Cette machine pourrait maintenir la loi de Moore sur la bonne voie

La prochaine astuce pour les transistors plus petits est la lithographie EUV à haute ouverture numérique

Cette photo-illustration de l'EXE:5000, la machine de lithographie ultraviolette extrême à haute ouverture numérique d'ASML, montre son échelle massive.

Au cours du dernier demi-siècle , nous en sommes venus à considérer la loi de Moore – le doublement presque tous les deux ans du nombre de transistors dans une zone donnée du silicium, les gains qui font progresser l'informatique – comme quelque chose qui se produit tout simplement, comme s'il s'agissait d'un processus naturel et inévitable. semblable à l’évolution ou au vieillissement. La réalité, bien entendu, est bien différente. Suivre la loi de Moore nécessite des dépenses presque inimaginables en temps, en énergie et en ingéniosité humaine : des milliers de personnes sur plusieurs continents et des hectares infinis de machines parmi les plus complexes de la planète.

La photolithographie ultraviolette extrême (EUV) est peut-être la plus essentielle de ces machines. La lithographie EUV, fruit de décennies de R&D, est désormais la technologie à la base des deux dernières générations de puces de pointe, utilisées dans tous les smartphones, tablettes, ordinateurs portables et serveurs haut de gamme au cours des trois dernières années. Pourtant, la loi de Moore doit continuer et les fabricants de puces continuent de faire progresser leurs feuilles de route, ce qui signifie qu'ils devront réduire encore davantage la géométrie des appareils.

Ainsi, chez ASML, mes collègues et moi développons la prochaine génération de lithographie. Appelée lithographie EUV à haute ouverture numérique, elle implique une refonte majeure de l'optique interne du système. L'EUV à haute NA devrait être prêt pour une utilisation commerciale en 2025, et les fabricants de puces comptent sur ses capacités pour maintenir les avancées promises jusqu'à la fin de cette décennie.

La loi de Moore repose sur l'amélioration de la résolution de la photolithographie afin que les fabricants de puces puissent créer des circuits de plus en plus fins. Au cours des 35 dernières années, les ingénieurs ont réussi à réduire la résolution de deux ordres de grandeur en travaillant sur une combinaison de trois facteurs : la longueur d'onde de la lumière ; k 1, un coefficient qui encapsule les facteurs liés au processus ; et l'ouverture numérique (NA), une mesure de la plage d'angles sur laquelle le système peut émettre de la lumière.

Source : Spectre IEEE

La dimension critique, c'est-à-dire la plus petite taille de caractéristique possible que vous pouvez imprimer avec un certain outil d'exposition de photolithographie, est proportionnelle à la longueur d'onde de la lumière divisée par l'ouverture numérique de l'optique. Vous pouvez ainsi obtenir des dimensions critiques plus petites en utilisant soit des longueurs d'onde lumineuses plus courtes, soit des ouvertures numériques plus grandes, ou une combinaison des deux. La valeur k 1 peut être poussée aussi près que possible de sa limite physique inférieure de 0,25 en améliorant le contrôle du processus de fabrication, par exemple.

En général, les moyens les plus économiques d'augmenter la résolution consistent à augmenter l'ouverture numérique et à améliorer le contrôle des outils et des processus pour permettre un k 1 plus petit. Ce n'est que lorsque les fabricants de puces sont à court d'options pour améliorer davantage NA et k1 qu'ils recourent à la réduction de la résolution. longueur d'onde de la source lumineuse.

Néanmoins, l’industrie a dû modifier cette longueur d’onde à plusieurs reprises. La progression historique des longueurs d'onde est passée de 365 nanomètres, générés à l'aide d'une lampe à mercure, à 248 nm, via un laser au fluorure de krypton, à la fin des années 1990, puis à 193 nm, à partir d'un laser au fluorure d'argon, au début de cette décennie. siècle. Pour chaque génération de longueur d’onde, l’ouverture numérique des systèmes de lithographie a été progressivement augmentée avant que l’industrie ne passe à une longueur d’onde plus courte.

Par exemple, alors que l’utilisation du 193 nm touchait à sa fin, une nouvelle approche pour augmenter la NA a été introduite : la lithographie par immersion. En plaçant de l'eau entre le bas de la lentille et la plaquette, la NA pourrait être considérablement agrandie, passant de 0,93 à 1,35. Depuis son introduction vers 2006, la lithographie par immersion à 193 nm était la bête de somme de l'industrie pour la lithographie de pointe.

La résolution de la photolithographie a été multipliée par 10 000 au cours des quatre dernières décennies. Cela est dû en partie à l’utilisation de longueurs d’onde de lumière de plus en plus petites, mais cela nécessite également une plus grande ouverture numérique et des techniques de traitement améliorées. Source : ASML