новости

автор лесли ву, бывший эксперт по строительству фабрик tsmc

редактор су ян

документ министерства промышленности и информационных технологий в очередной раз привлек внимание общественности к исследованиям и разработкам отечественных литографических машин.

9 сентября в аккаунте «новости промышленности и информации wechat» министерства промышленности и информационных технологий был опубликован уведомительный документ, выпущенный министерством промышленности и информационных технологий 2 сентября о выпуске «руководства по продвижению и применению первого (комплекта) основного технического оборудования (издание 2024 г.)» (как показано ниже)).

первым пунктом «электронного специального оборудования» в уведомительном документе является «оборудование для производства интегральных схем», в котором четко упоминаются технические показатели литографических машин на основе фторида криптона (крф) и машин для литографии на фториде аргона (арф), особенномашина для литографии фторидом аргона, в документе указано, что ее длина волны составляет 193 нм, разрешение ≤65 нм и наложение ≤8 нм.внешний мир также воспринимает это как крупный прорыв в отечественных литографических машинах duv, и даже ходят слухи, что отечественные литографические машины duv преодолели 8-нм техпроцесс.

что же на самом деле представляют собой технические показатели отечественных литографических машин, упомянутые в уведомлении минпроминформатики?

01 переосмыслите литографическую машину

по особым причинам, таким как экспортный контроль, в последние два года часто упоминались литографические машины, и у научно-технической общественности есть определенное понимание литографических машин.

одним словом, фотолитографическая машина использует специальный процесс для сжатия рисунка, проецирования его на кремниевую пластину и травления схемы транзистора, тем самым обеспечивая производство чипов.

литографические машины можно разделить на три типа: уф, duv и euv в зависимости от различных источников света.

каждый тип источника света также различается по способу генерации света. в следующей таблице указаны длины волн различных источников света:

два оборудования, упомянутые в уведомлении министерства промышленности и информационных технологий, соответствуют двум типам литографических машин duv, krf и arf dry, которые используют глубокий ультрафиолет. однако в официальных документах они отмечены китайскими иероглифами фторид криптона и фторид аргона.

различные источники света литографических машин будут иметь разные длины волн. чем короче длина волны, тем выше разрешение, которого можно достичь.например, машина для литографии с фторидом криптона использует источник света 248 нм для поддержки производства чипов с разрешением 0,11–0,8 мкм, а использование машины для сухой литографии с фторидом аргона 193 нм позволяет достичь более высокого разрешения — 65–0,11 мкм.

еще одним ключом является числовая апертура (na) системы объективов. причина, по которой эти два показателя имеют решающее значение, исходит из очень известной формулы – критерия рэлея, то есть cd =k1*λ/na.

cd — ширина линии, которая представляет собой минимальный размер объекта, которого можно достичь. λ — длина волны источника света, используемого литографической машиной. na представляет собой числовую апертуру объектива литографической машины, которая представляет собой угловой диапазон. линзы, собирающей свет, — это коэффициент, который зависит от многих факторов, связанных с производственным процессом.

согласно формуле, если производство микросхем хочет добиться меньшей ширины линии, то есть меньшего значения cd, то это происходит главным образом за счетиспользуйте источник света с более короткой длиной волны.、объективы с большей числовой апертурой (na)и найти способынижний к1。

например, нынешняя машина для литографии в экстремальном ультрафиолетовом диапазоне euv имеет длину волны источника света всего 13,5 нм. в то же время asml постоянно выпускает машины для литографии euv с более высокой числовой апертурой для производства чипов по техпроцессу 7 нм или выше. но будьте осторожны,3-нм чип имеет около сотни слоев снизу вверх, а требования к разрешению также варьируются от высокого к низкому. литографическая машина euv отвечает только за нижние 20 слоев, а остальные координируются литографической машиной duv.

02 ходьба на двух ногах: высокая числовая апертура, иммерсионная литография

согласно данным отрасли, фотолитографическая машина, упомянутая в уведомлении министерства промышленности и информационных технологий, может достигать значения k1, равного 0,25. по критерию рэлея 65=0,25×193/na можно сделать вывод, что числовая апертура отечественной литографической машины равна 0,75.

числовая апертура сравнительно невысокая, что приемлемо для продуктов первого поколения. ведь в будущем будут второе и третье поколения.

однако даже витерация числовой апертуры на существующей литографической машине с источником света arf., от 0,75 до уровня 0,93, разрешение только улучшается с нынешних 65 нм до будущих 52 нм, что намного меньше, чем у так называемой «28-нм литографической машины».

поэтому повторите путь числовой апертурыпреимущества есть, но их недостаточно. нам также необходимо попробовать новые разработки в машинах для иммерсионной литографии, чтобы научиться ходить на двух ногах.

суть иммерсионного источника света arf не изменилась, она по-прежнему составляет 193 нм (мощность источника света является ядром машины массового производства), но между объективом фотолитографической машины и пластиной добавляется сверхчистая вода, и показатель преломления увеличивается до 1,44, что является замаскированной формой. длина волны 193 нм эквивалентно уменьшается до 134 нм, тем самым улучшая разрешение литографической машины.

почему это происходит?

как упоминалось ранее, критерий рэлеяэто cd =k1*λ/na.благодаря добавлению преломления воды мы можем внести в него изменения,cd =k1*λ/nsinθ, где n — показатель преломления воды, sinθ — синус угла между линзой литографической машины и поверхностью изображения, а nsinθ равен числовой апертуре na.

asml 2100i, упомянутый в таблице 2, представляет собой машину для иммерсионной литографии, поэтому n равно 1,44, значение sinθ объектива составляет 0,93, а значение k1 этого оборудования составляет 0,28.

по деформированной формуле cd литографической машины 2100i = (0,28×193)/(1,44×0,93) = 54,04/1,3392≈40 нм. это разрешение «28-нм литографической машины», которое все обычно называют.

отечественные литографические машины напрямую модернизируются до иммерсионных машин. как они работают без улучшения числовой апертуры?

продолжая применять формулу, ее cd=(0,25×193)/(1,44×0,75)=48,25/1,08=44 нм, что все еще не может удовлетворить требованиям разрешения «28-нм литографической машины».

итак, возвращаясь к тому, о чем мы говорили ранее, мынам необходимо не только инвестировать в исследования и разработку машин для иммерсионной литографии, но и совершить прорыв в области линз, чтобы увеличить значение sinθ объектива и увеличить числовую апертуру.

хорошая новость в том, чтоуже есть компании, работающие над системами иммерсионных объективов с числовой апертурой 0,85.. если исследование окажется успешным, ожидается, что разрешение нашей литографической машины достигнет 39,41 нм, что действительно превысит разрешение в 40 нм, необходимое для «28-нм процесса».

в этом документе министерства промышленности и информационных технологий не раскрыта числовая апертура объектива, что заслуживает дальнейшего внимания.

вы должны знать, что первое поколение машин для иммерсионной литографии должно развиваться из машин сухого типа. если числовая апертура объектива машины для сухой литографии не достигает первоклассного уровня, машина для иммерсионной литографии также не сможет этого сделать. что-либо.

как упоминалось ранее, принцип работы машины для иммерсионной литографии заключается в помещении сверхчистой воды между нижней частью линзы и пластиной. теоретически это легко, но очень сложно реализовать.

во-первых, полностью исключить пузырьки воздуха в сверхчистой воде. во-вторых, необходимо устранить проблему неровной поверхности жидкости, вызванную разницей температур между светопроводящей областью и защитной областью. способ решения этой проблемы состоит в том, чтобы обеспечить быстрое течение сверхчистой воды, но это также приведет к образованию вихрей. обеспечить быстрый поток сверхчистой воды без образования вихрей — сложная инженерная задача. это и необходимо, и необходимо.

только для системы погружения лину бенджяну и его команде потребовалось 2 года и 7-8 доработок, чтобы добиться прорыва на заводе tsmc nanke, посвященном asml.

на стадии бета-тестирования после завершения создания машины «альфа» необходимо организовать огромную рабочую силу, чтобы тратить бесчисленные пластины на фабрике по производству пластин, чтобы уменьшить первоначальные тысячи дефектов до сотен, десятков и, наконец, до нуля. это трудная задача.

03 не существует решения проблемы многократной экспозиции

если разрешение всего 65 нм, есть ли другие способы его дальнейшего улучшения? иметь.

критерий жуйли упоминался ранее:cd =k1*λ/na помимо двух показателей длины волны и числовой апертуры числовой апертуры, разрешение также можно улучшить путем непрерывного уменьшения k1.

снижение k1 является главным приоритетом инженеров-технологов литографии на заводах по производству пластин. инженеры создали множество удивительных технологий для уменьшения k1, включая маски фазового сдвига, коррекцию эффекта оптической близости модели, чрезмерное травление и инверсионную литографию и т. д.

согласно введению линь бенджяна в лекции «оптический микромир ic в миллион раз», чтобы уменьшить k1, мы должны сначала «антивибрацию», точно так же, как защита от тряски при съемке на мобильный телефон, попытаться уменьшить относительную вибрацию между пластину и маску во время экспонирования, чтобы сделать схему экспонирования более точной, восстанавливая разрешение, потерянное из-за вибрации. следующий шаг — уменьшить «бесполезное отражение» на поверхности жидкости во время экспонирования.

улучшив два вышеуказанных пункта, k1 в принципе можно снизить до уровня 0,65.

чтобы снизить k1 и улучшить разрешение, вы также можете использовать методы двухлучевой визуализации, включая внеосевую экспозицию и маски с фазовым сдвигом.

внеосевое экспонирование заключается в регулировке угла падения источника света так, чтобы свет попадал на маску под углом. регулируя угол, два источника света мешают друг другу, формируя изображение, увеличивая разрешение и глубину резкости. маска с фазовым сдвигом использует некоторые приемы маски для создания разности фаз на 180 градусов в свете, проходящем через соседние светопроводящие области.

оба метода позволяют снизить к1 вдвое и не могут использоваться совместно.

снижение k1 до 0,28 — это почти предел того, чего могут достичь все вышеперечисленные технологии. если вы хотите еще больше уменьшить его, вам необходимо использовать более двух масок во время экспозиции, что представляет собой знакомую мультиэкспозицию (как показано ниже).

проще говоря, он разделяет плотные узоры на две или более маски с более рыхлыми узорами, которые, в свою очередь, экспонируются на пластине для достижения улучшения разрешения.

однако из-за увеличения количества экспозиций вдвое эффективность пропускной способности пластины снижается вдвое, а wph (пропускная способность пластины в час) остается неизменной, а еще одна экспозиция также приведет к снижению выхода продукции.

за счет двойной экспозиции к1 можно уменьшить с 0,28 до 0,14 или даже до 0,07 при четырехкратной экспозиции.

в качестве примера возьмем литографическую машину 2100i. после того, как все buffs сложены, ее теоретическое cd = (0,07 × 193)/(1,44 × 0,93) = 13,51/1,3392≈10 нм. обратите внимание, что 10 нм относятся к разрешению. соответствующий это 2-нм процесс. говоря словами людей, «28-нм фотолитографическая машина производит 2 нм».

поскольку многократное экспонирование настолько просто в использовании, можно ли улучшить разрешение бытовой литографической машины arf с длиной волны 65 нм за счет многократного экспонирования? еще нет.

множественное воздействие — это техническое средство, которое должно соответствовать многим инженерным условиям, например, точности наложения. простое понимание — это ошибка, вызванная воздействием между различными слоями чипа.

в настоящее время окно контроля точности наложения однократной экспозиции составляет около 20–25% разрешения, поэтому для продуктов с разрешением 65 нм требуется точность наложения не менее 13 нм. точность наложения отечественного оборудования составляет 8 нм, что соответствует этому стандарту. .

однако следует отметить, что 8 нм является заводским стандартом и является результатом стандартных легких листов. из-за ошибок, вызванных различными процессами во время обработки пластин, производственная линия будет намного ниже заводского стандарта, о котором договорились asml или nikon. это то же самое. другими словами, стандартный индекс 8-нм отечественного оборудования на реальных продуктах составляет около 11-12 нм.

для двойной экспозиции точность наложения должна быть уменьшена вдвое, с 13 нм до 6,5 нм, исходя из разрешения 20–25%. текущий показатель точности наложения 8 нм теоретически не может соответствовать требованиям.

поэтому необходимо повышать разрешение за счет многократной экспозиции на этом отечественном оборудовании. в будущих итерациях точность наложения должна быть еще больше улучшена.