Principe et équipement de la machine de lithographie

Sur le principe du processus de lithographie, nous pouvons imaginer le développement de photos sur film, la plaque de masque est équivalente au film, et la machine de lithographie est la table de développement, elle copie un par un le circuit de puce sur la plaque de masque sur le film photorésistant, et Ensuite, le circuit est « peint » sur la tranche grâce à la technologie de gravure.

Bien sûr, le processus réel n'est certainement pas si simple, la machine de lithographie par balayage immersif typique d'ASML comme exemple pour voir comment la machine de lithographie fonctionne - tout d'abord, la lumière laser, après correction, le contrôleur d'énergie, le dispositif de formation de faisceau, etc. , dans le bureau du photomasque, placez le photomasque de l'entreprise de conception, puis projetez-le sur le bureau d'exposition à travers l'objectif. Donc, ce que vous avez ici est une tranche de 8 ou 12 pouces, recouverte d'une résine photosensible, qui est photosensible, et la lumière ultraviolette grave les circuits sur la tranche.

Le laser est responsable de la génération de la source de lumière, et la source de lumière a une influence décisive sur le processus, avec l'amélioration continue du nœud de l'industrie des semi-conducteurs, la longueur d'onde du laser lithographique diminue également constamment, de 436 nm à 365 nm proche de l'ultraviolet. (NUV) en laser ultraviolet profond (DUV) de 246 nm et 193 nm. À l'heure actuelle, la machine de lithographie DUV est un grand nombre d'applications de machine de lithographie, la longueur d'onde est de 193 nm, la source de lumière est un laser excimer ArF (fluorure d'argon), à partir de 45 nm. Le processus 10/7 nm peut utiliser cette machine de lithographie, mais le nœud 7 nm a la limite de la lithographie DUV. Intel, Samsung et TSMC introduiront donc la technologie de lithographie ultraviolette extrême (EUV) au nœud 7 nm, et GlobalFoundries a également étudié l'EUV 7 nm. processus, mais il l’a désormais abandonné. La machine de lithographie qui utilise la lumière ultraviolette extrême (EUV) comme source de lumière est une machine de lithographie EUV, bien sûr, ce n'est certainement pas aussi simple que de simplement changer la source de lumière.

Pourquoi la lithographie EUV est-elle nécessaire ?

L'un des avantages de l'EUV est la réduction des étapes de traitement des puces, et l'utilisation de l'EUV au lieu de la technologie traditionnelle d'exposition multiple réduira considérablement les étapes de dépôt, de gravure et de mesure. À l'heure actuelle, la technologie EUV est principalement utilisée dans les processus logiques, ce qui a entraîné une augmentation du volume de commandes/de la demande en 2019.

La source lumineuse de 193 nm DUV utilisée aujourd'hui est en fait utilisée depuis les années 2000, mais elle est coincée dans la technologie des sources lumineuses à longueur d'onde plus courte, et la technologie de lithographie de longueur d'onde de 157 nm a en fait eu une machine de lithographie en 2003, mais les progrès par rapport à la longueur d'onde de 193 nm n'est que de 25 %. Cependant, comme l'onde lumineuse de 157 nm sera absorbée par la lentille de 193 nm, la lentille et la résine photosensible doivent être re-développées, et la technologie d'immersion 193 nm, moins chère, était disponible à cette époque, de sorte que la lithographie DUV 193 nm a été utilisée maintenant.

Bien sûr, nous devons vouloir savoir pourquoi la même source de lumière peut être dérivée de tant de nœuds de processus différents, en prenant Intel comme exemple, en 2000, on utilisait 180 nm, et maintenant c'est 10 nm, en fait, la machine de lithographie détermine le Processus de traitement des semi-conducteurs, la précision de la machine de lithographie est liée à la longueur d'onde de la source de lumière et à l'ouverture numérique de l'objectif. Il existe des formules pour calculer :

(processus ∝1/)résolution de la machine de lithographie = k1*λ/NA(k1 est une machine de lithographie constante et différente, k1 est différent, λ fait référence à la longueur d'onde de la source de lumière, NA est l'ouverture numérique de l'objectif, donc la résolution de la machine de lithographie dépend de la longueur d'onde de la source de lumière et de la ouverture numérique de l'objectif, plus la longueur d'onde est courte, plus la NA est grande, mieux c'est, donc plus la résolution de la machine de lithographie est élevée, plus la technologie du processus est avancée.)(Remarque : la partie bleue de la formule est ajoutée conformément à la description de la formule ci-dessus, c'est donc logique)

La lithographie par immersion originale est très simple : il suffit d'ajouter 1 mm d'eau d'épaisseur sur la plaquette de résistance, l'eau peut réfracter la longueur d'onde de la lumière de 193 nm en 134 nm. Plus tard, amélioration continue des lentilles à haute NA, de la technologie photorésistante multi-lumière, FinFET, Pitch-split et band Suzuki, l'une d'elles n'utilisant que le 7 nm/10 nm actuel, mais c'est la limite de la machine de lithographie 193 nm. Dans les conditions techniques existantes, l'ouverture numérique NA n'est pas facile à améliorer, la valeur NA de l'objectif actuellement utilisé est de 0,33, vous vous souviendrez peut-être qu'il y avait une nouvelle auparavant, c'est-à-dire qu'ASML a investi 2 milliards de dollars américains dans Carl Zeiss, le Les deux parties coopéreront pour développer une nouvelle machine de lithographie EUV, beaucoup de gens ne savent pas quelle relation entretient la machine de lithographie EUV avec Zeiss. Il faut maintenant comprendre que la coopération entre ASML et Zeiss consiste à développer des lentilles optiques NA 0,5, ce qui est la clé pour améliorer encore la résolution de la machine de lithographie EUV à l'avenir, mais la machine de lithographie EUV à haute NA est au moins 2025-2030, elle est encore loin, et le progrès des lentilles optiques est bien plus difficile que celui des produits électroniques. La valeur NA ne peut pas être améliorée pendant un certain temps, c'est pourquoi la machine de lithographie a choisi de changer de source de lumière, en remplaçant la source de lumière DUV de 193 nm par une longueur d'onde EUV de 13,5 nm, ce qui peut également améliorer considérablement la résolution de la machine de lithographie.

Dans la seconde moitié des années 1990, tout le monde recherchait une technologie pour remplacer la source lumineuse de lithographie de 193 nm et proposait d'inclure une source de lumière de 157 nm, une projection de faisceau d'électrons, une projection d'ions, des rayons X et EUV, et d'après les résultats actuels, seulement EUV. est réussi. Au début, sous la direction d'Intel et du Département américain de l'énergie, l'ensemble de MOTOROLA, AMD et d'autres sociétés ainsi que les trois laboratoires nationaux des États-Unis ont formé EUV LLC, et ASML a également été invitée à devenir membre d'EUV LLC. Entre 1997 et 2003, plusieurs centaines de scientifiques d'EUV LLC ont publié de nombreux articles démontrant la faisabilité de la lithographie EUV, puis EUV LLC a été dissoute.

Le premier prototype de machine de lithographie EUV au monde en 2006

Ensuite, ASML a lancé le prototype de la machine de lithographie EUV en 2006, a construit un studio propre de 10 000 mètres carrés en 2007, a créé le premier prototype de recherche et développement NXE3100 en 2010, et a finalement créé un prototype produit en série en 2015, et dans cette recherche et le processus de développement, Intel, Samsung, TSMC, ces fabricants de semi-conducteurs transfusion sanguine est absolument beaucoup.

En tant que seul fabricant au monde capable de réaliser la lithographie EUV, ASML a naturellement obtenu un grand nombre de commandes. Au deuxième trimestre 2019, le nombre d'installations de machines de lithographie EUV NEX:3400B d'ASML a atteint 38, et au cours du second semestre de l'année ils ont lancé la machine de lithographie NEX:3400C, plus efficace. Au cours de l'année 2019, un total de 26 ensembles de machines de lithographie EUV ont été livrés, ce qui leur a rapporté un chiffre d'affaires de 2,789 milliards d'euros, soit 31 % du chiffre d'affaires annuel, et la machine de lithographie ultraviolette lointaine ArFi a vendu 82 unités. sur l'ensemble de l'année, il a gagné 4,767 milliards d'euros, ce qui montre combien d'argent coûte un ensemble de machines de lithographie EUV. Le nouveau NEX:3400C a augmenté sa capacité de production de 125 plaquettes par heure à 170 plaquettes par heure, et les ventes ont considérablement augmenté.

Bien que la machine de lithographie EUV soit assez chère, près de 120 millions de dollars pièce, les fabricants de semi-conducteurs sont prêts à investir, car les processus de 7 nm et plus ont besoin d'une machine de lithographie EUV, lorsque le même processus de 7 nm, l'utilisation de la technologie de lithographie EUV après le transistor la densité et les performances sont meilleures, selon les données TSMC, par rapport au processus original de 7 nm. L'EUV de 7 nm (N7+) peut fournir une densité multipliée par 1,2, une augmentation de 10 % des performances pour le même niveau de consommation d'énergie, ou un 15 % d'économie d'énergie pour les mêmes performances.

Maintenant, Samsung et TSMC ont utilisé le processus EUV 7 nm pour démarrer la production de puces, le processeur Rydragon de quatrième génération à architecture AMD Zen 3 dont la sortie est prévue cette année est le processus EUV 7 nm TSMC, le processus 10 nm actuel d'Intel n'a pas encore utilisé la technologie EUV, mais il est prévu d'utiliser la lithographie EUV au cours de la période de traitement de 7 nm. Le SMIC national a également commandé une machine de lithographie EUV à ASML, mais en raison de divers problèmes, le délai de livraison n'est pas encore clair.

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