EUV virza uzlabotos mezglus apakšnanometru mērogošanā: stohastiskie efekti dominē ienesīgumā un sistēmas līmeņa izaicinājumos
EUV ir virzījis progresīvo pusvadītāju ražošanu subnanometru laikmetā, bet stohastiskā uzvedība ir kļuvusi par dominējošo ražas faktoru.No litogrāfijas rīkiem līdz materiālu sistēmām, mikroshēmu mērogošana ir iegājusi jaunā fāzē, ko nosaka sistēmas līmeņa izaicinājumi.
Nesen pārskatot ziņojumu par EUV litogrāfiju, es gaidīju parastās tēmas: gaismas avota grūtības, augstas aprīkojuma izmaksas un zema raža.Bet, lasot dziļāk, parādījās pazīstams modelis — līdzīgi kā AI skaitļošanas jaudas attīstība pēdējos gados.
Mēs kādreiz domājām, ka galvenais EUV izaicinājums bija tas, vai to vispār var izmantot.Šodien šis jautājums lielā mērā ir atrisināts: EUV ir liela apjoma ražošanā, ko izmanto gan loģikas, gan atmiņas mikroshēmas.Īstais izaicinājums ir klusi mainījies.
Tas vairs nav par vai var izgatavot čipsus, bet vai tās var izgatavot uzticami.
Procesiem sarūkot līdz dažiem nanometriem un mazāk, parādās pretintuitīvas parādības: daži raksti tiek drukāti labi vienā un tajā pašā procesā, bet citi nejauši neizdodas.Līnijas pārtrūkst, veidojas tilti un kontaktu caurumi vienkārši pazūd.Vissvarīgākais ir tas, ka tās nav dizaina kļūdas vai instrumenta darbības traucējumi – tās ir varbūtības notikumi.
Tajā brīdī es sapratu: pusvadītāju ražošana no inženierijas problēmas attīstās par a statistikas problēma.
Šajā rakstā ir izskaidrots, kāpēc pēc tam, kad EUV kļūst par uzlaboto mezglu pamatu, patiesais izaicinājums vairs nav pats litogrāfijas rīks, bet gan materiāli, stohastiskie efekti un pilnīga sistēmas līmeņa koordinācija.
Ziņojuma pamatvēstījums
EUV nav tikai litogrāfijas jauninājums — tas ir vienīgais reālistiskais ceļš Mūra likuma paplašināšanai.Tomēr tā vājā vieta ir pārgājusi no aprīkojuma uz materiāliem un stohastisku uzvedību.
EUV ir vienīgais dzīvotspējīgais ceļš uzlabotajiem mezgliem
No nozares ceļvežiem ir skaidrs, ka:
- DUV vairāku modeļu izmantošana ir sasniegusi savu fizisko robežu
- Standarta EUV (0,33 NA) atbalsta pašreizējos vadošos mezglus
- Augsta NA EUV (0,55 NA) ir būtiska turpmākai mērogošana
Gan loģika, gan DRAM pāriet uz EUV, un DRAM arvien vairāk ir atkarīgi no EUV tehnoloģijas.
Secinājums: bez EUV turpināt uzlaboto mezglu mērogošanu nav iespējams.
Izaicinājuma maiņa: no instrumenta grūtībām līdz materiālajām grūtībām
Agrīnie EUV izaicinājumi bija vērsti uz:
gaismas avota jauda, maskas defekti un instrumenta stabilitāte.
Tagad tie lielā mērā ir atrisināti, jo avoti pārsniedz 250 W un rīku pieejamība pārsniedz 90%.
Bet sašaurinājums ir pārvietots:
īstā cīņa tagad ir tajā materiālā sistēma.
Īstā pamatproblēma: stohastiskie efekti
Šis ir vissvarīgākais ziņojuma ieskats.
Stohastiskas kļūmes ir kļuvuši par galveno ražas ierobežotāju, kas parādās šādi:
- Salauztas līnijas
- Savienojuma defekti
- Trūkst kontaktu
Šīs kļūdas nav sistemātiskas — tās rodas varbūtēji.
Izmēros, kas mazāki par 10 nm:
EUV fotonu skaits ir ierobežots,
pretestības plēves ir ļoti plānas (25–50 nm),
un dominē molekulārā līmeņa nejaušas svārstības.
Rezultātā tas, vai ķēde drukā pareizi, kļūst par iespējamības jautājumu.
Galvenais kompromiss: izšķirtspēja un jutība pret LER (RLS)
Litogrāfija tagad saskaras ar klasisku trīsvirzienu dilemmu:
Augstāka izšķirtspēja,
paaugstināta jutība,
un apakšējās līnijas malas nelīdzenums (LER)
Visus nevar optimizēt vienlaicīgi.
Saskaņā ar EUV:
Augstākai izšķirtspējai nepieciešama mazāka deva, pasliktinot stohastisko efektu.
Lai samazinātu defektus, nepieciešama lielāka deva, palielinot izmaksas un samazinot caurlaidspēju.
Defektu biežums ir eksponenciāli atkarīgs no devas un CD.
Litogrāfija kļūst par sistēmu inženierijas problēmu
Galvenais netiešais secinājums: litogrāfija vairs nav instrumentu problēma — tā ir pilna mēroga sistēmu inženierijas izaicinājums.
1. EUV Resistists Grow More Complex
Pārejiet no organiskiem materiāliem uz neorganiskiem materiāliem, izmantojot daudzslāņu slāņus (pretslānis + apakšslānis).
Materiālu kaudzes sarežģītība ir dramatiski palielinājusies.
2. Apakšslāņi kļūst kritiski
Virsmas enerģijas saskaņošana tieši ietekmē attēlveidošanu, defektus un raksta pārnešanu.
Mijiedarbība starp substrātu un rezistenci spēcīgi ietekmē defektu blīvumu.
3. Maskas ir galvenais mainīgais
Nepieciešami jauni absorbējošie materiāli (high-k, PSM).
Maskas 3D efekti kļūst nozīmīgi.
Nav parādījies vienots materiāls risinājums, un nozare nav saplūdusi.
4. EUV granulas ir būtiskas
Nepieciešama caurlaidība > 95%
un ir jāiztur lielas jaudas EUV iedarbība.
CNT bāzes pelikuli parādās kā galvenais risinājums.
Augstas NA EUV loma
High-NA (0,55) nav mazsvarīgs jauninājums.
Tas novērš stohastiskos efektus, uzlabo attēla kontrastu un paplašina vienas ekspozīcijas iespējas.
- Aizstāj vairāku rakstu modeļus un samazina izmaksas
- Iespējo mērogošanu zem 18 nm
Galvenās atziņas
- EUV padara iespējamu izmēru mērogošanu, bet tikai virza izaicinājumus uz nākamo līmeni.
- Pusvadītāji ir iekļuvuši stohastiski dominējošais laikmets.
Iepriekšējās kļūdas bija inženierijas novirzes;šodienas kļūdas ir statistiskas varbūtības.
Ražošana tuvojas fundamentālajiem fiziskajiem ierobežojumiem.
- Konkurences priekšrocības mainās no aprīkojuma uz materiāli un sistēmas iespējas,
tostarp pretestības dizains, materiālu saskaņošana, masku projektēšana, defektu kontrole un procesa logu optimizācija.
Secinājums
EUV atrisināja jautājumu par vai mēs varam izdrukāt.
Augstas NA EUV atrisinās grūtāko jautājumu: vai mēs varam droši drukāt.