Questa macchina potrebbe mantenere in carreggiata la legge di Moore

Il prossimo trucco per i transistor più piccoli è la litografia EUV ad alta apertura numerica

Questa foto-illustrazione dell'EXE:5000, la macchina per litografia a raggi ultravioletti estremi ad alta apertura numerica di ASML, mostra le sue enormi dimensioni.

Nell'ultimo mezzo secolo , siamo arrivati ​​a pensare alla Legge di Moore - il raddoppio all'incirca ogni due anni del numero di transistor in una data area di silicio, i guadagni che fanno avanzare l'informatica - come qualcosa che accade e basta, come se fosse un processo naturale e inevitabile, simile all’evoluzione o all’invecchiamento. La realtà, ovviamente, è molto diversa. Mantenere il passo con la Legge di Moore richiede un dispendio quasi inimmaginabile di tempo, energia e ingegno umano: migliaia di persone su più continenti e acri infiniti di alcuni dei macchinari più complessi del pianeta.

Forse la più essenziale di queste macchine esegue la fotolitografia nell'ultravioletto estremo (EUV). La litografia EUV, il prodotto di decenni di ricerca e sviluppo, è ora la tecnologia trainante delle ultime due generazioni di chip all'avanguardia, utilizzati in tutti gli smartphone, tablet, laptop e server di fascia alta negli ultimi tre anni. Eppure la Legge di Moore deve andare avanti e i produttori di chip continuano a portare avanti la loro road map, il che significa che dovranno ridurre ulteriormente le geometrie dei dispositivi.

Quindi all'ASML, io e i miei colleghi stiamo sviluppando la prossima generazione di litografia. Chiamata litografia EUV ad alta apertura numerica, comporta un'importante revisione dell'ottica interna del sistema. L’EUV ad alta NA dovrebbe essere pronto per l’uso commerciale nel 2025 e i produttori di chip dipendono dalle sue capacità per mantenere i progressi promessi fino alla fine di questo decennio

La legge di Moore si basa sul miglioramento della risoluzione della fotolitografia in modo che i produttori di chip possano realizzare circuiti sempre più fini. Negli ultimi 35 anni gli ingegneri sono riusciti a ottenere una riduzione della risoluzione di due ordini di grandezza lavorando su una combinazione di tre fattori: la lunghezza d'onda della luce; k 1, un coefficiente che incapsula i fattori legati al processo; e apertura numerica (NA), una misura della gamma di angoli su cui il sistema può emettere luce.

Fonte: Spettro IEEE

La dimensione critica, ovvero la dimensione più piccola possibile di un elemento che è possibile stampare con un determinato strumento di esposizione fotolitografia, è proporzionale alla lunghezza d'onda della luce divisa per l'apertura numerica dell'ottica. Pertanto è possibile ottenere dimensioni critiche più piccole utilizzando lunghezze d'onda della luce più corte o aperture numeriche più grandi o una combinazione dei due. Il valore k 1 può essere spinto il più vicino possibile al limite fisico inferiore di 0,25, ad esempio migliorando il controllo del processo di produzione.

In generale, il modo più economico per aumentare la risoluzione è aumentare l'apertura numerica e migliorare il controllo dello strumento e del processo per consentire un k 1 più piccolo. Solo dopo che i produttori di chip hanno esaurito le opzioni per migliorare ulteriormente NA e k1, ricorrono alla riduzione della risoluzione lunghezza d'onda della sorgente luminosa.

Tuttavia, l’industria ha dovuto apportare questa modifica alla lunghezza d’onda diverse volte. La progressione storica delle lunghezze d'onda è passata da 365 nanometri, generati utilizzando una lampada al mercurio, a 248 nm, tramite un laser al kripton-fluoruro, alla fine degli anni '90, e poi a 193 nm, da un laser al fluoruro di argon, all'inizio di questo secolo. Per ogni generazione di lunghezza d’onda, l’apertura numerica dei sistemi litografici è stata progressivamente aumentata prima che l’industria passasse a una lunghezza d’onda più corta.

Ad esempio, mentre l’uso di 193 nm stava per finire, è stato introdotto un nuovo approccio per aumentare la NA: la litografia ad immersione. Mettendo acqua tra il fondo della lente e il wafer, l'NA potrebbe essere notevolmente ingrandita da 0,93 a 1,35. Dalla sua introduzione intorno al 2006, la litografia ad immersione da 193 nm è stata il cavallo di battaglia del settore per la litografia all'avanguardia

La risoluzione della fotolitografia è migliorata di circa 10.000 volte negli ultimi quattro decenni. Ciò è dovuto in parte all'utilizzo di lunghezze d'onda della luce sempre più piccole, ma ha anche richiesto una maggiore apertura numerica e tecniche di elaborazione migliorate. Fonte: ASML