proses memungkinkan kita untuk memodelkan berbagai atribut pengetsaan, memungkinkan kita memperoleh hasil pengetsaan yang lebih baik dengan lebih cepat dan mempercepat kemampuan pelanggan kami untuk meningkatkan atau mengoptimalkan hasil produksi."

Mencapai waktu yang tepat dalam proses etsa

Untuk geometri yang lebih rapat dan film yang lebih tipis, diperlukan keseimbangan antara laju etsa dan kontrol yang baik terhadap parameter pengoperasian lainnya.

Finch menyatakan, "Seiring dengan menyusutnya aturan desain, banyak proses etsa yang beralih ke langkah proses etsa plasma yang sangat cepat yang memerlukan kontrol yang sangat presisi atas semua masukan reaksi: daya, tekanan, kimia, dan suhu." Dia mencatat bahwa ada juga kecenderungan ke arah optimalisasi perilaku denyut plasma, di mana rasio ion-netral tertentu dihasilkan dan kemudian produk sampingannya dibersihkan. “Pemodelan tingkat lanjut dari skenario ini sangat penting untuk meningkatkan peralatan lebih lanjut.”

Produsen sistem etsa telah menggunakan perangkat lunak pemodelan selama beberapa waktu untuk mempercepat pengembangan node berikutnya atau meningkatkan hasil produksi. Mengingat kompleksitas proses ini dan semua variabelnya, hal ini tidak mengherankan.

Finch berkata, "Tidak ada cukup waktu atau wafer selama pengembangan teknologi node berikutnya untuk melakukan semua kemungkinan eksperimen proses." "Jumlah set konfigurasi peralatan etsa bisa mencapai jutaan, atau bahkan miliaran, membuat pengembangan wafer penuh dengan semua kemungkinan proses menjadi mustahil."

Tentu saja, semua model bagus divalidasi pada chip sebenarnya. Finch berkata, "Model yang baik harus bersifat prediktif dan harus mengatasi masalah spesifik yang ingin dipecahkan oleh pengguna." “Data pabrik yang sebenarnya harus mencerminkan hasil yang direkomendasikan setiap kali perubahan proses atau desain direkomendasikan berdasarkan simulasi kerja. Dalam kasus kami, kami dapat secara akurat memprediksi dampak perubahan proses menggunakan hasil berbasis model dan dengan cepat menyelesaikan proses sulit dan pengembangan teknologi masalah."

Pemasok alat juga mengembangkan proses etsa tingkat lanjut untuk mengintegrasikan lini produksi mereka secara lebih erat dan mengubah proses tingkat dua masker (dua langkah litografi) menjadi satu proses, sehingga menyederhanakan proses dan mengurangi biaya.

Bézard mengatakan, “Perusahaan belum melakukan retrofit pada perangkat keras yang ada untuk membuat pisau Swiss Army lebih canggih, namun telah memperkenalkan teknologi yang disesuaikan dengan aplikasi spesifik, seperti sistem baru untuk memecahkan masalah-masalah mutakhir.” Tujuannya adalah untuk mendekatkan kedua garis yang saling berhadapan, yang saat ini memerlukan langkah pembuatan pola garis dan kemudian cutting mask. "Apa yang diperkenalkan oleh Material Terapan dan lainnya adalah metode pengetsaan langsung dalam arah horizontal." Proses ini juga dapat memperbesar lubang tembus.

Bersambung...