Контрактные производители и компании с собственным производством чипов не устают подчеркивать преимущества перехода на меньшие техпроцессы или оптимизации существующих техпроцессов. Но так ли легко даются эти переходы? Судя по всему, у Intel, Global Foundries, Samsung и других компаний возникают проблемы с литографией в глубоком ультрафиолете (EUV, Extreme Ultraviolet Lithography), которые они пытаются преодолеть.
На встрече группы TMG (Technology and Manufacturing Group) Intel рассказала об оптимизации 14-нм техпроцесса и грядущем переходе на 10-нм техпроцесс.
Журнал Semiconductor Engineering опросил нескольких экспертов в данной сфере и опубликовал интересный материал. В беседе участвовали: Gregory McIntyre (директор Advanced Patterning Department в Imec), Harry Levinson (Senior Fellow, Senior Director Technology Research в GlobalFoundries), David Fried (Chief Technology Officer в Coventor), Naoya Hayashi (Research Fellow в Dai Nippon Printing, DNP) и Aki Fujimura (Chief Executive в D2S).
Меньшая длина волны, менее точные структуры
Литография глубокого ультрафиолета EUV опирается на длину волны 13,5 нм (91,82 эВ). Предыдущие и нынешние техпроцессы используют длину волны 248,0 нм (эксимерный лазер KrF) и 193,0 нм (эксимерный лазер ArF). Использование волн с меньшей длиной приводит к повышению энергии фотонов в 14 раз. В свою очередь, управлять такими фотонами становится намного сложнее. Но EUV позволит создавать чипы с размером структур от 5 до 7 нм.
Одна из самых больших проблем - Line-Edge Roughness (LER), то есть неравномерные границы. С помощью EUV пока не получается создавать элементы с идеальными границами. Причина кроется в шуме, неизбежно присутствующем в пучке фотонов EUV. Только 40% фотонов придерживаются нужного пути, а 60% уходят в сторону и формируют шум.
Еще одна проблема - Edged Pillars. То есть у структур должны получаться острые кромки, но в процессе производства они оказываются закругленными. Проблемы связаны даже с распознаванием подобных ошибок, поскольку мы подразумеваем порядок 0,3 нм. Так что поиск обнаружение ошибок – еще одна серьезная проблема для производителей полупроводников.
Время производства увеличивается, поэтому объемы производства падают
Кроме того, уменьшение длины волны приводит к падению объемов производства. Выше мы привели проблемы непосредственного самого производства. Но с EUVL связаны и другие трудности. Для каждой партии необходимо создавать маски (фотошаблоны). И точность масок влияет на качество получаемых чипов.
На этапе создания масок можно компенсировать эффекты LER и Edged Pillars - конечно, если проблемы были обнаружены, отклонение было измерено.
Но для компенсации эффектов с помощью масок приходится работать со структурами от четырех до пяти ангстрем. Напомним, что ангстрем составляет 100.000 фм, 100 пм или 0,1 нм. Единицы ангстремов – это порядок радиуса атомов и расстояния между атомами в кристаллических структурах. Все это еще раз показывает, насколько прецизионно точные технологии связаны с EUVL.
Еще один аспект связан с масками, которые используются для производства. На их изготовление тоже требуется время. Как правило, на изготовление маски уходит порядка 60 часов. Конечно, производители полупроводников пытаются уменьшить время изготовления масок. Именно так и появились многолучевые маски (Multi-beam masks).
Подобные многолучевые маски можно изготовить за десять часов, что существенно быстрее обычных вариантов. Кроме того, для многолучевых масок всегда требуется одно и то же время производства, независимо от сложности производимого чипа. С помощью многолучевых масок можно повысить точность изготовления и уменьшить ошибки Edge Placement Error (EPE).
Если данная тема вам интересна, мы рекомендуем прочитать полное интервью (на английском). В нем освещены и другие вопросы.