Cos'è l'EUV e come funziona?

La tecnologia della luce ultravioletta estrema (EUV) è un fattore chiave di cambiamento nel settore dei semiconduttori. La litografia, il metodo utilizzato per stampare motivi complessi su materiali semiconduttori, ha fatto progressi utilizzando lunghezze d'onda sempre più corte dall'inizio dell'era dei semiconduttori. La litografia EUV è la più breve finora.

In sviluppo da decenni, la prima macchina per litografia EUV acquistata in lotti e pronta per la produzione proveniva da ASML, l'azienda olandese di semiconduttori.

Cos'è la litografia EUV?

La luce EUV si riferisce alla luce ultravioletta estrema utilizzata per la litografia del microchip, che prevede il rivestimento del wafer del microchip in un materiale fotosensibile e l'esposizione accurata alla luce. Questo stampa un motivo sul wafer, che viene utilizzato per ulteriori passaggi nel processo di progettazione del microchip.

La storia dei computer è la storia dell’industria dei semiconduttori, che a sua volta è la storia dell’incessante ricerca della miniaturizzazione. Nella fase iniziale del settore, dagli anni ’50 alla metà degli anni ’80, la fotolitografia veniva eseguita utilizzando luce UV e fotomaschere per proiettare schemi di circuiti su wafer di silicio.

Durante questo periodo, La legge di Moore- la massima degli anni '60 secondo cui il numero di transistor su un microchip sarebbe raddoppiato ogni due anni - iniziò a scontrarsi con i limiti fisici di questo processo. Ciò significava che anche l’incredibile aumento della potenza di calcolo e la riduzione dei costi tecnologici per i consumatori rischiavano di raggiungere un limite. Dagli anni '80 agli anni 2000, la litografia ultravioletta profonda (DUV) ha guidato la successiva generazione di miniaturizzazione, utilizzando lunghezze d'onda più corte nell'intervallo da 153 a 248 nanometri, che hanno consentito impronte più piccole sui wafer di silicio Di semiconduttori.

In vista del nuovo millennio, ricercatori e aziende concorrenti in tutto il mondo hanno cercato innovazioni per rendere possibile la litografia EUV e le sue lunghezze d'onda ancora più corte. L'ASML ha completato un prototipo nel 2003, anche se ci sarebbero voluti altri dieci anni per sviluppare un sistema pronto per la produzione.

Da allora, ogni pochi anni, ASML ha fornito la successiva iterazione dei suoi sistemi di litografia EUV con maggiore capacità di produzione e lunghezze d'onda fino a 13,5 nanometri. Ciò consente progettazioni di microchip incredibilmente precise e il posizionamento più denso possibile di transistor sui microchip: in breve, consente velocità del computer più elevate.

Come funziona la litografia EUV

I sistemi di litografia EUV di ASML emettono luce con lunghezze d'onda di circa 13,5 nanometri, che è significativamente più corta della lunghezze d'onda utilizzate nella precedente generazione di litografia DUV, consentendo così la stampa di motivi più fini su semiconduttore wafer. I microchip più avanzati possono avere nodi piccoli fino a 7, 5 e 3 nanometri, realizzati facendo passare ripetutamente i wafer semiconduttori attraverso il sistema di litografia EUV.

Anche se non sarai in grado di seguire questi passaggi nella tua officina per realizzare semiconduttori, sono importanti per capire come la tecnologia coinvolta può essere avanzata e dove i potenziali fondi di investimento potrebbero essere i migliori posizionato. Innanzitutto, un laser ad alta intensità viene diretto verso un materiale (solitamente stagno) per generare plasma (elettroni carichi e protoni in movimento). Il plasma emette quindi la luce EUV ad una lunghezza d'onda di circa 13,5 nanometri.

La luce generata viene raccolta e diretta attraverso una serie di specchi e ottiche attraverso una maschera o reticolo come un circuito il motivo è posizionato nel percorso della luce EUV, in un modo vagamente analogo all'utilizzo di uno stencil per dipingere un motivo su un asse. Un materiale chiamato fotoresist sul wafer è sensibile alla luce EUV e le aree esposte ad essa subiscono un cambiamento chimico e vengono quindi incise. Nuovi materiali potranno poi essere depositati nelle zone incise per formare i vari componenti del microchip. Questo processo può essere ripetuto fino a 100 volte con maschere diverse per creare circuiti complessi multistrato su un singolo wafer.

Dopo questi passaggi, il wafer viene sottoposto a ulteriori lavorazioni per rimuovere le impurità e preparare il chip per essere tagliato in singoli chip. Vengono quindi confezionati per l'uso in dispositivi elettronici.

EUV vs. Litografia DUV

Mentre importanti acquisti di sistemi di litografia EUV hanno fatto notizia nel settore dei superconduttori, dato Considerando i costi drammatici coinvolti e i progressi tecnologici che potrebbe portare, la litografia DUV è ancora più diffusa usato. Ha il vantaggio di essere già dentro produzione strutture con personale formato al suo utilizzo.

La litografia EUV, con le sue lunghezze d'onda estremamente corte di circa 13,5 nanometri, consente un'incisione più fine di elementi più piccoli sui chip. Da parte sua, la litografia DUV opera a lunghezze d'onda a partire da 153 nanometri. Sebbene i produttori di chip possano utilizzarlo per progetti con dimensioni fino a 5 nanometri o meno, spingendo il limiti della fisica, la luce DUV può essere utilizzata solo per dimensioni inferiori a 10 nanometri con una perdita di risoluzione qualità.

I sistemi di litografia EUV non solo comportano i costi di avvio delle tecnologie più recenti, ma sono anche intrinsecamente più costosi delle attrezzature e della manutenzione per la litografia DUV. Ad esempio, i sistemi di litografia EUV installati da Intel nel 2023 costeranno 150 milioni di dollari ciascuno. Questo costo rende i sistemi di litografia DUV preferiti per gli usi in cui le dimensioni ridotte della litografia EUV non sono necessarie.

Anche la litografia DUV è una quantità nota: non sono necessarie formazione aggiuntiva, nuove strutture e altri importanti investimenti di capitale richiesti dai sistemi di illuminazione EUV. La tecnologia della luce DUV è ancora necessaria per molti chip di telefoni, computer, automobili e robot e si è rivelata robusta e versatile. I suoi processi relativamente più semplici significano anche che la litografia DUV può produrre più chip per unità di tempo rispetto alla litografia EUV, un punto importante a suo favore alla luce della domanda globale di semiconduttori.

Molti si aspettano che la litografia DUV rimanga popolare negli anni a venire. Ciò è in parte dovuto al prezzo della litografia EUV e ai problemi tecnici associati a qualsiasi nuova tecnologia. Inoltre, la tecnologia litografica DUV non rimane bloccata sul posto, continuando a migliorare il modo in cui aiuta a creare i chip presenti nei numerosi dispositivi elettronici della nostra vita quotidiana.

Il settore è probabilmente in una fase di transizione e, mentre l’EUV, la luce svolgerà un ruolo sempre più centrale produzione di chip, la litografia DUV è ancora vitale per la produzione di componenti elettronici utilizzati nella nostra quotidianità vite.

Vantaggi e svantaggi della litografia EUV

La litografia EUV è una tecnologia relativamente nuova che presenta molti vantaggi e alcuni svantaggi da considerare.

Vantaggi

La litografia EUV apporta molti vantaggi che potrebbero portare a futuri sviluppi nella produzione di microchip. Ecco due dei motivi per cui le aziende di semiconduttori come Intel stanno investendo così tanto nella tecnologia:

• La luce EUV può produrre modelli più complessi e fini sui wafer di silicio, consentendo di posizionare più transistor su un microchip.
• La litografia EUV riduce il numero di strati del modello (conteggio delle maschere) necessari per creare un circuito.

Svantaggi

La litografia EUV presenta molti vantaggi, ma essendo una nuova tecnologia è importante considerarne gli svantaggi.

• I sistemi di litografia EUV sono più costosi di altri sistemi per la litografia con microchip.
• ASML è l'unica azienda che produce questi sistemi, il che potrebbe creare un collo di bottiglia per le aziende che desiderano utilizzare la litografia EUV o che necessitano di supporto per i propri macchinari.

La linea di fondo

La luce EUV viene utilizzata nella litografia con microchip per produrre i modelli necessari per creare un microchip, anche se in dimensioni molto più piccole rispetto alle precedenti tecniche litografiche. Tuttavia, a causa della sua novità, solo una società, ASML, produce macchine che lo utilizzano e sono costose. Man mano che la tecnologia matura, dovrebbe svolgere un ruolo centrale negli sviluppi futuri nella produzione di microchip.