En 2022, le marché des semi-conducteurs s'élevait à environ 0.6 billion de dollars, et les analystes commerciaux prédisent qu'il doublera pour atteindre 1.0 à 1.3 billion de dollars d'ici 2030. La croissance significative de l'industrie de fabrication de semi-conducteurs est visible dans le processus de lithographie. La lithographie est un processus de création de motifs qui transfère un motif plat sur la surface d'un substrat de plaquette, créant ainsi des structures complexes telles que des transistors et des interconnexions. Ceci est accompli en exposant sélectivement des polymères photosensibles ou des photorésists à une lumière de longueurs d'onde spécifiques via un processus complexe en plusieurs étapes. Les progrès récents de la technologie de lithographie ont créé un avantage concurrentiel dans la production de semi-conducteurs de pointe, permettant des technologies avancées telles que l'intelligence artificielle (IA), les télécommunications 5G et le calcul intensif. Par conséquent, la technologie avancée des semi-conducteurs a un impact sur la sécurité nationale et la prospérité économique.

Actuellement, le processus de lithographie de semi-conducteurs le plus avancé utilise une source de lumière EUV (Extreme Ultraviolet), en particulier à une longueur d'onde de 13.5 nm. La lumière EUV permet la construction de caractéristiques unitaires plus petites au sein des semi-conducteurs. Il a été rapporté que le coût des systèmes EUVL est actuellement d'environ 150 millions de dollars et qu'ils ont été déployés pour la première fois par ASML en 2019, qui détient une part de marché de 100 %. Jusqu'à présent, ASML a livré trois modèles différents de systèmes EUVL, à savoir Twinscan NXE : 3400B/C et NXE : 3600D. Les expéditions totales de systèmes NXE sont passées de 31 unités au premier trimestre 2019 à 181 unités au dernier trimestre 2022.

L’organisation de ce rapport est la suivante. La partie restante de l'introduction comprend le contexte technique de l'EUVL, le statut international et national de l'EUVL et un aperçu des programmes de mesure de R&D du NIST et des CHIPS. La section 2 contient la discussion de l'état technique et des exigences de la technologie EUVL lors des réunions du groupe de travail. La section 3 présente les résultats de l'enquête et les recommandations pour la voie à suivre discutées lors des réunions du groupe de travail, concluant le rapport.

1.1 Contexte technique de la lithographie EUV

L'EUVL est une étape cruciale dans la fabrication de puces semi-conductrices de nouvelle génération. La lumière EUV est générée par un plasma haute température créé à partir d'étain de haute pureté. L'étain solide est fondu dans un générateur de gouttelettes qui produit en continu plus de 3 millions de gouttelettes de 27 μm par minute dans une chambre à vide. Un laser au dioxyde de carbone pulsé de puissance moyenne de 25 kW irradie chaque gouttelette d'étain avec deux impulsions consécutives pour respectivement la former et l'ioniser. Initialement, des kilowatts de lumière EUV sont produits, mais seule une petite fraction est transformée en exposition lithographique en raison des pertes par absorption et diffusion le long du trajet optique. La puissance de sortie et la qualité du faisceau de lumière à 13.5 nm sont déduites par des mesures indirectes par scintillateur-caméra. Un système de condenseur multicouche guide la lumière vers la zone photosensible. Le système de condenseur est protégé des débris d'étain par un flux continu d'hydrogène gazeux. Après chaque exposition, le positionnement automatique au niveau de la puce est vérifié pour garantir une résolution ≤ 0.25 nm grâce à 20,000 1 cycles d'inspection et de réglage par seconde. Ce processus requiert une coordination précise entre de nombreux systèmes d'ingénierie. La figure XNUMX présente une photographie des composants EUVL d'ASML.

1.2 État actuel et futur de la technologie de lithographie EUV

La croissance de la fabrication de semi-conducteurs avancés est due aux nouvelles installations de production EUV aux États-Unis, en Europe et en Asie. Comme mentionné précédemment, la seule entreprise produisant actuellement des composants de scanners EUVL est ASML, dont le siège social est situé aux Pays-Bas. ASML vend ces composants à des entreprises telles qu'Intel, TSMC et Samsung, qui les utilisent dans leurs usines de semi-conducteurs. Le système EUVL n'est pas entièrement conçu aux Pays-Bas ; il est composé de nombreux modules développés à l'échelle mondiale, puis transportés au siège social d'ASML aux Pays-Bas pour l'assemblage final et les tests avant livraison aux clients.

Du point de vue américain, la recherche, le développement et la fabrication de la source EUV d'ASML sont basés à San Diego, en Californie. Le composant source de lumière de l'ensemble scanner EUVL est illustré à la figure 2. Il convient de noter que le composant source de lumière comprend le conteneur de source situé à l'intérieur de l'ensemble scanner EUVL, ainsi que de nombreux composants situés sous l'atelier de fabrication, notamment la métrologie laser, le faisceau les systèmes de transport, les lasers de commande et leurs équipements auxiliaires. L'opération de source basée à San Diego est le résultat de l'acquisition de Cymer par ASML en 2012 pour faire progresser la technologie des sources EUV. De plus, compte tenu des avantages de l’EUVL dans la fabrication de semi-conducteurs, les contrôles à l’exportation ont récemment protégé cette technologie. Plus précisément, en octobre 2022, le Bureau de l'industrie et de la sécurité (BIS) a publié une règle, 87FR62186, qui inclut le contrôle des exportations de technologie, y compris la lithographie ultraviolette extrême (b.2).

ASML a déclaré que le développement futur de la technologie de lithographie EUV comprend l'augmentation de l'ouverture numérique (NA) de 0.33 à 0.55 (« NA élevée »). Une NA élevée peut être utilisée pour réduire le nombre d'étapes multimodes requises par la NA actuelle de 0.33 et aboutir à la résolution de géométries plus fines. Ceci est conforme à la feuille de route internationale IEEE pour les dispositifs et les systèmes (IRDS) publiée en 2022, qui exige que la mise à l'échelle des transistors continue à 0.5 nm d'ici 2037. L'objectif de la nouvelle plate-forme NA est d'améliorer la vitesse de l'état des plaquettes et des particules, permettant la mise à l'échelle des caractéristiques géométriques des puces. Les systèmes à NA élevée devraient être expédiés aux clients en 2023 et atteindre leur pleine production d'ici 2025. Début 2023, ASML a annoncé avoir atteint deux nouveaux records de puissance EUV, fonctionnant à une émission EUV de 600 W par heure, répondant à l'EXE NA élevé : 5200 700. spécification de stabilité de dose et fonctionnement en boucle ouverte de 600 W. La démonstration de 250 W représente une augmentation par rapport aux XNUMX W livrés il y a cinq ans avant la réalisation d’une fabrication EUV en grand volume.

À suivre...