Tính chọn lọc và kiểm soát chi phí trong các quy trình khắc axit

Từ Chứng minh khái niệm (POC) đến Sản xuất khối lượng lớn (HVM)

Bézard đã mô tả ba giai đoạn phát triển của công nghệ khắc:

1. Xác định chất ăn mòn, chất khí và các lớp phụ trợ cần thiết cho quá trình ăn mòn.

2. Thể hiện khả năng loại bỏ hoàn toàn màng trong phạm vi quy định và đạt được độ đồng nhất trên tấm wafer.

3. Xác định cách lặp lại quy trình trên hàng nghìn chip trong sản xuất khối lượng lớn (HVM) với năng suất cao và độ trôi thấp.

Thông thường, các kỹ sư tích hợp và khắc có tay nghề cao sẽ xử lý hai giai đoạn phát triển đầu tiên. Giai đoạn thứ ba đòi hỏi chuyên môn kỹ thuật, nhưng học máy có thể hữu ích.

Bézard cho biết: “Học máy và phân tích dữ liệu thường chỉ hữu ích trong giai đoạn thứ ba”. “Nó rất mạnh mẽ vì nó có thể truy cập một lượng lớn dữ liệu và hiểu được hàng triệu tương tác nhỏ và đơn giản. Do đó, bộ não con người rất khó hiểu nhưng các chương trình máy tính lại dễ quản lý hơn. Tuy nhiên, khi giao dịch với các ứng dụng mới, khắc vật liệu mới hoặc các kịch bản tích hợp mới, nó vẫn chưa cho thấy bất kỳ sự cải thiện nào so với con người."

Việc sử dụng học máy cũng liên quan đến chi phí sản xuất vì giai đoạn thứ ba liên quan đến hàng nghìn tấm wafer, lớn hơn số lượng được sử dụng trong giai đoạn thứ nhất và thứ hai.

Barrett Finch, Giám đốc cấp cao của Nhóm sản phẩm Etch tại Lam Research, đã mô tả lộ trình quy trình mới là đạt được xác nhận khái niệm từ quy trình và bố cục quy trình danh nghĩa, đồng thời phát triển một hoặc nhiều thiết bị hoạt động trên một tấm bán dẫn. Bằng chứng về khái niệm (POC) này sau đó được chuyển đến nhóm phát triển sản phẩm tại nhà máy sản xuất tấm bán dẫn để mở rộng quy trình và tăng năng suất.

Finch cho biết: "Khối lượng công việc cần thiết để chuyển việc xác minh khái niệm danh nghĩa thành các sản phẩm tạo ra doanh thu có lợi nhuận thường bị đánh giá thấp, dẫn đến khoảng cách đáng kể về lợi nhuận. Mô hình hóa cửa sổ quy trình cố gắng thu hẹp khoảng cách này bằng cách đưa các biến thể fab vào giai đoạn phát triển ban đầu tìm đường." Ông gợi ý rằng Thiết kế thí nghiệm ảo (DOE) và phân tích đa thông số dựa trên Monte Carlo có thể được sử dụng để mô phỏng những thay đổi dự kiến và kiểm tra POC.

Finch nói thêm: "Mô hình hóa cửa sổ quy trình có thể trả lời các câu hỏi như 'Tôi cần duy trì bao nhiêu CD hoặc độ biến thiên để đạt được hiệu suất và năng suất thiết bị thấp nhất?' Chúng tôi đã hoàn thành mô phỏng hơn một triệu tấm wafer ảo để thử nghiệm cửa sổ quy trình trong vài ngày, điều này không thể đạt được trong đời thực."

Nhiều tham số ảnh hưởng đến tốc độ khắc, cấu hình và độ chọn lọc. Một yếu tố quan trọng là nhiệt độ. Benjamin Vincent, Giám đốc cấp cao về Kỹ thuật tích hợp và quy trình bán dẫn tại Lam Research, cho biết khách hàng có thể quan sát tác động của hiệu ứng nhiệt đến tốc độ ăn mòn, độ chọn lọc và cấu hình. Tất cả các thông số này ảnh hưởng đến năng suất thiết bị và năng suất chế tạo tấm bán dẫn. Ông tin rằng mô phỏng có thể đặc biệt hữu ích khi một bước quy trình có nhiều cấu hình có thể có (không gian quy trình lớn) hoặc khi kết quả cuối cùng của bước đó rất khó dự đoán.

Alex Guermouche, Giám đốc Tiếp thị Sản phẩm tại công ty con Esgee Technologies của Lam Research, cho biết: “Quá trình ăn mòn phụ thuộc vào nhiệt độ bề mặt của chip, nhiệt độ này bị ảnh hưởng bởi nhiều dòng nhiệt khác nhau, bao gồm dẫn nhiệt, năng lượng va chạm ion, phản ứng bề mặt và bức xạ plasma. thông lượng nhiệt." Ông giải thích thêm: "Do đó, một mô hình plasma cần kết hợp tất cả các đặc điểm vật lý này để mô tả chính xác sự thay đổi nhiệt độ trên bề mặt chip. Phần mềm mô phỏng quy trình cho phép chúng tôi mô hình hóa một loạt các thuộc tính ăn mòn, cho phép chúng tôi thu được kết quả ăn mòn tốt hơn nhanh hơn và đẩy nhanh khả năng của khách hàng trong việc tăng hoặc tối ưu hóa năng suất sản xuất."

Đạt được thời gian chính xác trong quá trình khắc

Đối với hình học chặt chẽ hơn và màng mỏng hơn, cần có sự cân bằng giữa tốc độ ăn mòn và kiểm soát tốt các thông số vận hành khác.

Finch cho biết: "Khi các quy tắc thiết kế bị thu hẹp, nhiều quy trình ăn mòn đang chuyển sang các bước xử lý ăn mòn plasma rất nhanh, đòi hỏi phải kiểm soát độ chính xác cao đối với tất cả các yếu tố đầu vào phản ứng: công suất, áp suất, hóa học và nhiệt độ." Ông lưu ý rằng cũng có xu hướng tối ưu hóa hoạt động của xung plasma, trong đó các tỷ lệ ion-trung tính cụ thể được tạo ra và sau đó các sản phẩm phụ được loại bỏ. "Mô hình hóa nâng cao của tình huống này là rất quan trọng để mở rộng quy mô thiết bị hơn nữa."

Các nhà sản xuất hệ thống khắc đã sử dụng phần mềm mô hình hóa một thời gian để tăng tốc độ phát triển nút tiếp theo hoặc tăng năng suất sản xuất. Với sự phức tạp của quá trình này và tất cả các biến số của nó, điều này không có gì đáng ngạc nhiên.

Finch nói, "Đơn giản là không có đủ thời gian hoặc đủ tấm bán dẫn trong quá trình phát triển công nghệ nút tiếp theo để tiến hành tất cả các thử nghiệm quy trình khả thi." "Số lượng bộ cấu hình thiết bị khắc có thể lên tới hàng triệu, thậm chí hàng tỷ, khiến việc phát triển wafer hoàn chỉnh với tất cả các khả năng của quy trình là không thể."

Tất nhiên, tất cả các model tốt đều được xác thực trên chip thực tế. Finch nói, "Một mô hình tốt phải có tính dự đoán và giải quyết được các vấn đề cụ thể mà người dùng muốn giải quyết." "Dữ liệu thực tế của nhà máy phải phản ánh kết quả được đề xuất mỗi khi đề xuất thay đổi quy trình hoặc thiết kế dựa trên công việc mô phỏng. Trong trường hợp của chúng tôi, chúng tôi có thể dự đoán chính xác tác động của những thay đổi quy trình bằng cách sử dụng kết quả dựa trên mô hình và nhanh chóng giải quyết các vấn đề phát triển công nghệ và quy trình khó khăn vấn đề."

Các nhà cung cấp công cụ cũng đang phát triển các quy trình khắc tiên tiến để tích hợp chặt chẽ hơn dây chuyền sản xuất của họ và biến các quy trình ở cấp độ hai mặt nạ (hai bước in thạch bản) thành một quy trình, từ đó đơn giản hóa quy trình và giảm chi phí.

Bézard cho biết, "Các công ty chưa trang bị thêm phần cứng hiện có để làm cho những con dao của Quân đội Thụy Sĩ trở nên phức tạp hơn nhưng đã giới thiệu những công nghệ phù hợp với các ứng dụng cụ thể, chẳng hạn như hệ thống mới để giải quyết các vấn đề tiên tiến." Mục tiêu là đưa hai đường đối diện nhau lại gần nhau hơn, hiện tại yêu cầu bước tạo mẫu đường và sau đó là mặt nạ cắt. "Những gì Vật liệu Ứng dụng và những thứ khác đang giới thiệu là phương pháp khắc trực tiếp theo hướng ngang." Quá trình này cũng có thể phóng to các lỗ xuyên qua.

Còn tiếp...