מערכת הבדיקה החדשה של אפלייד מגיעה לרזולוציה של 1 ננומטר
9 פברואר, 2012
מנהל מוצר SEMVision G5 של אפלייד מטיריאלס, איתן בנימיני, חושף בראיון ל-Techtime חלק מהטכנולוגיות האקזוטיות שפותחו בישראל כדי לאפשר בדיקה מדוייקת של תקלות בקווי ייצור ננומטריים ובשבבים תלת-מימדיים. השלב הבא: יותר אוטומציה ויותר אינטגרציה
"תהליך המזעור מייצר פגמים כל-כך קטנים, שאותות התקלה מתערבבים עם הרעש"
כאשר יצרניות שבבים מודיעות חדשות לבקרים על הקמת קווי ייצור בגיאומטריות מיקרוסקופיות כמו 22 או 18 ננומטר, קל מאוד לשכוח שמאחורי ההכרזות עומדים פיתוחים טכנולוגיים שבמובנים רבים הם כמעט בגדר נס. חלק מהמהנדסים המייצרים את הנסים האלה עובדים בחברת אפלייד מטיריאלס ישראל (Applied Materials) ברחובות, שם ממוקמת מחלקת הפיתוח והייצור של מכונות הבדיקה של החברה.
מיקרוסקופ אלקטרוני בקו הייצור
לאחרונה הם השיגו פריצת דרך כאשר הצליחו לפתח מערכת בדיקת פגמים (Defect Review) בקו ייצור השבבים, אשר מסוגלת לצלם את הסיליקון הנמצא בייצור ברזולוציה של 1 ננומטר.
לדברי מנהל קו מוצרי SEMVision בחברת אפלייד מטירילאס ישראל, איתן בנימיני, הרזולוציה הזו הכרחית כדי שמהנדסי קו הייצור יוכלו לאתר באמצעותה תקלות כמו קצרים, מחסור בחומר מילוי, או שגיאות אחרות בייצור השבב.
הגודל של תקלה קריטית
בראיון ל-Techtime, הוא הסביר שבזכות היכולת הזו, אף שעברו רק ארבעה חודשים בלבד מאז יצאה מערכת בדיקת הפגמים החדשה SEMVision G5 לשוק, כבר נמסרו כמה עשרות מכשירים ללקוחות.
בנימיני: "המערכת מבוססת על מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) המשגר אלומת אלקטרונים אל שטח פני הסיליקון ומנתח את האותות החוזרים כדי לייצר תמונה. תקלה קריטית בגיאומטריות הייצור המתקדמות כיום, היא בדרך-כלל בגודל של 10 ננומטר. לכן צילום התופעה צריך להיות ברזולוציה גבוהה לפחות פי 10, כדי שניתן יהיה לאפיין את התקלה ולשפר את תהליך הייצור".
כיצד אפשר לצלם פרוסת סיליקון שלמה ברזולוציה כל-כך גבוהה?
"אנחנו לא מצלמים את פרוסת הסיליקון השלמה. סריקת הפרוסה נעשית על-ידי מכשיר אחר המבצע צילום ברזולוציה נמוכה יותר ובמהירות גבוהה. הוא מעביר את המידע על הנקודות החשודות כפגמים בפרוסה, ומערכת SEMVision מנווטת את המיקרוסקופ הסורק אל הנקודות החשודות".
זיכוי חשודים
"בשלב הראשון לאחר הבדיקה מופעלת מערכת אוטומטית המפרידה בין האתרים החשודים שבהם יש תקלות לבין כאלה שבהם אין תקלות. מדובר באלגוריתם Automatic Defect Re-detection מורכב מאוד, שהוכנס לתעשייה באמצעות קו המוצרים SEMVision.
"צריך לזכור שתהליך המזעור מייצר פגמים קטנים מאוד, והתוצאה היא שהאותות המרמזים על תקלה מתערבבים עם הרעשים במערכת. אם בעבר 95% מהתקלות החשודות היו אמיתיות, היום בשכבות מסויימות רוב 'התקלות' הן רעש בלבד. כאן מצוי אחד מהחידושים המיוחדים במערכת SEMvision G5: אלגוריתם ADRTrue המפעיל מנגנוני קבלת החלטות שמפרידים בין הרעש לבין תופעות המרמזות על חשד לתקלות".
מסלול מכשולים ננומטרי
"רק לאחר שלב ה-ADR, המערכת מפיקה תמונה של האתר שבו התגלתה תקלה. מדובר במסגרת בגודל של 500 על 500 פיקסלים שהמהנדסים בקו הייצור בודקים כדי לזהות את אופי התקלה, ולהגדיר דרכים לתקן אותה. אגב, לא תמיד היא דורשת תיקון: בייצור זיכרונות למשל, יש שיעור של תקלות שאינו פוגע בביצועי הרכיב. אותן תקלות, אולם בשיעור גבוה יותר, כבר דורשות התערבות בתהליך הייצור".
תעשיית השבבים מאמצת טכנולוגיות וחומרים חדשים. כיצד מתמודדים עם זה?
"נאלצנו לפתח פתרונות מיוחדים. המעבר לשימוש בחומרים מבודדים בעלי מקדם דיאלקטרי נמוך מאוד בין הטרנזיסטורים לבין שכבת מוליכי הנחושת (Back-end) הוא קשה מאוד למיקרוסקופ SEM מכיוון שהפצצת האתרים באלקטרונים גורמת להיווצרות מטענים המעוותים את התמונה המתקבלת. קשיים נוספים נובעים מהעומק הגדל של השבבים, כתוצאה מהמעבר ליותר ויותר מבנים תלת-מימדיים. כיום היחס בין רוחב התעלה הנבדקת לעומקה (Aspect Ratio) משתנה מלקוח ללקוח ומשכבה לשכבה, כאשר הממוצע הוא כבר 1:10-1:20.
"כאן היינו צריכים לפתח יכולת מיוחדת של 'משיכת סיגנל': למנוע מצב שבו האלקטרונים החוזרים מתחתית התעלה נבלעים בדפנותיה. וכמובן, להתמודד עם הבעיה הגדולה ביותר, נובעת מהמעבר של התעשייה לייצור שכבות באמצעות חומרים מוליכים (High-k Metal Gate). כאן הקושי הפוך: האלקטרונים לא יוצרים מטענים בשכבה הנבדקת, אלא הופכים לזרם חשמלי".
קו תפר שיווקי-טכנולוגי
איתן בנימיני לא חושף את הסודות הטכנולוגיים שמאחורי ההתמודדות עם טכנולוגיות הייצור החדשות. הוא מהנדס אלקטרוניקה שהצטרף לאפלייד מטיריאלס לפני 9 שנים, לאחר שעבד בחברת אינטל בפיתוח שבבים ושרת כטייס בחיל-האוויר. בתפקידו כמנהל קו מוצר הוא נמצא בקו התפר שבין השיווק לייצור. המקום שבו מוגדרים גם היעדים העיסקיים וגם היעדים הטכנולוגיים של המוצר.
מהו השלב הבא?
בנימיני: "אנחנו עוקבים מקרוב אחר המגמות בתעשייה. יצרני השבבים הגדולים ביותר בתעשייה מגדירים ביחד איתנו את מאפייני הפתרון הדרושים להם. התחלנו לטפל בסוגיות שונות הקשורות לשילוב המכונה במסגרת התהליך הכולל. בעבר למשל, כל מערכת היתה מנווטת את עצמה אל האתרים החשודים. כיום התחלנו לקשר ביניהן, כך שהמערכת מקבלת את נתוני הניווט של המערכת הקודמת, ומגיעה מהר יותר אל האתרים הנבדקים.
"כעת אנחנו מטפלים גם בתהליך בדיקת התמונות לאחר שצולמו. כיום התמונות מועברות לאנשים הבוחנים אותן ומסווגים את התקלות באופן ידני. עכשיו אנחנו נכנסים לתחום הסיווג האוטומטי וגם מרחיבים את אופי הרכיבים הנבדקים. עד היום המכונות נבדקו אצל יצרני מעגלים לוגיים וזיכרונות, כיום אנחנו נכנסים לרכיבים מסוגים נוספים".
פורסם בקטגוריות: חדשות , סמיקונדקטורס , ציוד בדיקה
