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2024-09-17 :: 4628 Words光刻
概述
缩短波长的方法除了增加频率之外，其实还有更换介质（比如水），这就是浸润式微影。不同工作波长，液体也不同。需要考虑液体的吸收作用。
Rayleigh criterion（瑞利判据）：
\[CD = K_1 \frac{\lambda}{NA}\]\(K_1\)是一个常数，取决于与芯片制造工艺有关的许多因素。按照ASML的说法，其物理极限值是0.25。\(\lambda\)则代表光刻机使用光源的波长；NA则是光学器件的数值孔径，描述了它们能够收集光的角度范围；CD代表线宽，即可实现的最小特征尺寸。
DUV是深紫外线（Deep Ultraviolet Lithography），EUV是极深紫外线（Extreme Ultraviolet Lithography）。
ASML光刻机分为四大等级:
A、EUV7nm及以下。
B、DUV湿法先进制程16-7nm。
C、DUV湿法成熟制程45-28nm。
D、DUV干法110-65nm。
套刻精度
光刻机的套刻精度（Overlay Accuracy）是指在光刻过程中，不同光刻层之间对齐的精确度。在半导体制造中，芯片的制造涉及到多层材料的叠加，每一层都需要通过光刻过程来形成特定的图案。这些图案层需要非常精确地对齐，以便在后续的工艺步骤中能够正确地连接和构建电路。
光刻机的套刻精度(Overlay)，它决定了芯片上下层的对准精度，进而决定了多重曝光的良率。
提高套刻精度的办法之一，就是拿到更高精度的设备，比如2100i DUV光刻机。目前能把多台套刻精度（MMO）做到无限接近单台套刻精度（DCO），全世界仅台积电一家。
台积电用MMO:2.5nm的1980ci光刻机+四重曝光良率超过80%，而大陆厂用MMO:1.5nm的2050i+四重曝光，经过2年的不断努力，良率接近50%。
多曝光对于套刻精度是苛刻的，每多一次砍一半。
单次曝光overlay的control window大约20%-25%的CD，所以65nm线宽的光刻机需要至少13nm的overlay。
如果要做双重曝光overlay必须降低一半也就是13nm/2=6.5nm，这就是目前这台国产光刻机无法做多曝的理论依据。
ASML表示，其TWINSCAN NXT:1980系列浸润式光刻系统的DCO值小于等于1.6nm，因此不受新规定的限制，可以继续出口。但是，对于更先进的TWINSCAN NXT:2000i及后续推出的系统，ASML需要申请出口许可证。
哪怕搬到外太空用恒星做光源，光刻也要对准、量测、扫描。就在5月底，ASML还在国内中标了4台248nm的KrF，EUV造不了、ArFi造不了、ArF造不了都不提了，然而现状是赢学家一顿吹下来，波长248nm的KrF都还在买ASML，难道是看ASML可怜赏他一口饭吃吗？
提高分辨率还可以使用双光束成像（2-beam Imaging）的方法，分别有偏轴式曝光（OAI）及移相光罩PSM）两种。
偏轴式曝光是调整光源入射角度，让光线斜射进入光罩。透过角度的调整，可以很巧妙地让这两道光相互干涉来成像，使分辨率增加并增加景深。
移相光罩则是在光罩上动些手脚，让穿过相邻透光区的光，有180度的相位差。这两种做法都可以让k1减少一半，不过这两种方法都是用2-beam Imaging的概念，不能叠加使用。
要再进一步降低k1，最终的杀手剪！就是用两个以上的光罩，也就是大家耳熟能详的多重曝光(Multi-patterning) 。
多重曝光的手艺是当年intel投入重金搞的，有LELE，LFLE和SADP/SAQP三种。
- LELE，Litho-Etch-Litho-Etch，光刻-刻蚀-光刻-刻蚀。把原来一层光刻图形，划分到两个或多个掩膜上，搞了一次图像叠加。这个好想象。
- LFLE，Ltiho-Freeze-Ltiho-Etch，光刻-固化-光刻-刻蚀。和LELE本质差不多，省一道刻蚀工序，降低成本。
- SADP，Self Aligned Double Patterning，自对准双重图形化以及SAQP四重曝光技术。
结果突然EUV来了，Intel大呼上当。我在练射箭手艺，你给台积电造了一把冲锋枪。
多曝搞先进制程没有经济价值，甚至于对于当前的中国，连工艺研发和产业价值都有限。
光源
目前全世界能生产光刻机的DUV光源只有美国Cymer跟日本Gigiphoton两家，美国Cymer是ASML的子公司并提共ASML DUV以及EUV光源系统，日本Gigiphoton是从小松独立出来的并向日本两大光刻机Nikon、Canon提供光源。
光源系统的核心部件”电源模块”02专项是由中科院安徽光机所方教授带领的团队承担攻关任务。目前性能为20W 4KHz。
小松在2001年就发表了安徽光机所同性能的光源，Cymer是在更早的2000年发表的，也就是说我们千辛万苦刚刚突破的光源技术是国外20多年前的水平。
ASML跟Nikon的光源系统在20年前的ArF dry光刻机中就达到40W 4KHz，而比dry更难的ArFi最新型号2050i更是达到120W 6KHz，每小时300片Wafer+的产能。
对于去年就开始传的SSA800/10W的28nm光刻机，我们可以发现他的光源功率只能达到10W。
其实把这几年国产光源系统的表现对应2000年前后Cymer跟Gigiphoton光源的提升，我们能发现国产光源并没有出现后发优势，Cymer跟Gigiphoton一直是每1.5~2年提升一个台阶，但国产光刻机以ArF dry来说2019年我们已经掌握20W的光源制造能力，但2023年刚出货给燕东微的SSA600还是20W 4KHz。
在EUV波长区域，并没有天然的材料与机制可以产生激光，现行的13.5nm EUV是以二氧化碳激光照射掉落的锡液滴所激发的次级光源。
由于EUV光的产生过程复杂，光的频率集中的程度远不如使用激光源的DUV，亮度也远远不如DUV。亮度不足，曝光时间就需要较长，这就影响了光刻机产出效率(WPH)。
EUV光刻机功率达到了100万瓦，是上一代的10倍左右，每天耗电3万度。
镜头
绝大多数人不知道的是，目前ASML光刻机里的光学模组(透镜组)也是蔡司提供的。而EUV光刻机的光学模组更是只有蔡司能够加工。
因为EUV光刻机使用13.5nm波长的光线，这种光线波长太短，短到不能用透镜来控制光线传播。因为透镜会对短波长的光线造成衰减，所以EUV光刻机只能通过反射的方式来形成光路。
要控制这种光线，需要几十层钼和硅层层叠叠摞起来，还要在镜片上镀膜才能完成，每一层膜都只有纳米级别的厚度，每层误差不能超过0.01纳米。
这样的镜面究竟有多平整？要求是起伏度要低于在地球表面大小的平面上放一根头发丝。
而目前拥有这样加工技术的公司只有蔡司。
奥林巴斯的电子和光学显微镜都不如徕卡，徕卡造了德国潜艇的潜望镜。
NIL
目前实现商业量产完成度最高的先进制程光刻机，其一是DUV/EUV光刻机，其二是NIL（Nanoimprint Lithography）光刻机。
DUV/EUV光刻机，主要涉及的企业是荷兰ASML和日本尼康。
1995年，华裔科学家周郁（Stephen Chou）教授首次提出纳米压印概念。
NIL光刻的相关企业：
Nanonex，就是周郁大佬参与的公司，总部在新泽西普林斯顿。
佳能，虽然是日本公司，但是佳能NIL光刻机大部分技术来自收购的Molecular Imprints，这家公司位于德克萨斯，至今佳能NIL光刻机的研发中心也还在德克萨斯奥斯汀。
HP，这个更是不用多说，几乎人人都知道HP是美国企业。
目前佳能推出的奈米压印机每小时产量就只有100片上下，100的WPH这比EUV的Alpha机器都还要低更别说量产机型，以现有技术来看掩模板可以使用的次数在几千次的数量级，因此我们清楚经过2-3天掩模板就得更换，所以在纳米压印技术中掩模板的成本将非常高。
EUV和DUV确实不是唯一的图形化技术。各路大神们经常提及的还有两种: 纳米压印和电子束曝光。
纳米压印的图形化良率太低。现如今一个芯片上有百亿个晶体管，纳米压印无法保证每个都正常。所以纳米压印只能用在容错率比较高的存储领域。没有任何一家的先进逻辑芯片是用纳米压印做的。
电子束曝光的分辨率可以高于EUV，这个是没错的。但是问题在于曝光的效率太低。和EUV先比，一个是请人抄书，一个是印刷厂印刷书。电子束写一个12寸片，是按天计时的，而EUV是按分钟计的。差了几万倍。所以电子束曝光一般只用于科研和加工光刻板。即使考虑很多个电子束的头同时写，也有本质上的问题：电子之间相互排斥，很多个一起写的话，每个头都写不准。
我们还是别老想着弯道超车了，毕竟有弯道的时候拐弯才能超车。
大家都走直道的时候你拐弯，那不会超车，只会翻车。
参考
通常认为，DRAM的天花板是10nm。其原因是在传统1T1C架构下，单位元件面积不断减小，如何保证电容能够存储足够的电荷、防止相邻存储单元之间的耦合，是DRAM推进到10nm以下的无解难题，而EUV是用来做7nm以下的，DRAM目前主流是14纳米。14纳米理论上完全可以用DUV来完成，不需要EUV。
三星电子的1Znm节点DRAM量产结果表明，相比于DUV浸没式光学光刻机，EUV光刻机极大简化了制造流程，不仅可以大幅度提高光刻分辨率和DRAM性能，而且可以减少所使用的掩模数量，从而减少流程步骤的数量，减少缺陷、提高存储密度，并大幅降低DRAM生产成本，缩短生产周期。也就是说，即使EUV掩模费用（达数百万美元）远高于DUV掩模费用，使用EUV光刻机量产DRAM也具有更高的性价比。
https://mp.weixin.qq.com/s/NZGNrO_LxNc6qrIdofOIfQ
假如没有他（林本坚），就没有今天的台积电
https://mp.weixin.qq.com/s/-cudXRIo0t4gNpEqVJ7vKw
芯片光刻的流程详解
https://mp.weixin.qq.com/s/V2AY7VcUEFCMAdMPJ54ZiA
一文看懂光刻机
https://mp.weixin.qq.com/s/VY0WeBfZ2vN8OaupcsEvxw
光刻胶发展历史
https://mp.weixin.qq.com/s/odDzhxRsGuZYOdYtbrHV8Q
一文看懂光刻胶
https://mp.weixin.qq.com/s/jqP52LFcmd5oGRLBfE2J_A
光刻机编年史（1959-1969）
https://mp.weixin.qq.com/s/YvzxV5NLz4FkKO71bxpAIA
给孩子讲讲光刻机吧
https://mp.weixin.qq.com/s/6BnrAEMpZxJ3ChBHWQ9mWA
台积电缺电！30台EUV光刻机一天耗电90万度
https://mp.weixin.qq.com/s/AUDDEYETPdJSyIdpMl4hLQ
一文看懂ASML EUV光刻技术
https://mp.weixin.qq.com/s/DFU4zoteqehOJkBpVVhXyA
EUV光刻机里的低调王者
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