Що таке EUV і як це працює?

Технологія екстремального ультрафіолетового (EUV) світла є ключовим рушієм змін у напівпровідниковій промисловості. Літографія, метод, який використовується для друку складних візерунків на напівпровідникових матеріалах, прогресувала завдяки використанню все коротших довжин хвиль з початку епохи напівпровідників. Літографія EUV є найкоротшою.

Перший EUV-літографічний апарат, який розроблявся десятиліттями, купувався партіями та був готовий до виробництва ASML, голландська напівпровідникова компанія.

Що таке EUV літографія?

EUV-світло відноситься до екстремального ультрафіолетового світла, яке використовується для літографії мікрочіпів, яка передбачає покриття пластини мікрочіпа світлочутливим матеріалом і обережне її експонування світлу. Це друкує візерунок на пластині, який використовується для подальших кроків у процесі розробки мікрочіпа.

Історія комп’ютерів — це історія напівпровідникової промисловості, яка, у свою чергу, є історією невпинного прагнення до мініатюризації. На початковому етапі розвитку галузі з 1950-х до середини 80-х років фотолітографія виконувалася за допомогою ультрафіолетового світла та фотомасок для проектування схем на кремнієві пластини.

Протягом цього часу, Закон Мура— вислів 1960-х років про те, що кількість транзисторів на мікрочіпі подвоюватиметься кожні два роки — почав стикатися з фізичними обмеженнями цього процесу. Це означало, що приголомшливе збільшення обчислювальної потужності та зниження витрат на технології для споживачів також опинилися під загрозою досягнення межі. З 1980-х до 2000-х років літографія глибокого ультрафіолету (DUV) стала рушієм наступного покоління мініатюризації, використовуючи коротші довжини хвилі в діапазоні від 153 до 248 нанометрів, що дозволяло робити менші відбитки на кремнієвих пластинах з напівпровідників.

Напередодні нового тисячоліття дослідники та конкуруючі фірми по всьому світу шукали проривів у створенні EUV-літографії та її ще коротших довжин хвиль. ASML завершила створення прототипу в 2003 році, хоча знадобилося ще одне десятиліття, щоб розробити систему, готову до виробництва.

Відтоді кожні кілька років ASML випускає наступну ітерацію своїх EUV літографічних систем із більшою продуктивністю та довжиною хвилі до 13,5 нанометрів. Це забезпечує неймовірно точні конструкції мікрочіпів і максимально щільне розміщення транзисторів на мікрочіпах — коротше кажучи, це забезпечує більш високу швидкість комп’ютера.

Як працює EUV-літографія

EUV літографічні системи ASML випромінюють світло з довжиною хвилі приблизно 13,5 нанометрів, що значно коротше, ніж довжини хвилі, використовувані в попередньому поколінні літографії DUV, що дозволяє друкувати більш тонкі візерунки на напівпровіднику вафлі. Найдосконаліші мікрочіпи можуть мати вузли розміром 7, 5 і 3 нанометри, які виготовляються шляхом багаторазового пропускання напівпровідникових пластин через систему літографії EUV.

Хоча ви не зможете виконати ці дії у своїй гаражній майстерні, щоб виготовити напівпровідники, вони важливі для розуміння того, як задіяні технології можуть бути вдосконалені та де потенційні інвестиційні фонди можуть бути найкращими розміщені. По-перше, лазер високої інтенсивності спрямовується на матеріал (зазвичай олово) для створення плазми (рухаються заряджені електрони та протони). Потім плазма випромінює EUV-світло з довжиною хвилі приблизно 13,5 нанометрів.

Створене світло збирається та направляється через ряд дзеркал і оптики через маску або візирну сітку як схему візерунок розміщується на шляху EUV світла, приблизно аналогічно використанню трафарету для малювання візерунка на дошка. Матеріал, який називається фоторезистом на пластині, чутливий до ультрафіолетового світла, а піддані йому ділянки проходять хімічні зміни, а потім витравлюються. Нові матеріали можуть бути нанесені на витравлені ділянки для формування різних компонентів мікрочіпа. Цей процес можна повторити до 100 разів з різними масками для створення багатошарових складних схем на одній пластині.

Після цих кроків пластина проходить подальшу обробку для видалення домішок і підготовки чіпа до нарізання на окремі шматочки. Потім вони упаковуються для використання в електронних пристроях.

EUV проти. Літографія DUV

Незважаючи на те, що великі закупівлі EUV-літографічних систем викликають новини в галузі надпровідників, враховуючи враховуючи значні витрати та технологічний прогрес, який він може принести, літографія DUV все ще ширше використовується. Це має перевагу в тому, що вже є виробництво приміщення з персоналом, навченим їх використанню.

EUV-літографія з надзвичайно короткою довжиною хвилі приблизно 13,5 нанометрів дозволяє точніше витравлювати дрібніші елементи на мікросхемах. Зі свого боку, літографія DUV працює на довжинах хвиль від 153 нанометрів. Хоча виробники чіпів можуть використовувати це для дизайнів із розмірами від 5 нанометрів або менше, У межах фізики світло DUV можна використовувати лише для розмірів менше 10 нанометрів із втратою роздільної здатності якість.

Системи EUV-літографії не тільки пов’язані з початковими витратами на нові технології, але й за своєю суттю дорожчі, ніж обладнання та технічне обслуговування для DUV-літографії. Наприклад, EUV літографічні системи встановлені Intel у 2023 році коштуватиме 150 мільйонів доларів кожен. Ця вартість робить літографічні системи DUV кращими для використання, де менший розмір літографії EUV непотрібний.

DUV-літографія також є відомою величиною: немає потреби в додатковому навчанні, нових приміщеннях та інших великих капіталовкладеннях, які вимагають системи освітлення EUV. Технологія DUV світла все ще потрібна для багатьох чіпів у телефонах, комп’ютерах, автомобілях і роботах, і вона виявилася надійною та універсальною. Його відносно прості процеси також означають, що літографія DUV може виробляти більше мікросхем на одиницю час, ніж літографія EUV, важливий момент на її користь у світлі глобального попиту напівпровідників.

Багато хто очікує, що літографія DUV залишатиметься популярною протягом багатьох років. Частково це пов’язано з ціною EUV-літографії та технічними проблемами, пов’язаними з будь-якою новою технологією. Крім того, технологія літографії DUV не застрягла на місці, продовжуючи вдосконалювати те, як вона допомагає створювати мікросхеми, які є в багатьох електронних пристроях нашого повсякденного життя.

Галузь, ймовірно, перебуває на стадії переходу, і хоча EUV-світло відіграватиме дедалі більшу роль у цьому виробництво мікросхем, літографія DUV все ще життєво важлива для виробництва електроніки, яка використовується в нашому повсякденному житті життя.

Переваги та недоліки EUV літографії

EUV-літографія є відносно новою технологією, яка має багато переваг і деякі недоліки, які слід враховувати.

Переваги

EUV-літографія дає багато переваг, які можуть призвести до майбутніх розробок у виробництві мікрочіпів. Ось дві причини, чому напівпровідникові компанії, такі як Intel, так багато інвестують у цю технологію:

• EUV світло може створювати більш складні та тонкі візерунки на кремнієвих пластинах, дозволяючи розмістити більше транзисторів на мікрочіпі.
• EUV-літографія зменшує кількість шарів візерунка (кількість масок), необхідних для створення схеми.

Недоліки

EUV-літографія має багато переваг, але, оскільки це нова технологія, важливо враховувати її недоліки.

• EUV-літографічні системи дорожчі, ніж інші системи для мікрочіпної літографії.
• ASML є єдиною компанією, що виробляє ці системи, що може створити вузьке місце для компаній, які бажають використовувати EUV-літографію або потребують підтримки свого обладнання.

Суть

EUV-світло використовується в літографії мікрочіпів для отримання візерунків, необхідних для створення мікрочіпа, хоча й у набагато менших розмірах, ніж у попередніх літографічних техніках. Однак через його новизну лише одна компанія — ASML — виробляє машини, які його використовують, і вони дорогі. У міру розвитку технології вона повинна відігравати центральну роль у майбутніх розробках виробництва мікрочіпів.