Películas de EUV listas para fabricar y 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 producción en masa (HVM) de chips en 2019. En ese momento, los escáneres Twinscan NXE de ASML eran lo suficientemente buenos para la producción, pero todo el ecosistema EUV no estaba allí. Una de las cosas que afectó a EUV fue la falta de perlas protectoras para las máscaras fotográficas, lo que limitó el uso de herramientas EUV y afectó los rendimientos. Afortunadamente, gracias a las películas EUV listas para producción lanzadas recientemente, la situación con las películas finalmente ha mejorado y las cosas prometen mejorar aún más en los próximos años.

Protección de preciosas miras

ASML ha logrado grandes avances en los últimos años con sus herramientas de litografía Twinscan NXE EUV, mejorando el rendimiento, el tiempo de actividad y la productividad de la fuente de luz. Los colegas de la industria también han hecho mucho para permitir la producción en masa (HVM) con dispositivos EUV. Sin embargo, el ecosistema EUV debe evolucionar. Uno de los desafíos más conocidos para la cadena de suministro de semiconductores en EUV es el desarrollo de películas, que no estaban disponibles hace dos años. Así que TSMC y Samsung Foundry tuvieron que encontrar formas de usar sus escáneres EUV sin películas protectoras.

Para referencia: una película TSMC de 16 nm

Las películas protegen las fotomáscaras (retículas) de 6 x 6 pulgadas durante el flujo de producción de la viruta, sellándolas contra partículas que podrían aterrizar en su superficie, dañándolas o obleas defectuosas en producción. Cada punto de mira de una herramienta EUV cuesta $ 300,000. Por lo tanto, los fabricantes de chips se esfuerzan por protegerlos del daño de las partículas o incluso de la propia radiación EUV, ya que esto reducirá sus costos. Mientras tanto, puede ser incluso más importante reducir los riesgos asociados con las devoluciones.

La necesidad de películas a su vez varía según el fabricante y el tipo de fotomáscaras utilizadas. Intel, conocida por sus grandes chips de CPU, generalmente usa retículas de un solo chip, lo que significa que solo una falla de máscara causada por una partícula matará automáticamente todo el chip. Cuando se utiliza una fotomáscara de 25 chips, un sumador de partículas "solo" da como resultado un rendimiento un 4% menor (un chip muerto), lo que hace posible salirse con la suya sin película para chips más pequeños y fotomáscaras de múltiples chips.

ASML lidera el grupo. Por ahora

La industria comenzó a desarrollar películas protectoras para herramientas EUV relativamente tarde después de que quedó claro que nadie podía garantizar que un escáner EUV altamente complejo estaría 100% libre de partículas dañinas, razón por la cual no estaban listos en 2019.

Las películas de fotomáscara que se utilizan con máquinas de litografía ultravioleta profunda (DUV) son comunes y económicas. Dado que las fotomáscaras para EUV difieren 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 muy diferentes. En particular, la longitud de onda muy corta de EUV significa que las películas tienen una serie de requisitos que dificultan y encarecen su producción. Las películas EUV deben ser extremadamente delgadas, no deben interferir con las propiedades reflectantes de la retícula, tener una alta tasa de transmisión (cuanto mayor es la tasa, mayor es la productividad de un escáner), mantener altos niveles de rendimiento EUV y soportar temperaturas extremas (de 600ºC a 1000ºC en el futuro).

"La mayoría de los materiales absorben muy fuertemente a la longitud de onda EUV más energética de 13,5 nm, e incluso cuando se eligen los materiales más transparentes EUV, las membranas tienen que ser extremadamente delgadas para lograr un 90% de transmisión", dijo Emily Gallagher, empleada principal de Imec. "Estas membranas delgadas normalmente no pueden mantener la resistencia suficiente para ser autónomas en las dimensiones requeridas. Además, el entorno del escáner EUV no es compatible con muchos materiales y hace que la película se transforme en bomba-ventilación".

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

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

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

"Esta actualización respalda nuestra hoja de ruta, que finalmente entregará hasta 400 vatios de electricidad", dijo Raymond Maas, Gerente de Producto de Pellikel en ASML, en una entrevista con Bits & Chips.nl. "Con este poder, la membrana se calienta hasta 600 ° C, que el polisilicio no podría soportar".

Por el contrario, las películas prototipo de Imec tienen una tasa de transferencia del 97,7%. A largo plazo, a medida que 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 de EUV de más del 90%, e incluso menos materiales son compatibles con potencias de EUV de más de 600 W. Además, la película debe ser fuerte para poder ser suspendida sobre una gran área de La máscara será (~) 110 mm x 140 mm) ", dijo Joost Bekaert, investigador de Imec.

Desafortunadamente, no está claro cuándo estarán listas para el horario de máxima audiencia las películas a base de nanotubos de carbono de Imec.

Resumen

TSMC y Samsung Foundry inventaron métodos para utilizar herramientas de litografía EUV sin película en fotomáscaras de múltiples matrices para chips más pequeños. Sin embargo, tales métodos son riesgosos, ya que cualquier sumador de partículas puede convertirse en un fracaso en la habilidad de rendimiento. Además, estos procesos son riesgosos para chips más grandes y fotomáscaras con un solo chip, por lo que las películas son cruciales para la producción de chips grandes con herramientas EUV. 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, el uso y la mejora de las películas EUV será un proceso paso a paso. Las películas iniciales, diseñadas 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 en sus niveles de transmisión, como lo demuestran los prototipos de próxima generación desarrollados por ASML e Imec. También se necesitarán mejores películas para los escáneres futuros, ya que estas máquinas tienen fuentes más potentes. Sin embargo, debido a que tales películas tienen una serie de ventajas innegables, los fabricantes de chips las utilizan, ya que pueden ayudar a mejorar los rendimientos incluso a expensas de cierta productividad.

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