EUV คืออะไร และทำงานอย่างไร?

เทคโนโลยีแสงอัลตราไวโอเลตระดับสูงสุด (EUV) เป็นตัวขับเคลื่อนหลักของการเปลี่ยนแปลงในอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ การพิมพ์หินวิธีการที่ใช้ในการพิมพ์ลวดลายที่ซับซ้อนลงบนวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ได้ก้าวหน้าไปโดยใช้ความยาวคลื่นที่สั้นลงนับตั้งแต่เริ่มยุคเซมิคอนดักเตอร์ การพิมพ์หิน EUV นั้นสั้นที่สุด

ในการพัฒนามานานหลายทศวรรษ เครื่องพิมพ์หิน EUV เครื่องแรกที่ซื้อเป็นชุดและพร้อมสำหรับการผลิตมาจาก ASMLบริษัทเซมิคอนดักเตอร์สัญชาติเนเธอร์แลนด์

EUV การพิมพ์หินคืออะไร?

แสง EUV หมายถึงแสงอัลตราไวโอเลตระดับรุนแรงที่ใช้สำหรับการพิมพ์หินไมโครชิป ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเคลือบแผ่นเวเฟอร์ไมโครชิปในวัสดุที่ไวต่อแสงและปล่อยให้แสงอย่างระมัดระวัง ซึ่งจะพิมพ์ลวดลายลงบนแผ่นเวเฟอร์ ซึ่งใช้สำหรับขั้นตอนต่อไปในกระบวนการออกแบบไมโครชิป

ประวัติศาสตร์ของคอมพิวเตอร์คือประวัติศาสตร์ของอุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ ซึ่งในทางกลับกันก็คือประวัติศาสตร์ของการแสวงหาการย่อขนาดอย่างไม่หยุดยั้ง ในช่วงเริ่มต้นของภาคส่วนนี้ตั้งแต่ปี 1950 ถึงกลางทศวรรษที่ 80 การพิมพ์หินด้วยแสงทำได้ผ่านแสงยูวีและโฟโตมาสก์เพื่อฉายรูปแบบวงจรบนเวเฟอร์ซิลิคอน

ในช่วงเวลานี้ กฎของมัวร์—คำทำนายในทศวรรษ 1960 ที่ว่าจำนวนทรานซิสเตอร์บนไมโครชิปจะเพิ่มขึ้นสองเท่าทุก ๆ สองปี—เริ่มต้นขึ้นโดยเทียบกับขีดจำกัดทางกายภาพของกระบวนการนี้ ซึ่งหมายความว่าพลังการประมวลผลที่เพิ่มขึ้นอย่างน่าตกใจและต้นทุนด้านเทคโนโลยีที่ลดลงสำหรับผู้บริโภคก็ตกอยู่ในอันตรายที่จะถึงขีดจำกัดเช่นกัน ตั้งแต่ปี 1980 ถึง 2000 การพิมพ์หินด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตลึก (DUV) ผลักดันให้เกิดการย่อส่วนรุ่นต่อไป โดยใช้ ความยาวคลื่นที่สั้นกว่าในช่วง 153 ถึง 248 นาโนเมตร ซึ่งอนุญาตให้มีรอยพิมพ์ขนาดเล็กบนแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน ของ เซมิคอนดักเตอร์.

ในการนำไปสู่สหัสวรรษใหม่ นักวิจัยและบริษัทคู่แข่งทั่วโลกมองหาความก้าวหน้าในการทำให้การพิมพ์หิน EUV และความยาวคลื่นที่สั้นลงเป็นไปได้ ASML สร้างต้นแบบเสร็จในปี 2546 แม้ว่าจะต้องใช้เวลาอีกทศวรรษในการพัฒนาระบบที่พร้อมสำหรับการผลิต

ทุก ๆ สองสามปีนับจากนั้น ASML ได้ส่งมอบระบบการพิมพ์หิน EUV ซ้ำครั้งต่อไป โดยมีกำลังการผลิตมากขึ้นและความยาวคลื่นลดลงเหลือ 13.5 นาโนเมตร ซึ่งช่วยให้สามารถออกแบบไมโครชิปได้อย่างแม่นยำอย่างเหลือเชื่อ และจัดวางทรานซิสเตอร์บนไมโครชิปได้หนาแน่นที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ พูดง่ายๆ ก็คือ ช่วยให้คอมพิวเตอร์มีความเร็วเร็วขึ้น

EUV Lithography ทำงานอย่างไร

ระบบการพิมพ์หิน EUV ของ ASML ปล่อยแสงที่มีความยาวคลื่นประมาณ 13.5 นาโนเมตร ซึ่งสั้นกว่า ความยาวคลื่นที่ใช้ในการพิมพ์หิน DUV รุ่นก่อนหน้า ซึ่งช่วยให้สามารถพิมพ์รูปแบบที่ละเอียดยิ่งขึ้นบนเซมิคอนดักเตอร์ เวเฟอร์ ไมโครชิปที่ล้ำหน้าที่สุดสามารถมีโหนดที่มีขนาดเล็กถึง 7, 5 และ 3 นาโนเมตร ซึ่งสร้างขึ้นโดยการส่งเวเฟอร์เซมิคอนดักเตอร์ซ้ำๆ ผ่านระบบการพิมพ์หิน EUV

แม้ว่าคุณจะไม่สามารถทำตามขั้นตอนเหล่านี้ในโรงจอดรถของคุณเพื่อสร้างเซมิคอนดักเตอร์ได้ แต่ขั้นตอนเหล่านี้มีความสำคัญ เพื่อทำความเข้าใจว่าเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องสามารถก้าวหน้าได้อย่างไรและแหล่งเงินลงทุนที่มีศักยภาพดีที่สุด วางไว้ ขั้นแรก เลเซอร์ความเข้มสูงจะถูกส่งไปยังวัสดุ (โดยปกติคือดีบุก) เพื่อสร้างพลาสมา (อิเล็กตรอนและโปรตอนที่มีประจุในการเคลื่อนที่) จากนั้นพลาสมาจะปล่อยแสง EUV ที่ความยาวคลื่นประมาณ 13.5 นาโนเมตร

แสงที่สร้างขึ้นจะถูกรวบรวมและส่งผ่านชุดกระจกและเลนส์ผ่านหน้ากากหรือเส้นเล็งเป็นวงจร ลวดลายถูกวางไว้ในเส้นทางของแสง EUV ในลักษณะหลวม ๆ คล้ายกับการใช้ลายฉลุเพื่อวาดลวดลายบน กระดาน. วัสดุที่เรียกว่าโฟโตรีซิสต์บนแผ่นเวเฟอร์มีความไวต่อแสง EUV และบริเวณที่สัมผัสกับแสงจะเกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีและถูกกัดกร่อน วัสดุใหม่อาจถูกสะสมไว้ในบริเวณที่กัดกร่อนเพื่อสร้างส่วนประกอบต่างๆ ของไมโครชิป กระบวนการนี้สามารถทำซ้ำได้สูงสุด 100 ครั้งโดยใช้มาสก์ที่แตกต่างกันเพื่อสร้างวงจรที่ซับซ้อนหลายชั้นบนเวเฟอร์แผ่นเดียว

หลังจากขั้นตอนเหล่านี้ เวเฟอร์จะเข้าสู่กระบวนการเพิ่มเติมเพื่อขจัดสิ่งเจือปนและเตรียมชิปให้พร้อมที่จะหั่นเป็นชิปแต่ละชิ้น จากนั้นจึงบรรจุเพื่อใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

EUV เทียบกับ การพิมพ์หิน DUV

ในขณะที่การซื้อระบบการพิมพ์หิน EUV ครั้งใหญ่ได้ผลักดันข่าวในอุตสาหกรรมตัวนำยิ่งยวด ค่าใช้จ่ายอันมหาศาลที่เกี่ยวข้องและความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่สามารถนำมาได้ การพิมพ์หิน DUV ยังคงแพร่หลายมากขึ้น ใช้แล้ว. มีข้อดีตรงที่เข้ามาแล้ว การผลิต สิ่งอำนวยความสะดวกพร้อมพนักงานที่ได้รับการฝึกอบรมการใช้งาน

การพิมพ์หิน EUV ที่มีความยาวคลื่นสั้นมากประมาณ 13.5 นาโนเมตร ช่วยให้สามารถแกะสลักคุณสมบัติเล็กๆ บนชิปได้ละเอียดยิ่งขึ้น ในส่วนของการพิมพ์หิน DUV ทำงานที่ความยาวคลื่นเริ่มต้นที่ 153 นาโนเมตร ในขณะที่ผู้ผลิตชิปสามารถใช้สิ่งนี้กับการออกแบบที่มีขนาดเล็กเพียง 5 นาโนเมตรหรือน้อยกว่าได้ ขอบเขตของฟิสิกส์ แสง DUV สามารถใช้ได้เฉพาะกับขนาดต่ำกว่า 10 นาโนเมตรเท่านั้นที่สูญเสียความละเอียด คุณภาพ.

ระบบการพิมพ์หิน EUV ไม่เพียงแต่มาพร้อมกับต้นทุนเริ่มต้นของเทคโนโลยีใหม่เท่านั้น แต่ยังมีราคาแพงกว่าอุปกรณ์และการบำรุงรักษาสำหรับการพิมพ์หิน DUV อีกด้วย เช่น ระบบ EUV lithography ที่ติดตั้งโดย อินเทล ในปี 2023 มีค่าใช้จ่าย 150 ล้านดอลลาร์ต่ออัน ค่าใช้จ่ายนี้ทำให้ระบบการพิมพ์หิน DUV เป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานโดยไม่จำเป็นต้องใช้ขนาดที่เล็กกว่าของการพิมพ์หิน EUV

การพิมพ์หิน DUV ก็เป็นปริมาณที่ทราบเช่นกัน: ไม่จำเป็นต้องมีการฝึกอบรมเพิ่มเติม สิ่งอำนวยความสะดวกใหม่ๆ และการลงทุนหลักอื่นๆ ที่ระบบไฟ EUV ต้องการ เทคโนโลยีแสง DUV ยังจำเป็นสำหรับชิปจำนวนมากในโทรศัพท์ คอมพิวเตอร์ รถยนต์ และหุ่นยนต์ และได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความแข็งแกร่งและใช้งานได้หลากหลาย กระบวนการที่ค่อนข้างง่ายกว่ายังหมายความว่าการพิมพ์หิน DUV สามารถผลิตชิปได้มากขึ้นต่อหน่วย เวลากว่าการพิมพ์หิน EUV ซึ่งเป็นจุดสำคัญที่เอื้อต่อความต้องการทั่วโลก เซมิคอนดักเตอร์

หลายคนคาดหวังว่าการพิมพ์หิน DUV จะยังคงได้รับความนิยมต่อไปอีกหลายปี ส่วนหนึ่งเป็นเพราะราคาของการพิมพ์หิน EUV และปัญหาทางเทคนิคที่มาพร้อมกับเทคโนโลยีใหม่ นอกจากนี้ เทคโนโลยีการพิมพ์หิน DUV ไม่ได้ติดอยู่กับที่ โดยยังคงปรับปรุงวิธีการช่วยสร้างชิปที่พบในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากในชีวิตประจำวันของเราอย่างต่อเนื่อง

อุตสาหกรรมมีแนวโน้มที่จะอยู่ในช่วงเปลี่ยนผ่าน และในขณะที่ไฟ EUV จะมีบทบาทสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ การผลิตชิป การพิมพ์หิน DUV ยังคงมีความสำคัญต่อการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในชีวิตประจำวันของเรา ชีวิต.

ข้อดีและข้อเสียของการพิมพ์หิน EUV

การพิมพ์หิน EUV เป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างใหม่ซึ่งนำข้อดีและข้อเสียบางประการมาพิจารณา

ข้อดี

การพิมพ์หิน EUV มีข้อดีหลายประการที่อาจนำไปสู่การพัฒนาการผลิตไมโครชิปในอนาคต ต่อไปนี้เป็นสองเหตุผลที่บริษัทเซมิคอนดักเตอร์อย่าง Intel ลงทุนอย่างมากในเทคโนโลยีนี้:

• แสง EUV สามารถสร้างรูปแบบที่ซับซ้อนและละเอียดมากขึ้นบนเวเฟอร์ซิลิคอน ซึ่งช่วยให้สามารถวางทรานซิสเตอร์บนไมโครชิปได้มากขึ้น
• การพิมพ์หิน EUV ช่วยลดจำนวนเลเยอร์รูปแบบ (จำนวนมาสก์) ที่จำเป็นในการสร้างวงจร

ข้อเสีย

การพิมพ์หิน EUV มีประโยชน์มากมาย แต่ในฐานะเทคโนโลยีใหม่ การพิจารณาข้อเสียจึงเป็นสิ่งสำคัญ

• ระบบการพิมพ์หิน EUV มีราคาแพงกว่าระบบอื่นๆ สำหรับการพิมพ์หินด้วยไมโครชิป
• ASML เป็นบริษัทเดียวที่ผลิตระบบเหล่านี้ ซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหาคอขวดสำหรับบริษัทที่ต้องการใช้การพิมพ์หิน EUV หรือต้องการการสนับสนุนสำหรับเครื่องจักรของตน

บรรทัดล่าง

แสง EUV ใช้ในการพิมพ์หินไมโครชิปเพื่อสร้างรูปแบบที่จำเป็นในการสร้างไมโครชิป แม้ว่าจะมีขนาดเล็กกว่าเทคนิคการพิมพ์หินครั้งก่อนๆ มากก็ตาม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความแปลกใหม่ จึงมีบริษัทเดียวเท่านั้น (ASML) ที่ผลิตเครื่องจักรที่ใช้มัน และพวกมันก็มีราคาแพง เมื่อเทคโนโลยีเติบโตเต็มที่ ก็ควรมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาการผลิตไมโครชิปในอนาคต