Video: EUV: Lasers, plasma, and the sci-fi tech that will make chips faster | Upscaled (Oktober 2024)
Ko gre za izdelavo čipov, je manjši boljši. To pomeni, da manjši tranzistorji vodijo do čipov, ki več funkcij spakirajo na manjše območje, zgodovinsko pa je to vodilo v nenehno izboljševanje izdelkov in tudi nižje stroške računalništva, pri čemer se gostota podvoji na vsaki dve leti. Toda v zadnjih letih se je to izboljšanje upočasnilo, deloma tudi zato, ker je za izdelavo manjših črt, potrebnih za manjše čipe, težje uporabljati običajna litografska orodja. Veliko upanje industrije za preboj je nekaj, kar imenujemo litografija ekstremne ultravijolične (EUV).
Dolgo let pišem o EUV, prvi preskusni stroji pa so bili nameščeni pred približno desetletjem v raziskovalnih prostorih za proizvodnjo čipov v SUNY in IMEC. Veliki proizvajalci čipov že leta preizkušajo EUV stroje, vendar so pred kratkim nadgrajevali svoje stroje in nameščali nove modele, zdaj pa odkrito govorijo o tem, kako bodo uporabljali EUV na svojih 7nm in 5nm proizvodnih vozliščih.
Nekoliko sem bil presenečen, ko sem nedavno ugotovil, da so nekatere najpomembnejše komponente sistema EUV dejansko izdelane v Wiltonu v Connecticutu, približno 45 milj zunaj New Yorka.
Najprej nekaj ozadja. Vsi čipi v elektroniki, ki jih uporabljate danes, so proizvedeni v zapleteni seriji korakov, ki vključujejo vzorčenje s fotolitografijo, kjer svetloba skozi masko prehaja na silikonsko rezino, nalaganje materialov na rezino in jedkanje neželenih delov zaporedoma, da bi izdelali tranzistorji in druge komponente čipa. Običajno bo en sam čip skozi številne korake litografije ustvaril več plasti. V skoraj vseh trenutnih vodilnih čipih proizvajalci uporabljajo postopek, imenovan 193 nm imerzijska litografija, ali DUV (globoka ultravijolična) litografija, pri kateri se svetloba z valovno dolžino 193 nm lomi skozi tekočino na fotoresist, da ustvari te vzorce.
Tovrstna litografija ima omejitev - kolikor je velikost linij, ki jih lahko ustvari na prehodu - zato so se v mnogih primerih izdelovalci čipov večkrat obrnili na vzorčenje enega sloja, da bi ustvarili predlagano zasnovo. Dejansko je dvojno vzorčenje zdaj običajno, najnovejša generacija čipov podjetja Intel in drugi pa uporablja tehniko, imenovano samo poravnano štirikolesno vzorčenje (SAQP). Toda vsak dodaten korak vzorčenja zahteva čas, in napake pri pravilni poravnavi vzorcev lahko otežijo popolno izdelavo vsakega čipa in tako zmanjšajo izkoristek dobrih čipov.
Ekstremna ultravijolična (EUV) litografija uporablja svetlobo z manjšo valovno dolžino 13, 5nm. To je lahko veliko lepših lastnosti, vendar predstavlja tudi številne tehnične izzive. Kot mi je bilo nekoč razloženo, začnete z razprševanjem staljenega kositra pri 150 miljah na uro, udarite ga z laserjem v pred impulzu, da ga porazdeli, pihajte z drugim laserjem, da ustvari plazmo, nato pa svetlobo odbijete ogledala, da ustvarite žarek, ki mora udariti po rezini na točno pravem mestu. Z drugimi besedami, to je kot poskušati udariti z baseball v eno palčnem pasu na povsem isto mesto na tribunah 10 milijard krat na dan. Za to delo je potreben močan plazemski vir energije, ki napaja svetlobo, in ker je tako zapleten, postopek zahteva natančno poravnavo vseh delov sistema.
Zaradi te zapletenosti je ASML - veliki nizozemski proizvajalec litografskih orodij - edino podjetje, ki izdeluje stroje EUV, naprave pa zahtevajo dele in module iz številnih naprav. Tovarna v Wiltonu danes izdeluje kritične module za stroje DUV in EUV, za optiko in natančno mehaniko, pravi ASML Fellow Chip Mason.
Zlasti tovarna Wilton izdeluje modul, ki zavzame zgornjo tretjino trenutnega stroja Twinscan NXE: 3350B, ki upravlja in natančno poravna stopalko mrežice, ki ima v roki masko, skozi katero se sveti svetloba, da se vzorec oz. kot tudi senzorji za poravnavo in izravnavo rezin. Zgornji modul je sestavljen iz drugih modulov, proizvedenih v tovarni.
Generalni direktor podjetja ASML Wilton Bill Amalfitano je razložil, kako v stroju EUV zgornji modul upravlja s mrežico, spodnji ročaje z rezinami, srednji pa zelo visoko natančno optiko, ki jo izdeluje Zeiss.
Kot je pojasnil Mason, je natančno pozicioniranje in poravnava mrežnice z optiko ključnega pomena pri izdelavi čipov. Da bi to naredili, skupina v Wiltonu sodeluje z ekipami na Nizozemskem, v San Joseju računalniško litografsko skupino in meroslovno skupino. Stroj neprestano meri, kje so stvari, in sproži popravke v procesu, ki ga poznamo kot "celostna litografija". Vsi deli so odposlani nazaj v ASML v Veldhoven na Nizozemskem, kjer so nato integrirani v celoten sistem.
Končni stroji so precej veliki - precej velikosti v sobi. Mason ugotavlja, da je vsaka nova generacija litografskih orodij prinesla težji postopek z večjimi stroji, ki ustvarjajo vedno manjše funkcije. Na tem mestu nihče ne more biti strokovnjak za celoten postopek, zato je potrebno veliko skupinskega dela, tako v tovarni kot tudi z drugimi lokacijami podjetja.
"Ni tako kot pred 10 leti, ko je bilo lahko, " se je šalil Mason in poudaril, da so se tudi starejši procesi "takrat zdeli nemogoči."
Tako kompleksni kot so trenutni stroji EUV niso konec vrstice. Mason je dejal, da podjetje deluje na EUV High NA (numerična odprtina), skupaj z izboljšavami celostne litografije in dodatnimi optičnimi korekcijskimi funkcijami za bližino, da bi lahko natisnili še boljše funkcije. Izboljšanje gostote tranzistorjev je "pomembno delo", je dejal Mason in poudaril, da zaposleni v obratu čutijo odgovornost za dostavo nove tehnologije.
Imel sem priložnost sprehoditi se po tovarni s podjetjem ASML Wilton GM Billom Amalfitano, ki je pojasnil, da je bila izdelava opravljena v čistem prostoru v velikosti 90.000 kvadratnih metrov, v 300.000 kvadratnih stopalih.
Čista soba je enakovredna približno dvema zgodbama, kar se zdi celo nekaj najnovejše opreme, kot so na primer polni Twinscan stroji EUV. Vse skupaj je videti zelo dobro organizirano, z različnimi postajami za ustvarjanje na desetine različnih podsistemov, ki gredo v končne module, in vse, kar je barvno označeno s funkcijo.
Zanimalo me je, kako se je tovrstno delo končalo v Connecticutu. Mason in Amalfitano, ki oba delata že več let, sta pojasnila, da se je vse začelo pred leti, ko je Perkins-Elmer, takrat v Norwalku, ustvarjal napredno optiko za stvari, kot so ogledala za teleskop Hubble. To podjetje se je začelo ukvarjati z litografskimi orodji v poznih šestdesetih letih prejšnjega stoletja in sčasoma je postalo eden največjih dobaviteljev s svojimi orodji Micralign. Perkins-Elmer je leta 1990 prodala divizijo skupini Silicon Valley, ki jo je preimenovala v litografijo skupine Silicon Valley (SVGL), ki jo je leta 2001 pridobil ASML.
Po poti, je pojasnil Amalfitano, se objekt še naprej širi. Zdaj zaposluje več kot 1200 ljudi - in raste - od približno 16.000 zaposlenih ASML.
Želite vedeti o hitrosti širokopasovnega interneta? Preizkusite zdaj!
