ASML mantendrá viva la Ley de Moore gracias a su tecnología EUV High-NA para 2025
Intel ya lo vino avisando y aunque en su roadmap ha sufrido varios cambios ligeros por culpa de ASML, la compañía europea afirma que finalmente tendrá sus nuevos escáneres EXE:5000 a principios de 2025. Esto significa que, aun con algo de retraso, el sector de los semiconductores podrá mantener viva la Ley de Moore una vez más gracias a la tecnología EUV High-NA en 2025 y los nuevos escáneres, que dicho sea de paso, son cada vez más grandes.
Tres factores definen la vanguardia del grabado de chips desde el principio de los tiempos: la longitud de onda, el coeficiente K1 y la apertura numérica (NA), muy conocida en este caso puesto que es precisamente lo que está cambiando en este punto de la historia de los chips. La confirmación de la empresa holandesa es un respiro para una industria que cada vez lo tiene más difícil y donde los precios no paran de escalar.
ASML confirma sus escáneres EXE:5000 con EUV High-NA para 2025
CD, o Crítical Dimension, es el resultado de los tres factores descritos arriba en la ecuación, es decir, es el tamaño más pequeño posible en cada generación de escáneres donde se puede imprimir mediante exposición fotolitográfica.
Un CD más pequeño solo puede ser logrado por uno de los factores clave a modificar, porque dos al mismo tiempo no ha ocurrido en la historia de la litografía, por lo tanto, estamos gastando el cartucho al meter una apertura numérica más grande.
Para que nos hagamos una idea, la resolución fotolitográfica ha mejorado nada menos que más de 10.000 veces en 40 años de historia. La longitud de onda ha sido la mayor clave y donde mejores resultados se han obtenido, pero las técnicas para lograrlo necesitan muchos años de desarrollo.
El contexto de la confirmación de que ASML introducirá EUV High-NA en apenas año y medio se entiende cuando comprendemos su importancia al saber que se han necesitado más de 20 años para pasar de 193 nm como longitud de onda a los comentados High-NA con 13,5 nm gracias a aumentar la Apertura Numérica (NA) de 0,33 hasta 0,55.
El mayor reto de High-NA es la difracción asimétrica
Ya lo comentamos en otros artículos, pero cabe recordar que subir de NA implica que máscaras y obleas "choquen". Los conos de luz entrantes en forma de plasma son más grandes por el mayor NA y por lo tanto, tienen que inclinarse para no crear la llamada difracción asimétrica y con ello hacer un mal grabado.
Para entenderlo con números, ASML explicó que las máscaras EUV tradicionales tienen un ángulo de reflexión máximo de 11 grados. La imagen superior lo explica claramente, pero, ¿cómo lo logró ASML? La compañía da una explicación que gira en torno a dos parámetros llamados desmagnificación y anamórfia:
La única forma de superar este desafío es aumentar una cualidad llamada desmagnificación. La desmagnificación es exactamente lo que parece: tomar el patrón reflejado de la máscara y reducirlo. Para compensar el problema del ángulo de reflexión, tuvimos que duplicar la reducción a 8x. Como consecuencia, la parte de la máscara reflejada será mucho más pequeña en la oblea.
Este campo de imagen más pequeño significa que llevará más tiempo producir el patrón del chip completo. De hecho, este requisito reduciría el rendimiento de nuestro escáner de alta NA a menos de 100 obleas por hora, un nivel de productividad que haría que la fabricación de chips no fuera rentable.
Afortunadamente, descubrimos que es necesario aumentar la desmagnificación en una sola dirección: aquella en la que se producen los ángulos de reflexión más grandes. La desmagnificación en la otra dirección puede permanecer sin cambios. Esto da como resultado un tamaño de campo aceptable en la oblea: aproximadamente la mitad del tamaño que se usa en los sistemas EUV actuales, o 26 por 16,5 milímetros en lugar de 26 por 33 mm.
Este tipo de desmagnificación dependiente de la dirección, o anamórfica, forma la base de nuestro sistema de alta NA. El fabricante de ópticas Carl Zeiss ha hecho un esfuerzo hercúleo para diseñar y fabricar una lente anamórfica con las especificaciones requeridas para nuestra nueva máquina.
Solventada la tecnología, queda mejorar el rendimiento por hora
Por último, la imagen superior evidencia el problema en su magnitud, puesto que el tamaño del EXE:5000 es inmenso, y lógicamente es mucho más caro de fabricar, además de delicado en su transporte, configuración y mantenimiento. El poder bajar de escala nanométrica no es suficiente, se necesita un rendimiento de obleas por hora (Wph) igual o más alto al que tienen los escáneres actuales, y eso solo se conseguirá en la segunda fase del proyecto de EUV High-NA a partir de 2025 con el sucesor de este EXE:5000.
En cualquier caso, y ya para terminar, podemos entender la complejidad del asunto y del hito de cumplir casi a la perfección el roadmap, porque TODOS los fabricantes de chips dependen de ASML para cumplir plazos. El primero, de momento, se va a cumplir casi a la perfección, por suerte.