Futuro scanner ASML com alta abertura numérica 0,55 (alto NA EUV) no valor de cerca de US $ 300 milhões Fonte: apresentação ASML



A empresa holandesa ASML é monopólio no equipamento de fotolitografia em ultravioleta profundo (EUV) com margem de liderança tecnológica por vários anos à frente de concorrentes ... Portanto, o atraso na próxima geração de scanners não afetará os lucros da empresa, dizem as fontes Buscando Alpha. Pelo contrário, a ASML ganhará ainda mais dinheiro vendendo equipamentos da geração atual.



Alguns especialistas acreditam que na situação atual não há tempo para atualizações. O déficit é tão forte que alguns fabricantes, ao contrário, estão retomando a produção de microcircuitos do anterior gerações anteriormente interrompidas.



Mas esta é a situação do mercado. No futuro, a TSMC e a Samsung, é claro, planejam melhorar o processo tecnológico. A única questão era: implementar os seguintes projetos no equipamento atual com sua atualização para multipadrões (várias operações sequenciais de litografia e gravura através de várias fotomáscaras com uma diminuição de nós para 5/3 nm) - ou esperar por um novo sistema EUV com um modelo a 3/2 nm.



O instrumento atual para litografia ultravioleta profunda é ASML NXE: 3400C, e o scanner de litografia de alto NA EUV de próxima geração será ASML EXE: 5000. Ele será equipado com uma ótica de 0,55 NA completamente nova, o que reduzirá significativamente o tamanho dos elementos de corrosão no wafer de silício.





Como a abertura numérica e a resolução são calculadas são duas das principais características de um scanner. Fonte: apresentação ASML





Trajeto do pulso de luz do laser (canto inferior direito) ao dispositivo de iluminação, máscara com topologia de cristal através da ótica de projeção sobre pastilha de silício em scanner ASML real



Agora o problema está "resolvido". A transição para novos equipamentos é adiada até 2025 ou 2026. Esses sistemas acabaram sendo muito complicados e caros na produção, escreveProcurando Alpha. Como um lembrete, os veículos de 180 toneladas, do tamanho de um ônibus de dois andares, são, por si só, uma prova da complexa logística da indústria eletrônica. Os componentes são fabricados por cerca de 5.000 fornecedores. Por exemplo, a alemã Carl Zeiss produz lentes. VDL holandês - manipuladores robóticos que alimentam placas em uma máquina. As fontes de luz são fabricadas pela empresa americana Cymer, comprada pela ASML em 2013.



Alegadamente, um scanner EUV de alto NA custará cerca de US $ 300 milhões (os leitores ASML da geração atual custam cerca de US $ 180 milhões cada). Talvez se torne o aparelho industrial mais caro da economia global.







Não há absolutamente nada de errado com a latência do EXE ASML: 5000 scanners. Microcircuitos de 3 nm poderiam ser produzidos em novos equipamentos, mas agora, talvez, sejam feitos em scanners antigos - em várias passagens e usando outras arquiteturas. E os scanners de próxima geração usarão chips de 2 nm.



O equipamento EUV atual para chips de 7 e 5 nm usa um sistema óptico NA de 0,33 e uma a duas exposições litográficas. Em um ponto, o passe duplo parecia fácil. Agora, existem preocupações crescentes de que o padrão dual EUV é muito complexo e caro para muitos dispositivos. E a 3 nm, pode ser necessária uma passagem tripla, o que é ainda mais difícil.

Fotolitografia em ultravioleta profundo

Ao longo dos anos, os fabricantes de chips reduziram sistematicamente o tamanho do nó em 30% por geração, reduzindo assim o custo de cada transistor. Por sua vez, isso possibilitou a produção de processadores mais poderosos. O ciclo marcava de forma constante a cada 18 meses.



A fabricação era simples até a marca de 20 nm, quando os transistores planos atingiram a parede. A partir de 2011, os fabricantes de chips mudaram para transistores de porta vertical de 22 nm e 16/14 nm (FinFETs).



FinFETs são mais rápidos e requerem menos energia, mas são difíceis e caros de fazer. Assim, o tempo de transição para novos nós aumentou de 18 meses para 2,5 anos.



A litografia também enfrentou dificuldades. O processo de litografia começa com uma fotomáscara.





Fotomáscara



Na fábrica, a fotomáscara é colocada no scanner. Ele projeta luz através da máscara na placa, criando padrões nela, que são então removidos com ácido. Este é um processo simples com um tamanho de etapa de 28 nm, mas já a partir de 20 nm, as partes tornam-se muito densas, o que torna difícil imprimir elementos individuais no wafer.





Photomask realista com correção óptica de proximidade. Autor: LithoGuy



Portanto, os fabricantes de chips mudaram para multipadrões, onde o design original é dividido em duas ou mais fotomáscaras "esparsas". Para aplicar esses elementos ao wafer, os fabricantes de chips usam uma variedade de projetos de processo na fábrica, incluindo espaçador autoalinhado e padrão duplo.





Espaçadores autocompensadores evitam que a máscara se desloque. Fonte: Lam Research





A reticulação dupla aumenta a densidade. Fonte: Lam Research



O scanner ASML mais avançado NXE: 3400C usa um comprimento de onda de 13,5 nm e um sistema óptico de 0,33 NA. A fonte de alimentação de 246 watts oferece uma taxa de transferência de 170 wafers por hora (WPH).



Samsung, TSMC e Intel estão gradualmente mudando para nós de tecnologia de 7 e 5 nm usando scanners ASML NXE: 3400C. De acordo com as informações disponíveis , na tecnologia de processo de 7 nm basta uma passagem com passo de 40 nm, mas já nos chips de 5 nm, o mesmo TSMC usa passo de 30 nm, que está próximo do limite físico nesta abertura .

O que é alto NA?

Embora a reticulação dupla ainda seja possível para 5 ou mesmo 3 nm, este é o limite para semicondutores de porta vertical. Em seguida, você precisa dominar os transistores da nanofolha (nanofolha FET).









Transistores de nanosheet



Novos scanners ASML com alta abertura numérica (high-NA), permitindo aumentar a resolução da imagem em uma fotomáscara, são indispensáveis.



A ASML anunciou na conferência de relatórios de janeiro que estava atrasando a implementação da nova versão do EUV por pelo menos três anos. Anteriormente, planejava-se dominar a tecnologia até 2023 e agora os planos foram adiados para 2025 ou 2026.



De acordo com especialistas, uma série de melhorias tecnológicas são necessárias para dominar a tecnologia de processo de alto NA. A indústria está trabalhando nisso, mas existem vários fatores desconhecidos aqui.



Nos últimos anos, os fabricantes de chips trabalharam em paralelo em outras arquiteturas de empacotamento de chips (2.5D, 3D-IC etc.) para dimensionar ainda mais os chips, mesmo no caso de latência de alto NA.



A propósito, o atual atraso de alto NA é uma reminiscência de como o setor ficou preso na litografia de imersão de 193 nm por muito tempo, o que acabou impulsionando as vendas de equipamentos. Portanto, do ponto de vista do negócio ASML, não há nenhum problema: a empresa ganhará mais dinheiro com a primeira geração do EUV. Também entrou no mercado com grandes atrasos e nada de terrível aconteceu.



A introdução dos scanners ASML NXE: 3400C começou em 2020. Dos três principais fabricantes TSMC, Samsung e Intel, os dois primeiros são líderes no uso do mais recente equipamento ASML para fotolitografia ultravioleta profunda, e a Intel planeja mudar para litografia EUV apenas no final de 2022.