Nguyên lý và thiết bị của máy in thạch bản

Theo nguyên lý của quá trình in thạch bản, chúng ta có thể hình dung sự phát triển của ảnh phim, tấm mặt nạ tương đương với phim, và máy in thạch bản là bàn phát triển, nó sao chép từng mạch chip trên tấm mặt nạ vào phim quang điện, và sau đó mạch điện được “sơn” lên tấm wafer thông qua công nghệ khắc.

Tất nhiên, quy trình thực tế chắc chắn không đơn giản như vậy, máy in thạch bản quét bước nhập vai điển hình của ASML là một ví dụ để xem máy in thạch bản hoạt động như thế nào - trước hết là ánh sáng laser, sau khi hiệu chỉnh, bộ điều khiển năng lượng, thiết bị tạo chùm tia, v.v. , vào bàn mặt nạ ảnh, đeo mặt nạ ảnh của công ty thiết kế rồi chiếu lên bàn phơi sáng thông qua vật kính. Vì vậy, những gì bạn có ở đây là một tấm bán dẫn 8 inch hoặc 12 inch, được phủ một chất quang dẫn, chất cảm quang, và tia cực tím sẽ khắc các mạch điện trên tấm bán dẫn.

Laser chịu trách nhiệm tạo ra nguồn sáng và nguồn sáng có ảnh hưởng quyết định đến quá trình xử lý, với sự cải tiến không ngừng của nút công nghiệp bán dẫn, bước sóng của laser in thạch bản cũng không ngừng co lại, từ 436nm, 365nm gần tia cực tím (NUV) thành laser cực tím sâu (DUV) 246nm, 193nm, Hiện nay, máy in thạch bản DUV là một số lượng lớn ứng dụng của máy in thạch bản, bước sóng là 193nm, nguồn sáng là laser excimer ArF (argon fluoride), từ 45nm Đến quy trình 10/7nm đều có thể sử dụng máy in thạch bản này, nhưng đến nút 7nm có giới hạn của kỹ thuật in thạch bản DUV, vì vậy Intel, Samsung và TSMC sẽ giới thiệu công nghệ in thạch bản cực tím (EUV) tại nút 7nm và GlobalFoundries cũng đã nghiên cứu EUV 7nm quá trình, nhưng bây giờ đã từ bỏ nó. Máy in thạch bản sử dụng tia cực tím cực tím (EUV) làm nguồn sáng là máy in thạch bản EUV, tất nhiên việc này chắc chắn không đơn giản chỉ là thay đổi nguồn sáng.

Tại sao cần in thạch bản EUV?

Một trong những ưu điểm của EUV là giảm các bước xử lý chip và việc sử dụng EUV thay vì công nghệ đa phơi sáng truyền thống sẽ giúp giảm đáng kể các bước lắng đọng, khắc và đo lường. Hiện tại, công nghệ EUV chủ yếu được sử dụng trong các quy trình xử lý logic, điều này đã dẫn đến sự gia tăng về số lượng/nhu cầu đặt hàng trong năm 2019.

Nguồn sáng DUV 193nm được sử dụng ngày nay thực tế đã được sử dụng từ những năm 2000, nhưng nó bị kẹt trong công nghệ của các nguồn sáng có bước sóng ngắn hơn và công nghệ in thạch bản bước sóng 157nm thực tế đã có máy in thạch bản vào năm 2003, nhưng tiến độ so với đến bước sóng 193nm chỉ là 25%. Tuy nhiên, do sóng ánh sáng 157nm sẽ được thấu kính 193nm hấp thụ nên thấu kính và chất quang dẫn phải được phát triển lại, đồng thời vào thời điểm đó đã có công nghệ ngâm 193nm rẻ hơn nên kỹ thuật in thạch bản DUV 193nm hiện nay đã được sử dụng.

Tất nhiên, chúng ta phải muốn biết tại sao cùng một nguồn sáng có thể được tạo ra từ nhiều nút xử lý khác nhau, lấy Intel làm ví dụ, năm 2000, 180nm đã được sử dụng và bây giờ là 10nm, trên thực tế, máy in thạch bản xác định Trong quá trình xử lý chất bán dẫn, độ chính xác của máy in thạch bản có liên quan đến bước sóng của nguồn sáng và khẩu độ số của thấu kính vật kính. Có công thức tính:

(quy trình ∝1/)độ phân giải của máy in thạch bản =k1*λ/NA(k1 là hằng số, khác nhau, máy in thạch bản k1 khác nhau, λ là bước sóng của nguồn sáng, NA là khẩu độ số của vật kính nên độ phân giải của máy in thạch bản phụ thuộc vào bước sóng của nguồn sáng và khẩu độ số của vật kính, bước sóng càng ngắn, NA càng lớn thì càng tốt, do đó độ phân giải của máy in thạch bản càng cao, Công nghệ xử lý càng tiên tiến.)(Lưu ý: Phần màu xanh của công thức được thêm vào theo mô tả công thức trên nên rất logic)

Kỹ thuật in thạch bản ngâm ban đầu rất đơn giản là thêm nước dày 1mm lên điện trở wafer, nước có thể khúc xạ bước sóng ánh sáng 193nm thành 134nm. Sau này, sự cải tiến liên tục của thấu kính NA cao, công nghệ quang học đa ánh sáng, FinFET, Pitch-split và band Suzuki, người ta chỉ sử dụng tiến trình 7nm/10nm hiện tại, nhưng đây là giới hạn của máy in thạch bản 193nm. Trong điều kiện kỹ thuật hiện tại, khẩu độ số NA không dễ cải thiện, giá trị NA của ống kính hiện đang sử dụng là 0,33, bạn có thể nhớ rằng trước đó đã có một tin tức, đó là ASML đã đầu tư 2 tỷ đô la Mỹ vào Carl Zeiss, ống kính hai bên sẽ hợp tác phát triển máy in thạch bản EUV mới, nhiều người không biết máy in thạch bản EUV có mối quan hệ gì với Zeiss. Bây giờ nên hiểu rằng sự hợp tác giữa ASML và Zeiss là để phát triển ống kính quang học NA 0.5, đây là chìa khóa để cải thiện hơn nữa độ phân giải của máy in thạch bản EUV trong tương lai, nhưng máy in thạch bản NA EUV cao thì ít nhất là vào năm 2025-2030. vẫn còn rất xa, và sự phát triển của ống kính quang học còn khó khăn hơn nhiều so với các sản phẩm điện tử. Giá trị NA không thể cải thiện trong một thời gian nên máy in thạch bản đã chọn thay đổi nguồn sáng, thay nguồn sáng DUV 193nm bằng EUV bước sóng 13,5nm, điều này cũng có thể cải thiện đáng kể độ phân giải của máy in thạch bản.

Vào nửa cuối thập niên 1990, mọi người đều tìm kiếm một công nghệ thay thế nguồn sáng in thạch bản 193nm và đề xuất bao gồm nguồn sáng 157nm, chiếu chùm tia điện tử, chiếu ion, tia X và EUV, và từ kết quả hiện tại, chỉ có EUV là thành công. Lúc đầu, do Intel và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ dẫn đầu, tập hợp MOTOROLA, AMD và các công ty khác cùng ba phòng thí nghiệm quốc gia ở Hoa Kỳ đã thành lập EUV LLC và ASML cũng được mời trở thành thành viên của EUV LLC. Từ năm 1997 đến 2003, hàng trăm nhà khoa học tại EUV LLC đã xuất bản nhiều bài báo chứng minh tính khả thi của kỹ thuật in thạch bản EUV, và sau đó EUV LLC bị giải thể.

Nguyên mẫu máy in thạch bản EUV đầu tiên trên thế giới vào năm 2006

Tiếp theo ASML đã ra mắt nguyên mẫu máy in thạch bản EUV vào năm 2006, xây dựng studio sạch rộng 10.000 mét vuông vào năm 2007, tạo ra nguyên mẫu nghiên cứu và phát triển đầu tiên NXE3100 vào năm 2010, và cuối cùng đã tạo ra nguyên mẫu sản xuất hàng loạt vào năm 2015, và trong nghiên cứu này và quá trình phát triển, Intel, Samsung, TSMC, những nhà sản xuất chất bán dẫn này được truyền máu hoàn toàn rất nhiều.

Là nhà sản xuất duy nhất trên thế giới có khả năng in thạch bản EUV, ASML đương nhiên nhận được số lượng lớn đơn đặt hàng, tính đến quý 2 năm 2019, số lượng lắp đặt máy in thạch bản NEX:3400B EUV của ASML đã lên tới 38 và trong nửa cuối năm họ đã cho ra mắt máy in thạch bản NEX:3400C hiệu quả hơn. Trong cả năm 2019, tổng cộng 26 bộ máy in thạch bản EUV đã được giao, mang lại cho họ doanh thu 2,789 tỷ euro, chiếm 31% doanh thu hàng năm và máy in thạch bản tia cực tím xa ArFi đã bán được 82 chiếc trong cả năm đã kiếm được 4,767 tỷ euro, điều này cho thấy một bộ máy in thạch bản EUV trị giá bao nhiêu tiền. NEX:3400C mới đã tăng công suất sản xuất từ ​​125 tấm wafer mỗi giờ lên 170 tấm wafer mỗi giờ và doanh số bán hàng đã tăng đáng kể.

Mặc dù máy in thạch bản EUV khá đắt, gần 120 triệu USD một chiếc, nhưng các nhà sản xuất chất bán dẫn sẵn sàng đầu tư, vì quy trình 7nm trở lên cần có máy in thạch bản EUV, khi cùng quy trình 7nm, việc sử dụng công nghệ in thạch bản EUV sau bóng bán dẫn Theo dữ liệu của TSMC, mật độ và hiệu suất tốt hơn so với quy trình 7nm ban đầu. EUV 7nm (N7+) có thể mang lại mật độ tăng gấp 1,2 lần, hiệu suất tăng 10% cho cùng mức tiêu thụ điện năng hoặc 15 % tiết kiệm năng lượng cho cùng hiệu suất.

Hiện Samsung và TSMC đã sử dụng quy trình EUV 7nm để bắt đầu sản xuất chip, bộ xử lý Rydragon thế hệ thứ tư kiến ​​trúc AMD Zen 3 dự kiến ​​ra mắt trong năm nay là quy trình EUV 7nm của TSMC, quy trình 10nm hiện tại của Intel vẫn chưa sử dụng công nghệ EUV, nhưng dự kiến ​​​​sẽ sử dụng kỹ thuật in thạch bản EUV trong giai đoạn xử lý 7nm. SMIC trong nước cũng đã đặt hàng một máy in thạch bản EUV từ ASML, nhưng do nhiều vấn đề khác nhau nên thời gian giao hàng vẫn chưa rõ ràng.

Fountyl Technologies PTE Ltd, đang tập trung vào ngành sản xuất chất bán dẫn, các sản phẩm chính bao gồm: Mâm cặp chốt, mâm cặp gốm xốp, bộ tác động cuối bằng gốm, dầm vuông gốm, trục chính bằng gốm, vui lòng liên hệ và đàm phán!