Литография нового поколения
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Литография следующего поколения или NGL — это термин, используемый в производстве интегральных схем для описания разрабатываемых технологий литографии , которые призваны заменить существующие методы. Под действием закона Мура в полупроводниковой промышленности сокращение размера и критического размера чипов продолжается. Этот термин применяется к любому методу литографии, в котором используется более коротковолновой свет или тип луча, чем современный уровень техники, например, рентгеновская литография , электронно-лучевая литография , литография с фокусированным ионным лучом и литография наноимпринтов . Этот термин также может использоваться для описания методов, которые обеспечивают более высокое разрешение при существующей длине волны света.
Многие технологии, которые когда-то назывались «следующим поколением», вошли в коммерческое производство, а фотолитография под открытым небом с видимым светом, проецируемым через нарисованные от руки фотошаблоны , постепенно переросла в иммерсионную литографию в глубоком УФ-излучении с использованием оптической коррекции близости , технологию обратной литографии , внеосевую освещение , маски с фазовым сдвигом , двойной рисунок и множественный рисунок . В конце 2010-х годов комбинация многих таких методов позволила достичь размеров порядка 20 нм с помощью эксимерного ArF-лазера с длиной волны 193 нм в процессах 14 , 10 и 7 нм , хотя и за счет дополнительной обработки. шагов и, следовательно, стоимость.
Литография в крайнем ультрафиолете (EUV) с длиной волны 13,5 нм , долгое время считавшаяся ведущим кандидатом на литографию следующего поколения, начала поступать в массовое коммерческое производство в 2018 году. [1] С 2021 года Samsung и TSMC постепенно внедряют EUV-литографию на своих производственных линиях, поскольку замена нескольких этапов обработки отдельными этапами EUV стала экономичной. По состоянию на начало 2020-х годов многие методы EUV все еще находятся в разработке, и многие проблемы еще предстоит решить, что делает литографию EUV переходной от «следующего поколения» к «современному уровню техники».
Кандидатами на литографию следующего поколения, помимо EUV, являются рентгеновская литография , электронно-лучевая литография , литография сфокусированным ионным лучом , литография наноимпринтов и квантовая литография . Некоторые из этих технологий пережили периоды популярности, но по-прежнему уступают место продолжающимся улучшениям фотолитографии. Электронно-лучевая литография была наиболее популярна в 1970-х годах, но ее сменила рентгеновская литография в 1980-х и начале 1990-х годов, а затем EUV-литография с середины 1990-х до середины 2000-х годов. Литография сфокусированным ионным лучом заняла свою нишу в области устранения дефектов. Популярность Nanoimprint растет, и она может заменить EUV как самый популярный выбор. [ нужна ссылка ] для литографии следующего поколения благодаря своей простоте и низкой стоимости эксплуатации, а также успеху в секторах светодиодов , жестких дисков и микрофлюидики .
Взлет и падение популярности каждого кандидата NGL во многом зависели от его пропускной способности и стоимости эксплуатации и внедрения. Электронно-лучевая и наноимпринтная литография ограничена в основном производительностью, тогда как EUV и рентгеновская литография ограничены затратами на внедрение и эксплуатацию. Проецирование заряженных частиц (ионов или электронов) через трафаретные маски также широко рассматривалось в начале 2000-х годов, но в конечном итоге стало жертвой низкой производительности и трудностей реализации.
Проблемы
[ редактировать ]| Узел | Ведущий производитель чипов | Отстающий производитель микросхем | |
|---|---|---|---|
| Без изменений | С ШФЛУ | ||
| 180 нм | КрФ | КрФ | - |
| 130 нм | КрФ | КрФ | |
| 90 нм | АрФ | АрФ | |
| 65 нм | АрФ | АрФ | |
| 45/40 нм | АрФ-погружение | АрФ-погружение | |
| 32/28 нм | АрФ-погружение | АрФ-погружение | |
| 22/20 нм | ArF погружение, двойное нанесение рисунка | ? | Пропущенные затраты на использование нескольких шаблонов |
| 16/14 морских миль | ArF погружение, двойное нанесение рисунка | ||
| 10 нм | ArF-погружение, SADP/тройное формирование рисунка | ||
| 7 нм | Погружение в ArF, SADP/SAQP | ||
| 5 нм | SAQP + дополнительная литография | ШФЛУ | |
| Сложность распространения оптической литографии была основным преимуществом NGL. Однако ведущий производитель микросхем выиграет значительно меньше, чем отстающий, из-за огромных дополнительных инвестиций в расширение оптической литографии до ее нынешнего состояния. В этом гипотетическом случае внедрение NGL позволит некоторым производителям микросхем пропустить несколько поколений литографии. | |||
| Таблица основана на файле: Node_progress.png (2016, Пользователь: Путеводный свет) (CCA-SA-3.0 непортировано) | |||
Фундаментальные вопросы
[ редактировать ]Независимо от того, используется ШФЛУ или фотолитография, травление полимера (резиста) является последним этапом. В конечном итоге качество (шероховатость), а также разрешение травления полимера ограничивают разрешение, присущее технике литографии. В литографии следующего поколения также обычно используется ионизирующее излучение , приводящее к образованию вторичных электронов , что может эффективно ограничивать разрешение до > 20 нм. [2] [3] [4] Исследования также показали, что для того, чтобы NGL достиг целей LER (шероховатости кромки линии), необходимо найти способы управления такими переменными, как размер полимера, контраст изображения и контраст резиста. [5]
Проблемы рынка
[ редактировать ]Вышеупомянутая конкуренция между ШФЛУ и периодическим распространением фотолитографии, в которой последняя последовательно побеждает, может быть скорее стратегическим, чем техническим вопросом. Если бы широкомасштабируемая технология NGL стала легко доступной, те, кто позже внедрит передовые технологии, немедленно получили бы возможность перепрыгнуть нынешнее использование передовых, но дорогостоящих методов фотолитографии за счет первых, кто внедрит передовые технологии, которые были ключевыми инвесторами в NGL. Хотя это уравняет правила игры, это настолько разрушительно для отраслевой ситуации, что ведущие полупроводниковые компании, вероятно, не захотят, чтобы это произошло.
Следующий пример прояснит это. Предположим, что компания A производит продукцию по техпроцессу до 28 нм, а компания B — до 7 нм, расширяя свои возможности фотолитографии за счет внедрения двойного рисунка. Если бы NGL был развернут на узле 5 нм, обе компании выиграли бы, но компания А, которая в настоящее время производит производство на узле 28 нм, выиграла бы гораздо больше, потому что она сразу же смогла бы использовать NGL для производства по всем правилам проектирования, начиная с 22 нм и ниже. до 7 нм (пропуская все упомянутые множественные структуры), в то время как компания B выиграет только от узла 5 нм, поскольку уже потратила много средств на расширение фотолитографии с 22 нм процесса до 7 нм. Разрыв между компанией B, клиенты которой ожидают, что она будет продвигаться вперед, и компанией A, клиенты которой не ожидают столь же агрессивной дорожной карты, будет продолжать увеличиваться, поскольку ШФЛУ задерживается, а фотолитография расширяется со все большими и большими затратами, что делает Внедрение ШФЛУ становится все менее и менее привлекательным стратегически для компании Б. Благодаря внедрению ШФЛУ клиенты также смогут требовать более низких цен на продукцию, произведенную на передовых поколениях.
Это становится более понятным, если учесть, что каждый метод повышения разрешения, применяемый в фотолитографии, обычно расширяет возможности только на одно или два поколения. По этой причине утверждение о том, что «оптическая литография будет жить вечно» [6] скорее всего, сохранится, поскольку ранние последователи передовых технологий никогда не получат выгоды от масштабируемых технологий литографии в конкурентной среде.
Поэтому существует большая необходимость как можно скорее внедрить NGL, но в конечном итоге NGL может быть реализован в форме фотолитографии с более эффективным множественным рисунком , таким как направленная самосборка или агрессивное сокращение разрезов.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Таллис, Антон Шилов, Билли. «Samsung начинает массовое производство чипов с использованием 7-нм техпроцесса EUV» . www.anandtech.com .
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ «KW Lee et al. , J. Kor. Phys. Soc. 55, 1720 (2009)» . Архивировано из оригинала 22 июля 2011 года.
- ^ Чен, Фред. «Сложности пределов разрешения современной литографии» .
- ^ «Сложности пределов разрешения современной литографии» . www.linkedin.com .
- ^ Л. Брейнард, Роберт; Г. Барклай, Джордж; Х. Андерсон, Эрик; Э. Окола, Леонидас (июль 2002 г.). «Сопротивляется литографии следующего поколения» (PDF) . Микроэлектронная инженерия . 61–62: 707–715. дои : 10.1016/S0167-9317(02)00564-6 . S2CID 56089439 .
- ^ Т. А. Бруннер, Дж. Вак. наук. Тех. Б , том. 21, стр. 2632–2637 (2003).