1纳米需要什么样的光刻机?

比利时的独立半导体高科技研究机构——imec每年都会在东京举办“imec technology forum(itf) japan”,并介绍他们的年度研发成果,今年考虑到新冠肺炎的蔓延,于11月18日在线举行。
首先,imec的ceo兼总裁luc van den hove先生做了主题演讲并介绍了imec的整体研究内容,并强调指出,imec通过与asml通力合作研发并实现新一代高解析度euv曝光技术(高na euv lithography),促使摩尔定律继续发挥作用,且即使工艺微缩化达到1纳米后,摩尔定律也会继续存在。
不仅是日本半导体企业,其他很多半导体企业也都认为“摩尔定律已经终结”、“成本高、收益低”,因此相继放弃研发工艺的微缩化,imec始终提倡为摩尔定律续命,因此是当下全球最尖端的微缩化研究机构。
日本的曝光设备厂家也在研发阶段放弃了euv曝光技术(这对实现超微缩化是必须的),而imec和asml合作拿公司的命运做赌注,时至今日一直在研发 。
imec公布了1纳米以后的逻辑半元件的技术蓝图
imec在itf japan 2020上公布了3纳米、2纳米、1.5纳米以及1纳米及后续的逻辑元件的技术蓝图。
第一行的技术节点(node)名下面记录的pp为poly-silicon排线的中心跨距(pitch,nm),mp为金属排线的中心跨距(pitch,nm)。此处,我们需要注意的是,以往的技术节点指的是最小加工尺寸、栅极(gate)的长度,如今不再指某个特定场所的物理长度,而是一个符号。
此处的展示的采用了bpr、cfet、2d材料的沟槽(channel)结构以及材料已经在别处的演讲中提及。
euv的高na化对于进一步实现微缩化至关重要
tsmc和三星电子从7纳米开始在一部分工程中导入了na=0.33的euv曝光设备,也逐步在5纳米工艺中导入,据说,2纳米以后的超微缩工艺需要更高解析度的曝光设备、更高的na化(na=0.55)。
asml已经完成了高na euv曝光设备的基本设计(即nxe:5000系列),预计在2022年前后实现商业化。这款新型设备由于光学方面实现了大型化,因此尺寸较大,据说可达到以往洁净室(clean room)的天花板。
一直以来,asml都和imec以合作的形式研发光刻技术,为了推进采用了高na euv曝光设备的光刻工艺的研发,imec在公司内新设立了“imec-asml high na euv lab”,以共同研发,且计划和材料厂家共同研发光掩模(mask)、光刻胶(resist)等材料。
最后,van den hove先生表示未来会继续推进微缩化:“实现逻辑元件工艺微缩化的目的在于俗称的ppac,即power(功耗)的削减、performance(电气性能)的提高、area(空间面积)的缩小、cost(成本)的削减。当微缩化从3纳米、2纳米、1.5纳米发展到1纳米以后,即发展到sub-1纳米的时候,需要考虑的因素不仅是以上四项,还有环境(environment)因素,希望未来继续发展适用于可持续发展社会的微缩化工艺。”


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