مبدأ ومعدات آلة الطباعة الحجرية

وفقًا لمبدأ عملية الطباعة الحجرية، يمكننا أن نتخيل تطوير صور الفيلم، ولوحة القناع تعادل الفيلم، وآلة الطباعة الحجرية هي طاولة التطوير، وتقوم بنسخ دائرة الرقاقة الموجودة على لوحة القناع إلى الفيلم المقاوم للضوء واحدًا تلو الآخر، و ثم يتم "رسم" الدائرة على الرقاقة من خلال تقنية الحفر.

بالطبع، العملية الفعلية ليست بهذه البساطة بالتأكيد، آلة الطباعة الحجرية ذات المسح التدريجي النموذجي من ASML كمثال لمعرفة كيفية عمل آلة الطباعة الحجرية - أولاً وقبل كل شيء، ضوء الليزر، بعد التصحيح، وحدة التحكم في الطاقة، جهاز تشكيل الشعاع، إلخ. ، في مكتب القناع الضوئي، ضع القناع الضوئي الخاص بشركة التصميم، ثم اعرضه على مكتب التعريض من خلال العدسة الموضوعية. إذًا ما لدينا هنا هو رقاقة بقياس 8 أو 12 بوصة، مغلفة بمادة مقاومة للضوء، وهي حساسة للضوء، وتقوم الأشعة فوق البنفسجية بحفر الدوائر على الرقاقة.

الليزر مسؤول عن توليد مصدر الضوء، ومصدر الضوء له تأثير حاسم على عملية العملية، مع التحسين المستمر لعقدة صناعة أشباه الموصلات، يتقلص الطول الموجي لليزر الحجري باستمرار، من 436 نانومتر إلى 365 نانومتر بالقرب من الأشعة فوق البنفسجية (NUV) الليزر إلى 246 نانومتر، ليزر الأشعة فوق البنفسجية العميقة (DUV) 193 نانومتر، في الوقت الحاضر، آلة الطباعة الحجرية DUV هي عدد كبير من تطبيقات آلة الطباعة الحجرية، الطول الموجي 193 نانومتر، مصدر الضوء هو ArF (فلوريد الأرجون) ليزر excimer، من 45 نانومتر يمكن لعملية الطباعة الحجرية إلى 10/7 نانومتر استخدام آلة الطباعة الحجرية هذه، ولكن بالنسبة للعقدة 7 نانومتر لها حد الطباعة الحجرية DUV، لذا ستقدم Intel وSamsung وTSMC تقنية الطباعة الحجرية فوق البنفسجية القصوى (EUV) في العقدة 7 نانومتر، كما قامت GlobalFoundries أيضًا بدراسة 7 نانومتر EUV العملية، لكنها تخلت عنها الآن. آلة الطباعة الحجرية التي تستخدم الضوء فوق البنفسجي الشديد (EUV) كمصدر للضوء هي آلة طباعة حجرية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى، بالطبع، هذا بالتأكيد ليس بهذه البساطة مجرد تغيير مصدر الضوء.

لماذا هناك حاجة للطباعة الحجرية EUV؟

تتمثل إحدى مزايا الأشعة فوق البنفسجية في تقليل خطوات معالجة الرقاقة، كما أن استخدام الأشعة فوق البنفسجية بدلاً من تقنية التعريض الضوئي المتعددة التقليدية سيقلل بشكل كبير من خطوات الترسيب والحفر والقياس. في الوقت الحاضر، تُستخدم تقنية EUV بشكل أساسي في عمليات العمليات المنطقية، مما أدى إلى زيادة في حجم الطلب/الطلب في عام 2019.

لقد تم بالفعل استخدام مصدر الضوء DUV الذي يبلغ طوله 193 نانومتر المستخدم اليوم منذ العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، ولكنه عالق في تكنولوجيا المزيد من مصادر الضوء ذات الطول الموجي القصير، كما أن تكنولوجيا الطباعة الحجرية ذات الطول الموجي 157 نانومتر كانت تحتوي بالفعل على آلة طباعة حجرية في عام 2003، ولكن التقدم مقارنة إلى الطول الموجي 193 نانومتر هو 25% فقط. ومع ذلك، نظرًا لأنه سيتم امتصاص موجة الضوء 157 نانومتر بواسطة عدسة 193 نانومتر، فيجب إعادة تطوير العدسة ومقاوم الضوء، وكانت تقنية الغمر 193 نانومتر الأرخص متاحة في ذلك الوقت، لذلك تم استخدام الطباعة الحجرية DUV 193 نانومتر الآن.

بالطبع، يجب علينا أن نعرف لماذا يمكن استخلاص نفس مصدر الضوء من العديد من عقد العمليات المختلفة، مع أخذ شركة Intel كمثال، في عام 2000، تم استخدام 180 نانومتر، والآن 10 نانومتر، في الواقع، تحدد آلة الطباعة الحجرية في عملية معالجة أشباه الموصلات، ترتبط دقة آلة الطباعة الحجرية بالطول الموجي لمصدر الضوء والفتحة العددية للعدسة الموضوعية. هناك صيغ لحساب:

(العملية ∝1/)دقة آلة الطباعة الحجرية = k1 * lect / NA(k1 عبارة عن آلة طباعة حجرية ثابتة ومختلفة، k1 مختلفة، π تشير إلى الطول الموجي لمصدر الضوء، NA هي الفتحة العددية للعدسة الموضوعية، وبالتالي فإن دقة آلة الطباعة الحجرية تعتمد على الطول الموجي لمصدر الضوء و الفتحة الرقمية للعدسة الموضوعية، كلما كان الطول الموجي أقصر، كلما كان NA أكبر، كلما كان ذلك أفضل، وبالتالي كلما زادت دقة آلة الطباعة الحجرية، كلما كانت تكنولوجيا العملية أكثر تقدمًا.)(ملاحظة: تتم إضافة الجزء الأزرق من الصيغة وفقًا لوصف الصيغة أعلاه، لذا فهو منطقي)

الطباعة الحجرية الغاطسة الأصلية بسيطة جدًا لإضافة ماء بسمك 1 مم على مقاومة الرقاقة، ويمكن للماء أن ينكسر الطول الموجي للضوء البالغ 193 نانومتر إلى 134 نانومتر. في وقت لاحق، تم التحسين المستمر لعدسات NA العالية، والضوء المتعدد، وFinFET، وتقنية مقاومة الضوء من سوزوكي ذات النطاق المقسم، واستخدمت واحدة فقط 7 نانومتر/10 نانومتر الحالية، ولكن هذا هو الحد الأقصى لآلة الطباعة الحجرية 193 نانومتر. في الظروف الفنية الحالية، ليس من السهل تحسين الفتحة الرقمية NA، وقيمة NA للعدسة المستخدمة حاليًا هي 0.33، ربما تتذكر أنه كانت هناك أخبار من قبل، أي أن ASML استثمرت 2 مليار دولار أمريكي في Carl Zeiss، سيتعاون الجانبان لتطوير آلة طباعة حجرية جديدة بالأشعة فوق البنفسجية، ولا يعرف الكثير من الناس ما هي علاقة آلة الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية مع زايس. الآن يجب أن يكون مفهوما أن تعاون ASML وZeiss هو تطوير عدسات بصرية NA 0.5، وهو المفتاح لزيادة تحسين دقة آلة الطباعة الحجرية EUV في المستقبل، ولكن آلة الطباعة الحجرية العالية NA EUV هي على الأقل 2025-2030، لا يزال الأمر بعيدًا، والتقدم في العدسات البصرية أصعب بكثير من المنتجات الإلكترونية. لا يمكن تحسين قيمة NA لبعض الوقت، لذلك اختارت آلة الطباعة الحجرية تغيير مصدر الضوء، واستبدال مصدر الضوء DUV 193 نانومتر بمصدر ضوء DUV بطول 13.5 نانومتر، والذي يمكنه أيضًا تحسين دقة آلة الطباعة الحجرية بشكل كبير.

في النصف الثاني من التسعينيات، كان الجميع يبحث عن تقنية لتحل محل مصدر ضوء الطباعة الحجرية 193 نانومتر، واقترح تضمين مصدر ضوء 157 نانومتر، وإسقاط شعاع الإلكترون، وإسقاط الأيونات، والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية، ومن النتائج الحالية، فقط EUV ناجح. في البداية، بقيادة شركة Intel ووزارة الطاقة الأمريكية، قامت مجموعة MOTOROLA وAMD وشركات أخرى والمختبرات الوطنية الثلاثة في الولايات المتحدة بتشكيل شركة EUV LLC، كما تمت دعوة ASML لتصبح عضوًا في شركة EUV LLC. بين عامي 1997 و2003، نشر عدة مئات من العلماء في شركة EUV LLC العديد من الأوراق البحثية التي توضح جدوى الطباعة الحجرية باستخدام EUV، ثم تم حل شركة EUV LLC.

أول نموذج أولي لآلة الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية في العالم في عام 2006

بعد ذلك، أطلقت ASML النموذج الأولي لآلة الطباعة الحجرية EUV في عام 2006، وبنت استوديوًا نظيفًا بمساحة 10000 متر مربع في عام 2007، وأنشأت أول نموذج أولي للبحث والتطوير NXE3100 في عام 2010، وأخيرًا أنشأت نموذجًا أوليًا تم إنتاجه بكميات كبيرة في عام 2015، وفي هذا البحث وعملية التطوير، إنتل، سامسونج، TSMC، هذه الشركات المصنعة لأشباه الموصلات نقل الدم هي على الاطلاق الكثير.

باعتبارها الشركة المصنعة الوحيدة في العالم القادرة على الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية، حصلت ASML بطبيعة الحال على عدد كبير من الطلبات، اعتبارًا من الربع الثاني من عام 2019، وصل عدد آلات الطباعة الحجرية NEX:3400B EUV من ASML إلى 38، وفي النصف الثاني من العام أطلقوا آلة الطباعة الحجرية NEX:3400C الأكثر كفاءة. في عام 2019 بأكمله، تم تسليم إجمالي 26 مجموعة من آلات الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية، مما حقق لها إيرادات قدرها 2.789 مليار يورو، وهو ما يمثل 31٪ من الإيرادات السنوية، وآلة الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية البعيدة ArFi التي باعت 82 وحدة في العام بأكمله، كسبت 4.767 مليار يورو، وهو ما يوضح مقدار الأموال التي تساويها مجموعة من آلات الطباعة الحجرية بالأشعة فوق البنفسجية. وقد قامت NEX:3400C الجديدة بزيادة طاقتها الإنتاجية من 125 رقاقة في الساعة إلى 170 رقاقة في الساعة، كما زادت المبيعات بشكل ملحوظ.

على الرغم من أن آلة الطباعة الحجرية EUV باهظة الثمن، ما يقرب من 120 مليون دولار للقطعة الواحدة، إلا أن مصنعي أشباه الموصلات على استعداد للاستثمار، لأن العمليات 7nm وما فوق تحتاج إلى آلة الطباعة الحجرية EUV، عندما تكون نفس عملية 7nm، يتم استخدام تكنولوجيا الطباعة الحجرية EUV بعد الترانزستور الكثافة والأداء أفضل، وفقًا لبيانات TSMC، مقارنة بعملية 7 نانومتر الأصلية، يمكن أن توفر دقة 7 نانومتر EUV (N7+) زيادة في الكثافة بمقدار 1.2 ضعفًا، أو زيادة بنسبة 10٪ في الأداء لنفس مستوى استهلاك الطاقة، أو 15 نسبة توفير الطاقة لنفس الأداء.

الآن استخدمت Samsung وTSMC عملية 7nm EUV لبدء إنتاج الرقائق، ومن المقرر إصدار معالج Rydragon من الجيل الرابع من AMD Zen 3 هذا العام هو عملية TSMC 7nm EUV، ولم تستخدم عملية Intel الحالية 10nm تقنية EUV بعد، ولكن ومن المقرر استخدام الطباعة الحجرية EUV في فترة معالجة 7 نانومتر. طلبت SMIC المحلية أيضًا آلة طباعة حجرية بالأشعة فوق البنفسجية من ASML، ولكن نظرًا لوجود مشكلات مختلفة، لم يكن وقت التسليم واضحًا بعد.

تركز Fountyl Technologies PTE Ltd، على صناعة تصنيع أشباه الموصلات، وتشمل المنتجات الرئيسية: ظرف الدبوس، ظرف السيراميك المسامي، المستجيب النهائي الخزفي، العارضة المربعة الخزفية، المغزل الخزفي، مرحبًا بكم في الاتصال والتفاوض!