纳米精度和数据分形:解决3D NAND拼图的软件。

解决3D NAND难题

扫描仪计量软件有助于创建微小的摩天大楼

4分钟阅读 -苏·托德(Sue Todd),2021年5月23日

想象一下,要求您建造世界上最高的摩天大楼。在不平坦的土地上。没有错误的空间,每个故事都彼此完美地结合。哦,您必须在纳米尺度上完成这一切。听起来不可能吗?ASML的工程师每天都会用3D NAND芯片面对这一挑战 - 但他们通过在称为扫描仪计量学领域的专业知识使它们成为现实。

3D NAND是一种具有非易失性内存的微芯片,也称为闪存,它支持高性能电子和创新,例如自动化车辆,高级AI和5G连接。它是由彼此顶部的一堆存储单元制成的,以创建一个多层次的3D芯片结构。


这种相对较新的芯片设计解决了可以适合二维单元的有限次数的挑战。3D NAND芯片能够握住更多的位,更有效地运行效率并使用少于2D对应物的能量。但是要制作更困难。


一个2D微芯片经过数百个不同的过程,有时只能制作一层工作设备。今年,3D NAND芯片有176层被释放了,因此制造这些芯片需要更复杂的生产过程也就不足为奇了。

精度和对齐

这项具有挑战性的事业的症结在于确保层层均匀地构造,并与子纳米计的精度对齐,然后使用微小的垂直通道连接。对齐是在晶片上打印芯片图案不可或缺的一部分,对于3D NAND,压力会增加。


“我们没有制作平房,而是正在制作多层摩天大楼。可以想象,这是一项高度复杂的事业。


随着层数的增加,挑战评估生产的准确性和质量变得更加重要,更复杂。您如何看这些不透明的纳米尺寸的3D结构,以收集有关频道对齐的信息并确定制造问题?您如何管理生成的大量数据?

大多数计量系统都不符合工作,因此需要更大的内部光刻系统(扫描仪)组件,每个组件都必须协调以制造3D NAND设备。其中包括对齐传感器,电平传感器,晶圆和标线阶段(同步保持晶圆和标线的对齐的运动),照明(使用设计数据进行计算优化)和晶圆预一调。这些组件中的一些正在以高速和更糟糕的速度移动,每秒以接近16克的速度加速了每秒多次。这是您可以在喷气式战斗机中体验到的加速度的两倍。


纳米精度和数据分形

有了如此多的组件进行协调和以如此令人难以置信的速度,控制架构的复杂性是巨大的。没有软件,这将是不可能的。


尤其是,扫描仪计量软件对于帮助应对此规模的制造业不确定性至关重要。它用于处理来自传感器和执行器的数据,以计算将机器保持目标所需的实时反馈,以产生最多的功能3D NAND芯片。

ASML Twinscan NXT:1980DI DUV光刻机器

NXT 1980DI是ASML的DUV系统之一,用于打印这些复杂的3D NAND微芯片。

需要处理的令人难以置信的数据类似于分形的永无止境的模式 - 从蕨类植物的叶子到我们银河系的螺旋臂,在越来越小的尺度上自然发生了模式的重复。

但是分形不一定是物理形式 - 它也可能是空间或时间模式。数学分形(与自然界中发现的物理重复模式相反)是无限复杂的。这意味着您可以永远放大它们,从而揭示越来越多的细节。在3D NAND中,这意味着“从本质上讲,我们看的越多,我们必须做的就越多。”


扫描仪计量软件

我们的扫描仪计量软件工程师S在物理,化学和计算机科学的交集中进行工作,以开发配件,以协调光刻系统中众多组件,以进行优化生产所需的微小调整。

纳米精度和数据分形:解决3D NAND拼图的软件。

Aad Goudappel的插图

Steen解释说:“基本上,您可以按对齐方式和覆盖层进行测量,然后对此进行后计算以纠正任何不准确性。”


“我们正在研究晶圆上的较厚堆栈,其中包括不同的材料,具有不同的膨胀系数。这可能导致X,Y和Z平面上的晶片变形。”


例如,z平面经常卷曲 - 有点像湿纸,但在纳米尺度上。当您彼此堆叠多层时,这是一个问题 - 尤其是在每个新层都需要至少一个通过光刻系统的情况下 - 完全对齐的覆盖层对于使任何集成电路工作至关重要。


在光刻中,工程师还必须纠正进一步的过程的某些挑战:例如,在连接垂直通道的钻孔时,对齐问题可能是横向效应引起的,导致倾斜和弯曲和非垂直通道。

简单地说:“您需要在摩天大楼上钻孔轴,并具有近乎完美的叠加要求。您希望这些电梯轴完全正确地连接,尽管有所有的压力,因此它确实成为与所有这些层变形的斗争。” Steen解释说。


但是重要的是要知道何时停止。“如果您想变得非常准确,可以将所有东西钉住,希望一切都开始动弹。这是傻瓜的道路。因为一件事是可以肯定的:事情在移动。因此,相反,您致力于确保您始终知道一切都在哪里,并随时纠正它。那是ASML的方式。” Steen总结道。

制作计算机芯片的微小结构的计算机图像

3D NAND设备可以具有176层,例如小型摩天大楼。

3d Nand的未来

在三个维度上建造较小的微芯片就像试图在Pinhead上建立摩天大楼一样 - 我们的软件工程师正在研究蓝图以创建这个勇敢的新世界,探索新的纳米机制和芯片设计,同时还可以实现出色的准确性和吞吐量。ASML是开创性的家园软件社区,解决了科学和工程学中一些最复杂的问题。


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关于作者

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  • Sue是ASML数字渠道的内容负责人。她最初来自伦敦,现在植根于荷兰。