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生产效率再度成为200 毫米晶圆制造厂关注焦点

By David Lammers

曾经有一段时间,半导体设备业几乎将全部注意力都放在改进 300 毫米晶 圆的生产上;然后五年前或更早的时候,这一热度消失了。应用材料公司 的应用程序技术专员 Jon Farr 如此总结道:"业界一度很大程度上不再改进 [200 毫米晶圆的生产] 了,技术停滞了,设备公司主要翻新设备,并以二级 规格出售。"[1]

“原来的 200 毫米系统的生产效率受 到了挑战,”应用材料公司全球服务事业 部 (AGS) 营销与业务开发董事总经理 John Cummings 说道。

应用材料公司做了重新思考。公司没 有将开发重点完全放在 300 毫米设备上, 而是投入更多资源,重新设计 200 毫米腔 室、开发能同时处理 300 毫米和 200 毫 米晶圆的可选式设备、彻底改造重要的子 系统、用新的 Applied Vita 控制器更换年 份已久的系统控制器,并整合新的自动化 软件与服务方案。

AGS 工程师重新思考了 200 毫米外 延腔室,使其能处理厚得多的掩膜。如今, 应用材料公司新的高生长速率 (HGR) 外延 腔室拥有两倍于标准腔室的沉积速率,达 到了每分钟 6 微米,比老腔室翻了一番。 改进后的新工艺套件不仅使生长速率翻 番,还满足了更严格的平整度规格要求。

Cummings 说 HGR 外延腔室实现了 10% 以上的整体生产效率提升,而在一些 特定条件下,提升幅度可高达 100%。“掩 膜越厚,提升幅度越大。”

在同等三氯氢硅 (TCS) 流量下,HGR 外延腔室的生长速率比标准外延腔室约高 25%。

厚铝

对于新的厚铝应用来说,尤其是高功 率应用来说,热管理和沉积速率是难题。 Cumming 说,“如今我们提供新的厚铝物 理气相沉积 (PVD) 腔室,铝沉积的速率是 标准铝 PVD 腔室的两倍。”

新的腔室改善了厚铝的热管理,并 大幅提升了沉积速率,这对于高功率应用 来说尤其必要。“现在我们能在一个腔室 中做到竞争者要在两个腔室中才能做到的 事,”Cummings 说。

新一代 pDC/RF 200 毫米 PVD。新一代 200 毫米/300 毫米 DRIE。

 

更大的最佳工艺区

在 MEMS 陀螺仪这样的先进刻蚀应 用中,应用材料公司的工程师确定了对 200 毫米应用使用 300 毫米腔室能得到最 佳结果。

Farr 说应用材料公司已经开始用其 300 毫米刻蚀平台做 200 毫米配置,以完 成 MEMS 刻蚀腔室的产品化。“这些腔室 可以先配置为生产 200 毫米晶圆,之后再 用于生产 300 毫米晶圆,这不仅为那些寻 找从 200 毫米到 300 毫米晶圆转型之路 的公司省钱,而且它们还可以利用最新的 技术。”他补充说,对于许多此类可选式 反应系统,“300 毫米腔室中所用的知识, 经过调整运用到 200 毫米晶圆的生产,从 而提高生产效率。”

AGS 200 毫米设备产品事业部营销主 管 Mike Rosa 指出,MEMS 陀螺仪的刻蚀 侧壁形貌倾斜规格已从 90 度 ±.5 度降低到 ±.2 度。

“要符合刻蚀后的形态特征指定规格, 更大的腔室具有优势,”Rosa 说,“腔室中 生成的电浆一般在中心的均匀度高,均匀 度呈放射性变差。把一枚 200 毫米的晶圆 放入最初为生产 300 毫米晶圆而设计的腔 室中,晶圆的很大一部分都落在最佳工艺 区中,从而提高了成品率。”

John Cummings,
AGS 营销与业务开发董事
总经理
Mike Rosa,
AGS 200 毫米设备营销主管
Carlos Caballero,
AGS 前端产品线经理

“应用材料公司的方法在提高腔室生 产效率和刻蚀速率方面有优势,”Rosa 说。 应用材料公司的刻蚀系统往往连续运行产 品晶圆,而其他供应商的 DRIE 系统可能 要求在每枚晶圆完成深硅刻蚀后执行电浆 清洗工艺。“刻蚀速率加上清洗时间总体 考虑,应用材料公司的更胜一筹,”他说。

VITA 控制器减少停机时间

AGS 前端产品线经理 Carlos Caballero 指出,在快速热处理 (RTP) 和外延方面, 新的腔室性能更加卓越,提高了成品率, 而这本身对生产效率就有影响。“就减少 设备停机时间而言,新的 Applied Vita 控制 器是最大程度减少纠正式维护工作的最佳方 式,”他说。

应用材料公司生产的绝大多数 200 毫 米现有设备都由旧的技术控制:摩托罗拉 68040 处理器运行着 Bob 操作系统软件 (BOSS)。“这些控制器经常崩溃,一旦崩溃, 重新启动、使设备恢复正常运行可能需要几 个小时。Vita 控制器不会像老的控制器那样 崩溃。光是减少重启时间就能帮助晶圆制造 厂提升生产效率,”Caballero 说。

Cummings 指出,应用材料公司所有的 翻新设备如今都配备 Applied Vita 控制器出 厂,使用 200 毫米系统的客户也可在现有设 备上安装该控制器,有的需要服务协议,有 的不需要。

“Vita 控制器为客户提高产量和生产 效率打开了众多思路。对于希望部署 FDC (故障检测与控制)和 APC(先进工艺控制)软件的客户来说,它至关重要。Vita 控制 的系统处理速度要快 1,000 倍,并且能运 行最先进的 APC 软件,”他说。

VITA 支持的数据建模

AGS 服务运营部高级营销总监 Florent Ducrot 说,晶圆制造厂的管理者经常请 应用材料公司的 FabVantage 咨询顾问去 确定如何减少加工工序中的“空余时间” 导致的延误。安装了 Vita 控制器并支持更 多的现代化软件后,咨询顾问们和客户工 程师们就可以“集中精力改进空余时间问 题了”。

Ducrot 说一旦 Vita 控制器到位后, FabVantage 专家就希望利用由该控制器生 成的数据来部署单变量 (UVA) 和多变量 (MVA) 数据建模。

“我们与客户一起检查他们的预防性 维护做法和故障率,然后分析数据来确定 他们参照业界最佳基准排在什么位置。”

Ducrot 说有了这个分析后,应用材料 公司的 FabVantage 团队就可与客户合作, “在服务协议的框架内,根据双方达成的目 标,确保生产效率提升。”

Applied Vita 控制器可使客户实现高达 15% 的生产效率提升。

拥有成本依然重要

Rosa 说,为无线移动革命供应巨量器 件的公司更能接受对传统设备提供的改进 方案。但它们也在更密切地关注拥有成本 (CoO) 问题。

“拥有成本对客户来说一直重要,但如 今它真的是极其重要,”他说,“例如,我们 的厚铝沉积技术推出后,关键全在于拥有 成本。于是我们重新设计了整个腔室,在 单个腔室中做其他供应商要用两个腔室才 能做的事。客户需要的正是这种成本效率。

“对于功率器件的客户来说,更厚的 外延膜是必须的。找到一个既在经济上可 承受、又具有生产价值的解决方案意味着 重新设计 HGR 外延腔室的机动转轴并精简 其清洗程序,使之能更快地重新组装和对 齐,”Rosa 说,

“每个客户提升生产效率的途径都不 尽相同,”他补充说,“生产效率对于不同 的人意味着不同的事情。我们相信自己的 升级方案能满足每位客户的要求。因为客 户都是独特的,因此这是个持续不断的 过程。”

欲知详情,请联系 mike_rosa@amat.com

[1] 二级 (Tier 2) 是一种规格,表明设备按设计 运行。