Princípio e equipamento da máquina de litografia

No princípio do processo de litografia, podemos imaginar a revelação de fotos de filme, a placa de máscara é equivalente ao filme, e a máquina de litografia é a mesa de revelação, ela copia o circuito do chip na placa de máscara para o filme fotorresistente um por um, e então o circuito é "pintado" no wafer por meio da tecnologia de gravação.

Claro, o processo real certamente não é tão simples, a típica máquina de litografia de varredura imersiva da ASML como um exemplo para ver como a máquina de litografia está funcionando - em primeiro lugar, luz laser, após correção, controlador de energia, dispositivo formador de feixe, etc. , na mesa da máscara fotográfica, coloque a máscara fotográfica da empresa de design e, em seguida, projete na mesa de exposição através da lente objetiva. Então o que você tem aqui é um wafer de 8 ou 12 polegadas, revestido com um fotorresistente, que é fotossensível, e a luz ultravioleta grava circuitos no wafer.

O laser é responsável pela geração da fonte de luz, e a fonte de luz tem uma influência decisiva no processo do processo, com a melhoria contínua do nó da indústria de semicondutores, o comprimento de onda do laser litográfico também está diminuindo constantemente, de 436nm, 365nm próximo ao ultravioleta (NUV) laser em 246 nm, 193 nm laser ultravioleta profundo (DUV). Atualmente, a máquina de litografia DUV é um grande número de aplicações de máquina de litografia, o comprimento de onda é 193 nm, a fonte de luz é o excimer laser ArF (fluoreto de argônio), de 45 nm para o processo de 10/7nm pode usar esta máquina de litografia, mas para o nó de 7nm tem o limite da litografia DUV, então Intel, Samsung e TSMC introduzirão tecnologia de litografia ultravioleta extrema (EUV) no nó de 7nm, e GlobalFoundries também estudou o EUV de 7nm processo, mas agora abandonou-o. A máquina de litografia que usa luz ultravioleta extrema (EUV) como fonte de luz é uma máquina de litografia EUV, é claro, isso definitivamente não é tão simples quanto simplesmente mudar a fonte de luz.

Por que a litografia EUV é necessária?

Uma das vantagens do EUV é a redução das etapas de processamento do chip, e o uso do EUV em vez da tecnologia tradicional de exposição múltipla reduzirá bastante as etapas de deposição, gravação e medição. Atualmente, a tecnologia EUV é utilizada principalmente em processos de processos lógicos, o que levou a um aumento no volume/demanda de pedidos em 2019.

A fonte de luz DUV de 193 nm usada hoje tem sido usada desde os anos 2000, mas está presa na tecnologia de mais fontes de luz de comprimento de onda curto, e a tecnologia de litografia de comprimento de onda de 157 nm realmente teve uma máquina de litografia em 2003, mas o progresso comparado para o comprimento de onda de 193 nm é de apenas 25%. No entanto, como a onda de luz de 157 nm será absorvida pela lente de 193 nm, a lente e o fotorresiste terão que ser redesenvolvidos, e a tecnologia de imersão mais barata de 193 nm estava disponível naquela época, então a litografia DUV de 193 nm tem sido usada agora.

Claro, devemos querer saber por que a mesma fonte de luz pode ser derivada de tantos nós de processo diferentes, tomando como exemplo a Intel, em 2000, 180nm era usado, e agora são 10nm, na verdade, a máquina de litografia determina o No processo de processo de semicondutores, a precisão da máquina de litografia está relacionada ao comprimento de onda da fonte de luz e à abertura numérica da lente objetiva. Existem fórmulas para calcular:

(processo ∝1/)resolução da máquina de litografia =k1*λ/NA(k1 é uma máquina de litografia constante e diferente k1 é diferente, λ refere-se ao comprimento de onda da fonte de luz, NA é a abertura numérica da lente objetiva, então a resolução da máquina de litografia depende do comprimento de onda da fonte de luz e do abertura numérica da lente objetiva, quanto menor o comprimento de onda, maior o NA, melhor, portanto, quanto maior a resolução da máquina de litografia, mais avançada a tecnologia de processo.)(Nota: a parte azul da fórmula é adicionada de acordo com a descrição da fórmula acima, por isso é lógico)

A litografia de imersão original é muito simples de adicionar água com 1 mm de espessura na resistência do wafer, a água pode refratar o comprimento de onda da luz de 193 nm em 134 nm. Posteriormente, melhoria contínua de lentes de alto NA, multi-luz, FinFET, Pitch-split e tecnologia fotorresistente Suzuki de banda, utilizou-se apenas os atuais 7nm / 10nm, mas este é o limite da máquina de litografia de 193nm. Nas condições técnicas existentes, a abertura numérica NA não é fácil de melhorar, o valor NA da lente utilizada atualmente é de 0,33, você deve se lembrar que houve uma notícia antes, ou seja, a ASML investiu 2 bilhões de dólares americanos na Carl Zeiss, a dois lados cooperarão para desenvolver uma nova máquina de litografia EUV, muitas pessoas não sabem que relação a máquina de litografia EUV tem com a Zeiss. Agora deve ser entendido que a cooperação ASML e Zeiss é desenvolver lentes ópticas NA 0,5, que é a chave para melhorar ainda mais a resolução da máquina de litografia EUV no futuro, mas a máquina de litografia EUV de alto NA é pelo menos 2025-2030, é ainda está longe e o progresso das lentes ópticas é muito mais difícil do que os produtos eletrônicos. O valor NA não pode ser melhorado por um tempo, então a máquina de litografia optou por mudar a fonte de luz, substituindo a fonte de luz DUV de 193 nm por EUV de comprimento de onda de 13,5 nm, o que também pode melhorar muito a resolução da máquina de litografia.

Na segunda metade da década de 1990, todos procuravam uma tecnologia para substituir a fonte de luz litográfica de 193nm e propuseram incluir fonte de luz de 157nm, projeção de feixe de elétrons, projeção de íons, raios X e EUV, e a partir dos resultados atuais, apenas EUV é bem sucedido. No início, liderado pela Intel e pelo Departamento de Energia dos EUA, o conjunto da MOTOROLA, AMD e outras empresas e os três laboratórios nacionais dos Estados Unidos formaram a EUV LLC, e a ASML também foi convidada a se tornar membro da EUV LLC. Entre 1997 e 2003, várias centenas de cientistas da EUV LLC publicaram vários artigos demonstrando a viabilidade da litografia EUV, e então a EUV LLC foi dissolvida.

O primeiro protótipo de máquina de litografia EUV do mundo em 2006

Próximo ASML lançou o protótipo da máquina de litografia EUV em 2006, construiu um estúdio limpo de 10.000 metros quadrados em 2007, criou o primeiro protótipo de pesquisa e desenvolvimento NXE3100 em 2010 e, finalmente, criou um protótipo produzido em massa em 2015, e nesta pesquisa e processo de desenvolvimento, Intel, Samsung, TSMC, a transfusão de sangue desses fabricantes de semicondutores é absolutamente muita.

Como o único fabricante no mundo capaz de litografia EUV, a ASML obteve naturalmente um grande número de pedidos, a partir do segundo trimestre de 2019, o número instalado de máquinas de litografia EUV NEX:3400B da ASML atingiu 38, e no segundo semestre do ano eles lançaram a máquina de litografia NEX:3400C, mais eficiente. Em todo o ano de 2019, foram entregues um total de 26 conjuntos de máquinas de litografia EUV, o que lhes trouxe uma receita de 2,789 mil milhões de euros, representando 31% da receita anual, e a máquina de litografia ultravioleta distante ArFi que vendeu 82 unidades em todo o ano arrecadou 4,767 mil milhões de euros, o que mostra quanto custa um conjunto de máquina de litografia EUV. O novo NEX:3400C aumentou sua capacidade de produção de 125 wafers por hora para 170 wafers por hora, e as vendas aumentaram significativamente.

Embora a máquina de litografia EUV seja bastante cara, perto de US$ 120 milhões por peça, mas os fabricantes de semicondutores estão dispostos a investir, porque os processos de 7nm e superiores precisam de máquina de litografia EUV, quando o mesmo processo de 7nm, o uso da tecnologia de litografia EUV após o transistor densidade e desempenho são melhores, de acordo com dados TSMC, em comparação com o processo original de 7 nm. O EUV de 7 nm (N7 +) pode fornecer um aumento de 1,2 vezes na densidade, um aumento de 10% no desempenho para o mesmo nível de consumo de energia, ou um 15 % de economia de energia para o mesmo desempenho.

Agora, Samsung e TSMC usaram o processo EUV de 7 nm para iniciar a produção de chips, o processador Rydragon de quarta geração da arquitetura AMD Zen 3 programado para ser lançado este ano é o processo EUV de 7 nm da TSMC, o processo atual de 10 nm da Intel ainda não usou a tecnologia EUV, mas está programado para usar litografia EUV no período de processo de 7 nm. O SMIC doméstico também encomendou uma máquina de litografia EUV da ASML, mas devido a vários problemas, o prazo de entrega ainda não está claro.

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