Após dez anos de pesquisa e desenvolvimento, a ASML entregou oficialmente o primeiro lote de módulos do primeiro sistema de litografia EUV HighNA (alta abertura numérica) - TWINSCANEXE:5000 para a Intel em dezembro de 2023, representando um importante passo em frente na fabricação de chips de ponta.

Recentemente, a ASML publicou um artigo científico popular intitulado "5 coisas que você deve saber sobre a litografia EUV de alta abertura numérica", que introduziu ainda mais o sistema de litografia High-NA.

A seguir está a tradução do artigo por Xinzhixun:

Atualmente, os fabricantes de chips ainda contam com o encolhimento dos transistores para promover o avanço da tecnologia de microchips. Embora esta não seja a única maneira de melhorar o chip, por exemplo, arquitetura inovadora, empacotamento avançado, etc. também podem melhorar o desempenho. Mas há uma razão pela qual a Lei de Moore é essencialmente uma lei universal: por mais de 50 anos, o “escalamento” dos transistores tem estado por trás do crescimento exponencial do poder computacional.

Durante anos, levamos a tecnologia de litografia ultravioleta profunda (DUV) ao seu limite. Para reduzir o tamanho da menor característica que pode ser fotolitografada (chamada de dimensão crítica (CD)), podemos ajustar dois parâmetros principais: o comprimento de onda da luz λ e a abertura numérica NA.

Contudo, não resta muito espaço em nossos sistemas DUV para ajustar esses parâmetros.

De acordo com a fórmula de Rayleigh, pode-se observar que a resolução da litografia (R) é determinada principalmente por três fatores, a saber, o comprimento de onda da luz (λ), o valor do seno (sinθ) do ângulo máximo que a luz pode passar através da lente (ângulo de abertura da lente meio ângulo θ), o índice de refração (n) e o coeficiente k1. Além da resolução da litografia, a profundidade de foco (DOF) também é crucial. Uma grande profundidade de foco pode aumentar o alcance claro da gravação e melhorar a qualidade da litografia. A profundidade do foco também pode ser melhorada aumentando o índice de refração (n) do sistema.

A litografia EUV nos permite fazer ajustes significativos nos parâmetros de comprimento de onda, ela usa luz de 13,5 nm, enquanto os sistemas DUV de maior resolução usam luz de 193 nm. Quando nossa primeira plataforma de litografia EUV de pré-produção, a NXE, foi lançada pela primeira vez em 2010, seu CD caiu de mais de 30 nm para DUV para 13 nm para EUV.

1. O que é litografia EUV de alta abertura numérica?

EUV de alta abertura numérica é o próximo passo em nossa busca contínua de expansão. Assim como o sistema NXE, ele usa luz EUV para imprimir pequenos recursos em wafers de silício.

Ajustando o parâmetro NA podemos fornecer melhor resolução:A nova plataforma, chamada EXE, pode fornecer aos fabricantes de chips CDs de 8 nanômetros. Isso significa que eles podem imprimir transistores 1,7 vezes menores que o sistema NXE, resultando em um aumento de 2,9 vezes na densidade do transistor.

Como obtemos maior resolução em sistemas EUV de alta abertura numérica? Por que os fabricantes de chips investem em novas tecnologias? O que isso significa para você?

1. Dispositivos ópticos anamórficos maiores, imagens mais nítidas

O principal avanço na litografia EUV de alta abertura numérica é a nova óptica. "NA" refere-se à abertura numérica - uma medida da capacidade de um sistema óptico de coletar e focar luz.

Chama-se HighNAEUV porque aumentamos o NA de 0,33 no sistema NXE para 0,55 no sistema EXE. Quanto maior for o NA, maior será a resolução do sistema.

Conseguir um aumento na abertura numérica significa usar espelhos maiores. Mas um espelho maior aumentará o ângulo em que a luz atinge as linhas gravadas, onde o padrão será impresso. Em ângulos maiores, o retículo perde refletividade, de modo que o padrão não pode ser transferido para o wafer.

O problema poderia ter sido resolvido diminuindo o padrão por um fator de 8 em vez dos 4x usados ​​no sistema NXE, mas isso exigiria que o fabricante do chip mudasse para um retículo maior.

Em vez disso, o EXE usa um design engenhoso: óptica anamórfica.

Em vez de encolher o padrão impresso uniformemente, os espelhos do sistema encolhem 4x em uma direção e 8x na outra.

Esta solução reduz o ângulo em que a luz atinge o retículo e evita problemas de reflexão. O que é importante é que

Também permite que os fabricantes de chips continuem a usar retículas de tamanho tradicional, minimizando o impacto das novas tecnologias no ecossistema de semicondutores.

△Teste de espelho EUV de alta abertura numérica da ZEISS (Fonte da imagem: ZEISSSMT)

2. Bancada de trabalho mais rápida, maior produtividade

Graças à óptica anamórfica, o tamanho do campo de exposição do sistema EXE é metade do tamanho do seu antecessor, o sistema NXE. Portanto, padronizar um único wafer requer o dobro do número de exposições.

O dobro do número de exposições pode significar a duplicação do tempo para a litografia de wafer. Então, como resolver esse problema? Velocidades de movimento mais rápidas do estágio de wafer e retículo.

A aceleração do estágio wafer no sistema EXE chega a 8g, que é o dobro da velocidade do estágio wafer NXE.

A aceleração da mira do EXE é quatro vezes maior que a do NXE, ou seja, 32g, o que equivale a um carro de corrida acelerando de 0 a 100 km/h em 0,09 segundos.

Com a nova plataforma, o TWINSCANEXE:5000 pode gravar mais de 185 wafers por hora, um aumento em relação aos sistemas NXE já usados ​​na fabricação de alto volume.

Desenvolvemos um roteiro para aumentar a capacidade de produção para 220 wafers por hora até 2025. Essa produtividade é crítica para garantir que a integração de alta abertura numérica em fábricas de chips seja economicamente viável para os fabricantes de chips.

△TWINSCANEXE:5000 aberto e totalmente montado

3. Fabricação mais fácil para melhorar a eficiência de custos

A litografia EUV de alta abertura numérica permitirá que os fabricantes de chips imprimam os menores recursos em microchips de última geração. Mas, enquanto isso, os fabricantes de chips não ficam apenas à margem. Eles encontraram outras maneiras de contornar as limitações de resolução dos sistemas de litografia usando processos de produção mais complexos.

Essas soluções têm um custo. Eles aumentam o tempo de produção e oferecem oportunidades adicionais para introduzir defeitos que podem afetar o desempenho do chip.

O CD do EXE:5000 tem 8nm, permitindo que os fabricantes de chips simplifiquem seus processos de fabricação. O resultado é uma produção mais econômica de microchips avançados.

4. Versatilidade e modularidade permitem melhor desempenho

EXE:5000 representa uma evolução da tecnologia de litografia EUV, não uma revolução. Reutilizamos o máximo possível de tecnologia EUV existente e alteramos apenas os aspectos necessários para fornecer resolução do sistema e melhorias de produtividade.

E, assim como nosso sistema NXEEUV, o sistema EXE é composto por módulos que podem ser testados de forma independente antes de serem integrados em um sistema completo.

Por que estamos priorizando a versatilidade e a modularidade em todo o nosso sistema de litografia EUV? Porque desta forma todos os nossos sistemas beneficiarão das lições aprendidas em mais de 20 anos de desenvolvimento do EUV. O uso de técnicas testadas e comprovadas reduz o risco de problemas.

Esses módulos simplificam a instalação e integração do sistema nas fábricas do cliente. Isso significa que os sistemas começarão a produzir chips mais cedo – nossos clientes iniciarão pesquisa e desenvolvimento em 2024-2025 e entrarão na produção em alto volume em 2025-2026.

O cronograma mais rápido é uma boa notícia para todos: quanto mais cedo esses sistemas começarem a imprimir chips de última geração, mais cedo a tecnologia de ponta que eles suportam estará disponível.

△Montar TWINSCANEXE:5000

5. Melhor funcionalidade, desempenho e eficiência energética do chip

A resolução de 8 nm do EXE:5000 significa que os fabricantes de chips podem agrupar mais transistores em um único chip. Transistores menores são mais eficientes em termos energéticos – o que significa que o chip será capaz de fazer mais com menos recursos.

Como resultado, os pequenos recursos impressos pelo EXE:5000 formarão a base dos microchips de última geração. E, devido à produtividade do sistema, os fabricantes de chips podem fabricar esses chips em grandes quantidades.

Impacto da litografia EUV de alta abertura numérica

A inovação em chips está se tornando cada vez mais importante no mundo digital de hoje. Os consumidores esperam que os dispositivos eletrônicos novos e da próxima geração sejam menores, mais funcionais, melhores e mais rápidos. Com a litografia EUV de alta abertura numérica, os fabricantes de chips podem atender a essas demandas dos consumidores.

Os primeiros chips fabricados usando EXE:5000 serão chips lógicos de nó de 2nm. Seguirão-se chips de memória com densidade de transistor semelhante. Esses chips combinarão a mais ínfima funcionalidade com arquitetura de ponta para impulsionar as tecnologias do futuro: robótica, inteligência artificial, Internet das Coisas e muito mais.