Fotolitografi iltravyolèt ekstrèm (EUV): teknoloji ki soutni lavni chip yo

Lè n ap pale de lavni chip yo, telefòn mobil ki pi puisan yo, oubyen entèlijans atifisyèl k ap vini an, gen yon tèm ki toujou parèt nan konvèsasyon an: fotolitografi iltravyolèt ekstrèm, yo rele tou litografi EUVTeknoloji sa a vin tounen alafwa blokaj la ak fòs motè ki dèyè avansman semi-kondiktè ki pi dènye kri nan mond lan.

Malgre ke konsèp la sanble trè teknik, konprann ki sa litografi EUV ye, kijan li fonksyone, ki moun ki kontwole li, ak ki enpak li genyen sou jeopolitik ak ekonomi mondyal la enpòtan pou konprann poukisa gen yon mank chip, poukisa kèk peyi ap goumen pou machin sa yo, ak poukisa konpayi tankou ASML, TSMC, Samsung oubyen Intel Yo vin estratejik sou yon echèl mondyal.

Kisa fotolitografi iltravyolèt ekstrèm (EUV) ye?

Nan endistri semi-kondiktè a, litografi EUV refere a yon teknik fotolitografi ki itilize limyè iltravyolèt ekstrèm ak yon longèdonn 13,5 nanomèt, sa vle di, nan rejyon sa yo rele reyon X mou yo nan spectre elektwomayetik la. Longèdonn sa a pi kout pase longèdonn limyè vizib la (400-700 nm) epi tou pase longèdonn litografi iltravyolèt pwofon (DUV), ki tipikman travay nan 248 nm (KrF) oswa 193 nm (ArF).

Itilizasyon longèdonn trè kout sa a pèmèt defini modèl ki pi piti ak pi dans sou plak silikon, sa ki tradui nan posiblite pou entegre plizyè milya tranzistò sou yon sèl chip. Chak nouvo jenerasyon nœd litografik (7 nm, 5 nm, 3 nm, 2 nm, 1,8 nm…) vini ak chip ki pi rapid, ak pi gwo kapasite ak yon konsomasyon enèji siyifikativman pi ba.

Fotolitografi, kit se avèk DUV oswa EUV, fondamantalman konsiste de pwojè yon modèl jewometrik sou yon waf ki kouvri ak yon fotorezistFotopolimè sa a chanje lè yo eklere l selektivman atravè yon mask (oswa yon fotomask), konsa zòn ki ekspoze yo vin idrosolubl oswa ensolubl, sa ki pèmèt estrikti mikwoskopik yo grave sou substra a. Avèk EUV, prensip fizik la se menm bagay la, men konpleksite teknik sistèm nan ogmante dramatikman.

Yon reyalite enpòtan se ke Longèdonn 13,5 nm lan pi piti pase dis fwa. pase sa yo itilize nan eskanè ArF yo (193 nm). Gras a sa, ekipman EUV yo ka enprime detay ki pi piti pase 20 nm, yon bagay ke litografi konvansyonèl la te ka sèlman reyalize avèk teknik milti-modèl ki trè konplèks, ralanti, ak chè.

Kijan yo pwodui epi jere limyè EUV la

Pwodui limyè 13,5 nm nan yon fason kontwole epi avèk puisans ki nesesè a se youn nan pi gwo defi teknik teknoloji sa aNan sistèm aktyèl yo, yon sous lazè CO₂ gwo puisans Li voye de pulsasyon rapid anpil sou yon ti gout eten likid k ap deplase. Premye pulsasyon an defòme gout la; dezyèm pulsasyon an, ki pi entans, vaporize li, pou fòme yon plasma.

Plasma eten cho sa a emèt radyasyon EUV, ke yon miwa kolektè kaptire epi voye nan rès sistèm optik la. Pwosesis sa a repete nan yon vitès enpresyonan, anviwon 50.000 fwa pa segonnpou jenere yon koule limyè ki ase entans pou kenbe yon to pwodiksyon endistriyèl.

Piske radyasyon EUV absòbe nan lè a, chemen li vwayaje soti nan sous la rive nan waf la dwe andedan yon chanm vakyòm kalite siperyèAnplis de sa, nenpòt patikil pousyè oswa nenpòt ti iregilarite nan konpozan optik yo ka gate imaj projetée a, kidonk kondisyon yo pou pwòpte, estabilite mekanik, ak kontwòl vibrasyon yo ekstrèm.

Optik refleksyon, miwa enposib, ak mask espesyal

Kontrèman ak litografi DUV, ki itilize lantiy transmisyon ak mask kwatz transparan, litografi EUV baze sou optik konplètman reflektifRezon an senp: prèske tout materyèl, tankou vè yo itilize nan lantiy tradisyonèl yo, absòbe limyè 13,5 nm.

Olye de lantiy, sistèm EUV yo itilize yon sistèm ki gen ladan miwa milti-kouch ultra-presizyon Miwa sa yo gide epi konsantre gwo bout bwa a soti nan sous la rive nan waf la. Yo fèt ak plizyè douzèn kouch altène ki fèt ak diferan materyèl ki depoze avèk presizyon atomik, sa ki pèmèt yo reflete radyasyon EUV ak pi gwo efikasite posib nan limit fizik yo.

Sepandan, menm avèk solisyon sofistike sa yo, chak miwa absòbe yon pòsyon enpòtan nan limyè li resevwa a. Sistèm aktyèl ASML yo itilize omwen de miwa kondansateur ak sis miwa pwojeksyon, epi ansanm, Apeprè 96% nan limyè ki emèt la pèdi.Sa mande pou sous EUV la gen yon klere ekstraòdinè pou, apre tout refleksyon yo, ase enèji rive nan waf la.

Mask yo diferan tou: olye pou yo se plak transparan ak zòn opak, EUV yo itilize mask refleksyonSa yo tou gen plizyè kouch, ak modèl grave sou yo kòm relyèf ak kouch ki modifye refleksyon an. Nenpòt domaj nan mask la oswa nan miwa yo lakòz imedyatman erè enprime e, kidonk, plak ki defektye.

Ki sa ki fè machin EUV ASML yo tèlman espesyal?

Machin fotolitografi EUV ke konpayi Olandè ASML fabrike yo, literalman, kèk nan machin ki pi konplèks ki janm konstwiYon sèl inite EUV premye jenerasyon entegre plis pase 100.000 pyès, anviwon 3.000 câbles, 40.000 boulon, ak anviwon de kilomèt fil elektrik entèn. Epi tout bagay sa yo kowòdone parfe pa yon lojisyèl kontwòl trè sofistike.

Nivo konpleksite sa a fè ekipman an jigantèsk: chak machin okipe yon espas menm jan ak sa ki nan yon bis vil Epi li mande plizyè modil oksilyè, sistèm refwadisman, ekipman vakyòm, ak elektwonik presizyon. Anplis de sa, yo pa anbake yo konplètman reyini; yo transpòte yo nan dè santèn de kès epi yo reyini epi kalibre yo sou plas nan faktori kliyan yo.

Yon gwo pati nan siksè ASML la chita nan rezo patnè teknolojik li yo. Apeprè 90% nan konpozan machin sa yo soti nan lòt manifaktirè yo. distribye atravè lemond. Pami yo, de non kle remakab: Cymer ak ZEISS, tou de absoliman esansyèl pou litografi EUV fonksyone jan li ta dwe.

Kontribisyon ZEISS la: optik nan limit fizik la

Lòt patnè enpòtan an se ZEISS, konpayi istorik optik gwo presizyon Alman an. ZEISS desine epi fabrike Konpozan optik reflektif ekipman EUV yo soti nan ASML, soti nan miwa koleksyon inisyal yo rive nan optik pwojeksyon konplèks ki transfere modèl la sou silikon.

Miwa sa yo dwe travay avèk yon longèdonn 13,5 nm kenbe inifòmite ak presizyon fòm vag ekstrèm lan. Platite sifas la tèlman plat ke, si yo te elaji yon miwa pou l rive nan gwosè yon peyi, iregilarite yo ta mwens pase wotè yon fèy zèb. Nenpòt devyasyon ki pa twò aparan ta gate modèl la epi rann waf la initil.

Anplis miwa yo, ZEISS patisipe nan devlopman detèktè ak aktuateur ki korije an tan reyèl Sistèm nan detekte ti defòmasyon, deplasman, oswa vibrasyon ki ka rive pandan operasyon an. Li bay tou yon lojisyèl ki kontwole konpòtman sistèm optik la kontinyèlman epi ki asire li rete nan tolerans eksepsyonèlman sere.

EUV High-NA: nouvo jenerasyon an ki kraze baryè 3nm lan

Apre plizyè ane ap konsolide premye jenerasyon ekipman EUV yo, ASML te fè yon lòt pa ak machin li yo. gwo ouvèti nimerik, ke yo rekonèt kòm High-NA EUVModèl komèsyal ki pi reprezantatif la se Twinscan EXE:5200 la, ke yo konsidere jodi a kòm ekipman litografi ki pi avanse nan mond lan.

Kle nouvo sistèm sa yo se ogmantasyon ouvèti nimerik sistèm optik la: li soti nan NA = 0,33 nan ekipman EUV aktyèl yo pou rive nan NA = 0,55 nan NA segondè aAn jeneral, sa pèmèt enprime detay ki pi rafine nan menm longèdonn 13,5 nm nan, sa ki amelyore rezolisyon modèl yo transfere sou wafer la.

Gras a amelyorasyon sa a, ekipman High-NA EUV ouvri pòt pou fabrikasyon sikui entegre yo. pi lwen pase papòt komèsyal 3 nm lan, ki pèmèt ne alantou 2 nm e menm teknoloji 18A (1,8 nm) ke Intel gen plan pou itilize a. Anplis de sa, ASML te optimize sistèm mekanik ak manyen wafer yo pou yon sèl machin High-NA ka trete plis pase 200 wafer pa èdtan, ki enpòtan anpil pou kenbe yon pri konpetitif pou chak chip.

Yo estime pri yon machin High-NA a anviwon $ 300 milyon dola pou chak initeSa apeprè doub pri yon EUV premye jenerasyon, ki koute anviwon 150 milyon dola. Malgre sa, pou manifaktirè ki vle rete devan tout lòt yo, li pratikman yon envestisman endispansab.

Yon monopoli teknolojik ak yon gwo enpak jeopolitik

Nan mache litografi EUV a, gen yon reyalite ki pa ka nye: ASML se sèl manifakti ki kapab pwodui machin sa yo. sou yon echèl endistriyèl. Monopòl sa a tradui an yon pozisyon pouvwa san parèy nan chèn valè semikondiktè a.

Gran konpayi tankou TSMC, Samsung, ak Intel konte sou ekipman EUV ASML la pou pwodui chip ki pi avanse yo. Apeprè yon ka nan revni an Revni ASML deja soti dirèkteman nan vant sistèm EUV yo, san konte kontra sèvis, amelyorasyon, fòmasyon ak antretyen.

Domèn teknolojik sa a genyen tou yon dimansyon jeopolitik klèTansyon ant Etazini ak Lachin mete litografi EUV nan sant deba a. Washington fè presyon sou Peyiba pou limite ekspòtasyon machin ki pi avanse li yo an Lachin, pou anpeche peyi Azyatik la gen aksè a nœuds dènye kri. Pandansetan, manifaktirè Japonè tankou Canon ap eksplore altènativ tankou litografi nanoenprint (NIL), ki teyorikman kapab pwodui nœuds 2nm, men pou kounye a, EUV rete estanda de facto a nan avangad teknolojik la.

Poukisa litografi EUV tèlman enpòtan pou chip jodi a

Nou ka pi byen konprann enpòtans litografi EUV a lè nou gade aparèy nou itilize chak jou yo. Anpil nan yo telefòn entelijan, mont entelijan, konsola jwèt videyo ak òdinatè pi resan, tou de nan yo chip konsepsyon Menm jan ak nan fabrikasyon yo, yo itilize CPU, GPU, SoC ak memwa fabrike ak nœuds 7nm, 5nm oswa pi ba, kote EUV deja esansyèl pou sèten kouch nan pwosesis la.

Pa egzanp, Samsung te anonse itilizasyon EUV pou fabrike li yo. Chip 7nm yo rele 7LPPTeknoloji sa yo pral fondamantal pou pèmèt rezo 5G gwo kapasite, aplikasyon entèlijans atifisyèl avanse, Entènèt Obje yo, ak sistèm kondwi otonòm. Dapre konpayi an, chanjman an pou EUV pèmèt jiska yon rediksyon 50% nan konsomasyon enèji, yon ogmantasyon 20% nan pèfòmans, ak yon diminisyon apeprè 40% nan anprint konpare ak teknoloji ArF milti-modèl anvan yo.

Konpayi tankou Apple, Huawei, ak lòt gwo konsèpteur chip konte sou yo tou. Fondri ki itilize EUV pou kapab ofri aparèy ki pi rapid e pi efikas. Epi se pa sèlman yon kesyon de enèji brit: diminye konsomasyon enèji ak chalè enpòtan anpil pou telefòn mobil, òdinatè pòtab ak sèvè yo ka pi byen fonksyone nan limit tèmik rezonab.

Avantaj prensipal litografi EUV kont DUV

Premye gwo avantaj litografi EUV a se posiblite pou enprime karakteristik ki pi piti anpilAvèk yon longèdonn ki kout konsa ak yon ouvèti nimerik ki apwopriye, yo ka fabrike estrikti ki, pou menm gwosè chip la, miltipliye kantite tranzistò ki disponib pa plizyè fwa konpare ak teknoloji anvan yo.

Sa tradui an chips ak pi gwo kapasite pwosesis, memwa pi entegre Epi, sitou, konsomasyon enèji ki pi ba anpil pou chak operasyon. Pou sant done, rezo kominikasyon, oswa aplikasyon entèlijans atifisyèl sou gwo echèl, amelyorasyon efikasite enèji sa a gen yon enpak dramatik sou depans fonksyònman yo.

Dezyèm avantaj la gen rapò ak pwosesis la: EUV pèmèt diminye kantite etap litografik ki nesesè yo pou reyalize menm modèl la. Pandan ke metòd ArF ak plizyè modèl yo te ka mande twa oswa kat ekspozisyon diferan pou reyalize yon estrikti konplèks, EUV souvan sèlman mande youn. Sa senplifye pwosesis fabrikasyon an, amelyore rannman an, epi li ka diminye pri pou chak chip a mwayen tèm.

Anplis de sa, lè li kapab konsantre plis fonksyonalite sou yon sifas ki pi piti, li ouvè pòt pou achitekti sistèm-sou-yon-chip ki pi entegre, ak blòk CPU, GPU, akseleratè IA, memwa, ak lojik espesifik k ap koegziste sou menm moso silikon an—yon bagay ki sèlman posib lè yon... dansite entegrasyon trè wo.

Dezavantaj ak limitasyon aktyèl EUV yo

Pi gwo obstak nan litografi EUV a se, san dout, la pri astronomik machin yo ak enfrastrikti yo bezwen an. Nou pa sèlman ap pale de ekipman ki fasilman depase san milyon dola pa inite, men tou de plant antye ki fèt otou yo, ak chanm pwòp avanse, ekipman pouvwa trè pwisan, ak sistèm sipò trè konplèks.

Sa vle di se sèlman kèk gwo fondri ak IDM—TSMC, Samsung, Intel, ak kèk lòt—ki kapab peye deplwaye EUV sou yon gwo echèl. Yon gwo pati nan rès endistri a kontinye itilize litografi DUV, ki pi abòdab e ki parfe adekwa pou objektif li te prevwa a. chip mwens avanse tankou sa yo ki travay nan otomobil, elektwonik debaz pou konsomatè yo, ak anpil sistèm endistriyèl.

Anplis de sa, teknoloji toujou trennen defi teknik Faktè enpòtan yo enkli: puisans sous limyè yo, dire lavi kouch optik yo kont radyasyon enèji sa yo, konpleksite mask reflektif yo, ak nesesite pou kenbe yon gwo pwodiktivite san deklanche domaj sou chak waf—pwoblèm ke yo kontinye amelyore jenerasyon apre jenerasyon.

ASML, Intel, Samsung ak TSMC: yon chèn depandans kwaze

Kolaborasyon ant ASML ak gwo manifaktirè chip yo pa sèlman yon relasyon kliyan-founisè. Pa egzanp, Intel te envesti anviwon 4.000 milya dola nan ASML an 2012 pou sipòte devlopman premye machin EUV yo, asire aksè priyoritè a teknoloji a, epi patisipe aktivman nan devlopman li.

ASML ap delivre kounye a premye sistèm High-NA EUV li yo bay kliyan estratejik yo. Premye sistèm Twinscan EXE:5200 la te delivre nan yon faktori Intel nan Hillsboro, Kalifòni, yon mouvman ki aliyen ak plan konpayi an pou rive nan nœd 18A (1,8 nm) li a nan dezyèm mwatye deseni an. diminye diferans ki genyen ant TSMC ak Samsung nan kous la pou lidèchip teknolojik.

Pandanstan, Samsung ak TSMC ap konkoure pou tou de kapasite pwodiksyon EUV ki disponib ak priyorite nan anbakman ASML. Reta nan ekspòtasyon—ki te vin pi mal akoz pandemi COVID-19 la—pafwa fòse... reajiste plan aksyon yo, ranvwaye pwodiksyon pilòt nœuds tankou 3nm epi reòganize alokasyon wafers pami kliyan ki gen anpil valè tankou Apple, Qualcomm oswa gwo manifaktirè machin yo.

Ekosistem sa a an antye vle di ke disponiblite sistèm EUV yo, to livrezon ASML la, ak adaptabilite Cymer, ZEISS, ak lòt founisè yo vin tounen faktè desizif nan detèmine. Ki konpayi ak ki peyi k ap bay vitès la? nan endistri semi-kondiktè pwochen jenerasyon an.

Fotolitografi iltravyolèt ekstrèm nan etabli tèt li kòm kle pou kenbe Lwa Moore a vivan, fabrike chip 7, 5, ak 3 nm, epi antre nan 2 nm ak anba, men tou kòm yon resous ki ra ak trè chè kontwole pa yon ti ponyen jwè. Konprann fizik li, defi li yo, ak mache li ede nou wè poukisa telefòn mobil nou an, machin nou an, oswa nwaj nou itilize chak jou a aktyèlman depann de kèk machin jigantèsk ki gaye toupatou nan mond lan ak sou... Kapasite ASML ak patnè li yo pou kontinye pouse limit teknoloji EUV la..

Atik ki gen rapò ak:

Apple ak Intel ap prepare yon nouvo alyans pou fabrike pwochen chip seri M yo.

Alberto navarro

Mwen se yon antouzyast teknoloji ki te vire enterè "jik" li nan yon pwofesyon. Mwen te pase plis pase 10 ane nan lavi mwen itilize teknoloji dènye kri ak brikolaj ak tout kalite pwogram nan pi kiryozite. Koulye a, mwen te espesyalize nan teknoloji òdinatè ak jwèt videyo. Sa a se paske depi plis pase 5 ane mwen ap ekri pou divès sit entènèt sou teknoloji ak jwèt videyo, kreye atik ki ap chèche ba w enfòmasyon ou bezwen an nan yon lang ke tout moun konprann.

Si w gen nenpòt kesyon, konesans mwen varye ant tout bagay ki gen rapò ak sistèm operasyon Windows la ak Android pou telefòn mobil yo. Ak angajman mwen se avè ou, mwen toujou dispoze pase kèk minit epi ede ou rezoud nenpòt kesyon ou ka genyen nan mond entènèt sa a.