لقد أدى تقدم صناعة أشباه الموصلات نحو عصر الأنجستروم إلى تغيير جوهري في فيزياء التصنيع.
مع انتقال مصانع أشباه الموصلات إلى تقنيات تصنيع 5 نانومتر و3 نانومتر و2 نانومتر، تلاشى هامش الخطأ فعلياً. في هذا النطاق، قد يؤدي عيب بحجم شريط واحد من الحمض النووي إلى جعل الشريحة عديمة الفائدة.
بالنسبة لمهندسي الإنتاجية، فإن لم يعد التحدي يقتصر على مجرد اكتشاف العيوبإنها عملية تمييز الإشارة عن الضوضاء في بيئة تكون فيها الميزات نفسها بالكاد أكبر من أطوال موجات الضوء المستخدمة لقياسها.
تستكشف هذه المقالة تقنيات القياس المتقدمة، وتحديداً التقارب بين التقنيات البصرية، وحزم الإلكترون، والذكاء الاصطناعي، التي تجعل تصنيف العيوب دون 10 نانومتر ممكناً.
لفهم الحل، يجب علينا أولاً أن نفهم المشكلة. تصنيع تُطرح ثلاث عقبات حاسمة عند عقدة أقل من 10 نانومتر.
في الترانزستورات ثنائية الأبعاد المستوية، كانت العيوب في الغالب على مستوى السطح.
في التصاميم المعمارية ثلاثية الأبعاد الحديثة مثل ترانزستورات FinFET وألواح GAA النانويةغالباً ما تكون العيوب مخفية. فالفراغ الموجود داخل وصلة من التنجستن أو الجسر الموجود في عمق الزعانف لا يمكن رؤيته بواسطة الأدوات البصرية القياسية.
مع تقلص أحجام العناصر، تضعف إشارة التشتت الناتجة عن العيب.
في الوقت نفسه، تُسبب خشونة السطح (الضبابية) واختلافات العملية تشويشًا. وتواجه طرق الكشف التقليدية القائمة على العتبة صعوبات في هذا الصدد، غالبًا. الإبلاغ عن آلاف الأحداث المزعجة (النتائج الإيجابية الخاطئة) التي تحجب العيوب الحقيقية.
اعتماد الأشعة فوق البنفسجية الشديدة (EUV) لقد تم إدخال الطباعة الحجرية العيوب العشوائية (العشوائية) مثل خشونة حواف الخطوط والوصلات الدقيقة التي هي احتمالية بطبيعتها.
يتطلب صيد هذه الأشياء تفتيش مناطق واسعة من الرقاقة، مما يتحدى إنتاجية الأدوات عالية الدقة.
استخدم وقد استجابت الصناعة بعلم القياس الهجين نهج يمزج سرعة الضوء مع دقة الإلكترونات.
لا تزال أنظمة BBP هي العمود الفقري لعمليات التصنيع ذات الحجم الكبير.
باستخدام مصدر ضوء فائق الاستمرارية (يتراوح من الأشعة فوق البنفسجية العميقة إلى الضوء المرئي)، يمكن ضبط هذه الأدوات على أطوال موجية محددة تتوافق مع المواد الموجودة على الرقاقة.
يوفر فحص الحزمة الإلكترونية الحل النهائي (أقل من 1 نانومتر) ولكنها كانت تاريخياً بطيئة للغاية بالنسبة للمراقبة المباشرة. يكمن الحل في تقنية الحزم المتعددة.
تتيح لنا الأجهزة ما يلي: انظر تعريف العيب؛ يُمكّننا البرنامج من فهمه. إنّ الكم الهائل من البيانات التي تُنتجها أدوات المسح متعدد الحزم وأدوات BBP يجعل التصنيف اليدوي مستحيلاً. وهنا تكمن المشكلة. تعلم عميق يدخل المصنع.
اعتمدت محولات الإشارة التناظرية الرقمية القديمة على خوارزميات قائمة على القواعد (على سبيل المثال، إذا كانت البقعة مستديرة، فهي جسيم). وتنهار هذه القواعد عند 5 نانومتر.
يتطلب تدريب الذكاء الاصطناعي مجموعات بيانات ضخمة من العيوب، وهي نادرة في عملية ناضجة.
يستخدم مزودو خدمات القياس المتقدمة الآن توليد البيانات الاصطناعية، مما يؤدي إلى إنشاء محاكاة واقعية للعيوب لتدريب نماذجهم قبل معالجة الرقاقة الأولى.
بينما نتطلع إلى عصر الأشعة فوق البنفسجية عالية الفتحة العددية والتكديس ثلاثي الأبعاد (الرقائق الصغيرة)، ستنتقل القياسات من مرحلة ما بعد المعالجة إلى مرحلة القياس في الموقع.
يعتمد استمرار قانون مور على علم القياس بقدر اعتماده على الطباعة الحجرية.
من خلال الاستفادة من التآزر بين البلازما ذات النطاق العريض، والحزمة الإلكترونية متعددة الحزم، والتعلم العميق، مصنعي أشباه الموصلات يمكن أن تسلط الضوء على المشهد دون 10 نانومتر، وتحويل البيانات الخام إلى العوائد العالية المطلوبة لثورة الذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية الأداء.
على مستوى أقل من 10 نانومتر، غالباً ما تكون العيوب أصغر من الطول الموجي للضوء المستخدم في الأدوات القياسية. وهذا يُنتج نسبة إشارة إلى ضوضاء منخفضة، مما يجعل من الصعب للغاية التمييز بين عيب خطير وخشونة سطحية غير ضارة أو ضوضاء خلفية.
الفحص البصري تُعدّ تقنية البلازما ذات النطاق العريض سريعةً ومثاليةً لمسح الرقاقات بأكملها. بينما توفر تقنية فحص الحزم الإلكترونية دقةً أعلى بكثير (أقل من 1 نانومتر) لرؤية أدق التفاصيل، إلا أنها أبطأ بطبيعة الحال. وتسد أنظمة الحزم المتعددة الحديثة هذه الفجوة باستخدام آلاف الحزم في آنٍ واحد لزيادة السرعة.
يستخدم الذكاء الاصطناعي تعلم عميق لتحليل آلاف الصور تلقائيًا في الوقت الفعلي. يمكنه التمييز فورًا بين جسر مميت أو ماس كهربائي وجسيم غير ضار، مما يسمح للمهندسين بإصلاح مشاكل الإنتاج بسرعة أكبر بكثير دون مراجعة يدوية.
منذ 1992، Applied Physics تُعدّ شركتنا من الشركات الرائدة عالميًا في مجال توفير معايير دقيقة للتحكم في التلوث وعلم القياس. نتخصص في تصوير تدفق الهواء، ومعايير حجم الجسيمات، وحلول تطهير غرف الأبحاث في البيئات الحساسة.
