개념 증명(POC)에서 대량 생산(HVM)까지

Bézard는 에칭 기술 개발의 세 단계를 설명했습니다.

1. 에칭에 필요한 에칭제, 가스, 보조층을 결정합니다.

2. 규정 범위 내에서 필름을 완전히 제거하고 웨이퍼의 균일성을 달성하는 능력을 입증합니다.

3. 높은 수율과 낮은 드리프트로 대량 생산(HVM)에서 수천 개의 칩에 대한 프로세스를 반복하는 방법을 결정합니다.

일반적으로 숙련된 에칭 및 통합 엔지니어가 개발의 처음 두 단계를 처리합니다. 세 번째 단계에는 엔지니어링 전문 지식이 필요하지만 머신러닝이 도움이 될 수 있습니다.

Bézard는 "기계 학습과 데이터 분석은 일반적으로 세 번째 단계에서만 유용합니다."라고 말했습니다. "많은 양의 데이터에 접근할 수 있고 수백만 개의 작고 단순한 상호 작용을 이해할 수 있기 때문에 매우 강력합니다. 따라서 인간의 두뇌가 이해하기는 매우 어렵지만 컴퓨터 프로그램이 관리하기는 더 쉽습니다. 그러나 처리할 때는 새로운 응용 프로그램, 새로운 재료의 에칭 또는 새로운 통합 시나리오를 사용해도 인간보다 개선된 점은 보이지 않습니다."

3단계에는 수천 장의 웨이퍼가 필요하기 때문에 머신러닝 활용은 제조 비용과도 관련이 있다. 이는 1단계와 2단계에서 사용된 수보다 한 자릿수 더 많다.

Lam Research의 식각 제품 그룹 수석 이사인 Barrett Finch는 새로운 공정 경로가 공칭 공정 흐름 및 레이아웃에서 개념 검증을 얻고 웨이퍼에서 하나 이상의 작동 장치를 개발하는 것이라고 설명했습니다. 그런 다음 이 개념 증명(POC)을 웨이퍼 팹의 제품 개발 팀으로 전송하여 프로세스를 확장하고 수율을 높입니다.

Finch는 "명목상의 개념 검증을 수익성 있는 수익 창출 제품으로 전환하는 데 필요한 작업량이 종종 과소평가되어 수익성에 상당한 격차가 발생합니다. 프로세스 창 모델링은 개발 초기 단계에 팹 변형을 도입하여 이러한 격차를 해소하려고 시도합니다. 길 찾기." 그는 가상 실험 설계(DOE)와 몬테카를로 기반 다중 매개변수 분석을 사용하여 예상되는 변화를 시뮬레이션하고 POC를 테스트할 수 있다고 제안했습니다.

Finch는 "프로세스 창 모델링은 '최저 장치 성능과 수율을 달성하기 위해 얼마나 많은 CD 또는 변동성을 유지해야 합니까?'와 같은 질문에 답할 수 있습니다. 우리는 프로세스 윈도우 테스트를 위해 백만 개 이상의 가상 웨이퍼에 대한 시뮬레이션을 며칠 만에 완료했는데, 이는 현실에서는 불가능한 일입니다."

여러 매개변수가 에칭 속도, 프로파일 및 선택도에 영향을 미칩니다. 핵심 요소 중 하나는 온도입니다. Lam Research의 반도체 공정 및 통합 엔지니어링 수석 관리자인 Benjamin Vincent는 고객이 에칭 속도, 선택성 및 프로파일에 대한 열 효과의 영향을 관찰할 수 있다고 말했습니다. 이러한 모든 매개변수는 장치 수율과 웨이퍼 제조 생산성에 영향을 미칩니다. 그는 프로세스 단계에 여러 가지 가능한 구성(큰 프로세스 공간)이 있거나 해당 단계의 다운스트림 결과를 매우 예측할 수 없는 경우 시뮬레이션이 특히 유용할 수 있다고 믿습니다.

Lam Research 자회사 Esgee Technologies의 제품 마케팅 관리자인 Alex Guermouche는 "에칭 공정은 칩의 표면 온도에 따라 달라지며, 이는 열전도, 이온 충격 에너지, 표면 반응 및 플라즈마 방사선을 포함한 다양한 열유속의 영향을 받습니다." 열유속." 그는 또한 "따라서 플라즈마 모델은 칩 표면의 온도 변화를 정확하게 설명하기 위해 이러한 모든 물리적 특성을 통합해야 합니다. 프로세스 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하면 다양한 에칭 속성을 모델링할 수 있으므로 더 나은 에칭 결과를 더 빠르고 빠르게 얻을 수 있습니다. 생산 수율을 높이거나 최적화하는 고객의 능력을 가속화합니다."

에칭 공정에서 정확한 타이밍 달성

더 조밀한 형상과 더 얇은 필름의 경우 에칭 속도와 다른 작동 매개변수에 대한 적절한 제어 사이의 균형이 필요합니다.

Finch는 "설계 규칙이 축소됨에 따라 많은 식각 공정이 모든 반응 입력(전력, 압력, 화학 및 온도)을 매우 정밀하게 제어해야 하는 매우 빠른 플라즈마 식각 공정 단계로 전환하고 있습니다."라고 말했습니다. 그는 특정 이온 대 중성 비율이 생성되고 부산물이 제거되는 플라즈마 펄스 동작을 최적화하는 경향도 있다고 지적했습니다. "이 시나리오의 고급 모델링은 장비를 더욱 확장하는 데 매우 중요합니다."

에칭 시스템 제조업체는 다음 노드 개발 속도를 높이거나 생산 수율을 높이기 위해 한동안 모델링 소프트웨어를 사용해 왔습니다. 이 프로세스와 모든 변수의 복잡성을 고려하면 이는 놀라운 일이 아닙니다.

Finch는 "차세대 노드 기술을 개발하는 동안 가능한 모든 공정 실험을 수행하기에는 시간이나 웨이퍼가 충분하지 않습니다."라고 말했습니다. "에칭 장비 구성 세트의 수는 수백만, 심지어 수십억에 이를 수 있으므로 모든 공정 가능성을 갖춘 완전한 웨이퍼 개발이 불가능합니다."

물론 모든 좋은 모델은 실제 칩에서 검증됩니다. Finch는 "좋은 모델은 예측이 가능해야 하며 사용자가 해결하고 싶어하는 특정 문제를 해결해야 합니다."라고 말했습니다. "실제 팹 데이터에는 시뮬레이션 작업을 기반으로 공정이나 설계 변경이 권장될 때마다 권장 결과가 반영되어야 합니다. 우리의 경우 모델 기반 결과를 활용해 공정 변경에 따른 영향을 정확하게 예측하고 어려운 공정 및 기술 개발을 신속하게 해결할 수 있었습니다. 문제."

또한 도구 공급업체는 생산 라인을 더욱 긴밀하게 통합하고 2마스크 레벨 프로세스(2개의 리소그래피 단계)를 하나의 프로세스로 전환하여 프로세스를 단순화하고 비용을 절감하기 위해 고급 에칭 프로세스를 개발하고 있습니다.

Bézard는 "회사들은 스위스 군용 칼을 더욱 정교하게 만들기 위해 기존 하드웨어를 개조하지 않았지만 최첨단 문제를 해결하기 위한 새로운 시스템과 같은 특정 응용 분야에 맞춘 기술을 도입했습니다"라고 말했습니다. 목표는 서로 마주보는 두 라인을 더 가깝게 만드는 것입니다. 이를 위해서는 현재 라인 패터닝 단계와 절단 마스크가 필요합니다. "어플라이드머티어리얼즈 등이 선보이고 있는 것은 수평 방향으로 직접 식각하는 방식이다." 이 프로세스는 관통 구멍을 확대할 수도 있습니다.

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