Kaj je EUV in kako deluje?

Tehnologija ekstremne ultravijolične (EUV) svetlobe je ključno gonilo sprememb v industriji polprevodnikov. Litografija, metoda, ki se uporablja za tiskanje zapletenih vzorcev na polprevodniške materiale, je od začetka dobe polprevodnikov napredovala z uporabo vse krajših valovnih dolžin. EUV litografija je najkrajša doslej.

V razvoju desetletja je bil prvi EUV litografski stroj, kupljen v serijah in pripravljen za proizvodnjo ASML, nizozemsko podjetje za polprevodnike.

Kaj je EUV litografija?

Svetloba EUV se nanaša na ekstremno ultravijolično svetlobo, ki se uporablja za litografijo mikročipov, ki vključuje oblaganje rezin mikročipov s fotoobčutljivim materialom in njihovo previdno izpostavljanje svetlobi. To natisne vzorec na rezino, ki se uporablja za nadaljnje korake v procesu oblikovanja mikročipa.

Zgodovina računalnikov je zgodovina industrije polprevodnikov, ta pa je zgodovina neusmiljenega prizadevanja za miniaturizacijo. V začetni fazi sektorja od 1950-ih do sredine 1980-ih je bila fotolitografija narejena z UV svetlobo in fotomaskami za projiciranje vzorcev vezij na silicijeve rezine.

Med tem časom, Moorov zakon— narek iz šestdesetih let prejšnjega stoletja, da se bo število tranzistorjev na mikročipu podvojilo vsaki dve leti — je začel prihajati proti fizičnim omejitvam tega procesa. To je pomenilo, da je grozilo, da bo preseglo mejo tudi osupljivo povečanje računalniške moči in znižani stroški tehnologije za potrošnike. Od 1980-ih do 2000-ih je globoka ultravijolična (DUV) litografija vodila naslednjo generacijo miniaturizacije z uporabo krajše valovne dolžine v območju od 153 do 248 nanometrov, kar je omogočilo manjše odtise na silicijevih rezinah od polprevodniki.

Pred začetkom novega tisočletja so raziskovalci in konkurenčna podjetja po vsem svetu iskali preboje pri omogočanju EUV litografije in njenih še krajših valovnih dolžin. ASML je dokončal prototip leta 2003, čeprav bo trajalo še eno desetletje, da se razvije sistem, pripravljen za proizvodnjo.

Od takrat je ASML vsakih nekaj let dostavil naslednjo ponovitev svojih EUV litografskih sistemov z večjo zmogljivostjo za proizvodnjo in valovnimi dolžinami do 13,5 nanometrov. To omogoča neverjetno natančne zasnove mikročipov in najgostejšo možno postavitev tranzistorjev na mikročipe – skratka, omogoča večje hitrosti računalnika.

Kako deluje EUV litografija

EUV litografski sistemi ASML oddajajo svetlobo z valovno dolžino približno 13,5 nanometrov, kar je bistveno krajše od valovne dolžine, uporabljene v prejšnji generaciji litografije DUV, kar omogoča tiskanje finejših vzorcev na polprevodnike napolitanke. Najnaprednejši mikročipi imajo lahko vozlišča tako majhna kot 7, 5 in 3 nanometre, ki so narejena z večkratnim prehajanjem polprevodniških rezin skozi EUV litografski sistem.

Čeprav v svoji garažni delavnici ne boste mogli slediti tem korakom za izdelavo polprevodnikov, so pomembni za razumevanje, kako je mogoče napredovati vključeno tehnologijo in kje bi bili potencialni investicijski skladi najboljši postavljeno. Najprej se visokointenzivni laser usmeri na material (običajno kositer), da se ustvari plazma (nabiti elektroni in protoni v gibanju). Plazma nato oddaja EUV svetlobo pri valovni dolžini približno 13,5 nanometrov.

Ustvarjena svetloba se zbere in usmeri skozi niz ogledal in optiko skozi masko ali namerilni križ kot vezje vzorec je postavljen na pot EUV-svetlobe, na način, ki je ohlapno podoben uporabi šablone za barvanje vzorca na tabla. Material, imenovan fotorezist na rezini, je občutljiv na EUV svetlobo, področja, ki so ji izpostavljena, pa gredo skozi kemično spremembo in se nato jedkajo. Novi materiali se lahko nato nanesejo na vgravirana območja, da se oblikujejo različne komponente mikročipa. Ta postopek je mogoče ponoviti do 100-krat z različnimi maskami, da ustvarite večplastna, kompleksna vezja na eni rezini.

Po teh korakih je rezina podvržena nadaljnjim postopkom za odstranitev nečistoč in pripravo čipa za rezanje na posamezne čipe. Nato so zapakirani za uporabo v elektronskih napravah.

EUV vs. DUV litografija

Medtem ko so veliki nakupi EUV litografskih sistemov spodbujali novice v industriji superprevodnikov zaradi velikih stroškov in tehnološkega napredka, ki bi ga lahko prinesel, je litografija DUV še vedno bolj razširjena. rabljeno. Ima prednost, da je že notri proizvodnja objekte z osebjem, usposobljenim za njegovo uporabo.

EUV litografija s svojimi izjemno kratkimi valovnimi dolžinami približno 13,5 nanometrov omogoča finejše jedkanje manjših elementov na čipih. Litografija DUV pa deluje na valovnih dolžinah, ki se začnejo pri 153 nanometrih. Medtem ko lahko izdelovalci čipov to uporabijo za modele velikosti 5 nanometrov ali manj, mejah fizike se svetloba DUV lahko uporablja samo za velikosti pod 10 nanometrov z izgubo ločljivosti kakovosti.

EUV litografski sistemi ne prinašajo samo začetnih stroškov novejših tehnologij, ampak so tudi sami po sebi dražji od opreme in vzdrževanja za DUV litografijo. Na primer EUV litografski sistemi, ki jih je namestil Intel leta 2023 vsaka stane 150 milijonov dolarjev. Zaradi tega stroška so sistemi litografije DUV prednostni za uporabo, kjer je manjša velikost litografije EUV nepotrebna.

Tudi litografija DUV je znana količina: ni potrebe po dodatnem usposabljanju, novih objektih in drugih večjih kapitalskih naložbah, ki jih zahtevajo svetlobni sistemi EUV. Svetlobna tehnologija DUV je še vedno potrebna za številne čipe v telefonih, računalnikih, avtomobilih in robotih, izkazala pa se je za robustno in vsestransko. Njeni relativno enostavnejši postopki tudi pomenijo, da lahko litografija DUV proizvede več čipov na enoto čas kot litografija EUV, kar je pomembna točka v njeno korist glede na svetovno povpraševanje po polprevodniki.

Mnogi pričakujejo, da bo litografija DUV ostala priljubljena še leta. To je delno zaradi cene EUV litografije in tehničnih težav, ki jih prinaša vsaka nova tehnologija. Poleg tega tehnologija litografije DUV ni obstala na mestu, saj še naprej izboljšuje, kako pomaga pri ustvarjanju čipov, ki jih najdemo v številnih elektronskih napravah našega vsakdana.

Industrija je verjetno v tranziciji, medtem ko bo EUV-svetloba igrala vse bolj osrednjo vlogo pri proizvodnji čipov je litografija DUV še vedno ključna za proizvodnjo elektronike, ki se uporablja v vsakdanjem življenju. življenja.

Prednosti in slabosti EUV litografije

EUV litografija je relativno nova tehnologija, ki prinaša številne prednosti in nekaj pomanjkljivosti, ki jih je treba upoštevati.

Prednosti

EUV litografija prinaša številne prednosti, ki bi lahko pripeljale do prihodnjega razvoja proizvodnje mikročipov. Tu sta dva razloga, zakaj polprevodniška podjetja, kot je Intel, toliko vlagajo v tehnologijo:

• EUV svetloba lahko proizvede bolj zapletene in fine vzorce na silicijevih rezinah, kar omogoča namestitev več tranzistorjev na mikročip.
• EUV litografija zmanjša število plasti vzorcev (število mask), potrebnih za ustvarjanje vezja.

Slabosti

EUV litografija ima številne prednosti, vendar je kot nova tehnologija pomembno upoštevati njene pomanjkljivosti.

• EUV litografski sistemi so dražji od drugih sistemov za mikročip litografijo.
• ASML je edino podjetje, ki proizvaja te sisteme, kar bi lahko povzročilo ozko grlo za podjetja, ki želijo uporabljati EUV litografijo ali potrebujejo podporo za svoje stroje.

Spodnja črta

Svetloba EUV se uporablja v litografiji mikročipov za izdelavo vzorcev, potrebnih za ustvarjanje mikročipov, čeprav v veliko manjših velikostih kot pri prejšnjih litografskih tehnikah. Vendar pa zaradi svoje novosti le eno podjetje – ASML – izdeluje stroje, ki ga uporabljajo, in so dragi. Ko tehnologija dozori, bi morala igrati osrednjo vlogo v prihodnjem razvoju proizvodnje mikročipov.