Pada tahun 2022, pasar semikonduktor berjumlah sekitar 0.6 triliun USD, dan analis komersial memperkirakan bahwa pasar tersebut akan berlipat ganda menjadi 1.0-1.3 triliun USD pada tahun 2030. Pertumbuhan signifikan dalam industri manufaktur semikonduktor dapat dilihat pada proses litografi. Litografi adalah proses pola yang mentransfer desain datar ke permukaan substrat wafer, menciptakan struktur kompleks seperti transistor dan interkoneksi. Hal ini dicapai dengan memaparkan secara selektif polimer fotosensitif atau fotoresis terhadap cahaya dengan panjang gelombang tertentu melalui proses multi-langkah yang kompleks. Kemajuan terkini dalam teknologi litografi telah menciptakan keunggulan kompetitif dalam produksi semikonduktor mutakhir, memungkinkan teknologi canggih seperti kecerdasan buatan (AI), telekomunikasi 5G, dan superkomputer. Oleh karena itu, kemajuan teknologi semikonduktor berdampak pada keamanan nasional dan kesejahteraan perekonomian.

Saat ini, proses litografi semikonduktor tercanggih menggunakan sumber cahaya EUV (Extreme Ultraviolet), khususnya pada panjang gelombang 13.5nm. Lampu EUV memungkinkan konstruksi fitur unit yang lebih kecil dalam semikonduktor. Dilaporkan bahwa biaya sistem EUVL saat ini sekitar 150 juta USD, dan pertama kali diterapkan oleh ASML pada tahun 2019, yang mempertahankan pangsa pasar 100%. Sejauh ini, ASML telah mengirimkan tiga model sistem EUVL yang berbeda, yaitu Twinscan NXE: 3400B/C dan NXE: 3600D. Total pengiriman sistem NXE meningkat dari 31 unit pada kuartal pertama tahun 2019 menjadi 181 unit pada kuartal terakhir tahun 2022.

Susunan laporan ini adalah sebagai berikut. Bagian selanjutnya dari pendahuluan mencakup latar belakang teknis EUVL, status EUVL internasional dan domestik, dan gambaran umum program pengukuran penelitian dan pengembangan oleh NIST dan CHIPS. Bagian 2 berisi pembahasan status teknis dan persyaratan teknologi EUVL dalam pertemuan kelompok kerja. Bagian 3 menguraikan hasil survei dan rekomendasi untuk langkah ke depan yang dibahas dalam pertemuan kelompok kerja, yang merupakan penutup laporan.

1.1 Latar Belakang Teknis Litografi EUV

EUVL merupakan langkah krusial dalam pembuatan cip semikonduktor generasi mendatang. Cahaya EUV dihasilkan oleh plasma suhu tinggi yang terbuat dari timah dengan kemurnian tinggi. Timah padat dilebur dalam instrumen generator tetesan yang secara terus-menerus menghasilkan lebih dari 3 juta tetesan berukuran 27μm per menit di dalam ruang vakum. Laser karbon dioksida berdaya rata-rata 25kW berdenyut menyinari setiap tetesan timah dengan dua pulsa berturut-turut untuk membentuk dan mengionisasi tetesan tersebut. Awalnya, kilowatt cahaya EUV dihasilkan, tetapi hanya sebagian kecil yang menjadi paparan litografik akibat kehilangan penyerapan dan hamburan di sepanjang jalur cahaya. Daya keluaran dan kualitas berkas cahaya 13.5nm disimpulkan melalui pengukuran kamera sintilator tidak langsung. Sistem kondensor multilapis memandu cahaya ke area fotosensitif. Sistem kondensor dilindungi dari serpihan timah oleh aliran gas hidrogen yang kontinu. Setelah setiap paparan, pemosisian otomatis resolusi chip pada tingkat chip diverifikasi menjadi ≤0.25 nm melalui 20,000 siklus inspeksi dan penyesuaian per detik. Secara keseluruhan, proses ini membutuhkan koordinasi yang presisi di antara berbagai sistem rekayasa. Gambar 1 menunjukkan foto komponen EUVL ASML.

1.2 Keadaan Teknologi Litografi EUV Saat Ini dan Masa Depan

Pertumbuhan manufaktur semikonduktor canggih berasal dari fasilitas manufaktur EUV baru di Amerika Serikat, Eropa, dan Asia. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, satu-satunya perusahaan yang saat ini memproduksi komponen pemindai EUVL adalah ASML, yang berkantor pusat di Belanda. ASML menjual komponen pemindai EUV ke perusahaan-perusahaan seperti Intel, Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), dan Samsung di fasilitas manufaktur semikonduktor mereka. Sistem EUVL tidak hanya dibuat di Belanda, tetapi juga terdiri dari banyak modul yang dikembangkan secara global, kemudian diangkut ke kantor pusat ASML di Belanda untuk perakitan dan pengujian akhir sebelum dikirim ke pelanggan.

Dari perspektif AS, penelitian, pengembangan, dan pembuatan sumber EUV ASML berbasis di San Diego, California. Komponen sumber cahaya dari rakitan pemindai EUVL ditunjukkan pada Gambar 2. Perlu dicatat bahwa komponen sumber cahaya mencakup wadah sumber yang terletak di dalam rakitan pemindai EUVL, serta banyak komponen di bawah lantai produksi, termasuk metrologi laser, sinar sistem transportasi, dan menggerakkan laser dan peralatan tambahannya. Operasi sumber yang berbasis di San Diego adalah hasil akuisisi Cymer oleh ASML pada tahun 2012 untuk memajukan teknologi sumber EUV. Selain itu, mengingat keunggulan EUVL dalam manufaktur semikonduktor, pengendalian ekspor baru-baru ini melindungi teknologi ini. Secara khusus, pada bulan Oktober 2022, Biro Industri dan Keamanan (BIS) mengeluarkan aturan, 87FR62186, yang mencakup pengendalian ekspor teknologi, termasuk litografi Ultraviolet Ekstrim (b.2).

ASML menyatakan bahwa pengembangan teknologi litografi EUV di masa depan mencakup peningkatan aperture numerik (NA) dari 0.33 menjadi 0.55 ("NA tinggi"). NA tinggi dapat digunakan untuk mengurangi jumlah langkah multimode yang diperlukan sebesar 0.33 NA saat ini dan menghasilkan resolusi geometri yang lebih halus. Hal ini konsisten dengan Peta Jalan Internasional IEEE untuk Perangkat dan Sistem (IRDS) yang dirilis secara publik pada tahun 2022, yang mengharuskan penskalaan transistor untuk terus berlanjut hingga 0.5nm pada tahun 2037. Tujuan dari platform NA yang baru adalah untuk meningkatkan kecepatan wafer dan keadaan partikel, sehingga memungkinkan penskalaan fitur chip geometris. Sistem NA tinggi diharapkan dapat dikirimkan ke pelanggan pada tahun 2023 dan mencapai produksi penuh pada tahun 2025. Pada awal tahun 2023, ASML mengumumkan bahwa mereka telah mencapai dua rekor daya EUV baru, yang beroperasi pada emisi EUV 600W per jam, memenuhi NA EXE yang tinggi: 5200 spesifikasi stabilitas dosis dan operasi loop terbuka 700W. Demonstrasi 600W ini mewakili peningkatan dari 250W yang dihasilkan lima tahun lalu sebelum mencapai produksi EUV bervolume tinggi.

Bersambung...