लिथोग्राफी मशीन का सिद्धांत और उपकरण

लिथोग्राफी प्रक्रिया के सिद्धांत पर, हम फिल्म फोटो के विकास की कल्पना कर सकते हैं, मास्क प्लेट फिल्म के बराबर है, और लिथोग्राफी मशीन विकास तालिका है, यह मास्क प्लेट पर चिप सर्किट को एक-एक करके फोटोरेसिस्ट फिल्म में कॉपी करती है, और फिर नक़्क़ाशी तकनीक के माध्यम से सर्किट को वेफर पर "पेंट" किया जाता है।

बेशक, वास्तविक प्रक्रिया निश्चित रूप से इतनी सरल नहीं है, उदाहरण के तौर पर एएसएमएल की विशिष्ट इमर्सिव स्टेप स्कैन लिथोग्राफी मशीन यह देखने के लिए कि लिथोग्राफी मशीन कैसे काम कर रही है - सबसे पहले, लेजर लाइट, सुधार के बाद, ऊर्जा नियंत्रक, बीम बनाने वाला उपकरण, आदि। , फोटोमास्क डेस्क में, डिज़ाइन कंपनी का फोटोमास्क लगाएं, और फिर ऑब्जेक्टिव लेंस के माध्यम से एक्सपोज़र डेस्क पर प्रक्षेपित करें। तो आपके पास यहां एक 8-इंच या 12-इंच का वेफर है, जो एक फोटोरेसिस्ट से लेपित है, जो फोटोसेंसिटिव है, और पराबैंगनी प्रकाश वेफर पर सर्किट बनाता है।

लेजर प्रकाश स्रोत उत्पादन के लिए जिम्मेदार है, और प्रकाश स्रोत प्रक्रिया प्रक्रिया पर एक निर्णायक प्रभाव है, सेमीकंडक्टर उद्योग नोड के निरंतर सुधार के साथ, लिथोग्राफिक लेजर की तरंग दैर्ध्य भी लगातार सिकुड़ रही है, पराबैंगनी के पास 436nm, 365nm से (एनयूवी) लेजर से 246 एनएम, 193 एनएम गहरे पराबैंगनी (डीयूवी) लेजर में, वर्तमान में, डीयूवी लिथोग्राफी मशीन लिथोग्राफी मशीन के अनुप्रयोगों की एक बड़ी संख्या है, तरंग दैर्ध्य 193 एनएम है, प्रकाश स्रोत एआरएफ (आर्गन फ्लोराइड) एक्सीमर लेजर है, 45 एनएम से 10/7एनएम प्रक्रिया के लिए इस लिथोग्राफी मशीन का उपयोग किया जा सकता है, लेकिन 7एनएम नोड में डीयूवी लिथोग्राफी की सीमा है, इसलिए इंटेल, सैमसंग और टीएसएमसी 7एनएम नोड पर अत्यधिक पराबैंगनी (ईयूवी) लिथोग्राफी तकनीक पेश करेंगे, और ग्लोबलफाउंड्रीज ने 7एनएम ईयूवी का भी अध्ययन किया है। प्रक्रिया, लेकिन अब इसे छोड़ दिया है। लिथोग्राफी मशीन जो प्रकाश स्रोत के रूप में अत्यधिक पराबैंगनी प्रकाश (ईयूवी) का उपयोग करती है, एक ईयूवी लिथोग्राफी मशीन है, निश्चित रूप से, यह निश्चित रूप से प्रकाश स्रोत को बदलने जितना आसान नहीं है।

ईयूवी लिथोग्राफी की आवश्यकता क्यों है?

ईयूवी के फायदों में से एक चिप प्रसंस्करण चरणों में कमी है, और पारंपरिक मल्टीपल एक्सपोज़र तकनीक के बजाय ईयूवी का उपयोग करने से जमाव, नक़्क़ाशी और माप के चरण बहुत कम हो जाएंगे। वर्तमान में, ईयूवी तकनीक का उपयोग मुख्य रूप से तार्किक प्रक्रिया प्रक्रियाओं में किया जाता है, जिसके कारण 2019 में ऑर्डर की मात्रा/मांग में वृद्धि हुई है।

आज उपयोग किए जाने वाले 193 एनएम प्रकाश स्रोत डीयूवी का उपयोग वास्तव में 2000 के दशक से किया जा रहा है, लेकिन यह अधिक लघु-तरंग दैर्ध्य प्रकाश स्रोतों की तकनीक में फंस गया है, और 157 एनएम तरंग दैर्ध्य की लिथोग्राफी तकनीक में वास्तव में 2003 में एक लिथोग्राफी मशीन थी, लेकिन प्रगति की तुलना की गई 193nm तरंग दैर्ध्य केवल 25% है। हालाँकि, क्योंकि 157nm प्रकाश तरंग को 193nm लेंस द्वारा अवशोषित किया जाएगा, लेंस और फोटोरेसिस्ट को फिर से विकसित करना होगा, और उस समय सस्ती विसर्जन 193nm तकनीक उपलब्ध थी, इसलिए अब 193nm DUV लिथोग्राफी का उपयोग किया गया है।

बेशक, हमें यह जानना चाहिए कि एक ही प्रकाश स्रोत इतने सारे अलग-अलग प्रक्रिया नोड्स से क्यों प्राप्त किया जा सकता है, उदाहरण के तौर पर इंटेल को लेते हुए, 2000 में, 180nm का उपयोग किया गया था, और अब यह 10nm है, वास्तव में, लिथोग्राफी मशीन निर्धारित करती है अर्धचालक प्रक्रिया प्रक्रिया, लिथोग्राफी मशीन की सटीकता प्रकाश स्रोत की तरंग दैर्ध्य और उद्देश्य लेंस के संख्यात्मक एपर्चर से संबंधित है। गणना करने के लिए सूत्र हैं:

(प्रक्रिया ∝1/)लिथोग्राफी मशीन रिज़ॉल्यूशन =k1*λ/NA(k1 एक स्थिरांक है, अलग-अलग लिथोग्राफी मशीन k1 अलग है, λ प्रकाश स्रोत की तरंग दैर्ध्य को संदर्भित करता है, NA उद्देश्य लेंस का संख्यात्मक एपर्चर है, इसलिए लिथोग्राफी मशीन का रिज़ॉल्यूशन प्रकाश स्रोत की तरंग दैर्ध्य और पर निर्भर करता है ऑब्जेक्टिव लेंस का संख्यात्मक एपर्चर, तरंग दैर्ध्य जितना छोटा होगा, एनए जितना बड़ा होगा, उतना बेहतर होगा, इसलिए लिथोग्राफी मशीन का रिज़ॉल्यूशन जितना अधिक होगा, प्रक्रिया प्रौद्योगिकी उतनी ही उन्नत होगी।)(नोट: सूत्र का नीला भाग उपरोक्त सूत्र विवरण के अनुसार जोड़ा गया है, इसलिए यह तर्कसंगत है)

मूल विसर्जन लिथोग्राफी वेफर प्रतिरोध पर 1 मिमी मोटा पानी जोड़ने के लिए बहुत सरल है, पानी 193nm की प्रकाश तरंग दैर्ध्य को 134nm में अपवर्तित कर सकता है। बाद में, उच्च एनए लेंस, मल्टी-लाइट, फिनफेट, पिच-स्प्लिट और बैंड सुजुकी फोटोरेसिस्ट तकनीक में निरंतर सुधार हुआ, एक ने केवल वर्तमान 7nm/10nm का उपयोग किया, लेकिन यह 193nm लिथोग्राफी मशीन की सीमा है। मौजूदा तकनीकी स्थितियों में, NA संख्यात्मक एपर्चर में सुधार करना आसान नहीं है, वर्तमान में उपयोग किए जाने वाले लेंस का NA मान 0.33 है, आपको याद होगा कि पहले एक खबर आई थी, यानी ASML ने कार्ल ज़ीस में 2 बिलियन अमेरिकी डॉलर का निवेश किया था। दोनों पक्ष एक नई ईयूवी लिथोग्राफी मशीन विकसित करने के लिए सहयोग करेंगे, बहुत से लोग नहीं जानते कि ईयूवी लिथोग्राफी मशीन का ज़ीस के साथ क्या संबंध है। अब यह समझा जाना चाहिए कि ASML और Zeiss का सहयोग NA 0.5 ऑप्टिकल लेंस विकसित करना है, जो भविष्य में EUV लिथोग्राफी मशीन के रिज़ॉल्यूशन को और बेहतर बनाने की कुंजी है, लेकिन उच्च NA EUV लिथोग्राफी मशीन कम से कम 2025-2030 है, यह अभी भी दूर है, और ऑप्टिकल लेंस की प्रगति इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों की तुलना में कहीं अधिक कठिन है। NA मान में कुछ समय के लिए सुधार नहीं किया जा सकता है, इसलिए लिथोग्राफी मशीन ने प्रकाश स्रोत को बदलने का विकल्प चुना, 193nm DUV प्रकाश स्रोत को 13.5nm तरंग दैर्ध्य EUV के साथ बदल दिया, जो लिथोग्राफी मशीन के रिज़ॉल्यूशन में भी काफी सुधार कर सकता है।

1990 के दशक के उत्तरार्ध में, हर कोई 193nm लिथोग्राफी प्रकाश स्रोत को बदलने के लिए एक तकनीक की तलाश कर रहा था, और 157nm प्रकाश स्रोत, इलेक्ट्रॉन बीम प्रक्षेपण, आयन प्रक्षेपण, एक्स-रे और EUV को शामिल करने का प्रस्ताव रखा, और वर्तमान परिणामों से, केवल EUV सफल है। शुरुआत में, इंटेल और अमेरिकी ऊर्जा विभाग के नेतृत्व में, मोटोरोला, एएमडी और अन्य कंपनियों और संयुक्त राज्य अमेरिका में तीन राष्ट्रीय प्रयोगशालाओं के संग्रह ने ईयूवी एलएलसी का गठन किया, और एएसएमएल को भी ईयूवी एलएलसी का सदस्य बनने के लिए आमंत्रित किया गया था। 1997 और 2003 के बीच, ईयूवी एलएलसी के कई सौ वैज्ञानिकों ने ईयूवी लिथोग्राफी की व्यवहार्यता प्रदर्शित करने वाले कई पत्र प्रकाशित किए और फिर ईयूवी एलएलसी को भंग कर दिया गया।

2006 में दुनिया की पहली ईयूवी लिथोग्राफी मशीन का प्रोटोटाइप

इसके बाद ASML ने 2006 में EUV लिथोग्राफी मशीन का प्रोटोटाइप लॉन्च किया, 2007 में 10,000 वर्ग मीटर का स्वच्छ स्टूडियो बनाया, 2010 में पहला अनुसंधान और विकास प्रोटोटाइप NXE3100 बनाया, और अंततः 2015 में एक बड़े पैमाने पर उत्पादित प्रोटोटाइप बनाया, और इस शोध में और विकास प्रक्रिया, इंटेल, सैमसंग, टीएसएमसी, इन सेमीकंडक्टर निर्माताओं में रक्त आधान बिल्कुल बहुत है।

EUV लिथोग्राफी में सक्षम दुनिया के एकमात्र निर्माता के रूप में, ASML को स्वाभाविक रूप से बड़ी संख्या में ऑर्डर प्राप्त हुए, 2019 की दूसरी तिमाही तक, ASML की NEX:3400B EUV लिथोग्राफी मशीन स्थापित संख्या 38 तक पहुंच गई है, और वर्ष की दूसरी छमाही में उन्होंने अधिक कुशल NEX:3400C लिथोग्राफी मशीन लॉन्च की। 2019 के पूरे वर्ष में, EUV लिथोग्राफी मशीनों के कुल 26 सेट वितरित किए गए, जिससे उन्हें 2.789 बिलियन यूरो का राजस्व प्राप्त हुआ, जो वार्षिक राजस्व का 31% था, और ArFi दूर-पराबैंगनी लिथोग्राफी मशीन की 82 इकाइयाँ बेची गईं पूरे साल में 4.767 बिलियन यूरो कमाए, जिससे पता चलता है कि ईयूवी लिथोग्राफी मशीन का एक सेट कितने पैसे का है। नए NEX:3400C ने अपनी उत्पादन क्षमता 125 वेफर्स प्रति घंटे से बढ़ाकर 170 वेफर्स प्रति घंटे कर दी है और बिक्री में उल्लेखनीय वृद्धि हुई है।

हालांकि ईयूवी लिथोग्राफी मशीन काफी महंगी है, करीब 120 मिलियन डॉलर प्रति पीस, लेकिन सेमीकंडक्टर निर्माता निवेश करने को तैयार हैं, क्योंकि 7 एनएम और उससे ऊपर की प्रक्रियाओं के लिए ईयूवी लिथोग्राफी मशीन की आवश्यकता होती है, जब वही 7 एनएम प्रक्रिया होती है, तो ट्रांजिस्टर के बाद ईयूवी लिथोग्राफी तकनीक का उपयोग होता है। TSMC डेटा के अनुसार, मूल 7nm ​​प्रक्रिया की तुलना में घनत्व और प्रदर्शन बेहतर है, 7nm EUV (N7+) घनत्व में 1.2 गुना वृद्धि, समान बिजली खपत स्तर के लिए प्रदर्शन में 10% वृद्धि या 15 गुना वृद्धि प्रदान कर सकता है। समान प्रदर्शन के लिए % बिजली की बचत।

अब सैमसंग और TSMC ने चिप्स का उत्पादन शुरू करने के लिए 7nm EUV प्रक्रिया का उपयोग किया है, इस साल जारी होने वाला AMD Zen 3 आर्किटेक्चर चौथी पीढ़ी का Rydragon प्रोसेसर TSMC 7nm EUV प्रक्रिया है, Intel की वर्तमान 10nm प्रक्रिया में अभी तक EUV तकनीक का उपयोग नहीं किया गया है, लेकिन यह 7nm प्रक्रिया अवधि में EUV लिथोग्राफी का उपयोग करने के लिए निर्धारित है। घरेलू SMIC ने ASML से EUV लिथोग्राफी मशीन का भी ऑर्डर दिया, लेकिन विभिन्न समस्याओं के कारण डिलीवरी का समय अभी तक स्पष्ट नहीं है।

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