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代价杀手还是救世主?

在EUV当前的功率水平上,没有这样一个简单的成本决定。

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作为半导体产业经济基础的摩尔定律指出,在不变的成本下,每一代技术中晶体管的密度都会翻倍。然而,正如IMEC的Arindam Mallik解释的那样,向新技术节点的过渡不是一个单一的事件,而是一个过程。

通常,当新技术首次被引入时,它会使晶圆成本增加20%到25%。工艺优化和良率学习提高了系统正常运行时间和模具良率。成套设备变得更加可靠,运行成本更低。随着时间的推移,晶圆成本会下降。当用新工艺制造的晶体管比旧技术更便宜时,这种转变就会发生。随着制造变得越来越复杂,实现每个新技术节点承诺的成本节约变得越来越困难,而成本风险是企业推迟技术转型的原因之一。

光刻过程带有与技术过渡相关的大部分经济负担。作为以前讨论的在美国,10nm和7nm节点迫使制造商在两个不愉快的选择之间做出选择。现有的193nm浸没光刻技术,无法在不复杂和昂贵的情况下打印出所需的特征尺寸多图案化计划。许多层在这些节点上将需要三倍甚至四倍的图案。一些曝光选择将严重限制设计师,迫使增加单元面积。但是人们期待已久的替代品,极紫外光刻技术,还没有展示出高容量光刻系统的可靠性和预期的生产能力。因此,制造商必须决定哪种选择将是最具成本效益的,以及何时引入EUV到他们的晶圆厂。

在过去的几年中,马利克和IMEC的同事们一直在改进光刻和工艺成本模型,以解决这些问题。尽管他们警告说,他们的模型做出了许多可能会影响结果的假设,但他们得出结论,EUV将为N7节点的某些流程级别提供一种成本效益高的替代方案,即使采用非常保守的吞吐量估计。

在他们的分析中使用的关键层详细见表1。如表所示,如果使用193nm光刻技术,其中许多将需要在N7上至少三种模式。由于这个原因,在150 wph的EUV吞吐量下,选择很容易:EUV提供了高达30%的明显成本优势,这取决于分层。只有一个问题:EUV系统还不能暴露150毫伏。给定光刻胶的灵敏度为15mJ/cm²,一个250w的曝光源(在系统的中间焦点测量)只能曝光126wph,而一个80w的光源只能曝光50wph。到目前为止,80 W是关于最大可达到的电源功率;150 WPH的吞吐量可能还有很长的路要走。

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表1:N7的间距和图案选项。(更多细节,参见下文Mallik 2014参考资料。)

然而,与此同时,结果表明,更可实现的吞吐量仍然为某些流程级别提供了显著的好处。在Metal1和Via0中,EUV具有成本竞争力,193nm浸没,吞吐量低至50至60 wph。减少遮光罩的数量,简化曝光之间的叠加,允许设计师使用面积最小化的二维结构,抵消了EUV本身更大的成本。事实上,IMEC小组的结论是,BEOL堆栈是早期EUV引入的理想候选。

在本地互联网络中,情况就不同了。本地互联是设计中最具规模的部分;即使是极紫外暴露也可能受益于使用193nm切割面罩暴露。为了达到193nm曝光的成本,EUV需要达到70-90 wph的吞吐量。类似地,在栅极模式中,EUV的平衡点大约是85 wph。EUV光刻成本的增加被蚀刻步骤的减少所抵消,但是FinFET器件的使用已经限制了设计选项的数量。

EUV对任何特定晶圆厂工艺的好处将取决于所选择的精确光刻方法。例如,晶圆厂可能只使用EUV来替代BEOL堆栈中复杂的多图案块/切割层,这将降低光刻成本,但不能减轻对单向金属设计的需求。或者,它可能引入一个完整的euv图案金属堆栈,允许使用双向金属设计,从而减少芯片的面积。无论在芯片还是晶圆基础上,这两种方法都比N7仅采用193nm的方法更便宜。然而,确切的成本节约取决于EUV的吞吐量。

来源
Arindam Mallik等。al。,“为了维持晶圆的成本,需要先进的极紫外光刻技术,“proc。SPIE 8679,极端紫外(EUV)光刻IV,86792Y(2013年4月8日);
Arindam Mallik等。al。,“极紫外光刻对关键工艺模块的经济影响SPIE 9048,极紫外光刻V, 90481R(2014年4月17日);
Arindam Mallik等。al。,“维持摩尔定律:实现成本友好的维度缩放,“proc。SPIE 9422,极端紫外(EUV)光刻VI,94221N。



4评论

MEAMISTER. 说:

N7的光刻胶敏感性预计将高于20 mJ/cm2,这将使吞吐量更难满足。

Kderbyshire. 说:

是的。我目前正在研究一篇有关EUV光刻胶的文章。

爱德蒙唐太斯 说:

如果你更深的挖掘,7nm的EUV的“杀手”是粒子污染。不要担心250W来源,直到粒子污染问题受到控制。不幸的是,没有这样的解决方案是在地平线上。

MEAMISTER. 说:

事实上,三星在2015年汉阳大学EUVL研讨会上报告称,膜层不可能是稳定的>200W。

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