今日の議論のテーマは次のとおりです。なぜ 28nm リソグラフィー装置は多重露光プロセスを通じて 14nm、さらには 7nm の露光プロセスを実現できないのでしょうか?この複雑な半導体の知識を理解する前に、まず前提条件となる知識ポイントを学習する必要があります。今日の知識ポイントは次のとおりです。 まず、いわゆる 28nm リソグラフィー マシンとは何ですか?定義方法は?次に、リソグラフィー装置の最小精度を決定する要因は何でしょうか?オーバーレイ精度とは何ですか?第三に、トランジスタの実際のパラメータと定義。 4 番目は、多重露出プロセス/SAQP 4 露出プロセスの詳細な図です。
文字数の理由は 2 つの段落に分かれています。本日は１点目と２点目についてお話しさせていただきますが、３点目と４点目については次回に議論させていただきます。
全文は5,100ワード以上です。
1. 28nm リソグラフィー装置はどのように定義されていますか?
まず、業界では28nm露光機という名前はありません。この発言は人々の間でのみ存在しますが、ポピュラーサイエンスであるため、一般人の視点から説明する必要があります。
では、いわゆる28リソグラフィーマシンはどのように定義されるべきでしょうか？
一般的な理解によれば、最小精度が28nmの線幅を満たすことができれば、当然28nmのリソグラフィー装置とみなすことができます。
そこで、再び質問になりますが、28nmの実際の線幅はどれくらいですか?
チップの内部構造は実際には高層ビルに似ています。下部のトランジスタ間の間隔は最も小さく、上の金属相互接続層間の間隔は比較的大きい。いわゆる 28nm リソグラフィー装置は、M0/M1 の下部にある小さなトランジスタの特性サイズを満たすリソグラフィー装置を指します。
28nmの実際のフィーチャサイズはどれくらいですか?
28nm には、28HKMG (High-K メタル ゲート) と 28Poly (ポリシリコン酸窒化物ゲート) という 2 つのクラシック バージョンのプロセスがあります。実際には、これら 2 つのバージョンだけではありません。 TSMCはその年、28nmプラットフォームを採用しました。 LP、HPM、HPC、HPC+ およびその他のバージョンの拡張は、主にさまざまな顧客のニーズを満たすことを目的としています。周波数とパフォーマンスを追求する顧客もいれば、より低い電力消費率を追求する顧客もいます。したがって、すべて 28nm プロセスですが、各プロセス バージョンには若干の違いがあります。
非常に多くのプロセス バージョンが存在する主な理由は、これらのプロセスの変更がデザイン ルールの変更を引き起こすためです。
一方で、より柔軟なデザインルールにより、フォトリソグラフィーのステップを削減および改善できます。第 2 に、パフォーマンスやリークを改善する目的で、さまざまなプロセスによりゲート間隔を大幅に改善できます。
業界リーダーの紹介によると、28HPC/HPC+と28LP/HP/HPL/HPMは若干異なります。ゲート長はHPC版が40nm/35nm/30nm、LP版が38nm/35nm/31nmです。
ここから、28nmプロセスの実際のゲート長は28nmではないことが誰もが発見しました。最大は40nm、最小は31nmです。実際には合計 6 つの仕様があり、22nm であっても 28nm のバリエーションと考えることができます。
40-28nmプロセス以降、プロセスノードの公称ゲート長と実際のゲート長は1対1に対応しなくなりましたが、比較的同等になりました。
したがって、他のプロセス要因を考慮せずに 28nm プロセスを満たすためには、リソグラフィー装置の最終解像度が少なくとも 40nm の最小露光線幅を満たすことができなければなりません。しかし、40nmは量産のメインプロセスではないので、メインプロセスの露光機は少なくともCD=35nm、つまり一般の人が28nmの露光機として理解しているものを満たさなければならないのが実情である。
ASML露光機の各機種のパラメータを確認してみました。理論的には、NXT1950 の精度を試すことができます。何兄弟に相談したところ、確かに肯定的な答えが得られました。外国の FAB R&D エンジニアは、最初に 1950 を 28nm プロセス開発に使用しようとしました。
しかし、1950年に多くの問題が発生したため、すぐに放棄されました。そしてプロセスの進化に伴い、海外FABの量産主力露光装置28台はNXT1960BとNXT1970Cとなった。
この中では1970Cが最も便利ですが、国内事情は異なります。当時、国内の28nmの進歩は海外の先進レベルに比べて4～5年程度遅れていました。実際に量産されようとしたときには、1970 年は過ぎていたため、国内の 28nm 量産バージョンは実際には NXT 1980D でした。ここでは実際の状況についてのみ説明します。
実際、1980年に28nmプロセスを行うことは、蚊をたたくために大砲を使うのと同じことです。1980年は1970年よりもはるかに高価だからですが、それは仕方がありません。古い大砲はありません。したがって、新しい大砲を使用するしかありません。
実際の状況に基づいて、ここで結論を下すことができます: いわゆる28nmリソグラフィーマシンは、実際にはNXT1970Ciモデルを指すはずです。
最後に短編が2本挿入されます。まず、ある偉い人は、HKMGプロセスはインテルが引き起こしたもので、世界を穴に陥れ、多くの間違った道を歩んだと言いました。理由はHKはアルミと言われているからです。
2 番目に、上記の詳細からわかるように、同じ会社、同じプロセス プラットフォーム、プロセスのバージョンが異なる場合でも、設計ルールは異なります。
言い換えると、チップ設計会社が今日のオリジナルのテープアウトプロセスを置き換えたい場合、それはバックエンド設計とシミュレーション作業をほぼ完全に覆すことを意味します。費用は非常に高いです。プロセスがハイエンドになればなるほど、コストは高くなります。
大手IC設計会社にお金があるかどうかは関係ありません。中小企業は、工場を変更すべきか、工程を変更すべきかについて、本当に慎重に考える必要があります。この問題は話し合うだけでは変えられません。
したがって、デザイン会社がテープアウトのために FAB 工場に切り替えることは簡単なことだとは考えないでください。食料品を買いに階下に行くわけではありません。これがダメなら変えればいいだけです。それは複雑です。半導体分野では何事も単純なことはありません。半導体のことを理解するために日常的な思考を使用しないでください。実際、それはまったく概念ではありません。
TSMCの南京工場拡張が国内FAB事業を奪う、と○○のことを何も知らないネットの専門家が毎日叫んでいるのはどこなのか、時間があるときに愚痴を投稿します。くそー、別の FAB テープアウトに切り替えるのは単なる変化だと思いますか?言ったらすぐにビジネスを掴むつもりですか？
次に、リソグラフィー装置の最低精度を決定する要因は何でしょうか?オーバーレイ精度とは何ですか?
リソグラフィー装置は非常に大きな光学系です。小さな内部エラーまたは外部エラーが最終的な効果に影響します。光の世界では、間違いがあれば間違い、間違いがあれば間違いがあります。
レイリー基準公式から見ると、CD=K1*λ/NA となります。明らかに、最小 CD に影響を与える要因が多すぎます。外部影響要因 K1 を脇に置くと、K1 はフォトレジストの重合度、分子量、粒子径、感光剤のほか、シリコンウェーハの平坦度、光の入射角、不純物・ゴミの量などを表します。
同じプラットフォームと光源波長を一緒に比較した場合、精度に影響を与える主な要因は、オンライン測定精度と両面ステージの移動精度です。
ASML独自の「TWINSCAN」プラットフォーム技術であるダブルワークステージがASMLが競争力を維持する最大の秘密です！
ASML と Nikon に関する短いストーリーを挿入します。かつて私はこれをニコンの棺の三本爪と呼んでいましたが、これは二本目です。
は「石版の巨人」という本にも載っていました。 ASMLのPAS5500も8インチプロセスでIBM/Intelの認証を通過したが、Intelが実際の調達においてASMLを考慮することはほとんどなかった。実際に生産ラインで大量購入したのはニコンのS-204/205でした。
TSMC、Samsung、Micron などの OEM およびストレージ顧客から PAS5500 リソグラフィー マシンを大量に購入します。
実は、設備生産能力という点では、PAS5500の方がS205よりも強いのです。なぜインテルはそれを使用しないのですか?
理由は非常に単純で、CPU市場を独占しているIntelにとって、市場のパイは十分に大きく、そこから利益を得ることができるからです。生産が速いか遅いかは問題ではないため、高い生産能力を必要としたことはありません。かつてインテルの稼働率はわずか60％で、夜間も稼働しなかった。ゆっくりとゆっくりと、まったくパニックになりませんでした。したがって、PAS5500 がニコンの S205 よりも生産能力に優れているにもかかわらず、インテルが初期段階で ASML に興味を示さなかったのはこのためです。
しかし、TSMCは違います。生産能力は生命線です。容量使用率は 60% ですか?夜間は仕事を止めて生産を行わないのですか？これはお金の無駄ではありませんか？
TSMCのようなファウンドリ企業にとって、この激戦区を抜け出し、競争で確固たる足場を築くには、コスト、効率、生産能力の面で優位性がなければなりません。
つまり、競争は人々を進歩させ、独占は人々を怠惰にします。 ASML は大容量リソグラフィー装置を使用して TSMC の心をしっかりと捉えています。保管工場も同様です。競争は非常に激しいです。インテルのように寝転がってどうやってお金を稼ぐことができるのでしょうか？
とはいえ、FABの工場での仕事は本当に過酷で、東アジア文化圏で培われた寛容さと絶対服従を持った技術者でないと適応できません。
以前、TSMC は次のようなジョークを伝えました。 お金を使う時間がまったくないので、TSMC で働けば大金持ちになれるでしょう。
残酷さは明らかで、996でもFABの前では弱いです！
FAB の仕事とシステムは人間によって行われたものではありません。最近、インターネット上にフランチャイズの仲間がいます。シンガポールのフランチャイズの現役マネージャーに関する彼の物語は、長いシリーズの中で「Review of a Chip Veteran」と呼ばれています。チェックしてみてください。とても現実的です。
おそらくこれを読んだ後は、なぜサジア氏があえて「TSMCのアリゾナ新工場がうまくいったら、コロラド川に逆さまに髪を洗いに行くよ」という大胆な発言をしたのかがわかるでしょう。
アメリカの人がこの仕事をうまくやるのは不可能だと思うからです。わんわんに行って、来てくれる人を募集してみませんか？しかし、米国に行きたい人はグリーンカードを取得するだけであることは誰もが知っています。不純な動機を持った人は、うまく行けば本当に悪です。
本題に戻りますが、ASML はどのように生産能力を向上させますか?どのようなユニークなスキルを持っていますか？
振り返ってみると、解決策は実際には非常に簡単でした。
パターンをウェハに露光する前に、ウェハを正確に測定する必要があります。計測も露光も時間がかかります。各工程にかかる時間を短縮し、効率を向上させるために、1枚のウエハを露光している間に次のウエハの計測や位置合わせを始めてみてはいかがでしょうか。
このようにして、TWINSCAN システムが誕生しました。
TWINSCAN システム: 1 つはプリアライメント測定を担当し、もう 1 つはアライメント測定を担当します。露光
TWINSCAN は、デュアルウェーハ作業プラットフォームを備えた最初で唯一のリソグラフィー システムです。
ウェハは交互にTWINSCANプラットフォームにロードされます。一方のプラットフォーム上のウェハが露光されている間、もう一方のウェハは位置合わせと測定のために No.2 プラットフォームにロードされます。その後、2 つのプラットフォームの位置が入れ替わります。もともと２番プラットフォームにあったウエハが露光され、１番プラットフォームのウエハが搬出される。その後、新しいウェーハがロードされ、位置合わせされ、測定されます。
測定、位置合わせ、露光を同時に行うこの並行ソリューションにより、リソグラフィー装置の 1 時間あたりの生産能力が大幅に向上し、TSMC が生産効率を大幅に向上させ、最終的な利益を高めるのに役立ちます。
2001 年に、この革新的なテクノロジーを使用した最初の TWINSCAN デュアル ウェーハ プラットフォーム システム、TWINSCANAT:750T リソグラフィー マシンが出荷されました。
750T露光機は、波長248nmのKrF光源システムを採用し、130nmプロセスの生産をサポートします。
すぐに、ASML の i ライン リソグラフィー マシンにも、デュアル ウェーハ プラットフォーム、すなわち TWINSCANAT:400T が導入されました。その後、この技術はハイエンドの 193nm ArF リソグラフィー装置、つまり TWINSCANAT:1100 に導入されました。したがって、TWINSCAN システムは、i ラインから KrF ラインに至るまで、さまざまな ASML プラットフォーム モデルのリソグラフィー マシンにまたがり、技術範囲を拡大し、すべてのチップ層を新しいプラットフォームで公開できるようになります。
ASML の継続的なイノベーション機能は、プラットフォームのアップグレード、新しいシステムのアップグレード、オンサイトのアップグレードなど、一言で言えば顧客が快適になるあらゆる方法で、TWINSCAN プラットフォームの解像度、オーバーレイの精度、生産性を段階的に向上させます。
したがって、ダブルワークステージの移動精度は、ある意味、露光機のアライメント精度の鍵となります。
ダブルワークテーブルの作業プロセスを理解するのは信じられないほどです。これがテクノロジーの力です。
彼らは常に高速で移動しています。停止しているときは急激に加速し、停止すべき位置に到達するために急停止します。その精度は息をのむほどです。
瞬間加速度から計算するとロケットの発射速度を超えています。この速度ではミスは補正できないため、次の瞬間にはミスなく正確な位置に停止します。
間違った場合、ウエハー全体が廃棄されるわけではなく、最初からやり直す必要がありますが、何度も失敗すると、エンジニアが40メートルのナタで人を切りに来るので、すぐに逃げてください。
ダブルワークテーブルは加速→非常停止→加速→非常停止を繰り返し、長期安定した動作状態を維持します。
つまり、ある意味では、デュアル ワークピース ステージ システムがリソグラフィ マシンの最大生産能力とその精度を決定します。リソグラフィー機械の世界では、これはオーバーレイ、つまりオーバーレイ精度と呼ばれます。
NXT1980Diを例にとると、公式パラメータはOPO≤3.5nm、DCO≤1.6nm、MMO≤2.5nmです。通常はさらに悪くなります 4-5
ここがポイントです! 99%の人が知らない知識を広める。
OPO は OnProductOverlay を意味します。チップの製造プロセスは建物の建設プロセスに似ているため、製品のオーバーレイ精度は、最後の露光と現在の露光の間の位置合わせ精度と同等になります。この精度は 3nm 以内です。
DCO は DedicateChuckOverlay の略で、同じデバイスが独自の精度を持っていることに相当します。これは1.6nm以内です。
MMOとはMix-and-MatchOverlayの略で、異なるデバイス間のオーバーレイ精度に相当します。これは 2.5nm 未満になる可能性があります。
多重露光のプロセスを覚えていますか？多重露光プロセスにおける非常に重要なステップは、元のマスク パターンを 2 つの部分に分割し、それを 2 回露光してより小さなパターンを取得することです。
OPO、DCO、MMO のいずれであっても、これらのパラメーターによって、多重露光プロセスを使用できるかどうか、量産後の露光パターンの一貫性、および上層と下層の最終的な位置合わせ精度が決定されます。
いずれかのパラメータが不十分な場合、多重露光によって生成されるグラフィックスは歪んでおり、ひどいものになり、混乱しているはずです。歩留まりは言うに及ばず、ウエハ全体が廃棄されることになるだろう。
この写真は今日インターネットに投稿されました:
この写真は友人のグループから提供されました。侵害がある場合はお知らせくださいTAGP H26
上記は間違いだらけとしか言えません。 NXE3400はNXTと書きます、NXT2000はかなり前に製造中止されていて中国では販売されていません、2050は5nmを実現できます。間違いが多すぎます。
グアン先生がまとめたデータに直接行きます:
間違いを見つけて、何箇所間違っているか見てみましょう。
本題に戻ります。
1970年が7nmどころか28nm、14nmしかできない理由はここにあり、1980年と比べて1970年のオーバーレイははるかに遅れています！
Overlayのパフォーマンスが足りず、無理です！
したがって、ダブルワークピースステージは、ある程度、光源と対物レンズシステム以外に最も重要なキーコンポーネントです。
その安定性、アライメント精度、トラブルフリーの平均稼働時間は、リソグラフィー装置の実際の動作状態に直接影響を与え、さらにはFAB全体のプロセスレベルや生産能力にも影響します。
したがって、ウェハ上で最大数百のユニット（フィールド）を露光する必要があり、高度なフォトリソグラフィー装置では、毎回同じ露光量を確保しながら、1時間に300枚以上のシリコンウェハを露光できます。
12インチウェーハ上に露光が必要な単位領域が300個あると仮定すると、1日あたり216万回、年間で7億8,840万回の露光に相当します。デュアルワークピースステージと装置全体の安定性と効果の一貫性は大きなテストです。
この数字を見ても何も思わないかもしれませんが、よく考えてみると、この数字が表す技術的な内容は非常に衝撃的です。
かつて誰かがそれを高速で飛行する2機の飛行機に例えました。そのうちの一人がナイフを取り出し、もう一方の面の米粒ほどの面積に文字を彫りました。
このような途方もなく正確な動きをする機械を24時間365日安定した動作を維持することは、エンジニアリングにおいて最も困難な課題であり、克服すべき技術的なピークは数え切れないほどあります。
以前、中国の某研究所では数ナノメートルを達成できると主張され、ASMLを超えるのは目前だと多くの人が喧伝していました。 2 つの直線を彫る実験室の機器と、複雑なグラフィックを表示するために 24 時間安定して動作する商用機器との間には大きな違いがあることを知っておく必要があります。
中国がいくつかの側面で主要な技術で画期的な進歩を遂げたことは知っていますが、道のりはまだ長く、真の成功までにはまだ長い道のりがあります。
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