Moderní výrobní technologie II

EUV litografie a její alternativy

O EUV toho již bylo napsáno hodně, aIe i přes ustavičný vývoj a dříve velice optimistické odhady, bude komerční nasazení EUV s vlnovou délkou 13,5 nm ještě nějaký čas trvat. Mezi hlavní zastánce můžeme zařadit například firmu Intel, který s EUV počítal již pro 32 nm. S možným nasazením EUV počítá již na příští rok i ASML, ale podle dostupných technologií se stejně jako cokoliv jiného mohou i roadmapy pro zavádění nových procesorů a technologií změnit - bude EUV litografie skutečně připravena pro komerční nasazení a vhodná pro masovou výrobu? Podle některých skeptických odhadů může k jejímu nasazení dojít až okolo roku 2013 nebo dokonce později.
Mezi problémy EUV litografie zatím stále patří četnost defektů a nákladnost masek. Jsou zde třeba také superdokonalá zrcadla (která navíc vzhledem k nákladnosti rozhodně nemohou být spotřebním materiálem) a potíže jsou i s výkonem a velice nízkým výstupem WPH. I v případě potlačení zmiňovaných potíží se EUV se současnou generací DUVi litografickým zařízení zatím nemůže rovnat, a to i přes případné "extrémní" zvýšení ceny s nasazením technik dvojitého osvitu u DUV a DUVi litografie, které dále snižují výkon a rychlost zpracování waferů. Veškeré ozařování pomocí EUV se navíc musí odehrávat v ultravysokém vakuu (UHV, Ultra High Vacuum), což klade další nároky na výrobu a zpracování waferů touto technologií. K zásadním problémům u EUV také patří zdroj paprsku, který musí mít patřičnou intenzitu (ovlivňuje potřebnou dobu expozice) a s tím opět plynoucí rychlost ozařování waferu.

Výstup WPH u EUV litgrafie ovlivňuje výkon použitého laseru k vytvoření plazmy (metoda LPP, Laser-Produced Plasma) a potřebná doba osvitu vzhledem k použitému forotezistu. Potřebná energie je běžně okolo 20 a více mJ/cm² u fotorezistů pro DUV litografii - pro EUV a rezistu s "citlivostí" 5 mJ/cm² se uvádí nutný výkon pro ozařování minimálně 115 wattů, v případě bězně užívaných rezistů 10 mJ/cm² a více bude třeba výkon přes 180 W. Podle některých zdrojů bude pro komerční nasazení třeba výkon až 300 W (v závislosti na fotorezistu a efektivitě zrcadel).

Produkovaný výkon EUV alfa toolech se pohyboval poměrně dlouhou dobu v řádech jednotek wattů, ale počátkem minulého roku Cymer Inc uvedl jednotku s výkonem 25 wattů s příslibem 50wattové varianty koncem roku 2007. Oproti předpokladu ale již 2. prosince 2007 prezentoval novou verzi zdroje pro EUV, kde byl výstupní výkon již okolo 100 W, což se již pomalu blíží výkonům potřebným pro komerční nasazení. S dodávkou požadovaných výkonů a s dodávkami výrobcům litografických zařízení jako je ASML, počítá Cymer Inc již tento rok. Pro možné komerční nasazení EUV litografie je požadován výkon zpracování alespoň 100 WPH. Přístroje pro litografii od ASML mají běžně až 150 WPH, což i při použití metod dvojité expozice klade na EUV nemalé nároky. Náklady na nasazení EUV budou vysoké, a tak řada výrobců může volit cestu prodloužení životnosti DUVi (vzhledem k nutné výměně fotolitografických zařízení) a dalším nutným zásahům do výroby.
S komerčním nasazením EUV se podle střízlivějších odhadů a ITRS roadmap počítá až po roce 2011 a i toto datum zřejmě bude i pro největší výrobce (které mají největší páky a mohou investovat nemalé částky do výzkumu) výzvou. Pak tu ovšem pomalu vyvstává řada ekonomických otázek ohledně nasazení EUV, protože 11nm výrobní technologie bude možná již konečná pro polovodiče na bázi křemíku. Příklad a výhody EUV přináší následující ilustrace.
Rozostření a nepřesnosti v případě DUVi u výše zmíněného testu lze částečně potlačit úpravou a optimalizací zdrojových litografických masek, ale to samozřejmě dál zvyšuje koncovou cenu takového řešení. Pokud je nutné takové techniky kombinovat s metodou dvojité expozice, a u posledních generací je použití dvojité expozice čím dál častější, hledají se i další cesty kromě tradiční fotolitografie. EUV samozřejmě není jediná možnost, ačkoliv vzhledem k dosavadním zkušenostem s tradiční litografií se zdá být logickým krokem.

Mezi alternativy EUV (a případně DUVi litografie) patří například Nanoimprint (technologie Step and Flash Imprint Lithography, S-FIL) nebo Electron-beam projection (EPL). Vzhledem k EUV a výzkumu na tomto poli jsou ale tyto technologie zatím v plenkách. Stejně jako EUV tyto nové techniky přináší i řadu potíží a nedostatků, které bude nutné před komerčním nasazením vyřešit. Obvykle se tyto technologie potýkají s nízkým výstupem WPH někde na úrovni 25 WPH (EUV je podle dostupných informací pohybuje okolo 10 až 20 WPH) a stále vysokým počtem defektů.
Mezi největší zastánce nanotisku a metody S-FIL patří v současnosti Toshiba s pomocí systémů od Molecular Imprints Inc, (MII). Ta předpokládá nasazení již u 22nm výrobní technologie a tento záměr byl prezentován na 33. konferenci MNE (Copenhagen, Německo). Další prezentovaná data ukazují CDU (Critical Dimension Uniformity) okolo 1 nm až LER (Line Edge Roughness) 2 nm. V podstatě se jedná o parametry, které u fotolitografie specifikuje použitý fotorezist a v závislosti na použité metodě podleptání a "neforemnost" a "hrubost" vytvářených spojů a struktur. Podle současných parametrů a úrovně 0,3 defektů na cm², které se pomalu dostávají na úroveň imerzní litografie pár let nazpět), se předpokládá, že tato metoda bude v době zavádění 32 nm poskytovat porovnatelné výsledky, s jednoznačnou převahou u 22 nm.
Ačkoliv většina firem dává přednost tradiční litografii, v oblasti se rýsuje řada dalších perspektivních technologií jako zmíněný nano iprinting, jak prezentovala tiskem slunce IBM již počátkem roku 2007 nebo Toshiba použitím systémů Imprio 250 od MII. Pro konzervativnost ICs průmyslu ale přelom v oblasti zřejmě přinese až několikrát odložená EUV, přestože se zde opakovaně objevují pochyby o brzké možnosti komerčního nasazení. Jak se ostatně ukázalo, odklady přesně naplňují podstatu a potřeby trhu - pokud to můžeš udělat se stávajícím vybavením (a technologií) nebo levněji, udělej to. Experimentování v oblasti výroby v již tak agresivním prostředí ICs průmyslu by jistě nebylo na místě a možná stagnace nebo potíže při zavádění nových výrobních technologií by měla velice nepříznivý dopad na celé odvětví. DUV a vlnová délka 193 nm s námi tedy ještě nějaký ten rok zůstane. Co bude dál a co se nakonec z komerčního hlediska prosadí a kdy, můžeme ale zatím pouze hádat.

V následující části článku se podíváme na další "žhavé" téma polovodičového průmyslu, a tím jsou 450mm wafery.