Mi az EUV, és hogyan működik?

Az extrém ultraibolya (EUV) fénytechnológia a félvezetőipar változásának kulcsfontosságú hajtóereje. A litográfia, a bonyolult minták félvezető anyagokra történő nyomtatására használt módszer, a félvezető korszak kezdete óta egyre rövidebb hullámhosszak használatával fejlődött. Az EUV litográfia az eddigi legrövidebb.

Az évtizedek óta fejlesztés alatt álló első EUV litográfiai gép, amelyet tételesen vásároltak és készen álltak a gyártásra, innen származott ASML, a holland félvezetőgyártó cég.

Mi az EUV litográfia?

Az EUV fény a mikrochip litográfiához használt extrém ultraibolya fényre utal, amely magában foglalja a mikrochip ostya fényérzékeny anyaggal való bevonását, és óvatosan fénynek való kitételét. Ez egy mintát nyomtat az ostyára, amelyet a mikrochip tervezési folyamatának további lépéseihez használnak fel.

A számítógépek története a félvezetőipar története, ami viszont a miniatürizálás könyörtelen törekvésének története. Az ágazat kezdeti szakaszában, az 1950-es évektől a '80-as évek közepéig a fotolitográfiát UV-fénnyel és fotomaszkokkal végezték, hogy az áramköri mintákat szilíciumlapkákra vetítsék.

Ez idő alatt, Moore törvénye– az 1960-as évek diktálása, miszerint a mikrochipen lévő tranzisztorok száma kétévente megduplázódik – kezdett szembeszállni e folyamat fizikai korlátaival. Ez azt jelentette, hogy a számítási teljesítmény megdöbbentő növekedése és a fogyasztók technológiai költségeinek csökkenése szintén a határt súrolta. Az 1980-as évektől a 2000-es évekig a mély ultraibolya (DUV) litográfia vezette a miniatürizálás következő generációját, rövidebb hullámhossz a 153-248 nanométeres tartományban, ami lehetővé tette a kisebb lenyomatokat a szilícium lapkákon nak,-nek félvezetők.

Az új évezredet megelőzően a kutatók és a versengő cégek világszerte áttöréseket kerestek az EUV litográfia és annak még rövidebb hullámhosszainak lehetővé tételében. Az ASML 2003-ban elkészítette a prototípust, bár még egy évtizedbe telne egy gyártásra kész rendszer kifejlesztése.

Azóta néhány évente az ASML elkészítette EUV litográfiai rendszereinek következő iterációját, amely nagyobb gyártási kapacitással és 13,5 nanométeres hullámhosszal rendelkezik. Ez hihetetlenül precíz mikrochip-tervezést tesz lehetővé, és a tranzisztorok lehető legsűrűbb elhelyezését teszi lehetővé a mikrochipeken – egyszóval gyorsabb számítógépes sebességet tesz lehetővé.

Hogyan működik az EUV litográfia

Az ASML EUV litográfiai rendszerei körülbelül 13,5 nanométer hullámhosszú fényt bocsátanak ki, ami lényegesen rövidebb, mint a a DUV litográfia előző generációjában használt hullámhosszok, így lehetővé téve finomabb minták nyomtatását a félvezetőkre ostyák. A legfejlettebb mikrochipek akár 7, 5 és 3 nanométeres csomópontokkal is rendelkezhetnek, amelyek úgy készülnek, hogy a félvezető lapkákat ismételten átengedik az EUV litográfiai rendszeren.

Bár nem fogja tudni követni ezeket a lépéseket a garázsműhelyben a félvezetők gyártásához, ezek fontosak hogy megértsük, hogyan lehet továbbfejleszteni az érintett technológiát, és hol lehet a legjobb a potenciális befektetési alap helyezett. Először egy nagy intenzitású lézert irányítanak egy anyagra (általában ónra), hogy plazmát hozzon létre (mozgó töltött elektronok és protonok). A plazma ezután körülbelül 13,5 nanométeres hullámhosszon bocsátja ki az EUV fényt.

A generált fényt összegyűjtik és egy sor tükörön és optikán keresztül egy maszkon vagy irányzékon keresztül irányítják, mint áramkört. mintát helyezünk az EUV fény útjába, lazán analóg módon, mint amikor sablont használunk egy mintafestéshez tábla. Az ostyán található fotorezisztnek nevezett anyag érzékeny az EUV fényre, és az ennek kitett területek kémiai változáson mennek keresztül, majd maratásra kerülnek. Ezután új anyagokat lehet lerakni a maratott területekre a mikrochip különböző komponenseinek kialakítására. Ez a folyamat akár 100-szor is megismételhető különböző maszkokkal, így többrétegű, összetett áramkörök hozhatók létre egyetlen lapkán.

Ezen lépések után az ostya további folyamatokon megy keresztül, hogy eltávolítsák a szennyeződéseket, és előkészítsék a chipet az egyes chipekre való szeleteléshez. Ezután becsomagolják az elektronikus eszközökben való használatra.

EUV vs. DUV litográfia

Míg az EUV litográfiai rendszerek jelentős vásárlásai hírt hoztak a szupravezetőiparban Az ezzel járó drámai költségek és az általa hozható technológiai fejlődés miatt a DUV-litográfia még mindig szélesebb körű használt. Megvan az az előnye, hogy már benne van gyártás létesítményeket a használatára képzett személyzettel.

Az EUV litográfia rendkívül rövid, körülbelül 13,5 nanométeres hullámhosszával lehetővé teszi a chipeken lévő kisebb elemek finomabb maratását. A DUV litográfia a maga részéről 153 nanométertől kezdődő hullámhosszon működik. Míg a chipgyártók ezt az 5 nanométeres vagy annál kisebb méretű tervekhez is használhatják, a A fizika határai miatt a DUV fény csak 10 nanométer alatti méreteknél használható felbontásveszteséggel minőség.

Az EUV litográfiai rendszerek nemcsak az újabb technológiák indítási költségeivel járnak, hanem eleve drágábbak is, mint a DUV litográfia felszerelése és karbantartása. Például az EUV litográfiai rendszereket, amelyeket telepített Intel 2023-ban egyenként 150 millió dollárba került. Ez a költség a DUV litográfiai rendszereket előnyben részesíti olyan alkalmazásokban, ahol szükségtelen az EUV litográfia kisebb mérete.

A DUV litográfia is ismert mennyiség: nincs szükség további képzésekre, új létesítményekre és egyéb jelentősebb tőkebefektetésekre, amelyeket az EUV fényrendszerek igényelnek. A telefonokban, számítógépekben, autókban és robotokban lévő chipekhez még mindig szükség van a DUV fénytechnológiára, amely robusztusnak és sokoldalúnak bizonyult. Viszonylag egyszerűbb eljárásai azt is jelentik, hogy a DUV litográfia egységenként több chipet tud előállítani időt, mint az EUV litográfiát, ami a globális kereslet fényében fontos előnye annak félvezetők.

Sokan arra számítanak, hogy a DUV litográfia még évekig népszerű marad. Ez részben az EUV litográfia ára és az új technológiával járó technikai problémák miatt van. Ezen túlmenően a DUV litográfiai technológia nem ragadt meg a helyén, és folyamatosan fejleszti a mindennapi életünk számos elektronikus eszközében található chipek létrehozását.

Az iparág valószínűleg átalakulóban van, és miközben az EUV fény egyre központibb szerepet fog játszani chipgyártás, a DUV litográfia továbbra is létfontosságú a mindennapjainkban használt elektronikai eszközök gyártásában él.

Az EUV litográfia előnyei és hátrányai

Az EUV litográfia egy viszonylag új technológia, amely számos előnnyel és bizonyos hátrányokkal jár, amelyeket figyelembe kell venni.

Előnyök

Az EUV litográfia számos előnnyel jár, amelyek a mikrochipgyártás jövőbeli fejlesztéséhez vezethetnek. Íme két ok, amiért a félvezetőgyártó cégek, például az Intel olyan sokat fektetnek a technológiába:

• Az EUV fény bonyolultabb és finomabb mintákat tud előállítani a szilícium lapkákon, így több tranzisztor helyezhető el egy mikrochipen.
• Az EUV litográfia csökkenti az áramkör létrehozásához szükséges mintarétegek számát (maszkok számát).

Hátrányok

Az EUV litográfiának számos előnye van, de mint új technológia, fontos figyelembe venni a hátrányait.

• Az EUV litográfiai rendszerek drágábbak, mint más mikrochip litográfiai rendszerek.
• Az ASML az egyetlen olyan vállalat, amely ezeket a rendszereket gyártja, ami szűk keresztmetszetet teremthet az EUV litográfiát használni kívánó vagy gépeikhez támogatásra szoruló vállalatok számára.

Alsó vonal

Az EUV fényt a mikrochip litográfiában használják a mikrochip létrehozásához szükséges minták előállítására, bár sokkal kisebb méretben, mint a korábbi litográfiai technikáknál. Újdonsága miatt azonban egyetlen cég – az ASML – gyárt olyan gépeket, amelyek ezt használják, és azok költségesek. Ahogy a technológia érik, központi szerepet kell játszania a mikrochip-gyártás jövőbeli fejlesztéseiben.