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Process Control · R2R / APC · Within-Wafer Profile

Wafer Profile Controlとmulti-zoneプロセス制御

Equipment capability is changing

最新装置にはすでに空間制御機能がある

CMPやEtch装置はzone、temperature、gas distributionなどでcenter、middle、edgeを個別に調整できます。しかし制御ノブが多いだけでは目標プロファイルを作るレシピは自動的に決まりません。

CMP

Multi-zone polishingとreal-time profile control

CMP装置は複数pressure zoneを持つpolishing headとin-situ metrologyでwithin-wafer polishing profileを調整します。

  • Multi-zone polishing head
  • Within-wafer uniformity管理
  • Profile / endpoint control
例:Applied Materials Reflexion公開資料
ETCH

Edge・temperature・gas distribution
などcontrol手段の拡大

Etch装置もwafer edgeのplasma条件、wafer temperature、gas distributionなどを使ってacross-wafer uniformityとprofileを調整できます。

  • Wafer-edge plasma / sheath tuning
  • Radial wafer temperature tuning
  • Multi-zone gas distribution / local correction
例:Lam Research Kiyo・Flex、TEL location-specific processing公開資料
装置がより多くのcontrol機能を提供しても、望むprofileを作るrecipeが自動的に決まるわけではありません。

ノブが増えるほど手動チューニングは難しくなる

zoneやactuatorが増えると相互作用も増え、新製品・新target profileのたびにprocessing、metrology、recipe adjustmentを繰り返す必要があります。

R2R制御は平均値からウェハ内分布へ拡張できる

装置に空間actuatorがあれば、制御対象をwafer-to-wafer平均値からcenter-middle-edge分布や直接定義したtarget profileへ拡張できます。

制御対象の拡張

Run-to-Runという制御cycleはそのままに、管理対象をwafer平均からwithin-wafer profileまで広げます。

Wafer-to-Waferwafer間の平均とvariation
Within-Wafercenter · middle · edge分布
Target Profile望む空間分布を直接targetとして設定

WIWNUは重要な管理指標です。productやdownstream processによっては、WIWNUの数値だけでなくwafer profile自体を望む形へ合わせることがより重要な場合があります。

target profileが変わればレシピを再計算する

新しいtarget profileを定義し、必要条件を再計算し、期待結果と装置制約を確認してから適用します。

Flat
Center-up
Edge-up
Custom
target profileが変わればrecipeも再計算します。装置を止めて複数条件を最初から探し直す作業を減らします。

手作業中心のtuningを、より短いcontrol workflowへ変えます

従来のmanual tuning

01
Target profile変更

productまたは工程目標に合わせて新しいprofileを定義します。

02
Recipe候補設定

engineerの経験とDOEを基に条件を決めます。

03
Wafer処理・計測

実装置で試験し、結果を確認します。

04
条件再調整

targetとの差があればrecipeを再度変更します。

05
反復後に量産適用

targetへ合うまで試験と調整を繰り返します。

反復試験と装置時間が必要

Amfibian

01
Target profile設定

engineerが必要なwafer profileを定義します。

02
Recipe計算

modelがtargetに合うcontrol条件を計算します。

03
適用前検証

予想結果と工程・装置制約を確認します。

04
量産適用

顧客が定めたapproval手順に従って実工程へ反映します。

Target変更から量産適用までのtuning段階を短縮

装置にすでにある制御能力を使い切る

実際の範囲は装置architecture、利用可能actuator、metrology、工程制約に依存します。

装置の多くのknobを実際のprocess controlに使うには、条件を計算し検証するsoftwareが必要です。

適用できる範囲

この考え方はCMPのようにmulti-zone actuatorが明確な工程で特に直感的です。Etchでもedge control、wafer temperature、gas distribution、location-specific processingなど装置のspatial control手段に応じて同じ考え方を適用できます。

実際のcontrol範囲は装置構造、利用可能なactuator、計測方式、工程制約によって変わります。Amfibianは各工程で実際に使えるcontrol variableを基準にmodelingとvalidation範囲を決めます。