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200 毫米Endura 设备新解决方案

By Adam Kempf and Ramiel Oshana

这些是客户在 200 毫米 设备所产器件需求旺盛时表达 的顾虑。然而,“超越摩尔定 律”(MTM) 在消费、汽车、工 业和医疗器件上带来的转变, 使这些顾虑很可能会持续存在 (见图 1)。

对于使用应用材料公司 200 毫米 Endura 物理气相沉 积 (PVD) 产品的 MTM 客户而 言,这些挑战听着相当耳熟。 这些设备在二十多年前首次面 世,几乎支持如今生产的所有 200 毫米器件,因其生产效率 和可靠性而一如既往地畅销市 场。但随着裸片尺寸收缩和其 他针对传统摩尔定律的压力开 始确立,客户正在寻找应对这 些挑战的解决方案。

为了应对这些挑战,应用 材料公司针对 200 毫米 Endura 系统开发了一套新的产出提升 服务方案,旨在快速实现该设 备的现代化,改进工艺控制并 使产出平均提升 10%。


图 1. 高级智能手机整个硅片区约 34% 是在 200 毫米晶圆制造厂 生产的。
(资料来源:TechInsights, Peter Kim, 2016)

基准

200 毫米 Endura 机组一般 是多年来从多个来源获取的设 备之集合。这些设备有的可能 是从应用材料公司采购的,有 的可能是晶圆制造厂关闭、搬 迁或合并后收购的。还有的可 能是从二手设备供应商那里买 来的。结果,不匹配的硬件和 软件会给负责维护、自动化和 工艺的工程师带来重大挑战。

虽然这些设备业已证明属 于晶圆制造厂最可靠的设备之 列,一些关键设备组件还是表 现出了老化。一个显著例子就 是系统控制器。客户担心的不 仅是停产问题,还有竞争 —— 要在 MTM 市场中竞争,客户 需要更高的产出和更优的工艺 控制,而目前状态下的设备尚 不能满足这一需求。

从产出角度而言,已有 25 年历史的控制器那 30MHz 的慢速度,使工艺读取时间和 系统控制迟滞,限制了系统产量。远程访问和遥控机制的缺 失也会限制产出。配方修改和 警报机制需要与设备“套在一 起”,并直接与设备交互通信。 此外,即便是系统备份,也可 能使设备停机三个小时以上。

工艺控制受限于频繁的 数据丢失以及故障检测和分类 (FDC) 数据流。依靠每 2-5 秒 一次的点收集所得的有限数 据,极大地削弱了将系统数 据与晶圆结果相关联的能力。 同样重要的是,气动转轴速 度的变化导致了不同腔室和 不同设备间列队等机时间的 差异。

最终, 晶圆制造厂的 200 毫米 Endura 机组就是不 具备在 MTM 器件市场中保持 和赢得市场份额所需的产出 和工艺能力。

解决问题

通过一系列服务和新应 用,能解决上述问题,并帮 助客户在他们的传统 Endura 设备上实现可持续的生产效 率提升,从而实现该设备的 现代化,并帮助分析和精调, 使其获得持续优化的性能。

我们的全新产出提升服 务方案的第一步是实现该设 备的现代化。这一现代化始于 200 毫米 Endura 设备 新解决方案 3 原装系统控制器的升级。安 装应用材料公司新型 Vita 控 制器为该设备的“大脑”带 来了现代电子器件,使之拥 有更强的处理能力、更大的 存储容量和更高的数据通信 速度。这些使得数据保真性 大幅改善,并使各种先进性 能得以实施,例如设备优化、 工艺建模,以及与全厂自动 化体系紧密集成。

应用材料公司与晶圆制 造厂的维护经理合作,制定 一个升级时间表,能减低对 工厂产出的影响。在 Vita 安 装准备过程中,应用材料公 司的客户工程师 (CE) 会审查 每个设备,定制一张物料单。 他们会为每个设备定制套件, 包括自动机械臂、测量仪器和 真空阀门、灯、封条和工艺 挡件。全面的准备工作一旦 就绪,应用材料公司的安装 团队 (I-Team) 就能在 3-7 天 内成功执行升级了。

这一方法能快速实现客 户设备的现代化,同时提供工 艺匹配。Vita 控制器消除了老 旧风险,而主动更换关键硬件 减少了旧部件出现故障和需 要更换时可能发生的停机。

重要的是,定制套件使 得厂商能通过硬件匹配、提升 全机组的性能一致性和改进 工艺控制来实现整套 Endura 系统的标准化。在有些情况 中,这能减少将特定设备专 用于特定工序的需求,从而 降低在制品 (WIP) 瓶颈。

产出提高 10%

“产出”、“产能”、“可用性” 这些词经常互换使用。但是, 为与 SEMI 标准保持一致并清 晰界定这项新服务的 KPI 或交 付项,应用材料公司将产出定 义为产能和可用性的一个函数。

应用材料公司新的产出提 升服务方案既能提高产能,也 能提高可用性,两者加在一起 共同实现目标结果:产出平均 提升 10%。

安装应用材料公司的 Vita 控制器后,就能跟踪设备每项 机械运动的计时标记。应用材 料公司专有的机械跟踪应用程 序会利用这些标记,确定如何 提升系统的机械工作产能,以 此实现提高 200 毫米 Endura 系统的产出量。

机械跟踪应用程序的工 作方式是提取设备的相关计 时数据,并在一个强大的模拟 器中运行。然后,它会按需发 布报告,通过与已知最佳做 法 (BKM) 的数值比较,精确 锁定可改进的地方(见图 2a)。 应用材料公司的 CE 随后就可 做出所需的调整,来实现想要 的结果。


图 2a. 应用材料公司新设计的产出提升服务方案从系统中提取实际计时信息,在专有的离线模拟器中分析这一信息,并利用客户定 义的产品工序把实际数值与 BKM 值相比较,生成报告。

产能实现优化后,第二个 应用程序,即应用材料公司的 “产能健康监控程序”(THM) 会通过对整个机组中的设备做 比较,并识别与指定规格偏 离的时点,来保持优化的产能 (见图 2b)。实际的腔室配方/ 工序保持不变,确保产能提升 时的工艺匹配。


图 2b. THM 实现了机械计时的实时监控,对任何与设定值的偏离进行报警,并帮助应用材料公司的 CE 保持产能最大化和设备工艺 控制的最优化。

应用材料公司新的 200 毫 米 Endura 系统产出提升服务方 案还有另一个关键功能,那就 是“工程模式”。通过“工程 模式”,机台维护之后无需打断 晶圆生产即可开展腔室测机。 这能大幅提升设备的可用性 ( 功能恢复,green-to-green), 并防止晶圆意外进入离线腔室 而必须报废的风险。

结果

应用材料公司全新产出提 升服务方案的价值已在业界得 到验证,它能帮助 Endura 客 户实现其生产目标。拥有创新 技术和设备现代化技术,以及 专有的数据收集和分析应用程 序,应用材料公司充分相信自 己有能力使客户的产出平均提 升 10%。图 3 总结了一家客户在一 个集成式衬垫/ 阻挡层 (iLB) 系统上的产出提升情况。


图 3. 数家客户利用应用材料公司针对 200 毫米 Endura 平台的新 解决方案,实现了平均 10% 的产出提升。这一最新的客户业绩 超出了 10% 的 KPI。

结论

应用材料公司新的产出 提升服务方案能快速实现设 备的现代化,改进工艺控制并 使产出平均提升 10%。有了 这些新功能,我们的客户就能 在 MTM 市场中清晰实现自身 产品的差异化,满足市场对 200 毫米 Endura 生产设备所产 芯片不断增长和提升的需求。

如有需要,可安排产品演示。

了解更多信息,请联系ramiel_oshana@amat.com