EUV litografi makinesi olmadan 5 nm'lik bir çipi nasıl üretebiliriz?

Ana Sayfa Haberler Elektronik Temelleri EUV litografi makinesi olmadan 5 nm'lik bir çipi nasıl üretebiliriz?

2024-07-01 3140

20 yılı aşkın süredir piyasada olan derin ultraviyole (DUV) litografi makinelerinin hâlâ kullanımda olduğu ve geliştiği doğrudur. Çoklu desenleme teknikleriyle birleştirilmiş daldırma DUV litografinin kullanılması, 5 nm'lik çiplerin ve hatta aşırı maliyet gerektirmeyen senaryolar altında potansiyel olarak 3 nm'nin üretilmesini tamamen mümkün kılmaktadır.

Teorik olarak mümkün olmasına ve 7nm düğümündeki bazı fabrikalar tarafından kısmen doğrulanmasına rağmen, bu yaklaşım aynı anda hizalanmak için birkaç kritik koşulu gerektirir. Bunların arasında anahtar, çoklu desenlemede "katmanlama doğruluğu", yani desenlerin çoklu pozlamalar arasında hassas şekilde hizalanmasıdır.

Dahası, faz kaydırmalı maskeler, model bazlı optik yakınlık düzeltmesi, kendinden hizalı dörtlü desenleme gibi aşındırma teknikleri ve hatta ortaya çıkan yönlendirilmiş kendiliğinden montajlı litografi teknolojileri gibi çok sayıda başka işlem tekniği de devreye giriyor. Bu yaklaşımlar, yalnızca yüksek çözünürlüklü litografiye dayanmadan 5 nm çip üretme olanakları sunuyor.

Tabii ki, bu tür yöntemlerin benimsenmesi yüksek maliyetler gerektirir, bu nedenle yarı iletken fabrikalar genellikle ileri işlem çiplerini toplu olarak üretmek için bu tür aşırı önlemleri kullanmaktan kaçınır. Sonuçta ana akım çözümler genellikle pazardaki rekabete göre seçiliyor ve yalnızca ticari açıdan en uygun üretim yöntemlerinin geçerli olmasını sağlıyor.

Bazı temel bilgilerle başlayalım, ancak süreç düğümlerine ilişkin sistematik bir anlayışa sahipseniz bu bölümü atlamaktan çekinmeyin.

5nm sadece bir kelime oyunu mu?

Çoklu desenlemeyle birleştirilen daldırma litografinin 5 nm'ye ulaşıp ulaşamayacağını anlamak için öncelikle "5 nm"nin ne anlama geldiğini açıklığa kavuşturmamız gerekiyor. Son zamanlarda, ASML'nin yarı iletken fabrikalarının stratejilerini açığa çıkardığı iddialarıyla bu konu üzerinde yeni bir tartışma yaşandı.

Çizgi genişlikleri konusuna girmeden önce transistörlerin rolünü ve bu bağlamda çizgi genişliğinin önemini anlamak çok önemlidir.

Transistörler, devrelerin iletim ve kesmesini kontrol etmek için bir kapı kullanır: iletim '1'i, kesme ise '0'ı temsil eder ve ikili hesaplamayı mümkün kılar. Kapı uzunluğu (veya kanal uzunluğu), akımın transistörün kaynağı ve tahliyesi arasında ne kadar hızlı akabileceğini doğrudan etkiler. Daha küçük kapı uzunlukları, transistör performansını artırarak daha hızlı akım akışına ve dolayısıyla daha güçlü çip performansına olanak tanır.

Şekil 1: Bir MOSFET'in (Metal Oksit Yarı İletken Alan Etkili Transistör) düzlemsel yapısının şematik diyagramı.

Geçmişte, transistör geçit uzunluğu, işlem düğüm adlarıyla uyumlu olarak çizgi genişliği olarak tanımlanıyordu.litografi, biriktirme, gravür ve difüzyonun çizgi genişliklerini azaltmak için merkezi süreçler olduğu yer.

FinFET'ler ve Nanosheet'ler gibi üç boyutlu transistör yapılarının ortaya çıkmasıyla birlikte yarı iletken endüstrisi, eşdeğer performansı vurgulamaya odaklandı. 14nm olarak etiketlenmesine rağmen, bu teknolojiler 14nm'yi çok aşan kapı uzunluklarına sahiptir. Örneğin Intel'in 14 nm prosesi 24 nm kapı uzunluğuna sahipken TSMC'nin 7 nm prosesi 22 nm kapı uzunluğuna sahiptir.

Öte yandan çizgi genişliği tek başına transistör yoğunluğunun ölçümü için karakteristik bir parametre olarak hizmet etmez. Bunun nedeni, küçük hat genişliklerinde bile, eğer kapılar arasındaki mesafe büyükse, birim alan başına yerleştirilebilecek transistör sayısının sınırlı kalmasıdır. Bileşen minyatürleştirmesini doğru bir şekilde tasvir etmek için başka bir önemli ölçüm devreye giriyor: aşağıdaki şemada gösterildiği gibi perde. Örneğin, daha önce 9 transistörün bir birim alana sığdığı durumda, perdenin azaltılması 10 transistörün barındırılmasına olanak tanır.

Şekil 2: Çizgi genişliği/kapı uzunluğu, perde ve yarım perde arasındaki ilişki.

1990'larda 0.35μm'den önce, süreç düğümleri, yarım adım (perdenin yarısı) ve geçit uzunluklarının tümü hizalandı. Fakat, ıraksama yarım adım, kapı uzunluğu ve düğümler arasında bundan sonra ortaya çıktı. Düğümlerin, yarım adımın ve kapı uzunluklarının ilişkisi ve gelişimi aşağıdaki grafikten açıkça gözlemlenebilir.

Tablo 1: Farklı yıllar boyunca süreç düğümleri, yarım adım ve geçit uzunluklarının yazışmaları, birimler: nm

İlk konumuza dönersek, 5nm'den bahsettiğimizde aslında gerçek çizgi genişliğinden ziyade süreç düğümünden bahsediyoruz.

Pek çok kişi, bugün çeşitli yarı iletken devlerinin iddia ettiği nanometre değerlerinin yalnızca pazarlama terimleri olduğunu söylemekten hoşlanıyor. Kesin olarak konuşursak, bu yirmi yıl önce tüm süreç düğümleri için geçerliydi. On yıl önce, endüstri 14nm FinFET üç boyutlu yapılar çağına girdiğinde düğümler, aralık, geçit uzunluğu ve çizgi genişliği arasındaki ilişkiyi tamamen bozdu.

Birleşik bir standart olmadığında şirketler doğal olarak bu terimleri kavramlarla oynamak için kullanırlar. Samsung, 14nm düğümüyle öncülük yaptı ve TSMC'yi de muhafazakar bir şekilde 16nm olarak etiketlese de hızlı bir şekilde aynı şeyi takip etmeye yöneltti. Yalnızca Moore Yasasının sadık takipçisi olduğunu ilan eden Intel, 2021 yılına kadar çizgi genişlikleri için geleneksel adlandırma kurallarına inatla bağlı kaldı ve sonunda düğüm adlandırmalarını rakipleriyle uyumlu olacak şekilde revize etti.

Ama bunda bir sorun var mı? Aslında hiçbir sorun yok.

Transistörler uzun zaman önce düzlemsel yapılardan üç boyutlu yapılara geçiş yapmıştır. Hat genişliği kavramını transistör yoğunluğuna (MTr/mm2, yani milimetre kare başına milyon transistör) çevirirsek, Moore Yasası'nın ortadan kalkmadığını; farklı bir biçimde işlemeye devam ettiğini görürüz: birim alan başına transistör yoğunluğu sürekli artmıştır. Moore Yasası başlangıçta "çip başına transistör sayısının her 18 ayda bir ikiye katlandığını" belirtmişti.

Yarı İletken Endüstrisinde Transistör Yoğunluğu Savaşı

Transistörlerin çeşitli karakteristik boyutları, her üreticinin farklı tasarım tanımlarına sahip olması nedeniyle çeşitli ve karmaşıktır. Sonuç olarak, aynı proses teknolojisini kullanan farklı üreticilerin ürünleri tamamen karşılaştırılamayabilir.

Şu anda üretim süreçlerindeki farklılıkları karşılaştırmanın tek sezgisel yolu Moore Yasasının özüne dönmek ve transistör yoğunluğunu, yani birim alan başına transistör sayısını karşılaştırmaktır.

Tablo 2: Büyük Wafer Dökümhaneleri için Çeşitli Düğümlerdeki Milimetrekare Başına Transistör Yoğunluğu, Üçüncü Taraflardan Kaynaklanan Kısmi Veriler

Tablodaki verilere göre 14 nm düğümde Intel, TSMC ve Samsung milimetre kare başına yaklaşık 0.3 milyar transistör elde ediyor.

Intel, 10nm'den başlayarak 14nm+++ ürününü Intel 10 olarak yeniden markaladı; adı güncel tuttu ancak transistör yoğunluğunu rakipler arasında en düşük seviyeye indirdi. Samsung, 10nm'yi 8nm'lik bir düğüme optimize ederek neredeyse TSMC'nin seviyesine ulaştı.

2018 olarak, TSMC, daldırma litografi (7Ci) ve dörtlü desenleme kullanarak 1980 nm üretime öncülük etti. Samsung, bir yıl sonra EUV litografi ile karşılık verdi, ancak aşinalık nedeniyle verim sorunlarıyla karşı karşıya kaldı ve bu durum onların Samsung telefonları için Orion çiplerini bırakmalarına ve bunun yerine Qualcomm çiplerini TSMC'ninkinden %30 daha düşük bir maliyetle kullanmayı tercih etmelerine ve Qualcomm'u büyük bir müşteri olarak tutmalarına yol açtı. Bu arada Intel hala 14nm+++'ın performansını sıkıştırıyordu. TSMC 7 nm ile hakim oldu.

TSMC'nin DUV tabanlı N7, N7P'den EUV tabanlı N7+ ve N7'ya yaptığı 6nm evrimi, transistör yoğunluklarını 0.91 milyardan 1.16 milyara çıkardı. Samsung 0.95 milyara ulaşırken, Intel 1'de sadece 2020 milyar transistör yoğunluğuna ulaştı.

Samsung 2020'de 5nm üretimini duyurdu Transistör yoğunluğunun 0.95 milyardan 1.27 milyara küçük bir artışla ve geliştirilmiş 4 nm versiyonunda 1.37 milyar transistörün elde edilmesiyle, TSMC'nin ilk 5 nm'si olan 1.5 milyarın gerisinde kalıyor ve N4P'nin 1.8 milyara çıkması, 7 nm'ye göre önemli bir artış anlamına geliyor. Samsung, 3nm düğümünde de benzer zorluklarla karşılaştı.

2021'de Intel, düğümlerini yeniden adlandırdı: 10nm, Intel 7, 7nm, Intel 4 oldu ve diğer düğümler Intel 3, Intel 20A ve Intel 18A olarak iyileştirildi. CEO Pat Gelsinger'in yol haritası beş yıl içinde üç düğümü fethetmeyi hedefliyordu; ancak Intel 7 zaten 10 nm'yi kullanıyordu ve Intel 4 ve Intel 3 aynı düğümün geliştirilmiş versiyonlarını temsil ediyordu.

Mevcut anlayışa göre Intel'in Intel 18A ile ilerlemesi muhtemelen en az 2026 yılına kadar ertelenecekTSMC'nin ilk nesil 2nm'si ise 2025'in sonlarına doğru üretime başlayabilir. Apple'ın 19'in başlarındaki A2025 çipi, marjinal bir iyileşme ile birinci nesil 2nm A3'nin erken piyasaya sürülmesinin ardından muhtemelen TSMC'nin 17nm verim oranlarına bağlı olacak. TSMC'deki N4P ve N3B yoğunlukları, mütevazı artışlarla sırasıyla 1.8 milyar ve 1.9 milyar oldu.

Apple bu yıl stratejisini değiştirerek TSMC'yi 3nm potansiyelini daha derinlemesine keşfetmeye itebilir. N18P'yi benimseyen A3, A1.9'ye kıyasla yoğunlukta 2.8 milyardan 17 milyar transistöre bir artışa işaret ediyor; rakip yoğunluklar 3 milyarın altında ve küçük partilerdeki düşük verimle hala 1.8nm.

Dikkate değer bir trend, Moore Yasasının 18 aydan 24 aya uzatılması, 30 nm'den sonra 7 aya yavaşlaması, 7'de 2018 nm, 5'de 2020 nm, 3'te 2023 nm ve 2'te 2025 nm üretim yapılması ve yaklaşık her iki ila üç yılda bir ilerleme sağlanmasıdır. . Teknolojik olarak konuşursak, 1.4 nm bu hızı koruyabilir, ancak 1 nm'nin ötesinde düğüm ilerlemesi 40 aydan fazla uzayabilir. çizgi genişliklerini azaltırken transistör sayısını olumlu yönde etkiliyor.

Önümüzdeki 20 yıl boyunca çip transistör toplamları hızlı büyümeye devam edecek ve potansiyel olarak tek çip gücüne ilişkin orijinal Moore Yasası tahminlerini aşacak; TSMC'nin önümüzdeki on yıl içinde bir GPU'da trilyon transistör olacağı tahmini bunun bir örneğidir. Gelecekteki gelişmeler yalnızca süreç iyileştirmelerine değil, aynı zamanda sürekli olarak optimize edilmiş 3D yapılara, yeni 2D malzemelere ve gelişmiş paketleme tekniklerine de dayanacaktır. artırılması transistör etkili bir şekilde sayılır.

Seri üretim ve verim oranı gri bir alan haline geldi.

Tablo 3: Büyük levha fabrikaları, teknoloji yol haritasına göre 32 nm'de ek bir düğümle birlikte 28/14 nm ile 22 nm arasında bir üretim zaman çizelgesine sahiptir.

Geçmişte Intel, Samsung ve TSMC arasındaki kıyasıya rekabette ilk seri üretime geçmek kritik bir avantajdı. Seri üretime ilk ulaşan kişi önemli bir avantaj elde etti.

Ancak bugün Her şirketin süreç düğümlerini tanımlama biçiminde büyük bir eşitsizlik var. Örneğin, hepsi 5nm olduğunu iddia ederken, transistör yoğunlukları büyük ölçüde değişebilir. Bu açıdan bakıldığında Intel, TSMC için hafif bir tehdit oluştururken, Samsung rekabet yarışının büyük ölçüde dışında kaldı.

Samsung'un stratejisi getiri oranlarının manipüle edilmesini içeriyor. Yeni bir düğümde üretime değer bir getiriyi neyin oluşturduğu en belirsiz husustur. TSMC'nin yaklaşımına göre, gerçek üretim, dış müşterilerin sipariş vermesi ve ürünlerini mevcut verim seviyelerinde başarılı bir şekilde almasıdır; bu, ticari üretim olarak bilinen bir kavramdır.

Samsung'da, her yeni düğümün ilk müşterileri genellikle şirket içidir; risk üretimi düşük getiri aşamalarında başlar ve seri üretim kamuya duyurulur.

Geliştirme sırasında tek haneli verim oranlarına dayalı seri üretimin duyurulması tamamen tanıtım amaçlıdır ve maddi bir öneme sahip değildir. Verim oranlarının yetersiz olduğu durumlarda genellikle kusurlu levhaların maliyeti müşteriler tarafından karşılanır. Eşit yoğunluklar göz önüne alındığında, müşteriler tercihen en yüksek verim oranlarını sunan fabrikaya sipariş verirler. Hem yoğunluğun hem de verim oranlarının geciktiği durumlarda, yalnızca azaltılmış sözleşme ücretleri ara sıra müşterileri çekebilir, ancak bu yaklaşım gofret fabrikası için herhangi bir kar sağlamada başarısız olur.

Üreticilerin bazen %60, hatta %80'e varan verim oranlarını açıkladığını unutmamak önemlidir, ancak bu rakamlar genellikle madencilik platformları için ASIC'ler gibi daha basit çiplerle ilgilidir. Bunun tersine, mobil uygulama işlemcileri (AP'ler) gibi karmaşık yongalar için verim oranları %50'nin altında olabilir ve GPU'lar gibi geniş alanlı yongalar için bu oran %20'nin biraz üzerinde olabilir.

Aynı 7nm işleminde bile verim oranları ürüne bağlı olarak önemli ölçüde farklılık gösterebilir. Üreticiler en iyi rakamlarını öne çıkarma eğilimindeyken
daha az elverişli verileri saklamakortak bir endüstri uygulamasıdır.

Gofret fabrikalarında seri üretimin zamanlaması ve verim oranları, manipülasyona açık gri bir alandır. Bu karşılaştırma, basit işlem düğümü eşdeğerliğinin ötesine geçer ve birim alan başına transistör yoğunluklarını ve ticari müşteri siparişlerini güvence altına almak için gereken gerçek zamanlamayı ve verim oranlarını içerir; bu, gerçek ticari üretimi tanımlar.

2020 yılında Samsung, görünüşte rakiplerini geride bırakarak 5nm çiplerin seri üretimini duyurdu. Ancak transistör yoğunlukları ile verim oranları karşılaştırıldığında tamamen farklı bir sonuç ortaya çıkıyor.

EUV olmadan 5 nm'ye nasıl ulaşabiliriz？

Önceki bölümlerde geçmişte ve günümüzde 5nm kavramlarını tartışmıştık. Basitçe ifade etmek gerekirse, 20 yıl önce 5 nm'ye atıfta bulunmak, transistörlerin hat genişlikleri ve geçit uzunlukları anlamına geliyordu. Ancak bugün 5nm, üretim sürecinde sembolik bir düğümü temsil ediyor. İlerlemenin gerçek ölçüsü sadece bu sembolden ziyade birim alan başına transistör yoğunluğunda yatmaktadır.

Daha sonra, EUV litografi olmadan "5nm" ve "3nm" olarak adlandırılan değerlerin nasıl elde edilebileceğini bir dizi tartışmayla açıklayacağız. Dr. Lin Benjian'ın "Optik Mikrolitografi IC'leri Milyon Kat Küçültüyor" başlıklı konferansı bu konuya ilişkin ayrıntılı bilgiler sunmaktadır. Temel bir optik çözünürlük formülüyle başlayacağız (ipucu: ileri düzey matematik gerekmez, anlamak için okumaya devam edin):

Yarım Adım = k1λ / sinθ.

Yarım Hatve: Makalenin Şekil 2'sinde gösterildiği gibi, hat genişliği/kapı uzunluğu artı hatlar arası mesafenin 1/2 ile çarpımı olan perdenin yarısını ifade eder.

k1: Tüm yarı iletken fabrika litografi mühendislerinin ana odak noktası ve tartışmamızın özü olan Yarım Adımı azaltmak için çok önemli olan süreçle ilgili bir katsayı.

λ: Litografi ekipmanı üreticilerinin takip ettiği bir hedef olan, g-line için 436 nm'den EUV için 13.5 nm'ye düşen, litografide kullanılan ışık kaynağının dalga boyu.

sinθ: Lensin ışığı görüntüleme düzlemine odakladığı açıyla ilgili olup, öncelikle lensin kendisi tarafından belirlenir, aynı zamanda litografi ekipmanı üreticileri için de bir hedeftir.

Ancak ışığın dalga boyu farklı ortamlarda değiştiği için çözünürlüğün nasıl artırılacağı düşünülürken mercek ile levha arasındaki ortamın kırılma indisinin (n) de hesaba katılması gerekir. Böylece formül şu hale gelir: Yarım Adım = k1λ / (n sinθ) (Not: n sinθ, litografi aracının sayısal açıklığıdır (NA).

Şekil 3: Bir mercek sistemi aracılığıyla ışık odaklama ve görüntülemenin şematik diyagramı; burada n, ortamın kırılma indisini temsil eder ve θ, merceğin odaklanma açısını temsil eder.

Örnek olarak k193 değeri 1, suyun kırılma indeksi (n) 0.28 ve sinθ 1.44 olan 0.93 nm'lik bir daldırma litografi makinesi kullanıldığında, Yarım Adım hesaplaması (0.28 × 193) / (1.44 × 0.93) = 54.04 / 1.3392 ≈ 40 nm olup, 40 nm çözünürlüğü belirtir.

Bu nedenle, litografi makinelerinin çözünürlüğünü artırmak içinformüldeki değişkenlerde paydayı genişleterek veya payı azaltarak düzeltmeler yapılabilir, dört olasılığa yol açar: sinθ'yı iyileştirmek için odaklanma açısını arttırmak, ortamın kırılma indeksini (n) yükseltmek, k1 katsayısını düşürmek veya daha kısa bir ışık kaynağı kullanmak. dalga boyu (λ). Bu seçenekler arasında k1 katsayısının azaltılması, yarı iletken biliminin şu anda takip ettiği en önemli buluşlardan biri olarak öne çıkıyor. fabs ve odaklanmış dikkati garanti eder.

Sinθ'nın arttırılması: Karmaşık ve büyük merceklerin geliştirilmesi

sinθ, merceğin ışığa odaklandığı açıyla belirlenir ve daha yüksek bir sinθ, daha yüksek çözünürlüğe karşılık gelir. Litografi makinelerinde kullanılan lensler çeşitli boyutlarda, kalınlıklarda ve eğriliklerde gelir. Titizlikle istiflenir ve hassas hesaplamalar sonrasında monte edilirler, çoğu zaman vinç kurulumu gerektirir. Şu anda, litografi makinelerinin mercek sistemlerinin maliyeti yaklaşık 60 milyon dolardır, EUV mercek sistemleri ise 100 milyon doları aşmaktadır.

Şekil 4: 0.9NA litografi makinesi mercek sistemi, burada NA (Sayısal Açıklık) = n × sin θ

Bunu bu kadar karmaşık hale getirmek aynı zamanda sinθ'yı teorik maksimum 1'e mümkün olduğunca yaklaştırmayı da amaçlamaktadır.

Şu anda ArF litografi makinesi lensleri 0.93 sinθ değerine ulaşabilirken EUV litografi makineleri yalnızca 0.33'e ulaşabiliyor. Hyper-NA EUV için hedef 0.75'tir ve bu aynı zamanda ASML'nin de nihai hedefidir. Gelecekte yeni bir teknolojik atılım ortaya çıkmazsa, bu durum potansiyel olarak yarı iletken çipler için fiziksel litografi teknolojisinin sonunu işaret edebilir.

Kısaltmak Dalga boyu: Malzemelerin ve Lenslerin Hassas Eşleştirilmesi.

Dalga boyunun kısaltılması öncelikle g-line, i-line UV (ultraviyole), KrF, ArF DUV (derin ultraviyole) ve şu anda 13.5 nm dalga boyunda EUV (ekstrem ultraviyole) gibi ışık kaynağının değiştirilmesine dayanır. Dalga boyunun daha da kısalması X ışınlarının oluşmasına neden olur.

Işık kaynağının değiştirilmesi istenen dalga boyunun elde edilmesini sağlar, ancak merceklerin malzemelerinin de buna uygun şekilde ayarlanması gerekir; dalga boyları azaldıkça daha az malzeme seçeneği mevcuttur.

Başka bir çözüm, mercek düzeneğine aynaların dahil edilmesini içerir (aşağıdaki şemada sarı bölüm). Bu tür mercek düzenekleri yansıtıcı-kırıcı optik sistemler olarak bilinir. Işığın dalga boyu ne olursa olsun ayna yüzeylerine gelme ve yansıma açıları eşittir. Lensleri aynalarla değiştirerek ışık dalgası bant genişliği toleransı artırılabilir.

Şekil 5: 193nm ArF litografi makinelerinde kullanılan lens sistemi; şemada gösterildiği gibi lens düzenekleri arasında aynalar bulunur.

EUV'nin 13.5 nm dalga boyu söz konusu olduğunda, lens sisteminin tamamı, tam yansıtıcı optik sistem olarak bilinen aynaları kullanır. Bu sistem, ışık ışınlarının aynaları engellemeden geçmesine izin verecek şekilde tasarlanmalıdır. Ek olarak, mercek iletim açılarındaki hataların toleransıyla karşılaştırıldığında ayna yansıma açıları çok daha fazla hassasiyet gerektirir.

Işık kaynağının değiştirilmesi yalnızca mercek malzemelerini etkilemez, aynı zamanda kimyasal özellikleri, şeffaflığı, ışığa duyarlılığı ve diğer özellikleri kapsayan fotodirenç malzemelerini de içerir. Bu, üretim sürecinin farklı katmanlarına hitap edecek çok sayıda malzeme ve formülasyon gerektiren önemli bir girişimdir. Bunlar arasında ışığa duyarlılık, uygun maliyetli üretim için çok önemlidir; çünkü çip başına birkaç saniye daha fazla maruz kalma süresi bile dayanılmaz bir maliyet olarak kabul edilir.

Kırılma indeksinin arttırılması (n): Daldırma litografi teknolojisi

Çözünürlüğü artırma arayışında başka bir yaklaşım, mercek ile levha arasındaki ortamın ayarlanmasını içerir. TSMC'nin Araştırma Direktör Yardımcısı Lin Benjian tarafından önerilen daldırma litografi tekniği, kırılma indisi 1'e yakın olan havadaki ortamı, kırılma indisi 1.44 olan su ile değiştiriyor. Bu, ortamın kırılma indisine göre ölçeklenen eşdeğer dalga boyunu 193 nm'den yaklaşık 134 nm'ye etkili bir şekilde azaltır.

Şekil 6: Kuru litografi sistemleri ile daldırma litografi sistemleri arasındaki farklar

Daldırma litografi teknolojisi, yarı iletken süreçlerin, lens ile levha arasına basitçe su vererek aynı dalga boyunu ve maskeleri kullanmaya devam etmesine olanak tanır. Teori basittir, ancak zorluk pratik uygulamada yatmaktadır. Örneğin daldırma sistemlerinde, DI suyunda (deiyonize su) tamamen uzaklaştırılması gereken hava kabarcıkları oluşabilir. Üstelik eşit dağılım sağlamak ve görüntüleme kalitesini korumak için suyun hızlı ve eşit şekilde akması gerekir.

Öğrendiğimiz gibi, ASML'nin daldırma litografi makinesi Alpha aracı, iki yılı aşkın bir süre boyunca TSMC'nin Nanke tesisinde Lin Benjian'ın ekibiyle birlikte 7-8 modifikasyona uğradı. Alfa makinesi tamamlandıktan sonra bile, Beta sürümü, sayısız levhayı işlemek, başlangıçtaki kusurları binlerceden yüzlerce veya onlarcaya ve sonuçta sıfıra indirmek için levha fabrikasında kapsamlı bir insan gücüne ihtiyaç duyuyordu. Bu süreç zorlu ve zahmetliydi.

k1'in Azaltılması: Çözünürlük Geliştirme Teknikleri (RET).

Çözünürlüğü iyileştirmeye yönelik son yaklaşım, yarı iletken fabrikalardaki litografi proses mühendisleri için çok önemli olan k1 değerini azaltmaktır. özellikle DUV (Deep morötesi) litografi.

Ele alınması gereken ilk zorluk "titreşimin önlenmesi"dirPozlama sırasında plaka ile maske arasındaki göreceli titreşimleri en aza indirmek için çaba gösterilen fotoğrafçılıktaki görüntü sabitlemeye benzer. Bu, daha hassas pozlama kalıpları sağlar ve titreşimler nedeniyle kaybedilen çözünürlüğü geri kazandırır. İkinci zorluk ise "istenmeyen yansımaları en aza indirmektir". pozlama sırasında levha yüzeyinden gelen gereksiz yansımaları ortadan kaldırmayı amaçlamaktadır. Bu parametrelerdeki gelişmeler k1'in 0.65 civarında kontrol edilebildiğini göstermiştir.

Çözünürlüğü daha da artırmak için çift ışınlı görüntüleme teknikleri kullanılır. eksen dışı aydınlatma ve faz kaydırma maskeleri dahil. Eksen dışı aydınlatma, ışığın geliş açısını ayarlayarak eğik ışığın maskeye girmesini sağlar. Bu açıları ayarlayarak, bu iki ışın arasındaki girişim çözünürlüğü artırır ve alan derinliğini artırır. Faz değiştiren maskeler, bitişik şeffaf bölgelerden geçen ışık arasında 180 derecelik bir faz farkı oluşturacak şekilde maskeyi değiştirir. Her iki yaklaşım da k1 değerini ayrı ayrı yarıya indirebilir ancak çift ışınlı görüntüleme kavramı kapsamına girerler ve birlikte kullanılamazlar. Bu yöntemler tipik olarak k1'i 0.28 civarına düşürebilir.

k1'in daha da azaltılması, çoklu desenleme olarak bilinen çoklu maskelerin kullanımını içerir., karmaşık desenlerin daha gevşek desenlere sahip iki veya daha fazla maske arasında bölündüğü, levha üzerinde alternatif pozlamaların yapıldığı bir teknik (Şekil 7'de gösterildiği gibi).

Şekil 7: 28nm litografi makinesinde kullanılan maskelerin şematik diyagramı. Işık beyaz açıklıklardan geçerek levha üzerindeki fotorezistin üzerine sarı noktalar yansıtır. Ayrı pozlamalar için iki maske kullanılarak çözünürlük iyileştirmesi elde edilir.

Bununla birlikte, maruz kalma sürelerinin iki katına çıkarılması, değişmediği varsayılarak, saat başına levha (WPH) çıktı oranının yarıya indirilmesiyle sonuçlanır. Çoklu maruz kalma aynı zamanda getiri oranlarını da azaltır. Bu, üretimin azalmasıyla birleştiğinde, maliyet verimliliğine her şeyin üstünde değer veren yarı iletken endüstrisi için dayanılmaz bir yük yaratıyor. Artan maruz kalma süreleri kaçınılmaz olarak daha düşük verimlere yol açıyor ve verim oranlarını mühendislerin kendilerini kurtarabilecekleri tek yol haline getiriyor.

Daldırma litografi makinelerinde, optik yakınlık düzeltmesi (OPC) ve ışık kaynakları ile maskelerin ortak optimizasyonu gibi tekniklerin kullanılması, k1 değerlerini 0.2'ye düşürerek 28 nm'lik bir çözünürlüğe ulaşılmasını sağlayabilir. Çift pozlama ile k1 başlangıçtaki 0.28'den 0.14'e düşürülerek 20 nm'lik bir çözünürlük elde edilebilir. Dörtlü pozlama k1'i 0.07'ye düşürebilir, yaklaşık 10 nm'lik bir çözünürlüğe ulaşabilir, hatta EUV litografi makinelerinin 11.5 nm çözünürlüğünü bile aşabilir. Bu, daldırma litografinin teorik temelini oluşturur. Çoklu pozlama 7nm, 5nm ve hatta 3nm düğümlere ulaşma yaklaşımı.

Tablo 4: 193nm Daldırma Litografi Makineleri için Çeşitli Çözünürlük Geliştirme Teknikleri Kullanılarak Elde Edilebilen Teorik Çözünürlükler

Teori basit gibi görünse de pratik uygulaması, özellikle k1 değerlerinde önemli bir azalmaya izin veren kritik teknoloji olan kendinden hizalı çoklu modelleme (SAMP) ile hiç de kolay değildir. Bu teknolojinin anahtarı, litografi makinelerinin kaplama doğruluğunda, çipler üzerindeki katmanlar arasındaki hizalama hassasiyetinin belirlenmesinde ve dolayısıyla çoklu pozlama veriminin etkilenmesinde yatmaktadır.

Kaplama doğruluğunu iyileştirmeye yönelik bir yaklaşım, daha yüksek değerler elde etmektir. hassas 2100i DUV litografi makinesi gibi ekipmanlar. Ek olarak, her yarı iletken fabrikasının kendine özgü teknikleri vardır. Şu anda TSMC, litografi makinesi performansının yanı sıra, birden fazla makine katmanı (MMO) kullanarak neredeyse tek makine katmanı (DCO) elde edebilen dünya çapında tek şirkettir. Referans için iki parça veri vardır: TSMC, %2.5'i aşan dörtlü pozlama verimine sahip bir MMO:1980nm 80ci litografi makinesi kullanırken, MMO:1.5nm 2050i ve dörtlü pozlamaya sahip ana kara fabrikası, işlemden sonra %50'ye yakın bir verim elde etti. iki yıllık sürekli çabalar.

Geçtiğimiz yıl, Belçika'daki Üniversitelerarası Mikroelektronik Merkezi (IMEC), sekizli pozlamaya sahip daldırma litografi makinelerini kullanarak 5 nm'ye ulaşmak için teknik bir plan yayınladı.

Diğer teknolojik rotalarda IMEC ve Mentor, ek yedekli metal ve kapasitörler gerektirmeyen Kendinden Hizalamalı Litografi ve Gravür (SALELE) teknolojisini ortaklaşa geliştirdi. Ayrıca, malzeme araştırmasına odaklanarak geleneksel maske kullanımını atlayan, önce polimerleri sentezleyen ve ardından "Yönlendirilmiş Kendi Kendine Montaj" (DSA) elde etmek için ısıtma yoluyla belirli kimyasal etkileşimleri tetikleyen ve orijinal boyutun dörtte biri kadar yapılar oluşturan bir litografi yöntemini de keşfettiler.

Ayrıca, EUV'nin kolayca emilmesi ve DUV gibi kırılma indeksini (n değerini) suya daldırmayla artıramaması nedeniyle ASML, sinθ'yı arttırmak için Yüksek-NA ve Hyper-NA yoluyla gelişiyor, ancak bu yol eninde sonunda kendi sınırlarına ulaşacak. Bu nedenle, yarı iletken üretim sürecinde k1'in çoklu maruz kalma yoluyla önemli ölçüde azaltılması, DUV veya EUV olmasına bakılmaksızın çok önemli bir teknoloji olmaya devam ediyor. Bu aynı zamanda depolamanın artan önemini de vurgulamaktadır. gravür ekipman. AMAT, LAM ve TEL, daha karmaşık darbeler, daha hassas kontrol ve daha yüksek güçlü aletler, özellikle de geleneksel proses yollarını değiştirecek olan atomik katman biriktirme ve aşındırma teknolojisi dahil olmak üzere ilgili teknolojileri aktif bir şekilde geliştirmektedir.

Makalenin ikinci bölümündeki transistör yoğunluğu tablosuna dönecek olursak, gelecekteki düğümlerin "3nm" mi yoksa "N+4" olarak mı etiketleneceği odak noktası değil; önemli olan çip transistör yoğunluğunun önemli ölçüde artırılıp artırılamayacağıdır.

Slkor Micro Semiconductor, tristörlü ısıtma cihazı için yeni bir faydalı model patenti aldı.

Slkor, 20 Popüler Modeli Ücretsiz Sunuyor – Yerli Üretimde Değişim İçin Fırsatı Yakalıyor