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  • 智能刻蝕帶來突破性的生產力提升

    作者:泛林集團 高級副總裁兼刻蝕事業部總經理 Vahid Vahedi

    增加電路密度而不必移動到新技術節點的優勢使得垂直擴展成為半導體行業的強大驅動力。但它也有一系列挑戰,其中關鍵的挑戰便是刻蝕能力。

    隨著晶圓廠已經在制造超過90層的NAND器件,他們需要50:1或更高深寬比 (HAR) 的存儲孔結構。

    這意味著晶圓廠需要埃米級的輪廓控制同時在特征結構中進行多微米深刻蝕。刻蝕這樣的孔洞時我們會面臨傳輸限制的根本性挑戰。中子和離子都不能充分到達孔的底部,而通過增加離子能量來解決這一點會消耗頂部的掩膜。因此,高深寬比刻蝕會出現關鍵尺寸變化、不完全刻蝕和扭曲等問題,這就要求刻蝕能力具有選擇性和精確性。

    不過挑戰并未就此結束。芯片設計的要求是,在每一片晶圓上同時刻蝕超過一萬億個孔,且需要這些孔均勻并可預測。當大批量生產要求晶圓廠每月生產140萬片NAND晶圓時,刻蝕挑戰變得更加復雜,并可能對位成本產生重大影響(圖1)。

    圖1:保持節點到節點的成本降低曲線是行業成功的基石,而這變得越來越困難。

    商業需求

    盡管深寬比越來越高,刻蝕選擇性要求也越來越高,關鍵尺寸(CD)的收縮速度也越來越快,但開發產品的制造商們還是希望盡快從研發階段過渡到量產階段。盡管面臨著位成本的挑戰,但3D NAND從研發到量產的速度并未放緩。其實這一過程正在加速,因為制造商希望盡早將產品推向市場,以收回他們的研發投資(圖2)。因此,制造商需要一種適應性強的設備,既能提供研發所需的靈活性,又能快速過渡到量產。

    圖2:提高垂直縮放集成面臨的三重挑戰,業務需要快速實現產品從研發到量產,以及在有限的晶圓廠空間的運營條件下現實所需的顛覆性的刻蝕技術創新。

    此外,隨著刻蝕強度的增加,晶圓廠為這些設備提供足夠空間的挑戰變得越來越大。由于晶圓廠的運營成本和建造成本一樣高,晶圓廠負責人都想要優化空間,并使用這些設備生產盡可能多的晶圓。

    應對挑戰

    解決方案在于用更高的離子能量,去克服高深寬比結構的傳輸限制,通過材料技術進行高選擇性刻蝕,使掩膜在接近結構頂部的地方得到保護,并確保整片晶圓上等離子體的均勻性——所有這些都來自空間優化的整體解決方案,需要其擁有足夠的靈活性,以滿足迅速從研發到爬坡實現量產。

    泛林集團Equipment Intelligence? (設備智能)的概念就建立在性能的三個關鍵支柱之上——自感知、自維護和自適應。

    • 一個自感知的設備將感知到卡盤的存在、卡盤的制造數據、卡盤的變化、卡盤是否被適當校準、以及如何實時校準卡盤。例如泛林的Hydra?系統就具有這樣的自感知功能,這可以省去人力校準卡盤的工作量。

    • 智能設備的自維護功能讓設備可以檢測到何時需要維護,合理安排維護以避免計劃外的停機時間,并自動化所有涉及到維護的重復性任務。泛林已經成功將其應用于Corvus? R系統中,用于監測和更換外緣圓環。

    • 自適應設備可以通過調整來抵消載入物料變化或工藝偏差。例如,泛林的LSRa系統通過分析從晶圓反射的光譜,使每片晶圓的刻蝕端點基于其進入狀態,這種自適應大大降低了可變性。

    Sense.i對智能刻蝕的意義

    泛林全新的開創性平臺Sense.i?(圖3)將所有這些功能整合到一個解決方案中。Sense.i平臺基于緊湊且高密度的架構,擁有無與倫比的系統智能,確保在最高生產率下依然能實現良好的工藝性能,支持邏輯和存儲設備在未來十年的擴展路線圖。

    它提供了一個更大的工藝窗口,以改善關鍵尺寸和輪廓控制,并更好地使器件實現縮放。重新設計的等離子體均勻性控制提供了最均勻的晶圓成品和最高的良率,而增加的離子能量不僅可以實現高深寬比刻蝕,還可以提高刻蝕速率且降低晶圓成本。

    Sense.i名字的意義基于兩個概念:“sense”,感知,即設備具有最大的感知和監控能力;“ei”指的是equipment intelligence,即設備智能,它可以理解數據并將其轉化為信息,助力晶圓廠提高設備的生產率。

    通過泛林Equipment Intelligence?提供支持,Sense.i 可以分析數據,并幫助芯片制造商了解數據中的模式和趨勢,以進一步優化整組設備的性能和生產率。

    自感知的Sense.i在系統感知性能和數據監控能力方面提高了10倍。隨著不斷提升的感知和自校準能力,自維護的Sense.i可提升設備的可用時間。例如,在生產過程中,該平臺可以在不打破真空的情況下進行環交換,從而將設備的生產率提高15%以上。

    圖3:提供更高的刻蝕性能和吞吐量的同時保持緊湊的設計,Sense.i的智能自學習能力使其滿足行業未來的要求。

    泛林的Equipment Intelligence?配合Sense.i使這些系統具有高度自適應能力,晶圓廠因而可以優化設備性能,不僅僅是在一個腔室內,而是從腔室到腔室以及設備到設備,貫穿整個晶圓廠的設備組。

    該平臺的腔室具有更高的適應性。將可擴展性考慮在內從頭開始重新設計,泛林能夠在制造需求不斷變化的情況下有效地交付下一代解決方案。

    Sense.i平臺的占地面積更小,可解決晶圓廠面臨的空間挑戰,在相同的晶圓廠區域實現超過50%的晶圓吞吐量,讓該設備在關鍵和半關鍵應用領域具有吸引力。

    持續顛覆

    行業需要顛覆性的生產力解決方案,以保持節點到節點的成本降低曲線,不僅是現在,未來的節點也是如此。Sense.i智能刻蝕將憑借其大數據能力,在一個小小的空間中為刻蝕技術的未來設定步伐。


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