RS 材料 新能源
捷径: 新闻动态 采访报道 制造工艺 封装技术 设备与材料 纳米技术 芯片设计 FPD MEMS 新能源
纳米技术
现今和未来半导体设备部件及其材料的微粒缺陷问题
材料来源:半导体科技           录入时间:2014/1/21 15:06:35

SEMATECH公司的纳米缺陷中心(NDC)正致力于应对在半导体设备供应链上的巨大挑战,以解决设备中关键部件及其材料所产生的微粒缺陷的检测、表征和改进等问题。 

半导体设备及其材料的生态系统正在发生巨大的变革,例如正面临着20nm以下节点的按比例缩小及其对生产中新材料和新工艺的整合问题,对下一代光刻技术的需求以及450mm直径晶圆工艺技术的发展等,这些工艺在性能上的严格要求都需要及时给予满足。为解决这些问题需要高成本的基础设施,从而使其研发成本会以指数形式增加,导致半导体设备及其材料的生态系统的研发目前面临着巨大的资金缺口。不断变化的技术需求和漫长的开发周期,使得这些非经常性高昂工程成本的投资回报期十分漫长,这就给设备部件及其材料的供应链带来了巨大的压力。

某些工艺(例如深紫外线EUV光刻)的工业标准要求尺寸在50nm以上的缺陷要为零,因为这种大小的缺陷将会是致命性的缺陷。至于大小在20nm50nm之间的缺陷,只能容忍有少量的存在。尽管其他工艺对缺陷的要求没有那么严格,但也要求尺寸不断缩小的颗粒缺陷数能少于10个。要减少如此小尺寸的微粒缺陷数量给原始设备制造商(OEM)带来了极大的挑战,因为他们必须严格控制好其工艺设备内每一个部件的性能,还要能减少因工艺加工所产生的缺陷数量。设备部件的供应商也面临着更多的挑战,因为他们的产品不仅要能满足严格的性能规格,而且还必须根据最终用户持续不断在工艺和化学配方上的变化来改进其产品的性能。

目前所面临的最大挑战是怎样对如此小尺寸的缺陷进行检查和测量的问题。最先进的检测仪器可以在晶圆和掩膜表面探测到25nm大小的缺陷,但目前的仪器尚不能检测到更小尺寸的缺陷。能够对尺寸在50nm以下的缺陷进行检测和对缺陷来源进行分析的仪器是极为昂贵的,使得设备供应商在部件和材料开发的基础设施上会遇到很大的障碍。如果在缺少这种基础设施条件下而要降低工艺设备的缺陷来源并提高其抗缺陷的性能,这对很多OEM、子系统制造商及部件和材料供应商而言,都是极为困难的事情。

此外,因为需要进一步来减少如此微小尺寸缺陷的数量,为了能了解缺陷的生长机制,以及随后的缺陷消除或减少技术的研究都需要多学科知识的完美配合。因此,对如此微小尺寸缺陷的研究和探索将会是一个旷日持久的过程,这将会极大地延长设备部件极其材料的研发周期,进而这种在研发上的延迟会极大地影响半导体产品良率的提升过程。这些问题带来的挑战以及在研发上进程的缓慢,将会对生产终端用户在改善良率上形成极大的压力。图1显示了在其良率提升及其改善中可能会发生延迟的情况,图中显示了在某种生产环境中缺陷的改善和降低两种情况(AB)。在生产环境中良率提升缓慢不仅会导致芯片生产的高成本,还使得芯片产品因不能及时交货而削弱了它自身所具有的竞争优势。在图OC的不同说明了由于良率损失而产生的在成本上的劣势,而OD的不同表示了由于低良率以及产品上市时间(TTM)延迟所导致的在竞争上的劣势。

 

 

 

1. 在进行良率提升时,较快和较慢的缺陷学习曲线的比较,描述了它们在成本和竞争力上的差距。

 

SEMATECH已经加速进行研究,来确认那些现今和未来半导体生产中会明显影响良率提升的颗粒缺陷性能。通过与七十多家相关公司(包括主要的IDM,晶圆代工厂、OEM以及部件和材料供应商)召开了多个研讨会,SEMATECH已经确定了所需研究的主要问题和重点领域,已甄选出来的一些关键领域有:特定工艺应用下密封件和阀门的缺陷性能、有机和分子沾污、材料使用不当和化学品过滤、电子卡盘所产生的缺陷和损伤、真空泵以及部件的清洁和包装问题等。

 

 

 

2. 在三次不同实验中,每个阀门都经过5000次工艺循环,然后对其缺陷的产生性能进行评估,微粒的尺寸分布测试表明它会产生大量的尺寸小于80nm的微粒,微粒的化学成分中含有AlC

 

显示的是采用专门测试标准对设备部件进行评估的实例。在每个试验中一个阀门及其密封件均进行5000次的工艺循环。首次的工艺循环周期(实验1)后的结果表明由于新部件的清洁和包装问题而产生了大量的微粒。此后的实验23表明,在每个工艺循环后所产生的缺陷数目均较为稳定。检测分布图表明缺陷主要产生于阀门的关闭叶片部位。应当指出的是,对于颗粒缺陷临界尺寸定为100nm以上时该部件的性能将是可以接受的,然而如果对颗粒缺陷的临界尺寸的要求降低到50nm以下时,该部件的缺陷性能将不能满足要求。

 

 

 

3. 在沉积设备系统中,衬底传送所产生缺陷的性能,对机械手操作和传递夹持装置进行的比较。

 

在一个类似的实例中,我们研究了沉积设备系统中在三种不同衬底传送情形下的缺陷性能表现:静电卡盘夹持所产生的附加缺陷,不进行卡盘夹持操作,以及进行机械手重复操作(见图3)。在上述三种情况下我们比较了它们在产生较大尺寸缺陷上的不同性能表现,发现晶圆在经过夹持操作后会产生很大数量小尺寸的颗粒缺陷。

 

在研讨会期间,许多OEM和部件供应商的业界代表都突出强调了在缺陷产生和输运方面的基础研究进展过于缓慢,并且缺少必要基础设施条件来测试或评估微粒缺陷的性能,这将会使业界由于缺乏技术手段而无法满足缺陷标准的要求。 SEMATECH正致力于通过纳米缺陷中心(NDC)提供所需的基础条件和专业知识,来着手帮助业界建立这种供应链的生态系统。NDCSEMATECH整合了其十多年来的专业知识和基础条件而建立的机构,正致力于解决在这一特殊供应链中设备部件和材料的微粒缺陷检测、表征及其降低等问题。SEMATECH这种独特能力的例证之一如图4所示,对位于沉积层下方衬底上小于20nm尺寸的颗粒缺陷进行了检测和表征,并对其进行了成分分析,进而可以追溯并确定缺陷产生的来源。

 

 

 

4. 位于沉积层下方衬底上尺寸小于20nm微粒缺陷的检查、探测和分析。(a)在沉积层下方衬底上颗粒缺陷的TEM显微图像。(b)  TEM显微图像下进行EDS成分分析。

 

业界的不同机构独能够利用纳米缺陷中心(NDC)装备有关键、昂贵基础设施的通用平台来进行研发,以推动部件和材料所需的在缺陷性能上的研发。测试设施的共享降低了研发成本,并促进了与供应商之间的紧密合作,这对于当今半导体业界的横向和垂直整合也是必须的条件。NDCSEMATECH的芯片生产商成员相配合,也将会制定关键部件缺陷的发展路线图及其主要性能的组合。

纳米缺陷中心(NDC)已经开始涉足供应链的以下关键领域的研发:a)用于真空、等离子和沉积中进行缺陷性能表征的部件开发;b)去离子水、化学溶液、抗蚀剂、液体过滤和清洗后表面等多种湿法工艺中微粒缺陷的评估和减少问题的研发;c)过滤和分子沾污的来源追踪及其减少问题的研发。已经有多家公司与NDC合作,因为他们能共享SEMATECH在发展路线图上的这种战略视野,关键缺陷性能的组合以及测试环境等,这些对于设备部件和材料业界的未来发展都将是至关重要的基础条件。


上一篇:华力微电子基于Cadence公司Encoun... 下一篇:SDS®系统可安全而有效率地用于...
相关文章
·Crossing Automation自动化解决方案延长 200 mm半导体晶圆厂寿命    采访报道    2011-6-27 11:16:46
·EV Group:发展LED技术只是环境保护的一小步    采访报道    2011-6-27 11:18:29
·GLOBALFOUNDRIES: 200mm技术创新,实现MEMS制造    采访报道    2011-6-27 11:20:33
·陶氏电子材料推出针对两款高端制程的最新VISIONPAD研磨垫    设备与材料    2011-6-27 11:30:59
·memsstar 以新一代技术迎接MEMS挑战    采访报道    2011-6-27 11:31:57
·Imec在EUV掩模版缺陷评估领域获得两项突破性进展    制造工艺    2011-6-27 12:00:11
·无晶圆制造半导体公司业务扩张 2010年据称占据MEMS营业收入的23%    MEMS    2011-6-27 15:46:28
·应用材料公司推出钨平坦化技术 助力先进芯片设计    制造工艺    2011-6-27 15:52:46
·IMEC利用CMOS工艺制程GaN MISHEMT    制造工艺    2011-6-27 16:26:19
·Synopsys推出可用于180nm CMOS工艺技术的可重编程非易失性存储器IP    芯片设计    2011-6-28 10:28:40

版权声明:
《半导体科技》网站的一切内容及解释权皆归《半导体科技》杂志社版权所有,未经书面同意不得转载,违者必究!
《半导体科技》杂志社。
 
 
 
友情链接
首页 | 关于我们 | 联络我们
Copyright© 2018:《半导体科技》; All Rights Reserved.
请用 Microsoft Internet Explorer 6.0 或以上版本
Please use Microsoft Internet Explorer 6.0 or higher version.
备案序号粤ICP备12025165号