В декабре компания Intel получила от ASML первый EUV-сканер High-NA. Сейчас он находится на заводе Fab D1X в американском штате Орегон и будет смонтирован голландской компанией в ближайшие месяцы, чтобы в начале 2025 года Intel могла начать экспонировать на нем кристаллы по своим собственным техпроцессам. В течение следующего года планируется достичь наиболее важных точек тестирования, которые позволят начать массовое производство в 2026 году.
Новые технологии будут разрабатываться в Орегоне, а затем переноситься на глобальные фабрики – будь то производство пластин или технологии корпусировки. Совсем недавно так произошло с техпроцессом Intel 4 на фабрике Fab 34 в Ирландии. Именно так Intel поступает со всеми новыми технологиями, поскольку команда DT (Technology Development) базируется в Орегоне (Хиллсборо). Первые процессоры Meteor Lake были корпусированы в Орегоне с использованием Foveros, хотя сами кристаллы поставляются из Орегона, Ирландии и Тайваня. Теперь чипы, скорее всего, будут устанавливаться в корпусировку Foveros на новом заводе в Нью-Мексико. Затем окончательная корпусировка будет производиться в Малайзии.
Технология High-NA EUV (точное объяснение того, что это значит, будет приведено ниже) разрабатывается в Intel уже более десяти лет. Впервые о возможности технической реализации технологии экспонирования заговорили 26 лет назад. Что само по себе говорит об уровне технического развития, на котором находятся компании, участвующие в проекте.
Для Intel технология High-NA EUV станет важным элементом производства с 2025/26 года. Intel 14A станет первым техпроцессом, который будет ее использовать, как и все последующие техпроцессы. Но, как и в случае с 0,33 NA EUV, переход будет плавным. Например, из 15 металлических слоев, используемых для производства Intel 4, только нижние четыре-пять слоев будут экспонируются с помощью EUV. Для остальных слоев по-прежнему используется DUV. Аналогичная ситуация будет и с High-NA EUV: Intel не будет экспонировать все слои с помощью новой технологии, а изначально сосредоточится на наиболее важных слоях, чтобы минимизировать риски.
Важным фактором в использовании High-NA EUV будет стоимость. Сканеры чрезвычайно дороги и стоят несколько сотен миллионов евро. Чтобы хоть как-то сдержать расходы, сканеры могут частично использовать компоненты предыдущего поколения. Например, прежний источник света с ультрафиолетовым излучением с длиной волны 13,5 нм.
Технологии источника света сами по себе уже являются технологическим чудом. Для облучения требуется свет с длиной волны 13,5 нм. Однако он генерируется не простым источником света, а лазером, который дважды выстреливает в капли жидкого олова - один раз, чтобы превратить форму капли в плоский диск, а второй выстрел - чтобы ионизировать олово, из которого затем образуется плазма. Подобная стрельба происходит 50.000 раз в секунду. Зеркало-коллектор улавливает EUV-излучение, испускаемое плазмой во всех направлениях, фокусирует его и передает в систему литографии (например, Twinscan от ASML) для экспонирования пластины. Используемые лазеры поставляются компанией TRUMPF из Германии.
Но зеркало также требует особого качества. Его диаметр составляет 1 метр. Зеркало изготавливается немецкой компаний Zeiss, оно имеет максимальную шероховатость 20 пм (пикометров, 1012). Если экстраполировать самые высокие шероховатости зеркала на размер Земли, то самые высокие горы буду ниже одного метра.
Мы упомянули лишь два момента, подчеркивающие технические сложности, связанные с экспонированием полупроводниковых компонентов.
Первые тестовые системы называются TWINSCAN NXE:5000. Для массового производства будут использоваться системы TWINSCAN NXE:5200, вероятно, с производительностью 220 пластин в час, что на одном уровне с самыми быстрыми EUV-сканерами 0,33 NA, такими как новый TWINSCAN NXE:3800E. Таким образом, эффективность будет значительно выше, чем при переходе на 0,33 NA EUV.
С момента появления первых установок в альфа-версии до сегодняшнего производства с использованием EUV прошло более 15 лет. За это время производительность и эффективность систем EUV значительно повысились. В случае с High-NA EUV Intel ожидает более быстрого и плавного перехода - в том числе потому, что некоторые компоненты сканеров могут быть заимствованы у старых установок и, следовательно, уже достаточно опробованы.
В связи с сегодняшним заявлением Intel следует еще раз упомянуть о вчерашнем сообщении, в котором компания ASML объявила об успешном экспонировании высокоплотных структур с шагом 10 нм. Облучение было проведено после того, как оптика, датчики и столы, на которых перемещаются пластины, были тщательно откалиброваны. На следующих этапах система будет дополнительно откалибрована и оптимизирована, пока не удастся экспонировать тонкие логические структуры.
Преимущества и недостатки High-NA EUV
High-NA означает High Numerical Aperture, а числовая апертура, в свою очередь, является показателем апертурного угла оптической системы и показателя преломления среды. Чем больше числовая апертура, тем больше света может быть излучено через проекцию и тем выше достижимое разрешение. Первые системы EUV использовали числовую апертуру 0,25, затем 0,33, а в настоящее время она по-прежнему ограничена 0,33. High-NA эквивалентна числовой апертуре 0,55.
Потребность в High-NA EUV весьма высока, поскольку технология позволяет получать изображения более мелких структур. Для 0,33 NA EUV предел составляет 10 нм. Более мелкие структуры можно реализовать только с помощью мультипаттернинга (Википедия). При использовании технологии High-NA EUV теперь можно получить 8 нм за одну экспозицию.
Однако из-за высокой числовой апертуры площадь одного экспонирования также сокращается вдвое. Это связано со структурой масок экспонирования. Каждая EUV-маска состоит из многослойной стопки слоев (MoSI, monosilicon multilayer), которые подвержены отражениям. Их интенсивность зависит от угла падения. Угол падения более 10° невозможен при 0,33 NA. Если апертура для HighNA будет увеличена, то при обычном полном покрытии экспонирования угол падения составит 18°, что не представляется возможным. Поэтому совместно с компанией Zeiss компания ASML разработала анаморфотную линзу, которая позволяет не превышать 10°. Следствием этого, однако, является то, что для типичных 6-дюймовых масок больше не получится использовать экспозицию с полным полем, скорее уже с половинным.
На видео, вложенном ниже через Twitter, показано, с какой скоростью должен двигаться модуль для экспонирования пластин с половинным полем, чтобы обеспечить производительность 220 пластин в час.
Таким образом, максимальный размер чипов, которые могут быть изготовлены, уменьшился вдвое – с 26 x 33 мм (858 мм²) до 26 x 16,5 мм (429 мм²). Если чип должен быть больше этих 429 мм², необходимо использовать так называемое сшивание. Это означает, что две половинки чипа экспонируются отдельно друг от друга, после чего соединяются вместе. Однако сшивание может быть чревато ошибками и снижает выход годных кристаллов.
Технические требования для производства с использованием High-NA EUV уже разработаны, как описано выше. Теперь Intel предстоит создать на их основе один или несколько работающих процессов. Однако большая часть производства еще долгое время будет осуществляться с использованием 0,33 NA. Причина также в том, что если логические элементы в чипе особенно выигрывают от масштабирования разрешения, то для аналоговых элементов и памяти это не так. В ближайшие годы производители DRAM только начнут использовать EUV для своего производства. В результате технология High-NA EUV будет зарезервирована только для самых передовых техпроцессов.
Отделы исследований и разработок компаний и институтов уже говорят о том, что придет после High-NA EUV: Hyper-NA с 0,75 NA. Компания ZEISS уверена, что все трудности, связанные с оптикой, могут быть преодолены. Наработки, созданные с технологией 0,55 NA, будет использоваться и при работе с 0,75 NA. Однако пройдет еще как минимум десять лет, прежде чем Hyper-NA EUV станет реальностью.
Подписывайтесь на группу Hardwareluxx ВКонтакте и на наш канал в Telegram (@hardwareluxxrussia).