Principe en uitrusting van lithografiemachine

Op basis van het principe van het lithografieproces kunnen we ons de ontwikkeling van filmfoto's voorstellen, de maskerplaat is gelijk aan film, en de lithografiemachine is de ontwikkelingstafel, deze kopieert het chipcircuit op de maskerplaat één voor één naar de fotoresistfilm, en vervolgens wordt het circuit via etstechnologie op de wafer "geschilderd".

Natuurlijk is het eigenlijke proces zeker niet zo eenvoudig, ASML's typische immersieve stapscanlithografiemachine als voorbeeld om te zien hoe de lithografiemachine werkt - allereerst laserlicht, na correctie, energiecontroller, straalvormend apparaat, enz. , in het fotomaskerbureau, zet het fotomasker van het ontwerpbedrijf op en vervolgens via de objectieflens op het belichtingsbureau geprojecteerd. Dus wat je hier hebt is een 8-inch of 12-inch wafer, bedekt met een fotoresist, die lichtgevoelig is, en ultraviolet licht etst circuits op de wafer.

De laser is verantwoordelijk voor het genereren van de lichtbron en de lichtbron heeft een beslissende invloed op het procesproces. Met de voortdurende verbetering van het knooppunt van de halfgeleiderindustrie krimpt de golflengte van de lithografische laser ook voortdurend, van 436 nm, 365 nm nabij ultraviolet (NUV) laser in 246 nm, 193 nm diepe ultraviolette (DUV) laser. Momenteel is de DUV-lithografiemachine een groot aantal toepassingen van lithografiemachines, de golflengte is 193 nm, de lichtbron is ArF (argonfluoride) excimeerlaser, vanaf 45 nm tot 10/7 nm-proces kan deze lithografiemachine gebruiken, maar tot het 7 nm-knooppunt is de limiet van DUV-lithografie. Dus Intel, Samsung en TSMC zullen extreem ultraviolet (EUV) lithografietechnologie introduceren op het 7 nm-knooppunt, en GlobalFoundries bestudeerde ook de 7 nm EUV proces, maar heeft het nu verlaten. De lithografiemachine die extreem ultraviolet licht (EUV) als lichtbron gebruikt, is een EUV-lithografiemachine, dit is uiteraard zeker niet zo eenvoudig als simpelweg de lichtbron vervangen.

Waarom is EUV-lithografie nodig?

Een van de voordelen van EUV is de vermindering van het aantal chipverwerkingsstappen, en het gebruik van EUV in plaats van de traditionele meervoudige belichtingstechnologie zal de stappen van afzetting, etsen en meten aanzienlijk verminderen. Momenteel wordt EUV-technologie vooral gebruikt in logische procesprocessen, wat heeft geleid tot een toename van het ordervolume/de vraag in 2019.

De DUV-lichtbron van 193 nm die tegenwoordig wordt gebruikt, wordt feitelijk al sinds de jaren 2000 gebruikt, maar zit vast in de technologie van lichtbronnen met een kortere golflengte, en de lithografietechnologie met een golflengte van 157 nm heeft in 2003 feitelijk een lithografiemachine gehad, maar de vooruitgang vergeleken voor de golflengte van 193 nm is slechts 25%. Omdat de lichtgolf van 157 nm echter door de 193 nm-lens wordt geabsorbeerd, moeten de lens en de fotoresist opnieuw worden ontwikkeld, en de goedkopere immersie-193 nm-technologie was destijds beschikbaar, dus nu wordt de 193 nm DUV-lithografie gebruikt.

Natuurlijk moeten we willen weten waarom dezelfde lichtbron kan worden afgeleid van zoveel verschillende procesknooppunten, waarbij we Intel als voorbeeld nemen: in 2000 werd 180 nm gebruikt, en nu is het 10 nm; in feite bepaalt de lithografiemachine de halfgeleiderprocesproces is de nauwkeurigheid van de lithografiemachine gerelateerd aan de golflengte van de lichtbron en de numerieke opening van de objectieflens. Er zijn formules om te berekenen:

(proces ∝1/)resolutie van de lithografiemachine =k1*λ/NA(k1 is een constante, verschillende lithografiemachine. k1 is anders, λ verwijst naar de golflengte van de lichtbron, NA is de numerieke opening van de objectieflens, dus de resolutie van de lithografiemachine hangt af van de golflengte van de lichtbron en de numerieke opening van de objectieflens, hoe korter de golflengte, hoe groter de NA, hoe beter, dus hoe hoger de resolutie van de lithografiemachine, hoe geavanceerder de procestechnologie.)(Opmerking: het blauwe deel van de formule is toegevoegd volgens de bovenstaande formulebeschrijving, dus het is logisch)

De originele immersielithografie is heel eenvoudig om 1 mm dik water op de waferresist toe te voegen, water kan de lichtgolflengte van 193 nm breken in 134 nm. Later, door voortdurende verbetering van hoge NA-lenzen, multi-light, FinFET, Pitch-split en band Suzuki-fotoresisttechnologie, gebruikte men alleen de huidige 7nm/10nm, maar dit is de limiet van de 193nm-lithografiemachine. In de bestaande technische omstandigheden is het numerieke diafragma van NA niet eenvoudig te verbeteren, de NA-waarde van de momenteel gebruikte lens is 0,33, u herinnert zich misschien dat er al eerder nieuws was, namelijk dat ASML 2 miljard dollar heeft geïnvesteerd in Carl Zeiss, de twee partijen zullen samenwerken om een ​​nieuwe EUV-lithografiemachine te ontwikkelen. Veel mensen weten niet welke relatie de EUV-lithografiemachine heeft met Zeiss. Nu moet worden begrepen dat de samenwerking tussen ASML en Zeiss bestaat uit de ontwikkeling van NA 0,5 optische lenzen, wat de sleutel is om de resolutie van de EUV-lithografiemachine in de toekomst verder te verbeteren, maar de hoge NA EUV-lithografiemachine is in ieder geval 2025-2030. is nog ver weg, en de vooruitgang van optische lenzen is veel moeilijker dan die van elektronische producten. De NA-waarde kan een tijdlang niet worden verbeterd, dus koos de lithografiemachine ervoor om de lichtbron te vervangen en de 193 nm DUV-lichtbron te vervangen door EUV met een golflengte van 13,5 nm, wat ook de resolutie van de lithografiemachine aanzienlijk kan verbeteren.

In de tweede helft van de jaren negentig was iedereen op zoek naar een technologie om de 193 nm-lithografische lichtbron te vervangen, en stelde voor om een ​​157 nm-lichtbron, elektronenbundelprojectie, ionenprojectie, röntgenstraling en EUV op te nemen, en volgens de huidige resultaten alleen EUV. is succesvol. In het begin vormden de verzameling MOTOROLA, AMD en andere bedrijven en de drie nationale laboratoria in de Verenigde Staten onder leiding van Intel en het Amerikaanse ministerie van Energie EUV LLC, en ASML werd ook uitgenodigd om lid te worden van EUV LLC. Tussen 1997 en 2003 publiceerden enkele honderden wetenschappers van EUV LLC talloze artikelen die de haalbaarheid van EUV-lithografie aantoonden, en vervolgens werd EUV LLC opgeheven.

'S Werelds eerste prototype van een EUV-lithografiemachine in 2006

Vervolgens lanceerde ASML in 2006 het prototype van de EUV-lithografiemachine, bouwde in 2007 een schone studio van 10.000 vierkante meter, creëerde in 2010 het eerste onderzoeks- en ontwikkelingsprototype NXE3100 en creëerde uiteindelijk in 2015 een in serie geproduceerd prototype. en ontwikkelingsproces, Intel, Samsung, TSMC, deze halfgeleiderfabrikanten bloedtransfusie is absoluut veel.

Als enige fabrikant ter wereld die in staat is tot EUV-lithografie, heeft ASML uiteraard een groot aantal bestellingen binnengehaald. Vanaf het tweede kwartaal van 2019 heeft ASML's NEX:3400B EUV-lithografiemachine 38 geïnstalleerd, en in de tweede helft van het jaar ze lanceerden de efficiëntere NEX:3400C-lithografiemachine. In het hele jaar 2019 werden in totaal 26 sets EUV-lithografiemachines geleverd, wat hen een omzet opleverde van 2,789 miljard euro, goed voor 31% van de jaaromzet, en de ArFi ver-ultraviolette lithografiemachine die 82 exemplaren verkocht. in het hele jaar verdiende 4,767 miljard euro, wat laat zien hoeveel geld een set EUV-lithografiemachines kost. De nieuwe NEX:3400C heeft zijn productiecapaciteit vergroot van 125 wafels per uur naar 170 wafels per uur, en de verkoop is aanzienlijk gestegen.

Hoewel de EUV-lithografiemachine vrij duur is, bijna 120 miljoen dollar per stuk, zijn halfgeleiderfabrikanten bereid te investeren, omdat processen van 7 nm en hoger een EUV-lithografiemachine nodig hebben, terwijl hetzelfde 7 nm-proces, het gebruik van EUV-lithografietechnologie na de transistor dichtheid en prestaties zijn volgens TSMC-gegevens beter, vergeleken met het originele 7nm-proces. De 7nm EUV (N7+) kan een 1,2-voudige toename in dichtheid bieden, een prestatieverbetering van 10% bij hetzelfde stroomverbruik, of een 15 % energiebesparing voor dezelfde prestaties.

Nu Samsung en TSMC het 7nm EUV-proces hebben gebruikt om de productie van chips te starten, is de AMD Zen 3-architectuur Rydragon-processor van de vierde generatie die dit jaar zal worden uitgebracht het TSMC 7nm EUV-proces, Intel's huidige 10nm-proces maakt nog geen gebruik van EUV-technologie, maar Het is de bedoeling dat EUV-lithografie wordt gebruikt in de 7nm-procesperiode. Het binnenlandse SMIC bestelde ook een EUV-lithografiemachine bij ASML, maar door diverse problemen is de levertijd nog niet duidelijk.

Fountyl Technologies PTE Ltd, richt zich op de halfgeleiderindustrie, de belangrijkste producten zijn onder meer: ​​Pin chuck, poreuze keramische chuck, keramische eindeffector, keramische vierkante balk, keramische spindel, welkom bij contact en onderhandeling！