تقوم الأنظمة البصرية التقليدية، مثل الكاميرات والتلسكوبات، بمحاذاة العناصر البصرية محوريًا، وهو ما لا يناسب ضوء الأشعة فوق البنفسجية القصوى بسبب طوله الموجي القصير للغاية ومعدل الامتصاص العالي. بدلاً من ذلك، يتم توجيه ضوء الأشعة فوق البنفسجية القصوى باستخدام مرايا على شكل هلال، ولكن هذا يتسبب في انحراف الضوء عن المحور المركزي، مما يقلل من الأداء البصري.

ولمعالجة هذه المشكلة، تقوم التقنية الجديدة بترتيب مرآتين متماثلتين محوريًا بفتحات مركزية صغيرة في تكوين خطي. يفقد ضوء الأشعة فوق البنفسجية القصوى حوالي 40% من طاقته مع كل انعكاس للمرآة، لذا تتطلب الأنظمة التقليدية حوالي 10 مرايا، مع وصول حوالي 1% فقط من طاقة الأشعة فوق البنفسجية القصوى إلى الرقاقة. ومن خلال الحد من عدد المرايا إلى أربع، يسمح النظام الجديد بأكثر من 10% من الطاقة بالوصول إلى الرقاقة، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة.

يستخدم جهاز العرض الأساسي لتقنية EUV الجديدة مرآتين لنقل صورة القناع إلى الرقاقة، على غرار التلسكوب. تم تحقيق هذا الإعداد البسيط، مقارنة بالمرايا الستة المطلوبة في الأنظمة التقليدية، من خلال إعادة التفكير في نظرية تصحيح الانحراف البصري، وتم التحقق من أدائها بواسطة برنامج محاكاة بصري. كما طور الفريق أيضًا طريقة بصرية جديدة لإضاءة "حقل الخط المزدوج"، مما يسمح بتوجيه ضوء EUV إلى القناع المستوي دون إزعاج المسار البصري.

ملاحظة القيمة الفنية

تعتبر آلات الطباعة الضوئية، المعروفة أيضًا باسم أجهزة محاذاة الأقنعة أو أنظمة التعريض أو أنظمة الطباعة الضوئية، بالغة الأهمية في تصنيع أشباه الموصلات. فهي تستخدم عملية مماثلة لتطوير الصور لنقل الأنماط المعقدة من الأقنعة إلى رقائق السيليكون. وتعتبر هذه الآلات ضرورية في صناعة أشباه الموصلات، حيث تحدد الطباعة الضوئية عرض خطوط أشباه الموصلات وتؤثر على أداء الرقائق واستهلاك الطاقة. وتشمل صناعة آلات الطباعة الضوئية المكونات الأساسية والمرافق الداعمة، بينما تركز الصناعة اللاحقة على تصنيع وتعبئة أشباه الموصلات والدوائر المتكاملة.

قام أستاذ جامعي ياباني بتصميم تقنية الطباعة الضوئية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى (EUV) والتي تتجاوز معايير تصنيع أشباه الموصلات الحالية، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف الإنتاج. هذه التقنية تقع في الجزء العلوي من سلسلة صناعة آلات الطباعة الضوئية.

مراقبة السوق الكلية

تعتبر آلات التصوير الضوئي، المعروفة أيضًا باسم أجهزة محاذاة الأقنعة أو أنظمة التعريض أو أنظمة التصوير الضوئي، ضرورية لتصنيع الرقائق وتطوير المقاوم الضوئي المتقدم. وفقًا للمعلومات الواردة من Crystal Clear Materials حول البحث والتطوير للمقاوم الضوئي عالي الجودة، تمثل تكاليف المعدات والتركيب 69% من إجمالي الاستثمار، حيث تمثل آلات التصوير الضوئي 44% من تكاليف المعدات والتركيب هذه.

ظهور آلات الطباعة الحجرية EUV

على مدى العقد الماضي، تطورت تقنية الليثوغرافيا الضوئية من أنظمة G-line (436 نانومتر) المبكرة إلى أحدث آلات الليثوغرافيا الضوئية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى (EUV). وتقدم هذا التطور من التلامس إلى القرب، وأخيرًا إلى أنظمة الخطوة والتكرار. تعد آلات الليثوغرافيا الضوئية بالأشعة فوق البنفسجية القصوى، وهي أدوات أساسية لإنتاج الرقائق، جوهر تصنيع الدوائر المتكاملة المتقدمة. وهي ضرورية لإنتاج رقائق بأحجام رقائق أقل من 5 نانومتر، والتي لا يمكن تصنيعها إلا باستخدام تقنية EUV.

مبيعات آلات الطباعة الحجرية العالمية

تتميز سوق آلات الطباعة الحجرية العالمية بالتركيز الشديد، حيث تسيطر أكبر ثلاث شركات مصنعة على أكثر من 90% من حصة السوق. ومن عام 2015 إلى عام 2020، نمت المبيعات العالمية لآلات الطباعة الحجرية بشكل عام، حيث وصلت إلى 413 وحدة في عام 2020، بزيادة قدرها 16.7% عن العام السابق.

تطور آلات الطباعة الحجرية ومبيعاتها

تطورت آلات الطباعة الحجرية من G-line وI-line إلى KrF وArF والآن تقنية EUV. في عام 2020، هيمنت المنتجات المتوسطة إلى المنخفضة الجودة (KrF وI-Line) على المبيعات العالمية، بإجمالي 264 وحدة وتمثل حوالي 65% من السوق. تم بيع 31 وحدة من آلات EUV الراقية، تمثل حوالي 19% من الإجمالي.

ASML تتصدر سوق آلات الطباعة الحجرية العالمية

في عام 2020، قادت شركة ASML الهولندية سوق آلات الطباعة الحجرية العالمية بحصة بلغت 62% وشحنت 258 وحدة، متجاوزة شركتي نيكون وكانون.

Eأسعار آلات الطباعة فوق البنفسجية

تُقدر قيمة آلات الطباعة الحجرية EUV، بفضل حواجزها عالية التقنية، بحوالي 150 مليون يورو للوحدة. وتُعدّ ASML حاليًا الشركة الوحيدة القادرة على إنتاجها. ومنذ عام 2018، ارتفع سعر آلات EUV التي تنتجها ASML بشكل مطرد، ليصل إلى حوالي 154 مليون يورو للوحدة اعتبارًا من 4 يوليو 2021، أي ما يعادل 11.7 مليار ين ياباني (باستخدام سعر صرف 1 يورو = 7.6 يوان صيني).