Интеграция EUV в 5 нм все еще рискованна, с основными проблемами решения

Интеграция EUV в 5 нм все еще рискованна, с основными проблемами решения

Полупроводниковые литейные машины продвигаются с интеграцией ультрафиолетовой литографии (EUV), но по-прежнему существуют серьезные препятствия для развертывания технологии на 5 нм и ниже.

Существует несколько проблем, которые EUV должен решить (или продолжить решение), чтобы заменить замену существующих литографических решений 193 нм. ASML все еще работает над созданием пленки - мембраны, которая служит в качестве пылезащитного покрытия над фотомаском, - которая не поглощает слишком много света. Такие инструменты, как NXE 3400B, которые мы видели, когда мы ездили в GlobalFoundries несколько недель назад, имеют требования к поддержке и установке, которые затмевают обычные литографические инструменты и соответствующую потребность в обеспечении значительно более выгодных структур затрат, чтобы оправдать свое собственное использование.

Согласно недавней записи в IEEE Spectrum, некоммерческий научно-исследовательский центр Imec, который является ведущим исследовательским центром литографии EUV, обнаружил значительные проблемы при использовании EUV для травления функций на 5 нм. Скорость стохастических эффектов значительно выше, чем приемлемо для современного производства.

Стохастический эффект - это эффект, который появляется случайным образом, не связанный с конкретным уровнем дозы, но вероятность которого пропорциональна силе дозы. В полупроводниках эти эффекты порождают дефекты, которые могут саботировать или повредить данный микропроцессор. То, что нашел Imec, предполагает, что эти эффекты достаточно распространены на 5 нм, чтобы стать серьезным барьером, требующим новых подходов к метрологии и дополнительных технологических решений. Иногда промежутки между узкими выгравированными траншеями были слишком узкими, что приводило к так называемым «микросоединениям» между объектами, которые не предназначены для соединения. В других случаях необходимые функции не распечатываются.

GlobalFoundries для интеграции EUV. Фото от EETimes
GlobalFoundries для интеграции EUV. Фото от EETimes

GlobalFoundries продемонстрировала диаграмму, предполагающую, что EUV может быть интегрирован постепенно, начиная с MOL (средний уровень), прежде чем интегрироваться в другие области производства. В этой модели EUV не видит полной интеграции до 2024 -2026. Как также обсуждают EETimes, по-прежнему существуют препятствия на пути полного развертывания практически на каждом этапе процесса, от метрологии до сопротивлений.

Проблема совершенства

Если вы хотите обзор проблемы на 10 000 футов, подумайте об этом в этих терминах: представьте, что вас попросили провести прямую линию с карандашом и листом бумаги. Большинство людей могут нарисовать разумную прямую линию свободной руки. Теперь представьте, что вас попросили сделать все более прямую линию. Сначала вы достигаете правителя. Когда этого уже недостаточно, вы можете использовать другие механические направляющие.

В конце концов, однако, этого уже недостаточно. Вы можете перейти к роботизированной руке с идеально поддерживаемым захватом и калиброванными датчиками движения и движения, которые гарантируют, что линия будет установлена ​​идеально. В прошлом, возможно, вам придется найти новый тип пишущего инструмента, способный уложить отметку с еще меньшим изменением отложения графита. Вы можете инвестировать в конкретный вид бумаги, который был спроектирован для уменьшения дисперсии поверхности и превосходной «плоскостности». Поскольку приемлемая дисперсия в прямой линии переходит от «глазного яблока» к «нанометрам», инструменты, необходимые для создания этой линии, становятся все сложнее.

Это, в очень большой степени, то, что происходит в современной литографии. EUV существует, потому что современные размеры размеров настолько малы, что их невозможно отобразить с существующей литографией 193 нм, не полагаясь на несколько фотомасок, что значительно увеличивает стоимость устройства. Но EUV - это такой принципиально иной подход к тому, что было развернуто ранее, он создает совершенно новый набор потенциальных проблем и взаимодействия с другими материалами в производственном процессе, а также все другие проблемы, связанные с сокращением узлов процесса и поиска путей более плотно упаковывать транзисторы. По мере уменьшения размеров объектов дефекты, которые раньше не влияли, угрожают дизайну. Это имеет значительные последствия для доходности чипов, что, в свою очередь, имеет значительные последствия для стоимости чипа.

Ожидается, что в конечном итоге ожидается, что расходы на литографию будут ограничены. Этот слайд с 2014 года, но четко показывает тенденции. Рассматривайте его как примерный пример улучшения стоимости.
Ожидается, что в конечном итоге ожидается, что расходы на литографию будут ограничены. Этот слайд с 2014 года, но четко показывает тенденции. Рассматривайте его как примерный пример улучшения стоимости.

Изображения, подобные приведенным выше, демонстрирующие литографию EUV, значительно снижающие затраты, предваряются идеей о том, что литейные цеха могут достичь одинаковых целевых показателей с EUV и без него. Если доходность EUV будет ниже, чем у обычных литографических выходов, это будет работать напрямую против любого толчка, чтобы переместить EUV в основной поток.

EUV - экономическая игра

Я хочу поразить это напрямую, потому что я видел этот вопрос в нескольких историях. Во многих случаях, когда полупроводниковые компании объявляют о прорыве в производстве, это во имя быстрого выпуска продуктов. EUV на самом деле не имеет никакого значения для скорости транзистора, по крайней мере, не напрямую.

Причина, по которой все набирают обороты в отношении EUV, состоит в том, что экономика полупроводникового производства находится на столкновении с фундаментальными пределами литографии 193 нм. Современные чипы полагаются на несколько фотомасок для травления своих функций в процессе, называемом многократным. Сегодня четырехместная модель обычно используется для 14/16-нм устройств. Но единственный способ продолжать движение вниз - это продолжать вводить новые маски. Каждая маска стоит денег, и каждая экспозиция требует времени. Чипы, которые раньше имели 30-40 шагов маски, могут иметь 70-90 сегодня и более ста в будущем. Причина, по которой литейные компании продолжают получать существенные доходы от старых узлов процесса, заключается в том, что многие клиенты не видят выгоды (и резко увеличивают затраты) от перехода на более новые узлы. Многостраничная обработка - большая часть причин.

Развертывание EUV не просто очищает путь для сокращения узлов в будущем. Это сокращает расходы на узлах, где они развернуты, и, надеюсь, дает клиентам, которые в противном случае не потрудились бы обновить их до нового узла, чтобы это сделать. Вот почему GF, Intel, Samsung и TSMC все время идут вперед, чтобы развернуть технологию, даже когда Imec подает звуковой сигнал о трудностях, стоящих впереди. Это не проблема. У EUV есть серьезные проблемы, которые еще предстоит решить, а EUV - необходимость продвижения отрасли вперед.

Следующие несколько лет будут интересными.