uutiset

kirjoittaja leslie wu, entinen tsmc:n upea rakennusasiantuntija

toimittaja su yang

teollisuus- ja tietotekniikkaministeriön asiakirja on tuonut kotimaisten litografiakoneiden tutkimuksen ja kehityksen jälleen julkisuuteen.

teollisuus- ja tietotekniikan ministeriön alainen "teollisuus ja tieto wechat news" -tili julkisti 9. syyskuuta teollisuus- ja tietotekniikkaministeriön 2. syyskuuta antaman ilmoituksen "promootio- ja soveltamisohjeluettelon" julkaisemisesta. tärkeimpien teknisten laitteiden ensimmäisestä (sarjasta) (2024 painos)" (kuten alla on esitetty) ).

ensimmäinen "elektronisten erikoislaitteiden" kohta ilmoitusasiakirjassa on "integroidun piirin tuotantolaitteet", jossa mainitaan selkeästi kryptonfluoridi (krf) litografiakoneiden ja argonfluoridi (arf) litografiakoneiden tekniset indikaattorit, erityisestiargonfluoridi litografiakone, asiakirja osoittaa, että sen aallonpituus on 193 nm, resoluutio ≤ 65 nm ja peitto ≤ 8 nm, myös ulkomaailma ymmärtää tämän suurena läpimurtona kotimaisille duv-litografiakoneille, ja on jopa huhuja, että kotimaiset duv-litografiakoneet ovat rikkoneet 8nm-prosessin.

mitä tässä teollisuus- ja tietotekniikkaministeriön ilmoituksessa mainitut kotimaisten litografiakoneiden tekniset indikaattorit siis käytännössä edustavat?

01 ymmärrä uudelleen litografiakone

erityisistä syistä, kuten viennin valvonnasta, litografiakoneet on mainittu useasti viimeisen kahden vuoden aikana, ja tieteellisellä ja teknologisella yleisöllä on tietty käsitys litografiakoneista.

yhdessä lauseessa fotolitografiakone käyttää erityistä prosessia kuvion kutistamiseen, sen projisoimiseen piikiekkoon ja transistoripiirin syövyttämiseen, jolloin saadaan aikaan sirun valmistus.

litografiakoneet voidaan jakaa kolmeen tyyppiin: uv, duv ja euv eri valonlähteiden mukaan.

jokainen valonlähdetyyppi erotellaan myös sen mukaan, miten se tuottaa valoa. katso eri valonlähteiden aallonpituudet seuraavasta taulukosta.

teollisuus- ja tietotekniikkaministeriön ilmoituksessa mainitut kaksi laitetta vastaavat kahta duv-litografiakonetta, krf ja arf dry, jotka käyttävät syvää ultraviolettivaloa. viralliset asiakirjat on kuitenkin merkitty kiinalaisilla kirjaimilla kryptonfluoridi ja argonfluorid.

litografiakoneiden eri valonlähteillä on erilaiset aallonpituudet mitä lyhyempi aallonpituus, sitä korkeampi resoluutio voidaan saavuttaa.esimerkiksi kryptonfluoridilitografiakone käyttää 248 nm:n valonlähdettä tukemaan 0,11–0,8 µm:n resoluution sirujen tuotantoa, kun taas 193 nm:n argonfluoridikuivalitografiakoneella voidaan saavuttaa korkeampi resoluutio 65 nm–0,11 µm.

toinen avain on objektiivilinssijärjestelmän numeerinen aukko (na) syy, miksi nämä kaksi indikaattoria ovat kriittisiä, johtuu hyvin tunnetusta kaavasta - rayleigh-kriteeristä, eli cd =k1*λ/na.

cd on linjan leveys, joka on saavutettavissa oleva pienin piirteen koko. λ on litografiakoneen käyttämän valonlähteen aallonpituus na edustaa litografiakoneen objektiivin numeerista aukkoa, joka on kulmaalue. valoa keräävän linssin kerroin riippuu monista valmistusprosessiin liittyvistä tekijöistä.

kaavan mukaan jos siruvalmistuksessa halutaan saavuttaa pienempi viivan leveys, eli mitä pienempi cd-arvo, se tapahtuu pääasiassakäytä lyhyemmän aallonpituuden valonlähdettä、objektiiviobjektiivit, joissa on suurempi numeerinen aukko (na)ja löytää tapojaalempi k1。

esimerkiksi nykyisen euv:n äärimmäisen ultraviolettilitografiakoneen valonlähteen aallonpituus on vain 13,5 nm. samaan aikaan asml tuo jatkuvasti markkinoille euv-litografiakoneita, joissa on suurempi numeerinen aukko 7 nm:n tai suurempien prosessisirujen valmistukseen. mutta ole varovainen,3nm:n sirussa on noin satoja kerroksia alhaalta ylöspäin, ja myös tarkkuusvaatimukset ovat korkeasta matalaan. euv-litografiakone vastaa vain 20 alimmasta kerroksesta, ja loput koordinoi duv-litografiakone.

02 kävely kahdella jalalla: suuri numeerinen aukko, immersiolitografia

teollisuus- ja tietotekniikan ministeriön tiedonannossa mainitulla fotolitografiakoneella voidaan teollisuudesta tietämiemme mukaan saavuttaa k1-arvo 0,25. rayleigh-kriteerin 65=0,25 ×193/na mukaan voidaan päätellä, että kotitalouslitografiakoneen numeerinen aukko on 0,75.

numeerinen aukko on suhteellisen pieni, mikä on hyväksyttävää ensimmäisen sukupolven tuotteille. tulevaisuudessa on kuitenkin toista ja kolmatta sukupolvea.

kuitenkin jopa sisällätoista numeerinen aukko olemassa olevassa arf-valolähteen litografiakoneessa, 0,75:stä aina tasolle 0,93, resoluutio on vain parantunut nykyisestä 65 nm:stä tulevaan 52 nm:iin, mikä on paljon vähemmän kuin niin sanotussa "28 nm:n litografiakoneessa".

siksi iteroi numeerisen aukon polkuahyötyjä on, mutta se ei riitä. meidän on myös kokeiltava lisää läpimurtoja upotuslitografiakoneissa saavuttaaksemme kahdella jalalla kävelemisen.

upotus-arf-valonlähteen olemus ei ole muuttunut, se on edelleen 193 nm (valolähteen teho on massatuotantokoneen ydin), mutta fotolitografiakoneen objektiivin ja kiekon väliin lisätään ultrapuhdasta vettä ja taitekerroin nostetaan arvoon 1,44, mikä on naamioitu muoto. 193 nm:n aallonpituus pienenee vastaavasti 134 nm:iin, mikä parantaa litografiakoneen resoluutiota.

miksi näin tapahtuu?

kuten aiemmin mainittiin, rayleigh-kriteerieli cd =k1*λ/na.veden taittumisen lisäämisen ansiosta voimme tehdä siihen muutoksia,cd =k1*λ/nsinθ, jossa n on veden taitekerroin, sinθ on litografiakoneen linssin ja kuvantamispinnan välisen kulman sini ja nsinθ on yhtä suuri kuin numeerinen aukko na.

taulukossa 2 mainittu asml 2100i on upotettu litografiakone, joten n on 1,44, objektiivin linssin sinθ-arvo on 0,93 ja tämän laitteen k1-arvo on 0,28.

epämuodostuneen kaavan mukaan 2100i litografiakoneen cd = (0,28 × 193) / (1,44 × 0,93) = 54,04 / 1,3392≈40 nm tämä on "28nm litografiakoneen" resoluutio, jota kaikki yleensä kutsuvat.

kotimaiset litografiakoneet päivitetään suoraan upotuskoneiksi. kuinka se toimii ilman numeerista aukkoa?

jatketaan kaavan soveltamista, sen cd=(0.25×193)/(1.44×0.75)=48.25/1.08=44nm, mikä ei vieläkään täytä "28nm litografiakoneen" tarkkuusvaatimuksia.

joten palataksemme siihen, mitä sanoimme aiemmin, memeidän on investoitava upotuslitografiakoneiden tutkimukseen ja kehittämiseen, mutta meidän on myös tehtävä läpimurtoja objektiiveissa lisätäksemme objektiivin sinθ-arvoa ja lisätäksemme numeerista aukkoa.

hyvä uutinen on sejo nyt on yrityksiä, jotka työskentelevät immersioobjektiivijärjestelmien parissa, joiden numeerinen aukko on 0,85.. jos tutkimus onnistuu, litografiakoneemme resoluution odotetaan saavuttavan 39,41 nm, mikä todella rikkoo "28 nm:n prosessin" vaatiman 40 nm:n resoluution.

tässä teollisuus- ja tietotekniikkaministeriön asiakirjassa objektiiviin liittyvää numeerista aukkoa ei julkistettu, mikä ansaitsee seurantaa.

sinun on tiedettävä, että ensimmäisen sukupolven upotuslitografiakoneiden täytyy kehittyä kuivatyypistä jos kuivalitografiakoneen objektiivin numeerinen aukko ei saavuta ensiluokkaista tasoa, uppolitografiakone ei myöskään pysty siihen. mitään.

kuten aiemmin mainittiin, upotuslitografiakoneen periaate on asettaa ultrapuhdas vesi linssin pohjan ja kiekon väliin. se on teoriassa helppoa, mutta erittäin hankala toteuttaa.

ensimmäinen on poistaa täysin ilmakuplat ultrapuhtaassa vedessä. toiseksi on tarpeen poistaa epätasainen nestepinnan ongelma, joka johtuu valoa läpäisevän alueen ja suoja-alueen lämpötilaerosta. ongelma ratkaistaan ​​on saada ultrapuhdas vesi virtaamaan nopeasti, mutta tämä aiheuttaa myös pyörteitä. on vaikea tekninen ongelma saada ultrapuhdas vesi virtaamaan nopeasti ilman pyörteitä. se on sekä välttämätöntä että välttämätöntä.

pelkästään upotusjärjestelmän osalta lin benjian ja hänen tiiminsä kesti 2 vuotta ja 7-8 versiota saavuttaakseen läpimurron asml:lle omistetulla tsmc nanken tehdasalueella.

beta-vaiheessa alpha-koneen valmistumisen jälkeen on järjestettävä valtava määrä työvoimaa hukkaamaan kiekkoja, jotta alkuperäiset tuhannet viat voidaan vähentää satoihin, kymmeniin ja lopulta nollaan.

03 useita valotuksia varten ei ole ratkaisua

jos resoluutio on vain 65 nm, onko muita tapoja parantaa sitä? on.

ruili-kriteeri mainittiin aiemmin,cd =k1*λ/na kahden aallonpituuden ja na:n numeerisen aukon indikaattorin lisäksi resoluutiota voidaan parantaa myös jatkuvasti pienentämällä k1:tä.

k1:n vähentäminen on litografiaprosessisuunnittelijoiden tärkein prioriteetti kiekkotehtaissa. insinöörit ovat luoneet monia uskomattomia tekniikoita k1:n vähentämiseksi, mukaan lukien vaihesiirtomaskit, mallin optisen läheisyysefektin korjaus, ylietsaus ja inversiolitografia.

lin benjianin luennolla "optical microcosm ic one million times" esittämän johdannon mukaan k1:n vähentämiseksi meidän on ensin "tärinänvaimennus", aivan kuten tärinänesto otettaessa kuvia matkapuhelimella, yritettävä vähentää suhteellista tärinää kiekko ja maski valotuksen aikana, jotta valotuskuvio olisi tarkempi. seuraava askel on vähentää "hyödytöntä heijastusta" nestepinnalla altistuksen aikana.

kahta yllä olevaa kohdetta parantamalla k1 voidaan periaatteessa vähentää tasolle 0,65.

k1:n pienentämiseksi ja resoluution parantamiseksi voit käyttää myös kaksoissädekuvausmenetelmiä, kuten off-axis-valotusta ja vaiheensiirtomaskia.

off-axis valotus on säätää valonlähteen tulokulmaa niin, että valo tulee maskiin vinosti. kulmaa säätämällä kaksi valoa häiritsevät toisiaan muodostaen kuvan, mikä lisää resoluutiota ja lisää syväterävyyttä. vaiheensiirtomaski käyttää joitain temppuja maskissa 180 asteen vaihe-eron luomiseksi viereisten valoa läpäisevien alueiden läpi kulkevaan valoon.

molemmat menetelmät voivat puolittaa k1:n, eikä niitä voida käyttää yhdessä.

k1:n alentaminen 0,28:aan on melkein kaikkien yllä olevien tekniikoiden saavuttamisen raja. jos haluat vähentää sitä entisestään, sinun on käytettävä useampaa kuin kahta maskia valotuksen aikana, mikä on tuttu monivalotus (kuten alla näkyy).

suosituimmilla termeillä se jakaa tiheät kuviot kahteen tai useampaan löysemmän kuvion omaavaan maskiin, jotka paljastetaan vuorotellen kiekolle resoluution parantamiseksi.

koska altistusten määrä kuitenkin kaksinkertaistuu, kiekkojen läpäisyteho putoaa puoleen samalla kun wph (kiekkoläpäisykyky tunnissa) pysyy ennallaan, ja yksi lisävalotus johtaa myös tuoton alenemiseen.

kaksoisvalotuksen avulla k1 voidaan pienentää arvosta 0,28 arvoon 0,14 tai jopa 0,07 nelinkertaisella valotuksella.

otetaan esimerkkinä 2100i litografiakone, kun kaikki buffit on pinottu, sen teoreettinen cd = (0,07 × 193) / (1,44 × 0,93) = 13,51 / 1,3392≈10 nm. huomaa, että 10 nm viittaa resoluutioon, ja vastaava se on 2 nm:n prosessi, ihmisten sanojen mukaan "28 nm:n fotolitografiakone tekee 2 nm:n".

koska monivalotus on niin helppokäyttöinen, voidaanko kotimaisen 65 nm:n arf-litografialaitteen resoluutiota parantaa monivalotuksen avulla? ei vielä.

monivalotus on tekninen keino, jonka on täytettävä monia teknisiä ehtoja, kuten päällekkäisyyden tarkkuus. yksinkertainen käsitys on sirun eri kerrosten välisen valotuksen aiheuttama virhe.

tällä hetkellä yhden valotuksen peittotarkkuuden ohjausikkuna on noin 20–25 % resoluutiosta, joten 65 nm:n resoluutiolla varustetut tuotteet edellyttävät vähintään 13 nm:n peittotarkkuutta. kotimaisten laitteiden peittotarkkuus on 8 nm, mikä täyttää tämän standardin .

on kuitenkin huomioitava, että 8nm on tehdasstandardi ja se on tulosta erilaisten prosessien aiheuttamista virheistä kiekkojen käsittelyssä, joten tuotantolinja on paljon pienempi kuin tehdasstandardi tämä sama. toisin sanoen kotimaisten laitteiden 8 nm:n standardiindeksi putoaa noin 11-12 nm:iin todellisissa tuotteissa.

kaksoisvalotusta varten peittokuvan tarkkuus on vähennettävä puoleen, 13 nm:stä 6,5 nm:iin 20–25 %:n resoluution perusteella. nykyinen 8 nm:n peittotarkkuusindeksi ei teoreettisesti täytä vaatimuksia.

siksi, jotta resoluutiota voidaan parantaa useiden valotusten avulla tällä kotimaisella laitteella, peittokuvan tarkkuutta on parannettava edelleen tulevissa iteraatioissa.