Asml: fabricarea componentelor euv în Connecticut

Când vine vorba de fabricarea cipurilor, mai mic este mai bun. Adică tranzistorii mai mici duc la cipuri care împachetează mai multe funcții într-o zonă mai mică și, din punct de vedere istoric, aceasta a dus la îmbunătățirea continuă a produselor, precum și la costuri de calcul mai mici, densitățile dublându-se la fiecare doi ani. Dar în ultimii ani, această îmbunătățire a încetinit, în parte, deoarece este din ce în ce mai greu să folosiți instrumente convenționale de litografie pentru a produce liniile mai mici necesare pentru cipuri mai mici. Marea speranță a industriei pentru o descoperire este ceea ce se numește litografia ultravioletă extremă (EUV).

Scriu despre EUV de ani buni, iar primele mașini de testare au fost instalate în urmă cu aproximativ un deceniu în instalațiile de cercetare a producției de cipuri de la SUNY și IMEC. Marii producători de cipuri au testat mașini EUV de ani de zile, dar au modernizat recent mașinile și au instalat noi modele și vorbesc acum despre modul în care vor folosi EUV la nodurile lor de fabricație de 7nm și 5nm.

Am fost puțin surprins să aflu recent că unele dintre cele mai importante componente ale unui sistem EUV sunt de fapt fabricate în Wilton, Connecticut, la aproximativ 45 de mile în afara New York-ului.

În primul rând, unele fundal. Toate jetoanele electronice pe care le utilizați astăzi sunt produse într-o serie complexă de etape care implică modelarea cu fotolitografie, unde lumina trece printr-o mască pe o placă de siliciu, depunând materiale pe placă și gravând părțile nedorite, succesiv pentru fabricare. tranzistorii și celelalte componente ale unui cip. De obicei, un singur cip va parcurge multe etape de litografie, creând mai multe straturi. În aproape toate cipurile actuale, producătorii folosesc un proces numit litografie de imersiune de 193 nm sau litografie DUV (ultravioletă profundă), în care lumina cu o lungime de undă de 193 nm este refractată printr-un lichid pe un fotorezistor pentru a crea aceste tipare.

Acest tip de litografie are o limită - în ceea ce privește dimensiunea liniilor pe care le poate crea pe o trecere - așa că, în multe cazuri, producătorii de cipuri au apelat la modelarea unui singur strat de mai multe ori pentru a crea designul propus. Într-adevăr, modelarea dublă este acum obișnuită, iar cea mai nouă generație de cipuri de la Intel și altele utilizează o tehnică numită auto-aliniere quad patterning (SAQP). Dar fiecare etapă suplimentară de modelare necesită timp, iar erorile în alinierea corectă a tiparelor pot îngreuna realizarea perfectă a fiecărui cip, reducând astfel randamentul cipurilor bune.

Litografia ultravioletă extremă (EUV) folosește lumina cu o lungime de undă mai mică de 13, 5 nm. Acest lucru poate modela caracteristici mult mai fine, dar prezintă, de asemenea, multe provocări tehnice. Așa cum mi-a fost explicat odată, începeți să pulverizați staniu topit la 150 de mile pe oră, să îl lovești cu un laser într-un pre-puls pentru a-l distribui, să-l explodați cu un alt laser pentru a crea o plasmă și apoi să sari lumina. oglinzi pentru a crea un fascicul care trebuie să lovească placa exact la locul potrivit. Cu alte cuvinte, este ca și cum ai încerca să lovești un baseball într-o zonă de un inch în exact același loc din tribune de 10 miliarde de ori pe zi. Pentru a face acest lucru, este necesară o sursă de energie cu plasmă cu putere mare pentru a alimenta lumina și, deoarece este atât de complex, procesul necesită alinierea precisă a tuturor părților din sistem.

Din această complexitate, ASML - mare producător olandez de instrumente de litografie - este singura companie care fabrică utilaje EUV, iar dispozitivele necesită piese și module dintr-o serie de facilități. Fabrica din Wilton fabrică astăzi module critice atât pentru utilaje DUV cât și pentru EUV, în optică și mecanică de precizie, conform ASML Fellow Chip Mason.

În special, fabrica Wilton face modulul care ocupă treimea superioară a actualei mașini Twinscan NXE: 3350B, care gestionează și aliniază cu precizie stadiul reticulei, care la rândul său ține masca prin care lumina este strălucită pentru a realiza modelul, precum și sensori de aliniere și nivelare a waferului. Modulul superior este compus din alte module produse în fabrică.

Directorul general ASML Wilton, Bill Amalfitano, a explicat cum într-o mașină EUV, modulul superior se ocupă de reticul, partea de jos se ocupă cu placa, iar mijlocul se ocupă de o optică foarte precisă, fabricată de Zeiss.

După cum a explicat Mason, poziționarea și alinierea precisă a reticulului cu optica este esențială în realizarea cipurilor. Pentru a face acest lucru, echipa din Wilton lucrează cu echipe din Olanda, un grup de litografie computațională din San Jose și un grup de metrologie. Mașina măsoară în permanență unde stau lucrurile și reface corecțiile într-un proces cunoscut sub numele de „litografie holistică”. Toate piesele sunt livrate înapoi la ASML în Veldhoven, în Olanda, unde sunt apoi integrate în sistemul complet.

Mașinile finale sunt destul de mari, destul de mari. Mason observă că fiecare nouă generație de instrumente de litografie a dus la un proces mai dificil, cu mașini mai mari care creează funcții din ce în ce mai mici. În acest moment, a spus el, nicio persoană nu poate fi un expert în întregul proces, astfel că este nevoie de o muncă foarte mare în echipă, atât în ​​fabrică, cât și cu celelalte locații ale companiei.

„Nu a fost ca acum 10 ani când a fost ușor”, a glumit Mason, menționând că și procesele mai vechi „păreau imposibile la vremea respectivă”.

Oricât de complexe sunt, mașinile actuale EUV nu sunt sfârșitul liniei. Mason a spus că firma lucrează la EUV cu NA ridicată (diafragmă numerică), împreună cu îmbunătățiri ale litografiei holistice și funcții suplimentare de corecție a proximității, pentru a putea imprima funcții chiar mai fine. Îmbunătățirea densității tranzistorului este „o muncă semnificativă”, a spus Mason, menționând că angajații de la instalație simt responsabilitatea de a furniza noua tehnologie.

(Bill Amalfitano, director general ASML Wilton; Michael Miller; Amy Rice)

Am avut ocazia să mă plimb prin fabrică cu ASML Wilton GM Bill Amalfitano, care a explicat că fabricația s-a făcut într-o cameră curată de 90.000 de metri pătrați, într-o instalație de 300.000 de metri pătrați.

Camera curată pare a fi echivalentul a aproximativ două etaje, și chiar asta pare strâns pentru unele dintre cele mai noi echipamente, cum ar fi utilajele complete de tip Twinscan EUV. Totul pare foarte bine organizat, cu diferite stații pentru crearea a zeci de subsisteme diferite care intră în modulele finale și totul este codat în funcție de funcții.

Eram curios cum s-a încheiat acest tip de muncă în Connecticut. Mason și Amalfitano, care lucrează amândoi la instalații de mulți ani, au explicat că totul a început cu ani în urmă, când Perkins-Elmer, atunci în Norwalk, crea o optică avansată pentru lucruri precum oglinzile pentru telescopul Hubble. Acea companie a început să lucreze la instrumentele de litografie la sfârșitul anilor 1960 și a devenit în cele din urmă unul dintre furnizorii majori cu instrumentele sale Micralign. Perkins-Elmer a vândut divizia către Silicon Valley Group în 1990, care a redenumit-o Silicon Valley Group Litography (SVGL), care la rândul său a fost achiziționată în 2001 de ASML.

Pe parcurs, a explicat Amalfitano, facilitatea a continuat să se extindă. Acum angajează mai mult de 1.200 de oameni - și în creștere - din aproximativ 16.000 de angajați din totalul ASML.

Ești curios despre viteza ta de internet în bandă largă? Testează-l acum!