隨著半導體產業的成長已不再僅受限於個人電腦、伺服器，甚至手機和平板電腦等各種運算裝置的銷售，各大半導體業者看到了來自多樣化市場的成長機會；例如雲端儲存、機器學習(ML)或人工智慧(AI)、虛擬實境(VR)和擴增實境(AR)、機器人、醫療和汽車，甚至包括自駕車的興起，都是挹注產業成長的重要應用。
市調機構例如Yole Développement認為，到了2035年，有超過一半售出的車輛都將擁有LEVEL 3的自主程度，這意味著，這些汽車將能在無需駕駛隨時關注道路的情況下進行自動駕駛。
另一方面，物聯網(IoT)也成為串聯各個市場區隔的關鍵。市場研究公司IHS預測，IoT連網裝置的數量將持續成長，到2020年將增加至300億台。
IoT應用驅動IC銷售量
對IoT應用來說，雖然感測器不可或缺(圖1)，但也涉及了通訊和智慧，需要微控制器、電源管理IC，以及類比和混合訊號晶片。通訊系統需要RF和MEMS元件，以及光電IC。資料中心的資訊處理則需要更多的邏輯、記憶體、儲存以及矽光子元件。
在未來，具完全自主程度的LEVEL 5自駕車將不僅依賴先進的感測器；在本質上，它可被視為一台裝著輪子的自動感知伺服器。IC Insights最近發布的McClean報告凸顯出IC及其製造的重要性。報告揭示，在2017~2022年期間，IoT和汽車IC終端使用者市場將是成長最快的領域，複合年成長率(CAGR)均超過13%。2017年，兩個市場的IC銷售額已分別達到209億美元和280億美元。
不同技術結合實現IoT應用
可使IoT和自駕車中的裝置結合在一起的不僅是感測或機器對機器(M2M)通訊，而是各種不同技術的匯聚。在邁向連網社會或萬物互聯世界的過程中，半導體業者需要發揮巧思，把各種的製造技術，包括材料與技術節點，創新地組合在一起，才能順利實現此目標。
目前使用中的製程技術包括：用來製造邏輯元件的互補金屬氧化物半導體(CMOS)製程、用於電源管理IC的雙極CMOS(BiCMOS)或雙擴散MOS(DMOS)、用於記憶體的DRAM、用於儲存的3D NAND、碳化矽(SiC)等寬能隙元件、MOSFET和氮化鎵(GaN)HEMT壓電材料如PZT、用於RF濾波器和MEMS感測器的氮化鋁(AlN)和鈧(Sc)摻雜AlN，以及用於RF IC的矽鍺(SiGe)。而在主要市場中，元件製造的特徵尺寸範圍從180奈米以上到28奈米以下都有，採用的製程設備有用來處理8吋晶圓的舊設備，也有12吋晶圓的新設備。
蝕刻/尺寸為晶圓廠共同挑戰
晶圓廠正面臨著保持蝕刻深度和關鍵尺寸(CD)控制均勻度的挑戰。即使是蝕刻的特徵幾何形狀或傾斜也會對良率帶來嚴重影響。這些都是在先進技術節點必須解決的問題。對於12吋晶圓，取決於晶粒大小的不同，外圍的8公厘邊緣包含了約10%的晶粒，而外圍2毫米邊緣約占3%的晶粒，這使邊緣處發生的情況成為影響整體生產力的重要因素。因此，在蝕刻過程中，材料、溫度和電場的邊緣不連續性會對良率造成顯著影響(圖2)。
雖然晶圓邊緣的不連續性會影響CMOS的主要效能，但同樣地，蝕刻深度控制、CD控制和傾斜的幾何控制等問題也會影響最新一代的MEMS、功率和類比元件。這是因為晶圓上發生的物理現象是一樣的。因此，如果半導體設備業者能解決先進技術節點的相關物理挑戰，便可在其他的應用中借助這些有用的經驗。
先進設備增添8吋晶圓良率/產量
除了技術挑戰之外，晶圓廠還面臨著需以最佳成本建置產能的挑戰。現在，既有的晶圓廠能夠以遠低於在最先進技術節點增加設備的價格來掌握IoT和汽車市場商機。
以科林研發(Lam Research)旗下的Versys Kiyo45導體蝕刻產品為例，該產品發揮Lam在先進12吋晶圓取得的經驗，並將其應用於8吋晶圓，因此提高了再現性(Repeatability)、減少缺陷，實現更佳的晶圓間均勻度和更高的生產量。
同樣地，Lam的VECTOR PECVD系統已在重要的12吋晶圓電漿輔助化學氣相沉積(PCVD)應用中擴大了市場占有率，雖然此系統一開始並不是為8吋晶圓所設計。然而，由於它在12吋晶圓的成功，使得客戶也希望半導體設備業者提供適用於8吋晶圓的機台。其8吋晶圓版本自去年推出以來，已被廣泛採用，並能協助業者順利過渡到12吋晶圓。
把先進技術應用於8吋晶圓的回報並不止於此。電源、混合訊號應用、MEMS、CMOS影像感測器，甚至包括系統級封裝(SiP)在內的一些封裝應用，都能因在8吋晶圓導入Lam最新一代的深矽晶蝕刻(DSiE)製程模組而獲益，該模組採用了從Lam的12吋晶圓Versys Kiyo45系統和Syndion TSV蝕刻機台學習到的經驗與特性(圖3)。
透過升級策略滿足市場需求
目前，市場上仍然有數千台的8吋晶圓Lam Alliance機台在運作中，而其中有許多都已經使用超過10年的時間。然而，這些機台仍然被大量利用，同時Lam的Reliant業務也繼續建構新的、整修過的版本支援客戶。另外，Lam的客戶還可以採用Lam 2300平台的先進控制系統和軟體架構來升級舊的Alliance機台。Alliance C升級還可讓機台執行先前並不支援的功能(圖4)。
只需升級控制系統架構和軟體，Alliance C升級就可以提高機台的時序和再現性。根據客戶的實際採用，它可提升46%的腔體到腔體CD標準差，同時製程能力指數(CPK)從2.3上升到4.5。
Alliance C升級還支援增加其他的升級功能，如生產量最佳化(TPO)、自動預防性維護(AutoPM)和濕式清洗最佳化(WCO)。無論何時更改製程組合或重新調整機台，TPO軟體演算法都會分析和最佳化設置，以提高機台效能。AutoPM是透過執行腳本以自動化大量的手動事件，並系統地、再現地使機台重新上線，因此能免除耗用不必要的工程資源並將其用於更重要的工作上。WCO功能是軟體引導的清洗指南，可以根據特定機台組合進行客製化，並減少勞動時間和非預期的清洗工作。
Lam Research已建立了深厚的12吋晶圓專業技術以及可滿足特定需求的完備產品組合，包括壓電和寬能間隙材料、以及高效能深矽晶蝕刻應用。但是，IoT和汽車市場的快速成長推動了對8吋晶圓產能擴充的需求，而且通常是28奈米以上的製程節點。透過發揮12吋晶圓設備的先進技術並將其利用硬體和軟體升級應用到現有的8吋晶圓產品線，現在已能以最適切的成本解決方案來克服這些挑戰，以滿足IoT和汽車的市場需求。
