Co je EUV a jak to funguje?

Technologie extrémního ultrafialového světla (EUV) je klíčovou hnací silou změn v polovodičovém průmyslu. Litografie, metoda používaná pro tisk složitých vzorů na polovodičové materiály, pokročila díky používání stále kratších vlnových délek od počátku věku polovodičů. EUV litografie je zatím nejkratší.

Po desetiletí vyvíjený první litografický stroj EUV zakoupený v dávkách a připravený k výrobě byl od ASML, holandská polovodičová společnost.

Co je EUV litografie?

EUV světlo označuje extrémní ultrafialové světlo používané pro mikročipovou litografii, které zahrnuje potažení mikročipové destičky fotocitlivým materiálem a její pečlivé vystavení světlu. Tím se na plátek vytiskne vzor, ​​který se použije pro další kroky v procesu návrhu mikročipu.

Historie počítačů je historií polovodičového průmyslu, který je zase historií neúnavné snahy o miniaturizaci. V počáteční fázi sektoru od 50. do poloviny 80. let byla fotolitografie prováděna pomocí UV světla a fotomasek, aby se promítly obvodové vzory na křemíkové destičky.

Během této doby, Moorův zákon— diktát 60. let, že počet tranzistorů na mikročipu se každé dva roky zdvojnásobí — začal narážet na fyzikální limity tohoto procesu. To znamenalo, že ohromující nárůst výpočetního výkonu a snížení technologických nákladů pro spotřebitele také hrozilo, že narazí na limit. Od 80. do 20. století vedla hluboká ultrafialová litografie (DUV) další generaci miniaturizace pomocí kratší vlnové délky v rozsahu 153 až 248 nanometrů, což umožnilo menší otisky na křemíkových plátcích z polovodiče.

Před příchodem nového tisíciletí hledali výzkumníci a konkurenční firmy po celém světě průlomy v tom, jak umožnit EUV litografii a její ještě kratší vlnové délky. ASML dokončil prototyp v roce 2003, i když vývoj systému připraveného k výrobě trvalo další desetiletí.

Od té doby každých několik let společnost ASML dodala další iteraci svých litografických systémů EUV s větší kapacitou výroby a vlnovými délkami až do 13,5 nanometrů. To umožňuje neuvěřitelně přesné návrhy mikročipů a nejhustší možné umístění tranzistorů na mikročipy – zkrátka umožňuje vyšší rychlosti počítače.

Jak funguje litografie EUV

Litografické systémy EUV společnosti ASML vyzařují světlo s vlnovou délkou asi 13,5 nanometrů, což je výrazně kratší než vlnové délky používané v předchozí generaci DUV litografie, což umožňuje tisk jemnějších vzorů na polovodičové oplatky. Nejpokročilejší mikročipy mohou mít uzly o velikosti 7, 5 a 3 nanometrů, které jsou vyrobeny opakovaným průchodem polovodičových destiček EUV litografickým systémem.

I když tyto kroky ve své garážové dílně při výrobě polovodičů nebudete moci dodržovat, jsou důležité pro pochopení toho, jak lze danou technologii vylepšit a kde by potenciální investiční fondy mohly být nejlepší umístěna. Nejprve je laser s vysokou intenzitou nasměrován na materiál (obvykle cín), aby se vytvořilo plazma (nabité elektrony a protony v pohybu). Plazma pak vyzařuje EUV světlo o vlnové délce asi 13,5 nanometrů.

Generované světlo je shromažďováno a směrováno přes řadu zrcadel a optiky přes masku nebo nitkový kříž jako obvod vzor se umístí do dráhy EUV světla způsobem volně analogickým k použití šablony k malování vzoru na deska. Materiál nazývaný fotorezist na waferu je citlivý na EUV světlo a oblasti, kterým je vystaven, procházejí chemickou změnou a jsou následně vyleptány. Nové materiály pak mohou být ukládány do leptaných oblastí pro vytvoření různých součástí mikročipu. Tento proces lze opakovat až 100krát s různými maskami a vytvořit tak vícevrstvé složité obvody na jediném plátku.

Po těchto krocích prochází plátek dalšími procesy k odstranění nečistot a přípravě čipu k nakrájení na jednotlivé čipy. Poté jsou zabaleny pro použití v elektronických zařízeních.

EUV vs. DUV litografie

Zatímco velké nákupy litografických systémů EUV byly hnacím motorem novinek v supravodičovém průmyslu dramatické náklady a technologický pokrok, který by mohla přinést, je DUV litografie stále širší použitý. Má tu výhodu, že už je in výrobní zařízení s personálem vyškoleným v jeho používání.

EUV litografie se svými extrémně krátkými vlnovými délkami asi 13,5 nanometrů umožňuje jemnější leptání menších prvků na čipech. Litografie DUV pracuje na vlnových délkách začínajících na 153 nanometrech. Zatímco výrobci čipů to mohou použít pro návrhy s velikostí menší než 5 nanometrů nebo méně, tlačí hranice fyziky, DUV světlo lze použít pouze pro velikosti pod 10 nanometrů se ztrátou rozlišení kvalitní.

EUV litografické systémy nejenže přicházejí s náklady na spuštění novějších technologií, ale jsou také ze své podstaty dražší než vybavení a údržba pro DUV litografii. Například litografické systémy EUV instalované firmou Intel v roce 2023 stál každý 150 milionů dolarů. Díky této ceně jsou litografické systémy DUV preferovány pro použití, kde je menší velikost EUV litografie zbytečná.

Známou veličinou je také DUV litografie: Není potřeba další školení, nová zařízení a další velké kapitálové investice, které systémy EUV light vyžadují. Technologie DUV light je stále potřebná pro mnoho čipů v telefonech, počítačích, autech a robotech a ukázala se jako robustní a všestranná. Jeho relativně jednodušší procesy také znamenají, že DUV litografie může produkovat více čipů na jednotku čas než EUV litografie, což je důležitý bod v její prospěch ve světle celosvětové poptávky polovodiče.

Mnozí očekávají, že DUV litografie zůstane populární i v nadcházejících letech. Částečně je to kvůli ceně EUV litografie a technickým problémům, které přicházejí s každou novou technologií. Kromě toho technologie litografie DUV není zaseknutá a neustále se zlepšuje, jak pomáhá vytvářet čipy, které se nacházejí v mnoha elektronických zařízeních našeho každodenního života.

Průmysl je pravděpodobně v přechodu, a zatímco EUV světlo bude hrát stále důležitější roli při výrobě čipů je DUV litografie stále životně důležitá pro výrobu elektroniky používané v našem každodenním životě žije.

Výhody a nevýhody EUV litografie

EUV litografie je relativně nová technologie, která přináší mnoho výhod a některé nevýhody, které je třeba vzít v úvahu.

Výhody

EUV litografie přináší mnoho výhod, které by mohly vést k budoucímu vývoji ve výrobě mikročipů. Zde jsou dva důvody, proč polovodičové společnosti jako Intel tolik investují do technologie:

• EUV světlo může vytvářet složitější a jemnější vzory na křemíkových destičkách, což umožňuje umístit více tranzistorů na mikročip.
• EUV litografie snižuje počet vrstev vzoru (počet masek) potřebných k vytvoření obvodu.

Nevýhody

EUV litografie má mnoho výhod, ale jako nová technologie je důležité vzít v úvahu její nevýhody.

• EUV litografické systémy jsou dražší než jiné systémy pro mikročipovou litografii.
• ASML je jedinou společností vyrábějící tyto systémy, které by mohly vytvořit úzký profil pro společnosti, které chtějí používat EUV litografii nebo potřebují podporu pro své stroje.

Sečteno a podtrženo

EUV světlo se používá v mikročipové litografii k vytvoření vzorů nezbytných k vytvoření mikročipu, i když v mnohem menších velikostech než u předchozích litografických technik. Kvůli jeho novosti však pouze jedna společnost – ASML – vyrábí stroje, které jej využívají, a jsou nákladné. Jak technologie dospívá, měla by hrát ústřední roli v budoucím vývoji výroby mikročipů.