IEDM 2013 450 mm soll es richten

Die vom G450C festgelegten Zeitpläne, wann welches Equipment fertig sein soll.
Die vom G450C festgelegten Zeitpläne, wann welches Equipment fertig sein soll.

Nachdem es aufgrund der steigenden Prozesskomplexität immer schwieriger wird, die bislang gewohnten Kostensenkungen in der Halbleiterindustrie zu halten, stellt der Übergang auf die nächste Wafer-Größe, sprich 450 mm, eine gute Möglichkeit dar, die Die-Kosten zu reduzieren.

Allerdings ist der Übergang auf 450 mm mindestens genauso schwierig wie schon der Übergang auf 300 bzw. 200 mm Wafer. Und nachdem sich beim Übergang auf 200-mm-Wafer IBM eine blutige Nase geholt hat, der Übergang auf 300 mm Wafer wiederum zulasten der Equipment-Industrie gegangen ist, musste sich für diesen Übergang mit dem G450C (Global 450 mm Consortium) schon eine ganze Gruppe zusammenfinden, um überhaupt den notwendigen Anschub für alle notwendigen Entwicklungen zu leisten und die Lasten sowie Risiken auf möglichst viele Schultern zu verteilen.

Das G450C wurde von fünf Halbleiterunternehmen - Intel, IBM, Globalfoundries, Samsung und TSMC – und dem College of Nanoscale Science and Engineering (CNSE) der State University of New York (SUNY) gegründet und finanziell vonseiten des Staates New York unterstützt. Seit 2012 bestückt das G450C den am CNSE angesiedelten, zirka 5.500 m2 großen Reinraum mit Equipment, um so die erste 450-mm-Prozesslinie aufzubauen. Der derzeitige Zeitrahmen sieht vor, dass bis 2015 alle Tools für die F&E-Aktivitäten zur Verfügung stehen sollen. Bis 2016 soll eine Pilotlinie stehen und die endgültigen Tools, die eine hochvolumige Serienfertigung ermöglichen, sollen 2018 verfügbar sein.

»Bis 2016 werden insgesamt rund 60 Tools installiert sein, ein Teil davon im Reinraum am CNSE, der andere Teil bei den Equipment-Herstellern«, erklärt Dr. John Lin, General Manager und Vice President des Global 450mm Consortium (G450C). In den letzten Monaten sind seiner Aussage nach auch schon einige Fortschritte erzielt worden, nichtsdestotrotz seien doch noch viele Probleme zu lösen.

 

Sicherlich positiv zu bewerten sind die Fortschritte auf der Wafer-Seite. So konnte laut seiner Aussage nach die Wafer-Qualität innerhalb der letzten zwei Jahre deutlich angehoben werden. Mittlerweile würden die Wafer fast die von der SEMI vorgegebenen M76-Spezifikationen erfüllen. Innerhalb von eineinhalb Jahren konnte sowohl die Defektdichte als auch die Größe der Fehlstellen minimiert und die Ebenheit der Wafer (SQFR-Wert unter 42 nm) erhöht werden.

Soweit zu den positiven Nachrichten, auf der Tools-Seite hingegen sieht es noch nicht so gut aus. So verweist Lin in diesem Zusammenhang beispielsweise auf Tools für das Plasma-Ätzverfahren, die in Bezug auf die Gleichmäßigkeit noch deutlich zu wünschen übrig ließen. Hier hätte sich gezeigt, dass eine einfache Skalierung bestehender 300-mm-Produktions-Tools auf 450 mm nicht ausreicht. Ebenfalls Schwierigkeiten bereiten noch alle Arten von Scannern, also angefangen bei der Lithographie bis hin zu den Messeinrichtungen. Alle haben mit dem Problem zu kämpfen, dass »der Übergang von 300 auf 450 mm Wafer eine Vergrößerung der Fläche um den Faktor 2,25 bedeutet«, so Lin und damit der Durchsatz zum Killerkriterium wird. Hier wären noch enorme Fortschritte notwendig, um auf befriedigende Ergebnisse zu erhöhen. Bei den Mess-Tools hätte sich auch gezeigt, dass das Signalrauschverhältnis der Detektoren verbessert und die Signal-/Bildverarbeitungsgeschwindigkeit erhöht werden muss. Aber: »Die ersten Messtools für optisches CD, Partikelmessung, e-Beam-Review sind bereits kommerziell verfügbar«, so Lin weiter. Gut so, denn nur deshalb konnte das G450C schon so viele Fortschritte bei der Wafer-Qualität erzielen.

Das größte Sorgenkind ist allerdings die Lithographie. Hier müssten noch die größten Anstrengungen unternommen werden. Derzeit ist geplant, dass Mitte 2014 die ersten 450-mm-Wafer mithilfe der Immersion-Lithographie belichtet werden. Darüber hinaus soll Mitte 2015 ein 193 nm-Scanner von Nikon installiert werden.

Darüber hinaus diskutiert die 450-mm-Gemeinde über so genannte Notchless Wafer. Bislang wurde zur eindeutigen Kennzeichnung der Kristallorientierung die Wafer ab einer Größe von 8 Zoll zusätzlich zu den eingeschliffenen »Flats« mit einer »Notch« (Einkerbung) versehen. Allerdings hat diese Kerbe einen negativen Einfluss auf die Wafer-Symmetrie, erzeugt Stress und verursacht Ungleichmäßigkeiten im Prozess. Also hat man sich überlegt, die Kerbe durch optische Referenzmarken zu ersetzen (Notchless Wafer). Lin: »Ein entsprechender Standard befindet sich in der Arbeit und soll nächstes Jahr fertig sein.«

Bei allen noch ungeklärten Fragen zeigt sich Lin abschließend aber dennoch zuversichtlich, dass der Übergang auf 450 mm Wafer einigermaßen schmerzfrei über die Bühne gehen wird, »denn die bisher erzielten Ergebnisse sind durchaus ermutigend«.