Что такое EUV и как оно работает?

Технология экстремального ультрафиолета (EUV) является ключевым фактором перемен в полупроводниковой промышленности. Литография, метод, используемый для печати сложных узоров на полупроводниковых материалах, с начала эпохи полупроводников продвинулся вперед за счет использования все более коротких волн. EUV-литография пока самая короткая.

Первая машина EUV-литографии, купленная партиями и готовая к производству, разрабатывалась в течение десятилетий. АСМЛ, голландская полупроводниковая компания.

Что такое EUV-литография?

EUV-свет относится к сильному ультрафиолетовому излучению, используемому для литографии микрочипов, при котором пластина микрочипа покрывается светочувствительным материалом и осторожно подвергается воздействию света. При этом на пластине печатается рисунок, который используется на дальнейших этапах процесса проектирования микрочипа.

История компьютеров — это история полупроводниковой промышленности, которая, в свою очередь, является историей неустанного стремления к миниатюризации. На начальном этапе развития этого сектора, с 1950-х до середины 1980-х годов, фотолитография выполнялась с помощью ультрафиолетового света и фотомасок для проецирования схемных рисунков на кремниевые пластины.

В течение этого времени, Закон Мура— утверждение 1960-х годов о том, что количество транзисторов в микрочипе будет удваиваться каждые два года — начало наталкиваться на физические пределы этого процесса. Это означало, что ошеломляющий рост вычислительной мощности и снижение затрат на технологии для потребителей также могли достичь предела. С 1980-х по 2000-е годы литография глубоким ультрафиолетом (DUV) привела к следующему поколению миниатюризации, используя более короткие волны в диапазоне от 153 до 248 нанометров, что позволило получить меньшие отпечатки на кремниевых пластинах. из полупроводники.

В преддверии нового тысячелетия исследователи и конкурирующие фирмы по всему миру искали прорывы в создании возможности EUV-литографии и ее еще более коротких длин волн. ASML завершила создание прототипа в 2003 году, хотя на разработку системы, готовой к производству, потребовалось еще десять лет.

С тех пор каждые несколько лет ASML выпускала следующую версию своих систем EUV-литографии с большей производительностью и длиной волны до 13,5 нанометров. Это позволяет создавать невероятно точные конструкции микрочипов и максимально плотно размещать транзисторы на микрочипах — короче говоря, это обеспечивает более высокую скорость работы компьютеров.

Как работает EUV-литография

Системы EUV-литографии ASML излучают свет с длиной волны около 13,5 нанометров, что значительно короче, чем у длины волн, используемые в литографии DUV предыдущего поколения, что позволяет печатать более мелкие узоры на полупроводниках. вафли. Самые совершенные микрочипы могут иметь узлы размером всего 7, 5 и 3 нанометра, которые изготавливаются путем многократного прохождения полупроводниковых пластин через систему EUV-литографии.

Хотя вы не сможете выполнить эти шаги в своей гаражной мастерской для изготовления полупроводников, они важны. для понимания того, как можно развивать используемые технологии и где потенциальные инвестиционные фонды могут быть лучшими размещен. Сначала лазер высокой интенсивности направляется на материал (обычно олово) для генерации плазмы (движущиеся заряженные электроны и протоны). Затем плазма излучает EUV-свет с длиной волны около 13,5 нанометров.

Генерируемый свет собирается и направляется через ряд зеркал и оптику через маску или сетку в виде цепи. Рисунок размещается на пути EUV-света аналогично использованию трафарета для нанесения рисунка на доска. Материал, называемый фоторезистом на пластине, чувствителен к EUV-излучению, и области, подвергающиеся его воздействию, претерпевают химические изменения, а затем подвергаются травлению. Затем на протравленные участки можно наносить новые материалы для формирования различных компонентов микрочипа. Этот процесс можно повторять до 100 раз с разными масками для создания многослойных сложных схем на одной пластине.

После этих этапов пластина подвергается дальнейшим процессам удаления примесей и подготовки чипа к разрезанию на отдельные чипы. Затем их упаковывают для использования в электронных устройствах.

EUV против. ДУВ Литография

В то время как крупные закупки систем EUV-литографии стали движущей силой новостей в сверхпроводниковой промышленности, учитывая Несмотря на значительные затраты и технологические достижения, которые она может принести, литография DUV все еще более широко распространена. использовал. Его преимущество заключается в том, что он уже находится в производство объектов с персоналом, обученным их использованию.

EUV-литография с чрезвычайно короткими длинами волн (около 13,5 нанометров) позволяет более точно вытравливать более мелкие элементы на чипах. В свою очередь, DUV-литография работает на длинах волн, начиная с 153 нанометров. Хотя производители микросхем могут использовать это для проектов размером всего 5 нанометров или меньше, За пределами физики DUV-свет можно использовать только для размеров менее 10 нанометров с потерей разрешения. качество.

Системы EUV-литографии не только требуют затрат на запуск новых технологий, но и по своей сути дороже, чем оборудование и обслуживание для DUV-литографии. Например, системы EUV-литографии, установленные Интел в 2023 году обойдутся в $150 млн каждый. Эта стоимость делает системы литографии DUV предпочтительными для тех случаев, когда меньший размер литографии EUV не нужен.

Литография DUV также является известной величиной: нет необходимости в дополнительном обучении, новом оборудовании и других крупных капиталовложениях, которые требуются для систем освещения EUV. Технология освещения DUV по-прежнему необходима для многих чипов в телефонах, компьютерах, автомобилях и роботах, и она доказала свою надежность и универсальность. Относительно более простые процессы также означают, что литография DUV позволяет производить больше чипов на единицу продукции. время, чем EUV-литография, что является важным моментом в ее пользу в свете глобального спроса на полупроводники.

Многие ожидают, что литография DUV останется популярной еще долгие годы. Частично это связано с ценой EUV-литографии и техническими проблемами, которые возникают при использовании любой новой технологии. Кроме того, технология литографии DUV не стоит на месте, продолжая совершенствовать то, как она помогает создавать чипы, используемые во многих электронных устройствах нашей повседневной жизни.

Отрасль, вероятно, находится в переходном периоде, и хотя EUV-свет будет играть все более важную роль в Производство чипов, DUV-литография по-прежнему жизненно важна для производства электроники, используемой в нашей повседневной жизни. жизни.

Преимущества и недостатки EUV-литографии

EUV-литография — относительно новая технология, имеющая множество преимуществ и некоторые недостатки, которые следует учитывать.

Преимущества

EUV-литография дает множество преимуществ, которые могут привести к будущему развитию производства микрочипов. Вот две причины, по которым полупроводниковые компании, такие как Intel, так много инвестируют в эту технологию:

• EUV-свет может создавать более сложные и тонкие узоры на кремниевых пластинах, что позволяет разместить больше транзисторов на микрочипе.
• EUV-литография уменьшает количество слоев рисунка (количество масок), необходимых для создания схемы.

Недостатки

EUV-литография имеет множество преимуществ, но, поскольку это новая технология, важно учитывать ее недостатки.

• Системы EUV-литографии дороже, чем другие системы для литографии микрочипов.
• ASML — единственная компания, производящая эти системы, что может стать узким местом для компаний, желающих использовать EUV-литографию или нуждающихся в поддержке своего оборудования.

Нижняя линия

EUV-свет используется в литографии микрочипов для создания узоров, необходимых для создания микрочипа, хотя и гораздо меньших размеров, чем при использовании предыдущих методов литографии. Однако из-за новизны только одна компания — ASML — производит машины, использующие его, и они стоят дорого. По мере развития технологии она должна играть центральную роль в будущих разработках в производстве микрочипов.