selectiviteit en kostenbeheersing in etsprocessen

Van Proof of Concept (POC) naar High Volume Manufacturing (HVM)

Bézard beschreef drie fasen in de ontwikkeling van de etstechnologie:

1. Bepalen van het voor het etsen benodigde etsmiddel, gas en hulplagen.

2. Demonstreren van het vermogen om films binnen het gespecificeerde bereik volledig te verwijderen en uniformiteit op een wafer te bereiken.

3. Bepalen hoe het proces moet worden herhaald op duizenden chips in hoogvolumeproductie (HVM) met hoge opbrengst en lage drift.

Meestal verzorgen bekwame ets- en integratie-ingenieurs de eerste twee ontwikkelingsfasen. De derde fase vereist technische expertise, maar machinaal leren kan nuttig zijn.

"Machine learning en data-analyse zijn doorgaans pas nuttig in de derde fase", zegt Bézard. “Het is zeer krachtig omdat het toegang heeft tot een grote hoeveelheid gegevens en miljoenen kleine en eenvoudige interacties kan begrijpen. Daarom is het voor het menselijk brein erg moeilijk om het te begrijpen, maar het is voor computerprogramma’s gemakkelijker om het te beheren. met nieuwe toepassingen, het etsen van nieuwe materialen of nieuwe integratiescenario's heeft het geen enkele verbetering ten opzichte van mensen laten zien."

Het gebruik van machinaal leren houdt ook verband met de productiekosten, aangezien bij de derde fase duizenden wafels betrokken zijn, wat een orde van grootte groter is dan het aantal dat in de eerste en tweede fase werd gebruikt.

Barrett Finch, Senior Director van Etch Product Group bij Lam Research, beschreef het nieuwe procespad als het verkrijgen van conceptvalidatie op basis van de nominale processtroom en lay-out en het ontwikkelen van een of meer werkende apparaten op een wafer. Dit proof of concept (POC) wordt vervolgens overgedragen aan het productontwikkelingsteam van de wafelfabriek om het proces op te schalen en de opbrengst te verhogen.

Finch zei: “De hoeveelheid werk die nodig is om nominale conceptverificatie om te zetten in winstgevende, inkomstengenererende producten wordt vaak onderschat, wat resulteert in een aanzienlijk gat in de winstgevendheid. Procesvenstermodellering probeert deze kloof te overbruggen door fab-variaties in de vroege ontwikkelingsstadia te introduceren. Padvinden." Hij suggereerde dat virtueel Design of Experiments (DOE) en op Monte Carlo gebaseerde multiparameteranalyse kunnen worden gebruikt om verwachte veranderingen te simuleren en de POC te testen.

Finch voegde hieraan toe: "Procesvenstermodellering kan vragen beantwoorden als: 'Hoeveel CD of variabiliteit moet ik behouden om de laagste apparaatprestaties en -opbrengst te bereiken?' We hebben binnen enkele dagen simulaties van meer dan een miljoen virtuele wafers voltooid voor het testen van procesvensters, wat in het echte leven onmogelijk is te realiseren."

Meerdere parameters beïnvloeden de etssnelheid, het profiel en de selectiviteit. Een belangrijke factor is de temperatuur. Benjamin Vincent, Senior Manager Semiconductor Process and Integration Engineering bij Lam Research, verklaarde dat klanten de impact van thermische effecten op de etssnelheid, selectiviteit en profiel kunnen observeren. Al deze parameters beïnvloeden de opbrengst van het apparaat en de productiviteit van de wafelfabriek. Hij is van mening dat simulatie vooral nuttig kan zijn wanneer een processtap meerdere mogelijke configuraties heeft (een grote procesruimte) of wanneer de stroomafwaartse resultaten van die stap zeer onvoorspelbaar zijn.

Alex Guermouche, Product Marketing Manager bij Lam Research's dochteronderneming Esgee Technologies, zei: "Het etsproces is afhankelijk van de oppervlaktetemperatuur van de chip, die wordt beïnvloed door verschillende warmtestromen, waaronder thermische geleiding, ionenimpactenergie, oppervlaktereacties en plasmastraling. warmtestroom." Hij legde verder uit: "Daarom moet een plasmamodel al deze fysieke kenmerken incorporeren om de temperatuurvariatie op het chipoppervlak nauwkeurig te beschrijven. Processimulatiesoftware stelt ons in staat een reeks etsattributen te modelleren, waardoor we sneller betere etsresultaten kunnen verkrijgen en het vermogen van onze klanten om de productieopbrengst te verhogen of te optimaliseren te versnellen."

Het bereiken van een nauwkeurige timing in het etsproces

Voor strakkere geometrieën en dunnere films is een evenwicht tussen de etssnelheid en een goede controle over andere bedrijfsparameters vereist.

Finch verklaarde: "Naarmate de ontwerpregels kleiner worden, gaan veel etsprocessen over op zeer snelle plasma-etsprocesstappen die een zeer nauwkeurige controle vereisen van alle reactie-inputs: vermogen, druk, chemie en temperatuur." Hij merkte op dat er ook een trend is in de richting van het optimaliseren van het plasmapulsgedrag, waarbij specifieke ion-tot-neutrale verhoudingen worden gegenereerd en vervolgens de bijproducten worden verwijderd. "Geavanceerde modellering van dit scenario is van cruciaal belang voor het verder opschalen van apparatuur."

Fabrikanten van etssystemen gebruiken al geruime tijd modelleringssoftware om de ontwikkeling van het volgende knooppunt te versnellen of de productieopbrengst op te voeren. Gezien de complexiteit van dit proces en al zijn variabelen is dit niet verrassend.

Finch zei: "Er is simpelweg niet genoeg tijd of genoeg wafers tijdens de ontwikkeling van de volgende knooppunttechnologie om alle mogelijke procesexperimenten uit te voeren." "Het aantal sets etsapparatuurconfiguraties kan in de miljoenen of zelfs miljarden lopen, waardoor volledige waferontwikkeling met alle procesmogelijkheden onmogelijk wordt."

Uiteraard worden alle goede modellen gevalideerd op echte chips. Finch zei: "Een goed model moet voorspellend zijn en specifieke problemen aanpakken die gebruikers opgelost willen hebben." "De werkelijke fabrieksgegevens moeten de aanbevolen resultaten weerspiegelen elke keer dat een proces- of ontwerpwijziging wordt aanbevolen op basis van gesimuleerd werk. In ons geval waren we in staat om de impact van procesveranderingen nauwkeurig te voorspellen met behulp van op modellen gebaseerde resultaten en snel moeilijke proces- en technologieontwikkelingen op te lossen. problemen."

Gereedschapsleveranciers ontwikkelen ook geavanceerde etsprocessen om hun productielijnen nauwer te integreren en processen op twee-maskerniveau (twee lithografische stappen) in één proces om te zetten, waardoor het proces wordt vereenvoudigd en de kosten worden verlaagd.

Bézard zei: "Bedrijven hebben bestaande hardware niet achteraf aangepast om Zwitserse zakmessen geavanceerder te maken, maar hebben technologieën geïntroduceerd die zijn afgestemd op specifieke toepassingen, zoals nieuwe systemen om geavanceerde problemen op te lossen." Het doel is om de twee lijnen die tegenover elkaar staan dichter bij elkaar te brengen, waarvoor momenteel een lijnpatroonstap en vervolgens een snijmasker nodig zijn. "Wat Applied Materials en anderen introduceren is een methode van direct etsen in horizontale richting." Dit proces kan ook doorgaande gaten vergroten.

Wordt vervolgd...