A fabricação de chips semicondutores tem visto avanços contínuos em busca de dispositivos mais rápidos e eficientes. O Litografia EUV tornou-se a tecnologia chave, juntamente com nova óptica de alto NAque promete melhorar ainda mais a resolução. Mas para que isso seja possível, existe um tipo de lente fundamental, como a chamada Vidro ULE (marca registrada da Corning) sobre o qual falaremos aqui…
O que é vidro ULE?
Ele Vidro ULE (expansão ultrabaixa) É um material à base de silicato que se caracteriza por possuir um coeficiente de expansão térmica extremamente baixo, quase zero. Isto significa que as suas dimensões praticamente não mudam com a temperatura, o que é essencial para aplicações onde a estabilidade dimensional é crítica. Foi originalmente desenvolvido para telescópios e outras aplicações ópticas avançadas, onde alterações no tamanho do material devido a flutuações de temperatura poderiam comprometer a precisão.
A fotolitografia EUV usa luz com um comprimento de onda extremamente curto (13,5 nm)que permite definir estruturas em chips com dimensões de poucos nanômetros e até dezenas de Angstroms. No entanto, a luz EUV é absorvida pela maioria dos materiais, portanto, espelhos multicamadas especiais devem ser empregados para redirecionar a luz para o substrato do chip sem esse problema.
Para minimizar erros, Os espelhos ópticos em sistemas de litografia devem ser extremamente estáveis em tamanho e formaindependentemente das mudanças térmicas. É aqui que o vidro ULE entra em ação. Graças ao seu coeficiente de expansão térmica próximo de zero, o vidro ULE garante que as superfícies espelhadas permaneçam estáveis mesmo sob flutuações de temperatura, melhorando a qualidade e a repetibilidade do processo de fabricação de chips.
Composição do vidro ULE
CorningA , fabricante americana de vidros e cerâmicas especiais, também conhecida por ser a criadora da tecnologia Corning Gorilla Glass para tornar as telas de dispositivos móveis mais resistentes, é uma das empresas que também criará esse tipo de vidro ULE.
O vidro Corning ULE é composto principalmente de sílica (SiO₂) e uma pequena quantidade de óxido de titânio (TiO₂)com a seguinte estrutura:
- Sílica (SiO₂): constitui aproximadamente 92,5% da composição do vidro. A sílica é um componente essencial que confere ao material sua estrutura de vidro amorfa básica.
- Óxido de titânio (TiO₂): representa cerca de 7,5% do vidro ULE. A adição de TiO₂ é fundamental para ajustar o coeficiente de expansão térmica, tornando a expansão do vidro ultrabaixa. O óxido de titânio é distribuído homogeneamente na matriz de sílica para garantir propriedades uniformes do material.
A combinação desses componentes, “silicato de titânio”, e o processo de fabricação especializado da Corning produziram ótimos resultados.
Propriedades técnicas do vidro ULE em aplicações de alto NA
O principais recursos O que torna o vidro ULE ideal para litografia EUV e High-NA inclui:
- Coeficiente de expansão térmica extremamente baixo: O vidro ULE possui um coeficiente de expansão térmica na faixa de ±0,03 x 10⁻⁶/°C, proporcionando estabilidade dimensional superior mesmo sob condições de flutuações térmicas.
- Alta estabilidade a longo prazo– Não é apenas importante que o material seja estável durante o uso típico, mas também que mantenha as suas propriedades ao longo do tempo para aplicações de precisão.
- Compatibilidade com revestimentos multicamadas: Na litografia EUV, os espelhos são revestidos com camadas alternadas de materiais para otimizar a refletividade da luz de 13,5 nm. O vidro ULE é compatível com esses revestimentos e mantém a adesão e planicidade necessárias para maximizar a eficiência óptica.
- Alta homogeneidade óptica: A homogeneidade na transmissão da luz é essencial para evitar distorções na projeção da imagem. O vidro ULE é produzido com controle preciso de sua composição, garantindo variação mínima em suas propriedades ópticas.
Transição para High-NA, chave para chips futuros
Para continuar a reduzir o tamanho dos recursos nos chips e melhorar a resoluçãoa indústria está adotando a litografia EUV com alta abertura numérica (High-NA), como mencionei anteriormente. Como você deve saber, a abertura numérica é uma medida da capacidade de um sistema óptico de capturar luz e definir detalhes finos na imagem projetada. Quanto maior a abertura numérica, maior será a resolução e a capacidade de trabalhar com recursos menores nos chips.
Isso requer superfícies ópticas maiores e mais precisaso que aumenta a necessidade de materiais com estabilidade térmica superior. Além disso, o aumento da curvatura e a necessidade de geometrias de espelho mais complexas apresentam desafios adicionais na fabricação destes elementos ópticos. E é aqui que o vidro ULE atende a essas necessidades…
A utilização de vidro ULE na fabricação de chips EUV e High-NA oferece múltiplas vantagens, que se traduzem em uma melhoria na resolução dos detalhes registrados nos chips. Ou seja, fabricar chips sem tantos defeitos, com linhas de interconexão mais finas e precisas, e transistores mais bem definidos mesmo em dimensões abaixo de 3nm.
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Fabricação de vidro ULE e desafios
A produção de vidro ULE para litografia de alto NA envolve processos de fabricação de alta precisão. Isto inclui um controle meticuloso da composição química do vidro e da eliminação de qualquer possível contaminante que possa afetar a óptica final. A fabricação de espelhos com ULE também requer técnicas avançadas de polimento para obter uma superfície lisa como espelho, com falhas corrigidas mesmo em nível subnanométrico. Isso ajuda a evitar desvios da luz aplicada à fotomáscara.
Isto não é nada simples e poucas indústrias em todo o mundo podem alcançá-lo. A ULE é uma marca patenteada da Corning, como já disse, e outra das grandes empresas de lentes de alta qualidade é a alemã Zeiss, que colabora com a ASML nas suas máquinas de fotolitografia.
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