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unser reporter li yuyang berichtete aus shanghai

die wellenlänge beträgt 193 nm (nanometer), die auflösung beträgt ≤65 nm und die überlagerung beträgt ≤8 nm ... vor einigen tagen rückte ein dokument des ministeriums für industrie und informationstechnologie erneut in den fokus der öffentlichkeit es wurde sogar berichtet, dass inländische duv-lithographiemaschinen den 8-nm-prozess durchbrochen haben.

am 9. september veröffentlichte der öffentliche wechat-account „industry wechat news“ des ministeriums für industrie und informationstechnologie das vom ministerium für industrie und informationstechnologie am 2. september herausgegebene bekanntmachungsdokument zur veröffentlichung des „leitfadens für werbung und bewerbung“. der erste punkt der „elektronischen spezialausrüstung“ im notifizierungsdokument ist „produktionsausrüstung für integrierte schaltkreise“, in der die technischen indikatoren der kryptonfluorid (krf)-lithographie eindeutig erwähnt werden maschinen und argonfluorid (arf)-lithographiemaschinen, insbesondere fluor-argon-lithographiemaschinen, gibt das dokument an, dass ihre überlagerungsgenauigkeit ≤8 nm beträgt.

ein reporter von „china business news“ bemerkte, dass nach der veröffentlichung des dokuments viel über den großen durchbruch heimischer lithografiemaschinen gesprochen wurde und einige leute „overlay ≤ 8 nm“ mit 8-nm-lithografiemaschinen verwechselten. tatsächlich bezieht sich die overlay-genauigkeit auf die ausrichtungsgenauigkeit zwischen den einzelnen photolithographieschichten, und die overlay-genauigkeit von ≤8 nm bedeutet nicht unbedingt, dass chips mit dem 8-nm-prozess hergestellt werden können.

„die überlagerung der lithographiemaschine beträgt weniger als 8 nanometer, und der logische entsprechende bereich kann auch den ausgereiften bereich oder sogar höher erreichen. erwarten sie jedoch nicht, dass er die in mobiltelefonen verwendete prozessortechnologie abdeckt. es ist hauptsächlich darauf ausgerichtet „der leitende beobachter der halbleiterindustrie, wang ruchen, sagte reportern, dass die dokumente des ministeriums für industrie und informationstechnologie nicht nur argonfluorid-lithographiemaschinen, sondern auch unterstützende geräte umfassen. es handelt sich um ein kleines ökosystem. „wenn man sich die prozessknoten ansieht, sind sie alle.“ konzentrieren sie sich auf den ausgereiften bereich, insbesondere auf 28 nanometer.

möglichkeiten zur herstellung von chips mit kleineren linienbreiten

es sei darauf hingewiesen, dass das ministerium für industrie und informationstechnologie bereits am 20. juni den „leitkatalog für die förderung und anwendung des ersten (sets) wichtiger technischer geräte (ausgabe 2024)“ veröffentlicht hat. „integrated circuit production equipment“ gibt es eine fluorierte krypton-lithographiemaschine und eine argonfluorid-lithographiemaschine.

im september veröffentlichte das ministerium für industrie und informationstechnologie dann ein weiteres benachrichtigungsdokument, das offiziell der außenwelt bekannt gegeben wurde. je nach lichtquelle können lithographiemaschinen in drei typen unterteilt werden: uv (ultraviolett), duv (tiefes ultraviolett) und euv (extremes ultraviolett). bei der kryptonfluorid-lithographiemaschine und der argonfluorid-lithographiemaschine im anmeldedokument handelt es sich jeweils um duv-lithographiemaschinen der vierten generation.

derzeit haben lithografiemaschinen fünf generationen der entwicklung durchlaufen. da sich die wellenlänge von den ersten 436 nm auf die neuesten 13,5 nm ändert, hat der chipherstellungsprozess allmählich 3 nm erreicht, was nahe an der grenze liegt.

für die leistung des lithografiegeräts gibt es zwei schlüssel: der eine ist die wellenlänge des lithografiegeräts und der andere die numerische apertur (na) des objektivlinsensystems. nach dem bekannten formel-rayleigh-kriterium, also cd=k1*λ/na. cd stellt die linienbreite dar, die die minimale strukturgröße darstellt, die der chip erreichen kann; λ stellt die wellenlänge der von der lithografiemaschine verwendeten lichtquelle dar, na bezieht sich auf die numerische apertur der objektivlinse der lithografiemaschine winkelbereich der linse, die licht sammelt; k1 ist ein koeffizient, der von vielen faktoren im zusammenhang mit dem chipherstellungsprozess abhängt.

wenn sie nach dieser formel einen chip mit einer kleineren linienbreite herstellen möchten, d. h. mit einem kleineren cd-wert, können sie eine lichtquelle mit kürzerer wellenlänge und eine objektivlinse mit größerer numerischer apertur verwenden und den k1-wert verringern.

beispielsweise verfügt die euv-lithographiemaschine des niederländischen halbleiterausrüstungsherstellers asml über eine lichtquellenwellenlänge von nur 13,5 nm. gleichzeitig verbessert asml ständig die apertur der lithographiemaschine für die herstellung von 7-nm- oder höheren prozesschips.

das hinzufügen von hochreinem wasser zwischen der objektivlinse der lithographiemaschine und dem wafer unter verwendung von wasser als medium verkürzt nicht nur die wellenlänge der getarnten lichtquelle, sondern erhöht auch den getarnten na-wert. diese art von lithographiemaschine, die hochreines wasser hinzufügt, wird als immersionslithographiemaschine bezeichnet, sodass die duv-lithographiemaschine auch die obergrenze der optischen auflösung erreichen kann.

allerdings ist die immersionslithografiemaschine theoretisch einfach, die technische umsetzung ist jedoch recht mühsam. lin benjian, der als „vater der immersions-lithographiemaschinen“ bekannt ist, benötigte während seiner amtszeit bei tsmc zwei jahre und 7–8 überarbeitungen für das team, um einen durchbruch bei nur einem immersionssystem zu erzielen. brancheninsider sagen, dass die entwicklung von immersionslithografiemaschinen so schwierig sei, dass sie dem schießen auf ein ziel auf der erde mit einer waffe auf dem mond gleichkäme. ‌

wie hoch ist die auflösung ≤ 65 nm und die überlagerung ≤ 8 nm?

zusätzlich zu den oben genannten methoden ist die mehrfachbelichtung auch eine technologie zur verbesserung des herstellungsprozesses von fotolithografiemaschinen. beispielsweise hat die asml-immersions-duv-lithographiemaschine nxt: 1980 eine auflösung von ≤38 nm, kann jedoch die produktion des 7-nm-prozesses der ersten generation von tsmc unterstützen und basiert auf mehrfachbelichtungstechnologie.

als wichtiger technischer indikator einer lithographiemaschine bezieht sich die überlagerungsgenauigkeit normalerweise auf die „höchste genauigkeit, die durch mehrfachbelichtungen erreicht werden kann“. sie bestimmt den minimalen fehler der physikalischen verschiebung zwischen den einzelnen belichtungen und wirkt sich direkt auf die qualität des mehrschichtbelichtungsprozesses aus effizienz. da prozessknoten immer weiter auf 14 nm, 10 nm und 7 nm skaliert werden, sind mehrfachbelichtungen erforderlich.

wie viele nanometerprozesse kann die arf-lithographiemaschine (lichtwellenlänge 193 nm, auflösung ≤ 65 nm, überlagerung ≤ 8 nm) im anmeldedokument erreichen? auf welchem ​​niveau? wie viele nanometer kann die extreme reichweite erreichen?

insgesamt liegt die leistung der inländischen arf-lithographiemaschinen dieser spezifikation relativ nahe an der arf-lithographiemaschine twinscan xt: 1460k, die asml im zweiten quartal 2015 ausgeliefert hat (auflösung ≤65 nm, overlay-genauigkeit <5 nm). gemäß der 1:3-beziehung zwischen overlay-genauigkeit und massenproduktionsprozess kann diese fotolithografiemaschine theoretisch chips im 28-nm-verfahren in massenproduktion herstellen.

brancheninsider gehen jedoch davon aus, dass die heimische arf-lithographiemaschine aus gründen wie größeren overlay-genauigkeitsfehlern möglicherweise nicht die auflösungsanforderungen der „28-nm-lithographiemaschine“ erfüllt. im allgemeinen sollte die diesmal vorgestellte inländische duv-lithographiemaschine eine verbesserte version der vorherigen inländischen lithographiemaschine mit 90-nm-auflösung sein, die für den ausgereiften prozesschipherstellungsbedarf von 55-65 nm verwendet werden kann.

„die liste des ministeriums für industrie und informationstechnologie umfasst nicht nur argonfluorid-lithographiemaschinen, sondern auch unterstützende geräte. es handelt sich um ein kleines ökosystem. wenn man sich die prozessknoten ansieht, konzentrieren sie sich alle auf den ausgereiften bereich, insbesondere auf 28 nanometer wang.“ ruchen sagte, dass die fab (wafer-fabrik) erfolgreich sein wird, wenn sie in großem maßstab gefördert wird. mit ausnahme von mobiltelefonen und anderen szenarien verfügt china über eine größere oder echte autonomie: „sie ist für die meisten zivilen, industriellen und industriellen zwecke ausreichend.“ landesverteidigungsszenarien.

inländische lithografiemaschinen haben einen kleinen schritt nach vorne gemacht

als kernausrüstung der halbleiterfertigung bestimmt das technische niveau der fotolithographiemaschine direkt die leistung und qualität der chips. lange zeit wurde unser land im bereich der lithographiemaschinen von anderen kontrolliert, und high-end-geräte sind hauptsächlich auf importe angewiesen.

im vergleich zu den bisherigen heimischen lithografiemaschinen mit 90-nm-auflösung hat die neue 65-nm-auflösung gewisse fortschritte gemacht. natürlich müssen wir uns immer noch der kluft zwischen inländischen lithographiemaschinen und ausländischen fortgeschrittenen niveaus bewusst sein.

es sollte darauf hingewiesen werden, dass es sich bei der im anmeldedokument offenbarten arf-lithographiemaschine immer noch um eine trocken-duv-lithographiemaschine und nicht um eine fortschrittlichere immersions-duv-lithographiemaschine (auch als arfi-lithographiemaschine bezeichnet) handelt.

für inländische hersteller von lithografiemaschinen gibt es bei der umstellung von trocken-duv auf immersions-duv noch viele probleme, die nicht nur in technischer hinsicht gelöst werden müssen. obwohl asml 2006 das erste in serie hergestellte immersions-duv-lithographiegerät xt: 1700i auf den markt brachte, verließ es sich erst in den 2010er jahren auf das immersions-duv-lithographiegerät, um die beiden damaligen giganten der lithographiemaschinen, canon und canon nikon, zu besiegen hat seine dominanz etabliert.

der finanzbericht von asml zeigt, dass china im jahr 2023 zum zweitgrößten markt des unternehmens werden wird. im ersten und zweiten quartal 2024 machte der umsatz von asml in china 49 % aus. im zweiten quartal machte arfi 50 % aus und übertraf damit den umsatz von euv.

tatsächlich wurde der export der fortschrittlichsten euv-lithographiemaschinen von asml im oktober letzten jahres vollständig verboten. die vereinigten staaten aktualisierten ihre exportkontrollen für fortschrittliche chipherstellungstechnologie und erweiterten den umfang der lithographiemaschinen, deren export verboten ist china, also die verwendung von mehrfachbelichtungen. eine lithographiemaschine, die erweiterte prozessfähigkeiten erreicht.

am 6. september kündigte die niederländische regierung an, dass sie den exportkontrollbereich von lithographiegeräten auf immersionslithographiegeräte für tiefes ultraviolett ausweiten und sich an die kontrollen in den vereinigten staaten anpassen werde. wenn asml twinscan nxt exportieren möchte: immersionsmodelle 1970i und 1980i duv-lithographieausrüstung nach china. um das system zu gravieren, müssen sie zunächst eine exportlizenz bei der niederländischen regierung beantragen.

brancheninsider glauben, dass die weitere verschärfung der exporte fortschrittlicher duv durch asml einer der faktoren ist, die die veröffentlichung von informationen über die neuesten inländischen lithografiemaschinen vorantreiben. in diesem zusammenhang sagte wang ruchen: „nachdem die vereinigten staaten die niederländische regierung gezwungen hatten, eine exportlizenz hinzuzufügen, und asml kooperierte, um sich zu äußern, handelte es sich um einen nebenangriff.“

shenwan hongyuan securities ist davon überzeugt, dass die offizielle offenlegung der fortschritte bei der kernausrüstung das marktvertrauen gestärkt hat, die inländische industriekette für lithografiemaschinen davon profitiert hat, der ausbau inländischer waferfabriken unabhängig gesteuert werden kann und die gesamte inländische halbleiterausrüstung davon profitiert hat. industriekettenunternehmen wie smic, northern huachuang, china microelectronics corporation, tuojing technology, microconductor nano und shanghai microelectronics werden allesamt entwicklungsmöglichkeiten durch im inland hergestellte 65-nm-arf-lithographiemaschinen erhalten.

(herausgeber: wu qing, rezension: li zhenghao, korrekturleser: yan yuxia)