در سال 2022، بازار نیمه هادی ها تقریبا 0.6 تریلیون دلار بود و تحلیلگران تجاری پیش بینی می کنند که تا سال 1.0 به 1.3-2030 تریلیون دلار خواهد رسید. رشد قابل توجه در صنعت تولید نیمه هادی را می توان در فرآیند لیتوگرافی مشاهده کرد. لیتوگرافی یک فرآیند الگوبرداری است که یک طرح مسطح را بر روی سطح یک بستر ویفر منتقل می کند و ساختارهای پیچیده ای مانند ترانزیستورها و اتصالات را ایجاد می کند. این امر با قرار دادن انتخابی پلیمرهای حساس به نور یا مقاوم به نور در برابر نور با طول موج های خاص از طریق یک فرآیند پیچیده چند مرحله ای انجام می شود. پیشرفت های اخیر در فناوری لیتوگرافی مزیت رقابتی در تولید نیمه هادی های پیشرفته ایجاد کرده است و فناوری های پیشرفته ای مانند هوش مصنوعی (AI)، ارتباطات از راه دور 5G و ابررایانه ها را ممکن می سازد. بنابراین، فناوری پیشرفته نیمه هادی بر امنیت ملی و رونق اقتصادی تأثیر دارد.

در حال حاضر، پیشرفته ترین فرآیند لیتوگرافی نیمه هادی از منبع نور EUV (Extreme Ultraviolet) به ویژه در طول موج 13.5 نانومتر استفاده می کند. نور EUV امکان ساخت ویژگی های واحد کوچکتر را در نیمه هادی ها فراهم می کند. گزارش شده است که هزینه سیستم های EUVL در حال حاضر حدود 150 میلیون دلار است و اولین بار توسط ASML در سال 2019 به کار گرفته شد که 100٪ سهم بازار را حفظ می کند. تا کنون، ASML سه مدل مختلف از سیستم های EUVL، یعنی Twinscan NXE: 3400B/C و NXE: 3600D را ارسال کرده است. مجموع محموله های سیستم های NXE از 31 دستگاه در سه ماهه اول سال 2019 به 181 دستگاه در سه ماهه آخر سال 2022 افزایش یافته است.

تنظیم این گزارش به شرح زیر است. بخش باقی مانده از مقدمه شامل پیشینه فنی EUVL، وضعیت بین المللی و داخلی EUVL، و مروری بر برنامه های اندازه گیری تحقیق و توسعه توسط NIST و CHIPS است. بخش 2 شامل بحث در مورد وضعیت فنی و الزامات فناوری EUVL در جلسات گروه کاری است. بخش 3 به تشریح نتایج نظرسنجی و توصیه‌هایی برای مسیر پیش رو که در جلسات کارگروه مورد بحث قرار گرفته و گزارش را به پایان می‌رساند.

1.1 پیشینه فنی لیتوگرافی EUV

EUVL یک گام حیاتی در ساخت تراشه‌های نیمه‌هادی نسل بعدی است. نور EUV توسط پلاسمای دمای بالا که از قلع با خلوص بالا ساخته شده است، تولید می‌شود. قلع جامد در یک دستگاه مولد قطره ذوب می‌شود که به طور مداوم بیش از 3 میلیون قطره 27 میکرومتری در دقیقه را در یک محفظه خلاء تولید می‌کند. یک لیزر دی اکسید کربن با قدرت متوسط ​​25 کیلووات به هر قطره قلع دو پالس متوالی می‌تاباند تا به ترتیب قطره را تشکیل و یونیزه کند. در ابتدا، کیلووات نور EUV تولید می‌شود، اما تنها بخش کوچکی از آن به دلیل تلفات جذب و پراکندگی در طول مسیر نور، به صورت لیتوگرافی در معرض نور قرار می‌گیرد. توان خروجی و کیفیت پرتو نور 13.5 نانومتر از طریق اندازه‌گیری‌های غیرمستقیم دوربین-اسینتیلاتور استنباط می‌شود. یک سیستم کندانسور چند لایه، نور را به ناحیه حساس به نور هدایت می‌کند. سیستم کندانسور توسط جریان مداوم گاز هیدروژن از بقایای قلع محافظت می‌شود. پس از هر بار نوردهی، موقعیت‌یابی خودکار در سطح تراشه با وضوح تراشه، طی 0.25 چرخه بازرسی و تنظیم در ثانیه، با دقت ≤20,000 نانومتر تأیید می‌شود. در مجموع، این فرآیند نیاز به هماهنگی دقیق بین سیستم‌های مهندسی مختلف دارد. شکل 1 عکسی از اجزای EUVL شرکت ASML را نشان می‌دهد.

1.2 وضعیت فعلی و آینده فناوری لیتوگرافی EUV

رشد تولید نیمه‌هادی‌های پیشرفته از تأسیسات جدید تولید EUV در ایالات متحده، اروپا و آسیا ناشی می‌شود. همانطور که قبلاً ذکر شد، تنها شرکتی که در حال حاضر قطعات اسکنر EUVL را تولید می‌کند، ASML است که دفتر مرکزی آن در هلند قرار دارد. ASML قطعات اسکنر EUV را به شرکت‌هایی مانند اینتل، شرکت تولید نیمه‌هادی تایوان (TSMC) و سامسونگ در تأسیسات تولید نیمه‌هادی آنها می‌فروشد. سیستم EUVL نه تنها در هلند ایجاد می‌شود، بلکه از ماژول‌های بسیاری تشکیل شده است که در سطح جهانی توسعه یافته‌اند و سپس برای مونتاژ نهایی و آزمایش قبل از تحویل به مشتریان به دفتر مرکزی ASML در هلند منتقل می‌شوند.

از دیدگاه ایالات متحده، تحقیق، توسعه، و ساخت منبع EUV ASML در سن دیگو، کالیفرنیا مستقر است. جزء منبع نور مجموعه اسکنر EUVL در شکل 2 نشان داده شده است. لازم به ذکر است که جزء منبع نور شامل محفظه منبع واقع در مجموعه اسکنر EUVL، و همچنین بسیاری از اجزای زیر طبقه تولید، از جمله مترولوژی لیزر، پرتو است. سیستم های حمل و نقل و لیزرهای محرک و تجهیزات کمکی آنها. عملیات منبع مبتنی بر سن دیگو نتیجه خرید Cymer توسط ASML در سال 2012 برای پیشرفت فناوری منبع EUV است. علاوه بر این، با توجه به مزایای EUVL در تولید نیمه هادی، اخیراً کنترل های صادراتی از این فناوری محافظت کرده اند. به طور خاص، در اکتبر 2022، دفتر صنعت و امنیت (BIS) قانون 87FR62186 را صادر کرد که شامل کنترل صادرات فناوری، از جمله لیتوگرافی فرابنفش شدید (b.2) می‌شود.

ASML بیان کرد که توسعه آینده فناوری لیتوگرافی EUV شامل افزایش دیافراگم عددی (NA) از 0.33 به 0.55 ("NA بالا") است. NA بالا را می توان برای کاهش تعداد مراحل چند حالته مورد نیاز 0.33 NA فعلی استفاده کرد و منجر به وضوح هندسه های دقیق تر شد. این مطابق با نقشه راه بین‌المللی IEEE برای دستگاه‌ها و سیستم‌ها (IRDS) در سال 2022 است که نیاز به مقیاس‌بندی ترانزیستور تا 0.5 نانومتر تا سال 2037 دارد. هدف پلت فرم جدید NA بهبود سرعت ویفر و حالت ذرات است که این امکان را فراهم می‌کند. مقیاس بندی ویژگی های تراشه هندسی انتظار می رود سیستم های NA بالا در سال 2023 به مشتریان ارسال شوند و تا سال 2025 به تولید کامل دست پیدا کنند. در اوایل سال 2023، ASML اعلام کرد که آنها به دو رکورد جدید قدرت EUV دست یافته اند که با انتشار 600 وات EUV در ساعت کار می کند و NA EXE بالا: 5200 را برآورده می کند. مشخصات پایداری دوز و عملیات حلقه باز 700W. نمایش 600W نشان دهنده افزایشی نسبت به 250W ارائه شده در پنج سال پیش قبل از دستیابی به تولید با حجم بالا EUV است.

ادامه دارد...