הדור הבא של טכנולוגיית הליתוגרפיה

במהלך השנים האחרונות, מושקעים המון משאבים על ידי כל בעלי העניין בתעשייה, בטכנולוגית הליתוגרפיה של הדור הבא. כפיר דותן מסביר למה

הפוסט נכתב על ידי כפיר דותן, הטכנולוג הבכיר של אפלייד ישראל במטה החברה בסנטה קלרה, קליפורניה. בתפקידו זה הוא אחראי על צי מכונות בקרת איכות התהליך הנמצאות במעבדת הפיתוח Maydan Technology Center, ועל שיתופי הפעולה הטכנולוגיים בין הקבוצה בישראל לקבוצות פיתוח אחרות באפלייד.

תמונה: flickr, cc-by, iurikothe

מי לא זוכר את מקגיוור ,סוכן חשאי אגדי, שהיה מסוגל לבנות מסוק משתי קופסאות ריקות של קוטג’, חוט ברזל וסיכת ביטחון בחמש דקות, בלי פרסומות. (מי שלא זוכר כנראה לא ראה טלוויזיה בין השנים 1985 ל-1992…).

בכל מקרה, למקגיוור היה כאמור כישרון למצוא פתרונות יצירתיים לבעיות שונות והוא היה יכול להרכיב מסוק, מכונית, סירה ,כל דבר בעצם, מכל דבר שהוא היה מוצא במקרה במחסן בו “הרעים” תיכננו לבצע משהו לא טוב.  אבל אני כמעט בטוח שאפילו מקגיוור האגדי בכבודו ובעצמו, בוודאי היה מעדיף לטוס במסוק אמיתי, ולא מקופסת קוטג’, אם רק היה כזה מסוק במחסן.

אילן אנלגרד תיאר בפוסט קודם מהו בעצם תהליך הליתוגרפיה. בפוסטים קודמים שלי, תיארתי שתי דרכים יצירתיות של הדפסה מתקדמת (SADP & DSA) שנולדו על ידי תעשיית חצאי המולכים, כשמטרתם להמשיך ולרדוף אחר חוק מור (כלומר להמשיך ולצופף מעגלים על פרוסת הסיליקון), למרות שהליתוגרפיה מוגבלת ביכולת ההפרדה שלה (אורך גל של nm 193). אבל גם התעשייה, כמו מקגיוור, בוודאי הייתה מעדיפה להשתמש בדבר האמיתי, כלומר בליתוגרפיה בעלת יכולת הפרדה גבוהה יותר, אם רק היה לנו כזה דבר במחסן.

אני מאמין שהקורא שאל את עצמו בפוסטים הקודמים, למה צריך למצוא פתרונות יצרתים בכל דור ודור של טכנולוגיה, שאמורים להתגבר על יכולת הפרדה מוגבלת של הליתוגרפיה. “האם מישהו עובד על הפתרון הפשוט, ומנסה לבנות מכונת ליתוגרפיה חדשה עם יכולת הפרדה גבוהה?”

וכמו שאילן כאמור הזכיר גם בפוסט קודם שלו, התשובה היא כן, עובדים, והרבה.

במהלך השנים האחרונות מושקעים המון משאבים על ידי כל בעלי העניין בתעשייה, בטכנולוגית הליתוגרפיה של הדור הבא. הטכנולוגיה הבאה נקראת “Extreme ultraviolet lithography” או בקיצור שם החיבה הינו – “EUV”. (הגרף למטה מציג אורך גל של הליתוגרפיה מול דור טכנולוגי ומראה איך הליתוגרפיה שיפרה רזולוציה על יד קיצור אורך הגל לאורך השנים).

Source: EUV Litho workshop 2009, http://www.euvlitho.com

בפוסט צנוע זה לא אנסה לענות על השאלה המכשילה האם מישהו ירוויח כסף מ-EUV (חוץ מיצרן מכונות ההדפסה שכבר מרוויח יפה מכל הסיפור) אלה מה הם האתגרים הטכנולוגים העומדים כיום בפני התעשייה כדי שיהיה EUV שיעבוד ביצור המוני, ואיך אנחנו ב-MTC ,עוזרים במאמץ הכללי. כל הלקוחות המובילים בתעשייה כבר רכשו מכונת בטא EUV ראשונה והם מדפיסים פרוסות סיליקון ניסיוניות רבות (באופן יחסי…) ב-EUV.

השאלה כיום היא לא “האם EUV יגיע יום אחד ?”, כי ה-EUV כבר כאן, השאלה היא “האם מישהו יוכל להדפיס פרוסות סילקון עם EUV ולהרוויח כסף מזה?”. הרעיון מאחורי ליתוגרפיית ה-EUV הוא שאורך הגל של הליזר שישמש את המכונה הסורקת (Scanner) יהיה 13.5 ננומטר. השינוי הפשוט באורך הגל כמובן אינו פשוט ליישום בכלל והוא מצריך לשנות ולהמציא רכיבים רבים בתהליך – כגון – אופטיקה של ה-scanner, את מסכות ההדפסה, את החומר רגיש לאור (Photo resist) ועוד. כמובן שיש צורך לפתור בעיות אינטגרציה חדשות, לפתח תהליך איכול חדש, חלון עבודה חדשה ועוד. כל השלבים החדשים האלה יוצרים כמובן אתגרים חדשים בתחום הפגמים שזה כידוע התחום שלנו.

אחת למספר חודשים נפגשים כל מומחי ה-EUV  בעולם ומנסים להסכים מה הם שלושת האתגרים החשובים עליהם צריכה להתגבר התעשייה.

אתגר מספר אחד כיום הוא ליצר לייזר בעל אורך גל 13.5 ננומטר יציב ובעל עוצמה חזקה. עוצמת הלייזר צריכה להיות כזאת שתאפשר מהירות הדפסה רווחית לייצור המוני. כיום עוצמת הלייזר היא במקרה הטוב בין 10%- ל1% מעוצמת הלייזר הדרושה. אורך החיים ויציבות הלייזר גם הם פרמטרים קריטיים, הלייזר צריך לתמוך במכונת הדפסה רווחית שלא צריכה לראות מוסך כל שני וחמישי להחלפה או כיול.

אתגר מספר 2 הוא ליצר מסכות ללא פגמים – אתגר לא פשוט בכלל, מכיוון שאורך הגל הוא קצר מאד, המסכות בטכנולוגיה החדשה אינן “מעבירות אור” והן בעצם מראות. מראות שצריכות להיות מושלמות, כל אחד יודע כמה קשה לעשות משהוא מושלם, הרבה יותר קשה כאשר מדובר במספר שככבות בתהליך היצור. מכיוון שעדיין מאד קשה להבין את המנגנון של יצרת הפגמים על מסכה ומתי “פגם” יודפס ומתי לא, קשה למנוע או לפתור אותם, כמו כן מאד קשה לשמור את המסכות נקיות מפגמים לאורך זמן.

אתגר מספר שלוש הוא לייצר חומר רגיש לאור (Photo resist) בעל רגישות מתאימה ונקי מפגמים – לא פשוט בכלל לייצר חומר שיהיה רגיש מצד אחד אבל לא רגיש מדי, ובעל תכונות סלקטיביות מתאימות לאיכול מצד שני. רגשיות לפגמים הינה תכונה חשובה שעדין לא נחקרה מספיק. תורה שלמה נלמדת כיום על התכנות הכימיות של ה resist החדש וכיצד הוא מתנהג במקרי קצה כמו פינות או תבנית מורכבת. כמו כן נעשות עבודות רבות על תכונות  החספוס של ה Resist  לאורך קווים , כיצד הוא משתלב עם החספוס על המסכה ואיך כל זה עומד “בתקציב” של חלון העבודה.

עבודות ה-EUV שאנחנו עושים ב-MTC  באופן טבעי מתמקדות באפיון פגמים, ואפיון תהליכים של טכנולוגית ה-EUV. עבודות אפיון הפגמים מתבצעות כמובן בעזרת המכונות של אפלייד ישראל שנמצאות ב-MTC. פרוסות הסיליקון מודפסות במכונות EUV  חדשות שנמצאות בשני מרכזי  פיתוח עולמיים – IMEC  (בבלגיה) או באלבני (בניו-יורק, ארצות הברית) ונשלחות אלינו ל-MTC לעבודת מחקר ופיתוח.

עבודת, EUV אחת לדוגמא שנעשתה MTC בשיתוף עם חברת GLOBALFOUNDRIES והוצגה ב-SPIE  2011 התמקדה ברמת ובאופי הפגמים של EUV  לאחר ההדפסה ולאחר תהליך איכול. פרוסת הסיליקון נסרקה במכונת גילוי הפגמים של אפלייד ב-MTC. מפות הפגמים נראות למטה. גילוי מוקדם של בעיות, ואפיון הפגמים  מאפשר לשפר את תהליך הליתוגרפיה בשלב ראשוני של הפיתוח.


EUV defect characterization study on post Litho and Etch for 1X and 2X node processes – SPIE 2011 – Ofir Montal AMAT and Tom Wallow GLOBALFOUNDRIES et Al.

לאחר שפגם ה-EUV מזוהה על ידי מכונת גילוי הפגמים, נבדקים הפגמים תחת מיקרוסקופ אלקטרוני לזיהוי ואפיון ברזולוציה גבוהה כפי שניתן לראות למטה.

EUV defect characterization study on post Litho and Etch for 1X and 2X node processes – SPIE 2011 – Ofir Montal AMAT and Tom Wallow GLOBALFOUNDRIES et Al.

Characterization of EUV resists for defectivity at 32nm -SPIE 2011 Ofir Montal AMAT , Dieter Van Den Heuvel IMEC at ElC

בעבודת EUV נוספת שהתבצעה ב-MTC בשיתוף עם מרכז המחקר IMEC שבאירופה והוצגה בכנס השנתי 2011 SPIE התמקדנו באפיון של סוגים שונים של Photo Resist ואופי ורמת הפגמים, כאשר המשימה הייתה לבחור את ה resist הטוב ביותר שישמש ל-Base line החדש של EUV. בעבודה זו סרקנו את פרוסות הסיליקון במכונת גילוי הפגמים שיש לנו ב-MTC  ולקחנו תמונות של פגמים במיקרוסקופ האלקטרוני שלנו. ראה תמונה למטה סוגי פגמים של תהליך EUV.

בגרפים למטה נראה השוואה מקיפה של מספר וסוגי הפגמים לפי סוג ה-Resist והשכבה התומכת למטה.

Characterization of EUV resists for defectivity at 32nm -SPIE 2011. Ofir Montal AMAT , Dieter Van Den Heuvel IMEC at El.

לסיכום

למרות שנעשתה התקדמות משמעותית בשנים האחרונות בתחום ה-EUV יש עדיין אתגרים רבים שמחכים לפתרון. אנחנו ב-MTC  לוקחים חלק במאמץ הכללי כדי לפתור בעיות פגמים חדשות ומחפשים חומרים חדשים שישפרו את התהליך. תחום ה-EUV  הוא פרויקט ענק ועתיר משאבים, ללא ספק אחד הגדולים שמתבצע בתעשייה כיום, ובוודאי ראוי לפוסט נוסף בהמשך.

ועד שהדבר האמיתי, בדמותה של מכונת הדפסה של EUV ,עם ליזר בעל אורך גל של 13.5 ננומטר, מהירה זולה ויציבה תהיה על ריצפת הייצור של כל יצרן סילקון, פתרונות של “הדפסה מתקדמת” באופי של מקגיוור ימשיכו לככב ולהצעיד את התעשייה קדימה ולרדוף אחרי חוק מור.

הפוסט פורסם לראשונה בבלוג של אפלייד מטיריאלס.


פוסט זה בחסות חברת Applied Materials


אפלייד מטיריאלס הינה החברה המובילה בעולם בתחום פתרונות טכנולוגיות הננו-ייצור (Nanomanufacturing Technology). החברה מספקת סל רחב של מוצרים חדשניים בתחום הציוד, התוכנה והשירות עבור יצרני השבבים המוליכים למחצה, צגים שטוחים, תאים סולריים פוטו-וולטאים, אלקטרוניקה גמישה וזכוכית יעילה אנרגטית.

מאז הקמתה בשנת 1967, אפלייד מטיריאלס מפתחת, מייצרת ומשווקת את טכנולוגיית הננו-ייצור המסייעת כיום בהפקתו של כמעט כל שבב מוליך למחצה וצג שטוח בעולם.

החברה מעסיקה כ-13,000 עובדים ב-91 אתרים הפרוסים על פני 22 מדינות ברחבי העולם. מוצרי החברה השונים מיוצרים בארה”ב, במזרח הרחוק, באירופה ובישראל. בשנת הכספים 2010 דיווחה אפלייד מטיריאלס על הכנסות בשווי 9.5 מיליארד דולר, ועד היום הגישה החברה כ-8,200 פטנטים.

החטיבה העסקית הממוקמת בישראל, PDC, Progress Diagnostics and Control משוייכת לקבוצת מערכות הסיליקון של אפלייד מטיריאלס ועוסקת בפיתוח, בייצור ובהטמעה של מוצרי בקרת איכות לתהליכי ייצור המוליכים למחצה.

כתב אורח

אנחנו מארחים מפעם לפעם כותבים טכנולוגים אורחים, המפרסמים כתבות בתחומי התמחות שלהם. במידה ואתם מעוניינים לפרסם פוסט בשמכם, פנו אלינו באמצעות טופס יצירת קשר באתר.

הגב

הגב ראשון!

avatar
Photo and Image Files
 
 
 
Audio and Video Files
 
 
 
Other File Types
 
 
 

* שימו לב: תגובות הכוללות מידע המפר את תנאי השימוש של Geektime, לרבות דברי הסתה, הוצאת דיבה וסגנון החורג מהטעם הטוב ו/או בניגוד לדין ימחקו. Geektime מחויבת לחופש הביטוי, אך לא פחות מכך לכללי דיון הולם, אתיקה, כבוד האדם והדין הישראלי.

wpDiscuz

תגיות לכתבה: