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为什么EUV很重要?

光刻代表了对摩尔法在其历史上继续的最大挑战。即使EUV也不会解决所有问题。

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由Brian Bailey.
只要法律存在,摩尔定律的结束已经预测。它通常归结为一些无法突破的伟大的技术障碍,只是发现解决方案恰好在拐角处,并且令人担忧逐渐褪色,直到确定下一个屏障。

在DAC今年(2013年),有很多关于为什么摩尔定律将在不久的将来结束,包括权力问题,物理限制和半导体设备和制造成本。但是,还有另一个问题已经迫切了一段时间,到目前为止,该行业已经提出了解决方法来阻止它成为一个问题。尽管如此,压力正在安装,缺乏解决方案正在加剧许多其他问题,即极端紫外线(EUV)光刻中的持续延迟。

光刻缩小是用于器件缩放的主要驱动器,其又带来了电压降低,功率降低,较小的寄生和更低的成本。使用的光的波长越短,光刻过程中可能的分辨率越高。该行业已从365nm迁移到248nm,目前正在使用193nm,但这已经是绘制线的大小的10倍。通过20nm工艺技术,该行业被迫转向双重图案,以获得必要的解决方案。

双图案化增加了复杂性并提高了生产时间,从而降低了较新节点的成本优势。对于更精细的几何形状,EDA公司已经谈到了需要更多的面具集。该行业一直在寻找的答案是迁移到EUV,波长为13.5nm,但EUV是一个艰难的技术坚果裂缝。

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S. Borkar,第37届IEEE / ACM int提出的“吉斯卡尔集成的设计挑战”。Symp。微体系结构,波特兰,或2004年。

在最近题为“Litho RoadMap仍然是多云的“Mark Lapedus”概述了关于其下一代光刻系统的主要制造房屋中的冲突,以及与其他即将发生的迁移到450mm晶圆的偶然变化的耦合。他还讨论了与EUV掩模缺陷相关的问题。本文侧重于一些技术问题及其解决方案,并查看这些变化的成本影响。

EUV的状态
让我们从大地士开始。首先,EUV被玻璃吸收,这意味着不能使用传统的镜头技术。相反,光束必须与镜子聚焦,每个镜子吸收约30%的光。在一个典型的系统中,有10个镜子,这意味着只有原始电源的小分数使其成为面具。第二个Biggie是EUV被空气吸收,这意味着必须在真空中产生和使用。这些问题已经克服了测试伪装中使用的设备的程度。

但是在技术可以进入生产力之前必须克服的最终问题。如今(2013年2月),该技术中的一个领导者之一是Cymer提供的最高功率激光在40W范围内,但据估计,200W激光器将是全面生产的必要条件。40W激光器可以每小时处理约30个晶圆。具有较低的功率,需要更长的曝光时间,这意味着生产体积较低,成本增加。为了产生200W的EUV,它将需要一个43kW的激光。将其转换为其从插座所需的电源,它在0.5兆瓦的范围内。

替代方法
那么今天使用的解决方法是什么?它有两部分。第一部分正在从现有过程增加分辨率,该过程由两个因素,光的波长和孔的控制控制。我们已经提到了目前在193nm的波长上的进展。孔径控制通过透镜的光量。Rayleigh的分辨率标准说,分辨率与波长分开的孔径成比例,因此如果在接近术语中不能操纵波长,则孔必须生长,但这会增加设备的成本。几年前,这种方法似乎是一个死胡同当数值孔径撞击空气折射率时。通过切换到水浸入折射率大于1.0的水浸光刻来交叉障碍。

但这只能推动到目前为止。EDA行业自提供另一级变通方法,即双重图案化(DP),其在20nm时使用。

要了解我们需要更多地进入物理学的概念。首先,重要的是要理解,大多数芯片都是使用常规设备构建的,尽可能靠近封装在一起。这在芯片表面上创建了重复模式。当我们谈论单一隔离线时,问题不存在于同样的程度上。具有193nm波长和1.35的数值孔径,最小的重复图案可以为半间距约72nm或36nm。这使我们为两条线之间的最小距离(中心到中心),从而为两个设备之间提供。曝光不会看到比这更近的东西。如果我们要使用两个掩码,每个掩模都只有一半的线路上,我们可以将线条打印两次靠近。当然,必须执行双曝光增加了制造时间,从而增加了成本。

有各种技术用于双重图案,但常见用途的技术是Litho-蚀刻 - Litho-蚀刻(leele)。顾名思义,这是一个Litho-蚀刻过程,后面是第二个光刻蚀刻过程。据汤姆渡轮斯文族工程集团营销高级总监,我们可能需要达到10nm的三重图案化或自我对齐的双重图案。Mentor的Gene Forte,Technology Communications Manager,增加“现在,10NM节点的主要策略似乎是依赖层的多图案,即三重图案化,双图案化和间隔辅助双图案化(SADP)的组合。DP将采用俯仰分裂或光栅加上切割掩模来定义线路末端和2D形状。“

Tela Innovations负责营销和业务发展的副总裁尼尔·卡尼(Neal Carney)表示,目前正在研究一种基于排队和裁员的替代方法。凭借这一技术,他们“展示了使用简单的线条图案和单次曝光切割的16nm晶圆效果。”放大到10nm时,需要两次曝光。”他假定,在线路继续使用现有方法的同时,极紫外辐射也有可能被用于切割。

什么方法 - 或者接近的结合 - 最终赢出了任何人的猜测。D2S的首席执行官Aki Fujimura表示,“覆盖精度要求多次图案化增加。即使所打印的特征是相同的尺寸(因为它们已经在极限上)随着越来越多的掩模,即使使用越来越多的掩模,对每个掩模对晶片的影响的准确性需求将继续增加。虽然许多人认为,掩模复杂性不需要超越14nm节点,但我相信这种提高的准确性需求将需要更复杂的OPC或理想的果子形状来写入掩码。“

在下表中,可以看到每种方法的相对成本,虽然这尚未更新几年,所以从那时起可能已经取得了一些进展。

Brian2.
B.J. Lin,Spie诉讼程序卷。7379 pp 737902-11,2009

当EUV确实可用时,EDA流程发生了一个有趣的问题。双重图案需要消失吗?设计规则检查变得更简单吗?
Synopsys'omferry认为,虽然有些事情会变得更简单,但对双重图案的需求可能不会消失,或者它只在短时间内完成。乔治·贝利,技术营销总监,在Synopsys,补充说,在10nm并使用EUV我们可以使用单次曝光,但是通过7nm,我们将重返双重图案。这是基于波长/孔径问题,因为EUV的光圈将较小(0.35),因此即使我们对具有EUV的波长的大小改善顺序,我们也没有获得分辨率的大小提高顺序。Gene Forte说“10NM节点的K1因子与EUV @ Na = 0.33约为0.5。K1因子可以被认为是“过程难度指标”,并且双重图案通常在K1〜0.28以下必要。“

但即使我们可能在设计规则复杂性方面得到一些救济,也会有一些额外的事情来担心,如耀斑。这是一个完整的芯片问题,这意味着工具必须在展平的数据库上工作,而不是一次处理小块。

共识似乎是,在10nm处可能会有一些EUV吸收,但它只会用于最关键的层。大多数层将继续使用当前的一种模式技术,而对于所有的替代方案,成本将比我们现在所处的位置增加。

在其初始出版物之后将以下内容添加到文章中。

Manoj Chacko,产品营销总监DFM Silicon和验证,数字和签收组,Cadence为此故事添加了另一个维度。在电子邮件中,他表示,EUV机器的成本及其普通吞吐量可能比具有更便宜的193i扫描仪和三个面具解决方案的Fab地板更昂贵。他继续说,由于光刻设备无法在制造方面提供所需的分辨率,因此DFM已成为必要的步骤。“我们看到DFM蠕动设计链,现在大多数铸造都有强制性DFM检查。当介绍EUV时,仍然需要在制造之前在制造前和设计期间的设计上进行设计进行的OPC合规性检查,Litho Checks和DPT检查。DFM还包括强制性CMP分析,以识别互连堆栈中的厚度变化。通过FinFET技术,我们看到CMP成长的重要性预测和控制3D前端结构。CMP问题会影响光刻浓度深度,创建一些库珀汇集(短)或其他灾难性变化。基于模型的CMP可以预测CMP的远程效果以及堆叠不同层的厚度变化的累积变化。“

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