На початку XXI століття впровадження технологій глибокої (DUV) та екстремальної ультрафіолетової фотолітографії (EUV), а також створення спеціалізованих машин на їхній основі, стало справжнім технологічним проривом. Завдяки цим процесам виробництво мікросхем із мільярдами транзисторів стало можливим, що суттєво вплинуло на розвиток усієї сучасної електроніки — від комп’ютерів і смартфонів до автомобілів і смарт-годинників. Провідна роль у виробництві обладнання для DUV та EUV-літографії належить нідерландській компанії ASML.
Про це розповідає ProIT
Технологія фотолітографії: від кремнієвої пластини до мікросхеми
Ключова особливість сучасних мікросхем — це надзвичайно малі розміри елементів: ширина окремих транзисторів сягає лише 10 нм, що еквівалентно 45 атомам кремнію. Для створення таких структур застосовується багатоступеневий фотолітографічний процес. Кожен етап виконується на спеціальних машинах, які послідовно переносить складний малюнок транзисторних шарів на кремнієві пластини, використовуючи ультрафіолетове світло та фотомаски.
Обробка однієї пластини сучасною EUV-машиною триває приблизно 18 секунд, протягом яких малюнок копіюється понад сто разів. Після завершення процесу пластина переходить до наступних установок, де створюється багатошарова структура з’єднань, що дозволяє транзисторам передавати сигнали. Деякі з’єднання формуються за допомогою простіших DUV-процесів. Для транспортування кремнієвих пластин використовуються спеціальні контейнери FOUP, а весь процес є максимально автоматизованим та захищеним від впливу зовнішнього середовища.
“Вся електроніка, якою ми користуємось щодня, керується мікросхемами з мільярдами транзисторів. Складний і кропіткий процес фотолітографії це ключова основа їхнього виробництва, що дозволяє розміщувати велику кількість інтегральних схем на крихітних кремнієвих пластинах”.
Особливості EUV-літографії та майбутнє ринку
Основою роботи EUV-машини є генерація екстремально коротких ультрафіолетових хвиль довжиною 13 нм. Для цього застосовуються складні лазерні системи, які перетворюють мікроскопічні олов’яні краплі на плазму, що випромінює потрібне світло. Це світло проходить через багатошарові дзеркала Брегга, які відбивають і фокусують лише частину випромінення, що накладає додаткові вимоги до яскравості початкового джерела. Весь процес відбувається у вакуумі, адже EUV-світло поглинається не лише киснем, а й більшістю матеріалів, зокрема склом.
Фотомаски, які використовуються у EUV-машинах, мають розмір 104×132 мм та забезпечують надзвичайно високу роздільну здатність. На одній пластині може бути розміщено до 90 великих GPU, понад 180 CPU або тисячі чипів пам’яті. Надточна система позиціонування та вирівнювання гарантує відсутність дефектів і максимальну якість вироблених мікросхем.
Процес виготовлення однієї пластини з мікросхемами триває приблизно чотири місяці та охоплює близько тисячі окремих технологічних операцій, що повторюються десятки разів. Виробництво простіших мікросхем здійснюється переважно на DUV-машинах, адже це економічно вигідніше, тоді як найсучасніші чипи створюються саме за допомогою EUV-технологій.
На ринку EUV-літографії наразі спостерігається монополія ASML, яка виробляє найсучасніші установки. Хоча китайські компанії, зокрема Huawei, заявляли про розробку власних фотолітографічних машин, експерти ставляться до цих заяв скептично. Китайські виробники чипів залишаються залежними від постачання обладнання ASML, при цьому отримуючи переважно моделі, які помітно поступаються за технічними характеристиками нинішнім флагманам нідерландської компанії.