Prinsip dan peralatan mesin litografi

Pada prinsip proses litografi, kita boleh bayangkan perkembangan foto filem, plat topeng adalah bersamaan dengan filem, dan mesin litografi adalah jadual pembangunan, ia menyalin litar cip pada plat topeng ke filem photoresist satu demi satu, dan maka litar itu "dicat" pada wafer melalui teknologi etsa.

Sudah tentu, proses sebenar pastinya tidak begitu mudah, mesin litografi imbasan langkah imersif biasa ASML sebagai contoh untuk melihat cara mesin litografi berfungsi - pertama sekali, cahaya laser, selepas pembetulan, pengawal tenaga, peranti pembentuk rasuk, dsb. , ke dalam meja photomask, letakkan pada photomask syarikat reka bentuk, dan kemudian unjurkan ke meja pendedahan melalui kanta objektif. Jadi apa yang anda ada di sini ialah wafer 8-inci atau 12-inci, disalut dengan photoresist, yang bersifat fotosensitif, dan litar goresan cahaya ultraviolet pada wafer.

Laser bertanggungjawab untuk penjanaan sumber cahaya, dan sumber cahaya adalah pengaruh yang menentukan pada proses proses, dengan peningkatan berterusan nod industri semikonduktor, panjang gelombang laser litografi juga sentiasa mengecut, dari 436nm, 365nm berhampiran ultraviolet. (NUV) laser ke dalam 246nm, 193nm dalam ultraungu (DUV) laser, Pada masa ini, mesin litografi DUV adalah sejumlah besar aplikasi mesin litografi, panjang gelombang ialah 193nm, sumber cahaya adalah ArF (argon fluoride) laser excimer, dari 45nm kepada proses 10/7nm boleh menggunakan mesin litografi ini, tetapi untuk nod 7nm mempunyai had litografi DUV, Jadi Intel, Samsung dan TSMC akan memperkenalkan teknologi litografi ultraungu (EUV) melampau pada nod 7nm, dan GlobalFoundries juga mengkaji EUV 7nm proses, tetapi kini telah meninggalkannya. Mesin litografi yang menggunakan cahaya ultraungu melampau (EUV) sebagai sumber cahaya adalah mesin litografi EUV, sudah tentu ini tidak semudah menukar sumber cahaya sahaja.

Mengapa litografi EUV diperlukan?

Salah satu kelebihan EUV ialah pengurangan langkah pemprosesan cip, dan menggunakan EUV dan bukannya teknologi pendedahan berbilang tradisional akan mengurangkan dengan banyak langkah pemendapan, goresan dan pengukuran. Pada masa ini, teknologi EUV digunakan terutamanya dalam proses proses logik, yang telah membawa kepada peningkatan dalam volum/permintaan pesanan pada 2019.

DUV sumber cahaya 193nm yang digunakan hari ini sebenarnya telah digunakan sejak tahun 2000-an, tetapi ia terperangkap dalam teknologi sumber cahaya yang lebih panjang gelombang pendek, dan teknologi litografi panjang gelombang 157nm sebenarnya mempunyai mesin litografi pada tahun 2003, tetapi kemajuannya berbanding kepada panjang gelombang 193nm hanya 25%. Walau bagaimanapun, kerana gelombang cahaya 157nm akan diserap oleh kanta 193nm, kanta dan photoresist perlu dibangunkan semula, dan teknologi rendaman 193nm yang lebih murah telah tersedia pada masa itu, jadi litografi DUV 193nm telah digunakan sekarang.

Sudah tentu, kita mesti ingin tahu mengapa sumber cahaya yang sama boleh diperolehi daripada begitu banyak nod proses yang berbeza, mengambil Intel sebagai contoh, pada tahun 2000, 180nm telah digunakan, dan kini ia adalah 10nm, sebenarnya, mesin litografi menentukan proses proses semikonduktor, ketepatan mesin litografi adalah berkaitan dengan panjang gelombang sumber cahaya dan apertur berangka kanta objektif. Terdapat formula untuk mengira:

(proses ∝1/)resolusi mesin litografi =k1*λ/NA(k1 ialah pemalar, mesin litografi berbeza k1 adalah berbeza, λ merujuk kepada panjang gelombang sumber cahaya, NA ialah apertur berangka kanta objektif, jadi resolusi mesin litografi bergantung pada panjang gelombang sumber cahaya dan apertur berangka kanta objektif, lebih pendek panjang gelombang, lebih besar NA, lebih baik, jadi lebih tinggi resolusi mesin litografi, Semakin maju teknologi proses.)(Nota: Bahagian biru formula ditambah mengikut penerangan formula di atas, jadi ia adalah logik)

Litografi rendaman asal adalah sangat mudah untuk menambah air setebal 1mm pada rintangan wafer, air boleh membiaskan panjang gelombang cahaya 193nm kepada 134nm. Kemudian, penambahbaikan berterusan bagi kanta NA tinggi, pelbagai cahaya, FinFET, Pitch-split dan teknologi fotoresist Suzuki jalur, yang hanya menggunakan 7nm/10nm semasa, tetapi ini adalah had mesin litografi 193nm. Dalam keadaan teknikal yang sedia ada, bukaan berangka NA tidak mudah diperbaiki, nilai NA bagi lensa yang digunakan pada masa ini ialah 0.33, anda mungkin masih ingat bahawa ada berita sebelum ini, iaitu, ASML melabur 2 bilion dolar AS dalam Carl Zeiss, dua pihak akan bekerjasama untuk membangunkan mesin litografi EUV baharu, ramai orang tidak tahu apa hubungan mesin litografi EUV dengan Zeiss. Kini perlu difahami bahawa kerjasama ASML dan Zeiss adalah untuk membangunkan kanta optik NA 0.5, yang merupakan kunci untuk meningkatkan lagi resolusi mesin litografi EUV pada masa hadapan, tetapi mesin litografi NA EUV yang tinggi adalah sekurang-kurangnya 2025-2030, ia masih jauh, dan kemajuan kanta optik jauh lebih sukar daripada produk elektronik. Nilai NA tidak boleh dipertingkatkan buat sementara waktu, jadi mesin litografi memilih untuk menukar sumber cahaya, menggantikan sumber cahaya DUV 193nm dengan EUV panjang gelombang 13.5nm, yang juga boleh meningkatkan resolusi mesin litografi.

Pada separuh kedua 1990-an, semua orang sedang mencari teknologi untuk menggantikan sumber cahaya litografi 193nm, dan mencadangkan termasuk sumber cahaya 157nm, unjuran pancaran elektron, unjuran ion, sinar-X dan EUV, dan daripada keputusan semasa, hanya EUV berjaya. Pada mulanya, diketuai oleh Intel dan Jabatan Tenaga AS, koleksi MOTOROLA, AMD dan syarikat lain dan tiga makmal kebangsaan di Amerika Syarikat membentuk EUV LLC, dan ASML turut dijemput untuk menjadi ahli EUV LLC. Antara 1997 dan 2003, beberapa ratus saintis di EUV LLC menerbitkan banyak kertas kerja yang menunjukkan kebolehlaksanaan litografi EUV, dan kemudian EUV LLC telah dibubarkan.

Prototaip mesin litografi EUV pertama di dunia pada tahun 2006

Seterusnya ASML melancarkan prototaip mesin litografi EUV pada tahun 2006, membina studio bersih seluas 10,000 meter persegi pada tahun 2007, mencipta prototaip penyelidikan dan pembangunan pertama NXE3100 pada tahun 2010, dan akhirnya mencipta prototaip yang dihasilkan secara besar-besaran pada tahun 2015, dan dalam penyelidikan ini dan proses pembangunan, Intel, Samsung, TSMC, transfusi darah pengeluar semikonduktor ini sememangnya banyak.

Sebagai satu-satunya pengeluar di dunia yang mampu menghasilkan litografi EUV, ASML secara semula jadi memperoleh sejumlah besar tempahan, setakat suku kedua 2019, nombor terpasang mesin litografi ASML NEX:3400B EUV telah mencapai 38, dan pada separuh kedua tahun ini mereka melancarkan mesin litografi NEX:3400C yang lebih cekap. Sepanjang tahun 2019, sejumlah 26 set mesin litografi EUV telah dihantar, yang membawa kepada mereka hasil sebanyak 2.789 bilion euro, menyumbang 31% daripada hasil tahunan, dan mesin litografi ultraungu ArFi yang menjual 82 unit sepanjang tahun memperoleh 4.767 bilion euro, yang menunjukkan berapa banyak wang satu set mesin litografi EUV adalah. NEX:3400C baharu telah meningkatkan kapasiti pengeluarannya daripada 125 wafer sejam kepada 170 wafer sejam, dan jualan telah meningkat dengan ketara.

Walaupun mesin litografi EUV agak mahal, hampir $120 juta sekeping, tetapi pengeluar semikonduktor bersedia untuk melabur, kerana proses 7nm dan ke atas memang memerlukan mesin litografi EUV, apabila proses 7nm yang sama, penggunaan teknologi litografi EUV selepas transistor ketumpatan dan prestasi adalah lebih baik, menurut data TSMC, berbanding dengan proses 7nm asal, 7nm EUV (N7+) boleh memberikan peningkatan 1.2 kali ganda dalam ketumpatan, peningkatan 10% dalam prestasi untuk tahap penggunaan kuasa yang sama, atau 15 % penjimatan kuasa untuk prestasi yang sama.

Kini Samsung dan TSMC telah menggunakan proses EUV 7nm untuk memulakan pengeluaran cip, pemproses Rydragon generasi keempat seni bina AMD Zen 3 yang dijadualkan dikeluarkan tahun ini ialah proses TSMC 7nm EUV, proses 10nm semasa Intel belum lagi menggunakan teknologi EUV, tetapi ia dijadualkan menggunakan litografi EUV dalam tempoh proses 7nm. SMIC domestik juga menempah mesin litografi EUV daripada ASML, tetapi disebabkan pelbagai masalah, masa penghantaran masih belum jelas.

Fountyl Technologies PTE Ltd, memberi tumpuan kepada industri pembuatan semikonduktor, produk utama termasuk: Pin chuck, poros ceramic chuck, seramik end effector, seramik square rasuk, seramik spindle, dialu-alukan untuk menghubungi dan rundingan！