30 년의 개발 끝에 새로운 세대의 리소그래피 기계가 이제 대형 컴퓨터 칩 제조업체에 배송되었습니다. 13.5 나노미터의 파장에서 극도의 자외선을 이용하여 실리콘을 몇 나노미터의 크기로 만들어 내일의 메모리 칩과 프로세서에 적용한다.
100,000 개 이상의 구성 요소를 갖춘 이러한 리소그래피 시스템은 지금까지 구축 된 가장 복잡한 기계 중 하나입니다. 그것은 이제까지 연속되는 생산에서 한 가장 강력한 레이저 체계에 의해 양수됩니다. 총 무게는 180 톤이며 1 백만와트 이상의 전력을 소비합니다. 1 억 2 천만 달러의 비용이 들며 몇 년 동안 매진되었습니다.
큰 파운드리는 꽤 오랫동안 그것을 기다리고있다. 이제 트럼프(독일 디칭겐),자이스(독일 오베르코헨),아스(네덜란드 벨드호벤)등 첨단 기술 기업 간의 독특한 동맹 덕분에 주요 기술 문제가 해결되었습니다. 이 기술 걸작의 역사를 살펴보고 다음에 무엇이 올지에 대해 생각하는 것이 가치가 있습니다.
극자외선은 124 와 10 사이의 파장 또는 10 과 124 사이의 광자 에너지를 갖는 연질 엑스레이를 나타낸다. 인간은 싱크로트론 또는 플라즈마를 통해 그것을 만듭니다.
지금까지 칩 제조업체들은 자외선(레이저)광을 사용하여 포토 레지스트로 코팅 된 실리콘 웨이퍼에 복잡한 패턴을 투사했습니다. 오래된 종이 사진의 개발과 유사한 과정에서 이러한 패턴이 개발되어 하나의 레이어 내에서 구조를 수행하거나 격리합니다. 이 과정은 마이크로 프로세서와 같은 집적 회로를 형성하는 복잡한 시스템이 완료 될 때까지 반복됩니다.
이러한 리소그래피 시스템의 개발은 경제에 의해 주도됩니다:비용과 전력 소비를 낮추어야하는 동안 점점 더 많은 컴퓨팅 파워와 스토리지 용량이 필요합니다. 이 개발은 조밀 한 집적 회로의 트랜지스터의 수는 약 2 년마다 두 배로 말한다 무어의 법칙으로 잘 알려진 간단한 규칙으로 설명 될 수있다.
주요 제한은 광학 법칙에서 비롯됩니다. 독일 물리학자 에른스트 아베는 현미경의 해상도가(대략)조명에 사용되는 빛의 파장에 한정된다는 것을 발견했다.:
여기서 엔 렌즈와 물체 사이의 매질의 굴절률이며,렌즈와 물체 사이의 굴절률은 물체의 빛의 원뿔의 반각입니다. 이 공식은 모든 리소그래피 이미징 프로세스를 관장하는 이 공식은 파장이 왜 그렇게 중요한 매개 변수인지 명백하게한다. 그 결과,엔지니어들은 점점 더 작은 기능을 생산하기 위해 파장이 짧은 광원을 찾고 있습니다. 자외선 수은 증기 램프로 시작,그들은 193 나노 미터의 파장 엑시머 레이저로 이동. 리소그래피 산업은 인텔이 2003 년 5 월 157 나노 엑시머 레이저를 다음 단계로 떨어 뜨리고 대신 13.5 나노 파장으로 유로파에 갈 것이라고 발표했을 때 놀라움을 받았습니다. 광학 재료 문제는 주요 장애물로 볼 수 있었다,그리고 유럽 연합은 멀리 몇 개발 단계를 보였다.
당시 인텔의 리소그래피 캐피탈 장비 운영 책임자인 피터 실버먼이 2009 년 32 나노 노드에 배포할 유로파오버를 보여주는 로드맵을 발표했다고 보고되었다. 그것은 너무 낙관적 인 것으로 밝혀졌으며 사람들은 침수 리소그래피 및 정교한 조명 트릭과 같은 기술을 통해 더 작은 기능을 달성하기 위해 193 나노 소스를 악용 할 수있는 방법을 찾아야했습니다.
마지막으로,샌디에고에 본사를 둔 회사 사이머는 이산화탄소 레이저를 사용하여 30 개의 주석 방울로부터 방사선을 생성하는 시스템으로 경주에서 우승했습니다. 2007 년에는 다소 불안정한 30 와트 소스를 홍보했지만 2014 년에 처음으로 250 와트를 얻는 방법을 보여 주었을 때 대량 생산의 돌파구로 간주되었습니다. 유럽 연합의 변환 프로세스의 효율성을 운전 모든 후 유럽 연합 리소그래피 실행 가능한 만든 응용 연구의 훌륭한 조각 이었다. 2012 년에 사이머를 구매했습니다.
상업적 생존력을 위해 충분한 방사선을 만드는 최종 솔루션은 노련한 레이저 전문가조차도 감동시키는 기계입니다. 그것은 직렬 생산에서 이제까지 건축된 가장 강력한 레이저에 근거를 둡니다:40 킬로와트 이산화탄소 레이저. 전체 시스템 1 백만와트 전원 공급. 웨이퍼 가공에는 200 와트의 전력 중 극히 일부만 사용되므로 냉각이 중요한 문제입니다.
이 기술의 유일한 공급 업체는 독일 디칭겐의 트럼프입니다. 트럼프 대통령과 피터 라이빙거는 자신의 회사의 역할을 잘 알고 있다:”우리가 실패하면 무어의 법칙은 중단될 것이다. 물론 세계는 트럼프에 의존하지 않지만 트럼프가 없으면 칩 산업은 그것을 할 수 없다”고 2017 년 인터뷰에서 말했다.
트럼프프의 일반적인 이산화탄소 레이저는 몇 킬로와트의 연속파 방사선을 전달합니다. 이것은 강철을 자르기를 위해 다만 맞다. 이 레이저는 2008 년 12 월 15 일에 출시되었습니다. 두 개의 파종기와 네 개의 증폭 단계를 가진 레이저는 너무 커서 유로파 기계 아래의 별도의 층에 배치해야합니다.이 레이저에서 발생하는 이산화탄소 배출량을 측정하기 위해 레이저를 사용하는 것이 좋습니다.이 레이저에서 발생하는 이산화탄소 배출량은 10000000000 입니다.트럼프
시장 수요와 보조를 맞추기 위해 트럼프는이러한 레이저를위한 10 개의 생산 베이가있는 완전히 새로운 공장에 막대한 투자를했습니다. 함께 넣어 10 주와 함께,이 회사는 현재 연간 50 시스템의 용량을 가지고있다. 이 글을 쓰는 시점에서 44 시스템이 현장에 있었고 2019 년에는 총 30 개의 출하량이 예상되었습니다.이것은 공식(2)과 실제 게이트 피치를 나타냅니다. 이것은 종종 칩 제조업체에 대해 논의한”노드”와 매우 다릅니다. 원래,노드는 트랜지스터의 게이트 길이를 참조. 물론,이 프로세스의 함수로 다를 수 있으며,따라서,제조 업체. 그러나 오늘날이 노드는 칩 제조업체가 개발 한 특정 프로세스 만 말하며 광학 장치의 해상도와 직접 일치하지 않습니다. 예를 들어,칩 제조업체들은 7 나노 미터 또는 3 나노 미터 노드를 유사한 유럽 연합 기계를 사용하여 독점적 인 프로세스를 언급합니다.
:3400-오른쪽 하단에 유럽 연합의 소스와 상단에 마스크와 전체 광학 광 경로.ASML
협력의 키
는 1000 개 이상의 공급자가 관련된 전반적이고,핵심 기술에 의해 만들어 Trumpf,Zeiss 및 ASML. 그들은 유럽 연합 프로젝트에 협력의 다소 틀에 얽매이지 않는 형태를 개발했다. 트럼프 대통령의 피터 라이빙거는 이 회사를”사실상 합병된 회사”라고 부르며,공개적인 책 정책과 광범위한 인력과 노하우를 교환했다.2281>
자이스 에스엠티는 1983 년 필립스를 위한 최초의 리소그래피 옵틱스를 제작한 이래 오랜 역사를 가지고 있습니다; 그 사업은 1984 년에 분사되어 아슬아슬하게 명명되었습니다.
자이스와 아스엘은 함께 리소그래피 시스템 시장을 잘 정복했습니다. 2010 년,그들은 이미 리소그래피 시스템에 대한 75%의 시장 점유율을 가지고 있었다. 지금까지,그들은 업계 수준의 유럽 연합 시스템의 유일한 공급자입니다. 이 관계를 촉진하기 위해 2016 년 11 월 자이스 에스엠티 지분 24.9%를 약 10 억 유로에 매입했다. 또한 2 억 2 천만 유로와 5 억 4 천만 유로의 일부 투자 지원을 통해 6 년간 자이스 에스엠티 연구&를 지원하겠다고 약속했다.
자이스는 유럽 연합에 많은 투자를했기 때문에 그 돈이 많이 필요했습니다. 이 회사는 오베르코헨,독일 근처에 제조 및 계측을위한 홀을 건립;현재,그것은 더 높은 노나—또 다른 7 억 유로 투자 유로 광학의 다음 세대를위한 준비를 완료한다. 여기에는 광학 시스템의 계측을 위한 트럭 크기의 고진공 챔버가 포함됩니다. 이 챔버에서 테스트되는 거울 표면은 최대 허용 오차가 0.5 나노미터,그래서 그들은 지금까지 업계에서 구축 된 가장 정확한 정렬 및 계측 기술을 사용합니다.
180 톤 공구의 최종 조립
자이스 에스엠티는 거대한 첨단 설비를 갖추고 있지만,그 규모는 아스 벨트호벤 시설의 제조 홀에서 1 위를 차지했다. 카페테리아에 가면 캘리포니아에있는 캠퍼스에있는 것처럼 느낄 수 있습니다. 모든 나라의 많은 젊은이들이 모여 라떼를 마 십니다. 이러한 환경은 빠른 성장에 보조를 맞추기 위해 새로운 직원을 빠르게 고용해야 한다는 사실을 반영할 수 있습니다. 2018 년에 직원은 21%증가하여 현재 800 명 이상의 박사 학위 및 7500 명 이상의 엔지니어를 총 23,000 명의 인력으로 고용하고 있습니다.
카페테리아 뒤의 건물은 내가 본 것 중 가장 큰 클린 룸 시설로 구성되어 있습니다. 5 개의 홀에서 유럽 연합 스테퍼 기계가 완성됩니다. 현재 상위 모델인 보잉 747 은 무게가 180 톤이며,트럭 20 대 또는 완전 적재된 보잉 747 대 3 대가 필요합니다. 가격표는 1 억 2 천만 달러입니다. 그것은 13 나노 미터까지 해상도로 시간당 125 웨이퍼를 처리 할 수 있습니다.
2019 년 하반기에 업그레이드 된 출하가 발표되었습니다. 더 높은 투과 광학 요소,훨씬 빠른 서비스 가능성을위한 모듈 식 용기,생산성 향상을 지원하는 더 빠른 레티클 및 웨이퍼 핸들러를 특징으로합니다. 이러한 장치는 시간당 처리량 당 170 개의 웨이퍼를 달성합니다.
대답은-유럽 연합. 지금까지 광학계는 0.33 에 도달했습니다. 다음 세대는 0.55 의 노나로 8 나노 미터 미만의 해상도를 가능하게 할 것입니다. 그것은 더 큰 광학을 포함,이는 자이스 에스엠티에서 크고 증가 노력을 설명. 자이 스는 이미 올해 생산을 시작 했다.
이러한 결합 된 노력의 결과로,이 기술은 물리적 한계로 구동되어 지금까지 상상할 수 없었던 사양을 가능하게하는 것이 분명합니다. 예를 들어,리소그래피 시스템 내부의 웨이퍼는 특수 유리판(소위 웨이퍼 클램프)에 고정됩니다. 그들은 나노 미터 아래로 정밀하게 장소에 웨이퍼를 유지,3 세대까지 가속도로 이동합니다. 동시에,웨이퍼는 정확한 위치를 잃지 않고 30 킬로와트/평방 미터의 열 부하에서 유로파 광에 의해 조명된다.
많은 기술적 문제들이 아직 논의 중이지만,시장은 유럽연합 리소그래피가 가까운 미래에 반도체 산업에 상당한 이익을 가져다 줄 것이라고 확신하고 있다.
하이 나 유로 브 이후 오는 것은 무엇입니까? 지금까지는 아직 심각한 대답이 없는 것 같습니다. 한편,몇몇 연구 그룹은 짧은 파장을 준비하고 있습니다. 독일 프라운호퍼 소사이어티의 두 기관은 2016 년에”너머 유럽 연합”에 대한 연구 프로젝트를 완료했습니다. 그들은 6.7 나노 파장의 반사 코팅(아이오프)과 플라즈마 소스(아이오프)에서 작업했습니다. 스위스 그룹은 2015 년에 포토 레지스트 연구를 요약했습니다. 스탬핑 또는 전자 빔 리소그래피와 같은 나노 패턴의 대체 방법이 진화하고 있습니다. 2017 년의”패터닝 로드맵”은 그들의 추가 개발에 대해 논의하려는 시도였습니다.
그러나 이러한 발전을 멀리서 보면 리소그래피 기술의 복잡성이 실행 가능한 최대에 도달 한 것 같습니다. 아스 미르와 그 동맹국들이 현재 첨단 기술 성당에서 건설하는 것은 우리 시대의 가장 크고 가장 진보 된 기술 시스템을 보여줍니다. 이 과학 및 엔지니어링 숙달의 놀라운 증거이지만,그것은 더 상당한 진전이 증가 데이터 저장 및 처리 요구 사항을 충족하기 위해 완전히 다른 접근 방식을 필요로 인상을 남긴다.