EUV de Alta-NA e Hyper-NA da ASML: Uma atualização

Tabela de Conteúdos:

1. 😃 Introdução
2. 😎 Por que a NA mais Alta?
3. 🤔 Máscaras fotográficas
4. 🪞 Espelhos maiores
5. 🎯 Pontos focais óticos 1
6. 🎯 Pontos focais óticos 2
7. 💡 Fonte de luz
8. 🖌️ Resistências
9. 🚀 Hyper-NA
10. 🔚 Conclusão

Introdução

Bem-vindo a este artigo sobre a próxima geração de litografia EUV, a High-NA EUV. Neste artigo, vamos explorar os benefícios e os desafios associados à implementação da High-NA EUV na indústria de semicondutores. Desde razões técnicas até Questões de engenharia, vamos mergulhar fundo nesse tema fascinante. Então, vamos começar!

😎 Por que a NA mais alta?

Antes de nos aprofundarmos nos detalhes da High-NA EUV, vamos entender por que a NA (Abertura Numérica) mais alta é necessária. A NA mede a quantidade de luz que um sistema ótico pode coletar e focar. As máquinas EUV atualmente em operação têm uma NA de 0,33, o que limita a capacidade de impressão de recursos finos. Aumentar a NA para 0,55 reduziria o tamanho dos recursos impressos em até 64%, permitindo a produção de chips com nodes mais avançados. A High-NA EUV está programada para entrar na cadeia de produção em 2025 e é considerada suficiente para os processos N2 e N1.8, bem como os próximos 2-3 nodes após eles.

🤔 Máscaras fotográficas

Um dos principais desafios da implementação da High-NA EUV está nas máscaras fotográficas. Aumentar a NA significa que o cone de luz incidente interfere com o cone de luz refletido, o que poderia ser resolvido aumentando o ângulo de reflexão. No entanto, as máscaras não permitem isso devido à queda na refletividade em ângulos mais altos. Além disso, as linhas absorvedoras presentes nas máscaras distorcem quando o ângulo de incidência da luz é superior a cerca de 6 graus. Para contornar esse problema, as lentes anamórficas são usadas para magnificar apenas um dos eixos da máscara. No entanto, isso resulta em um tamanho de campo cerca de metade do tamanho do EUV de baixa-NA, o que torna a High-NA EUV adequada apenas para camadas de chips com alta complexidade.

🪞 Espelhos maiores

Com a High-NA EUV, são necessários espelhos maiores para acompanhar a abertura numérica aumentada. O último espelho é particularmente desafiador, com cerca de 1,2 metros de largura e 360 quilogramas de peso. Essa dimensão é o dobro do espelho final do sistema de NA de 0,33. Para lidar com esses mega-espelhos, foi necessário construir um robô autônomo especializado e câmaras de vácuo personalizadas de 6 metros de altura para metrologia óptica dos espelhos. Essa etapa exigiu um investimento de US$ 1,9 bilhão por parte da ASML e da Zeiss, e suas implementações bem-sucedidas são fundamentais para o sucesso da High-NA EUV.

🎯 Pontos focais óticos 1

Outra área crítica de engenharia da High-NA EUV está nos pontos focais óticos. Devido à maior abertura numérica, a profundidade de foco da High-NA EUV é significativamente reduzida. A profundidade de foco é a distância vertical em que a qualidade da imagem ainda é aceitável. Quanto maior for essa distância, melhor. No entanto, aumentar a NA resulta em uma profundidade de foco menor. Isso ocorre devido a uma equação que relaciona a profundidade de foco com a NA. Com uma NA de 0,55, a profundidade de foco é de apenas 45 nanômetros, o que é mais de 60% mais fino do que a ferramenta de NA de 0,33. Isso pode ser agravado por efeitos de refração da camada de resist e do vácuo acima dela, o que pode afetar ainda mais a profundidade de foco. Portanto, é necessário um controle preciso de foco e tolerâncias extremamente ajustadas em todo o processo de fabricação de semicondutores para garantir um bom desempenho da High-NA EUV.

🎯 Pontos focais óticos 2

Além disso, vamos discutir outro ponto focal importante na High-NA EUV, presente nos dois últimos espelhos antes da wafer. Devido ao tamanho desses espelhos, a luz proveniente do penúltimo espelho atinge o último espelho em um ângulo maior do que o ideal. Para corrigir isso, foi necessário criar um furo ou obstrução no último espelho para reduzir os ângulos e melhorar a produtividade. Essa técnica é comumente usada em telescópios para melhorar o contraste e evitar a luz dispersa.

💡 Fonte de luz

A fonte de luz utilizada nas ferramentas de EUV é um componente crucial do sistema. No caso da High-NA EUV, a ASML está trabalhando em fontes de luz mais poderosas e eficientes. Isso envolve aumentar a frequência das gotas de estanho e substituir o laser de 10 mícrons pelo de 1 mícron. Essas modificações têm o potencial de aumentar a potência da fonte de luz de cerca de 300 watts para até 800 watts. No entanto, essas melhorias também resultam em um aumento no consumo de energia. Além disso, vale mencionar que existem fontes de luz EUV que não utilizam laser-produção de plasma, como os lasers de elétron livre. Essas abordagens alternativas podem emitir luz polarizada e ter potencial para ajudar a resolver os desafios de polarização na High-NA EUV.

🖌️ Resistências

As resistências são uma parte crítica de qualquer tecnologia EUV, incluindo a High-NA EUV. No entanto, o desenvolvimento de resistências adequadas tem sido um desafio significativo. Os EUV resists funcionam de maneira diferente dos resists de UV profundo. Quando um fóton de EUV atinge uma molécula resist, essa molécula é excitada e pode causar reações químicas em outras moléculas vizinhas. Esse efeito de "borramento" é difícil de calcular e minimizar, especialmente considerando que estamos agora imprimindo recursos do mesmo tamanho das moléculas individuais da resist. Além disso, os efeitos estocásticos quânticos resultam em fótons aleatórios que podem causar erros durante a exposição. Encontrar uma resistência capaz de superar esses desafios tem sido um processo demorado e custoso, mas a busca por resistências adequadas continua.

🚀 Hyper-NA

Embora a High-NA EUV ainda não tenha sido implementada, já estamos pensando no próximo passo: a Hyper-NA EUV. Hyper-NA envolveria elevar a NA para 0,75 ou além. No entanto, isso apresenta desafios adicionais de engenharia. Os espelhos teriam que ser ainda maiores e os ângulos de reflexão seriam mais desafiadores de serem controlados. Além disso, a polarização se torna um problema ainda mais difícil de lidar devido ao estreitamento dos intervalos entre as linhas impressas no chip. Esses desafios podem levar a um aumento significativo nos custos de fabricação de máquinas Hyper-NA EUV.

🔚 Conclusão

Em conclusão, a High-NA EUV promete trazer benefícios significativos para a indústria de semicondutores, permitindo a produção de chips mais avançados. No entanto, sua implementação enfrenta desafios complexos em áreas como máscaras fotográficas, espelhos maiores, pontos focais óticos, fontes de luz, resistências e polarização. Além disso, a viabilidade econômica da próxima etapa, a Hyper-NA EUV, ainda é incerta. Embora enfrentemos esses desafios, a indústria de semicondutores continua avançando em direção a técnicas de litografia mais avançadas que possam superar as limitações atuais. Portanto, é provável que vejamos inovações contínuas no campo da litografia EUV nos próximos anos.