Çin merkezli Prinano Technology, nano baskı (nanoimprint lithography - NIL) sistemleri geliştirme alanında önemli bir başarıya imza attı. Firma, yarı iletken üretimine odaklanan bir Çinli müşterisine ilk çip üretim sınıfı step-and-repeat nano baskı lithography sistemini teslim etti. Bu yenilikçi teknoloji, geleneksel ışık tabanlı lithography yöntemlerinin aksine, devre tasarımlarıyla kazınmış kuvars kalıplar aracılığıyla çiplerin üzerine nano ölçekte tasarımları "basıyor".
Prinano'nun PL-SR serisi makinesi, Çin'de geliştirilen ilk nano baskı lithography aracı olma özelliğini taşıyor. Sistem, Prinano'nun müşterisindeki gerekli tüm testleri başarıyla tamamlamasının ardından fiili çip üretimi için kullanılacak. Bu teslimatla Prinano, Canon'dan sonra dünyada ikinci kez nano baskı lithography aracı teslim eden şirket oldu.
Çin'in NIL Aracı Başarıyla Çalışıyor
Prinano'nun PL-SR step-and-repeat nano baskı lithography aracı, nano ölçekte devre tasarımlarıyla işlenmiş bir kuvars kalıbın, wafer yüzeyine uygulanan ince bir resist tabakasına fiziksel olarak bastırılmasıyla wafer'ları desenliyor. Photolithography gibi ışık ve projeksiyon optikleri yerine, PL-SR kalıbın özelliklerini doğrudan tam ölçekte kopyalıyor. Sistem, farklı desen yoğunlukları için damlacık hacmini dinamik olarak ayarlayan yüksek hassasiyetli bir mürekkep püskürtme sistemi kullanarak resisti uyguluyor ve böylece ince, homojen bir artık tabaka (10nm altında, 2nm'den az varyasyonla) sağlıyor.
Prinano'nun PL-SR sistemi, 300mm wafer'ları işleyebiliyor ve 10nm'nin altında çizgi genişliği yeteneği sunuyor. Çalışma sırasında sistem, kalıp ve wafer'ı hassas bir şekilde hizalıyor, vakum olmadan tam temas sağlıyor ve her alanı sıralı olarak basarak (bu yüzden 'step-and-repeat' sistem olarak adlandırılıyor) tüm 300mm wafer'ı kaplıyor.
Makine, NIL için önemli bir yenilik olan patentli bir şablon profil kontrol mekanizmasına sahip. Bu mekanizma, rijit kuvars kalıp ile silikon wafer arasındaki eğrilik uyumsuzluklarını telafi ederek, bozulma olmadan 7:1'in üzerindeki özelliklerin aktarımını sağlıyor, böylece verimi maksimize ediyor ve performans varyasyonlarını azaltıyor. Baskı işleminin ardından resist deseni kürleniyor ve daha sonra son devre yapılarını oluşturmak üzere aşındırılıyor.
İyi Sonuçlarla Karşılaştırma
NIL lithography makinesini EUV araçlarıyla doğrudan karşılaştıramasak da, çizgi genişliği yeteneği EUV tarayıcılarının sağladığı çözünürlükle kıyaslanabilir. Modern EUV sistemleri, 13.5nm dalga boyunda ve 0.33 NA optiklerle çalışarak tipik olarak tek bir pozlamada 13nm minimum yarı-pitch çözünürlük sağlıyor. Bu, tek pozlamada 26nm minimum metal pitch basmak için yeterli.
10nm'nin altındaki çözünürlükleri (örneğin 3nm sınıfı işlem teknolojisi özelliklerini 21nm – 24nm'de basmak) elde etmek için, EUV araçları birden fazla desenleme adımı gerektiriyor, bu da maliyet ve karmaşıklığı artırıyor. NIL'in 10nm altındaki çizgileri tek adımda çoğaltması, aynı boyuttaki EUV'nin çok adımlı desenlemesine potansiyel olarak daha basit bir alternatif sunuyor, ancak yalnızca kuvars kalıbı eşleşen doğrulukla üretilebilirse ve kusurlar düşük tutulabilirse.
10nm'nin altındaki artık tabaka kalınlığı ve 2nm'den az varyasyon açısından bakıldığında, EUV lithography (EUVL) tarayıcıları nano baskı lithography sistemleri gibi bir 'artık tabaka' oluşturmuyor, ancak bu boyutları EUV'nin kritik boyut tekdüzeliliği (CDU) ile karşılaştırmak mantıklı. Modern EUVL araçları, wafer genelinde 1nm – 2nm arasında CDU'lar elde ediyor, bu nedenle bu açıdan NIL ve EUVL sistemleri benzerdir.
Prinano, NIL araçlarının üst üste bindirme performansını açıklamıyor, ancak aracın beyaz kağıdında 'endüstrinin gelecekte 10 nm'nin altında, hatta 1 nm seviyesine yaklaşan' üst üste bindirme doğruluğu gerektirdiği belirtiliyor. En yeni ASML Twinscan NXE:3800E, işlem koşullarına bağlı olarak yüksek hacimli üretim için 1.5nm – 2.0nm aralığında üst üste bindirme performansı gösterebiliyor. Prinano'nun üst üste bindirme doğruluğunu doğrudan açıklamaması göz önüne alındığında, şimdilik hedefinin 1nm ile 10nm arasında olduğunu tahmin edebiliriz.
Ancak Yüksek Hacimli Üretim İçin Değil
Rekabetçi çözünürlük denklemin sadece bir parçası. Dikkat edilmesi gereken bir nokta, NIL step-and-repeat baskısının, her wafer alanının fiziksel olarak temas etmesi, basılması, kürlenmesi ve ayrılması gerektiği için EUV veya DUV projeksiyon lithography'den doğası gereği daha yavaş olmasıdır. Bu mekanik döngü, ince özellikler için saatte wafer oranlarını on'larla sınırlarken, modern EUV araçları saatte yaklaşık 200 wafer işleyebilir. Daha yavaş tempo, NIL'i yüksek hacimli, en yeni mantık veya bellek üretimi için daha az uygun hale getiriyor, hatta çözünürlüğü rekabetçi olsa bile.
Ve Mantık İçin Değil (En Azından Şimdilik)
Prinano, PL-SR'nin ilk doğrulamalarının bellek çiplerinde, silikon tabanlı mikroekranlarda, silikon fotoniklerde ve gelişmiş paketlemede uygulamalar için tamamlandığını belirtiyor. Bununla birlikte, PL-SR'nin şimdilik mantık üretimi için kullanılmayacağı anlaşılıyor. Şirket bunun nedenlerini açıklamamış olsa da, genellikle düzenli yapılar ve CPU veya GPU'larda yaygın olan karmaşık devreler içermeyen uygulamaları belirtmesi, bu durumun teknik sınırlamalardan kaynaklandığını gösteriyor.
NIL, bir kalıp kullanarak resist kaplı bir wafer'a fiziksel olarak dokunarak IC özelliklerini basmaya dayanır. Bu, herhangi bir partikül veya yüzey kirliliğinin kalıba zarar verebileceği ve verim kaybına neden olabileceği anlamına gelir. Çok sayıda düzenli yapıya sahip çiplerde, maliyette önemli bir artış olmadan yedeklilik uygulamak mümkün olsa da, bu karmaşık mantıkta çok daha zordur, bu nedenle herhangi bir kusur verimi düşürebilir. Nitekim, NIL'in temas doğası, ultra düşük kusur oranlarının tutarlı bir şekilde elde edilmesini zorlaştırır.
