El tema de discusión de hoy es: ¿Por qué la máquina de litografía de 28 nm no puede lograr el proceso de exposición de 14 nm o incluso de 7 nm mediante el proceso de exposición múltiple? Antes de comprender este complejo conocimiento de los semiconductores, primero debe aprender los puntos de conocimiento previos. Los puntos de conocimiento de hoy incluyen: Primero, ¿qué es la llamada máquina de litografía de 28 nm? ¿Cómo definir? En segundo lugar, ¿qué factores determinan la precisión mínima de una máquina de litografía? ¿Qué es la precisión de superposición? En tercer lugar, los parámetros y definiciones reales de los transistores; cuarto, ilustraciones detalladas del proceso de exposición múltiple/proceso de cuatro exposiciones SAQP.

El motivo del número de palabras se divide en dos párrafos. Hoy hablaré sobre el primer y segundo punto, y el tercero y cuarto se discutirán la próxima vez.

El texto completo tiene más de 5.100 palabras.

1. ¿Cómo se define la máquina de litografía de 28 nm?

En primer lugar, no existe una máquina de litografía de 28 en la industria. Esta afirmación sólo existe entre el pueblo. Sin embargo, dado que es ciencia popular, debe explicarse desde la perspectiva de la gente común.

Entonces, ¿cómo debería definirse la llamada máquina de litografía 28?

Según el entendimiento general, si la precisión mínima puede alcanzar el ancho de línea de 28 nm, obviamente se puede considerar como una máquina de litografía de 28 nm.

Entonces surge nuevamente la pregunta: ¿cuál es el ancho de línea real de 28 nm?

La estructura interna del chip es en realidad similar a la de un edificio de gran altura. La distancia entre los transistores inferiores es la más pequeña y la distancia entre las capas de interconexión metálica superiores es relativamente grande. La llamada máquina de litografía de 28 nm debería referirse a una máquina de litografía que cumple con el tamaño característico de los pequeños transistores en la parte inferior de M0/M1.

¿Cuál es el tamaño real de la característica de 28 nm?

Hay dos versiones clásicas de los procesos de 28 nm, a saber, 28HKMG (puerta metálica de alto K) y 28Poly (puerta de oxinitruro de polisilicio). De hecho, existen más que estas dos versiones. TSMC ha ampliado LP, HPM, HPC, HPC+ y otras versiones en la plataforma de 28 nm, principalmente para satisfacer las diferentes necesidades de los clientes. Algunos clientes buscan frecuencia y rendimiento, mientras que otros buscan una relación de consumo de energía más baja. Por tanto, aunque todos son procesos de 28 nm, existen ligeras diferencias en cada versión del proceso.

La razón principal por la que existen tantas versiones de procesos es que los cambios en estos procesos provocarán cambios en las reglas de diseño.

Por un lado, reglas de diseño más flexibles pueden reducir y mejorar los pasos de la fotolitografía. En segundo lugar, diferentes procesos pueden mejorar significativamente el espaciamiento de las compuertas, con el fin de mejorar el rendimiento o las fugas.

Según la presentación de los líderes de la industria, 28HPC/HPC+ y 28LP/HP/HPL/HPM son ligeramente diferentes. Las longitudes de la puerta son 40 nm/35 nm/30 nm para la versión HPC y 38 nm/35 nm/31 nm para la versión LP.

A partir de este momento todos descubrieron,La longitud real de la puerta del proceso de 28 nm no es de 28 nm. El más grande es de 40 nm y el más pequeño es de 31 nm. De hecho, hay 6 especificaciones en total, e incluso 22 nm pueden considerarse una variante de 28 nm.

A partir del proceso de 40-28 nm, las longitudes de puerta nominal y real de los nodos del proceso ya no corresponden uno a uno, sino que se deben a la relación de equivalencia relativa.

Por lo tanto, para satisfacer el proceso de 28 nm, sin considerar otros factores del proceso, la resolución final de la máquina de litografía debe ser al menos capaz de cumplir con el ancho mínimo de línea de exposición de 40 nm. Sin embargo, dado que 40 nm no es el principal proceso de producción en masa, la situación real debería ser que la máquina de litografía del proceso principal debería cumplir al menos con CD = 35 nm, que es lo que la gente común suele entender como una máquina de litografía de 28 nm.

Verifiqué los parámetros de varios modelos de máquinas de litografía ASML. En teoría, puedo probar la precisión del NXT1950. Después de consultar al hermano He, obtuve una respuesta positiva. Los ingenieros extranjeros de I+D de la FAB intentaron por primera vez utilizar 1950 para el desarrollo de procesos de 28 nm.

Sin embargo, debido a muchos problemas en 1950, fue rápidamente abandonado y, a medida que el proceso evolucionó, las 28 principales máquinas de litografía producidas en masa por la FAB extranjera se convirtieron en NXT1960B y NXT1970C.

Entre ellos, el de 1970C es el más útil, pero la situación interna es diferente. En ese momento, el progreso nacional de 28 nm estaba entre 4 y 5 años por detrás del nivel avanzado extranjero. Cuando realmente estaba a punto de alcanzar el volumen, 1970 ya había pasado, por lo que la versión nacional de producción en masa de 28 nm era en realidad NXT 1980D. Aquí hay sólo una explicación de la situación real.

De hecho, hacer el proceso de 28 nm en 1980 equivale a usar un cañón para aplastar mosquitos, porque 1980 es mucho más caro que 1970, pero no hay manera, no hay un cañón viejo, por lo que solo podemos usar cañones nuevos.

Por lo tanto, basándonos en la situación real, podemos sacar una conclusión aquí:La llamada máquina de litografía de 28 nm debería referirse en realidad al modelo NXT1970Ci.

Finalmente, se insertan dos cuentos. Primero, cierto gran jefe dijo que el proceso HKMG fue causado por Intel que puso al mundo en una trampa y tomó muchos caminos equivocados. La razón es que se dice que HK es aluminio.

En segundo lugar, como se puede ver en los detalles anteriores, incluso si se trata de la misma empresa, la misma plataforma de proceso y diferentes versiones del proceso, las reglas de diseño son diferentes.

Es decir,Si una empresa de diseño de chips quiere reemplazar el proceso de salida de cinta original hoy, significará revertir casi por completo el trabajo de simulación y diseño de back-end. El costo es muy alto. Cuanto más sofisticado sea el proceso, mayor será el costo.

No importa si las grandes empresas de diseño de circuitos integrados tienen dinero. Las pequeñas empresas realmente necesitan pensar detenidamente si deberían cambiar de fábrica o de proceso. Esto no se puede hacer simplemente hablando.

Así que no crea que es una cuestión sencilla para una empresa de diseño cambiarse a una fábrica FAB para realizar el montaje. No es como si bajases a comprar comida. Si éste no es bueno, simplemente cámbielo. Es complicado. Nada es sencillo en el campo de los semiconductores. No utilice el pensamiento cotidiano para comprender las cosas relacionadas con los semiconductores. De hecho, no es un concepto en absoluto.

Cuando tenga tiempo en el futuro, publicaré en Internet una queja sobre un experto que no sabe nada sobre XX. Grita todos los días que la expansión de la planta de TSMC en Nanjing eliminará el negocio nacional de FAB. Maldita sea, ¿crees que cambiar a otra cinta FAB es sólo cuestión de tiempo? ¿Tomar el negocio tan pronto como lo digas?

En segundo lugar, ¿qué factores determinan la precisión mínima de una máquina de litografía? ¿Qué es la precisión de superposición?

La máquina de litografía es un sistema óptico muy grande. Cualquier pequeño error interno o externo afectará el efecto final. En el mundo de la luz, si algo está mal, está mal, y si hay un error, hay un error.

Si lo miramos desde la fórmula del criterio de Rayleigh: CD=K1*λ/NA. Evidentemente hay demasiados factores que afectan al CD mínimo. Si dejamos de lado los factores de influencia externos K1, K1 representa el grado de polimerización, el peso molecular, el tamaño de las partículas, el agente fotosensible del fotoprotector, así como la planitud de la oblea de silicio, el ángulo de incidencia de la luz y la cantidad de impurezas/polvo.

Entonces, si se comparan la misma plataforma y la misma longitud de onda de la fuente de luz, entonces los principales factores que afectan la precisión son la precisión de la medición en línea y la precisión del movimiento de la etapa de doble pieza de trabajo.

La etapa de pieza de trabajo dual, la tecnología de plataforma "TWINSCAN" única de ASML, es el mayor secreto de la competitividad de ASML.

Inserte una pequeña historia sobre ASML y Nikon, una vez lo llamé los tres clavos en el ataúd de Nikon, y este es el segundo.

También se mencionó en el libro "Lithography Giant" que aunque el PAS5500 de ASML también pasó la certificación de IBM/Intel en el proceso de 8 pulgadas, Intel rara vez miró a ASML en la adquisición real. Las compras reales a gran escala en la línea de producción fueron las S-204/205 de Nikon.

Se compran grandes cantidades de máquinas de litografía PAS5500 a clientes de fundición y almacenamiento como TSMC, Samsung y Micron.

De hecho, en términos de capacidad de producción de equipos, PAS5500 es más fuerte que S205. ¿Por qué Intel no lo usa?

La razón es simple, porque para Intel, que monopoliza el mercado de CPU, el pastel del mercado es lo suficientemente grande y puede ganar dinero con ello. No importa si la producción es más rápida o más lenta, por lo que nunca ha requerido una gran capacidad de producción. Hubo un tiempo en que la tasa de utilización de la capacidad de Intel era solo del 60% y ni siquiera empezaba a funcionar por la noche. Lenta y pausadamente no entró en pánico en absoluto. Por lo tanto, es por eso que aunque el PAS5500 tiene una ventaja en capacidad de producción sobre el S205 de Nikon, Intel no estaba interesado en ASML en la etapa inicial.

Pero TSMC es diferente. La capacidad de producción es el salvavidas. ¿Una tasa de utilización de la capacidad del 60%? ¿Dejar de trabajar y no producir por la noche? ¿No es esto una pérdida de dinero?

Para las empresas de fundición de obleas como TSMC, deben tener ventajas en costo, eficiencia y capacidad de producción para poder salir de este feroz campo de batalla y afianzarse firmemente en la competencia.

Por lo tanto, la competencia hace que la gente progrese, mientras que el monopolio hace que la gente sea perezosa. ASML utiliza máquinas de litografía de alta capacidad para capturar firmemente los corazones de TSMC. Lo mismo ocurre con las fábricas de almacenamiento. La competencia es muy feroz. ¿Cómo se puede ganar dinero tumbado como Intel?

Pero, de nuevo,El trabajo en la fábrica FAB es realmente cruel y sólo los ingenieros con tolerancia y obediencia absoluta cultivados en el círculo cultural del este de Asia pueden adaptarse a él.

TSMC una vez hizo un chiste:Serás muy rico trabajando en TSMC porque no tienes tiempo para gastar dinero.

La crueldad es evidente, ¡incluso el 996 es débil frente a FAB!

¡El trabajo y el sistema de FAB simplemente no los realizan humanos! Recientemente, hay un amigo de franquicia en Internet. En una larga serie, su historia sobre el gerente de la franquicia en Singapur se llama "Reseña de un veterano de Chip". Puedes comprobarlo. Es muy realista.

Quizás después de leer esto, sabrás por qué la familia Sa se atrevió a hacer declaraciones tan audaces".Si a la nueva fábrica de TSMC en Arizona le va bien, me pondré cabeza abajo y me lavaré el pelo en el río Colorado.".

Porque creo que es imposible que la gente en Estados Unidos haga bien este trabajo. ¿Por qué no vas a Wanwan y reclutas gente para que venga? Pero todo el mundo sabe que quienes quieren ir a Estados Unidos sólo necesitan obtener una tarjeta verde. Aquellos que tienen motivos ocultos son realmente malos si les va bien.

Volviendo al tema, ¿cómo aumenta ASML la capacidad de producción? ¿Qué tipo de habilidades únicas tiene?

En retrospectiva, la solución fue bastante sencilla.

Antes de exponer el patrón a la oblea, ésta debe medirse con precisión. Tanto la medición como la exposición toman tiempo. Para reducir el tiempo necesario para cada proceso y mejorar la eficiencia, ¿por qué no empezar a medir y alinear la siguiente oblea mientras se expone una oblea?

De esta manera nació el sistema TWINSCAN.


Sistema TWINSCAN: uno es responsable de la medición de alineación preliminar y el otro es responsable de la exposición.

TWINSCAN es el primer y único sistema de litografía con plataforma de trabajo de doble oblea.

Las obleas se cargan alternativamente en la plataforma TWINSCAN. Cuando se expone la oblea de una plataforma, la otra oblea se carga en la plataforma n.° 2 para su alineación y medición. Luego las dos plataformas intercambian posiciones. La oblea originalmente en la plataforma N° 2 queda expuesta, mientras que la oblea en la plataforma N° 1 se descarga. Luego se cargan, alinean y miden nuevas obleas.

Esta solución paralela de medir, alinear y exponer al mismo tiempo puede aumentar en gran medida la capacidad de producción de la máquina de litografía por hora, lo que ayuda a TSMC a mejorar en gran medida la eficiencia de la producción y mejorar los beneficios finales.

En 2001, se envió el primer sistema de plataforma de oblea dual TWINSCAN que utilizaba esta tecnología revolucionaria: la máquina de litografía TWINSCANAT:750T.

La máquina de litografía 750T utiliza un sistema de fuente de luz KrF con una longitud de onda de 248 nm, que admite la producción de procesos de 130 nm.

Pronto, la máquina de litografía i-line de ASML también introdujo una plataforma de oblea dual, a saber, TWINSCANAT:400T; luego, esta tecnología se introdujo en una máquina de litografía ArF de 193 nm de gama alta, a saber, TWINSCANAT:1100. Por lo tanto, desde la línea i-line hasta la línea KrF, el sistema TWINSCAN abarca máquinas de litografía de varios modelos de plataforma ASML, ampliando el alcance de la tecnología y permitiendo que todas las capas de chips queden expuestas en la nueva plataforma.

Las capacidades de innovación continua de ASML brindan mejoras incrementales en la resolución, precisión de superposición y productividad de la plataforma TWINSCAN, de diferentes maneras, como actualizaciones de plataforma, actualizaciones de nuevos sistemas y actualizaciones en el sitio, lo que sea que haga que los clientes se sientan cómodos.

por lo tanto,¡La precisión del movimiento de la plataforma de doble pieza es, hasta cierto punto, la clave para la precisión de alineación de la máquina de fotolitografía!

También es increíble comprender el proceso de trabajo de la mesa de doble pieza. Este es el poder de la tecnología.

Se mueven a gran velocidad todo el tiempo. Cuando están parados, aceleran rápidamente y luego se detienen repentinamente para alcanzar la posición donde deberían detenerse. La precisión es impresionante.

Si se calcula en base a la aceleración instantánea, ha superado la velocidad de lanzamiento del cohete. Se detendrá en la posición exacta en el momento siguiente sin ningún error, porque cualquier error a esta velocidad no se puede compensar.

Aunque te equivoques, no se desechará toda la oblea y tendrás que empezar de nuevo, pero si cometes este error varias veces, huye rápido, y el ingeniero vendrá a picarte con un machete de 40 metros.

La mesa de doble pieza acelera - parada de emergencia - acelera - parada de emergencia, repitiendo este proceso mientras mantiene un estado de trabajo estable a largo plazo.

Por lo tanto, en cierto sentido, el sistema de etapa de pieza dual determina la capacidad máxima de producción de la máquina de litografía y su precisión. En el mundo de las máquinas de litografía, esto se llama Overlay: precisión de superposición.

Tomando NXT1980Di como ejemplo, los parámetros oficiales son OPO≤3.5nm, DCO≤1.6nm, MMO≤2.5nm. Generalmente 4-5 peores

¡Aquí viene el punto! Popularizar conocimientos que el 99% de la gente no conoce.

OPO significa OnProductOverlay, que es la precisión de superposición del producto. Debido a que el proceso de fabricación de chips es algo similar al proceso de construcción de un edificio, es equivalente a la precisión de alineación entre la última exposición y la actual. Esta precisión está dentro de los 3 nm.

DCO es la abreviatura de DedicateChuckOverlay, que equivale a que el mismo dispositivo tenga su propia precisión, que está dentro de los 1,6 nm.

MMO es la abreviatura de Mix-and-MatchOverlay, que equivale a la precisión de superposición entre diferentes dispositivos. Puede ser inferior a 2,5 nm.

¿Recuerdas el proceso de exposición múltiple? Un paso muy importante en el proceso de exposición múltiple es dividir el patrón de máscara original en dos partes y exponerlo dos veces para obtener un patrón más pequeño.

Obviamente, ya sea OPO, DCO o MMO, estos parámetros juntos determinan si se puede utilizar el proceso de exposición múltiple, la consistencia del patrón de exposición después de la producción en masa y la precisión de la alineación final de las capas superior e inferior.

Si algún parámetro no es suficiente, entonces el patrón producido por múltiples exposiciones debe ser torcido, horrible y desordenado. Sin mencionar el rendimiento, probablemente se desechará toda la oblea.

Esta imagen fue publicada en línea hoy:

Las imágenes son proporcionadas por amigos del grupo, avíseme si hay alguna infracción.

Sólo se puede decir que hay muchos errores en lo anterior. El NXE3400 está escrito como NXT, el NXT2000 se descontinuó hace mucho tiempo y nunca se vendió en China, y el 2050 puede alcanzar los 5 nm. Hay demasiados errores.

Aquí iré directamente a los datos organizados por el profesor Guan:

Busquemos fallos y veamos cuántas cosas están mal.

Volver al tema.

La razón por la que 1970 solo puede funcionar a 28 nm, 14 nm es muy difícil, y mucho menos 7 nm, la razón está aquí. En comparación con 1980, ¡la superposición de 1970 está muy por detrás!

El rendimiento de Overlay no es lo suficientemente bueno, ¡no puedo hacerlo!

Por lo tanto, la etapa de doble pieza de trabajo es, hasta cierto punto, el componente clave más importante además de la fuente de luz y el sistema de lente objetivo.

Su estabilidad, precisión de alineación y tiempo medio de funcionamiento sin problemas afectan directamente el estado de funcionamiento real de la máquina de litografía e incluso afectan el nivel de proceso y la capacidad de producción de toda la FAB.

Por lo tanto, es necesario exponer hasta cientos de unidades (campo) en una oblea, y las máquinas de fotolitografía avanzadas pueden exponer más de 300 obleas de silicio por hora, garantizando al mismo tiempo que la cantidad de exposición sea la misma cada vez.

Suponiendo que hay 300 unidades de área en una oblea de 12 pulgadas que deben exponerse, esto equivale a 2,16 millones de exposiciones al día y 788,4 millones de exposiciones al año. La estabilidad y la consistencia del efecto de la plataforma de doble pieza y de todo el equipo es una prueba enorme.

Tal vez estos números no te hagan pensar en nada, pero después de pensarlo, el contenido técnico representado por estos números es realmente impactante.

Alguien lo comparó una vez con dos aviones volando a gran velocidad. Uno de ellos sacó un cuchillo y talló palabras en el otro plano en un área del tamaño de un grano de arroz.

El desafío más difícil en ingeniería es mantener esta máquina increíblemente precisa funcionando de manera estable las 24 horas del día, los 7 días de la semana, con innumerables picos técnicos que superar.

En el pasado, se afirmó que cierto laboratorio en China podía alcanzar varios nanómetros, y mucha gente pregonaba que superar el ASML estaba a la vuelta de la esquina. Debes saber que existe una gran diferencia entre los equipos de laboratorio que tallan dos líneas rectas y los equipos comerciales que funcionan de manera estable las 24 horas del día para exponer gráficos complejos.

Sé que ha habido avances en tecnologías clave en algunos aspectos en China, pero todavía queda un largo camino por recorrer y todavía queda un largo camino por recorrer antes de un éxito real.

acceso:

Centro comercial Jingdong