Литейные предприятия начали ограниченное использование литографии в крайнем ультрафиолете (EUV) для крупносерийного производства (HVM) чипов в 2019 году. В то время сканеры Twinscan NXE от ASML были достаточно хороши для производства, но полной экосистемы EUV не было. Одним из факторов, влияющих на EUV, было отсутствие защитных пленок для фотошаблонов, что ограничивало использование инструментов EUV и влияло на урожайность. К счастью, ситуация с пленками наконец-то улучшилась благодаря недавнему внедрению готовых к производству пленок EUV, и в ближайшие годы ситуация обещает стать еще лучше.

Защита драгоценных сеток

За последние годы компания ASML добилась большого прогресса в области литографии Twinscan NXE EUV, улучшив характеристики источника света, время доступности и производительность. Его коллеги по отрасли также много сделали для того, чтобы сделать возможным крупносерийное производство (HVM) с использованием оборудования EUV. Тем не менее, экосистема EUV нуждается в дальнейшем развитии. Одной из самых громких проблем, с которой столкнулась цепочка поставок полупроводников с EUV, является разработка пленок, которые не были доступны два года назад, поэтому TSMC и Samsung Foundry пришлось изобретать способы использования своих EUV-сканеров без защитных пленок.


Для справки: 16-нм пелликула TSMC с сеткой

Пелликулы защищают фотошаблоны размером 6 × 6 дюймов (сетки) во время процесса производства чипов, изолируя их от частиц, которые могут приземлиться на их поверхность, которые в противном случае повредили бы их или привели бы к дефектам пластин при производстве. Каждая сетка для инструмента EUV стоит 300000 долларов, поэтому производители микросхем стремятся защитить их от повреждений частицами или даже самим EUV-излучением, поскольку это снижает их стоимость. Между тем, снижение рисков, связанных с доходностью, возможно, даже более важно.

Потребность в пленках, в свою очередь, зависит от производителя и типов используемых фотошаблонов. Intel, которая известна своими большими матрицами ЦП, стремится использовать сетку с одним кристаллом, что означает, что всего один дефект маски, вызванный частицей, автоматически уничтожает весь кристалл. Между тем, если используется фотомаска с 25 матрицами, сумматор частиц «всего» приведет к снижению выхода продукции на 4% (одна мертвая матрица), поэтому можно было обойтись без пленок для более мелких чипов и фотошаблонов с несколькими матрицами.

Читайте также:
Samsung готовит три смартфона из серии О

ASML — лидер стаи. Теперь

Промышленность начала разрабатывать защитные пленки для инструментов EUV относительно поздно, когда выяснилось, что никто не может гарантировать, что сверхсложный сканер EUV на 100% свободен от вредных частиц, поэтому они не были готовы в 2019 году.

Пелликулы для фотошаблонов, которые будут использоваться с оборудованием для литографии глубокого ультрафиолета (DUV), распространены и дешевы. Напротив, поскольку фотошаблоны для EUV отличаются от фотошаблонов для DUV (маски EUV представляют собой стопки толщиной от 250 до 350 нм, содержащие от 40 до 50 чередующихся слоев кремния и молибдена на подложке), пленки для таких сеток также сильно отличаются. В частности, очень короткая длина волны EUV означает, что к пленкам для него предъявляется ряд требований, из-за которых их сложно производить и они дороги. Пленки EUV должны быть чрезвычайно тонкими, не должны влиять на характеристики отражения сеток, должны иметь высокую скорость передачи (чем выше скорость, тем выше производительность сканера), должны выдерживать высокие уровни мощности EUV и выдерживать экстремальные температуры (от От 600ºC до 1000ºC в будущем).


EUV Pellicle от ASML (Изображение предоставлено: Полупроводниковая техника)

«Большинство материалов очень сильно поглощают при более энергичной длине волны 13,5 нм EUV, и даже если выбраны наиболее EUV-прозрачные материалы, мембраны должны быть чрезвычайно тонкими, чтобы приблизиться к коэффициенту пропускания 90%», — сказала Эмили Галлахер, главный технический специалист. в Imec. «Такие тонкие мембраны обычно не способны поддерживать достаточную прочность, чтобы свободно стоять при требуемых размерах. Кроме того, среда EUV-сканера несовместима со многими материалами и будет подвергать пленку циклам откачки-вентиляции».

Читайте также:
будь спокоен! Представлены Shadow Rock 3 White, такие же характеристики, но белые

На сегодняшний день появилось несколько вариантов пленок EUV. Полуинжиниринг:

  • ASML представила свои первые пленки EUV в 2019 году и лицензированный технология для Mitsui Chemicals, которая намеревается начать свои объемные продажи во втором квартале 2021 года. С тех пор ASML улучшила свои пленки.
  • Компания Imec опубликовала результаты испытаний своих пленок на основе углеродных нанотрубок.
  • Graphene Square, Freudenberg Sealing Technologies (FST) и некоторые университеты разрабатывают свои собственные пленки.

Пока только ASML удалось создать коммерчески жизнеспособные пленки для инструментов EUV, которые действительно доступны. Пленки ASML созданы на основе поликремния толщиной 50 нм. Еще в 2016 году они продемонстрировали 78% скорости передачи на смоделированном источнике мощностью 175 Вт. В настоящее время ASML может продавать пленки со скоростью передачи 88%. И вскоре Mitsui начнет массовые поставки таких пленок.

Последние прототипы ASML, изготовленные из силицида металлов, демонстрируют скорость передачи 90,6% с неоднородностями 0,2% и отражательной способностью менее 0,005% на источнике мощностью 400 Вт.

«Это обновление поддерживает нашу дорожную карту, которая в конечном итоге увеличит мощность источника до 400 Вт», — сказал Раймонд Маас, менеджер по продукции ASML для пленок, в интервью Bits & Chips.nl. «Пленка нагревается до 600ºC на таком уровне мощности, который поликремний не выдерживает».

Напротив, у прототипов пленок Imec скорость передачи составляет 97,7%. Фактически, в долгосрочной перспективе, когда станут доступны более совершенные источники света, потребуются более сложные пленки, и именно здесь в игру вступят пленки Imec на основе углеродных нанотрубок.

Читайте также:
+ 50% IPC, серверные ядра SVE

«Некоторые материалы обладают потенциалом высокого пропускания EUV, превышающим 90%, и еще меньше материалов в то же время совместимы с мощностью EUV, превышающей 600 Вт. Кроме того, пленка должна быть прочной, чтобы ее можно было подвешивать на большой площади маски (~ 110 мм x 140 мм), — сказал Йост Бекаерт, исследователь из Imec.

К сожалению, неясно, когда пленки Imec на основе углеродных нанотрубок будут готовы к использованию в прайм-тайм.

Резюме

TSMC и Samsung Foundry изобрели способы использования инструментов EUV-литографии без пленок на фотошаблонах с несколькими матрицами для небольших кристаллов, но такие методы являются рискованными, поскольку любой сумматор частиц может стать причиной потери урожайности. Кроме того, такие методы сопряжены с риском для больших чипов и одиночных фотошаблонов, поэтому пленки имеют решающее значение для изготовления больших штампов с помощью инструментов EUV. Тем не менее, независимо от размера фотомаски, пленки необходимы для повышения выхода EUV и снижения рисков по всем направлениям.

В целом, использование и улучшение пленок EUV будет постепенным процессом. Первоначальные пленки, разработанные и изготовленные ASML, а вскоре будут производиться Mitsui, достаточно хороши для некоторых сегодняшних потребностей, но есть возможности для улучшения их уровней передачи, о чем свидетельствуют прототипы следующего поколения, разработанные ASML и Imec. Для будущих сканеров также потребуются более качественные пленки, поскольку у этих машин будут более мощные источники. Тем не менее, поскольку такие пленки имеют ряд неоспоримых преимуществ, они будут использоваться производителями микросхем, поскольку они могут помочь повысить урожайность даже за счет некоторой производительности.