После десяти лет исследований и разработок компания ASML официально поставила Intel первую партию модулей первой системы EUV-литографии HighNA (с высокой числовой апертурой) — TWINSCANEXE:5000 для Intel в декабре 2023 года, что представляет собой важный шаг вперед в производстве передовых чипов.

Недавно ASML опубликовал научно-популярную статью под названием «5 вещей, которые вам следует знать о EUV-литографии с высокой числовой апертурой», в которой дополнительно представлена ​​система литографии с высокой числовой апертурой.

Ниже приводится перевод статьи Синьчжисюня:

В настоящее время производители микросхем по-прежнему полагаются на усадку транзисторов для содействия развитию технологии микрочипов. Хотя это не единственный способ улучшить чип: например, новая архитектура, усовершенствованная упаковка и т. д. также могут повысить производительность. Но есть причина, по которой закон Мура, по сути, является универсальным законом: более 50 лет «масштабирование» транзисторов способствовало экспоненциальному росту вычислительной мощности.

В течение многих лет мы доводили до предела возможности технологии литографии в глубоком ультрафиолете (DUV). Чтобы уменьшить размер наименьшего объекта, который можно фотолитографировать (называемого критическим размером (CD)), мы можем настроить два основных параметра: длину волны света λ и числовую апертуру NA.

Однако в наших системах DUV осталось мало места для регулировки этих параметров.

Согласно формуле Рэлея видно, что разрешение литографии (R) в основном определяется тремя факторами, а именно длиной волны света (λ), значением синуса (sinθ) максимального угла, под которым свет может пройти через линзу (полуугол апертуры линзы θ), показателем преломления (n) и коэффициентом k1. Помимо разрешения литографии, решающее значение также имеет глубина резкости (ГРИП). Большая глубина фокуса позволяет увеличить четкий диапазон травления и улучшить качество литографии. Глубину фокуса также можно улучшить за счет увеличения показателя преломления (n) системы.

EUV-литография позволяет нам вносить существенные корректировки в параметры длины волны: она использует свет с длиной волны 13,5 нм, тогда как системы DUV с самым высоким разрешением используют свет с длиной волны 193 нм. Когда наша первая предсерийная платформа литографии EUV, NXE, впервые была выпущена в 2010 году, ее технология CD упала с более чем 30 нм для DUV до 13 нм для EUV.

1. Что такое EUV-литография с высокой числовой апертурой?

EUV с высокой числовой апертурой — это следующий шаг в нашем постоянном стремлении к масштабированию. Как и система NXE, она использует EUV-свет для печати крошечных деталей на кремниевых пластинах.

Регулируя параметр NA, мы можем обеспечить лучшее разрешение:Новая платформа под названием EXE может предоставить производителям микросхем 8-нанометровые компакт-диски. Это означает, что они могут печатать транзисторы, которые в 1,7 раза меньше, чем система NXE, что приводит к увеличению плотности транзисторов в 2,9 раза.

Как нам добиться более высокого разрешения в EUV-системах с высокой числовой апертурой? Почему производители чипов инвестируют в новые технологии? Что это значит для вас?

1. Анаморфные оптические устройства большего размера, более четкое изображение.

Основным достижением в области EUV-литографии с высокой числовой апертурой является новая оптика. «NA» относится к числовой апертуре — мере способности оптической системы собирать и фокусировать свет.

Он называется HighNAEUV, потому что мы увеличили значение NA с 0,33 в системе NXE до 0,55 в системе EXE. Чем выше числовая апертура, тем выше разрешение системы.

Достижение увеличения числовой апертуры означает использование зеркал большего размера. Но зеркало большего размера увеличит угол, под которым свет падает на выгравированные линии, где должен быть напечатан узор. При больших углах прицельная марка теряет отражательную способность, поэтому рисунок невозможно перенести на пластину.

Проблему можно было бы решить, уменьшив рисунок в 8 раз вместо 4-кратного, как в системе NXE, но это потребовало бы от производителя чипов перехода на прицельную сетку большего размера.

Вместо этого EXE использует гениальную конструкцию: анаморфотную оптику.

Вместо равномерного сжатия печатаемого рисунка зеркала системы сжимают его в 4 раза в одном направлении и в 8 раз в другом.

Это решение уменьшает угол, под которым свет попадает на сетку, и позволяет избежать проблем с отражением. Важно то, что

Это также позволяет производителям микросхем продолжать использовать прицельные сетки традиционного размера, сводя к минимуму влияние новых технологий на полупроводниковую экосистему.

△Испытание EUV-зеркала ZEISS с высокой числовой апертурой (Источник изображения: ZEISSSMT)

2. Более быстрый верстак, более высокая производительность.

Благодаря анаморфной оптике размер поля экспозиции системы EXE вдвое меньше, чем у ее предшественницы, системы NXE. Следовательно, для создания рисунка на одной пластине требуется вдвое больше экспозиций.

Удвоение количества экспозиций может означать удвоение времени литографии на пластинах. Так как решить эту проблему? Более высокая скорость перемещения пластины и прицельной сетки.

Ускорение пластины в системе EXE достигает 8g, что вдвое превышает скорость пластины NXE.

Ускорение на этапе перекрестия EXE в четыре раза больше, чем у NXE, то есть 32g, что эквивалентно ускорению гоночного автомобиля от 0 до 100 км/ч за 0,09 секунды.

Благодаря новой платформе TWINSCANEXE:5000 может травить более 185 пластин в час, что больше, чем у систем NXE, которые уже используются в крупносерийном производстве.

Мы разработали дорожную карту по увеличению производственной мощности до 220 пластин в час к 2025 году. Эта производительность имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы интеграция высокой числовой апертуры в заводы по производству микросхем была экономически жизнеспособной для производителей чипов.

△Открытый, полностью собранный TWINSCANEXE:5000

3. Упрощение производства для повышения экономической эффективности.

EUV-литография с высокой числовой апертурой позволит производителям микросхем печатать мельчайшие элементы на современных микрочипах. Но в то же время производители чипов не просто сидят в стороне. Они нашли другие способы обойти ограничения разрешения литографических систем, используя более сложные производственные процессы.

Эти решения обходятся дорого. Они увеличивают время производства и предоставляют дополнительные возможности для внесения дефектов, которые могут повлиять на производительность чипов.

Компакт-диск EXE:5000 выполнен по 8-нм техпроцессу, что позволяет производителям микросхем оптимизировать свои производственные процессы. Результатом является более рентабельное производство современных микрочипов.

4. Универсальность и модульность обеспечивают лучшую производительность.

EXE:5000 представляет собой эволюцию технологии EUV-литографии, а не революцию. Мы повторно использовали как можно больше существующих технологий EUV и изменили только те аспекты, которые необходимы для обеспечения разрешения системы и повышения производительности.

И, как и наша система NXEEUV, система EXE состоит из модулей, которые можно протестировать независимо, прежде чем интегрировать в целостную систему.

Почему мы уделяем приоритетное внимание универсальности и модульности всей нашей системы EUV-литографии? Потому что таким образом все наши системы извлекут пользу из уроков, извлеченных из более чем 20 лет разработки EUV. Использование проверенных методов снижает риск возникновения проблем.

Эти модули упрощают установку системы и интеграцию на предприятия заказчика. Это означает, что системы начнут производить чипы раньше — наши клиенты начнут исследования и разработки в 2024–2025 годах и выйдут на крупносерийное производство в 2025–2026 годах.

Более быстрые сроки являются хорошей новостью для всех: чем раньше эти системы смогут начать печатать самые современные чипы, тем скорее станут доступны передовые технологии, которые они поддерживают.

△Соберите TWINSCANEXE:5000.

5. Улучшенная функциональность чипа, производительность и энергоэффективность.

8-нм разрешение EXE:5000 означает, что производители микросхем могут разместить больше транзисторов в одном чипе. Транзисторы меньшего размера более энергоэффективны, а это означает, что чип сможет делать больше с меньшими ресурсами.

В результате крошечные элементы, напечатанные с помощью EXE:5000, лягут в основу современных микрочипов. А благодаря производительности системы производители микросхем могут производить эти чипы в больших количествах.

Влияние EUV-литографии с высокой числовой апертурой

Инновации в области чипов становятся все более важными в современном цифровом мире. Потребители ожидают, что новые электронные устройства и электронные устройства следующего поколения будут меньше, функциональнее, лучше и быстрее. Благодаря EUV-литографии с высокой числовой апертурой производители микросхем могут удовлетворить эти запросы потребителей.

Первые чипы, изготовленные с использованием EXE:5000, будут представлять собой 2-нм логические микросхемы. Последуют чипы памяти с аналогичной плотностью транзисторов. Эти чипы будут сочетать в себе минимальную функциональность с передовой архитектурой для поддержки технологий будущего: робототехники, искусственного интеллекта, Интернета вещей и многого другого.