Principio y equipamiento de la máquina de litografía.

Según el principio del proceso de litografía, podemos imaginar el revelado de fotografías en película, la placa de máscara es equivalente a la película y la máquina de litografía es la mesa de revelado, copia el circuito del chip en la placa de máscara en la película fotorresistente uno por uno, y luego, el circuito se "pinta" en la oblea mediante tecnología de grabado.

Por supuesto, el proceso real ciertamente no es tan simple. Utilice la típica máquina de litografía de escaneo por pasos inmersivo de ASML como ejemplo para ver cómo funciona la máquina de litografía: primero, luz láser, después de la corrección, controlador de energía, dispositivo de formación de haz, etc. , en el escritorio de la fotomáscara, colóquese la fotomáscara de la empresa de diseño y luego proyecte en la mesa de exposición a través de la lente del objetivo. Entonces, lo que tenemos aquí es una oblea de 8 o 12 pulgadas, recubierta con un fotorresistente, que es fotosensible, y la luz ultravioleta graba los circuitos en la oblea.

El láser es responsable de la generación de la fuente de luz, y la fuente de luz tiene una influencia decisiva en el proceso del proceso. Con la mejora continua del nodo de la industria de semiconductores, la longitud de onda del láser litográfico también se reduce constantemente, de 436 nm a 365 nm cerca del ultravioleta. (NUV) en láser ultravioleta profundo (DUV) de 246 nm, 193 nm. En la actualidad, la máquina de litografía DUV es una gran cantidad de aplicaciones de la máquina de litografía, la longitud de onda es de 193 nm, la fuente de luz es un láser excimer ArF (fluoruro de argón), de 45 nm El proceso de 10/7 nm puede usar esta máquina de litografía, pero el nodo de 7 nm tiene el límite de la litografía DUV, por lo que Intel, Samsung y TSMC introducirán tecnología de litografía ultravioleta extrema (EUV) en el nodo de 7 nm, y GlobalFoundries también estudió el EUV de 7 nm. proceso, pero ahora lo ha abandonado. La máquina de litografía que utiliza luz ultravioleta extrema (EUV) como fuente de luz es una máquina de litografía EUV. Por supuesto, esto definitivamente no es tan simple como simplemente cambiar la fuente de luz.

¿Por qué es necesaria la litografía EUV?

Una de las ventajas de EUV es la reducción de los pasos de procesamiento del chip, y el uso de EUV en lugar de la tecnología tradicional de exposición múltiple reducirá en gran medida los pasos de deposición, grabado y medición. En la actualidad, la tecnología EUV se utiliza principalmente en procesos lógicos, lo que ha llevado a un aumento en el volumen/demanda de pedidos en 2019.

La fuente de luz DUV de 193 nm que se usa hoy en día se ha utilizado desde la década de 2000, pero está estancada en la tecnología de fuentes de luz de longitud de onda más corta, y la tecnología de litografía de longitud de onda de 157 nm en realidad tenía una máquina de litografía en 2003, pero el progreso en comparación a la longitud de onda de 193 nm es sólo el 25%. Sin embargo, debido a que la onda de luz de 157 nm será absorbida por la lente de 193 nm, la lente y el fotorresistente deben volver a desarrollarse, y la tecnología de inmersión más barata de 193 nm ya estaba disponible en ese momento, por lo que ahora se ha utilizado la litografía DUV de 193 nm.

Por supuesto, debemos querer saber por qué la misma fuente de luz se puede derivar de tantos nodos de proceso diferentes, tomando Intel como ejemplo, en 2000 se usaba 180 nm, y ahora son 10 nm, de hecho, la máquina de litografía determina la Durante el proceso de semiconductores, la precisión de la máquina de litografía está relacionada con la longitud de onda de la fuente de luz y la apertura numérica de la lente del objetivo. Hay fórmulas para calcular:

(proceso ∝1/)resolución de la máquina de litografía =k1*λ/NA(k1 es una máquina de litografía constante y diferente k1 es diferente, λ se refiere a la longitud de onda de la fuente de luz, NA es la apertura numérica de la lente del objetivo, por lo que la resolución de la máquina de litografía depende de la longitud de onda de la fuente de luz y la Apertura numérica de la lente del objetivo, cuanto más corta sea la longitud de onda, mayor será la NA, mejor, por lo que cuanto mayor sea la resolución de la máquina de litografía, más avanzada será la tecnología del proceso).(Nota: la parte azul de la fórmula se agrega de acuerdo con la descripción de la fórmula anterior, por lo que es lógico)

La litografía de inmersión original es muy simple: agrega agua de 1 mm de espesor a la oblea resistente; el agua puede refractar la longitud de onda de la luz de 193 nm a 134 nm. Más tarde, la mejora continua de las tecnologías fotorresistentes Suzuki de lentes de alta NA, luz múltiple, FinFET, división de tono y banda, solo usó los 7 nm / 10 nm actuales, pero este es el límite de la máquina de litografía de 193 nm. En las condiciones técnicas existentes, la apertura numérica NA no es fácil de mejorar, el valor NA de la lente utilizada actualmente es 0,33. Quizás recuerde que hubo una noticia antes, es decir, ASML invirtió 2 mil millones de dólares estadounidenses en Carl Zeiss, el Las dos partes cooperarán para desarrollar una nueva máquina de litografía EUV, mucha gente no sabe qué relación tiene la máquina de litografía EUV con Zeiss. Ahora debe entenderse que la cooperación entre ASML y Zeiss es desarrollar lentes ópticas NA 0.5, que es la clave para mejorar aún más la resolución de la máquina de litografía EUV en el futuro, pero la máquina de litografía de alta NA EUV es al menos 2025-2030, Todavía está lejos y el progreso de las lentes ópticas es mucho más difícil que el de los productos electrónicos. El valor NA no se puede mejorar por un tiempo, por lo que la máquina de litografía optó por cambiar la fuente de luz, reemplazando la fuente de luz DUV de 193 nm con EUV de longitud de onda de 13,5 nm, lo que también puede mejorar en gran medida la resolución de la máquina de litografía.

En la segunda mitad de la década de 1990, todos buscaban una tecnología para reemplazar la fuente de luz de litografía de 193 nm y propusieron incluir una fuente de luz de 157 nm, proyección de haz de electrones, proyección de iones, rayos X y EUV, y de los resultados actuales, solo EUV. es exitoso. Al principio, liderado por Intel y el Departamento de Energía de EE. UU., el conjunto de MOTOROLA, AMD y otras empresas y los tres laboratorios nacionales de los Estados Unidos formaron EUV LLC, y ASML también fue invitada a convertirse en miembro de EUV LLC. Entre 1997 y 2003, varios cientos de científicos de EUV LLC publicaron numerosos artículos que demostraban la viabilidad de la litografía EUV, y luego EUV LLC se disolvió.

El primer prototipo de máquina de litografía EUV del mundo en 2006

Siguiente ASML lanzó el prototipo de la máquina de litografía EUV en 2006, construyó un estudio limpio de 10.000 metros cuadrados en 2007, creó el primer prototipo de investigación y desarrollo NXE3100 en 2010 y finalmente creó un prototipo producido en masa en 2015, y en esta investigación Y el proceso de desarrollo, Intel, Samsung, TSMC, estos fabricantes de semiconductores transfusión de sangre es absolutamente mucho.

Como el único fabricante en el mundo capaz de realizar litografía EUV, ASML naturalmente obtuvo una gran cantidad de pedidos; a partir del segundo trimestre de 2019, el número de máquinas de litografía EUV NEX:3400B de ASML instaladas alcanzó 38, y en la segunda mitad del año. lanzaron la máquina de litografía NEX:3400C, más eficiente. En todo el año 2019 se entregaron un total de 26 juegos de máquinas de litografía EUV, lo que les supuso unos ingresos de 2.789 millones de euros, lo que representa el 31% de los ingresos anuales, y la máquina de litografía ultravioleta lejana ArFi, que vendió 82 unidades. En todo el año ganó 4.767 millones de euros, lo que demuestra cuánto dinero cuesta un juego de máquinas de litografía EUV. El nuevo NEX:3400C ha aumentado su capacidad de producción de 125 obleas por hora a 170 obleas por hora y las ventas han aumentado significativamente.

Aunque la máquina de litografía EUV es bastante cara, cerca de $ 120 millones cada una, los fabricantes de semiconductores están dispuestos a invertir, porque los procesos de 7 nm y superiores necesitan una máquina de litografía EUV, cuando el mismo proceso de 7 nm, el uso de tecnología de litografía EUV después del transistor La densidad y el rendimiento son mejores, según datos de TSMC, en comparación con el proceso original de 7 nm. El EUV de 7 nm (N7+) puede proporcionar un aumento de 1,2 veces en la densidad, un aumento del 10 % en el rendimiento para el mismo nivel de consumo de energía, o un 15 % de ahorro de energía para el mismo rendimiento.

Ahora Samsung y TSMC han utilizado el proceso EUV de 7 nm para iniciar la producción de chips. El procesador Rydragon de cuarta generación con arquitectura AMD Zen 3 que se lanzará este año es el proceso EUV de 7 nm de TSMC. El proceso actual de 10 nm de Intel aún no ha utilizado la tecnología EUV, pero está previsto que utilice litografía EUV en el período de proceso de 7 nm. El SMIC nacional también encargó una máquina de litografía EUV a ASML, pero debido a varios problemas, el tiempo de entrega aún no está claro.

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