المستقبل للتكنولوجيا
18 كانون الثاني 2023
يشهد قطاع أشباه الموصلات تقدماً سريعاً نحو تقنيات تصنيع أقل من 3 نانومتر وعصر الأنجستروم. ومع تقلص أحجام الترانزستورات، تلاشى هامش الخطأ في تصنيع رقائق السيليكون عملياً.
في بيئة التصنيع عالية المخاطر هذه، يمكن لجسيم صغير يصل حجمه إلى 15 نانومتر (nm) أن يعطل دائرة كاملة، مما يتسبب في خسارة كارثية في الإنتاج.
للكشف عن هذه التهديدات المجهرية، يجب أن تعمل أنظمة فحص الأسطح الماسحة (SSIS) بدقة مطلقة. وتعتمد هذه الدقة كلياً على معايير معايرة تقل عن 20 نانومتر.
في التقليدية عقد أشباه الموصلاتكانت الجسيمات التي يقل حجمها عن 20 نانومتر تُعتبر في السابق مجرد ضوضاء خلفية ضئيلة. أما اليوم، فهي تُصنف كعيوب قاتلة. فعندما لا يتجاوز عرض العناصر الهيكلية على الشريحة بضعة نانومترات، يتصرف جسيم بحجم 15 نانومتر كصخرة تسد طريقًا سريعًا، مما يتسبب في حدوث دوائر قصر أو دوائر مفتوحة.
لا تستطيع أدوات الفحص القياسية تحديد أو قياس هذه الملوثات الدقيقة بدقة دون معايرة دقيقة. فإذا كانت معايرة أداة فحص سلامة المواد (SSIS) خاطئة ولو بمقدار 1-2 نانومتر، فإنها إما ستتجاهل العيوب الحرجة تمامًا (نتائج سلبية خاطئة) أو ستصنف الاختلافات غير الضارة على أنها تهديدات (نتائج إيجابية خاطئة)، مما يعيق إنتاجية المصنع.
معظم الإنتاجية العالية أدوات فحص الرقائق تعتمد هذه التقنية على تشتيت الضوء. فعندما يصطدم شعاع الليزر بجزيء على سطح رقاقة السيليكون، يتشتت الضوء. ويقوم جهاز الفحص بقياس هذا الضوء المتشتت لتحديد حجم الجزيء وموقعه.
ومع ذلك، عندما تنخفض أحجام الجسيمات إلى أقل من 20 نانومتر، تتغير الفيزياء بشكل جذري.
بدون معايرة دقيقة باستخدام جسيمات نانوية دقيقة، لا تستطيع أشعة الليزر المستخدمة في الفحص التمييز بين عيب حقيقي يقل حجمه عن 20 نانومتر والضوضاء الخلفية.
تحقيق يتطلب المعايرة الدقيقة معايير الترسيب ذات أحجام جسيمات متجانسة للغاية. يعتمد المصنعون بشكل أساسي على مادتين، لكل منهما دور محدد في القياسات عالية الدقة.
| الميزات | كرات من اللاتكس البوليسترين (PSL) | مجهرية السيليكا |
|---|---|---|
| حجم التوحيد | مرتفع للغاية؛ أحادي التشتت | مرتفع |
| مؤشر الانكسار | مرتفع، حوالي 1.59؛ يوفر إشارات ليزر قوية | منخفض، حوالي 1.45؛ يحاكي بدقة جزيئات العمليات في العالم الحقيقي |
| الاستقرار المادي | عرضة للتلف تحت تأثير أشعة الليزر عالية الكثافة | يتميز بثبات عالٍ تحت أشعة الليزر فوق البنفسجية/الأشعة فوق البنفسجية العميقة الشديدة |
| حالة الاستخدام الأساسية | معايرة أساسية لدقة تحديد حجم SSIS | محاكاة المواد في العالم الحقيقي وضبط الليزر |
إن الاستثمار في معايرة أقل من 20 نانومتر لا يتعلق فقط بدقة المختبر؛ بل هو استراتيجية عمل حاسمة تؤثر بشكل مباشر على الربحية.
بينما تدفع الصناعة حدود الفيزياءلا تزال معايير المعايرة التي تقل عن 20 نانومتر تشكل الأساس لفحص الرقائق الموثوق والمربح والخالي من العيوب.
مع تجاوز صناعة أشباه الموصلات للحدود الفيزيائية التقليدية إلى حقبة ما دون 3 نانومتر وعصر أنجستروم، لم يعد التحكم في التلوث المجهري خيارًا؛ بل أصبح شرطًا أساسيًا لبقاء إنتاجية التصنيع.
توفر معايير المعايرة التي تقل عن 20 نانومتر الدقة الأساسية التي تحتاجها أنظمة فحص الأسطح الماسحة (SSIS) لعزل العيوب القاتلة عن ضوضاء الركيزة الخلفية.
من خلال تطبيق بروتوكول صارم لترسيب الهباء الجوي أحادي التشتت، يمكن للمصنعين ضبط أدوات قياس الليزر الخاصة بهم بثقة، والقضاء على الإنذارات الكاذبة المكلفة، وحماية ربحية إنتاجهم.
في تقنيات التصنيع المتقدمة، تكون مكونات الترانزستور متناهية الصغر. فجسيم صغير بحجم 15 نانومتر يكفي لسد الفجوات بين الدوائر، مما يتسبب في حدوث دوائر قصر فورية أو أعطال كهربائية تُفسد إنتاجية الرقاقة بأكملها.
يكمن التحدي الرئيسي في الفيزياء. فبسبب تشتت رايلي، تُشتت الجسيمات التي يقل حجمها عن 20 نانومترًا القليل جدًا من الضوء. وتواجه الماسحات الضوئية الليزرية صعوبة في تمييز هذه الإشارة الضعيفة عن خشونة السطح الطبيعية (الضبابية) لرقاقة السيليكون.
إذا كان المحلول شديد التركيز، ستتسرب عدة جسيمات نانوية من فوهة البخاخ داخل قطرة ماء واحدة. ومع تبخر الماء، تتكتل هذه الجسيمات معًا، مكونةً مجموعات ثنائية أو ثلاثية كبيرة بدلًا من معيار معايرة نقي مكون من جسيم واحد.
استخدم كرات PSL لمعايرة المقاسات الأساسية لأنها توفر تجانسًا فائقًا في الحجم وتشتتًا قويًا للضوء. استخدم كريات السيليكا المجهرية إذا كنت تستخدم ليزرات الأشعة فوق البنفسجية/الأشعة فوق البنفسجية العميقة عالية الكثافة، لأن السيليكا تقاوم التلف الناتج عن الليزر بشكل أفضل من كرات PSL البلاستيكية.
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.