Čo je EUV a ako to funguje?

Technológia extrémneho ultrafialového svetla (EUV) je kľúčovou hybnou silou zmien v polovodičovom priemysle. Litografia, metóda používaná na tlač zložitých vzorov na polovodičové materiály, od začiatku veku polovodičov pokročila používaním stále kratších vlnových dĺžok. EUV litografia je zatiaľ najkratšia.

Vo vývoji po celé desaťročia bol prvý litografický stroj EUV zakúpený v dávkach a pripravený na výrobu ASML, holandská polovodičová spoločnosť.

Čo je EUV litografia?

EUV svetlo označuje extrémne ultrafialové svetlo používané na mikročipovú litografiu, ktoré zahŕňa potiahnutie plátku mikročipu fotocitlivým materiálom a jeho starostlivé vystavenie svetlu. Tým sa na plátok vytlačí vzor, ​​ktorý sa použije v ďalších krokoch v procese návrhu mikročipu.

História počítačov je históriou polovodičového priemyslu, ktorý je zasa históriou neúnavnej snahy o miniaturizáciu. V počiatočnej fáze sektora od 50-tych do polovice 80-tych rokov sa fotolitografia robila pomocou UV svetla a fotomasiek na premietanie vzorov obvodov na kremíkové doštičky.

Počas tejto doby Moorov zákon— výrok zo 60. rokov, že počet tranzistorov na mikročipe sa zdvojnásobí každé dva roky — začal narážať na fyzikálne limity tohto procesu. To znamenalo, že ohromujúci nárast výpočtového výkonu a zníženie nákladov na technológie pre spotrebiteľov boli tiež v nebezpečenstve dosiahnutia limitu. Od 80. do 21. storočia viedla hlboká ultrafialová (DUV) litografia k ďalšej generácii miniaturizácie pomocou kratšie vlnové dĺžky v rozsahu 153 až 248 nanometrov, čo umožnilo menšie odtlačky na kremíkových doštičkách z polovodičov.

Na začiatku nového tisícročia hľadali výskumníci a konkurenčné firmy na celom svete prelomy pri vytváraní EUV litografie a jej ešte kratších vlnových dĺžok. ASML dokončila prototyp v roku 2003, aj keď vývoj systému pripraveného na výrobu by trvalo ďalšie desaťročie.

Odvtedy každých pár rokov spoločnosť ASML dodala ďalšiu iteráciu svojich litografických systémov EUV s väčšou kapacitou výroby a vlnovými dĺžkami až do 13,5 nanometrov. To umožňuje neuveriteľne presné návrhy mikročipov a najhustejšie možné umiestnenie tranzistorov na mikročipoch – skrátka to umožňuje vyššiu rýchlosť počítača.

Ako funguje EUV litografia

Litografické systémy EUV spoločnosti ASML vyžarujú svetlo s vlnovými dĺžkami približne 13,5 nanometrov, čo je podstatne kratšie ako vlnové dĺžky používané v predchádzajúcej generácii DUV litografie, čo umožňuje tlačiť jemnejšie vzory na polovodičoch oblátky. Najpokročilejšie mikročipy môžu mať uzly malé až 7, 5 a 3 nanometre, ktoré sa vyrábajú opakovaným prechodom polovodičových doštičiek cez EUV litografický systém.

Aj keď pri výrobe polovodičov nebudete môcť vo svojej garážovej dielni postupovať podľa týchto krokov, sú dôležité na pochopenie toho, ako možno pokročilú technológiu a kde môžu byť potenciálne investičné fondy najlepšie umiestnené. Najprv sa vysokointenzívny laser nasmeruje na materiál (zvyčajne cín), aby sa vytvorila plazma (nabité elektróny a protóny v pohybe). Plazma potom vyžaruje EUV svetlo s vlnovou dĺžkou asi 13,5 nanometrov.

Generované svetlo sa zhromažďuje a smeruje cez sériu zrkadiel a optiky cez masku alebo nitkový kríž ako obvod vzor je umiestnený v dráhe EUV svetla spôsobom voľne analogickým s použitím šablóny na maľovanie vzoru na doska. Materiál nazývaný fotorezist na doštičke je citlivý na EUV svetlo a oblasti, ktorým je vystavené, prechádzajú chemickou zmenou a následne sú leptané. Nové materiály sa potom môžu nanášať na leptané oblasti, aby vytvorili rôzne komponenty mikročipu. Tento proces je možné opakovať až 100-krát s rôznymi maskami, aby sa vytvorili viacvrstvové zložité obvody na jednom plátku.

Po týchto krokoch sa plátok podrobí ďalším procesom na odstránenie nečistôt a prípravu čipu na krájanie na jednotlivé čipy. Potom sú zabalené na použitie v elektronických zariadeniach.

EUV vs. DUV litografia

Zatiaľ čo veľké nákupy litografických systémov EUV boli hnacím motorom noviniek v supravodičovom priemysle dramatické náklady a technologický pokrok, ktorý môže priniesť, je DUV litografia stále širšia použité. Má tú výhodu, že už je in výroby zariadení s personálom vyškoleným na jeho používanie.

EUV litografia so svojimi extrémne krátkymi vlnovými dĺžkami približne 13,5 nanometrov umožňuje jemnejšie leptanie menších prvkov na čipoch. Litografia DUV pracuje na vlnových dĺžkach od 153 nanometrov. Zatiaľ čo výrobcovia čipov to môžu použiť pre dizajny s veľkosťou len 5 nanometrov alebo menej, čím sa presadzuje hranice fyziky, DUV svetlo možno použiť len pre veľkosti pod 10 nanometrov so stratou rozlíšenia kvalitu.

Litografické systémy EUV prinášajú nielen počiatočné náklady na novšie technológie, ale sú tiež vo svojej podstate drahšie ako vybavenie a údržba pre litografiu DUV. Napríklad litografické systémy EUV inštalované o Intel v roku 2023 stál každý 150 miliónov dolárov. Vďaka týmto nákladom sú litografické systémy DUV preferované na použitie, kde nie je potrebná menšia veľkosť EUV litografie.

Známou veličinou je aj DUV litografia: Nie je potrebné ďalšie školenie, nové zariadenia a iné veľké kapitálové investície, ktoré si systémy EUV light vyžadujú. Technológia DUV light je stále potrebná pre mnohé čipy v telefónoch, počítačoch, autách a robotoch a ukázala sa ako robustná a všestranná. Jeho relatívne jednoduchšie procesy tiež znamenajú, že DUV litografia môže produkovať viac čipov na jednotku čas než EUV litografia, čo je dôležitý bod v jej prospech vzhľadom na celosvetový dopyt po polovodičov.

Mnohí očakávajú, že DUV litografia zostane populárna aj v nadchádzajúcich rokoch. Je to čiastočne kvôli cene EUV litografie a technickým problémom, ktoré prichádzajú s každou novou technológiou. Okrem toho technológia litografie DUV nie je zaseknutá a neustále sa zlepšuje, ako pomáha vytvárať čipy, ktoré sa nachádzajú v mnohých elektronických zariadeniach nášho každodenného života.

Odvetvie je pravdepodobne v prechode a zatiaľ čo EUV svetlo bude zohrávať čoraz ústrednejšiu úlohu pri výrobe čipov je DUV litografia stále životne dôležitá pre výrobu elektroniky používanej v našom každodennom živote životy.

Výhody a nevýhody EUV litografie

EUV litografia je relatívne nová technológia, ktorá prináša mnohé výhody a niektoré nevýhody.

Výhody

EUV litografia prináša mnoho výhod, ktoré by mohli viesť k budúcemu vývoju vo výrobe mikročipov. Tu sú dva dôvody, prečo polovodičové spoločnosti ako Intel tak veľa investujú do technológie:

• EUV svetlo môže vytvárať zložitejšie a jemnejšie vzory na kremíkových doštičkách, čo umožňuje umiestniť viac tranzistorov na mikročip.
• EUV litografia znižuje počet vrstiev vzorov (počet masiek) potrebných na vytvorenie obvodu.

Nevýhody

EUV litografia má mnoho výhod, ale ako nová technológia je dôležité zvážiť jej nevýhody.

• EUV litografické systémy sú drahšie ako iné systémy pre mikročipovú litografiu.
• ASML je jedinou spoločnosťou vyrábajúcou tieto systémy, ktoré by mohli vytvoriť prekážku pre spoločnosti, ktoré chcú používať EUV litografiu alebo potrebujú podporu pre svoje stroje.

Spodný riadok

EUV svetlo sa používa v mikročipovej litografii na vytvorenie vzorov potrebných na vytvorenie mikročipu, aj keď v oveľa menších veľkostiach ako pri predchádzajúcich litografických technikách. Avšak kvôli jeho novosti iba jedna spoločnosť – ASML – vyrába stroje, ktoré ho používajú, a sú nákladné. Ako technológia dozrieva, mala by hrať ústrednú úlohu v budúcom vývoji vo výrobe mikročipov.