Principio e dotazione della macchina litografica

In base al principio del processo litografico, possiamo immaginare lo sviluppo di foto su pellicola, la piastra maschera è equivalente alla pellicola e la macchina litografica è il tavolo di sviluppo, copia uno per uno il circuito del chip sulla piastra maschera sulla pellicola fotoresist e successivamente il circuito viene "dipinto" sul wafer tramite la tecnologia dell'etching.

Naturalmente, il processo reale non è certamente così semplice, la tipica macchina litografica a scansione immersiva ASML come esempio per vedere come funziona la macchina litografica: prima di tutto, luce laser, dopo la correzione, controller di energia, dispositivo di formazione del fascio, ecc. , nella scrivania della fotomaschera, indossa la fotomaschera dell'azienda di design e poi proiettala sulla scrivania dell'esposizione attraverso la lente dell'obiettivo. Quindi quello che avete qui è un wafer da 8 o 12 pollici, rivestito con un fotoresist, che è fotosensibile, e la luce ultravioletta incide i circuiti sul wafer.

Il laser è responsabile della generazione della sorgente luminosa e la sorgente luminosa ha un'influenza decisiva sul processo, con il continuo miglioramento del nodo dell'industria dei semiconduttori, anche la lunghezza d'onda del laser litografico si riduce costantemente, da 436 nm, 365 nm vicino all'ultravioletto (NUV) nel laser ultravioletto profondo (DUV) da 246 nm, 193 nm. Attualmente, la macchina per litografia DUV è un gran numero di applicazioni della macchina per litografia, la lunghezza d'onda è 193 nm, la sorgente luminosa è il laser ad eccimeri ArF (fluoruro di argon), da 45 nm al processo da 10/7 nm può utilizzare questa macchina di litografia, ma il nodo da 7 nm ha il limite della litografia DUV, quindi Intel, Samsung e TSMC introdurranno la tecnologia di litografia ultravioletta estrema (EUV) nel nodo da 7 nm e GlobalFoundries ha anche studiato il processo EUV da 7 nm processo, ma ora lo ha abbandonato. La macchina per litografia che utilizza la luce ultravioletta estrema (EUV) come sorgente luminosa è una macchina per litografia EUV, ovviamente, questo non è sicuramente così semplice come cambiare semplicemente la sorgente luminosa.

Perché è necessaria la litografia EUV?

Uno dei vantaggi dell'EUV è la riduzione delle fasi di elaborazione del chip e l'utilizzo dell'EUV invece della tradizionale tecnologia di esposizione multipla ridurrà notevolmente le fasi di deposizione, attacco e misurazione. Attualmente la tecnologia EUV viene utilizzata principalmente nei processi logici, il che ha portato ad un aumento del volume degli ordini/della domanda nel 2019.

La sorgente luminosa DUV da 193 nm utilizzata oggi è stata effettivamente utilizzata dagli anni 2000, ma è bloccata nella tecnologia delle sorgenti luminose a lunghezza d'onda più corta e la tecnologia di litografia con lunghezza d'onda di 157 nm ha effettivamente avuto una macchina di litografia nel 2003, ma i progressi rispetto alla lunghezza d'onda di 193 nm è solo del 25%. Tuttavia, poiché l'onda luminosa da 157 nm verrà assorbita dall'obiettivo da 193 nm, l'obiettivo e il fotoresist devono essere sviluppati nuovamente e la tecnologia di immersione da 193 nm più economica era disponibile in quel momento, quindi ora è stata utilizzata la litografia DUV da 193 nm.

Certo bisogna voler sapere perché la stessa sorgente luminosa può derivare da tanti nodi di processo diversi, prendendo come esempio Intel, nel 2000 si usavano 180nm, adesso sono 10nm, infatti la macchina litografica determina il processo di processo dei semiconduttori, la precisione della macchina litografica è correlata alla lunghezza d'onda della sorgente luminosa e all'apertura numerica dell'obiettivo. Esistono formule per calcolare:

(processo ∝1/)risoluzione della macchina per litografia =k1*λ/NA(k1 è una costante, diversa macchina litografica k1 è diversa, λ si riferisce alla lunghezza d'onda della sorgente luminosa, NA è l'apertura numerica della lente dell'obiettivo, quindi la risoluzione della macchina litografica dipende dalla lunghezza d'onda della sorgente luminosa e dalla apertura numerica della lente dell'obiettivo, più corta è la lunghezza d'onda, maggiore è la NA, meglio è, quindi maggiore è la risoluzione della macchina litografica, più avanzata è la tecnologia di processo.)(Nota: la parte blu della formula viene aggiunta in base alla descrizione della formula sopra, quindi è logico)

La litografia ad immersione originale è molto semplice: aggiunge acqua spessa 1 mm sul wafer resist, l'acqua può rifrangere la lunghezza d'onda della luce da 193 nm a 134 nm. Successivamente, miglioramento continuo delle lenti ad alto NA, multi-luce, FinFET, Pitch-split e tecnologia fotoresist Suzuki a banda, si utilizzava solo l'attuale 7 nm/10 nm, ma questo è il limite della macchina litografica da 193 nm. Nelle condizioni tecniche esistenti, l'apertura numerica NA non è facile da migliorare, il valore NA dell'obiettivo attualmente utilizzato è 0,33, forse ricorderete che c'era una novità prima, ovvero che ASML ha investito 2 miliardi di dollari USA in Carl Zeiss, la due parti coopereranno per sviluppare una nuova macchina per litografia EUV, molte persone non sanno quale rapporto abbia la macchina per litografia EUV con Zeiss. Ora dovrebbe essere chiaro che la cooperazione tra ASML e Zeiss è quella di sviluppare lenti ottiche NA 0,5, che è la chiave per migliorare ulteriormente la risoluzione della macchina per litografia EUV in futuro, ma la macchina per litografia ad alta NA EUV è almeno 2025-2030, è ancora lontano e il progresso delle lenti ottiche è molto più difficile di quello dei prodotti elettronici. Il valore NA non può essere migliorato per un certo periodo, quindi la macchina per litografia ha scelto di cambiare la sorgente luminosa, sostituendo la sorgente luminosa DUV da 193 nm con EUV con lunghezza d'onda di 13,5 nm, che può anche migliorare notevolmente la risoluzione della macchina per litografia.

Nella seconda metà degli anni '90, tutti erano alla ricerca di una tecnologia per sostituire la sorgente luminosa della litografia a 193 nm e proposero di includere la sorgente luminosa a 157 nm, la proiezione di fasci di elettroni, la proiezione di ioni, raggi X e EUV e, dai risultati attuali, solo EUV ha successo. All'inizio, sotto la guida di Intel e del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, l'insieme di MOTOROLA, AMD e altre società e i tre laboratori nazionali negli Stati Uniti formarono EUV LLC, e anche ASML fu invitata a diventare membro di EUV LLC. Tra il 1997 e il 2003, diverse centinaia di scienziati della EUV LLC hanno pubblicato numerosi articoli che dimostrano la fattibilità della litografia EUV, e poi la EUV LLC è stata sciolta.

Il primo prototipo di macchina per litografia EUV al mondo nel 2006

Successivamente ASML ha lanciato il prototipo della macchina litografica EUV nel 2006, ha costruito uno studio pulito di 10.000 metri quadrati nel 2007, ha creato il primo prototipo di ricerca e sviluppo NXE3100 nel 2010 e infine ha creato un prototipo prodotto in serie nel 2015, e in questa ricerca e il processo di sviluppo, Intel, Samsung, TSMC, la trasfusione di sangue di questi produttori di semiconduttori è assolutamente molta.

Essendo l'unico produttore al mondo in grado di eseguire la litografia EUV, ASML ha naturalmente ottenuto un gran numero di ordini: a partire dal secondo trimestre del 2019, il numero di macchine di litografia EUV installate di ASML NEX:3400B ha raggiunto 38 e nella seconda metà dell'anno hanno lanciato la più efficiente macchina per litografia NEX: 3400C. Nell'intero anno 2019 sono stati consegnati complessivamente 26 set di macchine per litografia EUV, che hanno portato loro un fatturato di 2,789 miliardi di euro, pari al 31% del fatturato annuo, e la macchina per litografia nell'ultravioletto lontano ArFi che ha venduto 82 unità in tutto l'anno ha guadagnato 4,767 miliardi di euro, il che dimostra quanti soldi vale un set di macchine per litografia EUV. Il nuovo NEX:3400C ha aumentato la propria capacità produttiva da 125 wafer all'ora a 170 wafer all'ora e le vendite sono aumentate in modo significativo.

Sebbene la macchina per litografia EUV sia piuttosto costosa, vicino a 120 milioni di dollari al pezzo, i produttori di semiconduttori sono disposti a investire, perché i processi da 7 nm e superiori necessitano di una macchina per litografia EUV, quando lo stesso processo da 7 nm, l'uso della tecnologia di litografia EUV dopo il transistor densità e prestazioni sono migliori, secondo i dati TSMC, rispetto al processo originale a 7 nm. L'EUV a 7 nm (N7+) può fornire un aumento di 1,2 volte della densità, un aumento del 10% delle prestazioni per lo stesso livello di consumo energetico o un 15 % di risparmio energetico a parità di prestazioni.

Ora Samsung e TSMC hanno utilizzato il processo EUV a 7 nm per avviare la produzione di chip, il processore Rydragon di quarta generazione con architettura AMD Zen 3, previsto per il rilascio quest'anno, è il processo EUV a 7 nm di TSMC, l'attuale processo a 10 nm di Intel non ha ancora utilizzato la tecnologia EUV, ma si prevede che utilizzerà la litografia EUV nel periodo di processo di 7 nm. Anche la SMIC nazionale ha ordinato una macchina per litografia EUV presso ASML, ma a causa di vari problemi i tempi di consegna non sono ancora chiari.

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