Какво е EUV и как работи?

Технологията за екстремна ултравиолетова (EUV) светлина е ключов двигател на промяната в полупроводниковата индустрия. Литографията, методът, използван за отпечатване на сложни шарки върху полупроводникови материали, напредна чрез използване на все по-къси дължини на вълните от началото на ерата на полупроводниците. EUV литографията е най-кратката досега.

В процес на разработване в продължение на десетилетия, първата EUV литографска машина, закупена на партиди и готова за производство, беше от ASML, холандската компания за полупроводници.

Какво е EUV литография?

EUV светлината се отнася до екстремната ултравиолетова светлина, използвана за литография на микрочипове, която включва покриване на пластината на микрочипа във фоточувствителен материал и внимателното й излагане на светлина. Това отпечатва шаблон върху пластината, която се използва за по-нататъшни стъпки в процеса на проектиране на микрочипа.

Историята на компютрите е история на полупроводниковата индустрия, която от своя страна е история на безмилостния стремеж към миниатюризация. В началната фаза на сектора от 1950-те до средата на 80-те години фотолитографията се извършваше чрез ултравиолетова светлина и фотомаски за прожектиране на модели на вериги върху силициеви пластини.

През това време, Закон на Мур— изречението от 60-те години на миналия век, че броят на транзисторите в микрочипа ще се удвоява на всеки две години — започна да се сблъсква с физическите ограничения на този процес. Това означаваше, че зашеметяващите увеличения на изчислителната мощност и намалените технологични разходи за потребителите също са застрашени от достигане на лимит. От 1980-те до 2000-те години дълбоката ултравиолетова (DUV) литография доведе до следващото поколение миниатюризация, използвайки по-къси дължини на вълните в диапазона от 153 до 248 нанометра, което позволява по-малки отпечатъци върху силициевите пластини на полупроводници.

В навечерието на новото хилядолетие изследователи и конкурентни фирми по целия свят търсеха пробив в създаването на EUV литография и нейните още по-къси дължини на вълната. ASML завърши прототип през 2003 г., въпреки че ще отнеме още едно десетилетие, за да се разработи система, готова за производство.

Оттогава на всеки няколко години ASML доставя следващата итерация на своите EUV литографски системи с по-голям капацитет за производство и дължини на вълните до 13,5 нанометра. Това позволява невероятно прецизни дизайни на микрочипове и възможно най-гъсто разполагане на транзистори върху микрочипове - накратко, позволява по-високи скорости на компютъра.

Как работи EUV литографията

EUV литографските системи на ASML излъчват светлина с дължина на вълната от около 13,5 нанометра, което е значително по-късо от дължини на вълните, използвани в предишното поколение DUV литография, като по този начин позволяват по-фини модели да бъдат отпечатани върху полупроводник вафли. Най-модерните микрочипове могат да имат възли с размери от 7, 5 и 3 нанометра, които се правят чрез многократно преминаване на полупроводниковите пластини през EUV литографската система.

Въпреки че няма да можете да следвате тези стъпки във вашата гаражна работилница, за да правите полупроводници, те са важни за разбиране как използваната технология може да бъде усъвършенствана и къде потенциалните инвестиционни фондове могат да бъдат най-добри поставени. Първо, лазер с висок интензитет се насочва към материал (обикновено калай), за да генерира плазма (заредени електрони и протони в движение). След това плазмата излъчва EUV светлина с дължина на вълната около 13,5 нанометра.

Генерираната светлина се събира и насочва през поредица от огледала и оптика чрез маска или мерна мрежа като верига шаблонът се поставя по пътя на EUV светлината, по начин, доста аналогичен на използването на шаблон за рисуване на шаблон върху дъска. Материал, наречен фоторезист върху подложката, е чувствителен към EUV светлина и зоните, изложени на него, преминават през химическа промяна и след това се гравират. След това нови материали могат да бъдат отложени в гравираните зони, за да формират различните компоненти на микрочипа. Този процес може да се повтори до 100 пъти с различни маски, за да се създадат многопластови, сложни вериги на една пластина.

След тези стъпки вафлата преминава през допълнителни процеси за отстраняване на примесите и чипът е готов за нарязване на отделни чипове. След това се опаковат за използване в електронни устройства.

EUV срещу. DUV литография

Въпреки че големите покупки на EUV литографски системи водят до новини в свръхпроводниковата индустрия, като се има предвид свързаните с драматичните разходи и технологичния напредък, който може да донесе, DUV литографията е все още по-широко разпространена използвани. Има предимството, че вече е вътре производство съоръжения с персонал, обучен за използването му.

EUV литографията, със своите изключително къси дължини на вълните от около 13,5 нанометра, позволява по-фино ецване на по-малки елементи върху чипове. От своя страна, DUV литографията работи при дължини на вълните, започващи от 153 нанометра. Докато производителите на чипове могат да използват това за дизайни с размери до 5 нанометра или по-малко, натискайки границите на физиката, DUV светлината може да се използва само за размери под 10 нанометра със загуба на разделителна способност качество.

EUV литографските системи не само идват с началните разходи на по-новите технологии, но също така са по същество по-скъпи от оборудването и поддръжката за DUV литография. Например EUV литографски системи, инсталирани от Intel през 2023 г. струва $150 милиона всеки. Тази цена прави DUV литографските системи предпочитани за приложения, при които по-малкият размер на EUV литографията е ненужен.

DUV литографията също е известна величина: Няма нужда от допълнително обучение, нови съоръжения и други големи капиталови инвестиции, които EUV светлинните системи изискват. Светлинната технология DUV все още е необходима за много чипове в телефони, компютри, автомобили и роботи и се оказа стабилна и гъвкава. Нейните относително по-прости процеси също означават, че DUV литографията може да произвежда повече чипове на единица време от EUV литографията, важен момент в нейна полза в светлината на глобалното търсене на полупроводници.

Мнозина очакват DUV литографията да остане популярна за години напред. Това отчасти се дължи на цената на EUV литографията и техническите проблеми, които идват с всяка нова технология. В допълнение, DUV литографската технология не е заседнала, като продължава да подобрява начина, по който помага за създаването на чипове, намиращи се в многото електронни устройства от нашето ежедневие.

Индустрията вероятно е в преход и докато EUV светлината ще играе все по-централна роля в производство на чипове, DUV литографията все още е жизненоважна за производството на електроника, използвана в нашето ежедневие живее.

Предимства и недостатъци на EUV литографията

EUV литографията е сравнително нова технология, която носи много предимства и някои недостатъци, които трябва да се имат предвид.

Предимства

EUV литографията носи много предимства, които могат да доведат до бъдещи разработки в производството на микрочипове. Ето две от причините, поради които полупроводникови компании като Intel инвестират толкова много в технологията:

• EUV светлината може да произведе по-сложни и фини модели върху силициеви пластини, което позволява поставянето на повече транзистори върху микрочип.
• EUV литографията намалява броя на слоевете с шаблони (броя на маските), необходими за създаване на верига.

Недостатъци

EUV литографията има много предимства, но като нова технология е важно да се вземат предвид нейните недостатъци.

• EUV литографските системи са по-скъпи от другите системи за микрочипова литография.
• ASML е единствената компания, произвеждаща тези системи, което може да създаде пречка за компании, които желаят да използват EUV литография или се нуждаят от поддръжка за своите машини.

Долния ред

EUV светлината се използва в литографията на микрочипове, за да се създадат моделите, необходими за създаване на микрочип, макар и с много по-малки размери, отколкото при предишните литографски техники. Въпреки това, поради неговата новост, само една компания - ASML - прави машини, които го използват, и те са скъпи. Тъй като технологията узрява, тя трябва да играе централна роля в бъдещото развитие на производството на микрочипове.