Принцип и оборудование литографической машины

По принципу процесса литографии мы можем представить себе проявление пленочных фотографий, маска-пластина эквивалентна пленке, а литографическая машина является проявочным столом, она копирует схему чипа на маске пластины на фоторезистную пленку одну за другой, и затем схема «рисуется» на пластине с помощью технологии травления.

Конечно, реальный процесс, конечно, не так прост, типичная литографическая машина ASML с иммерсивным пошаговым сканированием в качестве примера, чтобы увидеть, как работает литографическая машина - в первую очередь, лазерный свет, после коррекции, контроллер энергии, устройство формирования луча и т. д. , в стол для фотомасок, наденьте фотомаску дизайнерской компании, а затем проецируйте на стол для экспонирования через объектив. Итак, у вас есть 8-дюймовая или 12-дюймовая пластина, покрытая фоторезистом, который является светочувствительным, и ультрафиолетовый свет гравирует схемы на пластине.

Лазер отвечает за генерацию источника света, а источник света оказывает решающее влияние на технологический процесс. С постоянным совершенствованием узла полупроводниковой промышленности длина волны литографического лазера также постоянно сокращается с 436 нм до 365 нм в ближнем ультрафиолете. (NUV) лазер на 246 нм, 193 нм глубокий ультрафиолетовый (DUV) лазер. В настоящее время литографическая машина DUV представляет собой большое количество применений литографической машины, длина волны 193 нм, источник света - эксимерный лазер ArF (фторид аргона), от 45 нм. Эта литографическая машина может использовать процесс 10/7 нм, но 7-нм узел имеет предел литографии DUV. Поэтому Intel, Samsung и TSMC представят технологию литографии в крайнем ультрафиолете (EUV) на 7-нм узле, а GlobalFoundries также изучила 7-нм EUV. процесс, но сейчас отказался от него. Литографическая машина, которая использует крайний ультрафиолетовый свет (EUV) в качестве источника света, является литографической машиной EUV, конечно, это определенно не так просто, как простая замена источника света.

Зачем нужна EUV-литография?

Одним из преимуществ EUV является сокращение этапов обработки чипов, а использование EUV вместо традиционной технологии многократного воздействия значительно сократит этапы осаждения, травления и измерения. В настоящее время технология EUV в основном используется в логических технологических процессах, что привело к увеличению объема заказов/спроса в 2019 году.

Используемый сегодня источник света DUV с длиной волны 193 нм на самом деле используется с 2000-х годов, но он застрял в технологии более коротковолновых источников света, а технология литографии с длиной волны 157 нм фактически имела литографическую машину в 2003 году, но прогресс по сравнению с на длину волны 193 нм составляет всего 25%. Однако, поскольку световая волна 157 нм будет поглощаться линзой 193 нм, линзу и фоторезист необходимо переработать, а в то время была доступна более дешевая иммерсионная технология 193 нм, поэтому сейчас используется литография DUV 193 нм.

Конечно, мы должны захотеть знать, почему один и тот же источник света может быть получен из такого количества разных технологических узлов, взяв в качестве примера Intel: в 2000 году использовался 180 нм, а сейчас 10 нм, фактически, литографическая машина определяет В процессе полупроводникового процесса точность литографической машины зависит от длины волны источника света и числовой апертуры объектива. Есть формулы для расчета:

(процесс ∝1/)разрешение литографической машины =k1*λ/NA(k1 — константа, другая литографическая машина, k1 — другая, λ относится к длине волны источника света, NA — числовая апертура объектива, поэтому разрешение литографической машины зависит от длины волны источника света и числовая апертура объектива, чем короче длина волны, тем больше числовая апертура, тем лучше, поэтому чем выше разрешение литографической машины, тем более продвинута технология процесса.)(Примечание: синяя часть формулы добавлена ​​в соответствии с приведенным выше описанием формулы, поэтому это логично)

Оригинальная иммерсионная литография очень проста: добавьте воду толщиной 1 мм на резист пластины, вода может преломлять длину волны света 193 нм в 134 нм. Позже, постоянное совершенствование линз с высокой числовой апертурой, мульти-света, FinFET, Pitch-split и технологии фоторезиста Suzuki, использовалась только текущая 7/10 нм, но это предел литографической машины 193 нм. В существующих технических условиях числовую апертуру числовой апертуры улучшить нелегко, значение числовой апертуры используемого в настоящее время объектива составляет 0,33. Возможно, вы помните, что раньше была новость о том, что ASML инвестировала 2 миллиарда долларов США в Carl Zeiss, две стороны будут сотрудничать в разработке новой машины для литографии EUV, многие люди не знают, какие отношения имеет машина для литографии EUV с Zeiss. Теперь следует понимать, что сотрудничество ASML и Zeiss заключается в разработке оптических линз NA 0,5, что является ключом к дальнейшему улучшению разрешения литографической машины EUV в будущем, но машина для литографии EUV с высокой NA - это как минимум 2025-2030 годы, это до этого еще далеко, и прогресс оптических линз гораздо сложнее, чем электронных изделий. Значение NA не может быть улучшено какое-то время, поэтому литографическая машина решила изменить источник света, заменив источник света DUV с длиной волны 193 нм на EUV с длиной волны 13,5 нм, что также может значительно улучшить разрешение литографической машины.

Во второй половине 1990-х годов все искали технологию, которая могла бы заменить источник света для литографии с длиной волны 193 нм, и предложили включить источник света с длиной волны 157 нм, проекцию электронного луча, проекцию ионов, рентгеновские лучи и EUV, а из текущих результатов - только EUV. успешен. Вначале под руководством Intel и Министерства энергетики США совокупность MOTOROLA, AMD и других компаний, а также трех национальных лабораторий в США образовала EUV LLC, а ASML также было предложено стать членом EUV LLC. В период с 1997 по 2003 год несколько сотен ученых из EUV LLC опубликовали множество статей, демонстрирующих возможность EUV-литографии, а затем EUV LLC была распущена.

Прототип первой в мире машины для EUV-литографии, 2006 г.

Компания Next ASML запустила прототип машины для литографии EUV в 2006 году, построила чистую студию площадью 10 000 квадратных метров в 2007 году, создала первый научно-исследовательский прототип NXE3100 в 2010 году и, наконец, создала прототип серийного производства в 2015 году, и в этом исследовании и процесс разработки, Intel, Samsung, TSMC, этих производителей полупроводников, переливание крови - это очень много.

Как единственный производитель в мире, способный выполнять EUV-литографию, ASML, естественно, получила большое количество заказов: по состоянию на второй квартал 2019 года число установленных машин для литографии EUV ASML NEX:3400B достигло 38, а во второй половине года они выпустили более эффективную литографическую машину NEX:3400C. За весь 2019 год было поставлено в общей сложности 26 комплектов машин для литографии EUV, что принесло им доход в размере 2,789 миллиарда евро, что составляет 31% годового дохода, а также литографическую машину для дальнего ультрафиолета ArFi, которая продала 82 единицы. за весь год заработал 4,767 миллиарда евро, что показывает, сколько денег стоит комплект машины для литографии EUV. Новый NEX:3400C увеличил производственную мощность со 125 пластин в час до 170 пластин в час, а продажи значительно возросли.

Хотя машина для литографии EUV довольно дорогая, около 120 миллионов долларов за штуку, но производители полупроводников готовы инвестировать, потому что для процессов 7 нм и выше требуется машина для литографии EUV, когда тот же процесс 7 нм требует использования технологии литографии EUV после транзистора. По данным TSMC, плотность и производительность лучше по сравнению с исходным 7-нм техпроцессом. 7-нм EUV (N7+) может обеспечить увеличение плотности в 1,2 раза, увеличение производительности на 10% при том же уровне энергопотребления или 15-кратное увеличение плотности. % экономии энергии при той же производительности.

Теперь Samsung и TSMC использовали 7-нм процесс EUV для начала производства чипов, процессор Rydragon четвертого поколения с архитектурой AMD Zen 3, который планируется выпустить в этом году, представляет собой 7-нм процесс EUV TSMC, текущий 10-нм процесс Intel еще не использует технологию EUV, но планируется использовать EUV-литографию в 7-нм техпроцессе. Отечественный ГИПК также заказал у ASML машину для литографии EUV, но из-за различных проблем сроки поставки пока не ясны.

Fountyl Technologies PTE Ltd специализируется на производстве полупроводников, основная продукция включает в себя: штыревой патрон, пористый керамический патрон, керамический концевой эффектор, керамическую квадратную балку, керамический шпиндель, добро пожаловать к контакту и переговорам！