berita

penulis leslie wu, mantan ahli konstruksi hebat tsmc

editor su yang

dokumen kementerian perindustrian dan teknologi informasi kembali menyoroti penelitian dan pengembangan mesin litografi dalam negeri.

pada tanggal 9 september, akun "berita wechat industri dan informasi" di bawah kementerian perindustrian dan teknologi informasi mengungkapkan dokumen pemberitahuan yang dikeluarkan oleh kementerian perindustrian dan teknologi informasi pada tanggal 2 september tentang penerbitan "katalog panduan untuk promosi dan penerapan dari (set) peralatan teknis utama pertama (edisi 2024)" (seperti yang ditunjukkan di bawah) ).

item pertama "peralatan khusus elektronik" dalam dokumen pemberitahuan adalah "peralatan produksi sirkuit terpadu", yang dengan jelas menyebutkan indikator teknis mesin litografi kripton fluorida (krf) dan mesin litografi argon fluorida (arf), khususnyamesin litografi argon fluorida, dokumen menunjukkan bahwa panjang gelombangnya adalah 193nm, resolusi ≤65nm, dan overlay ≤8nm, hal ini juga dipahami oleh dunia luar sebagai terobosan besar bagi mesin litografi duv dalam negeri, bahkan terdapat rumor bahwa mesin litografi duv dalam negeri telah menembus proses 8nm.

lantas, apa sebenarnya yang diwakili oleh indikator teknis mesin litografi dalam negeri yang disebutkan dalam pemberitahuan kementerian perindustrian dan teknologi informasi ini?

01 memahami kembali mesin litografi

karena alasan khusus seperti kontrol ekspor, mesin litografi sering disebutkan dalam dua tahun terakhir, dan kelompok ilmiah dan teknologi memiliki pemahaman tertentu tentang mesin litografi.

dalam satu kalimat, mesin fotolitografi menggunakan proses khusus untuk mengecilkan pola, memproyeksikannya pada wafer silikon dan mengetsa sirkuit transistor, sehingga mencapai pembuatan chip.

mesin litografi dapat dibagi menjadi tiga jenis: uv, duv dan euv menurut sumber cahaya yang berbeda.

setiap jenis sumber cahaya juga dibedakan menurut cara menghasilkan cahaya. silakan lihat tabel berikut untuk panjang gelombang berbagai sumber cahaya:

kedua peralatan yang disebutkan dalam pemberitahuan kementerian perindustrian dan teknologi informasi tersebut sesuai dengan dua jenis mesin litografi duv, krf dan arf dry, yang menggunakan sinar ultraviolet dalam. namun, dokumen resminya ditandai dengan karakter cina krypton fluoride dan argon fluoride.

sumber cahaya yang berbeda pada mesin litografi akan memiliki panjang gelombang yang berbeda pula. semakin pendek panjang gelombangnya, semakin tinggi resolusi yang dapat dicapai.misalnya, mesin litografi kripton fluorida menggunakan sumber cahaya 248nm untuk mendukung produksi chip beresolusi 0,11μm-0,8μm, sedangkan menggunakan mesin litografi kering argon fluorida 193nm dapat mencapai resolusi lebih tinggi yaitu 65nm-0,11μm.

kunci lainnya adalah bukaan numerik (na) dari sistem lensa objektif. alasan mengapa kedua indikator ini penting berasal dari rumus yang sangat terkenal - kriteria rayleigh, yaitu cd =k1*λ/na.

cd adalah lebar garis, yang merupakan ukuran fitur minimum yang dapat dicapai. λ adalah panjang gelombang sumber cahaya yang digunakan oleh mesin litografi. na mewakili bukaan numerik lensa objektif mesin litografi, yang merupakan rentang sudut lensa yang mengumpulkan cahaya. k1 adalah koefisien yang bergantung pada chip.

menurut rumusnya, jika manufaktur chip ingin mencapai lebar garis yang lebih kecil, yaitu semakin kecil nilai cd, hal tersebut terutama melaluigunakan sumber cahaya dengan panjang gelombang lebih pendek、lensa objektif dengan aperture numerik lebih besar (na), dan temukan cara untuk melakukannyak1 lebih rendah。

misalnya, mesin litografi ultraviolet ekstrem euv saat ini memiliki panjang gelombang sumber cahaya hanya 13,5nm. pada saat yang sama, asml terus meluncurkan mesin litografi euv dengan lubang numerik lebih tinggi untuk pembuatan chip proses 7nm atau lebih tinggi. tapi hati-hati,chip 3nm memiliki sekitar ratusan lapisan dari bawah ke atas, dan persyaratan resolusi juga dari tinggi ke rendah. mesin litografi euv hanya bertanggung jawab untuk 20 lapisan terbawah, dan sisanya dikoordinasikan oleh mesin litografi duv.

02 berjalan dengan dua kaki: bukaan numerik tinggi, litografi pencelupan

berdasarkan pengetahuan industri, mesin fotolitografi yang disebutkan dalam pemberitahuan kementerian perindustrian dan informatika dapat mencapai nilai k1 sebesar 0,25. berdasarkan kriteria rayleigh, 65=0,25 ×193/na, dapat disimpulkan bahwa bukaan numerik mesin litografi dalam negeri adalah 0,75.

bukaan numeriknya relatif rendah, yang dapat diterima untuk produk generasi pertama. bagaimanapun, akan ada generasi kedua dan ketiga di masa depan.

namun, bahkan diulangi bukaan numerik pada mesin litografi sumber cahaya arf yang ada, dari 0,75 hingga 0,93, resolusinya hanya ditingkatkan dari 65nm saat ini ke 52nm di masa depan, yang jauh lebih kecil dari apa yang disebut "mesin litografi 28nm".

oleh karena itu, ulangi jalur bukaan numerikada manfaatnya, tapi itu tidak cukup. kita juga perlu mencoba lebih banyak terobosan dalam mesin litografi imersi agar bisa berjalan dengan dua kaki.

inti dari sumber cahaya arf perendaman tidak berubah, masih 193nm (tenaga sumber cahaya adalah inti dari mesin produksi massal), tetapi air ultra murni ditambahkan antara lensa objektif mesin fotolitografi dan wafer, dan indeks bias ditingkatkan menjadi 1,44, yang merupakan bentuk tersamar. panjang gelombang 193nm dikurangi menjadi 134nm, sehingga meningkatkan resolusi mesin litografi.

mengapa ini terjadi?

seperti disebutkan sebelumnya, kriteria rayleighyaitu cd =k1*λ/na.karena dengan penambahan pembiasan air maka kita dapat melakukan modifikasi,cd =k1*λ/nsinθ, dengan n adalah indeks bias air, sinθ adalah sinus sudut antara lensa mesin litografi dan permukaan pencitraan, dan nsinθ sama dengan bukaan numerik na.

asml 2100i yang disebutkan pada tabel 2 merupakan mesin litografi imersi, jadi n adalah 1,44, nilai sinθ lensa objektif adalah 0,93, dan nilai k1 peralatan ini adalah 0,28.

menurut rumus deformasi, cd mesin litografi 2100i = (0,28×193)/(1,44×0,93) = 54,04/1,3392≈40nm. ini adalah resolusi dari “mesin litografi 28nm” yang biasa disebut semua orang.

mesin litografi dalam negeri langsung ditingkatkan menjadi mesin imersi. bagaimana kinerjanya tanpa meningkatkan aperture numerik?

terus menerapkan rumusnya, cd=(0.25×193)/(1.44×0.75)=48.25/1.08=44nm, yang masih belum dapat memenuhi persyaratan resolusi "mesin litografi 28nm".

jadi, kembali ke apa yang kami katakan sebelumnya, kamikita tidak hanya perlu berinvestasi dalam penelitian dan pengembangan mesin litografi imersi, kita juga perlu membuat terobosan pada lensa untuk meningkatkan nilai sinθ lensa objektif dan meningkatkan aperture numerik.

kabar baiknya adalah itusudah ada perusahaan yang mengerjakan sistem lensa objektif imersi dengan aperture numerik 0,85.. jika penelitian ini berhasil, resolusi mesin litografi kami diharapkan mencapai 39,41nm, benar-benar menembus resolusi 40nm yang dibutuhkan oleh "proses 28nm".

dalam dokumen kementerian perindustrian dan teknologi informasi ini, bukaan numerik terkait lensa objektif tidak diungkapkan, sehingga perlu mendapat perhatian lebih lanjut.

perlu anda ketahui bahwa mesin litografi imersi generasi pertama perlu berevolusi dari tipe kering. jika bukaan numerik lensa objektif mesin litografi kering tidak mencapai level kelas satu, maka mesin litografi imersi juga tidak akan mampu melakukannya. apa pun.

seperti disebutkan sebelumnya, prinsip mesin litografi perendaman adalah menempatkan air ultra murni di antara bagian bawah lensa dan wafer. secara teori mudah tetapi sangat sulit untuk diterapkan.

yang pertama adalah menghilangkan sepenuhnya gelembung udara dalam air ultra murni. kedua, masalah permukaan cairan yang tidak rata yang disebabkan oleh perbedaan suhu antara area pemancar cahaya dan area pelindung perlu dihilangkan. cara untuk mengatasi masalah ini adalah dengan membuat air ultra murni mengalir dengan cepat, tetapi hal ini juga akan menghasilkan vortisitas. merupakan masalah teknik yang sulit untuk membuat air ultra murni mengalir dengan cepat tanpa menghasilkan pusaran. hal ini diperlukan dan diperlukan.

untuk sistem immersion saja, lin benjian dan timnya membutuhkan waktu 2 tahun dan 7-8 revisi untuk mencapai terobosan di area pabrik tsmc nanke yang didedikasikan untuk asml.

dalam tahap beta setelah mesin alpha selesai, sejumlah besar tenaga kerja harus diorganisir untuk membuang wafer yang tak terhitung jumlahnya di pabrik wafer untuk mengurangi ribuan cacat asli menjadi ratusan, lusinan, dan akhirnya menjadi nol.

03 tidak ada solusi untuk eksposur ganda

jika resolusinya hanya 65nm, apakah ada cara lain untuk lebih menyempurnakannya? memiliki.

kriteria ruili telah disebutkan sebelumnya,cd =k1*λ/na. selain dua indikator panjang gelombang dan bukaan numerik na, resolusi juga dapat ditingkatkan dengan terus menyusutkan k1.

mengurangi k1 adalah prioritas utama para insinyur proses litografi di pabrik wafer. para insinyur telah menciptakan banyak teknologi luar biasa untuk mengurangi k1, termasuk masker pergeseran fasa, koreksi efek kedekatan optik model, etsa berlebih, dan litografi inversi, dll.

menurut pengantar lin benjian dalam kuliahnya "ic mikrokosmos optik sejuta kali", untuk mengurangi k1 pertama-tama kita harus "anti getaran", seperti halnya anti guncangan saat mengambil gambar di ponsel, cobalah untuk mengurangi getaran relatif antara wafer dan masker selama pemaparan, sehingga membuat pola pemaparan lebih akurat, memulihkan resolusi yang hilang karena getaran. langkah selanjutnya adalah mengurangi "pantulan yang tidak berguna" pada permukaan cairan selama pemaparan.

dengan meningkatkan kedua item di atas, k1 pada dasarnya dapat diturunkan ke level 0,65.

untuk menurunkan k1 dan meningkatkan resolusi, anda juga dapat menggunakan metode pencitraan sinar ganda, termasuk paparan off-axis dan masker pergeseran fasa.

eksposur off-axis adalah mengatur sudut datang sumber cahaya sehingga cahaya masuk ke dalam masker secara miring. dengan menyesuaikan sudut, kedua lampu saling mengganggu untuk membentuk gambar, meningkatkan resolusi, dan meningkatkan kedalaman bidang. masker pemindah fasa menggunakan beberapa trik pada masker untuk menciptakan perbedaan fasa 180 derajat pada cahaya yang melewati area transmisi cahaya yang berdekatan.

kedua metode tersebut dapat mengurangi k1 hingga setengahnya dan tidak dapat digunakan secara bersamaan.

mengurangi k1 menjadi 0,28 hampir merupakan batas yang dapat dicapai oleh semua teknologi di atas. jika anda ingin menguranginya lebih lanjut, anda perlu menggunakan lebih dari dua masker selama pemaparan, yaitu pemaparan ganda yang lazim (seperti yang ditunjukkan di bawah).

dalam istilah paling populer, ini membagi pola padat menjadi dua atau lebih topeng dengan pola lebih longgar, yang diekspos pada wafer secara bergantian untuk mencapai peningkatan resolusi.

namun, karena jumlah eksposur menjadi dua kali lipat, efisiensi throughput wafer berkurang setengahnya sementara wph (throughput wafer per jam) tetap tidak berubah, dan satu eksposur lagi juga akan menyebabkan penurunan hasil.

melalui paparan ganda, k1 dapat dikurangi dari 0,28 menjadi 0,14, atau bahkan 0,07 dengan paparan empat kali lipat.

mari kita ambil mesin litografi 2100i sebagai contoh. setelah semua buff ditumpuk, cd teoritisnya=(0.07×193)/(1.44×0.93)=13.51/1.3392≈10nm sesuai ini adalah proses 2nm, dalam kata-kata orang, “mesin fotolitografi 28nm menghasilkan 2nm”.

karena multi eksposur sangat mudah digunakan, dapatkah resolusi mesin litografi arf 65nm domestik ditingkatkan melalui multi eksposur? belum.

paparan ganda adalah sarana teknis yang harus memenuhi banyak kondisi teknis, seperti akurasi overlay. pemahaman sederhana adalah kesalahan yang disebabkan oleh paparan antara lapisan chip yang berbeda.

saat ini, jendela kontrol untuk akurasi overlay eksposur tunggal adalah sekitar 20% -25% dari resolusi, sehingga produk dengan resolusi 65nm memerlukan akurasi overlay minimal 13nm. akurasi overlay peralatan rumah tangga adalah 8nm, yang memenuhi standar ini .

namun, perlu dicatat bahwa 8nm adalah standar pabrik dan merupakan hasil dari lembaran cahaya standar. karena kesalahan yang disebabkan oleh berbagai proses selama pemrosesan wafer, jalur produksi akan jauh lebih rendah daripada standar pabrik yang disepakati oleh asml atau nikon ini. sama. dengan kata lain, indeks standar peralatan rumah tangga 8nm turun sekitar 11-12nm pada produk sebenarnya.

untuk eksposur ganda, akurasi overlay harus dikurangi setengahnya, dari 13nm menjadi 6,5nm, berdasarkan resolusi 20%-25%. indeks akurasi overlay 8nm saat ini secara teoritis tidak dapat memenuhi persyaratan.

oleh karena itu, perlu dilakukan peningkatan resolusi melalui multiple exposure pada peralatan domestik ini, pada iterasi mendatang, akurasi overlay harus lebih ditingkatkan.