Ce este EUV și cum funcționează?

Tehnologia luminii ultraviolete extreme (EUV) este un factor cheie al schimbării în industria semiconductoarelor. Litografia, metoda folosită pentru imprimarea modelelor complicate pe materiale semiconductoare, a avansat prin utilizarea lungimii de undă tot mai scurte de la începutul erei semiconductoarelor. Litografia EUV este cea mai scurtă de până acum.

În dezvoltare de zeci de ani, a fost prima mașină de litografie EUV cumpărată în loturi și gata de producție ASML, compania olandeză de semiconductori.

Ce este litografia EUV?

Lumina EUV se referă la lumina ultravioletă extremă utilizată pentru litografia cu microcip, care implică acoperirea plachetei cu microcip într-un material fotosensibil și expunerea cu grijă la lumină. Acest lucru imprimă un model pe plachetă, care este utilizat pentru pașii ulterioare în procesul de proiectare a microcipului.

Istoria computerelor este istoria industriei semiconductoarelor, care, la rândul ei, este istoria urmăririi necruțătoare a miniaturizării. În faza inițială a sectorului, din anii 1950 până la mijlocul anilor ’80, fotolitografia s-a făcut prin lumină UV și fotomăști pentru a proiecta modele de circuite pe plachete de siliciu.

În această perioadă, Legea lui Moore— dictonul anilor 1960 conform căruia numărul de tranzistori de pe un microcip s-ar dubla la fiecare doi ani — a început să se confrunte cu limitele fizice ale acestui proces. Acest lucru a însemnat că creșterile uluitoare ale puterii de calcul și costurile reduse ale tehnologiei pentru consumatori erau, de asemenea, în pericol de a atinge o limită. Din anii 1980 până în anii 2000, litografia cu ultraviolete adânci (DUV) a condus următoarea generație de miniaturizare, folosind lungimi de undă mai scurte în intervalul de la 153 la 248 nanometri, ceea ce a permis amprente mai mici pe plăcile de siliciu de semiconductori.

În preajma noului mileniu, cercetătorii și firmele concurente din întreaga lume au căutat progrese în a face posibilă litografia EUV și lungimile de undă și mai scurte. ASML a finalizat un prototip în 2003, deși va dura încă un deceniu pentru a dezvolta un sistem gata de producție.

La fiecare câțiva ani de atunci, ASML a livrat următoarea iterație a sistemelor sale de litografie EUV cu o capacitate mai mare de producție și lungimi de undă de până la 13,5 nanometri. Acest lucru permite modele de microcipuri incredibil de precise și plasarea cât mai densă a tranzistorilor pe microcipuri - pe scurt, permite viteze mai mari ale computerului.

Cum funcționează litografia EUV

Sistemele de litografie EUV ale ASML emit lumină cu lungimi de undă de aproximativ 13,5 nanometri, care este semnificativ mai scurtă decât lungimi de undă utilizate în generația anterioară de litografie DUV, permițând astfel imprimarea modelelor mai fine pe semiconductor napolitane. Cele mai avansate microcipuri pot avea noduri de 7, 5 și 3 nanometri, care sunt realizate prin trecerea repetată a plăcilor semiconductoare prin sistemul de litografie EUV.

Deși nu veți putea urma acești pași în atelierul dvs. de garaj pentru a face semiconductori, aceștia sunt importanți pentru a înțelege modul în care tehnologia implicată poate fi avansată și unde ar putea fi cele mai bune fonduri de investiții potențiale plasat. În primul rând, un laser de mare intensitate este îndreptat către un material (de obicei staniu) pentru a genera plasmă (electroni încărcați și protoni în mișcare). Plasma emite apoi lumina EUV la o lungime de undă de aproximativ 13,5 nanometri.

Lumina generată este adunată și direcționată printr-o serie de oglinzi și optice printr-o mască sau reticul ca un circuit modelul este plasat în calea luminii EUV, într-o manieră vag analogă cu utilizarea unui șablon pentru a picta un model pe un bord. Un material numit fotorezist de pe placă este sensibil la lumina EUV, iar zonele expuse la acesta trec printr-o schimbare chimică și apoi sunt gravate. Materialele noi pot fi apoi depuse în zonele gravate pentru a forma diferitele componente ale microcipului. Acest proces poate fi repetat de până la 100 de ori cu măști diferite pentru a crea circuite complexe multistratificate pe o singură napolitană.

După acești pași, napolitana trece prin procese ulterioare pentru a îndepărta impuritățile și pentru a pregăti așchiul pentru a fi tăiat în chipsuri individuale. Acestea sunt apoi ambalate pentru a fi utilizate în dispozitive electronice.

EUV vs. Litografia DUV

În timp ce achizițiile majore de sisteme de litografie EUV au generat știri în industria supraconductoarelor, dat fiind costurile dramatice implicate și progresele tehnologice pe care le-ar putea aduce, litografia DUV este încă mai răspândită folosit. Are avantajul că este deja în de fabricație facilităţi cu personal instruit în utilizarea acestuia.

Litografia EUV, cu lungimile de undă extrem de scurte de aproximativ 13,5 nanometri, permite gravarea mai fină a caracteristicilor mai mici pe cipuri. La rândul său, litografia DUV funcționează la lungimi de undă începând de la 153 de nanometri. În timp ce producătorii de cipuri pot folosi acest lucru pentru modele cu dimensiuni de până la 5 nanometri sau mai puțin, împingând limitele fizicii, lumina DUV poate fi folosită numai pentru dimensiuni sub 10 nanometri cu o pierdere de rezoluție calitate.

Sistemele de litografie EUV nu numai că vin cu costurile de pornire ale tehnologiilor mai noi, dar sunt în mod inerent mai scumpe decât echipamentele și întreținerea pentru litografia DUV. De exemplu, sistemele de litografie EUV instalate de Intel în 2023 a costat 150 de milioane de dolari fiecare. Acest cost face ca sistemele de litografie DUV să fie preferate pentru utilizări în care dimensiunea mai mică a litografiei EUV nu este necesară.

Litografia DUV este, de asemenea, o cantitate cunoscută: nu este nevoie de instruire suplimentară, noi facilități și alte investiții majore de capital pe care le necesită sistemele de lumină EUV. Tehnologia luminii DUV este încă necesară pentru multe cipuri din telefoane, computere, mașini și roboți și s-a dovedit robustă și versatilă. Procesele sale relativ mai simple înseamnă, de asemenea, că litografia DUV poate produce mai multe cipuri per unitate de timp decât litografia EUV, un punct important în favoarea sa în lumina cererii globale pentru semiconductori.

Mulți se așteaptă ca litografia DUV să rămână populară în anii următori. Acest lucru se datorează în parte prețului litografiei EUV și problemelor tehnice care vin cu orice tehnologie nouă. În plus, tehnologia litografiei DUV nu este blocată, continuând să îmbunătățească modul în care ajută la crearea cipurilor găsite în numeroasele dispozitive electronice din viața noastră de zi cu zi.

Industria este probabil într-o tranziție și, în timp ce lumina EUV va juca un rol din ce în ce mai central în fabricarea cipurilor, litografia DUV este încă vitală pentru producția de electronice folosite în fiecare zi vieți.

Avantajele și dezavantajele litografiei EUV

Litografia EUV este o tehnologie relativ nouă care aduce multe avantaje și unele dezavantaje de luat în considerare.

Avantaje

Litografia EUV aduce multe avantaje care ar putea duce la evoluții viitoare în producția de microcipuri. Iată două dintre motivele pentru care companiile de semiconductori precum Intel investesc atât de mult în tehnologie:

• Lumina EUV poate produce modele mai complexe și mai fine pe plăcile de siliciu, permițând plasarea mai multor tranzistori pe un microcip.
• Litografia EUV reduce numărul de straturi de model (număr de măști) necesare pentru a crea un circuit.

Dezavantaje

Litografia EUV are multe beneficii, dar, ca tehnologie nouă, este important să luăm în considerare dezavantajele acesteia.

• Sistemele de litografie EUV sunt mai scumpe decât alte sisteme pentru litografie cu microcip.
• ASML este singura companie care produce aceste sisteme, ceea ce ar putea crea un blocaj pentru companiile care doresc să utilizeze litografia EUV sau care au nevoie de sprijin pentru utilajele lor.

Concluzia

Lumina EUV este utilizată în litografia cu microcip pentru a produce modelele necesare pentru a crea un microcip, deși la dimensiuni mult mai mici decât cele din tehnicile litografice anterioare. Cu toate acestea, din cauza noutății sale, o singură companie – ASML – produce mașini care îl folosesc și sunt costisitoare. Pe măsură ce tehnologia se maturizează, ea ar trebui să joace un rol central în evoluțiile viitoare în producția de microcipuri.