skip to main content

生產效率再度成為200 毫米晶圓制造廠關注焦點

By David Lammers

曾經有一段時間,半導體設備業幾乎將全部注意力都放在改進 300 毫米晶 圓的生產上 ;然后五年前或更早的時候,這一熱度消失了。應用材料公司 的應用程序技術專員 Jon Farr 如此總結道 :“業界一度很大程度上不再改進 [200 毫米晶圓的生產 ] 了,技術停滯了,設備公司主要翻新設備,並以二級規 格出售。”[1]

然后,智能手機的銷售迎來了爆炸式 增長。模擬信號、MEMS、CMOS 圖像傳 感器以及功率集成電路的產量都猛增,主 要是使用 200 毫米晶圓制造設備。在很短 的時間內,不僅數量大幅增加了,技術也 改進了。例如,功率集成電路和一些 MEMS 傳感器的掩膜變得更厚,超出了傳 統腔室的工藝能力。

“原來的 200 毫米系統的生產效率受到 了挑戰,”應用材料公司全球服務事業部 (AGS) 營銷與業務開發董事總經理 John Cummings 說道。

應用材料公司做了重新思考。公司沒 有將開發重點完全放在 300 毫米設備上, 而是投入更多資源,重新設計 200 毫米腔 室、開發能同時處理 300 毫米和 200 毫米 晶圓的可選式設備、徹底改造重要的子系 統、用新的 Applied Vita 控制器更換年 份已久的系統控制器,並整合新的自動化 軟件與服務方案。

AGS 工程師重新思考了 200 毫米外延 腔室,使其能處理厚得多的掩膜。如今, 應用材料公司新的高生長速率 (HGR) 外延 腔室擁有兩倍於標准腔室的沉積速率,達 到了每分鐘 6 微米,比老腔室翻了一番。 改進后的新工藝套件不僅使生長速率翻 番,還滿足了更嚴格的平整度規格要求。

Cummings 說 HGR 外延腔室實現了 10%以上的整體生產效率提升,而在一些 特定條件下,提升幅度可高達 100%。“掩 膜越厚,提升幅度越大。”


在同等三氯氫硅(TCS) 流量下,HGR 外延腔室的生長速率比標准外延腔室約高 25%。

厚铝

對於新的厚鋁應用來說,尤其是高功 率應用來說,熱管理和沉積速率是難題。 Cumming 說,“如今我們提供新的厚鋁物 理氣相沉積 (PVD) 腔室,鋁沉積的速率是 標准鋁 PVD 腔室的兩倍。”

新的腔室改善了厚鋁的熱管理,並大 幅提升了沉積速率,這對於高功率應用來 說尤其必要。“現在我們能在一個腔室中 做到競爭者要在兩個腔室中做到的 事,”Cummings 說。

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

 

更大的最佳工藝區

在 MEMS 陀螺儀這樣的先進刻蝕應用 中,應用材料公司的工程師確定了對 200 毫米應用使用 300 毫米腔室能得到最佳結 果。

Farr 說應用材料公司已經開始用其 300 毫米刻蝕平台做 200 毫米配置,以 完成 MEMS 刻蝕腔室的產品化。“這些 腔室可以先配置為生產 200 毫米晶圓, 之后再用於生產 300 毫米晶圓,這不僅 為那些尋找從 200 毫米到 300 毫米晶圓 轉型之路的公司省錢,而且它們還可以 利用最新的技術。”他補充說,對於許 多此類可選式反應系統,“300 毫米腔 室中所用的知識,經過調整運用到 200 毫 米晶圓的生產,從而提高生產效率。”

AGS 200 毫米設備產品事業部營銷主 管 Mike Rosa 指出,MEMS 陀螺儀的刻蝕側 壁形貌傾斜規格已從 90 度 ±.5 度降低到 ±.2 度。

“要符合刻蝕后的形態特征指定規格, 更大的腔室具有優勢,”Rosa 說,“腔 室中生成的電漿一般在中心的均勻度 高,均勻度呈放射性變差。把一枚 200 毫 米的晶圓放入最初為生產 300 毫米晶圓而 設計的腔室中,晶圓的很大一部分都落 在最佳工藝區中,從而提高了成品率。”

John Cummings,
AGS 營銷與業務開發董事
總經理
Mike Rosa,
AGS 200 毫米設備營銷主管
Carlos Caballero,
AGS 前端產品線經理

“應用材料公司的方法在提高腔室生產 效率和刻蝕速率方面有優勢,”Rosa 說。 應用材料公司的刻蝕系統往往連續運行產 品晶圓,而其他供應商的 DRIE 系統可能要 求在每枚晶圓完成深硅刻蝕后執行電漿清 洗工藝。“刻蝕速率加上清洗時間總體考 慮,應用材料公司的更勝一籌,”他說。

VITA 控制器減少停機時間

AGS 前端產品線經理 Carlos Caballero 指出,在快速熱處理 (RTP) 和外延方面, 新的腔室性能更加卓越,提高了成品率, 而這本身對生產效率就有影響。“就減少 設備停機時間而言,新的 Applied Vita 控制 器是最大程度減少糾正式維護工作的最佳方 式 ,”他說。

應用材料公司生產的絕大多數 200 毫 米現有設備都由舊的技術控制:摩托羅拉 68040 處理器運行著 Bob 操作系統軟件 (BOSS)。“這些控制器經常崩潰,一旦崩 潰,重新啟動、使設備恢復正常運行可能需 要幾個小時。Vita 控制器不會像老的控制器 那樣崩潰。光是減少重啟時間就能幫助晶圓 制造廠提升生產效率,”Caballero 說。

Cummings 指出,應用材料公司所有的 翻新設備如今都配備 Applied Vita 控制器出 廠,使用 200 毫米系統的客戶也可在現有設 備上安裝該控制器,有的需要服務協議,有 的不需要。

“Vita 控制器為客戶提高產量和生產 效率打開了眾多思路。對於希望部署 FDC (故障檢測與控制)和 APC(先進工藝控制)軟件的客戶來說,它至關重要。Vita 控制 的系統處理速度要快 1,000 倍,並且能運行 最先進的 APC 軟件,”他說。

VITA 支持的數據建模

AGS服務運營部高級營銷總監 Florent Ducrot 說,晶圓制造廠的管理者 經常請應用材料公司的 FabVantage 咨詢 顧問去確定如何減少加工工序中的“空 余時間” 導致的延誤。安裝了 Vita 控制 器並支持更多的現代化軟件后,咨詢顧問 們和客戶工程師們就可以“集中精力改進 空余時間問題了”。

Ducrot 說一旦 Vita 控制器到位后, FabVantage 專家就希望利用由該控制器生成 的數據來部署單變量 (UVA) 和多變量 (MVA) 數據建模。

“我們與客戶一起檢查他們的預防性 維護做法和故障率,然后分析數據來確定 他們參照業界最佳基准排在什麼位置。”

Ducrot 說有了這個分析后,應用材料 公司的 FabVantage 團隊就可與客戶合作, “在服務協議的框架內,根據雙方達成的目 標,確保生產效率提升。”

Applied Vita 控制器可使客戶實現高達 15% 的生產效率提升。

擁有成本依然重要

Rosa 說,為無線移動革命供應巨量器 件的公司更能接受對傳統設備提供的改進 方案。但它們也在密切地關注擁有成本 (CoO) 問題。

“擁有成本對客戶來說一直重要,但如 今它真的是極其重要,”他說,“例如,我 們的厚鋁沉積技術推出后,關鍵全在於擁有 成本。於是我們重新設計了整個腔室,在單 個腔室中做其他供應商要用兩個腔室做的 事。客戶需要的正是這種成本效率。

“對於功率器件的客戶來說,更厚的外 延膜是必須的。找到一個既在經濟上可承 受、又具有生產價值的解決方案意味著重 新設計 HGR 外延腔室的機動轉軸並精簡 其清洗程序,使之能更快地重新組裝和對 齊,”Rosa 說,

“每個客戶提升生產效率的途徑都不 盡相同,”他補充說,“生產效率對於不 同的人意味著不同的事情。我們相信自己 的升級方案能滿足每位客戶的要求。因為 客戶都是獨特的,因此這是個持續不斷的 過程。”

欲知詳情,請聯系 mike_rosa@amat.com

[1] 二級 (Tier 2) 是一種規格,表明設備按設計 運行。