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Las películas EUV listas para fabricar, se espera que aumenten el rendimiento y el tamaño de las virutas

Las películas EUV listas para fabricar, se espera que aumenten el rendimiento y el tamaño de las virutas

Las fundiciones comenzaron a usar de forma limitada la litografía ultravioleta extrema (EUV) para la fabricación de chips de alto volumen (HVM) en 2019. En ese momento, los escáneres Twinscan NXE de ASML eran lo suficientemente buenos para la producción, pero el ecosistema EUV completo no estaba allí. Una de las cosas que afectó a EUV fue la falta de películas protectoras para las fotomáscaras, lo que limitó el uso de herramientas EUV y afectó los rendimientos. Afortunadamente, la situación con las películas finalmente ha mejorado gracias a la reciente introducción de las películas EUV listas para la producción, y las cosas prometen mejorar aún más en los próximos años.

Protección de preciosas retículas

ASML ha logrado un gran progreso con sus herramientas de litografía Twinscan NXE EUV en los últimos años, mejorando el rendimiento de la fuente de luz, el tiempo de disponibilidad y la productividad. Sus pares de la industria también han hecho mucho para hacer posible la fabricación de alto volumen (HVM) utilizando equipos EUV. Aún así, el ecosistema EUV necesita desarrollarse más. Uno de los desafíos más notorios que enfrenta la cadena de suministro de semiconductores con EUV es el desarrollo de películas que no estaban disponibles hace dos años, por lo que TSMC y Samsung Foundry tuvieron que inventar formas de utilizar sus escáneres EUV sin películas protectoras.


Para referencia: una película TSMC de 16 nm con retícula

Las películas protegen las fotomáscaras (retículas) de 6 × 6 pulgadas durante el flujo de producción de chips al sellarlas de las partículas que podrían aterrizar en su superficie, que de otro modo las dañarían o introducirían defectos en las obleas en producción. Cada retícula de una herramienta EUV cuesta $ 300,000, por lo que los fabricantes de chips están ansiosos por protegerlos contra daños por partículas o incluso la radiación EUV en sí, ya que esto reduce sus costos. Mientras tanto, reducir los riesgos asociados con los rendimientos es quizás incluso más importante.

La necesidad de películas, a su vez, varía según el fabricante y los tipos de fotomáscaras empleadas. Intel, que es conocida por sus grandes matrices de CPU, tiende a usar retículas de una sola matriz, lo que significa que solo un defecto de máscara introducido por una partícula mata automáticamente todo el dado. Mientras tanto, si se usa una fotomáscara de 25 troqueles, un sumador de partículas “ solo ” dará como resultado un rendimiento un 4% menor (un troquel muerto), por lo que ha sido posible escapar sin películas para chips más pequeños y fotomáscaras de múltiples troqueles.

ASML liderando el paquete. Por ahora

La industria comenzó a desarrollar películas protectoras para herramientas EUV relativamente tarde después de que se supo que nadie puede garantizar que un escáner EUV ultracomplejo esté 100% libre de partículas dañinas, por lo que no estaban listos en 2019.

Las películas para fotomáscaras que se utilizan con equipos de litografía ultravioleta profunda (DUV) son comunes y baratas. Por el contrario, dado que las fotomáscaras para EUV son diferentes de las fotomáscaras para DUV (las máscaras EUV son esencialmente pilas de 250 a 350 nm de espesor con 40 a 50 capas alternas de silicio y molibdeno sobre un sustrato), las películas para tales retículas también son bastante diferentes. En particular, la longitud de onda muy corta de EUV significa que las películas para él tienen una serie de requisitos que las hacen difíciles de producir y caras. Las películas EUV deben ser extremadamente delgadas, no deben afectar las características de reflexión de las retículas, deben tener una alta tasa de transmisión (cuanto mayor es la tasa, mayor es la productividad de un escáner), deben mantener altos niveles de potencia EUV y soportar temperaturas extremas (desde 600ºC a 1.000ºC en el futuro).


Película EUV de ASML (Crédito de la imagen: Ingeniería de semiconductores)

“La mayoría de los materiales absorben muy fuertemente a la longitud de onda EUV de 13.5 nm más enérgica e, incluso cuando se seleccionan los materiales más transparentes a EUV, las membranas deben ser extremadamente delgadas para acercarse al 90% de transmitancia”, dijo Emily Gallagher, miembro principal del personal técnico. en Imec. “Estas membranas delgadas no suelen ser capaces de mantener la resistencia suficiente para ser independientes en las dimensiones requeridas. Además, el entorno del escáner EUV no es compatible con muchos materiales y someterá la película a ciclos de bomba-ventilación”.

Hasta la fecha, han surgido varias opciones de película EUV, según SemiEngineering:

  • ASML presentó sus primeras películas EUV en 2019 y otorgó la licencia de la tecnología a Mitsui Chemicals, que tiene la intención de comenzar su volumen de ventas en el segundo trimestre de 2021. Desde entonces, ASML ha mejorado sus películas.
  • Imec ha revelado los resultados de las pruebas de sus películas basadas en nanotubos de carbono.
  • Graphene Square, Freudenberg Sealing Technologies (FST) y algunas universidades están desarrollando sus propias películas.

Hasta ahora, solo ASML ha logrado crear películas comercialmente viables para herramientas EUV que están realmente disponibles. Las películas de ASML se basan en polisilicio de 50 nm de espesor. En 2016, demostraron una tasa de transmisión del 78% en una fuente simulada de 175W. Actualmente, ASML puede vender una película con una tasa de transmisión del 88%. Y en breve, Mitsui comenzará a suministrar tales películas en volumen.

Los últimos prototipos de ASML hechos de siliciuro metálico demuestran una tasa de transmisión del 90,6% con una falta de uniformidad del 0,2% y una reflectividad inferior al 0,005% en una fuente de 400 W.

“Esta actualización respalda nuestra hoja de ruta, que eventualmente llevará la energía de la fuente hasta 400 Watts”, dijo Raymond Maas, gerente de producto de ASML para películas, en una entrevista con Bits & Chips.nl. “La película se calienta hasta 600ºC a ese nivel de potencia, que el polisilicio no puede soportar”.

Por el contrario, las películas prototipo de Imec tienen una tasa de transmisión del 97,7%. De hecho, a largo plazo, cuando se disponga de fuentes de luz más avanzadas, se necesitarán películas más sofisticadas y aquí es donde entrarán en juego las películas basadas en nanotubos de carbono de Imec.

“Pocos materiales tienen el potencial de una alta transmisión EUV más allá del 90% e incluso menos materiales son al mismo tiempo compatibles con potencia EUV más allá de 600W. Además, la película debe ser fuerte para ser suspendida sobre un área grande de la máscara (~ 110 mm x 140 mm) “, dijo Joost Bekaert, investigador de Imec.

Desafortunadamente, no está claro cuándo estarán listas para el horario estelar las películas basadas en nanotubos de carbono de Imec.

Resumen

TSMC y Samsung Foundry han inventado formas de utilizar herramientas de litografía EUV sin películas en fotomáscaras de múltiples matrices para chips más pequeños, pero estos métodos son riesgosos ya que cualquier sumador de partículas puede convertirse en un defecto que destruye el rendimiento. Además, estos métodos son riesgosos para chips más grandes y fotomáscaras de matriz única, por lo que las películas son fundamentales para permitir la fabricación de matrices grandes con herramientas EUV. Dicho esto, independientemente del tamaño de la fotomáscara, se necesitan películas para mejorar los rendimientos de EUV y reducir los riesgos en todos los ámbitos.

En general, entonces, el uso y las mejoras en las películas EUV serán un proceso gradual. Las películas iniciales desarrolladas y fabricadas por ASML y que pronto serán fabricadas por Mitsui son lo suficientemente buenas para algunas de las necesidades actuales, pero hay margen de mejora con sus niveles de transmisión, como lo demuestran los prototipos de próxima generación desarrollados por ASML e Imec. También se necesitarán mejores películas para tener en cuenta los escáneres futuros, ya que esas máquinas tendrán fuentes más potentes. No obstante, dado que estas películas tienen una serie de ventajas indiscutibles, los fabricantes de chips las utilizarán, ya que pueden ayudar a mejorar los rendimientos incluso a costa de cierta productividad.