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实验室和工厂之间的灵活性

2022/5/9 8:11:49      材料来源:化合物半导体

随着外延结构变得更加复杂,质量控制要采用实验室方法

 

作者:Tim Gorter和Lars Grieger,Malvern Panalytical

 

化合物半导体的功能性与层结构有关。但与蛋糕不同的是,很少有人想把晶圆切成薄片,看看里面发生了什么。

 

不过,幸运的是,在这种情况下,您可以使用计量技术,如X射线衍射仪(XRD),以无损的方式生成精确的结构计量。在这里,超越摇摆曲线的先进能力对于外延晶圆的生产变得越来越重要。

 

随着我们的社会寻求释放这些材料的潜力,提供显著的可持续性效益,化合物半导体晶圆的生产继续增长。如果你是这本杂志的常客,你会非常清楚在LED或功率转换器中广泛使用化合物半导体所带来的节能效果。提高化合物半导体的制造质量可以降低成本,这样这些芯片就可以在全球范围内交付和销售的更多电子产品中发挥作用。这些器件的外延生长由XRD技术监控——但化合物半导体行业的成熟对分析XRD仪器和使用仪器的人意味着什么呢?

 

与制造现场相比,位于研发现场的计量工具基础设施有所不同。

 

从实验室到工厂的方法转移

 

典型的工厂和大多数研究实验室之间的一个显著区别是设备的性能标准。这种差异往往来自于必须达到的相应质量标准的提升。几乎所有CS晶圆厂的外延部门都保持着符合ISO和联邦分类的洁净室环境。因此,晶圆厂需要采用最新的半导体设备和制造国际(SEMI)标准,以确保生产线符合ISO洁净室实践,并实现其产量目标。

 

与此同时,自动化也越来越普遍,这是因为这些市场的规模在不断增长。作为半导体生产中的宝贵资产,自动化解决方案减少了人类参与和减少污染的必要性。

 

当然,可能需要大量的前期投资来建立一个拥有适当仪器、技术和质量控制的工厂,以确保其顺利运行——而财政支出本身可能会令人头疼。

 

Malvern Panalytical凭借多年的经验,通过制造具有未来性和灵活性的机器,一直领先于客户需求和市场发展。

 

好消息是,存在分散资本支出的解决方案。随着化合物半导体公司的成熟,它需要经历一个从实验室过程演变为制造过程的开发过程。但是,由于芯片生产过程中使用的工具组合的负责人有多种选择,做出正确的选择似乎是一个关键而艰巨的挑战。如何决定哪种工具将提供最好的功能和支持,以确保从研究到生产的顺利扩大?如何确保及时交付?

 

MRD XL由一个包含测量室的基本模块和一个提供自动化功能的前端组成。这使得实验室功能(如面内测量)可以在工厂车间使用,并集成到标准接收器中。

 

Malvern Panalytical了解化合物半导体外延片和器件制造商在其XRD解决方案中寻找什么。这一切都始于对外延晶片结构成分的先进、准确、精确的描述——事实上,这一切都始于我们的X’Pert3 MRD XL。MRD XL灵活可靠,在半导体行业的X射线散射应用领域处于世界领先地位。

 

凭借在这一领域40年的经验,我们的技术仍然处于可能的最前沿——但无论我们的客户在哪里,从开发到生产,我们都为拥有支持他们每一步的系统而自豪。

 

我们的目标是确保从研究到质量控制的各个阶段的实验室和工厂都能使用我们的高性能仪器和软件程序。与此一致,我们的MRD XL是一个完全模块化的设计。

 

通过采用这种方法,公司可以先购买我们的核心机器进行研发,然后在运营需要时从我们这里购买附加晶圆厂组件。这是一种避免为“固定”解决方案支付巨额初始费用的方法,该解决方案提供了超出最初需要的功能。当XRD技术或生产要求发生变化时(例如变得更加自动化),我们建议购买新的硬件和软件模块,这些模块很容易与MRD XL集成。

 

拥有一个灵活的计量工具,以跟上产品及其制造商的发展步伐,这是一项重要资产。对于中小型企业、在一台机器上生产多条不同产品线的小众晶圆厂,以及需要越来越复杂计量的大型晶圆厂的产品线,都是如此。

 

当这些公司投资MRD XL时,它可以在从研究到中试规模制造,最后到全面生产之间进行调整。通过逐件增加MRD XL的能力,工厂经理在考虑资本支出预算和时间框架时有了更大的灵活性。

 

手动将晶圆放入计量设备是一项劳动密集型工作,而且比带预对准器的机器人的重复性差。

 

自动化显然是实现理想洁净室状态的一个重要因素。随着机器人能力的不断提高——可能是在没有人工干预的情况下的“熄灯”工厂——相关SEMI标准的重要性肯定会上升。将有更多的要求需要遵守,例如SEMI E5(SECS-II)和E30(GEM)标准,这是一对管理设备与主机或运营商之间通信的关键协议。这些接口能够传输定制的测量数据,对于任何半导体工厂基础设施的成功都至关重要。

 

提供优质的半导体材料和器件显然不仅仅取决于晶圆分析的优秀XRD计量。在衬底抛光和加工过程中,SEMI标准晶圆厂必须有一个一致、高质量、可靠的化学机械抛光(CMP)工艺。正如分层蛋糕可能需要在覆糖霜前将其顶部修剪平整一样,晶圆表面也需要适当的平整度,以确保所有沉积层完全按照要求相互叠置。在这里,我们的粒度测定产品Mastersizer和Zetasizer只需按下一个按钮即可严格控制浆料规格。

 

在任何快速发展的行业中,决策者都必须关注未来——或者找到一个有能力为他们做到这一点的值得信赖的合作伙伴。对于那些与我们合作的芯片制造商和开发人员来说,他们不用担忧,因为他们永远不需要担心这些设备很快就会被较新的型号所超越,浪费实验室到工厂的设备投资。我们的解决方案拥有数十年的经验、丰富的专业知识,并且可以轻松运行十多年。

 

Malvern Panalytical为半导体和电子行业提供多种计量工具,如用于CMP浆料的粒度表征设备,如Mastersizer。


一些化合物半导体的发展已经出现在人们的视野中,例如熄灯晶圆厂、向更大晶圆尺寸的转移,以及化合物半导体中日益复杂的超晶格。其他更遥远的进展更难预测,但我们致力于不断改进和升级我们的硬件和软件,以确保这些解决方案——以及我们的客户——随时准备应对和克服下一个挑战。

 

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