Asml: fabriquer des composants euv dans le connecticut

En matière de fabrication de puces, plus petit est mieux. C'est-à-dire que les transistors plus petits conduisent à des puces qui intègrent plus de fonctions dans une zone plus petite, ce qui a conduit historiquement à l'amélioration continue des produits et à la réduction des coûts informatiques, la densité doublant tous les deux ans environ. Mais ces dernières années, cette amélioration s’est ralentie, en partie parce qu’il est de plus en plus difficile d’utiliser des outils de lithographie classiques pour produire les lignes plus petites nécessaires au traitement de puces plus petites. Le grand espoir de l'industrie en matière de percée est ce que l'on appelle la lithographie à ultraviolets extrêmes (EUV).

J'écris sur EUV depuis des années et les premières machines de test ont été installées il y a une dizaine d'années dans des installations de recherche sur la fabrication de puces à SUNY et à IMEC. Les gros fabricants de puces testent des machines EUV depuis des années, mais ont récemment mis à niveau leurs machines et installé de nouveaux modèles. Ils discutent maintenant ouvertement de la manière dont ils utiliseront EUV à leurs nœuds de fabrication de 7 nm et 5 nm.

J'ai été un peu surpris d'apprendre récemment que certains des composants les plus importants d'un système EUV sont en fait fabriqués à Wilton, dans le Connecticut, à environ 45 kilomètres de New York.

Tout d'abord, un peu de contexte. Toutes les puces de l’électronique que vous utilisez aujourd’hui sont produites dans une série complexe d’impressions par photolithographie, où la lumière passe à travers un masque sur une plaquette de silicium, dépose des matériaux sur la plaquette et élimine successivement les parties indésirables pour les fabriquer. les transistors et les autres composants d'une puce. En règle générale, une seule puce passera par de nombreuses étapes de lithographie, créant ainsi plusieurs couches. Dans la quasi-totalité des principales puces actuelles, les fabricants utilisent un procédé appelé lithographie par immersion de 193 nm, ou lithographie DUV (ultraviolet profond), dans lequel la lumière d’une longueur d’onde de 193 nm est réfractée à travers un liquide sur un photorésist pour créer ces motifs.

Ce type de lithographie a une limite - en ce qui concerne la taille des lignes qu'il est capable de créer en un passage - et dans de nombreux cas, les fabricants de puces ont eu recours à la création de motifs sur une seule couche plusieurs fois pour créer le dessin proposé. En effet, la double configuration est maintenant monnaie courante et la dernière génération de puces d’Intel et d’autres utilise une technique appelée SAQP (Self Aligned Quad Patterning). Mais chaque étape supplémentaire de la configuration prend du temps, et des erreurs dans l’alignement correct des modèles peuvent rendre plus difficile la fabrication parfaite de chaque puce, ce qui réduit le rendement de bons puces.

La lithographie en ultraviolet extrême (EUV) utilise une lumière de longueur d'onde inférieure à 13, 5 nm. Cela peut donner des caractéristiques beaucoup plus fines, mais pose également de nombreux problèmes techniques. Comme cela m’a été expliqué une fois, vous commencez par pulvériser de l’étain en fusion à 150 km / h, à le frapper avec un laser dans une pré-impulsion pour le répartir, à le souffler avec un autre laser pour créer un plasma, puis à faire rebondir la lumière. miroirs pour créer un faisceau qui doit frapper la plaquette exactement au bon endroit. En d'autres termes, c'est comme essayer de frapper une balle de baseball dans une zone d'un pouce exactement au même endroit dans les tribunes 10 milliards de fois par jour. Pour que cela fonctionne, une source d'énergie plasma de haute puissance est nécessaire pour alimenter la lumière. En raison de sa complexité, le processus nécessite un alignement précis de toutes les pièces du système.

En raison de cette complexité, ASML - le grand fabricant néerlandais d'outils de lithographie - est la seule société à fabriquer des machines EUV, et les appareils nécessitent des pièces et des modules provenant d'un certain nombre d'installations. L’usine de Wilton fabrique aujourd’hui des modules essentiels pour les machines DUV et EUV, en optique et en mécanique de précision, selon ASML Fellow Chip Mason.

En particulier, l’usine de Wilton fabrique le module qui occupe le tiers supérieur de la machine Twinscan NXE: 3350B actuelle, qui gère et aligne avec précision l’étage du réticule, qui maintient à son tour le masque par lequel la lumière est projetée pour créer le motif, ainsi que des capteurs d'alignement et de nivellement de plaquettes. Le module supérieur lui-même est composé d'autres modules fabriqués en usine.

Le directeur général de ASML Wilton, Bill Amalfitano, a expliqué comment, dans une machine EUV, le module supérieur gère le réticule, le bas, la tranche et le milieu, une optique de très haute précision, fabriquée par Zeiss.

Comme l'a expliqué Mason, la précision du positionnement et de l'alignement du réticule avec l'optique est essentielle à la fabrication des puces. Pour ce faire, l’équipe de Wilton collabore avec des équipes basées aux Pays-Bas, un groupe de lithographie informatique à San José et un groupe de métrologie. La machine mesure en permanence où sont les choses et rapporte les corrections selon un processus appelé "lithographie holistique". Toutes les pièces sont renvoyées à ASML à Veldhoven, aux Pays-Bas, où elles sont ensuite intégrées au système complet.

Les machines finales sont assez grandes, assez grandes. Mason note que chaque nouvelle génération d'outils de lithographie a entraîné un processus plus difficile avec des machines plus grandes créant des fonctionnalités toujours plus petites. À ce stade, a-t-il déclaré, personne ne peut être un expert dans l'ensemble du processus, ce qui nécessite un travail d'équipe important, à la fois au sein de l'usine et avec les autres sites de l'entreprise.

"Ce n'était pas comme il y a 10 ans, c'était facile", a plaisanté Mason, soulignant que les processus plus anciens "semblaient également impossibles à l'époque".

Aussi complexes soient-ils, les machines EUV actuelles ne sont pas la fin de la ligne. Mason a déclaré que la société travaillait sur le EUV High NA (ouverture numérique), avec des améliorations de la lithographie holistique et des fonctionnalités supplémentaires de correction de proximité optique, afin de pouvoir imprimer des caractéristiques encore plus fines. L’amélioration de la densité des transistors est un «travail important», a déclaré Mason, soulignant que les employés de l’installation se sentaient tenus de fournir la nouvelle technologie.

(Bill Amalfitano, directeur général de ASML Wilton; Michael Miller; Amy Rice)

J'ai eu l'occasion de me promener dans l'usine d'ASML, Bill Amalfitano, directeur général d'ASML Wilton, qui m'a expliqué que la fabrication avait été réalisée dans une salle blanche de 90 000 pieds carrés, dans une installation de 300 000 pieds carrés.

La salle blanche semble faire l’équivalent d’environ deux étages, et même cela semble serré pour certains des équipements les plus récents, tels que les machines complètes Twinscan EUV. Tout semble très bien organisé, avec différentes stations pour créer des dizaines de sous-systèmes différents qui entrent dans les modules finaux, et tout est codé par couleur par fonction.

J'étais curieux de savoir comment ce type de travail avait abouti dans le Connecticut. Mason et Amalfitano, qui travaillent tous deux dans les installations depuis de nombreuses années, ont expliqué que tout avait commencé il y a des années lorsque Perkins-Elmer, à Norwalk, était en train de créer une optique avancée pour des choses telles que les miroirs du télescope Hubble. Cette société a commencé à travailler sur des outils de lithographie à la fin des années 1960 et est finalement devenue l’un des principaux fournisseurs de ses outils Micralign. Perkins-Elmer a vendu la division au Silicon Valley Group en 1990, qui l'a renommée Lithographie du groupe Silicon Valley (SVGL), elle-même rachetée en 2001 par ASML.

En cours de route, a expliqué Amalfitano, l’installation a continué de s’agrandir. Il emploie maintenant plus de 1 200 personnes, et représente une croissance, sur environ 16 000 employés d'ASML.

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