בשנת 2022, שוק המוליכים למחצה עמד על כ-0.6 טריליון דולר, ואנליסטים מסחריים צופים שהוא יוכפל ל-1.0-1.3 טריליון דולר עד 2030. ניתן לראות את הצמיחה המשמעותית בתעשיית ייצור המוליכים למחצה בתהליך הליטוגרפיה. ליטוגרפיה היא תהליך דפוס המעביר עיצוב שטוח על פני מצע רקיק, ויוצר מבנים מורכבים כגון טרנזיסטורים וחיבורים. זה מושג על ידי חשיפה סלקטיבית של פולימרים רגישים לאור או פוטוסיסטים לאור של אורכי גל ספציפיים באמצעות תהליך מורכב רב-שלבי. ההתקדמות האחרונה בטכנולוגיית הליטוגרפיה יצרה יתרון תחרותי בייצור של מוליכים למחצה מתקדמים, המאפשרת טכנולוגיות מתקדמות כגון בינה מלאכותית (AI), טלקומוניקציה 5G ומחשוב-על. לכן, לטכנולוגיית מוליכים למחצה מתקדמת יש השפעה על הביטחון הלאומי והשגשוג הכלכלי.

נכון לעכשיו, תהליך הליטוגרפיה של מוליכים למחצה המתקדם ביותר משתמש במקור אור EUV (Extreme Ultraviolet), במיוחד באורך גל של 13.5 ננומטר. אור EUV מאפשר בנייה של תכונות יחידות קטנות יותר בתוך מוליכים למחצה. דווח כי העלות של מערכות EUVL היא כיום בסביבות 150 מיליון דולר, והיא נפרסה לראשונה על ידי ASML בשנת 2019, השומרת על נתח שוק של 100%. עד כה, ASML שלחה שלושה דגמים שונים של מערכות EUVL, כלומר Twinscan NXE: 3400B/C ו-NXE: 3600D. סך המשלוחים של מערכות NXE גדל מ-31 יחידות ברבעון הראשון של 2019 ל-181 יחידות ברבעון האחרון של 2022.

הארגון של דוח זה הוא כדלקמן. החלק הנותר של ההקדמה כולל את הרקע הטכני של EUVL, המעמד הבינלאומי והמקומי של EUVL, וסקירה כללית של תוכניות מדידת המו"פ על ידי NIST ו-CHIPS. סעיף 2 מכיל את הדיון במצב הטכני והדרישות של טכנולוגיית EUVL בפגישות קבוצת העבודה. סעיף 3 מתאר את תוצאות הסקר וההמלצות להמשך הדרך שנדונו בישיבות קבוצת העבודה, ומסכם את הדו"ח.

1.1 רקע טכני של ליטוגרפיית EUV

EUVL הוא שלב קריטי בייצור שבבי מוליכים למחצה מהדור הבא. אור EUV נוצר על ידי פלזמה בטמפרטורה גבוהה הנוצרת מפח טהור. פח מוצק מותך במכשיר מחולל טיפות המייצר ברציפות מעל 3 מיליון טיפות של 27 מיקרומטר לדקה בתוך תא ואקום. לייזר פחמן דו-חמצני בעל הספק ממוצע של 25 קילוואט מקרין כל טיפת פח בשני פולסים רצופים כדי ליצור וליינן את הטיפה בהתאמה. בתחילה, מיוצרים קילוואט של אור EUV, אך רק חלק קטן הופך לחשיפה ליטוגרפית עקב הפסדי ספיגה ופיזור לאורך נתיב האור. עוצמת המוצא ואיכות הקרן של אור 13.5 ננומטר מוסקים באמצעות מדידות עקיפות במצלמת סינטילטור. מערכת מעבה רב שכבתית מכוונת את האור לאזור הרגיש לאור. מערכת המעבה מוגנת מפני פסולת פח על ידי זרימה רציפה של גז מימן. לאחר כל חשיפה, מיקום אוטומטי ברמת השבב של רזולוציית השבב מאומת כ-≤0.25 ננומטר באמצעות 20,000 מחזורי בדיקה והתאמה לשנייה. בסך הכל, תהליך זה דורש תיאום מדויק בין מערכות הנדסיות רבות ושונות. איור 1 מציג תצלום של רכיבי EUVL של ASML.

1.2 מצב נוכחי ועתידי של טכנולוגיית הליטוגרפיה של EUV

הצמיחה בייצור מוליכים למחצה מתקדמים נובעת ממפעלי ייצור חדשים של EUV בארצות הברית, אירופה ואסיה. כפי שצוין קודם לכן, החברה היחידה המייצרת כיום רכיבי סורק EUVL היא ASML, שבסיסה בהולנד. ASML מוכרת רכיבי סורק EUV לחברות כמו אינטל, חברת ייצור המוליכים למחצה של טייוואן (TSMC) וסמסונג במתקני ייצור המוליכים למחצה שלהן. מערכת EUVL לא רק נוצרת בהולנד אלא מורכבת ממודולים רבים שפותחו ברחבי העולם, ולאחר מכן מועברים למטה ASML בהולנד להרכבה ובדיקה סופית לפני המסירה ללקוחות.

מנקודת המבט של ארה"ב, המחקר, הפיתוח והייצור של מקור ה-EUV של ASML מבוססים בסן דייגו, קליפורניה. רכיב מקור האור של מכלול סורק EUVL מוצג באיור 2. יש לציין שרכיב מקור האור כולל את מיכל המקור הממוקם בתוך מכלול סורק EUVL, כמו גם רכיבים רבים מתחת לרצפת הייצור, לרבות מטרולוגיה של לייזר, קרן אור. מערכות הובלה, והנעת לייזרים וציוד העזר שלהם. פעולת המקור מבוססת סן דייגו היא תוצאה של רכישת Cymer על ידי ASML בשנת 2012 כדי לקדם את טכנולוגיית מקור EUV. יתר על כן, לאור היתרונות של EUVL בייצור מוליכים למחצה, בקרות הייצוא הגנו לאחרונה על טכנולוגיה זו. באופן ספציפי, באוקטובר 2022, הלשכה לתעשייה וביטחון (BIS) פרסמה כלל, 87FR62186, הכולל בקרת יצוא של טכנולוגיה, כולל ליטוגרפיה אולטרה סגולה קיצונית (b.2).

ASML ציינה כי הפיתוח העתידי של טכנולוגיית הליטוגרפיה EUV כולל הגדלת הצמצם המספרי (NA) מ-0.33 ל-0.55 ("NA גבוה"). ניתן להשתמש ב-NA גבוה כדי להפחית את מספר השלבים המולטי-מודים הנדרשים על-ידי ה-0.33 NA הנוכחי ולגרום לרזולוציה של גיאומטריות עדינות יותר. זה עולה בקנה אחד עם מפת הדרכים הבינלאומית של IEEE לשנת 2022 עבור התקנים ומערכות (IRDS), המחייבת את המשך קנה המידה של טרנזיסטורים ל-0.5 ננומטר עד 2037. המטרה של פלטפורמת ה-NA החדשה היא לשפר את המהירות של מצב פרוסות וחלקיקים, מה שמאפשר קנה המידה של תכונות שבבים גיאומטריים. מערכות High NA צפויות להישלח ללקוחות בשנת 2023 ולהשיג ייצור מלא עד 2025. בתחילת 2023, ASML הודיעה שהשיגו שני שיאי כוח EUV חדשים, הפועלים בפליטת 600W EUV לשעה, ועומדים ב-NA EXE הגבוה: 5200 מפרט יציבות המינון והפעלה בלולאה פתוחה של 700W. ההדגמה של 600W מייצגת עלייה בהשוואה ל-250W שסופקו לפני חמש שנים לפני השגת ייצור EUV בנפח גבוה.

המשך יבוא...