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晶圆厂的新挑战

来源:互联网

随着芯片制造商转向下一代3D NAND和finFET器件,在保持高产量的同时实现高产量的难度越来越大。——但这不仅仅是因为光刻问题日益复杂。大。例如,为了制造高级逻辑芯片,晶圆在晶圆厂中从一个器件移动到另一个器件,并且工艺步骤可以多达1000步。设备或工艺中的任何缺陷都可能导致晶圆缺陷,从而影响产量。原因可能是组件或子系统的故障似乎在设备本身中不重要。简而言之,晶片设备的组件中对过程至关重要的缺陷会影响产量。 SEMI半导体元件,仪器和子系统特殊组件(SCIS)的成员表示,该组织可以代表组件和子系统。供应商。这些问题已经存在了一段时间,但根据SCIS的说法,随着芯片制造商转向10/7nm及以上的节点,这些问题将变得更加困难。 SCIS特别兴趣小组的成员包括GlobalFoundries,IM Flash,英特尔,美光,TI,三星以及主要的晶圆厂工具和元件供应商。制造设备中的元件和子系统通常被认为是理所当然的,但它们在半导体供应链中起着至关重要的作用。例如,一些更复杂的工厂工具集成了来自数十家供应商的50,000多个组件。腔室,泵,射频发生器,密封件和阀门是关键部件之一。通常,这些组件非常坚固并且不会造成问题,但有时它们会给晶圆厂带来问题。根据芯片制造商的实际案例,以下是晶圆厂可能出现的一些问题,这只是可能出现问题的一小部分:子晶圆厂的一部分安装有误差。 O形圈,可能导致液体被污染。 O形圈是用作密封的系统的一部分。超纯水系统中的压力调节器失效会导致过程中的污染。在大型化学品分配系统中发生衬里泄漏,导致设备腐蚀。 “子组件对设备系统产生重大影响,这反过来将进一步影响制造设备的性能,”EHS全球设备和企业EHS总经理Norm Armor说。 “我们的子组件和材料供应商正在关注我们。发展路线图非常好。但不时会有小小的挫折。这些小挫折可能会扰乱整个生态系统。“为此,半导体行业的供应链正在发生一些变化。不久前,设备制造商还指定了供应商所需的工具组件。现在,除了工具制造商,芯片制造商也是如此。他们也参与其中,他们正在与元件供应商合作,以防止晶圆厂出现问题。“故事是,您不仅要设置制造工具组件的规格,还要设置子组件的规格。”Armor在最近的美国半导体公司表示。 Show(Semicon West),“我们已经使用了40年的工具。为什么不与子组件制造商合作?”然而,合作只是解决方案的一部分。在高级节点,半导体行业想要测试工具组件更严格,但他们还需要找到更好的方法来测量这些组件的缺陷。问题是测量标准要么不够,要么根本没有。例如,IC工业中的O形密封圈很少或没有标准规格;这是在19世纪为蒸汽机开发的。为了找到解决这些问题的方法,SEMI的SCIS特别兴趣小组正在研究用于测量元件引入的缺陷的新标准和新方法。此外,还有其他解决方案可以解决这个问题,例如先进的计量技术,晶圆监测和模拟技术。 Fab挑战今天的晶圆厂有大量的移动组件。 根据加州大学伯克利分校的一项研究,每月需要50,000片晶圆的理论晶圆厂需要以下设备:50台扫描仪/步进加晶圆轨道; 10大流量和8个中流离子注塑机40蚀刻机30 CVD工具

图1:来自GlobalFoundries的工厂内部

此外,300mm晶圆厂也是一家自动化工厂,采用各种自动化材料处理系统和晶圆传输机制。

图2:大福的统一晶圆厂转移系统

在这样的工厂中,工具必须处理更小和更准确的功能。并且在每个节点处,缺陷变得更小并且更难以找到,因此需要新的高级计量技术。 Coventor的首席技术官David Fried说:“每一代我们都将电路面积减少50%。您将在晶圆厂使用30种不同的测量技术。”但有时问题将发生在制造过程中。 。缺陷可能发生在过程的任何部分。然后,晶圆厂中的工具可能会遇到问题,这可能意味着大量问题。通常,fab工具将配备各种传感器。这些传感器监控工具中的许多功能,例如气流,问题,压力和RF功率。 “每个工具都有数百甚至数千个传感器,”Fried说。 “每个传感器都有可接受的范围。如果传感器检测到错误,通常会触发警报并离开工厂。系统会自动调度,以便不再向工具发送晶圆进行处理。可能会出现其他问题。 “在大多数工艺步骤之后,执行测量或计量操作以测量该过程的成功。如果这些测量不符合规格,将暂停这些工具以进行进一步评估。但这也将导致该过程的工具脱机进行维护或进一步测试。 “尽管如此,晶圆厂的目标是不停地运行。”晶圆必须通过一个工具没有任何步骤,“他说。”任何工厂都有很多工具,所以工厂可以做大量的制造,即使有些工具出现故障。“如何,晶圆工具需要维护。每个工具都有预防性维护计划,系统将离线进行清洁和升级。因此工厂将保留一些备件。”一些工厂自己进行维护,通常由一个名为Equipment Engineering的团队完成。 “许多工厂购买带有'供应商维护合同'的工具,这意味着如果工具因事故而下线,可以要求供应商提供服务。这一次对双方都非常紧张。 “确实,如果工具出错,找到并解决问题可能是一项艰巨的任务。而且这个过程可能非常耗时且成本高昂。例如,一个组件可能不仅在一个工具中失败,”它也可以导致过程引起的缺陷。组件数量因工具而异,但更复杂系统中的组件数量令人难以置信。例如,蔡司的AIMS系列适用于极紫外(EUV)光刻应用。光掩模检查工具。根据英特尔数据,该系统由来自134个不同供应商的4,500个子系统和64,000个独立组件组成。这个AIMS工具是市场上更先进的系统,但它也反映了当前工具的复杂性。假设在现场工作的AIMS工具存在问题,则问题可能是由系统中的一个或多个组件引起的。找到这些组件并非易事。技术支持专家Ya-hong Neirynck说:“如果我们想要寻找工具中的缺陷,我喜欢在一堆干草中寻找针头。”在已经很复杂的供应链和工厂流程中,组件的潜在问题只是芯片制造商担心的另一个问题。 “还有更多的变量会影响你的晶圆。” GlobalFoundry全球传入质量总监Pawitter Mangat表示,“跟踪这些变体,跟踪这些组件,并跟踪这些过程的可追溯性都会导致这些变量。”我们无法承受无法保持某些部件的性能。每次更换O形圈时,从成本和需要检查是否符合资格和验证方面。 随着芯片制造商转向10/7nm及以上,晶圆厂无法容忍错误。曼加特说:“必须控制变化。”我们需要知道,我们一直看到的过程中的变化将不再是高级节点的实践,但需要更严格的控制,规范限制和操作。 “但仍然存在希望。在组件/子系统方面,Mangat列出了半导体行业的几种解决方案:供应链增强合作增强了组件开发的组件供应商质量计划基准测试和缺陷测试标准设计跟踪问题增加合作的方法工具制造商开发了一个新系统,一个过程开始。为此,设备制造商需要为系统采购组件。多年来,工具制造商已经拥有了他们自己喜欢的组件供应。业务,他们理解并信任这些供应商。也知道哪些供应商要避免。甚至芯片制造商都在密切关注供应商。“我们遵循非常严格的内部SOP(标准操作程序),以确保我们的组件和子系统符合质量标准。联华电子正式声明”措施包括检查安全性,硬件性能并确保获得的结果符合要求红色规格。“UMC内部有一个独立的质量认证流程,允许我们设置自己严格的质量基准,并控制认证新工具或材料所涉及的参数和条件。 “显然,供应商也必须做自己的功课。他们必须了解特定组件的特性,以便他们能够在晶圆厂出现问题之前预测潜在的问题。”不同。应用材料应用全球服务部服务产品开发副总裁Kirk Hasserjian说:“其中一些技术对特定类型的缺陷非常敏感。其他技术并不敏感。典型的CMOS图像传感器。对金属污染物和痕量金属极为敏感。 此外,工具制造商必须继续一再强调供应商对质量的需求,并且他们有充分的理由这样做。 TEL先进半导体技术部门副总裁兼总经理Aki Sekiguchi表示:“技术正在发生变化.10nm可行的技术可能不适用于7nm,5nm等。一般来说,随着技术变得越来越紧凑,规格变得越来越更严格。“但是有一些限制。对关键部件进行更严格的控制和测试是合理的,但是由于成本太高,不可能对每个部件实现相同的控制。但每个组件必须符合标准,因此工具供应商及其组件供应商必须在测试级别和成本之间找到平衡点。 Sekiguchi说:“这是一个相互关联的成本。如果你真的控制每个组件,那么这种经济模式就会崩溃。”组件供应商试图提供最好的解决方案,但总的来说他们不知道他们的产品的确切条件或配方在实际过程中会遇到。有时芯片制造商和工具供应商不希望供应商披露他们的主要知识产权。这种传统业务方法的一个缺点是,当一个组件发生故障时,供应商可能没有任何线索或模糊的感觉为什么它不符合要求。合作是一个明显的解决方案。因此,各方必须更多地参与产品开发过程。合作的挑战是各方需要共享IP。共享基本组件的IP非常简单。但对于诸如处理室等更关键部件的IP。公司将更加谨慎。为了解决这些问题, stry必须找到一个愉快的中级水平。 Sekiguchi说:“必须保持平衡。你必须在你分享的信息量和你分享的信息类型之间找到平衡。随着芯片制造商迁移到更高级的节点,组件将需要更严格的表征和测试。但是确切的实施尚不清楚。 SEMI战略规划高级经理Paul Trio表示:“到目前为止,该行业尚未就如何衡量各种组件和子组件的缺陷以及如何报告结果达成一致。”以O形圈为例。 O形圈是密封两个或更多部件之间的界面的小物体。每个fab工具都有几种不同的密封类型,包括盖子,端口和窗口。但每个密封供应商都在开发专有产品。因此,每个供应商的产品都有不同的专有数据,并且没有标准的方法来测试或打包它们。 Applied Seals North America首席执行官兼SCIS联合主席Dalia Vernikovsky表示:“问题在于蒸汽机发明的规格与今天的密封件相同。这里有一个问题。那就是规格不存在。”许多其他类型的组件也存在类型问题并且需要标准。因此,2013年,SEMI和其他公司机构启动了SCIS。除了主要的芯片制造商,应用材料公司,ASMI,ASML,KLA-Tencor,Lam和TEL,以及一些组件供应商都是SCIS的成员。

图3:来自SEMI的SCIS参与公司

SCIS的目标是将芯片制造商,工具供应商和组件供应商聚集在一起,最终确定“对流程至关重要的组件引入的缺陷的测量”。 SEMI的Trio说:“事实上,前两年已经被用来开发密封杂质的测试方法.SCIS已经扩展到其他关键部件。”今天,SCIS有八个工作组,分布在以下领域:气体运输,液体运输,泵,射频发生器,密封件和阀门。第八组是可追踪性验证小组,该小组正在开发信息交换模型。这涉及通过云为工厂中的潜在问题提供可追溯性数据。

图4:SEMI SCIS的SCIS组织结构

到目前为止,该小组已在若干方面取得了进展。 “这取决于我们讨论的组件类型。该行业应该完全参与更简单的组件,如阀门,泵,密封件,辅助设备区域和消毒。“应用密封件的Vernikovsky说,”淋浴头等组件可能被认为对IP敏感可能需要更长时间。知识产权问题可能会阻碍我们实现目标,但许多子组件已经具有某种类型的定义,并得到每个人的一致同意。“有很多理由可以提供有价值的信息。”行业标准对于提供允许用户的一致参数非常重要比较类似的组件并评估性能差异,“SEMI的Trio说道。”芯片制造商和工具供应商可以参考这些指标来确保他们的供应商。或者潜在的供应商以相同的方式进行衡量。这允许用户比较类似的组件,评估性能差异,并选择最适合其目标流程应用的组件。“

图5:SEMI SCIS的SCIS活动状态

其他解决方案协作,标准和测试方法是朝着正确方向迈出的重要一步,但也有其他解决方案。如果存在问题,通过测试工厂的每个组件来找到问题是不现实的。 “在我看来,你的解决方案将很快变得完全无法解决。”Coventor's Fried说,“为了找到任何可能的缺陷,你很快就会无法站起来。”所以晶圆工厂不仅要找到工具的问题,而且从晶圆的角度来看这些问题。弗里德说:“如果我从晶圆的角度来看任何给定的工艺操作,必须有一些特定类型的缺陷,有缺陷的材料,不同的缺陷尺寸和缺陷位置。这基本上描述了给定步骤中的任何缺陷其中一些是致命的,有些则不是。“通过观察晶圆,工厂可以解决问题。他说:”你不能同时处理宇宙中的每一个问题,并给予它们相同的资源。你必须首先解决致命的缺陷,然后处理较低级别的缺陷。你必须考虑制造。通过这种方式,您可以了解这个庞大的组件系统,子组件和材料。因此,芯片制造商可以选择几种不同的方式。其中之一是使用模拟技术来预测潜在的问题。通过建模流程,芯片制造商可以减少硅学习周期和开发成本。另一种方法是工具监控。在工具监控中,晶圆厂处理裸晶圆。然后将有一个检查工具来确定给定的晶圆厂器件是否是晶圆上缺陷的根本原因。如果是,则使该工具脱机并进行评估。

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