Što je EUV i kako funkcionira?

Tehnologija ekstremnog ultraljubičastog (EUV) svjetla ključni je pokretač promjena u industriji poluvodiča. Litografija, metoda koja se koristi za ispis zamršenih uzoraka na poluvodičkim materijalima, napredovala je korištenjem sve kraćih valnih duljina od početka doba poluvodiča. EUV litografija je dosad najkraća.

U razvoju desetljećima, prvi EUV litografski stroj kupljen u serijama i spreman za proizvodnju bio je iz ASML, nizozemska tvrtka poluvodiča.

Što je EUV litografija?

EUV svjetlo odnosi se na ekstremno ultraljubičasto svjetlo koje se koristi za litografiju mikročipa, što uključuje oblaganje pločice mikročipa fotoosjetljivim materijalom i pažljivo izlaganje svjetlu. Ovo ispisuje uzorak na pločicu, koja se koristi za daljnje korake u procesu dizajna mikročipa.

Povijest računala je povijest industrije poluvodiča, koja je pak povijest neumoljive težnje za minijaturizacijom. U početnoj fazi sektora od 1950-ih do sredine 80-ih, fotolitografija je rađena pomoću UV svjetla i fotomaski za projiciranje uzoraka strujnih krugova na silikonske pločice.

Tijekom ovog vremena, Mooreov zakon— izreka iz 1960-ih da će se broj tranzistora na mikročipu udvostručiti svake dvije godine — počela se sukobljavati s fizičkim ograničenjima ovog procesa. To je značilo da su zapanjujuća povećanja računalne snage i smanjeni troškovi tehnologije za potrošače također bili u opasnosti da dosegnu granicu. Od 1980-ih do 2000-ih, duboka ultraljubičasta (DUV) litografija pokrenula je sljedeću generaciju minijaturizacije, koristeći kraće valne duljine u rasponu od 153 do 248 nanometara, što je omogućilo manje otiske na silikonskim pločicama od poluvodiči.

Uoči novog milenija, istraživači i konkurentske tvrtke širom svijeta tražili su otkrića u omogućavanju EUV litografije i njenih još kraćih valnih duljina. ASML je dovršio prototip 2003., iako će trebati još jedno desetljeće da se razvije sustav spreman za proizvodnju.

Svakih nekoliko godina od tada, ASML isporučuje sljedeću iteraciju svojih EUV litografskih sustava s većim kapacitetom za proizvodnju i valnim duljinama do 13,5 nanometara. To omogućuje nevjerojatno precizne dizajne mikročipova i najgušće moguće postavljanje tranzistora na mikročipove—ukratko, omogućuje veće brzine računala.

Kako radi EUV litografija

ASML-ovi EUV litografski sustavi emitiraju svjetlost valnih duljina od oko 13,5 nanometara, što je znatno kraće od valne duljine korištene u prethodnoj generaciji DUV litografije, čime se omogućuje ispis finijih uzoraka na poluvodiču napolitanke. Najnapredniji mikročipovi mogu imati čvorove veličine samo 7, 5 i 3 nanometara, koji se izrađuju uzastopnim prolaskom poluvodičkih pločica kroz EUV litografski sustav.

Iako nećete moći slijediti ove korake u svojoj garažnoj radionici za izradu poluvodiča, oni su važni za razumijevanje kako se uključena tehnologija može unaprijediti i gdje bi potencijalni investicijski fondovi mogli biti najbolji postavljeni. Prvo, laser visokog intenziteta usmjerava se na materijal (obično kositar) kako bi se stvorila plazma (nabijeni elektroni i protoni u pokretu). Plazma tada emitira EUV svjetlost na valnoj duljini od oko 13,5 nanometara.

Generirano svjetlo skuplja se i usmjerava kroz niz zrcala i optike kroz masku ili končanicu kao krug uzorak se postavlja na putanju EUV svjetlosti, na način labavo analogan korištenju šablone za crtanje uzorka na odbor. Materijal nazvan fotorezist na pločici osjetljiv je na EUV svjetlo, a područja koja su mu izložena prolaze kroz kemijsku promjenu i zatim se urezuju. Novi materijali tada se mogu taložiti u ugravirana područja kako bi se formirale različite komponente mikročipa. Ovaj se proces može ponoviti do 100 puta s različitim maskama za stvaranje višeslojnih, složenih sklopova na jednoj ploči.

Nakon ovih koraka, vafel prolazi daljnje procese za uklanjanje nečistoća i spremanje čipsa za rezanje na pojedinačne komadiće. Zatim se pakiraju za korištenje u elektroničkim uređajima.

EUV vs. DUV litografija

Dok su velike kupnje EUV litografskih sustava pokretale novosti u industriji supravodiča, s obzirom dramatičnih troškova i tehnološkog napretka koji bi mogao donijeti, DUV litografija još je sve raširenija koristi se. Prednost mu je što je već unutra proizvodnja objekata s osobljem obučenim za njegovu uporabu.

EUV litografija, sa svojim iznimno kratkim valnim duljinama od oko 13,5 nanometara, omogućuje finije graviranje manjih obilježja na čipovima. Sa svoje strane, DUV litografija radi na valnim duljinama počevši od 153 nanometra. Dok proizvođači čipova to mogu koristiti za dizajne veličine od 5 nanometara ili manje, gurajući granice fizike, DUV svjetlo može se koristiti samo za veličine ispod 10 nanometara s gubitkom rezolucije kvaliteta.

EUV litografski sustavi ne samo da dolaze s početnim troškovima novijih tehnologija, već su i sami po sebi skuplji od opreme i održavanja za DUV litografiju. Na primjer, EUV litografski sustavi instalirani od strane Intel u 2023. svaki košta 150 milijuna dolara. Ovaj trošak čini DUV litografske sustave preferiranim za upotrebu gdje je manja veličina EUV litografije nepotrebna.

DUV litografija također je poznata veličina: nema potrebe za dodatnom obukom, novim objektima i drugim velikim kapitalnim ulaganjima koja zahtijevaju EUV svjetlosni sustavi. DUV svjetlosna tehnologija još uvijek je potrebna za mnoge čipove u telefonima, računalima, automobilima i robotima, a pokazala se robusnom i svestranom. Njegovi relativno jednostavniji procesi također znače da DUV litografija može proizvesti više čipova po jedinici vremena od EUV litografije, što je važna točka u njezinu korist u svjetlu globalne potražnje za poluvodiči.

Mnogi očekuju da će DUV litografija ostati popularna godinama koje dolaze. To je dijelom zbog cijene EUV litografije i tehničkih problema koji dolaze s novom tehnologijom. Osim toga, DUV litografska tehnologija nije zapela na mjestu, nastavljajući poboljšavati način na koji pomaže u stvaranju čipova koji se nalaze u mnogim elektroničkim uređajima našeg svakodnevnog života.

Industrija je vjerojatno u tranziciji, a dok će EUV svjetlo igrati sve središnjiju ulogu u proizvodnja čipova, DUV litografija još uvijek je vitalna za proizvodnju elektronike koja se koristi u našoj svakodnevici živi.

Prednosti i nedostaci EUV litografije

EUV litografija je relativno nova tehnologija koja donosi mnoge prednosti i neke nedostatke koje treba uzeti u obzir.

Prednosti

EUV litografija donosi mnoge prednosti koje bi mogle dovesti do budućeg razvoja u proizvodnji mikročipova. Evo dva razloga zašto tvrtke poluvodiča poput Intela toliko ulažu u tehnologiju:

• EUV svjetlo može proizvesti složenije i finije uzorke na silicijskim pločicama, što omogućuje postavljanje više tranzistora na mikročip.
• EUV litografija smanjuje broj slojeva uzorka (broj maski) potrebnih za stvaranje kruga.

Nedostaci

EUV litografija ima mnoge prednosti, ali kao nova tehnologija, važno je uzeti u obzir njene nedostatke.

• EUV litografski sustavi skuplji su od ostalih sustava za mikročip litografiju.
• ASML je jedina tvrtka koja proizvodi ove sustave, što bi moglo stvoriti usko grlo za tvrtke koje žele koristiti EUV litografiju ili trebaju podršku za svoje strojeve.

Donja linija

EUV svjetlo se koristi u litografiji mikročipova za proizvodnju uzoraka potrebnih za stvaranje mikročipa, iako u daleko manjim veličinama od prethodnih litografskih tehnika. Međutim, zbog njegove novosti, samo jedna tvrtka - ASML - proizvodi strojeve koji ga koriste, a oni su skupi. Kako tehnologija sazrijeva, trebala bi igrati središnju ulogu u budućem razvoju proizvodnje mikročipova.