智能刻蚀带来突破性的生产力提升

Sense.i为刻蚀技术的未来设定步伐

作者：泛林集团 高级副总裁兼刻蚀事业部总经理 Vahid Vahedi

增加电路密度而不必移动到新技术节点的优势使得垂直扩展成为半导体行业的强大驱动力。但它也有一系列挑战，其中关键的挑战便是刻蚀能力。

随着晶圆厂已经在制造超过90层的NAND器件，他们需要50:1或更高深宽比 （HAR） 的存储孔结构。

这意味着晶圆厂需要埃米级的轮廓控制同时在特征结构中进行多微米深刻蚀。刻蚀这样的孔洞时我们会面临传输限制的根本性挑战。中子和离子都不能充分到达孔的底部，而通过增加离子能量来解决这一点会消耗顶部的掩膜。因此，高深宽比刻蚀会出现关键尺寸变化、不完全刻蚀和扭曲等问题，这就要求刻蚀能力具有选择性和精确性。

不过挑战并未就此结束。芯片设计的要求是，在每一片晶圆上同时刻蚀超过一万亿个孔，且需要这些孔均匀并可预测。当大批量生产要求晶圆厂每月生产140万片NAND晶圆时，刻蚀挑战变得更加复杂，并可能对位成本产生重大影响（图1）。

图1：保持节点到节点的成本降低曲线是行业成功的基石，而这变得越来越困难。

商业需求

尽管深宽比越来越高，刻蚀选择性要求也越来越高，关键尺寸（CD）的收缩速度也越来越快，但开发产品的制造商们还是希望尽快从研发阶段过渡到量产阶段。尽管面临着位成本的挑战，但3D NAND从研发到量产的速度并未放缓。其实这一过程正在加速，因为制造商希望尽早将产品推向市场，以收回他们的研发投资（图2）。因此，制造商需要一种适应性强的设备，既能提供研发所需的灵活性，又能快速过渡到量产。

图2：提高垂直缩放集成面临的三重挑战，业务需要快速实现产品从研发到量产，以及在有限的晶圆厂空间的运营条件下现实所需的颠覆性的刻蚀技术创新。

此外，随着刻蚀强度的增加，晶圆厂为这些设备提供足够空间的挑战变得越来越大。由于晶圆厂的运营成本和建造成本一样高，晶圆厂负责人都想要优化空间，并使用这些设备生产尽可能多的晶圆。

应对挑战

解决方案在于用更高的离子能量，去克服高深宽比结构的传输限制，通过材料技术进行高选择性刻蚀，使掩膜在接近结构顶部的地方得到保护，并确保整片晶圆上等离子体的均匀性——所有这些都来自空间优化的整体解决方案，需要其拥有足够的灵活性，以满足迅速从研发到爬坡实现量产。

泛林集团Equipment Intelligence® （设备智能）的概念就建立在性能的三个关键支柱之上——自感知、自维护和自适应。

• 一个自感知的设备将感知到卡盘的存在、卡盘的制造数据、卡盘的变化、卡盘是否被适当校准、以及如何实时校准卡盘。例如泛林的Hydra®系统就具有这样的自感知功能，这可以省去人力校准卡盘的工作量。
• 智能设备的自维护功能让设备可以检测到何时需要维护，合理安排维护以避免计划外的停机时间，并自动化所有涉及到维护的重复性任务。泛林已经成功将其应用于Corvus® R系统中，用于监测和更换外缘圆环。
• 自适应设备可以通过调整来抵消载入物料变化或工艺偏差。例如，泛林的LSRa系统通过分析从晶圆反射的光谱，使每片晶圆的刻蚀端点基于其进入状态，这种自适应大大降低了可变性。

Sense.i对智能刻蚀的意义

泛林全新的开创性平台Sense.i® （图3）将所有这些功能整合到一个解决方案中。Sense.i平台基于紧凑且高密度的架构，拥有无与伦比的系统智能，确保在最高生产率下依然能实现良好的工艺性能，支持逻辑和存储设备在未来十年的扩展路线图。

它提供了一个更大的工艺窗口，以改善关键尺寸和轮廓控制，并更好地使器件实现缩放。重新设计的等离子体均匀性控制提供了最均匀的晶圆成品和最高的良率，而增加的离子能量不仅可以实现高深宽比刻蚀，还可以提高刻蚀速率且降低晶圆成本。

Sense.i名字的意义基于两个概念： “sense”， 感知，即设备具有最大的感知和监控能力；“ei”指的是equipment intelligence，即设备智能，它可以理解数据并将其转化为信息，助力晶圆厂提高设备的生产率。

通过泛林Equipment Intelligence®提供支持，Sense.i 可以分析数据，并帮助芯片制造商了解数据中的模式和趋势，以进一步优化整组设备的性能和生产率。

自感知的Sense.i在系统感知性能和数据监控能力方面提高了10倍。随着不断提升的感知和自校准能力，自维护的Sense.i可提升设备的可用时间。例如，在生产过程中，该平台可以在不打破真空的情况下进行环交换，从而将设备的生产率提高15%以上。

图3：提供更高的刻蚀性能和吞吐量的同时保持紧凑的设计，Sense.i的智能自学习能力使其满足行业未来的要求。

泛林的Equipment Intelligence®配合Sense.i使这些系统具有高度自适应能力，晶圆厂因而可以优化设备性能，不仅仅是在一个腔室内，而是从腔室到腔室以及设备到设备，贯穿整个晶圆厂的设备组。

该平台的腔室具有更高的适应性。将可扩展性考虑在内从头开始重新设计，泛林能够在制造需求不断变化的情况下有效地交付下一代解决方案。

Sense.i平台的占地面积更小，可解决晶圆厂面临的空间挑战，在相同的晶圆厂区域实现超过50%的晶圆吞吐量，让该设备在关键和半关键应用领域具有吸引力。

持续颠覆

行业需要颠覆性的生产力解决方案，以保持节点到节点的成本降低曲线，不仅是现在，未来的节点也是如此。Sense.i智能刻蚀将凭借其大数据能力，在一个小小的空间中为刻蚀技术的未来设定步伐。