Apa Itu EUV dan Bagaimana Cara Kerjanya?

Teknologi sinar ultraviolet ekstrim (EUV) merupakan pendorong utama perubahan dalam industri semikonduktor. Litografi, metode yang digunakan untuk mencetak pola rumit pada bahan semikonduktor, telah maju dengan menggunakan panjang gelombang yang lebih pendek sejak awal zaman semikonduktor. Litografi EUV adalah yang terpendek.

Dalam pengembangan selama beberapa dekade, mesin litografi EUV pertama yang dibeli secara batch dan siap diproduksi berasal dari ASML, perusahaan semikonduktor Belanda.

Apa itu Litografi EUV?

Cahaya EUV mengacu pada sinar ultraviolet ekstrem yang digunakan untuk litografi mikrochip, yang melibatkan pelapisan wafer mikrochip dalam bahan fotosensitif dan memaparkannya secara hati-hati ke cahaya. Ini mencetak pola pada wafer, yang digunakan untuk langkah lebih lanjut dalam proses desain microchip.

Sejarah komputer adalah sejarah industri semikonduktor, yang pada gilirannya merupakan sejarah upaya miniaturisasi yang tiada henti. Pada fase awal sektor ini dari tahun 1950an hingga pertengahan tahun 80an, fotolitografi dilakukan melalui sinar UV dan masker foto untuk memproyeksikan pola sirkuit ke wafer silikon.

Selama ini, Hukum Moore—pernyataan tahun 1960-an bahwa jumlah transistor pada sebuah microchip akan berlipat ganda setiap dua tahun—mulai bertentangan dengan batasan fisik dari proses ini. Hal ini berarti bahwa peningkatan daya komputasi yang mengejutkan dan pengurangan biaya teknologi bagi konsumen juga berada dalam bahaya mencapai batasnya. Dari tahun 1980an hingga 2000an, litografi ultraviolet dalam (DUV) mendorong miniaturisasi generasi berikutnya, menggunakan panjang gelombang yang lebih pendek dalam kisaran 153 hingga 248 nanometer, yang memungkinkan cetakan yang lebih kecil pada wafer silikon dari semikonduktor.

Menjelang milenium baru, para peneliti dan perusahaan pesaing di seluruh dunia mencari terobosan dalam memungkinkan litografi EUV dan panjang gelombangnya yang lebih pendek. ASML menyelesaikan prototipenya pada tahun 2003, meskipun dibutuhkan satu dekade lagi untuk mengembangkan sistem yang siap diproduksi.

Setiap beberapa tahun sejak itu, ASML telah mengirimkan iterasi berikutnya dari sistem litografi EUV dengan kapasitas produksi lebih besar dan panjang gelombang hingga 13,5 nanometer. Hal ini memungkinkan desain microchip yang sangat presisi dan penempatan transistor pada microchip yang paling padat—singkatnya, hal ini memungkinkan kecepatan komputer yang lebih cepat.

Cara Kerja Litografi EUV

Sistem litografi EUV ASML memancarkan cahaya dengan panjang gelombang sekitar 13,5 nanometer, yang jauh lebih pendek dibandingkan sistem litografi EUV. panjang gelombang yang digunakan pada litografi DUV generasi sebelumnya, sehingga memungkinkan pola yang lebih halus untuk dicetak pada semikonduktor wafer. Microchip paling canggih dapat memiliki node sekecil 7, 5, dan 3 nanometer, yang dibuat dengan melewatkan wafer semikonduktor berulang kali melalui sistem litografi EUV.

Meskipun Anda tidak dapat mengikuti langkah-langkah berikut di bengkel garasi Anda untuk membuat semikonduktor, ini penting untuk memahami bagaimana teknologi yang terlibat dapat maju dan di mana potensi dana investasi yang terbaik ditempatkan. Pertama, laser intensitas tinggi diarahkan pada suatu bahan (biasanya timah) untuk menghasilkan plasma (elektron bermuatan dan proton yang bergerak). Plasma kemudian memancarkan cahaya EUV pada panjang gelombang sekitar 13,5 nanometer.

Cahaya yang dihasilkan dikumpulkan dan diarahkan melalui serangkaian cermin dan optik melalui topeng atau reticle sebagai suatu rangkaian pola ditempatkan di jalur cahaya EUV, dengan cara yang mirip dengan menggunakan stensil untuk melukis pola pada papan. Bahan yang disebut photoresist pada wafer sensitif terhadap cahaya EUV, dan area yang terpapar akan mengalami perubahan kimia dan kemudian digores. Material baru kemudian dapat disimpan di area yang tergores untuk membentuk berbagai komponen microchip. Proses ini dapat diulang hingga 100 kali dengan masker berbeda untuk membuat sirkuit berlapis-lapis dan kompleks pada satu wafer.

Setelah langkah-langkah ini, wafer menjalani proses lebih lanjut untuk menghilangkan kotoran dan menyiapkan chip untuk diiris menjadi chip individual. Mereka kemudian dikemas untuk digunakan dalam perangkat elektronik.

EUV vs. Litografi DUV

Meskipun pembelian besar-besaran sistem litografi EUV telah mendorong berita di industri superkonduktor Dengan biaya dramatis yang harus dikeluarkan dan kemajuan teknologi yang dihasilkannya, litografi DUV masih lebih luas digunakan. Keuntungannya adalah sudah ada di dalamnya manufaktur fasilitas dengan staf yang terlatih dalam penggunaannya.

Litografi EUV, dengan panjang gelombang yang sangat pendek sekitar 13,5 nanometer, memungkinkan pengetsaan yang lebih halus pada fitur-fitur kecil pada chip. Litografi DUV beroperasi pada panjang gelombang mulai dari 153 nanometer. Sementara pembuat chip dapat menggunakan ini untuk desain dengan ukuran sekecil 5 nanometer atau kurang, hal ini mendorong kemajuan teknologi batas fisika, lampu DUV hanya dapat digunakan untuk ukuran di bawah 10 nanometer dengan resolusi yang hilang kualitas.

Sistem litografi EUV tidak hanya memerlukan biaya awal untuk teknologi yang lebih baru tetapi juga secara inheren lebih mahal dibandingkan peralatan dan pemeliharaan litografi DUV. Misalnya, sistem litografi EUV dipasang oleh Intel pada tahun 2023 masing-masing menelan biaya $150 juta. Biaya ini membuat sistem litografi DUV lebih disukai untuk penggunaan yang tidak memerlukan ukuran litografi EUV yang lebih kecil.

Litografi DUV juga merupakan kuantitas yang diketahui: Tidak diperlukan pelatihan tambahan, fasilitas baru, dan investasi modal besar lainnya yang diperlukan oleh sistem lampu EUV. Teknologi lampu DUV masih diperlukan untuk banyak chip di ponsel, komputer, mobil, dan robot, dan teknologi ini terbukti kuat dan serbaguna. Prosesnya yang relatif lebih sederhana juga berarti bahwa litografi DUV dapat menghasilkan lebih banyak chip per unit waktu dibandingkan litografi EUV, hal ini merupakan keunggulannya mengingat permintaan global akan hal ini semikonduktor.

Banyak yang memperkirakan litografi DUV akan tetap populer di tahun-tahun mendatang. Hal ini sebagian disebabkan oleh harga litografi EUV dan masalah teknis yang timbul dari setiap teknologi baru. Selain itu, teknologi litograf DUV tidak tinggal diam, dan terus meningkatkan kemampuannya dalam membantu menciptakan chip yang banyak ditemukan di perangkat elektronik dalam kehidupan kita sehari-hari.

Industri ini kemungkinan sedang berada dalam masa transisi, dan lampu EUV akan memainkan peran yang semakin penting manufaktur chip, litografi DUV masih penting untuk produksi elektronik yang digunakan sehari-hari hidup.

Kelebihan dan Kekurangan Litografi EUV

Litografi EUV adalah teknologi yang relatif baru yang membawa banyak kelebihan dan kekurangan untuk dipertimbangkan.

Keuntungan

Litografi EUV membawa banyak keuntungan yang dapat mengarah pada pengembangan produksi microchip di masa depan. Berikut dua alasan mengapa perusahaan semikonduktor seperti Intel banyak berinvestasi dalam teknologi:

• Cahaya EUV dapat menghasilkan pola yang lebih kompleks dan halus pada wafer silikon, sehingga memungkinkan lebih banyak transistor ditempatkan pada microchip.
• Litografi EUV mengurangi jumlah lapisan pola (jumlah masker) yang diperlukan untuk membuat sirkuit.

Kekurangan

Litografi EUV memiliki banyak keunggulan, namun sebagai teknologi baru, penting untuk mempertimbangkan kekurangannya.

• Sistem litografi EUV lebih mahal dibandingkan sistem litografi mikrochip lainnya.
• ASML adalah satu-satunya perusahaan yang memproduksi sistem ini, yang dapat menimbulkan hambatan bagi perusahaan yang ingin menggunakan litografi EUV atau membutuhkan dukungan untuk mesin mereka.

Garis bawah

Cahaya EUV digunakan dalam litografi mikrochip untuk menghasilkan pola yang diperlukan untuk membuat mikrochip, meskipun ukurannya jauh lebih kecil dibandingkan teknik litografi sebelumnya. Namun, karena sifatnya yang baru, hanya satu perusahaan—ASML—yang membuat mesin yang menggunakannya, dan harganya mahal. Seiring dengan semakin matangnya teknologi, teknologi ini akan memainkan peran penting dalam pengembangan produksi microchip di masa depan.