このマシンはムーアの法則を軌道に乗せる可能性がある

トランジスタを小型化するための次の秘訣は、高開口数 EUV リソグラフィーです

ASML の高開口数極端紫外リソグラフィー装置である EXE:5000 のこの写真は、その巨大なスケールを示しています。

過去半世紀にわたって 、私たちはムーアの法則、つまりシリコンの特定領域内のトランジスタの数が約 2 年ごとに 2 倍になり、コンピューティングを前進させる利益であることを、あたかも自然で避けられないプロセスであるかのように、たまたま起こるものとして考えるようになりました。進化や老化に似ています。 もちろん、現実は大きく異なります。 ムーアの法則に歩調を合わせていくには、想像を絶する時間、エネルギー、人間の創意工夫が必要です。複数の大陸にいる何千人もの人々と、地球上で最も複雑な機械のいくつかの無限のエーカーが必要です。

おそらく、これらのマシンの中で最も重要なものは、極紫外 (EUV) フォトリソグラフィーを実行します。 EUV リソグラフィーは数十年にわたる研究開発の成果であり、現在では過去 2 世代の最先端チップを支える原動力となっており、過去 3 年間ですべてのトップエンドのスマートフォン、タブレット、ラップトップ、およびサーバーで使用されています。 しかし、ムーアの法則は前進しなければならず、チップメーカーはロードマップを進め続けており、デバイスの形状をさらに縮小する必要があることを意味します。

そのため、ASML では同僚と私が次世代のリソグラフィーを開発しています。 高開口数 EUV リソグラフィーと呼ばれるこの技術には、システムの内部光学系の大規模な見直しが含まれます。 高NA EUVは2025年に商用利用の準備が整うはずで、チップメーカーはこの10年末まで約束された進歩を維持できるかどうかその能力に依存している。

ムーアの法則は、チップメーカーがより微細な回路を敷設できるように、フォトリソグラフィーの解像度を向上させることに依存しています。 過去 35 年間にわたり、エンジニアは 3 つの要素の組み合わせに取り組むことで、2 桁の解像度の低下を達成してきました。 k 1、プロセス関連の要因をカプセル化する係数。 開口数 (NA) は、システムが光を放射できる角度の範囲の尺度です。

出典: IEEE スペクトル

クリティカルディメンション、つまり、特定のフォトリソグラフィー露光ツールで印刷できる最小のフィーチャーサイズは、光の波長を光学系の開口数で割ったものに比例します。 したがって、光の波長を短くするか、開口数を大きくするか、あるいはその 2 つの組み合わせを使用することで、より小さな臨界寸法を実現できます。 k 1 値は、たとえば製造プロセス制御を改善することによって、その物理的下限である 0.25 に可能な限り近づけることができます。

一般に、解像度を向上させる最も経済的な方法は、開口数を増やし、ツールとプロセスの制御を改善して k1 を小さくすることです。チップメーカーが NA と k1 をさらに向上させる選択肢がなくなって初めて、NA と k1 を下げることに頼ることになります。光源の波長。

それにもかかわらず、業界は何度も波長を変更する必要がありました。 波長の歴史的な進歩は、水銀ランプを使用して生成された 365 ナノメートルから、1990 年代後半のフッ化クリプトンレーザーによる 248 ナノメートル、そして 1990 年代の初めにはフッ化アルゴンレーザーによる 193 ナノメートルへと進みました。世紀。 波長の世代ごとに、業界がより短い波長に飛びつく前に、リソグラフィー システムの開口数は徐々に増加しました。

たとえば、193 nm の使用が終わりに近づいていたため、NA を高めるための新しいアプローチである液浸リソグラフィーが導入されました。 レンズの底部とウェーハの間に水を置くことにより、NA を 0.93 から 1.35 に大幅に拡大できました。 193 nm 液浸リソグラフィは、2006 年頃の導入以来、業界の最先端リソグラフィの主力製品でした。

フォトリソグラフィーの解像度は、過去 40 年間で約 10,000 倍向上しました。 その理由の一部は、使用する光の波長がますます短くなっていることにありますが、より大きな開口数と改良された処理技術も必要としています。出典: ASML