让摩尔定律一再放缓 晶圆厂的cycle time是什么？（二）
Dai Nippon Printing（DNP）的研究员Naoya Hayashi说：“TAT更长的原因是写入时间、检查时间和验证时间。”
写入时间是罪魁祸首。如上所述，IC设计要转换为文件格式。该格式被转换成电子束掩膜写入器的一组指令。这个过程称为掩膜数据准备（MDP）。
然后，电子束掩膜写入器将指令和图案微小的特征写入掩膜。但随着掩膜复杂性的增加，电子束需要更长的时间来写入它们。
幸运的是，我们有解决方案。最近，IMS Nanofabrication引入了一个多光束掩膜写入器。它配备262,144个光束，系统可以在10小时内写完一个光学掩膜，而传统工具要写30小时。
NuFlare正在开发一个类似的系统。“多光束写入有助于TAT，因为写入时间与形状的数量和复杂性无关。”D2S的Fujimura说。
还有其他问题。Fujimura说：“掩膜形状需要更小、更复杂，以满足所需的晶圆加工余量、剂量控制和实现线性校正所需的形状校正。这需要增加数据准备的处理时间。”
一方面，D2S开发了可以加快MDP和其他流程的平台。但距离掩膜部门的要求还有差距，该行业希望有更快的过程控制工具和其他系统。
晶圆厂内部
一旦掩膜完成，便被运送到晶圆厂。根据加州大学伯克利分校的理论，晶圆厂每月有50,000个晶圆开始制造，晶圆厂可能需要以下设备：
?50台扫描式/步进式光刻机加上晶圆轨道；
?10台大电流和8个中等电流离子注入机；
?40台刻蚀机
?30种CVD工具
晶圆厂还需要清洁系统和过程控制工具。
晶圆厂是使用自动化材料处理系统（AMHS）的自动化工厂。为此，芯片在一种称为前端开启式晶圆传送盒（FOUP）的封闭容器中进行加工和运输。使用高架式芯片运输车（OHT）系统将FOUP从一组设备运送到另一组。据Daifuku说，在大型晶圆厂中，OHT轨道可以长达10公里，可容纳数百辆汽车。
图4 ：统一的晶圆厂运输系统（来源：Daifuku ）
为了让所有工作一齐进行，晶圆厂使用了各种工厂自动化技术。 供应商还使用WIP流程技术（如实时分发和调度）来协调制造流程。
除物流外，晶圆厂管理者也在关注其他事宜。KLA-Tencor全球客户组织高级总监Robert Cappel表示：“管理者关心成本、cycle time和可预测的收益。芯片制造商的目标是用可接受的成本来制造可靠的器件。cycle time也是关键。我每天都在晶圆厂中，cycle time的增加会花费我更多的钱。”
然而，控制cycle time是具有挑战性的。例如，晶圆厂工具具有一定的生产能力规格，相当于确定的cycle time。Cappel说：“这就像是工作在完美的世界中，但cycle time中有更多的组分。有处理时间，然后有等待使用工具的排队时间。”
事实上，cycle time的最大组分是等待时间。可变因素、操作员延迟、设备安装错误，以及设备停机也是等式的一部分。此外，晶圆厂的利用率也是组合的一部分。ASML产品营销总监Michael Lercel说：“如果以很低的利用率运营晶圆厂，您的加工时间会非常原始。但是，如果以更高的利用率运营晶圆厂，排队时间就会变得更长。”
如果这还不够，则还有其他问题。三星半导体研发中心的技术人员Han Jin Lim表示：“随着器件的复杂性日益增加，晶圆厂工具的生产率下降了。”
考虑到这一点，芯片制造商需要更快的工具。但不是所有的流程步骤都需要更高的生产能力工具，特别是对于一些非关键层。
AppliedMaterials副总裁兼图案和封装部门总经理Prabu Raja说：“有些工具需要cycle time和生产能力的显著改善。”
总而言之，cycle time是一个复杂的问题，它有许多变量。以下是公式：
图5 ：Cycle time 的组分（来源：KLA-Tencor ）
Cycle time的瓶颈
显然，芯片制造商希望在四个主要领域保持一定的cycle time。它们是：图案形成、前段工程（FEOL），后段工程（BEOL）和不增值作业。FEOL是在晶圆厂形成晶体管的地方，而BEOL是制造铜互连的地方。不增值作业包括计量和检验。
finFET制造工艺从图案形成开始，这是cycle time最大的瓶颈。三星的Lim表示：“随着图案复杂性的增加，晶圆厂工具的cycle time也将增加，包括从FEOL到BEOL的所有步骤。”
在今天的多重曝光流程中，芯片制造商实施了两步加工——画线和切割。首先，使用一种称为自对准二重/四重图案（SADP/SAQP）的技术在器件上画细线。 SADP/SAQP使用一个光刻步骤以及额外的沉积和蚀刻步骤。
图6 ：SADP 金属工艺，其中的间隔物是电介质（来源：Mentor Graphics ）
