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提高應用材料公司 VIISta™離子注入機生產效率

使高電流、中電流和高能耗設備正常運行時間延長 3-5%,生產小時數增加 3-5%

By: Daniel Simon

離子注入設備對半導體制造廠商必不可少,因為制造柵極和阱等晶體管結構時必須向硅中注入砷、硼和磷等摻雜劑。無論客戶是生產最先進的 300 毫米數字邏輯和存儲電路,是利用 200 毫米工藝構建模擬、功率和其他產品,還是制造 CMOS 圖像傳感器,都需要離子注入設備。

在這樣的背景下,整個行業都需要離子注入機能達到更高的生產效率。老牌的晶圓制造廠因空間受限而無法安裝更多的設備,可能更注重提升現有注入機的產出。高產量晶圓制造廠則可能注重較長的正常運行時間和更高的晶圓產出,以緩解設備產能局限。無論哪種情況,尋求獲得更高的設備投資回報 (ROI) 的制造廠家都認識到,提升生產效率是實現更低總擁有成本的有效途徑。

為幫助客戶提升其離子注入機的生產效率,應用材料公司推出了應用材料注入機管理服務 (Implant Applied Managed Service™)。這一綜合性的服務能使應用材料公司的高電流、中電流和高能耗 VIISta™ 注入機正常運行時間延長 3-5%,生產小時數增加 3-5%。其結果是大幅增加了客戶注入機機組的晶圓總產出量。

應用材料管理服務是旨在通過滿足特定的矯正性和預防性維護要求來提升設備性能,從而提升客戶運營效率的服務協議。該服務提供應用材料公司正品非消耗部件和托管存貨支持。服務內容包括非消耗部件的優先支持和停機時的現場快速響應。

全新應用材料注入機管理服務的兩個關鍵性能指標 (KPI) 是正常運行時間和產出。這兩個指標與國際半導體產業協會 (SEMI) 的 E10《設備可靠性、可用性和可維護性定義與測量規范》挂鉤,普遍用於設備和晶圓制造廠的性能測量和基准 衡量。

為展示這一新服務的價值,我們來看一家晶圓制造廠的例子。該廠配備 6 台離子注入機,年產出晶圓 440 萬片。借助應用材料注入機管理服務,晶圓年產出增長 4.2%,整個機組每年多生產 185,000 片晶圓。如果每片晶圓價值 10 美元,離子束微調帶來的晶圓產出收益可達 180 萬美元。

生產效率多重提升

應用材料注入機管理服務實現的生產效率提升,是多重改進帶來的共同結果。這包括更快更好的離子束微調、優化的配方、晶圓廠設備之間更低的變化性、下游設備更少的潛在瓶頸、更少的停機時間(包括計劃和非計劃停機)、更多的預測性維護建議、更快的糾正措施和更短的功能恢時間。

為實現這一切,應用材料公司將根據客戶要求提供一整套資源,包括:

  • 先進的分析解決方案,有助於實現更高的晶圓產出和更長的正常生產運行時間。
  • 客戶工程師 (CE) 設備監控儀表板。
  • 減少維護要求、增加平均無故障時間 (MTTF) 的替代型材料部件。(見圖 1)
  • 無需額外成本情況下保証部件供應(針對轉盤、機械臂和處理器)以及部件維修/翻新服務。
  • 經過離子注入應用和設備高級培訓的資深工程師,由應用材料公司現場服務型服務器提供算法和預測模型來給予 支持。
  • 先進預防性維護 (PM) 和已知最佳做法 (BKM)。
  • FabVantage 360™ 性能評估(如需達到客戶協議中規定的KPI)。


圖 1. 全新應用材料注入機管理服務涵蓋所有必要的部件,而沒有額外成本,包括減少維護需求和擁有更長 MTTF 的替代型材料部件。上圖顯示了可根據需要包括在內的一些離子源部件。

應用材料注入機管理服務利用一套由應用材料公司現場服務型服務器提供的精細數據分析法(例如應用材料公司客戶工程師為優化設備以提高產出和可靠性而使用的專有晶圓制造廠儀表板及技術數據庫)。

應用材料公司的先進分析法包括單變量分析 (UVA)、設備匹配、預測性維護和先進的故障排查技術。這些分析解決方案源於應用材料公司獨特而廣泛的設備及工藝知識儲備,體現了公司過去 50 年來作為一流設備 OEM 廠商和一流服務提供商為全球數百家晶圓制造廠提供優質服務的悠久歷史和行業地位。

有了可資行動的分析法,應用材料公司的客戶工程師就可觀察並分析實時設備和生產數據,然后將其與已知的 BKM 數值比較,精確鎖定可改進的環節。

每日報告、每周報告和按需報告提供有關所有影響生產效率的相關狀況的關鍵信息,例如不當的配方參數、設備性能的不一致之處,以及因設備機械臂組件產生的機械問題。應用材料公司的客戶工程師利用這一信息來優化客戶的注入設備,實現更優的性能和更高的晶圓產出。

每日報告概述了所有 UVA 並凸顯設備存在的問題,具體到設備模塊、配方等(見圖 2)。


圖 2. 左圖為每日儀表板報告,顯示了離子源預測性維護 (PdM) 和離子束微調狀態以及主要部件總成的健康情況。當黃色/紅色指示燈表明設備存在問題時,應用材料公司的客戶工程師會利用右側更進一步的 UVA 圖表來診斷並快速處理相關情況。

每周報告概述了離子束微調成功率和微調時長,以鎖定並解決設備和配方存在的問題(見圖 3)。


圖 3. 上方左圖為每周儀表板報告,按照設備和配方顯示設備性能。紅色、橙色和黃色方塊表示性能不合標准。應用材料公司的客戶工程師利用右上方的數據轉化功能來獲得右下方所列的設備建議。

已獲証明的性能表現

應用材料注入機管理服務已在全球多家客戶的晶圓制造廠成功部署。這包括生產存儲器件、模擬產品、CMOS 邏輯器件和 CMOS 圖像傳感器的晶圓制造廠。有些客戶主要希望增加其注入設備的正常運行時間,還有些客戶最主要的需求是提高晶圓產量。

圖 4 顯示了一家客戶在 6 台設備組成的機組中如何實現平均 4% 以上的正常運行時間延長。基准性能的改善 (88%) 通過以下方式實現:(a) 使用離子束微調優化;(b) 10 個分析模型和設備健康狀況檢查;(c) 基於健康狀況檢查數據的“翻新”部件;(d) 部件及時供應和更強的備件庫存;(e) 特定的客戶工程師技能和資源專用於處理生產效率問題。


圖 4. 新的應用材料注入機管理服務幫助一家客戶在 6 台設備組成的機組中實現了平均 >4% 的正常運行時間延長。

在另一個案例中,應用材料注入機管理服務幫助一家 300 毫米晶圓制造客戶滿足了因新產品產量攀升而新增的生產需求。在三個月時間中,通過減少系統變化性和預防性/矯正性維護所需的時間,以及優化產品配方和部件,離子注入機的正常運行時間延長了 5.8%(見圖 5)。


圖 5. 應用材料注入機管理服務幫助一家 300 毫米晶圓制造客戶滿足了因新產品產量攀升而新增的生產需求,在三個月時間中將離子注入機的正常運行時間延長了 5.8%。

這一新的管理服務幫助另一家客戶實現注入機機組總生產時間增加 4.2%。應用材料公司的客戶工程師利用應用材料公司專有的 FSS 平台執行數據分析,確定了與參考數據相比,客戶設備的弧/束流比率過高,而氣流過低,從而進行相應改進,使這一結果得以實現。

配方參數優化后,離子束微調成功率從 75% 升至 100%,程序所需時間縮短一半,從六分鐘降為三分鐘(見圖 6)。


圖 6. 客戶採用應用材料注入機管理服務后的實際數據。在所有設備配方中,離子束微調時間均實現縮短,而離子束微調成功率均實現提升。

結論

應用材料注入機管理服務可以讓使用應用材料公司 VIISta™ 離子注入機的客戶大幅提升生產效率。該服務旨在幫助客戶提高晶圓產量,增加正常運行時間,減少機組在正常運行時間上的變化性,並增強識別和處理棘手問題的能力。

這項新服務是一整套涵蓋廣泛、不斷擴展的靈活創新型服務產品的一個部分,全套服務旨在確保客戶的應用材料設備和制造廠盡可能有效且高產地運行。

欲知詳情,請聯系daniel_simon@ amat.com.