Esta máquina poderia manter a lei de Moore no caminho certo

O próximo truque para transistores menores é a litografia EUV de alta abertura numérica

Esta ilustração fotográfica do EXE:5000, a máquina de litografia ultravioleta extrema de alta abertura numérica da ASML, mostra sua enorme escala.

Ao longo do último meio século , passamos a pensar na Lei de Moore – a duplicação aproximadamente bienal do número de transistores em uma determinada área do silício, os ganhos que impulsionam a computação – como algo que simplesmente acontece, como se fosse um processo natural e inevitável, semelhante à evolução ou envelhecimento. A realidade, claro, é muito diferente. Acompanhar a Lei de Moore requer gastos quase inimagináveis ​​de tempo, energia e engenhosidade humana – milhares de pessoas em vários continentes e hectares intermináveis ​​de algumas das máquinas mais complexas do planeta.

Talvez a mais essencial dessas máquinas realize fotolitografia ultravioleta extrema (EUV). A litografia EUV, produto de décadas de pesquisa e desenvolvimento, é agora a tecnologia motriz por trás das últimas duas gerações de chips de ponta, usados ​​em todos os smartphones, tablets, laptops e servidores de última geração nos últimos três anos. No entanto, a Lei de Moore deve seguir em frente e os fabricantes de chips continuam a avançar em seus roteiros, o que significa que precisarão reduzir ainda mais as geometrias dos dispositivos.

Portanto, na ASML, meus colegas e eu estamos desenvolvendo a próxima geração de litografia. Chamada de litografia EUV de alta abertura numérica, envolve uma grande revisão da óptica interna do sistema. O EUV de alto NA deve estar pronto para uso comercial em 2025, e os fabricantes de chips dependem de suas capacidades para manter os avanços prometidos até o final desta década

A Lei de Moore baseia-se na melhoria da resolução da fotolitografia para que os fabricantes de chips possam estabelecer circuitos cada vez mais finos. Nos últimos 35 anos, os engenheiros conseguiram uma redução de resolução de duas ordens de grandeza trabalhando numa combinação de três factores: o comprimento de onda da luz; k 1, um coeficiente que encapsula fatores relacionados ao processo; e abertura numérica (NA), uma medida da faixa de ângulos sobre os quais o sistema pode emitir luz.

Fonte: Espectro IEEE

A dimensão crítica – isto é, o menor tamanho de recurso possível que você pode imprimir com uma determinada ferramenta de exposição de fotolitografia – é proporcional ao comprimento de onda da luz dividido pela abertura numérica da óptica. Assim, você pode obter dimensões críticas menores usando comprimentos de onda de luz mais curtos ou aberturas numéricas maiores ou uma combinação dos dois. O valor k 1 pode ser levado o mais próximo possível do seu limite físico inferior de 0,25, melhorando o controle do processo de fabricação, por exemplo.

Em geral, as maneiras mais econômicas de aumentar a resolução são aumentando a abertura numérica e melhorando o controle de ferramentas e processos para permitir um k 1 menor. Somente depois que os fabricantes de chips ficam sem opções para melhorar ainda mais NA e k1 é que eles recorrem à redução do comprimento de onda da fonte de luz.

No entanto, a indústria teve que mudar esse comprimento de onda várias vezes. A progressão histórica dos comprimentos de onda passou de 365 nanômetros, gerados por uma lâmpada de mercúrio, para 248 nm, por meio de um laser de fluoreto de criptônio, no final da década de 1990, e depois para 193 nm, por um laser de fluoreto de argônio, no início deste ano. século. Para cada geração de comprimento de onda, a abertura numérica dos sistemas de litografia aumentou progressivamente antes que a indústria saltasse para um comprimento de onda mais curto.

Por exemplo, quando o uso de 193 nm estava chegando ao fim, uma nova abordagem para aumentar o NA foi introduzida: a litografia de imersão. Ao colocar água entre a parte inferior da lente e o wafer, o NA poderia ser significativamente aumentado de 0,93 para 1,35. Desde a sua introdução por volta de 2006, a litografia de imersão de 193 nm foi o carro-chefe da indústria para litografia de ponta

A resolução da fotolitografia melhorou cerca de 10.000 vezes nas últimas quatro décadas. Isso se deve em parte ao uso de comprimentos de onda de luz cada vez menores, mas também exigiu maior abertura numérica e técnicas de processamento aprimoradas. Fonte: ASML