Video: EUV: Lasers, plasma, and the sci-fi tech that will make chips faster | Upscaled (Settembre 2024)
Quando si tratta di produrre chip, più piccolo è meglio. Cioè, i transistor più piccoli portano a chip che racchiudono più funzioni in un'area più piccola, e storicamente questo ha portato al miglioramento continuo dei prodotti e alla riduzione dei costi di elaborazione, con densità che raddoppiano ogni due anni circa. Ma negli ultimi anni, questo miglioramento ha rallentato, in parte perché sta diventando più difficile utilizzare gli strumenti litografici convenzionali per produrre le linee più piccole necessarie per i chip più piccoli. La grande speranza del settore per una svolta è qualcosa che si chiama litografia a ultravioletti estremi (EUV).
Scrivo di EUV da anni e le prime macchine di prova sono state installate circa un decennio fa presso strutture di ricerca sulla produzione di chip presso SUNY e IMEC. I grandi produttori di chip hanno testato le macchine EUV per anni, ma recentemente hanno aggiornato le loro macchine e installato nuovi modelli e ora stanno apertamente parlando di come useranno EUV nei loro nodi di produzione a 7 nm e 5 nm.
Sono stato un po 'sorpreso di apprendere di recente che alcuni dei componenti più importanti di un sistema EUV sono in realtà prodotti a Wilton, nel Connecticut, a circa 45 miglia da New York.
Innanzitutto, alcuni retroscena. Tutti i chip nell'elettronica che usi oggi sono prodotti in una complessa serie di passaggi che coinvolgono la modellazione con la fotolitografia, in cui la luce passa attraverso una maschera su un wafer di silicio, depositando materiali sul wafer e incidendo le parti indesiderate in successione per fabbricarle i transistor e gli altri componenti di un chip. In genere, un singolo chip eseguirà numerosi passaggi litografici, creando più livelli. In quasi tutti gli attuali chip principali, i produttori utilizzano un processo chiamato litografia ad immersione a 193 nm o litografia DUV (deep ultraviolet), in cui la luce con una lunghezza d'onda di 193 nm viene rifratta attraverso un liquido su un fotoresist per creare questi pattern.
Questo tipo di litografia ha un limite, per quanto riguarda la dimensione delle linee che può creare in un passaggio, quindi in molti casi i produttori di chip si sono rivolti a modellare un singolo strato più volte per creare il progetto proposto. In effetti, il doppio modello è ora all'ordine del giorno e la più recente generazione di chip di Intel e altri utilizza una tecnica chiamata quad-pattern auto-allineato (SAQP). Tuttavia, ogni ulteriore fase del patterning richiede tempo e gli errori nell'allineamento corretto dei pattern possono rendere più difficile la realizzazione perfetta di ciascun chip, riducendo così il rendimento di chip buoni.
La litografia a ultravioletti estremi (EUV) utilizza la luce con una lunghezza d'onda inferiore di 13, 5 nm. Questo può modellare funzioni molto più fini, ma pone anche molte sfide tecniche. Come mi è stato spiegato una volta, inizi a spruzzare stagno fuso a 150 miglia all'ora, a colpirlo con un laser in un pre-impulso per distribuirlo, a farlo esplodere con un altro laser per creare un plasma, quindi rimbalzare la luce specchi per creare una trave che deve colpire il wafer esattamente nel punto giusto. In altre parole, è come provare a colpire una palla da baseball in una zona di un pollice nello stesso punto esatto nelle tribune 10 miliardi di volte al giorno. Per far funzionare tutto ciò, è necessaria una fonte di energia al plasma ad alta potenza per alimentare la luce e, poiché è così complessa, il processo richiede un allineamento preciso di tutte le parti del sistema.
A causa di questa complessità, ASML - il grande produttore olandese di strumenti litografici - è l'unica azienda a produrre macchine EUV e i dispositivi richiedono parti e moduli da una serie di strutture. La fabbrica di Wilton oggi produce moduli critici per macchine DUV ed EUV, in ottica e meccanica di precisione, secondo ASML Fellow Chip Mason.
In particolare, la fabbrica di Wilton produce il modulo che occupa il terzo superiore dell'attuale macchina Twinscan NXE: 3350B, che gestisce e allinea con precisione lo stadio del reticolo, che a sua volta tiene la maschera attraverso la quale viene illuminata la luce per creare il modello, nonché sensori di allineamento e livellamento di wafer. Il modulo superiore stesso è composto da altri moduli prodotti in fabbrica.
Il direttore generale di ASML Wilton Bill Amalfitano ha spiegato come in una macchina EUV, il modulo superiore gestisce il reticolo, la parte inferiore gestisce il wafer e la parte centrale gestisce ottiche di altissima precisione, prodotte da Zeiss.
Come ha spiegato Mason, il posizionamento e l'allineamento precisi del reticolo con l'ottica sono fondamentali per la realizzazione dei chip. Per fare questo, il team di Wilton lavora con team nei Paesi Bassi, un gruppo di litografia computazionale a San Jose e un gruppo di metrologia. La macchina misura costantemente dove sono le cose e fornisce le correzioni in un processo noto come "litografia olistica". Tutte le parti vengono rispedite all'ASML di Veldhoven, nei Paesi Bassi, dove vengono poi integrate nel sistema completo.
Le macchine finali sono piuttosto grandi, abbastanza grandi come una stanza. Mason osserva che ogni nuova generazione di strumenti litografici ha comportato un processo più difficile con macchine più grandi che creano funzionalità sempre più piccole. A questo punto, ha detto, nessuno può essere un esperto in tutto il processo, quindi richiede un grande lavoro di squadra, sia all'interno della fabbrica che con le altre sedi dell'azienda.
"Non è stato come 10 anni fa quando è stato facile", ha scherzato Mason, osservando che anche i processi più vecchi "sembravano impossibili al momento".
Per quanto complesse, le attuali macchine EUV non sono la fine della linea. Mason ha affermato che l'azienda sta lavorando su EU NA ad alta apertura (apertura numerica), insieme a miglioramenti nella litografia olistica e funzioni di correzione ottica di prossimità aggiuntive, per essere in grado di stampare funzioni ancora più fini. Migliorare la densità dei transistor è "un lavoro significativo", ha affermato Mason, rilevando che i dipendenti della struttura hanno la responsabilità di fornire la nuova tecnologia.
Ho avuto l'opportunità di attraversare la fabbrica con ASML Wilton GM Bill Amalfitano, il quale ha spiegato che la produzione è stata eseguita in una camera bianca di 90.000 piedi quadrati, in una struttura di 300.000 piedi quadrati.
La camera bianca sembra essere l'equivalente di circa due piani di altezza, e anche questo sembra stretto per alcune delle più nuove attrezzature, come le macchine complete EUV Twinscan. Sembra tutto molto ben organizzato, con diverse stazioni per la creazione di dozzine di sottosistemi diversi che vanno nei moduli finali e tutto codificato a colori per funzione.
Ero curioso di sapere come questo tipo di lavoro è finito in Connecticut. Mason e Amalfitano, che hanno lavorato presso le strutture per molti anni, hanno spiegato che tutto è iniziato anni fa quando Perkins-Elmer, allora a Norwalk, stava creando un'ottica avanzata per cose come gli specchi per il telescopio Hubble. La società iniziò a lavorare sugli strumenti litografici alla fine degli anni '60 e alla fine divenne uno dei principali fornitori con i suoi strumenti Micralign. Perkins-Elmer vendette la divisione al Silicon Valley Group nel 1990, che la ribattezzò Silicon Valley Group Lithography (SVGL), che a sua volta fu acquisita nel 2001 da ASML.
Lungo la strada, ha spiegato Amalfitano, la struttura ha continuato ad espandersi. Ora impiega oltre 1.200 persone - e in crescita - su circa 16.000 dipendenti totali di ASML.
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