Hvad er EUV, og hvordan virker det?

Ekstrem ultraviolet (EUV) lysteknologi er en vigtig drivkraft for forandring i halvlederindustrien. Litografi, metoden, der bruges til at printe indviklede mønstre på halvledermaterialer, har udviklet sig ved at bruge stadig kortere bølgelængder siden begyndelsen af ​​halvlederalderen. EUV litografi er den korteste endnu.

Under udvikling i årtier var den første EUV litografimaskine købt i partier og klar til produktion fra ASML, det hollandske halvlederfirma.

Hvad er EUV-litografi?

EUV-lys refererer til det ekstreme ultraviolette lys, der bruges til mikrochiplitografi, som involverer belægning af mikrochippladen i et fotofølsomt materiale og omhyggeligt udsætter den for lys. Dette udskriver et mønster på waferen, som bruges til yderligere trin i mikrochipdesignprocessen.

Computernes historie er halvlederindustriens historie, som igen er historien om den ubarmhjertige stræben efter miniaturisering. I sektorens indledende fase fra 1950'erne til midten af ​​80'erne blev fotolitografi udført gennem UV-lys og fotomasker for at projicere kredsløbsmønstre på siliciumwafers.

I løbet af denne tid, Moores lov- 1960'ernes diktum om, at antallet af transistorer på en mikrochip ville fordobles hvert andet år - begyndte at støde på de fysiske grænser for denne proces. Det betød, at de svimlende stigninger i computerkraft og reducerede teknologiomkostninger for forbrugerne også var i fare for at ramme en grænse. Fra 1980'erne til 2000'erne drev dyb ultraviolet (DUV) litografi den næste generation af miniaturisering vha. kortere bølgelængder i intervallet 153 til 248 nanometer, hvilket gav mulighed for mindre aftryk på siliciumskiverne af halvledere.

I spidsen op til det nye årtusinde ledte forskere og konkurrerende virksomheder verden over efter gennembrud i at gøre EUV-litografi og dens endnu kortere bølgelængder mulige. ASML færdiggjorde en prototype i 2003, selvom det ville tage endnu et årti at udvikle et system klar til produktion.

Hvert par år siden da har ASML leveret den næste iteration af sine EUV litografisystemer med mere kapacitet til produktion og bølgelængder ned til 13,5 nanometer. Dette giver mulighed for utroligt præcise mikrochipdesign og den tættest mulige placering af transistorer på mikrochips – kort sagt muliggør det hurtigere computerhastigheder.

Sådan fungerer EUV-litografi

ASML's EUV litografisystemer udsender lys med bølgelængder på omkring 13,5 nanometer, hvilket er væsentligt kortere end bølgelængder brugt i den forrige generation af DUV-litografi, hvilket gør det muligt at printe finere mønstre på halvledere oblater. De mest avancerede mikrochips kan have noder så små som 7, 5 og 3 nanometer, som fremstilles ved gentagne gange at føre halvlederskiverne gennem EUV-litografisystemet.

Selvom du ikke vil være i stand til at følge disse trin i dit garageværksted for at lave halvledere, er de vigtige for at forstå, hvordan den involverede teknologi kan avanceres, og hvor potentielle investeringsfonde kan være bedst placeret. Først rettes en højintensiv laser mod et materiale (normalt tin) for at generere plasma (ladede elektroner og protoner i bevægelse). Plasmaet udsender derefter EUV-lyset ved en bølgelængde på omkring 13,5 nanometer.

Det genererede lys samles og ledes gennem en række spejle og optik gennem en maske eller sigtemiddel som et kredsløb mønster placeres i EUV-lyset på en måde, der er løst analogt med at bruge en stencil til at male et mønster på en bestyrelse. Et materiale kaldet fotoresist på waferen er følsomt over for EUV-lys, og de områder, der udsættes for det, gennemgår en kemisk forandring og ætses derefter. Nye materialer kan derefter aflejres i de ætsede områder for at danne de forskellige komponenter i mikrochippen. Denne proces kan gentages op til 100 gange med forskellige masker for at skabe flerlagede, komplekse kredsløb på en enkelt wafer.

Efter disse trin gennemgår waferen yderligere processer for at fjerne urenheder og gøre chippen klar til at blive skåret i individuelle chips. De pakkes derefter til brug i elektroniske enheder.

EUV vs. DUV Litografi

Mens større indkøb af EUV-litografisystemer har drevet nyheder i superlederindustrien, givet de dramatiske omkostninger og de teknologiske fremskridt, det kan medføre, er DUV-litografi stadig mere udbredt Brugt. Den har den fordel, at den allerede er med fremstilling faciliteter med personale, der er uddannet i brugen.

EUV litografi, med sine ekstremt korte bølgelængder på omkring 13,5 nanometer, giver mulighed for finere ætsning af mindre træk på chips. På sin side fungerer DUV-litografi ved bølgelængder, der starter ved 153 nanometer. Mens chipproducenter kan bruge dette til design med størrelser så små som 5 nanometer eller mindre, skubber grænser for fysik, DUV-lys kan kun bruges til størrelser under 10 nanometer med tab i opløsning kvalitet.

EUV litografisystemer kommer ikke kun med opstartsomkostningerne for nyere teknologier, men er også i sagens natur dyrere end udstyr og vedligeholdelse til DUV litografi. For eksempel EUV litografisystemer installeret af Intel i 2023 kostede 150 millioner dollars hver. Denne omkostning gør DUV-litografisystemer foretrukne til anvendelser, hvor EUV-litografiens mindre størrelse er unødvendig.

DUV-litografi er også en kendt størrelse: Der er ikke behov for yderligere uddannelse, nye faciliteter og andre større kapitalinvesteringer, som EUV-lyssystemer kræver. DUV-lysteknologi er stadig nødvendig for mange chips i telefoner, computere, biler og robotter, og den har vist sig robust og alsidig. Dens relativt simplere processer betyder også, at DUV-litografi kan producere flere chips pr tid end EUV litografi, et vigtigt punkt i dens fordel i lyset af den globale efterspørgsel efter halvledere.

Mange forventer, at DUV-litografi forbliver populær i de kommende år. Dette er til dels på grund af prisen på EUV-litografi og de tekniske problemer, der følger med enhver ny teknologi. Derudover sidder DUV-litografiteknologien ikke fast, og den fortsætter med at forbedre, hvordan den hjælper med at skabe de chips, der findes i de mange elektroniske enheder i vores hverdag.

Industrien er sandsynligvis i en overgang, og mens EUV-lys vil spille en stadig mere central rolle i chipfremstilling er DUV-litografi stadig afgørende for produktionen af ​​elektronik, der bruges i vores hverdag liv.

Fordele og ulemper ved EUV litografi

EUV-litografi er en relativt ny teknologi, der medfører mange fordele og nogle ulemper at overveje.

Fordele

EUV-litografi medfører mange fordele, der kan føre til fremtidige udviklinger inden for mikrochipproduktion. Her er to af grundene til, at halvledervirksomheder som Intel investerer så meget i teknologien:

• EUV-lys kan producere mere komplekse og fine mønstre på siliciumskiver, hvilket gør det muligt at placere flere transistorer på en mikrochip.
• EUV-litografi reducerer antallet af mønsterlag (maskeantal), der kræves for at skabe et kredsløb.

Ulemper

EUV litografi har mange fordele, men som en ny teknologi er det vigtigt at overveje dens ulemper.

• EUV litografisystemer er dyrere end andre systemer til mikrochiplitografi.
• ASML er den eneste virksomhed, der fremstiller disse systemer, hvilket kan skabe en flaskehals for virksomheder, der ønsker at bruge EUV-litografi eller har behov for support til deres maskineri.

Bundlinjen

EUV-lys bruges i mikrochiplitografi til at producere de mønstre, der er nødvendige for at skabe en mikrochip, dog i langt mindre størrelser end fra tidligere litografiske teknikker. Men på grund af dets nyhed er der kun én virksomhed – ASML – der fremstiller maskiner, der bruger det, og de er dyre. Efterhånden som teknologien modnes, bør den spille en central rolle i den fremtidige udvikling inden for mikrochipproduktion.