O tópico da discussão de hoje é: Por que a máquina de litografia de 28 nm não consegue atingir o processo de exposição de 14 nm ou mesmo 7 nm por meio do processo de exposição múltipla? Antes de compreender esse conhecimento complexo sobre semicondutores, você deve primeiro aprender os pontos de conhecimento pré-requisitos. Os pontos de conhecimento atuais incluem: Primeiro, o que é a chamada máquina de litografia de 28 nm? Como definir? Em segundo lugar, quais fatores determinam a precisão mínima de uma máquina de litografia? O que é precisão de sobreposição? Terceiro, os parâmetros e definições reais dos transistores; quarto, ilustrações detalhadas do processo de exposição múltipla/processo de quatro exposições SAQP.

O motivo da contagem de palavras é dividido em dois parágrafos. Hoje falarei sobre o primeiro e o segundo pontos, e o terceiro e o quarto pontos serão discutidos na próxima vez.

O texto completo tem mais de 5.100 palavras.

1. Como é definida a máquina de litografia de 28 nm?

Em primeiro lugar, não existe o nome de máquina de litografia de 28 nm na indústria. Esta afirmação só existe entre as pessoas, mas por ser ciência popular, deve ser explicada do ponto de vista das pessoas comuns.

Então, como a chamada máquina de litografia 28 deve ser definida?

De acordo com um entendimento geral, se a precisão mínima puder atender à largura da linha de 28 nm, obviamente pode ser considerada uma máquina de litografia de 28 nm.

Então surge a pergunta novamente: qual é a largura real da linha de 28 nm?

A estrutura interna do chip é na verdade semelhante a um prédio alto. O espaçamento entre os transistores inferiores é o menor, e o espaçamento entre as camadas metálicas de interconexão acima é relativamente grande. A chamada máquina de litografia de 28 nm deve referir-se à máquina de litografia que atende ao tamanho característico dos pequenos transistores na parte inferior de M0/M1.

Qual é o tamanho real do recurso de 28 nm?

28nm tem duas versões clássicas do processo, nomeadamente 28HKMG (porta de metal de alto K) e 28Poly (porta de oxinitreto de polissilício). Na verdade, não são apenas essas duas versões. A TSMC estava na plataforma de 28 nm naquele ano. A extensão de LP, HPM, HPC, HPC+ e outras versões é principalmente para atender às diferentes necessidades dos clientes. Alguns clientes buscam frequência e desempenho, enquanto outros buscam menor taxa de consumo de energia. Portanto, embora sejam todos processos de 28 nm, existem pequenas diferenças em cada versão do processo.

A principal razão pela qual existem tantas versões de processos é que mudanças nesses processos provocarão mudanças nas regras de design.

Por um lado, regras de design mais flexíveis podem reduzir e melhorar as etapas da fotolitografia. Em segundo lugar, diferentes processos podem melhorar significativamente o espaçamento das comportas, com o objetivo de melhorar o desempenho ou o vazamento.

De acordo com a introdução dos líderes da indústria, 28HPC/HPC+ e 28LP/HP/HPL/HPM são ligeiramente diferentes. Os comprimentos de porta são 40nm/35nm/30nm para a versão HPC e 38nm/35nm/31nm para a versão LP.

A partir deste ponto, todos descobriram que o comprimento real do portão do processo 28nm não é 28nm. O maior é 40nm e o menor é 31nm. Na verdade, existem 6 especificações no total, e mesmo 22nm pode ser considerado uma variante de 28nm.

A partir do processo de 40-28 nm, os comprimentos de porta nominais e reais dos nós do processo não correspondem mais a um para um, mas são relativamente equivalentes.

Portanto, para satisfazer o processo de 28 nm, sem considerar outros fatores do processo, a resolução final da máquina de litografia deve ser pelo menos capaz de atender à largura mínima da linha de exposição de 40 nm. No entanto, como 40 nm não é o principal processo de produção em massa, a situação real deveria ser que a máquina de litografia do processo principal deveria pelo menos atender a CD = 35 nm, que é o que as pessoas comuns geralmente entendem como uma máquina de litografia de 28 nm.

Verifiquei os parâmetros de cada modelo de máquina de litografia ASML. Teoricamente, você pode testar a precisão do NXT1950. Depois de consultar o irmão He, obtive uma resposta positiva. Engenheiros estrangeiros de P&D da FAB tentaram pela primeira vez usar 1950 para o desenvolvimento de processos de 28 nm.

No entanto, devido aos muitos problemas de 1950, foi rapidamente abandonado. E com a evolução do processo, as 28 principais máquinas de litografia produzidas em massa da FAB estrangeira passaram a ser NXT1960B e NXT1970C.

Entre eles, 1970C é o mais útil, mas a situação doméstica é diferente. Naquela época, o progresso doméstico de 28 nm estava cerca de 4-5 anos atrás do nível avançado estrangeiro. Quando estava realmente prestes a atingir o volume, 1970 já havia passado, então a versão doméstica de produção em massa de 28 nm era na verdade o NXT 1980D. Aqui está apenas uma explicação da situação real.

Na verdade, fazer o processo de 28 nm em 1980 equivale a usar um canhão para matar mosquitos, porque 1980 é muito mais caro que 1970, mas não tem como, não tem canhão antigo, então só podemos usar canhões novos.

Portanto, com base na situação real, podemos tirar uma conclusão aqui: A chamada máquina de litografia de 28 nm deve, na verdade, referir-se ao modelo NXT1970Ci.

Por fim, são inseridos dois contos. Primeiro, um certo chefão disse que o processo HKMG foi causado pela Intel que levou o mundo a um buraco e tomou muitos caminhos errados. A razão é que se diz que HK é alumínio.

Em segundo lugar, como você pode ver pelos detalhes acima, mesmo que seja a mesma empresa, a mesma plataforma de processo, versões diferentes do processo, as regras de design são diferentes.

Em outras palavras, Se uma empresa de design de chips deseja substituir o processo original de fita adesiva hoje, isso significa derrubar quase completamente o design de back-end e o trabalho de simulação. O custo é muito alto. Quanto mais sofisticado for o processo, maior será o custo.

Não importa se as grandes empresas de design de IC têm dinheiro. As pequenas empresas precisam realmente de pensar cuidadosamente se devem mudar de fábrica ou de processos. Esta questão não pode ser mudada apenas conversando.

Portanto, não pense que é uma questão simples para uma empresa de design mudar para uma fábrica da FAB para retirar a fita. Não é como se você descesse para comprar mantimentos. Se este não estiver bom, basta alterá-lo. É complicado. Nada é simples no campo dos semicondutores. Não use o pensamento cotidiano para entender coisas em semicondutores. Na verdade, não é um conceito.

Quando tiver tempo, postarei uma reclamação sobre qual especialista na Internet que nada sabe sobre XX grita todos os dias que a expansão da fábrica da TSMC em Nanjing acabará com os negócios domésticos da FAB. Droga, você acha que mudar para outra fita da FAB é apenas uma questão de mudança? Você vai agarrar o negócio assim que disser isso?

Em segundo lugar, quais são os fatores que determinam a precisão mínima de uma máquina de litografia? O que é precisão de sobreposição?

A máquina de litografia é um sistema óptico muito grande. Quaisquer pequenos erros internos ou externos afetarão o efeito final. No mundo da luz, se algo está errado, está errado, e se há um erro, há um erro.

Se olharmos a partir da fórmula do critério de Rayleigh: CD=K1*λ/NA. Obviamente, existem muitos fatores que afetam o CD mínimo. Se deixarmos de lado os fatores de influência externos K1, K1 representa o grau de polimerização, peso molecular, tamanho de partícula, agente fotossensível do fotorresiste, bem como o nivelamento da pastilha de silício, o ângulo de incidência da luz e a quantidade de impurezas/poeira.

Se a mesma plataforma e o comprimento de onda da fonte de luz forem comparados juntos, os principais fatores que afetam a precisão são a precisão da medição online e a precisão do movimento do estágio duplex.

O estágio duplo da peça, que é a tecnologia de plataforma “TWINSCAN” exclusiva da ASML, é o maior segredo para a ASML permanecer competitiva!

Insira uma pequena história sobre ASML e Nikon. Certa vez chamei isso de três pregos no caixão da Nikon, e este é o segundo.

também foi mencionado no livro "Lithography Giant". Embora o PAS5500 da ASML também tenha passado na certificação da IBM/Intel no processo de 8 polegadas, a Intel raramente considerava o ASML nas compras reais. A compra real em grande escala na linha de produção foi a S-204/205 da Nikon.

Compre máquinas de litografia PAS5500 em grandes quantidades de OEM e clientes de armazenamento, como TSMC, Samsung e Micron.

Na verdade, em termos de capacidade de produção de equipamentos, o PAS5500 é mais forte que o S205. Por que a Intel não o usa?

O motivo é muito simples, porque para a Intel, que monopoliza o mercado de CPU, o bolo do mercado é grande o suficiente e ela pode ganhar dinheiro com isso. Não importa se a produção é mais rápida ou mais lenta, por isso nunca exigiu alta capacidade de produção. Ao mesmo tempo, a taxa de utilização da capacidade da Intel era de apenas 60% e ela nem sequer começava a trabalhar à noite. Lentamente e sem pressa, não entrei em pânico. Portanto, é por isso que, embora o PAS5500 tenha uma vantagem em capacidade de produção sobre o S205 da Nikon, a Intel não estava interessada em ASML no estágio inicial.

Mas TSMC é diferente. A capacidade de produção é a tábua de salvação. 60% de utilização da capacidade? Parar de trabalhar e não ter produção à noite? Isso não é um desperdício de dinheiro?

Para empresas de fundição como a TSMC, elas devem ter vantagens em custo, eficiência e capacidade de produção para sair deste campo de batalha feroz e ganhar uma posição firme na concorrência.

Portanto, a competição faz as pessoas progredirem e o monopólio torna as pessoas preguiçosas. ASML usa máquinas de litografia de alta capacidade para capturar firmemente os corações da TSMC. O mesmo vale para fábricas de armazenamento. A concorrência é muito acirrada. Como você pode ganhar dinheiro deitado como a Intel?

Mas dito isso, o trabalho na fábrica FAB é realmente cruel, e apenas engenheiros com tolerância e obediência absoluta cultivadas no círculo cultural do Leste Asiático podem se adaptar.

No passado, a TSMC contava uma piada: Você ficará muito rico trabalhando na TSMC, porque não tem tempo para gastar dinheiro.

A crueldade é evidente, até 996 é fraco diante da FAB! O trabalho e o sistema do

FAB simplesmente não são feitos por humanos! Recentemente, surgiu um amigo de franquia na Internet. Em uma longa série, sua história sobre o gerente de franquia em Cingapura é chamada de "Review of a Chip Veteran". Você pode conferir. É muito realista.

Talvez depois de lê-lo, você saiba por que Sajia se atreveu a fazer a declaração ousada "Se a nova fábrica da TSMC no Arizona for bem, irei ao Rio Colorado para lavar meu cabelo de cabeça para baixo".

Porque acho que é impossível para as pessoas nos Estados Unidos fazerem bem este trabalho. Por que você não vai para Wanwan e recruta pessoas para virem? Mas todo mundo sabe que quem quer ir para os Estados Unidos é só para conseguir o green card. Aqueles que têm segundas intenções são realmente maus se agirem bem.

Voltando ao assunto, como o ASML aumenta a capacidade de produção? Que tipo de habilidades únicas ele possui?

Olhando para trás, a solução era bastante simples.

Antes do padrão ser exposto ao wafer, o wafer deve ser medido com precisão. Tanto a medição quanto a exposição levam tempo. Para reduzir o tempo necessário para cada processo e melhorar a eficiência, por que não começar a medir e alinhar o próximo wafer enquanto expõe um wafer?

Desta forma, nasceu o sistema TWINSCAN


Sistema TWINSCAN: Um é responsável pela medição de pré-alinhamento e o outro é responsável por exposição

TWINSCAN é o primeiro e único sistema de litografia com uma plataforma de trabalho de wafer duplo.

Wafers são carregados alternadamente na plataforma TWINSCAN. Quando o wafer de uma plataforma está sendo exposto, o outro wafer é carregado na plataforma nº 2 para alinhamento e medição. Então as duas plataformas trocam de posição. O wafer originalmente na plataforma nº 2 é exposto e o wafer na plataforma nº 1 é descarregado. Novos wafers são então carregados, alinhados e medidos.

Esta solução paralela de medição, alinhamento e exposição ao mesmo tempo pode aumentar muito a capacidade de produção da máquina de litografia por hora, o que ajuda a TSMC a melhorar muito a eficiência da produção e aumentar os benefícios finais.

Em 2001, foi lançado o primeiro sistema de plataforma de wafer duplo TWINSCAN usando esta tecnologia revolucionária - máquina de litografia TWINSCANAT:750T. A máquina de litografia

750T usa um sistema de fonte de luz KrF com um comprimento de onda de 248 nm e suporta a produção de processos de 130 nm.

Em breve, a máquina de litografia i-line da ASML também introduziu uma plataforma de wafer duplo, nomeadamente TWINSCANAT:400T; então, essa tecnologia foi introduzida em uma máquina de litografia ArF de 193nm de última geração, chamada TWINSCANAT:1100. Portanto, da linha i à linha KrF, o sistema TWINSCAN abrange máquinas de litografia de vários modelos de plataforma ASML, ampliando o escopo da tecnologia e permitindo que todas as camadas do chip sejam expostas na nova plataforma. Os recursos de inovação contínua do

ASML fornecem melhorias incrementais na resolução, precisão de sobreposição e produtividade da plataforma TWINSCAN - de diferentes maneiras, como atualizações de plataforma, novas atualizações de sistema e atualizações no local, em uma palavra, o que deixa os clientes confortáveis.

Portanto, a precisão do movimento do estágio de peça dupla é, até certo ponto, a chave para a precisão do alinhamento da máquina de litografia!

Compreender o processo de trabalho da mesa dupla de peças é incrível. Este é o poder da tecnologia.

Eles estão se movendo em alta velocidade o tempo todo. Quando parados, eles aceleram rapidamente e depois param repentinamente para alcançar a posição onde deveriam parar. A precisão é de tirar o fôlego.

Se calculado com base na aceleração instantânea, excedeu a velocidade de lançamento do foguete. Ele irá parar na posição exata no momento seguinte sem cometer erros, pois quaisquer erros nesta velocidade não podem ser compensados.

Se você cometer um erro, embora o wafer inteiro não seja descartado e você tenha que recomeçar, mas se você cometer esse erro muitas vezes, fuja rápido, pois o engenheiro virá cortar as pessoas com um facão de 40 metros.

A mesa dupla de peças acelera - parada de emergência - acelera - parada de emergência, repetindo esse processo enquanto mantém um status de trabalho estável a longo prazo.

Então, de certa forma, o sistema de estágio duplo da peça determina a capacidade máxima de produção da máquina de litografia, bem como sua precisão. No mundo das máquinas de litografia, isso é chamado de Overlay - precisão de sobreposição.

Tomando NXT1980Di como exemplo, os parâmetros oficiais são OPO≤3,5nm, DCO≤1,6nm, MMO≤2,5nm. Geralmente pior 4-5

Aqui está o ponto! Popularizar o conhecimento que 99% das pessoas não sabem.

OPO significa OnProductOverlay. A precisão da sobreposição no produto, porque o processo de fabricação do chip é um tanto semelhante ao processo de construção de um edifício, é equivalente à precisão do alinhamento entre a última exposição e a atual. Essa precisão está dentro de 3 nm.

DCO é a abreviatura de DedicateChuckOverlay, que equivale ao mesmo dispositivo com precisão própria. Isso está dentro de 1,6 nm.

MMO é a abreviatura de Mix-and-MatchOverlay, que equivale à precisão de sobreposição entre diferentes dispositivos. Isso pode ser inferior a 2,5 nm.

Você se lembra do processo de multiexposição? Um passo muito importante no processo de multiexposição é dividir o padrão da máscara original em duas partes e expô-lo duas vezes para obter um padrão menor.

Obviamente, seja OPO, DCO ou MMO, esses parâmetros juntos determinam se você pode usar o processo de exposição múltipla, bem como a consistência do padrão de exposição após a produção em massa e a precisão do alinhamento final das camadas superior e inferior.

Se algum parâmetro não for suficiente, então os gráficos produzidos por múltiplas exposições devem ser tortos, horríveis e uma bagunça. Sem falar no rendimento, todo o wafer provavelmente será descartado.

Esta foto foi postada na Internet hoje:

A imagem é fornecida por um grupo de amigos. Se houver alguma infração, avise-meTAGP H26

Só posso dizer que o texto acima está cheio de erros. O NXE3400 é escrito como NXT, o NXT2000 foi descontinuado há muito tempo e nunca foi vendido na China, e o 2050 pode atingir 5 nm. Existem muitos erros.

Irei diretamente para os dados compilados pelo Professor Guan:

Vamos encontrar falhas e ver quantos lugares estão errados.

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A razão pela qual 1970 só pode fazer 28nm, 14nm é muito difícil, quanto mais 7nm, a razão está aqui, em comparação com 1980, a sobreposição de 1970 está muito atrasada!

O desempenho do Overlay não é bom o suficiente, não consigo fazer isso!

Portanto, o estágio duplo da peça, até certo ponto, é o componente chave mais importante além da fonte de luz e do sistema de lentes objetivas.

Sua estabilidade, precisão de alinhamento e tempo médio de execução sem problemas afetam diretamente o status real de trabalho da máquina de litografia e até mesmo afetam o nível do processo e a capacidade de produção de toda a FAB.

Portanto, até centenas de unidades (campo) precisam ser expostas em um wafer, e máquinas de fotolitografia avançadas podem expor mais de 300 wafers de silício por hora, garantindo que a quantidade de exposição seja sempre a mesma.

Supondo que haja 300 áreas unitárias que precisam ser expostas em um wafer de 12 polegadas, isso equivale a 2,16 milhões de exposições por dia e 788,4 milhões de exposições por ano. A estabilidade e a consistência do efeito do estágio duplo da peça e de todo o equipamento são um grande teste.

Talvez esses números não façam você pensar em nada, mas depois de pensar bem, o conteúdo técnico representado por esses números é realmente chocante.

Certa vez, alguém comparou isso a dois aviões voando em alta velocidade. Um deles pegou uma faca e gravou palavras no outro plano, em uma área do tamanho de um grão de arroz.

É o desafio mais difícil em engenharia para uma máquina com movimentos tão escandalosamente precisos manter uma operação estável 24 horas por dia, 7 dias por semana, com inúmeros picos técnicos a serem superados.

Anteriormente, afirmava-se que um determinado laboratório na China poderia atingir vários nanômetros, e muitas pessoas elogiaram que superar o ASML estava chegando. Você deve saber que há uma enorme diferença entre equipamentos de laboratório que cortam duas linhas retas e equipamentos comerciais que funcionam de forma estável 24 horas por dia para expor gráficos complexos.

Sei que a China fez avanços em tecnologias-chave em alguns aspectos, mas ainda há um longo caminho a percorrer e ainda há um longo caminho a percorrer antes do verdadeiro sucesso.

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