En 2022, el mercado de semiconductores ascendía a aproximadamente 0.6 billones de dólares, y los analistas comerciales predicen que se duplicará hasta alcanzar entre 1.0 y 1.3 billones de dólares en 2030. El crecimiento significativo de la industria de fabricación de semiconductores se puede ver en el proceso de litografía. La litografía es un proceso de modelado que transfiere un diseño plano a la superficie de un sustrato de oblea, creando estructuras complejas como transistores e interconexiones. Esto se logra exponiendo selectivamente polímeros fotosensibles o fotoprotectores a luz de longitudes de onda específicas a través de un complejo proceso de varios pasos. Los avances recientes en la tecnología de litografía han creado una ventaja competitiva en la producción de semiconductores de vanguardia, permitiendo tecnologías avanzadas como la inteligencia artificial (IA), las telecomunicaciones 5G y la supercomputación. Por tanto, la tecnología avanzada de semiconductores tiene un impacto en la seguridad nacional y la prosperidad económica.

Actualmente, el proceso de litografía de semiconductores más avanzado utiliza una fuente de luz EUV (ultravioleta extrema), particularmente en una longitud de onda de 13.5 nm. La luz EUV permite la construcción de unidades más pequeñas dentro de los semiconductores. Se ha informado que el costo de los sistemas EUVL ronda actualmente los 150 millones de dólares y ASML los implementó por primera vez en 2019, que mantiene una participación de mercado del 100%. Hasta ahora, ASML ha enviado tres modelos diferentes de sistemas EUVL, a saber, Twinscan NXE: 3400B/C y NXE: 3600D. Los envíos totales de sistemas NXE aumentaron de 31 unidades en el primer trimestre de 2019 a 181 unidades en el último trimestre de 2022.

La organización de este informe es la siguiente. La parte restante de la introducción incluye los antecedentes técnicos de EUVL, el estado nacional e internacional de EUVL y una descripción general de los programas de medición de I+D de NIST y CHIPS. La sección 2 contiene la discusión del estado técnico y los requisitos de la tecnología EUVL en las reuniones del grupo de trabajo. La Sección 3 describe los resultados de la encuesta y las recomendaciones para el camino a seguir discutidas en las reuniones del grupo de trabajo, concluyendo el informe.

1.1 Antecedentes técnicos de la litografía EUV

La EUVL es un paso crítico en la fabricación de chips semiconductores de próxima generación. La luz EUV se genera mediante un plasma de alta temperatura creado a partir de estaño de alta pureza. El estaño sólido se funde en un instrumento generador de gotas que produce continuamente más de 3 millones de gotas de 27 μm por minuto dentro de una cámara de vacío. Un láser de dióxido de carbono pulsado de 25 kW de potencia promedio irradia cada gota de estaño con dos pulsos consecutivos para formar e ionizar la gota, respectivamente. Inicialmente, se producen kilovatios de luz EUV, pero solo una pequeña fracción se convierte en exposición litográfica debido a las pérdidas por absorción y dispersión a lo largo del recorrido de la luz. La potencia de salida y la calidad del haz de luz de 13.5 nm se infieren mediante mediciones indirectas con una cámara de centelleo. Un sistema de condensador multicapa guía la luz hacia el área fotosensible. El sistema de condensador está protegido de los residuos de estaño mediante un flujo continuo de gas hidrógeno. Tras cada exposición, se verifica que el posicionamiento automático de la resolución del chip sea ≤0.25 nm mediante 20,000 1 ciclos de inspección y ajuste por segundo. En general, este proceso requiere una coordinación precisa entre diversos sistemas de ingeniería. La figura XNUMX muestra una fotografía de los componentes EUVL de ASML.

1.2 Estado actual y futuro de la tecnología de litografía EUV

El crecimiento en la fabricación avanzada de semiconductores proviene de las nuevas plantas de fabricación de EUVL en Estados Unidos, Europa y Asia. Como se mencionó anteriormente, la única empresa que actualmente produce componentes para escáneres EUVL es ASML, con sede en los Países Bajos. ASML vende componentes para escáneres EUVL a empresas como Intel, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC) y Samsung en sus plantas de fabricación de semiconductores. El sistema EUVL no solo se crea en los Países Bajos, sino que se compone de numerosos módulos desarrollados globalmente y luego se transporta a la sede de ASML en los Países Bajos para su ensamblaje final y pruebas antes de su entrega a los clientes.

Desde la perspectiva estadounidense, la investigación, el desarrollo y la fabricación de la fuente EUV de ASML tienen su sede en San Diego, California. El componente de fuente de luz del conjunto de escáner EUVL se muestra en la Figura 2. Cabe señalar que el componente de fuente de luz incluye el contenedor de fuente ubicado dentro del conjunto de escáner EUVL, así como muchos componentes debajo del piso de fabricación, incluida la metrología láser, el haz sistemas de transporte y láseres de accionamiento y sus equipos auxiliares. La operación de fuente con sede en San Diego es el resultado de la adquisición de Cymer por parte de ASML en 2012 para avanzar en la tecnología de fuente EUV. Además, dadas las ventajas de EUVL en la fabricación de semiconductores, los controles de exportación han protegido recientemente esta tecnología. En concreto, en octubre de 2022, la Oficina de Industria y Seguridad (BIS) emitió una norma, 87FR62186, que incluye el control de las exportaciones de tecnología, incluida la litografía Ultravioleta Extrema (b.2).

ASML declaró que el desarrollo futuro de la tecnología de litografía EUV incluye aumentar la apertura numérica (NA) de 0.33 a 0.55 ("NA alta"). La NA alta se puede utilizar para reducir el número de pasos multimodo requeridos por la NA actual de 0.33 y dar como resultado la resolución de geometrías más finas. Esto es consistente con la hoja de ruta internacional para dispositivos y sistemas (IRDS) IEEE 2022 publicada públicamente, que requiere que el escalado de transistores continúe hasta 0.5 nm para 2037. El objetivo de la nueva plataforma NA es mejorar la velocidad del estado de oblea y partícula, permitiendo el escalado de las características geométricas del chip. Se espera que los sistemas con alto NA se envíen a los clientes en 2023 y alcancen la producción total para 2025. A principios de 2023, ASML anunció que habían logrado dos nuevos récords de potencia EUV, funcionando con una emisión de 600 W EUV por hora, cumpliendo con el alto NA EXE: 5200. especificación de estabilidad de dosis y funcionamiento de circuito abierto de 700 W. La demostración de 600W representa un aumento con respecto a los 250W entregados hace cinco años antes de lograr la fabricación EUV de alto volumen.

Continuará...