Литография в 1985 и 2021 годах

Литография в 1985 и 2021 годах

Выпуск 22(6746) от 11 ноября 2021 г.
РУБРИКА: ПРОРЫВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ МИКРО И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

В 1971 г., по распоряжению министерства электронной промышленности СССР, ЦНИИ «Электроника» приступил к подготовке и изданию научно-технического бюллетеня «Экспресс-информация по зарубежной электронной технике». Это издание было ориентировано на широкий круг отраслевых специалистов и специалистов смежных отраслей, студентов и преподавателей профильных ВУЗов. Первоначально бюллетень издавался ежедневно по рабочим дням, с 1992 г. он стал выходить раз в неделю, а с августа 2016 г. (после объединения с научно-техническим сборником «Зарубежная электронная техника», издававшегося институтом с 1970 г.) – ​раз в две недели.

В выпуске 253/254 (3782/3783) научно-технического бюллетеня «Экспресс-информация по зарубежной электронной технике» от 25/26 декабря 1985 г. была опубликована заметка: «Настоящее и будущее фотолитографии: фотолитография отказывается умирать». В статье говорилось, что вопреки прогнозу журнала Electronics от 1979 года, «… в настоящее время на рынке литографического оборудования прочные позиции сохраняет фотолитография, а не установки непосредственного электронно-лучевого экспонирования. Успехи фотолитографии, в основном, обусловлены двумя причинами: непрерывным совершенствованием ее технологий и использованием новых систем фоторезиста.




Новейшие разработки фотолитографического оборудования базируются на существенном улучшении параметров (разрешающей способности и числовой апертуры) оптической системы и использовании более коротковолнового излучения. Большинство современных установок пошагового экспонирования все еще построено на основе источников излучения G и H-линий (436 и 405 нм соответственно. Но в некоторых моделях следующего поколения уже применяются более коротковолновые (365 нм) источники и I-линзы, что в сочетании с числовой апертурой последних обеспечивает формирование элементов субмикронных размеров.

Улучшению разрешающей способности фотолитографии также способствует переход на новые системы фоторезистов. Обычно используемые композиции, помимо нижнего слоя, который нивелирует неровности поверхности полупроводниковой пластины, и верхнего слоя, на котором с помощью экспонирования формируется рисунок схемы, включают несколько промежуточных слоев, что необходимо для обеспечения высокой точности переноса изображения на нижний слой в процессе травления, но затрудняет применение такой технологии в промышленных масштабах. Замена стандартного органического высокополимерного материала нижнего слоя недавно разработанными негативными фоторезистами на основе чувствительной кремнийорганической смолы, которые весьма устойчивы в процессе травления кислородной плазмой, позволяет ограничиться двухслойной фоторезистивной системой (с единственным верхним слоем органического фоторезиста), существенно сократив тем самым время проведения операции обработки фоторезиста» [1].

В настоящее время наиболее передовыми методами литографии являются 193‑нм ArF иммерсионная литография и EUV-литография. Первая, благодаря методам многократного формирования рисунка, может применяться при изготовлении ИС с проектными нормами 10 нм, хотя в середине 1990‑х годов предполагалось, что методики оптической литографии будут заменены методиками EUV-литографии в 2005 г. на рубеже проектных норм в 90 нм. EUV-литография начала использоваться в серийном производстве только в 2019 г. (в опытном – ​с июля 2018 г.) корпорацией Samsung для изготовления сначала 10‑нм ИС, а затем и 7/5‑нм ИС. Позднее к ней присоединилась TSMC, а в феврале 2021 г. южнокорейская корпорация SK Hynix. Она со второй половины текущего года осуществляет выпуск четвертого поколения 10‑нм ДОЗУ (1a-nm DRAM) [2].

Выпуск 7- и 5‑нм ИС в настоящее время осуществляют только Samsung и TSMC. При этом в области 5‑нм ИС тайваньской корпорации удалось обогнать южнокорейскую (рис. 2). В частности, потому, что она изготавливает 7/5‑нм ИС по заказам корпораций Apple, Intel, Micron Technology и ряда других фирм.

Корпорации Intel и Micron планируют создать собственные производственные мощности по выпуску ИС с проектными нормами 5 нм и менее к 2024 г., под них они уже разместили заказы на EUV-установки у фирмы ASML.



Источник: Trend Force

Мировая структура поквартальной обработки пластин и производства 5‑нм ИС в 2020–2021 гг.


Можно уверенно сказать, что «окно жизни» EUV литографии с однократным формированием рисунка и числовой апертурой 0,33 – 7/5‑нм топологии, хотя при совместном использовании с методикой непосредственной самосборки (direct self-assembly, DSA) можно достичь 3‑нм уровня. Поэтому в последнее время активно разрабатывается методика многократного формирования рисунка при помощи EUV-литографии. Монопольный производитель EUV-установок пошаговой литографии, голландская фирма ASML, готовится выпустить в 2023 г. новое оборудование с числовой апертурой 0,55, пригодное для многократного формирования рисунка с проектными нормами от 5 нм до 3/2 нм.

Интересно то, что собственно EUV-литография первоначально разрабатывалась как более быстрая и надежная альтернатива длительным и сложным технологическим процессам многократного формирования рисунка, присущем предшествующим методикам литографии при формировании рисунков с проектными нормами 16/14 нм и менее… [3].

Кроме того, активно развиваются такие методики, как вычислительная литография и литография с использованием голографических технологий.

Что касается электронно-лучевой литографии, то уже 10–15 лет разрабатываются технологии и оборудование, позволяющие формировать рисунки с использованием одновременно до нескольких тысяч и десятков тысяч электронных лучей (multi-beam e-beam lithography). Тем не менее их в основном применяют для формирования шаблонов, а не при производстве непосредственно ИС.


1. «Настоящее и будущее фотолитографии: фотолитография отказывается умирать». «Экспресс-информация по зарубежной электронной технике», выпуск 253/254 (3782/3783) от 25/26 декабря 1985 г 

2. SK hynix completes first EUV fab for DRAM. i-Micronews, February 02, 2021 https://www.i-micronews.com/sk-hynix-completes-first-euv-fab-for-dram/ 

3. М. Макушин. «Индустрия кремниевых заводов: некоторые аспекты развития» // «Электроника: Наука, Технология, Бизнес», № 1 (00202), 2021, сс. 78–90


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

Выпуск 16(6740) от 19 августа 2021 г. г.
Выпуск 13(6737) от 08 июля 2021 г. г.
Выпуск 12(6736) от 24 июня 2021 г. г.