Последние новости об использовании и перспективах сканеров EUV
Как мы не раз сообщали, этой осенью компания Samsung открыла эру полупроводниковой литографии с использованием сканеров диапазона EUV (13,5 нм). В настоящий момент, напомним, с помощью EUV-проекции изготовляются только несколько слоёв микросхем с нормами 7 нм, имеющих отношение к слоям металлизации (контактной группе или BEOL, Back-End-Of-Line) и к слоям с контактными группами для соединения с кристаллом или Middle-Of-Line (MOL). До обработки сканерами EUV кристаллов (до изготовления транзисторов), дело дойдёт ещё не скоро.
Так, компания Samsung с помощью EUV в первом поколении 7-нм техпроцесса изготавливает 7 слоёв микросхем. Компания TSMC начнёт эксплуатацию сканеров EUV со второго поколения 7-нм техпроцесса с изготовления 6 слоёв, что произойдёт в новом году. Компания Intel, о чём говорят слухи, может начать эксплуатацию сканеров EUV с изготовления 6 слоёв ориентировочно в 2020 году. И Samsung и TSMC обе расширят использование сканеров EUV с началом выпуска 5-нм решений, рисковое производство которого ожидается к концу следующего года. Всего в 2019 году с помощью EUV производители планируют обработать около 900 тыс. пластин. В 2020 году эта цифра обещает вырасти до 2 млн пластин. Очевидно, что дальнейший прогресс в полупроводниковом производстве упирается в возможности сканеров EUV.
Мощность источников излучения актуальных сканеров достигла устойчивого значения 250 Вт (по слухам, Samsung увеличила мощность излучения до 280 Вт). Увеличивать мощность излучения мешают много факторов помимо ограничения в самом источнике. Например, происходит деградация в зеркалах оптической (фокусирующей системы) и в фотомасках, которые для EUV имеют зеркальную поверхность. Целью компании ASML является снизить деградацию зеркал до 0,1% на каждые 100 млн пульсаций лазера источника. В актуальных сканерах деградация составляет чуть менее 0,3%, с чем надо бороться.
В конце 2017 года ASML сообщила о достижении производительности на уровне обработки 125 пластин в час с мощностью источника 195 Вт (20 мДж/см2) и без использования защитных плёнок. Плёнки нужны для защиты зеркал и масок от деградации, но они снижают интенсивность излучения, так как не обладают 100% прозрачностью. В этом году ASML повысила мощность излучения до 246 Вт и также без использования защитных плёнок с интенсивностью излучения 20 мДж/см2 добилась производительности 140 пластин в час. Компания Samsung, отметим, с помощью EUV обрабатывает только 62–63 пластины в час.
Использование защитных покрытий предсказуемо снизит производительность сканеров. Для актуального оборудования, например, до 116 пластин в час. Это сужает коммерческие возможности сканеров EUV, хотя компании Samsung не помешало начать коммерческое производство даже двукратное снижение производительности. В новом году ASML начнёт поставки модификации сканеров 3400B — в версии 3400C с возможностью обрабатывать в час 170 пластин. Источник останется той же мощности, но оптическая система будет улучшена за счёт увеличения прозрачности.
Что касается повышения мощности источника, то на заводе ASML проводятся успешные испытания с кратковременными вспышками мощностью до 410 Вт. Разработчики уверены, что они смогут довести мощность излучения до 500 Вт. Всё это потребует обязательного использования защитных плёнок, прозрачность которых сегодня составляет 83%. Плёнки изготавливаются из поликристаллического кремния. Их прозрачность необходимо довести до 90%.
Теперь о фтороезисте. Сегодня фоторезист позволяет рисовать линии шириной 36 нм. Текущий фотрезист называется химически усиленным резистом (Chemically Amplified Resists, CAR). Ему на смену может прийти фоторезист из неорганических материалов, который хорошо показывает себя в опытных работах. Например, Samsung утверждает, что неорганический фоторезист позволяет рисовать линию с ровными краями шириной 20 нм с интенсивностью излучения 67 мДж/см2. Кстати, ещё одна проблема — фотомаски кроме зеркального покрытия должны содержать несколько поглощающих слоёв, что делает их настолько толстыми, что их высота начинает вносить искажение в проекцию (появляется тень). Так что ещё предстоит разработать тонкие поглощающие слои для фотомасок.
В заключение отметим, что в длительной перспективе разработка новых фотрезистов, масок и защитных покрытий ожидается к середине следующего десятилетия, а создание оптики с высоким значение числовой апертуры произойдёт только к концу следующего десятилетия.
