Video: The full EUV optical light path - Inside the TWINSCAN NXE:3400 EUV lithography machine | ASML (Noviembre 2024)
Cuando se trata de hacer chips, más pequeño es mejor. Es decir, los transistores más pequeños conducen a chips que agrupan más funciones en un área más pequeña, e históricamente esto ha llevado a la mejora continua de los productos, así como a menores costos de cómputo, con densidades que se duplican cada dos años más o menos. Pero en los últimos años, esta mejora se ha ralentizado, en parte porque cada vez es más difícil usar herramientas de litografía convencionales para producir las líneas más pequeñas necesarias para chips más pequeños. La gran esperanza de la industria para un avance es algo llamado litografía ultravioleta extrema (EUV).
He estado escribiendo sobre EUV durante años, y las primeras máquinas de prueba se instalaron hace aproximadamente una década en las instalaciones de investigación de fabricación de chips en SUNY e IMEC. Los grandes fabricantes de chips han probado máquinas EUV durante años, pero recientemente han estado actualizando sus máquinas e instalando nuevos modelos, y ahora están hablando abiertamente sobre cómo utilizarán EUV en sus nodos de fabricación de 7nm y 5nm.
Me sorprendió un poco saber recientemente que algunos de los componentes más importantes de un sistema EUV en realidad se fabrican en Wilton, Connecticut, a unas 45 millas de Nueva York.
Primero, algunos antecedentes. Todos los chips en la electrónica que usa hoy en día se producen en una compleja serie de pasos que implican patrones con fotolitografía, donde la luz pasa a través de una máscara en una oblea de silicio, depositando materiales en la oblea y grabando sucesivamente las partes no deseadas para fabricar los transistores y los otros componentes de un chip. Por lo general, un solo chip pasará por muchos pasos de litografía, creando múltiples capas. En prácticamente todos los chips líderes actuales, los fabricantes utilizan un proceso llamado litografía de inmersión de 193 nm, o litografía DUV (ultravioleta profunda), en el que la luz con una longitud de onda de 193 nm se refracta a través de un líquido en una fotorresistencia para crear estos patrones.
Este tipo de litografía tiene un límite, en cuanto al tamaño de las líneas que puede crear en un pase, por lo que en muchos casos los fabricantes de chips han recurrido a patrones de una sola capa varias veces para crear el diseño propuesto. De hecho, el doble patrón ahora es un lugar común, y la última generación de chips de Intel y otros utilizan una técnica llamada patrón cuádruple autoalineado (SAQP). Pero cada paso adicional de creación de patrones lleva tiempo, y los errores en alinear los patrones correctamente pueden hacer que sea más difícil hacer cada chip perfectamente, reduciendo así el rendimiento de los chips buenos.
La litografía ultravioleta extrema (EUV) utiliza luz con una longitud de onda más pequeña de 13, 5 nm. Esto puede modelar características mucho más finas, pero también plantea muchos desafíos técnicos. Como se me explicó una vez, usted comienza rociando estaño fundido a 150 millas por hora, lo golpea con un láser en un prepulso para distribuirlo, lo dispara con otro láser para crear un plasma y luego apaga la luz espejos para crear una viga que debe golpear la oblea exactamente en el lugar correcto. En otras palabras, es como intentar golpear una pelota de béisbol en una zona de una pulgada en el mismo lugar en las gradas 10 mil millones de veces al día. Para que esto funcione, es necesaria una fuente de energía de plasma de alta potencia para alimentar la luz, y debido a que es tan compleja, el proceso requiere una alineación precisa de todas las partes del sistema.
Debido a esta complejidad, ASML, el gran fabricante holandés de herramientas de litografía, es la única compañía que fabrica máquinas EUV, y los dispositivos requieren piezas y módulos de varias instalaciones. La fábrica en Wilton fabrica hoy módulos críticos tanto para máquinas DUV como EUV, en óptica y mecánica de precisión, según ASML Fellow Chip Mason.
En particular, la fábrica de Wilton fabrica el módulo que ocupa el tercio superior de la máquina Twinscan NXE: 3350B actual, que maneja y alinea con precisión la etapa de retícula, que a su vez sostiene la máscara a través de la cual se ilumina la luz para hacer el patrón, así como alineación de obleas y sensores de nivelación. El módulo superior en sí está compuesto por otros módulos producidos en la fábrica.
El gerente general de ASML Wilton, Bill Amalfitano, explicó cómo en una máquina EUV, el módulo superior maneja la retícula, el inferior maneja la oblea y el medio maneja ópticas de muy alta precisión, fabricadas por Zeiss.
Como lo explicó Mason, el posicionamiento preciso y la alineación de la retícula con la óptica es fundamental para hacer los chips. Para hacer esto, el equipo en Wilton trabaja con equipos en los Países Bajos, un grupo de litografía computacional en San José y un grupo de metrología. La máquina mide constantemente dónde están las cosas y retroalimenta las correcciones en un proceso conocido como "litografía holística". Todas las piezas se envían de regreso a ASML en Veldhoven, en los Países Bajos, donde luego se integran en el sistema completo.
Las máquinas finales son bastante grandes, casi del tamaño de una habitación. Mason señala que cada nueva generación de herramientas de litografía ha provocado un proceso más difícil con máquinas más grandes que crean características cada vez más pequeñas. En este punto, dijo, ninguna persona puede ser experta en todo el proceso, por lo que requiere una gran cantidad de trabajo en equipo, tanto dentro de la fábrica como con las otras ubicaciones de la compañía.
"No fue como hace 10 años cuando era fácil", bromeó Mason, señalando que los procesos más antiguos también "parecían imposibles en ese momento".
Por complejas que sean, las máquinas actuales de EUV no son el final de la línea. Mason dijo que la firma está trabajando en EUV de alta NA (apertura numérica), junto con mejoras en la litografía holística y funciones adicionales de corrección óptica de proximidad, para poder imprimir características aún más finas. Mejorar la densidad del transistor es "un trabajo significativo", dijo Mason, y señaló que los empleados en las instalaciones sienten la responsabilidad de entregar la nueva tecnología.
Tuve la oportunidad de caminar por la fábrica con el gerente general de ASML Wilton, Bill Amalfitano, quien explicó que la fabricación se realizó en una sala limpia de 90, 000 pies cuadrados, en una instalación de 300, 000 pies cuadrados.
La sala limpia parece ser el equivalente de aproximadamente dos pisos de altura, e incluso eso parece ajustado para algunos de los equipos más nuevos, como las máquinas Twinscan EUV completas. Todo parece muy bien organizado, con diferentes estaciones para crear las docenas de subsistemas diferentes que entran en los módulos finales, y todo está codificado por colores por función.
Tenía curiosidad por saber cómo terminó este tipo de trabajo en Connecticut. Mason y Amalfitano, quienes han trabajado en las instalaciones durante muchos años, explicaron que todo comenzó hace años cuando Perkins-Elmer, entonces en Norwalk, estaba creando ópticas avanzadas para cosas como espejos para el telescopio Hubble. Esa compañía comenzó a trabajar en herramientas de litografía a fines de la década de 1960, y finalmente se convirtió en uno de los principales proveedores con sus herramientas Micralign. Perkins-Elmer vendió la división a Silicon Valley Group en 1990, que le cambió el nombre a Silicon Valley Group Lithography (SVGL), que a su vez fue adquirida en 2001 por ASML.
En el camino, explicó Amalfitano, la instalación ha seguido expandiéndose. Ahora emplea a más de 1, 200 personas, y sigue creciendo, de aproximadamente 16, 000 empleados totales de ASML.
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