Halfgeleiderfabricage omvat een reeks processen voor het afzetten en verwijderen van materiaal om complexe structuren te vormen, zoals FinFET-transistoren en 3D NAND-geheugens. Metalen en diëlektrische materialen worden bijvoorbeeld afgezet door middel van physical vapor deposition (PVD) en chemical vapor deposition (CVD), waarna patronen worden gevormd door lithografie en etsen. Dopanten worden ingebracht door ionenimplantatie.
Deze processen, die vaak op atomair niveau plaatsvinden – sommige lagen zijn slechts enkele atomen dik – vinden plaats onder hoogvacuümomstandigheden en worden steeds verfijnder en tijdrovender. Steeds complexere structuren vereisen ook meer processtappen, waardoor de totale bewerkingstijd toeneemt.
Om de doorvoer te versnellen, hebben fabrikanten van apparatuur zoals Applied Materials, Lam en TEL nieuwe gereedschappen ingevoerd die slimmer en dichter zijn. Lam introduceerde vorig jaar bijvoorbeeld zijn Sense.i-platform en legde daarbij de nadruk op nieuwe mogelijkheden om gegevens vast te leggen en te analyseren, patronen en trends te identificeren en maatregelen voor verbetering te specificeren. Ook werd een ruimtebesparende footprint aangeprezen en de mogelijkheid om veel proceskamers op één platform aan te sluiten.
Elk proces is een atomair ballet – bij het etsen bijvoorbeeld worden gassen gedoseerd in een vacuümkamer, gecontroleerd door een massastroomregelaar. Deze worden onder stroom gezet, waardoor een plasma ontstaat dat rijk is aan reactieve ionen die op het oppervlak van de wafer worden gericht, waar ze reageren om materiaal te verwijderen. Hierdoor ontstaan verschillende bijproducten die uit de kamer worden geveegd door een reeks pompen, meestal een combinatie van voorvacuümpompen en hoogvacuümpompen, turbomoleculaire pompen genoemd. Deze pompen bevinden zich meestal onder het gereedschap in een sub-fab.
Een van de sleutels tot het maximaliseren van de uptime en het verminderen van defectiviteit ligt in de manier waarop deze turbopompen worden ontworpen en beheerd. Declan Scanlan, Market Development Manager bij Edwards Vacuum, zegt dat etsen met een hoge beeldverhouding en nieuwe materialen de uitdaging vergroten om de neerslag van etsen in de kamer te beheersen, ook op de turbopomp. “Omdat de etsen moeilijker zijn geworden, hebben we het ontwerp van de turbopomp verschillende keren geoptimaliseerd om hem op de juiste plaatsen heet te houden – wat leidt tot een schonere, langere levensduur – en op de juiste plaatsen koel, wat de gasstroom maximaliseert”, zegt hij.
Als hetzelfde proces wordt uitgevoerd op meerdere gereedschappen met meerdere kamers in dezelfde fabriek, is het ook van belang dat de kamers op elkaar zijn afgestemd. “In een ideale wereld is elk onderdeel in de etskamer en aangesloten op de etskamer absoluut identiek,” aldus Scanlan. Wat dit moeilijk maakt bij vacuümpompwerkzaamheden, is dat de voorleiding die de pomp in de subfab met het gereedschap in de cleanroom verbindt, zelden even lang is. “Er zijn pilaren, gasleidingen, koelleidingen in de subfab. Het is in principe onmogelijk om alles exact identiek te houden,” aldus Scanlan. Verschillende lengtes betekenen verschillende voorlijndrukken. Om die uitdaging aan te gaan, heeft Edwards een aanpak bedacht die ze “foreline insensitivity” noemen. Dit wordt bereikt door de compressieverhouding van de turbopomp te verhogen. “Deze pompen kunnen je een veel betere isolatie geven,” zei hij.
Om dezelfde redenen dat OEM’s zoals Lam meer intelligentie toevoegen aan het gereedschap om de controle en productiviteit te optimaliseren, is er een drang om meer intelligentie toe te voegen in de sub-fab. Bij Edwards werkt men volgens Scanlan aan nieuwe manieren om pompen te monitoren, om te begrijpen wanneer onderhoud nodig is en problemen te voorkomen voordat ze zich voordoen. “We implementeren intelligente controles op onze platforms van de volgende generatie om efficiënt onderhoud van het machinepark mogelijk te maken, ongeplande stilstandtijd te elimineren en de totale eigendomskosten te verlagen”, zegt hij. Dit omvat het actief ontwikkelen van hardware- en softwaretechnologieën, evenals het uitbouwen van machine learning-algoritmen die “gebruik zullen maken van de nieuwste innovaties op het gebied van sensortechnologieën, IoT-interconnectiviteit en geavanceerde high-efficiency processors, die de belangrijkste hardware enablers zijn van intelligente besturingen.” bron Semiconductor digest
