Kas ir EUV un kā tas darbojas?

Ekstrēmā ultravioletā (EUV) gaismas tehnoloģija ir galvenais pārmaiņu virzītājspēks pusvadītāju nozarē. Litogrāfija, metode, ko izmanto sarežģītu rakstu drukāšanai uz pusvadītāju materiāliem, kopš pusvadītāju laikmeta sākuma ir attīstījusies, izmantojot arvien īsākus viļņu garumus. EUV litogrāfija ir pagaidām īsākā.

Pirmā EUV litogrāfijas iekārta, kas tika izstrādāta gadu desmitiem, tika iegādāta partijās un gatava ražošanai no ASML, Nīderlandes pusvadītāju uzņēmums.

Kas ir EUV litogrāfija?

EUV gaisma attiecas uz ekstrēmo ultravioleto gaismu, ko izmanto mikroshēmas litogrāfijā, kas ietver mikroshēmas vafeles pārklājumu ar gaismjutīgu materiālu un rūpīgi pakļaujot to gaismai. Tādējādi uz vafeles tiek izdrukāts raksts, kas tiek izmantots turpmākajām darbībām mikroshēmas projektēšanas procesā.

Datoru vēsture ir pusvadītāju rūpniecības vēsture, kas savukārt ir nerimstošās miniaturizācijas vēsture. Nozares sākotnējā fāzē no 1950. gadiem līdz 80. gadu vidum fotolitogrāfija tika veikta, izmantojot UV gaismu un fotomaskas, lai projicētu ķēžu modeļus uz silīcija plāksnēm.

Sājā laikā, Mūra likums— 60. gadu diktāts, ka tranzistoru skaits mikroshēmā dubultosies ik pēc diviem gadiem, sāka saskarties ar šī procesa fiziskajām robežām. Tas nozīmēja, ka satriecošajam skaitļošanas jaudas pieaugumam un patērētāju tehnoloģiju izmaksu samazinājumam arī draudēja robežas. No 80. gadiem līdz 2000. gadiem dziļā ultravioletā (DUV) litogrāfija virzīja nākamās paaudzes miniaturizāciju, izmantojot īsāki viļņu garumi diapazonā no 153 līdz 248 nanometriem, kas ļāva izveidot mazākus nospiedumus uz silīcija plāksnēm no pusvadītāji.

Gaidot jauno tūkstošgadi, pētnieki un konkurējošie uzņēmumi visā pasaulē meklēja sasniegumus, lai padarītu iespējamu EUV litogrāfiju un tās vēl īsākus viļņu garumus. ASML pabeidza prototipu 2003. gadā, lai gan būtu vajadzīgas vēl desmitgades, lai izstrādātu sistēmai, kas ir gatava ražošanai.

Kopš tā laika ik pēc dažiem gadiem ASML ir piegādājis savu EUV litogrāfijas sistēmu nākamo iterāciju ar lielāku ražošanas jaudu un viļņu garumu līdz 13,5 nanometriem. Tas nodrošina neticami precīzu mikroshēmu dizainu un pēc iespējas blīvāku tranzistoru izvietojumu uz mikroshēmām — īsi sakot, tas nodrošina lielāku datora ātrumu.

Kā darbojas EUV litogrāfija

ASML EUV litogrāfijas sistēmas izstaro gaismu ar viļņu garumu aptuveni 13,5 nanometri, kas ir ievērojami īsāks nekā viļņu garumi, kas izmantoti iepriekšējās paaudzes DUV litogrāfijā, tādējādi ļaujot uz pusvadītāja izdrukāt smalkākus modeļus vafeles. Vismodernākajās mikroshēmās var būt 7, 5 un 3 nanometri mazi mezgli, kas tiek izgatavoti, atkārtoti izlaižot pusvadītāju plāksnes caur EUV litogrāfijas sistēmu.

Lai gan jūs nevarēsiet veikt šīs darbības savā garāžas darbnīcā, lai izgatavotu pusvadītājus, tās ir svarīgas lai saprastu, kā var uzlabot iesaistīto tehnoloģiju un kur potenciālie ieguldījumu fondi varētu būt vislabākie novietots. Pirmkārt, augstas intensitātes lāzers tiek novirzīts uz materiālu (parasti alvu), lai radītu plazmu (kustībā lādēti elektroni un protoni). Pēc tam plazma izstaro EUV gaismu ar viļņa garumu aptuveni 13,5 nanometri.

Radītā gaisma tiek savākta un virzīta caur virkni spoguļu un optiku caur masku vai tīklu kā ķēdi raksts tiek novietots EUV gaismas ceļā, brīvi analoģiskā veidā, izmantojot trafaretu, lai uzzīmētu rakstu dēlis. Materiāls, ko sauc par fotorezistu uz plāksnītes, ir jutīgs pret EUV gaismu, un tam pakļautie apgabali tiek ķīmiski mainīti un pēc tam tiek iegravēti. Pēc tam iegravētajās vietās var nogulsnēt jaunus materiālus, veidojot dažādas mikroshēmas sastāvdaļas. Šo procesu var atkārtot līdz 100 reizēm ar dažādām maskām, lai izveidotu daudzslāņu, sarežģītas shēmas uz vienas vafeles.

Pēc šīm darbībām vafele tiek pakļauta turpmākiem procesiem, lai noņemtu piemaisījumus un sagatavotu mikroshēmu sagriešanai atsevišķās čipsos. Pēc tam tos iepako izmantošanai elektroniskajās ierīcēs.

EUV vs. DUV litogrāfija

Lai gan lielie EUV litogrāfijas sistēmu pirkumi ir radījuši jaunumus supravadītāju nozarē dramatiskās saistītās izmaksas un tehnoloģiskie sasniegumi, ko tas varētu radīt, DUV litogrāfija joprojām ir plašāka lietots. Tam ir tā priekšrocība, ka jau ir iekšā ražošana telpas ar apmācītu personālu.

EUV litogrāfija ar ļoti īsiem viļņu garumiem, kas ir aptuveni 13,5 nanometri, ļauj precīzāk kodināt mazākus elementus mikroshēmās. Savukārt DUV litogrāfija darbojas viļņu garumā, sākot no 153 nanometriem. Lai gan mikroshēmu ražotāji to var izmantot dizainparaugiem, kuru izmērs ir 5 nanometri vai mazāks, nospiežot fizikas robežas, DUV gaismu var izmantot tikai izmēriem, kas mazāki par 10 nanometriem ar izšķirtspējas zudumu kvalitāti.

EUV litogrāfijas sistēmas ir saistītas ne tikai ar jaunāku tehnoloģiju palaišanas izmaksām, bet arī pēc būtības dārgākas nekā DUV litogrāfijas aprīkojums un apkope. Piemēram, EUV litogrāfijas sistēmas uzstādīja Intel 2023. gadā katrs maksāja 150 miljonus dolāru. Šīs izmaksas padara DUV litogrāfijas sistēmas priekšroka lietojumiem, kur nav nepieciešams mazāks EUV litogrāfijas izmērs.

DUV litogrāfija ir arī zināms daudzums: nav nepieciešama papildu apmācība, jaunas telpas un citi lieli kapitālieguldījumi, kas nepieciešami EUV gaismas sistēmām. DUV gaismas tehnoloģija joprojām ir nepieciešama daudzām mikroshēmām tālruņos, datoros, automašīnās un robotos, un tā ir izrādījusies izturīga un daudzpusīga. Tā salīdzinoši vienkāršāki procesi nozīmē arī to, ka DUV litogrāfija var ražot vairāk mikroshēmu uz vienu vienību laiku nekā EUV litogrāfija, kas ir svarīgs punkts tās labā, ņemot vērā globālo pieprasījumu pēc pusvadītāji.

Daudzi sagaida, ka DUV litogrāfija būs populāra arī turpmākajos gados. Tas daļēji ir saistīts ar EUV litogrāfijas cenu un tehniskajām problēmām, kas saistītas ar jebkuru jaunu tehnoloģiju. Turklāt DUV litogrāfijas tehnoloģija nav iestrēgusi savā vietā, turpinot uzlabot to, kā tā palīdz radīt mikroshēmas, kas atrodamas daudzās mūsu ikdienas dzīves elektroniskajās ierīcēs.

Nozare, visticamāk, atrodas pārejas posmā, un, lai gan EUV gaismai būs arvien svarīgāka loma mikroshēmu ražošanā, DUV litogrāfija joprojām ir ļoti svarīga mūsu ikdienā lietojamās elektronikas ražošanā dzīvības.

EUV litogrāfijas priekšrocības un trūkumi

EUV litogrāfija ir salīdzinoši jauna tehnoloģija, kurai ir daudzas priekšrocības un daži trūkumi, kas jāņem vērā.

Priekšrocības

EUV litogrāfija sniedz daudzas priekšrocības, kas varētu novest pie turpmākas attīstības mikroshēmu ražošanā. Šeit ir divi no iemesliem, kāpēc pusvadītāju uzņēmumi, piemēram, Intel, tik daudz iegulda tehnoloģijā:

• EUV gaisma var radīt sarežģītākus un smalkākus zīmējumus uz silīcija plāksnēm, ļaujot mikroshēmā ievietot vairāk tranzistoru.
• EUV litogrāfija samazina shēmas izveidošanai nepieciešamo raksta slāņu skaitu (masku skaitu).

Trūkumi

EUV litogrāfijai ir daudz priekšrocību, taču kā jaunai tehnoloģijai ir svarīgi ņemt vērā tās trūkumus.

• EUV litogrāfijas sistēmas ir dārgākas nekā citas mikroshēmu litogrāfijas sistēmas.
• ASML ir vienīgais uzņēmums, kas ražo šīs sistēmas, kas varētu radīt šķēršļus uzņēmumiem, kas vēlas izmantot EUV litogrāfiju vai kuriem ir nepieciešams atbalsts savām iekārtām.

Bottom Line

EUV gaismu izmanto mikroshēmu litogrāfijā, lai izveidotu mikroshēmas izveidošanai nepieciešamos modeļus, lai gan daudz mazākos izmēros nekā ar iepriekšējām litogrāfijas metodēm. Tomēr tā novitātes dēļ tikai viens uzņēmums ASML ražo mašīnas, kas to izmanto, un tās ir dārgas. Tehnoloģijai attīstoties, tai vajadzētu ieņemt galveno lomu turpmākajā mikroshēmu ražošanas attīstībā.