Yeni nesil litografi - Next-generation lithography
Yeni nesil litografi veya NGL, mevcut tekniklerin yerini alması amaçlanan, geliştirilmekte olan litografi teknolojilerini tanımlamak için entegre devre üretiminde kullanılan bir terimdir . Terim, X-ışını litografisi , elektron ışını litografisi , odaklanmış iyon ışını litografisi ve nano baskı litografisi gibi, tekniğin mevcut durumundan daha kısa dalga boylu bir ışık veya ışın tipi kullanan herhangi bir litografi yöntemi için geçerlidir . Terim aynı zamanda mevcut bir ışık dalga boyundan daha iyi çözünürlük özellikleri elde eden teknikleri tanımlamak için de kullanılabilir.
Olarak adlandırılan "yeni nesil" bir kez Birçok teknolojiler görünür ışık elle çizilmiş geçirilirkenki ile ticari üretime ve açık hava fotolitografiden girmiş PHOTOMASKS , yavaş yavaş derin UV ilerlemiştir daldırma litografi kullanarak optik yakınlık düzeltme , eksen dışı aydınlatma , faz- vardiya maskeleri , çift desenleme ve çoklu desenleme . 2010'ların sonlarında, bu tür birçok tekniğin kombinasyonu, işleme ekleme maliyetine rağmen , 14 nm , 10 nm ve 7 nm işlemlerde 193 nm dalga boyunda ArF excimer lazer ile 20 nm mertebesinde özellikler elde edebildi. adımlar ve dolayısıyla maliyet.
Uzun zamandır yeni nesil litografi için önde gelen bir aday olarak kabul edilen 13,5 nm aşırı ultraviyole (EUV) litografi , 2018'de ticari seri üretime girmeye başladı. 2021 itibariyle Samsung ve TSMC , EUV litografisini üretim hatlarına aşamalı olarak dahil ediyorlardı çoklu işlem adımlarını tek EUV adımlarıyla değiştirmek ekonomiktir. 2020'lerin başlarından itibaren, birçok EUV tekniği hala geliştirme aşamasındadır ve EUV litografisini "yeni nesil"den "son teknolojiye" geçişte konumlandıran birçok zorluk çözülmeye devam etmektedir.
EUV'nin ötesinde yeni nesil litografi adayları arasında X-ışını litografisi , elektron ışını litografisi , odaklanmış iyon ışını litografisi ve nano baskı litografisi bulunmaktadır . Bu teknolojilerin birçoğu popülerlik dönemleri yaşadı, ancak fotolitografide devam eden gelişmelerle rekabette geride kaldı. Elektron ışını litografisi en çok 1970'lerde popülerdi, ancak popülaritesi 1980'lerde ve 1990'ların başında X-ışını litografisi ve ardından 1990'ların ortasından 2000'lerin ortalarına kadar EUV litografisi ile değiştirildi. Odaklanmış iyon demeti litografisi, kusur onarımı alanında kendisine bir niş oluşturmuştur. Nanoimprint'in popülaritesi artıyor ve LED , sabit disk sürücüsü ve mikroakışkan sektörlerindeki başarısının yanı sıra doğal basitliği ve düşük işletme maliyeti nedeniyle yeni nesil litografi için en popüler seçim olarak EUV'nin yerini alacak şekilde konumlandı .
Her bir NGL adayının popülaritesindeki artış ve düşüş, büyük ölçüde üretim kapasitesine ve işletme ve uygulama maliyetine bağlı. Elektron ışını ve nano baskı litografisi, esas olarak çıktı ile sınırlıdır, EUV ve X-ışını litografisi ise uygulama ve işletme maliyetleri ile sınırlıdır. Yüklü parçacıkların (iyonlar veya elektronlar) şablon maskeler aracılığıyla yansıtılması da 2000'lerin başında popüler olarak kabul edildi, ancak sonunda hem düşük verim hem de uygulama zorluklarının kurbanı oldu.
NGL sorunları
| düğüm | lider çip üreticisi | gecikmeli yonga üreticisi | |
|---|---|---|---|
| Değişiklik yok | NGL ile | ||
| 180nm | KrF | KrF | - |
| 130nm | KrF | KrF | |
| 90nm | arF | arF | |
| 65nm | arF | arF | |
| 45/40nm | ArF daldırma | ArF daldırma | |
| 32/28nm | ArF daldırma | ArF daldırma | |
| 22/20nm | ArF daldırma, çift desenleme | ? | Atlanan çoklu modelleme maliyetleri |
| 16/14nm | ArF daldırma, çift desenleme | ||
| 10nm | ArF daldırma, SADF/üçlü desenleme | ||
| 7nm | ArF daldırma, SADF/SAQP | ||
| 5nm | SAQP + ek litografi | NGL | |
| Optik litografiyi genişletmenin zorluğu, NGL'nin ana satış noktası olmuştur. Bununla birlikte, optik litografinin mevcut durumuna kadar genişletilmesine yönelik büyük ek yatırımlar nedeniyle, önde gelen bir yonga üreticisi, gecikmeli bir yonga üreticisinden önemli ölçüde daha az fayda sağlayacaktır. Bu varsayımsal durumda, NGL'yi tanıtmak, bazı yonga üreticilerinin birkaç litografi neslini atlamasına izin verecektir. | |||
| Dosya:Node_progress.png (2016, Kullanıcı:Guiding Light) temelli tablo (CCA-SA-3.0 taşınmamış) | |||
Temel sorunlar
NGL veya fotolitografinin kullanılmasından bağımsız olarak, polimerin (direnç) aşındırılması son adımdır. Nihai olarak, bu polimer aşındırma işleminin kalitesi (pürüzlülüğü) ve çözünürlüğü, litografi tekniğinin doğal çözünürlüğünü sınırlar. Yeni nesil litografi de genellikle iyonlaştırıcı radyasyondan yararlanır ve çözünürlüğü etkin bir şekilde > 20 nm ile sınırlayabilen ikincil elektronlara yol açar . Çalışmalar ayrıca, NGL'nin LER (Line Edge Roughness) hedeflerine ulaşması için polimer boyutu, görüntü kontrastı ve direnç kontrastı gibi değişkenleri kontrol etmenin yollarının bulunması gerektiğini bulmuştur.
Pazar sorunları
NGL ile fotolitografinin sürekli olarak kazandığı, yinelenen uzantısı arasındaki yukarıda bahsedilen rekabet, teknik bir meseleden daha stratejik olabilir. Yüksek düzeyde ölçeklenebilir bir NGL teknolojisi hazır hale gelirse, ileri teknolojiyi geç benimseyenler, ileri teknolojiyi erken benimseyenlerin pahasına, ileri fakat maliyetli fotolitografi tekniklerinin mevcut kullanımını hemen atlama fırsatına sahip olacaklardır. NGL'deki kilit yatırımcılar olmuştur. Bu, oyun alanını düzleştirecek olsa da, önde gelen yarı iletken şirketlerinin muhtemelen bunun olduğunu görmek istemeyeceği endüstri ortamı için yeterince yıkıcıdır.
Aşağıdaki örnek bunu daha açık hale getirecektir. A şirketinin 28 nm'ye kadar, B şirketinin ise çift modelleme uygulayarak fotolitografi kapasitesini genişleterek 7 nm'ye kadar üretim yaptığını varsayalım. 5 nm düğüm için bir NGL konuşlandırılsaydı, her iki şirket de fayda sağlardı, ancak şu anda 28 nm düğümde üretim yapan A şirketi, NGL'yi 22 nm'den itibaren tüm tasarım kurallarında üretim için hemen kullanabilecek olduğundan çok daha fazla fayda sağlayacaktı. 7 nm'ye kadar (tüm söz konusu çoklu desenlemeyi atlayarak), B şirketi ise fotolitografiyi 22 nm işleminden 7 nm'ye kadar genişletmek için çok para harcayarak yalnızca 5 nm düğümden başlayarak fayda sağlayacaktır. Müşterileri önde ilerlemesini bekleyen B Şirketi ile müşterileri eşit derecede agresif bir yol haritası beklemeyen A Şirketi arasındaki fark, NGL ertelendikçe ve fotolitografi giderek daha fazla maliyetle genişletildikçe genişlemeye devam edecek. NGL'nin devreye alınması B Şirketi için stratejik olarak giderek daha az çekici hale geliyor. NGL'nin devreye alınmasıyla müşteriler ayrıca ileri nesillerde üretilen ürünler için daha düşük fiyatlar talep edebilecekler.
Bu, fotolitografiye uygulanan her çözünürlük geliştirme tekniğinin genellikle yeteneği yalnızca bir veya iki nesil genişlettiği düşünüldüğünde daha net hale gelir. Bu nedenle, ileri teknolojiyi ilk benimseyenler rekabetçi bir ortamda yüksek düzeyde ölçeklenebilir litografi teknolojilerinden asla yararlanamayacakları için, "optik litografi sonsuza kadar yaşayacak" gözlemi muhtemelen geçerli olacaktır.
Bu nedenle, bir NGL'yi mümkün olan en kısa sürede yerleştirmek için büyük bir baskı vardır, ancak NGL nihayetinde, yönlendirilmiş kendi kendine montaj veya agresif kesim azaltma gibi daha verimli çoklu desenleme ile fotolitografi biçiminde gerçekleştirilebilir .
Özet Tablosu
| teknik | tek pozlama çözünürlüğü | maks. maske kusur yüksekliği | maks. maske kusur boyutu | verim | sorunlar |
|---|---|---|---|---|---|
| 193 nm 1.35 NA (akım) | 40 nm | 34 nm | 80 nm | 130 WPH | suya daldırma |
| 193 nm 1.7 Yok | 30 nm | 34 nm | 60 nm | gelişme durdu | toksik yüksek indeksli malzemeler gerekli ( yasaklayıcı ) |
| 157 nm 1.7 NA | 25 nm | 24nm | 50 nm | gelişme durdu | malzeme eksikliği; Kaynaşmış silikayı değiştirmek için CaF 2 gereklidir ( yasaklayıcı ) |
| 13,5 nm 0,25 NA (EUVL) | ~ 30 nm (ikincil elektronlar) | 0,4 nm ( yasaklayıcı ) | 40 nm | 4 WPH ( yasaklayıcı ) | iyonizasyon; Atış sesi; verim; maske kusurları |
| X-ray yakınlık baskısı | ~ 30 nm (ikincil elektronlar) | > 100 nm | yakınlık boşluğuna bağlıdır; maskeyle eşleşir ( yasaklayıcı ) | optik ile karşılaştırılabilir | maske zarı ( yasaklayıcı ); kaynak ( muhtemelen yasaklayıcı ) |
| Nanoimprint | N/A (şablonla eşleşir) | artık tabaka kalınlığı | 0 nm ( yasaklayıcı ) | >1 WPH | kabarcık kusurları ( muhtemelen engelleyici ); ana şablon litografi ( elektron ışını ise yasaklayıcı ); ana şablon incelemesi |
| Elektron demeti | ~ 30 nm (ikincil elektronlar) | Yok | Yok | tek ışın engelleyici derecede yavaş ; birden fazla kiriş gerekli | Doluyor; Atış sesi; paralel elektronlar arasındaki etkileşimler |
| Çoklu elektron ışınları | ~ 30 nm (ikincil elektronlar) | Yok | Yok | 10 WPH hedeflendi | Doluyor; Atış sesi; paralel elektronlar arasındaki etkileşimler; dikiş |
| Yüklü parçacık projeksiyonu | ~ 30 nm (ikincil elektronlar) | saçılma membranı için duruma bağlı; N/A şablon için | saçılma membranı için duruma bağlı; N/A şablon için | maruz kalma akımı ile değiş tokuş, yani çözünürlük ( yasaklayıcı ) | Doluyor; şablon açıklıklarının kirlenmesi; adalar için çift şablon pozlaması gerekli; maske zarı ( yasaklayıcı ) |
Yeni nesil litografi gelişiminin karmaşıklıkları, her zaman yerleşik litografik malzemelerin, ışık kaynaklarının ve araçlarının kullanımını genişletme yollarının aranmasını teşvik etmiştir. Şu anda, çoklu elektron ışını, yalnızca gofretler için değil, aynı zamanda maskeler için de, engelleyici derecede düşük doğrudan yazma veriminden olası kaçınması nedeniyle düşünülen bir NGL'dir.