Le sujet de la discussion d'aujourd'hui est le suivant : Pourquoi la machine de lithographie à 28 nm ne peut-elle pas réaliser le processus d'exposition à 14 nm ou même à 7 nm grâce au processus d'exposition multiple ? Avant de comprendre ces connaissances complexes sur les semi-conducteurs, vous devez d'abord apprendre les points de connaissances préalables. Les points de connaissance d’aujourd’hui incluent : Premièrement, qu’est-ce que la machine de lithographie dite 28 nm ? Comment définir ? Deuxièmement, quels facteurs déterminent la précision minimale d’une machine de lithographie ? Qu'est-ce que la précision de la superposition ? Troisièmement, les paramètres réels et les définitions des transistors ; quatrièmement, des illustrations détaillées du processus multi-exposition/processus SAQP à quatre expositions.

La raison du nombre de mots est divisée en deux paragraphes. Aujourd'hui, je parlerai des premier et deuxième points, et les troisième et quatrième points seront discutés la prochaine fois.

Le texte intégral compte plus de 5 100 mots.

1. Comment est définie la machine de lithographie 28 nm ?

Tout d’abord, il n’existe pas de machine de lithographie 28 dans l’industrie. Cette affirmation n’existe que parmi le peuple. Cependant, puisqu’il s’agit d’une science populaire, elle doit être expliquée du point de vue des gens ordinaires.

Alors, comment définir la machine dite de lithographie 28 ?

Selon une compréhension générale, si la précision minimale peut atteindre la largeur de ligne de 28 nm, elle peut évidemment être considérée comme une machine de lithographie de 28 nm.

La question revient donc : quelle est la largeur réelle de la ligne de 28 nm ?

La structure interne de la puce est en réalité similaire à celle d’un immeuble de grande hauteur. La distance entre les transistors inférieurs est la plus petite et la distance entre les couches d'interconnexion métalliques supérieures est relativement grande. La machine de lithographie dite 28 nm devrait faire référence à une machine de lithographie qui répond à la taille caractéristique des petits transistors au bas de M0/M1.

Quelle est la taille réelle de la fonctionnalité de 28 nm ?

Il existe deux versions classiques des procédés 28 nm, à savoir 28HKMG (grille métallique à haute teneur en K) et 28Poly (grille d'oxynitrure de polysilicium). En fait, il existe bien plus que ces deux versions. TSMC a étendu les versions LP, HPM, HPC, HPC+ et autres sur la plate-forme 28 nm, principalement pour répondre aux différents besoins des clients. Certains clients recherchent la fréquence et les performances, tandis que d'autres recherchent un rapport de consommation d'énergie plus faible. Par conséquent, bien qu’il s’agisse tous de processus 28 nm, il existe de légères différences dans chaque version de processus.

La principale raison pour laquelle il existe tant de versions de processus est que les modifications apportées à ces processus entraîneront des changements dans les règles de conception.

D’une part, des règles de conception plus flexibles peuvent réduire et améliorer les étapes de photolithographie. Deuxièmement, différents processus peuvent améliorer considérablement l’espacement des portes, dans le but d’améliorer les performances ou les fuites.

Selon l'introduction des leaders de l'industrie, 28HPC/HPC+ et 28LP/HP/HPL/HPM sont légèrement différents. Les longueurs de grille sont de 40 nm/35 nm/30 nm pour la version HPC et de 38 nm/35 nm/31 nm pour la version LP.

À partir de ce moment, tout le monde a découvert,La longueur réelle de la porte du processus 28 nm n'est pas de 28 nm. Le plus grand mesure 40 nm et le plus petit 31 nm. En fait, il existe 6 spécifications au total, et même le 22 nm peut être considéré comme une variante du 28 nm.

À partir du processus 40-28 nm, les longueurs de grille nominales et réelles des nœuds du processus ne correspondent plus à un pour un, mais sont dues à la relation d'équivalence relative.

Par conséquent, afin de satisfaire au processus de 28 nm, sans prendre en compte d'autres facteurs de processus, la résolution finale de la machine de lithographie doit être au moins capable d'atteindre la largeur minimale de ligne d'exposition de 40 nm. Cependant, étant donné que le 40 nm n'est pas le principal processus de production de masse, la situation réelle devrait être que la machine de lithographie principale devrait au moins répondre à CD = 35 nm, ce que les gens ordinaires comprennent généralement comme une machine de lithographie à 28 nm.

J'ai vérifié les paramètres de différents modèles de machines de lithographie ASML. Théoriquement, je peux tester la précision du NXT1950. Après avoir consulté frère He, j'ai obtenu une réponse positive. Les ingénieurs R&D étrangers du FAB ont d’abord essayé d’utiliser 1950 pour le développement de processus en 28 nm.

Cependant, en raison de nombreux problèmes en 1950, il fut rapidement abandonné et, à mesure que le processus évoluait, les 28 principales machines de lithographie produites en série par les FAB étrangères devinrent les NXT1960B et NXT1970C.

Parmi eux, 1970C est le plus utile, mais la situation intérieure est différente. À cette époque, les progrès nationaux en matière de 28 nm étaient en retard d'environ 4 à 5 ans sur le niveau avancé étranger. Au moment où il était vraiment sur le point d'entrer en volume, 1970 était révolu, donc la version nationale de production de masse en 28 nm était en fait le NXT 1980D. Voici seulement une explication de la situation réelle.

En fait, faire le processus 28 nm en 1980 équivaut à utiliser un canon pour écraser les moustiques, car 1980 coûte beaucoup plus cher que 1970, mais il n'y a aucun moyen, il n'y a pas de vieux canon, nous ne pouvons donc utiliser que de nouveaux canons.

Par conséquent, sur la base de la situation réelle, nous pouvons tirer la conclusion suivante :La machine de lithographie dite 28 nm devrait en réalité faire référence au modèle NXT1970Ci.

Enfin, deux nouvelles sont insérées. Premièrement, un certain grand patron a déclaré que le processus HKMG avait été provoqué par Intel, qui avait plongé le monde dans un piège et emprunté de nombreuses mauvaises voies. La raison en est que HK est censé être de l'aluminium.

Deuxièmement, comme vous pouvez le voir dans les détails ci-dessus, même s'il s'agit de la même entreprise, de la même plate-forme de processus, de différentes versions du processus, les règles de conception sont différentes.

C'est à dire,Si une entreprise de conception de puces souhaite aujourd’hui remplacer le processus d’enregistrement sur bande d’origine, cela signifiera presque complètement bouleverser le travail de conception et de simulation en arrière-plan. Le coût est très élevé. Plus le procédé est haut de gamme, plus le coût est élevé.

Peu importe que les grandes sociétés de conception de circuits intégrés aient de l'argent. Les petites entreprises doivent vraiment réfléchir attentivement à la question de savoir si elles doivent changer d’usine ou si elles doivent modifier leurs processus. Cela ne peut pas se faire simplement en parlant.

Ne pensez donc pas qu’il soit simple pour une entreprise de design de passer à une usine FAB pour l’enregistrement sur bande. Ce n’est pas comme si vous descendiez faire l’épicerie. Si celui-ci n'est pas bon, changez-le. C'est compliqué. Rien n'est simple dans le domaine des semi-conducteurs. N'utilisez pas la réflexion quotidienne pour comprendre les choses dans les semi-conducteurs. En fait, ce n’est pas du tout un concept.

Quand j'aurai le temps à l'avenir, je publierai sur Internet une plainte concernant un expert qui ne sait rien de XX. Il crie chaque jour que l’agrandissement de l’usine TSMC de Nanjing supprimera l’activité FAB nationale. Bon sang, pensez-vous que passer à une autre sortie FAB n’est qu’une question de temps ? Prenez simplement l'affaire dès que vous le dites ?

Deuxièmement, quels facteurs déterminent la précision minimale d’une machine de lithographie ? Qu'est-ce que la précision de la superposition ?

La machine de lithographie est un très grand système optique. Toute petite erreur interne ou externe affectera l’effet final. Dans le monde de la lumière, si quelque chose ne va pas, c’est mal, et s’il y a une erreur, il y a une erreur.

Si nous le regardons à partir de la formule du critère de Rayleigh : CD=K1*λ/NA. De toute évidence, il y a trop de facteurs qui affectent le CD minimum. Si l'on met de côté les facteurs d'influence externes K1, K1 représente le degré de polymérisation, le poids moléculaire, la taille des particules, l'agent photosensible de la résine photosensible, ainsi que la planéité de la plaquette de silicium, l'angle d'incidence de la lumière et la quantité d'impuretés/poussières.

Ainsi, si la même plate-forme et la même longueur d'onde de source lumineuse sont comparées, les principaux facteurs affectant la précision sont la précision de la mesure en ligne et la précision du mouvement de la platine double pièce.

La double platine de pièce à usiner, la technologie de plate-forme unique « TWINSCAN » d’ASML, est le plus grand secret de la compétitivité d’ASML !

Insérez une petite histoire sur ASML et Nikon, je l'ai appelé un jour les trois clous dans le cercueil de Nikon, et c'est la deuxième.

Il a également été mentionné dans le livre « Lithography Giant » que, bien que le PAS5500 d'ASML ait également passé la certification IBM/Intel sur le processus 8 pouces, Intel a rarement pris en compte ASML lors de ses achats réels. Les achats à grande échelle sur la chaîne de production concernaient les S-204/205 de Nikon.

De grandes quantités de machines de lithographie PAS5500 sont achetées auprès de clients de fonderie et de stockage tels que TSMC, Samsung et Micron.

En fait, en termes de capacité de production d'équipements, le PAS5500 est plus puissant que le S205. Pourquoi Intel ne l'utilise-t-il pas ?

La raison est simple, car pour Intel, qui monopolise le marché des CPU, le gâteau du marché est suffisamment grand et peut en tirer profit. Peu importe que la production soit plus rapide ou plus lente, elle n’a donc jamais nécessité une capacité de production élevée. À une certaine époque, le taux d'utilisation des capacités d'Intel n'était que de 60 % et ne commençait même pas à travailler la nuit. Lentement et tranquillement, je n'ai pas paniqué du tout. C'est pourquoi, même si le PAS5500 présente un avantage en termes de capacité de production par rapport au S205 de Nikon, Intel n'était pas intéressé par ASML au début.

Mais TSMC est différent. La capacité de production est la bouée de sauvetage. Un taux d’utilisation des capacités de 60 % ? Arrêt du travail et pas de production la nuit ? N'est-ce pas un gaspillage d'argent ?

Pour les fonderies de plaquettes telles que TSMC, elles doivent bénéficier d’avantages en termes de coût, d’efficacité et de capacité de production afin de sortir de ce champ de bataille acharné et de s’implanter solidement dans la concurrence.

Par conséquent, la concurrence fait progresser les gens, tandis que le monopole rend les gens paresseux. ASML utilise des machines de lithographie de grande capacité pour conquérir fermement le cœur de TSMC. Il en va de même pour les usines de stockage. La concurrence est très féroce. Comment pouvez-vous gagner de l’argent en restant allongé comme Intel ?

Mais là encore,Le travail à l'usine FAB est vraiment cruel, et seuls les ingénieurs faisant preuve de tolérance et d'obéissance absolue cultivées dans le cercle culturel d'Asie de l'Est peuvent s'y adapter.

TSMC a un jour fait une blague :Vous serez très riche en travaillant chez TSMC car vous n’aurez pas du tout le temps de dépenser de l’argent.

La cruauté est évidente, même 996 est faible devant FAB !

Le travail et le système de FAB ne sont tout simplement pas effectués par des humains ! Récemment, il y a un copain de franchise sur Internet. Dans une longue série, son histoire sur le directeur en activité de la franchise à Singapour s'appelle "Review of a Chip Veteran". Vous pouvez le vérifier. C'est très réaliste.

Peut-être qu'après avoir lu ceci, vous saurez pourquoi la famille Sa a osé faire des déclarations aussi audacieuses.Si la nouvelle usine de TSMC en Arizona fonctionne bien, j’irai me redresser et me laver les cheveux dans le fleuve Colorado.".

Parce que je pense qu’il est impossible pour les Américains de bien faire ce travail. Pourquoi n'allez-vous pas à Wanwan et recrutez-vous des gens pour venir ? Mais tout le monde sait que ceux qui veulent aller aux États-Unis doivent simplement obtenir une carte verte. Ceux qui ont des arrière-pensées sont vraiment mauvais s’ils réussissent bien.

Revenons au sujet, comment ASML augmente-t-il la capacité de production ? De quels types de compétences uniques dispose-t-il ?

Rétrospectivement, la solution était en réalité assez simple.

Avant que le motif ne soit exposé à la tranche, celle-ci doit être mesurée avec précision. La mesure et l’exposition prennent du temps. Afin de réduire le temps requis pour chaque processus et d'améliorer l'efficacité, pourquoi ne pas commencer à mesurer et à aligner la tranche suivante tout en exposant une tranche ?

C'est ainsi qu'est né le système TWINSCAN


Système TWINSCAN : l'un est responsable de la mesure préliminaire de l'alignement et l'autre est responsable de l'exposition

TWINSCAN est le premier et le seul système de lithographie doté d'une plate-forme de travail à double plaquette.

Les tranches sont chargées alternativement sur la plateforme TWINSCAN. Lorsque la plaquette d'une plate-forme est exposée, l'autre plaquette est chargée sur la plate-forme n°2 pour l'alignement et la mesure. Puis les deux plateformes échangent leurs positions. La tranche initialement sur la plateforme n° 2 est exposée, tandis que la tranche sur la plateforme n° 1 est déchargée. Les nouvelles tranches sont ensuite chargées, alignées et mesurées.

Cette solution parallèle consistant à mesurer, aligner et exposer en même temps peut augmenter considérablement la capacité de production horaire de la machine de lithographie, ce qui aide TSMC à améliorer considérablement l'efficacité de la production et à améliorer les avantages finaux.

En 2001, le premier système de plate-forme à double plaquette TWINSCAN utilisant cette technologie révolutionnaire a été expédié : la machine de lithographie TWINSCANAT 750T.

La machine de lithographie 750T utilise un système de source de lumière KrF d'une longueur d'onde de 248 nm, prenant en charge la production de processus de 130 nm.

Bientôt, la machine de lithographie i-line d'ASML a également introduit une plate-forme à double plaquette, à savoir TWINSCANAT : 400T ; Ensuite, cette technologie a été introduite dans une machine de lithographie ArF 193 nm haut de gamme, à savoir TWINSCANAT:1100. Par conséquent, de la ligne i à la ligne KrF, le système TWINSCAN couvre les machines lithographiques de différents modèles de plate-forme ASML, élargissant ainsi la portée de la technologie et permettant d'exposer toutes les couches de puces sur la nouvelle plate-forme.

Les capacités d'innovation continue d'ASML apportent des améliorations progressives à la résolution, à la précision de superposition et à la productivité de la plate-forme TWINSCAN - de différentes manières, notamment par des mises à niveau de plate-forme, des mises à niveau de nouveaux systèmes et des mises à niveau sur site, selon le confort des clients.

donc,La précision du mouvement de la platine double pièce est, dans une certaine mesure, la clé de la précision d'alignement de la machine de photolithographie !

Il est également incroyable de comprendre le processus de travail de la table à double pièce. C'est le pouvoir de la technologie.

Ils se déplacent tout le temps à grande vitesse. À l’arrêt, ils accélèrent rapidement puis s’arrêtent brusquement pour atteindre la position où ils doivent s’arrêter. La précision est époustouflante.

Si elle est calculée sur la base de l’accélération instantanée, elle a dépassé la vitesse de lancement de la fusée. Il s'arrêtera à la position exacte au moment suivant sans aucune erreur, car toute erreur à cette vitesse ne peut être compensée.

Même si vous faites une erreur, la tranche entière ne sera pas mise au rebut et vous devrez recommencer, mais si vous faites cette erreur plusieurs fois, fuyez vite, et l'ingénieur viendra vous hacher avec une machette de 40 mètres.

La table à double pièce accélère - arrêt d'urgence - accélère - arrêt d'urgence, répétant ce processus tout en maintenant un état de fonctionnement stable à long terme.

Par conséquent, d’une certaine manière, le système à deux étages de pièces détermine la capacité de production maximale de la machine de lithographie et sa précision. Dans le monde des machines de lithographie, cela s'appelle Overlay – précision de superposition.

En prenant le NXT1980Di comme exemple, les paramètres officiels sont OPO≤3,5 nm, DCO≤1,6 nm, MMO≤2,5 nm. Habituellement 4 à 5 pires

Voici le point ! Vulgariser des connaissances que 99 % des gens ignorent.

OPO signifie OnProductOverlay, qui correspond à la précision de superposition sur le produit. Le processus de fabrication des puces étant quelque peu similaire au processus de construction d’un bâtiment, il équivaut à la précision de l’alignement entre la dernière exposition et celle actuelle. Cette précision est inférieure à 3 nm.

DCO est l'abréviation de DedicateChuckOverlay, ce qui équivaut au même appareil ayant sa propre précision, qui est inférieure à 1,6 nm.

MMO est l'abréviation de Mix-and-MatchOverlay, qui équivaut à la précision de superposition entre différents appareils. Cela peut être inférieur à 2,5 nm.

Vous vous souvenez du processus multi-exposition ? Une étape très importante dans le processus d’exposition multiple consiste à diviser le motif du masque original en deux morceaux et à l’exposer deux fois pour obtenir un motif plus petit.

Évidemment, qu'il s'agisse d'OPO, DCO ou MMO, ces paramètres déterminent ensemble si vous pouvez utiliser le processus multi-exposition, la cohérence du modèle d'exposition après la production de masse et la précision de l'alignement final des couches supérieure et inférieure.

Si un paramètre ne suffit pas, alors le motif produit par plusieurs expositions doit être tordu, horrible et en désordre. Sans parler du rendement, la tranche entière sera probablement mise au rebut.

Cette photo a été mise en ligne aujourd'hui :

Les photos sont fournies par des amis du groupe, merci de me faire savoir s'il y a une infraction.

On peut seulement dire qu'il y a beaucoup d'erreurs dans ce qui précède. Le NXE3400 s'écrit NXT, le NXT2000 a été abandonné depuis longtemps et n'a jamais été vendu en Chine, et le 2050 peut atteindre 5 nm. Il y a trop d'erreurs.

Ici, je vais passer directement aux données organisées par le professeur Guan :

Trouvons les fautes et voyons combien de choses ne vont pas.

Retour au sujet.

La raison pour laquelle 1970 ne peut fonctionner qu'à 28 nm, 14 nm est très difficile, sans parler de 7 nm, la raison est ici. Par rapport à 1980, l’Overlay de 1970 est loin derrière !

Les performances d’Overlay ne sont pas assez bonnes, je n’y arrive pas !

Par conséquent, la double platine de pièce est, dans une certaine mesure, l'élément clé le plus important, outre la source de lumière et le système de lentilles d'objectif.

Sa stabilité, sa précision d'alignement et sa durée de fonctionnement moyenne sans problème affectent directement l'état de fonctionnement réel de la machine de lithographie, et affectent même le niveau de processus et la capacité de production de l'ensemble du FAB.

Par conséquent, jusqu'à des centaines d'unités (champ) doivent être exposées sur une tranche, et les machines de photolithographie avancées peuvent exposer plus de 300 tranches de silicium par heure tout en garantissant que la quantité d'exposition est la même à chaque fois.

En supposant qu'il y ait 300 zones unitaires sur une plaquette de 12 pouces qui doivent être exposées, cela équivaut à 2,16 millions d'expositions par jour et à 788,4 millions d'expositions par an. La stabilité et la cohérence des effets de la platine à double pièce et de l'ensemble de l'équipement constituent un test considérable.

Peut-être que ces chiffres ne vous font réfléchir à rien, mais après y avoir réfléchi, le contenu technique représenté par ces chiffres est effectivement choquant.

Quelqu’un l’a un jour comparé à deux avions volant à grande vitesse. L’un d’eux a sorti un couteau et a gravé des mots sur l’autre plan sur une surface de la taille d’un grain de riz.

C'est le défi le plus difficile en ingénierie que de faire fonctionner cette machine incroyablement précise de manière stable 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, avec d'innombrables sommets techniques à surmonter.

Dans le passé, on prétendait qu'un certain laboratoire en Chine pouvait atteindre plusieurs nanomètres, et beaucoup de gens affirmaient que dépasser ASML était imminent. Vous devez savoir qu'il existe une énorme différence entre un équipement de laboratoire qui trace deux lignes droites et un équipement commercial fonctionnant de manière stable 24 heures sur 24 pour exposer des graphiques complexes.

Je sais qu'il y a eu des avancées technologiques clés dans certains aspects en Chine, mais il reste encore beaucoup de chemin à parcourir et il reste encore beaucoup de chemin à parcourir avant de véritables succès.

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Centre commercial de Jingdong