EUV とは何ですか? またその仕組みは何ですか?

極端紫外 (EUV) 光技術は、半導体業界における変化の主要な推進力です。 リソグラフィーは、半導体材料上に複雑なパターンを印刷するために使用される方法であり、半導体時代の始まり以来、さらに短い波長を使用することで進歩してきました。 EUVリソグラフィーはこれまでで最も短い。

何十年にもわたって開発が行われ、バッチで購入され、生産の準備が整った最初の EUV リソグラフィ マシンは、 ASML、オランダの半導体会社。

EUVリソグラフィーとは何ですか?

EUV光とは、マイクロチップ・ウェハを感光性材料でコーティングし、慎重に露光するマイクロチップ・リソグラフィーに使用される極端紫外光を指します。 これにより、ウェハ上にパターンが印刷され、マイクロチップ設計プロセスのさらなるステップで使用されます。

コンピュータの歴史は半導体産業の歴史であり、ひいては微細化へのあくなき追求の歴史でもあります。 1950 年代から 80 年代半ばまでのこの分野の初期段階では、フォトリソグラフィーは、回路パターンをシリコン ウェーハ上に投影するために UV 光とフォトマスクを介して行われました。

この間、 ムーアの法則マイクロチップ上のトランジスタの数は 2 年ごとに 2 倍になるという 1960 年代の定説は、このプロセスの物理的な限界に直面し始めました。 これは、消費者のコンピューティング能力の驚異的な向上とテクノロジーコストの削減も限界に達する危険があることを意味しました。 1980 年代から 2000 年代にかけて、深紫外 (DUV) リソグラフィーが次世代の微細化を推進しました。 153 ～ 248 ナノメートルの範囲のより短い波長により、シリコン ウェーハ上のより小さなインプリントが可能になりました。 の 半導体.

新しい千年紀に向けて、世界中の研究者と競合企業は、EUV リソグラフィーとそのさらに短い波長を可能にするブレークスルーを模索していました。 ASML は 2003 年にプロトタイプを完成させましたが、実稼働可能なシステムを開発するにはさらに 10 年かかりました。

それ以来、ASML は数年ごとに、より多くの生産能力と 13.5 ナノメートルまでの波長を備えた EUV リソグラフィ システムの次のバージョンを提供してきました。 これにより、信じられないほど正確なマイクロチップの設計と、マイクロチップ上でのトランジスタの可能な限り高密度の配置が可能になり、つまり、コンピュータの速度が向上します。

EUVリソグラフィの仕組み

ASML の EUV リソグラフィ システムは、約 13.5 ナノメートルの波長の光を放射します。これは、従来の EUV リソグラフィ システムよりも大幅に短いです。 前世代の DUV リソグラフィーで使用されていた波長を使用できるため、より微細なパターンを半導体上に印刷できるようになります。 ウエハース。 最先端のマイクロチップは、7、5、3 ナノメートルほどの小さなノードを持つことができ、半導体ウェーハを EUV リソグラフィ システムに繰り返し通過させることによって作成されます。

ガレージ ワークショップでこれらの手順に従って半導体を製造することはできませんが、これらの手順は重要です 関連するテクノロジーがどのように進歩するのか、そして潜在的な投資ファンドがどこに最適であるかを理解するため 置いた。 まず、高強度レーザーを材料 (通常はスズ) に照射して、プラズマ (荷電電子と運動する陽子) を生成します。 その後、プラズマは約 13.5 ナノメートルの波長の EUV 光を放射します。

生成された光は集められ、回路としてのマスクまたはレチクルを介して一連のミラーと光学系を介して方向付けられます。 パターンは、ステンシルを使用してパターンをペイントするのとほぼ同じ方法で、EUV 光の経路に配置されます。 ボード。 ウェーハ上のフォトレジストと呼ばれる材料は EUV 光に敏感で、それに露光された領域は化学変化を起こしてエッチングされます。 次いで、エッチングされた領域に新しい材料を堆積させて、マイクロチップのさまざまなコンポーネントを形成することができる。 このプロセスは、異なるマスクを使用して最大 100 回繰り返すことができ、単一のウェーハ上に多層の複雑な回路を作成できます。

これらのステップの後、ウェーハは不純物を除去するためのさらなるプロセスを経て、チップを個々のチップにスライスする準備が整います。 その後、電子機器で使用するためにパッケージ化されます。

EUV vs. DUVリソグラフィー

EUVリソグラフィーシステムの大量購入が超電導業界のニュースを牽引している一方で、 劇的なコストとそれがもたらす可能性のある技術的進歩により、DUV リソグラフィーはさらに広く普及しています。 使用済み。 すでに入っているという利点があります 製造業 使用方法について訓練を受けたスタッフがいる施設。

約 13.5 ナノメートルの極めて短い波長を使用する EUV リソグラフィーでは、チップ上のより小さなフィーチャのより微細なエッチングが可能になります。 一方、DUV リソグラフィーは 153 ナノメートルから始まる波長で動作します。 チップメーカーはこれを 5 ナノメートル以下の小さなサイズの設計に使用できますが、 物理の限界のため、DUV 光は 10 ナノメートル未満のサイズにしか使用できず、解像度が低下します。 品質。

EUV リソグラフィ システムには、新しい技術の導入コストがかかるだけでなく、本質的に DUV リソグラフィの機器やメンテナンスよりも高価です。 たとえば、EUVリソグラフィーシステムは、 インテル 2023 年にはそれぞれ 1 億 5,000 万ドルの費用がかかります。 このコストにより、EUV リソグラフィの小型化が不要な用途には DUV リソグラフィ システムが好まれます。

DUV リソグラフィーも既知の量です。EUV 照明システムに必要な追加のトレーニング、新しい設備、その他の大規模な設備投資は必要ありません。 DUV 光テクノロジーは、電話、コンピューター、自動車、ロボットの多くのチップに依然として必要とされており、堅牢で多用途であることが証明されています。 また、プロセスが比較的単純であるため、DUV リソグラフィーでは単位あたりより多くのチップを製造できることも意味します。 EUV リソグラフィーよりも時間がかかることは、世界的な需要を考慮すると、EUV リソグラフィーにとって有利な重要なポイントです。 半導体。

多くの人は、DUV リソグラフィーが今後何年も人気が続くと予想しています。 これは、EUV リソグラフィの価格と、新しいテクノロジーに付随する技術的問題が部分的に原因です。 さらに、DUV リソグラフ技術は固定されたものではなく、日常生活の多くの電子機器に使用されるチップの作成にどのように役立つかを改善し続けています。

業界はおそらく過渡期にあり、EUV光はますます中心的な役割を果たすことになるでしょう。 チップ製造、DUV リソグラフィーは依然として日常で使用されるエレクトロニクスの製造に不可欠です。 生きています。

EUVリソグラフィーの長所と短所

EUV リソグラフィーは比較的新しいテクノロジーであり、多くの利点と考慮すべき欠点がいくつかあります。

利点

EUV リソグラフィーは、マイクロチップ製造の将来の発展につながる可能性のある多くの利点をもたらします。 インテルのような半導体企業がテクノロジーに多大な投資を行っている理由は次の 2 つです。

• EUV光はシリコンウェーハ上により複雑で微細なパターンを生成できるため、より多くのトランジスタをマイクロチップ上に配置できるようになります。
• EUVリソグラフィーは、回路の作成に必要なパターン層の数（マスク数）を削減します。

短所

EUV リソグラフィには多くの利点がありますが、新しい技術であるため、欠点を考慮することが重要です。

• EUV リソグラフィ システムは、他のマイクロチップ リソグラフィ システムよりも高価です。
• ASML はこれらのシステムを製造している唯一の企業であるため、EUV リソグラフィの使用を希望している企業や、自社の機械のサポートを必要としている企業にとってボトルネックとなる可能性があります。

結論

EUV光はマイクロチップリソグラフィーで使用され、マイクロチップの作成に必要なパターンを生成しますが、そのサイズは以前のリソグラフィー技術よりもはるかに小さくなります。 しかし、その新規性のため、それを使用するマシンを製造しているのは ASML だけであり、高価です。 この技術が成熟するにつれて、マイクロチップ生産における将来の開発において中心的な役割を果たすはずです。