Technologie und Markttrends in der Lithografie für „More than Moore“-Anwendungen

Yole Développement

Jérôme Azémar, Project Development Director bei Yole Développement (Yole), bietet in seinen Vortrag auf der EMINT Frühjahrstagung 2019 einen Überblick über die Lithografiebranche zum Thema „More than Moore“-Geräte. Technologietrends, Branchenentwicklung und Marktdaten stammen aus der umfangreichen Sammlung von Berichten, die im Lauf des Jahres von Yole Développement veröffentlicht wurden. Die Berichte Waferstarts für „More Than Moore“-Anwendungen, Status quo der Branche für fortschrittliche Verpackung und Lasertechnologien für die Halbleiterfertigung sind Teil dieser Sammlung. Die vollständige Sammlung finden Sie auf I-Micronews.

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Einige der wirtschaftlichen Megatrends wie der Durchbruch von 5G-Drahtlostechnologien, Elektrofahrzeugen, autonomen Fahrzeugen, AR/VR und hochmodernen mobilen Endgeräten erfordern neue Funktionalitäten, eine weitere Verkleinerung sowie eine bessere Integration von Halbleiterkomponenten. Diese Anforderungen können durch herkömmliche „More than Moore”-Komponenten nicht vollständig erfüllt werden, da diese nur eine Verkleinerung anvisieren und zu immer höheren Kosten führen. Zahlreiche Geräte (CIS, MEMS, LEDs, Leistungsgeräte etc.) gewinnen immer mehr an Bedeutung und ihre Spezifikationen unterscheiden sich deutlich von „durchschnittlichen“ Halbleitern, die auf die modernsten Knoten spezialisiert sind. Auch die fortschrittliche Verpackung, welche die Integration der unterschiedlichen Komponenten berücksichtigt, wird immer wichtiger und folgt sehr komplexen Fertigungsanforderungen.  

Die Anforderungen sind je nach Gerätetyp durchaus unterschiedlich; für zahlreiche Merkmale der Lithografie können sie deutlich davon abweichen, was für moderne Knoten erforderlich ist – ob nun Auflösung, Overlay, DOF, Feldgröße, Waferverbiegung oder Ausrichtungsstrategien. Die für die fortschrittliche Verpackung erforderliche Auflösung liegt beispielsweise in der Regel im einstelligen Mikronbereich, also deutlich von der durchschnittlichen Front-end-Errungenschaft im Nanobereich entfernt … Doch die erforderliche DOF liegt im Bereich von 10 µm, was für den Umgang mit dickeren Schutzbeizen sowie für die erhabene Wafertopografie erforderlich ist; dies können durchschnittliche Front-end-Scanner nicht erreichen. In der Verpackung können auch der Umgang mit Verzug sowie heterogene Materialien in der Fotolithografie eine große Herausforderung darstellen. Und sehen wir uns Verpackungsplattformen einzeln an, wird dies noch komplexer: Für die Fan-out-Verpackung gelten beispielsweise strenge Anforderungen für das Overlay als Kompensation für eventuelle Formverlagerungen, während Flip-Chip-BGAs in diesem Bereich auch starre Spezifikationen besitzen, um vertikale Seitenwände zu gewährleisten.

Ähnlich dazu gelten auch für MEMS‑Anwendungen spezielle Anforderungen, jedoch mit anderen Drivern und Targets, die sich weiterentwickeln, was sich direkt auf den Markt für Lithografietools auswirkt. Bewährte MEMS und Sensorlayer haben unkompliziertere Spezifikationen; Maskenausrichtungstools sind „gut genug“ und werden zumeist angewendet, um eine ausreichende Leistung bei geringeren Kosten zu bieten. Der Weg geht jedoch in Richtung Megatrendanwendungen durch Antriebsgeräte, die strengere Anforderungen wie eine Auflösung unter 1 µm erfüllen, oder Geräte, für die eine sehr präzise Layer-to-layer-Ausrichtung unter 1 µm erforderlich ist. Dies wird in den kommenden Jahren zu einer steigenden Nutzung von Steppertools führen. Dies umfasst auch eine hohe DOF, die für MEMS‑Anwendungen erforderlich ist, wenn zur Aktivierung der DRIE‑Verfahrensschritte eine hohe Beizendicke benötigt wird.

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Andere wie beispielsweise LED‑Geräte können für unterschiedliche Layer bestimmte Anforderungen haben. Für diese Geräte liegen Lithografielayer – außer bei PSS – in der Regel bei 3 bis 4 µm und darüber. Dieses Layer ist das kritischste bei LED‑Lithografielayern, da es feinere Funktionen und eine höhere Auflösung im Bereich von 1 µm und somit Steppertools benötigt. Diese Präsentation wird eine Analyse der unterschiedlichen Spezifikationen und Trends sowie ihrer Weiterentwicklungen durch „More than Moore“-Geräte bieten.

Unterschiedliche Spezifikationen bedeuten oft unterschiedliche Ausstattungen und unterschiedliche Geschäfte. Während die Wettbewerbslandschaft im durchschnittlichen Front-end-Bereich auf wenige Player (ASML, Nikon etc.) und Scannerlösungen eingeschränkt ist, bieten „More than Moore“-Geräte umfassendere Projektionssysteme, Stepper, Laserdirektbelichtung und Laserablationssysteme, die von Playern aus diesen Bereichen wie beispielsweise Ultratech oder SUSS MicroTec bereitgestellt werden – und dieser Markt wächst. Durch die stetig wachsende Nachfrage nach fortschrittlichen Funktionen liegt das Wachstum eines neuen Marktes für Lithografieausstattungen für „More than Moore“-Geräte bei einer Rate von fast 10 % pro Jahr. In dieser Arbeit bieten wir Einblicke in aktuelle und kommende Lithografiemethoden für „More than Moore“-Geräte sowie Marktprognosen und die Wettbewerbslandschaft der wichtigsten Ausstattungszulieferer in diesen Bereichen.

Über den Autor
Als Project Development Director bei Yole Développement (Yole) unterstützt Jérôme Azémar die Entwicklung von strategischen Projekten, indem er führenden Unternehmenskunden aus der Halbleiterbranche von der Fertigung bis zur Verpackung folgt. Seine Mission besteht darin, die geschäftlichen und technischen Kenntnisse von Yole in der Branche weiterzuentwickeln, langfristige Partnerschaften mit den Kunden zu pflegen und deren Erwartungen zu erfüllen.