招聘:更多Fab工具零件标准

当芯片制造商加紧下一波工艺并努力降低缺陷水平时，他们遇到了来自一个不太可能的来源的问题——晶圆厂设备内部的组件。

缺陷是芯片中不需要的偏差，它会影响产量和器件性能。通常，它们是由流程流中不可预见的故障引起的。但一个鲜为人知的问题涉及到晶圆厂设备本身的关键部件和子系统所带来的缺陷。

通常，设备供应商用好的组件构建系统。但有时问题是由工具部件和有缺陷的组件引起的，这可能会在晶圆上引入不必要的缺陷。这会影响芯片产量和成本，并可能导致晶圆厂出现故障或不可预见的事件。

Fab工具组件问题已经存在多年，但现在迫切需要解决这个问题。晶圆代工厂，以及逻辑和内存制造商，都在晶圆厂加大了更先进和更昂贵的工艺。随着成本的上升和公差的缩小，设备制造商无法承受制造流程中的任何重大问题，比如工艺或设备故障。

如果系统中的某个部件出现故障，找到故障部件并解决问题并不是一件简单的事情。例如，更复杂的fab工具包含来自数十家供应商的5万多个零件。其他系统的部件较少。大多数工具包括腔室、泵、射频发生器、密封件和阀门。

尽管如此，fab工具组件的问题有时是有问题的。“由于供应商的可变性和控制漏洞，晶圆代工厂多次出现质量问题，”该公司高级总监兼全球资本设备采购主管格伦•科尔顿(Glenn Colton)表示GlobalFoundries在最近的Semicon West贸易展上，他这样说道。“我们会定期调查这些质量问题，几乎总是会发现，如果我们在将组件安装到工具之前就知道存在组件质量问题，我们本可以降低风险。这就需要围绕这些组件制定更强有力的质量保证和行业标准。”

科尔顿表示，问题在于只有不到1%的刀具零件符合质量保证标准。“我们对这些组件的内置容忍度知之甚少。当我把一个组件交给晶圆厂时，我怎么知道它在第一次就能100%正常工作，而且我们不会损害设备团队实现目标的能力。”“我们也缺乏强有力的可追溯性。如果我们真的有一次短途旅行，我们的大多数终端客户都想知道这是在哪里发生的，是如何发生的，以及我们将采取什么措施来防止这种情况再次发生。我们很难回到供应链，弄清楚这到底是怎么发生的。”

其他芯片制造商也提出了类似的担忧。没有人把这个问题归咎于某个特定的公司。芯片制造商和设备供应商想要的是解决方案。这涉及到更多的合作，以及fab工具组件和子系统的标准。

事实上，SEMI内部的一个工作组一直在为选择的晶圆厂工具组件制定新的可靠性、测试和可追溯性标准，这可能有助于解决这些问题。这个行业范围内的努力被称为半导体元件、仪器和子系统(SCIS)特别兴趣小组。

SCIS已经制定了一些标准，但到目前为止，这是一个艰难的过程。一般来说，芯片制造商和工具供应商拥有专有的供应链，他们发现很难共享数据，特别是关于专有工具和组件的数据。然而，展望未来，一些人已经发出了加快工具组件标准过程的行动呼吁。然而，该行业是否能做出足够快的反应还有待观察。

缺陷来源
今天的半导体晶圆厂是自动化设施，在洁净室中使用各种设备加工晶圆。根据加州大学伯克利分校的说法，一个理论上的300mm晶圆厂每月需要5万片晶圆，需要以下设备:

•50个扫描仪/步进加晶圆轨道
•10个大电流和8个中电流离子植入器
•40台蚀刻机
•30个CVD工具。

晶圆厂还包括其他设备。在操作中，一批晶圆被运送到一台设备，然后根据给定的制造流程进行加工。然后，晶圆被运送到下一个设备进行加工，等等。

这是一个复杂的过程。为了制造一个先进的逻辑器件，晶圆在晶圆厂要经历600到1000个或更多的步骤。

这还不是唯一的挑战。今天的逻辑和存储设备更加复杂。设备必须在每个节点上处理更小、更精确的特征。而且缺陷越来越小，越来越难发现。

“我们今天面临的挑战是如何扩大规模，以及3D结构的存在，”该公司电子束部门的营销主管莫汉·伊耶(Mohan Iyer)说心理契约。“还有一些新的建筑gate-all-around，以及新材料钴和钌。”

没有一个生产流程是完美的，由于材料中的杂质、设备问题和设备故障等原因，工艺引起的缺陷可能会在fab中突然出现。

在晶圆厂，芯片制造商利用各种设备来发现和消除缺陷。计量用于测量结构的工具在许多过程步骤之后部署，以查明和修复问题。此外，检测工具也用于发现晶圆上的致命缺陷。

“总体而言，随着流程变得越来越复杂，你就越需要使用这类工具，”印度印度银行总裁兼首席执行官苏博德•库尔卡尼(Subodh Kulkarni)表示CyberOptics。

Fab刀具零件问题
过程引起的缺陷并不是唯一的问题。芯片的缺陷有时与晶圆厂设备内部的故障组件和子系统有关。

o形圈和密封圈供应商Applied Seals NA的首席执行官兼总经理Dalia Vernikovsky在最近的一次演讲中表示:“工艺关键部件带来的缺陷实际上是导致产量下降和制造成本上升的问题的一部分。”“超过75%的产量损失实际上是由组件造成的。如果您考虑工具中的许多部分，它就开始成为一个相关的主题。几次产量偏差不仅会产生致命缺陷，还会产生潜在缺陷。很多时候，你甚至无法发现这些缺陷，直到进一步的制造，在那里它是昂贵的，阻碍了产量。”

这些问题在每个节点上都变得更具挑战性。“这是多方面的挑战。我们对技术本身的要求更高，无论是你的射频系统匹配的速度有多快，还是你的可接受的粒子水平是多少，”史蒂夫·约翰斯顿(Steve Johnston)说英特尔。“这一点也体现在我们与设备和材料oem的合作上。还有成本方面的挑战。与该行业过去所面临的问题相比，它们正变得非常重要。”

那么解决方案是什么呢?通过一些调整来维持现状是一种想法。

例如，与以前一样，设备制造商仍然负责开发晶圆厂工具和组件供应链。工具供应商可以简单地收紧他们的供应链供应商基础，并将更严格的质量控制到位。

这在很大程度上已经发生了。“如果你现在在半挂件行业销售任何东西，首要要求是它符合所有要求的标准。这个清单相当长。CyberOptics公司的库尔卡尼说:“在所有这些方面，收集的数据量都是惊人的。”

作为解决方案的一部分，该行业需要在供应链的各个层面加强合作。这在某种程度上也在发生。例如，芯片制造商一直在与组件供应商进行更密切的合作。一些芯片制造商甚至投资了一些特定的供应商。

然而，这可能还不够。许多芯片制造商甚至工具供应商想要的是晶圆厂工具组件和可追溯性标准。他们需要对所选部件进行测试的方法和标准，以及在出现问题时追踪部件的能力。

这些问题已经存在多年。但在本世纪初，当芯片制造商转向更先进的节点时，业界开始更加认真地对待这些问题。

因此，在2013年，SEMI以及几家铸造厂、工具供应商和零部件公司成立了一个名为SCIS的新倡议。该小组位于SEMI内部，开始研究fab工具组件的问题和标准。随着时间的推移，SCIS形成了七个工作组，希望在以下fab工具组件领域设计标准-室，气体输送，液体输送，泵，RF输送单元，密封件和阀门。另一个小组正在研究可追溯性组件标准。

图1:SCIS组织结构来源:SEMI

制定组件标准是一个具有挑战性的过程，需要的不仅仅是各方之间的合作。它需要共享专有数据，这在设备行业中有些陌生。

尽管如此，在2015年，该组织发布了第一个标准SEMI F51，这是弹性密封技术的指南。该标准是在fab设备中使用密封件的基本指南。

密封涉及到o形环的使用，它是在一个界面上使用的。每个fab工具有几个不同的密封类型，包括那些盖子，端口和窗口。

此后，SCIS发布了其他标准。最近的是E135，涉及用于薄膜处理设备的射频功率发生器。该标准于2018年发布，确定了在标称、高和低阻抗负载下运行的射频发生器的响应。

其他新标准正在制定中，包括气体输送、射频发电机、密封件和淋浴头。每个标准都有自己的问题。例如，该小组正在研究一种测试方法，以测量fab工具中室淋浴头上的金属污染物。

“当你有七个工作团队时，他们都处于不同的孕育阶段。有很多因素。一个是主题。有些主题比其他主题更具挑战性，”SEMI战略计划高级经理保罗·特里奥(Paul Trio)说。“在光谱的一端，你有印章。我们拥有所有主要的密封件供应商。他们很快就获得了吸引力。可追溯性更多地处于另一个领域，它仍在努力获得吸引力。”

图2:SCIS标准化工作的现状。来源:半

实际上，下一个大障碍是可追溯性标准，该标准正在SCIS内部进行。如果系统中的某个部件出现故障，您可以跟踪并更好地了解问题。芯片制造商至少需要给定部件的供应商信息、批号和生产日期。

可追溯部分标准是有意义的，因为目前的方法有时是不可行的。三星设备工程师埃里克·布鲁斯(Eric Bruce)说:“我们最终会花大量时间与不同的供应商和供应商通电话，试图打电话确定其中的一些问题，产品的制造方式、清洁方式以及不同的清洁流程的规格是什么。”

理想情况下，可追溯性可以帮助解决问题。“当我们遇到这类问题时，我们需要确定设备内部的部件是什么。然后我们需要确定这些组件的可追溯性，在我们的工厂中还有哪些地方存在这些风险，然后找到纠正这些问题的方法。”

作为回应，SEMI的SCIS小组针对可追溯性的一个方面制定了一份草案，其中涉及部件标识规范。其他相关标准正在制定中。

这只是谜题的一部分。“你可以创建一个数据链。如果稍后发生了什么事情，那么您可以返回到您创建的这个数据链，以帮助您处理偏移过程。它可以帮助你找出问题的根本原因，以及这部分为什么会失败，”SEMI的Trio说。

至于在晶圆厂是如何实施的，目前尚不清楚。曾经，SCIS希望通过Internet合并可追溯性数据。但出于安全考虑，该行业已经放弃了这些计划。

现在，该行业正在寻找另一种模式。芯片制造商、晶圆厂工具供应商和组件供应商将开发自己的方法来交换可追溯性数据。

标准的挑战
展望未来，芯片制造商希望有更多的可追溯性和工具组件标准。但是制定新的和更多的标准面临一些挑战。

例如，芯片制造商正在加快一系列工艺的发展。每种过程类型都是不同的，需要特定的工具集。每个工具都有不同的组件。工具的一个部件可能来自不同的供应商。

这是一个复杂的供应链。从每个供应商追踪零件是很困难的，甚至是不可能的。而且，为许多(如果不是所有)工具部件制定严格的指标是不可行的。微软的业务发展经理帕特里克•马丁(Patrick Martin)表示:“推动整个行业的通用标准将是一个复杂的过程。应用材料。

与此同时，多年来，知识产权问题一直是该领域的最大障碍。如果共享关于特定晶圆厂工具组件的敏感IP，设备供应商就会面临失去竞争优势的风险。其他人可能采用该组件。

“在与ip相关的方面，你把多少信息放在公共领域，让其他人可以看到?滥用的风险总是存在的，这意味着你可以将一个工具商品化。如果一切都在公共领域，那么这样做会更容易一些。”

还有其他问题。公司高级副总裁兼副总经理Kevin Chasey表示:“试图靠一两个工具部件谋生的小公司和第三方没有资源。电话。“我们可以应用这些标准，并将这些标准推向市场。但每家公司是否都有足够的工程马力来维持这个目标呢?我很纠结这个问题。”

结论
这些都是这个领域的众多问题之一。总而言之，该行业认为有必要制定标准。协作是一个被过度使用的术语，但该行业将需要更多的合作来解决组件问题和其他挑战。

“我们必须共同努力，”蔡西说。“然后，我们终于可以达到所有数据都摆在桌面上的地步。让我们开始分享数据。然后当你们达到合作的时候，你们就可以开始集体解决这个问题了。”

有关的故事

为什么晶圆厂担心刀具零件