SCHOTT solutions n° 1/2013 > Microlitografía

Dada la reducida longitud de onda de la luz EUV, las obleas son expuestas bajo alto vacío y utilizando espejos de alta precisión. Gráfico : ASML

La pluma fotónica más fina


La tecnología de luz ultravioleta extrema (EUvl) representa un cambio tecnológico revolucionario en la producción de microchips. ASML, mayor fabricante de sistemas fotolitográficos del mundo, ha iniciado la producción en serie de su familia de escáneres de oblea EUV, la gama “TWINSCAN NXE”, y entregará el primer sistema a finales de año. SCHOTT le suministra componentes y know how


Thomas H. Loewe

El futuro ha llegado, gracias a los microchips de silicio. Los smartphones y las tabletas son ejemplos por excelencia de ello. La demanda de procesadores y memorias cada vez más potentes crece extraordinariamente. Al mismo tiempo, los sistemas de fabricación actuales, los denominados escáneres de oblea, han topado con sus límites, porque las estructuras de los chips ya son más pequeñas que las ondas de luz utilizadas para imprimirlas sobre las plaquitas de silicio. “Necesitábamos una pluma más fina para continuar avanzando en la miniaturización”, comenta Jos Benschop, ­Vicepresidente de Investigación en ASML, el mayor fabricante mundial de sistemas fotolitográficos. La empresa holandesa ha llevado la largamente esperada tecnología EUV a la madurez para el mercado. Permitirá producir superchips con unas escalas de estructura extraordina­riamente reducidas , de 18 nm (1,8 x 10–5 mm) o menos. Para dar este salto tecnológico ASML ha confiado también en la precisión máxima de SCHOTT. “ASML ha desarrollado un aparato de alta tecnología, que roza los límites de la física. Estamos orgullosos de participar con nuestro know how y nuestros productos”, señala Antoon Wesselink, Director General de SCHOTT Benelux.
SCHOTT suministra para la última generación de escáneres de oblea EUV de la gama “TWINSCAN NXE” de ASML, entre otros, conductores de luz de varios metros de longitud, hechos de cristal de cuarzo de alta pureza. Foto : ASML
Los microprocesadores actuales contienen más de mil millones de transistores. Para acomodar estos minúsculos componentes en un espacio mínimo, la luz utilizada para la fabricación ya ha de tener ahora una longitud de onda muy corta. El proceso de fabricación de los microchips recuerda al funcionamiento de un proyector de diapositivas: primero se proyecta luz a través de una “diapositiva” del circuito o fotomáscara. Unas lentes – o espejos en el caso de la EUV – enfocan la luz sobre las obleas de silicio. Estas obleas han sido recubiertas previamente con una sustancia fotosensible. Cuando las zonas no expuestas son atacadas con productos químicos, se obtiene una reproducción tridimensional de la proyección del circuito. En pasos posteriores se le pueden anclar ­átomos y aplicar capas de óxidos o metálicas. Las obleas de silicio recorren en total más de 20 pasos distintos. Dependiendo del tamaño del circuito se pueden obtener a partir de una única oblea hasta 50.000 chips.

Los equipos litográficos actuales utilizan luz ultravioleta con una longitud de onda de 193 nm, generada por láseres excimer de argón-flúor, para exponer las obleas. La nueva tecnología utiliza EUVL – abreviatura de luz ultravioleta extrema – con una longitud de onda de 13,5 nm, emitida por fuentes de plasma generado mediante láser (LPP y LDP). El hecho de trabajar con luz ultravioleta extrema plantea nuevos retos: “La luz EUV tiene una longitud de onda tan corta, que es completamente absorbida por el aire. Por ello, la exposición de las obleas se ha de realizar en un entorno de alto vacío,” explica Jürgen Meinl, desarrollador en SCHOTT Lighting & Imaging, que ya trabajó junto con sus compañeros en el desarrollo de los modelos de máquina de ASML precedentes.

Las propiedades de la EUVL han obligado también a ASML a sustituir el sistema de lentes convencional del escáner de oblea por espejos. Las lentes ópticas también absorberían inmediatamente los fotones EUV. Incluso los espejos deben presentar propiedades especiales para que el sistema funcione. Según los expertos, son tan lisos, que si se ampliará uno de ellos al tamaño de Alemania, su desnivel más grande tendría un tamaño inferior a 1 mm.
EUVL es el futuro de la industria de semiconductores. Esta nueva tecnología permite obtener superchips con distancias estructurales extraordinariamente reducidas, de 18 nm y menos. Esto no sólo significa mayores prestaciones, sino también una producción de chips más rentable. Foto : Fraunhofer IWS

La producción en serie comenzará en 2014


Para poder determinar la posición de las obleas de silicio y alinear la máscara fotográfica también es esencial una precisión máxima. Con este fin, ASML ha integrado en sus prototipos docenas de sensores que utilizan luz. Se debe evitar que los sensores afecten al sistema litográfico, porque esta enorme máquina productora de chips está calibrada térmicamente en un intervalo de milikelvins.

Para conducir la luz hasta los sensores se precisa un complejo sistema de conductores hechos de fibras de vidrio. SCHOTT ha desarrollado con este fin unos nuevos mazos de fibras de vidrio, hechos de cuarzo de alta pureza. A esta escala incluso la traza más pequeña de impurezas perturbaría el proceso de producción. Aunque cada mazo conductor de luz está compuesto por mil fibras individuales, tiene un diámetro de tan solo 3,5 mm. Los nuevos escáneres de oblea estás equipados con varios metros de ellos. SCHOTT ha suministrado también unos pasantes de vidrio-metal especiales, que garantizan un paso hermético al aire de los mazos de fibras al interior de la cámara de vacío. Y hay más componentes importantes de SCHOTT en este proyecto de alta tecnología: para los soportes de la fotomáscara y de las obleas de silicio se necesitaba un material con propiedades de dilatación prácticamente cero. La vitrocerámica ZERODUR® cumple estos requisitos. Tiene un coeficiente de dilatación extraordinariamente bajo y resulta idónea para aplicaciones en las que se exige una precisión máxima.

Los primeros sistemas “twinscan NXE” de ASML están ya en poder de sus compradores, que han insolado con ellos más de 30.000 obleas. La producción en serie comenzará en 2014 y la empresa ha recibido ya más de una docena de pedidos. <