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200 毫米ENDURA 設備新解決方案

By Adam Kempf and Ramiel Oshana

這些是客戶在 200 毫米設 備所產器件需求旺盛時表達 的顧慮。然而,“超越摩爾定 律”(MTM) 在消費、汽車、工 業和醫療器件上帶來的轉變, 使這些顧慮很可能會持續存在(見圖 1)。

對於使用應用材料公司 200 毫米 Endura 物理氣相沉積 (PVD) 產品的 MTM 客戶而 言,這些挑戰聽著相當耳熟。 這些設備在二十多年前首次面 世,幾乎支持如今生產的所有 200 毫米器件,因其生產效率 和可靠性而一如既往地暢銷市 場。但隨著裸片尺寸收縮和其 他針對傳統摩爾定律的壓力開 始確立,客戶正在尋找應對這 些挑戰的解決方案。

為了應對這些挑戰,應用 材料公司針對 200 毫米 Endura 系統開發了一套新的產出提升 服務方案,旨在快速實現該設 備的現代化,改進製程控制並 使產出提升 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 機組一般 是多年來從多個來源獲取的設 備之集合。這些設備有的可能 是從應用材料公司採購的,有 的可能是晶圓制造廠關閉、搬 遷或合並后收購的。還有的可 能是從二手設備供應商那裡買 來的。結果,不匹配的硬體和 軟體會給負責維護、自動化和 製程的工程師帶來重大挑戰。

雖然這些設備業已証明屬 於晶圓制造廠最可靠的設備之 列,一些關鍵設備組件還是表 現出了老化。一個顯著例子就 是系統控制器。客戶擔心的不 僅是停產問題,還有競爭 —— 要在 MTM 市場中競爭,客戶 需要更高的產出和更優的製程 控制,而目前狀態下的設備尚 不能滿足這一需求。

從產出角度而言,已有 25 年歷史的控制器那 30MHz 的 慢速度,使製程讀取時間和系 統控制遲滯,限制了系統產量。遠端讀取和遙控機制的缺 失也會限制產出。配方修改和 警報機制需要與設備“套在一 起”,並直接與設備交互通信。 此外,即便是系統備份,也可能 使設備停機三個小時以上。

製程控制受限於頻繁的數 據丟失以及故障檢測和分類 (FDC)數據流。依靠每2-5秒 一次的點收集所得的有限數 據,極大地削弱了將系統數據 與晶圓結果相關聯的能力。同 樣重要的是,氣動轉軸速度的 變化導致了不同腔室和不同設 備間等機時間的差異。

最終,晶圓制造廠的 200 毫 米Endura機組就是不具備在MTM 器件市場中保持和贏得市場佔有 率所需的產出和製程能力。

解決問題

通過一系列服務和新應 用,能解決上述問題,並幫 助客戶在他們的傳統 Endura 設備上實現可持續的生產效 率提升,從而實現該設備的 現代化,並幫助分析和精調, 使其獲得持續優化的性能。

我們的全新產出提升服務 方案的第一步是實現該設備的 現代化。這一現代化始於原裝 200 毫米 ENDURA 設備 新解決方案 (見圖 1)。 3 系統控制器的升級。安裝應 用材料公司新型 Vita 控制器 為該設備的“大腦”帶來了 現代電子器件,使之擁有更 強的處理能力、更大的存儲 容量和更高的數據通信速 度。這些使得數據保真性大 幅改善,並使各種先進性能 得以實施,例如設備最佳化、 製程模組建立,以及與全廠自 動化體系緊密集成。

應用材料公司與晶圓制 造廠的維護經理合作,制定 一個升級時間表,能減低對 工廠產出的影響。在 Vita 安 裝准備過程中,應用材料公 司的客戶工程師 (CE) 會審 查每個設備,定制一張物料 單。他們會為每個設備定制 套件,包括自動機械臂、測 量儀器和真空閥門 、燈、封條和製程零組件。全面 的准備工作一旦就緒,應用材料 公司的安裝團隊 (I-Team)就能在 3-7 天內成功執行升級了。

這一方法能快速實現客 戶設備的現代化,同時提供製 程匹配。Vita 控制器消除了老 舊風險,而主動更換關鍵硬體 減少了舊部件出現故障和需要 更換時可能發生的停機。

重要的是,定制套件使得 廠商能通過硬體匹配、提升全 機組的性能一致性和改進製程 控制來實現整套 Endura 系統的 標准化。在有些情況中,這能 減少將特定設備專用於特定工 序的需求,從而降低在制品 (WIP) 瓶頸。

產出提高 10%

“產出”、“產能”、“可 用性”這些詞經常互換使用。 但是,為與 SEMI 標准保持一致 並清晰界定這項新服務的 KPI 或交付項,應用材料公司將產 出定義為產能和可用性的一個 函數。

應用材料公司新的產出提 升服務方案既能提高產能,也 能提高可用性,兩者加在一起 共同實現目標結果 :產出平均 提升 10%。

安裝應用材料公司的 Vita 控制器后,就能跟蹤設備每項 機械運動的計時標記。應用材 料公司專有的機械跟蹤應用程 序會利用這些標記,確定如何 提升系統的機械工作產量,以 此實現提高200毫米Endura系統 的產出量。

機械跟蹤應用程序的工 作方式是提取設備的相關計時 數據,並在一個強大的模擬器 中運行。然后,它會按需發布 報告,通過與已知最佳做法 (BKM) 的數值比較,精確 鎖定可改進的地方(見圖 2a)。 應用材料公司的 CE 隨后 就可做出所需的調整,來實現 想要的結果。


圖 2a. 應用材料公司新設計的產出提升服務方案從系統中提取實際計時信息,在專有的離線模擬器中分析這一信息,並利用客戶定 義的產品工序把實際數值與 BKM 值相比較,生成報告。

產能最佳化后,第二個應 用程序,即應用材料公司的 “產量健康監控程序”(THM) 會通過對整個機組中的設備做 比較,並識別與指定規格偏離 的時點,來保持優化的產量 (見圖 2b)。實際的腔室配方/ 工序保持不變,確保產能提升 時的製程匹配。


圖 2b. THM 實現了機械計時的實時監控,對任何與設定值的偏離進行報警,並幫助應用材料公司的 CE 保持產量最大化和設備製 程控制的最優化。

應用材料公司新的 200 毫 米 Endura 系統產出提升服務方 案還有另一個關鍵功能,那就 是“工程模式”。通過“工程 模式”,機台維護之后無需打 斷晶圓生產即可開展腔室測 機。這能大幅提升設備的可用 性 ( 功能恢復,green-togreen), 並防止晶圓意外進入 離線腔室而必須報廢的風險。

結果

應用材料公司全新產出提 升服務方案的價值已在業界得 到驗証,它能幫助 Endura 客戶 實現其生產目標。擁有創新技 術和設備現代化技術,以及專 有的數據收集和分析應用程 序,應用材料公司充分相信自 己有能力使客戶的產出平均提 升 10%。圖 3 總結了一家客戶在一 個集成式襯墊 / 阻擋層 (iLB) 系 統上的產出提升情況。


圖 3. 數家客戶利用應用材料公司針對 200 毫米 Endura 平台的新 解決方案,實現了平均 10% 的產出提升。這一最新的客戶業績 超出了 10% 的 KPI。

結論

應用材料公司新的產出提 升服務方案能快速實現設備的 現代化,改進製程控制並使 產出平均提升 10%。有了這些 新功能,我們的客戶就能在 MTM 市場中清晰實現自身產 品的差異化,滿足市場對 200 毫米 Endura 生產設備所產晶 片不斷增長和提升的需求。

如有需要,可安排產品演示。

了解更多信息,請聯系 ramiel_oshana@amat.com