News Nikon NSR-S631E: Neuer Immersions-Scanner für 7-nm-Fertigung

Während der Fokus in der Forschung in erster Linie auf EUV liegt, wird mit jedem Jahr deutlicher, dass die klassische Immersionslithografie noch länger benötigt wird, als ursprünglich geplant. Nikon, neben ASML der größte Zulieferer dieser Maschinen, bringt deshalb einen neuen Scanner auf den Markt, der für 7 nm ausgelegt ist.

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ich bin mal gespannt wie es weiter geht und ob man vom Verfahren selbst weg kommt und ganz neue Techniken erschließen muss. Da werden dann die Karten aller Halbleiterriesen neu gemischt.

Diese Technologie ist extrem schnellebig. Da ist es kaum ein Wunder das es effizienter ist eine bekannte Technologie noch an neue Typen anzupassen als eine ungewisse Entwicklung mit viel Geld zu beschleunigen. Das Risiko ist zu groß.

Und noch mal für alle, hätte man mehr Zeit und Geld für Herstellungskosten, könnte man jede X-beliebige Auflösung mittels Elektronenstrahlbelichtung realisieren. Das ist kein Märchen sondern findet für Sondertypen heute schon Anwendung. (Satelliten Technik etc...)

Candy_Cloud schrieb:

Und noch mal für alle, hätte man mehr Zeit und Geld für Herstellungskosten, könnte man jede X-beliebige Auflösung mittels Elektronenstrahlbelichtung realisieren. Das ist kein Märchen sondern findet für Sondertypen heute schon Anwendung. (Satelliten Technik etc...)

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Elektronenstrahlbelichtung hat einige riesige Nachteile. Es kann kein ganzer Wafer auf einmal belichtet werden, sondern immer nur der jeweils bestrahlte Bereich und der ist winzig. Ist ja auch logisch, wenn man unterhalb von 100nm arbeitet. So Miliarden an Bauelementen zu erzeugen ist nahezu unmöglich. Weiterhin hat ein Elektronenstrahl meist mehr als 100kV Beschleunigungsspannung hinter sich, bei niedrigeren Werten sind die Strahlqualitäten eher mies. Mit solch schnellen Elektronen haust du dir schnell mal ein paar Fehlstellen bzw. Störstellen ins Gitter. Die wirken sich widerrum negativ auf die Chipqualität aus...
Es hat schon seinen Grund, warum man keine Elektronenstrahltechnik in der Chipbranche einsetzt und auch wenig in die diesbezügliche Forschung investiert.

Hallo zusammen,

Ja es stimmt, für Sondeanwendungen und Prototypen wird auch auf dem Wafer die Elektronenstrahlbelichtung eingesetzt. Für die Volumenfertigung ist die Dauer dieses Prozesses jedoch nicht geeignet.

Ein Beispiel, für Photomasken (die Vorlagen zur Belichtung in einem Scanner oder Stepper) der aktuellen 16/14nm Technologien liegen die Schreibzeiten pro Maske durchaus bei 12h bis 24h. Wohlgemerkt, pro Maske! Hier kommt ebenfalls die Belichtung durch Elektronenstrahlen zum Einsatz, meist jedoch mit 50 keV. Die Datenmengen für eine Ebene (Maske) sind ebenfalls gewaltig und ich denke, wahrscheinlich auch in diesem Volumen nicht beherrschbar. Eine 14/16nm Maskeneben kann schonmal aus 500 GiB bis 1 TiB Daten bestehen. Diese Menge muss natürlich auch in einer kurzen Zeit aus dem Speicher über den Elektronenstrahl auf den Wafer gebracht werden. Dazu müssen viele der störenden Effekte (egal ob Elektronen oder Ionenstrahl) korrigiert werden (hier gibt es Aufladungseffekte, Abstoßungseffekte, Rückstreueffekte, Drifteffekte, Aufheizung des Lacks etc.).
Bei der Maske ist die e-Strahlbelichtung noch recht einfach da es in der Regel nur 1 Strahl gibt. Für Wafer und Maske wird seit mehreren 10 Jahren mit Mehrstrahlensystemen experimentiert, diese Systeme gibt es (z.B. Mapper, auch IMS e-Beam bietet diese an) aber sie müssen den Weg in die Volumenfertigung von Masken und Wafern noch finden. Ihre Zeit wird ganz klar kommen.

Nun sollen aber 200 Wafer mit ca. 100 Chips pro Wafer pro Stunde belichtet bzw. geschrieben werden.
Aus diesem Grunde wird der Einsatz der 193nm Lithographie gegenüber der Elektronenstrahl-Lithographie in der Waferfab bevorzugt.
Interessant sind in diesem Zusammenhang auch die Durchsatzmengen, welche mit den aktuellen EUV Scannern (NXE-3300, NXE-3350) erreicht werden können. Diese liegen noch deutlich unterhalb der 200 Wafer / Stunde. Daneben ist die produktive Verfügbarkeit der Anlagen noch schlecht (60%...70% Verfügbarkeit in Produktion). Die restlichen 30%...40% setzen sich aus Wartungsmaßnahmen und Störungszeiten zusammen.

Cheers

Ein Gedanke zum eigentlichen Thema, dem neuen Immersions-Scanner bzw. der Immersionslithografie:

Durch diverse Optimierungen, aber auch neue Entwicklungen bei den Linsen, dem Auto-Fokus und der entsprechenden Ausrichtung dieser, ist die neue Maschine in der Lage, in der Fertigung von 7-nm-Chips [...] zum Einsatz zu kommen.

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Mit den genannten "aber auch"-Aspekten ist die Verbesserung der Nikon-Maschine natürlich (aus rein optischen Gesetzmäßigkeiten) kaum zu verstehen, es bleibt die Frage, was hinter den "diversen Optimierungen" steckt (persönlich hätte ich da etwas mehr erwartet, als bloß journalistisch weitergegebene Floskeln). Möglicherweise wird hier bereits ein Prinzip technisch umgesetzt, welches die problematische EUV-Lithografie als teure Fehlentwicklung erscheinen lässt. Meine Spekulation/Überlegung, grundsätzlich und ohne ins Detail gehen:

Immersionsmikroskopie, umgekehrtes Prinzip: Immersionslithografie (mit absorbierenden bzw. transparenten Fotomasken)
dito, daraus folgend:
Fluorseszenzmikroskopie, umgekehrtes Prinzip: Fluorseszenzlithografie (mit Masken spontaner Emissionseigenschaften im Bereich des Übergangs Absorption zu Transparenz)

Seit Stefan Hell 2010 seine Erfindung ("Sted-Mikroskop", "Nanoskop", Nobelpreis 2014) bekannt gemacht hat, sind diese auf den Prinzipien der Fluorseszenzmikroskopie basierenden Sted-Mikroskope in bereits ausgereifter Form (unter Anwendung von Leica-Patenten) auf dem Markt, herausragende Merkmale: Auflösungsgrenze im unteren, einstelligen Nanometerbereich (derzeit 2 bis 3 nm), vergleichsweise gut beherrschbare Technologie sowie niedrige Kosten. Vergleichsweise meint im Hinblick auf künftige Immersions- bzw. EUV-Techniken, sofern die Umkehrung des Prinzips technologisch gelänge.

Ob die Japaner diesbezüglich schon solche Schritte eingeleitet haben könnten, möchte ich zwar selbst (noch) bezweifeln, solange aber das Geheimnis der NSR-S631E nicht gelüftet ist (werden darf), könnte man ja ein wenig darüber spekulieren...

Ja, das wäre denkbar. Leider ist die Halbleiterbranche sehr konservativ so dass solche Lösungen erst sehr spät in die Massenproduktion einfließen. Die klassische 193nm Lithographie ist noch nicht am Ende. Es gibt auch Techniken wie Source-Mask-Optimization (SMO) sowie Inverse Lithography und auch Pixellated Masks. Was plötzlich wieder "in" ist, sind phasenschiebende Masken. Die Phase-Shifter waren seit 45nm tot und kamen mit der 28nm Technologie in kleinen Mengen wieder. Seit 20/14/16nm sind diese Masken wieder erste Wahl.

gibt auch alternativen zum Silizium?