Современные процессоры — невероятно сложные устройства. Их создание — увлекательный и технологически продвинутый процесс, ключевую роль в котором играет экстремальная ультрафиолетовая литография (EUV).
Фотолитография: основа производства
Фотолитография — процесс, аналогичный печати фотографий с негатива. Используется прозрачная маска с геометрическим рисунком. Пропуская свет через маску, получают проекцию рисунка на кремниевую пластину, покрытую фоторезистом — светочувствительным слоем. После засветки удаляются незасвеченные участки, оставляя нужный рисунок. В сочетании с травлением и осаждением, этот процесс позволяет «печатать» транзисторы слой за слоем. Фотолитография — основа производства процессоров с 1960 года.
От глубокой ультрафиолетовой литографии (DUV) к EUV
До недавнего времени применялась глубокая ультрафиолетовая литография (DUV), использующая аргоновый лазер с длиной волны 193 нм. Длина волны определяет разрешение: чем меньше длина волны, тем выше разрешение и меньше техпроцесс (CD ≈ k1λ/NA, где k1 — технологический коэффициент, λ — длина волны, NA — числовая апертура). DUV имела ограничения, не позволяющие создавать структуры меньше 50 нм. Производители обходили эти ограничения множественным экспонированием, что удорожало производство и увеличивало брак.
Прорыв совершила EUV литография, использующая длину волны 13,5 нм. Сравнение изображений, полученных с помощью DUV (с тройным экспонированием) и EUV (с одной маской), демонстрирует преимущество EUV: более чёткие границы и лучшая геометрия. Производство становится быстрее, дешевле и с меньшим процентом брака.
Технические сложности EUV
EUV литография столкнулась с новыми проблемами. Свет с такой короткой длиной волны поглощается почти всеми материалами. Поэтому были разработаны специальные отражающие зеркальные линзы с невероятной точностью обработки поверхности (шероховатость < 0,5 нм). Процесс также требует вакуума для предотвращения рассеивания света. Производство осуществляется в сверхчистых помещениях. Излучение получают из плазмы, создаваемой 30-киловаттным лазером, воздействующим на каплю олова. Этот процесс, разработка которого заняла почти два десятилетия, генерирует импульсы плазмы с частотой 50 кГц.
ASML и будущее EUV
Разработка EUV потребовала огромных инвестиций (около 14-21 миллиардов долларов, из которых почти 10 миллиардов вложено в ASML). ASML производит установки EUV стоимостью более 120 миллионов долларов, весом 180 тонн и потребляющие почти 1 МВт электроэнергии. Очереди на эти установки составляют годы.
ASML разрабатывает установки для производства процессоров с 2-нм техпроцессом и меньше. Это потребует новых анаморфных линз с высокой апертурой. Технология останется той же — EUV литография, но с улучшенными характеристиками.
Производство современных процессоров — невероятно сложный и высокотехнологичный процесс, в котором ключевую роль играет EUV литография. ASML играет ведущую роль, поставляя оборудование для создания процессоров с всё меньшими размерами и большей производительностью. Развитие EUV литографии — непрерывный процесс, обеспечивающий создание процессоров будущего.