Kas yra EUV ir kaip tai veikia?

Ekstremalios ultravioletinės (EUV) šviesos technologija yra pagrindinė pokyčių varomoji jėga puslaidininkių pramonėje. Litografija, sudėtingų raštų spausdinimo ant puslaidininkinių medžiagų metodas, nuo puslaidininkių amžiaus pradžios pažengė į priekį naudodama vis trumpesnius bangos ilgius. EUV litografija kol kas trumpiausia.

Dešimtmečius kuriamas pirmasis EUV litografijos aparatas, pirktas partijomis ir paruoštas gamybai, buvo iš ASML, Nyderlandų puslaidininkių kompanija.

Kas yra EUV litografija?

EUV šviesa reiškia ekstremalią ultravioletinę šviesą, naudojamą mikroschemos litografijai, kai mikroschemos plokštelė padengiama šviesai jautria medžiaga ir atsargiai veikiama šviesoje. Taip ant plokštelės atspausdinamas raštas, kuris naudojamas tolesniems mikroschemos projektavimo proceso etapams.

Kompiuterių istorija yra puslaidininkių pramonės istorija, kuri savo ruožtu yra nenumaldomo miniatiūrizavimo siekio istorija. Pradiniame sektoriaus etape nuo šeštojo dešimtmečio iki devintojo dešimtmečio vidurio fotolitografija buvo atliekama naudojant UV šviesą ir fotokaukes, kad ant silicio plokštelių būtų projektuojami grandinės modeliai.

Šiuo metu, Moore'o dėsnis- septintojo dešimtmečio įsakymas, kad tranzistorių skaičius mikroschemoje padvigubės kas dvejus metus, pradėjo susidurti su fizinėmis šio proceso ribomis. Tai reiškė, kad stulbinantis skaičiavimo galios padidėjimas ir vartotojų sumažėjusios technologijų sąnaudos taip pat galėjo pasiekti ribą. Nuo 1980-ųjų iki 2000-ųjų giliųjų ultravioletinių (DUV) litografija paskatino naujos kartos miniatiūrizavimą, naudojant trumpesni bangos ilgiai nuo 153 iki 248 nanometrų, o tai leido ant silicio plokštelių padaryti mažesnius įspaudus apie puslaidininkiai.

Artėjant naujajam tūkstantmečiui, mokslininkai ir konkuruojančios įmonės visame pasaulyje ieškojo laimėjimų, kad EUV litografija ir jos dar trumpesni bangos ilgiai būtų įmanomi. ASML sukūrė prototipą 2003 m., tačiau prireiks dar dešimtmečio, kol bus sukurta sistema, paruošta gamybai.

Nuo to laiko kas kelerius metus ASML pristatė kitą savo EUV litografijos sistemų iteraciją su didesniu gamybos pajėgumu ir iki 13,5 nanometrų bangų ilgiais. Tai leidžia sukurti neįtikėtinai tikslią mikroschemų konstrukciją ir kuo tankesnį tranzistorių išdėstymą mikroschemose – trumpai tariant, tai leidžia padidinti kompiuterio greitį.

Kaip veikia EUV litografija

ASML EUV litografijos sistemos skleidžia šviesą, kurios bangos ilgis yra apie 13,5 nanometrų, o tai yra žymiai trumpesnis nei bangos ilgiai, naudojami ankstesnės kartos DUV litografijoje, todėl ant puslaidininkių galima spausdinti smulkesnius raštus vafliai. Pažangiausiose mikroschemose gali būti net 7, 5 ir 3 nanometrų mazgai, kurie gaminami pakartotinai perleidžiant puslaidininkines plokšteles per EUV litografijos sistemą.

Nors negalėsite atlikti šių žingsnių savo garažo dirbtuvėse gamindami puslaidininkius, jie yra svarbūs Norėdami suprasti, kaip galima patobulinti susijusią technologiją ir kur gali būti geriausi investiciniai fondai patalpintas. Pirma, didelio intensyvumo lazeris nukreipiamas į medžiagą (dažniausiai alavą), kad susidarytų plazma (judantys įkrauti elektronai ir protonai). Tada plazma skleidžia EUV šviesą maždaug 13,5 nanometro bangos ilgiu.

Sukurta šviesa surenkama ir nukreipiama per daugybę veidrodžių ir optiką per kaukę arba tinklelį kaip grandinę raštas dedamas EUV šviesos kelyje, panašiai kaip naudojant trafaretą piešimui ant lenta. Ant plokštelės esanti medžiaga, vadinama fotorezistu, yra jautri EUV šviesai, o jos veikiamos sritys chemiškai pasikeičia ir išgraviruojamos. Tada naujos medžiagos gali būti nusodintos išgraviruotose vietose, kad susidarytų įvairūs mikroschemos komponentai. Šis procesas gali būti kartojamas iki 100 kartų naudojant skirtingas kaukes, kad būtų sukurtos daugiasluoksnės sudėtingos grandinės vienoje plokštelėje.

Atlikus šiuos veiksmus, plokštelėje atliekami tolesni procesai, siekiant pašalinti nešvarumus ir paruošti lustą, kad jį būtų galima supjaustyti į atskirus drožles. Tada jie supakuojami naudoti elektroniniuose įrenginiuose.

EUV vs. DUV litografija

Nors pagrindiniai EUV litografijos sistemų pirkimai buvo naujienos superlaidininkų pramonėje Dėl didelių išlaidų ir technologinės pažangos, kurią ji gali atnešti, DUV litografija vis dar yra platesnė naudojamas. Tai turi pranašumą, kad jau yra gamyba patalpas su darbuotojais, apmokytais jomis naudotis.

EUV litografija, kurios bangos ilgis yra ypač trumpas, apie 13,5 nanometrų, leidžia tiksliau išgraviruoti smulkesnes lustų savybes. Savo ruožtu DUV litografija veikia bangų ilgiais, pradedant nuo 153 nanometrų. Nors lustų gamintojai gali tai naudoti projektams, kurių dydis yra mažesnis nei 5 nanometrai, stumdami fizikos ribos, DUV šviesa gali būti naudojama tik mažesniems nei 10 nanometrų dydžiams, kai prarandama skiriamoji geba kokybės.

EUV litografijos sistemos apima ne tik naujesnių technologijų paleidimo išlaidas, bet ir iš esmės yra brangesnės nei DUV litografijos įranga ir priežiūra. Pavyzdžiui, EUV litografijos sistemos įdiegtos pagal Intel 2023 metais kainavo po 150 mln. Dėl šios kainos DUV litografijos sistemoms pirmenybė teikiama tais atvejais, kai nereikalingas mažesnis EUV litografijos dydis.

DUV litografija taip pat yra žinomas kiekis: nereikia papildomų mokymų, naujų patalpų ir kitų didelių kapitalo investicijų, kurių reikia EUV šviesos sistemoms. DUV šviesos technologija vis dar reikalinga daugeliui lustų telefonuose, kompiuteriuose, automobiliuose ir robotuose, ir ji pasirodė tvirta ir universali. Jos palyginti paprastesni procesai taip pat reiškia, kad DUV litografija gali pagaminti daugiau lustų vienam vienetui laiko nei EUV litografija, o tai svarbus aspektas, atsižvelgiant į pasaulinę paklausą puslaidininkiai.

Daugelis tikisi, kad DUV litografija išliks populiari daugelį metų. Taip yra iš dalies dėl EUV litografijos kainos ir su bet kokia nauja technologija susijusių techninių problemų. Be to, DUV litografijos technologija nėra įstrigusi vietoje ir toliau tobulinama, kaip ji padeda sukurti lustus, esančius daugelyje mūsų kasdienio gyvenimo elektroninių prietaisų.

Tikėtina, kad pramonė pereina, o EUV šviesa vaidins vis svarbesnį vaidmenį lustų gamyboje, DUV litografija vis dar yra gyvybiškai svarbi kasdienėje elektronikos gamyboje gyvybes.

EUV litografijos privalumai ir trūkumai

EUV litografija yra palyginti nauja technologija, turinti daug privalumų ir tam tikrų trūkumų, į kuriuos reikia atsižvelgti.

Privalumai

EUV litografija suteikia daug privalumų, dėl kurių ateityje gali būti tobulinama mikroschemų gamyba. Štai dvi priežastys, kodėl puslaidininkių kompanijos, tokios kaip „Intel“, tiek daug investuoja į technologijas:

• EUV šviesa gali sukurti sudėtingesnius ir smulkesnius silicio plokštelių raštus, todėl mikroschemoje galima įdėti daugiau tranzistorių.
• EUV litografija sumažina rašto sluoksnių skaičių (kaukių skaičių), reikalingą grandinei sukurti.

Trūkumai

EUV litografija turi daug privalumų, tačiau, kaip naujos technologijos, svarbu atsižvelgti į jos trūkumus.

• EUV litografijos sistemos yra brangesnės nei kitos mikroschemos litografijos sistemos.
• ASML yra vienintelė šias sistemas gaminanti įmonė, kuri gali sukurti kliūtis įmonėms, norinčioms naudoti EUV litografiją arba kurioms reikia pagalbos savo mašinoms.

Esmė

EUV šviesa naudojama mikroschemos litografijoje, kad būtų sukurti raštai, reikalingi mikroschemai sukurti, nors ir daug mažesnių dydžių nei naudojant ankstesnius litografijos metodus. Tačiau dėl savo naujumo tik viena įmonė – ASML – gamina mašinas, kurios ją naudoja, ir jos yra brangios. Tobulėjant technologijai, ji turėtų atlikti pagrindinį vaidmenį ateityje plėtojant mikroschemų gamybą.