EUV 리소그래피 이전에는 DUV 가 매우 인기가있었습니다. 그러나, 공예 기술이 발전함에 따라, 대형 정원대 공장은 이미 더 진보된 공예로 바뀌기를 기다릴 수 없다. 독일 통쾌함 (Ditzingen), 독일 채스 (Oberkochen), 네덜란드 아스메르 (Veldhoven) 등 하이테크 회사와의 독특한 제휴를 통해 EUV 광학의 주요 기술 문제를 해결했다.
EUV 를 선택해야 하는 이유 ？
극자외선 (XUV 라고도 함) 은 파장이 124 와 10nm 사이에 있는 소프트 x 선 또는 광자 에너지가 10eV 와 124eV 사이에 있음을 의미합니다
지금까지 칩 제조업체는 자외선 (레이저) 빛을 사용하여 복잡한 패턴을 리소그래피로 칠한 실리콘 조각에 투사했습니다. 오래된 종이 사진의 현상 과정과 유사한 과정에서 이러한 패턴은 현상되어 레이어 내의 전도성 또는 격리 구조가 됩니다. 집적 회로를 형성하는 복잡한 시스템 (예: 마이크로프로세서) 이 완료될 때까지 이 프로세스를 반복합니다.
이 리소그래피 시스템의 개발은 경제에 의해 주도되고 있습니다. 즉, 더 많은 컴퓨팅 능력과 저장 능력이 필요하며 비용과 전력 소비량을 줄여야 합니다. 이런 발전은 무어의 법칙이라고 하는 간단한 규칙으로 묘사할 수 있다. 밀집된 집적 회로의 트랜지스터 수는 약 2 년마다 두 배로 늘어난다고 한다.
주요 제한 사항 중 하나는 광학 법칙에서 비롯됩니다. 독일 물리학자 에른스트 아베 (Ernst Abbe) 는 현미경 D 의 해상도 (대략) 가 조명에 사용되는 빛의 파장 λ (λ) 로 제한된다는 것을 발견했다.
D = λ/(n sin(α))( 1)
여기서 N 은 렌즈와 물체 사이의 매체의 굴절률이고, α는 물경 원추의 반각입니다. 리소그래피의 경우 n sin(α) 대신 숫자 구멍 지름 (NA) 을 사용하고 공식에 계수 K 를 추가합니다 (리소그래피 해상도는 조명 기술을 통해 강력하게 조정될 수 있기 때문). 최소 가능 구조 또는 임계 치수 (CD) 는 다음과 같습니다.
CD = kλ/NA(2)
이 수식은 모든 리소그래피 이미징 프로세스를 제어하므로 파장이 매우 중요한 매개변수임을 알 수 있습니다. 이에 따라 엔지니어들은 파장이 점점 짧아지는 광원을 찾아 더 작은 특징을 만들어 내고 있다. 자외선 수은 증기등부터 그들은 파장이 193 nm 인 준분자 레이저로 방향을 바꾸었다. 2003 년 5 월 인텔은 13.5 nm EUV 대신 157 nm 엑시머 레이저를 사용할 예정이라고 발표했습니다. 리소그래피 업계는 놀라움을 금치 못했습니다. 광학 재료의 문제는 주요 장애물로 간주되고, EUV 는 단지 발전 단계일 뿐이다.
당시, Intel 연구원이자 이 회사의 리소그래피 자본 장비 운영 책임자인 Peter Silverman 이 EUV 가 2009 년에 32nm 노드를 배치할 것이라는 로드맵을 제시했다고 보도되었습니다. 이는 너무 낙관적이어서193nm 광원을 사용하여 광각과 복잡한 조명 기술을 침수함으로써 더 작은 특징을 얻을 수 있는 방법을 강구해야 한다는 사실이 드러났다.
EUV 산업용 광원
EUV 리소그래피는 많은 문제를 해결해야 한다. 첫째, 강력한 광원이 필요합니다. 2 1 세기 초에는 방전 플라즈마를 기반으로 한 광원 (Xtreme Technologies 가 치켜세우는 등) 이 가장 유리한 것 같지만, 곧 레이저로 생성된 플라즈마는 확대에 가장 적합하다는 것을 보여준다.
마지막으로 샌디에고에 본사를 둔 Cymer 는 이산화탄소 레이저를 사용하여 30 미크론의 주석 방울에서 EUV 방사선을 발생시켜 경기에서 이겼다. 이들은 2007 년 상당히 불안정한 30 W 광원을 출시했지만, 20 14 년 처음으로 250 W 에 도달하는 방법을 시연해 양산의 돌파구로 꼽았다. EUV 변환 프로세스의 효율성을 높이는 것은 EUV 리소그래피 기술을 실행할 수 있는 좋은 응용 연구입니다. 아스메르는 진행 속도를 높이고 유일한 공급업체를 확보하기 위해 20 12 에 Cymer 를 인수했습니다.
상업적 타당성을 위한 충분한 EUV 방사선을 제공하는 최종 솔루션은 인상적인 기계입니다. 이 기계는 가장 강력한 레이저 시리즈인 40 킬로와트 이산화탄소 레이저를 기반으로 합니다. 전체 시스템에는 1 MW 전원이 필요합니다. 200 W 전력 중 극히 일부만 웨이퍼를 가공하는 데 사용되기 때문에 냉각이 주요 문제입니다.
이 기술의 유일한 공급자는 독일 디친겐의 통속이다. 빠른 사장 겸 최고기술책임자 피터 레빙거 (Peter Leibinger) 는 자신의 회사 역할을 잘 알고 있다. "우리가 실패하면 무어의 법칙이 멈춘다. 물론 세계는 통쾌함에 의존하지 않지만, 통속이 없다면 칩 업계는 무어의 법칙을 이어갈 수 없을 것이다. "그는 20 17 인터뷰에서 말했다.
일반적인 CO 2TRUMPF 레이저는 몇 킬로와트의 연속파 (CW) 방사를 제공합니다. 이것은 강재를 절단하기에 적합하다. 통속회사는 EUV 를 위해 40 킬로와트의 펄스 방사선을 생산할 수 있는 레이저를 개발했으며, 반복 주파수는 50 킬로헤르츠이다. 파종기 2 개와 확대급 4 개가 있는 레이저는 매우 크므로 EUV 기계 아래의 별도의 바닥에 배치해야 합니다.
시장 수요를 따라잡기 위해 대량의 자금을 투입하여 새로운 공장을 건설하여 이 레이저에 10 의 생산 지역을 제공하였다. 이 회사는 10 주 이내에 조립하여 현재 연간 50 대의 시스템을 수용할 수 있다. 현재 이 분야에는 이미 44 대의 시스템이 있으며 20 19 년에 30 대의 시스템이 출하될 것으로 예상된다.
이 기계는 유리심이 하나 있다.
펌프 레이저는 정말 독특한 기계이지만 EUV 리소그래피 시스템의 광학 장치도 도전적입니다. 우선, 작은 주석 방울의 플라즈마 방사선을 수집하기 위해 거대한 거울을 사용해야 한다. EUV 콘덴서의 지름은 650 mm 이고 수집 입체각은 5 이고 13.5nm 에서 평균 반사율은 40% 보다 큽니다.
SEMICON West conference 보고서에 따르면 반사도는 시간에 따라 선형적으로 감소했다. "현재 고객이 NXE:3400B 시스템을 설치하고 있으며, Yen 은 기가비트 펄스당 약 0. 15% 의 저하율을 보고했습니다. 아스머는 같은 전력 (250 W) 에서 0. 1%/gp 이하로 낮추기를 원한다. " 즉, 90 일 동안 전기가 약 50% 감소했습니다. 교환수집기는 하루 정도 걸리며 아스메르는 차세대 NXE 3400 에서 8 시간 이내로 줄일 예정이다. 이 보고서에 따르면 최종 목표는 현재 모든 DUV 시스템의 가용성인 95% 가용성입니다.
귀중한 EUV 빛이 수집기를 떠나면 초정밀 거울 세트로 더 형성되고 투사됩니다. 최종 표면의 거칠기는 0. 1nm 보다 낮은 것이 좋습니다. 이는 수소 원자의 지름과 같습니다. 광학 시스템은 또 다른 독일 챔피언 채스 SMT 에서 제조한 것으로, 파트너 중 세 번째로 독특한 하이테크 기계를 제조하는 회사입니다.
참고-NXE: 3400 시스템의 해상도는 약13NM 입니다. 공식 (2) 과 실제 게이트 간격을 나타냅니다. 이것은 칩 제조업체가 자주 토론하는' 노드' 와는 매우 다르다. 처음에 노드는 트랜지스터의 게이트 길이를 가리킨다. 분명히 이것은 프로세스와 제조업체에 따라 다를 수 있습니다. 그러나 오늘날 노드는 칩 제조업체가 개발한 특정 프로세스만 포함하며 광학 장치의 해상도에 직접 해당하지는 않습니다. 예를 들어, 칩 제조업체는 유사한 EUV 기계를 사용하여 독점 공정을 참조하여 7nm 또는 3nm 노드를 출시합니다.
EUV 리소그래피 트로이카
EUV 광학 기술 전체에는 65,438+0,000 개 이상의 공급업체가 관련되어 있지만 핵심 기술은 통속, 채스, 아스밀로 만들어졌다. 그들은 EUV 프로젝트에서 비정규적인 협력 형식을 발전시켰다. Trumpf 의 Peter Leibinger 는 이를' 거의 합병된 회사' 라고 부르며 개방된 정책과 광범위한 인력 및 기술 교류를 보유하고 있습니다.
채스 SMT 와 아스밀은 오랜 역사를 가지고 있습니다. 1983 년 필립스를 위해 최초의 광각광체를 생산했기 때문입니다. 이 업무는 1984 에서 벗겨져 아스맥으로 명명되었다.
EUV 이전에 채스와 아스맥 * * * 이 리소그래피 시스템 시장을 정복했다. 20 10 년, 그들은 약 75% 의 리소그래피 시스템 시장 점유율을 가지고 있다. 지금까지 그들은 공업급 EUV 시스템의 유일한 공급업체였다. 이런 관계를 촉진하기 위해 아스맥은 20 1 1.00 억 유로로 채스 SMT 24.9% 의 주식을 매입했다. 또한 아스메르는 채스 SMT 의 R&D 6 년, 2 억 2 천만 유로, 일부 투자는 5 억 4 천만 유로를 지원하겠다고 약속했다.
채스 SMT 는 EUV 에 거액을 투자하기 때문에 이 돈이 매우 필요하다. 회사는 독일 오베르코진 근처에 제조 및 측정 홀을 설립했다. 현재, 그것은 더 높은 NA 를 가진 차세대 EUV 광학 장치를 준비하고 있다. 또 7 억 유로의 투자. 여기에는 광학 시스템 측정을 위한 트럭 크기의 고진공실이 포함됩니다. 이 실험함에서 테스트한 반사경의 최대 공차는 0.5nm 이므로 업계에서 가장 정확한 정렬 및 측정 기술을 사용합니다.
180 톤 공구 조립
채스 SMT 는 거대한 하이테크 시설을 가지고 있지만 가장 큰 것은 Asme 의 Veldhoven 공장의 제조 홀이다. 20 18 년 채스SM 직원은 2 1% 증가했으며 현재 800 여 명의 박사와 7500 여 명의 엔지니어를 보유하고 있어 총 23,000 명이다.
제조 공장에서는 EUV 스테퍼 기계가 이미 완성되었다. 현재 최고급 모델인 NXE:3400B 무게 180 톤은 트럭 20 대 또는 완전 장착된 보잉 747 3 대가 필요합니다. 가격은 65438 달러+0 억 2 천만 달러입니다. 시간당 125 개의 칩을 처리할 수 있으며 해상도가13nm 까지 낮습니다.
20 19 하반기 업그레이드 NXE:3400C 출시. 더 높은 투과율의 광학 구성 요소, 모듈식 컨테이너 (유지 관리의 편리성을 크게 높임), 더 빠른 마스크 및 칩 프로세서를 사용하여 생산성을 높입니다. 이 장치들은 시간당 170 개의 칩을 생산할 수 있다.
EUV 뒤에는 무엇이 있나요?
지금까지 EUV 광학 시스템은 0.33 의 수치 구멍 지름에 도달했습니다. 차세대 (아스멕은 기계 NXNeXT 발표) 의 NA 는 0.55 로 해상도가 8nm 이하이다. 더 큰 광학 부품을 포함하고 있으며, 이는 채스 SMT 의 방향이기도 합니다. 이 회사는 올해 이미 생산을 시작했습니다.
이러한 공동 노력의 결과로, 이 기술은 이미 물리적 한계에 도달하여 지금까지 상상할 수 없는 규격에 도달했다는 것이 분명하다. 예를 들어, 리소그래피 시스템의 칩은 특수 유리 패널 (칩 홀더라고 함) 에 고정되어 있습니다. 그들은 최대 3g 의 가속도로 이동하며, 칩을 1 나노미터의 정확한 위치에 유지한다. 동시에 EUV 조명으로 칩을 비추고, 열 부하 30kW/m 2 로 정확한 위치를 잃지 않습니다.
많은 기술적 문제가 여전히 논의 중이지만 시장은 매우 자신있는 것처럼 보입니다. EUV 리소그래피 기술은 예측 가능한 미래에 반도체 산업에 큰 이익을 가져다 줄 것입니다.
하지만 고나 ·EUV 이후에 어떤 일이 일어날까요? 지금까지 심각한 답이 없는 것 같다. 한편, 일부 연구팀은 더 짧은 파장을 준비하고 있다. 독일 플로엔호프 협회의 두 기관은 20 16 년 동안' EUV 초월' 연구 프로젝트를 마쳤다. 그들은 6.7 나노미터 파장의 반사 코팅 (IOF) 과 플라즈마 소스 (ILT) 를 연구했다. 스위스 팀은 20 15 에서 포토 레지스트의 연구를 요약했다. 나노 패턴의 대체 방법 (예: 펀치 또는 전자빔 리소그래피) 이 개발 중입니다. 20 17 의' 모델 로드맵' 은 그 진일보한 발전을 논의하려고 한다.
현재 아스메르와 그의 동맹국들은 첨단 기술 제조 홀에 이 시대의 가장 크고 가장 진보된 기술 시스템을 구축하고 전시하고 있다. 그러나, 만약 우리가 멀리서 이 발전을 본다면, 아마도 광각기술의 복잡성이 이미 실행 가능한 최대치에 도달한 것 같다. 향후 EUV 리소그래피에서 실질적인 발전을 이루기 위해서는 데이터 저장 및 처리 요구 사항 증가를 충족하기 위해 완전히 다른 방법이 필요합니다.