Что такое EUV? Полное руководство

Технология экстремального ультрафиолета (EUV) произвела революцию в полупроводниковой промышленности. Литография, метод, используемый для печати детальных рисунков на полупроводниковых материалах, постоянно развивалась за счет использования все более коротких длин волн с самого начала эры полупроводников. EUV-литография представляет собой вершину этого прогресса с самой короткой длиной волны.

После десятилетий разработок голландская полупроводниковая компания ASML стала первой, кто начал продавать машины EUV-литографии партиями, готовыми к производству.

Что такое EUV-литография?

EUV-свет, или крайний ультрафиолетовый свет, используется в литографии микрочипов. Этот процесс включает покрытие пластины микрочипа светочувствительным материалом, а затем подвергание ее воздействию света и печать на пластине рисунка, который необходим для последующих этапов проектирования микрочипа.

Эволюция компьютеров переплетается со стремлением полупроводниковой промышленности к миниатюризации. С 1950-х до середины 1980-х годов в фотолитографии использовался ультрафиолетовый свет и фотомаски для проецирования рисунков схем на кремниевые пластины. Однако к 1960-м годам закон Мура, предсказавший, что количество транзисторов в микрочипе будет удваиваться каждые два года, начал сталкиваться с физическими ограничениями этого процесса, ставящими под угрозу быстрое увеличение вычислительной мощности и снижение технологических затрат.

С 1980-х по 2000-е годы литография глубоким ультрафиолетом (DUV) с использованием более коротких волн от 153 до 248 нанометров способствовала дальнейшей миниатюризации, позволяя создавать меньшие отпечатки на кремниевых пластинах. Приближаясь к новому тысячелетию, глобальные исследователи и конкурирующие фирмы искали прорывы, чтобы сделать жизнеспособной EUV-литографию и ее еще более короткие длины волн.

ASML, голландская полупроводниковая компания, завершила создание прототипа системы EUV-литографии в 2003 году, но на создание системы, готовой к производству, потребовалось еще десять лет. С тех пор ASML каждые несколько лет последовательно поставляет передовые системы EUV-литографии, достигая длины волны всего 13,5 нанометров. Эта технология позволяет создавать чрезвычайно точные конструкции микрочипов и максимально плотно размещать транзисторы, что приводит к значительному увеличению скорости работы компьютеров.

Как работает EUV-литография

Системы EUV-литографии ASML используют свет с длиной волны около 13,5 нанометров, что значительно короче, чем те, которые использовались в предыдущих поколениях литографии DUV. Это позволяет печатать более мелкие узоры на полупроводниковых пластинах. Усовершенствованные микрочипы с размерами узлов всего 7, 5 и 3 нанометра производятся путем многократного воздействия на полупроводниковые пластины системы EUV-литографии.

Хотя эти процессы невозможно воспроизвести в гаражной мастерской, их понимание имеет решающее значение для распознавания возможностей технологического прогресса и стратегических инвестиций. Первоначально лазер высокой интенсивности воздействует на материал, обычно олово, для создания плазмы — состояния заряженных электронов и протонов в движении. Эта плазма излучает EUV-свет с длиной волны примерно 13,5 нанометров. Излучаемый свет собирается и направляется через последовательность зеркал и оптики на маску или сетку, содержащую схематический рисунок.

Этот процесс аналогичен использованию трафарета для нанесения рисунка на поверхность. Полупроводниковая пластина, покрытая светочувствительным материалом, называемым фоторезистом, подвергается химическому преобразованию на открытых участках под воздействием EUV-излучения. Впоследствии в эти протравленные области наносятся новые материалы для формирования различных компонентов микрочипа. Этот итерационный процесс, включающий до 100 циклов с различными масками, позволяет создавать сложные многослойные схемы на одной пластине. После этих шагов пластина подвергается дополнительным процессам по удалению примесей, прежде чем ее разрезают на отдельные чипы и упаковывают для интеграции в электронные устройства.

Сравнение литографии EUV и DUV

Хотя системы EUV-литографии привлекли внимание в полупроводниковой промышленности благодаря своим потенциальным технологическим достижениям и значительной стоимости, DUV-литография остается более широко распространенной. DUV-литография, работающая на длинах волн от 153 нанометров, в настоящее время применяется на производственных предприятиях с налаженными рабочими процессами и обученным персоналом.

EUV-литография, использующая чрезвычайно короткие длины волн (около 13,5 нанометров), позволяет более точно вытравливать более мелкие элементы на чипах. Напротив, литография DUV может обрабатывать конструкции размером всего 5 нанометров или меньше, хотя и с пониженным качеством разрешения. Несмотря на технологические преимущества EUV-литографии, ее внедрению препятствуют высокие начальные и текущие затраты по сравнению с DUV-литографией. Например, установка Intel систем EUV-литографии в 2023 году обошлась в 150 миллионов долларов каждая, что подчеркивает значительные финансовые вложения компании.

Присутствие литографии DUV и меньшая сложность эксплуатации делают ее предпочтительной для применений, где расширенные возможности литографии EUV не нужны. Более того, эффективность DUV-литографии в производстве большего количества чипов в единицу времени способствует ее сохраняющейся актуальности в условиях глобального спроса на полупроводники. Хотя ожидается, что значение EUV-литографии будет расти, DUV-литография остается решающей для производства чипов, используемых в повседневной электронике, такой как телефоны, компьютеры, автомобили и роботы. Таким образом, ожидается, что DUV-литография сохранит свою популярность в течение многих лет, развиваясь вместе с достижениями в области полупроводниковых технологий.

Плюсы и минусы EUV-литографии

Плюсы EUV-литографии

EUV-литография предлагает значительные преимущества, которые могут проложить путь к прогрессу в производстве микрочипов. Вот две ключевые причины, по которым полупроводниковые компании, такие как Intel, вкладывают значительные средства в эту технологию:

• EUV-свет позволяет создавать более сложные и точные узоры на кремниевых пластинах, способствуя увеличению плотности транзисторов на микрочипах.
• EUV-литография уменьшает количество слоев рисунка (масок), необходимых для изготовления схемы, оптимизируя производственный процесс.

Минусы EUV-литографии

Несмотря на то, что EUV-литография дает существенные преимущества, она также сопряжена с определенными проблемами, которые следует учитывать:

• Системы EUV-литографии значительно дороже, чем другие системы литографии микрочипов, что создает барьер для внедрения некоторыми производителями полупроводников.
• ASML в настоящее время является единственным производителем систем EUV-литографии, что потенциально может стать узким местом для компаний, стремящихся внедрить эту технологию или нуждающихся в поддержке своего оборудования.

Будущие альтернативы EUV-литографии

По мере развития технологий и роста спроса на микрочипы с более плотными транзисторными матрицами текущие исследования изучают альтернативы EUV-литографии или ее усовершенствования. Потенциальные преемники включают многоэлектронную литографию, рентгеновскую литографию, литографию наноимпринтов и квантовую литографию, каждая из которых направлена ​​на то, чтобы превзойти или расширить текущие возможности в производстве микрочипов.

Когда используется EUV-свет?

Ультрафиолетовый свет (EUV) используется при производстве микрочипов посредством EUV-литографии, которая печатает сложные узоры на кремниевых пластинах.

Что такое закон Мура?

Закон Мура утверждает, что количество транзисторов в микрочипе удваивается примерно каждые два года, что приводит к экспоненциальному увеличению скорости и возможностей вычислений. Названный в честь Гордона Э. Мура, соучредителя Intel, закон действовал на протяжении десятилетий, хотя некоторые ожидают его потенциальных ограничений в 2020-х годах.