Mikä on EUV ja miten se toimii?

Extreme ultraviolet (EUV) -valoteknologia on puolijohdeteollisuuden muutoksen avaintekijä. Litografia, menetelmä monimutkaisten kuvioiden painamiseen puolijohdemateriaaleille, on kehittynyt käyttämällä yhä lyhyempiä aallonpituuksia puolijohdekauden alusta lähtien. EUV-litografia on tähän mennessä lyhin.

Vuosikymmeniä kehitetty ensimmäinen EUV-litografiakone, joka ostettiin erissä ja valmis tuotantoon, oli peräisin ASML, hollantilainen puolijohdeyhtiö.

Mikä on EUV-litografia?

EUV-valo tarkoittaa mikrosirun litografiassa käytettävää äärimmäistä ultraviolettivaloa, jossa mikrosirulevy päällystetään valoherkällä materiaalilla ja altistataan varovasti valolle. Tämä tulostaa kiekolle kuvion, jota käytetään mikrosirun suunnitteluprosessin jatkovaiheissa.

Tietokoneiden historia on puolijohdeteollisuuden historiaa, joka puolestaan ​​on armottoman miniatyrisoinnin historiaa. Alan alkuvaiheessa 1950-luvulta 1980-luvun puoliväliin fotolitografiaa tehtiin UV-valon ja fotomaskien avulla piirikuvioiden projisoimiseksi piikiekkoille.

Tänä aikana, Mooren laki-1960-luvun sanoma, että mikrosirun transistorien määrä kaksinkertaistuisi joka toinen vuosi - alkoi kohdata tämän prosessin fyysisiä rajoja. Tämä tarkoitti, että laskentatehon huikea kasvu ja kuluttajien teknologiakustannusten lasku olivat myös vaarassa saavuttaa rajan. 1980-luvulta 2000-luvulle syvä ultravioletti (DUV) -litografia ohjasi seuraavan sukupolven miniatyrisointia käyttämällä lyhyemmät aallonpituudet välillä 153-248 nanometriä, mikä mahdollisti pienemmät jäljet ​​piikiekoihin / puolijohteet.

Ennen uutta vuosituhatta tutkijat ja kilpailevat yritykset ympäri maailmaa etsivät läpimurtoja EUV-litografian ja sen vielä lyhyempien aallonpituuksien mahdollistamiseksi. ASML sai prototyypin valmiiksi vuonna 2003, vaikka tuotantovalmiin järjestelmän kehittäminen kestäisi vielä vuosikymmenen.

Siitä lähtien ASML on muutaman vuoden välein toimittanut EUV-litografiajärjestelmiensä seuraavan iteraation, jossa on enemmän tuotantokapasiteettia ja aallonpituuksia 13,5 nanometriin asti. Tämä mahdollistaa uskomattoman tarkan mikrosirun suunnittelun ja mahdollisimman tiheän transistorien sijoittamisen mikrosiruille – lyhyesti sanottuna se mahdollistaa nopeammat tietokonenopeudet.

Kuinka EUV-litografia toimii

ASML: n EUV-litografiajärjestelmät lähettävät valoa, jonka aallonpituus on noin 13,5 nanometriä, mikä on huomattavasti lyhyempi kuin aallonpituudet, joita käytettiin edellisen sukupolven DUV-litografiassa, mikä mahdollistaa hienompien kuvioiden tulostamisen puolijohteisiin vohveleita. Edistyksellisimmissä mikrosiruissa voi olla jopa 7, 5 ja 3 nanometrin kokoisia solmuja, jotka valmistetaan kuljettamalla toistuvasti puolijohdekiekot EUV-litografiajärjestelmän läpi.

Vaikka et voikaan noudattaa näitä vaiheita autotallissasi puolijohteiden valmistuksessa, ne ovat tärkeitä ymmärtääksesi, kuinka teknologiaa voidaan kehittää ja missä mahdolliset sijoitusrahastot voisivat olla parhaita sijoitettu. Ensinnäkin korkean intensiteetin laser suunnataan materiaaliin (yleensä tinaan) plasman tuottamiseksi (varautuneita elektroneja ja protoneja liikkeessä). Plasma lähettää sitten EUV-valoa noin 13,5 nanometrin aallonpituudella.

Syntynyt valo kerätään ja ohjataan sarjan peilien ja optiikan läpi maskin tai ristikon läpi piirinä kuvio sijoitetaan EUV-valon reitille tavalla, joka on löyhästi analoginen kuin käyttämällä stensiiliä kuvion maalaamiseen hallitus. Kiekossa oleva fotoresistiksi kutsuttu materiaali on herkkä EUV-valolle, ja sille altistuneet alueet käyvät läpi kemiallisen muutoksen ja syövytetään sitten. Uusia materiaaleja voidaan sitten kerrostaa syövytetyille alueille mikrosirun eri komponenttien muodostamiseksi. Tämä prosessi voidaan toistaa jopa 100 kertaa eri maskeilla monikerroksisten, monimutkaisten piirien luomiseksi yhdelle kiekolle.

Näiden vaiheiden jälkeen kiekko käy läpi lisäprosesseja epäpuhtauksien poistamiseksi ja sirun saattamiseksi valmiiksi leikattavaksi yksittäisiksi lastuiksi. Ne pakataan sitten käytettäväksi elektronisissa laitteissa.

EUV vs. DUV-litografia

Vaikka suuret EUV-litografiajärjestelmien hankinnat ovat tuoneet uutisia suprajohdeteollisuudesta dramaattiset kustannukset ja sen mahdollisesti tuoma tekninen kehitys, DUV-litografia on yhä laajempi käytetty. Sillä on se etu, että se on jo mukana valmistus tilat ja sen käyttöön koulutettu henkilökunta.

EUV-litografia äärimmäisen lyhyillä, noin 13,5 nanometrin aallonpituuksilla mahdollistaa pienten piirteiden hienomman etsauksen siruille. DUV-litografia puolestaan ​​toimii aallonpituuksilla alkaen 153 nanometristä. Vaikka siruvalmistajat voivat käyttää tätä malleissa, joiden koko on niinkin pieni kuin 5 nanometriä tai vähemmän, työntämällä fysiikan rajoja, DUV-valoa voidaan käyttää vain alle 10 nanometrin kokoisille, joiden resoluutio on heikentynyt laatu.

EUV-litografiajärjestelmiin ei sisälly vain uudempien teknologioiden käynnistyskustannukset, vaan ne ovat myös luonnostaan ​​kalliimpia kuin DUV-litografian laitteet ja ylläpito. Esimerkiksi EUV-litografiajärjestelmät, jotka on asentanut Intel vuonna 2023 kukin maksoi 150 miljoonaa dollaria. Tämä hinta tekee DUV-litografiajärjestelmistä suositeltavin käyttötarkoituksiin, joissa EUV-litografian pienempi koko on tarpeeton.

DUV-litografia on myös tunnettu määrä: EUV-valojärjestelmien edellyttämiä lisäkoulutuksia, uusia tiloja ja muita suuria pääomainvestointeja ei tarvita. DUV-valoteknologiaa tarvitaan edelleen moniin siruihin puhelimissa, tietokoneissa, autoissa ja roboteissa, ja se on osoittautunut vankaksi ja monipuoliseksi. Sen suhteellisen yksinkertaisemmat prosessit tarkoittavat myös sitä, että DUV-litografia voi tuottaa enemmän lastuja yksikköä kohti aikaa kuin EUV-litografia, mikä on tärkeä seikka sen hyväksi maailmanlaajuisen kysynnän valossa puolijohteet.

Monet odottavat DUV-litografian pysyvän suosittuna tulevina vuosina. Tämä johtuu osittain EUV-litografian hinnasta ja uuden tekniikan mukanaan tuomista teknisistä ongelmista. Lisäksi DUV-litografiatekniikka ei ole juuttunut paikalleen, vaan se parantaa jatkuvasti sitä, miten se auttaa luomaan siruja, joita löytyy jokapäiväisen elämämme monista elektronisista laitteista.

Toimiala on todennäköisesti murroksessa, ja vaikka EUV-valolla tulee olemaan yhä keskeisempi rooli siruvalmistus, DUV-litografia on edelleen elintärkeää jokapäiväisessä elektroniikan tuotannossa elämää.

EUV-litografian edut ja haitat

EUV-litografia on suhteellisen uusi tekniikka, joka tuo monia etuja ja joitakin haittoja huomioon.

Edut

EUV-litografia tuo monia etuja, jotka voivat johtaa mikrosirutuotannon tulevaan kehitykseen. Tässä on kaksi syytä, miksi puolijohdeyritykset, kuten Intel, investoivat niin paljon tekniikkaan:

• EUV-valo voi tuottaa monimutkaisempia ja hienoja kuvioita piikiekkoille, mikä mahdollistaa useamman transistorin sijoittamisen mikrosirulle.
• EUV-litografia vähentää piirin luomiseen tarvittavien kuviokerrosten määrää (maskimäärää).

Haitat

EUV-litografialla on monia etuja, mutta uutena teknologiana on tärkeää ottaa huomioon sen haitat.

• EUV-litografiajärjestelmät ovat kalliimpia kuin muut mikrosirulitografiajärjestelmät.
• ASML on ainoa näitä järjestelmiä valmistava yritys, joka voi luoda pullonkaulan yrityksille, jotka haluavat käyttää EUV-litografiaa tai tarvitsevat tukea koneilleen.

Bottom Line

EUV-valoa käytetään mikrosirun litografiassa mikrosirun luomiseen tarvittavien kuvioiden tuottamiseen, vaikkakin paljon pienempiä kokoja kuin aikaisemmissa litografiatekniikoissa. Kuitenkin sen uutuuden vuoksi vain yksi yritys – ASML – valmistaa sitä käyttäviä koneita, ja ne ovat kalliita. Teknologian kypsyessä sen pitäisi olla keskeinen rooli mikrosirutuotannon tulevassa kehityksessä.