Vídeo: The full EUV optical light path - Inside the TWINSCAN NXE:3400 EUV lithography machine | ASML (Setembre 2024)
Quan es tracta de fer xips, més petit és millor. És a dir, els transistors més petits condueixen a xips que empaqueten més funcions en una àrea més petita, i històricament això ha comportat la millora contínua dels productes, així com uns costos informàtics més baixos, amb densitats que es doblen cada dos anys més o menys. Però, en els darrers anys, aquesta millora s’ha alentit, en part perquè cada vegada és més difícil utilitzar eines de litografia convencionals per produir les línies més petites necessàries per a xips més petits. La gran esperança de la indústria per aconseguir un gran avenç és la que s’anomena litografia ultraviolada extrema (EUV).
Fa anys que escric sobre EUV i les primeres màquines de prova es van instal·lar fa una dècada aproximadament a les instal·lacions de recerca de fabricació de xips de SUNY i IMEC. Els grans fabricants de xips han tingut proves a les màquines EUV durant anys, però recentment han actualitzat les seves màquines i instal·lant nous models, i ara parlen obertament sobre com utilitzaran EUV en els seus nodes de fabricació de 7nm i 5nm.
Em va sorprendre una mica aprendre recentment que alguns dels components més importants d’un sistema EUV es fabriquen realment a Wilton, Connecticut, a uns 45 quilòmetres fora de Nova York.
Primer, alguns antecedents. Totes les fitxes de l'electrònica que utilitzeu actualment es produeixen en una sèrie complexa de passos que impliquen el patró amb fotolitografia, on la llum passa a través d'una màscara a una oblea de silici, dipositant materials a la oblea i retallant les parts no desitjades successivament per fabricar-les. els transistors i la resta de components d’un xip. Normalment, un sol xip passarà per molts passos de litografia, creant múltiples capes. En pràcticament tots els xips principals actuals, els fabricants utilitzen un procés anomenat litografia d'immersió de 193nm o litografia DUV (ultraviolada profunda), en què la llum amb una longitud d'ona de 193nm es refracta a través d'un líquid sobre un fotoresist per crear aquests patrons.
Aquest tipus de litografia té un límit (pel que fa a la mida de les línies que pot crear en un passatge), de manera que en molts casos els fabricants de xifres han recorregut a modelar una sola capa diverses vegades per crear el disseny proposat. De fet, el doble patró és habitual, i la nova generació de xips d’Intel i d’altres utilitzen una tècnica anomenada auto-alineada quad patterning (SAQP). Però, cada pas addicional del patró requereix un temps i els errors en la correcta alineació dels patrons poden fer que sigui més difícil que cada xip quedi perfectament, reduint el rendiment de xips adequats.
La litografia ultraviolada extrema (EUV) utilitza la llum amb una longitud d'ona menor de 13, 5 nm. Això pot configurar funcions molt més fines, però també presenta molts reptes tècnics. Tal com em va explicar una vegada, comenceu a polvoritzar estany fos a 150 milles per hora, colpegeu-lo amb un làser en un pre-pols per distribuir-lo, explosiu amb un altre làser per crear un plasma i, després, reboteu la llum. Els miralls per crear una biga que ha de colpejar la oblia exactament al lloc correcte. Dit d'una altra manera, és com intentar colpejar un bàsquet en una zona d'una polzada al mateix lloc en les parades 10 mil milions de vegades al dia. Perquè això funcioni, és necessària una font d’energia plasmàtica d’alta potència per alimentar la llum i, perquè és tan complex, el procés requereix l’alineació precisa de totes les parts del sistema.
A causa d’aquesta complexitat, ASML, el gran fabricant holandès d’eines de litografia, és l’única empresa que fabrica màquines EUV i els dispositius requereixen peces i mòduls de diverses instal·lacions. D'altra banda, la fàbrica de Wilton fa mòduls crítics tant per a màquines DUV com EUV, en òptica i mecànica de precisió, segons ASML Fellow Chip Mason.
En concret, la fàbrica Wilton fa que el mòdul que ocupi el terç superior de l'actual màquina Twinscan NXE: 3350B, que manegi i alinei precisament l'estadi del reticle, que al seu torn manté la màscara a través de la qual s'encén la llum per fer el patró, així com els sensors d’alineació i anivellament d’hòsties. El mòdul superior es compon d’altres mòduls produïts a la fàbrica.
Bill Amalfitano, el director general de l'ASML Wilton, va explicar com en una màquina EUV, el mòdul superior gestiona el reticle, el inferior maneja l’hòstia i el mitjà, òptics de gran precisió, fabricats per Zeiss.
Tal com va explicar Mason, el posicionament i l’alineació precisa del reticle amb l’òptica són crítics per fer les fitxes. Per fer-ho, l'equip de Wilton treballa amb equips dels Països Baixos, un grup de litografia computacional a San Jose i un grup de metrologia. La màquina mesura constantment on són les coses i retorna les correccions en un procés conegut com a "litografia holística". Totes les parts es remeten a ASML a Veldhoven, als Països Baixos, on s'integren al sistema complet.
Les màquines finals són bastant grans, amb prou mida. Mason assenyala que cada nova generació d'eines de litografia ha provocat un procés més difícil amb màquines més grans que creen funcions cada vegada més petites. Arribat a aquest punt, ningú no pot ser un expert en tot el procés, per la qual cosa es requereix un gran treball en equip, tant a la fàbrica com amb les altres ubicacions de l’empresa.
"No va ser com fa deu anys quan va ser fàcil", va bromejar Mason, i va assenyalar que els processos més antics també "semblaven impossibles en aquell moment".
Per molt complexos que siguin, les actuals màquines EUV no són el final de la línia. Mason va dir que la signatura treballa en EUV d’alta velocitat (obertura numèrica), juntament amb millores en la litografia holística i funcions addicionals de correcció de proximitat òptica, per poder imprimir funcions encara més fines. La millora de la densitat de transistors és "un treball important", va dir Mason, destacant que els empleats de la instal·lació senten la responsabilitat de lliurar la nova tecnologia.
Vaig tenir l'oportunitat de passejar per la fàbrica amb l'ASML Wilton GM Bill Amalfitano, que va explicar que la fabricació es va fer en una habitació neta de 90.000 metres quadrats, en una instal·lació de 300.000 metres quadrats.
La sala neta sembla ser l’equivalent a uns dos pisos d’altura, i fins i tot això sembla ajustat per a alguns dels equips més nous, com ara les màquines completes de Twinscan EUV. Tot sembla molt ben organitzat, amb diferents estacions per crear les desenes de subsistemes diferents que entren als mòduls finals, i tot està codificat per colors segons la seva funció.
Tenia curiositat sobre com va acabar aquest tipus de treball a Connecticut. Mason i Amalfitano, que treballen a les instal·lacions des de fa molts anys, van explicar que tot va començar fa anys, quan Perkins-Elmer, aleshores a Norwalk, estava creant òptiques avançades per a coses com ara miralls per al telescopi Hubble. Aquesta empresa va començar a treballar en eines de litografia a finals dels anys seixanta i es va convertir en un dels principals proveïdors amb les seves eines Micralign. Perkins-Elmer va vendre la divisió a Silicon Valley Group el 1990, que va tornar a anomenar-la Silicon Valley Group Litithography (SVGL), que al seu torn va ser adquirida el 2001 per ASML.
Al llarg del camí, va explicar Amalfitano, la instal·lació ha continuat expandint-se. Ara dóna feina a més de 1.200 persones, i en creixement, del total de prop de 16.000 empleats d’ASML.
És curiós la teva velocitat a Internet de banda ampla? Prova-ho ara!
